[發(fā)明專利]一種天然氣的雙冷劑液化系統(tǒng)和液化方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110328369.1
• 申請日: 2011-10-25
• 公開（公告）號: CN103075869A
• 公開（公告）日: 2013-05-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 白改玲;王紅;宋媛玲;吳笛;林暢;程喜慶;李嬋;李佳;孫文強
• 申請（專利權(quán)）人: 中國石油天然氣股份有限公司;中國寰球工程公司
• 主分類號: F25J1/02
• 分類號: F25J1/02
• 代理公司: 北京市中實友知識產(chǎn)權(quán)代理有限責任公司 11013
• 代理人: 謝小延

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種天然氣的雙冷劑液化系統(tǒng)和液化方法。

背景技術(shù)

天然氣(NG)在環(huán)境條件下為氣態(tài)物質(zhì)，長距離通過管道輸送至用戶非常不經(jīng)濟，尤其是在需要跨越大洋或無法鋪設(shè)輸送管線時更是無法實現(xiàn)的，因此，要實現(xiàn)天然氣的輸送和利用，必須將其液化為液化天然氣(LNG)。

天然氣液化技術(shù)的工業(yè)化應(yīng)用始于上世紀60年代，發(fā)展至今，成熟的天然氣液化工藝可以分為三大類型，分別是階式制冷工藝、膨脹制冷工藝和混合冷劑制冷工藝，其中，階式制冷工藝的循環(huán)流程機組多、控制復(fù)雜、維修不便，目前較少使用；膨脹制冷工藝的工作性能受原料天然氣的壓力和組成的影響大，液化率低、能耗高，僅適用于產(chǎn)能很小而且特殊的場合；混合冷劑制冷工藝的機組設(shè)備相對少，流程簡單，適應(yīng)性強，并且操作容易，目前為大多數(shù)天然氣液化裝置所采用。

現(xiàn)有的混合冷劑制冷工藝所采用的冷箱為繞管式或釜式的，其結(jié)構(gòu)分別如圖1和圖2所示。在繞管式冷箱中，外殼101內(nèi)部固定一繞管芯筒102，分別輸送常溫冷劑和NG的冷劑輸送通道103和NG輸送通道104密集地交叉纏繞在繞管芯筒102上，外殼101與冷劑輸送通道103、NG輸送通道104之間的空間為殼側(cè)，低溫的冷劑在此殼側(cè)自上而下流動，這樣，冷劑輸送通道103和NG輸送通道104內(nèi)分別輸送的常溫冷劑和NG就分別與通道外的低溫冷劑進行熱量交換，殼側(cè)的低溫冷劑將冷量釋放并蒸發(fā)為常溫冷劑，而冷劑輸送通道103中常溫冷劑和NG輸送通道104中的NG被冷卻，這樣就實現(xiàn)了對NG的冷卻液化和對常溫冷劑的預(yù)冷。在釜式冷箱中，低溫冷劑從外殼105底部的低溫冷劑輸入管106輸入到外殼105內(nèi)部的殼側(cè)，在釋放冷量后變?yōu)檎羝麖耐鈿?05頂部的低溫冷劑輸出管107輸出。常溫冷劑和NG分別沿冷劑輸送通道110和NG輸送通道111進入外殼105內(nèi)部，并在外殼105內(nèi)部變?yōu)楸P管形式以提高與低溫冷劑的接觸面積，這樣，常溫冷劑和NG就與外殼105內(nèi)部與低溫冷劑進行冷量交換，低溫冷劑被加熱并氣化，而常溫冷劑被預(yù)冷，NG被冷卻，分別通過常溫冷劑輸出管109和NG輸出管112輸出到外殼105外部。通過調(diào)節(jié)低溫冷劑、常溫冷劑以及NG的輸入流量，可使液態(tài)的低溫冷劑在殼側(cè)保持在圖2中虛線108的位置(即高于常溫冷劑輸送盤管和NG輸送盤管的位置)，以保證冷量交換的順利進行。

圖1和圖2所示的兩種冷箱中只能設(shè)置一條冷流體的通道(即殼側(cè))，熱流體(如常溫冷劑、NG等)可通過在繞管芯筒102上纏繞多個熱流體繞管(如冷劑輸送通道103、NG輸送通道104等)的方式來輸送，因而現(xiàn)有技術(shù)可安排多種熱流體與同一冷流體進行熱量交換。但是，當需要有兩種以上的冷流體(如混合冷劑制冷工藝中的一號冷劑和二號冷劑)同時與熱流體進行換熱時，則至少需要兩個圖1或圖2所示結(jié)構(gòu)的冷箱才能完成該工藝。圖3為現(xiàn)有的混合冷劑制冷工藝所采用的液化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。如圖3所示，一號換熱器201和二號換熱器202可以為圖1所示結(jié)構(gòu)的繞管式冷箱，也可以為圖2所示的釜式冷箱。一號換熱器201利用一號冷劑實現(xiàn)對NG的預(yù)冷，這里的一號冷劑可以為丙烷，也可以為混合冷劑(如乙烷、丙烷、戊烷等的混合物)，二號換熱器202利用氮氣與輕烴(如甲烷、乙烷、丙烷、丁烷等)的混合物作為二號冷劑，實現(xiàn)對NG的深冷和液化，最終得到LNG輸出。其工藝流程為：一號換熱器201利用一號冷劑冷卻系統(tǒng)204送來的冷的一號冷劑的冷量對NG進行預(yù)冷后，將熱的一號冷劑送到一號冷劑冷卻系統(tǒng)204進行冷卻降溫，將吸收冷量后得到的液態(tài)的重烴組分分離出來，將氣態(tài)的輕烴組分通過輕烴組分輸送管203輸送到二號換熱器202進行深冷，二號換熱器202利用二號冷劑冷卻系統(tǒng)205送來的冷的二號冷劑的冷量對該氣態(tài)的輕烴組分進行深冷和液化，從而得到LNG輸出，并將熱的二號冷劑送到二號冷劑冷卻系統(tǒng)205進行冷卻降溫。

可見，圖3所示的現(xiàn)有的混合冷劑液化系統(tǒng)對NG進行液化，至少要有兩個冷箱才能滿足要求，該技術(shù)中的兩種冷劑獨立工作，且獨立進行冷卻，因而整個液化系統(tǒng)的復(fù)雜程度和能耗都比較高。另外，當一號冷劑采用丙烷時，其物理特性決定了其對NG的預(yù)冷所能達到的最低溫度為-40℃左右的固定值，因而在NG的組成發(fā)生變化時，或者在環(huán)境溫度隨季節(jié)變化時，該液化系統(tǒng)的LNG產(chǎn)量就會不穩(wěn)定，尤其是在環(huán)境氣溫達到-40℃以下時，NG的液化已不需要丙烷的預(yù)冷，但如果不啟用一號換熱器201工作，整個液化系統(tǒng)將無法工作，因而該液化系統(tǒng)的能耗相當?shù)么蟆?/p>

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種天然氣的雙冷劑液化系統(tǒng)和液化方法，能降低系統(tǒng)的復(fù)雜度和能耗。