2.1 工艺原理及特点
净化工艺原理
根据天然气体成份和净化气产品质量要求，本净化工艺采用变温变压吸附法（PTSA）脱除天然气中的二氧化碳、硫化氢以及水分；采用恒压变温吸附法（TSA）脱除再生气中的水分；采用专用脱汞剂实现汞的吸附脱除。
下图为不同温度下的吸附等温线示意图： 从上图B→C和A→D可以看出：在压力一定时，随着温度的升高吸附容量逐渐减小；从上图B→A和C→D可以看出：在温度一定时，随着压力的升高吸附容量逐渐增大。实际上，变温吸附正是利用上图B→C段（或A→D段）的特性来实现的；变压吸附是利用上图B→A段（或C→D段）的特性来实现的；变温变压吸附过程正是利用上图中吸附剂在A-B及B-C段的特性来实现吸附与解吸的。吸附剂在常温和压力较高时(A点)大量吸附原料气中的某些杂质组分，然后在高温和压力较低时（Ｃ点）使吸附的杂质组分得以充分解析。
本项目天然气净化单元采用三台变温变压吸附塔、一台脱汞塔、一台加热器、一台冷却器、一台气液分离器和多台程序控制阀的组合，可实现用工艺天然气脱酸脱水脱汞的功能。
P1 解吸压力点 P2 吸附压力点 杂质分压 V2V1CV3BD吸附容量V4A常温 高温 再生气干燥单元干燥系统由三台干燥器、一台加热器、一台冷却器、一台分离器组成。干燥及再生交替进行,再生分加热和冷却两个步骤，经干燥后的产品气体露点低于-40℃后经压缩至4.0MPa后送燃气管网。
液化工艺原理
本装置的液化工艺选用不带预冷的混合冷剂制冷工艺，达到在较低液化能耗的情况下减少动设备的数量，使装置能够长周期运行和降低维护成本。
净化后的天然气进入液化冷箱，经混合冷剂冷却、冷凝并过冷到~ ‐164℃后得液相LNG产品，经节流阀节流降到常压，通过计量后进入LNG贮槽。
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。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‐164℃）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却曲线。
2.2 主要工艺操作条件
表2.2-1脱酸单元工艺操作条件一览表
序号 一 1 2 3 4 5 6 7 二 1 2
项目
原料气分离器S-0301 气体入口温度 气体出口温度 气体入口压力 气体出口压力 气体入口流量 气体出口流量 原料气分离器液位 吸附净化塔T-0301ABC 吸附压力MpaG： 吸附温度℃：
～3.46 ≤40
操作参数
40℃ 40℃ 3.5MPa.G 3.46MPa.G 16548Nm3/h 16548Nm3/h 1/2～2/3液面计
3 4 5 6 7 8 9 10 三 1 2 3 4 四 1
再生气流量Nm3/h: 热再生进口温度℃： 热再生出口温度℃： 冷再生进口温度℃： 冷再生出口温度℃： 净化气压力Mpa： 净化气温度℃： 净化气露点温度℃： 脱汞塔T-0302 工作压力MpaG： 工作温度℃： 出塔压力Mpa:
出塔气体汞含量ug/Nm3： 再生气冷却器E-0301 操作压力
管程 壳程
～2624 ～260 ～240 ～40 ≤40 ～3.4 ≤40 ≤-65
～3.4 ～40 ～3.35 ≤0.01
3.34MPa.G 0.6MPa.G 240--40℃ 32--40℃ 2668Nm3/h kg/h 40℃ 3.32MPa.G 1/2～2/3液面计 2 操作温度
管程 壳程
3 五 1 2 3 六 １
流量
管程 壳程
再生气液分离器S-0302
操作温度 操作压力 液位
再生气加热器H-0301
操作压力
管程 壳程
3.38MPa.G 0.6MPa.G 36--260℃ 280--250℃
２ 操作温度
管程 壳程
３ 七 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
流量
脱水塔T-0401ABC 吸附压力MpaG： 吸附温度℃： 再生气流量:气体总量%: 热再生进口温度℃： 热再生出口温度℃： 冷再生进口温度℃： 冷再生出口温度℃： 气液分离器液位%： 冷却水温度℃： 干燥气压力Mpa： 干燥气温度℃： 干燥气露点温度℃：
管程 壳程
2668Nm3/h kg/h
～3.25 ≤40 20～30 ～200 ～180 ≤40 ≤40
1/2～2/3液面计 ≤32 ～3.25 ≤40 ≤-40
操作时间设定（min）
八 1
吸附干燥 热再生 冷再生
脱水再生气加热器H-0401 操作压力
管程 壳程
2
操作温度
管程 壳程
3
流量
管程 壳程
480 240 240
3.3MPa.G 0.6MPa.G 42--220℃ 280--250℃ 395Nm3/h kg/h
九 1
脱水再生气冷却器E-040１ 操作压力
管程 壳程
3.25MPa.G 0.6MPa.G 180--40℃ 40--32℃ 404Nm3/h kg/h 40℃ 3.25MPa.G 1/2～2/3液面计
～2632 ～3.21 ～4.02 ≤32 ≤40
1/2～2/3液面计
2 操作温度
管程 壳程
3 十 1 2 3 十一 1 2 3 4 5 6
流量
管程 壳程
脱水再生气气液分离器S-0401 操作温度 操作压力 液位
压缩机组C0501AB/E0501AB/C0501AB 进气流量Nm3/h： 进气压力MPa.G： 出气压力MPa.G： 冷却水温度℃： 洗涤后气体温度℃： 汽液分离器液位%：
表2.2-2 低温液化单元操作条件
项目
温度
E0801A/B液化换热器（冷箱内） 净化天然气进 LNG天然气出
～35℃ ～‐163℃
压力 3.31MPa.G 25～40kPa.G
操作参数
总流量 14896Sm3/h 14896Sm3/h（液）（23m3/h）
液位
备注
MRC冷剂液进 MRC冷剂液出 MRC冷剂气液进
43.19℃ ‐70℃ ‐77.4℃
4.48 MPa.G4.43 MPa.G0.228 MPa.G
10350Nm3/h 10350 Nm3/h 1133 Nm3/h（气）9217Nm3/h（液）
正流 正流 节流后进
MRC冷剂气出 40.25℃ 0.198 MPa.G10350 Nm3/h 返流
MRC冷剂气进 MRC冷剂液出 MRC冷剂气液进
43.16℃ ‐164℃ ‐167℃
4.48 MPa.G4.43 MPa.G0.228 MPa.G
27750 Nm3/h 27750 Nm3/h 2080 Nm3/h（气）25670Nm3/h（液）
正流 正流 节流后进
MRC冷剂气出
S0861低温残液分离器
40.25℃ ～‐165℃
0.198 MPa.G0.09MPa.G0.7 MPa.G
27750 Nm3/h
返流 20kw
H0851（氮气）加热器 30～80℃
MRC配比与压缩单元操作条件
项目
温度
S1101乙烯贮槽 E1101乙烯汽化器
‐103.6℃ ‐103.6℃～25℃
P1121丙烷卸车泵
进口压力:
0.15~1.12MPa 出口压力: 0.65~1.67MPa 1.61 MPa.G 1.61 MPa.G 进口压力: 0.15~1.12MPa 出口压力: 0.65~1.67MPa
S1103戊烷贮槽 -20~50℃ A1102戊烷干燥器 -20~50℃ S1104冷剂配比罐 -20~50℃ C1101MRC压缩机进口
~40℃
0.59 MPa.G 1.61 MPa.G 0.2～0.9MPa.G 0.27 MPa.A
41000 Nm3/h
C1101MRC压缩机出口
≤40℃
4.552 MPa.A
41000 Nm3/h
S1105分离器（压缩机出
口分离器）
~40℃
4.48 MPa.G
600 mm
5800 mm 2400mm 200 mm
15m2/h
压力 0.8 MPa.G 0.8 MPa.G
操作参数
流量 300 Nm3/h
液位 5300 mm
备注
S1102丙烷贮槽 A1101丙烷干燥器 P1122戊烷卸车泵
-20~50℃ -20~50℃
15m2/h
5800 mm 2400mm
S1106MRC集液罐 P1123A/B液体回收泵
~38℃
0.1～0.9MPa.G 进口压力: ~0.8MPa 出口压力： 4.6MPa.G
20m2/h
1200 mm
表2.2-4 LNG贮存单元操作条件
项目
操作参数
温度 压力 流量 液位 备注
ST1301LNG贮槽 ～‐163.4℃ ～12kPa.G
表2.2-5 LNG装车单元操作条件
项目
操作参数
温度 压力 进口压力：
流量 液位
备注
P1401A/B LNG装车泵 ～-163.4℃
3～15kPa.G 出口压力：0.6MPa.G
150m3/h
表2.2-6 BOG回收与压缩单元操作条件
项目
操作参数
温度 压力 流量 液位
备注
E1501 BOG加热器 ‐163.4～35℃3～15kPa.G 600Sm3/h
E1502 BOG加热器 ‐163.4～35℃3～15kPa.G 600Sm3/h
S1501BOG平衡罐 ‐30～50℃ 0.02 MPa.G 进口压力: 3～15kPa.G 出口压力: 3.7～4.0MPa.G
C1501A/B BOG压缩机 0~35℃ 400Sm3/h
2.3 工艺流程说明
2.3.1脱酸脱水脱硫脱汞单元
参见工艺管道及仪表流程图LNG20LC-03-01～02
气体从吸附净化塔T-0301A/B/C塔底进入，经过吸附床层在吸附剂的选择性作用下将气体中的二氧化碳、水、重烃等杂质吸附下来。吸附完成后，吸附净化塔经历热吹再生、冷吹降温后再次进入吸附过程。变温变压系统的三台塔都经历吸附、热吹再生、冷吹降温等过程，由程序控制循环运行达到对气体净化的目的。下面以T0301A吸附，T0301B冷吹、T0301C再生为例作来描述： 吸附（A）
由界区外导入的温度为～40℃,压力3.5Mpa的原料天然气（约49645Ｎm3/h），进入原料气分离器S-0301，脱除其中的游离水、粉尘及其它机械杂质后进入吸附净化系统。通过KV0301a从塔底进入吸附净化塔T-0301Ａ，在吸附剂的作用下气体中的二氧化碳、水分、重烃等杂质被吸附下来，未被吸附的气体从塔顶流出经程控阀KV0302a去脱汞塔T0302。脱除原料气中的微量汞后合格的气体送界外液化工序。 冷吹降温（Ｂ）
经吸附净化塔T-0301Ａ净化后的气体，一部分经流量调节阀组FV0323调节流量（约7873Ｎm3/h）,经程控阀KV0303b、KV0305b控制对已经完成再生的塔T-0301B进行冷吹降温，当温度降至约40℃时降温过程视为结束。出T-0301B的气体送再生气加热器H-0301加热。
热吹再生（C）
经再生气加热器H-0301加热的气体温度约260℃,经程控阀KV0304c控制对T-0301C进行加热再生,当再生气出塔温度达到240℃时热吹再生可视为结束。出T-0301C的气体经程控阀KV0306c进入再生气冷却器E-0301,用水冷却至40℃以下，经再生气液分离器S-0302分离水分后进再生气干燥单元。 吸附切换（D）
当吸附杂质在塔内的吸附前沿达到出口预留段时，即吸附剂吸附杂质达到饱和状态时，吸附完成。关闭程控阀KV0301a、KV0302a，同时打开KV0304a、KV0306a，吸附净化塔T-0401A转入热吹再生过程。（塔T-0401B吸附、T-0401C冷吹，相应程控阀门按程序动作）。
在计算机程序的控制下，各塔的步序依次有条地进行，三个塔各步时间错开，始终有一个塔处于吸附状态，达到对气体的连续净化。
2.3.2再生气干燥单元
参见工艺管道及仪表流程图、LNG20LC-04-01～02
气体进入等压干燥系统由调节阀控制分为两部分，一部分（～70%）直接进脱水塔T-0401A/B吸附脱水；另一部分（～30%）作热再生及冷再生气源经过脱水塔T-0401Ｃ、脱水再生加热器H-0401、干燥塔T-0403B/A（或者经过干燥塔T-0401B/A、脱水再生加热器H-0401、脱水塔T-0401Ｃ）对吸附结束塔进行再生后去脱水再生冷却器E-0401；冷却降温后的气体经过脱水再生气液分离器S-0401分出液体后汇合前一部分气体一并吸附脱水；吸附脱水后的合格干燥气体（常压露点小于-65℃）去再生气压缩工序，不合格气体则切换至放空总管放空。
在等压干燥系统中用于吸附干燥塔T-0401A/B分别经历吸附、热再生、冷再生三个步骤完成一个循环过程，辅助干燥塔T-0401Ｃ起到辅助脱水及提供再生气源的作用，这三个塔与冷却器、加热器、分离器组成干燥系统，三塔交替循环达到干燥脱水的目的。
2.3.3再生气干燥、压缩
参见工艺管道及仪表流程图、LNG20LC-05-01
用于再生的这部分气体，经脱酸脱水脱汞各塔的再生和等压干燥脱水之后，有约０.3Ｍpa的压力损失，需要进一步升压才能返回系统继续利用。所以干燥脱水后的气体进入压缩机C-0501AB，经一级压缩升压到约4.2MPa，并经压缩机出口冷却器E-0501AB冷却至常温，压缩机出口气液分离器S-0501AB分离掉有力
水分，回到燃气管网进一步利用。
2.3.4 净化气低温液化单元
2.3.4.1 系统功能
本单元采用不带预冷的混合冷剂制冷工艺，通过制冷系统使天然气逐渐降温、冷凝和过冷，达到净化天然气液化之目的。 2.3.4.2 设计参数
净化气量 液化压力 液化温度 LNG产量 2.3.4.3 适应范围
液化冷箱的负荷调节范围为35~105%。 2.3.4.4 工艺流程描述
净化后的天然气进入液化冷箱，经混合冷剂冷却、冷凝并过冷到~ ‐164℃得到液相LNG，经节流阀节流降到常压并通过计量后进入LNG贮槽。由于沿程阻力及冷损在LNG储罐进口处可能会产生BOG气，该BOG气和LNG储罐的BOG一起进入BOG压缩机，加压后的天然气可作为再生气或进入主管网。
净化天然气进冷箱流量由流量调节阀FV0801A/B进行调节控制，当FICS‐0801A/B值为零时联锁关闭MRC流量调节阀FV0811A/B和FV0821A/B。
MRC进冷箱流量分别由流量调节阀FV0811A/B和FV0821A/B进行调节控制。 氮气出氮气加热器温度TIC-0852由调功柜进行控制，同时设置温度报警联锁TIAS-0851，当氮气温度高于设定值则停氮气加热器。
14896Sm3/h 3.31MPa.G ～‐163℃ ≥105,0000Sm3/d
2.3.5 LNG贮存、装车与BOG压缩单元 2.3.5.1 系统功能
本单元采用普通粉末绝热的常压贮槽储存液化单元来的产品LNG，并使
LNG贮槽的BOG压缩以作再生气。
2.3.5.2 设计参数
LNG贮存容量 LNG贮存压力 LNG贮存温度 LNG泵流量 LNG泵出口压力 BOG压缩机排气量 BOG压缩机吸气压力 BOG压缩机排气压力 2.3.5.3 适应范围
LNG贮槽正常工作容量为85~5000m3。
LNG泵和BOG压缩机的负荷调节范围为50~100%。
5000m3~12kPa.G ~ ‐163℃ 150m3/h 600kPa.G 400Sm3/h 3~15kPa.G 3.7～4.0MPa.G
2.3.5.4 工艺流程描述
从低温液化单元来的LNG，可以分别通过上下进液的ESD阀后进入LNG贮槽储存。从LNG贮槽底部的出液ESD阀后去LNG泵增压，增压后的LNG通过装车管线进入LNG槽车外运。
由于热量通过保冷材料而进入LNG贮槽，使得LNG贮槽内的少量LNG汽化而产生BOG，BOG通过空温加热器加热，再在BOG压缩机中增压，之后可作为再生气或进入主管网。
LNG贮槽压力由压力调节阀PV1313进行控制。
LNG装车泵出口流量FIQ‐1401由LNG装车泵变频进行控制，出口压力由回流阀PV‐1401进行控制。
当LNG贮槽出液阀ESV1321关闭时联锁LNG装车泵停。 BOG压缩机进口压力由回流阀PV1502进行控制。
2.3.6 MRC配比与压缩单元
2.3.6.1 系统功能
本制冷单元的混合冷剂将由净化天然气、C2H4、C3H8、N2、iC5H12组成。 利用蒸汽压缩制冷循环的原理，为天然气液化提供各种温度等级的制冷量。 2.3.6.2 设计参数
排气量 压缩机类型 吸入压力 吸入温度 排气压力 排气温度 2.3.6.3 适用范围
压缩机负荷调节范围为75~105%。
41000Nm3/h（指0℃、101.325kPa状态） 离心式、水冷 0.27MPa（绝压） ~40℃
4.552MPa（绝压、指末级冷却器出口法兰处） ≤40℃（指末级冷却器出口法兰处）
2.3.6.4 工艺流程描述
配比好的混合冷剂由压缩机压缩，通过水冷却后，进入压缩机出口分离器中，分离出由于增压并降温而冷凝的液体。MRC气体和MRC液体分别进入液化换热器中各自的通道，MRC液体在液化换热器内过冷到-70℃后，节流降压到0.22～0.23MPa.G进入液化换热器的中部；MRC气体在液化换热器内冷却、液化并过冷到-164℃，节流降压到0.22～0.23MPa.G进入液化换热器的底端，由下而上汽化，并在液化换热器中部与返流的MRC液体汇合，一起为液化换热器内的净化天然气液化而提供冷量。出液化冷箱后的混合冷剂返回到压缩机的入口，再次压缩而循环制冷。
当MRC返流温度TSLL‐0827小于设定值时联锁停C1101压缩机。 当LNG贮槽液位LSHH‐1301高于设定值时联锁停C1101压缩机。 当LNG贮槽进液总阀ESV1302关闭时联锁停C1101压缩机。
当C1101压缩机出口分离器S1106压力PSHH‐1112和温度TSHH‐1112高于设定值时联锁停C1101压缩机。
同时启动ESD系统，整个装置紧急停车。
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