优化康菲级联流程及优化建议

康菲优化级联流程CPOCP是由ConocoPhilips于20世纪60年代开发的,目的是设计一个在原料气变化大的范围内,可以容易启动和顺利运行的天然气液化系统。开发的流程是对经典级联流程的一种改进^[25]。

康菲优化级联流程有两类,闭式流程(图3-22^[26])和开式流程(图3-23^[25])。

图3-22 康菲优化级联循环(闭式)^[26]

位于阿拉斯加Kenai的LNG工厂采用了闭式康菲优化级联流程。在闭式流程中,丙烷循环、乙烯循环和甲烷循环均为闭式循环。

经预处理的天然气进入闭式流程,分别进入丙烷循环、乙烯循环和甲烷循环,逐步冷却成液化天然气LNG,最后经节流阀节流至常压下存储。

在特立尼达和多巴哥、埃及、赤道几内亚及澳大利亚,采用的是开式康菲优化级联流程,流程中丙烷循环和乙烯循环为闭式循环,甲烷循环为开式循环,作用是冷却天然气和回收最后闪蒸的天然气。在此流程中,在LNG储罐中产生的闪蒸气(若在LNG装船时,还合同装船过程蒸发的气体)流至甲烷换热器与甲烷混合,回收冷量,然后一起进入甲烷压缩机进行压缩后作为LNG工厂的燃料。此流程的优势在于回收了LNG低温闪蒸气的冷量,且不需要专用的闪蒸气压缩机,从而提高了系统的热效率。

图3-23 康菲优化级联流程(开式)^[25]

位于特立尼达巴哥Fortin的大西洋液化天然气项目生产线1、2和3条的设计采用了两个丙烷、两个乙烯和两个甲烷制冷压缩机。第4条液化天然气生产线采用了三个丙烷、三个乙烯压缩机和两个甲烷压缩机,均由燃气涡轮驱动^[25]。

康菲优化级联流程的换热器是板翅式换热器^[25,27]。经典级联流程和开式康菲优化级联流程冷却曲线如图3-24所示。经典级联流程的平均近似温差为8.89°C,而开式康菲优化级联流程的平均近似温差为6.67°C,即减少了25%,相当于能耗减少了10%～15%。降温曲线的主要区别发生在甲烷制冷循环中,由于开式循环中制冷剂甲烷中汇入了返回的闪蒸气因此是混合制冷剂。冷制冷剂的升温过程的冷热流体之间温差小,而经典级联流程中提供冷量的冷流体的温度是梯级变化的,所以传热温差大,热效率低^[27]。(www.xing528.com)

图3-24 经典级联流程和开式康菲优化级联流程完整冷却曲线^[27]

a)经典级联流程冷却曲线 b)开式康菲优化级联流程完整冷却曲线

康菲优化级联流程在1969年首次应用在阿拉斯加kenai液化天然气设施中,该设施由Bechtel公司设计和建造,流程中采用单轴燃气涡轮机驱动。康菲优化级联流程后来又用作特立尼达和多巴哥的AtlanticLNG的4条生产线、埃及TollLNG的2条生产线、赤道几内亚EGLNG的一条生产线,以及澳大利亚DarwinLNG生产线的液化流程^[27]。

康菲斯流程在LNG装置中的使用情况见表3-6。已有9条生产线投入运行,合计产能30.2Mt/年,仅次于C3MR和AP-X^TM的流程所对应的LNG装置总产能。

表3-6 康菲优化级联流程装置信息汇总表

康菲优化级联流程的单线产能为范围为1.5～5.2Mt/年,主要应用范围为3～3.7Mt/年,该范围内的LNG产能为23.5Mt/年,占康菲优化级联流程总产能的77.8%。在单线产能不超过5.2Mt/年的流程装置中,康菲优化级联流程的应用仅次于C3MR流程。

最近,康菲优化级联流程在LNG装置中的应用前景良好,目前在澳大利亚、美国和安哥拉在建的共计产能为57.4Mt/年的LNG液化装置中得到应用。其中美国萨宾帕斯液化终端是美国48个州中第一个获得美国能源部(DOE)和美国联邦能源监管委员会(FERC)所有出口许可液化天然气(LNG)终端。计划共建设6条生产线,第1～4条生产线均采用康菲优化级联流程,单线产能为4.5Mt/年,共计产能18Mt/年。第1、2条生产线于2012年8月开始,第3、4条生产于2013年6月开始建设。至2016年第1条LNG液化装置建成之时,该终端将成为世界上第一个兼具进口LNG和出口LNG功能的终端。