全回收冷量的天然氣帶預冷及混合制冷液化工藝的制作方法
【專利說明】
1、
技術領域
[0001]本發明涉及天然氣或含甲烷氣的液化領域，全回收冷量的帶預冷系統的混合制冷液化天然氣工藝。
2、
【背景技術】
[0002]天然氣液化后，體積為原來的1/625，對天然氣的儲存、運輸及合理運用十分有利。而氣體液化部分的投資約占總投資的25% _50%，因此，選擇合理的天然氣液化工藝，對節約總投資，降低能耗，提高液化裝置的經濟運行指標具有重要的意義。
[0003]在天然氣液化領域中成熟的液化工藝主要有以下三種:階級式制冷循環工藝、混合制冷循環工藝和膨脹機制冷循環工藝。
[0004](1)階級式制冷循環階級式制冷循環由三個獨立的制冷系統組成。階級式制冷循環的優點是采用了 3種制冷劑、9個制冷溫度梯度(丙烷、乙烷或乙烯、甲烷各3個溫度等級)，使各級制冷溫度與原料氣的冷卻曲線接近，比能量消耗接近于理論的熱力學效率的上限。而且該工藝操作靈活，開停車快捷，易于初期開車投產。
[0005]但是階級式制冷也存在一些缺點，需要三個循環壓縮機，以及相當數量的冷換設備；流程長、設備多、控制復雜等。
[0006](2)、混合冷劑循環有鑒于階級式制冷循環裝置復雜、投資高，為此開發了混合制冷循環(Mixed Refrigerant Cycle,MRC)。用一種制冷劑(一般是徑類混合物，如N2、C1?C5等)，其Q-T曲線與原料天然氣接近一致。利用混合物部分冷凝的特點來達到所需的不同溫度水平，既保留了階式制冷循環的優點，而且又只有1臺壓縮機，使流程簡化，造價也可降低。從原則上講，由N2、C1?C5等組成的混合物，其組成比例應依照原料天然氣組成、工藝流程、工藝壓力而異。一旦確定后組成不易調整，即使能作到這一點，要使整個液化過程(從常溫到_162°C)都按冷卻曲線來提供所要求的冷量也是很困難的，充其量只能局部或一部分做到貼近原料天然氣的Q-T曲線。因此MRC的流程是簡單了，但它的效率要比經階式制冷循環低。
[0007]在混合冷劑循環的基礎上，發展成有帶丙烷預冷的MRC工藝，簡稱C3/MRC工藝，它的效率接近階級式循環。
[0008]此法的原理是分兩段供給冷量:高溫段用丙烷壓縮制冷，按3個或4個溫度水平預冷原料天然氣到?_40°C ;低溫段的換熱采用混合制冷工藝。充分體現了熱力學上的特性，從而使效率得以最大限度的提高。
[0009](3)膨脹機制冷循環膨脹機制冷循環是指利用高壓制冷劑通過透平膨脹機絕熱膨脹的克勞德循環制冷來實現天然氣的液化。氣體在膨脹機中膨脹降溫的同時，能輸出功，可用于驅動流程中的壓縮機。與階式制冷循環和混合冷劑制冷循環工藝相比，氮氣膨脹循環流程非常簡單、緊湊，造價略低。起動快，熱態起動2?4小時即可獲得滿負荷產品，運行靈活，適應性強，易于操作和控制，安全性好，放空不會引起火災或爆炸危險。制冷劑采用單組分氣體，因而消除了像混合冷劑制冷循環工藝那樣的分離和存儲制冷劑的麻煩，也避免了由此帶來的安全問題，使液化過程更簡化和緊湊。但能耗要比混合冷劑液化流程高40%左右。
[0010]帶丙烷預冷的MRC工藝，由于它的效率接近階式循環，且流程較簡單、機組少、能耗低、投資少。但該工藝丙烷預冷循環采用一次壓縮三級或四級節流循環，控制復雜。預冷壓縮機氣體進口溫度約-30?-40°C，混合制冷壓縮機氣體進口溫度約-40°C，且丙烷冷量和混合制冷劑冷量沒有完全回收。
[0011]本發明將預冷和混合制冷系統產生的冷量充分利用，控制簡單、操作方便，能耗低，預冷壓縮機和制冷壓縮機進口溫度控制在0?40°C。
3、
【發明內容】
[0012]本發明采取的措施之一是天然氣經壓縮和循環水冷卻后首先進制冷冷量回收換熱器降溫.再進預冷器，然后再經換熱器液化、過冷。
[0013]本發明采取的措施之二是經壓縮和循環水冷卻后的預冷劑首先進預冷冷量回收換熱器，然后經至少一次節流降壓至適合壓力，預冷劑作為天然氣和制冷劑的冷源，然后，預冷劑再回預冷冷量回收換熱器作為預冷冷量回收換熱器的冷源，出預冷冷量回收換熱器的預冷劑溫度約0?40°C，進預冷壓縮機。
[0014]本發明采取的措施之三是混合制冷劑經壓縮和循環水冷卻后進制冷冷量回收換熱器降溫，再進預冷器降溫，降溫后的混合制冷劑經過節流后作為混合制冷劑自身冷卻、液化和天然氣冷卻、液化、過冷的冷源，然后，混合制冷劑回制冷冷量回收換熱器進行冷量回收，混合制冷劑溫度升至0?40°c進制冷壓縮機
4、
【附圖說明】
[0015]圖1是全回收冷量的天然氣帶一次節流的預冷及混合制冷液化工藝示意圖。
[0016]圖2是全回收冷量的天然氣帶二次節流的預冷及混合制冷液化工藝示意圖。
[0017]圖中各記號如下:1制冷壓縮機、2循環冷卻水冷卻器、3循環冷卻水冷卻器、4制冷冷量回收換熱器、5預冷器、6換熱器、7換熱器、8節流閥、9節流閥、10氣液分離器、11預冷壓縮機、12循環冷卻水冷卻器、13預冷冷量回收換熱器、14混合器、15節流閥、16預冷氣液分離器、17 二級預冷器、18 二級預冷冷量回收換熱器、19混合器、20節流閥、21 二級預冷氣液分離器。
5、
【具體實施方式】
[0018]下面結合附圖對本發明做進一步說明，但本發明并不局限于以下實施例。
[0019]實施例1
[0020]如圖1所示，每天12萬標準立方米天然氣液化裝置采用全回收冷量的天然氣帶一次節流的預冷及混合制冷液化工藝，天然氣經壓縮機增壓至5.0MPa，然后經MDEA法脫碳、分子篩脫水、脫汞等凈化、干燥、精濾后進入本專利所述的全回收冷量的天然氣帶一次節流的預冷及混合制冷液化工藝，得到液化天然氣產品。
[0021]原料天然氣組分為92.5%甲烷，3.6%乙烷，2.2%丙烷，0.5%丁烷，0.7%異丁烷，0.2%異戊烷、0.3%戊烷.。
[0022]具體說明如下:
[0023]天然氣經壓縮機增壓至5.0MPa，然后經MDEA法脫碳、分子篩脫水、脫汞等凈化、干燥、精濾后進入制冷冷量回收換熱器4與從換熱器6來的混合制冷劑換熱降溫。降溫后的天然氣在預冷器5中與預冷劑換熱降溫至?_35°C。然后在換熱器6中與混合制冷劑換熱降溫、液化，溫度約-95 °C。
[0024]液化天然氣在換熱器7中過冷到?_159°C后經節流降壓至適合壓力進液化天然氣儲罐。
[0025]混合制冷循環系統說明，混合制冷劑經制冷壓縮機1增壓至約2..8