CN103062989B - 一种混合制冷的天然气液化装置及工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种混合制冷的天然气液化装置及工艺，各制冷剂进料管均与混合冷剂配比罐（10）连接，混合冷剂配比罐（10）与压缩机（11）连接，压缩机（11）又依次连接分离器（12）和换热器（13）的冷剂正流通道进口，换热器（13）的冷剂正流通道连接冷剂返流通道，冷剂返流通道出口连接压缩机（11），净化天然气进气管（14）依次连接换热器（13）的天然气通道和液化天然气输出管（15）。本发明的有益效果是：流程简单、效率高、功耗低、降低成本、运行费用低、维护检修方便、工作量少；大大简化制冷剂的配置问题，制冷剂组分参数可调范围宽，适应性强，调节方便、快捷；使液化过程的熵增降至最小，从而使效率得以提高。
Description
技术领域
本发明涉及天然气液化成套装置技术领域，特别是一种混合制冷的天然气液化装置及工艺。
背景技术
LNG是液化天然气的简称，它是对天然气进行脱酸气、脱水、脱硫、脱重烃等净化处理后，在低温时液化处理而成，主要成分是甲烷。采用LNG可以大大降低天然气的运输和存储成本。
现有的天然气液化工艺主要有：膨胀机制冷、高压节流制冷、阶式制冷和混合冷剂制冷。
膨胀机制冷是利用压力冷剂通过膨胀机绝热膨胀来实现对天然气的制冷及液化，膨胀机制冷通常带有预冷机组，利用预冷机组把天然气温度先行冷却到-30℃～-40℃，常用的预冷机组有：氟利昂预冷机组、丙烷预冷机组和氨预冷机组；根据制冷剂的不同，膨胀机制冷有：氮膨胀制冷、天然气膨胀制冷和氮-天然气膨胀制冷；膨胀机制冷流程简单、紧凑，造价较低，但能耗高。
高压节流制冷是将天然气增压至高压，然后通过节流装置的节流绝热膨胀，使天然气降压、降温及液化；高压节流制冷流程简单、紧凑，造价低，但系统压力高，系统安全运行风险大。
阶式制冷是用丙烷、乙烷、甲烷等制冷剂进行的多级冷冻，使天然气在多个温度等级的制冷剂中与相应的制冷剂换热，从而使其冷却和液化；阶式制冷的每种冷剂需要独立的循环压缩机，以及相应数量的冷换设备，流程长、设备多、控制复杂。
混合冷剂制冷是采用N2和C1～C5烃类混合物作为制冷剂的工艺；该工艺的特点是在制冷循环中采用混合制冷剂，只需要一台压缩机，简化了流程，降低了造价，且能耗低。混合物组成比例应依照原料天然气组成、工艺流程、工艺压力而异，以使操作温度尽可能与原料天然气的冷却曲线（Q-T）贴近，以减少熵增，提高效率。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种流程简单、效率高、简化制冷剂的配置问题的混合制冷的天然气液化装置及工艺。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种混合制冷的天然气液化装置，它包括异戊烷进料管、正丁烷进料管、丙烯进料管、乙烯进料管、甲烷进料管、氮气进料管、支管A、支管B、支管C、混合冷剂配比罐、压缩机、分离器、换热器、净化天然气进气管、液化天然气输出管和连接管，异戊烷进料管、正丁烷进料管、丙烯进料管、乙烯进料管、甲烷进料管和氮气进料管均与混合冷剂配比罐的进料口连接，混合冷剂配比罐的气体出料口和混合冷剂配比罐的液体出料口均与压缩机的进口管连接，异戊烷进料管还通过支管A与压缩机的进口管连接，正丁烷进料管还通过支管B与压缩机的进口管连接，丙烯进料管还通过支管C与压缩机的进口管连接，压缩机的出口连接分离器的进料口，分离器的气体出口通过气体冷剂管道连接换热器的冷剂正流通道进口，分离器的液体出口通过液体冷剂管道连接换热器的冷剂正流通道进口，换热器的冷剂正流通道出口通过连接管连接换热器的冷剂返流通道进口，连接管上设置有节流阀，换热器的冷剂返流通道出口连接压缩机的进口管，净化天然气进气管连接换热器的天然气通道进口，换热器的天然气通道出口连接液化天然气输出管。
净化天然气进气管上设置有天然气组分分析仪和天然气进气温度计，液化天然气输出管上设置有液化天然气温度计，连接分离器的气体出口与换热器的冷剂正流通道进口的管道上设置有冷剂进换热器温度计和冷剂进换热器压力计，位于换热器的冷剂正流通道出口与节流阀之间的管道上设置有冷剂节流前温度计，位于节流阀与换热器的冷剂返流通道进口之间的管道上设置有冷剂节流后温度计，连接换热器的冷剂返流通道出口与压缩机的进口管的管道上设置有返流冷剂出换热器温度计、返流冷剂出换热器压力计、冷剂流量计和冷剂组分分析仪。
采用上述混合制冷的天然气液化装置的液化工艺，它包括以下步骤：
S1、根据天然气组分确定混合冷剂的配比，然后依据该配比分别通过异戊烷进料管、正丁烷进料管、丙烯进料管、乙烯进料管、甲烷进料管、氮气进料管向混合冷剂配比罐中通入异戊烷、正丁烷、丙烯、乙烯、甲烷和氮气，混合冷剂配比罐中的液体冷剂和气体冷剂分别通过混合冷剂配比罐的液体出口和气体出口进入压缩机进口管；
S2、经压缩机压缩后的冷剂进入分离器，液体冷剂和气体冷剂分别通过分离器的液体出口和气体出口进入换热器的冷剂正流通道；
S3、从换热器的冷剂正流通道流出的冷剂经节流阀节流降压后进入换热器的冷剂返流通道，冷剂返流通道内的低温低压冷剂与换热器的天然气通道内的天然气换热，为天然气液化提供冷量，从换热器的冷剂返流通道流出的常温低压冷剂再次进入压缩机进行下一次循环，如此反复；
S4、净化天然气从净化天然气进气管进入换热器的天然气通道，天然气通道内的天然气换热冷却为液化天然气后，经液化天然气输出管输出。
它还包括以下步骤：异戊烷进料管内的异戊烷通过支管A直接进入压缩机进口管，正丁烷进料管内的正丁烷通过支管B直接进入压缩机进口管，丙烯进料管内的丙烯通过支管直接C进入压缩机进口管。
本发明具有以下优点：本发明由混合制冷剂循环为天然气的液化提供冷量，流程简单、效率高、功耗低、降低成本、运行费用低、维护检修方便、工作量少，降低了天然气液化装置的运行能耗，同时合理降低装置运行维护工作量及成本，目前国内天然气液化装置采用最多的是膨胀机制冷工艺比本发明工艺的单位产品电耗要高30%以上，低能耗使得本发明工艺具有广阔的市场前景；本发明大大简化制冷剂的配置问题，制冷剂组分参数可调范围宽，适应性强，能够适应不同工况下制冷剂不同配比的需求，且调节方便、快捷；使冷剂所提供的冷量尽可能接近天然气的整个液化过程（从常温到-162℃）的冷却曲线，使液化过程的熵增降至最小，充分体现热力学上的特性，从而使效率得以最大限度的提高。
附图说明
图1 为本发明的结构示意图
图中，1-异戊烷进料管，2-正丁烷进料管，3-丙烯进料管，4-乙烯进料管，5-甲烷进料管，6-氮气进料管，7-支管A，8-支管B，9-支管C，10-混合冷剂配比罐，11-压缩机，12-分离器，13-换热器，14-净化天然气进气管，15-液化天然气输出管，16-连接管。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的描述，本发明的保护范围不局限于以下所述：
如图1所示，一种混合制冷的天然气液化装置，它包括异戊烷进料管1、正丁烷进料管2、丙烯进料管3、乙烯进料管4、甲烷进料管5、氮气进料管6、支管A7、支管B8、支管C9、混合冷剂配比罐10、压缩机11、分离器12、换热器13、净化天然气进气管14、液化天然气输出管15和连接管16，异戊烷进料管1、正丁烷进料管2、丙烯进料管3、乙烯进料管4、甲烷进料管5和氮气进料管6均与混合冷剂配比罐10的进料口连接，混合冷剂配比罐10的气体出料口和混合冷剂配比罐10的液体出料口均与压缩机11的进口管连接，异戊烷进料管1还通过支管A7与压缩机11的进口管连接，正丁烷进料管2还通过支管B8与压缩机11的进口管连接，丙烯进料管3还通过支管C9与压缩机11的进口管连接，压缩机11的出口连接分离器12的进料口，分离器12的气体出口通过气体冷剂管道连接换热器13的冷剂正流通道进口，分离器12的液体出口通过液体冷剂管道连接换热器13的冷剂正流通道进口，换热器13的冷剂正流通道出口通过连接管16连接换热器13的冷剂返流通道进口，连接管16上设置有节流阀，换热器13的冷剂返流通道出口连接压缩机11的进口管，净化天然气进气管14连接换热器13的天然气通道进口，换热器13的天然气通道出口连接液化天然气输出管15。
净化天然气进气管14上设置有天然气组分分析仪和天然气进气温度计，液化天然气输出管15上设置有液化天然气温度计，连接分离器12的气体出口与换热器13的冷剂正流通道进口的管道上设置有冷剂进换热器13温度计和冷剂进换热器13压力计，位于换热器13的冷剂正流通道出口与节流阀之间的管道上设置有冷剂节流前温度计，位于节流阀与换热器13的冷剂返流通道进口之间的管道上设置有冷剂节流后温度计，连接换热器13的冷剂返流通道出口与压缩机11的进口管的管道上设置有返流冷剂出换热器13温度计、返流冷剂出换热器13压力计、冷剂流量计和冷剂组分分析仪。
异戊烷进料管1、正丁烷进料管2、丙烯进料管3、乙烯进料管4、甲烷进料管5、氮气进料管6、支管A7、支管B8、支管C9、净化天然气进气管14、液化天然气输出管15、连接混合冷剂配比罐10的气体出料口与压缩机11的进口管的管道、连接分离器12的气体出口与换热器13的冷剂正流通道进口的管道、连接分离器12的气体出口与换热器13的冷剂正流通道进口的管道、连接连接分离器12的液体出口与换热器13的冷剂正流通道进口的管道上均设置有控制阀。
采用上述混合制冷的天然气液化装置的液化工艺，它包括以下步骤：
S1、根据天然气组分确定混合冷剂的配比，即计算确定氮气、甲烷、乙烯、丙烯、正丁烷、异戊烷的混合比例，使整个液化过程所需的冷量与冷剂所提供的冷量尽可能接近冷却曲线，然后依据该配比分别通过异戊烷进料管1、正丁烷进料管2、丙烯进料管3、乙烯进料管4、甲烷进料管5、氮气进料管6向混合冷剂配比罐10中通入异戊烷、正丁烷、丙烯、乙烯、甲烷和氮气，混合冷剂配比罐10中的液体冷剂和气体冷剂分别通过混合冷剂配比罐10的液体出口和气体出口进入压缩机11；
S2、经压缩机11压缩后的冷剂进入分离器12，液体冷剂和气体冷剂分别通过分离器12的液体出口和气体出口进入换热器13的冷剂正流通道；经压缩后的冷剂的压力控制在3.0～4.0MPa绝压；
S3、从换热器13的冷剂正流通道流出的冷剂经节流阀节流降压降温后进入换热器13的冷剂返流通道，冷剂节流后温度宜在-163～-168℃，冷剂返流通道内的低温低压冷剂与换热器13的天然气通道内的天然气换热，为天然气液化提供冷量，从换热器13的冷剂返流通道流出的常温低压冷剂再次进入压缩机11进行下一次循环，如此反复；返流冷剂出换热器13温度应不低于5℃，返流冷剂出换热器13进压缩机11压力控制在0.2～0.3MPa绝压；
S4、净化天然气从净化天然气进气管14进入换热器13的天然气通道，天然气通道内的天然气换热冷却为液化天然气后，经液化天然气输出管15输出，液化天然气温度宜在-158～-163℃。
它还包括以下步骤：异戊烷进料管1内的异戊烷通过支管A7直接进入压缩机11进口管，正丁烷进料管2内的正丁烷通过支管B8直接进入压缩机11进口管，丙烯进料管3内的丙烯通过支管C9直接进入压缩机11进口管。
通过调节连接管16上节流阀的开度，调整冷剂循环量，使冷剂系统各点的压力、温度在正确范围。
当混合冷剂实际组分比例偏离设计要求时或天然气的组分发生变化时，根据变化后的天然气组分重新确定混合冷剂的配比，通过异戊烷进料管1、正丁烷进料管2、丙烯进料管3、乙烯进料管4、甲烷进料管5、氮气进料管6输送需补充的组分，异戊烷、正丁烷和丙烯可分别通过支管A7、支管B8和支管C9直接与反流冷剂混合后进入压缩机11进口管。
Claims (2)
1.一种混合制冷的天然气液化装置，其特征在于：它包括异戊烷进料管（1）、正丁烷进料管（2）、丙烯进料管（3）、乙烯进料管（4）、甲烷进料管（5）、氮气进料管（6）、支管A（7）、支管B（8）、支管C（9）、混合冷剂配比罐（10）、压缩机（11）、分离器（12）、换热器（13）、净化天然气进气管（14）、液化天然气输出管（15）和连接管（16），异戊烷进料管（1）、正丁烷进料管（2）、丙烯进料管（3）、乙烯进料管（4）、甲烷进料管（5）和氮气进料管（6）均与混合冷剂配比罐（10）的进料口连接，混合冷剂配比罐（10）的气体出口和混合冷剂配比罐（10）的液体出口均与压缩机（11）的进口管连接，异戊烷进料管（1）还通过支管A（7）与压缩机（11）的进口管连接，正丁烷进料管（2）还通过支管B（8）与压缩机（11）的进口管连接，丙烯进料管（3）还通过支管C（9）与压缩机（11）的进口管连接，压缩机（11）的出口连接分离器（12）的进料口，分离器（12）的气体出口通过气体冷剂管道连接换热器（13）的冷剂正流通道进口，分离器（12）的液体出口通过液体冷剂管道连接换热器（13）的冷剂正流通道进口，换热器（13）的冷剂正流通道出口通过连接管（16）连接换热器（13）的冷剂返流通道进口，连接管（16）上设置有节流阀，换热器（13）的冷剂返流通道出口连接压缩机（11）的进口管，净化天然气进气管（14）连接换热器（13）的天然气通道进口，换热器（13）的天然气通道出口连接液化天然气输出管（15）；
采用一种混合制冷的天然气液化装置的液化工艺，它包括以下步骤：
S1、根据天然气组分确定混合冷剂的配比，即计算确定氮气、甲烷、乙烯、丙烯、正丁烷、异戊烷的混合比例，使整个液化过程所需的冷量与冷剂所提供的冷量尽可能接近冷却曲线，然后依据该配比分别通过异戊烷进料管（1）、正丁烷进料管（2）、丙烯进料管（3）、乙烯进料管（4）、甲烷进料管（5）和氮气进料管（6）向混合冷剂配比罐（10）中通入异戊烷、正丁烷、丙烯、乙烯、甲烷和氮气，混合冷剂配比罐（10）中的液体冷剂和气体冷剂分别通过混合冷剂配比罐（10）的液体出口和气体出口进入压缩机（11）；
S2、经压缩机（11）压缩后的冷剂进入分离器（12），液体冷剂和气体冷剂分别通过分离器（12）的液体出口和气体出口进入换热器（13）的冷剂正流通道；经压缩后的冷剂的压力控制在3.0～4.0MPa绝对压力；
S3、从换热器（13）的冷剂正流通道流出的冷剂经节流阀节流降压降温后进入换热器（13）的冷剂返流通道，冷剂节流后温度在-163～-168℃，冷剂返流通道内的低温低压冷剂与换热器（13）的天然气通道内的天然气换热，为天然气液化提供冷量，从换热器（13）的冷剂返流通道流出的常温低压冷剂再次进入压缩机（11）进行下一次循环，如此反复；返流冷剂出换热器（13）温度不低于5℃，返流冷剂出换热器（13）进压缩机（11）压力控制在0.2～0.3MPa绝压绝对压力；
S4、净化天然气从净化天然气进气管（14）进入换热器（13）的天然气通道，天然气通道内的天然气换热冷却为液化天然气后，经液化天然气输出管（150）输出，液化天然气温度在-158～-163℃；
当混合冷剂实际组分比例偏离设计要求时或天然气的组分发生变化时，根据变化后的天然气组分重新确定混合冷剂的配比，通过异戊烷进料管（1）、正丁烷进料管（2）、丙烯进料管（3）、乙烯进料管（4）、甲烷进料管（5）、氮气进料管（6）输送需补充的组分。
2.根据权利要求1所述的一种混合制冷的天然气液化装置，其特征在于：所述的净化天然气进气管（14）上设置有天然气组分分析仪和天然气进气温度计，液化天然气输出管（15）上设置有液化天然气温度计，连接分离器（12）的气体出口与换热器（13）的冷剂正流通道进口的管道上设置有冷剂进换热器（13）温度计和冷剂进换热器（13）压力计，位于换热器（13）的冷剂正流通道出口与节流阀之间的管道上设置有冷剂节流前温度计，位于节流阀与换热器（13）的冷剂返流通道进口之间的管道上设置有冷剂节流后温度计，连接换热器（13）的冷剂返流通道出口与压缩机（11）的进口管的管道上设置有返流冷剂出换热器（13）温度计、返流冷剂出换热器（13）压力计、冷剂流量计和冷剂组分分析仪。
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