[發明專利]基于板式換熱器模塊化混合制冷劑天然氣液化系統及方法

在審

• 申請號: 201610153928.2
• 申請日: 2016-03-17
• 公開（公告）號: CN105737515A
• 公開（公告）日: 2016-07-06
• 發明（設計）人: 巨永林;賀天彪
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: F25J1/02
• 分類號: F25J1/02;F25J5/00
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司 31236
• 代理人: 郭國中

技術領域

本發明涉及化工與低溫工程技術領域，具體地，涉及一種基于板式換熱器模塊化混合制冷劑天然氣液化系統及方法。

背景技術

天然氣與石油、煤炭作為世界上主要的化石能源，在一次能源中占有很大的比率。天然氣作為一種優質清潔能源，被越來越多的國家開始重視。

隨著我國能源結構的不斷優化和天然氣消費需求的不斷增長，加之我國絕大多數天然氣田儲量都不大的現狀，我國天然氣供需缺口在不斷加大。據預測，到2020年我國天然氣的供應缺口將達1000×10⁸m³。

另一方面，我國存在大量產儲量較小的邊際氣田、伴生氣田、煤層氣田，單井儲量較小，距離供氣管網較遠，采用管輸方法不符合經濟效益而沒有得到有效開發利用，長期以來被點火炬放空。模塊化天然氣液化裝置可以有效利用這些天然氣資源，通過技術拓展，模塊化天然氣液化裝置同樣適合于生物燃氣(包括城市垃圾填埋氣)提純與液化、海上含油田伴生氣、部分焦爐煤氣液化、煤層天然氣(瓦斯)、頁巖氣開發利用等，市場前景十分廣闊。

天然氣液化流程主要有混合制冷劑液化流程、帶膨脹機液化流程以及級聯式液化流程這三類。現有的天然氣液化工藝主要是針對基本負荷型天然氣液化工廠而設計的，我國還比較缺乏針對小型撬裝式天然氣液化裝置而單獨設計的液化流程。混合制冷劑液化流程由于能耗低的特點被廣泛應用于大中型天然氣液化工廠上。然而對于小型撬裝式天然氣液化裝置而言，混合制冷劑液化流程相對復雜。

經檢索，專利公開號CN102477327A,名稱為“一種中小型天然氣液化工藝”的專利，公開了一種中小型天然氣液化工藝，該工藝中混合制冷劑采用兩級氣液分離，共有三個換熱器，流程較復雜，不適合于模塊化天然氣液化裝置。

專利公開號CN102445052A，名稱為“一種用于零散起源點的沼氣液化工藝及裝置”的專利，采用雙混合制冷循環來液化零散氣源點的沼氣，由于該工藝由兩個單獨的制冷循環構成，設備較多，流程復雜，不利于設備模塊化，同時沼氣的組分和天然氣的組分差異較大，因此也不能應用于模塊化天然氣液化裝置。

現有天然氣液化流程對于天然氣凈化裝置的要求非常高，因為常規液化冷箱采用板翅式換熱器，而板翅式換熱器流道非常小，如果天然氣凈化裝置不能把二氧化碳脫除到非常低的含量，低溫下固體二氧化碳非常容易堵塞板翅式換熱器的流道。天然氣凈化裝置一般占天然氣液化裝置總投資的一半左右，因此如果可以發明一種液化凈化一體化流程，將大大節省設備投資，同時方便設備模塊化，可移動化。

發明內容

針對現有技術中的缺陷，本發明的目的是提供一種基于板式換熱器模塊化混合制冷劑天然氣液化系統及方法。

根據本發明提供的基于板式換熱器模塊化混合制冷劑天然氣液化系統，包括：板式換熱器液化冷箱模塊、二氧化碳凈化模塊、混合制冷劑壓縮模塊以及天然氣儲存模塊；所述板式換熱器液化冷箱模塊依次與二氧化碳凈化模塊、天然氣儲存模塊相連構成天然氣液化通路；所述混合制冷劑壓縮模塊與板式換熱器液化冷箱模塊相連構成制冷劑制冷循環回路；其中，

所述天然氣液化回路用于將原料天然氣經過脫水、降溫、去除重烴、冷卻液化并降壓后儲存；

所述制冷劑制冷循環回路用于循環利用混合制冷劑冷卻天然氣。

優選地，所述板式換熱器液化冷箱模塊包括：氣相制冷劑預冷器、液相制冷劑預冷器、天然氣預冷換熱器、重烴分離器、液相制冷劑節流裝置、混合制冷劑分流器、混合制冷劑一級混合器、天然氣深冷換熱器、氣相制冷劑節流裝置、液化天然氣節流閥、混合制冷劑二級混合器；其中，在所述天然氣液化回路中：天然氣預冷換熱器的天然氣出口與重烴分離器的進口相連；重烴分離器的氣相出口依次與天然氣深冷換熱器的天然氣進口、二氧化碳凈化模塊的進口相連；二氧化碳凈化模塊的液相出口依次與液化天然氣節流裝置、液化天然氣儲存模塊的進口相連。

優選地，所述二氧化碳凈化模塊包括：二氧化碳分離器，所述二氧化碳分離器為固液分離器；所述天然氣儲存模塊包括：液化天然氣儲罐。

優選地，所述混合制冷劑壓縮模塊包括：依次相連的混合制冷劑一級壓縮機、一級壓縮機冷卻器、混合制冷劑二級壓縮機、二級壓縮機冷卻器，其中，混合制冷劑一級壓縮機的進口構成混合制冷劑壓縮模塊的進口，二級壓縮機冷卻器的出口構成混合制冷劑壓縮模塊的出口。