CN201762300U - 采用单一混合工质制冷来液化天然气的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及采用单一混合工质制冷来液化天然气的装置，包括一台电机驱动的三段式混合工质压缩机，三台冷却器，五台气液分离器，两台液体泵，三台节流装置，三台板翅式换热器和一台LNG储罐，本实用新型采用了三段混合冷剂压缩机，将混合冷剂逐级压缩并逐级分离，各级分离出的液体分别通过液体泵加压后直接进入换热器组进行换热，从而减少了气体压缩的功耗；采用三级制冷循环，整个换热过程的冷流体和热流体的换热曲线更为匹配，有效减少了混合冷剂的流量，最终减少了装置的能耗。

Description

采用单一混合工质制冷来液化天然气的装置

技术领域

本实用新型属于其他富含烃类气体的液化生产，具体涉及一种单一混合工质制冷来液化天然气装置。 

技术背景

天然气由于其环保性而成为取代其他燃料的最佳物质，其应用领域已逐渐扩大到发电、汽车用气、工业用气、城市居民用气、化工用气等方面。 

随着天然气消费量的增长，作为天然气最有效的供用形式之一，液化天然气的贸易量也已成为能源市场增长最快的领域之一。液化天然气工业的不断发展，则为天然气液化方法和装置在能耗、投资和效率等方面提出了更高的要求。 

目前，比较成熟的天然气液化工艺主要有：阶式制冷工艺、膨胀制冷工艺和混合工质制冷工艺。其中的单一混合工质制冷工艺则比较受中型LNG装置的青睐。 

现有的单一混合工质制冷的天然气液化方法中，冷剂压缩单元为二级压缩，天然气液化单元采用一级换热。 

现有工艺技术：如图1所示，其使用的装置包括一台电机驱动的二段式混合工质压缩机，二台冷却器，二台气液分离器，两台液体泵，一台板翅式换热器和一台LNG储罐；由C1～C5和N2组成的混合工质经过合理配比后进入压缩机的入口，经一段压缩至0.6～1Mpa，进入一级冷却器冷却至30～40℃，再进入一级气液分离罐进行气液分离，一级气液分离罐顶部分离出的气体继续进入压缩机的二段入口，经二段压缩至1.6～2.5MPa，一级分离底部分离得到的液体通过液体泵加压后与二段压缩机出口的气体混合进入二级冷却器冷却至30～40℃，冷却后的混合工质随后进入二级气液分离罐进行气液分离，分离后的液体通过二级液体泵加压后与该分离器顶部得到的气体混合后进入板翅式换热器，预冷至 一定温度后节流再返回该板翅式换热器，为整个换热过程提供冷量，天然气通过板翅式换热器后进入LNG储罐内。 

在上述工艺，为保证液体和气体进入同一个板翅式换热器通道参与换热，末级分离器底部的液体必须要加压以克服分离器底部液体出口到板翅式换热器顶部冷剂入口的高度差所带来的液柱压力，必须通过增加末级液体泵来实现。冷剂和天然气在板翅式换热器中的换热过程为一级换热，流股间换热温差的优化受到一定限制，装置能耗较高，此外，对装置的变负荷运转没有很好的适应性。 

实用新型内容

本实用新型提供了一种采用单一混合工质制冷来液化天然气装置，本实用新型适用于日处理量为20～200万方的天然气液化装置。 

本实用新型采用如下技术方案： 

单一混合工质制冷来液化天然气的装置包括混合冷剂压缩系统和冷箱系统，其特征在于： 

混合制冷剂的压缩系统是由一台电机驱动的三段式混合工质压缩机、三台冷却器、三台气液分离器和两台液体泵组成，冷箱系统是由三台板翅式换热器、两台分离器和三台节流装置组成，在混合冷剂压缩系统中，压缩机一段出口连接一级冷却器冷且再与一级气液分离器连接，一级气液分离器连接二段压缩，二段压缩连接二级冷却器，再与二级分离器连接，二级分离器连接三段压缩，三段压缩连接三级冷却器冷，再连接三级分离器，三级分离器一端与换热器连接；一级分离器和二级分离器底部连接两台液体泵再与三级分离器底部连接后与换热器连接； 

在冷箱系统中，一级换热器中的一换热通道连接第一节流装置的一端，第一节流装置的另一端与一级换热器的另一通道连接；由冷剂压缩系统来的三级分离器的另一端通过一级换热器预冷通道连接分离器，分离器的液相端连接二级换热器的另一通道，二级换热器的另一通道连接第二节流装置，分离器顶部得到的气相端通过二级、三级换热器后再连接第三节流装置，第三节流装置连接三级、二级、一级换热器连接一段压缩；天然气管道通过一级换热器连接二级换热器，二级换热器连接分离器，分离器的顶部气相端部连接二级、 三级换热器。 

工作原理是： 

本实用新型所述采用单一混合工质制冷来液化天然气的装置包括一台电机驱动的三段式混合工质压缩机，三台冷却器，五台气液分离器，两台液体泵，三台节流装置，三台板翅式换热器和一台LNG储罐。 

其中一台电机驱动的三段式混合工质压缩机、三台冷却器、三台气液分离器、和两台液体泵组成混合制冷剂的压缩系统，三台板翅式换热器、两台分离器和三台节流装置组成冷箱系统，混合工质和天然气在该系统中完成整个换热过程。 

在混合冷剂压缩系统中，压缩机一段出口气体进入一级冷却器冷却后通过一级气液分离器分离，分离后的气相继续进入二段压缩，压缩后的热气体经二级冷却器冷却后进入二级分离器分离，分离后的气相继续进入三段压缩，压缩后的热气体经三级冷却器冷却后进入三级分离器分离，分离后的气相进入下游换热器的气相通道；一级分离器和二级分离器底部得到的液体分别经两台液体泵加压后与三级分离器底部得到的液体汇合后进入下游换热器的液相通道。 

在冷箱系统中，由冷剂压缩系统来的液体冷剂进入一级换热器预冷后通过节流装置，节流后的该流股返回至该换热器中提供冷量；由冷剂压缩系统来的气相冷剂进入一级换热器预冷后进入分离器，分离后的液相冷剂进入二级换热器冷却后通过节流装置，节流后的该流股再依次反向进入二级、一级换热器提供冷量；分离器顶部得到的气相冷剂分别进入二级、三级换热器冷却后再通过节流装置，节流后的该流股再依次反向进入三级、二级、一级换热器提供冷量。天然气首先经过一级换热器冷却后继续进入二级换热器，冷却至一定温度后进入分离器分离，底部得到重烃组分，顶部得到的气相部分继续进入二级、三级换热器冷却至过冷状态，得到LNG。 

本实用新型的优点： 

1.该实用新型方法中采用了三段混合冷剂压缩机，将混合冷剂逐级压缩并逐级分离，各级分离出的液体分别通过液体泵加压后直接进入换热器组进行换热，从而减少了气体压 缩的功耗，最终使得整个装置的能耗有所降低。 

2.各级液体泵出口的液体流股直接送入换热器而不经过冷剂压缩机的后续工序，一定程度上减少了混合冷剂配比的波动对压缩机组运行工况的影响程度。使得整个装置更易于操作。 

3.以一套日处理量为30万方的天然气为例，相对于采用现有的单一混合工质二级压缩、一级制冷的天然气液化方法，采用本实用新型方法后装置的能耗会降低约100kW，装置的设备投资增加约80万元。而按照国际上比照标准，装置能耗减少1kW相当于装置的设备投资减少2万元，降低100kW的能耗相当于减少了装置200万的设备投资。由此可知，采用本实用新型方法的装置更为经济。 

4.天然气的液化过程采用三级制冷循环，整个换热过程的冷流体和热流体的换热曲线更为匹配，有效减少了混合冷剂的流量，最终减少了装置的能耗。 

5.该实用新型方法适用范围广。对日处理量为20～200万方的天然气液化装置均有很好的适用性；该实用新型方法对原料气组分变化有很好的适用性。 

附图说明

图1是现有技术的结构图； 

图2是本实用新型的流程图。 

具体实施方式

下面结合附图进一步说明： 

如图2所示，净化后的原料天然气首先进入一级板翅式换热器51，被预冷至-20～-40℃；再继续进入二级板翅式换热器52，被冷却至-50～-60℃后进入重烃分离器72进行气液分离，由重烃分离器72顶部分离出的气相流股继续进入二级换热器52直至被冷却至-80～-100℃；最后进入三级板翅式换热器53，并在其中被过冷至-145～-165℃，过冷的液化天然气流股经节流阀63节流后即得到LNG产品，并送入LNG储罐8储存。 

混合冷剂循环： 

由C1～C5和N2组成的混合工质经过合理配比后进入压缩机1的入口，经一段压缩至 0.6～1MPa，进入一级冷却器21冷却至30～40℃，再进入一级气液分离罐31进行气液分离，一级气液分离罐31顶部分离出的气体继续进入压缩机1的二段入口，经二段压缩至1.6～2.5MPa后再进入二级冷却器22冷却至30～40℃，冷却后的混合工质随后进入二级气液分离罐32进行气液分离，二级气液分离罐32顶部分离处的气体继续进入压缩机1的三段入口，最终被压缩至3～4.2MPa左右后引出压缩机并进入末级冷却器23冷却至30～40℃，冷却后的混合工质继续进入末级气液分离罐33进行气液分离，末级气液分离罐33顶部分离出的气体随后进入主换热器组的气相通道参与换热。一级气液分离罐31底部分离出的液体经一级液体泵41加压至3～4.2MPa，二级气液分离罐32底部分离出的液体经二级液体泵42加压至3～4.2MPa，该两股液体流于从末级气液分离罐33底部分离出的液体汇合后进入主换热器组的液体通道。 

从混合工质压缩单元引出的液体流股首先进入一级换热器51的液体通道，在其中被预冷至-20～-40℃，经节流阀61节流至0.25～0.5MPa后与从二级换热器52返回的混合工质流股汇合并反向进入一级换热器51为其提供冷量。由末级分离罐33顶部分离出的混合工质的气相流股首先进入一级换热器51的气相通道被预冷至-20～-40℃，再进入气液分离器71进行气液分离，气液分离器71分离出的液相流股进入二级换热器52的液相通道被冷却至-80～-100℃，再节流阀62节流至0.25～0.5MPa后与从三级换热器53返回的混合工质汇合后反向进入二级换热器52为其提供冷量。气液分离器71顶部分离出的气相流股在二级换热器52中冷却至-80～-100℃，继续进入三级换热器53并被冷却至-150～-170℃，随后通过节流阀63节流至0.25～0.5MPa后反方向进入三级换热器53并为该换热器提供冷量。 

Claims (1)

1.采用单一混合工质制冷来液化天然气的装置包括在混合冷剂压缩系统和冷箱系统，其特征在于：

混合制冷剂的压缩系统是由一台电机驱动的三段式混合工质压缩机、三台冷却器、三台气液分离器和两台液体泵组成，冷箱系统是由三台板翅式换热器、两台分离器和三台节流装置组成，在混合冷剂压缩系统中，压缩机一段出口连接一级冷却器冷且再与一级气液分离器连接，一级气液分离器连接二段压缩，二段压缩连接二级冷却器，再与二级分离器连接，二级分离器连接三段压缩，三段压缩连接三级冷却器冷，再连接三级分离器，三级分离器一端与换热器连接；一级分离器和二级分离器底部连接两台液体泵再与三级分离器底部连接后与换热器连接；

在冷箱系统中，一级换热器中的一换热通道连接第一节流装置的一端，第一节流装置的另一端与一级换热器的另一通道连接；由冷剂压缩系统来的三级分离器的另一端通过一级换热器预冷通道连接分离器，分离器的液相端连接二级换热器的另一通道，二级换热器的另一通道连接第二节流装置，分离器顶部得到的气相端通过二级、三级换热器后再连接第三节流装置，第三节流装置连接三级、二级、一级换热器连接一段压缩；天然气管道通过一级换热器连接二级换热器，二级换热器连接分离器，分离器的顶部气相端部连接二级、三级换热器。