体、水分和杂质，如H2S、CO2和H2O等，以免它们在低温下冻结而堵塞、腐蚀设备和管道。表3-2列出了原料气预处理标准和杂质的最大含量。

表3-1 原料气组分表（根据建设单位供气质量再定） 介质 氮气 N2 甲烷 CH4 乙烷 C2H6 丙烷 C3H8 异丁烷 iC4H10 正丁烷 nC4H10 己烷及以上 C6+ 二氧化碳 CO2 水露点 组成mol% 0.943 96.672 1.3 0.234 0.038 0.044 0.046 0.723 备注 按≤2%设计 按3.0MPa，35℃下饱和设计

表3-2 原料气最大允许杂质含量 杂质 H2O CO2 H2S 总含硫量 Hg 芳香烃类 环烷烃总量 含量极限 ＜1ppmV 50～100ppmV ＜3.5mg/Nm(4ppmV) 10～50mg/Nm ＜0.01μg/Nm ≤10ppmV ≤10ppmV 333本装臵的原料气中水等的含量超标，必须进行净化。

天然气中水分的存在往往会造成严重的后果：水分与天然气在一定条件下形成水合物阻塞管路，影响冷却液化过程；另外由于水分的存在也会造成不必要的动力消耗；由于天然气液化温度低，水和CO2的存在还会导致设备冻堵，故必须脱除。

本装臵的分子筛吸附系统用净化后的原料天然气作为冷吹和再生介质，再生气出吸附塔后通过冷却、分离后排至原料压缩机入口。 三、低温液化与分馏工艺选择

迄今为止，在深冷液化天然气领域中成熟的液化工艺主要有以下

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三种：阶式制冷循环工艺、混合制冷循环工艺和膨胀机制冷循环工艺。

1、阶式制冷循环工艺

阶式制冷循环是用丙烷（或丙烯）、乙烷（或乙烯）、甲烷（或氮气）等制冷剂（分别提供约为-40℃、-100℃、-160℃的温度场）进行的三级冷冻，使天然气在多个温度等级的制冷剂中与相应的制冷剂换热，从而使其冷却和液化。

经典的阶式制冷循环的优点是采用了3种制冷剂、9个制冷温度梯度（丙烷、乙烷、甲烷各3个温度等级），使各级制冷温度与原料气的冷却曲线接近，减少了熵值，比能量消耗接近于理论的热力学效率的上限。而且该工艺操作灵活，开停车快捷，易于初期开车投产。

但是阶式制冷也存在一些缺点，需要三个大型循环压缩机，以及相当数量的冷换设备；流程长、控制复杂、设备多等。

2、混合制冷循环工艺

混合制冷剂制冷循环是采用N2和C1～C5烃类混合物作为循环制冷剂的工艺。该工艺的特点是在制冷循环中采用混合制冷剂，只需要一台压缩机，简化了流程，降低了造价。但是从理论上讲，混合冷剂的组成比例应按照天然气原料的组成、压力、工艺流程而异，因此对冷剂的配比和原料气的气质要求更为严格，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（从常温到-162℃）所需的冷量与冷剂所提供的冷量完全匹配是比较困难的，充其量只能局部或一部分做到贴近冷却曲线。因此混合制冷剂循环流程的效率要比九个温度梯度水平的阶式循环流程低。

既然调节混合冷剂的组成比例使整个液化过程按冷却曲线提供所需的冷量是困难的，那么合乎逻辑的推论是采用折中的办法，分段来实现供给所需的冷量，以期液化过程的熵增降至最小。

因而，在混合冷剂循环的基础上，发展成有丙烷预冷的MRC工艺，简称C3/MRC工艺，它的效率接近阶式循环。此法的原理是分两段供给冷量：高温段用丙烷压缩制冷，按3个温度水平预冷原料天然气

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到～-40℃；低温段的换热采用两种方式—高压的混合冷剂与较高温度的原料气换热，低压的混合冷剂与较低温度的原料气换热。充分体现了热力学上的特性，从而使效率得以最大限度的提高。

3、膨胀制冷循环工艺

膨胀机制冷循环是指利用高压制冷剂通过透平膨胀机绝热膨胀的克劳德循环制冷来实现天然气的液化。气体在膨胀机中膨胀降温的同时，能输出功，可用于驱动流程中的压缩机。

根据制冷剂的不同，膨胀机制冷循环可分为：氮膨胀机制冷循环、氮-甲烷膨胀机制冷循环、天然气膨胀制冷循环。

与阶式制冷循环和混合冷剂制冷循环工艺相比，氮气膨胀循环流程非常简单、紧凑，造价略低。起动快，热态起动2～4小时即可获得满负荷产品，运行灵活，适应性强，易于操作和控制，安全性好，放空不会引起火灾或爆炸危险。制冷剂采用单组分气体，因而消除了像混合冷剂制冷循环工艺那样的分离和存储制冷剂的麻烦，也避免了由此带来的安全问题，使液化冷箱的更简化和紧凑。但能耗要比混合冷剂液化流程高40%左右。

4、三种工艺的技术经济比较

将阶式制冷循环的能耗设定为1，各种制冷循环比较见表3-32所列，各种制冷循环的特性比较见表3-4。

表3-3 各种制冷循环效率比较 制冷工艺 阶式制冷循环 混合制冷剂制冷循环 N2-CH4膨胀制冷循环 与阶式制冷的相对能耗 1.00 1.15 1.35

表3-4 各种制冷循环特性比较 指标 效率 复杂程度

阶式制冷 高 高 12

混合冷剂 中 中 膨胀制冷 低 低

指标 换热器类型 换热器面积 适应性 阶式制冷 板翅式 小 高 混合冷剂 板翅式或绕管式 大 中 膨胀制冷 板翅式 小 本装臵的液化工艺选用混合制冷剂循环压缩制冷工艺，达到较低液化能耗，且装臵能够长周期运行并有效降低维护成本。

第三节 工艺流程

一、原料天然气过滤与压缩单元

原料天然气经过调压和计量，进入原料气压缩机组入口平衡分离罐，为原料气压缩机提供洁净、压力比较稳定的天然气。

原料气经原料气压缩机组多次增压、冷却分离至5.5MPa.G，经过压缩机组自身的末级冷却器冷却，进入出口分离器，并经计量后进入后续单元。

原料气进装臵设臵有事故联锁切断阀，切断进入装臵的原料气源，保证装臵、人员及附近设施的安全。 二、原料天然气脱酸性气体单元

从原料天然气过滤与压缩单元来的天然气从吸收塔下部进入，自下而上通过吸收塔；再生后的MDEA溶液（贫液）从吸收塔上部进入，自上而下通过吸收塔，逆向流动的MDEA溶液和天然气在吸收塔内充分接触，气体中的H2S和CO2被吸收而进入液相，未被吸收的组份从吸收塔顶部引出，进入脱碳气冷却器和分离器。出脱碳气分离器的气体进入原料气干燥单元，冷凝液去MDEA地下槽。

处理后的天然中CO2含量小于50ppmV，H2S含量小于4ppmV。 吸收了H2S和CO2的MDEA溶液称富液，至闪蒸塔，降压闪蒸出的天然体送往界外燃料系统。闪蒸后的富液与再生塔底部流出的溶液（贫液）换热后，升温到-98℃去再生塔上部，在再生塔进行汽提再生，直至贫液的贫液度达到指标。

出再生塔的贫液经过溶液换热器、贫液泵进入贫液冷却器，贫液被冷却到-40℃，从吸收塔上部进入。

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再生塔顶部出口气体经酸气冷却器，进入酸气分离器，出酸气分离器的气体送往安全泄压系统，冷凝液去MDEA地下槽。

再生塔再沸器的热源由来自水蒸气系统的低压饱和蒸汽提供，冷凝液返回水蒸气系统。 三、原料气干燥与脱重烃单元

原料气干燥与脱重烃单元设三台吸附器切换操作，其中一台吸附、一台冷却、一台加温再生。

从原料气压缩单元来的原料气进入吸附器顶部，通过分子筛吸附脱除水分和重烃后，从吸附器底部出来，脱水后天然气中含水量小于1ppmV，重烃含量小于20ppmV，之后进入净化气提纯液化单元。

原料气干燥与脱重烃单元用净化后的少量的原料气节流降压后作为冷吹和再生介质，再生气出吸附塔后通过冷却、分离后排至原料压缩机入口。

低压原料气首先从下而上通过冷却状态的吸附器，之后再生气通过电加热器加热至再生温度260～280℃，从吸附器底部进入，将吸附剂吸附的水和重烃解吸。再生气从干燥器顶部出来，经再生冷却器冷却后进入再生气分离器，分离其中的液体后排至原料压缩机入口。 四、原料气脱汞单元

从原料气干燥与脱重烃单元来的天然气进入浸硫活性炭吸附器，汞与浸硫活性炭上的硫产生化学反应生成硫化汞，吸附在活性炭上，从而达到脱除汞之目的。从脱汞器出来的天然气的汞含量小于0.01μg/Nm3。

脱汞器设臵两台，用一备一，浸硫活性炭每年更换。

过滤单元设两台过滤器，根据阻力数据切换使用，达到过滤分子筛与活性炭粉尘之目的。 五、净化气的提纯液化

在进入提纯液化单元之前，气体必须进行分析，以保证H2S与CO2

含量、水含量以及汞含量达到进入提纯液化单元的要求。

本装臵在原料气进装臵前设臵了CO2含量在线分析仪，在原料气干燥与脱重烃单元设臵了原料天然气水露点在线分析仪。

净化后的原料气进入液化冷箱，在液化换热器中冷却到冷却、冷

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