CN102564061B - 一种应用于基荷型天然气液化工厂的双级混合冷剂循环液化系统 - Google Patents
一种应用于基荷型天然气液化工厂的双级混合冷剂循环液化系统 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种应用于基荷型天然气液化工厂的双级混合冷剂循环液化系统。该系统包括预冷冷箱、深冷冷箱、预冷混合冷剂制冷循环机构和深冷混合冷剂制冷循环机构。本发明提供的双级混合冷剂循环液化系统可适用于年产LNG规模在100万吨以上的基荷型天然气液化工厂，其采用双级制冷循环，两级均采用混合冷剂，便于扩大单线产能；本发明提供的双级混合冷剂循环液化系统首先将预处理合格后的天然气在预冷冷箱中进行预冷，然后在深冷冷箱中将预冷后的天然气进一步降温，最后经过节流进入液化天然气储罐，每套制冷循环(即预冷混合冷剂制冷循环机构和深冷混合冷剂制冷循环机构)采用独立的压缩、冷却、冷凝、节流膨胀和换热过程。
Description
技术领域
本发明涉及一种应用于基荷型天然气液化工厂的双级混合冷剂循环液化系统，天然气液化技术领域。
背景技术
目前大型的天然气液化装置主要采用丙烷预冷的混合冷剂液化工艺、级联式液化工艺和Shell公司开发的DMR液化工艺。丙烷预冷的混合冷剂液化工艺采用纯丙烷做预冷冷剂，预冷温度一定，对环境温度和天然气的适应性和调节性较弱，且丙烷预冷系统的换热器数量较多，系统较为复杂；级联式液化工艺的三套制冷系统分别采用采用丙烷、乙烯和甲烷做制冷剂，对制冷剂的纯度要求高，液化工艺的流程复杂，设备数量多，投资大；Shell公司开发的DMR工艺的预冷循环和深冷循环都采用绕管式换热器，生产厂家少，费用高，供货周期长。
发明内容
本发明的目的是提供一种应用于基荷型天然气液化工厂的双级混合冷剂循环液化系统。
本发明提供的一种应用于基荷型天然气液化工厂的双级混合冷剂循环液化系统，包括预冷冷箱、深冷冷箱、预冷混合冷剂制冷循环机构和深冷混合冷剂制冷循环机构；
所述预冷混合冷剂制冷循环机构包括一级预冷冷剂压缩机、二级预冷冷剂压缩机和三级预冷冷剂压缩机；所述一级预冷冷剂压缩机的出口依次与预冷冷剂冷却器a和预冷冷剂气液分离罐a相连通；所述预冷冷剂气液分离罐a的气相出口与所述二级预冷冷剂压缩机相连通，液相出口与液泵a相连通；所述二级预冷冷剂压缩机的出口与所述液泵a的出口均与预冷冷剂冷却器b相连通；所述预冷冷剂冷却器b的出口与所述预冷冷剂气液分离罐b相连通，所述预冷冷剂气液分离罐b的气相出口与所述三级预冷冷剂压缩机相连通，液相出口与液泵b相连通；所述三级预冷冷剂压缩机的出口与所述液泵b的出口均与预冷冷剂冷却器c相连通；所述预冷冷剂冷却器c的出口与预冷冷剂气液分离罐c相连通；所述预冷冷剂气液分离罐c的出口与所述一级预冷冷剂压缩机的入口与所述预冷冷箱的顶部相连通；所述预冷混合冷剂制冷循环机构还包括预冷冷剂气液分离罐d，该预冷冷剂气液分离罐d的入口与所述预冷冷箱的底部相连通，该连通处设有节流阀a；所述预冷冷剂气液分离罐d的气相出口和液相出口均与所述预冷冷箱的底部相连通；
所述深冷混合冷剂制冷循环机构包括深冷冷剂压缩机、深冷冷剂气液分离罐a、深冷冷剂气液分离罐b和深冷冷剂气液分离罐c；所述深冷冷剂压缩机的出口与深冷冷剂冷却器相连通；所述深冷冷剂冷却器的出口通过管路d与所述预冷冷箱的顶部相连通，所述管路d穿过所述预冷冷箱后从所述预冷冷箱的底部引出，其与所述深冷冷剂气液分离罐a相连通；所述深冷冷剂气液分离罐a的气相出口通过管路a与所述深冷冷箱的顶部相连通，所述管路a从所述深冷冷箱的底部引出，且与所述深冷冷剂气液分离罐c相连通，该连通的管路上设有节流阀c；
所述深冷冷剂气液分离罐c的气相出口和液相出口通过管路b与所述深冷冷箱的底部相连通，所述管路b穿过所述深冷冷箱后从所述深冷冷箱的中部引出，且与所述深冷冷剂气液分离罐b相连通；
所述深冷冷剂气液分离罐a的液相出口通过管路c与所述深冷冷箱的顶部相连通，所述管路c穿过所述深冷冷箱后从所述深冷冷箱的中部引出，且与所述深冷冷剂气液分离罐b相连通，该连通的管路上设有节流阀b；所述深冷冷剂气液分离罐b的气相出口和液相出口通过管路d与所述深冷冷箱的中部相连通，所述管路d穿过所述深冷冷箱后从所述深冷冷箱的顶部引出，且与所述深冷冷剂压缩机的入口相连通。
上述的双级混合冷剂循环液化系统中，所述预冷冷箱和深冷冷箱内均可采用板翅式换热器。
上述的双级混合冷剂循环液化系统中，所述预冷冷箱和深冷冷箱内均可采用绕管式换热器。
使用上述双级混合冷剂循环液化系统进行天然气液化时，可将预处理合格天然气(具体指经过脱硫、脱碳、脱水、脱汞、脱苯等杂质，及分馏脱除部分重烃后满足基荷型天然气液化工厂对进入液化单元天然气的质量要求)通入至所述预冷冷箱中，在所述预冷冷箱中预冷到-30～-60℃左右从所述预冷冷箱的底部引出来进入重烃分离罐；经重烃分离罐脱除原料天然气中可能存在的重烃；从重烃分离罐顶部排出的气体进入所述深冷冷箱中继续降温，温度达到-140～-160℃左右从所述深冷冷箱的底部引出，然后经过节流降压后进入LNG储罐即可。
本发明提供的双级混合冷剂循环液化系统可适用于年产LNG规模在100万吨以上的基荷型天然气液化工厂，其采用双级制冷循环，两级均采用混合冷剂，便于扩大单线产能；本发明提供的双级混合冷剂循环液化系统首先将预处理合格后的天然气在预冷冷箱中进行预冷，然后在深冷冷箱中将预冷后的天然气进一步降温，最后经过节流进入液化天然气储罐，每套制冷循环(即预冷混合冷剂制冷循环机构和深冷混合冷剂制冷循环机构)采用独立的压缩、冷却、冷凝、节流膨胀和换热过程。
附图说明
图1为本发明的双级混合冷剂循环液化系统的结构示意图。
图中各标记如下：1预冷冷箱、2深冷冷箱、31一级预冷冷剂压缩机、32二级预冷冷剂压缩机、33三级预冷冷剂压缩机、41预冷冷剂冷却器a、42预冷冷剂冷却器b、43预冷冷剂冷却器c、51预冷冷剂气液分离罐a、52预冷冷剂气液分离罐b、53预冷冷剂气液分离罐c、54预冷冷剂气液分离罐d、61液泵a、62液泵b、71节流阀a、72节流阀b、73节流阀c、8深冷冷剂压缩机、91深冷冷剂气液分离罐a、92深冷冷剂气液分离罐b、93深冷冷剂气液分离罐c、100深冷冷剂冷却器、111管路a、112管路b、113管路c、114管路d、115管路e、121重烃分离罐。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明，但本发明并不局限于以下实施例。
本发明提供的双级混合冷剂循环液化系统包括预冷冷箱1、深冷冷箱2、预冷混合冷剂制冷循环机构和深冷混合冷剂制冷循环机构；预冷混合冷剂制冷循环机构包括一级预冷冷剂压缩机31、二级预冷冷剂压缩机32和三级预冷冷剂压缩机33；一级预冷冷剂压缩机31的出口依次与预冷冷剂冷却器a41和预冷冷剂气液分离罐a51相连通；预冷冷剂气液分离罐a51的气相出口与二级预冷冷剂压缩机32相连通，液相出口与液泵a61相连通；二级预冷冷剂压缩机32的出口与液泵a61的出口均与预冷冷剂冷却器b42相连通；预冷冷剂冷却器b42的出口与预冷冷剂气液分离罐b52相连通，预冷冷剂气液分离罐b52的气相出口与三级预冷冷剂压缩机33相连通，液相出口与液泵b62相连通；三级预冷冷剂压缩机33的出口与液泵b62的出口均与预冷冷剂冷却器c43相连通；预冷冷剂冷却器c43的出口与预冷冷剂气液分离罐c53相连通；预冷冷剂气液分离罐c53的出口和一级预冷冷剂压缩机31的入口均与预冷冷箱1的顶部相连通；该预冷混合冷剂制冷循环机构还包括预冷冷剂气液分离罐d54，该预冷冷剂气液分离罐d54的入口与预冷冷箱1的底部相连通，该连通处设有节流阀a71；预冷冷剂气液分离罐d54的气相出口和液相出口均与预冷冷箱1的底部相连通；深冷混合冷剂制冷循环机构包括深冷冷剂压缩机8、深冷冷剂气液分离罐a91、深冷冷剂气液分离罐b92和深冷冷剂气液分离罐c93；深冷冷剂压缩机8的出口与深冷冷剂冷却器100相连通；深冷冷剂冷却器100的出口通过管路e115与预冷冷箱1的顶部相连通，管路e115穿过预冷冷箱1后从预冷冷箱1的底部引出，其与深冷冷剂气液分离罐a91相连通；深冷冷剂气液分离罐a91的气相出口通过管路a111与深冷冷箱2的顶部相连通，管路a111从深冷冷箱2的底部引出，且与深冷冷剂气液分离罐c93相连通，该连通的管路上设有节流阀c73；深冷冷剂气液分离罐c93的气相出口和液相出口通过管路b112与深冷冷箱2的底部相连通，管路b112穿过深冷冷箱2后从深冷冷箱2的中部引出，且与深冷冷剂气液分离罐b92相连通；深冷冷剂气液分离罐a91的液相出口通过管路c113与深冷冷箱2的顶部相连通，管路c113穿过深冷冷箱2后从深冷冷箱2的中部引出，且与所述深冷冷剂气液分离罐b92相连通，该连通的管路上设有节流阀b72；深冷冷剂气液分离罐b92的气相出口和液相出口通过管路d114与深冷冷箱2的中部相连通，管路d114穿过深冷冷箱2后从深冷冷箱2的顶部引出，且与深冷冷剂压缩机8的入口相连通；该双级混合冷剂循环液化系统中，预冷冷箱1和深冷冷箱2内均为板翅式换热器。
使用上述双级混合冷剂循环液化系统进行天然气液化对某海外气田的原料天然气进行液化：原料气组分为93.5％甲烷，2.46％乙烯，3.1％氮气，0.51％丙烷，丁烷0.13％，异丁烷0.12％，C5+组分0.18％；采用的预冷冷剂：由45.4％丙烷，19.6％异戊烷，35％乙烯组成；采用的深冷冷剂：由36.4％甲烷，16.9％丙烷，5.8％氮气，40.9％乙烯组成，可按照下述步骤进行：
从预冷冷箱1换热出来的低压气相冷剂经预冷混合冷剂制冷循环机构三级压缩并冷却为3.09MPag、38℃的过冷液体；液体预冷冷剂从预冷冷箱1的顶部进入预冷冷箱1中的换热器，在预冷冷箱1中的换热器中冷却到-50℃左右从预冷冷箱1中换热器底部引出，进行通过节流阀a71节流降压至0.23MPag，温度进一步降低至-53.25℃并从底部进入预冷冷箱1，在预冷冷箱1的换热器的流道自下部向上流动，在气化过程中将原料天然气、高压预冷制冷剂和深冷制冷剂降温至-50℃左右，气化后的低压预冷冷剂从预冷冷箱1顶部排出进入预冷混合冷剂制冷循环机构，完成一个循环；高压的深冷制冷剂气体通过管路e115进入预冷冷箱1中，在预冷冷箱1中冷却到-50℃时被部分冷凝，进入深冷冷剂气液分离罐a91，分离后的液体通过管路b 112进入深冷冷箱2中过冷，冷却到-120℃左右从深冷冷箱2的中部引出，经节流阀b72降压至0.22MPag左右；从深冷冷剂气液分离罐a91顶部分离出的气体通过管路a111进入深冷冷箱2中，经过深冷冷箱2被冷凝和过冷，温度达到-155℃左右从深冷冷箱2的底部引出，经节流阀c73节流降压至0.23MPag左右，温度为-161.4℃左右；节流后的两相流，从底部通过管路c 113进入深冷冷箱2中为其深冷段提供冷量，将天然气和高压深冷冷剂降温至-155℃左右，低压深冷冷剂复温到-122.7℃左右后从深冷冷箱2中部引出，和之前液体冷剂节流后的流体混合，再次进入深冷冷箱2中为其液化段提供冷量；气化后的深冷冷剂从深冷冷箱2顶部通过管路d114排出后进入深冷冷剂压缩机8，压缩至2.94MPag左右，进入深冷冷剂冷却器100冷却至38℃后进入预冷冷箱1顶部，完成一个循环；预处理合格后的原料天然气在预冷冷箱1的板翅换热器中进行预冷至-50℃左右，经重烃分离罐121分离重烃后进入深冷冷箱2；深冷冷箱2的板翅换热器中将预冷后的天然气进一步降温至-155℃左右，最后经过节流进入液化天然气储罐。
Claims (1)
1.一种应用于基荷型天然气液化工厂的双级混合冷剂循环液化系统，其特征在于：所述系统包括预冷冷箱、深冷冷箱、预冷混合冷剂制冷循环机构和深冷混合冷剂制冷循环机构；
所述预冷混合冷剂制冷循环机构包括一级预冷冷剂压缩机、二级预冷冷剂压缩机和三级预冷冷剂压缩机；所述一级预冷冷剂压缩机的出口依次与预冷冷剂冷却器a和预冷冷剂气液分离罐a相连通；所述预冷冷剂气液分离罐a的气相出口与所述二级预冷冷剂压缩机相连通，液相出口与液泵a相连通；所述二级预冷冷剂压缩机的出口与所述液泵a的出口均与预冷冷剂冷却器b相连通；所述预冷冷剂冷却器b的出口与所述预冷冷剂气液分离罐b相连通，所述预冷冷剂气液分离罐b的气相出口与所述三级预冷冷剂压缩机相连通，液相出口与液泵b相连通；所述三级预冷冷剂压缩机的出口与所述液泵b的出口均与预冷冷剂冷却器c相连通；所述预冷冷剂冷却器c的出口与预冷冷剂气液分离罐c相连通；所述预冷冷剂气液分离罐c的出口和所述一级预冷冷剂压缩机的入口均与所述预冷冷箱的顶部相连通；所述预冷混合冷剂制冷循环机构还包括预冷冷剂气液分离罐d，该预冷冷剂气液分离罐d的入口与所述预冷冷箱的底部相连通，该连通处设有节流阀a；所述预冷冷剂气液分离罐d的气相出口和液相出口均与所述预冷冷箱的底部相连通；
所述深冷混合冷剂制冷循环机构包括深冷冷剂压缩机、深冷冷剂气液分离罐a、深冷冷剂气液分离罐b和深冷冷剂气液分离罐c；所述深冷冷剂压缩机的出口与深冷冷剂冷却器相连通；所述深冷冷剂冷却器的出口通过管路d与所述预冷冷箱的顶部相连通，所述管路d穿过所述预冷冷箱后从所述预冷冷箱的底部引出，其与所述深冷冷剂气液分离罐a相连通；所述深冷冷剂气液分离罐a的气相出口通过管路a与所述深冷冷箱的顶部相连通，所述管路a从所述深冷冷箱的底部引出，且与所述深冷冷剂气液分离罐c相连通，该连通的管路上设有节流阀c；
所述深冷冷剂气液分离罐c的气相出口和液相出口通过管路b与所述深冷冷箱的底部相连通，所述管路b穿过所述深冷冷箱后从所述深冷冷箱的中部引出，且与所述深冷冷剂气液分离罐b相连通；
所述深冷冷剂气液分离罐a的液相出口通过管路c与所述深冷冷箱的顶部相连通，所述管路c穿过所述深冷冷箱后从所述深冷冷箱的中部引出，且与所述深冷冷剂气液分离罐b相连通，该连通的管路上设有节流阀b；所述深冷冷剂气液分离罐b的气相出口和液相出口通过管路d与所述深冷冷箱的中部相连通，所述管路d穿过所述深冷冷箱后从所述深冷冷箱的顶部引出，且与所述深冷冷剂压缩机的入口相连通；
所述预冷冷箱和深冷冷箱内均采用设有板翅式换热器。
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