CNG、LNG、L-CNG工藝流程

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,,馬國(guó)光,石油工程學(xué)院油氣儲(chǔ)運(yùn)研究所,CNG、LNG、L-CNG 技術(shù),CNG加氣站技術(shù),,CNG加氣站分類 CNG加氣站是指以壓縮天然氣（CNG）形式向天然氣汽車(NGV)和大型CNG子站車提供燃料的場(chǎng)所。根據(jù)氣源不同和規(guī)模大小，CNG加氣站分為標(biāo)準(zhǔn)站、母站和子站。 1、標(biāo)準(zhǔn)站通常建在有低壓天然氣管線通過的地方，從天然氣管線直接取氣，天然氣通過脫硫、脫水等工藝，進(jìn)入壓縮機(jī)進(jìn)行壓縮，然后進(jìn)入儲(chǔ)氣裝置儲(chǔ)存或通過加氣機(jī)給車輛加氣。標(biāo)準(zhǔn)站加氣量一般在600～1000m3/h之間。,,一、CNG加氣站,CNG——compressed natural gas（壓縮天然氣）,,2、母站通常建在臨近天然氣高壓管線的地方，從天然氣管線直接取氣，經(jīng)過脫硫、脫水等工藝，進(jìn)入壓縮機(jī)進(jìn)行壓縮，然后進(jìn)入儲(chǔ)氣裝置儲(chǔ)存或通過加氣柱給CNG槽車加氣，大多數(shù)母站還可以通過加氣機(jī)給天然氣汽車加氣。母站供氣規(guī)模較大，加氣量一般在4000m3/h以上。 3、子站建在周圍沒有天然氣管線或不宜使用管道天然氣的地方，通過CNG槽車從母站運(yùn)來(lái)的壓縮天然氣給天然氣汽車加氣，一般還需配置小型壓縮機(jī)和儲(chǔ)氣裝置。為提高CNG槽車的取氣率，用壓縮機(jī)將轉(zhuǎn)運(yùn)車內(nèi)的低壓氣體升壓后，儲(chǔ)存在站內(nèi)儲(chǔ)氣裝置或直接給車輛加氣。,,一、CNG加氣站,問題：,我國(guó)天然氣的質(zhì)量指標(biāo)是什么？,《車用壓縮天然氣》質(zhì)量指標(biāo)是什么？,一、CNG加氣站,一、CNG加氣站,《車用壓縮天然氣》（ GB18047-2000）規(guī)定天然氣的技術(shù)指標(biāo)：,一、CNG加氣站,問題：,1、天然氣為何要脫水？ 2、采用什么方法？,二、天然氣脫水,常用吸收劑的性質(zhì),在天然氣脫水中常用的吸附劑有三種：活性氧化鋁 硅膠 分子篩。 其主要物性如表所示。,二、天然氣脫水,（3）分子篩,分子篩是具有骨架結(jié)構(gòu)的堿金屬的硅鋁酸鹽晶體。是的一種高效、高選擇性的固體吸附劑。其分子式如下： M2/nO?Al2O3?xSiO2?yH2O M—某些堿金屬或堿土金屬離子，如Li、Na、Mg、Ca等； n—M的價(jià)數(shù)； x—SiO2的分子數(shù)； y—水的分子數(shù)。,分子篩通常分為X型和A型兩類。 A型分子篩具有與沸石構(gòu)造類似的結(jié)構(gòu)物質(zhì)，所有吸附均發(fā)生在晶體內(nèi)部孔腔內(nèi)。X型分子篩能吸附所有能被A型分子篩吸附的分子，并且具有稍高的容量。13X型分子篩中吸附象芳香烴這樣的大分子。,二、天然氣脫水,分子篩的主要特點(diǎn),具有很好的選擇吸附性。 具有高效吸附特性。,分子篩能按照物質(zhì)的分子大小進(jìn)行選擇吸附。經(jīng)分子篩干燥后的氣體，一般含水量可達(dá)到0.1～10ppm，脫水裝置中多用4A，5A等分子篩作吸附劑。,分子篩在低水汽分壓、高溫、高氣體流速等苛刻的條件下仍然保持較高的濕容量。,二、天然氣脫水,CNG后置脫水工藝流程圖,① 氧化鐵法,其化學(xué)原理為： 2Fe2O3+ 6H2S→2Fe2S3+6H2O（脫硫） 2Fe2S3+ 3O2→2Fe2O3+6S（再生） 反應(yīng)在常溫和堿性條件下進(jìn)行最順利，溫度超過66.7℃，以及在中性或酸性條件下都會(huì)使氧化鐵失去結(jié)晶水而難于再生。主要用于處理H2S含量不超過24g/m3天然氣。,三、天然氣脫硫,加氣站脫硫工藝,其化學(xué)原理為： 2Fe2O3+ 6H2S→2Fe2S3+6H2O 2Fe2S3+ 3O2→2Fe2O3+6S,三、天然氣脫硫,四、CNG工藝,四、CNG工藝,四、CNG工藝,四、CNG工藝,四、CNG工藝,四、CNG工藝,四、CNG工藝,四、CNG工藝,四、CNG工藝,CNG加氣站系統(tǒng)組成： 天然氣調(diào)量計(jì)量系統(tǒng) 天然氣凈化系統(tǒng) 天然氣壓縮系統(tǒng) 天然氣儲(chǔ)氣系統(tǒng) CNG售氣系統(tǒng) 控制系統(tǒng),四、CNG工藝,CNG加氣母站流程圖解,CNG加氣子站流程圖解,天然氣調(diào)量計(jì)量系統(tǒng),四、CNG工藝,CNG站調(diào)壓計(jì)量流程圖,四、CNG工藝,天然氣脫硫系統(tǒng),四、CNG工藝,天然氣脫水系統(tǒng),四、CNG工藝,天然氣壓縮系統(tǒng),四、CNG工藝,天然氣儲(chǔ)氣系統(tǒng),四、CNG工藝,目前已建成并運(yùn)行的儲(chǔ)氣井規(guī)模為： 儲(chǔ)氣井井筒直徑：φ177.8mm～φ244.5mm; 最大井深: 大于300m； 儲(chǔ)氣井水容積：1m3～10m3； 最大工作壓力：25MPa。,四、CNG工藝,CNG固定儲(chǔ)氣瓶組,CNG車載儲(chǔ)氣瓶組,四、CNG工藝,增壓機(jī)冷卻給排水系統(tǒng),總工藝流程圖,四、CNG工藝,CNG合建站平面布置圖,LNG、L-CNG加氣站技術(shù),LNG加氣站技術(shù),一、LNG加氣站的工藝流程 LNG加氣站的工藝流程一般包括四個(gè)流程：卸車流程、調(diào)壓流程、加氣流程以及一個(gè)卸壓流程 。,圖9.5 LNG加氣站的工藝流程框圖,LNG加氣站技術(shù),LNG加注站建站模式：,LNG加氣站技術(shù),LNG加注站建站模式：,LNG加氣站技術(shù),44,LNG加注站典型實(shí)例：,2.LNG常規(guī)加注站,1.LNG和L-CNG合建站,,,LNG加氣站技術(shù),45,LNG加注站典型實(shí)例：,3.LNG撬裝式加注站,LNG加氣站技術(shù),LNG加氣站技術(shù),（1）LNG卸車流程 卸車流程主要是指將由LNG集裝箱或者LNG槽車運(yùn)送來(lái)的LNG轉(zhuǎn)移至加氣站內(nèi)LNG儲(chǔ)罐的過程，LNG卸車主要有三種方式：卸車增壓器卸車、潛液式低溫泵卸車、增壓器和泵聯(lián)合卸車。LNG卸車工藝的一個(gè)關(guān)鍵之處在于BOG氣體的及時(shí)排放，防止因儲(chǔ)罐內(nèi)壓力增高過快而對(duì)卸車速度產(chǎn)生阻礙。解決的辦法是將此部分氣體進(jìn)行排放處理，比較簡(jiǎn)單的方法，是在自動(dòng)減壓閥上并聯(lián)一個(gè)截止閥，卸車過程中打開，提高流量，卸車結(jié)束后關(guān)閉。 （2）調(diào)壓流程 調(diào)壓流程主要是利用增壓裝置對(duì)儲(chǔ)罐內(nèi)LNG進(jìn)行增壓。升壓方式也有3種：通過儲(chǔ)罐自增壓裝置升壓、通過低溫泵進(jìn)行升壓、通過儲(chǔ)罐壓力調(diào)節(jié)器與泵低速循環(huán)聯(lián)合使用進(jìn)行升壓。,LNG加氣站技術(shù),（3）加氣流程 通過LNG泵將儲(chǔ)罐中的飽和LNG經(jīng)由泵加壓后經(jīng)過加氣槍給LNG汽車加氣，最高的加氣壓力可達(dá)1.6MPa，通過液相軟管對(duì)LNG汽車氣瓶進(jìn)行加液，由氣相軟管對(duì)氣瓶中的BOG進(jìn)行回收，以保證氣瓶的加氣速度和正常的工作壓力。 （4）卸壓流程 主要是指在卸車、加氣以及加氣站的日常運(yùn)行過程中，儲(chǔ)罐內(nèi)的壓力會(huì)隨著BOG的產(chǎn)生逐漸的增大，為保證儲(chǔ)罐的安全，需要打開相關(guān)的自動(dòng)減壓閥閥門，釋放罐中的蒸汽，目前的做法為直接放空，但這樣一方面會(huì)造成資源的浪費(fèi)，另一方面增加了安全方面的隱患。,LNG加氣站技術(shù),二、LNG加氣站主要設(shè)備 LNG加氣站設(shè)備主要包括LNG槽車、LNG儲(chǔ)罐、調(diào)壓氣化器、LNG低溫泵、加氣機(jī)及LNG車載系統(tǒng)。 （1） LNG槽車及儲(chǔ)罐 LNG槽車目前單臺(tái)最大容積為51.55m3，槽車設(shè)計(jì)壓力0.8MPa，運(yùn)行壓力0.3MPa。 LNG通常儲(chǔ)存在工作溫度為111K、工作壓力一般為0.6MPa的低溫儲(chǔ)罐內(nèi)，LNG儲(chǔ)罐由內(nèi)、外殼組成，采用真空粉末絕熱技術(shù)，LNG儲(chǔ)罐內(nèi)層材質(zhì)為不銹鋼（9Ni鋼、奧氏體不銹鋼和36%Ni的殷鋼等），外層為碳鋼。對(duì)于1×104Nm3加氣能力的LNG汽車加氣站而言，選用有效容積為50m3雙金屬真空粉末LNG儲(chǔ)罐，工作壓力為0.6MPa，工作溫度為-162℃，設(shè)備重量為22000kg，能夠滿足加氣站正常情況下兩天的用氣。 （2）調(diào)壓氣化器及LNG車載瓶 調(diào)壓氣化器主要是空溫式氣化器。在冬季溫度較低，單純依靠空溫式氣化器所提供的熱量不足時(shí)可以串接一臺(tái)水浴式加熱器。目前國(guó)內(nèi)可生產(chǎn)3種規(guī)格，45L、300L和410L，分別用于轎車、中型車和公交車。,LNG加氣站技術(shù),LNG加氣站技術(shù),LNG加氣站技術(shù),LNG加氣站技術(shù),（3） LNG加氣機(jī) 目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上的LNG加氣機(jī)主要為加拿大FTI國(guó)際集團(tuán)有限公司的FTI系列加氣機(jī)。國(guó)內(nèi)已建成的LNG加氣機(jī)采用的計(jì)量方式是雙管計(jì)量方式，即采用兩個(gè)質(zhì)量流量計(jì)分別測(cè)量加氣和回氣的質(zhì)量，二者之差作為計(jì)量的最后結(jié)果。另一種計(jì)量方式是單管式計(jì)量方式。 在歐美國(guó)家的LNG汽車所使用的氣瓶均為噴淋式儲(chǔ)氣瓶，這樣就可以在加注的過程中，利用液態(tài)LNG的冷量將氣態(tài)的LNG重新液化。,LNG加氣站技術(shù),國(guó)內(nèi)外加氣機(jī)的技術(shù)參數(shù)比較,LNG加氣站技術(shù),（4）LNG低溫泵 LNG泵的選型主要是依據(jù)加氣機(jī)的加氣速率及泵與增壓器聯(lián)合卸車時(shí)的卸車速率，由于加氣機(jī)類型為單個(gè)加氣機(jī)，為保證加氣機(jī)的正常工作，可選用流量范圍為40～200L/min，功率約為12KW，工作壓力為0.2～1.2MPa的浸沒式低溫液體泵。 （5）LNG增壓氣化器 增壓氣化器是一種專門用于液化天然氣調(diào)壓的換熱器，由于液化天然氣的低溫特性，使得LNG氣化器必須要有相應(yīng)的熱源提供熱量才能氣化。熱源可以為環(huán)境空氣和水，也可以是燃料的燃燒或者蒸汽。,LNG加氣站技術(shù),L-CNG加氣站技術(shù),L-CNG 加氣站技術(shù),主要工藝流程： 通過低溫泵和卸車增壓器將槽車運(yùn)來(lái)的LNG卸入LNG低溫儲(chǔ)罐，再通過低溫泵和增壓器將LNG調(diào)至汽車使用的飽合壓力，由低溫泵將LNG送入加氣機(jī)，通過加氣機(jī)將LNG加至LNG車輛儲(chǔ)罐。,LNG加注站主要設(shè)備： LNG儲(chǔ)罐、LNG低溫泵、LNG計(jì)量裝置、售氣系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和安全系統(tǒng)等。,61,L-CNG加注站工藝流程：,L-CNG加氣站流程圖,L-CNG 加氣站技術(shù),L-CNG汽車加氣站是將低壓(0～0.8MPa)、低溫(-162℃～145℃)的LNG轉(zhuǎn)變成常溫、高壓(20～25MPa)天然氣的汽車加氣站。其主要設(shè)備包括：LNG儲(chǔ)罐(鋼瓶)、LNG低溫高壓泵、高壓汽化器、CNG儲(chǔ)氣庫(kù)(井、瓶組)、順序控制盤、售氣機(jī)、自控系統(tǒng)等。 該工藝是利用LNG低溫高壓泵將LNG增壓到25.0MPa來(lái)完成低壓變高壓的過程。過程中LNG增壓泵的控制及操作中增壓泵的超壓停、低壓開泵、流體計(jì)量等都由控制臺(tái)自動(dòng)完成；經(jīng)高壓強(qiáng)制汽化器吸收空氣中的熱能加熱LNG汽化，使其變成高壓天然氣(CNG)，完成由低溫變成常溫的過程,然后經(jīng)由順序控制盤進(jìn)行儲(chǔ)氣與售氣。該過程不使用天然氣壓縮機(jī)，僅使用小功率高壓低溫泵，無(wú)需冷卻水，這樣大大降低了噪聲污染，節(jié)約了大量的電能。,L-CNG 加氣站技術(shù),1、LNG儲(chǔ)罐 LNG儲(chǔ)罐是LNG的儲(chǔ)存容器。在已建LNG衛(wèi)星站中，可利用現(xiàn)有的LNG儲(chǔ)存設(shè)施，在移動(dòng)LCNG加氣站中可選小型LNG儲(chǔ)罐(一般16～20m3)，也可以用LNG儲(chǔ)氣鋼瓶作儲(chǔ)氣設(shè)施，解決其儲(chǔ)氣問題。小型儲(chǔ)氣罐一般為雙層真空隔熱結(jié)構(gòu)。設(shè)計(jì)工作壓力取決于內(nèi)層罐的工作壓力，一般為0.8～1.0MPa。由于LNG儲(chǔ)罐是連續(xù)供氣，其日蒸發(fā)率要求不高，一般小于0.3％即可。,L-CNG 加氣站技術(shù),2、LNG低溫高壓泵 LNG低溫高壓泵是整個(gè)LCNG站將LNG轉(zhuǎn)變成CNG加氣站的必要設(shè)備，其可靠性要求非常高，既要求能夠耐低溫(-162℃)，又要求能夠升壓且承受高壓(出口壓力達(dá)25.0MPa)。為了保證設(shè)備的使用壽命和生產(chǎn)安全，一般均使用國(guó)外進(jìn)口的5GPM～20GPM(191～761/min)低溫高壓泵。,L-CNG 加氣站技術(shù),3、高壓氣化器 氣化器是將液化天然氣氣化成氣態(tài)天然氣的設(shè)備，要求耐溫范圍廣(-162℃～50℃)，耐高壓(32.0MPa)，氣化器采用空溫式，通過吸收周圍大氣中的熱量來(lái)完成LNG的氣化過程。為增大與周圍大氣環(huán)境的換熱效率，其主體采用耐低溫的鋁合金縱向翅片管，其氣化量根據(jù)工程的實(shí)際狀況進(jìn)行設(shè)計(jì)：一般氣化能力選擇1.0～1.5×104Nm3/d，在空溫式氣化器的氣化工程中，基本不需要其他能量,系統(tǒng)的穩(wěn)定強(qiáng)，運(yùn)行成本低。,L-CNG 加氣站技術(shù),4、順序控制盤 順序控制盤是保證高壓儲(chǔ)氣瓶(井)的充氣按一定順序進(jìn)行的設(shè)備。給高壓儲(chǔ)氣瓶(井)充氣的順序是從高壓到低壓。在對(duì)外無(wú)售氣時(shí),氣化器將高壓鋼瓶組(井)充滿到高壓(25MPa)后，再向壓力較低的氣瓶充氣，直至全部充滿到高壓。,L-CNG 加氣站技術(shù),5、售氣機(jī) 售氣機(jī)是對(duì)CNG汽車進(jìn)行加氣、計(jì)量的設(shè)備。加氣時(shí)售氣機(jī)自動(dòng)先開啟低壓鋼瓶組(井)充氣，待氣流速度較慢時(shí)，切換到高壓鋼瓶組(井)進(jìn)行充氣，直到CNG汽車氣瓶壓力達(dá)20.0MPa方結(jié)束充氣。,L-CNG 加氣站技術(shù),謝謝！,