RU2796115C1 - Device and method for three-cycle natural gas liquefaction suitable for ultra-large scale - Google Patents
Device and method for three-cycle natural gas liquefaction suitable for ultra-large scale Download PDFInfo
- Publication number
- RU2796115C1 RU2796115C1 RU2021133528A RU2021133528A RU2796115C1 RU 2796115 C1 RU2796115 C1 RU 2796115C1 RU 2021133528 A RU2021133528 A RU 2021133528A RU 2021133528 A RU2021133528 A RU 2021133528A RU 2796115 C1 RU2796115 C1 RU 2796115C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- propane
- cmr
- wmr
- heat exchanger
- compressor
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИFIELD OF TECHNOLOGY
Настоящее изобретение относится к области техники криогенного сжижения природного газа, в частности к аппарату и способу трехциклового сжижения природного газа, подходящих для ультракрупных масштабов, при этом нагрузки предварительного охлаждения, сжижения и переохлаждения распределены по трехэтапному циклу охлаждения, применено высокоэффективное оборудование и упрощена соответствующая последовательность операций, тем самым удовлетворяя требованиям конструирования аппарата сжижения природного газа в ультракрупных масштабах с производственной мощностью одной технологической линии 6-8 миллионов тонн в год.The present invention relates to the field of cryogenic liquefaction of natural gas, in particular to an apparatus and method for three-cycle liquefaction of natural gas, suitable for ultra-large scale, while the loads of pre-cooling, liquefaction and sub-cooling are distributed over a three-stage refrigeration cycle, high-efficiency equipment is used, and the corresponding sequence of operations is simplified , thereby satisfying the requirements of ultra-large-scale natural gas liquefaction apparatus design, with a single production line capacity of 6-8 million tons per year.
ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯBACKGROUND OF THE INVENTION
С непрерывным развитием технологий и оборудования для сжиженного природного газа (LNG) в строительстве заводов LNG по всему миру предпочтительными являются крупномасштабные установки с производственной мощностью одной технологической линии, достигающей в большинстве случаев 3-5,5 миллиона метрических тонн в год и вплоть до 7,8 миллиона метрических тонн в год. Технологии сжижения, применяемые по всему миру в аппаратах для крупномасштабного производства LNG, главным образом включают процессы C3MR, DMR и АР-Х от APCI, процесс Оптимизированного каскада от ConocoPhillips, процесс MFC от Linde Group и процесс DMR от Shell. Применение аппаратов для крупномасштабного производства LNG может снизить стоимость производства единицы продукции LNG для реализации эффекта масштаба.With the continuous development of technology and equipment for liquefied natural gas (LNG) in the construction of LNG plants around the world, large-scale plants with a production capacity of one process line reaching in most cases 3-5.5 million metric tons per year and up to 7, 8 million metric tons per year. The liquefaction technologies used worldwide in large scale LNG production units mainly include APCI's C3MR, DMR and AP-X processes, ConocoPhillips' Optimized Cascade process, Linde Group's MFC process and Shell's DMR process. The use of large-scale LNG production machines can reduce the production cost per unit of LNG production to realize economies of scale.
Максимальная производственная мощность одной технологической линии аппарата для производства LNG в Китае составляет 1,2 миллиона метрических тонн в год, где применяют процесс многоэтапного однокомпонентного охлаждения и сжижения (MSC). Установка для сжижения LNG с производственной мощностью одной технологической линии в 3,5 миллиона метрических тонн в год была разработана на основе процесса MSC. Однако процесс не удовлетворяет требованиям к строительству аппарата для производства LNG в ультракрупных масштабах с производственной мощностью одной технологической линии 6-8 миллионов метрических тонн в год. Следовательно, необходимо разработать процесс сжижения природного газа, подходящий для аппарата для сжижения природного газа в ультракрупных масштабах с производственной мощностью 6 8 миллионов метрических тонн в год.The maximum production capacity of one LNG production line in China is 1.2 million metric tons per year, which uses the multi-stage single-component refrigeration and liquefaction (MSC) process. The LNG liquefaction plant with a single line production capacity of 3.5 million metric tons per year was developed based on the MSC process. However, the process does not meet the requirements for building an ultra-large-scale LNG production apparatus with a single production line capacity of 6-8 million metric tons per year. Therefore, it is necessary to develop a natural gas liquefaction process suitable for an ultra-large scale natural gas liquefaction apparatus with a production capacity of 68 million metric tons per year.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION
Для преодоления недостатков существующих технологий в настоящем изобретении предоставлены аппарат и способ трехциклового сжижения природного газа, подходящие для ультракрупных масштабов, которые обладают преимуществами простой последовательности операций и энергосбережения.To overcome the shortcomings of existing technologies, the present invention provides a three-cycle natural gas liquefaction apparatus and method suitable for ultra-large scale, which has the advantages of simple operation sequence and energy saving.
Техническая схема, принятая в настоящем изобретении, представляет собой аппарат трехциклового сжижения природного газа, подходящий для ультракрупных масштабов, содержащий систему труб для сжижения природного газа, систему цикла предварительного охлаждения пропаном, систему цикла теплого смешанного охлаждения (далее именуемого WMR) и систему цикла холодного смешанного охлаждения (далее именуемого CMR), при этом:The technical scheme adopted in the present invention is a three-cycle natural gas liquefaction apparatus suitable for ultra-large scale, comprising a natural gas liquefaction pipe system, a propane pre-cooling cycle system, a warm mixed refrigeration (hereinafter referred to as WMR) cycle system, and a cold mixed cycle system. cooling (hereinafter referred to as CMR), while:
система труб для сжижения природного газа содержит пропановый теплообменник, теплообменник WMR, теплообменник CMR, детандер LNG, расширительный бак LNG и подпиточный насос LNG, которые соединены последовательно;the piping system for liquefying natural gas comprises a propane heat exchanger, a WMR heat exchanger, a CMR heat exchanger, an LNG expander, an LNG expansion tank, and an LNG make-up pump, which are connected in series;
система цикла предварительного охлаждения пропаном содержит пропановый теплообменник, пропановый компрессор, концевой холодильник пропанового компрессора, пропановый отбойный сепаратор высокого давления, пропановый отбойный сепаратор среднего давления и пропановый отбойный сепаратор низкого давления, которые используют для предварительного охлаждения природного газа, хладагента WMR и хладагента CMR;the propane pre-cooling cycle system comprises a propane heat exchanger, a propane compressor, a propane compressor aftercooler, a high pressure propane decoupler, a medium pressure propane decoupler and a low pressure propane decoupler, which are used for pre-cooling natural gas, WMR refrigerant and CMR refrigerant;
система цикла охлаждения WMR содержит теплообменник WMR, входной сепаратор компрессора WMR, компрессор WMR, концевой холодильник компрессора WMR и детандер WMR, которые используют для дополнительного охлаждения и частичного сжижения природного газа и хладагента CMR; иthe WMR refrigeration cycle system comprises a WMR heat exchanger, a WMR compressor inlet separator, a WMR compressor, a WMR compressor aftercooler, and a WMR expander, which are used for post-cooling and partial liquefaction of natural gas and CMR refrigerant; And
система цикла охлаждения CMR содержит теплообменник CMR, входной сепаратор компрессора CMR, компрессор CMR, концевой холодильник компрессора CMR и детандер CMR, которые используют для обеспечения охлаждающей способности для общего сжижения и переохлаждения природного газа и хладагента CMR.The CMR refrigeration cycle system comprises a CMR heat exchanger, a CMR compressor inlet separator, a CMR compressor, a CMR compressor aftercooler, and a CMR expander that are used to provide cooling capacity for the total liquefaction and subcooling of natural gas and CMR refrigerant.
В настоящем изобретении дополнительно раскрыт способ трехциклового сжижения природного газа, подходящий для ультракрупных масштабов, включающий следующие этапы:The present invention further discloses a three-cycle natural gas liquefaction process suitable for ultra-large scale, comprising the following steps:
1) система цикла охлаждения пропаном обеспечивает охлаждающую способность для предварительного охлаждения природного газа, хладагента WMR и хладагента CMR:1) Propane refrigeration cycle system provides cooling capacity for pre-cooling natural gas, WMR refrigerant and CMR refrigerant:
пропан, давление которого повышают посредством пропанового компрессора и который охлаждают посредством пропанового концевого холодильника, разделяют на два потока, один поток жидкофазного пропана входит в пропановый теплообменник после дросселирования и сброса давления первым дросселирующим клапаном пропана высокого давления, тем самым обеспечивая охлаждающую способность для охлаждения природного газа, хладагента WMR и хладагента CMR, а газофазный пропан, выходящий из пропанового теплообменника, возвращают во входной сепаратор высокого давления пропанового компрессора; другой поток жидкого пропана входит в пропановый отбойный сепаратор высокого давления для разделения газа и жидкости после дросселирования и сброса давления вторым дросселирующим клапаном пропана высокого давления, при этом: газофазный пропан, выходящий из верхней части отбойного сепаратора, входит во входное отверстие для всасывания высокого давления пропанового компрессора, а жидкую фазу, выходящую из нижней части отбойного сепаратора, разделяют на два потока, один поток жидкофазного пропана входит в пропановый теплообменник после дросселирования и сброса давления первым дросселирующим клапаном пропана среднего давления, тем самым обеспечивая охлаждающую способность для непрерывного охлаждения природного газа, хладагента WMR и хладагента CMR, а газофазный пропан, выходящий из пропанового теплообменника, возвращают во входное отверстие для всасывания среднего давления пропанового компрессора; другой поток жидкофазного пропана входит в пропановый отбойный сепаратор среднего давления для разделения газа и жидкости после дросселирования и сброса давления вторым дросселирующим клапаном пропана среднего давления, газофазный пропан, выходящий из верхней части отбойного сепаратора, входит во входное отверстие для всасывания среднего давления пропанового компрессора, жидкофазный пропан, выходящий из нижней части отбойного сепаратора, входит в пропановый теплообменник после дросселирования и сброса давления дросселирующим клапаном пропана низкого давления, тем самым обеспечивая охлаждающую способность для непрерывного охлаждения природного газа, хладагента WMR и хладагента CMR, а газофазный пропан, выходящий из пропанового теплообменника, входит во входное отверстие для всасывания низкого давления пропанового компрессора через пропановый отбойный сепаратор низкого давления; и давление пропана низкого давления, пропана среднего давления и пропана высокого давления повышают посредством пропанового компрессора для очередного цикла;propane, which is pressurized by the propane compressor and cooled by the propane aftercooler, is divided into two streams, one liquid phase propane stream enters the propane heat exchanger after being throttled and depressurized by the first high pressure propane throttling valve, thereby providing cooling capacity for natural gas cooling , WMR refrigerant and CMR refrigerant, and gas-phase propane leaving the propane heat exchanger is returned to the inlet high pressure separator of the propane compressor; another flow of liquid propane enters the high pressure propane impact separator to separate gas and liquid after throttling and depressurization by the second high pressure propane throttling valve, while: gas-phase propane leaving the top of the impact separator enters the propane high pressure suction inlet of the compressor, and the liquid phase leaving the bottom of the baffle separator is divided into two streams, one liquid phase propane stream enters the propane heat exchanger after throttling and depressurizing by the first medium pressure propane throttling valve, thereby providing cooling capacity for continuous cooling of natural gas, refrigerant WMR and CMR refrigerant, and gas-phase propane leaving the propane heat exchanger is returned to the medium pressure suction inlet of the propane compressor; another flow of liquid phase propane enters the medium pressure propane impactor to separate gas and liquid after being throttled and depressurized by the second medium pressure propane throttling valve, the gas phase propane exiting the top of the impactor enters the medium pressure suction inlet of the propane compressor, liquid phase propane leaving the bottom of the fender separator enters the propane heat exchanger after being throttled and depressurized by the low pressure propane throttling valve, thereby providing cooling capacity for continuous cooling of natural gas, WMR refrigerant and CMR refrigerant, and gas-phase propane leaving the propane heat exchanger, enters the low pressure suction inlet of the propane compressor through the low pressure propane baffle separator; and the low pressure propane, medium pressure propane and high pressure propane are pressurized by the propane compressor for the next cycle;
2) система охлаждения WMR обеспечивает охлаждающую способность для дополнительного охлаждения и частичного сжижения природного газа и хладагента CMR:2) The WMR refrigeration system provides the cooling capacity for post-cooling and partial liquefaction of natural gas and CMR refrigerant:
хладагент WMR, выходящий из нижней части теплообменника WMR, входит во входной сепаратор компрессора WMR и затем входит в пропановый теплообменник для охлаждения и сжижения после повышения давления посредством компрессора WMR и охлаждения посредством охладителя WMR; жидкий WMR входит в теплообменник WMR для дополнительного охлаждения, затем выходит из его верхней части, затем расширяется до низкого давления при помощи детандера WMR и входит в теплообменник WMR для обеспечения охлаждающей способности для дополнительного охлаждения и частичного сжижения природного газа, хладагента WMR и хладагента CMR; и хладагент WMR низкого давления, выходящий из нижней части теплообменника WMR, возвращается во входной сепаратор компрессора WMR для очередного цикла; иthe WMR refrigerant leaving the bottom of the WMR heat exchanger enters the WMR compressor inlet separator and then enters the propane heat exchanger for cooling and liquefaction after being pressurized by the WMR compressor and cooled by the WMR chiller; liquid WMR enters the WMR heat exchanger for additional cooling, then exits the top of it, then expands to low pressure with the WMR expander and enters the WMR heat exchanger to provide cooling capacity for additional cooling and partial liquefaction of natural gas, WMR refrigerant and CMR refrigerant; and the low pressure WMR refrigerant leaving the bottom of the WMR heat exchanger is returned to the inlet separator of the WMR compressor for the next cycle; And
3) система охлаждения CMR обеспечивает охлаждающую способность для общего сжижения и переохлаждения природного газа и хладагента CMR;3) CMR refrigeration system provides cooling capacity for general liquefaction and subcooling of natural gas and CMR refrigerant;
хладагент CMR выходит из верхней части теплообменника CMR после повышения давления посредством компрессора CMR и охлаждения посредством охладителя CMR, пропанового теплообменника, теплообменника WMR и теплообменника CMR последовательно, затем расширяется до низкого давления при помощи детандера CMR и входит в теплообменник CMR для обеспечения охлаждающей способности для сжижения и переохлаждения природного газа и самого хладагента CMR; и хладагент CMR низкого давления, выходящий из нижней части теплообменника CMR, возвращается во входной сепаратор входного отверстия компрессора CMR для очередного цикла.CMR refrigerant leaves the top of the CMR heat exchanger after being pressurized by the CMR compressor and cooled by the CMR refrigerant, propane heat exchanger, WMR heat exchanger and CMR heat exchanger in series, then expanded to low pressure by the CMR expander and enters the CMR heat exchanger to provide cooling capacity for liquefaction and subcooling of natural gas and the CMR refrigerant itself; and the low pressure CMR refrigerant exiting the bottom of the CMR heat exchanger is returned to the CMR compressor inlet separator for the next cycle.
По сравнению с известным уровнем техники настоящее изобретение имеет следующие положительные эффекты:Compared with the prior art, the present invention has the following positive effects:
на основании трех циклов настоящее изобретение распределяет нагрузку охлаждения каждого этапа; природный газ последовательно охлаждают одним ребристым пластинчатым теплообменником и двумя теплообменниками змеевикового типа, пока природный газ не будет сжижен и переохлажден; и аппарат для сжижения природного газа может реализовывать производственную мощность одной технологической линии, равную 6-8 миллионов метрических тонн в год, с небольшим количеством оборудования для обработки; охлаждающая способность, необходимая в процессе сжижения, обеспечивается тремя системами пропана, хладагента WMR и хладагента CMR; и система поддерживает различные средства регулировки для обеспечения необходимой охлаждающей способности, гибких операций и высокой адаптивности к различным составам исходного газа. По сравнению с известными технологиями настоящее изобретение характеризуется тем, что:based on three cycles, the present invention distributes the cooling load of each stage; the natural gas is sequentially cooled by one finned plate heat exchanger and two coil-type heat exchangers until the natural gas is liquefied and subcooled; and the natural gas liquefaction apparatus can realize the production capacity of one process line of 6-8 million metric tons per year with a small amount of processing equipment; the cooling capacity required in the liquefaction process is provided by three systems of propane, WMR refrigerant and CMR refrigerant; and the system supports various means of adjustment to ensure the required cooling capacity, flexible operation and high adaptability to different feed gas compositions. Compared with known technologies, the present invention is characterized in that:
1. настоящее изобретение является инновацией и улучшением на основании многоэтапного однокомпонентного процесса сжижения (процесс MSC), которое имеет практическое техническое применение, а технология процесса обладает непрерывностью. По сравнению с процессом MSC настоящее изобретение имеет следующие преимущества:1. The present invention is an innovation and improvement based on a multi-stage one-component liquefaction process (MSC process), which has a practical technical application, and the process technology has continuity. Compared with the MSC process, the present invention has the following advantages:
1) в процессе MSC применяют предварительное охлаждение пропиленом + охлаждение этиленом + сжижение и переохлаждение смешанным хладагентом (состоящим главным образом из метана и азота). В настоящем изобретении в цикле предварительного охлаждения применяют пропан, и в цикле охлаждения применяют смешанный хладагент, главным образом содержащий этан, за которым следуют метан и пропан; и для цикла сжижения и переохлаждения в качестве хладагента используют смешанный хладагент, содержащий азот, метан и этан.1) The MSC process uses propylene pre-cooling + ethylene refrigeration + liquefaction and subcooling with a mixed refrigerant (mainly methane and nitrogen). In the present invention, propane is used in the pre-cooling cycle, and a mixed refrigerant mainly containing ethane followed by methane and propane is used in the refrigeration cycle; and for the liquefaction and subcooling cycle, a mixed refrigerant containing nitrogen, methane and ethane is used as a refrigerant.
2) Смешанный хладагент применяют в секции охлаждения и секции сжижения и переохлаждения соответственно. Нагрузку каждого цикла охлаждения регулируют в сочетании с необязательным выбором привода компрессора, тем самым гибко регулируя температуры охлаждения, сжижения и переохлаждения природного газа с улучшенной операционной адаптивностью.2) The mixed refrigerant is used in the refrigeration section and the liquefaction and subcooling section, respectively. The load of each refrigeration cycle is controlled in conjunction with the optional selection of a compressor driver, thereby flexibly adjusting natural gas refrigeration, liquefaction and subcooling temperatures with improved operational adaptability.
3) В процессе MSC в системе охлаждения пропиленом и в системе охлаждения этиленом применяют кожухотрубные теплообменники или теплообменники CIK для теплообмена, а в цикле охлаждения метаном применяют ребристый пластинчатый теплообменник; в настоящем изобретении высокоэффективный ребристый пластинчатый теплообменник применяют в секции предварительного охлаждения пропаном, таким образом, система теплообмена является высокоинтегрированной и имеет такие преимущества, как упрощенная последовательность операций и экономичность в плане занимаемого места; и главный криогенный теплообменник WMR и главный криогенный теплообменник CMR, использованные в настоящем изобретении, являются теплообменниками змеевикового типа, которые могут обеспечивать большую область теплопередачи, таким образом, являясь полезными для реализации большой производственной мощности одной технологической линии.3) In the MSC process, the propylene cooling system and the ethylene cooling system use shell and tube heat exchangers or CIK heat exchangers for heat exchange, and the methane cooling cycle uses a finned plate heat exchanger; in the present invention, a high-efficiency finned plate heat exchanger is used in the propane pre-cooling section, so the heat exchange system is highly integrated and has advantages such as simplified operation sequence and space saving; and the WMR main cryogenic heat exchanger and the CMR main cryogenic heat exchanger used in the present invention are coil-type heat exchangers that can provide a large heat transfer area, thus being useful for realizing a large production capacity of one process line.
2. В двухконтурном процессе сжижения со смешанным хладагентом (процесс DMR) реализуют предварительное охлаждение, сжижение и переохлаждение природного газа посредством цикла двухэтапного охлаждения смешанным хладагентом. По сравнению с процессом DMR в настоящем изобретении применяют цикл трехциклового охлаждения для распределения тепловой нагрузки каждого этапа, тем самым реализуя создание аппарата для сжижения природного газа в ультракрупных масштабах с производственной мощностью одной технологической линии 6-8 миллионов метрических тонн в год.2. The two-loop mixed refrigerant liquefaction process (DMR process) implements pre-cooling, liquefaction, and sub-cooling of natural gas through a two-stage mixed refrigerant refrigeration cycle. Compared with the DMR process, the present invention adopts a three-cycle refrigeration cycle to distribute the heat load of each stage, thereby realizing an ultra-large-scale natural gas liquefaction apparatus with a single line production capacity of 6-8 million metric tons per year.
3. Процесс MFC является процессом трехциклового охлаждения, в котором смешанные хладагенты используют для охлаждения в секции предварительного охлаждения, секции сжижения и секции переохлаждения; по сравнению с MFC в секции предварительного охлаждения по настоящему изобретению применяют хладагент в виде чистого пропана.3. The MFC process is a three-cycle refrigeration process in which mixed refrigerants are used for cooling in the pre-cooling section, liquefaction section and sub-cooling section; compared to MFC, the pre-cooling section of the present invention uses pure propane refrigerant.
4. AP-X является еще одним процессом трехциклового цикла охлаждения, в котором хладагент в виде пропана используют для секции предварительного охлаждения, смешанный хладагент в секции сжижения, а расширение азота в секции переохлаждения. По сравнению с процессом АР-Х в секции переохлаждения по настоящему изобретению применяют смешанный хладагент для охлаждения.4. AP-X is another three-cycle refrigeration cycle process that uses propane refrigerant in the pre-cooling section, mixed refrigerant in the liquefaction section, and nitrogen expansion in the sub-cooling section. Compared to the AP-X process, the subcooling section of the present invention uses a mixed refrigerant for cooling.
5. Согласно настоящему изобретению дросселирование WMR, дросселирование CMR и дросселирование LNG высокого давления реализуют посредством гидравлических турбодетандеров изоэнтропического расширения. По сравнению с традиционными дросселирующими клапанами изентальпического расширения гидравлические турбодетандеры имеют более высокую эффективность расширения, благодаря чему производство продукта LNG увеличивается на 1% - 3%, а потребление энергии на единицу продукта LNG снижается на 1% - 3%.5. According to the present invention, WMR throttling, CMR throttling, and high pressure LNG throttling are implemented by isentropic expansion hydraulic turboexpanders. Compared with traditional isenthalpic expansion throttling valves, hydraulic turbo expanders have higher expansion efficiency, which can increase the production of LNG product by 1% - 3% and reduce the energy consumption per unit of LNG product by 1% - 3%.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЕРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВBRIEF DESCRIPTION OF THE ERAPHY MATERIALS
Изобретение описано в комбинации с вариантами осуществления и сопроводительным графическим материалом, на котором:The invention is described in combination with embodiments and accompanying drawings, in which:
на фигуре изображена последовательность операций по настоящему изобретению.the figure shows the sequence of operations according to the present invention.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯDETAILED DESCRIPTION OF EMBODIMENTS
На фигуре показан аппарат трехциклового сжижения природного газа, подходящий для ультракрупных масштабов, содержащий ребристый пластинчатый теплообменник 1 для предварительного охлаждения пропаном, теплообменник 2 змеевикового типа WMR, теплообменник 3 змеевикового типа CMR, гидравлический турбодетандер 4 LNG, расширительный бак 5 LNG, подпиточный насос 6 LNG, пропановый компрессор 7, концевой холодильник 8 пропанового компрессора, первый дросселирующий клапан 9 пропана высокого давления, второй дросселирующий клапан 10 пропана высокого давления, пропановый отбойный сепаратор 11 высокого давления, первый дросселирующий клапан 12 пропана среднего давления, второй дросселирующий клапан 13 пропана среднего давления, пропановый отбойный сепаратор 14 среднего давления, дросселирующий клапан 15 пропана низкого давления, пропановый отбойный сепаратор 16 низкого давления, входной сепаратор 17 компрессора WMR, компрессор 18 WMR, концевой холодильник 19 компрессора WMR, гидравлический турбодетандер 20 WMR, входной сепаратор 21 компрессора CMR, компрессор 22 CMR, концевой холодильник 23 компрессора CMR и гидравлический турбодетандер 24 CMR, при этом:The figure shows a three-cycle natural gas liquefaction apparatus suitable for ultra-large scale, comprising a finned plate heat exchanger 1 for propane pre-cooling, a WMR coil type heat exchanger 2, a CMR coil type heat exchanger 3, a
ребристый пластинчатый теплообменник 1 для предварительного охлаждения пропаном, теплообменник 2 змеевикового типа WMR, теплообменник 3 змеевикового типа CMR, гидравлический турбодетандер 4 LNG, расширительный бак 5 LNG и подпиточный насос 6 LNG соединены последовательно;finned plate heat exchanger 1 for propane pre-cooling, coil type WMR heat exchanger 2, coil type CMR heat exchanger 3,
пропановый компрессор 7, концевой холодильник 8 пропанового компрессора, первый дросселирующий клапан 9 пропана высокого давления, ребристый пластинчатый теплообменник 1 для предварительного охлаждения пропаном и входное отверстие для всасывания высокого давления пропанового компрессора 7 соединены последовательно;the
концевой холодильник 8 пропанового компрессора, второй дросселирующий клапан 10 пропана высокого давления, пропановый отбойный сепаратор 11 высокого давления, первый дросселирующий клапан 12 пропана среднего давления, ребристый пластинчатый теплообменник 1 для предварительного охлаждения пропаном и входное отверстие для всасывания среднего давления пропанового компрессора 7 соединены последовательно;a propane
пропановый отбойный сепаратор 11 высокого давления, второй дросселирующий клапан 13 пропана среднего давления, пропановый отбойный сепаратор 14 среднего давления, дросселирующий клапан 15 пропана низкого давления, ребристый пластинчатый теплообменник 1 для предварительного охлаждения пропаном, пропановый отбойный сепаратор 16 низкого давления и входное отверстие для всасывания низкого давления пропанового компрессора 7 соединены последовательно;high
газофазное выпускное отверстие пропанового отбойного сепаратора 11 высокого давления соединено со всасывающей линией высокого давления пропанового компрессора 7; и газофазное выпускное отверстие пропанового отбойного сепаратора 14 среднего давления соединено со всасывающей линией среднего давления пропанового компрессора 7.the gas phase outlet of the high
Входной сепаратор 17 компрессора WMR, компрессор 18 WMR, концевой холодильник 19 компрессора WMR, ребристый пластинчатый теплообменник 1 для предварительного охлаждения пропаном, теплообменник 2 змеевикового типа WMR и гидравлический турбодетандер 20 WMR соединены последовательно.WMR
Входной сепаратор 21 компрессора CMR, компрессор 22 CMR, концевой холодильник 23 компрессора CMR, ребристый пластинчатый теплообменник 1 для предварительного охлаждения пропаном, теплообменник 2 змеевикового типа WMR, теплообменник 3 змеевикового типа CMR и гидравлический турбодетандер 24 CMR соединены последовательно.The CMR
В настоящем изобретении дополнительно предоставлен способ трехциклового сжижения природного газа, подходящий для ультракрупных масштабов, включающий следующие этапы:The present invention further provides a three-cycle natural gas liquefaction process suitable for ultra-large scale, comprising the following steps:
1) система предварительного охлаждения пропаном осуществляет предварительное охлаждение природного газа, WMR и CMR до -30°С - -39°С:1) propane pre-cooling system pre-cools natural gas, WMR and CMR to -30°C - -39°C:
давление пропана доводят до 1,5 МПа абс.- 2,5 МПа абс.пропановым компрессором 7, и пропан охлаждают до 20°С - 50°С пропановым охладителем 8 и разделяют на два потока, один поток жидкофазного пропана (приблизительно 15% - 25%) входит в ребристый пластинчатый теплообменник 1 для предварительного охлаждения пропаном после дросселирования и сброса давления до 0,3 МПа абс. - 0,6 МПа абс. первым дросселирующим клапаном 9 пропана высокого давления, тем самым охлаждая природный газ, хладагент WMR и хладагент CMR (до 20°С - 0°С), а газофазный пропан, выходящий из ребристого пластинчатого теплообменника 1, возвращают во входное отверстие для всасывания высокого давления пропанового компрессора 7; другой поток жидкофазного пропана (75% - 85%) входит в пропановый отбойный сепаратор 11 высокого давления для разделения газа и жидкости после дросселирования и сброса давления до 0,3 МПа абс.- 0,6 МПа абс. вторым дросселирующим клапаном 10 пропана высокого давления, а газофазный пропан, выходящий из верхней части отбойного сепаратора, возвращают во входное отверстие для всасывания высокого давления пропанового компрессора 7;the propane pressure is adjusted to 1.5 MPa abs.-2.5 MPa abs.
жидкую фазу, выходящую из нижней части пропанового отбойного сепаратора 11 высокого давления, разделяют на два потока, один поток жидкофазного пропана (45% - 55%) входит в ребристый пластинчатый теплообменник 1 для предварительного охлаждения пропаном после дросселирования и сброса давления до 0,2 МПа абс. - 0,35 МПа абс. первым дросселирующим клапаном 12 пропана среднего давления, тем самым охлаждая природный газ, хладагент WMR и хладагент CMR до -10°С -20°С, а газофазный пропан, выходящий из ребристого пластинчатого теплообменника, возвращают во входное отверстие для всасывания среднего давления пропанового компрессора 7; другой поток жидкофазного пропана (45% - 55%) входит в пропановый отбойный сепаратор 14 среднего давления для разделения газа и жидкости после дросселирования и сброса давления до 0,2 МПа абс. - 0,35 МПа абс. вторым дросселирующим клапаном 13 пропана среднего давления, а жидкофазный пропан, выходящий из верхней части отбойного сепаратора, возвращают во входное отверстие для всасывания среднего давления пропанового компрессора 7;the liquid phase leaving the lower part of the high-
жидкофазный пропан, выходящий из пропанового отбойного сепаратора 14 среднего давления, входит в ребристый пластинчатый теплообменник 1 для предварительного охлаждения пропаном после дросселирования и сброса давления до 0,1 МПа абс. - 0,2 МПа абс. дросселирующим клапаном 15, тем самым охлаждая природный газ, хладагент WMR и хладагент CMR до -30°С - -39°С, а газофазный пропан, выходящий из ребристого пластинчатого теплообменника 1 для предварительного охлаждения пропаном, возвращают во входное отверстие для всасывания низкого давления пропанового компрессора 7 через пропановый отбойный сепаратор 16 низкого давления; иliquid-phase propane leaving the medium
давление пропана низкого давления, пропана среднего давления и пропана высокого давления повышают посредством пропанового компрессора 7 для очередного цикла;the pressure of low pressure propane, medium pressure propane and high pressure propane is increased by the
2) система охлаждения WMR охлаждает природный газ и хладагент CMR до -65°С -95°С:2) WMR refrigeration system cools natural gas and CMR refrigerant to -65°C -95°C:
хладагент WMR, выходящий из нижней части теплообменника 2 змеевикового типа WMR, входит во входной сепаратор 17 компрессора WMR и затем входит в ребристый пластинчатый теплообменник 1 для предварительного охлаждения пропаном для охлаждения до -30°С - -39°С и сжижения после повышения давления до 3 МПа абс.- 5 МПа абс. компрессором 18 WMR и охлаждения до 20°С - 50°С охладителем 19 WMR; жидкий WMR входит в теплообменник 2 змеевикового типа WMR для дополнительного охлаждения до -65°С -95°С, затем выходит из его верхней части, расширяется до 0,2 МПа абс.0,5 МПа абс.(при -70°С - -100°С) гидравлическим детандером 20 WMR и входит в теплообменник 2 змеевикового типа WMR для охлаждения природного газа, хладагента WMR и хладагента CMR до -65°С - -95°С; и хладагент WMR низкого давления (0,2 МПа абс.0,5 МПа абс, -35°С -45°С), выходящий из нижней части теплообменника 2 змеевикового типа WMR, возвращается во входной сепаратор 17 компрессора WMR для очередного цикла;the WMR refrigerant leaving the bottom of the coil type WMR heat exchanger 2 enters the
3) система охлаждения CMR обеспечивает охлаждающую способность для сжижения и переохлаждения природного газа и хладагента CMR;3) CMR refrigeration system provides cooling capacity for liquefying and subcooling natural gas and CMR refrigerant;
в качестве хладагента системы охлаждения CMR давление хладагента CMR повышают до 5 МПа абс.- 8 МПа абс. посредством компрессора 22 CMR, а затем охлаждают до 20°С - 50°С концевым холодильником 23 компрессора CMR, до -30°С - -39°С ребристым пластинчатым теплообменником 1 для предварительного охлаждения пропаном, до -65°С - -95°С теплообменником 2 змеевикового типа WMR и до -155°С - -160°С в теплообменнике 3 змеевикового типа CMR; и хладагент CMR выходит из верхней части теплообменника 3 змеевикового типа CMR, затем расширяется до 0,2 МПа абс.0,5 МПа абс. при помощи гидравлического детандера 24 CMR и входит в теплообменник 3 змеевикового типа CMR для обеспечения охлаждающей способности для сжижения и переохлаждения природного газа и самого хладагента CMR; и CMR низкого давления (0,2 МПа абс. - 0,5 МПа абс, -75°С - -95°С), выходящий из нижней части теплообменника 3 змеевикового типа CMR, возвращается во входной сепаратор 21 компрессора CMR для очередного цикла;as a refrigerant of the CMR cooling system, the pressure of the CMR refrigerant is increased to 5 MPa abs. - 8 MPa abs. through the
4) расширение и парообразование LNG высокого давления.4) expansion and vaporization of high pressure LNG.
Природный газ, выходящий из верхней части теплообменника 3 змеевикового типа CMR, был сжижен и переохлажден до -155°С - -160°С. Переохлажденный природный газ расширяют до 120 кПа абс. (при -160°С - -163°С) посредством гидравлического турбодетандера 4 LNG, и он входит в расширительный бак 5 LNG для парообразования. Отпарной газ (BOG) отправляют в расположенные ниже по потоку устройства для сжатия BOG, a LNG в нижней части расширительного бака 5 LNG отправляют в блок хранения LNG посредством подпиточного насоса 6 LNG.The natural gas leaving the top of the CMR coil type heat exchanger 3 was liquefied and subcooled to -155°C to -160°C. Subcooled natural gas is expanded to 120 kPa abs. (at -160°C - -163°C) through a
Смешанный хладагент WMR главным образом содержит этан и определенное количество метана и пропана, при этом метан составляет 5% - 15% (об/об), этан составляет 70% - 85% (об/об), а пропан составляет 10% - 20% (об/об). Смешанный хладагент CMR содержит азот, метан и этан, при этом азот составляет 10% - 25%, этан составляет 40% - 65%, а пропан составляет 30% - 45%.WMR mixed refrigerant mainly contains ethane and a certain amount of methane and propane, with methane being 5% - 15% (v/v), ethane being 70% - 85% (v/v), and propane being 10% - 20% (about / about). CMR mixed refrigerant contains nitrogen, methane and ethane, with nitrogen being 10% - 25%, ethane being 40% - 65%, and propane being 30% - 45%.
Настоящее изобретение действует согласно следующему принципу:The present invention operates according to the following principle:
система трехциклового сжижения, основанная на высокоэффективном оборудовании, предоставленном настоящим изобретением, подходит для аппарата сжижения природного газа в ультракрупных масштабах с производственной мощностью одной технологической линии 6-8 миллионов метрических тонн в год, и в ней применяют трехэтапный цикл охлаждения, где хладагент в виде пропана используют в секции предварительного охлаждения, а смешанный хладагент используют в секции сжижения и секции переохлаждения; в цикле предварительного охлаждения, цикле сжижения и цикле переохлаждения соответственно применяют набор процессов в плане сжатия, охлаждения, конденсации, турбодетандирования и теплообмена.The three-cycle liquefaction system based on the high-efficiency equipment provided by the present invention is suitable for ultra-large-scale natural gas liquefaction apparatus with a single-line production capacity of 6-8 million metric tons per year, and adopts a three-stage refrigeration cycle where the refrigerant is propane is used in the pre-cooling section, and the mixed refrigerant is used in the liquefaction section and the sub-cooling section; the pre-cooling cycle, the liquefaction cycle and the subcooling cycle, respectively, employ a set of processes in terms of compression, cooling, condensation, turbo expansion and heat exchange.
Согласно настоящему изобретению гидравлические турбодетандеры используют для расширения с дросселированием WMR, CMR и LNG, тем самым достигая относительно высокой эффективности охлаждения на основании принципа изоэнтропического расширения; и гидравлический турбодетандер используют для восстановления энергии для выработки энергии, тем самым уменьшая совокупное потребление энергии.According to the present invention, hydraulic turbo expanders are used for WMR, CMR and LNG throttling expansion, thereby achieving relatively high cooling efficiency based on the isentropic expansion principle; and the hydraulic turbo expander is used to recover energy for power generation, thereby reducing the overall power consumption.
Настоящее изобретение имеет следующие положительные эффекты: 1) состав и пропорция смешанного хладагента могут быть отрегулированы согласно изменениям условий окружающей среды проектного объекта и условий исходного газа для оптимизации температур охлаждения и сжижения с целью минимизации потребления энергии системы общего процесса и улучшения местной адаптивности; 2) трехэтапный цикл охлаждения, в котором применяют высокоэффективный ребристый пластинчатый теплообменник и теплообменник змеевикового типа для достижения высокой эффективности теплообмена, тем самым надлежащим образом распределяя нагрузку охлаждения на разных этапах и повышая производственную мощность одной технологической линии аппарата LNG; 3) хладагент WMR и хладагент CMR дросселируют посредством гидравлического турбодетандера, что дополнительно уменьшает потребление энергии на единицу продукта LNG в зависимости от высокой эффективности охлаждения; и 4) гидравлический турбодетандер используют для дросселирования LNG высокого давления, демонстрируя эффективное дросселирование и улучшая скорость сжижения природного газа.The present invention has the following positive effects: 1) the composition and proportion of the mixed refrigerant can be adjusted according to changes in project site environmental conditions and source gas conditions to optimize cooling and liquefaction temperatures in order to minimize the energy consumption of the overall process system and improve local adaptability; 2) three-stage refrigeration cycle, which adopts high efficiency finned plate heat exchanger and coil type heat exchanger to achieve high heat exchange efficiency, thus properly distributing the cooling load in different stages and increasing the production capacity of one process line of the LNG apparatus; 3) WMR refrigerant and CMR refrigerant are throttled by a hydraulic turbo expander, which further reduces the energy consumption per unit of LNG product depending on the high cooling efficiency; and 4) a hydraulic turbo expander is used to choke high pressure LNG, demonstrating efficient throttling and improving the natural gas liquefaction rate.
Claims (20)
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201910500987.6 | 2019-06-11 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2796115C1 true RU2796115C1 (en) | 2023-05-17 |
Family
ID=
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2307990C2 (en) * | 2003-03-18 | 2007-10-10 | Эр Продактс Энд Кемикалз, Инк. | Method of cooling for liquefying gas |
CN101644527A (en) * | 2009-08-26 | 2010-02-10 | 四川空分设备(集团)有限责任公司 | Refrigeration system and liquefaction system for liquefaction process of natural gas |
RU2386090C2 (en) * | 2005-03-09 | 2010-04-10 | Шелл Интернэшнл Рисерч Маатсхаппий Б.В. | Method of liquefying hydrocarbon-rich stream |
RU2458296C2 (en) * | 2007-05-03 | 2012-08-10 | Эксонмобил Апстрим Рисерч Компани | Natural gas liquefaction method |
CN102654346A (en) * | 2012-05-22 | 2012-09-05 | 中国海洋石油总公司 | Propane pre-cooling double-mixing refrigerant parallel-connection liquefaction system |
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2307990C2 (en) * | 2003-03-18 | 2007-10-10 | Эр Продактс Энд Кемикалз, Инк. | Method of cooling for liquefying gas |
RU2386090C2 (en) * | 2005-03-09 | 2010-04-10 | Шелл Интернэшнл Рисерч Маатсхаппий Б.В. | Method of liquefying hydrocarbon-rich stream |
RU2458296C2 (en) * | 2007-05-03 | 2012-08-10 | Эксонмобил Апстрим Рисерч Компани | Natural gas liquefaction method |
CN101644527A (en) * | 2009-08-26 | 2010-02-10 | 四川空分设备(集团)有限责任公司 | Refrigeration system and liquefaction system for liquefaction process of natural gas |
CN102654346A (en) * | 2012-05-22 | 2012-09-05 | 中国海洋石油总公司 | Propane pre-cooling double-mixing refrigerant parallel-connection liquefaction system |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
AU2021201534B2 (en) | Pre-cooling of natural gas by high pressure compression and expansion | |
EP0599443B1 (en) | Method for liquefying natural gas | |
US6751985B2 (en) | Process for producing a pressurized liquefied gas product by cooling and expansion of a gas stream in the supercritical state | |
CA2394193C (en) | Process for making pressurized liquefying natural gas from pressurized natural gas using expansion cooling | |
JP4741468B2 (en) | Integrated multi-loop cooling method for gas liquefaction | |
JP5139292B2 (en) | Natural gas liquefaction method for LNG | |
CA2519212C (en) | Integrated multiple-loop refrigeration process for gas liquefaction | |
US20150204603A1 (en) | System And Method For Natural Gas Liquefaction | |
MX2011005475A (en) | Method for producing a stream of subcooled liquefied natural gas using a natural gas feedstream, and associated facility. | |
CN106123485B (en) | Mixing tower for single mixed refrigerant process | |
JP6557280B2 (en) | Liquefaction method and system | |
CN110418929A (en) | Device and method for natural gas liquefaction | |
WO2020248328A1 (en) | Three-cycle natural gas liquefaction apparatus and method suitable for ultra-large scale | |
US20100154469A1 (en) | Process and system for liquefaction of hydrocarbon-rich gas stream utilizing three refrigeration cycles | |
CN216620451U (en) | LNG reforming hydrogen production and LNG cold energy liquefied hydrogen integrated system | |
CN210220390U (en) | Three-cycle natural gas liquefaction device suitable for ultra-large scale | |
RU2796115C1 (en) | Device and method for three-cycle natural gas liquefaction suitable for ultra-large scale | |
CN205593290U (en) | Single cycle natural gas liquefaction device that mixes two way throttles of cryogen | |
CN110627609B (en) | Ethane recovery method combining mixed refrigerant and propane auxiliary refrigeration | |
CN102564061A (en) | Two-stage mixed refrigerant circulation liquefaction system applied to base load type natural gas liquefaction factory | |
CN202692600U (en) | Two-stage mixing refrigerant cycle gas liquification system | |
CN114136055B (en) | Device and method for recycling argon and methane from tail gas of synthetic ammonia | |
KR101996808B1 (en) | Reliquefaction system | |
CN114963689A (en) | Dual-cycle mixed refrigerant natural gas liquefaction system | |
CN116558228A (en) | Natural gas BOG direct reliquefaction system and method utilizing LNG cold energy and throttling refrigeration |