本发明专利技术涉及一种两级预冷式混合冷剂制冷液化天然气的方法和系统，通过设置两级预冷器及调控一级预冷器和二级预冷器的蒸发压力实现天然气和混合冷剂的逐级预冷，其中，一级预冷器的天然气出口温度为5～30℃，二级预冷器的天然气出口温度为-40～0℃，天然气最终经冷箱冷却至-162～-140℃得到LNG产品。本发明专利技术的方法增加了预冷和混合冷剂制冷过程的温度梯度，使能量效率接近传统阶式制冷工艺的同时，又能保证制冷工艺的流程简洁性。另外，本发明专利技术的方法将天然气脱水单元置于一级预冷工序后，降低了进入分子筛床层的水含量，减小了分子筛床层吸附和再生负荷。本发明专利技术的方法能耗低，变工况适应能力高，可操作性强。
【技术实现步骤摘要】
一种两级预冷式混合冷剂制冷液化天然气的方法和系统
本专利技术涉及液化天然气生产领域，特别涉一种两级预冷式混合冷剂制冷液化天然 气的方法和系统。
技术介绍
天然气作为一种清洁、优质的能源，其需求量正随着我国经济的发展和环境保护 要求的提高迅速扩大。由于液化天然气（LNG)在天然气存储及运输中具有的巨大优势，液 化天然气正逐渐成为天然气需求的首选。 目前，国内外通常采用的天然气液化工艺大致有三种：级联式循环工艺、混合冷剂 循环工艺和膨胀机循环工艺。级联式循环工艺为多个不同温阶的纯组分单循环一级节流制 冷的方式，虽然能耗低，但流程复杂、投资高。膨胀机循环工艺流程最为简单、设备也少且投 资最省，然而该工艺能耗在所有技术中最高，仅能在少部分小型液化装置和海上浮动液化 装置中得到应用。以混合冷剂循环为核心的天然气液化工艺流程较级联式循环工艺大大简 化、设备少、投资省，但能耗确则相对增高较大。为此，也有基于混合冷剂制冷工艺改进加 入丙烷预冷，这样也起到降低能耗的效果，却同样相较级联式循环工艺高，结果不能令人满 意。而且传统的带预冷的混合制冷工艺天然气脱水工序只能在预冷前进行，从而无法利用 预冷的优势将进入脱水工序的天然气水含量降至最低，分子筛脱水工序负荷高，再生气消 耗大，同样影响整个工艺过程的能耗指标。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足，本专利技术的方法在冷箱深冷工序前设置两级预冷器，将 天然气和混合冷剂两级冷却后再送入冷箱，同时在两级预冷工序间设置分子筛脱水工序， 从而提供了一种既增加制冷过程的温度梯度，使能量效率接近传统阶式制冷工艺，又降低 进入分子筛脱水工序的天然气水含量，同时又保证制冷循环工艺的流程简洁性的两级预冷 式混合冷剂制冷液化天然气的方法。 本专利技术的两级预冷式混合冷剂制冷液化天然气的方法，具体包括以下步骤： 1)将预冷剂储罐18中的液态预冷剂I经第一减压阀V3减压得到温度为0?28°C 的预冷剂II，将其通入一级预冷器1的壳程Q在恒温条件下蒸发以提供冷量，同时得到预冷 剂蒸汽I ; 2)预冷剂储罐18中的液态预冷剂I经第二减压阀V4减压得到温度为0?28°C 的预冷剂III，将预冷剂III通入预冷经济器19中进行气液分离，得到的气相的预冷剂IV 和液相的预冷剂V ; 3)预冷剂V经第三减压阀V5减压得到温度为-42?-2°C的预冷剂VI，将预冷剂 VI通入二级预冷器5的壳程Q在恒温条件下蒸发以提供冷量，同时得到预冷剂蒸汽VII ; 4)将预冷剂蒸汽VII送入预冷压缩机16 -段压缩后，使其与步骤1)得到的预冷 剂蒸汽I和步骤2)得到的预冷剂IV混合一同进入预冷压缩机16的二段继续压缩，得到 预冷剂VIII，将其在预冷冷凝器17中冷凝成液相后通入预冷剂储罐18中进入下一预冷循 环； 5)将脱酸性气后的天然气I通入一级预冷器1的第一管程0预冷至5?30°C得 到天然气II，将加压后的混合冷剂I通入一级预冷器1的第二管程P预冷至5?30°C，得 到混合冷剂II ; 6)将天然气II通入水分离器2中除去液态水，气相依次通过分子筛干燥器3和脱 汞床4进行深度脱水和脱汞，得到天然气III ; 7)将天然气III通入二级预冷器5的第一管程R预冷至-40?0°C得到天然气 IV，将混合冷剂II通入二级预冷器5的第二管程S预冷至-40?0°C，得到混合冷剂III ; 8)将混合冷剂III通入混合冷剂分离罐20进行气液分离，在混合冷剂分离罐20 的底部得到液相的混合冷剂IV，顶部得到气相的混合冷剂V ; 9)将混合冷剂IV通入冷箱6的第一流道A中预冷至-110?-45°C，之后经第一 节流阀VI节流得到混合冷剂VI，将混合冷剂VI通入第二分离罐10进行气液分离，分离出 的气液两相物流经第二混合器9均匀混合后通入冷箱6的第四流道D ; 10)将混合冷剂V通入冷箱6的第二流道B中预冷至-162?-135°C，之后经 第一节流阀VI节流得到混合冷剂VII，将混合冷剂VII通入第一分离罐11进行气液分 离，分离出的气液两相物流经第一混合器8均匀混合后通入冷箱6的第三流道C，复热 至-120?-45°C后通入冷箱6的第四流道D与步骤9 一起继续复热至-42?-2°C引出冷 箱得到混合冷剂VIII ; 11)将混合冷剂VIII通入混合冷剂压缩机12经一段压缩、冷却、分离、二段压缩和 在冷却后得到混合冷剂I进入下一制冷循环； 12)将步骤7得到天然气IV通入冷箱6的第五流道E冷却至-45?-65°C得到混 合冷剂V，将混合冷剂V通入重烃分离罐7进行气液分离，在重烃分离罐7的底部得到液相 的重烃I，顶部得到气相的混合冷剂VI，将混合冷剂VI通入冷箱6的第六流道F继续深冷 至-140?-162°C得到LNG产品。 上述的技术方案中，步骤10)中得到混合冷剂VIII的压力为120?550kPa。 上述的技术方案中，步骤11)中得到混合冷剂I的压力为2200?4200kPa。 本专利技术还提供了一种两级预冷式混合冷剂制冷液化天然气的系统，包括：一级预 冷器1、二级预冷器5、预冷压缩机16、混合冷剂压缩机12、水分离器2、分子筛干燥器3、脱 汞床4、冷箱6、重烃分离罐7、第一分离罐11、第二分离罐10、第一混合器8、第二混合器9、 第一冷却器13、第一缓冲罐14、第二冷却器15、混合冷剂分离罐20、预冷冷凝器17、预冷剂 储罐18、预冷经济器19、第一节流阀VI、第二节流阀V2、第一减压阀V3、第二减压阀V4以 及第三减压阀V5,其中，天然气管线依次连接一级预冷器1的第一管程0、水分离器2、分子 筛干燥器3、脱汞床4、二级分离器5的第一管程R、冷量6的第五流道E、重烃分离罐7和冷 量6的第六流道F，最终连接LNG管道；来自冷箱6的第四流道D的混合冷剂管线依次连接 混合冷剂压缩机12的一段、第一冷却器13、第一缓冲罐14、混合冷剂压缩机12的二段、第 二冷却器15、一级预冷器1的第二管程P、二级预冷器5的第二管程S以及混合冷剂分离罐 20的入口，混合冷剂分离罐20的底部液相出口依次连接冷箱6的第一流道A、第一节流阀 VI、第二分离器10、第二混合器9以及冷箱6的第四流道D，混合冷剂分离罐20的顶部气相 出口依次连接冷箱6的第二流道B、第二节流阀V2、第一分离器11、第一混合器8、冷箱6的 第三流道C以及第四流道D ;来自二级预冷器5壳程T的管线依次连接预冷压缩机16的一 段、预冷压缩机16的二段、预冷冷凝器17和预冷剂储罐18,预冷剂储罐18的底部液相管线 一路经第二减压阀V4与预冷经济器19的入口连接，预冷经济器19的底部液相管线经第三 减压阀V5与二级预冷器5的壳程T连接，预冷剂储罐18的底部液相管线另一路经第一减 压阀V3与一级预冷器1的壳程Q连接。 上述的两级预冷式混合冷剂制冷液化天然气的系统中，预冷经济器19的顶部气 相管线和一级预冷器1的壳程Q出口气相管线均与预冷压缩机16的二段入口管线相连接。 上述的两级预冷式混合冷剂制冷液化天然气的系统中，一级预冷器1和二级预冷 器5为管壳式双管程换热器、板壳式双管程换热器或本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种两级预冷式混合冷剂制冷液化天然气的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：1)将预冷剂储罐(18)中的液态预冷剂I经第一减压阀(V3)减压得到温度为0～28℃的预冷剂II，将其通入一级预冷器(1)的壳程(Q)在恒温条件下蒸发以提供冷量，同时得到预冷剂蒸汽I；2)预冷剂储罐(18)中的液态预冷剂I经第二减压阀(V4)减压得到温度为0～28℃的预冷剂III，将预冷剂III通入预冷经济器(19)中进行气液分离，得到的气相的预冷剂IV和液相的预冷剂V；3)预冷剂V经第三减压阀(V5)减压得到温度为‑42～‑2℃的预冷剂VI，将预冷剂VI通入二级预冷器(5)的壳程(Q)在恒温条件下蒸发以提供冷量，同时得到预冷剂蒸汽VII；4)将预冷剂蒸汽VII送入预冷压缩机(16)一段压缩后，使其与步骤1)得到的预冷剂蒸汽I和步骤2)得到的预冷剂IV混合一同进入预冷压缩机(16)的二段继续压缩，得到预冷剂VIII，将其在预冷冷凝器(17)中冷凝成液相后通入预冷剂储罐(18)中进入下一预冷循环；5)将脱酸性气后的天然气I通入一级预冷器(1)的第一管程(O)预冷至5～30℃得到天然气II，将加压后的混合冷剂I通入一级预冷器(1)的第二管程(P)预冷至5～30℃，得到混合冷剂II；6)将天然气II通入水分离器(2)中除去液态水，气相依次通过分子筛干燥器(3)和脱汞床(4)进行深度脱水和脱汞，得到天然气III；7)将天然气III通入二级预冷器(5)的第一管程(R)预冷至‑40～0℃得到天然气IV，将混合冷剂II通入二级预冷器(5)的第二管程(S)预冷至‑40～0℃，得到混合冷剂III；8)将混合冷剂III通入混合冷剂分离罐(20)进行气液分离，在混合冷剂分离罐(20)的底部得到液相的混合冷剂IV，顶部得到气相的混合冷剂V；9)将混合冷剂IV通入冷箱(6)的第一流道(A)中预冷至‑110～‑45℃，之后经第一节流阀(V1)节流得到混合冷剂VI，将混合冷剂VI通入第二分离罐(10)进行气液分离，分离出的气液两相物流经第二混合器(9)均匀混合后通入冷箱(6)的第四流道(D)；10)将混合冷剂V通入冷箱(6)的第二流道(B)中预冷至‑162～‑135℃，之后经第一节流阀(V1)节流得到混合冷剂VII，将混合冷剂VII通入第一分离罐(11)进行气液分离，分离出的气液两相物流经第一混合器(8)均匀混合后通入冷箱(6)的第三流道(C)，复热至‑120～‑45℃后通入冷箱(6)的第四流道(D)与步骤9)一起继续复热至‑42～‑2℃引出冷箱得到混合冷剂VIII；11)将混合冷剂VIII通入混合冷剂压缩机(12)经一段压缩、冷却、分离、二段压缩和在冷却后得到混合冷剂I进入下一制冷循环；12)将步骤7)得到天然气IV通入冷箱(6)的第五流道(E)冷却至‑45～‑65℃得到混合冷剂V，将混合冷剂V通入重烃分离罐(7)进行气液分离，在重烃分离罐(7)的底部得到液相的重烃I，顶部得到气相的混合冷剂VI，将混合冷剂VI通入冷箱(6)的第六流道(F)继续深冷至‑140～‑162℃得到LNG产品。...
【技术特征摘要】
1. 一种两级预冷式混合冷剂制冷液化天然气的方法，其特征在于，该方法包括以下步 骤： 1) 将预冷剂储罐（18)中的液态预冷剂I经第一减压阀（V3)减压得到温度为0?28°C 的预冷剂II，将其通入一级预冷器（1)的壳程（Q)在恒温条件下蒸发以提供冷量，同时得到 预冷剂蒸汽I ; 2) 预冷剂储罐（18)中的液态预冷剂I经第二减压阀（V4)减压得到温度为0?28°C 的预冷剂III，将预冷剂III通入预冷经济器（19)中进行气液分离，得到的气相的预冷剂 IV和液相的预冷剂V ; 3) 预冷剂V经第三减压阀（V5)减压得到温度为-42?-2°C的预冷剂VI，将预冷剂VI 通入二级预冷器（5)的壳程（Q)在恒温条件下蒸发以提供冷量，同时得到预冷剂蒸汽VII ; 4) 将预冷剂蒸汽VII送入预冷压缩机（16) -段压缩后，使其与步骤1)得到的预冷剂 蒸汽I和步骤2)得到的预冷剂IV混合一同进入预冷压缩机（16)的二段继续压缩，得到预 冷剂VIII，将其在预冷冷凝器（17)中冷凝成液相后通入预冷剂储罐（18)中进入下一预冷 循环； 5) 将脱酸性气后的天然气I通入一级预冷器（1)的第一管程（0)预冷至5?30°C得 到天然气II，将加压后的混合冷剂I通入一级预冷器（1)的第二管程（P)预冷至5?30°C， 得到混合冷剂II ; 6) 将天然气II通入水分离器（2)中除去液态水，气相依次通过分子筛干燥器（3)和脱 汞床（4)进行深度脱水和脱汞，得到天然气III ; 7) 将天然气III通入二级预冷器（5)的第一管程（R)预冷至-40?0°C得到天然气 IV，将混合冷剂II通入二级预冷器（5)的第二管程（S)预冷至-40?0°C，得到混合冷剂 III ; 8) 将混合冷剂III通入混合冷剂分离罐（20)进行气液分离，在混合冷剂分离罐（20) 的底部得到液相的混合冷剂IV，顶部得到气相的混合冷剂V ; 9) 将混合冷剂IV通入冷箱（6)的第一流道（A)中预冷至-110?-45°C，之后经第一 节流阀（VI)节流得到混合冷剂VI，将混合冷剂VI通入第二分离罐（10)进行气液分离，分 离出的气液两相物流经第二混合器（9)均匀混合后通入冷箱（6)的第四流道（D); 10) 将混合冷剂V通入冷箱（6)的第二流道（B)中预冷至-162?-135°C，之后经第一 节流阀（VI)节流得到混合冷剂VII，将混合冷剂VII通入第一分离罐（11)进行气液分离， 分离出的气液两相物流经第一混合器（8)均匀混合后通入冷箱（6)的第三流道（C)，复热 至-120?-45°C后通入冷箱（6)的第四流道（D)与步骤9) 一起继续复热至-42?-2°C引 出冷箱得到混合冷剂VIII ; 11) 将混合冷剂VIII通入混合冷剂压缩机（12)经一段压缩、冷却、分离、二段压缩和在 冷却后得到混合冷剂I进入下一制冷循环； 12) 将步骤7)得到天然气IV通入冷箱￠)的第五流道（E)冷却至-45?-65°C得到 混合冷剂V，将混合冷剂V通入重烃分离罐（7)进行气液分离，在重烃分离罐（7)的底部得 到液相的重烃I，顶部得到气相的混合冷剂VI，将混合冷剂VI通入...
【专利技术属性】
技术研发人员：张会军，王道广，王英军，
申请(专利权)人：北京安珂罗工程技术有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11
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