三 、管道天然气液化流程
在调压站的调压过程中 ,天然气有很大的压力 降 。因此 ,可以在用气低谷时充分利用这部分压力 能 ,使用膨胀制冷工艺将管网中的一部分天然气液 化制成 L N G 并储存起来 ,充当起一个大用户的角 色 ;在用气高峰时 ,再将储存的 L N G 气化输入管网 , 以达到调峰的目的 。另一个好处是 ,天然气的液化 过程中 ,C2 + 轻烃比甲烷先液化出来 ,因而可以起到 回收轻烃的作用 。 目前 ,国内外收的管道天然气液化流程. 天然气工业 ,2006 ,26 (5) :1302132. 摘 要 管道天然气的长途输送一般都采用高压管输的方式 ,高压天然气经各地的调压站降压后才能供应给 普通用户使用 ,调压过程中会有大量的压力能损失 。为解决城市燃气用户特有的用气不均匀性问题 ,介绍了一种 利用高压天然气调压过程的压力能膨胀制冷的管道天然气液化流程 。应用该流程可以将管道里的一部分天然气 液化制成 L N G 并储存起来 ,在用气高峰时将储存的 L N G 再汽化以增加供气量 ,满足下游用户的需求 。这样能够 增强燃气企业的“调峰”能力 ,有利于天然气管网的平稳运行 。同时 ,利用该流程还可以回收天然气中的轻烃资源 , 为石化工业提供优质的化工原料 。 主题词 城市 燃气 调峰 调压站 天然气 液化 液化天然气 汽化 轻烃回收 原料
压储罐储气 、高压管网储气 、L N G 液化工厂储气等 , 和膨胀制冷工艺这 3 种 。阶式制冷工艺和混合制冷
以上几种储气方式的投资费用比较结果见表 1[2] 。 工艺其天然气液化所需的冷量都是通过冷剂的制冷
从表 1 可看出 ,各种储气方式中以修建地下储 循环来提供的 ,而膨胀制冷工艺则是利用原料天然
在各地的天然气接收门站 ,需要根据用户的供 气压力要求将主干管线的超高压天然气进行降压后
图 1 管道天然气液化流程图
才能供应给普通用户 (如城市燃气用户) 使用 ,所以 各门站或门站后都设有调压站 。天然气在调压站内 调压 ,一般采用一级调压或二级调压方式 。一级调
常温的高压天然气 (原料气) 在换热器 1 中预 冷 ,温度降低 ,有部分气体液化 (主要是原料气中的 重组分) ,形成气液混合物 。气液混合物在气液分离
某城市的某一个天然气调压站需将压力为 4. 0 M Pa ,温度为 25 ℃,流量为 66333 m3 / h (约 50 t/ h) 的高压天然气降压到 0. 4 M Pa ,其调压装置采用图 1
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加工利用与安全环保 天 然 气 工 业 2006 年 5 月
参 考 文 献
[ 1 ] 华贲 ,郭慧 ,李亚军 ,等. 用好轻烃资源优化我国乙烯工业 的原料路线[J ] . 石油化工 ,2005 ,34 (8) :7052709.
[ 2 ] 徐正康 ,徐良胜. 城市燃气调峰及对供气合同的要求 [J ] . 城市燃气 ,2001 ,320 (10) :9214.
储气方式
有效储气量 ( m3 )
投资费用 (元/ m3 储气量)
地下 储气
枯竭油气田 含水层储气库
盐穴储气
3 ×108 ～50 ×108 2 ×108 ～30 ×108 0. 5 ×108 ～5 ×108
0. 41～2. 1 2. 5～24. 2 3. 3～5. 8
L N G 储存 高压球罐储气 高压管网储气
器中分离 ,分别获得高压天然气液和天然气 。其中 高压天然气液体则通过 J2T 节流阀 1 降至中压而气 化 ,形成气液混合物 。高压天然气在分流器中分成 F1 和 F2 这 2 股 , F1 (70 %～80 %) 经透平膨胀机膨 胀至中压 , 天然 气温 度下 降 , 形成 气液混 合物 ; F2
加工利用与安全环保 天 然 气 工 业 2006 年 5 月
用于燃气调峰和轻烃回收的管道天然气液化流程 3
熊永强1 ,2 华 贲1 ,2 罗东晓2 ,3
(1.“强化传热与过程节能”教育部重点实验室 ·华南理工大学 2. 华南理工大学天然气利用研究中心 3. 广州市煤气公司)
从表 3 中可知 ,通过液化装置的处理 ,4. 0 M Pa 、 25 ℃的高压天然气降压到 0. 4 M Pa 、温度为 20 ℃, 符合城市燃气中压输配管网的要求 。通过使用此流 程 ,能够获得甲烷含量约为 64. 55 ( mol) %的 L N G 8. 4 t/ h 左右 (约 16. 1 m3 / h) , 流程的总液化率为 16. 8 %左右 。其中乙烷的回收率为 92. 8 % , C3 + 回 收率为 99. 9 %。原料天然气的低位热值是 37. 87 MJ / m3 ,处理后的中压天然气的低位热值是 35. 88 MJ / m3 ,热值降低约 5. 3 %。
随着中国经济的持续快速发展和能源结构的调
表 1 几种储气方式的投资费用比较表
整 ,使用清洁能源 、大力发展天然气工业是必然的趋 势 。天然气产业具有典型的产业链特征 ,其上 、中 、 下游之间的贸易 ,都采用“照付不议”的形式来分担 风险和规范贸易各方的行为 。作为天然气下游主要 用户之一的城市燃气用户 ,其用气负荷随时段 、季 节 、气候和风俗习惯的影响 ,波动量非常之大 ,每天 都面临着气源“调峰”的压力 。因此 ,各城市燃气经
栋 ,借助于各小区的调压装置 (调压箱 、调压站 、调压 (20 %～30 %) 在换热器 2 中被冷却而全部液化 ,变
井 、调压柜) 将压力降低到 2. 5 k Pa (表压) 左右供用 成高压的 L N G ,再经 J2T 节流阀 2 降至中压 ,一部分
户使用 。
L N G 气化而形成气液混合物 。
[ 3 ] 顾安忠 ,石美玉 ,汪荣顺 ,等. 天然气液化流程及装置 [J ] . 深冷技术 ,2003 (1) :126.
[4] 王保庆. 天然气液化技术及其应用 [J ]. 天然气工业 , 2004 ,24 (7) :92295.
[ 5 ] EU GEN E R T HOMAS , RONALD R BOWEN , ERIC T
术 , 如 美 国 专 利 U S6023942 、U S6209350B1 、 U S6449982B1 、U S6378330B1 等 ,但这些专利都存在
四 、流程应用
一些不足 ,不太适合在城市天然气接收门站或调压 站使用 。如 U S6023942[5 ] 、U S6209350B1[6 ] ,其流程 较复杂 ,需要的投资很大 ; U S6449982B1[7] 需要外界
压是直接将超高压或高压的天然气降到 0. 2～0. 4 M Pa (表压) 的中压标准 ;而二级调压是先将超高压 或高压天然气调到 1. 6～2. 0 M Pa (表压) 左右 ,然后 再进一步调至 0. 2～0. 4 M Pa (表压) 的中压标准 。 中压天然气通过城市中压燃气管网进入小区或各楼
高压 A
次高压 A 中压 A 低压
表 2 城市燃气管网分级表 MPa (表压)
2. 5 < p ≤4. 0 高压 B 1. 6 < p ≤2. 5
0. 8 < p ≤1. 6 0. 2 < p ≤0. 4
p ≤0. 01
次高压 B 0. 4 < p ≤0. 8 中压 B 0. 01 < p ≤0. 2
0. 42 % ,C5 + 为 0 ,氮 0. 22 %。利用 A spen 流程模拟 软件对此调压液化流程进行模拟计算 ,热力学方法 采用 P2R 方程 ,F1 ∶F2 = 4 ,模拟结果见表 3 。
强燃气运营企业的“调峰”能力 ,有利于天然气管网 的平稳运行 。此外 ,此方法的 C2 + 轻烃回收率高 ,可 以利用本流程来回收天然气中的轻烃资源 ,为我国 的石化企业提供优质的化工原料 。
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第 26 卷第 5 期 天 然 气 工 业 加工利用与安全环保
二 、天然气的调压
一般来讲 ,天然气的长途输送都是采用高压管 输的方式 ,国外多数天然气输气管道压力介于 8～12 M Pa 的范围内 ,我国“西气东输”的输气管道压力为 10 M Pa 。根 据 国 家 标 准《城 镇 燃 气 设 计 规 范 》 ( GB5002822002) 规定 ,城市燃气管网按压力等级划 分为高 、中 、低 3 个级别 ,如表 2 所示 。
气库最为经济 、储气量较大 ,以高压球罐和高压管网 气的压力能对外做功来提供所需的冷量[4] 。
3 本研究得到国家“973”计划项目 (编号 : G2000026307) 的资助 。 作者简介 :熊永强 ,1978 年生 ;华南理工大学化学工程专业博士研究生 。地址 : (510640) 广东省广州市天河区五山华南理 工大学逸夫工程馆 323 室 。电话 : (020) 87112044 ,13430209417 。E2mail : yqxiong1978 @163. com
所示的天然气液化流程 。天然气的气源为进口的 L N G 干气气化而来 ,其摩尔组成为 :甲烷 95. 45 % , 乙烷 2. 37 % ,丙烷 1. 17 % ,异丁烷 0. 37 % ,正丁烷
过程中因产生低温而影响设备运行问题 。而且 ,对 天然气管网运行能起到“削峰填谷”的作用 ,有利于 的解决城市燃气用户特有的用气不均匀性矛盾 ,增
40～50 400～500 300～400
营企业均需投巨资建设一些调峰设施 ,如地下储气 库 、高压储罐 、高压储气管网 、L N G 调峰厂等 ,以此 来满足用户高峰期的用气需要 。此外 ,作为一种优 质的清洁能源 ,大部分天然气 ,特别是油田伴生气 中 ,含有大量的轻烃资源 ,这些轻烃都是非常好的化 工原料 。从天然气中回收轻烃资源 ,将有利于解决 我国乙烯工业发展的原料瓶颈并增强我国乙烯行业
的单位储气量投资费用最高 。但修建地下储气库需 要有良好的地质条件 ,而且储气时要将天然气压缩 到 20 M Pa 左右的压力储存 ,需要耗费大量的能量来 压缩天然气 ,且只适合天然气耗量特别巨大的城市 。 因此 ,很多不具备建设地下储气库条件的天然气消 费区 ,一般采用高压管网储存或将天然气液化制成