氨制冷技术在天然气水合物中试中的特殊应用

　　天然气水合物中试装置是我公司和石油大学(北京)合作而建的,建在公司LNG工厂内,目的是模拟瓦斯气成分,利用水合物技术回收瓦斯气中的甲烷,并研究水合物生成条件、生长的规律,验证中试动态试验和实验室静态实验的不同,装置处理量400Nm³/h,本装置制冷系统所用制冷剂为液氨。氨制冷一般用于冷冻加工及食品的冷藏、冷冻保鲜,靠节流阀节流提供冷量,对液氨的具体温度控制较少;还有就是氨压缩机出口热源没有利用,直接被循环冷却水带走浪费掉了。

　　本装置选择液氨做水合物生成的制冷剂,一是价格便宜、易于获得,是一种天然的制冷剂;二是本实验水合物生成的工作液温度控制范围要求在0e以上[1,2],制冷温度不需太低,而液氨能很好的满足温度控制要求(液氨沸点-33.4e,三相点-77.7e)[3],况且液氨等温汽化潜热大,易于液化,制冷效果好;三是液氨饱和状态下温度和压力有一一对应关系*,可以对照水合物生成温度压力变化曲线,相应的调节液氨温度,来满足水合物生成需要;四是本装置属于开放式空间(如图1),氨气扩散能力又较强,它难以聚集到爆炸极限的浓度,属于最低爆炸危险等级[4],所以氨泄漏不会对周围环境影响太大[5],可以将氨制冷系统作为非爆炸危险区看待[6]。尽管氨制冷系统一般应用于冷库冷藏,化工方面应用较少,但是对于本装置通过我们优化工艺应用起来还是很方便的。

　　1 选择氨制冷系统作为水合物生成所需冷源要解决的问题

　　由于水合物生成反应有自身的性质和特点,要求低温高压[7],而根据实验室水合物反应条件,要求压力尽量低,温度尽量高,并且储气量尽量高[8],我们要摸索在此试验条件下水合物反应生成的参数及氨制冷系统相应参数,所以在设计及试验过程中要解决的问题,一个是在压力尽量低的情况下,水合物生成反应所需的温度范围为4.0~12.0e,而水合物工作液平衡温度为414e[2],低于4.0e时工作液冷却蒸发器盘管可能要结冰堵塞,而高于12.0e时水合物就不易生成,尽管液氨温度控制可以用温度调节系统,但是由于温度控制范围太小且温度改变严重滞后,影响了试验和读数,所以要控制工作液温度范围,就是要控制好提供冷源的液氨温度范围,也即控制好制冷系统氨液分离器的压力,查氨工质饱和状态下热力学性质表*,可知所对应氨液分离器压力为0.49 ~0.66MPa (绝压),控制压力比控制温度见效快;再一个问题就是为了求得生成水合物以后的储气量及水合物化解气再利用,需把生成的水合物再加热化解,这样压缩机出口热源就可以利用,很显然这是一个氨制冷的热联合工艺应用。总之,我们的氨制冷系统设计既要保证水合物的生成温度范围又不致使工作液冷却蒸发器盘管冻堵,还要保证生成水合物以后的热源供应。