CN215809692U - 一种混合冷剂单循环两级节流制备lng的系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种混合冷剂单循环两级节流制备LNG的系统。该系统包括：天然气管线(100)、重烃分离器(V‑105)、LNG管线(200)、重烃管线(300)、冷箱预冷换热器(LNG‑101)、冷箱主冷换热器(LNG‑102)和混合冷剂循环机构。本实用新型针对小型天然气液化装置设计一种混合冷剂单循环两级节流制备LNG的系统，适用于30×10⁴Nm³/d及以下处理规模的天然气液化，对循环制冷剂采取两次节流工艺，J‑T阀和分离设备的数量比较少，流程简化、节省投资。

Description

一种混合冷剂单循环两级节流制备LNG的系统

技术领域

本实用新型涉及液化天然气的技术领域，具体涉及一种混合冷剂单循环两级节流制备LNG的系统。

背景技术

我国的LNG发展当前正处在初级阶段，在流程优化方面还有所欠缺，尤其是效率相对较低、设备复杂化。目前正在发展的小型天然气液化生产LNG的装置中冷剂压缩机组大都选用螺杆压缩机组。螺杆压缩机组占地面积小、无过多磨损件、连续运转周期长、无喘振，且调节范围宽，因此正在发展的小型LNG装置大都选择螺杆压缩机组。

实用新型内容

本实用新型针对小型天然气液化装置设计一种混合冷剂单循环两级节流制备LNG的系统，适用于30×10⁴Nm³/d及以下处理规模的天然气液化，对循环制冷剂采取两次节流工艺，J-T阀(焦耳-汤姆逊节流膨胀阀)和分离设备的数量比较少，流程简化、节省投资。

为了实现以上目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种混合冷剂单循环两级节流制备LNG的系统，该系统包括：

天然气管线、重烃分离器、LNG管线、重烃管线、冷箱预冷换热器、冷箱主冷换热器和混合冷剂循环机构；

所述天然气管线自所述冷箱预冷换热器顶部进入、底部引出，之后与所述重烃分离器的进口连接，所述重烃分离器顶部的气相出口与所述LNG管线连接，所述LNG管线自所述冷箱主冷换热器顶部进入、底部引出；所述重烃分离器底部的液相出口与所述重烃管线连接，所述重烃管线自所述冷箱预冷换热器底部进入、顶部引出；

所述混合冷剂循环机构包括冷剂压缩机低压机组、冷剂压缩机低压级空冷器冷剂压缩机低压级后冷器、冷剂压缩机高压机组、冷剂压缩机高压级空冷器冷剂压缩机高压级后冷器、冷剂压缩机高压级分离器、液态冷剂管线、气态冷剂管线、混合冷剂管线、液态冷剂J-T阀和气态冷剂J-T阀；

所述冷剂压缩机低压机组的出口依次与所述冷剂压缩机低压级空冷器、冷剂压缩机低压级后冷器连接后，与所述冷剂压缩机高压机组的进口连接，所述冷剂压缩机高压机组的出口依次与所述冷剂压缩机高压级空冷器冷剂压缩机高压级后冷器连接后，与所述冷剂压缩机高压级分离器的进口连接；

所述冷剂压缩机高压级分离器的顶部气相出口与所述气态冷剂管线连接，所述气态冷剂管线依次自所述冷箱预冷换热器和所述冷箱主冷换热器的顶部进入、底部引出，之后再自所述冷箱主冷换热器底部进入、顶部引出，且所述气态冷剂管线在所述冷箱主冷换热器的底部侧设置有所述气态冷剂J-T阀；

所述冷剂压缩机高压级分离器的底部液相出口与所述液态冷剂管线连接，所述液态冷剂管线自所述冷箱预冷换热器顶部进入、底部引出，所液态冷剂管线在所述冷箱预冷换热器的底部侧设置有所述液态冷剂J-T阀，之后与自所述冷箱主冷换热器顶部引出的所述气态冷剂管线合并成为所述混合冷剂管线；所述混合冷剂管线自所述冷箱预冷换热器底部进入、顶部引出，之后循环至与所述冷剂压缩机低压机组的进口连接。

在一优选方案中，所述LNG管线在所述冷箱主冷换热器的底部侧设置有液化天然气JT阀。

本实用新型的混合冷剂采取两级压缩，混合冷剂组分在冷却温度≥40℃时级间冷却不产生液相，可简化工艺设备。

在一优选方案中，本实用新型中混合冷剂采取两级压缩虽然不产生液相，但本着保护机组考虑，如采用高低压分体式两级压缩之间优选设置冷剂压缩机低压级分离器。所述冷剂压缩机低压级后冷器的出口与所述冷剂压缩机低压级分离器的进口连接，所述冷剂压缩机低压级分离器的顶部气相出口与所述冷剂压缩机高压机组的进口连接。

在该优选方案中，进一步优选地，所述冷剂压缩机低压级分离器还包括底部液相出口，此处的液相出口可以作为检修污水排放口，排入污水处理。

液态冷剂管线在预冷段过冷后经焦耳-汤姆逊节流膨胀阀(液态冷剂J-T阀)节流降温会出现气液两相，在一优选方案中，为减少两相流管线振动，设置冷剂第一分离器分离气液相单独引至冷箱入口处汇合。所述液态冷剂管线在所述液态冷剂J-T阀之后与所述冷剂第一分离器的进口连接，所述冷剂第一分离器的顶部气相出口与底部液相出口，以及自所述冷箱主冷换热器顶部引出的所述气态冷剂管线合并成为所述混合冷剂管线。

气态冷剂管线进入冷箱经预冷和主冷段冷却至一定温度，再经焦耳-汤姆逊节流膨胀阀(气态冷剂J-T阀)节流降温出现气液两相，在一优选方案中，为减少两相流管线振动，设置冷剂第二分离器分离气液相单独引至冷箱入口处汇合进入冷箱主冷换热器底部，自下而上汽化为主冷和预冷换热器提供冷量。所述气态冷剂管线在所述气态冷剂J-T阀之后与所述冷剂第二分离器的进口连接，所述冷剂第二分离器的顶部气相出口与底部液相出口合并之后自所述冷箱主冷换热器底部进入、顶部引出。

在一优选方案中，所述混合冷剂循环机构还包括冷剂缓冲罐；所述混合冷剂管线自所述冷箱预冷换热器顶部引出后，与所述冷剂缓冲罐的进口连接，所述冷剂缓冲罐的顶部气相出口与所述冷剂压缩机低压机组的进口连接。在冷箱中参与完换热的低压混合冷剂经冷剂缓冲罐后进入混合冷剂压缩机入口，如此循环利用，为天然气液化提供冷量。

在该优选方案中，进一步优选地，所述冷剂缓冲罐还包括底部液相出口。冷剂缓冲罐分离出的气相冷剂循环利用，正常工况无液相产生，如果冷剂在冷箱内过冷可能会有微量液相析出，则在冷剂缓冲罐V-106底部引入一小股高温气体升温使这部分液体气化循环回系统。

在一优选方案中，所述冷箱预冷换热器和冷箱主冷换热器采用铝制板翅式换热器。

目前正在发展的小型天然气液化生产LNG的装置中冷剂压缩机组大都选用螺杆压缩机组。本实用新型中混合冷剂由N₂和CH₄～C₄H₁₀的混合物组成，混合冷剂在系统内循环利用。本实用新型的混合冷剂组分选择避开压缩过程中容易液化分离且和润滑油混溶的异戊烷，因此本实用新型中的压缩机组可选用单机两级压缩一体式螺杆机组或高低压分体式螺杆或往复压缩机组，压缩机组的选择范围更加广泛。

在一优选方案中，所述冷剂压缩机低压机组和冷剂压缩机高压机组采用单机多级一体式螺杆机组、高低压分体式螺杆机组或者往复机组。

在一优选方案中，所述系统可以采用橇装化设计，节省投资、占地面积及建设周期，便于随时搬迁及二次利用。

本实用新型中，天然气液化前处理工艺如天然气增压、净化(脱酸、脱水和脱汞等)，属于常规技术，本实用新型在此不再赘述。

本实用新型的有益效果包括：

1)本实用新型对于小型天然气液化制备LNG提供了一种相对简单且容易操作的工艺，天然气处理规模30×10⁴Nm³/d及以下范围内均可实现。

2)本实用新型中混合冷剂选用N₂、甲烷、丙烷、乙烯和异丁烷，避开压缩过程中容易冷凝、和润滑油混溶的异戊烷，以保证液化装置稳定。

3)本实用新型中混合冷剂采取两级压缩，混合冷剂组分在冷却温度≥40℃时级间冷却不产生液相，以简化工艺设备。

4)天然气液化装置中，冷箱和冷剂压缩机属于关键设备。本实用新型工艺装置中预冷换热器及主冷换热器为铝制板翅式换热器；本实用新型中混合冷剂组分选择避开压缩过程中容易液化分离且和润滑油混溶的异戊烷，因此本实用新型中压缩机组可选用单机两级压缩一体式螺杆机组或高低压分体式螺杆或往复压缩机组，压缩机组的选择范围更加广泛。5)本实用新型的系统可以橇装化设计和制造，节省投资、占地面积及建设周期，便于随时搬迁及二次利用。

附图说明

在此描述的附图仅用于解释目的，而不意图以任何方式来限制本实用新型公开的范围。另外，图中的各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性的，用于帮助对本实用新型的理解，并不是具体限定本实用新型各部件的形状和比例尺寸。本领域的技术人员在本实用新型的教导下，可以根据具体情况选择各种可能的形状和比例尺寸来实施本实用新型。

图1为本实用新型的一优选实施例中的混合冷剂单循环两级节流制备LNG的系统及工艺流程图。

附图标记说明：

100 天然气管线

200 LNG管线

300 重烃管线

400 液态冷剂管线

500 气态冷剂管线

600 混合冷剂管线

LNG-101 冷箱预冷换热器

LNG-102 冷箱主冷换热器

C-101A 冷剂压缩机低压机组

A-101 冷剂压缩机低压级空冷器

E-101 冷剂压缩机低压级后冷器

V-101 冷剂压缩机低压级分离器

C-101B 冷剂压缩机高压机组

A-102 冷剂压缩机高压级空冷器

E-102 冷剂压缩机高压级后冷器

V-102 冷剂压缩机高压级分离器

V-103 冷剂第一分离器

V-104 冷剂第二分离器

V-105 重烃分离器

V-106 冷剂缓冲罐

J-T-01 液态冷剂J-T阀

J-T-02 气态冷剂J-T阀

J-T-03 液化天然气JT阀

R 物料循环

具体实施方式

为了更清楚地说明本实用新型，下面结合优选实施例和附图对本实用新型做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本实用新型的保护范围。

另外，在本实用新型中的实施例中所提到的一些方位词，例如“顶部”、“底部”、“左侧”、“右侧”等，这些方位词的含义与设备的放置情况有关，不应理解为对本实用新型保护范围的限制。

本实用新型在此提供一优选实施例，如图1所示，一种混合冷剂单循环两级节流制备LNG的系统，该系统包括：

天然气管线100、重烃分离器V-105、LNG管线200、重烃管线300、冷箱预冷换热器LNG-101、冷箱主冷换热器LNG-102、液化天然气JT阀J-T-03和混合冷剂循环机构。

所述天然气管线100自所述冷箱预冷换热器LNG-101顶部(图中左侧)进入、底部(图中右侧)引出，之后与所述重烃分离器V-105的进口连接，所述重烃分离器V-105顶部的气相出口与所述LNG管线200连接，所述LNG管线200自所述冷箱主冷换热器LNG-102顶部(图中左侧)进入、底部(图中右侧)引出，之后设置有液化天然气JT阀J-T-03。所述重烃分离器V-105底部的液相出口与所述重烃管线300连接，所述重烃管线300自所述冷箱预冷换热器LNG-101底部进入、顶部引出。

所述混合冷剂循环机构包括冷剂压缩机低压机组C-101A、冷剂压缩机低压级空冷器A-101、冷剂压缩机低压级后冷器E-101、冷剂压缩机低压级分离器V-101、冷剂压缩机高压机组C-101B、冷剂压缩机高压级空冷器A-102、冷剂压缩机高压级后冷器E-102、冷剂压缩机高压级分离器V-102、液态冷剂管线400、气态冷剂管线500、混合冷剂管线600、液态冷剂J-T阀J-T-01、冷剂第一分离器V-103、气态冷剂J-T阀J-T-02、冷剂第二分离器V-104和冷剂缓冲罐V-106。

所述冷剂压缩机低压机组C-101A的出口依次与所述冷剂压缩机低压级空冷器A-101、冷剂压缩机低压级后冷器E-101连接后，与所述冷剂压缩机低压级分离器V-101的进口连接，所述冷剂压缩机低压级分离器V-101的顶部气相出口与所述冷剂压缩机高压机组C-101B的进口连接，所述冷剂压缩机高压机组C-101B的出口依次与所述冷剂压缩机高压级空冷器A-102冷剂压缩机高压级后冷器E-102连接后，与所述冷剂压缩机高压级分离器V-102的进口连接。

所述冷剂压缩机高压级分离器V-102的顶部气相出口与所述气态冷剂管线500连接，所述气态冷剂管线500依次自所述冷箱预冷换热器LNG-101和所述冷箱主冷换热器LNG-102的顶部进入、底部引出，之后再自所述冷箱主冷换热器LNG-102底部进入、顶部引出，且所述气态冷剂管线500在所述冷箱主冷换热器LNG-102的底部侧设置有所述气态冷剂J-T阀J-T-02和所述冷剂第二分离器V-104，所述冷剂第二分离器V-104的顶部气相出口与底部液相出口合并之后自所述冷箱主冷换热器LNG-102底部进入、顶部引出。

所述冷剂压缩机高压级分离器V-102的底部液相出口与所述液态冷剂管线400连接，所述液态冷剂管线400自所述冷箱预冷换热器LNG-101顶部进入、底部引出，所液态冷剂管线400在所述冷箱预冷换热器LNG-101的底部侧设置有所述液态冷剂J-T阀J-T-01，之后与所述冷剂第一分离器V-103的进口连接，所述冷剂第一分离器V-103的顶部气相出口与底部液相出口，以及自所述冷箱主冷换热器LNG-102顶部引出的所述气态冷剂管线500合并成为所述混合冷剂管线600。

所述混合冷剂管线600自所述冷箱预冷换热器LNG-101底部进入、顶部引出，所述混合冷剂管线600自所述冷箱预冷换热器LNG-101顶部引出后，与所述冷剂缓冲罐V-106的进口连接，所述冷剂缓冲罐V-106的顶部气相出口与所述冷剂压缩机低压机组C-101A的进口连接。

该套系统生产LNG时的工艺流程包括：

来自净化装置的净化天然气由天然气管线100引入系统，自冷箱预冷换热器LNG-101顶部进入，冷却到一定温度后自冷箱预冷换热器LNG-101底部引出进入到重烃分离器V-105，重烃分离器V-105顶部分离出的气态原料气通过LNG管线200返回到冷箱主冷换热器LNG-102中被冷却、液化至-160℃经液化天然气JT阀J-T-03节流降到100kPa(G)、约-162℃时，产出LNG产品。重烃分离器V-105底部分离出的液相物料经重烃管线300自冷箱预冷换热器LNG-101底部进入、顶部引出，回收重烃冷量、给重烃复温后输出重烃产品。

本实用新型中的混合冷剂由N₂和CH₄～C₄H₁₀的混合物组成，混合冷剂在系统内循环利用。约0.3MPa·A的混合冷剂经冷剂压缩低压机组压缩C-101A后经级间冷却器(包括冷剂压缩机低压级空冷器A-101和冷剂压缩机低压级后冷器E-101)冷却至40℃，随后进入冷剂压缩机低压级分离器V-101(本优选实施例中控制级间不产生液相，为防止累积效应，也设置冷剂压缩机低压级分离器V-101)，气相进入冷剂压缩机高压机组C-101B继续加压至3.0MPa·A，经高压机冷却器(包括冷剂压缩机高压级空冷器A-102和冷剂压缩机高压级后冷器E-102)冷却至40℃后进入冷剂压缩机高压级分离器V-102进行气液分离。

冷剂压缩机高压级分离器V-102分离出的气态冷剂进入冷箱预冷换热器LNG-101和冷箱主冷换热器LNG-102冷却至一定温度，再经气态冷剂J-T阀J-T-02节流降温出现气液，此优选实施例中为使换热效果更好同时减少两相流管线振动，低温流体经冷剂第二分离器V-104分离气液相，分开引至冷箱主冷换热器LNG-102底部、在冷箱内混合，自下而上汽化为冷箱主冷换热器LNG-102和冷箱预冷换热器LNG-101提供冷量；该部分冷剂称为返流冷剂。

冷剂压缩机高压级分离器V-102分离出的液体通过液态冷剂管线400进入到冷箱的预冷段(即冷箱预冷换热器LNG-101)，在预冷段过冷后经液态冷剂J-T阀节流降温出现气液，为使换热效果更好同时减少两相流管线振动，低温流体经冷剂第一分离器V-103分离气液相，分开引至冷箱预冷换热器LNG-101底部、在冷箱内混合，且与返流冷剂混合共同为该段提供冷量，冷却原料净化天然气、气态冷剂以及需过冷的液态冷剂。

在冷箱中参与完换热的低压混合冷剂经冷剂缓冲罐V-106后进入混合冷剂压缩机入口，如此循环利用(图中物料循环R)，为天然气液化提供冷量。冷剂缓冲罐V-106分离出的气相冷剂循环利用，正常工况无液相产生，如果冷剂在冷箱内过冷可能会有微量液相析出，则在冷剂缓冲罐V-106底部引入一小股高温气体升温使这部分液体气化循环回系统。

天然气液化前处理工艺如天然气增压、净化(脱酸、脱水和脱汞等)，属本领域常规技术，在此不再赘述。

进一步的，所述冷箱预冷换热器LNG-101和冷箱主冷换热器LNG-102采用铝制板翅式换热器。

冷剂压缩机低压机组C-101A和冷剂压缩机高压机组C-101B采用螺杆式压缩机或活塞压缩机。

进一步的，本实用新型的系统可以采用橇装化设计和制造，节省投资、占地面积及建设周期，便于随时搬迁及二次利用。

显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本实用新型的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型的保护范围之列。

Claims (10)

1.一种混合冷剂单循环两级节流制备LNG的系统，其特征在于，该系统包括：

天然气管线(100)、重烃分离器(V-105)、LNG管线(200)、重烃管线(300)、冷箱预冷换热器(LNG-101)、冷箱主冷换热器(LNG-102)和混合冷剂循环机构；

所述天然气管线(100)自所述冷箱预冷换热器(LNG-101)顶部进入、底部引出，之后与所述重烃分离器(V-105)的进口连接，所述重烃分离器(V-105)顶部的气相出口与所述LNG管线(200)连接，所述LNG管线(200)自所述冷箱主冷换热器(LNG-102)顶部进入、底部引出；所述重烃分离器(V-105)底部的液相出口与所述重烃管线(300)连接，所述重烃管线(300)自所述冷箱预冷换热器(LNG-101)底部进入、顶部引出；

所述混合冷剂循环机构包括冷剂压缩机低压机组(C-101A)、冷剂压缩机低压级空冷器(A-101)、冷剂压缩机低压级后冷器(E-101)、冷剂压缩机高压机组(C-101B)、冷剂压缩机高压级空冷器(A-102)、冷剂压缩机高压级后冷器(E-102)、冷剂压缩机高压级分离器(V-102)、液态冷剂管线(400)、气态冷剂管线(500)、混合冷剂管线(600)、液态冷剂J-T阀(J-T-01)和气态冷剂J-T阀(J-T-02)；

所述冷剂压缩机低压机组(C-101A)的出口依次与所述冷剂压缩机低压级空冷器(A-101)、冷剂压缩机低压级后冷器(E-101)连接后，与所述冷剂压缩机高压机组(C-101B)的进口连接，所述冷剂压缩机高压机组(C-101B)的出口依次与所述冷剂压缩机高压级空冷器(A-102)冷剂压缩机高压级后冷器(E-102)连接后，与所述冷剂压缩机高压级分离器(V-102)的进口连接；

所述冷剂压缩机高压级分离器(V-102)的顶部气相出口与所述气态冷剂管线(500)连接，所述气态冷剂管线(500)依次自所述冷箱预冷换热器(LNG-101)和所述冷箱主冷换热器(LNG-102)的顶部进入、底部引出，之后再自所述冷箱主冷换热器(LNG-102)底部进入、顶部引出，且所述气态冷剂管线(500)在所述冷箱主冷换热器(LNG-102)的底部侧设置有所述气态冷剂J-T阀(J-T-02)；

所述冷剂压缩机高压级分离器(V-102)的底部液相出口与所述液态冷剂管线(400)连接，所述液态冷剂管线(400)自所述冷箱预冷换热器(LNG-101)顶部进入、底部引出，所液态冷剂管线(400)在所述冷箱预冷换热器(LNG-101)的底部侧设置有所述液态冷剂J-T阀(J-T-01)，之后与自所述冷箱主冷换热器(LNG-102)顶部引出的所述气态冷剂管线(500)合并成为所述混合冷剂管线(600)；所述混合冷剂管线(600)自所述冷箱预冷换热器(LNG-101)底部进入、顶部引出，之后循环至与所述冷剂压缩机低压机组(C-101A)的进口连接。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述LNG管线(200)在所述冷箱主冷换热器(LNG-102)的底部侧设置有液化天然气JT阀(J-T-03)。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述混合冷剂循环机构还包括冷剂压缩机低压级分离器(V-101)；

所述冷剂压缩机低压级后冷器(E-101)的出口与所述冷剂压缩机低压级分离器(V-101)的进口连接，所述冷剂压缩机低压级分离器(V-101)的顶部气相出口与所述冷剂压缩机高压机组(C-101B)的进口连接。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述冷剂压缩机低压级分离器(V-101)还包括底部液相出口。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述混合冷剂循环机构还包括冷剂第一分离器(V-103)；

所液态冷剂管线(400)在所述液态冷剂J-T阀(J-T-01)之后与所述冷剂第一分离器(V-103)的进口连接，所述冷剂第一分离器(V-103)的顶部气相出口与底部液相出口，以及自所述冷箱主冷换热器(LNG-102)顶部引出的所述气态冷剂管线(500)合并成为所述混合冷剂管线(600)。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述混合冷剂循环机构还包括冷剂第二分离器(V-104)；

所述气态冷剂管线(500)在所述气态冷剂J-T阀(J-T-02)之后与所述冷剂第二分离器(V-104)的进口连接，所述冷剂第二分离器(V-104)的顶部气相出口与底部液相出口合并之后自所述冷箱主冷换热器(LNG-102)底部进入、顶部引出。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述混合冷剂循环机构还包括冷剂缓冲罐(V-106)；

所述混合冷剂管线(600)自所述冷箱预冷换热器(LNG-101)顶部引出后，与所述冷剂缓冲罐(V-106)的进口连接，所述冷剂缓冲罐(V-106)的顶部气相出口与所述冷剂压缩机低压机组(C-101A)的进口连接。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述冷箱预冷换热器(LNG-101)和冷箱主冷换热器(LNG-102)采用铝制板翅式换热器。

9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述冷剂压缩机低压机组(C-101A)和冷剂压缩机高压机组(C-101B)采用单机多级一体式螺杆机组、高低压分体式螺杆机组或者往复机组。

10.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统采用橇装化设计。

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