突破 LNG 液化技術(shù) 提升全球競爭力 （上）
時間：2016-08-04 16:16
來源：
作者:柏鎖柱 趙剛 薛立
近幾年由于受“節(jié)能減 排”政策和日本福島 核危機(jī)的驅(qū)動，天然 氣成為世界能源消費 的主要增長點。液化天然氣適合長 距離運輸且目的地靈活多變，在天 然氣行業(yè)占有越來越重要的地位， 也逐漸成為了國際油公司新的業(yè)務(wù) 重點和利潤增長點。未來 5~10 年 國內(nèi)液化技術(shù)會如何在國際國內(nèi)技 術(shù)市場占有一席之地呢？
自 1964 年 天 然 氣 液 化 技 術(shù) 誕生以來，經(jīng)過了 50 年的發(fā)展歷 程，2015 年全球液化天然氣（簡稱 LNG）貿(mào)易量達(dá)到 2.448 億噸，為 歷史最高點，約占世界天然氣出口 貿(mào)易量的三分之一。全球 LNG 額定 液化能力 2015 年底達(dá) 3.015 億噸 / 年。2016 年 1 月，全球在建項目產(chǎn) 能 1.42 億噸 / 年，主要包括美國墨 西哥灣沿岸和加拿大（頁巖氣）、 東非、亞太地區(qū)棕地（Brownfield） 項目，以及俄羅斯和阿拉斯加極地 項目。 過去 20 年，中石油從國際化經(jīng) 營初學(xué)者起步，現(xiàn)已成為一家國際 化綜合性能源公司，業(yè)務(wù)范圍從傳 統(tǒng)的原油、天然氣、成品油等擴(kuò)展 到油砂、LNG 等領(lǐng)域。中石油積極 響應(yīng)國家號召，發(fā)展清潔能源，天 然氣在其整體業(yè)務(wù)中的比例逐年增 加，特別是海外 LNG 業(yè)務(wù)將在未來 5~10 年實現(xiàn)跨越式發(fā)展。
中石油始終堅持“以效益為中 心，以謀求合理回報”為原則，堅 持有效發(fā)展天然氣及 LNG 業(yè)務(wù)，有 序推進(jìn) LNG 一體化業(yè)務(wù)，學(xué)習(xí)借鑒 國際大型 LNG 項目建設(shè)和運營管理 經(jīng)驗，突破 LNG 業(yè)務(wù)發(fā)展瓶頸。自 2010 年以來，中石油先后參與了如 亞馬爾 LNG 項目等一批國際大型海 外 LNG 項目，為海外 LNG 業(yè)務(wù)的 發(fā)展奠定了堅實基礎(chǔ)。 由于國際天然氣項目區(qū)塊氣質(zhì) 相對穩(wěn)定、資源量大，為實現(xiàn)規(guī)模 發(fā)展，海外 LNG 項目開發(fā)多采用 大 型 液 化 裝 置。
其 中， 全 球 已 投 產(chǎn)液化裝置主要采用美國 APCI 公 司 C3MR 及 改 進(jìn) 液 化 技 術(shù)、 殼 牌 DMR 技術(shù)和康菲級聯(lián)式技術(shù)。國內(nèi) 超過 150 萬噸 / 年的中大型 LNG 液 化技術(shù)還停留在設(shè)計階段，未進(jìn)入 工程實施階段。大型 LNG 項目所采 用的技術(shù)主要依賴于上述幾大國際 公司。 目前，我國深度參與海外大型 LNG 項目建設(shè)開發(fā)面臨諸多困難和 挑戰(zhàn)，如缺少 LNG 國際化工程技術(shù) 管理、商務(wù)和有實踐經(jīng)驗的人才。
國際液化工藝大型化
截至 2015 年底，全球 LNG 額 定液化能力中 80% 采用美國 APCI 公 司 C3MR 及 改 進(jìn) 工 藝， 其 中， C3MR 占 49%，C3MR/SplitMR 占 15%，AP-X 技術(shù)占 16%；康菲 優(yōu)化級聯(lián)式工藝占 14%；殼牌公司DMR 工 藝 占 3%；Linde/Statoil 公司 MFC 工藝占 1%，其他小項目 主要采用 SMR 工藝，占 2%。 C3MR 為丙烷預(yù)冷混合冷劑流 程，最大裝置規(guī)模約 4 百萬噸 / 年。 該工藝業(yè)績最多，建成生產(chǎn)線近百 條，相對能效 100%，其特點是高 能 效、 設(shè) 備 較 少， 適 用 于 大 型 裝 置，不適用于海上 FLNG 項目。
為 平衡 C3MR 工藝預(yù)冷和深冷循環(huán)的 透平驅(qū)動輸出軸功率分配，C3MR SplitMR 工藝應(yīng)運而生，最大裝置 規(guī)模約 550 萬噸 / 年。為滿足開發(fā) 中東大規(guī)模氣田需要，美國 APCI 公 司 改 進(jìn) 了 C3MR 工 藝， 開 發(fā) 了 尾部氮氣膨脹冷卻循環(huán)的液化技 術(shù)，將液化能力上限推至 780 萬噸 / 年。該工藝先后在 2008~2009 年 投 產(chǎn) 的 Qatargas 2/3/4 期及 Rasgas 3 期共 6 套 780 萬噸 / 年的 裝置中獲得應(yīng)用，這些裝置也成為迄今世 界上單套能力最大的 天然氣液化裝置，占 2015 年世界 LNG 總 產(chǎn)量的 16%。
DMR 工 藝 為 雙 循環(huán)混合冷劑流程， 其適應(yīng)環(huán)境溫度和天 然氣組成波動的能力 獲得提高。在滿足一 定 前 提 基 礎(chǔ) 上， 極 寒 條 件 下 效 率 有 明 顯 優(yōu) 勢。 俄 羅 斯 薩 哈 林 2 項 目 采 用 該 工藝，于 2009 年投 產(chǎn)。該工藝相對能效 100%，最大裝置規(guī) 模約 500 萬噸 / 年， 主要特點是高能效、設(shè)備較少，適 用于大型裝置。由于用混合冷劑， 預(yù)冷冷劑丙烷用量相比 C3MR 大幅 減少，對丙烷儲存的需求降低，適 用于 FLNG 項目。其中，360 萬噸 / 年 Prelude FLNG 項目計劃 2017 年投產(chǎn)。
康菲優(yōu)化級聯(lián)式工藝擁有三個 獨立冷劑壓縮循環(huán)，其優(yōu)點是能耗 低，任何一個循環(huán)出現(xiàn)問題都不會 導(dǎo)致全廠停工，具有較強(qiáng)的液化輸 出量。缺點是流程相對復(fù)雜、附屬 設(shè)備多、 檢維修工作量大、 投資較高， 適應(yīng)環(huán)境和原料氣變化能力較差。 該工藝的能效為 90%，最大裝置規(guī) 模約500萬噸/年， 特點是能效較高、 設(shè)備多、無制冷劑配比問題，適用 于大型裝置，不適用于 FLNG。 國內(nèi)液化裝置具有套數(shù)多、規(guī) 模小且低于 150 萬噸 / 年的特點顯 著。早期裝置小于 50 萬方 / 天，后 期裝置 50~100 萬方 / 天居多，中 石油湖北黃岡建設(shè)的 500 萬方 / 天 （120 萬噸 / 年）液化廠是迄今為 止國內(nèi)最大的液化裝置。
國 內(nèi) 液 化 工 藝 有 PRICO、 SMR、氮膨脹、天然氣膨脹、氮 - 甲烷膨脹、級聯(lián)式、DMR、CII、 LILUM、高壓射流等，種類繁多。 裝置氣源組成復(fù)雜，有管道氣、伴 生氣、煤層氣、煤制氣、焦?fàn)t煤氣 甲烷化、頁巖氣、化工尾氣等。 近幾年，絕大多數(shù)裝置轉(zhuǎn)向采 用效率相對較高的混合冷劑流程， 引領(lǐng)了流程技術(shù)的主流發(fā)展方向。 國內(nèi)多家企業(yè)已掌握了混合冷劑流 程， 中 石 油 寰 球 工 程 公 司 和 CPE 西南分公司在液化專利方面具有獨 特的優(yōu)勢和經(jīng)驗。寰球工程公司自 主開發(fā)的雙循環(huán)混合冷劑制冷工藝 （HQC-DMR）先后應(yīng)用于 50 萬 噸 / 年安塞天然氣液化項目和 60 萬 噸 / 年泰安天然氣液化項目，并分 別于 2012 年 8 月和 2014 年 8 月建 成投產(chǎn)。CPE 西南分公司自主開發(fā) 的多級單組份制冷工藝（MSC）成 功應(yīng)用于湖北黃岡 120 萬噸 / 年天 然氣液化項目，并于 2014 年 6 月 建成投產(chǎn)。（未完待續(xù)）
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