当前，我国众多已投入运营及正处于建设阶段的基本负荷型液化天然气（LNG）工厂普遍采用了PRICO液化技术，这项技术凭借其独特的单级制冷系统设计，展现出流程精简、操作稳定性强、对冷媒成分波动不敏感的优势。它不仅能灵活适应多样化的原料气成分，包括伴生气、管道输送气和煤层气，而且在冷媒补充需求低、能效高、投资与运维成本相对较低方面表现卓越。
当面对原料气中氮气摩尔分数超过1%的特殊情况时，传统的处理流程中，储罐与装车站释放的蒸发气（BOG）在回收再利用为LNG的过程中，系统内氮气会逐渐积聚，进而引发蒸发气量上升及再液化过程能耗的持续增加。为解决这一问题，PRICO液化工艺进行了优化升级，其核心在于根据原料气的具体构成，对经过再液化处理的蒸发气实施有效的脱氮处理。通过精心设定氮气闪蒸的压力参数，该改进工艺能够显著减轻蒸发气处理系统与冷箱的工作负担，实现能源效率与经济效益的双重提升。简而言之，PRICO改进工艺通过精准脱氮与压力调控，有效应对了高氮气含量原料气带来的挑战，确保了LNG生产过程的稳定与高效。
1 典型 LNG 液化工艺流程
在标准大气压下，天然气液化所需温度低至约-162℃，这一极端温度条件下，天然气内含的二氧化碳与水会凝结成固态，极易在液化处理设备和管道中引发堵塞和憋压问题，严重影响运行安全。因此，对天然气进行液化处理前，至关重要的是对其原料气进行精心预处理，旨在彻底脱除水分、二氧化碳以及各类杂质。
预处理流程首先引领原料气进入胺系统，利用该系统的特定化学反应能力，有效脱除其中的二氧化碳成分，确保其含量符合液化处理阶段的严格要求。随后，净化后的气体转至分子筛系统，通过分子筛的强效吸附作用，进一步深度脱除残留的水分。
鉴于原料气中可能存在的微量汞元素对铝制设备构成的潜在腐蚀威胁，脱水步骤之后增设了脱汞环节，采用专门的脱汞设备对气体进行处理，以确保其洁净度与设备安全性。
经过上述全面净化后的原料气，依据其特有的气质条件，被导入冷箱内部，接受混合冷剂的深度预冷处理，温度被精确调控至-65℃至-45℃之间。在此过程中，原料气中的重烃成分亦被有效脱除，随后进行液化并借助节流闪蒸技术分离出氢气，最终转化为符合标准的液化天然气（LNG），安全储存于特制的LNG储罐中。
而液化过程中所需的大量冷量，则由高效运作的制冷单元持续供给。制冷工艺领域涵盖了阶式制冷、混合制冷以及压缩-膨胀制冷三大类先进技术，各有其独特优势，以满足不同规模与需求的液化项目。
此外，LNG储罐及装车作业期间产生的闪蒸气，经过高效压缩处理后，被赋予了双重利用价值：一部分作为分子筛吸附塔的再生气源，实现资源循环利用；另一部分则重返冷箱，通过再液化过程重新转化为LNG，既减少了排放，又提升了整体系统的经济性与环保性。
图 1 某 LNG 液化装置工艺流程图
2 PRICO 液化工艺
该工艺设计了一个高效的闭式制冷循环系统，其核心在于冷剂的压缩、部分冷凝、进一步冷却及膨胀过程，以此实现冷量的供给。其运作机制简述如下：源自冷箱顶部的低压冷剂气体，首先进入冷剂压缩机接受升压处理，随后经过分离过程，产出高压气相冷剂与高压液相冷剂。为了确保这两股冷剂在冷箱芯体内的均衡分布与有效混合，它们被分别引导至冷箱内部，并在其内部完成汇合。在冷箱内，高压冷剂沿下行路径流动，直至冷箱底部时，其温度已降至-154℃，达到全冷凝状态。此后，通过J-T阀的减压作用，冷剂温度进一步骤降至-156℃，随后这股冷剂改变流向，向上流动于冷箱内，期间吸收来自原料气及先前高压冷剂释放的热量。完成热交换后，冷剂从冷箱顶部排出，再次进入冷剂压缩机，从而开启新一轮的制冷循环。这一循环过程不仅设计精妙，且确保了制冷效率与冷量分布的最优化。
图 2 PRICO 天然气液化工艺流程图
3 PRICO 改进液化工艺
在天然气液化过程中，特别针对富含氮气的天然气，其液化难度及能耗显著提升，主要归因于氮气的液化温度远低于甲烷，达到-196℃，这增加了整体液化流程的挑战性。此外，氮气的低沸点特性使得在储存条件下，它会优先从液化天然气（LNG）中蒸发出来，形成所谓的BOG（蒸发气）。这部分BOG若不经处理直接排放，不仅会造成甲烷资源的浪费，还会因氮气的持续累积而加剧液化过程的能耗负担。
针对这一问题，PRICO工艺进行了优化，其核心在于对BOG进行再液化处理的同时，实施有效的氮气脱除策略。具体而言，BOG首先通过压缩机增压，随后部分用于分子筛的再生流程，以维持脱水单元的活性；而另一部分则进入冷箱，在精心控制的低温（-156℃）条件下重新液化。此步骤后，通过精确调节降压闪蒸的压力，旨在最大化地分离出氮气，减少其在LNG系统中的积累。
选择适宜的氮气闪蒸压力至关重要，它直接关系到LNG的最终品质与生产效率。过高的闪蒸压力会促使更多氮气残留于系统中，降低LNG的热值，影响产品质量；反之，过低的闪蒸压力虽能有效减少BOG的蒸发，但会显著削减LNG的产出量，影响经济效益。因此，平衡系统能耗与LNG产量，通过精细调控氮气闪蒸压力，成为PRICO改进工艺中的关键环节，旨在实现能源利用的最大化与经济效益的最优化。
图 3 PRICO 液化工艺改进流程
4 总结
本文针对基本负荷型LNG工厂，优化PRICO液化工艺，通过再液化BOG并脱氮，精准调控氮气闪蒸压力，成功降低LNG气化分率，减少冷剂用量约2.6%，同时BOG压缩机负荷减轻221.8 kW，冷剂压缩机负荷也下降284.3 kW，显著提升能效与经济效益。
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