金海剛

(中海油石化工程有限公司，山東 青島 266101)

LNG中蘊(yùn)含大量的冷能，在LNG汽化過程中，大量的冷能直接采用海水汽化加熱，冷量沒有利用，造成大量的資源浪費(fèi)。近年來，LNG接收站的冷能利用越來越受到重視，LNG冷能通過多種途徑進(jìn)行了利用，主要的利用方式有冷能發(fā)電、冷能空分、制取液態(tài)CO2或干冰、冷藏倉庫或制冰、輕烴分離、空調(diào)、海水淡化、低溫粉碎等。

另外一方面，目前國際LNG市場中，部分LNG產(chǎn)品中含有較高的乙烷和LPG組分，這些組分相對于LNG汽化后的干氣產(chǎn)品，具有更高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，利用LNG汽化過程中的冷能，可以較好的回收這部分價(jià)值較高的產(chǎn)品，增加經(jīng)濟(jì)效益。LNG輕烴回收過程利用了LNG從-160℃到-110℃左右的冷量，而剩余的大量冷量還可以采用其它方式進(jìn)行利用，因此，將LNG輕烴回收和冷能發(fā)電進(jìn)行組合，一方面可以回收高價(jià)值的產(chǎn)品，一方面還利用了剩余的冷能進(jìn)行發(fā)電，達(dá)到LNG汽化過程的冷能充分利用，最大化的提高LNG接收站的經(jīng)濟(jì)效益。

1 LNG輕烴回收工藝

LNG由于產(chǎn)地、液化工藝等的不同，會含有一定的乙烷、丙烷及丁烷以上組分，這些組分回收后，乙烷可以作為乙烯裝置的原料，LPG產(chǎn)品可以外賣，回收的輕烴組分較LNG汽化后的干氣，具有更高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。當(dāng)LNG中含有的上述輕烴組分較多時，就具有較好的投資回報(bào)。

LNG輕烴回收工藝是在LNG汽化過程中的適當(dāng)溫位的氣液兩相物流進(jìn)行氣液分離，并將液相進(jìn)行蒸餾得到乙烷和LPG，氣相與原料LNG換熱，重新冷凝成溫度和壓力均較高的LNG。經(jīng)輕烴回收后，原LNG中絕大部分的乙烷和幾乎全部的丙烷以上組分均可以被回收，同時回收輕烴后的LNG升溫成約-110℃～-120℃的液相。

LNG輕烴回收裝置主要的設(shè)備有：LNG泵、冷箱、回流罐、脫甲烷塔和脫乙烷塔及重沸器等，工藝相對比較簡單。

2 LNG冷能發(fā)電工藝

LNG冷能發(fā)電是是LNG冷能利用的一種常用方式，LNG冷能發(fā)電的原理一般是利用發(fā)電工質(zhì)的朗肯循環(huán)進(jìn)行發(fā)電，而發(fā)電工質(zhì)的冷凝則由LNG汽化過程提供冷量。液態(tài)的發(fā)電工質(zhì)先經(jīng)海水汽化成為高壓的氣相，然后通過膨脹機(jī)膨脹做功發(fā)電，膨脹后的低壓氣體與LNG換熱成為低壓的液體，液體經(jīng)泵升壓后去海水汽化器，完成整個循環(huán)。

發(fā)電工質(zhì)可以為純丙烷或混合工質(zhì)，以提高冷能利用率。由于LNG汽化過程的溫度范圍寬，和單一工質(zhì)相比，使用混和工質(zhì)可以覆蓋低溫天然氣更大溫度范圍的冷能，可使LNG冷能得到梯級利用。但由于混合工質(zhì)組分變化、配置和補(bǔ)充等過程使得工藝設(shè)備和工藝控制都較復(fù)雜，設(shè)備投資較高。

LNG冷能發(fā)電主要的設(shè)備有：丙烷膨脹機(jī)、丙烷/LNG換熱器、丙烷蒸發(fā)器、丙烷循環(huán)泵等。

3 LNG輕烴回收和冷能發(fā)電組合工藝

將LNG輕烴回收和冷能發(fā)電工藝進(jìn)行組合，一方面利用LNG汽化過程中進(jìn)行蒸餾分離具有較高價(jià)值的產(chǎn)品，一方面剩余冷能在利用發(fā)電工藝進(jìn)行回收，進(jìn)一步提高裝置的經(jīng)濟(jì)效益。

LNG經(jīng)泵升壓到適當(dāng)?shù)膲毫筮M(jìn)入冷箱中換熱并部分汽化，然后進(jìn)行氣液分離，分離的氣相經(jīng)冷箱中的LNG冷卻后重新成為液態(tài)的貧LNG，這部分LNG一部分作為后面脫甲烷塔頂回流，一部分經(jīng)高壓LNG泵升壓后至冷能發(fā)電單元；氣液分離得到的液相經(jīng)泵升壓后先與脫乙烷塔頂氣相換熱回流冷量后，在進(jìn)入脫甲烷塔，脫甲烷塔頂也得到回收了乙烷以上組分的貧LNG氣，經(jīng)進(jìn)料LNG重新冷卻成液相，并經(jīng)泵升壓后送至冷能發(fā)電單元；脫甲烷塔底的液相進(jìn)入脫乙烷塔，塔頂氣相經(jīng)脫甲烷塔進(jìn)料冷卻后一部分作為脫乙烷塔頂回流，一部分作為乙烷產(chǎn)品。脫乙烷塔底得到LPG產(chǎn)品；冷能發(fā)電單元中，來自輕烴回收的溫度較高的LNG 與低壓丙烷蒸汽換熱并汽化，在經(jīng)海水加熱器加熱至0℃以上后外輸；低壓丙烷蒸汽經(jīng)LNG冷凝成低壓液體后，用丙烷循環(huán)泵升壓，再經(jīng)海水加熱汽化后進(jìn)入膨脹機(jī)膨脹做功發(fā)電，膨脹后的低壓丙烷氣至LNG換熱器，完成一個循環(huán)。

該組合工藝的基本工藝流程如下：

圖1 工藝流程圖

4 組合工藝主要工藝參數(shù)及產(chǎn)品方案

原料LNG組分如表1所示。

表1 原料LNG組分

經(jīng)工藝流程模擬計(jì)算，該工藝的主要工藝參數(shù)和產(chǎn)品流量計(jì)算如表2所示。

表2 工藝參數(shù)和產(chǎn)品流量

注：100 t/h LNG處理量下。

將LNG輕烴回收和冷能發(fā)電進(jìn)行組合，除了回收大量高附加值產(chǎn)品以外，還利用剩余冷能發(fā)電，將LNG冷能和LNG資源進(jìn)行充分利用，最大化的提高了LNG接收站的經(jīng)濟(jì)效益。