專利名稱：一種液化富甲烷氣的工藝流程的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種液化富甲垸氣的工藝流程，提出一種將經(jīng)過(guò)脫酸、脫水、脫汞等預(yù)處理后的富甲烷氣, 例如天然氣液化的工藝，包括富甲垸氣中重?zé)N的分離、富甲垸氣的液化、脫氮、提供冷量的純組分制冷循 環(huán)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
富甲烷氣，這里定義為包括天然氣、煤層氣、天然水合物的氣化物，做為一種清潔燃料正在日益廣泛 地被使用，但是大多數(shù)富甲垸氣源地遠(yuǎn)離終端用戶，在環(huán)境條件下很長(zhǎng)距離地運(yùn)輸氣體并不經(jīng)濟(jì)，當(dāng)需耍 跨越大洋時(shí)，甚至無(wú)法做到，并且以氣體狀態(tài)儲(chǔ)存大量的富甲烷氣也很不經(jīng)濟(jì)。
將富甲垸氣，冷卻至液體狀態(tài)，獲得液態(tài)產(chǎn)品，即液化天然氣，并采用非管道運(yùn)輸是一種經(jīng)濟(jì)的方式。 富甲烷氣的液化過(guò)程需要制冷系統(tǒng)，制冷系統(tǒng)一般采用一個(gè)或幾個(gè)制冷循環(huán)，富甲垸氣依次經(jīng)過(guò)冷卻、液 化、過(guò)冷的過(guò)程對(duì)應(yīng)著預(yù)冷、液化、過(guò)冷的溫度逐步降低的制冷循環(huán)。
制冷系統(tǒng)組成主要包括制冷劑，分為純單一組分和混合組分；低溫?zé)峤粨Q器，有板翅式熱交換器、 繞管式熱交換器、管殼式熱交換器；壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)，有蒸汽透平、燃?xì)馔钙?雙軸和單軸)、電機(jī)、航改發(fā) 動(dòng)機(jī)；制冷壓縮機(jī)；液體膨脹機(jī)。
從1964年世界上第一個(gè)液化天然氣貿(mào)易開(kāi)始，在天然氣需求增長(zhǎng)和工業(yè)化實(shí)踐的基礎(chǔ)上，國(guó)外對(duì)天 然氣液化技術(shù)，主耍是制冷循環(huán)技術(shù)，已進(jìn)行了多年的研究和實(shí)踐，天然氣液化生產(chǎn)線的規(guī)模從兒十萬(wàn)噸 已達(dá)近千萬(wàn)噸，支持了天然氣在全球范圍的廣泛使用。
天然氣液化的主要技術(shù)有純組分制冷劑復(fù)迭技術(shù)，處理過(guò)的天然氣逐步經(jīng)純丙烷，乙烯和甲烷制冷 劑冷卻和冷凝，而這三種制冷劑分別用在構(gòu)成復(fù)迭的三個(gè)獨(dú)立制冷循環(huán)中；單循環(huán)混合制冷劑工藝技術(shù)， 這種技術(shù)在單一的制冷劑循環(huán)中放入包括氮、甲烷、乙垸、丙烷、丁垸，有時(shí)還有戊垸的混合制冷劑進(jìn)行 循環(huán)；單循環(huán)多壓混合制冷劑技術(shù)；丙烷預(yù)冷混合制冷劑技術(shù)，使用丙烷制冷循環(huán)和混合制冷劑循環(huán)階聯(lián)， 這是目前世界上的主流技術(shù)，根據(jù)具體技術(shù)特點(diǎn)，又有分體丙垸技術(shù)、并行混合制冷技術(shù)、附加氮膨脹機(jī) 深冷循環(huán)技術(shù)等；雙循環(huán)混合制冷系統(tǒng)，第一級(jí)循環(huán)用于預(yù)冷，而另一級(jí)循環(huán)用于液化；混合制冷劑復(fù)迭 技術(shù)，這一工藝與普通復(fù)迭工藝類似，但是幾個(gè)制冷循環(huán)中的純組分換成了混合組分，可分為二階混合制 冷劑循環(huán)技術(shù)、三階混合制冷劑循環(huán)技術(shù)；氮膨脹循環(huán)技術(shù)。
預(yù)冷和液化分別采用不同的低溫?zé)峤粨Q器，預(yù)冷過(guò)程一般使用鼓式熱交換器或鋁制板翅式熱交換器， 液化和深冷過(guò)程使用鋁制板翅式熱交換器或?qū)Ｓ欣@管式熱交換器。
由于對(duì)富甲垸氣能源的需求日益旺盛，開(kāi)發(fā)和提供富甲垸氣資源日益緊迫，市場(chǎng)對(duì)富甲垸氣液化技術(shù) 的需求隨之增加，但目前國(guó)內(nèi)還沒(méi)有針對(duì)大型液化天然氣工廠的富甲垸氣液化技術(shù)，所有液化技術(shù)和專有 設(shè)備均需從國(guó)外獲得，這對(duì)于國(guó)家盡快獲得富甲烷氣資源、增強(qiáng)富甲烷氣能源企業(yè)的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力極為不利， 此發(fā)明正是在此背景下開(kāi)發(fā)的大負(fù)荷、經(jīng)濟(jì)、高效、易于操作維護(hù)的富甲烷氣(例如天然氣)液化技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
此發(fā)明提出了一種將經(jīng)過(guò)脫酸、脫水、脫汞等預(yù)處理后的富甲烷氣，例如天然氣液化的工藝流程，包 括富甲垸氣中重?zé)N的分離、富甲烷氣的液化、脫氮、提供冷量的純組分制冷循環(huán)系統(tǒng)，此過(guò)程可靠性好、 對(duì)富甲垸氣的原料組成的變化適應(yīng)性好，可比較靈活地根據(jù)原料氣的組成、流量的變化進(jìn)行冷劑的流量和 配比的調(diào)整，對(duì)所用設(shè)備的要求較低，可獲得較高的效率和低的投資。
液化富甲烷氣的工藝流程，包括富甲烷氣中重?zé)N的分離、富甲烷氣的液化、脫氮、提供冷量的制冷循 環(huán)系統(tǒng)
(a) 富甲垸氣流首先在多個(gè)預(yù)冷器中與各純組分冷劑換熱；
(b) 預(yù)冷卻后的富甲垸氣在重?zé)N分離塔中將重?zé)N分離，重?zé)N去分餾單元； (C)富甲垸氣在第一主換熱器中被乙烷冷劑進(jìn)一步冷卻；
(d) 富甲烷流體進(jìn)入分離罐析出剩余的重?zé)N，氣相去下一個(gè)主換熱器；
(e) 富甲烷氣在第二主換熱器中被乙烷冷劑繼續(xù)冷卻并部分冷凝；
(f) 富甲烷氣在第二主換熱器中被甲垸冷劑全部冷凝；
(g) 富甲垸氣在第四主換熱器中被氮冷劑過(guò)冷；
(h) 過(guò)冷的富甲烷流體經(jīng)膨脹機(jī)后進(jìn)入填料塔脫氮，塔底液化甲垸經(jīng)泵輸往儲(chǔ)罐，塔頂甲垸氣增壓作為燃 料氣；
(i丙烷冷劑被壓縮，級(jí)間冷卻和后冷及冷凝采用外部冷的流體，如空氣；丙垸冷劑在多級(jí)換熱器中閃蒸到 較低的壓力和溫度以冷卻乙垸冷劑；
(j)乙烷冷劑被壓縮，級(jí)間冷卻和后冷采用外部冷的流體，如空氣；通過(guò)丙烷冷劑的多級(jí)換熱器冷凝；冷 凝的乙烷冷劑在第一主換熱器較高壓力下部分蒸發(fā)以冷卻富甲烷氣，乙烷兩相流離開(kāi)第一主換熱器經(jīng)氣液 分離后，液相流體進(jìn)入第二主換熱器在較低壓力下全部蒸發(fā)以進(jìn)一步冷卻富甲垸氣，氣相流體和從第二主 換熱器引出的乙垸氣體分別去各自預(yù)冷器與富甲烷氣進(jìn)料換熱，復(fù)熱后分別引到乙垸壓縮機(jī)一級(jí)入口緩沖 罐和二級(jí)入口；
(k)甲垸冷劑被壓縮，級(jí)間冷卻和后冷采用外部冷的流體，如空氣；通過(guò)第二主換熱器和第三主換熱器進(jìn) 一步冷卻和冷凝；冷凝的甲烷冷劑在第三主換熱器內(nèi)蒸發(fā)以冷卻冷凝富甲烷氣，在提供冷量的過(guò)程中部分 氣化，從換熱器出來(lái)的兩相流經(jīng)氣液分離器，氣、液相分別引入預(yù)冷器中與富甲烷氣進(jìn)料換熱，復(fù)熱或完 全氣化后引到甲烷壓縮機(jī)入口緩沖罐；
(1)氮冷劑被壓縮，級(jí)間冷卻和后冷采用外部冷的流體，如空氣；通過(guò)第三主換熱器和第四主換熱器進(jìn)一 步冷卻和冷凝；冷凝的氮冷劑在第四主換熱器內(nèi)蒸發(fā)以冷卻冷凝富甲烷氣，在提供冷量的過(guò)程中部分氣化， 從換熱器出來(lái)的兩相流經(jīng)氣液分離器，氣、液相分別引入預(yù)冷器中與富甲烷氣進(jìn)料換熱，復(fù)熱或完全氣化 后引到氮壓縮機(jī)入口緩沖罐。
如上所述，富甲垸氣進(jìn)料的壓力和溫度是不高于10MPa， 5CTC。
如上所述，富甲院氣在各預(yù)冷器中與各主換熱器出口純組分冷劑換熱，富甲垸氣冷卻，純組分冷劑完 全氣化并復(fù)熱去壓縮機(jī)入口 ，預(yù)冷器出口可設(shè)置控制閥調(diào)節(jié)換熱負(fù)荷和純組分冷劑氣化壓力。 如上所述，純組分冷劑的流量可以根據(jù)富甲烷氣的組成和各預(yù)冷器的壓力和溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)。 如上所述，富甲烷氣的液化過(guò)程由四個(gè)閉式回路，采用純組分冷劑的制冷循環(huán)提供冷量
(a) 丙垸冷劑在四級(jí)換熱器中逐步閃蒸到較低的壓力和溫度以冷卻乙烷冷劑；
(b) 乙烷冷劑被壓縮，級(jí)間冷卻和后冷采用外部冷的流體，如空氣；通過(guò)丙垸冷劑的多級(jí)換熱器冷凝；冷 凝后的乙垸冷劑在第一主換熱器較高壓力下部分蒸發(fā)以冷卻富甲烷氣，乙烷兩相流離開(kāi)第一主換熱器經(jīng)氣 液分離后，液相流體進(jìn)入第二主換熱器在較低壓力下全部蒸發(fā)以進(jìn)一步冷卻富甲烷氣，氣相流體和從第二
主換熱器引出的乙烷氣體分別去各自預(yù)冷器與富甲烷氣進(jìn)料換熱，復(fù)熱后分別引到乙烷壓縮機(jī)一級(jí)入口緩 沖罐和二級(jí)入口；
(c) 甲烷冷劑被壓縮，級(jí)間冷卻和后冷采用外部冷的流體，如空氣；通過(guò)第二主換熱器和第三主換熱器進(jìn) 一步冷卻和冷凝；冷凝的甲烷冷劑在第三主換熱器內(nèi)蒸發(fā)以冷卻冷凝富甲烷氣，在提供冷量的過(guò)程中部分 氣化，從換熱器出來(lái)的兩相流經(jīng)氣液分離器，氣、液相分別引入預(yù)冷器中與富甲垸氣進(jìn)料換熱，復(fù)熱或完 全氣化后弓I到甲烷壓縮機(jī)入口緩沖罐；
(d) 氮冷劑被壓縮，級(jí)間冷卻和后冷采用外部冷的流體，如空氣；通過(guò)第三主換熱器和第四主換熱器進(jìn)一 步冷卻和冷凝；冷凝的氮冷劑在第四主換熱器內(nèi)蒸發(fā)以冷卻冷凝富甲垸氣，在提供冷量的過(guò)程中部分氣化， 從換熱器出來(lái)的兩相流經(jīng)氣液分離器，氣、液相分別引入預(yù)冷器中與富甲烷氣進(jìn)料換熱，復(fù)熱或完全氣化 后弓I到氮壓縮機(jī)入口緩沖罐。
如上所述，純組分冷劑是氮、甲垸、乙烷或乙烯、丙烷。
如上所述，純組分冷劑壓縮機(jī)是多級(jí)離心或軸流壓縮機(jī)或組合式。
如上所述，純組分冷劑壓縮機(jī)是電機(jī)驅(qū)動(dòng)或燃?xì)馔钙綑C(jī)驅(qū)動(dòng)或蒸汽透平機(jī)驅(qū)動(dòng)。
如上所述，純組分冷劑壓縮機(jī)是電機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)，變速裝置是變頻器或液力耦合式。
如上所述，純組分冷劑壓縮機(jī)可采用均分負(fù)荷的并列雙壓縮機(jī)。
如上所述，富甲垸氣的液化過(guò)程可使用各種換熱器(包括繞管式換熱器，板翅式換熱器，釜式換熱器)。 如上所述，純組分冷劑在第一、第二、第二、第四主換熱器冷凝引出主換熱器后，可采用節(jié)流閥或膨 脹機(jī)減壓降溫，再回到各換熱器。
如上所述，富甲垸氣的液化過(guò)程使用的換熱器可采用均分負(fù)荷的多換熱器。 如上所述，當(dāng)冷劑壓縮機(jī)采用燃?xì)馔钙綑C(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)，配置廢熱回收裝置。
如上所述，從第四主換熱器出來(lái)的液化富甲垸流體經(jīng)液體膨脹機(jī)減壓降溫后，進(jìn)入氣液分離罐閃蒸， 分離罐的氣相、液相分別引入填料塔，從上游引入一股流體作為上升氣體，塔底液相經(jīng)低溫泵輸往LNG儲(chǔ) 罐，塔頂氣相經(jīng)增壓后作為燃料氣提供，其中冷量可通過(guò)換熱利用。
如上所述，液體膨脹機(jī)軸功輸出提供燃料氣增壓的動(dòng)力，旁路可設(shè)置節(jié)流閥。
如上所述，在采用燃?xì)馔钙津?qū)動(dòng)冷劑壓縮機(jī)時(shí)，液體膨脹機(jī)和燃料氣輸出流量可與純組分冷劑壓縮機(jī) 驅(qū)動(dòng)機(jī)燃?xì)馔钙降妮S功輸出設(shè)置為整個(gè)液化過(guò)程負(fù)荷調(diào)節(jié)的機(jī)制。 如上所述，富甲烷氣的進(jìn)料處理能力可達(dá)每年6百萬(wàn)噸。
如上所述，富甲烷氣液化流程的各系統(tǒng)可由多個(gè)并行的子系統(tǒng)組成，各個(gè)子系統(tǒng)具有執(zhí)行相同工藝過(guò) 程的能力。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)
此液化富甲垸氣工藝流程可靠性好、對(duì)富甲烷氣的原料組成的變化適應(yīng)性強(qiáng)，可比較靈活地根據(jù)原料 氣的組成、流量的變化進(jìn)行純組分冷劑的流量調(diào)節(jié)，對(duì)所用設(shè)備的要求較低，可獲得較高的效率和低的投 資。并且降低換熱器設(shè)計(jì)和制造難度，可采用非專有設(shè)備；可調(diào)節(jié)壓縮機(jī)入口氣體溫度，壓縮機(jī)可常溫設(shè) 計(jì)；易于調(diào)節(jié)冷劑流量和蒸發(fā)壓力，減少能耗。


附1是表明本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的示意性流程圖。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例為了闡明本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，通過(guò)對(duì)富甲垸氣到液化甲烷的工藝流程的熱量和物料平衡 計(jì)算，模擬本發(fā)明的優(yōu)化實(shí)施方案，每年生產(chǎn)500萬(wàn)噸的LNG生產(chǎn)線。參見(jiàn)圖l。
經(jīng)預(yù)處理合格的富甲烷原料氣36000kmol/h，在壓力6. OMPa,溫度50。C下從管線1順序經(jīng)過(guò)預(yù)冷器 ElOl、 E102、 E103、 E104、 E105、 E106,富甲烷氣被預(yù)冷至-33°C。
含有冷凝液的原料氣流經(jīng)管線7進(jìn)入脫甲垸塔T101，大部分重?zé)N組分在脫甲烷塔中被分離，塔頂?shù)母?甲垸氣在壓力5. 5MPa，溫度-35'C下，通過(guò)管線8進(jìn)入第一主換熱器E800，被乙烷冷劑冷卻后，溫度-66°C , 引出第一主換熱器E800，進(jìn)入氣液分離器V100進(jìn)行閃蒸分離，全部重?zé)N在此被分離，離開(kāi)分離器V100的 氣相流體通過(guò)管線10進(jìn)入第二主換熱器E801，與乙烷冷劑換熱后，富甲垸氣進(jìn)一步冷卻；壓力5.2MPa， 溫度-8CTC的富甲垸流體從第二主換熱器E801出來(lái)后經(jīng)管線11引入第三主換熱器E802，在此換熱器中富 甲烷流體與甲垸冷劑換熱，繼續(xù)降溫，離開(kāi)第三主換熱器E802的富甲烷流體經(jīng)管線12引入第四主換熱器 E803，在此換熱器中富甲垸流體與氮冷劑換熱，離開(kāi)第四主換熱器E803的富甲垸流體在溫度-160'C下經(jīng) 液體膨脹機(jī)EXIOI降溫到-163t:，膨脹后的甲垸流體進(jìn)入填料塔T102，大部分氮?dú)庠诖嗣摮?，甲烷液體在 壓力O. 13MPa，溫度-162'C下從填料塔底部引出，其中氮含量低于lmol%,填料塔底的液體甲烷由低溫泵 輸送到液體甲垸儲(chǔ)罐；填料塔頂出來(lái)的氣相經(jīng)與膨脹機(jī)EX101同軸的增壓機(jī)C101增壓后做為燃料氣或再 生氣使用。
氣液分離器V100中的液相經(jīng)管線18進(jìn)入脫甲垸塔T101作為塔頂回流，脫甲烷塔底液相部分經(jīng)再沸 器回到塔內(nèi)，大部分去重?zé)N分餾系統(tǒng)。
丙垸經(jīng)壓縮至1.7MPa并在4(TC下冷凝后依次在四個(gè)壓力下蒸發(fā)，為乙垸冷劑提供冷量，四個(gè)蒸發(fā)壓 力和溫度分別是0. 70MPa、 10°C， 0. 37MPa、 -8°C, 0. 24MPa、 -23°C, 0. 12MPa、 -36°C。從各個(gè)丙烷蒸發(fā)器 來(lái)的不同壓力的丙烷蒸氣分別進(jìn)入丙烷壓縮機(jī)C201各級(jí)進(jìn)口 。
乙烷冷劑經(jīng)壓縮至2. lMPa并冷卻到4(TC后，順序經(jīng)過(guò)丙垸循環(huán)的多級(jí)蒸發(fā)器E202、E203、E204、E205， 乙烷冷劑被過(guò)冷。冷凝后的乙烷冷劑經(jīng)管線35進(jìn)入第一主換熱器E800,在換熱器中向上流動(dòng)被進(jìn)一步冷 卻，在溫度-66'C時(shí)，引出換熱器，經(jīng)節(jié)流過(guò)冷后從頂部再次進(jìn)入換熱器，在換熱器中凝液向下流動(dòng)，在 較高壓力下部分蒸發(fā)以冷卻富甲烷氣；乙烷兩相流離開(kāi)第一主換熱器經(jīng)氣液分離器V302后，液相流體進(jìn) 入第二主換熱器E801，在換熱器中向上流動(dòng)被進(jìn)一步冷卻，在溫度-8(TC時(shí)，引出換熱器，經(jīng)節(jié)流過(guò)冷后 從頂部再次進(jìn)入換熱器，在換熱器中凝液向下流動(dòng)，在較低壓力下全部蒸發(fā)以冷卻富甲烷氣和甲烷冷劑； V302氣相流體和從第二主換熱器引出的經(jīng)V303的乙烷氣體分別去預(yù)冷器E101和E102與富甲垸氣進(jìn)料換 熱，復(fù)熱后分別引到乙垸壓縮機(jī)入口緩沖罐V301和壓縮機(jī)二級(jí)入口。
甲烷冷劑經(jīng)壓縮至3. 2MPa并冷卻到40'C后，經(jīng)管線51進(jìn)入第二主換熱器E801被乙烷冷卻冷凝，接 著經(jīng)管線51進(jìn)入第三主換熱器E802，在換熱器中向上流動(dòng)被進(jìn)一步冷卻，在溫度-145。C時(shí)，引出換熱器， 經(jīng)節(jié)流過(guò)冷后從頂部再次進(jìn)入換熱器，在換熱器中凝液向下流動(dòng)，大部分蒸發(fā)以冷卻冷凝富甲垸氣；從第 三主換熱器引出的經(jīng)V502的甲烷液體和氣體分別去預(yù)冷器E103和E1024富甲烷氣進(jìn)料換熱，復(fù)熱后引到 甲烷壓縮機(jī)入口緩沖罐V501 。
氮冷劑經(jīng)壓縮至3. 5MPa并冷卻到4(TC后，經(jīng)管線61進(jìn)入第三主換熱器E802被甲烷冷卻冷凝，接著 經(jīng)管線62進(jìn)入第四主換熱器E803,在換熱器中向上流動(dòng)被進(jìn)一步冷卻，在溫度-16(TC時(shí)，引出換熱器， 經(jīng)節(jié)流過(guò)冷后從頂部再次迸入換熱器，在換熱器中凝液向下流動(dòng)，大部分蒸發(fā)以冷凝富甲烷氣；從第四主 換熱器引出的經(jīng)V602的氮液體和氣體分別去預(yù)冷器E105和E106與富甲烷氣進(jìn)料換熱，復(fù)熱后引到氮壓 縮機(jī)入口緩沖罐V601。
以上所述，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，可以根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案和技術(shù)構(gòu)思作出其它各種相應(yīng)的 改變和變形，而所有這些改變和變形都應(yīng)屬于本發(fā)明的權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1. 一種液化富甲烷氣的工藝流程，包括富甲烷氣中重?zé)N的分離、富甲烷氣的液化、脫氮、提供冷量的純組分制冷循環(huán)系統(tǒng)(a)富甲烷氣流首先在多個(gè)預(yù)冷器中與各純組分冷劑換熱；(b)預(yù)冷卻后的富甲烷氣在重?zé)N分離塔中將重?zé)N分離，重?zé)N去分餾單元；(c)富甲烷氣在第一主換熱器中被乙烷冷劑進(jìn)一步冷卻；(d)富甲烷流體進(jìn)入分離罐析出剩余的重?zé)N，氣相去下一個(gè)主換熱器；(e)富甲烷氣在第二主換熱器中被乙烷冷劑繼續(xù)冷卻并部分冷凝；(f)富甲烷氣在第三主換熱器中被甲烷冷劑全部冷凝；(g)富甲烷氣在第四主換熱器中被氮冷劑過(guò)冷；(h)過(guò)冷的富甲烷流體經(jīng)膨脹機(jī)后進(jìn)入填料塔脫氮，塔底液化甲烷經(jīng)泵輸往儲(chǔ)罐，塔頂甲烷氣增壓作為燃料氣；(i丙烷冷劑被壓縮，級(jí)間冷卻和后冷及冷凝采用外部冷的流體，如空氣；丙烷冷劑在多級(jí)換熱器中閃蒸到較低的壓力和溫度以冷卻乙烷冷劑；(j)乙烷冷劑被壓縮，級(jí)間冷卻和后冷采用外部冷的流體，如空氣；通過(guò)丙烷冷劑的多級(jí)換熱器冷凝；冷凝的乙烷冷劑在第一主換熱器較高壓力下部分蒸發(fā)以冷卻富甲烷氣，乙烷兩相流離開(kāi)第一主換熱器經(jīng)氣液分離后，液相流體進(jìn)入第二主換熱器在較低壓力下全部蒸發(fā)以進(jìn)一步冷卻富甲烷氣，氣相流體和從第二主換熱器引出的乙烷氣體分別去各自預(yù)冷器與富甲烷氣進(jìn)料換熱，復(fù)熱后分別引到乙烷壓縮機(jī)一級(jí)入口緩沖罐和二級(jí)入口；(k)甲烷冷劑被壓縮，級(jí)間冷卻和后冷采用外部冷的流體，如空氣；通過(guò)第二主換熱器和第三主換熱器進(jìn)一步冷卻和冷凝；冷凝的甲烷冷劑在第三主換熱器內(nèi)蒸發(fā)以冷卻冷凝富甲烷氣，在提供冷量的過(guò)程中部分氣化，從換熱器出來(lái)的兩相流經(jīng)氣液分離器，氣、液相分別引入預(yù)冷器中與富甲烷氣進(jìn)料換熱，復(fù)熱或完全氣化后引到甲烷壓縮機(jī)入口緩沖罐；(l)氮冷劑被壓縮，級(jí)間冷卻和后冷采用外部冷的流體，如空氣；通過(guò)第三主換熱器和第四主換熱器進(jìn)一步冷卻和冷凝；冷凝的氮冷劑在第四主換熱器內(nèi)蒸發(fā)以冷卻冷凝富甲烷氣，在提供冷量的過(guò)程中部分氣化，從換熱器出來(lái)的兩相流經(jīng)氣液分離器，氣、液相分別引入預(yù)冷器中與富甲烷氣進(jìn)料換熱，復(fù)熱或完全氣化后引到氮壓縮機(jī)入口緩沖罐。
2.如權(quán)利要求l所述的工藝流程，富甲垸氣進(jìn)料的壓力和溫度是不高于10MPa, 50'C。
3. 如權(quán)利要求所述的工藝流程，富甲烷氣在各預(yù)冷器中與各主換熱器出口純組分冷劑換熱，富甲垸氣冷 卻，純組分冷劑完全氣化并復(fù)熱去壓縮機(jī)入口 ，預(yù)冷器出口可設(shè)置控制閥調(diào)節(jié)換熱負(fù)荷和純組分冷劑氣化 壓力。
4. 如權(quán)利要求3所述的工藝流程，純組分冷劑的流量可以根據(jù)富甲烷氣的組成和各預(yù)冷器的壓力和溫度進(jìn) 行調(diào)節(jié)。
5. 如權(quán)利要求l所述的工藝流程，富甲烷氣的液化過(guò)程由四個(gè)閉式回路，釆用純組分冷劑的制冷循環(huán)提供冷量(a) 丙烷冷劑在四級(jí)換熱器中逐步閃蒸到較低的壓力和溫度以冷卻乙烷冷劑；(b) 乙烷冷劑被壓縮，級(jí)間冷卻和后冷采用外部冷的流體，如空氣；通過(guò)丙烷冷劑的多級(jí)換熱器冷凝；冷 凝后的乙烷冷劑在第一主換熱器較高壓力下部分蒸發(fā)以冷卻富甲烷氣，乙烷兩相流離開(kāi)第一主換熱器經(jīng)氣 液分離后，液相流體進(jìn)入第二主換熱器在較低壓力F全部蒸發(fā)以進(jìn)一步冷卻富甲垸氣，氣相流體和從第二 主換熱器引出的乙院氣體分別去各自預(yù)冷器與富甲烷氣進(jìn)料換熱，復(fù)熱后分別引到乙垸壓縮機(jī)一級(jí)入口緩 沖罐和二級(jí)入口； (c) 甲烷冷劑被壓縮，級(jí)間冷卻和后冷采用外部冷的流體，如空氣；通過(guò)第二主換熱器和第三主換熱器進(jìn) 一步冷卻和冷凝；冷凝的甲烷冷劑在第三主換熱器內(nèi)蒸發(fā)以冷卻冷凝富甲烷氣，在提供冷量的過(guò)程中部分 氣化，從換熱器出來(lái)的兩相流經(jīng)氣液分離器，氣、液相分別引入預(yù)冷器中與富甲烷氣進(jìn)料換熱，復(fù)熱或完 全氣化后弓I到甲烷壓縮機(jī)入口緩沖罐；(d) 氮冷劑被壓縮，級(jí)間冷卻和后冷采用外部冷的流體，如空氣；通過(guò)第三主換熱器和第四主換熱器進(jìn)一 步冷卻和冷凝；冷凝的氮冷劑在第四主換熱器內(nèi)蒸發(fā)以冷卻冷凝富甲烷氣，在提供冷量的過(guò)程中部分氣化， 從換熱器出來(lái)的兩相流經(jīng)氣液分離器，氣、液相分別引入預(yù)冷器中與富甲烷氣進(jìn)料換熱，復(fù)熱或完全氣化 后引到氮壓縮機(jī)入口緩沖罐。
6. 如權(quán)利要求5所述的工藝流程，純組分冷劑是氮、甲垸、乙烷或乙烯、丙垸。
7. 如權(quán)利要求5所述的工藝流程，純組分冷劑壓縮機(jī)是多級(jí)離心或軸流壓縮機(jī)或組合式。
8. 如權(quán)利要求7所述的l:藝流程，純組分冷劑壓縮機(jī)是電機(jī)驅(qū)動(dòng)或燃?xì)馔钙綑C(jī)驅(qū)動(dòng)或蒸汽透平機(jī)驅(qū)動(dòng)。
9. 如權(quán)利要求8所述的工藝流程，純組分冷劑壓縮機(jī)是電機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)，變速裝置是變頻器或液力耦合式。
10. 如權(quán)利要求7所述的工藝流程，純組分冷劑壓縮機(jī)可采用均分負(fù)荷的并列雙壓縮機(jī)。
11. 如權(quán)利耍求5所述的工藝流程，富甲垸氣的液化過(guò)程可使用各種換熱器(包括繞管式換熱器，板翅式 換熱器，釜式換熱器)。
12. 如權(quán)利要求5所述的工藝流程，純組分冷劑在第一、第二、第三、第四主換熱器冷凝引出主換熱器后， 可采用節(jié)流閥或膨脹機(jī)減壓降溫，再回到各換熱器。
13. 如權(quán)利耍求5所述的工藝流程，富甲垸氣的液化過(guò)程使用的換熱器可采用均分負(fù)荷的多換熱器。
14. 如權(quán)利要求8所述的工藝流程，當(dāng)冷劑壓縮機(jī)采用燃?xì)馔钙綑C(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)，配置廢熱回收裝置。
15. 如權(quán)利耍求1所述的工藝流程，從第四主換熱器出來(lái)的液化富甲烷流體經(jīng)液體膨脹機(jī)減壓降溫后，進(jìn) 入氣液分離罐閃蒸，分離罐的氣相、液相分別引入填料塔，從上游引入一股流體作為上升氣體，塔底液相 經(jīng)低溫泵輸往LNG儲(chǔ)罐，塔頂氣相經(jīng)增壓后作為燃料氣提供，其中冷量可通過(guò)換熱利用。
16. 如權(quán)利要求l所述的工藝流程，液體膨脹機(jī)軸功輸出提供燃料氣增壓的動(dòng)力，旁路可設(shè)置節(jié)流閥。
17. 如權(quán)利要求16所述的工藝流程，在采用燃?xì)馔钙津?qū)動(dòng)冷劑壓縮機(jī)時(shí)，液體膨脹機(jī)和燃料氣輸出流量可 與純組分冷劑壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)燃?xì)馔钙降妮S功輸出設(shè)置為整個(gè)液化過(guò)程負(fù)荷調(diào)節(jié)的機(jī)制。
18. 如權(quán)利要求1所述的工藝流程，富甲烷氣的進(jìn)料處理能力可達(dá)每年6百萬(wàn)噸。
19. 如權(quán)利要求1所述的工藝流程，富甲垸氣液化流程的各系統(tǒng)可由多個(gè)并行的子系統(tǒng)組成，各個(gè)子系統(tǒng) 具有執(zhí)行相同工藝過(guò)程的能力。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種液化富甲烷氣，例如天然氣的工藝流程，包括富甲烷氣中重?zé)N的分離、富甲烷氣的液化、脫氮、提供冷量的純組分制冷循環(huán)系統(tǒng)。工藝流程可靠性好、對(duì)富甲烷氣的原料組成的變化適應(yīng)性強(qiáng)，可比較靈活地根據(jù)原料氣的組成、流量的變化進(jìn)行冷劑的流量和配比的調(diào)整，對(duì)所用設(shè)備的要求較低，可獲得較高的效率和低的投資。
文檔編號(hào)F25J1/02GK101392982SQ20081017589
公開(kāi)日2009年3月25日 申請(qǐng)日期2008年11月10日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月10日
發(fā)明者陳文煜 申請(qǐng)人:陳文煜;初燕群