專利名稱：一種丙烯預(yù)冷混合冷劑液化天然氣的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于天然氣、煤層氣或其它富甲烷氣體的液化技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種丙烯預(yù)冷混合冷劑液化天然氣的方法及裝置。
背景技術(shù)：
早在20世紀(jì)30年代，美國的波特北尼克就提出了混合制冷劑液化流程。這種流程雖然能夠減少裝置，簡(jiǎn)化工藝流程，節(jié)約固定成本投入，但單一的使用單級(jí)混合制冷劑液化天然氣，其能效利用率相對(duì)于階式循環(huán)制冷偏低，相應(yīng)的技術(shù)也不成熟。因此在20世紀(jì) 70年代之前，世界范圍內(nèi)的大型液化裝置仍然是以階式循環(huán)為主。1970 年，美國 APCI 公司的 Lee S. Gaumer 和 Charles L. Newton 在專利文獻(xiàn) U. S. Pat. No. 3763658中提出了一種結(jié)合階式循環(huán)和單級(jí)混合制冷劑的系統(tǒng)和方法，很好的解決了這一問題。該流程采用丙烷作為預(yù)冷天然氣物料和混合冷劑物料的單組份冷劑，再用經(jīng)過預(yù)冷的由四種物料按固定比例配比而成的混合冷劑對(duì)天然氣進(jìn)行液化和深冷，從而能夠有效減少固定成本投入，提高能效利用率。因此，混合冷劑制冷裝置迅速得到發(fā)展，目前世界上80%以上的基本負(fù)荷型天然氣裝置中，都采用了丙烷預(yù)冷混合制冷劑液化流程。目前在中國，由于天然氣液化裝置規(guī)模相對(duì)較小，企業(yè)大都會(huì)選用流程簡(jiǎn)單、能耗低、液化能力較強(qiáng)的混合制冷劑液化流程。從理論上來講，使用制冷劑將天然氣冷卻和液化的基本原則是要將原料氣的冷卻和加溫曲線相互匹配，這樣熱力循環(huán)效率才能更高。增加預(yù)冷環(huán)節(jié)可以降低液化過程中的冷損失，使得液化過程更加節(jié)能。丙烷作為預(yù)冷天然氣的單一物料，一般是從天然氣中分離得到。天然氣中通常含有多種碳?xì)浠衔?，因此分離得到的丙烷仍然含有少量的重?zé)N雜質(zhì)。當(dāng)使用這類含有雜質(zhì)的丙烷作為液化天然氣的預(yù)冷冷劑時(shí)，為了保證冷卻效果，通常需要在主冷循環(huán)中的混合冷劑加入C4、C5等重?zé)N組分匹配預(yù)冷循環(huán)。由于C4、C5等重?zé)N組分的沸點(diǎn)和凝固點(diǎn)較高，當(dāng)天然氣液化的溫度達(dá)到-162°C時(shí)， 重?zé)N組分會(huì)形成固體，嚴(yán)重堵塞管道和設(shè)備，影響主冷循環(huán)的正常運(yùn)行。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的發(fā)明目的在于針對(duì)上述存在的問題，提供一種丙烯預(yù)冷混合冷劑液化天然氣的方法及裝置，其采用丙烯替代丙烷作為混合冷劑液化天然氣過程的預(yù)冷冷劑，并通過改變工藝流程，從而提升天然氣和混合制冷劑的預(yù)冷效果，顯著降低能耗，簡(jiǎn)化液化流程設(shè)備和操作。本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下
一種丙烯預(yù)冷混合冷劑液化天然氣的方法，包括下述主要步驟
a、壓縮冷卻預(yù)冷劑丙烯首先通過預(yù)冷壓縮機(jī)壓縮，再通過預(yù)冷水冷卻器冷卻；
b、丙烯預(yù)冷再經(jīng)節(jié)流閥降壓降溫后，進(jìn)入副冷箱中與天然氣和混合冷劑換熱，換熱后的丙烯進(jìn)入氣液分離器中進(jìn)行氣液分離，其中的氣相丙烯返回預(yù)冷壓縮機(jī)進(jìn)行壓縮，液相丙烯進(jìn)入下一級(jí)丙烯預(yù)冷；C、深冷循環(huán)混合冷劑通過深冷循環(huán)壓縮機(jī)進(jìn)壓縮、水冷器冷卻，進(jìn)入到副冷箱中預(yù)冷，再通過主冷箱換熱后，經(jīng)節(jié)流閥節(jié)流，進(jìn)入主冷箱為天然氣液化提供冷量，換熱后的混合冷劑再返回深冷循環(huán)壓縮機(jī)進(jìn)行下一次循環(huán)；
d、天然氣液化原料天然氣通過副冷箱與預(yù)冷劑換熱后，再進(jìn)入主冷箱，與混合冷劑換熱，原料天然氣被液化成LNG，再經(jīng)天然氣節(jié)流閥降壓后存儲(chǔ)。所述步驟b中，丙烯預(yù)冷采用四級(jí)丙烯預(yù)冷。所述步驟c中，深冷循環(huán)采用二級(jí)深冷循環(huán)。用于上述丙烯預(yù)冷混合冷劑液化天然氣的方法的裝置，其組成為
包括預(yù)冷循環(huán)系統(tǒng)、深冷循環(huán)系統(tǒng)和天然氣液化系統(tǒng)，預(yù)冷循環(huán)系統(tǒng)為由預(yù)冷壓縮機(jī)、 預(yù)冷水冷卻器、副冷箱、預(yù)冷劑節(jié)流閥、氣液分離器通過管道形成的封閉循環(huán)系統(tǒng)；
深冷循環(huán)系統(tǒng)為由深冷循環(huán)壓縮機(jī)、深冷水冷卻器、副冷箱、主冷箱、深冷節(jié)流閥通過管道形成的封閉制冷循環(huán)系統(tǒng)；
副冷箱、主冷箱與天然氣節(jié)流閥通過天然氣進(jìn)出管道連接形成天然氣液化系統(tǒng)。所述天然氣液化系統(tǒng)中，還設(shè)置有重?zé)N分離器。 在預(yù)冷循環(huán)中，可以采用多級(jí)丙烯預(yù)冷。預(yù)冷級(jí)數(shù)越多，設(shè)備投入越高，能耗利用率越高。一般采用三級(jí)或四級(jí)預(yù)冷換熱就可以得到較高的能耗利用率。發(fā)明人在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，用丙烯代替丙烷作為預(yù)冷冷劑，能夠取得更好的效果。和丙烷相比，丙烯通常由石油裂解得到，純度較高，其中不含重?zé)N組分，可以作為單一預(yù)冷冷劑。 本發(fā)明有效避免了重?zé)N組分的干擾，減少了管道和設(shè)備的堵塞，保證了系統(tǒng)的正常運(yùn)行。同時(shí)，本發(fā)明提供的丙烯預(yù)冷混合冷劑液化天然氣的方法具有更好的效果。經(jīng)測(cè)試，在相同條件下，與使用丙烷作為預(yù)冷冷劑的系統(tǒng)相比，本發(fā)明能夠?qū)⑻烊粴獾念A(yù)冷溫度降低5°C，顯著提高了原料天然氣中重?zé)N的脫出效果。同時(shí)，由于丙烯的潛熱大于丙烷，在預(yù)冷循環(huán)中，對(duì)于相同質(zhì)量的冷劑，使用丙烯作為預(yù)冷冷劑時(shí)，壓縮機(jī)的能耗利用率更高，能夠有效降低生產(chǎn)成本。本發(fā)明中流程設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便。


本發(fā)明將通過例子并參照附圖的方式說明，其中
圖1為一級(jí)丙烯預(yù)冷混合冷劑深冷液化天然氣的示意圖。圖2為二級(jí)丙烯預(yù)冷混合冷劑深冷液化天然氣的示意圖。圖3為四級(jí)丙烯預(yù)冷混合冷劑深冷液化天然氣的示意圖。圖4為帶重?zé)N分離模塊的四級(jí)丙烯預(yù)冷混合冷劑深冷液化天然氣的示意圖。圖5為帶重?zé)N分離模塊的四級(jí)丙烯預(yù)冷與二級(jí)混合冷劑深冷液化天然氣的示意圖。圖中標(biāo)號(hào)天然氣1、副冷箱2、主冷箱3、天然氣節(jié)流閥4、LNG貯槽5、重?zé)N分離裝置6、預(yù)冷壓縮機(jī)101、預(yù)冷水冷卻器102、第一預(yù)冷劑節(jié)流閥103、一級(jí)預(yù)冷冷劑104、第一氣液分離器105、第二預(yù)冷劑節(jié)流閥113、二級(jí)預(yù)冷冷劑114、第二氣液分離器115、第三預(yù)冷劑節(jié)流閥123、三級(jí)預(yù)冷冷劑124、第三氣液分離器125、第四預(yù)冷劑節(jié)流閥133、四級(jí)預(yù)冷冷劑 134、第四氣液分離器135、深冷循環(huán)壓縮機(jī)201、深冷水冷卻器202、高壓混合冷劑203、深冷節(jié)流閥204，深冷氣液分離器205，第二深冷節(jié)流閥206。
具體實(shí)施例方式本說明書中公開的所有特征，或公開的所有方法或過程中的步驟，除了互相排斥的特征和/或步驟以外，均可以以任何方式組合。本說明書(包括任何附加權(quán)利要求、摘要和附圖)中公開的任一特征，除非特別敘述，均可被其他等效或具有類似目的的替代特征加以替換。即，除非特別敘述，每個(gè)特征只是一系列等效或類似特征中的一個(gè)例子而已。下述各實(shí)施例中，混合冷劑可選用現(xiàn)有技術(shù)中天然氣液化方法中常用的混合冷劑，包括隊(duì)和C1至C5的碳?xì)浠衔锏冉M分組成的混合冷劑。實(shí)施例1
本實(shí)施例采用的裝置如圖1所示，包括預(yù)冷循環(huán)系統(tǒng)、深冷循環(huán)系統(tǒng)和天然氣液化系統(tǒng)，預(yù)冷循環(huán)系統(tǒng)為由預(yù)冷壓縮機(jī)101、預(yù)冷水冷卻器102、副冷箱2、第一預(yù)冷劑節(jié)流閥 103、第一氣液分離器105通過管道形成的封閉循環(huán)系統(tǒng)；
深冷循環(huán)系統(tǒng)為由深冷循環(huán)壓縮機(jī)201、深冷水冷卻器202、副冷箱2、主冷箱3、深冷節(jié)流閥204通過管道形成的封閉制冷循環(huán)系統(tǒng)；
其中，副冷箱2、主冷箱3與天然氣節(jié)流閥4通過天然氣進(jìn)出管道連接成天然氣液化系統(tǒng)。本實(shí)施例中預(yù)冷循環(huán)系統(tǒng)采用的預(yù)冷冷劑為丙烯。本實(shí)施例采用的混合冷劑由7%N2、34%CH4、35%C2H4、24%C3H6組成。本實(shí)施例采用丙烯預(yù)冷混合冷劑液化天然氣的方法包括下述主要步驟(其流程如圖1所示)
a、預(yù)冷劑丙烯首先通過預(yù)冷壓縮機(jī)101增壓至1.48MPa,然后通過預(yù)冷水冷卻器102冷卻至350C
b、再經(jīng)第一預(yù)冷劑節(jié)流閥103降溫降壓后，成為一級(jí)預(yù)冷冷劑104，一級(jí)預(yù)冷冷劑 104進(jìn)入副冷箱2中，與天然氣和混合冷劑進(jìn)行熱量交換，使天然氣和混合冷劑的溫度降到-44°C，換熱后的丙烯進(jìn)入第一氣液分離器105中，再通過管道返回預(yù)冷壓縮機(jī)101進(jìn)行壓縮，進(jìn)行下一次循環(huán)；
c、混合冷劑通過深冷循環(huán)壓縮機(jī)201進(jìn)行壓縮，壓力變?yōu)?.6MPa，然后經(jīng)過深冷水冷卻器202冷卻至37°C，再進(jìn)入副冷箱2，預(yù)冷至-44°C，得到高壓混合冷劑203。高壓混合冷劑203經(jīng)主冷箱3換熱冷卻后，通過深冷節(jié)流閥204節(jié)流降低其溫度和壓力，再進(jìn)入主冷箱 3，為天然氣的液化提供能量。換熱后的混合冷劑壓力變?yōu)?. ^MPa,溫度變?yōu)?47°C，再返回深冷循環(huán)壓縮機(jī)201進(jìn)行下一次循環(huán)；
d、經(jīng)預(yù)處理系統(tǒng)脫除其它雜質(zhì)后的天然氣1，初始溫度為37°C，壓力為5.5MPa，其通過副冷箱2預(yù)冷后，溫度降至-44°C，再經(jīng)過主冷箱3冷卻后，溫度降至-162°C，液化成為L(zhǎng)NG， 通過天然氣節(jié)流閥4降壓后送到LNG貯槽5。實(shí)施例2
本實(shí)施例采用的裝置如圖2所示，包括預(yù)冷循環(huán)系統(tǒng)、深冷循環(huán)系統(tǒng)和天然氣液化系統(tǒng)，預(yù)冷循環(huán)系統(tǒng)為由預(yù)冷壓縮機(jī)101、預(yù)冷水冷卻器102、副冷箱2、第一預(yù)冷劑節(jié)流閥 103、第一氣液分離器105、第二預(yù)冷劑節(jié)流閥113、第二氣液分離器115通過管道形成的封閉循環(huán)系統(tǒng)；
深冷循環(huán)系統(tǒng)為由深冷循環(huán)壓縮機(jī)201、深冷水冷卻器202、副冷箱2、主冷箱3、深冷節(jié)流閥204通過管道形成的封閉制冷循環(huán)系統(tǒng)；
其中，副冷箱2、主冷箱3與天然氣節(jié)流閥4通過天然氣進(jìn)出管道連接成天然氣液化系統(tǒng)。本實(shí)施例中預(yù)冷循環(huán)系統(tǒng)采用的預(yù)冷冷劑為丙烯。本實(shí)施例采用的混合冷劑由8%N2、35%CH4、35%C2H4、2^)C3H6組成。本實(shí)施例采用丙烯預(yù)冷混合冷劑液化天然氣的方法包括下述主要步驟(其流程如圖2所示)
a、預(yù)冷劑丙烯首先通過預(yù)冷壓縮機(jī)101增壓至1.48MPa,然后通過預(yù)冷水冷卻器102冷卻至350C
b、再經(jīng)第一預(yù)冷劑節(jié)流閥103降溫降壓后，成為一級(jí)預(yù)冷冷劑104，一級(jí)預(yù)冷冷劑 104進(jìn)入副冷箱2中，與天然氣和混合冷劑進(jìn)行熱量交換，使天然氣和混合冷劑的溫度降到_7°C，換熱后的丙烯進(jìn)入第一氣液分離器105進(jìn)行氣液分離，其中壓力變?yōu)?. 4MPa的氣相丙烯返回預(yù)冷壓縮機(jī)101進(jìn)行壓縮，液相丙烯進(jìn)入下一級(jí)換熱器；
c、步驟b中得到的液相丙烯通過第二預(yù)冷劑節(jié)流閥113降溫降壓后，得到二級(jí)預(yù)冷冷劑114，其進(jìn)入副冷箱2中，與天然氣和混合冷劑進(jìn)行熱量交換，使天然氣和混合冷劑的溫度降到-44°C，換熱后的丙烯進(jìn)入第二氣液分離器115中，再通過管道返回預(yù)冷壓縮機(jī)101 進(jìn)行壓縮，進(jìn)行下一次循環(huán)；
d、混合冷劑通過深冷循環(huán)壓縮機(jī)201進(jìn)行壓縮，壓力變?yōu)?.6MPa，然后經(jīng)過深冷水冷卻器202冷卻至37°C，再進(jìn)入副冷箱2，預(yù)冷至-44°C，得到高壓混合冷劑203。高壓混合冷劑203經(jīng)主冷箱3換熱冷卻后，通過深冷節(jié)流閥204節(jié)流降低其溫度和壓力，再進(jìn)入主冷箱 3，為天然氣的液化提供能量。換熱后的混合冷劑壓力變?yōu)?. ^MPa,溫度變?yōu)?47°C，再返回深冷循環(huán)壓縮機(jī)201進(jìn)行下一次循環(huán)；
e、經(jīng)預(yù)處理系統(tǒng)脫除其它雜質(zhì)后的天然氣1，初始溫度為37°C，壓力為5.5MPa，其通過副冷箱2預(yù)冷后，溫度降至-44°C，再經(jīng)過主冷箱3冷卻后，溫度降至-162°C，液化成為L(zhǎng)NG， 通過天然氣節(jié)流閥4降壓后送到LNG貯槽5。實(shí)施例3
本實(shí)施例采用的裝置如圖3所示，包括預(yù)冷循環(huán)系統(tǒng)、深冷循環(huán)系統(tǒng)和天然氣液化系統(tǒng)，預(yù)冷循環(huán)系統(tǒng)為由預(yù)冷壓縮機(jī)101、預(yù)冷水冷卻器102、副冷箱2、第一預(yù)冷劑節(jié)流閥 103、第一氣液分離器105、第二預(yù)冷劑節(jié)流閥113、第二氣液分離器115、第三預(yù)冷劑節(jié)流閥 123、第三氣液分離器125、第四預(yù)冷劑節(jié)流閥133、第四氣液分離器135通過管道形成的封閉循環(huán)系統(tǒng)；
深冷循環(huán)系統(tǒng)為由深冷循環(huán)壓縮機(jī)201、深冷水冷卻器202、副冷箱2、主冷箱3、深冷節(jié)流閥204通過管道形成的封閉制冷循環(huán)系統(tǒng)；
其中，副冷箱2、主冷箱3與天然氣節(jié)流閥4通過天然氣進(jìn)出管道連接成天然氣液化系統(tǒng)。本實(shí)施例中預(yù)冷循環(huán)系統(tǒng)采用的預(yù)冷冷劑為丙烯。本實(shí)施例采用的混合冷劑由5%N2、34%CH4、35%C2H4、26%C3H6組成。
本實(shí)施例采用丙烯預(yù)冷混合冷劑液化天然氣的方法包括下述主要步驟(其流程如圖3所示)
a、預(yù)冷劑丙烯首先通過預(yù)冷壓縮機(jī)101增壓至1.48MPa,然后通過預(yù)冷水冷卻器102冷卻至350C ；
b、再經(jīng)第一預(yù)冷劑節(jié)流閥103降溫降壓后，成為一級(jí)預(yù)冷冷劑104，一級(jí)預(yù)冷冷劑104 進(jìn)入副冷箱2中，與天然氣和混合冷劑進(jìn)行熱量交換，使天然氣和混合冷劑的溫度降到 15°C，換熱后的丙烯進(jìn)入第一氣液分離器105進(jìn)行氣液分離，其中壓力變?yōu)?. SMPa的氣相丙烯返回預(yù)冷壓縮機(jī)101進(jìn)行壓縮，液相丙烯進(jìn)入下一級(jí)換熱器；
c、步驟b中得到的液相丙烯通過第二預(yù)冷劑節(jié)流閥113降溫降壓后，得到二級(jí)預(yù)冷冷劑114，其進(jìn)入副冷箱2中，與天然氣和混合冷劑進(jìn)行熱量交換，使天然氣和混合冷劑的溫度降到_7°C，換熱后的丙烯進(jìn)入第二氣液分離器115進(jìn)行氣液分離，其中壓力變?yōu)?. 4MPa 的氣相丙烯返回預(yù)冷壓縮機(jī)101進(jìn)行壓縮，液相丙烯進(jìn)入下一級(jí)換熱器；
d、步驟c中得到的液相丙烯通過第三預(yù)冷劑節(jié)流閥123降溫降壓后，得到三級(jí)預(yù)冷冷劑124，其進(jìn)入副冷箱2中，與天然氣和混合冷劑進(jìn)行熱量交換，使天然氣和混合冷劑的溫度降到-27°C，換熱后的丙烯進(jìn)入第三氣液分離器125進(jìn)行氣液分離，其中氣相丙烯返回預(yù)冷壓縮機(jī)101進(jìn)行壓縮，液相丙烯進(jìn)入下一級(jí)換熱器；
e、步驟d中得到的液相丙烯通過第四預(yù)冷劑節(jié)流閥133降溫降壓后，得到四級(jí)預(yù)冷冷劑134，其進(jìn)入副冷箱2中，與天然氣和混合冷劑進(jìn)行熱量交換，使天然氣和混合冷劑的溫度降到-44°C，換熱后的丙烯通過第四氣液分離器135返回預(yù)冷壓縮機(jī)101進(jìn)行壓縮，進(jìn)行下一次循環(huán)；
f、混合冷劑通過深冷循環(huán)壓縮機(jī)201進(jìn)行壓縮，壓力變?yōu)?.6MPa，然后經(jīng)過深冷水冷卻器202冷卻至37°C，再進(jìn)入副冷箱2，預(yù)冷至-44°C，得到高壓混合冷劑203。高壓混合冷劑203經(jīng)主冷箱3換熱冷卻后，通過深冷節(jié)流閥204節(jié)流降低其溫度和壓力，再進(jìn)入主冷箱 3，為天然氣的液化提供能量。換熱后的混合冷劑壓力變?yōu)?. ^MPa,溫度變?yōu)開47°C，再返回深冷循環(huán)壓縮機(jī)201進(jìn)行下一次循環(huán)；
g、經(jīng)預(yù)處理系統(tǒng)脫除其它雜質(zhì)后的天然氣1，初始溫度為37°C，壓力為5.5MPa，其通過副冷箱2預(yù)冷后，溫度降至-44°C，再經(jīng)過主冷箱3冷卻后，溫度降至-162°C，液化成為L(zhǎng)NG， 通過天然氣節(jié)流閥4降壓后送到LNG貯槽5。實(shí)施例4
本實(shí)施例采用的裝置如圖4所示，包括預(yù)冷循環(huán)系統(tǒng)、深冷循環(huán)系統(tǒng)和天然氣液化系統(tǒng)，預(yù)冷循環(huán)系統(tǒng)為由預(yù)冷壓縮機(jī)101、預(yù)冷水冷卻器102、副冷箱2、第一預(yù)冷劑節(jié)流閥 103、第一氣液分離器105、第二預(yù)冷劑節(jié)流閥113、第二氣液分離器115、第三預(yù)冷劑節(jié)流閥 123、第三氣液分離器125、第四預(yù)冷劑節(jié)流閥133、第四氣液分離器135通過管道形成的封閉循環(huán)系統(tǒng)；
深冷循環(huán)系統(tǒng)為由深冷循環(huán)壓縮機(jī)201、深冷水冷卻器202、副冷箱2、主冷箱3、深冷節(jié)流閥204通過管道形成的封閉制冷循環(huán)系統(tǒng)；
其中，副冷箱2、主冷箱3、天然氣節(jié)流閥4、重?zé)N分離裝置6通過天然氣進(jìn)出管道連接成天然氣液化系統(tǒng)。本實(shí)施例中預(yù)冷循環(huán)系統(tǒng)采用的預(yù)冷冷劑為丙烯。
本實(shí)施例采用的混合冷劑由9%N2、35%CH4、35%C2H4、21%C3H6組成。本實(shí)施例采用丙烯預(yù)冷混合冷劑液化天然氣的方法包括下述主要步驟(其流程如圖4所示)
a、預(yù)冷劑丙烯首先通過預(yù)冷壓縮機(jī)101增壓至1.48MPa,然后通過預(yù)冷水冷卻器102冷卻至350C ；
b、再經(jīng)第一預(yù)冷劑節(jié)流閥103降溫降壓后，成為一級(jí)預(yù)冷冷劑104，一級(jí)預(yù)冷冷劑104 進(jìn)入副冷箱2中，與天然氣和混合冷劑進(jìn)行熱量交換，使天然氣和混合冷劑的溫度降到 15°C，換熱后的丙烯進(jìn)入第一氣液分離器105進(jìn)行氣液分離，其中壓力變?yōu)?. SMPa的氣相丙烯返回預(yù)冷壓縮機(jī)101進(jìn)行壓縮，液相丙烯進(jìn)入下一級(jí)換熱器；
c、步驟b中得到的液相丙烯通過第二預(yù)冷劑節(jié)流閥113降溫降壓后，得到二級(jí)預(yù)冷冷劑114，其進(jìn)入副冷箱2中，與天然氣和混合冷劑進(jìn)行熱量交換，使天然氣和混合冷劑的溫度降到_7°C，換熱后的丙烯進(jìn)入第二氣液分離器115進(jìn)行氣液分離，其中壓力變?yōu)?. 4MPa 的氣相丙烯返回預(yù)冷壓縮機(jī)101進(jìn)行壓縮，液相丙烯進(jìn)入下一級(jí)換熱器；
d、步驟c中得到的液相丙烯通過第三預(yù)冷劑節(jié)流閥123降溫降壓后，得到三級(jí)預(yù)冷冷劑124，其進(jìn)入副冷箱2中，與天然氣和混合冷劑進(jìn)行熱量交換，使天然氣和混合冷劑的溫度降到-27°C，換熱后的丙烯進(jìn)入第三氣液分離器125進(jìn)行氣液分離，其中氣相丙烯返回預(yù)冷壓縮機(jī)101進(jìn)行壓縮，液相丙烯進(jìn)入下一級(jí)換熱器；
e、步驟d中得到的液相丙烯通過第四預(yù)冷劑節(jié)流閥133降溫降壓后，得到四級(jí)預(yù)冷冷劑134，其進(jìn)入副冷箱2中，與天然氣和混合冷劑進(jìn)行熱量交換，使天然氣和混合冷劑的溫度降到-44°C，換熱后的丙烯通過第四氣液分離器135返回預(yù)冷壓縮機(jī)101進(jìn)行壓縮，進(jìn)行下一次循環(huán)；
f、混合冷劑通過深冷循環(huán)壓縮機(jī)201進(jìn)行壓縮，壓力變?yōu)?.6MPa，然后經(jīng)過深冷水冷卻器202冷卻至37°C，再進(jìn)入副冷箱2，預(yù)冷至-44°C，得到高壓混合冷劑203。高壓混合冷劑203經(jīng)主冷箱3換熱冷卻后，通過深冷節(jié)流閥204節(jié)流降低其溫度和壓力，再進(jìn)入主冷箱 3，為天然氣的液化提供能量。換熱后的混合冷劑壓力變?yōu)?. ^MPa,溫度變?yōu)開47°C，再返回深冷循環(huán)壓縮機(jī)201進(jìn)行下一次循環(huán)；
g、經(jīng)預(yù)處理系統(tǒng)脫除其它雜質(zhì)后的天然氣1，初始溫度為37°C，壓力為5.5MPa，其通過副冷箱2預(yù)冷后，溫度降至-44°C，然后通過重?zé)N分離裝置6去除天然氣中的重?zé)N組分，再經(jīng)過主冷箱3冷卻后，溫度降至_162°C，液化成為L(zhǎng)NG，通過天然氣節(jié)流閥4降壓后送到LNG 貯槽5。實(shí)施例5
本實(shí)施例采用的裝置如圖5所示，包括預(yù)冷循環(huán)系統(tǒng)、深冷循環(huán)系統(tǒng)和天然氣液化系統(tǒng)，預(yù)冷循環(huán)系統(tǒng)為由預(yù)冷壓縮機(jī)101、預(yù)冷水冷卻器102、副冷箱2、第一預(yù)冷劑節(jié)流閥 103、第一氣液分離器105、第二預(yù)冷劑節(jié)流閥113、第二氣液分離器115、第三預(yù)冷劑節(jié)流閥 123、第三氣液分離器125、第四預(yù)冷劑節(jié)流閥133、第四氣液分離器135通過管道形成的封閉循環(huán)系統(tǒng)；
深冷循環(huán)系統(tǒng)為由深冷循環(huán)壓縮機(jī)201、深冷水冷卻器202、副冷箱2、主冷箱3、深冷節(jié)流閥204、深冷氣液分離器205，第二深冷節(jié)流閥206通過管道形成的封閉制冷循環(huán)系統(tǒng)；
其中，副冷箱2、主冷箱3、天然氣節(jié)流閥4、重?zé)N分離裝置6通過天然氣進(jìn)出管道連接成天然氣液化系統(tǒng)。本實(shí)施例中預(yù)冷循環(huán)系統(tǒng)采用的預(yù)冷冷劑為丙烯。本實(shí)施例采用的混合冷劑由6. 5%N2、35%CH4、36. 5%C2H4,22%C3H6組成。本實(shí)施例采用丙烯預(yù)冷混合冷劑液化天然氣的方法包括下述主要步驟(其流程如圖5所示)
a、預(yù)冷劑丙烯首先通過預(yù)冷壓縮機(jī)101增壓至1.56MPa,然后通過預(yù)冷水冷卻器102冷卻至37°C ；
b、再經(jīng)第一預(yù)冷劑節(jié)流閥103降溫降壓后，成為一級(jí)預(yù)冷冷劑104，一級(jí)預(yù)冷冷劑104 進(jìn)入副冷箱2中，與天然氣和混合冷劑進(jìn)行熱量交換，使天然氣和混合冷劑的溫度降到 15°C，換熱后的丙烯進(jìn)入第一氣液分離器105進(jìn)行氣液分離，其中壓力變?yōu)?. SMPa的氣相丙烯返回預(yù)冷壓縮機(jī)101進(jìn)行壓縮，液相丙烯進(jìn)入下一級(jí)換熱器；
c、步驟b中得到的液相丙烯通過第二預(yù)冷劑節(jié)流閥113降溫降壓后，得到二級(jí)預(yù)冷冷劑114，其進(jìn)入副冷箱2中，與天然氣和混合冷劑進(jìn)行熱量交換，使天然氣和混合冷劑的溫度降到_7°C，換熱后的丙烯進(jìn)入第二氣液分離器115進(jìn)行氣液分離，其中壓力變?yōu)?. 4MPa 的氣相丙烯返回預(yù)冷壓縮機(jī)101進(jìn)行壓縮，液相丙烯進(jìn)入下一級(jí)換熱器；
d、步驟c中得到的液相丙烯通過第三預(yù)冷劑節(jié)流閥123降溫降壓后，得到三級(jí)預(yù)冷冷劑124，其進(jìn)入副冷箱2中，與天然氣和混合冷劑進(jìn)行熱量交換，使天然氣和混合冷劑的溫度降到-27°C，換熱后的丙烯進(jìn)入第三氣液分離器125進(jìn)行氣液分離，其中氣相丙烯返回預(yù)冷壓縮機(jī)101進(jìn)行壓縮，液相丙烯進(jìn)入下一級(jí)換熱器；
e、步驟d中得到的液相丙烯通過第四預(yù)冷劑節(jié)流閥133降溫降壓后，得到四級(jí)預(yù)冷冷劑134，其進(jìn)入副冷箱2中，與天然氣和混合冷劑進(jìn)行熱量交換，使天然氣和混合冷劑的溫度降到-44°C，換熱后的丙烯通過第四氣液分離器135返回預(yù)冷壓縮機(jī)101進(jìn)行壓縮，進(jìn)行下一次循環(huán)；
f、混合冷劑通過深冷循環(huán)壓縮機(jī)201進(jìn)行壓縮，壓力變?yōu)?.57MPa，然后經(jīng)過深冷水冷卻器202冷卻至37°C，再進(jìn)入副冷箱2，預(yù)冷至-44°C，得到高壓混合冷劑203。高壓混合冷劑203進(jìn)入深冷氣液分離器205中，其中氣相混合冷劑依次通過主冷箱3 —級(jí)換熱器和二級(jí)換熱冷器卻后，通過深冷節(jié)流閥204節(jié)流降低其溫度和壓力，再進(jìn)入主冷箱3 ；液相混合冷劑經(jīng)第二深冷節(jié)流閥206節(jié)流后，與從主冷箱二級(jí)換熱器出來的混合冷劑混合后返回主冷箱一級(jí)換熱器。換熱后的混合冷劑壓力變?yōu)?. ^MPa,溫度變?yōu)開47°C，再返回深冷循環(huán)壓縮機(jī)201進(jìn)行下一次循環(huán)；
g、經(jīng)預(yù)處理系統(tǒng)脫除其它雜質(zhì)后的天然氣1，初始溫度為40°C，壓力為5.4MPa，其通過副冷箱2預(yù)冷后，溫度降至-44°C，然后通過重?zé)N分離裝置6去除天然氣中的重?zé)N組分，再經(jīng)過主冷箱3冷卻后，溫度降至_162°C，液化成為L(zhǎng)NG，通過天然氣節(jié)流閥4降壓后送到LNG 貯槽5。在預(yù)冷循環(huán)系統(tǒng)中，經(jīng)壓縮后的丙烯，先用水進(jìn)行預(yù)冷，再節(jié)流、降溫、降壓，從而為天然氣和混合冷劑提供冷量。換熱級(jí)數(shù)越多，設(shè)備投入越高，能耗利用率越高。一般采用三級(jí)或四級(jí)預(yù)冷換熱就可以得到較高的能耗利用率。本發(fā)明的發(fā)明人在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，采用四級(jí)預(yù)冷換熱可以在節(jié)約設(shè)備投入的情況下，得到較高的能耗利用率。經(jīng)初步估算，預(yù)冷循環(huán)可以為天然氣整個(gè)液化過程提供1/3的冷量。
在深冷循環(huán)中，可以采用多級(jí)深冷循環(huán)，從而得到較高的能耗利用率，降低生產(chǎn)成本。當(dāng)原料天然氣壓力較低時(shí)，可以在液化處理前，對(duì)其進(jìn)行加壓冷卻。當(dāng)需要去除原料天然氣中的水、酸性氣體和汞等雜質(zhì)時(shí)，可以在液化之前進(jìn)行。原料天然氣中的重?zé)N組分可以在液化之前，通過分子篩脫除，也可通過本流程中副冷箱在天然氣預(yù)冷后，通過重?zé)N分離裝置脫除。這些過程都沒有改變主工藝流程和相應(yīng)的冷劑及設(shè)備裝置，因此不影響本發(fā)明的特征表達(dá)。。
權(quán)利要求
1.一種丙烯預(yù)冷混合冷劑液化天然氣的方法，包括下述主要步驟a、壓縮冷卻預(yù)冷劑丙烯首先通過預(yù)冷壓縮機(jī)壓縮，再通過預(yù)冷水冷卻器冷卻；b、丙烯預(yù)冷再經(jīng)節(jié)流閥降壓降溫后，進(jìn)入副冷箱中與天然氣和混合冷劑換熱，換熱后的丙烯進(jìn)入氣液分離器中進(jìn)行氣液分離，其中的氣相丙烯返回預(yù)冷壓縮機(jī)進(jìn)行壓縮，液相丙烯進(jìn)入下一級(jí)丙烯預(yù)冷；C、深冷循環(huán)混合冷劑通過深冷循環(huán)壓縮機(jī)進(jìn)壓縮、水冷器冷卻，進(jìn)入到副冷箱中預(yù)冷，再通過主冷箱換熱后，經(jīng)節(jié)流閥節(jié)流，進(jìn)入主冷箱為天然氣液化提供冷量，換熱后的混合冷劑再返回深冷循環(huán)壓縮機(jī)進(jìn)行下一次循環(huán)；d、天然氣液化原料天然氣通過副冷箱與預(yù)冷劑換熱后，再進(jìn)入主冷箱，與混合冷劑換熱，原料天然氣被液化成LNG，再經(jīng)天然氣節(jié)流閥降壓后存儲(chǔ)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的丙烯預(yù)冷混合冷劑液化天然氣的方法，其特征在于所述步驟b中，丙烯預(yù)冷采用四級(jí)丙烯預(yù)冷。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的丙烯預(yù)冷混合冷劑液化天然氣的方法，其特征在于所述步驟c中，深冷循環(huán)采用二級(jí)深冷循環(huán)。
4.用于權(quán)利要求1所述丙烯預(yù)冷混合冷劑液化天然氣的方法的裝置，其組成為 包括預(yù)冷循環(huán)系統(tǒng)、深冷循環(huán)系統(tǒng)和天然氣液化系統(tǒng)，預(yù)冷循環(huán)系統(tǒng)為由預(yù)冷壓縮機(jī)、預(yù)冷水冷卻器、副冷箱、預(yù)冷劑節(jié)流閥、氣液分離器通過管道形成的封閉循環(huán)系統(tǒng)；深冷循環(huán)系統(tǒng)為由深冷循環(huán)壓縮機(jī)、深冷水冷卻器、副冷箱、主冷箱、深冷節(jié)流閥通過管道形成的封閉制冷循環(huán)系統(tǒng)；副冷箱、主冷箱與天然氣節(jié)流閥通過天然氣進(jìn)出管道連接形成天然氣液化系統(tǒng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的丙烯預(yù)冷混合冷劑液化天然氣的方法的裝置，其特征在于 所述天然氣液化系統(tǒng)中，還設(shè)置有重?zé)N分離器。
全文摘要
一種丙烯預(yù)冷混合冷劑液化天然氣的方法及裝置，目的在于解決采用丙烷作為天然氣預(yù)冷冷劑時(shí)，為保證冷卻效果，需要在其中加入重?zé)N組分，從而導(dǎo)致管道和設(shè)備堵塞，影響循環(huán)正常運(yùn)行的問題，本發(fā)明采用丙烯替代丙烷作為混合冷劑液化天然氣過程的預(yù)冷冷劑，并通過改變工藝流程，從而提升天然氣和混合制冷劑的預(yù)冷效果，顯著降低能耗，簡(jiǎn)化液化流程設(shè)備和操作。
文檔編號(hào)C10L3/10GK102304403SQ20111022498
公開日2012年1月4日 申請(qǐng)日期2011年8月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月8日
發(fā)明者張?bào)@濤 申請(qǐng)人:成都賽普瑞興科技有限公司