1、小型LNG裝置體積小可撬裝、機(jī)動運(yùn)輸、開停方便，能對分散的天然氣氣田進(jìn)行采集，在我國具有戰(zhàn)略價(jià)值。本文針對這一裝置實(shí)施的方案及其關(guān)鍵技術(shù)展開研究，提出了預(yù)處理模塊化的概念，以及一種新型節(jié)能的整合級聯(lián)混合制冷劑液化流程(SP-MRC)，主要內(nèi)容如下。 一、預(yù)處理與液化流程優(yōu)選及設(shè)備建模。對于小型LNG裝置，建議采用分子篩吸附法脫水脫硫，提出了預(yù)處理模塊化的概念?；旌现评鋭┮夯h(huán)可能是小型裝置的最佳選擇。對凈化設(shè)備、熱傳遞設(shè)備、旋

2、轉(zhuǎn)設(shè)備、分離設(shè)備和管線設(shè)備進(jìn)行了數(shù)學(xué)建模。 二、天然氣預(yù)處理試驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)與搭建。試驗(yàn)裝置用于測試多元混合氣體的干燥和凈化數(shù)據(jù)，主要包括以下幾個(gè)部分： (1)原料氣注入系統(tǒng)； (2)混合器； (3)吸附系統(tǒng)； (4)測量系統(tǒng)； (5)取樣分析系統(tǒng)； (6)安全系統(tǒng)。 三、首次試驗(yàn)研究了分子篩凈化天然氣的模塊化吸附工藝，工作內(nèi)容和結(jié)論包括： (1)測定了水分、CO2在

3、3A、4A和13X分子篩上的動態(tài)透出曲線。 (2)測定了II2S在RK-38分子篩上的透出曲線。 (3)測定了天然氣在復(fù)合吸附床(3A+13X分子篩)上的動態(tài)吸附曲線，采用競爭吸附理論對各吸附模塊進(jìn)行了優(yōu)化組合與配置。 (4)對兩種分子篩脫除CO2的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，結(jié)果表明13X分子篩的吸附分離效果要優(yōu)于4A分子篩。 (5)建立了多組分吸附分離模型，利用試驗(yàn)曲線確定吸附平衡和動力學(xué)參數(shù)，對天然氣和二元吸

4、附劑的透出曲線及溫度、吸附量變化趨勢進(jìn)行了數(shù)值模擬。 (6)對分子篩在不同壓力和不同溫度下的動態(tài)吸附進(jìn)行了研究。 (7)預(yù)處理模塊的吸附順序一般為“先脫水再脫硫最后脫碳”，而脫附順序?yàn)椤跋让撎荚倜摿蜃詈竺撍薄?8)對于不同產(chǎn)地不同氣質(zhì)的天然氣，預(yù)處理模塊化工藝可以適應(yīng)對各種氣源進(jìn)行液化的苛刻要求。 四、模擬計(jì)算主要圍繞混合制冷劑液化流程和N2-CH4膨脹機(jī)液化流程展開，提出了一種新型的整合級聯(lián)式混合制冷劑液化流

5、程(SP-MRC)。研究內(nèi)容包括： (1)設(shè)計(jì)了兩套典型的撬裝型天然氣液化流程，對流程進(jìn)行了模擬計(jì)算，比較了兩者的關(guān)鍵參數(shù)，并分析了各換熱器中管路換熱負(fù)荷-溫度的分布情況。 (2)對三種液化流程(C3/MRC、N2-CH4 Expander和SP-MRC)進(jìn)行了模擬計(jì)算和關(guān)鍵參數(shù)比較，結(jié)果表明新型SP-MRC流程的比功耗、比制冷劑流量與C3/MRC流程接近，比冷卻水負(fù)荷介于C3/MRC和N2-CH4流程之間。 (

6、3)新型液化流程采用重?zé)N和輕烴相結(jié)合的整合式級聯(lián)技術(shù)，在保證較高液化率和較低比功耗的前提下，能顯著減少壓縮機(jī)與換熱器的數(shù)量和體積。 五、從熱力學(xué)的角度出發(fā)，詳細(xì)分析了節(jié)能新型SP-MRC的關(guān)鍵參數(shù)對流程性能(比功耗、液化率、比制冷劑流量和比冷卻水負(fù)荷)的影響。利用HYSYS的Original模式，以LNG比功耗最小化為目標(biāo)函數(shù)，對SP-MRC液化流程進(jìn)行了優(yōu)化。在目標(biāo)函數(shù)最優(yōu)值的基礎(chǔ)上，對LNG板翅式換熱器的性能參數(shù)展開深入分析

7、，得到了多組元混合工質(zhì)在換熱器中相變耦合的性能曲線。研究表明，溫度、壓力和組分分率的同時(shí)變化，將對換熱器中多組元工質(zhì)的焓值、熱流量以及UA值產(chǎn)生重要影響。 六、以中原油田文23氣田1號集氣站外輸氣為例，對小型LNG裝置的模塊化撬裝進(jìn)行了可行性研究，采用了特有的模塊化復(fù)合吸附工藝和SP-MRC混合制冷工藝，得到了天然氣凈化與液化相耦合的全流程節(jié)點(diǎn)的溫度、壓力、摩爾焓、摩爾熵、摩爾流量、氣相分率和氣液兩相組分的摩爾分?jǐn)?shù)。結(jié)果表明：L