CNG、LNG、L-CNG工藝流程

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,,馬國光,石油工程學院油氣儲運研究所,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所。根據(jù)氣源不同和規(guī)模大小，CNG加氣站分為標準站、母站和子站。 1、標準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，進入壓縮機進行壓縮，然后進入儲氣裝置儲存或通過加氣機給車輛加氣。標準站加氣量一般在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，進入壓縮機進行壓縮，然后進入儲氣裝置儲存或通過加氣柱給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槽車從母站運來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和儲氣裝置。為提高CNG槽車的取氣率，用壓縮機將轉(zhuǎn)運車內(nèi)的低壓氣體升壓后，儲存在站內(nèi)儲氣裝置或直接給車輛加氣。,,一、CNG加氣站,問題：,我國天然氣的質(zhì)量指標是什么？,《車用壓縮天然氣》質(zhì)量指標是什么？,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：,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,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)的分子大小進行選擇吸附。經(jīng)分子篩干燥后的氣體，一般含水量可達到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行最順利，溫度超過66.7℃，以及在中性或酸性條件下都會使氧化鐵失去結(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)量計量系統(tǒng) 天然氣凈化系統(tǒng) 天然氣壓縮系統(tǒng) 天然氣儲氣系統(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)量計量系統(tǒng),四、CNG工藝,CNG站調(diào)壓計量流程圖,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,天然氣儲氣系統(tǒng),四、CNG工藝,目前已建成并運行的儲氣井規(guī)模為： 儲氣井井筒直徑：φ177.8mm～φ244.5mm; 最大井深: 大于300m； 儲氣井水容積：1m3～10m3； 最大工作壓力：25MPa。,四、CNG工藝,CNG固定儲氣瓶組,CNG車載儲氣瓶組,四、CNG工藝,增壓機冷卻給排水系統(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流程：卸車流程、調(diào)壓流程、加氣流程以及一個卸壓流程 。,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槽車運送來的LNG轉(zhuǎn)移至加氣站內(nèi)LNG儲罐的過程，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卸車工藝的一個關(guān)鍵之處在于BOG氣體的及時排放，防止因儲罐內(nèi)壓力增高過快而對卸車速度產(chǎn)生阻礙。解決的辦法是將此部分氣體進行排放處理，比較簡單的方法，是在自動減壓閥上并聯(lián)一個截止閥，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儲罐內(nèi)LNG進行增壓。升壓方式也有3種：通過儲罐自增壓裝置升壓、通過低溫泵進行升壓、通過儲罐壓力調(diào)節(jié)器與泵低速循環(huán)聯(lián)合使用進行升壓。,LNG加氣站技術(shù),（3）加氣流程 通過LNG泵將儲罐中的飽和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1.6MPa，通過液相軟管對LNG汽車氣瓶進行加液，由氣相軟管對氣瓶中的BOG進行回收，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行過程中，儲罐內(nèi)的壓力會隨著BOG的產(chǎn)生逐漸的增大，為保證儲罐的安全，需要打開相關(guān)的自動減壓閥閥門，釋放罐中的蒸汽，目前的做法為直接放空，但這樣一方面會造成資源的浪費，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儲罐、調(diào)壓氣化器、LNG低溫泵、加氣機及LNG車載系統(tǒng)。 （1） LNG槽車及儲罐 LNG槽車目前單臺最大容積為51.55m3，槽車設(shè)計壓力0.8MPa，運行壓力0.3MPa。 LNG通常儲存在工作溫度為111K、工作壓力一般為0.6MPa的低溫儲罐內(nèi)，LNG儲罐由內(nèi)、外殼組成，采用真空粉末絕熱技術(shù)，LNG儲罐內(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可以串接一臺水浴式加熱器。目前國內(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 目前國內(nèi)市場上的LNG加氣機主要為加拿大FTI國際集團有限公司的FTI系列加氣機。國內(nèi)已建成的LNG加氣機采用的計量方式是雙管計量方式，即采用兩個質(zhì)量流量計分別測量加氣和回氣的質(zhì)量，二者之差作為計量的最后結(jié)果。另一種計量方式是單管式計量方式。 在歐美國家的LNG汽車所使用的氣瓶均為噴淋式儲氣瓶，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),國內(nèi)外加氣機的技術(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)加氣機的加氣速率及泵與增壓器聯(lián)合卸車時的卸車速率，由于加氣機類型為單個加氣機，為保證加氣機的正常工作，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來的LNG卸入LNG低溫儲罐，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，通過加氣機將LNG加至LNG車輛儲罐。,LNG加注站主要設(shè)備： LNG儲罐、LNG低溫泵、LNG計量裝置、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儲罐(鋼瓶)、LNG低溫高壓泵、高壓汽化器、CNG儲氣庫(井、瓶組)、順序控制盤、售氣機、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、流體計量等都由控制臺自動完成；經(jīng)高壓強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)由順序控制盤進行儲氣與售氣。該過程不使用天然氣壓縮機，僅使用小功率高壓低溫泵，無需冷卻水，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儲罐 LNG儲罐是LNG的儲存容器。在已建LNG衛(wèi)星站中，可利用現(xiàn)有的LNG儲存設(shè)施，在移動LCNG加氣站中可選小型LNG儲罐(一般16～20m3)，也可以用LNG儲氣鋼瓶作儲氣設(shè)施，解決其儲氣問題。小型儲氣罐一般為雙層真空隔熱結(jié)構(gòu)。設(shè)計工作壓力取決于內(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，一般均使用國外進口的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)工程的實際狀況進行設(shè)計：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，運行成本低。,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氣瓶(井)的充氣按一定順序進行的設(shè)備。給高壓儲氣瓶(井)充氣的順序是從高壓到低壓。在對外無售氣時,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 售氣機是對CNG汽車進行加氣、計量的設(shè)備。加氣時售氣機自動先開啟低壓鋼瓶組(井)充氣，待氣流速度較慢時，切換到高壓鋼瓶組(井)進行充氣，直到CNG汽車氣瓶壓力達20.0MPa方結(jié)束充氣。,L-CNG 加氣站技術(shù),謝謝！,