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        天然气工业气液化装置的运用分析

        摘要:随着我国工业发展对能源清洁度的要求越来越高,天然气作为一种清洁的新型能源,走进我们的工业生产,并成为了当今工业发展中的主要能源,对于国家的工业生产意义重大。而在天然气的众多应用形式中,液化天然气是我国目前在天然气应用中的主要形式,可以减小环境污染、提高天然气的利用率。本文重点阐述了目前我国天然气液化工艺的现状,并对几个典型设备进行分析,阐述了小型天然气液化装置的几种技术创新,希望能够推动我国小型天然气液化装置的技术进步,推动我国工业的可持续发展。

        关键词:天然气工业;小型装置;应用分析

        天然气中含量最高的物质是甲烷,也含有一些其他的碳氢化合物。甲烷无色无味、在燃烧前和燃烧后都几乎没有毒性、燃烧后释放出的热量高、燃烧产物清洁环保,正是由于这些特性,甲烷目前被世界各个国家作为工业发展中的主要能源。我国虽然幅员辽阔、地大物博,但我国的天然气和汽油的储藏含量却十分不均衡。所以为了满足我国工业发展的能源需,国家加强了对天然气的开采和利用。为了在工业发展的同时尽量降低对环境的破坏程度,我们主要以液化天然气的形式来利用天然气,而且液化天然气还具有便于储存和运输的特点。所以,小型天然气液化装置的研究在我国具有良好的发展前景。

        1国内小型天然气液化装置的研究现状

        随着我国工业现代化进程的不断推进,国内出现了一批典型的小型天然气液化装置。现在,本文对这些装置的原理和技术特点进行简要的分析和总结。

        1.1四川的小型天然气液化装置

        四川目前采用的小型天然气液化装置极为简约环保。该装置把天然气本身作为制冷剂机制,利用气体轴承对气体进行制冷,这时,气体的进出口两端的气压便会产生一个差值,从而实现对气体的大幅度降温。四川液化设备有很多优点,第一,它用天然气本身的压强差进行冷却,不需要利用仪表对液化过程中的压强值进行测量,节省电能。第二,这个设备不需要机器对天然气进行压缩,很大程度上缩减了成本。第三,这套实验装置占地面积小、重量轻,便于安装、检修和拆除。

        1.2吉林油田的小型天然气液化装置

        由于甲烷在燃烧时主要产生二氧化碳和氧气,基于这一思路,吉林油田通过使天然气脱水和脱二氧化碳的技术先对甲烷进行分解、之后再对分解产物进行合成的技术实现天然气的液化。这种工艺非常新颖,并且在液化过程中采用了氮气循环工艺,和四川液化装置中的轴承冷却相比成本更低更耐用、并且简化了操作步骤。

        1.3陕北气田的小型天然气液化装置

        陕北气田的液化装置主要通过多级预冷器的相互配合来实现对天然气的制冷液化。其中,通过第二预冷器冷却后的气体,一部分会重新进入第一级预冷器中,加强第一级预冷器的冷却效果;其他的气体是液化天然气的主要来源,这些气体会流入分离器实现液化,流入液化天然气的储存罐。这种小型天然气液化装置首次采用了天然气的直接分离技术,是我国天然气液化领域的一大进步。陕北的天然气液化装置还采用了气体制冷机辅助透平膨胀机进行制冷,优化了制冷效果;除此之外,这套装置对产生的废气进行了重复利用,避免了气体排放到大气中而对大气质量产生不良影响。

        1.4中原油田的小型天然气液化装置

        中原油田的天然气液化冷却装置在制冷机方面拥有独特的技术,该设备采用采用丙烷和乙烯作为制冷剂,并且也采用了多级循环的模式。首先,先将天然气通过进气口输入装置中,其次气体流入分液罐从而实现气体和液体的分离,然后气体再进入过滤器中过滤掉其中的大颗粒杂质、实现初步净化。在实现初步净化后便可以对天然气进行脱水和脱二氧化碳处理,这时要有两台干燥机互相配合、完成液化,其中有一台要对脱水和脱二氧化碳后的气体进行干燥,另一台对过滤后的气体再合成,完成这些工艺后还要通过丙烷制冷的工艺对天然气进行冷却液化。通过以上对生产流程的描述,我们可以看出该装置是利用大气压来运行的,大大节省了能源也提高了经济效益,而且这项工艺在运行中不易发生故障、稳定性好。

        1.5哈尔滨的小型天然气液化装置

        哈尔滨的小型天然气液化装置也是通过使甲烷脱水和脱二氧化碳的技术来初步分解天然气,但在生产过程中,该设备采用发动机对液化设备进行供能。当天然气被脱水和脱二氧化碳分解后,要进入燃烧器进行加热,使其气化,之后将气体引入气体运输系统。这种系统生产的液化天然气纯度更高、更清洁,但是也存在一定的弊端:因为燃烧器内部和外部的空气存在温度差,所以会发生热量的传递,这对气体的液化会产生一定的影响,所以我们在生产时要时刻关注燃烧器内部的温度,比较耗费人力。

        2小型天然气液化装置的技术创新与优化

        为了优化我国的小型天然气液化装置,我们要紧紧围绕便于操作、安全生产和热值大的核心思想,对天然气液化技术进行进一步的研究和优化。要通过改变生产过程中的一些参数,例如液化所加的压力、燃烧温度、投入物料的比例、化学平衡的负反馈等,对化学反应过程的平衡进行重新计算,从而优化天然气的液化工艺。除此之外,我们还可以通过升级设备来改变设备内的气温稳定程度和受热面积等来改善液化效果。再次,我们还要对液化的过程进行经济成本的预算,控制各项经济指标,以获得更大的经济收益。以下三种方法是对小型天然气液化装置的技术创新的一些分析和思考。

        2.1对小型天然气液化装置采取级联式液化

        级联式液化流程也叫做阶梯式液化,这种液化方法在带负载的天然气液化装置中比较适用。这种液化装置由许多独立的液化制冷装置组成,他们之间相互联系、构成一个系统。在各级系统之间,会发生热量的传递,这也就保证了液化设备恒温运行。级联式液化的优点是消耗的能量少、经济环保,而且制冷机易于制备,经济实惠。但这项技术也存在一定的缺点,比如:许多冷却设备进行级联、相互干扰、增多了操作步骤,而且这种设备体积大、占用空间大,不便于运输、安装和维修。如果其中一台设备发生故障,容易对其它设备产生不良影响。其次,若要对这个庞大的体系进行管控,需要牺牲大量的人力物力财力,不利于节省成本。因此,这项技术如果想要投入生产的话,我们还要对其进行进一步的改良。

        2.2对小型天然气液化装置采取混合制冷剂液化工艺

        既然级联式液化工艺的设备运行极其繁琐,我们就可以将各个步骤中的制冷剂进行混合,从而简化生产步骤。通过研究,我们可以将碳氢化合物和氮气进行混合作为天然气液化过程中的制冷剂。拥有了混合制冷剂以后,我们就不再需要逐级对天然气进行液化,而是可以直接得到天然气液化后的产物。与级联式的液化工艺相比,混合制冷却剂液化工艺设备少、操作简单、流程得到大大简化而且便于设备故障时的维修、减少了监控设备的人力投入。但是混合制冷却剂液化工艺中的化学反应较为复杂、会消耗大量的能量,而且在制冷剂的制备中要投入大量的时间与资金,最重要的是,各个化学反应相混合,不利于在制备中对某一特定参数进行控制与检测。但是混合制冷剂液化工艺仍然是目前的工业生产中最具有创新性的生产工艺,它可以实现在液化过程中的连续温度变化,避免出现温度断层,可以保证制冷剂与天然气的混合更均匀,基于以上的优点,这项混合制冷却剂液化技术是未来我国天然气液化工业的最佳发展趋势,具有很好的发展前景。

        2.3利用膨胀机对小型天然气液化装置进行改善

        膨胀机液化这一技术利用制冷剂在膨胀机中的循环来实现天然气的液化。当天然气被通入膨胀机后,天然气会在膨胀机的作用下发生膨胀,通过膨胀对外做功、输出能量,因此这一个步骤,可以为冷却装置的运行提供能量。更为方便的是,如果气体输入与输出口处的气体的压强存在差值,那么整个的液化过程就不需要其他能源再对设备进行供能。显而易见,膨胀机液化工艺是对现有的液化工艺的一个整合,在最大程度上规避了现有液化工艺的缺点。首先,膨胀机液化工艺操作简单、可以随时进行调节、便于维修与拆装;其次,和四川的小型天然气液化装置一样,利用天然气自身的压强差进行制冷,节省了大量的成本和能源。但这种工艺也存在一定的弊端,比如进入制冷装置中的气体不能含有水分,此外,利用天然气自身的压强差进行制冷时,回流动力容易不足,造成产出率较低,一定程度上减少了经济效益。但是由于膨胀机制冷工艺的种种优点,这项工艺还是受到了很多企业的关注。

        3结语

        虽然我国在工业化和环境保护的进程中已经取得了不小的成就,但我国在工业化进程和能源利用上仍然任重道远,因为我们的系统还有待升级、技术还有待创新、理论成果还有待开创。同时我们也要意识到液化天然气对我国工业发展的重大意义,它不仅可以减少工业发展中的环境污染,还比同样质量的其他燃料热值高。同时是根据我国资源的一个合理应用。所以我们一定要对天然气进行科学开采和合理利用,不断推进我国的社会主义工业现代化的进程。

        参考文献:

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        [3]李奇.中原油田建首家液化天然气工厂技术,2018.19(6):30-33.

        [4]张宏伟,焦文玲,王奎昌.天然气的净化与液化工艺小煤气与热力,2019.24(3):170-173.

        作者:李昌华 单位:中石化胜利股份有限公司纯梁采油厂集输大队

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