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 PDF

Info

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
Application number
RU2021133528A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Лимин ПУ
Чжимин ЦЗЯН
Чэнхуа ГО
Чуньлай ЧЖЭН
Цзяхун ЛЮ
Кэ Ван
Юньцян ЧЭНЬ
Инкэ ЛИ
И Ван
Сяоюн ТАН
Юн Хуан
Цзин ТЯНЬ
Гуй ВАН
Сюань ЧЖОУ
Ган Ван
Лун ЛИ
Диншань СЕ
Original Assignee
ЧАЙНА ПЕТРОЛЕУМ ИНЖИНИРИНГ энд КОНСТРАКШН КОРП.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ЧАЙНА ПЕТРОЛЕУМ ИНЖИНИРИНГ энд КОНСТРАКШН КОРП. filed Critical ЧАЙНА ПЕТРОЛЕУМ ИНЖИНИРИНГ энд КОНСТРАКШН КОРП.
Application granted granted Critical
Publication of RU2796115C1 publication Critical patent/RU2796115C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: liquefaction of natural gas.
SUBSTANCE: device and method for three-cycle liquefaction of natural gas suitable for ultra-large scale. Device is comprised of natural gas liquefaction pipeline, a propane pre-cooling cycle system, a warm mixed refrigerant (WMR) refrigeration cycle system, and a cold mixed refrigerant (CMR) refrigeration cycle system. This device is based on three cycles to distribute the cooling load of each stage. The natural gas is cooled by one finned plate heat exchanger and two coil type heat exchangers in series until the natural gas is liquefied and subcooled. The cooling capacity required for the liquefaction process is provided by three systems, i.e., propane, WMR mixed refrigerant and CMR mixed refrigerant.
EFFECT: simplification of technology and reduction of energy costs.
10 cl, 1 dwg

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 hydraulic turbo expander 4 LNG, an expansion tank 5 LNG, a make-up pump 6 LNG , propane compressor 7, propane compressor aftercooler 8, first high pressure propane throttling valve 9, second high pressure propane throttling valve 10, high pressure propane fender 11, first medium pressure propane throttling valve 12, second medium pressure propane throttling valve 13, LP propane separator 14, LP propane choke valve 15, LP propane separator 16, WMR compressor inlet separator 17, WMR compressor 18, WMR compressor aftercooler 19, WMR hydraulic turbo expander 20, CMR compressor inlet separator 21, compressor 22 CMR, aftercooler 23 of the CMR compressor and hydraulic turbo expander 24 CMR, while:

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, hydraulic turbo expander 4 LNG, expansion tank 5 LNG and make-up pump 6 LNG are connected in series;

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 propane compressor 7, the propane compressor aftercooler 8, the first high pressure propane throttling valve 9, the propane pre-cooling finned plate heat exchanger 1, and the high pressure suction inlet of the propane compressor 7 are connected in series;

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 compressor end cooler 8, a second high pressure propane throttling valve 10, a high pressure propane baffle separator 11, a first medium pressure propane throttling valve 12, a propane pre-cooling finned plate heat exchanger 1, and a medium pressure suction inlet of the propane compressor 7 are connected in series;

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 pressure propane breaker 11, second medium pressure propane choke valve 13, medium pressure propane breaker 14, LP choke valve 15, finned plate heat exchanger 1 for propane pre-cooling, LP propane breaker 16 and low suction inlet propane compressor pressure 7 connected in series;

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 pressure propane fender 11 is connected to the high pressure suction line of the propane compressor 7; and the gas phase outlet of the medium pressure propane fender 14 is connected to the medium pressure suction line of the propane compressor 7.

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 compressor inlet separator 17, WMR compressor 18, WMR compressor aftercooler 19, propane pre-cooled finned plate heat exchanger 1, WMR coil type heat exchanger 2 and WMR hydraulic turbo expander 20 are connected in series.

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 compressor inlet separator 21, the CMR compressor 22, the CMR compressor aftercooler 23, the propane pre-cooled finned plate heat exchanger 1, the WMR coil type heat exchanger 2, the CMR coil type heat exchanger 3 and the CMR hydraulic turbo expander 24 are connected in series.

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. propane compressor 7, and the propane is cooled to 20°C - 50°C by a propane cooler 8 and divided into two streams, one stream of liquid-phase propane (approximately 15% - 25%) enters the finned plate heat exchanger 1 for pre-cooling with propane after throttling and depressurizing to 0.3 MPa abs. - 0.6 MPa abs. the first high pressure propane throttling valve 9, thereby cooling the natural gas, WMR refrigerant and CMR refrigerant (to 20°C - 0°C), and the gas-phase propane exiting the finned plate heat exchanger 1 is returned to the propane high pressure suction inlet compressor 7; another flow of liquid-phase propane (75% - 85%) enters the high-pressure propane fender 11 to separate gas and liquid after throttling and depressurizing to 0.3 MPa abs. - 0.6 MPa abs. the second high pressure propane throttling valve 10, and the gas-phase propane exiting the upper part of the impact separator is returned to the high pressure suction inlet of the propane compressor 7;

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-pressure propane fender 11 is divided into two streams, one stream of liquid-phase propane (45% - 55%) enters the finned plate heat exchanger 1 for pre-cooling with propane after throttling and depressurizing to 0.2 MPa abs. - 0.35 MPa abs. by the first medium pressure propane throttling valve 12, thereby cooling the natural gas, WMR refrigerant and CMR refrigerant to -10°C -20°C, and the gas-phase propane exiting the finned plate heat exchanger is returned to the medium pressure suction inlet of the propane compressor 7 ; another stream of liquid-phase propane (45% - 55%) enters the medium pressure propane impact separator 14 to separate gas and liquid after throttling and depressurizing to 0.2 MPa abs. - 0.35 MPa abs. the second throttling valve 13 of medium pressure propane, and the liquid phase propane exiting the upper part of the baffle separator is returned to the medium pressure suction inlet of the propane compressor 7;

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 pressure propane fender 14 enters the finned plate heat exchanger 1 for pre-cooling with propane after throttling and depressurizing to 0.1 MPa abs. - 0.2 MPa abs. throttling valve 15, thereby cooling natural gas, WMR refrigerant and CMR refrigerant to -30°C to -39°C, and gas-phase propane exiting the finned plate heat exchanger 1 for propane pre-cooling is returned to the propane low pressure suction inlet compressor 7 through a low pressure propane baffle separator 16; And

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 propane compressor 7 for the next cycle;

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 inlet separator 17 of the WMR compressor and then enters the finned plate heat exchanger 1 for pre-cooling with propane for cooling to -30°C - -39°C and liquefaction after pressurization to 3 MPa abs.- 5 MPa abs. compressor 18 WMR and cooling to 20°C - 50°C cooler 19 WMR; liquid WMR enters the WMR coil type heat exchanger 2 for additional cooling down to -65°С -95°С, then leaves its upper part, expands to 0.2 MPa abs. 0.5 MPa abs. (at -70°С - -100°С) by a hydraulic expander 20 WMR and is included in the heat exchanger 2 of the WMR coil type for cooling natural gas, WMR refrigerant and CMR refrigerant to -65°С - -95°С; and the low pressure WMR refrigerant (0.2 MPa abs. 0.5 MPa abs, -35°C -45°C) leaving the bottom of the WMR coil type heat exchanger 2 is returned to the WMR compressor inlet separator 17 for the next cycle;

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 CMR compressor 22, and then cooled to 20°C - 50°C by the aftercooler 23 of the CMR compressor, to -30°C - -39°C by a finned plate heat exchanger 1 for pre-cooling with propane, to -65°C - -95° With heat exchanger 2 coil type WMR and up to -155°C - -160°C in heat exchanger 3 coil type CMR; and the CMR refrigerant exits the top of the CMR coil type heat exchanger 3, then expands to 0.2 MPa abs. 0.5 MPa abs. by means of a CMR hydraulic expander 24 and enters a CMR coil type heat exchanger 3 to provide cooling capacity for liquefying and subcooling natural gas and the CMR refrigerant itself; and low pressure CMR (0.2 MPa abs. - 0.5 MPa abs, -75°C - -95°C) leaving the bottom of the CMR coil type heat exchanger 3 is returned to the inlet separator 21 of the CMR compressor for the next cycle;

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 hydraulic turboexpander 4 LNG, and it enters the expansion tank 5 LNG for steam generation. The boil-off gas (BOG) is sent to the downstream BOG compression devices, and the LNG at the bottom of the LNG expansion tank 5 is sent to the LNG storage unit via the LNG make-up pump 6.

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)

1. Аппарат трехциклового сжижения природного газа, подходящий для ультракрупных масштабов, отличающийся тем, что содержит систему труб для сжижения природного газа, систему цикла предварительного охлаждения пропаном, систему цикла теплого смешанного охлаждения (WMR) и систему цикла холодного смешанного охлаждения (CMR), при этом:1. A three-cycle natural gas liquefaction apparatus suitable for ultra-large scale, characterized in that it comprises a natural gas liquefaction piping system, a propane pre-cooling cycle system, a warm mixed refrigeration (WMR) cycle system, and a cold mixed refrigeration (CMR) cycle system, while this: система труб для сжижения природного газа содержит пропановый теплообменник, теплообменник WMR, теплообменник CMR, детандер сжиженного природного газа (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, a liquefied natural gas (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. 2. Аппарат трехциклового сжижения природного газа, подходящий для ультракрупных масштабов, по п. 1, отличающийся тем, что в системе цикла предварительного охлаждения пропаном пропановый компрессор, концевой холодильник пропанового компрессора, первый дросселирующий клапан пропана высокого давления, пропановый теплообменник и входное отверстие для всасывания высокого давления пропанового компрессора соединены последовательно; концевой холодильник пропанового компрессора, второй дросселирующий клапан пропана высокого давления, пропановый отбойный сепаратор высокого давления, первый дросселирующий клапан пропана среднего давления, пропановый теплообменник и входное отверстие для всасывания среднего давления пропанового компрессора соединены последовательно; пропановый отбойный сепаратор высокого давления, второй дросселирующий клапан пропана среднего давления, пропановый отбойный сепаратор среднего давления, дросселирующий клапан пропана низкого давления, пропановый теплообменник, пропановый отбойный сепаратор низкого давления и входное отверстие для всасывания низкого давления пропанового компрессора соединены последовательно; газофазное выпускное отверстие пропанового отбойного сепаратора высокого давления соединено со всасывающей линией высокого давления пропанового компрессора; и газофазное выпускное отверстие пропанового отбойного сепаратора среднего давления соединено со всасывающей линией среднего давления пропанового компрессора.2. The ultra-large three-cycle natural gas liquefaction apparatus of claim 1, wherein in the propane pre-cooling cycle system, a propane compressor, a propane compressor aftercooler, a first high pressure propane throttling valve, a propane heat exchanger, and a suction inlet high pressure propane compressor connected in series; a propane compressor end cooler, a second high-pressure propane throttling valve, a high-pressure propane fender, a first medium-pressure propane throttling valve, a propane heat exchanger, and a medium-pressure suction inlet of the propane compressor are connected in series; the high pressure propane breaker, the second medium pressure propane choke valve, the medium pressure propane breaker, the LP choke valve, the propane heat exchanger, the low pressure propane breaker and the low pressure suction inlet of the propane compressor are connected in series; the gas phase outlet of the high pressure propane fender is connected to the high pressure suction line of the propane compressor; and the gas-phase outlet of the medium pressure propane fender is connected to the medium pressure suction line of the propane compressor. 3. Аппарат трехциклового сжижения природного газа, подходящий для ультракрупных масштабов, по п. 1, отличающийся тем, что в системе цикла охлаждения WMR теплообменник WMR, входной сепаратор компрессора WMR, компрессор WMR, концевой холодильник компрессора WMR, пропановый теплообменник, теплообменник WMR, детандер WMR и теплообменник WMR соединены последовательно.3. Apparatus for three-cycle liquefaction of natural gas, suitable for ultra-large scale, according to claim 1, characterized in that in the system of the WMR refrigeration cycle, a WMR heat exchanger, a WMR compressor inlet separator, a WMR compressor, a WMR compressor aftercooler, a propane heat exchanger, a WMR heat exchanger, an expander WMR and WMR heat exchanger are connected in series. 4. Аппарат трехциклового сжижения природного газа, подходящий для ультракрупных масштабов, по п. 1, отличающийся тем, что в системе цикла охлаждения CMR теплообменник CMR, входной сепаратор компрессора CMR, компрессор CMR, концевой холодильник компрессора CMR, пропановый теплообменник, теплообменник WMR, теплообменник CMR, детандер CMR и теплообменник CMR соединены последовательно.4. Apparatus for three-cycle liquefaction of natural gas, suitable for ultra-large scale, according to claim 1, characterized in that in the CMR refrigeration cycle system, a CMR heat exchanger, a CMR compressor inlet separator, a CMR compressor, a CMR compressor aftercooler, a propane heat exchanger, a WMR heat exchanger, a heat exchanger CMR, CMR expander and CMR heat exchanger are connected in series. 5. Аппарат трехциклового сжижения природного газа, подходящий для ультракрупных масштабов, по любому из пп. 1-4, отличающийся тем, что детандер LNG, детандер WMR и детандер CMR являются гидравлическими турбодетандерами.5. Apparatus three-cycle liquefaction of natural gas, suitable for ultra-large scale, according to any one of paragraphs. 1-4, characterized in that the LNG expander, the WMR expander and the CMR expander are hydraulic turbo expanders. 6. Аппарат трехциклового сжижения природного газа, подходящий для ультракрупных масштабов, по п. 5, отличающийся тем, что пропановый теплообменник является ребристым пластинчатым теплообменником, а теплообменник WMR и теплообменник CMR являются теплообменниками змеевикового типа.6. The ultra-large three-cycle natural gas liquefaction apparatus of claim 5, wherein the propane heat exchanger is a finned plate heat exchanger, and the WMR heat exchanger and the CMR heat exchanger are coil type heat exchangers. 7. Способ трехциклового сжижения природного газа, подходящий для ультракрупных масштабов, отличающийся тем, что включает следующие этапы:7. A three-cycle natural gas liquefaction process suitable for ultra-large scale, characterized in that it includes 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 охладителя, 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 входное отверстие для всасывания высокого давления пропанового компрессора; другой поток жидкофазного 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, возвращают 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, возвращают 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, возвращают 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 a propane compressor and cooled by a propane cooler, 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, a WMR refrigerant and a CMR refrigerant, and the gas phase propane exiting the propane heat exchanger is returned to the high pressure suction inlet of the propane compressor; another flow of liquid phase 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, wherein: gas phase propane leaving the top of the impact separator is returned to the propane high pressure suction 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, gas phase propane leaving the top of the impactor is returned to 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, returning to the low pressure suction inlet of the propane compressor through the low pressure propane impact 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 СMR:2) WMR refrigeration system provides cooling capacity for additional 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, 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 from its top, expanded to low pressure by 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 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 leaving the bottom of the CMR heat exchanger is returned to the inlet separator of the CMR compressor for the next cycle. 8. Способ трехциклового сжижения природного газа, подходящий для ультракрупных масштабов, по п. 7, отличающийся тем, что хладагент WMR содержит метан, этан и пропан, при этом метан составляет 5% - 15% (об./об.), этан составляет 70% - 85% (об./об.), а пропан составляет 10% - 20% (об./об.).8. The method of three-cycle liquefaction of natural gas, suitable for ultra-large scale, according to claim 7, characterized in that the WMR refrigerant contains methane, ethane and propane, while methane is 5% - 15% (vol./vol.), ethane is 70% - 85% (V/V) and propane is 10% - 20% (V/V). 9. Способ трехциклового сжижения природного газа, подходящий для ультракрупных масштабов, по п. 7, отличающийся тем, что хладагент CMR содержит азот, метан и этан, при этом азот составляет 10% - 25% (об./об.), этан составляет 40% - 65% (об./об.), а пропан составляет 30% - 45% (об./об.).9. The method of three-cycle liquefaction of natural gas suitable for ultra-large scale, according to claim 7, characterized in that the CMR refrigerant contains nitrogen, methane and ethane, while nitrogen is 10% - 25% (vol./vol.), ethane is 40% - 65% (V/V) and propane is 30% - 45% (V/V). 10. Способ трехциклового сжижения природного газа, подходящий для ультракрупных масштабов, по п. 7, отличающийся тем, что природный газ, выходящий из верхней части теплообменника CMR, сжижают и переохлаждают до -155°С - -160°С перед расширением до 120 кПа абс. детандером LNG, а затем он входит в расширительный бак LNG для парообразования; отпарной газ (BOG) отправляют в расположенные ниже по потоку компрессоры BOG; и LNG в нижней части расширительного бака LNG отправляют в блок хранения LNG посредством подпиточного насоса LNG.10. The method of three-cycle liquefaction of natural gas, suitable for ultra-large scale, according to claim 7, characterized in that the natural gas exiting the top of the CMR heat exchanger is liquefied and subcooled to -155°C - -160°C before expanding to 120 kPa abs. LNG expander, and then it enters the LNG expansion tank for steam generation; boil-off gas (BOG) is sent to downstream BOG compressors; and LNG at the bottom of the expansion tank The LNG is sent to the LNG storage unit by the LNG make-up pump.
RU2021133528A 2019-06-11 2019-07-18 Device and method for three-cycle natural gas liquefaction suitable for ultra-large scale RU2796115C1 (en)

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)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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