雙級混合冷劑循環天然氣液化系統的製作方法

2023-07-12 15:29:06

專利名稱：雙級混合冷劑循環天然氣液化系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種雙級混合冷劑循環天然氣液化系統，屬於天然氣液化技術領域。
背景技術：
目前大型的天然氣液化裝置主要採用丙烷預冷的混合冷劑液化工藝、級聯式液化工藝和Shell公司開發的DMR液化工藝。丙烷預冷的混合冷劑液化工藝採用純丙烷作預冷冷劑，預冷溫度一定，對環境溫度和天然氣的適應性較差，且丙烷預冷系統的換熱器數量較多，系統複雜；級聯式液化工藝的三套製冷系統分別採用採用丙烷、乙烯和甲烷作製冷劑，對製冷劑的純度要求高，液化工藝的流程複雜，設備數量多，投資多；Shell公司開發的DMR工藝的預冷循環和深冷循環都採用繞管式換熱器，預冷循環採用兩臺繞管式換熱器串聯， 該換熱器的生產廠家少，費用高，供貨周期長，且Shell公司的預冷只有兩個壓力下節流，換熱器溫差較大，總體能耗較高。

發明內容
本發明的目的是提供一種操作方便、安全可靠，效率高、適應性強的雙級混合冷劑循環天然氣液化系統。本發明所提供的一種雙級混合冷劑循環天然氣液化系統，包括預冷冷箱、深冷冷箱、預冷混合冷劑製冷循環機構和深冷混合冷劑製冷循環機構；所述預冷混合冷劑製冷循環機構包括三級壓縮單元，所述三級壓縮單元包括依次相連的一級預冷冷劑壓縮機、二級預冷冷劑壓縮機和三級預冷冷劑壓縮機；所述一級預冷冷劑壓縮機的入口與三級預冷冷劑壓縮機的出口之間的管路a與所述預冷冷箱相連通；所述三級預冷冷劑壓縮機與所述預冷冷箱之間的管路上設有預冷冷劑冷卻器，所述管路a從所述預冷冷箱的底部引出後又與所述預冷冷箱的底部相連通，該連通處設有節流閥；所述一級預冷冷劑壓縮機與二級預冷冷劑壓縮機之間的管路與設於所述預冷冷箱內的管路a相連通，該相連通的管路上設有節流閥；所述二級預冷冷劑壓縮機與三級預冷冷劑壓縮機之間的管路與設於所述預冷冷箱內的管路a相連通，該相連通的管路上設有節流閥；所述深冷混合冷劑製冷循環機構包括二級壓縮單元，該二級壓縮單元包括依次相連的一級深冷冷劑冷卻器、一級深冷冷劑壓縮機、二級深冷冷劑冷卻器和二級深冷冷劑壓縮機；所述二級深冷冷劑壓縮機的出口通過管路從所述預冷冷箱的頂部引入至所述預冷冷箱內，並從所述預冷冷箱的底部引出後與深冷冷劑氣液分離罐相連通；所述深冷冷劑氣液分離罐的氣相出口通過管路從所述深冷冷箱的頂部引入至所述深冷冷箱內，經過所述深冷冷箱的液化段和深冷段後從所述深冷冷箱的底部引出，然後與所述深冷冷箱的底部相連通進入至所述深冷冷箱內，該連通處設有節流閥，之後通過管路b從所述深冷冷箱的頂部引出後與所述一級深冷冷劑冷卻器相連通；所述深冷冷劑氣液分離罐的液相出口通過管路從所述深冷冷箱的頂部引入至所述深冷冷箱內，經過所述深冷冷箱的液化段後從所述深冷冷箱的中部引出，然後與所述深冷冷箱相連通並進入至所述深冷冷箱內，該連通處設有節流閥，之後通過管路C與所述管路b相連通。上述的液化系統中，所述預冷冷箱內設有板翅換熱器；所述深冷冷箱內設有繞管式換熱器，以簡化冷箱內部結構，提高冷箱的安全性。上述的液化系統中，所述節流閥可為J/T閥。本發明提供的液化系統適用於年產LNG規模在50萬噸以上的基荷型天然氣液化工廠和浮式天然氣液化工廠。使用本發明提供的液化系統時，可將預處理合格後的天然氣(是指經過脫硫、脫碳、脫汞、脫水後滿足基荷型天然氣液化工廠對進入液化單元天然氣的質量要求)在預冷冷箱中進行預冷，然後在深冷冷箱中將預冷後的天然氣進一步降溫，最後經過節流進入液化天然氣儲罐。本發明提供的液化系統，採用板翅換熱器作為主換熱器，提高了換熱器的性能，提高了液化率。本發明的深冷循環採用兩級製冷，提高了製冷效率。本發明採用雙級混合冷劑循環，預冷冷劑和深冷冷劑的組分的調節範圍較寬，冷劑配比方便。預冷冷劑循環的製冷溫度可以根據天然氣組分和環境溫度進行相應調節，適應性強。雙級混合冷劑循環中，可以合理分配兩個循環的製冷負荷，有利於預冷換熱器和深冷板翅換熱器的製造。


圖I為本發明提供的雙級混合冷劑循環天然氣液化系統的結構示意圖。圖中各標記如下1預冷冷箱、2深冷冷箱、3 —級預冷冷劑壓縮機、4 二級預冷冷劑壓縮機、5三級預冷冷劑壓縮機、6管路a、7預冷冷劑冷卻器、81，82，83，84，85J/T閥、9 一級深冷冷劑冷卻器、10 —級深冷冷劑壓縮機、11 二級深冷冷劑冷卻器、12 二級深冷冷劑壓縮機、13深冷冷劑氣液分離罐、14管路b、15管路C、16重烴分離罐。
具體實施方式
下述實施例中所使用的實驗方法如無特殊說明，均為常規方法。下述實施例中所用的材料、試劑等，如無特殊說明，均可從商業途徑得到。如圖I所示，本發明提供的液化系統包括預冷冷箱I、深冷冷箱2、預冷混合冷劑製冷循環機構和深冷混合冷劑製冷循環機構；其中，預冷冷箱I內設有板翅換熱器，深冷冷箱2內設有繞管式換熱器；該預冷混合冷劑製冷循環機構包括三級壓縮單元，該三級壓縮單元包括依次相連的一級預冷冷劑壓縮機3、二級預冷冷劑壓縮機4和三級預冷冷劑壓縮機5 ;該一級預冷冷劑壓縮機3的入口與三級預冷冷劑壓縮機5的出口之間的管路a6與預冷冷箱I相連通；三級預冷冷劑壓縮機5與預冷冷箱I之間的管路上設有預冷冷劑冷卻器7，該管路a6從預冷冷箱I的底部引出後又與預冷冷箱I的底部相連通，該連通處設有J/T閥81 ；一級預冷冷劑壓縮機3與二級預冷冷劑壓縮機4之間的管路與設於預冷冷箱I內的管路a6相連通，該相連通的管路上設有J/T閥82 ;二級預冷冷劑壓縮機4與三級預冷冷劑壓縮機5之間的管路與設於預冷冷箱I內的管路a6相連通，該相連通的管路上設有J/T閥83 ；該深冷混合冷劑製冷循環機構包括二級壓縮單元，該二級壓縮單元包括依次相連的一級深冷冷劑冷卻器9、一級深冷冷劑壓縮機10、二級深冷冷劑冷卻器11和二級深冷冷劑壓縮機12 ;二級深冷冷劑壓縮機12的出口通過管路從預冷冷箱I的頂部引入至預冷冷箱I內，並從預冷冷箱I的底部引出後與深冷冷劑氣液分離罐13相連通；該深冷冷劑氣液分離罐13的氣相出口通過管路從深冷冷箱2的頂部引入至深冷冷箱2內，經過深冷冷箱2的液化段和深冷段後從深冷冷箱2的底部引出，然後與深冷冷箱2的底部相連通進入至深冷冷箱2內，該連通處設有J/T閥84，之後通過管路bl4從深冷冷箱2的頂部引出後與一級深冷冷劑冷卻器9相連通；該深冷冷劑氣液分離罐13的液相出口通過管路從深冷冷箱2的頂部引入至深冷冷箱2內，經過深冷冷箱2的液化段後從深冷冷箱2的中部引出，然後與深冷冷箱2相連通並進入至深冷冷箱2內，該連通處設有J/T閥85，之後通過管路cl5與管路bl4相連通。使用上述雙級混合冷劑循環天然氣液化系統對某海外氣田的原料天然氣液化，原料氣組分為88. 75%甲烷、4. 34%乙烷、2. 18%丙烷、0. 54% 丁烷、0. 54異丁烷、3. 1%氮氣、C5+組分及其他0. 55% ;採用預冷混合冷劑由45%丙烷和55%乙烷組成；深冷冷劑由35. 5%甲烷、 15. 9%丙烷、5. 5%氮氣和43. 1%組成。在夏季條件進行，天然氣和混合冷劑經過水冷卻器或空氣冷卻器冷卻後的溫度在40°C左右，主要實施步驟如下在預冷混合冷劑製冷循環機構中，從預冷冷箱I換熱出來的低壓氣相冷劑經三級壓縮單元三段壓縮並冷卻為3. 5MPa、40°C左右的過冷液體。液體預冷冷劑從預冷冷箱I的頂部進入預冷冷箱I的換熱器中，在預冷冷箱I中經第一段換熱後分離出一股預冷冷劑經J/T閥83節流降壓至I. 87MPa、12°C回到預冷冷箱I中，將天然氣、高壓預冷冷劑和深冷冷劑降溫至15°C左右，提供冷量後的低壓預冷冷劑回到預冷混合冷劑製冷循環機構中，與二級預冷冷劑壓縮機4出口的冷劑匯合，進入到三級預冷冷劑壓縮機5中；其它高壓預冷冷劑繼續延預冷冷箱I向下冷卻，經第二段換熱後分離出一股冷劑經J/T閥82節流降壓至0. 89MPa、_18°C左右回到預冷冷箱I中，將天然氣、高壓預冷冷劑和深冷冷劑降溫至_15°C左右，提供冷量後的低壓預冷冷劑回到預冷混合冷劑製冷循環機構中，與一級預冷冷劑壓縮機3出口的冷劑匯合,進入到二級預冷冷劑壓縮機4中；剩餘冷劑繼續向下,直至冷卻到_50°C左右從預冷冷箱I底部引出，經J/T閥81節流降壓至0. 29MPa和_53°C左右，並從底部進入預冷冷箱I，將天然氣、高壓預冷冷劑和深冷冷劑降溫至-50°C左右，提供冷量後的低壓預冷冷劑從冷箱CB-I中排出進入預冷壓縮機一段Cl-I入口，完成一個循環。在深冷混合冷劑製冷循環機構中，經過二級深冷冷劑壓縮機12增壓至3. OMPa,並冷卻至40°C後的高壓的深冷冷劑氣體在預冷冷箱I中冷卻到_50°C時後有部分冷凝，進入深冷冷劑氣液分離罐13，分離後的液體進入深冷冷箱2中過冷，冷卻到_124°C左右從深冷冷箱2的中部引出，經J/T閥85節流降壓至0. 32MPa左右，與深冷冷箱2下部返回的低壓深冷冷劑混合，為天然氣液化提供冷量。深冷冷劑氣液分離罐13分離出的氣體在深冷冷箱2中冷凝和過冷，溫度達到_155°C左右從深冷冷箱2的底部引出，經J/T閥84節流降壓至0. 23MPa左右，溫度為_160°C左右，在深冷冷箱2底部返回，為天然氣過冷提供冷量。氣化後的深冷冷劑從深冷冷箱2的頂部排出，進入二級壓縮單元，重新進行壓縮，完成一個製冷循環。預處理合格後的天然氣在預冷冷箱I中進行三級預冷，溫度分別達到15°C、_15°C和_50°C左右，經過重烴分離罐16分離後，在深冷冷箱2中將進一步降溫和液化，最終冷卻到至_155°C左右,經過節流進入液化天然氣儲罐。使用本發明提供的液化系統在冬季進行天然氣液化，天然氣和混合冷劑經過水冷卻器或空氣冷卻器冷卻後的溫度在20°C左右；其中採用的預冷混合冷劑由丙烷和乙烷組成，相對於夏季條件，預冷冷劑中乙烷含量增加；深冷冷劑由甲烷、乙烷、丙烷和氮氣組成，相對於夏季條件，深冷冷劑中的丙烷含量減少。主要實施步驟如下在預冷混合冷劑製冷循環機構中，從預冷冷箱I出來的低壓氣相冷劑經三級壓縮單元三段壓縮並冷卻為3. 5MPa、20°C左右的過冷液體。液體預冷冷劑從預冷冷箱I的頂部進入預冷冷箱I內的換熱器中，在預冷冷箱I中經第一段換熱後分離出一股預冷冷劑經J/T閥83進行節流降壓，_8°C的混合冷劑回到換熱器中，將天然氣、高壓預冷冷劑和深冷冷劑降溫至_5°C左右，為換熱器提供冷量後的低壓製冷劑進入預冷混合冷劑製冷循環機構，與二級預冷冷劑壓縮機4出口的冷劑匯合，進入到三級預冷冷劑壓縮機5中；剩餘冷劑繼續延預冷換熱器向下，經第二段換熱後分離出一股冷劑經J/T閥82進行節流降壓，降壓後-33°C左右的低壓冷劑返回換熱器E3中，將天然氣、高壓預冷冷劑和深冷冷劑降溫至_30°C左右，提供冷量後的低壓預冷冷劑進入預冷混合冷劑製冷循環機構，與一級預冷冷劑壓縮機3出口的冷劑匯合，進入到二級預冷冷劑壓縮機4 ;剩餘的冷劑繼續冷卻到_60°C左右從預冷換熱器底部引出並經J/T閥81進行節流降壓，降壓至_63°C左右的低壓冷劑從底部進入預冷換熱器，將天然氣、高壓預冷製冷劑和深冷製冷劑降溫至-60°C左右，提供冷量後的低壓預冷冷劑進入一級預冷冷劑壓縮機3入口，完成一個循環。 在深冷混合冷劑製冷循環機構中，經過二級深冷冷劑壓縮機12增壓至3. OMPa,並冷卻至20°C後的高壓的深冷冷劑氣體在預冷冷箱I中冷卻到_60°C時後有部分冷凝，進入深冷冷劑氣液分離罐13，分離後的液體進入深冷冷箱2中過冷，冷卻到_124°C左右從深冷冷箱2的中部引出，經J/T閥85節流降壓至0. 32MPa左右，與深冷換熱器下部返回的-127°C左右的低壓深冷冷劑混合後返回深冷換熱器，為天然氣液化提供冷量。在深冷冷劑氣液分離罐13中分離出的氣體在深冷冷箱2中冷凝和過冷，溫度達到-155°C左右從深冷換熱器的底部引出，經J/T閥84節流降壓至0. 23MPa左右，溫度為_160°C左右，在深冷換熱器底部返回，為天然氣過冷提供冷量。氣化後的深冷冷劑從深冷冷箱2的頂部排出，進入二級壓縮單元，重新進行壓縮，完成一個製冷循環。預處理合格後的天然氣在預冷冷箱I中進行三級預冷，溫度分別達到-5°C、-30°C和_60°C左右，經過重烴分離罐16分離後，在深冷冷箱2中將進一步降溫和液化，最終冷卻到至_155°C左右,經過節流進入液化天然氣儲罐。權利要求
1.一種雙級混合冷劑循環天然氣液化系統，其特徵在於所述液化系統包括預冷冷箱、深冷冷箱、預冷混合冷劑製冷循環機構和深冷混合冷劑製冷循環機構； 所述預冷混合冷劑製冷循環機構包括三級壓縮單元，所述三級壓縮單元包括依次相連的一級預冷冷劑壓縮機、二級預冷冷劑壓縮機和三級預冷冷劑壓縮機；所述一級預冷冷劑壓縮機的入口與三級預冷冷劑壓縮機的出口之間的管路a與所述預冷冷箱相連通；所述三級預冷冷劑壓縮機與所述預冷冷箱之間的管路上設有預冷冷劑冷卻器，所述管路a從所述預冷冷箱的底部引出後又與所述預冷冷箱的底部相連通，該連通處設有節流閥；所述一級預冷冷劑壓縮機與二級預冷冷劑壓縮機之間的管路與設於所述預冷冷箱內的管路a相連通，該相連通的管路上設有節流閥；所述二級預冷冷劑壓縮機與三級預冷冷劑壓縮機之間的管路與設於所述預冷冷箱內的管路a相連通，該相連通的管路上設有節流閥； 所述深冷混合冷劑製冷循環機構包括二級壓縮單元，該二級壓縮單元包括依次相連的一級深冷冷劑冷卻器、一級深冷冷劑壓縮機、二級深冷冷劑冷卻器和二級深冷冷劑壓縮機；所述二級深冷冷劑壓縮機的出口通過管路從所述預冷冷箱的頂部引入至所述預冷冷箱內， 並從所述預冷冷箱的底部引出後與深冷冷劑氣液分離罐相連通； 所述深冷冷劑氣液分離罐的氣相出口通過管路從所述深冷冷箱的頂部引入至所述深冷冷箱內，經過所述深冷冷箱的液化段和深冷段後從所述深冷冷箱的底部引出，然後與所述深冷冷箱的底部相連通進入至所述深冷冷箱內，該連通處設有節流閥，之後通過管路b從所述深冷冷箱的頂部引出後與所述一級深冷冷劑冷卻器相連通； 所述深冷冷劑氣液分離罐的液相出口通過管路從所述深冷冷箱的頂部引入至所述深冷冷箱內，經過所述深冷冷箱的液化段後從所述深冷冷箱的中部引出，然後與所述深冷冷箱相連通並進入至所述深冷冷箱內，該連通處設有節流閥，之後通過管路c與所述管路b相連通。
2.根據權利要求I所述的液化系統，其特徵在於所述預冷冷箱內設有板翅換熱器；所述深冷冷箱內設有繞管式換熱器。
3.根據權利要求I或2所述的液化系統，其特徵在於所述節流閥為J/T閥。
全文摘要
本發明公開了一種雙級混合冷劑循環天然氣液化系統。所述液化系統包括預冷冷箱、深冷冷箱、預冷混合冷劑製冷循環機構和深冷混合冷劑製冷循環機構；本發明的深冷循環採用兩級製冷，提高了製冷效率。本發明採用雙級混合冷劑循環，預冷冷劑和深冷冷劑的組分的調節範圍較寬，冷劑配比方便。預冷冷劑循環的製冷溫度可以根據天然氣組分和環境溫度進行相應調節，適應性強。雙級混合冷劑循環中，可以合理分配兩個循環的製冷負荷，有利於預冷換熱器和深冷板翅換熱器的製造。
文檔編號F25B1/10GK102748918SQ20121022913
公開日2012年10月24日 申請日期2012年7月3日 優先權日2012年7月3日
發明者單彤文, 唐令力, 尹全森, 楊文剛, 浦暉, 羅婷婷, 花亦懷, 邰曉亮, 陳杰 申請人:中國海洋石油總公司, 中海石油氣電集團有限責任公司