专利名称：双循环混合冷剂的天然气液化系统和方法
技术领域：
本发明涉及液化天然气领域，具体而言，涉及一种双循环混合冷剂的天然气液化系统和方法。
背景技术：
天然气液化采用了丙烷预冷和混合冷剂制冷联合制冷循环进行天然气的冷却和液化，其缺点在于丙烷的预冷温度最低为_40°C左右，且为固定值，不能随外界环境的温度变化而变化，因此当原料天然气的组成变化、外界环境温度随季节变化而变化时，会造成天然气液化装置的LNG产量不稳定、装置操作能耗高等缺陷。图1为现有技术中天然气液化系统示意图；图1中的代号含义如下标号1-4均为丙烷预冷换热器；5为过冷器；6-9为分离塔；10为气液分离器；11为缓冲罐；12为水冷却器；13为LNG泵。GTl表示燃气透平；GT2表示发电机；M表示驱动电机；N2表示氮气；Cl表示甲烷；C2表示乙烷；C3表示丙烷。在丙烷预冷循环中，由于冷剂为单一冷剂，其预冷的温度在一定压力下是一个固定值，而原料天然气是混合物，其降温过程是一条曲线，因此采用丙烷预冷时的传热温差较大，导致传热效率降低，从而整体能耗增加，为了减小传热温差，通常采用三级或者四级丙烷减压段，以提供三至四个预冷温度级别，从而尽量减小每个温度级别的传热温差，但是这样一来，就需要三至四个不同压力的换热器、三至四次不同压力下的丙烷压缩机进气配置，同时需要与之配套的各种分离器、管线、控制系统、仪表等一系列设施，使得系统的复杂程度大大增加，从而造成天然气液化装置的设备多、占地大、一次投资大、操作运行复杂等弊端。另外，项目建设地点的地理位置不同，其环境温度变化也很大，尤其是某些非常寒冷的地区，冬季环境温度达到-40°C以下，采用丙烷预冷的工艺系统由于环境温度低于丙烷预冷的温度，将不需要丙烷预冷循环，但是停运丙烷预冷，将导致整个装置无法运行，进而导致不能生产LNG产品。
发明内容
本发明提供一种双循环混合冷剂的天然气液化系统和方法，用以降低天然气液化系统的复杂度，并提高液化天然气生产的稳定性。为达到上述目的，本发明提供了一种双循环混合冷剂的天然气液化系统，其包括天然气输送管、冷箱、脱重烃装置、脱氮装置、LNG输送泵、LNG储罐、第一冷循环装置和第二冷循环装置，其中冷箱包括由天然气预冷管、第一混合冷剂的第一冷却通道、分别设置在第一混合冷剂的第一冷却通道的中间位置和末端的第一混合冷剂的第二冷却通道和第一混合冷剂的第三冷却通道，以及第二混合冷剂的第一冷却通道构成的第一换热单元，由天然气深冷管、第二混合冷剂的第二冷却通道、第二混合冷剂的第三冷却通道、第二混合冷剂的第四冷却通道和第二混合冷剂的第五冷却通道构成的第二换热单元；第一冷循环装置包括依次相连的第一离心式冷剂压缩机、第一冷却器、冷凝器、缓冲罐、过冷器，以及分别与第一离心式冷剂压缩机相连通的用于储存第一混合冷剂的第一气液分离罐和第二气液分离器；过冷器与第一混合冷剂的第一冷却通道相连通，将携带冷量的第一混合冷剂输送至第一混合冷剂的第一冷却通道；第一混合冷剂的第二冷却通道和第一混合冷剂的第三冷却通道分别与第二气液分离罐和第一气液分离罐相连通，将失去冷量的第二混合冷剂输送至第二气液分离罐和第一气液分离罐；第二冷循环装置包括依次相连的第二离心式冷剂压缩机、第二冷却器、第三离心式冷剂压缩机、第三冷却器，与第二离心式冷剂压缩机相连通的用于储存第二混合冷剂的第三气液分离罐，以及与第二混合冷剂的第一冷却通道相连将初步失去部分冷量的第二混合冷剂进行气液分离的第四气液分离罐，并将分离的气态的第二混合冷剂输送至与其顶端相连通的第二混合冷剂的第二冷却通道，将分离的液态的第二混合冷剂输送至与其底端相连通的第二混合冷剂的第三冷却通道；第二混合冷剂的第四冷却通道连通在第二冷剂的第二冷却通道与第二混合冷剂的第五冷却通道之间，第二混合冷剂的第三冷却通道与第二混合冷剂的第五冷却通道连通；第三冷却器与第二混合冷剂的第一冷却通道相连通，将携带冷量的第二混合冷剂输送至第二混合冷剂的第一冷却通道；第二混合冷剂的第五冷却通道与第三气液分离罐连通，将失去冷量的第二混合冷剂输送至第三气液分离罐；天然气预冷管与天然气输送管相连通，对流过的天然气进行预冷；脱重烃装置与天然气预冷管相连通，将经过预冷的天然气分离为液态的重烃组分和气态的轻烃组分；天然气深冷管与脱重烃装置的气相空间相连通，将输送来的气态的轻烃组分冷却液化为液态的轻烃组分；脱氮装置与天然气深冷管相连通，将输送来的液态的轻烃组分进行脱氮处理，得到液化天然气；LNG泵连通在LNG储罐与脱氮装置之间，将液化天然气输送到LNG储罐进行储存。为达到上述目的，本发明还提供了一种双循环混合冷剂的天然气液化系统，用第一冷箱和第二冷箱取代上述实施例中的冷箱，其中，第一换热单元构成第一冷箱的换热芯体，第二换热单元构成第二冷箱的绕管式换热器。为达到上述目的，本发明还提供了一种双循环混合冷剂的天然气液化方法，其包括以下步骤利用第一冷循环装置中依次相连的第一离心式冷剂压缩机、第一冷却器、冷凝器、缓冲罐、过冷器，将储存在第一气液分离罐和第二气液分离器中的第一混合冷剂压缩、降温、冷却为携带冷量的第一混合冷剂，并将其输送至冷却器中的第一混合冷剂的第一冷却通道；
利用第二冷循环装置中依次相连的第二离心式冷剂压缩机、第二冷却器、第三离心式冷剂压缩机、第三冷却器，将储存在第三气液分离罐的第二混合冷剂压缩、降温、冷却为携带冷量的第二混合冷剂，并将其输送至冷箱中的第二混合冷剂的第一冷却通道；利用天然气输送管将天然气输送至冷箱的天然气预冷管，第一混合冷剂的第一冷却通道对天然气预冷管和第二混合冷剂的第一冷却通道进行预冷；通过与天然气预冷管相连通的脱重烃装置将经过预冷的天然气分离为液态的重烃组分和气态的轻烃组分；通过设置在第一混合冷剂的第一冷却通道的中间位置和末端的第一混合冷剂的第二冷却通道和第一混合冷剂的第三冷却通道将失去冷量的第一混合冷剂输送至与分别与第一离心式冷剂压缩机相连的第二气液分离罐和第一气液分离罐；通过与第二混合冷剂的第一冷却通道相连的第四气液分离罐将初步失去部分冷量的第二混合冷剂进行气液分离，并将分离的气态的第二混合冷剂依次输送至第二混合冷剂的第二冷却通道、第二混合冷剂的第四冷却通道和第二混合冷剂的第五冷却通道，将分离的液态的第二混合冷剂依次输送至第二混合冷剂的第三冷却通道和第二混合冷剂的第五冷却通道；通过第二混合冷剂的第五冷却通道将失去冷量的第二混合冷剂输送至与第二离心式冷剂压缩机相连的第三气液分离罐；通过第二混合冷剂的第二冷却通道、第二混合冷剂的第三冷却通道、第二混合冷剂的第四冷却通道和第二混合冷剂的第五冷却通道对天然气深冷管中来自脱重烃装置的气相空间的气态的轻烃组分冷却液化为液态的轻烃组分；通过与天然气深冷管相连通的脱氮装置将输送来的液态的轻烃组分进行脱氮处理，得到液化天然气；通过连通在LNG储罐与脱氮装置之间的LNG泵将液化天然气输送到LNG储罐进行储存；其中，冷箱包括由天然气预冷管、第一混合冷剂的第一冷却通道、第一混合冷剂的第二冷却通道和第一混合冷剂的第三冷却通道以及第二混合冷剂的第一冷却通道构成的第一换热单元，和由天然气深冷管、第二混合冷剂的第二冷却通道、第二混合冷剂的第三冷却通道、第二混合冷剂的第四冷却通道和第二混合冷剂的第五冷却通道构成的第二换热单元。上述实施例中，第一冷却循环装置采用了两级减压、一次补气的方式，提高了压缩效率；而第二冷却循环装置两级减压、一次气液分离和的方式，提高了压缩效率。上述实施例可以根据原料天然气的组成、压力、温度，以及项目建设地点的环境温度的变化，合理配置混合冷剂的组成和配比，从而获得不同的冷却和液化温度，使得整个工艺系统的能耗最低，同时在实际操作过程中，由于原料天然气通常来自地下的气田，其组成、压力等条件会发生变化，因而需要合理调节其被冷却和液化的温度，以维持天然气液化装置的运行效率和能耗。应用上述实施例的方法，在冬季环境温度较低时，可以通过改变混合冷剂的组成和配比，实现天然气冷却温度的进一步降低，从而合理分配预冷和液化两个制冷循环的热负荷，维持装置的稳定运行，连续生产合格的LNG产品。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为现有技术中天然气液化系统示意图；图2为本发明一实施例的双循环混合冷剂的天然气液化系统示意图；图3为本发明一较佳实施例的双循环混合冷剂的天然气液化系统示意图。
具体实施例方式下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。图2为本发明一实施例的双循环混合冷剂的天然气液化系统示意图；如图2所示，该天然气液化系统包括天然气输送管21、冷箱22、脱重烃装置23、脱氮装置24、LNG输送泵25、LNG储罐沈、第一冷循环装置和第二冷循环装置，其中冷箱22包括由天然气预冷管221、第一混合冷剂的第一冷却通道222、分别设置在第一混合冷剂的第一冷却通道的中间位置和末端的第一混合冷剂的第二冷却通道223和第一混合冷剂的第三冷却通道224，以及第二混合冷剂的第一冷却通道225构成的第一换热单元，由天然气深冷管226、第二混合冷剂的第二冷却通道227、第二混合冷剂的第三冷却通道228、第二混合冷剂的第四冷却通道2 和第二混合冷剂的第五冷却通道220构成的第二换热单元；第一冷循环装置包括依次相连的第一离心式冷剂压缩机27、第一冷却器观、冷凝器四、缓冲罐30、过冷器31，以及分别与第一离心式冷剂压缩机27相连通的用于储存第一混合冷剂的第二气液分离罐33和第一气液分离器32 ；过冷器31与第一混合冷剂的第一冷却通道222相连通，将携带冷量的第一混合冷剂输送至第一混合冷剂的第一冷却通道222 ；第一混合冷剂的第二冷却通道223和第一混合冷剂的第三冷却通道2M分别与第二气液分离罐33和第一气液分离罐32相连通，将失去冷量的第一混合冷剂输送至第二气液分离罐33和第一气液分离罐32 ；第二冷循环装置包括依次相连的第二离心式冷剂压缩机34、第二冷却器35、第三离心式冷剂压缩机36、第三冷却器37，与第二离心式冷剂压缩机34相连通的用于储存第二混合冷剂的第三气液分离罐38，以及与第二混合冷剂的第一冷却通道225相连将初步失去部分冷量的第二混合冷剂进行气液分离的第四气液分离罐39，并将分离的气态的第二混合冷剂输送至与其顶端相连通的第二混合冷剂的第二冷却通道227，将分离的液态的第二混合冷剂输送至与其底端相连通的第二混合冷剂的第三冷却通道228 ；第二混合冷剂的第四冷却通道2 连通在第二冷剂的第二冷却通道227与第二混合冷剂的第五冷却通道220之间，第二混合冷剂的第三冷却通道228与第二混合冷剂的第五冷却通道220连通；第三冷却器37与第二混合冷剂的第一冷却通道225相连通，将携带冷量的第二混合冷剂输送至第二混合冷剂的第一冷却通道225 ；第二混合冷剂的第五冷却通道220与第三气液分离罐38连通，将失去冷量的第二混合冷剂输送至第三气液分离罐38 ；天然气预冷管221与天然气输送管21相连通，对流过的天然气进行预冷；脱重烃装置23与天然气预冷管221相连通，将经过预冷的天然气分离为液态的重烃组分和气态的轻烃组分；天然气深冷管2 与脱重烃装置23的气相空间相连通，将输送来的气态的轻烃组分冷却液化为液态的轻烃组分；脱氮装置M与天然气深冷管2 相连通，将输送来的液态的轻烃组分进行脱氮处理，得到液化天然气；LNG输送泵25连通在LNG储罐沈与脱氮装置M之间，将液化天然气输送到LNG储罐沈进行储存。本实施例适合各种天然气类型，包含常规天然气(如气藏气、伴生气、凝析气)和非常规天然气(煤层气、页岩气、致密砂岩气等)，采用了一种双循环混合冷剂工艺，它有两个独立的混合工质循环制冷系统，全部采用离心式压缩机升压、冷却降温、膨胀或节流减压、复热回到压缩机入口，形成一个闭式制冷循环，第一冷循环装置MRl产生的冷量用来冷却第二冷循环装置MR2和原料天然气；第二冷循环装置MR2产生的冷量用来液化原料天然气。其预冷制冷循环能够达到的制冷温度为_20°C至_80°C，深冷制冷循环能够达到的制冷温度为-140°C至_165°C，能够将天然气冷却和液化，获得LNG产品。本实施例中，第一冷却循环装置采用了两级减压、一次补气的方式，提高了压缩效率；而第二冷却循环装置两级减压、一次气液分离和的方式，提高了压缩效率。本实施例可以根据原料天然气的组成、压力、温度，以及项目建设地点的环境温度的变化，合理配置混合冷剂的组成和配比，从而获得不同的冷却和液化温度，使得整个工艺系统的能耗最低，同时在实际操作过程中，由于原料天然气通常来自地下的气田，其组成、压力等条件会发生变化，因而需要合理调节其被冷却和液化的温度，以维持天然气液化装置的运行效率和能耗。应用本实施例的方法，在冬季环境温度较低时，可以通过改变混合冷剂的组成和配比，实现天然气冷却温度的进一步降低，从而合理分配预冷和液化两个制冷循环的热负荷，维持装置的稳定运行，连续生产合格的LNG产品。同时，本实施例可以加入末端闪蒸系统将原料天然气中的过量氮气脱除，以满足产品LNG中的含氮量要求。第一冷却循环装置的冷剂压缩机可以采用低温(如_6°C)进气，级间补气，可以有效降低压缩机一段进气流量，提高压缩机的机械效率，进一步降低压缩机的功耗及整体能
^^ ο第二冷却循环装置的冷剂压缩机可以采用低温(如_43°C )进气，提高压缩机的机械效率，进一步降低压缩机的功耗及整体能耗。
例如，第一冷却器、第二冷却器和第三冷却器为水冷却器或空气冷却器。例如，在上述实施例两种，天然气输送管21之前依次连通有天然气脱酸气装置41、天然气脱水装置42、天然气脱汞装置43，将进入其内的天然气中的酸气、水和汞依次滤除。脱酸气可以采用MDEA水溶液吸收法脱除原料天然气中的C02、H2S等酸性气体，以避免这些气体在液化单元被冷却成固体，引起设备和管件的冻堵，以及对后续设备的腐蚀、造成的环境污染等，脱除要求达到(X)2彡50ppm、H2S彡3ppm、总硫彡30mg/m3。脱水可以采用分子筛吸附法脱除原料天然气中的H2O,以避免水份引起低温设备和管件的冻堵，造成设备运行不稳定和不达产等问题，脱除要求达到H2O ( lppm。脱汞可以采用载硫活性炭吸附法脱除原料天然气中的汞，以避免汞引起低温铝制设备和管件腐蚀损坏，降低设备使用寿命，或造成可燃气体泄漏进而引发燃烧和爆炸事故，脱除要求达到Hg彡lOng/m3。例如，在上述实施例中，第一混合冷剂由以下至少两种烃类物质混合而成乙烷或乙烯、丙烷、丁烷、戊烷；第二混合冷剂由氮气和以下至少两种烃类物质混合而成甲烷、乙烷或乙烯、丙烷、丁烷、戊烷。例如，冷箱采用多组同样结构型式的真空钎焊铝制板翅式换热器并联，或采用两个绕管式换热器组成。例如，第一气液分离罐和第三气液分离罐的入口管处分别设置有冷剂补充口 Al和A2。例如，上述实施例的天然气液化系统还包括B0G换热器、BOG压缩机和BOG冷却器，其中，BOG换热器设置在天然气输送管上，其输入端分别与脱重烃罐和LNG储罐的气相空间连通，利用来着脱重烃罐和LNG储罐的气相空间的BOG的冷量对天然气输送管中的天然气进行预冷；BOG压缩机连接BOG换热器的输出端，将失去冷量的BOG进行压缩；BOG冷却器连接BOG压缩机的输出端，对压缩后升压升温的BOG进行冷却，进而将其输送到燃气系统。例如，脱重烃装置包括脱重烃罐，设置在脱重烃罐上检测其液位的第一液位检测器LC，设置在脱重烃罐入口管线上的第一控制阀门，以及分别与第一液位检测器和第一控制阀门电连接的第一控制器，第一控制器根据第一液位检测器检测的液位控制第一控制阀门的开度；其中，分离出的重烃储存在重烃储罐44，并通过与重烃储罐44相连的重烃外输泵45进行装车外输。例如，脱氮装置包括脱氮罐或脱氮塔，设置在脱氮罐或脱氮塔上检测其液位的第二液位检测器LC，设置在脱氮罐或脱氮塔入口管线上的第二控制阀门，以及分别与第二液位检测器LC和第二控制阀门电连接的第二控制器PC，第二控制器PC根据第二液位检测器LC检测的液位控制第二控制阀门的开度。脱除氮气可以采用末端闪蒸法，将液化后的天然气节流减压进入闪蒸罐，形成气液两相，液体为产品LNG，而氮气作为轻组分集中在气相中，从罐顶抽出，以满足产品LNG中的氮气含量要求(通常为以下)。抽出的LNG可以和LNG储罐中的LNG—起输送至外输管网46或燃料气系统47。例如，第一离心式冷剂压缩机和第二离心式冷剂压缩机采用电机驱动或采用蒸汽透平或者燃气透平驱动。又例如，当采用燃气透平驱动时，在其排放的烟气通道中设置加热管，加热管内通以热油介质，用以回收燃气透平的烟气废热，将其作为天然气液化装置中的脱水和脱酸气的净化单元中的再生加热热源，从而提高整个装置的能量综合利用效率，降低整体能耗。例如，在上述实施例中，第一混合冷剂的第一冷却通道与第一混合冷剂的第二冷却通道之间、第一混合冷剂的第一冷却通道与第一混合冷剂的第三冷却通道之间、第二混合冷剂的第一冷却通道与第四气液分离罐之间、第二混合冷剂的第二冷却通道与第二混合冷剂的第四冷却通道之间以及第二混合冷剂的第三冷却通道与第二混合冷剂的第五冷却通道之间分别设置有控制流量的控制阀门。图3为本发明一较佳实施例的双循环混合冷剂的天然气液化系统示意图。如图3所示，用第一冷箱48和第二冷箱49取代图1实施例中的冷箱22，其中，第一换热单元构成第一冷箱48的换热芯体，第二换热单元构成第二冷箱49的绕管式换热器。以下为采用上述双循环混合冷剂的天然气液化系统的天然气液化方法，方方法包括以下步骤利用第一冷循环装置中依次相连的第一离心式冷剂压缩机、第一冷却器、冷凝器、缓冲罐、过冷器，将储存在第一气液分离罐和第二气液分离器中的第一混合冷剂压缩、降温、冷却为携带冷量的第一混合冷剂，并将其输送至冷却器中的第一混合冷剂的第一冷却通道；利用第二冷循环装置中依次相连的第二离心式冷剂压缩机、第二冷却器、第三离心式冷剂压缩机、第三冷却器，将储存在第三气液分离罐的第二混合冷剂压缩、降温、冷却为携带冷量的第二混合冷剂，并将其输送至冷箱中的第二混合冷剂的第一冷却通道；利用天然气输送管将天然气输送至冷箱的天然气预冷管，第一混合冷剂的第一冷却通道对天然气预冷管和第二混合冷剂的第一冷却通道进行预冷；通过与天然气预冷管相连通的脱重烃装置将经过预冷的天然气分离为液态的重烃组分和气态的轻烃组分；通过设置在第一混合冷剂的第一冷却通道的中间位置和末端的第一混合冷剂的第二冷却通道和第一混合冷剂的第三冷却通道将失去冷量的第一混合冷剂输送至与分别与第一离心式冷剂压缩机相连的第二气液分离罐和第一气液分离罐；通过与第二混合冷剂的第一冷却通道相连的第四气液分离罐将初步失去部分冷量的第二混合冷剂进行气液分离，并将分离的气态的第二混合冷剂依次输送至第二混合冷剂的第二冷却通道、第二混合冷剂的第四冷却通道和第二混合冷剂的第五冷却通道，将分离的液态的第二混合冷剂依次输送至第二混合冷剂的第三冷却通道和第二混合冷剂的第五冷却通道；通过第二混合冷剂的第五冷却通道将失去冷量的第二混合冷剂输送至与第二离心式冷剂压缩机相连的第三气液分离罐；通过第二混合冷剂的第二冷却通道、第二混合冷剂的第三冷却通道、第二混合冷剂的第四冷却通道和第二混合冷剂的第五冷却通道对天然气深冷管中来自脱重烃装置的气相空间的气态的轻烃组分冷却液化为液态的轻烃组分；通过与天然气深冷管相连通的脱氮装置将输送来的液态的轻烃组分进行脱氮处理，得到液化天然气；通过连通在LNG储罐与脱氮装置之间的LNG泵将液化天然气输送到LNG储罐进行储存；其中，冷箱包括由天然气预冷管、第一混合冷剂的第一冷却通道、第一混合冷剂的第二冷却通道和第一混合冷剂的第三冷却通道以及第二混合冷剂的第一冷却通道构成的第一换热单元，和由天然气深冷管、第二混合冷剂的第二冷却通道、第二混合冷剂的第三冷却通道、第二混合冷剂的第四冷却通道和第二混合冷剂的第五冷却通道构成的第二换热单元。本实施例中，第一冷却循环装置采用了两级减压、一次补气的方式，提高了压缩效率；而第二冷却循环装置两级减压、一次气液分离和的方式，提高了压缩效率。本实施例可以根据原料天然气的组成、压力、温度，以及项目建设地点的环境温度的变化，合理配置混合冷剂的组成和配比，从而获得不同的冷却和液化温度，使得整个工艺系统的能耗最低，同时在实际操作过程中，由于原料天然气通常来自地下的气田，其组成、压力等条件会发生变化，因而需要合理调节其被冷却和液化的温度，以维持天然气液化装置的运行效率和能耗。应用本实施例的方法，在冬季环境温度较低时，可以通过改变混合冷剂的组成和配比，实现天然气冷却温度的进一步降低，从而合理分配预冷和液化两个制冷循环的热负荷，维持装置的稳定运行，连续生产合格的LNG产品。本领域普通技术人员可以理解附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。本领域普通技术人员可以理解实施例中的装置中的模块可以按照实施例描述分布于实施例的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施例的一个或多个装置中。上述实施例的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。最后应说明的是以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。
权利要求
1.一种双循环混合冷剂的天然气液化系统，其特征在于，包括天然气输送管、冷箱、脱重烃装置、脱氮装置、LNG输送泵、LNG储罐、第一冷循环装置和第二冷循环装置，其中所述冷箱包括由天然气预冷管、第一混合冷剂的第一冷却通道、分别设置在所述第一混合冷剂的第一冷却通道的中间位置和末端的第一混合冷剂的第二冷却通道和第一混合冷剂的第三冷却通道，以及第二混合冷剂的第一冷却通道构成的第一换热单元，由天然气深冷管、第二混合冷剂的第二冷却通道、第二混合冷剂的第三冷却通道、第二混合冷剂的第四冷却通道和第二混合冷剂的第五冷却通道构成的第二换热单元；所述第一冷循环装置包括依次相连的第一离心式冷剂压缩机、第一冷却器、冷凝器、缓冲罐、过冷器，以及分别与所述第一离心式冷剂压缩机相连通的用于储存第一混合冷剂的第一气液分离罐和第二气液分离器；所述过冷器与所述第一混合冷剂的第一冷却通道相连通，将携带冷量的第一混合冷剂输送至所述第一混合冷剂的第一冷却通道；所述第一混合冷剂的第二冷却通道和所述第一混合冷剂的第三冷却通道分别与所述第二气液分离罐和所述第一气液分离罐相连通，将失去冷量的第一混合冷剂输送至所述第二气液分离罐和所述第一气液分离罐；所述第二冷循环装置包括依次相连的第二离心式冷剂压缩机、第二冷却器、第三离心式冷剂压缩机、第三冷却器，与所述第二离心式冷剂压缩机相连通的用于储存第二混合冷剂的第三气液分离罐，以及与所述第二混合冷剂的第一冷却通道相连将初步失去部分冷量的第二混合冷剂进行气液分离的第四气液分离罐，并将分离的气态的第二混合冷剂输送至与其顶端相连通的所述第二混合冷剂的第二冷却通道，将分离的液态的第二混合冷剂输送至与其底端相连通的所述第二混合冷剂的第三冷却通道；所述第二混合冷剂的第四冷却通道连通在所述第二冷剂的第二冷却通道与所述第二混合冷剂的第五冷却通道之间，所述第二混合冷剂的第三冷却通道与所述第二混合冷剂的第五冷却通道连通；所述第三冷却器与所述第二混合冷剂的第一冷却通道相连通，将携带冷量的第二混合冷剂输送至所述第二混合冷剂的第一冷却通道；所述第二混合冷剂的第五冷却通道与所述第三气液分离罐连通，将失去冷量的第二混合冷剂输送至所述第三气液分离罐；所述天然气预冷管与所述天然气输送管相连通，对流过的天然气进行预冷；所述脱重烃装置与所述天然气预冷管相连通，将经过预冷的天然气分离为液态的重烃组分和气态的轻烃组分；所述天然气深冷管与所述脱重烃装置的气相空间相连通，将输送来的气态的轻烃组分冷却液化为液态的轻烃组分；所述脱氮装置与所述天然气深冷管相连通，将输送来的液态的轻烃组分进行脱氮处理，得到液化天然气；所述LNG泵连通在所述LNG储罐与所述脱氮装置之间，将液化天然气输送到所述LNG储罐进行储存。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一冷却器、所述第二冷却器和所述第三冷却器为水冷却器或空气冷却器。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述天然气输送管之前依次连通有天然气脱酸气装置、天然气脱水装置、天然气脱汞装置，将进入其内的天然气中的酸气、水和汞依次滤除。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于所述第一混合冷剂由以下至少两种烃类物质混合而成乙烷或乙烯、丙烷、丁烷、戊烷；所述第二混合冷剂由氮气和以下至少两种烃类物质混合而成甲烷、乙烷或乙烯、丙烷、丁烷、戊烷。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述冷箱采用多组同样结构型式的真空钎焊铝制板翅式换热器芯体并联，或采用两个绕管式换热器组成。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一气液分离罐和所述第三气液分离罐的入口管处分别设置有冷剂补充口。
7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括B0G换热器、BOG压缩机和BOG冷却器，其中所述BOG换热器设置在所述天然气输送管上，其输入端分别与所述脱重烃罐和所述LNG储罐的气相空间连通，利用来着所述脱重烃罐和所述LNG储罐的气相空间的BOG的冷量对所述天然气输送管中的天然气进行预冷；所述BOG压缩机连接所述BOG换热器的输出端，将失去冷量的BOG进行压缩；所述BOG冷却器连接所述BOG压缩机的输出端，对压缩后升压升温的BOG进行冷却，进而将其输送到燃气系统。
8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述脱重烃装置包括脱重烃罐，设置在所述脱重烃罐上检测其液位的第一液位检测器，设置在所述脱重烃罐入口管线上的第一控制阀门，以及分别与所述第一液位检测器和所述第一控制阀门电连接的第一控制器，所述第一控制器根据所述第一液位检测器检测的液位控制所述第一控制阀门的开度；其中，分离出的重烃通过与所述脱重烃罐相连的重烃外输泵进行装车外输。
9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述脱氮装置包括脱氮罐或脱氮塔，设置在所述脱氮罐或所述脱氮塔上检测其液位的第二液位检测器，设置在所述脱氮罐或所述脱氮塔入口管线上的第二控制阀门，以及分别与所述第二液位检测器和所述第二控制阀门电连接的第二控制器，所述第二控制器根据所述第二液位检测器检测的液位控制所述第二控制阀门的开度。
10.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一离心式冷剂压缩机和所述第二离心式冷剂压缩机采用电机驱动或采用蒸汽透平或者燃气透平驱动。
11.根据权利要求10所述的系统，其特征在于，当采用燃气透平驱动时，在其排放的烟气通道中设置加热管，所述加热管内通以热油介质，用以回收燃气透平的烟气废热。
12.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一混合冷剂的第一冷却通道与所述第一混合冷剂的第二冷却通道之间、所述第一混合冷剂的第一冷却通道与所述第一混合冷剂的第三冷却通道之间、所述第二混合冷剂的第一冷却通道与所述第四气液分离罐之间、所述第二混合冷剂的第二冷却通道与所述第二混合冷剂的第四冷却通道之间以及所述第二混合冷剂的第三冷却通道与所述第二混合冷剂的第五冷却通道之间分别设置有控制流量的控制阀门。
13.根据权利要求1-12中任一项所述的系统，其特征在于，用第一冷箱和第二冷箱取代所述冷箱，其中，所述第一换热单元构成所述第一冷箱的换热芯体，所述第二换热单元构成所述第二冷箱的绕管式换热器。
14.一种双循环混合冷剂的天然气液化方法，其特征在于，包括以下步骤利用第一冷循环装置中依次相连的第一离心式冷剂压缩机、第一冷却器、冷凝器、缓冲罐、过冷器，将储存在第一气液分离罐和第二气液分离器中的第一混合冷剂压缩、降温、冷却为携带冷量的第一混合冷剂，并将其输送至冷箱中的第一混合冷剂的第一冷却通道；利用第二冷循环装置中依次相连的第二离心式冷剂压缩机、第二冷却器、第三离心式冷剂压缩机、第三冷却器，将储存在第三气液分离罐的第二混合冷剂压缩、降温、冷却为携带冷量的第二混合冷剂，并将其输送至所述冷箱中的第二混合冷剂的第一冷却通道；利用天然气输送管将天然气输送至所述冷箱的天然气预冷管，所述第一混合冷剂的第一冷却通道对所述天然气预冷管和所述第二混合冷剂的第一冷却通道进行预冷；通过与所述天然气预冷管相连通的脱重烃装置将经过预冷的天然气分离为液态的重烃组分和气态的轻烃组分；通过设置在所述第一混合冷剂的第一冷却通道的中间位置和末端的第一混合冷剂的第二冷却通道和第一混合冷剂的第三冷却通道将失去冷量的第一混合冷剂输送至与分别与所述第一离心式冷剂压缩机相连的第二气液分离罐和第一气液分离罐；通过与所述第二混合冷剂的第一冷却通道相连的第四气液分离罐将初步失去部分冷量的第二混合冷剂进行气液分离，并将分离的气态的第二混合冷剂依次输送至第二混合冷剂的第二冷却通道、第二混合冷剂的第四冷却通道和第二混合冷剂的第五冷却通道，将分离的液态的第二混合冷剂依次输送至第二混合冷剂的第三冷却通道和第二混合冷剂的第五冷却通道；通过所述第二混合冷剂的第五冷却通道将失去冷量的第二混合冷剂输送至与所述第二离心式冷剂压缩机相连的所述第三气液分离罐；通过所述第二混合冷剂的第二冷却通道、所述第二混合冷剂的第三冷却通道、所述第二混合冷剂的第四冷却通道和所述第二混合冷剂的第五冷却通道对天然气深冷管中来自所述脱重烃装置的气相空间的气态的轻烃组分冷却液化为液态的轻烃组分；通过与所述天然气深冷管相连通的脱氮装置将输送来的液态的轻烃组分进行脱氮处理，得到液化天然气；通过连通在LNG储罐与所述脱氮装置之间的LNG泵将液化天然气输送到所述LNG储罐进行储存；其中，所述冷箱包括由所述天然气预冷管、所述第一混合冷剂的第一冷却通道、所述第一混合冷剂的第二冷却通道和所述第一混合冷剂的第三冷却通道以及所述第二混合冷剂的第一冷却通道构成的第一换热单元，和由所述天然气深冷管、所述第二混合冷剂的第二冷却通道、所述第二混合冷剂的第三冷却通道、所述第二混合冷剂的第四冷却通道和所述第二混合冷剂的第五冷却通道构成的第二换热单元。
全文摘要
本发明公开了一种双循环混合冷剂的天然气液化系统和方法，其中系统包括天然气输送管、冷箱、脱重烃装置、脱氮装置、LNG输送泵、LNG储罐、第一冷循环装置和第二冷循环装置，第一冷循环装置产生的冷量用来冷却第二冷循环装置和原料天然气；第二冷循环装置产生的冷量用来液化原料天然气。本发明可以根据原料天然气的组成、压力、温度，以及项目建设地点的环境温度的变化，合理配置混合冷剂的组成和配比，从而获得不同的冷却和液化温度，使得整个工艺系统的能耗最低，同时在实际操作过程中，由于原料天然气通常来自地下的气田，其组成、压力等条件会发生变化，因而需要合理调节其被冷却和液化的温度，以维持天然气液化装置的运行效率和能耗。
文档编号F25J1/02GK102393126SQ20111032835
公开日2012年3月28日 申请日期2011年10月25日 优先权日2011年10月25日
发明者吴笛, 宋媛玲, 林畅, 王红, 白改玲, 程喜庆 申请人:中国寰球工程公司