液化天然气(LNG)技术及发展

液化天然气装置设计

2004 06-07

全世界液化天然气（LNG）贸易快速增长。八十年代仅新建了2套LNG装置。进入九十年代，在马亚西亚、阿曼、卡塔尔、尼日利亚、特立尼达等地新建了6套LNG装置。目前还有7套LNG装置在埃及、澳大利亚、印尼、挪威等地进行设计建造。正在设计与建造的LNG装置总能力约6000万t/a，占现有LNG能力的50%。预计到2010年世界LNG贸易可能达到1.8亿t/a。

LNG生产装置设计更趋向于大型化，单列LNG生产能力达到3～8MMt/a。预计今后10年LNG单列设计将分成三类：额定能力分别为3～4MMt/a、5MMt/a与8MMt/a以上。根据各地具体情况选择合适的生产能力，预测在未来设计项目中，这三种LNG装置将同时存在。

LNG新生产工艺不断出现，使装置成本降低，效率提高。最近BP 公司对新的液化技术Liquefin进行了研究评估。该新技术采用双混合制冷剂与铝质翅板式换热器。研究评估了7种不同方案，评估结果表明：大型LNG装置可以降低成本与减少CO2排放。

Air Products and Chemicals公司通过在丙烷预冷、混合制冷剂工艺中添加了氮膨胀循环而开发出新AP-X工艺。氮循环使混合制冷剂负荷减少至60%，使LGN能力扩大至8MMt/a。 大陆菲利普斯-Bechtel公司开发出大型LNG单列设计，该公司采用了菲利普斯公司的优化串级LNG工艺。LNG装置采用Frame 5系列燃气轮机作压缩机驱动机。菲利普斯工艺双轴Frame 5系列驱动机构型可使LNG生产装置稳定运行。大陆菲利普斯 Kenai LNG装置是首先应用单轴工业燃气轮机的LNG生产装置。该装置已运行33年，生产效率与燃气轮机的可靠性分别达到98%与99%以上。

过去几年LNG生产商将注意力集中到经济规模上。一般情况下，随着装置能力提高，装置投资费增加0.6次方，对LNG装置也同样适用。Bechtel公司与大陆菲利普斯公司对LNG装置的经济规模进行了详细研究，得出下列结论：（1）压缩机尺寸应用菲利普斯工艺的LNG装置不是限制因素；（2）最大管道尺寸72～84in作为低压丙烷与乙烯压缩机进口管线，气体速度为30m/s时磨蚀、振动、噪音都在允许范围内。（3）容器、换热器等设备在技术上不受限制，但运输时需采取相应措施。对不同构型LNG生产装置进行了投资、效率与排放等多方面评估，评估结果表明，随着装置能力提高，装置成本下降，大型LNG生产装置具有明显的经济性。

LNG装置工艺的选择有下列准则：（1）投资与操作成本：LNG生产能力提高使投资成本下降。单列构型采用驱动机而无废热回收的装置投资成本最低，而带废热回收的装置操作成本较低；（2）排放情况：较大工业燃气轮机的效率更高与排放量较低。应用废热回收生产蒸汽有助于降低燃料消耗与减少排放。利用电动驱动机也有助于提高效率与降低排放量；（3）装置可操作性：未发现较大型驱动机与压缩机会引起操作方面的问题。（4）两列合一概念：大陆菲利普斯-Bechtel公司 LNG设计通常应用两列合一概念，允许即使一台燃气轮机跳闸时仍能使LNG装置在约70%能力下的运行。