CN115371355B - 一种适用于标准模块化的天然气液化系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种适用于标准模块化的天然气液化系统及方法。本发明天然气液化系统，包括天然气预冷、液化和过冷系统、重烃分离系统、混合冷剂压缩制冷循环系统、LNG末端闪蒸系统、BOG冷能利用系统；天然气预冷、液化和过冷系统包括预冷冷箱换热器和液化冷箱换热器；重烃分离系统包括脱重烃再接触塔和精馏塔；LNG末端闪蒸系统包括LNG液力透平和LNG再接触塔；BOG冷能利用系统包括BOG复热器。本发明装置生产规模较小，设备及工艺技术可实现全国产化；预冷冷箱采用板翅式、液化冷箱采用绕管式；采用预冷冷箱和液化深冷冷箱串联设置，降低了单台冷箱的换热负荷；预冷段和深冷段之间设置了重烃脱除塔降低液化所需冷量；实现了LNG再接触塔BOG冷能的回收利用。

Description

一种适用于标准模块化的天然气液化系统及方法
技术领域
本发明属于天然气液化技术领域，尤其涉及一种适用于标准模块化的天然气液化系统及方法。
背景技术
目前国外现有的天然气液化装置种类繁多，LNG单线生产规模可达780万吨/年。由于国内天然气液化技术起步较晚，国产大型天然气液化技术配套关键设备技术落后，但随着近几年国内天然气液化工厂的发展，国产天然气液化设备有很大幅度的提升，尤其对于中小型天然气液化装置，其核心技术和配套关键设备在国内都是比较成熟的。对于大型天然气液化装置建设的需求，可以采取国内成熟技术成熟设备多列模块并列运行的方式。但是，现有的大型天然气液化装置单线生产规模较大，要求单台设备能力较大，模块化建造的技术难度很大，目前国内技术无法实现，主要体现在板翅式冷箱温度变化速率小、板翅冷箱气液流体分布不均、国产绕管冷箱实际制造能力低、单台冷箱的换热负荷高。例如CN202501709U公开了一种大型天然气液化装置，其中液化装置包括两个或两个并联的液化冷箱，但其预冷和深冷段都采用板翅式换热器气，板翅式换热器中气液流入同一流道，气液流体分布不均匀；此外，无法实现BOG冷能的回收利用。
发明内容
本发明的目的是提供一种适用于标准模块化的天然气液化系统及方法，该系统中预冷段采用板翅式换热器，深冷段采用绕管式换热器，且预冷段板翅式换热器气、液流道分开设置，解决了气液流体分布不均匀的问题，预冷段和深冷段之间设置了重烃脱除塔降低液化所需冷量，实现了LNG再接触塔BOG冷能的回收利用。
本发明提供的一种天然气液化系统，包括：
天然气预冷、液化和过冷系统，包括预冷冷箱换热器和液化冷箱换热器；
重烃分离系统，包括脱重烃再接触塔和精馏塔，所述预冷冷箱换热器的原料气出口与所述脱重烃再接触塔连接，所述脱重烃再接触塔的轻组分出口包括第一支路，所述第一支路通向所述液化冷箱换热器，所述脱重烃再接触塔的重组分出口与所述精馏塔的原料入口连接，所述精馏塔的轻组分出口与所述液化冷箱换热器的LNG入口连接；
混合冷剂压缩制冷循环系统，包括预冷冷箱混合冷剂压缩制冷循环单元和液化冷箱混合冷剂压缩制冷循环单元；
LNG末端闪蒸系统，包括LNG液力透平和LNG再接触塔，所述液化冷箱换热器的LNG出口与所述LNG液力透平连接，所述LNG液力透平与所述LNG再接触塔连接，所述脱重烃再接触塔的轻组分出口包括第二支路，所述第二支路通向所述LNG再接触塔；
BOG冷能利用系统，包括BOG复热器，所述脱重烃再接触塔的轻组分出口包括第三支路，所述第三支路通向所述BOG复热器，所述BOG复热器的第一出口与所述LNG再接触塔连接。
上述的系统中，所述预冷冷箱换热器包括第一预冷冷箱换热器和第二预冷冷箱换热器；
所述预冷冷箱换热器为板翅式换热器；
所述第一预冷冷箱换热器包括第一流道，用于输送天然气原料；
所述第二预冷冷箱换热器包括第一流道，用于输送天然气原料；
所述第一预冷冷箱换热器的第一流道的出口与所述第二预冷冷箱换热器的第一流道的入口连接。
进一步地，所述液化冷箱混合冷剂压缩制冷循环单元包括混合冷剂分离罐、混合冷剂冷却器和混合冷剂压缩机；
所述混合冷剂分离罐包括第一混合冷剂分离罐和第二混合冷剂分离罐；
所述第一预冷冷箱换热器包括第二流道；
所述第二预冷冷箱换热器包括第二流道；
所述液化冷箱换热器为绕管式换热器；
所述第一预冷冷箱换热器的第二流道出口与所述第二预冷冷箱换热器的第二流道的入口连接，所述第二预冷冷箱换热器的第二流道的出口与所述第一混合冷剂分离罐连接，所述第一混合冷剂分离罐的气相冷剂出口和液相冷剂出口各自独立地与所述液化冷箱换热器连接；
所述液化冷箱换热器的冷剂出口与所述第二混合冷剂分离罐连接，所述第二混合冷剂分离罐的冷剂出口通过设有所述混合冷剂冷却器和所述混合冷剂压缩机的管路与所述第一预冷冷箱换热器的第二流道的入口连接。
优选地，所述液化冷箱换热器的液相冷剂管道从换热器中部抽出节流后返回换热器壳程，所述液化冷箱换热器的气相冷剂管道从换热器顶部抽出节流后返回换热器壳程，分别从上向下流动蒸发为所述液化冷箱换热器提供冷量。
作为实例，所述混合冷剂冷却器包括第一混合冷剂冷却器和第二混合冷剂冷却器；
所述混合冷剂压缩机包括第一混合冷剂压缩机和第二混合冷剂压缩机；
所述第二混合冷剂分离罐的气相冷剂出口与所述第一混合冷剂压缩机、所述第一混合冷剂冷却器、所述第二混合冷剂压缩机和所述第二混合冷剂冷却器依次连接，所述第二混合冷剂冷却器的冷剂出口与所述第一预冷冷箱换热器的第二流道的入口连接。
进一步地，所述预热冷箱混合冷剂压缩制冷循环单元包括混合冷剂分离罐、混合冷剂冷却器和混合冷剂压缩机；
所述混合冷剂分离罐包括第三混合冷剂分离罐和第四混合冷剂分离罐；
所述第一预冷冷箱换热器包括第三流道、第四流道、第五流道和第六流道；
所述第二预冷冷箱换热器包括第三流道和第四流道；
所述第一预冷冷箱换热器的第三流道出口与所述第二预冷冷箱换热器的第三流道的入口连接；
所述第二预冷冷箱换热器的第三流道的出口与所述第三混合冷剂分离罐连接，所述第三混合冷剂分离罐的液相冷剂出口与所述第二预冷冷箱换热器的第四流道的入口连接；
所述第二预冷冷箱换热器的第四流道的出口与所述第三混合冷剂分离罐的气相冷剂出口合并成一个管路后与所述第四混合冷剂分离罐的入口连接，所述第一预冷冷箱换热器的第四流道的出口与所述第四混合冷剂分离罐的入口连接，所述第四混合冷剂分离罐的液相冷剂出口与所述第一预冷冷箱换热器的第五流道的入口连接，所述第四混合冷剂分离罐的气相冷剂出口与所述第一预冷冷箱换热器的第六流道的入口连接；
所述第一预冷冷箱换热器的第五流道和第六流道的出口合并成一个管路，通过设有混合冷剂分离罐、混合冷剂冷却器和混合冷剂压缩机的管路分成两路，经一级压缩后的液相混合冷剂与所述第一预冷冷箱换热器的第四流道连接，经二级压缩的液相混合冷剂与所述第一预冷冷箱换热器的第三流道连接。
作为实例，所述混合冷剂分离罐包括第五混合冷剂分离罐、第六混合冷剂分离罐和第七混合冷剂分离罐；
所述混合冷剂冷却器包括第三混合冷剂冷却器和第四混合冷剂冷却器；
所述混合冷剂压缩机包括第三混合冷剂压缩机和第四混合冷剂压缩机；
所述第一预冷冷箱换热器的第五流道和第六流道的出口合并的管路与所述第五混合冷剂分离罐连接，所述第五混合冷剂分离罐的气相冷剂出口依次与所述第三预冷混合冷剂压缩机、所述第三混合冷剂冷却器和所述第六混合冷剂分离罐连接，所述第六混合分离罐的液相冷剂出口与所述第一预冷冷箱换热器的第四流道连接，所述第六混合分离罐的气相冷剂出口依次与所述第四预冷混合冷剂压缩机、所述第四混合冷剂冷却器和所述第七混合冷剂分离罐连接，所述第七混合冷剂分离罐的液相冷剂出口与所述第一预冷冷箱换热器的第三流道连接。
本发明还提供利用上述任一项所述的天然气液化系统进行天然气液化的方法，包括如下步骤：
天然气进入所述预冷冷箱换热器进行预冷，预冷后进入所述脱重烃再接触塔，采用丁烷与预冷后的原料气再接触进行脱重烃，分离出重组分原料气和轻组分原料气；
所述轻组分原料气分成三个支路，分别进入所述LNG再接触塔、所述BOG复热器和所述液化冷箱换热器，所述重组分进入所述精馏塔进行精馏，进一步分离出轻组分原料，进入所述液化冷箱换热器；
在所述液化冷箱换热器中，天然气被冷却、冷凝并达到过冷状态，过冷的天然气在节流后经所述LNG液力透平减压处理后，与所述BOG复热器中经BOG冷却冷凝后的LNG一同进入所述LNG再接触塔进行脱氮处理，即得到液化天然气。
优选地，所述预冷后的温度可为-50～-60℃；
所述过冷的天然气的温度可为-150～-160℃；
所述节流后的过冷天然气和所述经BOG冷却冷凝后的LNG的压力可为0.15～0.2MPag，温度为-150～-160℃。
优选地，从所述液化换热器换热后的气相冷剂，被压缩至3.5～4.5MPag，冷却至40～45℃后进入所述预冷冷箱换热器；
从所述第五流道和所述第六流道中换热后的气相混合冷剂，经所述第三混合冷剂压缩机压缩至1.0～1.5MPag后被所述第三混合冷剂冷却器冷却至40～45℃；
从所述第六混合分离罐分离的气相冷剂，经所述第四预冷混合冷剂压缩机二级压缩至1.9～2MPag后被所述第四混合冷剂冷却器冷却至40～45℃，全部变为液相。
与传统的大型天然气液化方式相比，本发明有以下有益效果：
1)装置生产规模较小，设备及工艺技术可实现全国产化。
2)预冷冷箱采用板翅式、液化冷箱采用绕管式；采用预冷冷箱和液化深冷冷箱串联设置，降低了单台冷箱的换热负荷；
3)预冷换热和液化深冷换热均采用两级节流制冷，提高了可操作性；
4)在板翅换热器中采用独立的流道处理节流后的气相和液相冷剂，以解决板翅冷箱气液流体分布不均问题；
5)轻组分LNG与重组分LNG汇合后采用LNG液力透平进行节流，降低了闪蒸气量，实现了能量回收利用；
6)设置采用低温再接触塔串联低温再生塔实现重组分脱除。
本发明系统采用中国成熟技术成熟设备，实现了大型天然气液化装置的建造，并采用工艺优化设计使装置效率得到了优化提升。
附图说明
图1是本发明一种适用于标准模块化的天然气液化系统的结构示意图。
图中各标记如下：
111-第一预冷冷箱换热器；112-第二预冷冷箱换热器；113-液化冷箱换热器；
121-脱重烃再接触塔；122-精馏塔；
131-第一混合冷剂分离罐；132-第二混合冷剂分离罐；133-液化混合冷剂压缩机；134-第一混合冷剂冷却器；135-第二混合冷剂冷却器；
141-第三混合冷剂分离罐；142-第四混合冷剂分离罐；143-第五混合冷剂分离罐；144-第六混合冷剂分离罐；145-第七混合冷剂分离罐；146-预冷混合冷剂压缩机；147-第三混合冷剂冷却器；148-第四混合冷剂冷却器；149-第五混合冷剂冷却器；
151-LNG液力透平；152-LNG再接触塔；
161-BOG复热器；162-BOG压缩机。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的系统或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，使用术语“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对上述零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“装配”、“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面，结合附图对本发明实施例提供的适用于标准模块化的天然气液化系统进行详细的说明。
如图1所示，本实施例提供的适用于标准模块化的天然气液化系统，包括天然气预冷、液化和过冷系统、重烃分离系统、混合冷剂压缩制冷循环系统、LNG末端闪蒸系统和BOG冷能利用系统；
天然气预冷、液化和过冷系统，包括预冷冷箱换热器和液化冷箱换热器113，预冷冷箱换热器为板翅式换热器，采用2级节流制冷，包括第一预冷冷箱换热器111和第二预冷冷箱换热器112，第一预冷冷箱换热器111包括第一流道、第二流道、第三流道、第四流道、第五流道和第六流道，第二预冷冷箱换热器112包括第一流道、第二流道、第三流道和第四流道，第一预冷冷箱换热器111的第一流道的出口与第二预冷冷箱换热器112的第一流道的入口连接，用于输送天然气原料，原料气天然气经过预冷冷箱换热器换热及节流后温度降低，第一预冷冷箱换热器111和第二预冷冷箱换热器112的其余流道用于输送混合冷剂，包括气相混合冷剂和液相混合冷剂，与热物流进行热交换，第一预冷冷箱换热器111的第二流道的出口和第二预冷冷箱换热器112的第二流道的入口连接，第一预冷冷箱换热器111的第三流道的出口和第二预冷冷箱换热器112的第三流道的入口连接，在预冷冷箱板翅式换热器中对气相和液相混合冷剂分别处理，二段节流并分离后的液冷剂为预冷冷箱低温段提供制冷量，分离后的气相冷剂与换热后的二段液相冷剂一级节流后的一段冷剂一并进入一段气液分离罐，分离后的气相和液相分不同流道进入板翅冷箱高温段；
重烃分离系统，包括脱重烃再接触塔121和精馏塔122，预冷后的轻组分原料气分两路进入液化冷箱，预冷冷箱换热器的原料气出口即第二预冷冷箱换热器112的第一流道的出口与脱重烃再接触塔121连接，脱重烃再接触塔121采用丁烷与预冷后的原料气再接触，脱重烃再接触塔121的轻组分出口分成三个支路，第一支路通向液化冷箱换热器113，脱重烃再接触塔121的重组分出口与精馏塔122的原料入口连接，精馏塔122的轻组分出口与液化冷箱换热器113的LNG入口连接，从脱重烃再接触塔121和精馏塔122的轻组分在液化冷箱换热器113中进一步降温，天然气被冷却、冷凝并达到过冷状态，原料气重烃脱除采用低温再接触塔和低温精馏塔串联设计，并在脱重烃再接触塔中液态丁烷为洗涤剂，原料气重组分比例适用能力强，重烃回收率高，精馏闪蒸后的重组分去重烃处理系统，通过第五混合冷剂冷却器149进行冷量回收；
混合冷剂压缩制冷循环系统，包括预冷冷箱混合冷剂压缩制冷循环单元和液化冷箱混合冷剂压缩制冷循环单元；
其中，液化冷箱混合冷剂压缩制冷循环单元包括混合冷剂分离罐、混合冷剂冷却器和混合冷剂压缩机，该单元中的混合冷剂分离罐包括第一混合冷剂分离罐131和第二混合冷剂分离罐132，第二预冷冷箱换热器112的第二流道的出口与第一混合冷剂分离罐131连接，第一混合冷剂分离罐131的气相冷剂出口和液相冷剂出口各自独立地与液化冷箱换热器113连接，液化冷箱换热器113为绕管式换热器，液化冷箱换热器113的液相冷剂管道从换热器中部抽出节流后返回换热器壳程，液化冷箱换热器113的气相冷剂管道从换热器顶部抽出节流后返回换热器壳程，分别从上向下流动蒸发为液化冷箱换热器113提供冷量，液化冷箱换热器113的冷剂出口与第二混合冷剂分离罐132连接，第二混合冷剂分离罐132的冷剂出口通过设有混合冷剂冷却器和混合冷剂压缩机的管路与第一预冷冷箱换热器111的第二流道的入口连接；
本实施例中，具体地，液化混合冷剂压缩机133包括第一混合冷剂压缩机和第二混合冷剂压缩机，混合冷剂冷却器包括第一混合冷剂冷却器134和第二混合冷剂冷却器135，第二混合冷剂分离罐132的气相冷剂出口与第一混合冷剂压缩机、第一混合冷剂冷却器134、第二混合冷剂压缩机和第二混合冷剂冷却器135依次连接，第二混合冷剂冷却器135的冷剂出口与第一预冷冷箱换热器111的第二流道的入口连接；
其中，预热冷箱混合冷剂压缩制冷循环单元包括混合冷剂分离罐、混合冷剂冷却器和混合冷剂压缩机，该单元中的混合冷剂分离罐包括第三混合冷剂分离罐141和第四混合冷剂分离罐142，第二预冷冷箱换热器112的第三流道的出口与第三混合冷剂分离罐141连接，第三混合冷剂分离罐141的液相冷剂出口与第二预冷冷箱换热器112的第四流道的入口连接，分离后的液相重组分混合冷剂进入第二预冷冷箱换热器112与热物流进行热交换，第二预冷冷箱换热器112的第四流道的出口与第三混合冷剂分离罐141的气相冷剂出口合并成一个管路后与第四混合冷剂分离罐142的入口连接，第一预冷冷箱换热器111的第四流道的出口与第四混合冷剂分离罐142的入口连接，即第三混合冷剂分离罐141分离后的气相轻组分混合冷剂与第二预冷冷箱换热器112换热后的重组分混合冷剂连同第一预冷冷箱换热器111节流(第一级节流)后的混合冷剂一并进入第四气液分离罐142，第四混合冷剂分离罐142的液相冷剂出口与第一预冷冷箱换热器111的第五流道的入口连接，第四混合冷剂分离罐142的气相冷剂出口与第一预冷冷箱换热器111的第六流道的入口连接，在第四冷剂分离罐142分离后的气相和液相混合冷剂分别经独立的流道进入第一预冷冷箱换热器111(一段预冷冷箱换热器)与热物流进行热交换，第一预冷冷箱换热器111的第五流道和第六流道的出口合并成一个管路，通过设有混合冷剂分离罐、混合冷剂冷却器和混合冷剂压缩机的管路分成两路，经一级压缩后的液相混合冷剂与第一预冷冷箱换热器111的第四流道连接，为预冷冷箱高温段提供制冷量，经二级压缩的液相混合冷剂与第一预冷冷箱换热器111的第三流道连接，为预冷冷箱高温段和低温段提供制冷量；
具体地，混合冷剂分离罐包括第五混合冷剂分离罐143、第六混合冷剂分离罐144和第七混合冷剂分离罐145，混合冷剂冷却器包括第三混合冷剂冷却器147和第四混合冷剂冷却器148，预冷混合冷剂压缩机146包括第三混合冷剂压缩机和第四混合冷剂压缩机，第一预冷冷箱换热器111的第五流道和第六流道的出口合并的管路与第五混合冷剂分离罐143连接，第五混合冷剂分离罐143的气相冷剂出口依次与第三预冷混合冷剂压缩机、第三混合冷剂冷却器147和第六混合冷剂分离罐144连接，第六混合分离罐144的液相冷剂出口与第一预冷冷箱换热器111的第四流道连接，第六混合分离罐144的气相冷剂出口依次与第四混合冷剂压缩机、第四混合冷剂冷却器148和第七混合冷剂分离罐145连接，第七混合冷剂分离罐145的液相冷剂出口与第一预冷冷箱换热器111的第三流道连接，在预冷压缩机制冷循环中，预冷冷剂经压缩机二级压缩后气相冷剂全部转变为液相，若有不凝气，则通过设置在预冷混合冷剂压缩机二级出口分离管顶部不凝气排放管线放空至火炬系统，预冷和液化混合冷剂分别通过独立的压缩机循环系统将混合冷剂压缩、冷却后通过预冷和液化换热器为天然气提供制冷量；
LNG末端闪蒸系统，包括LNG液力透平151和LNG再接触塔152，液化冷箱换热器113的LNG出口与LNG液力透平151连接，轻组分在液化冷箱换热器113过冷处理后一并进入LNG液力透平151进行减压处理，采用LNG液力透平对经液化和过冷处理后的高压LNG进行节流，相比采用J-T阀节流降低闪蒸气产生量，提高液化装置产能，同时产生附件值-电能，LNG液力透平LE与LNG再接触塔连接T3，脱重烃再接触塔T1的轻组分出口中的第二支路通向LNG再接触塔152，用于提高产品LNG甲烷含量，在LNG再接触塔152中进行脱氮处理，采用脱重烃后的原料气与LNG进行再接触分离原料气中的氮气，增加装置对原料气适用性，闪蒸处理后的LNG进入储存系统，来自末端闪蒸系统中的闪蒸气与一股预冷后的天然气换热后经BOG压缩机162压缩进入燃料气系统；
BOG冷能利用系统，包括BOG复热器161和BOG压缩机162，脱重烃再接触塔T1的轻组分出口中的第三支路通向BOG复热器161进行冷能回收利用，BOG复热器161的第一出口与LNG再接触塔152连接，即LNG液力透平中减压处理后的LNG与经BOG复热器冷却冷凝后的LNG一并进入LNG末端闪蒸系统中的LNG再接触塔152。
下面结合实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明并不局限于下述实施例。
实施例1
将海外某气田的原料天然气液化，原料气组分为98.68％甲烷，0.33％乙烯，0.27％丙烷，丁烷0.16％，异丁烷0.22％，0.11％异戊烷、0.11％戊烷、0.11％氮气。
主要实施步骤如下：
预处理合格的天然气(7.9MPag，40℃)首先进入预冷换热从下向上流动，冷却至-57℃后进行脱重烃，脱重烃后抽出分离成三股，其中一股直接进入LNG再接触塔，另一股与BOG换热冷却后节流至0.15MPag、-160℃，还有一股进入液化冷箱换热器中继续冷却，冷却至-150℃后抽出节流至0.15MPag、-160℃，后面这两股天然气混合后进入LNG再接触塔，在LNG再接触塔中进行脱氮处理后，进入LNG储存系统。
从预冷换热器(第五流道和第六流道)换热后的气相混合冷剂进入压缩机经压缩至1.0MPag后，进入冷却器冷却至40℃，经过分离器分离出的液相进入预冷冷箱高温预冷段，自身经预冷过冷后经J-T阀节流降温，为预冷冷箱高温段提供制冷量。分离出的气相混合冷剂经预冷压缩机二级压缩至1.9MPag，再经冷却器冷却至40℃后全部变为液相(若有不凝气则需要从压缩机出口分离器顶部分离放空至火炬系统)，然后以此经过预冷冷箱高温段和低温段，自身被过冷处理，后经J-T阀节流降温，为预冷冷箱低温段提供制冷量。蒸发后的预冷冷剂(0.19MPag、34.25℃)进入压缩机进行两级压缩和冷却，完成一个循环。
从液化换热器换热后的气相冷剂进入压缩机压缩至3.95MPag，冷却至40℃后进入预冷换热器，预冷至-57℃抽出并分离成气液两相，分别从底部进入液化换热器的换热管中从下向上流动，液相冷剂从换热中部抽出节流后返回换热器壳程，气相冷剂从换热器顶部抽出节流后返回换热器壳程，分别从上向下流动蒸发为换热器提供冷量。蒸发后的液化冷剂(0.24MPag-64.38℃)进入压缩机进行两级压缩和冷却，完成一个循环。
本实施实例采用的预冷混合冷剂由13.86％甲烷、40.39％乙烷、18.77％丙烷、6.55％异丁烷、6.11％丁烷、14.31％异戊烷组成；液化混合冷剂由42.86％甲烷、41.07％乙烷、5.36％丙烷、10.71％氮气组成。
本发明实现了大型天然气液化装置的建造，并采用工艺优化设计使装置效率得到了优化提升。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种天然气液化系统，其特征在于，包括：
天然气预冷、液化和过冷系统，包括预冷冷箱换热器和液化冷箱换热器；
重烃分离系统，包括脱重烃再接触塔和精馏塔，所述预冷冷箱换热器的原料气出口与所述脱重烃再接触塔连接，所述脱重烃再接触塔的轻组分出口包括第一支路，所述第一支路通向所述液化冷箱换热器，所述脱重烃再接触塔的重组分出口与所述精馏塔的原料入口连接，所述精馏塔的轻组分出口与所述液化冷箱换热器的LNG入口连接；
混合冷剂压缩制冷循环系统，包括预冷冷箱混合冷剂压缩制冷循环单元和液化冷箱混合冷剂压缩制冷循环单元；
LNG末端闪蒸系统，包括LNG液力透平和LNG再接触塔，所述液化冷箱换热器的LNG出口与所述LNG液力透平连接，所述LNG液力透平与所述LNG再接触塔连接，所述脱重烃再接触塔的轻组分出口包括第二支路，所述第二支路通向所述LNG再接触塔；
BOG冷能利用系统，包括BOG复热器，所述脱重烃再接触塔的轻组分出口包括第三支路，所述第三支路通向所述BOG复热器，所述BOG复热器的第一出口与所述LNG再接触塔连接。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述预冷冷箱换热器包括第一预冷冷箱换热器和第二预冷冷箱换热器；
所述预冷冷箱换热器为板翅式换热器；
所述第一预冷冷箱换热器包括第一流道，用于输送天然气原料；
所述第二预冷冷箱换热器包括第一流道，用于输送天然气原料；
所述第一预冷冷箱换热器的第一流道的出口与所述第二预冷冷箱换热器的第一流道的入口连接。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于：所述液化冷箱混合冷剂压缩制冷循环单元包括液化混合冷剂分离罐、液化混合冷剂冷却器和液化混合冷剂压缩机；
所述液化混合冷剂分离罐包括第一混合冷剂分离罐和第二混合冷剂分离罐；
所述第一预冷冷箱换热器包括第二流道；
所述第二预冷冷箱换热器包括第二流道；
所述液化冷箱换热器为绕管式换热器；
所述第一预冷冷箱换热器的第二流道出口与所述第二预冷冷箱换热器的第二流道的入口连接，所述第二预冷冷箱换热器的第二流道的出口与所述第一混合冷剂分离罐连接，所述第一混合冷剂分离罐的气相冷剂出口和液相冷剂出口各自独立地与所述液化冷箱换热器连接；
所述液化冷箱换热器的冷剂出口与所述第二混合冷剂分离罐连接，所述第二混合冷剂分离罐的冷剂出口通过设有所述液化混合冷剂冷却器和所述液化混合冷剂压缩机的管路与所述第一预冷冷箱换热器的第二流道的入口连接。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于：所述液化冷箱换热器的液相冷剂管道从液化冷箱换热器中部抽出节流后返回换热器壳程，所述液化冷箱换热器的气相冷剂管道从液化冷箱换热器顶部抽出节流后返回液化冷箱换热器壳程，分别从上向下流动蒸发为所述液化冷箱换热器提供冷量。
5.根据权利要求3或4所述的系统，其特征在于：所述液化混合冷剂冷却器包括第一混合冷剂冷却器和第二混合冷剂冷却器；
所述液化混合冷剂压缩机包括第一混合冷剂压缩机和第二混合冷剂压缩机；
所述第二混合冷剂分离罐的气相冷剂出口与所述第一混合冷剂压缩机、所述第一混合冷剂冷却器、所述第二混合冷剂压缩机和所述第二混合冷剂冷却器依次连接，所述第二混合冷剂冷却器的冷剂出口与所述第一预冷冷箱换热器的第二流道的入口连接。
6.根据权利要求2-5中任一项所述的系统，其特征在于：所述预冷冷箱混合冷剂压缩制冷循环单元包括预冷混合冷剂分离罐、预冷混合冷剂冷却器和预冷混合冷剂压缩机；
所述预冷混合冷剂分离罐包括第三混合冷剂分离罐和第四混合冷剂分离罐；
所述第一预冷冷箱换热器包括第三流道、第四流道、第五流道和第六流道；
所述第二预冷冷箱换热器包括第三流道和第四流道；
所述第一预冷冷箱换热器的第三流道出口与所述第二预冷冷箱换热器的第三流道的入口连接；
所述第二预冷冷箱换热器的第三流道的出口与所述第三混合冷剂分离罐连接，所述第三混合冷剂分离罐的液相冷剂出口与所述第二预冷冷箱换热器的第四流道的入口连接；
所述第二预冷冷箱换热器的第四流道的出口与所述第三混合冷剂分离罐的气相冷剂出口合并成一个管路后与所述第四混合冷剂分离罐的入口连接，所述第一预冷冷箱换热器的第四流道的出口与所述第四混合冷剂分离罐的入口连接，所述第四混合冷剂分离罐的液相冷剂出口与所述第一预冷冷箱换热器的第五流道的入口连接，所述第四混合冷剂分离罐的气相冷剂出口与所述第一预冷冷箱换热器的第六流道的入口连接；
所述第一预冷冷箱换热器的第五流道和第六流道的出口合并成一个管路，通过设有预冷混合冷剂分离罐、预冷混合冷剂冷却器和预冷混合冷剂压缩机的管路分成两路，经一级压缩后的液相混合冷剂与所述第一预冷冷箱换热器的第四流道连接，经二级压缩的液相混合冷剂与所述第一预冷冷箱换热器的第三流道连接。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于：所述预冷混合冷剂分离罐包括第五混合冷剂分离罐、第六混合冷剂分离罐和第七混合冷剂分离罐；
所述预冷混合冷剂冷却器包括第三混合冷剂冷却器和第四混合冷剂冷却器；
所述预冷混合冷剂压缩机包括第三混合冷剂压缩机和第四混合冷剂压缩机；
所述第一预冷冷箱换热器的第五流道和第六流道的出口合并的管路与所述第五混合冷剂分离罐连接，所述第五混合冷剂分离罐的气相冷剂出口依次与所述第三混合冷剂压缩机、所述第三混合冷剂冷却器和所述第六混合冷剂分离罐连接，所述第六混合冷剂分离罐的液相冷剂出口与所述第一预冷冷箱换热器的第四流道连接，所述第六混合冷剂分离罐的气相冷剂出口依次与所述第四混合冷剂压缩机、所述第四混合冷剂冷却器和所述第七混合冷剂分离罐连接，所述第七混合冷剂分离罐的液相冷剂出口与所述第一预冷冷箱换热器的第三流道连接。
8.利用权利要求1-7中任一项所述的天然气液化系统进行天然气液化的方法，包括如下步骤：
天然气进入所述预冷冷箱换热器进行预冷，预冷后进入所述脱重烃再接触塔，采用丁烷与预冷后的原料气再接触进行脱重烃，分离出重组分原料气和轻组分原料气；
所述轻组分原料气分成三个支路，分别进入所述LNG再接触塔、所述BOG复热器和所述液化冷箱换热器，所述重组分进入所述精馏塔进行精馏，进一步分离出轻组分原料，进入所述液化冷箱换热器；
在所述液化冷箱换热器中，天然气被冷却、冷凝并达到过冷状态，过冷的天然气在节流后经所述LNG液力透平减压处理后，与所述BOG复热器中经BOG冷却冷凝后的LNG一同进入所述LNG再接触塔进行脱氮处理，即得到液化天然气。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：所述预冷后的温度为-50~-60℃；
所述过冷的天然气的温度为-150~-160℃；
所述节流后的过冷天然气和所述经BOG冷却冷凝后的LNG的压力为0.15~0.2MPag，温度为-150~-160℃。
10.利用权利要求7所述的天然气液化系统进行天然气液化的方法，包括如下步骤：
天然气进入所述预冷冷箱换热器进行预冷，预冷后进入所述脱重烃再接触塔，采用丁烷与预冷后的原料气再接触进行脱重烃，分离出重组分原料气和轻组分原料气；
所述轻组分原料气分成三个支路，分别进入所述LNG再接触塔、所述BOG复热器和所述液化冷箱换热器，所述重组分进入所述精馏塔进行精馏，进一步分离出轻组分原料，进入所述液化冷箱换热器；
在所述液化冷箱换热器中，天然气被冷却、冷凝并达到过冷状态，过冷的天然气在节流后经所述LNG液力透平减压处理后，与所述BOG复热器中经BOG冷却冷凝后的LNG一同进入所述LNG再接触塔进行脱氮处理，即得到液化天然气；
从所述液化冷箱换热器换热后的气相冷剂，被压缩至3.5~4.5MPag，冷却至40~45℃后进入所述预冷冷箱换热器；
从所述第五流道和所述第六流道中换热后的气相混合冷剂，经所述第三混合冷剂压缩机压缩至1.0~1.5MPag后被所述第三混合冷剂冷却器冷却至40~45℃；
从所述第六混合冷剂分离罐分离的气相冷剂，经所述第四混合冷剂压缩机二级压缩至1.9~2MPag后被所述第四混合冷剂冷却器冷却至40~45℃，全部变为液相。
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Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103031169A (zh) * 2012-12-13 2013-04-10 新地能源工程技术有限公司 天然气液化与重烃处理的方法和装置
CN103542692A (zh) * 2012-07-09 2014-01-29 中国海洋石油总公司 基于缠绕管式换热器的非常规天然气液化系统
CN104513680A (zh) * 2013-09-30 2015-04-15 新地能源工程技术有限公司 富甲烷气精馏脱氢氮并生产液化天然气的工艺和装置
CN105783420A (zh) * 2016-04-11 2016-07-20 中国海洋石油总公司 一种基于缠绕管式换热器的双冷剂循环天然气液化系统
CN110749159A (zh) * 2019-10-22 2020-02-04 中海石油气电集团有限责任公司 一种天然气制冷液化的装置及方法
CN113108549A (zh) * 2021-04-23 2021-07-13 吉林大学 混合制冷剂集成氮膨胀循环的海上天然气液化系统

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11808518B2 (en) * 2020-05-21 2023-11-07 EnFlex, Inc. Advanced method of heavy hydrocarbon removal and natural gas liquefaction using closed-loop refrigeration system

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103542692A (zh) * 2012-07-09 2014-01-29 中国海洋石油总公司 基于缠绕管式换热器的非常规天然气液化系统
CN103031169A (zh) * 2012-12-13 2013-04-10 新地能源工程技术有限公司 天然气液化与重烃处理的方法和装置
CN104513680A (zh) * 2013-09-30 2015-04-15 新地能源工程技术有限公司 富甲烷气精馏脱氢氮并生产液化天然气的工艺和装置
CN105783420A (zh) * 2016-04-11 2016-07-20 中国海洋石油总公司 一种基于缠绕管式换热器的双冷剂循环天然气液化系统
CN110749159A (zh) * 2019-10-22 2020-02-04 中海石油气电集团有限责任公司 一种天然气制冷液化的装置及方法
CN113108549A (zh) * 2021-04-23 2021-07-13 吉林大学 混合制冷剂集成氮膨胀循环的海上天然气液化系统

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