CN110749159B - 一种天然气制冷液化的装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种天然气制冷液化的装置及方法。本发明中，冷剂通过冷剂压缩机不同段压缩后分别经级间冷却器与级间分离器分离后，分别进入BOG换热器和重烃换热器与其中低温BOG和低温的重烃进行换热，从而增加了液相冷剂的过冷度，避免冷剂泵的使用，提高了制冷效率，降低了生产功耗；且主低温换热器采用四级制冷，液化效率较高；本发明适用于高重烃含量的天然气进行液化。

Description

一种天然气制冷液化的装置及方法
技术领域
本发明涉及一种天然气制冷液化的装置及方法，属于天然气液化处理领域。
背景技术
传统的天然气液化技术通常采用冷剂泵来增加液相冷剂过冷度，将压缩机一段分离的液相冷剂采用冷剂泵输送至压缩机二级出口分液罐，再采用冷剂泵将来自压缩机一段和二段的液相冷剂输送至主低温换热器并为主低温换热器一段提供制冷量，由于采用了动设备，致使装置投资和后期设备维修维护量增加。
发明内容
本发明的目的是提供一种天然气制冷液化的装置及方法，本发明适用于高重烃含量的天然气进行液化，冷剂压缩机级间分离罐分离的液相冷剂利用重烃和BOG换热器与低温的重烃和低温BOG进行换热，从而增加了液相冷剂的过冷度，避免冷剂泵的使用，提高了制冷效率，降低了生产功耗。
本发明提供的一种天然气制冷液化的装置，该装置包括主低温换热器、制冷压缩机、冷却器、分离器、LNG液力透平、LNG透平泵、再接触塔、BOG换热器、重烃换热器、低温冷剂分液罐和LNG分液罐；
所述制冷压缩机包括冷剂压缩机一段和冷剂压缩机二段；所述冷却器包括一段级间冷却器和二段级间冷却器；所述分离器包括一段级间分离器和二段级间分离器；
所述冷剂压缩机一段入口与低压冷剂输送管路相连接，所述冷剂压缩机一段出口依次连接所述一段级间冷却器与所述一段级间分离器，所述冷剂压缩机二段出口依次连接所述二段级间冷却器与所述二段级间分离器；所述一段级间分离器的液相冷剂出口依次与所述BOG换热器和所述主低温换热器相连接，所述一段级间分离器的气相冷剂出口与所述冷剂压缩机二段入口相连接；所述二段级间分离器的液相冷剂出口依次与所述重烃换热器和所述主低温换热器相连接，所述二段级间分离器的气相冷剂出口依次与所述主低温换热器和所述低温冷剂分液罐相连接，然后所述低温冷剂分液罐的气相冷剂出口和液相冷剂出口均与所述主低温换热器相连接，冷剂再返回所述冷剂压缩机一段进行循环；
原料天然气管路的第一个分支管路依次与所述主低温换热器和所述再接触塔相连接，第二个分支管路与所述再接触塔连接；所述再接触塔的脱出重烃出口与所述重烃换热器相连接；所述再接触塔的脱出重烃气体出口与所述主低温换热器相连接；所述主低温换热器的冷却气体出口通过高压过冷LNG管线与所述LNG液力透平入口相连；所述LNG液力透平出口管线与所述LNG分液罐连接，所述LNG分液罐的液相管线与LNG储罐连接，所述LNG分液罐的液相管线上设有所述LNG透平泵；所述LNG分液罐的气相管线与所述BOG换热器相连；
上述各个部件之间均通过管路相连接。
上述的装置中，所述主低温换热器采用四级制冷，由一段、二段、三段和四段组成；
所述一段级间分离器的液相冷剂出口依次与所述BOG换热器连接和所述主低温换热器的一段相连接；
所述二段级间分离器的液相冷剂出口依次与所述重烃换热器和所述主低温换热器的二段相连接；
所述二段级间分离器的气相冷剂出口依次与所述主低温换热器的一段、二段和所述低温冷剂分液罐相连接；
所述低温冷剂分液罐的液相冷剂出口和气相冷剂出口分别通过管道与所述主低温换热器的三段、四段相连接；
所述原料天然气管路的第一个分支管路与所述主低温换热器的一段相连接；
所述再接触塔的脱出重烃气体出口经管路依次与所述主低温换热器的二段、三段、四段相连接。
上述的装置中，所述LNG液力透平与所述LNG透平泵连接，通过所述LNG液力透平驱动所述LNG透平泵。
上述的装置中，所述再接触塔与所述主低温换热器相连接的管路上设置LNG J-T阀门；所述再接触塔的脱出重烃气体出口与所述主低温换热器的二段、三段相连接，然后经所述LNG J-T阀门与所述主低温换热器的四段相连接。
上述的装置中，所述重烃换热器与所述主低温换热器相连接的管路上设有J-T阀门a；
所述BOG换热器与所述主低温换热器连接的管路上设有J-T阀门b。
上述的装置中，所述低温冷剂分液罐与所述主低温换热器的三段、四段连接的管道上分别设有J-T阀门c、J-T阀门d。
上述的装置中，所述制冷压缩机通过电机驱动。
本发明还提供了一种天然气制冷液化的方法，包括如下步骤：采用上述的装置对预处理合格的原料天然气，通过天然气制冷换热与原料气制冷循环进行处理，即得到LNG；
其中，所述天然气制冷换热处理如下：一部分预处理合格的原料天然气经过所述主低温换热器预冷换热后进入所述再接触塔，与直接进入所述再接触塔的另一部分预处理合格的原料天然气混合脱出重烃，脱出重烃进入所述重烃换热器处理，脱出重烃后的原料天然气返回所述主低温换热器进行冷却冷凝处理，然后冷凝的所述脱出重烃后的原料天然气经所述LNG液力透平减压处理后进入所述LNG分液罐，所述LNG分液罐分离后的液相LNG经由所述LNG透平泵输送至所述LNG储罐，得到LNG；所述LNG分液罐分离后的气相进入所述BOG换热器处理；
所述原料气制冷循环处理如下：低压冷剂经所述压缩机一段压缩并经所述一段级间冷却器冷却后，进入所述一段级间分离器进行气液分离，所述一段级间分离器分离后的液相冷剂经所述BOG换热器换热后进入所述主低温换热器，并为所述主低温换热器提供制冷量；所述一段级间分离器分离后的气相冷剂经所述压缩机二段压缩并经所述二段级间冷却器冷却后进入所述二段级间分离器进行气液分离，所述二段级间分离器分离后的液相冷剂经所述重烃换热器换热后进入所述主低温换热器，并为所述主低温换热器提供制冷量，所述二段级间分离器分离后的气相冷剂经所述主低温换热器冷却后，通过所述低温冷剂分液罐进入所述主低温换热器为其进一步提供制冷量，然后冷剂返回所述冷剂压缩机一段进行循环。
上述的方法中，所述一段级间分离器分离后的液相冷剂经所述BOG换热器换热后进入所述主低温换热器，为所述主低温换热器一段提供制冷量；
所述二段级间分离器分离后的液相冷剂经所述重烃换热器换热后进入所述主低温换热器，为所述主低温换热器二段提供制冷量；
所述二段级间分离器分离后的气相冷剂经所述主低温换热器一段和二段冷却后，通过所述低温冷剂分液罐分液为所述主低温换热器三段和四段提供制冷量；
所述LNG液力透平驱动所述LNG透平泵将所述LNG分液罐分离后的低压LNG输送至所述LNG储罐。
上述的方法中，所述再接触塔脱出重烃后的原料天然气管路进入所述主低温换热器的二段、三段，然后经所述LNG J-T阀门压力调节后进入所述主低温换热器的四段冷却；
所述重烃换热器进入所述主低温换热器的气体经所述J-T阀门a进行压力调节；
所述BOG换热器进入所述主低温换热器的冷剂经所述J-T阀门b进行压力调节；
所述低温冷剂分液罐进入所述主低温换热器的三段、四段连接的冷剂分别经所述J-T阀门c、所述J-T阀门d进行压力调节。
上述的方法中，所述原料天然气的预处理按照如下1)或2)步骤进行：1)若压力不足时，采用原料气压缩机进行增压；2)所述原料天然气经脱酸、脱水处理。
本发明所述天然气制冷液化的装置应用于高重烃天然气的液化处理中。
本发明具有以下优点：
1、本发明适用于高重烃含量的天然气进行液化，利用重烃及BOG冷量将来自压缩机一段和二段的液体冷剂进行过冷处理，避免了冷剂泵的使用，并分别进入主低温换热器为换热器一段和二段提供制冷量，提高了制冷效率，降低了生产功耗。
2、本发明主低温换热器采用四级节流制冷，液化效率较高。
3、本发明中一级和二级节流直接控制冷剂压缩机二级分离罐分离出的液相和气相物流，便于冷剂压缩机的操控。且由于分离后的液相和气相冷却节流后的制冷温度不同，此处采用两级节流控制，便于主低温换热器温度梯度的控制，此外还利于再接触塔对原料气重烃分离能力的控制及原料气中重烃含量适应性好。
4、本发明中对液化后的原料气在继续深冷(进入主低温换热器最后一段)前设置了节流阀，来调节原料气压力，从而可以有效减少BOG的产生量，降低了BOG处理设备的能耗，可以有效的使整个系统产生的BOG量与需要消耗的BOG量进行匹配，减少BOG损耗。
5、本发明中采用LNG液力透平驱动LNG透平泵，一方面采用LNG液力透平对过冷LNG进行减压节流，可以降低BOG产生量，降低了装置能耗；另一方面LNG透平泵采用LNG液力透平进行驱动，实现能力回收利用的同时降低了系统电消耗。
附图说明
图1为本发明天然气制冷液化的装置的结构示意图。
图中各个标记如下：
1主低温换热器，2LNG J-T阀门，3再接触塔，4重烃换热器，5J-T阀门d，6J-T阀门c，7J-T阀门a，8冷剂J-T阀b，9低温冷剂分液罐，10LNG液力透平，11LNG分液罐，12BOG换热器，13冷剂压缩机一段，14冷剂压缩机二段，15电机，16一段级间冷却器，17一段级间分离器，18二段级间冷却器，19二段级间分离器，20LNG透平泵。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。
如建设一座天然气液化工厂，气源来自高重烃含量的油田半伴生气，若压力不足时可采用原料气压缩机增压。高压原料天然气经预处理脱酸、脱水后，采用该系统进行天然气液化处理，生产合格的LNG产品。
如图1所示，为本发明天然气制冷液化的装置的结构示意图，包含：主低温换热器1，LNG J-T阀门2，再接触塔3，重烃换热器4，冷剂J-T阀5、6、7、8，低温冷剂分液罐9，LNG液力透平10，LNG分液罐11，BOG换热器12，冷剂压缩机一段13，冷剂压缩机二段14，驱动电机15，冷剂压缩机一段级间冷却器16，冷剂压缩机一段级间分离器17，冷剂压缩机二段级间冷却器18，冷剂压缩机二段级间分离器19，LNG透平泵20。
其中，主低温换热器1采用四级制冷，由一段、二段、三段和四段组成。
冷剂压缩机包括冷剂压缩机一段13和冷剂压缩机二段14，通过电机15驱动。
冷剂压缩机一段13入口与低压冷剂输送管路相连接，冷剂压缩机一段13出口依次连接一段级间冷却器16与一段级间分离器17，冷剂压缩机二段14出口依次连接二段级间冷却器18与二段级间分离器19；一段级间分离器17分离出的液相冷剂出口依次进入与之相连的BOG换热器12连接和主低温换热器1的一段，且BOG换热器12和主低温换热器1连接的管路上设有J-T阀门b 8，一段级间分离器17分离出的气相冷剂出口进入与之相连的冷剂压缩机二段14入口，且重烃换热器4与主低温换热器1相连接的管路上设有J-T阀门a 7；二段级间分离器19分离出的液相冷剂出口依次进入与之相连的重烃换热器4和主低温换热器1的二段，二段级间分离器19分离出的气相冷剂出口依次进入与之相连的主低温换热器1的一段、二段和低温冷剂分液罐，然后低温冷剂分液罐9的液相冷剂出口和气相冷剂出口分别通过管道进入主低温换热器1的三段、四段提供制冷量，且低温冷剂分液罐9的液相冷剂出口和气相冷剂出口分别与主低温换热器1的三段、四段连接的管道上，分别设有J-T阀门c 6、J-T阀门d 5，冷剂再通过管路返回冷剂压缩机一段13进行循环；
原料天然气管路的第一个分支管路依次与主低温换热器1的一段和再接触塔3相连接，第二个分支管路与再接触塔3连接，原料天然气混合脱出重烃，再接触塔3的脱出重烃出口与重烃换热器4相连接，再接触塔3的脱出重烃气体出口经管路进入主低温换热器1的二段、三段冷却并经过LNG J-T阀门调节压力后进入主低温换热器1的四段进一步深冷冷却，经过主低温换热器1的冷却气体出口通过高压过冷LNG管线与LNG液力透平10入口相连；LNG液力透平10出口管线与LNG分液罐11连接，LNG分液罐11的液相管线与LNG储罐连接，LNG分液罐11的液相管线上设有LNG透平泵20；LNG分液罐11的气相管线与BOG换热器12相连。其中，LNG液力透平10与LNG透平泵20连接，通过LNG液力透平10驱动LNG透平泵20。
上述各个部件之间均通过管路相连接。
采用上述装置进行天然气制冷液化的过程如下：
当原料天然气预处理合格后引入本发明的装置，一股原料气天然气经主低温换热器1一段冷却至-45℃后进入再接触塔3与另一股原料气在接触脱出原料气中重组分，脱出重烃后的原料气返回主低温换热器1经二段和三段冷却温度降至-105℃，经过LNG J-T阀门2进行节流减压从而控制全厂BOG产量使之与燃气消耗量相匹配。经主低温换热器1四段过冷处理后的产品LNG温度降至-150℃引入LNG液力透平10，分离后的液相产品LNG经LNG透平泵20输送至LNG储罐。
来自主低温换热器1的低压气相冷剂经冷剂压缩机一段13压缩并冷却至40℃后，进入冷剂压缩机一段级间冷却器16和冷剂压缩机一段级间分离器17进行分离，分离的液相冷剂经过BOG换热器12过冷处理后温度降至32.5℃，进入主低温换热器1并为主低温换热器1一段提供制冷量。分离后的气相冷剂继续进入冷剂压缩机二段14压缩并冷却至40℃，然后进入冷剂压缩机二段级间冷却器18和冷剂压缩机二段级间分离器19进行分离，分离后的液相冷剂经重烃换热器4过冷处理至37.6℃后，进入主低温换热器1并为其二段换热提供制冷量。分离后的气相冷剂经主低温换热器1一段和二段冷却后部分冷凝，然后为其三段、四段提供制冷量。

Claims (10)

1.一种天然气制冷液化装置，其特征在于：该装置包括主低温换热器、制冷压缩机、冷却器、分离器、LNG液力透平、LNG透平泵、再接触塔、BOG换热器、重烃换热器、低温冷剂分液罐和LNG分液罐；
所述制冷压缩机包括冷剂压缩机一段和冷剂压缩机二段；所述冷却器包括一段级间冷却器和二段级间冷却器；所述分离器包括一段级间分离器和二段级间分离器；
所述冷剂压缩机一段入口与低压冷剂输送管路相连接，所述冷剂压缩机一段出口依次连接所述一段级间冷却器与所述一段级间分离器，所述冷剂压缩机二段出口依次连接所述二段级间冷却器与所述二段级间分离器；所述一段级间分离器的液相冷剂出口依次与所述BOG换热器和所述主低温换热器相连接，所述一段级间分离器的气相冷剂出口与所述冷剂压缩机二段入口相连接；所述二段级间分离器的液相冷剂出口依次与所述重烃换热器和所述主低温换热器相连接，所述二段级间分离器的气相冷剂出口依次与所述主低温换热器和所述低温冷剂分液罐相连接，然后所述低温冷剂分液罐的气相冷剂出口和液相冷剂出口均与连接所述主低温换热器相连接，冷剂再返回所述冷剂压缩机一段进行循环；
原料天然气管路的第一个分支管路依次与所述主低温换热器和所述再接触塔相连接，第二个分支管路与所述再接触塔连接；所述再接触塔的脱出重烃出口与所述重烃换热器相连接；所述再接触塔的脱出重烃气体出口与所述主低温换热器相连接；所述主低温换热器的冷却气体出口通过高压过冷LNG管线与所述LNG液力透平入口相连；所述LNG液力透平出口管线与所述LNG分液罐连接，所述LNG分液罐的液相管线与LNG储罐连接，所述LNG分液罐的液相管线上设有所述LNG透平泵；所述LNG分液罐的气相管线与所述BOG换热器相连；
上述各个部件之间均通过管路相连接。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述主低温换热器采用四级制冷，由一段、二段、三段和四段组成；
所述一段级间分离器的液相冷剂出口依次与所述BOG换热器连接和所述主低温换热器的一段相连接；
所述二段级间分离器的液相冷剂出口依次与所述重烃换热器和所述主低温换热器的二段相连接；
所述二段级间分离器的气相冷剂出口依次与所述主低温换热器的一段、二段和所述低温冷剂分液罐相连接；
所述低温冷剂分液罐的液相冷剂出口和气相冷剂出口分别通过管道与所述主低温换热器的三段、四段相连接；
所述原料天然气管路的第一个分支管路与所述主低温换热器的一段相连接；
所述再接触塔的脱出重烃气体出口经管路依次与所述主低温换热器的二段、三段、四段相连接。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于：所述LNG液力透平与所述LNG透平泵连接，通过所述LNG液力透平驱动所述LNG透平泵；
所述再接触塔与所述主低温换热器相连接的管路上设置LNG J-T阀门；所述再接触塔的脱出重烃气体出口与所述主低温换热器的二段、三段相连接，然后经所述LNG J-T阀门与所述主低温换热器的四段相连接。
4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于：所述重烃换热器与所述主低温换热器相连接的管路上设有J-T阀门a；
所述BOG换热器与所述主低温换热器连接的管路上设有J-T阀门b。
5.根据权利要求2所述的装置，其特征在于：所述低温冷剂分液罐与所述主低温换热器的三段、四段连接的管道上分别设有J-T阀门c、J-T阀门d。
6.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于：所述制冷压缩机通过电机驱动。
7.一种天然气制冷液化的方法，包括如下步骤：采用权利要求1-6中任一项所述的装置对预处理合格的原料天然气，通过天然气制冷换热与原料气制冷循环进行处理，即得到LNG；
其中，所述天然气制冷换热处理如下：一部分预处理合格的原料天然气经过所述主低温换热器预冷换热后进入所述再接触塔，与直接进入所述再接触塔的另一部分预处理合格的原料天然气混合脱出重烃，脱出重烃进入所述重烃换热器处理，脱出重烃后的原料天然气返回所述主低温换热器进行冷却冷凝处理，然后冷凝的所述脱出重烃后的原料天然气经所述LNG液力透平减压处理后进入所述LNG分液罐，所述LNG分液罐分离后的液相LNG经由所述LNG透平泵输送至所述LNG储罐，得到LNG；所述LNG分液罐分离后的气相进入所述BOG换热器处理；
所述原料气制冷循环处理如下：低压冷剂经所述压缩机一段压缩并经所述一段级间冷却器冷却后，进入所述一段级间分离器进行气液分离，所述一段级间分离器分离后的液相冷剂经所述BOG换热器换热后进入所述主低温换热器，并为所述主低温换热器提供制冷量；所述一段级间分离器分离后的气相冷剂经所述压缩机二段压缩并经所述二段级间冷却器冷却后进入所述二段级间分离器进行气液分离，所述二段级间分离器分离后的液相冷剂经所述重烃换热器换热后进入所述主低温换热器，并为所述主低温换热器提供制冷量，所述二段级间分离器分离后的气相冷剂经所述主低温换热器冷却后，通过所述低温冷剂分液罐进入所述主低温换热器为其进一步提供制冷量，然后冷剂返回所述冷剂压缩机一段进行循环。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：所述一段级间分离器分离后的液相冷剂经所述BOG换热器换热后进入所述主低温换热器，为所述主低温换热器一段提供制冷量；
所述二段级间分离器分离后的液相冷剂经所述重烃换热器换热后进入所述主低温换热器，为所述主低温换热器二段提供制冷量；
所述二段级间分离器分离后的气相冷剂经所述主低温换热器一段和二段冷却后，通过所述低温冷剂分液罐分液为所述主低温换热器三段和四段提供制冷量；
所述LNG液力透平驱动所述LNG透平泵将所述LNG分液罐分离后的低压LNG输送至所述LNG储罐。
9.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于：所述再接触塔脱出重烃后的原料天然气经管路进入所述主低温换热器的二段、三段，然后经所述LNG J-T阀门压力调节后进入所述主低温换热器的四段冷却；
所述重烃换热器进入所述主低温换热器的冷剂经所述J-T阀门a进行压力调节；
所述BOG换热器进入所述主低温换热器的冷剂经所述J-T阀门b进行压力调节；
所述低温冷剂分液罐进入所述主低温换热器的三段、四段连接的气体分别经所述J-T阀门c、所述J-T阀门d进行压力调节；
所述原料天然气的预处理按照如下1)或2)步骤进行：1)若压力不足时，采用原料气压缩机进行增压；2)所述原料天然气经脱酸、脱水处理。
10.权利要求1-6中任一项所述的装置在高重烃天然气的液化处理中的应用。
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