基于纏繞管式換熱器的非常規(guī)天然氣液化系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于纏繞管式換熱器的非常規(guī)天然氣液化系統(tǒng)。該液化系統(tǒng)包括纏繞管式換熱器、燃料氣換熱器、重?zé)N換熱器和混合冷劑循環(huán)機構(gòu)；所述混合冷劑循環(huán)機構(gòu)包括依次相連的一級混合冷劑壓縮機和一級混合冷劑壓縮機冷卻器；燃料氣換熱器、重?zé)N換熱器和所述纏繞管式換熱器的預(yù)冷段依次相連通，所述纏繞管式換熱器的預(yù)冷段的出口與重?zé)N分離器相連通；所述重?zé)N分離器的合格組分出口與所述纏繞管式換熱器的液化段相連通，該液化段的出口分別與低溫精餾塔和所述纏繞管式換熱器的過冷段相連通，該過冷段的出口與所述低溫精餾塔相連通；所述低溫精餾塔的底部與LNG儲罐相連通。本發(fā)明的主換熱器采用纏繞管式換熱器，相對于板翅式換熱器，具有結(jié)構(gòu)牢固、流道不易堵塞、泄漏點少、允許大溫差傳熱的優(yōu)點。
【專利說明】基于纏繞管式換熱器的非常規(guī)天然氣液化系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于纏繞管式換熱器的非常規(guī)天然氣液化系統(tǒng)，屬于煤制氣和焦?fàn)t尾氣等非常規(guī)天然氣液化【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，國內(nèi)常見的混合冷劑循環(huán)制冷工藝多基于板翅式換熱器，在以常規(guī)的天然氣為原料氣的液化工廠中得到很好的應(yīng)用。隨著煤制氣、焦?fàn)t尾氣等非常規(guī)天然氣的快速發(fā)展，國內(nèi)已有的混合冷劑循環(huán)制冷工藝應(yīng)用于原料氣組分變化較大，以及氮氣、氫氣、重?zé)N等雜質(zhì)含量較高的非常規(guī)天然氣時，會帶來換熱性能不佳、能耗大等問題。
[0003]國際上將纏繞管式換熱器應(yīng)用于基本負(fù)荷型液化工程作為主換熱器。相對于板翅式換熱器，纏繞管式換熱器具有流道不易堵塞、泄漏點少、允許大溫差傳熱和大溫變速率等特點，因此，應(yīng)用纏繞管式換熱器對非常規(guī)天然氣進(jìn)行液化能夠具有較好的適用性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種操作方便、安全可靠，效率高、適應(yīng)性強的非常規(guī)天然氣液化系統(tǒng)，該液化系統(tǒng)針對煤制氣、焦?fàn)t尾氣等非常規(guī)天然氣的氣質(zhì)特點，合理利用冷能，降低能耗。
[0005]本發(fā)明所提供的一種基于纏繞管式換熱器的非常規(guī)天然氣液化系統(tǒng)，包括纏繞管式換熱器、燃料氣換熱器、重?zé)N換熱器和混合冷劑循環(huán)機構(gòu)；
[0006]所述混合冷劑循環(huán)機構(gòu)包括依次相連的一級混合冷劑壓縮機和一級混合冷劑壓縮機冷卻器；所述一級混合冷劑壓縮機冷卻器的出口與一混合冷劑氣液分離器a相連通；所述混合冷劑氣液分離器a的液相出口與所述纏繞管式換熱器的預(yù)冷段相連通，該預(yù)冷段的出口與所述纏繞管式換熱器殼側(cè)相連通，該連通處設(shè)有節(jié)流閥；所述混合冷劑氣液分離器a的氣相出口與所述纏繞管式換熱器的預(yù)冷段相連通，該預(yù)冷段的出口與混合冷劑氣液分離器b相連通；所述混合冷劑氣液分離器b的液相出口與所述纏繞管式換熱器的液化段相連通，該液化段的出口與所述纏繞管式換熱器殼側(cè)相連通，該連通處設(shè)有節(jié)流閥；所述混合冷劑氣液分離器b的氣相出口依次與所述纏繞管式換熱器的液化段和過冷段相連通，該過冷段的出口與所述纏繞管式換熱器殼側(cè)相連通，該連通處設(shè)有節(jié)流閥；
[0007]所述燃料氣換熱器、重?zé)N換熱器和所述纏繞管式換熱器的預(yù)冷段依次相連通，所述纏繞管式換熱器的預(yù)冷段的出口與重?zé)N分離器相連通；所述重?zé)N分離器的合格組分出口與所述纏繞管式換熱器的液化段相連通，該液化段的出口分別與低溫精餾塔和所述纏繞管式換熱器的過冷段相連通，該過冷段的出口與所述低溫精餾塔相連通，所述纏繞管式換熱器的液化段出口和過冷段出口與所述低溫精餾塔之間的管路上均設(shè)有節(jié)流閥；所述低溫精餾塔的底部與LNG儲罐相連通。
[0008]上述的非常規(guī)天然氣液化系統(tǒng)中，所述混合冷劑循環(huán)機構(gòu)還可包括依次與所述一級混合冷劑壓縮機冷卻器相連接的二級混合冷劑壓縮機和二級混合冷劑壓縮機冷卻器。[0009]上述的非常規(guī)天然氣液化系統(tǒng)中，所述混合冷劑循環(huán)機構(gòu)還可進(jìn)一步包括依次與所述二級混合冷劑壓縮機冷卻器相連接的三級混合冷劑壓縮機和三級混合冷劑壓縮機冷卻器。
[0010]上述的非常規(guī)天然氣液化系統(tǒng)中，所述節(jié)流閥具體可為J/T閥。
[0011]上述的非常規(guī)天然氣液化系統(tǒng)中，所述重?zé)N分離器的重?zé)N組分出口與所述重?zé)N換熱器相連通，用來對一股原料氣進(jìn)行冷卻。
[0012]上述的非常規(guī)天然氣液化系統(tǒng)中，所述低溫精餾塔的頂部出口與所述燃料氣換熱器相連通，用來冷卻一股原料氣。
[0013]上述的非常規(guī)天然氣液化系統(tǒng)中，所述低溫精餾塔與所述LNG儲罐之間設(shè)有LNG栗。
[0014]上述的非常規(guī)天然氣液化系統(tǒng)中，所述一級混合冷劑壓縮機、二級混合冷劑壓縮機和/或三級混合冷劑壓縮機均可為離心式壓縮機。
[0015]本發(fā)明提供的液化系統(tǒng)主要適用于單列裝置LNG產(chǎn)量在100萬噸/年以下的中小型非常規(guī)天然氣液化工廠。該液化系統(tǒng)將經(jīng)過脫酸、脫水處理合格后的非常規(guī)天然氣引入纏繞管式換熱器，在纏繞管式換熱器內(nèi)經(jīng)過預(yù)冷后將C2+的重?zé)N脫除，再次進(jìn)入纏繞管式換熱器進(jìn)行液化，一股流體進(jìn)入脫除塔，與經(jīng)過過冷后的LNG進(jìn)行接觸，脫除LNG中的氫、氮等雜質(zhì)，脫除雜質(zhì)合格后的LNG進(jìn)入儲罐。纏繞管式換熱器所需冷量由混合冷劑壓縮機提供。
[0016]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點:第一，主換熱器采用纏繞管式換熱器，相對于板翅式換熱器，具有結(jié)構(gòu)牢固、流道不易堵塞、泄漏點少、允許大溫差傳熱的優(yōu)點；第二，本發(fā)明不僅適用于常規(guī)天然氣，也可處理富含氫、氮的非常規(guī)天然氣；第三，本發(fā)明進(jìn)行天然氣液化的效率較高，操作彈性較大。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1為本發(fā)明提供的非常規(guī)天然氣液化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖中各標(biāo)記如下:1纏繞管式換熱器、2燃料氣換熱器、3重?zé)N換熱器、41 一級混合冷劑壓縮機、42 二級混合冷劑壓縮機、51 —級混合冷劑壓縮機冷卻器、52 二級混合冷劑壓縮機冷卻器、61混合冷劑氣液分離器a、62混合冷劑氣液分離器b、71，72，73J/T閥、8重?zé)N分離器、9低溫精餾塔、10LNG儲罐、IlLNG泵。
【具體實施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖對發(fā)明做進(jìn)一步說明，但本發(fā)明并不局限于以下實施例。
[0020]如圖1所示，本發(fā)明提供的基于纏繞管式換熱器的非常規(guī)天然氣液化系統(tǒng)包括纏繞管式換熱器1、燃料氣換熱器2、重?zé)N換熱器3和混合冷劑循環(huán)機構(gòu)；該混合冷劑循環(huán)機構(gòu)包括依次相連的一級混合冷劑壓縮機41、一級混合冷劑壓縮機冷卻器51、二級混合冷劑壓縮機42和二級混合冷劑壓縮機冷卻器52，一級混合冷劑壓縮機41和二級混合冷劑壓縮機42均為離心式壓縮機；該二級混合冷劑壓縮機冷卻器52的出口與一混合冷劑氣液分離器a61相連通；該混合冷劑氣液分離器a61的液相出口與纏繞管式換熱器I的預(yù)冷段相連通，該預(yù)冷段的出口與纏繞管式換熱器I的殼側(cè)相連通，該連通處設(shè)有J/T閥71 ;該混合冷劑氣液分離器a61的氣相出口與纏繞管式換熱器I的預(yù)冷段相連通，該預(yù)冷段的出口與混合冷劑氣液分離器b62相連通；其中混合冷劑氣液分離器b62的液相出口與纏繞管式換熱器I的液化段相連通，該液化段的出口與纏繞管式換熱器I的殼側(cè)相連通，該連通處設(shè)有J/T閥72 ;其中混合冷劑氣液分離器b62的氣相出口依次與纏繞管式換熱器I的液化段和過冷段相連通，該過冷段的出口與纏繞管式換熱器I的殼側(cè)相連通，該連通處設(shè)有J/T閥73 ;燃料氣換熱器2、重?zé)N換熱器3和纏繞管式換熱器I的預(yù)冷段依次相連通，其中纏繞管式換熱器I的預(yù)冷段的出口與重?zé)N分離器8相連通；
[0021]該重?zé)N分離器8的重?zé)N組分出口與重?zé)N換熱器3相連通，用于對一股原料氣進(jìn)行冷卻，該重?zé)N分離器8的合格組分出口與纏繞管式換熱器I的液化段相連通，該液化段的出口分別與低溫精餾塔9和纏繞管式換熱器I的過冷段相連通，該過冷段的出口又與低溫精餾塔9相連通，其中纏繞管式換熱器I的液化段出口和過冷段出口與低溫精餾塔9之間的管路上分別設(shè)有J/T閥74和75 ;低溫精餾塔9的底部與LNG儲罐10相連通，該連通的管路上設(shè)有LNG泵11，則脫除雜質(zhì)合格后的LNG進(jìn)入LNG儲罐10，低溫精餾塔9的頂部出口與燃料氣換熱器2相連通，則得到富含氮氣、氫氣及甲烷的燃料氣。
[0022]使用本發(fā)明提供的液化系統(tǒng)對某焦?fàn)t尾氣(原料氣)進(jìn)行液化，原料氣摩爾組成為60.11% 甲烷、4.38% 乙烷、1.73% 丙烷、1.76% 丁烷、2.64% 異丁烷、3.06%C5+、17.53% 氮氣和
8.79%氫氣；采用的混合冷劑的組分為26.9%甲烷、34.6%乙烯、15.4%丙烷、15.3%異戊烷和7.8%氮氣。
[0023]主要實施步驟如下:
[0024]溫度為45.(TC、壓力為5.0MPaA的原料氣進(jìn)入纏繞管式換熱器I預(yù)冷段進(jìn)行預(yù)冷，與經(jīng)過燃料氣換熱器2和重?zé)N換熱器3換熱后的另一股原料氣匯合，再次輸送至預(yù)冷段并降溫到-38.(TC后進(jìn)入重?zé)N分離器8，在重?zé)N分離器8中將原料氣中C2+分離出來并輸送至重?zé)N換熱器3，用來對一股原料氣進(jìn)行冷卻。脫除重?zé)N后的原料氣輸送至纏繞管式換熱器I液化段繼續(xù)降溫，當(dāng)溫度降低至-85.(TC時抽出一股LNG經(jīng)J/T閥74節(jié)流降壓至0.125MPaA后進(jìn)入低溫精餾塔9，另一股原料氣繼續(xù)液化并過冷至-155.(TC，經(jīng)J/T閥75節(jié)流降壓至
0.116MPaA后從纏繞管式換熱器I頂部流出進(jìn)入低溫精餾塔9中，在低溫精餾塔9內(nèi)兩股流體進(jìn)行接觸換熱并脫除LNG中的氮氣、氫氣等雜質(zhì)，富含氮氣、氫氣及甲烷的燃料氣從低溫精餾塔9的上部流出，進(jìn)入燃料氣換熱器2用來冷卻一股原料氣；合格的LNG從低溫精餾塔9的底部流出進(jìn)入LNG儲罐10。
[0025]來自纏繞管式換熱器I的低壓混合冷劑溫度約為40.1°C、壓力為0.37MPaA，依次經(jīng)一級混合冷劑壓縮機41和二級混合冷劑壓縮機42壓縮至4.05MPaA。壓縮后的高壓高溫氣相混合冷劑經(jīng)二級混合冷劑壓縮機冷卻器52冷卻至45.(TC后，經(jīng)過混合冷劑氣液分離器a61后分別進(jìn)入纏繞管式換熱器I預(yù)冷段，液相冷劑被冷卻至-38.(TC后，經(jīng)J/T閥71節(jié)流降壓至0.38MPaA后返回至纏繞管式換熱器I殼側(cè)為管側(cè)流體提供冷量；被冷卻的氣相冷劑經(jīng)過混合冷劑氣液分離器b62分離后，氣相和液相分別進(jìn)入纏繞管式換熱器I的液化段，液相冷劑被冷卻至-85.(TC后，經(jīng)J/T閥72節(jié)流降壓至0.39MPaA后返回至纏繞管式換熱器I殼側(cè)為管側(cè)流體提供冷量；被冷卻的氣相冷劑繼續(xù)進(jìn)入過冷段冷卻至-155.(TC后，經(jīng)J/T閥73節(jié)流降壓至0.41MPaA后返回至纏繞管式換熱器I殼側(cè)為管側(cè)流體提供冷量，最終換熱后的氣相混合冷劑進(jìn)入一級混合冷劑壓縮機41壓縮入口，完成一個循環(huán)。[0026]對原料氣組分進(jìn)行調(diào)整，使其重組分增多，原料氣摩爾組分為:55.32%甲烷、
7.38% 乙烷、2.12% 丙烷、1.86% 丁烷、2.95%異丁烷、3.36%C5+、18.14%氮氣和 8.87%氫氣；使用上述的液化系統(tǒng)對該原料氣進(jìn)行液化，混合冷劑的組分為24.4%甲烷、32.1%乙烯、16.1%丙烷、17.8%異戊烷和9.6%氮氣，具體過程同上，經(jīng)計算，甲烷液化率為85.04%。
[0027]使用上述提供的液化系統(tǒng)對某高含氮的管道天然氣進(jìn)行液化，其中原料氣摩爾組分為:78.08% 甲烷、0.83% 乙烷、0.26% 丙烷、0.11% 丁烷、0.04% 異丁烷、0.02%C5+和 20.66%氮氣；混合冷劑的組分為37.04%甲烷、23.91%乙烯、12.87%丙烷、19.79%異戊烷和6.39%氮氣。
[0028]主要實施步驟如下:
[0029]溫度為40.(TC、壓力為3.5MPaA的原料氣進(jìn)入纏繞管式換熱器I預(yù)冷段進(jìn)行預(yù)冷，與經(jīng)過燃料氣換熱器2和重?zé)N換熱器3換熱后的另一股原料氣匯合，再次輸送至預(yù)冷段并降溫到-38.(TC后進(jìn)入重?zé)N分離器8，在重?zé)N分離器8中將原料氣中C2+分離出來并輸送至重?zé)N換熱器3，用來對一股原料氣進(jìn)行冷卻。脫除重?zé)N后的原料氣輸送至纏繞管式換熱器I液化段繼續(xù)降溫，當(dāng)溫度降低至-88.(TC時抽出一股LNG經(jīng)J/T閥74節(jié)流降壓至0.1lMPaA后進(jìn)入低溫精餾塔9，另一股原料氣繼續(xù)液化并過冷至-155.(TC，經(jīng)J-T閥75節(jié)流降壓至
0.1OMPaA后從纏繞管式換熱器I頂部流出進(jìn)入低溫精餾塔9，在低溫精餾塔9內(nèi)兩股流體進(jìn)行接觸換熱并脫除LNG中的氮氣，富含氮氣及甲烷的燃料氣從低溫精餾塔9的上部流出，進(jìn)入燃料氣換熱器2用來冷卻一股原料氣；合格的LNG從低溫精餾塔9的底部流出進(jìn)入LNG儲 10。
[0030]來自纏繞管式換熱器I的低壓混合冷劑溫度約為36.(TC、壓力為0.320MPaA，依次經(jīng)一級混合冷劑壓縮機41和二級混合冷劑壓縮機42壓縮至4.0MPaA。壓縮后的高壓高溫氣相混合冷劑首先經(jīng)二級混合冷劑壓縮機冷卻器52冷卻至40.(TC后，經(jīng)過混合冷劑氣液分離器a61后分別進(jìn)入纏繞管式換熱器I預(yù)冷段，液相冷劑被冷卻至-38.(TC后，經(jīng)J/T閥71節(jié)流降壓至0.326MPaA后返回至纏繞管式換熱器I殼側(cè)為管側(cè)流體提供冷量；被冷卻的氣相冷劑經(jīng)過混合冷劑氣液分離器b62分離后，氣相和液相分別進(jìn)入纏繞管式換熱器I的液化段，液相冷劑被冷卻至-85.(TC后，經(jīng)J/T閥72節(jié)流降壓至0.332MPaA后返回至纏繞管式換熱器I殼側(cè)為管側(cè)流體提供冷量；被冷卻的氣相冷劑繼續(xù)進(jìn)入過冷段冷卻至-155.(TC后，經(jīng)J/T閥73節(jié)流降壓至0.340MPaA后返回至纏繞管式換熱器I殼側(cè)為管側(cè)流體提供冷量，最終換熱后的氣相混合冷劑進(jìn)入一級混合冷劑壓縮機41入口，完成一個循環(huán)。
【權(quán)利要求】
1.一種基于纏繞管式換熱器的非常規(guī)天然氣液化系統(tǒng)，其特征在于:該液化系統(tǒng)包括纏繞管式換熱器、燃料氣換熱器、重?zé)N換熱器和混合冷劑循環(huán)機構(gòu)； 所述混合冷劑循環(huán)機構(gòu)包括依次相連的一級混合冷劑壓縮機和一級混合冷劑壓縮機冷卻器；所述一級混合冷劑壓縮機冷卻器的出口與一混合冷劑氣液分離器a相連通；所述混合冷劑氣液分離器a的液相出口與所述纏繞管式換熱器的預(yù)冷段相連通，該預(yù)冷段的出口與所述纏繞管式換熱器殼側(cè)相連通，該連通處設(shè)有節(jié)流閥；所述混合冷劑氣液分離器a的氣相出口與所述纏繞管式換熱器的預(yù)冷段相連通，該預(yù)冷段的出口與混合冷劑氣液分離器b相連通；所述混合冷劑氣液分離器b的液相出口與所述纏繞管式換熱器的液化段相連通，該液化段的出口與所述纏繞管式換熱器殼側(cè)相連通，該連通處設(shè)有節(jié)流閥；所述混合冷劑氣液分離器b的氣相出口依次與所述纏繞管式換熱器的液化段和過冷段相連通，該過冷段的出口與所述纏繞管式換熱器殼側(cè)相連通，該連通處設(shè)有節(jié)流閥； 所述燃料氣換熱器、重?zé)N換熱器和所述纏繞管式換熱器的預(yù)冷段依次相連通，所述纏繞管式換熱器的預(yù)冷段的出口與重?zé)N分離器相連通；所述重?zé)N分離器的合格組分出口與所述纏繞管式換熱器的液化段相連通，該液化段的出口分別與低溫精餾塔和所述纏繞管式換熱器的過冷段相連通，該過冷段的出口與所述低溫精餾塔相連通，所述纏繞管式換熱器的液化段出口和過冷段出口與所述低溫精餾塔之間的管路上均設(shè)有節(jié)流閥；所述低溫精餾塔的底部與LNG儲罐相連通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液化系統(tǒng)，其特征在于:所述混合冷劑循環(huán)機構(gòu)還包括依次與所述一級混合冷劑壓縮機冷卻器相連接的二級混合冷劑壓縮機和二級混合冷劑壓縮機冷卻器。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的液化系統(tǒng)，其特征在于:所述混合冷劑循環(huán)機構(gòu)還包括依次與所述二級混合冷劑壓縮機冷卻器相連接的三級混合冷劑壓縮機和三級混合冷劑壓縮機冷卻器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一所述的液化系統(tǒng)，其特征在于:所述節(jié)流閥為J/T閥。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一所述的液化系統(tǒng)，其特征在于:所述重?zé)N分離器的重?zé)N組分出口與所述重?zé)N換熱器相連通。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一所述的液化系統(tǒng)，其特征在于:所述低溫精餾塔的頂部出口與所述燃料氣換熱器相連通。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一所述的液化系統(tǒng)，其特征在于:所述低溫精餾塔與所述LNG儲罐之間設(shè)有LNG泵。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一所述的液化系統(tǒng)，其特征在于:所述一級混合冷劑壓縮機、二級混合冷劑壓縮機和/或三級混合冷劑壓縮機為離心式壓縮機。
【文檔編號】C10L3/10GK103542692SQ201210236962
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2012年7月9日 優(yōu)先權(quán)日:2012年7月9日
【發(fā)明者】唐令力, 單彤文, 陳杰, 花亦懷, 浦暉, 邰曉亮, 馮頡 申請人:中國海洋石油總公司, 中海石油氣電集團(tuán)有限責(zé)任公司