一種兩級(jí)預(yù)冷式混合冷劑制冷液化天然氣的系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種兩級(jí)預(yù)冷式混合冷劑制冷液化天然氣的系統(tǒng)，通過設(shè)置兩級(jí)預(yù)冷器及調(diào)控一級(jí)預(yù)冷器和二級(jí)預(yù)冷器的蒸發(fā)壓力實(shí)現(xiàn)天然氣和混合冷劑的逐級(jí)預(yù)冷，其中，一級(jí)預(yù)冷器的天然氣出口溫度為5～30℃，二級(jí)預(yù)冷器的天然氣出口溫度為-40～0℃，天然氣最終經(jīng)冷箱冷卻至-162～-140℃得到LNG產(chǎn)品。本實(shí)用新型增加了預(yù)冷和混合冷劑制冷過程的溫度梯度，使能量效率接近傳統(tǒng)階式制冷工藝的同時(shí)，又能保證制冷工藝的流程簡(jiǎn)潔性。另外，本實(shí)用新型將天然氣脫水單元置于一級(jí)預(yù)冷工序后，降低了進(jìn)入分子篩床層的水含量，減小了分子篩床層吸附和再生負(fù)荷。本實(shí)用新型能耗低，變工況適應(yīng)能力高，可操作性強(qiáng)。
【專利說明】一種兩級(jí)預(yù)冷式混合冷劑制冷液化天然氣的系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及液化天然氣生產(chǎn)領(lǐng)域，特別涉一種兩級(jí)預(yù)冷式混合冷劑制冷液化天然氣的系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]天然氣作為一種清潔、優(yōu)質(zhì)的能源，其需求量正隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和環(huán)境保護(hù)要求的提高迅速擴(kuò)大。由于液化天然氣(LNG)在天然氣存儲(chǔ)及運(yùn)輸中具有的巨大優(yōu)勢(shì)，液化天然氣正逐漸成為天然氣需求的首選。
[0003]目前，國(guó)內(nèi)外通常采用的天然氣液化工藝大致有三種:級(jí)聯(lián)式循環(huán)工藝、混合冷劑循環(huán)工藝和膨脹機(jī)循環(huán)工藝。級(jí)聯(lián)式循環(huán)工藝為多個(gè)不同溫階的純組分單循環(huán)一級(jí)節(jié)流制冷的方式，雖然能耗低，但流程復(fù)雜、投資高。膨脹機(jī)循環(huán)工藝流程最為簡(jiǎn)單、設(shè)備也少且投資最省，然而該工藝能耗在所有技術(shù)中最高，僅能在少部分小型液化裝置和海上浮動(dòng)液化裝置中得到應(yīng)用。以混合冷劑循環(huán)為核心的天然氣液化工藝流程較級(jí)聯(lián)式循環(huán)工藝大大簡(jiǎn)化、設(shè)備少、投資省，但能耗確則相對(duì)增高較大。為此，也有基于混合冷劑制冷工藝改進(jìn)加入丙烷預(yù)冷，這樣也起到降低能耗的效果，卻同樣相較級(jí)聯(lián)式循環(huán)工藝高，結(jié)果不能令人滿意。而且傳統(tǒng)的帶預(yù)冷的混合制冷工藝天然氣脫水工序只能在預(yù)冷前進(jìn)行，從而無(wú)法利用預(yù)冷的優(yōu)勢(shì)將進(jìn)入脫水工序的天然氣水含量降至最低，分子篩脫水工序負(fù)荷高，再生氣消耗大，同樣影響整個(gè)工藝過程的能耗指標(biāo)。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0004]為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型在冷箱深冷工序前設(shè)置兩級(jí)預(yù)冷器，將天然氣和混合冷劑兩級(jí)冷卻后再送入冷箱，同時(shí)在兩級(jí)預(yù)冷工序間設(shè)置分子篩脫水工序，從而提供了一種既增加制冷過程的溫度梯度，使能量效率接近傳統(tǒng)階式制冷工藝，又降低進(jìn)入分子篩脫水工序的天然氣水含量，同時(shí)又保證制冷循環(huán)工藝的流程簡(jiǎn)潔性的兩級(jí)預(yù)冷式混合冷劑制冷液化天然氣的系統(tǒng)。
[0005]本實(shí)用新型的兩級(jí)預(yù)冷式混合冷劑制冷液化天然氣的系統(tǒng)，包括:一級(jí)預(yù)冷器1、二級(jí)預(yù)冷器5、預(yù)冷壓縮機(jī)16、混合冷劑壓縮機(jī)12、水分離器2、分子篩干燥器3、脫汞床4、冷箱6、重?zé)N分離罐7、第一分離罐11、第二分離罐10、第一混合器8、第二混合器9、第一冷卻器13、第一緩沖罐14、第二冷卻器15、混合冷劑分離罐20、預(yù)冷冷凝器17、預(yù)冷劑儲(chǔ)罐
18、預(yù)冷經(jīng)濟(jì)器19、第一節(jié)流閥V1、第二節(jié)流閥V2、第一減壓閥V3、第二減壓閥V4以及第三減壓閥V5，其中，天然氣管線依次連接一級(jí)預(yù)冷器I的第一管程O、水分離器2、分子篩干燥器3、脫汞床4、二級(jí)分離器5的第一管程R、冷量6的第五流道E、重?zé)N分離罐7和冷量6的第六流道F，最終連接LNG管道；來自冷箱6的第四流道D的混合冷劑管線依次連接混合冷劑壓縮機(jī)12的一段、第一冷卻器13、第一緩沖罐14、混合冷劑壓縮機(jī)12的二段、第二冷卻器15、一級(jí)預(yù)冷器I的第二管程P、二級(jí)預(yù)冷器5的第二管程S以及混合冷劑分離罐20的入口，混合冷劑分離罐20的底部液相出口依次連接冷箱6的第一流道A、第一節(jié)流閥V1、第二分離器10、第二混合器9以及冷箱6的第四流道D，混合冷劑分離罐20的頂部氣相出口依次連接冷箱6的第二流道B、第二節(jié)流閥V2、第一分離器11、第一混合器8、冷箱6的第三流道C以及第四流道D ;來自二級(jí)預(yù)冷器5殼程T的管線依次連接預(yù)冷壓縮機(jī)16的一段、預(yù)冷壓縮機(jī)16的二段、預(yù)冷冷凝器17和預(yù)冷劑儲(chǔ)罐18，預(yù)冷劑儲(chǔ)罐18的底部液相管線一路經(jīng)第二減壓閥V4與預(yù)冷經(jīng)濟(jì)器19的入口連接，預(yù)冷經(jīng)濟(jì)器19的底部液相管線經(jīng)第三減壓閥V5與二級(jí)預(yù)冷器5的殼程T連接，預(yù)冷劑儲(chǔ)罐18的底部液相管線另一路經(jīng)第一減壓閥V3與一級(jí)預(yù)冷器I的殼程Q連接。
[0006]上述的兩級(jí)預(yù)冷式混合冷劑制冷液化天然氣的系統(tǒng)中，預(yù)冷經(jīng)濟(jì)器19的頂部氣相管線和一級(jí)預(yù)冷器I的殼程Q出口氣相管線均與預(yù)冷壓縮機(jī)16的二段入口管線相連接。
[0007]上述的兩級(jí)預(yù)冷式混合冷劑制冷液化天然氣的系統(tǒng)中，一級(jí)預(yù)冷器I和二級(jí)預(yù)冷器5為管殼式雙管程換熱器、板殼式雙管程換熱器或板式換熱器。
[0008]上述的兩級(jí)預(yù)冷式混合冷劑制冷液化天然氣的系統(tǒng)中，預(yù)冷預(yù)縮機(jī)16和混合冷劑壓縮機(jī)12為螺桿式、往復(fù)式或者離心式壓縮機(jī)。
[0009]本實(shí)用新型的技術(shù)方案通過在冷箱深冷工序前設(shè)置兩級(jí)預(yù)冷器，將天然氣和混合冷劑兩級(jí)冷卻后再送入冷箱，從而增加了制冷過程的溫度梯度，使能量效率接近傳統(tǒng)階式制冷工藝；同時(shí)該方案在兩級(jí)預(yù)冷工序間設(shè)置分子篩脫水工序，又降低進(jìn)入分子篩脫水工序的天然氣水含量，保證了制冷循環(huán)工藝的流程簡(jiǎn)潔性，能量效率高，工藝簡(jiǎn)便，投資省，可操作性強(qiáng)。
[0010]本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)和積極作用在于:
[0011]I)采用的兩級(jí)預(yù)冷式混合冷制制冷的形式，將天然氣逐級(jí)冷卻，保證流程簡(jiǎn)潔性的同時(shí)增加了制冷過程的溫度梯度，提高了工藝的能量效率，降低了能耗，從而產(chǎn)生明顯的經(jīng)濟(jì)效益。
[0012]2)采用的兩級(jí)預(yù)冷工序間設(shè)置脫水工序的形式，減少了進(jìn)入脫水工序的天然氣水含量，減輕了分子篩脫水工序負(fù)荷，降低了再生頻率以及再生氣消耗，進(jìn)一步優(yōu)化了整個(gè)工藝過程的能耗指標(biāo)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1為本實(shí)用新型的工藝流程示意圖。
[0014]圖中代號(hào)含義如下:
[0015]1.一級(jí)預(yù)冷器；2.水分離器；3.分子篩干燥器；4.脫汞床；5.二級(jí)預(yù)冷器；6.冷箱；7.重?zé)N分離罐；8.第一混合器；9.第二混合器；10.第二分離罐；11.第一分離罐；12.混合冷劑壓縮機(jī)；13.第一冷卻器；14.第一緩沖罐；15.第二冷卻器；16.預(yù)冷壓縮機(jī)；
17.預(yù)冷冷凝器；18.預(yù)冷劑儲(chǔ)罐；19.預(yù)冷經(jīng)濟(jì)器；20.混合冷劑分離罐；V1.第一節(jié)流閥；V2.第二節(jié)流閥；V3.第一減壓閥；V4.第二減壓閥；V5.第三減壓閥。

【具體實(shí)施方式】
[0016]以下結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本實(shí)用新型做詳細(xì)地說明
[0017]實(shí)施例1
[0018]本實(shí)施例的具體工藝流程請(qǐng)參見圖1。
[0019]一種兩級(jí)預(yù)冷式混合冷劑制冷液化天然氣的系統(tǒng)，包括:一級(jí)預(yù)冷器1、二級(jí)預(yù)冷器5、預(yù)冷壓縮機(jī)16、混合冷劑壓縮機(jī)12、水分離器2、分子篩干燥器3、脫汞床4、冷箱6、重?zé)N分離罐7、第一分離罐11、第二分離罐10、第一混合器8、第二混合器9、第一冷卻器13、第一緩沖罐14、第二冷卻器15、混合冷劑分離罐20、預(yù)冷冷凝器17、預(yù)冷劑儲(chǔ)罐18、預(yù)冷經(jīng)濟(jì)器19、第一節(jié)流閥V1、第二節(jié)流閥V2、第一減壓閥V3、第二減壓閥V4以及第三減壓閥V5。其中，天然氣管線依次連接一級(jí)預(yù)冷器I的第一管程O、水分離器2、分子篩干燥器3、脫汞床
4、二級(jí)分離器5的第一管程R、冷量6的第五流道E、重?zé)N分離罐7和冷量6的第六流道F，最終連接LNG管道；來自冷箱6的第四流道D的混合冷劑管線依次連接混合冷劑壓縮機(jī)12的一段、第一冷卻器13、第一緩沖罐14、混合冷劑壓縮機(jī)12的二段、第二冷卻器15、一級(jí)預(yù)冷器I的第二管程P、二級(jí)預(yù)冷器5的第二管程S以及混合冷劑分離罐20的入口，混合冷劑分離罐20的底部液相出口依次連接冷箱6的第一流道A、第一節(jié)流閥V1、第二分離器10、第二混合器9以及冷箱6的第四流道D，混合冷劑分離罐20的頂部氣相出口依次連接冷箱6的第二流道B、第二節(jié)流閥V2、第一分離器11、第一混合器8、冷箱6的第三流道C以及第四流道D ;來自二級(jí)預(yù)冷器5殼程T的管線依次連接預(yù)冷壓縮機(jī)16的一段、預(yù)冷壓縮機(jī)16的二段、預(yù)冷冷凝器17和預(yù)冷劑儲(chǔ)罐18，預(yù)冷劑儲(chǔ)罐18的底部液相管線一路經(jīng)第二減壓閥V4與預(yù)冷經(jīng)濟(jì)器19的入口連接，預(yù)冷經(jīng)濟(jì)器19的底部液相管線經(jīng)第三減壓閥V5與二級(jí)預(yù)冷器5的殼程T連接，預(yù)冷經(jīng)濟(jì)器19的頂部氣相管線和一級(jí)預(yù)冷器I的殼程Q出口氣相管線均與預(yù)冷壓縮機(jī)16的二段入口管線相連接；預(yù)冷劑儲(chǔ)罐18的底部液相管線另一路經(jīng)第一減壓閥V3與一級(jí)預(yù)冷器I的殼程Q連接。上述的一級(jí)預(yù)冷器I和二級(jí)預(yù)冷器5均為管殼式雙管程換熱器，預(yù)冷預(yù)縮機(jī)16和混合冷劑壓縮機(jī)12均為螺桿式壓縮機(jī)。以上構(gòu)成兩級(jí)預(yù)冷式混合冷劑制冷液化天然氣的系統(tǒng)。
[0020]選用丙烷作為預(yù)冷劑，將預(yù)冷劑儲(chǔ)罐18中的液態(tài)預(yù)冷劑I經(jīng)第一減壓閥V3減壓至475kPa得到溫度為0°C的預(yù)冷劑II，將其通入一級(jí)預(yù)冷器I的殼程Q在恒溫條件下蒸發(fā)以提供冷量，之后將產(chǎn)生的預(yù)冷劑蒸汽I送入預(yù)冷壓縮機(jī)16的二段入口 ；預(yù)冷劑儲(chǔ)罐18中的液態(tài)預(yù)冷劑I經(jīng)第二減壓閥V4減壓至475kPa得到溫度為0°C的預(yù)冷劑III，將預(yù)冷劑III通入預(yù)冷經(jīng)濟(jì)器19中進(jìn)行氣液分離，得到的氣相的預(yù)冷劑IV和液相的預(yù)冷劑V ;預(yù)冷劑V經(jīng)第三減壓閥V5減壓至102kPa得到溫度為-42°C的預(yù)冷劑VI，將預(yù)冷劑VI通入二級(jí)預(yù)冷器5的殼程Q在恒溫條件下蒸發(fā)以提供冷量，同時(shí)得到預(yù)冷劑蒸汽VII ;將預(yù)冷劑蒸汽VII送入預(yù)冷壓縮機(jī)16 —段壓縮至475kPa后，使其與預(yù)冷劑蒸汽I和預(yù)冷劑IV混合一同進(jìn)入預(yù)冷壓縮機(jī)16的二段繼續(xù)壓縮至1600kPa，得到預(yù)冷劑VIII，將其在預(yù)冷冷凝器17中冷卻至45°C冷凝成液相后通入預(yù)冷劑儲(chǔ)罐18中進(jìn)入下一預(yù)冷循環(huán)。
[0021]混合冷劑由氮?dú)?、甲烷、乙烯和丙烷組成，將壓力為2200kPa、溫度為45°C的混合冷劑I通入一級(jí)預(yù)冷器I的第二管程P預(yù)冷至5°c，得到混合冷劑II。將混合冷劑II通入二級(jí)預(yù)冷器5的第二管程S預(yù)冷至_40°C，得到混合冷劑III。將混合冷劑III通入混合冷劑分離罐20進(jìn)行氣液分離，在混合冷劑分離罐20的底部得到液相的混合冷劑IV，頂部得到氣相的混合冷劑V。將混合冷劑IV通入冷箱6的第一流道A中預(yù)冷至-110°C，之后經(jīng)第一節(jié)流閥Vl節(jié)流得到混合冷劑VI，將混合冷劑VI通入第二分離罐10進(jìn)行氣液分離，分離出的氣液兩相物流經(jīng)第二混合器9均勻混合后通入冷箱6的第四流道D ;將混合冷劑V通入冷箱6的第二流道B中預(yù)冷至-135°C，之后經(jīng)第一節(jié)流閥Vl節(jié)流得到混合冷劑VII，將混合冷劑VII通入第一分離罐11進(jìn)行氣液分離，分離出的氣液兩相物流經(jīng)第一混合器8均勻混合后通入冷箱6的第三流道C，復(fù)熱至_120°C后通入冷箱6的第四流道D與步驟9 一起繼續(xù)復(fù)熱至-42°C引出冷箱得到混合冷劑VIII，其壓力為120kPa ;將混合冷劑VIII通入混合冷劑壓縮機(jī)12經(jīng)一段壓縮、冷卻、分離、二段壓縮和冷卻后得到壓力為2200kPa、溫度為45°C的混合冷劑I進(jìn)入下一制冷循環(huán)；
[0022]將脫酸性氣后壓力為4500kPa、溫度為45°C的天然氣I通入一級(jí)預(yù)冷器I的第一管程O預(yù)冷至5°C得到天然氣II，將天然氣II通入水分離器2中除去液態(tài)水，氣相依次通過分子篩干燥器3和脫汞床4進(jìn)行深度脫水和脫汞，得到天然氣III。將天然氣III通入二級(jí)預(yù)冷器5的第一管程R預(yù)冷至_40°C得到天然氣IV，將天然氣IV通入冷箱6的第五流道E冷卻至_65°C得到混合冷劑V。將混合冷劑V通入重?zé)N分離罐7進(jìn)行氣液分離，在重?zé)N分離罐7的底部得到液相的重?zé)NI，頂部得到氣相的混合冷劑VI，將混合冷劑VI通入冷箱6的第六流道F繼續(xù)深冷至-140°C得到LNG產(chǎn)品。
【權(quán)利要求】
1.一種兩級(jí)預(yù)冷式混合冷劑制冷液化天然氣的系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括:一級(jí)預(yù)冷器(I)、二級(jí)預(yù)冷器(5)、預(yù)冷壓縮機(jī)(16)、混合冷劑壓縮機(jī)(12)、水分離器(2)、分子篩干燥器(3)、脫汞床(4)、冷箱(6)、重?zé)N分離罐(7)、第一分離罐(11)、第二分離罐(10)、第一混合器(8)、第二混合器(9)、第一冷卻器(13)、第一緩沖罐(14)、第二冷卻器(15)、混合冷劑分離罐(20)、預(yù)冷冷凝器(17)、預(yù)冷劑儲(chǔ)罐(18)、預(yù)冷經(jīng)濟(jì)器(19)、第一節(jié)流閥(VI)、第二節(jié)流閥(V2)、第一減壓閥(V3)、第二減壓閥(V4)以及第三減壓閥(V5)，其中，天然氣管線依次連接一級(jí)預(yù)冷器(I)的第一管程(O)、水分離器(2)、分子篩干燥器(3)、脫汞床(4)、二級(jí)分離器(5)的第一管程(R)、冷量￠)的第五流道(E)、重?zé)N分離罐(7)和冷量(6)的第六流道(F)，最終連接LNG管道；來自冷箱￠)的第四流道(D)的混合冷劑管線依次連接混合冷劑壓縮機(jī)(12)的一段、第一冷卻器(13)、第一緩沖罐(14)、混合冷劑壓縮機(jī)(12)的二段、第二冷卻器(15)、一級(jí)預(yù)冷器(I)的第二管程(P)、二級(jí)預(yù)冷器(5)的第二管程(S)以及混合冷劑分離罐(20)的入口，混合冷劑分離罐(20)的底部液相出口依次連接冷箱(6)的第一流道(A)、第一節(jié)流閥(VI)、第二分離器(10)、第二混合器(9)以及冷箱(6)的第四流道(D)，混合冷劑分離罐(20)的頂部氣相出口依次連接冷箱(6)的第二流道(B)、第二節(jié)流閥(V2)、第一分離器(11)、第一混合器(8)、冷箱￠)的第三流道(C)以及第四流道(D)；來自二級(jí)預(yù)冷器(5)殼程(T)的管線依次連接預(yù)冷壓縮機(jī)(16)的一段、預(yù)冷壓縮機(jī)(16)的二段、預(yù)冷冷凝器(17)和預(yù)冷劑儲(chǔ)罐(18)，預(yù)冷劑儲(chǔ)罐(18)的底部液相管線一路經(jīng)第二減壓閥(V4)與預(yù)冷經(jīng)濟(jì)器(19)的入口連接，預(yù)冷經(jīng)濟(jì)器(19)的底部液相管線經(jīng)第三減壓閥(V5)與二級(jí)預(yù)冷器(5)的殼程(T)連接，預(yù)冷劑儲(chǔ)罐(18)的底部液相管線另一路經(jīng)第一減壓閥(V3)與一級(jí)預(yù)冷器(I)的殼程(Q)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種兩級(jí)預(yù)冷式混合冷劑制冷液化天然氣的系統(tǒng)，其特征在于，預(yù)冷經(jīng)濟(jì)器(19)的頂部氣相管線和一級(jí)預(yù)冷器(I)的殼程(Q)出口氣相管線均與預(yù)冷壓縮機(jī)(16)的二段入口管線相連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種兩級(jí)預(yù)冷式混合冷劑制冷液化天然氣的系統(tǒng)，其特征在于，一級(jí)預(yù)冷器(I)和二級(jí)預(yù)冷器(5)為管殼式雙管程換熱器、板殼式雙管程換熱器或板式換熱器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種兩級(jí)預(yù)冷式混合冷劑制冷液化天然氣的系統(tǒng)，其特征在于，預(yù)冷預(yù)縮機(jī)(16)和混合冷劑壓縮機(jī)(12)為螺桿式、往復(fù)式或者離心式壓縮機(jī)。
【文檔編號(hào)】F25J1/02GK203949440SQ201420394148
【公開日】2014年11月19日 申請(qǐng)日期:2014年7月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月16日
【發(fā)明者】張會(huì)軍, 王道廣, 王英軍 申請(qǐng)人:北京安珂羅工程技術(shù)有限公司