液化天然气项目的清洁生产分析

液化天然气项目的清洁生产分析

刘凯

四川蜀道装备科技股份有限公司  四川成都 611730

摘要：对液化天然气进行清洁生产是我国推行可持续发展的一项重要措施，能对环境的质量也有着积极影响。对此，本文对液化天然气项目清洁生产的方案设计、工艺和设备、节能几个方面进行综合研究，并给出设计液化天然气项目的清洁生产的建议，旨在提升我国的环境质量，为生态环保工作做出一份贡献。

关键词：液化天然气；清洁生产；工艺；节能

前言：清洁生产是中国实施可持续发展战略的一个重要内容，也是我国对污染从末端治理到全程治理的有效转变，同时也是促进经济与环境的协调发展的重要措施。清洁生产的目标旨在通过对项目方案的不断改善，运用清洁环保的能源和原料，借助现代化的设备和技术手段，对项目的管理和资源回收利用方面进行改进，从而让污染在源头上得到降低，提高对资源的利用效率，以期望减少或避免生产、服务和产品使用中的对环境的危害，实现经济和环境的共同优化发展。

一、液化天然气项目的工艺分析

（一）制冷工艺

目前，天然气制冷工艺主要有阶式制冷循环工艺、混合制冷循环工艺、膨胀机制冷循环工艺和高压引射工艺工艺这四种。

阶式制冷循环工艺是利用甲烷、乙烷、丙烷等制冷剂（蒸发温度分别为-38℃、-85℃、-160℃）对天然气进行三级冷冻处理，使天然气与不同温度等级的制冷剂进行热量交换，完成对天然气的冷却和液化。该工艺操作灵活，开停车快捷，但需要3台大型循环压缩机，流程长、设备多、控制复杂，一般用于大型液化装置。

混合制冷循环工艺是将N2和C1～C5烃类混合物作为循环制冷剂，混合冷剂的组成比例要按照天然气原料的组成、压力、工艺流程而异，一旦确定是不容易改变的。即使能做到这一点，要使整个液化过程所需的冷量与冷剂所提供的冷量完全匹配是比较困难的，一般只能一部分做到贴近冷曲线。该工艺流程只需要一台压缩机，简化了流程，降低了造价，但效率较阶式循环流程低。

膨胀机制冷循环工艺是指利用高压透平膨胀机绝热膨胀来实现天然气的液化，与阶式制冷循环和混合冷剂制冷循环工艺相比，氮气膨胀流程非常简单、紧凑，造价略低，但能耗要高40%左右。

高压引射工艺为俄罗斯专业，国内应用较少，一般用于小装置。

几种制冷工艺效率（表1）及特性（表2）对比.

表1 制冷循环效率对比

表2 制冷工艺特性对比

（二）净化工艺

原料气中一般含有CO2、H2S、水等，它们的存在会造成金属腐蚀、污染环境，并在低温环境下产生冰冻而堵塞管道和设备。因此，必须严格控制气体中酸性组分的含量，以达到工艺和LNG产品质量的要求。

首先是脱CO2工艺的选择。目前，主要通过化学吸收法、固体干燥剂吸附法和膜分离法来去除天然气中的CO2。

化学吸收法又分为醇胺法、热钾碱法、环丁砜法。醇胺法是将胺作为溶剂，让其与原料气体中的酸性气体进行反应，从而实现原料气体中的CO2和H2S同时去除[1]。热钾碱法是将碳酸钾和甲基二乙醇胺作为溶剂，可以实现CO2、H2S的脱除。环丁砜法则是利用环丁砜、二异丙醇胺和少量水共同形成吸收溶液，通过环丁砜的物理特性和二异丙醇胺的化学特性来对原料气体中的CO2和H2S同时进行吸收。

固体干燥剂吸附技术是利用分子筛对原料气体中CO2进行吸附，本方法要求在两个吸附塔之间进行交换，适合对CO2浓度较低的原料气体进行处理，而处理CO2浓度较高气体，这种方法则需投入较大，运行费用较高，能耗较高。

膜分离法一般用于处理含高酸性气体（>20%）的原料气体，原料气体中酸性气体的含量越高，该方法的性价比越高。

其次是脱水工艺的选择。天然气脱水按原理可分为低温脱水、溶剂吸收和固体干燥剂吸附三大类[2]。而前两种方法由于脱水深度比较低，无法在深冷装置中使用，因此必须采用固体干燥剂吸附法来对天然气进行脱水处理。固体干燥剂一般都运用硅胶法和分子筛法，或者二者混合使用。

二、液化天然气项目的节能措施

节能措施主要有以下几点：第一，主流程需要综合考虑原料气的压力和气质特性，通过多个方案的比较，确定最节能的液化工艺方案；第二，对制冷机组入口及级间换热装置的出口温度进行适当调节，以减少机组能耗；第三，对设备和管道进行保冷保温，从而降低能耗；第四，利用先进高效的板翅式换热器为主要流程的换热装置，提高换热效率；第五，将液化天然气贮罐中的闪蒸气进行充分利用，将其增压后引至原料气管道送入液化冷箱中再液化；第六，合理紧密地布置设备、管道，降低压损；第七，在系统中布置换热器来对系统中的能量进行回收利用。

三、液化天然气的储存方式

液化天然气在常压下的沸点约为-162℃，通常采用常压低温贮存和带压子母罐贮存两种方法。

液化天然气常压低温贮存是使用常压拱顶低温储罐进行储存，储存罐的结构为平底拱盖、立式双层壁，外罐底铺于平台上，底面铺有泡沫玻璃砖（即底保温和负荷承载层），内罐底置于负荷分布板上，内罐和液体的所受的重力较为均匀，内罐的内部由多根锚条固定，以此防止因抬升力引起的内槽向下凸起变形，内、外之间用珍珠砂绝热层填充，并充干燥氮气，并由调节阀控制，以确保夹层处于微正压。常压贮存方式传热面积小，静态蒸发率低，现场施工周期短，安装难度较小，投资少，容积大于500立方均可。目前国内液化天然气工厂基本采用常压贮存方式。

液化天然气带压贮存方式多为子母罐，子罐一般为压力容器，母罐主要作用是保冷和抗风、雪荷载，内外罐之间填满保温材料。但母罐在运输时可能会受到容积的限制，因此带压子母罐贮存很难适应大规模液化天然气的存储[3]。若母罐现场施工则周期长，安装难度大，投资较高。采用带压子母罐的贮存模式，无需安装潜液泵，仅需配有常规的低温泵，即可进行装载等作业。若后端用气压力低于0.4Mpa,基本可以不用配置外输泵。且其内部分为两组独立的罐组，可以同时实现两组不同压力工况，如一组降压至0.2MPa卸车进液，另一组可稳压至0.4MPa出液气化供气。目前国内较小型天然气液化工厂采用子母罐贮存方式。

四、液化天然气项目的清洁生产建议

（一）优化技术

根据行业领先水平，对生产过程和设备进行优化，对项目的节能措施进行核查和改进。

（二）加强对生产用水的管理

在供水系统的进水口安装流量计或水表，以方便运行时的监控和管理，并能有效地控制用水量，节约用水。对清净下水进行综合利用，可作为冲厕水、车间地面冲刷水，来降低新鲜水的使用量。

（三）设备维护

强化封闭生产管理，对设备进行维修保养，及时更换易损件，使无组织废气、废水跑冒滴漏现象的污染降至最小，杜绝非正常排放问题的发生。

（四）二氧化碳处理

对甲基二乙醇胺解析再生塔所产生的酸性废气中的CO2进行回收处理，既可降低CO2排放对大气的污染，又可变废为宝，节省资源。

结束语：清洁生产是一种以清洁资源和能源、清洁生产工艺和清洁产品为重点的环保策略。从上述分析中可以看到，在我国天然液化气项目中，从原材料、工艺、产品等方面，都有了较好的环保效果，为同类企业的发展提供了有益的借鉴，希望本文所提出的方法对同类企业进行清洁生产的环境影响评价具有一定的参考价值。

参考文献：

[1]王遇冬.天然气处理与加工工艺[M].北京:石油工业出版社,1999:155,50-52.

[2]黄莉,袁宗明,商永滨.天然气液化工艺的选择[J].新疆石油天然气,2006,2(2):84-88.

[3]敬加强,梁光川,蒋宏业.液化天然气技术问答[M].北京:化学工业出版社,2007:2-3.