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天然氣脫碳脫硫
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天然氣脫碳脫硫MDEA脫硫技術(shù)工藝流程
MDEA脫硫技術(shù)工藝流程：采用吸收塔使天然氣與MDEA溶液對(duì)流接觸，此時(shí)MDEA溶液就吸收了大部分的硫化氫，凈化后的氣體從上部排出。塔底流出的富有H2S的溶液先閃蒸降壓，然后通過(guò)貧富溶液換熱器將溶液中的熱量回收后進(jìn)入再生塔進(jìn)行再生，等將貧液溫度降下來(lái)后，再通過(guò)循環(huán)泵加壓后進(jìn)入吸收塔完成循環(huán)。
1.1工藝原理及路線選擇
LNG工廠的工藝主要包括天然氣脫酸、脫水、脫、液化、裝車以及與之相配合的輔助。以下主要介紹天然氣凈化和液化的工藝原理。
天然氣脫碳脫硫工藝原理
1.1.1.1天然氣脫酸單元
酸性氣體是指原料氣中的二氧化碳和，本裝置采用溶劑吸收法來(lái)脫除酸性氣體，吸收溶劑為活化MDEA水溶液。
MDEA水溶液吸收酸性氣體的原理如下：
二乙醇胺(MDEA)，分子式為CH3-N(CH2CH2OH)2，分子量119.2，沸點(diǎn)246～248℃，閃點(diǎn)260℃，凝固點(diǎn)-21℃，汽化潛熱519.16kJ/kg，能與水和醇混溶，微溶于醚。在一定條件下，對(duì)二氧化碳等酸性氣體有很強(qiáng)的吸收能力，而且反應(yīng)熱小，解吸溫度低，化學(xué)性質(zhì)，而不降解。
純MDEA溶液與CO2不發(fā)生反應(yīng)，但其水溶液與CO2可按下式反應(yīng)：
CO2+H2O==H++HCO3-(1)
H++R2NCH3==R2NCH3H+(2)
式(1)受液膜控制，反應(yīng)速率極慢，式(2)則為瞬間可逆反應(yīng)，因此式(1)為MDEA吸收CO2的控制步驟，為加快吸收速率，在MDEA溶液中加入活化劑(R2/NH)后，反應(yīng)按下式進(jìn)行：
R2/NH+CO2==R2/NCOOH(3)
R2/NCOOH+R2NCH3+H2O==R2/NH+R2CH3NH+HCO3-(4)
(3)+(4)：
R2NCH3+CO2+H2O==R2CH3NH+HCO3-(5)
由式(3)～(5)可知，活化劑吸收了CO2，向液相傳遞CO2，大大加快了反應(yīng)速度。MDEA分子含有一個(gè)叔胺基團(tuán)，吸收CO2后生成碳酸氫鹽，加熱再生時(shí)遠(yuǎn)比伯仲胺生成的甲酸鹽所需的熱量低得多。
1.1.1.2天然氣脫水、脫單元
分子篩是一種具有立方晶格的硅鋁酸鹽化合物，主要由硅鋁通過(guò)氧橋連接組成空曠的骨架結(jié)構(gòu)，在結(jié)構(gòu)中有很多孔徑均勻的孔道和排列整齊、內(nèi)表面積很大的空穴。此外還含有電價(jià)較低而離子半徑較大的金屬離子和化合態(tài)的水。由于水分子在加熱后連續(xù)地失去，但晶體骨架結(jié)構(gòu)不變，形成了許多大小相同的空腔，空腔又有許多直徑相同的微孔相連，這些微小的孔穴直徑大小均勻，能把比孔道直徑小的分子吸附到孔穴的內(nèi)部中來(lái)，而把比孔道大得分子排斥在外,因而能把形狀直徑大小不同的分子，極性程度不同的分子，沸點(diǎn)不同的分子，飽和程度不同的分子分離開(kāi)來(lái)，即具有“篩分”分子的作用，故稱為分子篩。
分子直徑小于分子篩晶體孔穴直徑的可以進(jìn)入分子篩晶體，從而被吸附，否則，被排斥。分子篩還根據(jù)不同分子的極性決定優(yōu)先吸附的次序。一般地，極性強(qiáng)的分子更容易被吸附。
分子篩是人工合成的水合硅鋁酸鹽晶體Mex/m[(Al2O3)x(SiO2)y]·mH2O，分子篩吸附水是一個(gè)放熱，溫度有利于放熱的吸附，高溫則有利于吸熱的脫附。溫度低，水的平衡吸附容量高；反之，則低。正是利用該特性，使得在變溫和變壓時(shí)實(shí)現(xiàn)分子篩吸附水和解吸水而重復(fù)使用。
分子篩脫水屬于吸附法脫水，一般用于水要求控制較低的，其深度可達(dá)到-76℃，含水量在1ppm以下。
在低溫下會(huì)對(duì)鋁制設(shè)備和管道造成嚴(yán)重腐蝕，因此必須脫除。本裝置采用浸硫活性炭來(lái)脫除原料氣中的。
1.1.1.3天然氣液化單元
凈化后的天然氣主要成分為，從的PH圖上可以看出，常壓下的天然氣冷卻到-162℃時(shí)將冷凝變成；較高壓力下的將在較高溫度下液化，過(guò)冷和降壓后液化。正是利用此原理，可以采用多種液化制冷循環(huán)，將天然氣冷卻、冷凝和過(guò)冷到-162℃，生產(chǎn)液化天然氣(LNG)。
天然氣液化為低溫。天然氣液化所需冷量是靠外加制冷循環(huán)來(lái)提供，配備的制冷就是要使得換熱器達(dá)到小的冷、熱流之溫差，并因此*的制冷效率。
天然氣液化的制冷已非常成熟，常用的工藝有：階式制冷循環(huán)、混合冷劑制冷循環(huán)、機(jī)制冷循環(huán)。
(1)階式制冷循環(huán)
階式制冷循環(huán)1939年首先應(yīng)用于液化天然氣產(chǎn)品，裝于美國(guó)的Cleveland，采用NH3、C2H4為、第二級(jí)制冷劑。經(jīng)典階式制冷循環(huán)由三個(gè)的制冷組成。級(jí)采用丙烷做制冷劑，經(jīng)過(guò)凈化的天然氣在丙烷冷卻器中冷卻到-35～-40℃，離出戊烷以上的重?zé)N后進(jìn)入第二級(jí)冷卻。由丙烷冷卻器中蒸發(fā)出來(lái)的丙烷氣體經(jīng)壓縮機(jī)增壓，水冷卻器冷卻后重新液化，并循環(huán)到丙烷冷卻器。第二級(jí)采用做制冷劑，天然氣在第二級(jí)中被冷卻到-80～-100℃，并被液化后進(jìn)入第冷卻?；蚶鋮s器蒸發(fā)出來(lái)的氣體經(jīng)過(guò)增壓、水冷后，在并在丙烷冷卻器中冷卻、液化，循環(huán)到或冷卻器。第三級(jí)采用做制冷劑，液化天然氣在冷卻器中被過(guò)冷到-150～-160℃，然后通過(guò)節(jié)流閥降壓，溫度降到-162℃后，用泵輸送到LNG貯槽。冷卻器中蒸發(fā)出來(lái)的氣體經(jīng)增壓、水冷后，在丙烷冷卻器中冷卻、在冷卻器中液化后，循環(huán)到冷卻器。
經(jīng)典階式制冷循環(huán)，包含幾個(gè)相對(duì)、相互串聯(lián)的冷卻階段，由于制冷劑一般使用多級(jí)壓縮機(jī)壓縮，因而在每個(gè)冷卻階段中，制冷劑可在幾個(gè)壓力下蒸發(fā)，分成幾個(gè)溫度等級(jí)冷卻天然氣，各個(gè)壓力下蒸發(fā)的制冷劑進(jìn)入相應(yīng)的壓縮機(jī)級(jí)壓縮。各冷卻階段僅制冷劑不同，操作基本相似。
從發(fā)展來(lái)看，初興建LNG裝置時(shí)就用階式制冷循環(huán)的著眼點(diǎn)是：能耗低，技術(shù)成熟，無(wú)需改變即可移植用于LNG生產(chǎn)。隨著發(fā)展要求而陸續(xù)興建新的LNG裝置，這時(shí)經(jīng)典的階式制冷循環(huán)就出它固有的缺點(diǎn)：
l經(jīng)典的階式制環(huán)由三個(gè)的丙烷、、制冷循環(huán)復(fù)迭而成。機(jī)組多(三臺(tái)壓縮機(jī))冷劑用量大、級(jí)間管路連接復(fù)雜，造價(jià)高昂；
l為使實(shí)際級(jí)間操作溫度盡可能與原料天然氣的冷卻曲線(Q-T曲線)貼近，以減少熵增，效率，一般采用9個(gè)溫度水平(丙烷、、段各3個(gè))代替3溫度水平(丙烷段-38℃、段-85℃、段-160℃)。如此以來(lái)，效率了，但流程十分復(fù)雜。
(2)混合冷劑循環(huán)
鑒于階式制冷循環(huán)裝置的復(fù)雜性、高，為此了混合制冷循環(huán)(MixedRefrigerantCycle，MRC))用一種制冷劑(一般是烴類混合物，如N2、C1～C5等))其Q-T曲線與原料天然氣接近*。利用混合物部分冷凝的特點(diǎn)來(lái)達(dá)到所需的不同溫度水平，既保留了階式制冷循環(huán)的優(yōu)點(diǎn)，而且又只有1臺(tái)壓縮機(jī)，使流程大于簡(jiǎn)化，造價(jià)也可。
從原則上講，由N2、C1～C5等組成的混合物，其組成比例應(yīng)依照原料天然氣組成、工藝流程、工藝壓力而異。MRC制冷循環(huán)的流程和裝備較階式制冷循環(huán)簡(jiǎn)單，但它的效率要比9個(gè)溫度水平的階式制冷循環(huán)低。
可以適當(dāng)調(diào)節(jié)混合冷劑的組成比例，使整個(gè)液化按冷卻曲線提供所需的冷量。在混合冷劑循環(huán)的基礎(chǔ)上，發(fā)展成有丙烷預(yù)冷的MRC工藝，簡(jiǎn)稱C3/MRC工藝，它的效率接近階式循環(huán)。此法的原理是分兩段供給冷量：高溫段用丙烷壓縮制冷，按3個(gè)溫度水平預(yù)冷原料天然氣到～-40℃；低溫段的換熱采用兩種——高壓的混合冷劑與較高溫度的原料氣換熱，低壓的混合冷劑與較低溫度的原料氣換熱。充分體現(xiàn)了熱力學(xué)上的特性，從而使效率得以大限度的。
(3)機(jī)制冷循環(huán)
機(jī)制冷循環(huán)是指利用高壓制冷劑通過(guò)透平機(jī)絕熱的克勞德循環(huán)制冷來(lái)實(shí)現(xiàn)天然氣的液化。氣體在機(jī)中降溫的同時(shí)，能輸出功，可用于驅(qū)動(dòng)流程中的壓縮機(jī)。
根據(jù)制冷劑的不同，機(jī)制冷循環(huán)可分為：氮機(jī)制冷循環(huán)、氮-機(jī)制冷循環(huán)、天然氣制冷循環(huán)。
與階式制冷循環(huán)和混合冷劑制冷循環(huán)工藝相比，循環(huán)流程非常簡(jiǎn)單、緊湊，造價(jià)略低。起動(dòng)快，熱態(tài)起動(dòng)2～4小時(shí)即可獲得滿負(fù)荷產(chǎn)品，運(yùn)行靈活，適應(yīng)性強(qiáng)，易于操作和控制，性好，放空不會(huì)引起火災(zāi)或危險(xiǎn)。制冷劑采用單組分氣體，因而了像混合冷劑制冷循環(huán)工藝那樣的分離和存儲(chǔ)制冷劑的麻煩，也避免了由此帶來(lái)的問(wèn)題，使液化冷箱的更簡(jiǎn)化和緊湊。但能耗要比混合冷劑液化流程高40%左右。
為了機(jī)制冷循環(huán)的功耗，采用N2-CH4雙組分混合氣體代替純N2，發(fā)展了N2-CH4機(jī)制冷循環(huán)。與混合冷劑循環(huán)相比，N2-CH4機(jī)制冷循環(huán)具有起動(dòng)時(shí)間短、流程簡(jiǎn)單、控制容易、制冷劑測(cè)定和計(jì)算方便等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)由于縮小了冷端換熱溫差，它比純氮機(jī)制冷循環(huán)節(jié)省10～20%的動(dòng)力消耗。
N2-CH4機(jī)制冷循環(huán)的液化流程由天然氣液化與N2-CH4機(jī)制冷兩個(gè)各自的部分組成。
在天然氣液化中，經(jīng)過(guò)預(yù)處理裝置脫酸氣、脫水后的天然氣，經(jīng)預(yù)冷器冷卻后，在氣液分離器中分離重?zé)N，氣相部分進(jìn)入液化器進(jìn)行液化，在過(guò)冷器中進(jìn)行過(guò)冷，節(jié)流降壓后進(jìn)入LNG貯槽。
在N2-CH4制冷中，制冷劑N2-CH4經(jīng)循環(huán)壓縮機(jī)和增壓機(jī)(制動(dòng)壓縮機(jī))壓縮到工作壓力，經(jīng)水冷卻器冷卻后，進(jìn)入預(yù)冷器被冷卻到機(jī)的入口溫度。一部分制冷劑進(jìn)入機(jī)到循環(huán)壓縮機(jī)的入口壓力，與返流制冷劑混合后，作為液化器的冷源，回收的功用于驅(qū)動(dòng)增壓機(jī)；另外一部分制冷劑經(jīng)液化器和過(guò)冷器冷凝和過(guò)冷后，經(jīng)節(jié)流閥節(jié)流降溫后返流，為過(guò)冷器提供冷量。
機(jī)制冷流程中，由于換熱器的傳熱溫差很大，可采用預(yù)冷的對(duì)制冷劑和天然氣進(jìn)行預(yù)冷，則液化的能耗可大幅度。
1.1.2液化工藝路線選擇
根據(jù)以上流程的不同特點(diǎn)，結(jié)合本天然氣液化裝置液化量不大，從能耗、工藝的復(fù)雜程度、操作和的方便性來(lái)說(shuō)，采用不帶預(yù)冷的混合冷劑液化流程在技術(shù)上是*成熟的、可行的和合理的，經(jīng)濟(jì)性也是佳的。
1.2裝置工藝特點(diǎn)
本裝置的主要工藝特點(diǎn)：
1)采用活化胺法(aMDEA)脫酸氣(CO2和H2S)，較其他類型的胺法具有發(fā)泡小、腐蝕性小、胺液損失小等特點(diǎn)。
2)胺法脫碳裝置產(chǎn)品氣凈化度高，產(chǎn)品氣中CO2含量低可降到1ppm。
3)采用進(jìn)口MDEA溶液，具有不易發(fā)泡、不易降解、胺液損失小、腐蝕小、對(duì)CO2攜帶量大、天然氣損失小等特點(diǎn)。
4)采用分子篩吸附，可以深度脫水，即使在低水汽分壓下仍具有很高吸附特性。
5)氣流分布器的吸附塔，能氣流更加均勻分布，可以吸附塔內(nèi)氣體呈流狀態(tài)，吸附劑有效利用率達(dá)到98%以上。
6)采用浸硫活性炭來(lái)脫除，脫后的天然氣中含量不大于0.01μg/m3；
7)采用密相裝填技術(shù)可吸附劑的堆密度(6～10%)，裝置中吸附劑產(chǎn)生的死空間，避免氣體在吸附床中存在的溝流，了吸附劑利用率；避免吸附劑粉化吸附劑使用壽命。
8)液化和制冷所選擇的工藝為MRC(混合冷劑)循環(huán)制冷，其能耗低，本是目前常用的制冷中能耗低的，使產(chǎn)品價(jià)格具有市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。并且采用板翅式換熱器，使冷箱結(jié)構(gòu)緊湊，方便工廠內(nèi)組裝和整體運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)。
MDEA脫硫技術(shù)工藝流程：采用吸收塔使天然氣與MDEA溶液對(duì)流接觸，此時(shí)MDEA溶液就吸收了大部分的硫化氫，凈化后的氣體從上部排出。塔底流出的富有H2S的溶液先閃蒸降壓，然后通過(guò)貧富溶液換熱器將溶液中的熱量回收后進(jìn)入再生塔進(jìn)行再生，等將貧液溫度降下來(lái)后，再通過(guò)循環(huán)泵加壓后進(jìn)入吸收塔完成循環(huán)。
1.1工藝原理及路線選擇
LNG工廠的工藝主要包括天然氣脫酸、脫水、脫、液化、裝車以及與之相配合的輔助。以下主要介紹天然氣凈化和液化的工藝原理。
天然氣脫碳脫硫工藝原理
1.1.1.1天然氣脫酸單元
酸性氣體是指原料氣中的二氧化碳和，本裝置采用溶劑吸收法來(lái)脫除酸性氣體，吸收溶劑為活化MDEA水溶液。
MDEA水溶液吸收酸性氣體的原理如下：
二乙醇胺(MDEA)，分子式為CH3-N(CH2CH2OH)2，分子量119.2，沸點(diǎn)246～248℃，閃點(diǎn)260℃，凝固點(diǎn)-21℃，汽化潛熱519.16kJ/kg，能與水和醇混溶，微溶于醚。在一定條件下，對(duì)二氧化碳等酸性氣體有很強(qiáng)的吸收能力，而且反應(yīng)熱小，解吸溫度低，化學(xué)性質(zhì)，而不降解。
純MDEA溶液與CO2不發(fā)生反應(yīng)，但其水溶液與CO2可按下式反應(yīng)：
CO2+H2O==H++HCO3-(1)
H++R2NCH3==R2NCH3H+(2)
式(1)受液膜控制，反應(yīng)速率極慢，式(2)則為瞬間可逆反應(yīng)，因此式(1)為MDEA吸收CO2的控制步驟，為加快吸收速率，在MDEA溶液中加入活化劑(R2/NH)后，反應(yīng)按下式進(jìn)行：
R2/NH+CO2==R2/NCOOH(3)
R2/NCOOH+R2NCH3+H2O==R2/NH+R2CH3NH+HCO3-(4)
(3)+(4)：
R2NCH3+CO2+H2O==R2CH3NH+HCO3-(5)
由式(3)～(5)可知，活化劑吸收了CO2，向液相傳遞CO2，大大加快了反應(yīng)速度。MDEA分子含有一個(gè)叔胺基團(tuán)，吸收CO2后生成碳酸氫鹽，加熱再生時(shí)遠(yuǎn)比伯仲胺生成的甲酸鹽所需的熱量低得多。
1.1.1.2天然氣脫水、脫單元
分子篩是一種具有立方晶格的硅鋁酸鹽化合物，主要由硅鋁通過(guò)氧橋連接組成空曠的骨架結(jié)構(gòu)，在結(jié)構(gòu)中有很多孔徑均勻的孔道和排列整齊、內(nèi)表面積很大的空穴。此外還含有電價(jià)較低而離子半徑較大的金屬離子和化合態(tài)的水。由于水分子在加熱后連續(xù)地失去，但晶體骨架結(jié)構(gòu)不變，形成了許多大小相同的空腔，空腔又有許多直徑相同的微孔相連，這些微小的孔穴直徑大小均勻，能把比孔道直徑小的分子吸附到孔穴的內(nèi)部中來(lái)，而把比孔道大得分子排斥在外,因而能把形狀直徑大小不同的分子，極性程度不同的分子，沸點(diǎn)不同的分子，飽和程度不同的分子分離開(kāi)來(lái)，即具有“篩分”分子的作用，故稱為分子篩。
分子直徑小于分子篩晶體孔穴直徑的可以進(jìn)入分子篩晶體，從而被吸附，否則，被排斥。分子篩還根據(jù)不同分子的極性決定優(yōu)先吸附的次序。一般地，極性強(qiáng)的分子更容易被吸附。
分子篩是人工合成的水合硅鋁酸鹽晶體Mex/m[(Al2O3)x(SiO2)y]·mH2O，分子篩吸附水是一個(gè)放熱，溫度有利于放熱的吸附，高溫則有利于吸熱的脫附。溫度低，水的平衡吸附容量高；反之，則低。正是利用該特性，使得在變溫和變壓時(shí)實(shí)現(xiàn)分子篩吸附水和解吸水而重復(fù)使用。
分子篩脫水屬于吸附法脫水，一般用于水要求控制較低的，其深度可達(dá)到-76℃，含水量在1ppm以下。
在低溫下會(huì)對(duì)鋁制設(shè)備和管道造成嚴(yán)重腐蝕，因此必須脫除。本裝置采用浸硫活性炭來(lái)脫除原料氣中的。
1.1.1.3天然氣液化單元
凈化后的天然氣主要成分為，從的PH圖上可以看出，常壓下的天然氣冷卻到-162℃時(shí)將冷凝變成；較高壓力下的將在較高溫度下液化，過(guò)冷和降壓后液化。正是利用此原理，可以采用多種液化制冷循環(huán)，將天然氣冷卻、冷凝和過(guò)冷到-162℃，生產(chǎn)液化天然氣(LNG)。
天然氣液化為低溫。天然氣液化所需冷量是靠外加制冷循環(huán)來(lái)提供，配備的制冷就是要使得換熱器達(dá)到小的冷、熱流之溫差，并因此*的制冷效率。
天然氣液化的制冷已非常成熟，常用的工藝有：階式制冷循環(huán)、混合冷劑制冷循環(huán)、機(jī)制冷循環(huán)。
(1)階式制冷循環(huán)
階式制冷循環(huán)1939年首先應(yīng)用于液化天然氣產(chǎn)品，裝于美國(guó)的Cleveland，采用NH3、C2H4為、第二級(jí)制冷劑。經(jīng)典階式制冷循環(huán)由三個(gè)的制冷組成。級(jí)采用丙烷做制冷劑，經(jīng)過(guò)凈化的天然氣在丙烷冷卻器中冷卻到-35～-40℃，離出戊烷以上的重?zé)N后進(jìn)入第二級(jí)冷卻。由丙烷冷卻器中蒸發(fā)出來(lái)的丙烷氣體經(jīng)壓縮機(jī)增壓，水冷卻器冷卻后重新液化，并循環(huán)到丙烷冷卻器。第二級(jí)采用做制冷劑，天然氣在第二級(jí)中被冷卻到-80～-100℃，并被液化后進(jìn)入第冷卻?；蚶鋮s器蒸發(fā)出來(lái)的氣體經(jīng)過(guò)增壓、水冷后，在并在丙烷冷卻器中冷卻、液化，循環(huán)到或冷卻器。第三級(jí)采用做制冷劑，液化天然氣在冷卻器中被過(guò)冷到-150～-160℃，然后通過(guò)節(jié)流閥降壓，溫度降到-162℃后，用泵輸送到LNG貯槽。冷卻器中蒸發(fā)出來(lái)的氣體經(jīng)增壓、水冷后，在丙烷冷卻器中冷卻、在冷卻器中液化后，循環(huán)到冷卻器。
經(jīng)典階式制冷循環(huán)，包含幾個(gè)相對(duì)、相互串聯(lián)的冷卻階段，由于制冷劑一般使用多級(jí)壓縮機(jī)壓縮，因而在每個(gè)冷卻階段中，制冷劑可在幾個(gè)壓力下蒸發(fā)，分成幾個(gè)溫度等級(jí)冷卻天然氣，各個(gè)壓力下蒸發(fā)的制冷劑進(jìn)入相應(yīng)的壓縮機(jī)級(jí)壓縮。各冷卻階段僅制冷劑不同，操作基本相似。
從發(fā)展來(lái)看，初興建LNG裝置時(shí)就用階式制冷循環(huán)的著眼點(diǎn)是：能耗低，技術(shù)成熟，無(wú)需改變即可移植用于LNG生產(chǎn)。隨著發(fā)展要求而陸續(xù)興建新的LNG裝置，這時(shí)經(jīng)典的階式制冷循環(huán)就出它固有的缺點(diǎn)：
l經(jīng)典的階式制環(huán)由三個(gè)的丙烷、、制冷循環(huán)復(fù)迭而成。機(jī)組多(三臺(tái)壓縮機(jī))冷劑用量大、級(jí)間管路連接復(fù)雜，造價(jià)高昂；
l為使實(shí)際級(jí)間操作溫度盡可能與原料天然氣的冷卻曲線(Q-T曲線)貼近，以減少熵增，效率，一般采用9個(gè)溫度水平(丙烷、、段各3個(gè))代替3溫度水平(丙烷段-38℃、段-85℃、段-160℃)。如此以來(lái)，效率了，但流程十分復(fù)雜。
(2)混合冷劑循環(huán)
鑒于階式制冷循環(huán)裝置的復(fù)雜性、高，為此了混合制冷循環(huán)(MixedRefrigerantCycle，MRC))用一種制冷劑(一般是烴類混合物，如N2、C1～C5等))其Q-T曲線與原料天然氣接近*。利用混合物部分冷凝的特點(diǎn)來(lái)達(dá)到所需的不同溫度水平，既保留了階式制冷循環(huán)的優(yōu)點(diǎn)，而且又只有1臺(tái)壓縮機(jī)，使流程大于簡(jiǎn)化，造價(jià)也可。
從原則上講，由N2、C1～C5等組成的混合物，其組成比例應(yīng)依照原料天然氣組成、工藝流程、工藝壓力而異。MRC制冷循環(huán)的流程和裝備較階式制冷循環(huán)簡(jiǎn)單，但它的效率要比9個(gè)溫度水平的階式制冷循環(huán)低。
可以適當(dāng)調(diào)節(jié)混合冷劑的組成比例，使整個(gè)液化按冷卻曲線提供所需的冷量。在混合冷劑循環(huán)的基礎(chǔ)上，發(fā)展成有丙烷預(yù)冷的MRC工藝，簡(jiǎn)稱C3/MRC工藝，它的效率接近階式循環(huán)。此法的原理是分兩段供給冷量：高溫段用丙烷壓縮制冷，按3個(gè)溫度水平預(yù)冷原料天然氣到～-40℃；低溫段的換熱采用兩種——高壓的混合冷劑與較高溫度的原料氣換熱，低壓的混合冷劑與較低溫度的原料氣換熱。充分體現(xiàn)了熱力學(xué)上的特性，從而使效率得以大限度的。
(3)機(jī)制冷循環(huán)
機(jī)制冷循環(huán)是指利用高壓制冷劑通過(guò)透平機(jī)絕熱的克勞德循環(huán)制冷來(lái)實(shí)現(xiàn)天然氣的液化。氣體在機(jī)中降溫的同時(shí)，能輸出功，可用于驅(qū)動(dòng)流程中的壓縮機(jī)。
根據(jù)制冷劑的不同，機(jī)制冷循環(huán)可分為：氮機(jī)制冷循環(huán)、氮-機(jī)制冷循環(huán)、天然氣制冷循環(huán)。
與階式制冷循環(huán)和混合冷劑制冷循環(huán)工藝相比，循環(huán)流程非常簡(jiǎn)單、緊湊，造價(jià)略低。起動(dòng)快，熱態(tài)起動(dòng)2～4小時(shí)即可獲得滿負(fù)荷產(chǎn)品，運(yùn)行靈活，適應(yīng)性強(qiáng)，易于操作和控制，性好，放空不會(huì)引起火災(zāi)或危險(xiǎn)。制冷劑采用單組分氣體，因而了像混合冷劑制冷循環(huán)工藝那樣的分離和存儲(chǔ)制冷劑的麻煩，也避免了由此帶來(lái)的問(wèn)題，使液化冷箱的更簡(jiǎn)化和緊湊。但能耗要比混合冷劑液化流程高40%左右。
為了機(jī)制冷循環(huán)的功耗，采用N2-CH4雙組分混合氣體代替純N2，發(fā)展了N2-CH4機(jī)制冷循環(huán)。與混合冷劑循環(huán)相比，N2-CH4機(jī)制冷循環(huán)具有起動(dòng)時(shí)間短、流程簡(jiǎn)單、控制容易、制冷劑測(cè)定和計(jì)算方便等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)由于縮小了冷端換熱溫差，它比純氮機(jī)制冷循環(huán)節(jié)省10～20%的動(dòng)力消耗。
N2-CH4機(jī)制冷循環(huán)的液化流程由天然氣液化與N2-CH4機(jī)制冷兩個(gè)各自的部分組成。
在天然氣液化中，經(jīng)過(guò)預(yù)處理裝置脫酸氣、脫水后的天然氣，經(jīng)預(yù)冷器冷卻后，在氣液分離器中分離重?zé)N，氣相部分進(jìn)入液化器進(jìn)行液化，在過(guò)冷器中進(jìn)行過(guò)冷，節(jié)流降壓后進(jìn)入LNG貯槽。
在N2-CH4制冷中，制冷劑N2-CH4經(jīng)循環(huán)壓縮機(jī)和增壓機(jī)(制動(dòng)壓縮機(jī))壓縮到工作壓力，經(jīng)水冷卻器冷卻后，進(jìn)入預(yù)冷器被冷卻到機(jī)的入口溫度。一部分制冷劑進(jìn)入機(jī)到循環(huán)壓縮機(jī)的入口壓力，與返流制冷劑混合后，作為液化器的冷源，回收的功用于驅(qū)動(dòng)增壓機(jī)；另外一部分制冷劑經(jīng)液化器和過(guò)冷器冷凝和過(guò)冷后，經(jīng)節(jié)流閥節(jié)流降溫后返流，為過(guò)冷器提供冷量。
機(jī)制冷流程中，由于換熱器的傳熱溫差很大，可采用預(yù)冷的對(duì)制冷劑和天然氣進(jìn)行預(yù)冷，則液化的能耗可大幅度。
1.1.2液化工藝路線選擇
根據(jù)以上流程的不同特點(diǎn)，結(jié)合本天然氣液化裝置液化量不大，從能耗、工藝的復(fù)雜程度、操作和的方便性來(lái)說(shuō)，采用不帶預(yù)冷的混合冷劑液化流程在技術(shù)上是*成熟的、可行的和合理的，經(jīng)濟(jì)性也是佳的。
1.2裝置工藝特點(diǎn)
本裝置的主要工藝特點(diǎn)：
1)采用活化胺法(aMDEA)脫酸氣(CO2和H2S)，較其他類型的胺法具有發(fā)泡小、腐蝕性小、胺液損失小等特點(diǎn)。
2)胺法脫碳裝置產(chǎn)品氣凈化度高，產(chǎn)品氣中CO2含量低可降到1ppm。
3)采用進(jìn)口MDEA溶液，具有不易發(fā)泡、不易降解、胺液損失小、腐蝕小、對(duì)CO2攜帶量大、天然氣損失小等特點(diǎn)。
4)采用分子篩吸附，可以深度脫水，即使在低水汽分壓下仍具有很高吸附特性。
5)氣流分布器的吸附塔，能氣流更加均勻分布，可以吸附塔內(nèi)氣體呈流狀態(tài)，吸附劑有效利用率達(dá)到98%以上。
6)采用浸硫活性炭來(lái)脫除，脫后的天然氣中含量不大于0.01μg/m3；
7)采用密相裝填技術(shù)可吸附劑的堆密度(6～10%)，裝置中吸附劑產(chǎn)生的死空間，避免氣體在吸附床中存在的溝流，了吸附劑利用率；避免吸附劑粉化吸附劑使用壽命。
8)液化和制冷所選擇的工藝為MRC(混合冷劑)循環(huán)制冷，其能耗低，本是目前常用的制冷中能耗低的，使產(chǎn)品價(jià)格具有市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。并且采用板翅式換熱器，使冷箱結(jié)構(gòu)緊湊，方便工廠內(nèi)組裝和整體運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)。
