一種低能耗的新型天然氣液化工藝的製作方法

2023-06-12 17:43:31

一種低能耗的新型天然氣液化工藝的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種低能耗的新型天然氣液化工藝：包括高效天然氣預冷換熱器、天然氣液化深冷換熱器、重烴分離系統、液體膨脹機、BOG(天然氣液化過程中的不凝氣)分離塔、BOG復熱冷箱、BOG增壓機和丙烯製冷系統及優化的混合冷劑製冷系統。本工藝將液體膨脹機引入天然氣液化工藝，回收高壓液體的能量；並對重烴分離工藝進行了創新，提高了重烴分離操作溫度，節省了冷量及設備投資；優化了BOG分離工藝，減少了BOG總量，降低了BOG壓縮機功率；優化了BOG冷量的回收利用，回收BOG高級別冷量。本工藝能耗，與我國目前工藝相比，可節省能耗10％左右，設備投資低，適用工況能力強，關鍵設備可實現國產化生產。
【專利說明】一種低能耗的新型天然氣液化工藝
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種低能耗的新型天然氣液化工藝。
技術背景
[0002]天然氣由於其環保性而成為取代其他燃料的較佳物質，在發電、汽車用氣、工業用氣、化工用氣和城市居民用氣方面有著廣泛的應用。隨著經濟的增長，我國天然氣用氣量迅速增加，然而天然氣不易運輸和儲存，為滿足日益增長的需求，液化天然氣作為天然氣最佳的運輸和儲存方式，其需求量逐年增加。
[0003]現在的天然氣液化工藝主要有:高壓節流製冷、階式製冷和混合冷劑製冷等。以上工藝各有優缺點，高壓節流製冷其流程簡單緊湊造價較低，但其能耗較高，且處理量較小；階式製冷流程較長，設備複雜，且能耗較高；混合冷劑製冷工藝雖然能耗較低，大型混合製冷壓縮機製造較為困難，國產化生產較難。
[0004]隨天然氣價格的不斷攀升，液化天然氣廠的利潤空間不斷下降，國內外天然氣液化廠都向著大型化、規模化的方向發展，天然氣液化的能耗指標也越來越受到重視。相對於傳統的天然氣液化工藝，適用於大型化、規模化生產，且能耗較低的新型天然氣液化工藝亟待開發。本發明提出了一種能耗低，適用工況能力強，可大型化、規模化生產的新型天然氣液化工藝。

【發明內容】

[0005]為了克服現有技術的上述缺點，本發明公開了一種低能耗的新型天然氣液化工藝，包括高效天然氣預冷換熱器、天然氣液化深冷換熱器、重烴分離系統、液體膨脹機、BOG分離塔、BOG復熱冷箱、BOG增壓機和丙烯製冷系統及優化的混合冷劑製冷系統，所用的換熱器均採用結構緊湊，換熱效率高的多個板翅式換熱器組裝而成。
[0006]本發明解決其技術問題所採用的技術方案是:一種使用液體膨脹機的製冷系統和天然氣液化系統，通過液體膨脹機回收高壓液體的能量，並優化了重烴分離工藝，優化了BOG分離工藝及BOG冷量回收工藝，降低能耗10%以上，包括以下主要步驟:
[0007]步驟一、丙烯製冷循環將天然氣和混合冷劑預冷至_35°C?_37°C:
[0008]天然氣經脫水、脫汞工序後進入高效天然氣預冷換熱器，與換熱器中的丙烯冷劑換熱，將天然氣預冷至_35°C?_37°C ;從混合冷劑壓縮機出口來的混合冷劑，經冷劑冷卻器冷卻後，進入高效天然氣預冷換熱器，冷卻至_35°C?-37°C ;預冷換熱器中的冷劑來自丙烯製冷循環:從丙烯壓縮機四段出口來的丙烯冷劑，經丙烯冷卻器冷卻至38°C?40°C，進入丙烯凝液收集罐，高壓液態丙烯一部分直接進入高壓丙稀吸入罐，另一部分經節流閥減壓後進入高效天然氣預冷換熱器換熱，換熱後進入高壓丙烯吸入罐，罐頂氣相從壓縮機四級入口進入丙烯壓縮機；高壓丙稀吸入罐罐底液相一部分直接進入中壓丙烯吸入罐，另一部分經節流閥減壓後進入高效天然氣預冷換熱器，換熱後進入中壓丙烯吸入罐，罐頂氣相從壓縮機三級入口進入壓縮機；中壓丙稀吸入罐罐底液相一部分直接進入低壓丙烯吸入罐，另一部分經節流閥減壓後進入高效天然氣預冷換熱器，換熱後進入低壓丙烯吸入罐，罐頂氣相從壓縮機二級入口進入壓縮機；低壓丙烯吸入罐罐底液相直接減壓後進入高效天然氣預冷換熱器，換熱後完全氣化的丙烯冷劑返回低低壓丙烯吸入罐，氣相從壓縮機一級入口進入壓縮機；
[0009]步驟二、天然氣重烴分離:
[0010]預冷後的天然氣進入重烴分離系統脫除重烴，根據原料氣組成不同，可選用單塔脫除重烴工藝或雙塔串聯脫除重烴工藝；
[0011]步驟三、混合冷劑將天然氣冷卻至-150°c?-158°c:
[0012]脫除重烴後的天然氣，進入天然氣液化深冷換熱器，天然氣被冷卻至-150°C?_158°C ;天然氣液化深冷換熱器中所用的冷劑來自混合冷劑製冷系統:從混合冷劑吸入罐來的混合冷劑進入壓縮機低壓段增壓後，經段間冷卻器冷卻至38°C?40°C，然後進入混合冷劑壓縮機高壓段增壓，經混合冷劑冷卻器冷卻至38°C?40°C，進入高效天然氣預冷換熱器與丙烯冷劑換熱，混合冷劑被冷卻至_35°C?_37°C，出預冷換熱器；預冷後的混合冷劑進入混合冷劑分離罐氣液分離，液相進入天然氣液化深冷換熱器，冷卻至-100°C?-120°C出換熱器，經液體膨脹機膨脹，節流閥減壓後，返回天然氣液化深冷換熱器作為重冷劑使用；氣相冷劑分為兩部分，一部分進入天然氣液化深冷換熱器冷卻至-150°C?-158°C出換熱器，經節流閥減壓後作為輕冷劑使用，另一部分氣相冷劑進入BOG復熱冷箱，冷卻至_150°C?-158°C出換熱器，經節流閥減壓後作為輕冷劑使用，兩部分輕冷劑混合後共同返回天然氣液化深冷換熱器，換熱後的輕、重冷劑匯合後，進入混合冷吸入罐。
[0013]步驟四、深冷液化天然氣BOG分離:
[0014]深冷至-150°C?_158°C的液化天然氣，經液體膨脹機膨脹減壓後，進入BOG分離塔再沸器換熱，再經節流閥減壓後進入BOG分離塔，塔頂BOG進BOG復熱冷箱回收冷量後進入BOG壓縮機，增壓後作為燃料氣使用，塔底得到LNG產品。
[0015]與現有技術相比，本發明的積極效果是:
[0016](I)本發明所提供的天然氣液化工藝，能耗低:本發明採用分級製冷工藝，提高了製冷效率，將液體膨脹機引入天然氣液化工藝，可回收高壓液體的能量，降低能耗。
[0017](2)本發明所用的換熱器均為多個板翅式換熱器組裝而成，具有結構緊湊、換熱溫差小、換熱效率高、佔地面積小、質量輕等特點。
[0018](3)本發明優化了重烴分離工藝，提高了重烴分離溫度，減少了冷量的消耗，降低了設備投資，且根據原料氣組成不同，可採用單塔或雙塔串聯操作，適應工況能力強。
[0019](4)本發明優化了 BOG分離工藝，減少了 BOG量，降低了 BOG壓縮機功率。
[0020](5)本發明優化了 BOG冷量利用，回收了 BOG的高級別冷量。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]本發明將通過例子並參照附圖的方式說明，其中:
[0022]圖1為實施例一示意圖
[0023]圖2為實施例二示意圖【具體實施方式】
[0024]實施例一:
[0025]本實施例中，來自脫水脫汞系統的天然氣進入高效天然氣預冷換熱器15，將天然氣預冷至_37°C，預冷後的天然氣進入高壓重烴分離塔16，塔頂氣相進入天然氣液化深冷換熱器17冷卻至_50°C，進入塔頂回流罐21氣液分離，罐底液相作為高壓重烴分離塔的回流，罐頂氣相進入天然氣液化深冷冷箱17，冷卻至_153°C，經天然氣液體膨脹機22膨脹減壓至0.46MPa.g，進入BOG分離塔再沸器23換熱後，再經節流閥24減壓至0.024MPa.g後進入BOG分離塔25 ;高壓重烴分離塔塔底液相經冷卻器18冷卻至40°C，經節流閥19減壓至
1.32MPa.g，進入低壓重烴分離塔20，塔底得到重烴產品，塔頂氣相進入BOG復熱冷箱26冷卻至_153°C，經節流閥27減壓至0.024MPa.g，進入BOG分離塔25 ；B0G分離塔塔底得到LNG產品，塔頂BOG先進入BOG復熱冷箱26換熱至-40 V，再進入BOG增壓機38增壓至3.7MPa.g，作為燃料氣使用。
[0026]預冷換熱器中的冷劑來自丙烯製冷循環，包括以下主要步驟:
[0027]從各段吸入口來的丙烯冷劑，經丙烯壓縮機I增壓至1.68MPa.g，經丙烯冷卻器2冷卻至38 °C，進入丙烯凝液收集罐3，高壓液態丙烯一部分經節流閥5減壓至0.81MPa.g進入高壓丙稀吸入罐6，另一部分經節流閥4減壓至0.81MPa.g，進入高效天然氣預冷換熱器換熱15，換熱後進入高壓丙烯吸入罐6，罐頂氣相從壓縮機四級入口進入丙烯壓縮機；高壓丙稀吸入罐6罐底液相一部分經節流閥8減壓至0.4MPa.g進入中壓丙烯吸入罐，另一部分經節流閥7減壓至0.4MPa.g後進入高效天然氣預冷換熱器15，換熱後進入中壓丙烯吸入罐9，罐頂氣相從壓縮機三級入口進入壓縮機；中壓丙稀吸入罐9罐底液相一部分經節流閥11減壓至0.12MPa.g進入低壓丙烯吸入罐12，另一部分經節流閥10減壓至0.12MPa.g後進入高效天然氣預冷換熱器15，換熱後進入低壓丙烯吸入罐12，罐頂氣相從壓縮機二級入口進入壓縮機；低壓丙烯吸入罐12罐底液相，經節流閥13減壓至0.03MPa.g，進入高效天然氣預冷換熱器15，換熱後完全氣化的丙烯冷劑返回低低壓丙烯吸入罐14，氣相從壓縮機一級入口進入壓縮機；
[0028]天然氣液化深冷換熱器中所用的冷劑來自混合冷劑製冷系統，包括以下主要步驟:
[0029]來自混合冷劑吸入罐28的混合冷劑，經混合冷劑壓縮機低壓段29增壓至1.6MPa.g，經段間冷卻器30冷卻至38°C，進入混合冷劑壓縮機高壓段31，增壓至5.5MPa.g，進入混合冷劑冷卻器32冷卻至38°C後進入高效天然氣預冷換熱器15，與丙烯冷劑換熱，混合冷劑被冷卻至_37°C，出預冷換熱器；預冷後的混合冷劑進入混合冷劑分離罐33氣液分離，液相進入天然氣液化深冷換熱器17，冷卻至-110°C出換熱器，經液體膨脹機34膨脹至1.2MPa.g，再經節流閥35減壓至0.37MPa.g，返回天然氣液化深冷換熱器17作為重冷劑使用；氣相冷劑分為兩部分，一部分進入天然氣液化深冷換熱器17冷卻至_153°C出換熱器，經節流閥36減壓至0.39MPa.g，另一部分氣相冷劑進入BOG復熱冷箱26，冷卻至_153°C出換熱器，經節流閥37減壓至0.39MPa.g，兩部分氣相冷劑混合後共同返回天然氣液化深冷換熱器17作為輕冷劑使用；換熱後的輕、重冷劑匯合後，進入混合冷劑壓縮機吸入罐28。
[0030]實施例二:
[0031]本實施例中，來自脫水脫汞系統的天然氣進入高效天然氣預冷換熱器15，將天然氣預冷至-37°C，預冷後的天然氣分為兩部分，一部分從塔釜進入重烴分離塔16，另一部分進入天然氣液化深冷換熱器17冷卻至_55°C，從塔上部進入重烴分離塔16 ;塔頂氣相進入天然氣液化深冷換熱器17冷卻至_72°C，進入塔頂回流罐18氣液分離，罐底液相作為重烴分離塔的回流，罐頂氣相進入天然氣液化深冷換熱器17，冷卻至_153°C，經天然氣液體膨脹機19膨脹減壓至0.46MPa.g，進入BOG分離塔再沸器20換熱後，再經節流閥21減壓至
0.024MPa.g後進入BOG分離塔22 ；B0G分離塔塔底得到LNG產品，塔頂BOG先進入BOG復熱冷箱23換熱至-40°C，再進入BOG增壓機34增壓至3.7MPa.g，作為燃料氣使用。
[0032]預冷換熱器中的冷劑來自丙烯製冷循環，包括以下主要步驟:
[0033]從各段吸入口來的丙烯冷劑，經丙烯壓縮機I增壓至1.68MPa.g，經丙烯冷卻器2冷卻至38 °C，進入丙烯凝液收集罐3，高壓液態丙烯一部分經節流閥5減壓至0.81MPa.g進入高壓丙稀吸入罐6，另一部分經節流閥4減壓至0.81MPa.g，進入高效天然氣預冷換熱器15，換熱後進入高壓丙烯吸入罐6，罐頂氣相從壓縮機四級入口進入丙烯壓縮機；高壓丙稀吸入罐6罐底液相一部分經節流閥8減壓至0.4MPa.g進入中壓丙烯吸入罐，另一部分經節流閥7減壓至0.4MPa.g後進入高效天然氣預冷換熱器15，換熱後進入中壓丙烯吸入罐9，罐頂氣相從壓縮機三級入口進入壓縮機；中壓丙稀吸入罐9罐底液相一部分經節流閥11減壓至0.12MPa.g進入低壓丙烯吸入罐12，另一部分經節流閥10減壓至0.12MPa.g後進入高效天然氣預冷換熱器15，換熱後進入低壓丙烯吸入罐12，罐頂氣相從壓縮機二級入口進入壓縮機；低壓丙烯吸入罐12罐底液相，經節流閥13減壓至0.03MPa.g，進入高效天然氣預冷換熱15，換熱後完全氣化的丙烯冷劑返回低低壓丙烯吸入罐14，氣相從壓縮機一級入口進入壓縮機；
[0034]天然氣液化深冷換熱器中所用的冷劑來自混合冷劑製冷系統，包括以下主要步驟:
[0035]從混合冷劑吸入罐24來的混合冷劑，經混合冷劑壓縮機低壓段25增壓至1.6MPa.g，經段間冷卻器26冷卻至38°C，進入混合冷劑壓縮機高壓段27，增壓至5.5MPa.g，進入冷劑冷卻器28冷卻至38°C後進入高效天然氣預冷換熱器15，與丙烯冷劑換熱，混合冷劑被冷卻至_37°C，出預冷換熱器；預冷後的混合冷劑進入混合冷劑分離罐29氣液分離，液相進入天然氣液化深冷換熱器17，冷卻至-110°C出換熱器，經液體膨脹機30膨脹至1.2MPa.g，再經節流閥31減壓至0.37MPa.g，返回天然氣液化深冷換熱器17作為重冷劑使用；氣相冷劑分為兩部分，一部分進入天然氣液化深冷換熱器17冷卻至_153°C出換熱器，經節流閥32減壓至0.39MPa.g，另一部分氣相冷劑進入BOG復熱冷箱23，冷卻至_153°C出換熱器，減壓至
0.39MPa.g，兩部分氣相冷劑混合後共同返回天然氣液化深冷換熱器17作為輕冷劑使用；換熱後的輕、重冷劑匯合後，進入混合冷劑壓縮機吸入罐24。
【權利要求】
1.一種低能耗的新型天然氣液化工藝:包括高效天然氣預冷換熱器、天然氣液化深冷換熱器、重烴分離系統、液體膨脹機、BOG (天然氣液化過程中的不凝氣)分離塔、BOG復熱冷箱、BOG增壓機和丙烯製冷系統及優化的混合冷劑製冷系統，其特徵在於，包括以下主要步驟: (1)天然氣經脫水、脫汞工序後進入高效天然氣預冷換熱器，與換熱器中的丙烯冷劑換熱，將天然氣預冷至一定溫度； (2)預冷後的天然氣進入重烴分離系統脫除重烴，脫除重烴後的天然氣返回天然氣液化深冷換熱器換熱，冷卻後的天然氣進入液體膨脹機膨脹減壓； (3)經液體膨脹機減壓後的液態天然氣，進入BOG分離塔再沸器換熱，再經節流閥減壓後進入BOG分離塔；塔頂BOG進BOG復熱冷箱回收冷量後進入BOG壓縮機，增壓後作為燃料氣使用，塔底得到LNG產品。
2.根據權利要求1所述的一種低能耗的新型天然氣液化工藝，其特徵在於:天然氣預冷換熱器中所用的冷劑來自丙烯製冷系統，預冷溫度為-35 V?_37°C，丙烯製冷系統包括如下主要步驟: (1)從丙烯壓縮機四段出口來的丙烯冷劑，經丙烯冷卻器冷卻，進入丙烯凝液收集罐，高壓液態丙烯一部分直接進入高壓丙稀吸入罐，另一部分經節流閥減壓後進入高效天然氣預冷換熱器換熱，換熱後進入高壓丙烯吸入罐，罐頂氣相從壓縮機四級入口進入丙烯壓縮機； (2)高壓丙稀吸入罐罐底液相一部分直接進入中壓丙烯吸入罐，另一部分經節流閥減壓後進入高效天然氣預冷換熱器，換熱後進入中壓丙烯吸入罐，罐頂氣相從壓縮機三級入口進入壓縮機； (3)中壓丙稀吸入罐罐底液.相一部分直接進入低壓丙烯吸入罐，另一部分經節流閥減壓後進入高效天然氣預冷換熱器，換熱後進入低壓丙烯吸入罐，罐頂氣相從壓縮機二級入口進入壓縮機； (4)低壓丙烯吸入罐罐底液相直接減壓後進入高效天然氣預冷換熱器，換熱後完全氣化的丙烯冷劑返回低低壓丙烯吸入罐，氣相從壓縮機一級入口進入壓縮機。
3.根據權利要求1所述的一種低能耗的新型天然氣液化工藝，其特徵在於:重烴分離系統可採用單塔操作也可採用雙塔串聯操作。
4.根據權利要求1所述的一種低能耗的新型天然氣液化工藝，其特徵在於:天然氣液化深冷換熱器中的冷劑來自帶液體膨脹機的混合冷劑製冷系統，將天然氣冷卻至-150°C?_158°C，混合冷劑製冷系統包括以下主要步驟: (1)從混合冷劑吸入罐來的混合冷劑，進入壓縮機低壓段，增壓至一定壓力，進入段間冷凝器冷卻後，再進入壓縮機高壓段增壓至一定壓力，進入混合冷劑冷卻器冷卻，後進入高效天然氣預冷換熱器，與丙烯冷劑換熱，混合冷劑被冷卻至_35°C?_37°C，出預冷換熱器； (2)預冷後的混合冷劑進入混合冷劑分離罐氣液分離，液相進入天然氣液化深冷換熱器，冷卻至-100°C?_120°C出換熱器，經液體膨脹機膨脹，節流閥減壓後，返回天然氣液化深冷換熱器作為重冷劑使用；氣相冷劑分為兩部分，一部分進入天然氣深冷液化換熱器冷卻至-150°C?_158°C出換熱器，經節流閥減壓後作為輕冷劑使用；另一部分氣相冷劑進入BOG復熱冷箱，冷卻至_150°C?_158°C出換熱器，經節流閥減壓後作為輕冷劑使用；兩部分輕冷劑混合，共同返回天然氣液化深冷換熱器作為冷劑使用； (3)換熱後的輕、重混合冷劑匯合後，進入混合冷劑吸入罐。
5.根據權利要求1所述的一種低能耗的新型天然氣液化工藝，其特徵在於:丙烯製冷壓縮機及混合冷劑製冷壓縮機除採用電機驅動外，還可採用蒸汽透平或燃氣輪機驅動。
6.根據權利要求3所述的雙塔脫除重烴工藝，其特徵在於:雙塔為高、低壓塔串聯操作，高壓塔操作壓力為3.5MPa.g?5.5MPa.g，低壓塔操作壓力為0.8MPa.g?2.0MPa.g。
7.根據權利要求1、4所述的液化天然氣及混合冷劑液體膨脹機，其特徵在於:根據需要可在不同位置配置 多臺液體膨脹機，以達到節能降耗效果。
【文檔編號】F25J3/00GK103438661SQ201310385532
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2013年8月30日 優先權日:2013年8月30日
【發明者】王松漢, 李莉, 宋作玉, 徐向東, 肖海煥, 秦麗英, 李慧 申請人:北京麥科直通石化工程設計有限公司