[發明專利]混合冷劑內循環方法、天然氣液化方法及液化裝置

有效

• 申請號: 201610152480.2
• 申請日: 2016-03-17
• 公開（公告）號: CN105698487B
• 公開（公告）日: 2018-01-09
• 發明（設計）人: 楊曉東;楊德譜
• 申請（專利權）人: 楊曉東;楊德譜
• 主分類號: F25J1/02
• 分類號: F25J1/02
• 代理公司: 上海浦一知識產權代理有限公司31211
• 代理人: 張驥

技術領域

本發明涉及一種天然氣液化方法，具體涉及一種用于液化天然氣的混合冷劑內循環方法。本發明還涉及一種采用該混合冷劑內循環方法的天然氣液化方法以及一種利用該天然氣液化方法的液化裝置。

背景技術

近年來，液化天然氣(LNG)產業在世界范圍內快速發展，僅在中國先后有超過數十個LNG液化裝置建成投產，這些裝置從不到10萬標方/天到500萬標方/天規模不等。從裝置選擇的液化流程上來，從N₂或是甲烷膨脹機循環、單回路混合冷劑循環到傳統的級聯式循環等都有采用。不同的液化流程主要體現在不同的冷劑循環回路和流程設備的配置上，而該配置將對液化裝置的熱力循環效率、設備布置、裝置對氣源的適應性、裝置的可靠性、操作彈性及穩定性、以及固定投資費用均產生影響。一般而言，隨著液化流程復雜程度的增加，LNG的比能耗會下降，運行成本會下降；而流程設備數量的增加以及流程回路的增加會造成固定設備投資費用增加，因而增加了單位產品的成本。因此，液化流程的選擇要結合原料氣條件，綜合考慮裝置循環效率、設備投資和裝置操作性及長期運行成本等各種因素，例如比能耗、流程復雜性以及可靠性的影響。對于基本負荷型LNG工廠，近幾年海外新建裝置的發展趨勢是裝置規模更加大型化，其單線產能鮮有200萬噸/年以下的。對于這一類型的裝置，多級復疊的丙烷預冷循環與多組分混合冷劑循環相結合的工藝由于較好的能耗指標和成熟的工程化應用使得其成為首選的液化技術。但是，由于其復雜的回路配置、更大的占地面積及極高的投資規模使得其在單線產能100萬噸/年以下的裝置中從未采用。而在中國近幾年新建裝置的發展趨勢上看(單線規模全在50萬噸/年以下)，對于這種規模的裝置，從全世界的范圍來看，單循環混合制冷劑循環工藝(SMR)由于工藝簡單、裝置工程化應用成熟及能耗相對合理等優點而成為世界及中國已建和在建中小型天然氣液化裝置的主要選項，其中的單回路混合冷劑整體循環液化工藝由于具有數個工程化應用而在中國的LNG裝置中得到了較多的應用。

如圖1所示，單回路混合冷劑整體循環液化工藝屬于單循環混合制冷工藝(SMR)，制冷劑由氮氣、甲烷、乙烯、丙烷及異戊烷按一定比例混合而成，混合冷劑采用兩段壓縮，冷劑換熱器(冷箱)采用鋁制釬焊板翅式換熱器芯體。

混合冷劑的循環為：來自冷劑吸入罐的混合冷劑(T＝23℃，P＝0.26MPa)經冷劑壓縮機一段壓縮后(T＝127℃，P＝1.64MPa)，依次進入一段冷卻器、分離器進行冷卻，分離為氣相冷劑和低壓液相冷劑；氣相冷劑進入冷劑壓縮機二段進行再壓縮至4MPa，低壓液相冷劑經泵送至二段冷卻器前與高壓高溫冷劑混合，再依次進入二段冷卻器、分離器進行冷卻，分離為氣相冷劑和高壓液相冷劑；氣相冷劑直接進入冷箱C通道頂部入口，高壓液相冷劑經泵增壓后亦進入冷箱C通道頂部與氣相冷劑匯合，形成氣液混合冷劑；常溫、高壓的氣液混合冷劑在向下流動的過程中被逐步冷卻、相變，在冷箱底部J-T閥前冷凝成液相后經過J-T閥進行節流膨脹，節流后的部分冷劑蒸發并產生溫降后返回進入冷箱D通道底部；同時，在向上流動的過程中吸收原料氣和高壓冷劑側的熱負荷逐步升溫氣化，在冷箱頂部保證混合冷劑氣化后經冷劑吸入罐后返回到壓縮機一段入口，完成整個混合冷劑循環過程。

凈化后的常溫天然氣、中壓(約4MPa左右)進入冷箱上段(通道A)預冷后引至重烴分離罐進行重組分分離后，返回至冷箱下段(通道B)逐步被液化及過冷，在冷箱B通道底部引出冷箱，經壓力控制閥降壓后引至LNG儲罐常壓低溫儲存。

單回路混合冷劑整體循環液化工藝的特點在于：其單個換熱器芯體采用一個回路及一個J-T閥，在回路中，混合制冷劑經過兩級壓縮及部分冷凝后，高壓的氣相及液相冷劑經各自的管路進入冷箱后在主換熱器內部混合，之后經過該單一的冷箱換熱器通道預冷、經J-T閥膨脹節流后，低壓混合冷劑經冷箱換熱器返流通道吸熱升溫后返流主冷劑壓縮機吸氣端，其制冷劑的基本組成為氮氣、甲烷、乙烯、丙烷、異戊烷的混合物。該工藝的優點是：冷箱主換熱器結構簡單，當原料天然氣組分及其他主要運行參數與設計值較一致時能耗數據相對于裝置投資也較為合理。

但是該工藝存在以下不足之處：