[發明專利]一種極寒地區天然氣液化裝置及方法

在審

• 申請號: 201810461024.5
• 申請日: 2018-05-15
• 公開（公告）號: CN108613478A
• 公開（公告）日: 2018-10-02
• 發明（設計）人: 黃勇;宋光紅;郭建;王剛;鄭春來;李瑩珂;田靜;梁春燕;劉玉潔;劉順劍;王科鈔;劉凌鈞;尚龍;肖普朝
• 申請（專利權）人: 中國石油工程建設有限公司
• 主分類號: F25J1/02
• 分類號: F25J1/02
• 代理公司: 成都九鼎天元知識產權代理有限公司 51214
• 代理人: 鄧世燕

本發明公開了一種極寒地區天然氣液化裝置及方法，裝置包括乙烷液化制冷系統和甲烷過冷制冷系統；所述乙烷液化制冷系統包括依次連接的乙烷壓縮機、乙烷空氣冷卻器、乙烷凝液收集罐、高壓乙烷蒸發器、中壓乙烷蒸發器、低壓乙烷蒸發器和低低壓乙烷蒸發器；所述甲烷過冷制冷系統包括依次連接的天然氣過冷器、甲烷壓縮機和甲烷空氣冷卻器；來自外部凈化天然氣管道和來自甲烷空氣冷卻器的甲烷管道均依次與高壓乙烷蒸發器、中壓乙烷蒸發器、低壓乙烷蒸發器和低低壓乙烷蒸發器連接。本發明采用兩級階式制冷，除具有傳統階式制冷工藝特點外，還具有簡化流程、減少一組壓縮機組，操作更便捷，同時冷劑壓縮機、換熱器國產化等特點。

技術領域

本發明涉及一種極寒地區天然氣液化裝置及方法。

背景技術

北極地區擁有待發現天然氣技術可采儲量超過47萬億立方米，占全球未開采天然氣儲量的30％。那里的天然氣儲量大、埋藏深度淺，幾乎不含硫化氫，氣體純凈度高，但大自然并不會輕易地把這些能源寶藏交到人類手上，極度嚴寒時時刻刻考驗著開采者。迄今為止極寒地區已建天然氣液化工廠共3座，分別位于俄羅斯薩哈林、挪威哈默菲斯特島和美國阿拉斯加基耐，分別采用DMR、MFC、康菲級聯三種液化工藝。

受到國外天然氣液化技術和關鍵設備的壟斷，我國大型液化廠建設成本和周期無法得到有效地控制。另一方面，當今全球各國都在積極開發北極能源，我國也提出了“冰上絲綢之路”的構想，因此開發一種能適用于極寒地區、大型又能使用我國自主化設備的天然氣液化工藝已非常必要。

發明內容

為了克服現有技術的缺點，本發明提供了一種極寒地區天然氣液化裝置及方法，結合了傳統階式制冷工藝優點，同時從關鍵設備國產化對傳統階式制冷工藝的技術進行了改進及創新，由傳統三級階式制冷優化為本工藝兩級階式制冷，除具有傳統階式制冷工藝特點外，還具有簡化流程、減少一組壓縮機組和投資，縮小占地面積、操作更便捷，同時冷劑壓縮機、換熱器國產化等特點，方便采購、投資更省。

本發明所采用的技術方案是：一種極寒地區天然氣液化裝置，包括乙烷液化制冷系統和甲烷過冷制冷系統；所述乙烷液化制冷系統包括依次連接的乙烷壓縮機、乙烷空氣冷卻器、乙烷凝液收集罐、高壓乙烷蒸發器、中壓乙烷蒸發器、低壓乙烷蒸發器和低低壓乙烷蒸發器；所述甲烷過冷制冷系統包括依次連接的天然氣過冷器、甲烷壓縮機和甲烷空氣冷卻器；來自外部凈化天然氣管道和來自甲烷空氣冷卻器的甲烷管道均依次與高壓乙烷蒸發器、中壓乙烷蒸發器、低壓乙烷蒸發器和低低壓乙烷蒸發器連接。

本發明還提供了一種極寒地區天然氣液化方法，包括如下步驟：

1)乙烷液化制冷系統直接將天然氣和甲烷冷卻至約-85℃：

來自乙烷凝液收集罐的15℃液態乙烷經一級J-T閥節流，壓力降至1.626MPa.g后進入高壓乙烷蒸發器，對天然氣和甲烷進行冷卻；高壓乙烷蒸發器的液態乙烷經二級J-T閥節流，壓力降至0.731MPa.g后進入中壓乙烷蒸發器，對天然氣和甲烷進行冷卻；中壓乙烷蒸發器的液態乙烷通過三級J-T閥節流，壓力降至0.236MPa.g后進入低壓乙烷蒸發器，對天然氣和甲烷進行冷卻，低壓乙烷蒸發器的液態乙烷通過四級J-T閥節流，壓力降至0.105MPa.a后進入低低壓乙烷蒸發器，對天然氣和甲烷進行冷卻至-85℃并液化；

2)甲烷過冷制冷系統為天然氣和甲烷自身過冷提供冷量：

甲烷將乙烷液化制冷系統已液化的天然氣通過天然氣過冷器過冷至-156℃，過冷后的天然氣節流后溫度降至-160℃，進入LNG儲罐儲存；同時，制冷劑甲烷在天然氣過冷器中冷卻到-156℃后出天然氣過冷器，然后通過節流閥降溫降壓至-160℃和260kPa.a，然后返回天然氣過冷器，為天然氣和自身過冷提供冷量。