一种氢气与天然气联合液化系统与工艺技术方案

本发明专利技术提供了一种氢气与天然气联合液化系统与工艺。该系统包括：DMR预冷单元、制冷单元、J

【技术实现步骤摘要】
一种氢气与天然气联合液化系统与工艺


[0001]本专利技术属于天然气液化
，具体涉及一种氢气与天然气联合液化系统与工艺。

技术介绍

[0002]LNG是天然气储运的重要形式，不仅是进口天然气的重要手段，也是开发偏远、零散气田资源必不可少的技术手段。与此同时，氢能产业开始蓬勃发展，储运问题是制约氢能规模化发展的关键。与天然气的发展路线相似，在未来液氢储运也可望占据十分重要的地位。天然气和氢气具有相似的属性，同属于清洁能源，在未来一段时间里二者将并行发展，优势互补，在能源结构调整中共同发挥重要的作用。目前天然气液化和氢的液化通常会分别进行，分别建厂，但事实上两者本身就具有联合液化的内在需求和本质优势。首先天然气制氢成本远低于电解水制氢，又比煤化工清洁，还可以依据碳捕集技术实现零排放，因此联合建厂，部分天然气液化制成LNG，另一部分制氢并液化为液氢，两种型式共同发展并满足不同的能源需求就具有广泛的应用前景。此外很多LNG工厂都用于偏远气田开发，与此同时这些地点也是太阳能资源特别丰富的地区，因此，两者地理上的一致性也会催生很多天然气与太阳能制氢的联合液化应用场景。
[0003]尽管天然气和氢气联合液化未来应用场景广泛，发展前景良好，但目前关于天然气和氢气联合液化研究仍然较少，如何将两种液化工艺进行合理高效的融合，同时降低能耗，提高效率是联合液化技术发展需要解决的主要问题。

技术实现思路

[0004]针对以上问题，本专利技术的目的在于提供一种氢气与天然气联合液化系统与工艺，该系统和工艺采用先串后并的混合制冷剂循环系统及工艺，实现氢气与天然气的高效联合液化，达到了简化工艺、降低能耗、节省场地及设备投资的目的，能够解决液氢、LNG储运存在的液化效率低、成本高的技术问题。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种氢气与天然气联合液化系统，其中，该系统包括：DMR预冷单元、制冷单元、J
‑
B深冷单元、膨胀液化单元、天然气液化管路、氢气液化管路；其中，
[0006]所述DMR预冷单元包括串联的一级逆流换热器、二级逆流换热器、三级逆流换热器；
[0007]所述J
‑
B深冷单元包括一级正
‑
仲氢转化器、四级逆流换热器、二级正
‑
仲氢转化器、五级逆流换热器、三级正
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仲氢转化器、六级逆流换热器；
[0008]所述膨胀液化单元包括天然气膨胀机和氢膨胀机；
[0009]所述DMR预冷单元与所述制冷单元通过一级逆流换热器耦合；
[0010]所述DMR预冷单元与所述J
‑
B深冷单元通过一级正
‑
仲氢转化器连接；
[0011]所述天然气液化管路依次穿过一级逆流换热器和二级逆流换热器，连接至天然气
膨胀机；
[0012]所述氢气液化管路依次穿过一级逆流换热器、二级逆流换热器、三级逆流换热器、一级正
‑
仲氢转化器、四级逆流换热器、二级正
‑
仲氢转化器、五级逆流换热器、三级正
‑
仲氢转化器、六级逆流换热器，连接至氢膨胀机。
[0013]在上述系统中，优选地，所述DMR预冷单元还包括第二膨胀机、气液分离器、第三膨胀机、第三混合器、第四膨胀机；
[0014]所述一级逆流换热器设有七条流道，所述二级逆流换热器设有五条流道，所述三级逆流换热器设有三条流道；
[0015]所述天然气液化管路依次穿过一级逆流换热器的第一流道和二级逆流换热器的第一流道，连接至天然气膨胀机；
[0016]所述氢气液化管路依次穿过一级逆流换热器的第二流道、二级逆流换热器的第二流道、三级逆流换热器的第一流道；
[0017]所述一级逆流换热器的第四流道的入口供第一股制冷剂进入、出口与所述第二膨胀机的入口连接，所述第二膨胀机的出口与所述一级逆流换热器的第五流道的入口连接，所述一级逆流换热器的第五流道的出口供所述第一股制冷剂流出；
[0018]所述一级逆流换热器的第三流道的入口供第二股制冷剂进入、出口与气液分离器的入口连接，所述气液分离器的气体出口与所述二级逆流换热器的第三流道的入口连接，所述二级逆流换热器的第三流道的出口与所述三级逆流换热器的第二流道的入口连接，所述三级逆流换热器的第二流道的出口与所述第四膨胀机的入口连接，所述第四膨胀机的出口与所述三级逆流换热器的第三流道的入口连接，所述三级逆流换热器的第二流道的出口与所述第三混合器的入口连接，所述第三混合器的出口与所述二级逆流换热器的第五流道的入口连接，所述二级逆流换热器的第五流道的出口与所述一级逆流换热器的第六流道的入口连接，所述一级逆流换热器的第六流道的出口供第二股制冷剂流出；
[0019]所述气液分离器的液体出口与所述二级逆流换热器的第四流道的入口连接，所述二级逆流换热器的第四流道的出口与所述第三膨胀机的入口连接，所述第三膨胀机的出口与所述第三混合器的入口连接；
[0020]所述一级逆流换热器的第七流道供来自于所述制冷单元的制冷剂通过。
[0021]在上述系统中，优选地，所述DMR预冷单元还包括两个独立的布雷顿循环串联组成；更优选地，第一布雷顿循环用于提供第一股制冷剂，其包括依次连接的第一混合器、第一零零压缩机、第一零零后冷器、第一零一压缩机、第一零一后冷器，该第一布雷顿循环的出口连接至所述一级逆流换热器的第四流道的入口；所述第一混合器用于输入第一股制冷剂，其出口与所述第一零零压缩机的入口连接；
[0022]第二布雷顿循环用于提供第二股制冷剂，其包括第二混合器、第一零二压缩机、第一零二后冷器、第一零三压缩机、第一零三后冷器，其中，所述第一零二后冷器设有两个流道，其中第一流道与所述第一零二压缩机、所述第一零三压缩机连接；该第二布雷顿循环的出口连接至所述一级逆流换热器的第三流道的入口；所述第二混合器用于输入第二股制冷剂，其出口与所述第一零二压缩机的入口连接。
[0023]在上述系统中，优选地，所述四级逆流换热器、五级逆流换热器、六级逆流换热器分别设有两条流道；
[0024]所述J
‑
B深冷单元还包括第四混合器、第五混合器、第六混合器；
[0025]所述氢气液化管路依次穿过所述一级正
‑
仲氢转化器、第四混合器、四级逆流换热器的第一流道、二级正
‑
仲氢转化器、第五混合器、五级逆流换热器的第一流道、三级正
‑
仲氢转化器、第六混合器、六级逆流换热器的第一流道，连接至氢膨胀机；其中，一级正
‑
仲氢转化器与第四混合器之间、二级正
‑
仲氢转化器与第五混合器之间、三级正
‑
仲氢转化器与第六混合器之间分别设有两路管道；
[0026]所述四级逆流换热器的第二流道、五级逆流换热器的第二流道、六级逆流换热器的第二流道分别供第三股制冷剂通过。
[0027]在上述系统中，优选地，所述J<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氢气与天然气联合液化系统，其特征在于，该系统包括：DMR预冷单元、制冷单元、J
‑
B深冷单元、膨胀液化单元、天然气液化管路、氢气液化管路；其中，所述DMR预冷单元包括串联的一级逆流换热器(HX1)、二级逆流换热器(HX2)、三级逆流换热器(HX3)；所述J
‑
B深冷单元包括一级正
‑
仲氢转化器(CRV1)、四级逆流换热器(HX4)、二级正
‑
仲氢转化器(CRV2)、五级逆流换热器(HX5)、三级正
‑
仲氢转化器(CRV3)、六级逆流换热器(HX6)；所述膨胀液化单元包括天然气膨胀机(EX1)和氢膨胀机(EX8)；所述DMR预冷单元与所述制冷单元通过一级逆流换热器(HX1)耦合；所述DMR预冷单元与所述J
‑
B深冷单元通过一级正
‑
仲氢转化器(CRV1)连接；所述天然气液化管路依次穿过一级逆流换热器(HX1)和二级逆流换热器(HX2)，连接至天然气膨胀机(EX1)；所述氢气液化管路依次穿过一级逆流换热器(HX1)、二级逆流换热器(HX2)、三级逆流换热器(HX3)、一级正
‑
仲氢转化器(CRV1)、四级逆流换热器(HX4)、二级正
‑
仲氢转化器(CRV2)、五级逆流换热器(HX5)、三级正
‑
仲氢转化器(CRV3)、六级逆流换热器(HX6)，连接至氢膨胀机(EX8)。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述DMR预冷单元还包括第二膨胀机(EX2)、气液分离器(SEP1)、第三膨胀机(EX3)、第三混合器(MIX3)、第四膨胀机(EX4)；所述一级逆流换热器(HX1)设有七条流道，所述二级逆流换热器(HX2)设有五条流道，所述三级逆流换热器(HX3)设有三条流道；所述天然气液化管路依次穿过一级逆流换热器(HX1)的第一流道和二级逆流换热器(HX2)的第一流道，连接至天然气膨胀机(EX1)；所述氢气液化管路依次穿过一级逆流换热器(HX1)的第二流道、二级逆流换热器(HX2)的第二流道、三级逆流换热器(HX3)的第一流道；所述一级逆流换热器(HX1)的第四流道的入口供第一股制冷剂进入、出口与所述第二膨胀机(EX2)的入口连接，所述第二膨胀机(EX2)的出口与所述一级逆流换热器(HX1)的第五流道的入口连接，所述一级逆流换热器(HX1)的第五流道的出口供所述第一股制冷剂流出；所述一级逆流换热器(HX1)的第三流道的入口供第二股制冷剂进入、出口与气液分离器(SEP1)的入口连接，所述气液分离器(SEP1)的气体出口与所述二级逆流换热器(HX2)的第三流道的入口连接，所述二级逆流换热器(HX2)的第三流道的出口与所述三级逆流换热器(HX3)的第二流道的入口连接，所述三级逆流换热器(HX3)的第二流道的出口与所述第四膨胀机(EX4)的入口连接，所述第四膨胀机(EX4)的出口与所述三级逆流换热器(HX3)的第三流道的入口连接，所述三级逆流换热器(HX3)的第二流道的出口与所述第三混合器(MIX3)的入口连接，所述第三混合器(MIX3)的出口与所述二级逆流换热器(HX2)的第五流道的入口连接，所述二级逆流换热器(HX2)的第五流道的出口与所述一级逆流换热器(HX1)的第六流道的入口连接，所述一级逆流换热器(HX1)的第六流道的出口供第二股制冷剂流出；所述气液分离器(SEP1)的液体出口与所述二级逆流换热器(HX2)的第四流道的入口连
接，所述二级逆流换热器(HX2)的第四流道的出口与所述第三膨胀机(EX3)的入口连接，所述第三膨胀机(EX3)的出口与所述第三混合器(MIX3)的入口连接；所述一级逆流换热器(HX1)的第七流道供来自于所述制冷单元的制冷剂通过。3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述DMR预冷单元还包括两个独立的布雷顿循环串联组成；优选地，第一布雷顿循环用于提供第一股制冷剂，其包括依次连接的第一混合器(MIX1)、第一零零压缩机(K100)、第一零零后冷器(E100)、第一零一压缩机(K101)、第一零一后冷器(E101)，该第一布雷顿循环的出口连接至所述一级逆流换热器(HX1)的第四流道的入口；所述第一混合器(MIX1)用于输入第一股制冷剂，其出口与所述第一零零压缩机(K100)的入口连接；第二布雷顿循环用于提供第二股制冷剂，其包括第二混合器(MIX2)、第一零二压缩机(K102)、第一零二后冷器(E102)、第一零三压缩机(K103)、第一零三后冷器(E103)，其中，所述第一零二后冷器(E102)设有两个流道，其中第二流道与所述第一零二压缩机(K102)、所述第一零三压缩机(K103)连接；该第二布雷顿循环的出口连接至所述一级逆流换热器(HX1)的第三流道的入口；所述第二混合器(MIX2)用于输入第二股制冷剂，其出口与所述第一零二压缩机(K102)的入口连接。4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述四级逆流换热器(HX4)、五级逆流换热器(HX5)、六级逆流换热器(HX6)分别设有两条流道；所述J
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B深冷单元还包括第四混合器(MIX4)、第五混合器(MIX5)、第六混合器(MIX6)；所述氢气液化管路依次穿过所述一级正
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仲氢转化器(CRV1)、第四混合器(MIX4)、四级逆流换热器(HX4)的第一流道、二级正
‑
仲氢转化器(CRV2)、第五混合器(MIX5)、五级逆流换热器(HX5)的第一流道、三级正
‑
仲氢转化器(CRV3)、第六混合器(MIX6)、六级逆流换热器(HX6)的第一流道，连接至氢膨胀机(EX8)；所述四级逆流换热器(HX4)的第二流道、五级逆流换热器(HX5)的第二流道、六级逆流换热器(HX6)的第二流道分别供第三股制冷剂通过。5.根据权利要求2
‑
4任一项所述的系统，其特征在于，所述J
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B深冷单元还包括依次连接的第一零四压缩机(K104)、第一零四后冷器(E104)、第一零五压缩机(K105)、第一零五后冷器(E105)、第一零六压缩机(K106)、第一零六后冷器(E106)、第一零七压缩机(K107)、第一零七后冷器(E107)、第一流股分离器(TEE1)、第七混合器(MIX7)、七级逆流换热器(HX7)、八级逆流换热器(HX8)、九级逆流换热器(HX9)、第五膨胀机(EX5)、第六膨胀机(EX6)、第七膨胀机(EX7)；其中，所述第一零四后冷器(E104)、第一零五后冷器(E105)、第一零六后冷器(E106)、第一零七后冷器(E107)分别设有两条流道，并且，各自的第二条流道用于前后连接；所述七级逆流换热器(HX7)、八级逆流换热器(HX8)、九级逆流换热器(HX9)分别设有两条流道；所述第一流股分离器(TEE1)的出口分别与所述七级逆流换热器(HX7)的第二流道的入口、八级逆流换热器(HX8)的第二流道的入口、九级逆流换热器(HX9)的第二流道的入口连接；所述七级逆流换热器(HX7)的第二流道的出口与所述第五膨胀机(EX5)的入口连接，所
述第五膨胀机(EX5)的出口与所述四级逆流换热器(HX4)的第二流道的入口连接，所述四级逆流换热器(HX4)的第二流道的出口与所述七级逆流换热器(HX7)的第一流道的入口连接，所述七级逆流换热器(HX7)的第一流道的出口与所述第七混合器(MIX7)的入口连接；所述八级逆流换热器(HX8)的第二流道的出口与所述第六膨胀机(EX6)的入口连接，所述第六膨胀机(EX6)的出口与所述五级逆流换热器(HX5)的第二流道的入口连接，所述五级逆流换热器(HX5)的第二流道的出口与所述八级逆流换热器(HX8)...

【专利技术属性】
技术研发人员：左丽丽，耿金亮，孙恒，王超，
申请(专利权)人：中国石油大学北京，
类型：发明
国别省市：