CN103438661A - 一种低能耗的新型天然气液化工艺 - Google Patents

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李莉
宋作玉
徐向东
肖海焕
秦丽英
李慧
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Abstract

本发明公开了一种低能耗的新型天然气液化工艺：包括高效天然气预冷换热器、天然气液化深冷换热器、重烃分离系统、液体膨胀机、BOG(天然气液化过程中的不凝气)分离塔、BOG复热冷箱、BOG增压机和丙烯制冷系统及优化的混合冷剂制冷系统。本工艺将液体膨胀机引入天然气液化工艺，回收高压液体的能量；并对重烃分离工艺进行了创新，提高了重烃分离操作温度，节省了冷量及设备投资；优化了BOG分离工艺，减少了BOG总量，降低了BOG压缩机功率；优化了BOG冷量的回收利用，回收BOG高级别冷量。本工艺能耗，与我国目前工艺相比，可节省能耗10％左右，设备投资低，适用工况能力强，关键设备可实现国产化生产。

Description

一种低能耗的新型天然气液化工艺
技术领域
本发明涉及一种低能耗的新型天然气液化工艺。
技术背景
天然气由于其环保性而成为取代其他燃料的较佳物质，在发电、汽车用气、工业用气、化工用气和城市居民用气方面有着广泛的应用。随着经济的增长，我国天然气用气量迅速增加，然而天然气不易运输和储存，为满足日益增长的需求，液化天然气作为天然气最佳的运输和储存方式，其需求量逐年增加。
现在的天然气液化工艺主要有：高压节流制冷、阶式制冷和混合冷剂制冷等。以上工艺各有优缺点，高压节流制冷其流程简单紧凑造价较低，但其能耗较高，且处理量较小；阶式制冷流程较长，设备复杂，且能耗较高；混合冷剂制冷工艺虽然能耗较低，大型混合制冷压缩机制造较为困难，国产化生产较难。
随天然气价格的不断攀升，液化天然气厂的利润空间不断下降，国内外天然气液化厂都向着大型化、规模化的方向发展，天然气液化的能耗指标也越来越受到重视。相对于传统的天然气液化工艺，适用于大型化、规模化生产，且能耗较低的新型天然气液化工艺亟待开发。本发明提出了一种能耗低，适用工况能力强，可大型化、规模化生产的新型天然气液化工艺。
发明内容
为了克服现有技术的上述缺点，本发明公开了一种低能耗的新型天然气液化工艺，包括高效天然气预冷换热器、天然气液化深冷换热器、重烃分离系统、液体膨胀机、BOG分离塔、BOG复热冷箱、BOG增压机和丙烯制冷系统及优化的混合冷剂制冷系统，所用的换热器均采用结构紧凑，换热效率高的多个板翅式换热器组装而成。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种使用液体膨胀机的制冷系统和天然气液化系统，通过液体膨胀机回收高压液体的能量，并优化了重烃分离工艺，优化了BOG分离工艺及BOG冷量回收工艺，降低能耗10％以上，包括以下主要步骤：
步骤一、丙烯制冷循环将天然气和混合冷剂预冷至-35℃～-37℃：
天然气经脱水、脱汞工序后进入高效天然气预冷换热器，与换热器中的丙烯冷剂换热，将天然气预冷至-35℃～-37℃；从混合冷剂压缩机出口来的混合冷剂，经冷剂冷却器冷却后，进入高效天然气预冷换热器，冷却至-35℃～-37℃；预冷换热器中的冷剂来自丙烯制冷循环：从丙烯压缩机四段出口来的丙烯冷剂，经丙烯冷却器冷却至38℃～40℃，进入丙烯凝液收集罐，高压液态丙烯一部分直接进入高压丙稀吸入罐，另一部分经节流阀减压后进入高效天然气预冷换热器换热，换热后进入高压丙烯吸入罐，罐顶气相从压缩机四级入口进入丙烯压缩机；高压丙稀吸入罐罐底液相一部分直接进入中压丙烯吸入罐，另一部分经节流阀减压后进入高效天然气预冷换热器，换热后进入中压丙烯吸入罐，罐顶气相从压缩机三级入口进入压缩机；中压丙稀吸入罐罐底液相一部分直接进入低压丙烯吸入罐，另一部分经节流阀减压后进入高效天然气预冷换热器，换热后进入低压丙烯吸入罐，罐顶气相从压缩机二级入口进入压缩机；低压丙烯吸入罐罐底液相直接减压后进入高效天然气预冷换热器，换热后完全气化的丙烯冷剂返回低低压丙烯吸入罐，气相从压缩机一级入口进入压缩机；
步骤二、天然气重烃分离：
预冷后的天然气进入重烃分离系统脱除重烃，根据原料气组成不同，可选用单塔脱除重烃工艺或双塔串联脱除重烃工艺；
步骤三、混合冷剂将天然气冷却至-150℃～-158℃：
脱除重烃后的天然气，进入天然气液化深冷换热器，天然气被冷却至-150℃～-158℃；天然气液化深冷换热器中所用的冷剂来自混合冷剂制冷系统：从混合冷剂吸入罐来的混合冷剂进入压缩机低压段增压后，经段间冷却器冷却至38℃～40℃，然后进入混合冷剂压缩机高压段增压，经混合冷剂冷却器冷却至38℃～40℃，进入高效天然气预冷换热器与丙烯冷剂换热，混合冷剂被冷却至-35℃～-37℃，出预冷换热器；预冷后的混合冷剂进入混合冷剂分离罐气液分离，液相进入天然气液化深冷换热器，冷却至-100℃～-120℃出换热器，经液体膨胀机膨胀，节流阀减压后，返回天然气液化深冷换热器作为重冷剂使用；气相冷剂分为两部分，一部分进入天然气液化深冷换热器冷却至-150℃～-158℃出换热器，经节流阀减压后作为轻冷剂使用，另一部分气相冷剂进入BOG复热冷箱，冷却至-150℃～-158℃出换热器，经节流阀减压后作为轻冷剂使用，两部分轻冷剂混合后共同返回天然气液化深冷换热器，换热后的轻、重冷剂汇合后，进入混合冷吸入罐。
步骤四、深冷液化天然气BOG分离：
深冷至-150℃～-158℃的液化天然气，经液体膨胀机膨胀减压后，进入BOG分离塔再沸器换热，再经节流阀减压后进入BOG分离塔，塔顶BOG进BOG复热冷箱回收冷量后进入BOG压缩机，增压后作为燃料气使用，塔底得到LNG产品。
与现有技术相比，本发明的积极效果是：
(1)本发明所提供的天然气液化工艺，能耗低：本发明采用分级制冷工艺，提高了制冷效率，将液体膨胀机引入天然气液化工艺，可回收高压液体的能量，降低能耗。
(2)本发明所用的换热器均为多个板翅式换热器组装而成，具有结构紧凑、换热温差小、换热效率高、占地面积小、质量轻等特点。
(3)本发明优化了重烃分离工艺，提高了重烃分离温度，减少了冷量的消耗，降低了设备投资，且根据原料气组成不同，可采用单塔或双塔串联操作，适应工况能力强。
(4)本发明优化了BOG分离工艺，减少了BOG量，降低了BOG压缩机功率。
(5)本发明优化了BOG冷量利用，回收了BOG的高级别冷量。
附图说明
本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
图1为实施例一示意图
图2为实施例二示意图
具体实施方式
实施例一：
本实施例中，来自脱水脱汞系统的天然气进入高效天然气预冷换热器15，将天然气预冷至-37℃，预冷后的天然气进入高压重烃分离塔16，塔顶气相进入天然气液化深冷换热器17冷却至-50℃，进入塔顶回流罐21气液分离，罐底液相作为高压重烃分离塔的回流，罐顶气相进入天然气液化深冷冷箱17，冷却至-153℃，经天然气液体膨胀机22膨胀减压至0.46MPa.g，进入BOG分离塔再沸器23换热后，再经节流阀24减压至0.024MPa.g后进入BOG分离塔25；高压重烃分离塔塔底液相经冷却器18冷却至40℃，经节流阀19减压至1.32MPa.g，进入低压重烃分离塔20，塔底得到重烃产品，塔顶气相进入BOG复热冷箱26冷却至-153℃，经节流阀27减压至0.024MPa.g，进入BOG分离塔25；BOG分离塔塔底得到LNG产品，塔顶BOG先进入BOG复热冷箱26换热至-40℃，再进入BOG增压机38增压至3.7MPa.g，作为燃料气使用。
预冷换热器中的冷剂来自丙烯制冷循环，包括以下主要步骤：
从各段吸入口来的丙烯冷剂，经丙烯压缩机1增压至1.68MPa.g，经丙烯冷却器2冷却至38℃，进入丙烯凝液收集罐3，高压液态丙烯一部分经节流阀5减压至0.81MPa.g进入高压丙稀吸入罐6，另一部分经节流阀4减压至0.81MPa.g，进入高效天然气预冷换热器换热15，换热后进入高压丙烯吸入罐6，罐顶气相从压缩机四级入口进入丙烯压缩机；高压丙稀吸入罐6罐底液相一部分经节流阀8减压至0.4MPa.g进入中压丙烯吸入罐，另一部分经节流阀7减压至0.4MPa.g后进入高效天然气预冷换热器15，换热后进入中压丙烯吸入罐9，罐顶气相从压缩机三级入口进入压缩机；中压丙稀吸入罐9罐底液相一部分经节流阀11减压至O.12MPa.g进入低压丙烯吸入罐12，另一部分经节流阀10减压至0.12MPa.g后进入高效天然气预冷换热器15，换热后进入低压丙烯吸入罐12，罐顶气相从压缩机二级入口进入压缩机；低压丙烯吸入罐12罐底液相，经节流阀13减压至0.03MPa.g，进入高效天然气预冷换热器15，换热后完全气化的丙烯冷剂返回低低压丙烯吸入罐14，气相从压缩机一级入口进入压缩机；
天然气液化深冷换热器中所用的冷剂来自混合冷剂制冷系统，包括以下主要步骤：
来自混合冷剂吸入罐28的混合冷剂，经混合冷剂压缩机低压段29增压至1.6MPa.g，经段间冷却器30冷却至38℃，进入混合冷剂压缩机高压段31，增压至5.5MPa.g，进入混合冷剂冷却器32冷却至38℃后进入高效天然气预冷换热器15，与丙烯冷剂换热，混合冷剂被冷却至-37℃，出预冷换热器；预冷后的混合冷剂进入混合冷剂分离罐33气液分离，液相进入天然气液化深冷换热器17，冷却至-110℃出换热器，经液体膨胀机34膨胀至1.2MPa.g，再经节流阀35减压至0.37MPa.g，返回天然气液化深冷换热器17作为重冷剂使用；气相冷剂分为两部分，一部分进入天然气液化深冷换热器17冷却至-153℃出换热器，经节流阀36减压至0.39MPa.g，另一部分气相冷剂进入BOG复热冷箱26，冷却至-153℃出换热器，经节流阀37减压至0.39MPa.g，两部分气相冷剂混合后共同返回天然气液化深冷换热器17作为轻冷剂使用；换热后的轻、重冷剂汇合后，进入混合冷剂压缩机吸入罐28。
实施例二：
本实施例中，来自脱水脱汞系统的天然气进入高效天然气预冷换热器15，将天然气预冷至-37℃，预冷后的天然气分为两部分，一部分从塔釜进入重烃分离塔16，另一部分进入天然气液化深冷换热器17冷却至-55℃，从塔上部进入重烃分离塔16；塔顶气相进入天然气液化深冷换热器17冷却至-72℃，进入塔顶回流罐18气液分离，罐底液相作为重烃分离塔的回流，罐顶气相进入天然气液化深冷换热器17，冷却至-153℃，经天然气液体膨胀机19膨胀减压至0.46MPa.g，进入BOG分离塔再沸器20换热后，再经节流阀21减压至0.024MPa.g后进入BOG分离塔22；BOG分离塔塔底得到LNG产品，塔顶BOG先进入BOG复热冷箱23换热至-40℃，再进入BOG增压机34增压至3.7MPa.g，作为燃料气使用。
预冷换热器中的冷剂来自丙烯制冷循环，包括以下主要步骤：
从各段吸入口来的丙烯冷剂，经丙烯压缩机1增压至1.68MPa.g，经丙烯冷却器2冷却至38℃，进入丙烯凝液收集罐3，高压液态丙烯一部分经节流阀5减压至0.81MPa.g进入高压丙稀吸入罐6，另一部分经节流阀4减压至0.81MPa.g，进入高效天然气预冷换热器15，换热后进入高压丙烯吸入罐6，罐顶气相从压缩机四级入口进入丙烯压缩机；高压丙稀吸入罐6罐底液相一部分经节流阀8减压至0.4MPa.g进入中压丙烯吸入罐，另一部分经节流阀7减压至0.4MPa.g后进入高效天然气预冷换热器15，换热后进入中压丙烯吸入罐9，罐顶气相从压缩机三级入口进入压缩机；中压丙稀吸入罐9罐底液相一部分经节流阀11减压至0.12MPa.g进入低压丙烯吸入罐12，另一部分经节流阀10减压至0.12MPa.g后进入高效天然气预冷换热器15，换热后进入低压丙烯吸入罐12，罐顶气相从压缩机二级入口进入压缩机；低压丙烯吸入罐12罐底液相，经节流阀13减压至0.03MPa.g，进入高效天然气预冷换热15，换热后完全气化的丙烯冷剂返回低低压丙烯吸入罐14，气相从压缩机一级入口进入压缩机；
天然气液化深冷换热器中所用的冷剂来自混合冷剂制冷系统，包括以下主要步骤：
从混合冷剂吸入罐24来的混合冷剂，经混合冷剂压缩机低压段25增压至1.6MPa.g，经段间冷却器26冷却至38℃，进入混合冷剂压缩机高压段27，增压至5.5MPa.g，进入冷剂冷却器28冷却至38℃后进入高效天然气预冷换热器15，与丙烯冷剂换热，混合冷剂被冷却至-37℃，出预冷换热器；预冷后的混合冷剂进入混合冷剂分离罐29气液分离，液相进入天然气液化深冷换热器17，冷却至-110℃出换热器，经液体膨胀机30膨胀至1.2MPa.g，再经节流阀31减压至0.37MPa.g，返回天然气液化深冷换热器17作为重冷剂使用；气相冷剂分为两部分，一部分进入天然气液化深冷换热器17冷却至-153℃出换热器，经节流阀32减压至0.39MPa.g，另一部分气相冷剂进入BOG复热冷箱23，冷却至-153℃出换热器，减压至0.39MPa.g，两部分气相冷剂混合后共同返回天然气液化深冷换热器17作为轻冷剂使用；换热后的轻、重冷剂汇合后，进入混合冷剂压缩机吸入罐24。

Claims (7)

1.一种低能耗的新型天然气液化工艺：包括高效天然气预冷换热器、天然气液化深冷换热器、重烃分离系统、液体膨胀机、BOG(天然气液化过程中的不凝气)分离塔、BOG复热冷箱、BOG增压机和丙烯制冷系统及优化的混合冷剂制冷系统，其特征在于，包括以下主要步骤： 
(1)天然气经脱水、脱汞工序后进入高效天然气预冷换热器，与换热器中的丙烯冷剂换热，将天然气预冷至一定温度； 
(2)预冷后的天然气进入重烃分离系统脱除重烃，脱除重烃后的天然气返回天然气液化深冷换热器换热，冷却后的天然气进入液体膨胀机膨胀减压； 
(3)经液体膨胀机减压后的液态天然气，进入BOG分离塔再沸器换热，再经节流阀减压后进入BOG分离塔；塔顶BOG进BOG复热冷箱回收冷量后进入BOG压缩机，增压后作为燃料气使用，塔底得到LNG产品。 
2.根据权利要求1所述的一种低能耗的新型天然气液化工艺，其特征在于：天然气预冷换热器中所用的冷剂来自丙烯制冷系统，预冷温度为-35℃～-37℃，丙烯制冷系统包括如下主要步骤： 
(1)从丙烯压缩机四段出口来的丙烯冷剂，经丙烯冷却器冷却，进入丙烯凝液收集罐，高压液态丙烯一部分直接进入高压丙稀吸入罐，另一部分经节流阀减压后进入高效天然气预冷换热器换热，换热后进入高压丙烯吸入罐，罐顶气相从压缩机四级入口进入丙烯压缩机； 
(2)高压丙稀吸入罐罐底液相一部分直接进入中压丙烯吸入罐，另一部分经节流阀减压后进入高效天然气预冷换热器，换热后进入中压丙烯吸入罐，罐顶气相从压缩机三级入口进入压缩机； 
(3)中压丙稀吸入罐罐底液相一部分直接进入低压丙烯吸入罐，另一部分经节流阀减压后进入高效天然气预冷换热器，换热后进入低压丙烯吸入罐，罐顶气相从压缩机二级入口进入压缩机； 
(4)低压丙烯吸入罐罐底液相直接减压后进入高效天然气预冷换热器，换热后完全气化的丙烯冷剂返回低低压丙烯吸入罐，气相从压缩机一级入口进入压缩机。 
3.根据权利要求1所述的一种低能耗的新型天然气液化工艺，其特征在于：重烃分离系统可采用单塔操作也可采用双塔串联操作。 
4.根据权利要求1所述的一种低能耗的新型天然气液化工艺，其特征在于：天然气液化深冷换热器中的冷剂来自带液体膨胀机的混合冷剂制冷系统，将天然气冷却至-150℃～-158℃，混合冷剂制冷系统包括以下主要步骤： 
(1)从混合冷剂吸入罐来的混合冷剂，进入压缩机低压段，增压至一定压力，进入段间冷凝器冷却后，再进入压缩机高压段增压至一定压力，进入混合冷剂冷却器冷却，后进入高效天然气预冷换热器，与丙烯冷剂换热，混合冷剂被冷却至-35℃～-37℃，出预冷换热器； 
(2)预冷后的混合冷剂进入混合冷剂分离罐气液分离，液相进入天然气液化深冷换热器，冷却至-100℃～-120℃出换热器，经液体膨胀机膨胀，节流阀减压后，返回天然气液化深冷换热器作为重冷剂使用；气相冷剂分为两部分，一部分进入天然气深冷液化换热器冷却至-150℃～-158℃出换热器，经节流阀减压后作为轻冷剂使用；另一部分气相冷剂进入BOG复热冷箱，冷却至-150℃～-158℃出换热器，经节流阀减压后作为轻冷剂使用；两部分轻冷剂混合，共同返回天然气液化深冷换热器作为冷剂使用； 
(3)换热后的轻、重混合冷剂汇合后，进入混合冷剂吸入罐。 
5.根据权利要求1所述的一种低能耗的新型天然气液化工艺，其特征在于：丙烯制冷压缩机及混合冷剂制冷压缩机除采用电机驱动外，还可采用蒸汽透平或燃气轮机驱动。 
6.根据权利要求3所述的双塔脱除重烃工艺，其特征在于：双塔为高、低压塔串联操作，高压塔操作压力为3.5MPa.g～5.5MPa.g，低压塔操作压力为0.8MPa.g～2.0MPa.g。 
7.根据权利要求1、4所述的液化天然气及混合冷剂液体膨胀机，其特征在于：根据需要可在不同位置配置多台液体膨胀机，以达到节能降耗效果。 
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