[发明专利]一种液化富甲烷气的过程

说明书

技术领域

本发明涉及一种液化富甲烷气的过程，提出一种将经过脱酸、脱水、脱汞等预处理后的富甲烷气，例 如天然气液化的完整工艺过程，包括富甲烷气中重烃的分离、富甲烷气的液化、脱氮、提供冷量的混合组 分制冷循环系统。

背景技术

富甲烷气，这里定义为包括天然气、煤层气、天然水合物的气化物，做为一种清洁燃料正在日益广泛 地被使用，但是大多数富甲烷气源地远离终端用户，在环境条件下很长距离地运输气体并不经济，当需要 跨越大洋时，甚至无法做到，并且以气体状态储存大量的富甲烷气也很不经济。

将富甲烷气，冷却至液体状态，获得液态产品，即液化天然气，并采用非管道运输是一种经济的方式。 富甲烷气的液化过程需要制冷系统，制冷系统一般采用一个或几个制冷循环，富甲烷气依次经过冷却、液 化、过冷的过程对应着预冷、液化、过冷的温度逐步降低的制冷循环。

制冷系统组成主要包括：制冷剂，分为纯单一组分和混合组分；低温热交换器，有板翅式热交换器、 绕管式热交换器、管壳式热交换器；压缩机驱动机，有蒸汽透平、燃气透平(双轴和单轴)、电机、航改发 动机；制冷压缩机；液体膨胀机。

从1964年世界上第一个液化天然气贸易开始，在天然气需求增长和工业化实践的基础上，国外对天 然气液化技术，主要是制冷循环技术，已进行了多年的研究和实践，天然气液化生产线的规模从几十万吨 已达近千万吨，支持了天然气在全球范围的广泛使用。

天然气液化的主要技术有：纯组分制冷剂复迭技术，处理过的天然气逐步经纯丙烷，乙烯和甲烷制冷 剂冷却和冷凝，而这三种制冷剂分别用在构成复迭的三个独立制冷循环中；单循环混合制冷剂工艺技术， 这种技术在单一的制冷剂循环中放入包括氮、甲烷、乙烷、丙烷、丁烷，有时还有戊烷的混合制冷剂进行 循环；单循环多压混合制冷剂技术；丙烷预冷混合制冷剂技术，使用丙烷制冷循环和混合制冷剂循环阶联， 这是目前世界上的主流技术，根据具体技术特点，又有分体丙烷技术、并行混合制冷技术、附加氮膨胀机 深冷循环技术等；双循环混合制冷系统，第一级循环用于预冷，而另一级循环用于液化；混合制冷剂复迭 技术，这一工艺与普通复迭工艺类似，但是几个制冷循环中的纯组分换成了混合组分，可分为二阶混合制 冷剂循环技术、三阶混合制冷剂循环技术；氮膨胀循环技术。

预冷和液化分别采用不同的低温热交换器，预冷过程一般使用鼓式热交换器或铝制板翅式热交换器， 液化和深冷过程使用铝制板翅式热交换器或专有绕管式热交换器。

由于对富甲烷气能源的需求日益旺盛，开发和提供富甲烷气资源日益紧迫，市场对富甲烷气液化技术 的需求随之增加，但目前国内还没有针对大型液化天然气工厂的富甲烷气液化技术，所有液化技术和专有 设备均需从国外获得，这对于国家尽快获得富甲烷气资源、增强富甲烷气能源企业的国际竞争力极为不利， 此发明正是在此背景下开发的大负荷、经济、高效、易于操作维护的富甲烷气(例如天然气)液化技术。

发明内容

此发明提出了一种将经过脱酸、脱水、脱汞等预处理后的富甲烷气，例如天然气液化的过程，包括富 甲烷气中重烃的分离、富甲烷气的液化、脱氮、提供冷量的混合组分制冷循环系统，此过程可靠性好、对 富甲烷气的原料组成的变化适应性好，可比较灵活地根据原料气的组成、流量的变化进行冷剂的流量和配 比的调整，对所用设备的要求较低，可获得较高的效率和低的投资。

液化富甲烷气的过程，包括富甲烷气中重烃的分离、富甲烷气的液化、脱氮、提供冷量的混合组分制 冷循环系统：

(a)富甲烷气流首先在多个预冷器中与混合冷剂换热；

(b)预冷却的富甲烷气在重烃分离塔中将重烃分离，重烃去分馏单元；

(c)富甲烷气在第一主换热器中被混合冷剂进一步冷却；

(d)富甲烷流体进入分离罐析出剩余的重烃，气相去下一个主换热器；

(e)富甲烷气在第二主换热器中被混合冷剂继续冷却并大部分冷凝；

(f)富甲烷气在第三主换热器中被混合冷剂全部冷凝并过冷；

(g)过冷的富甲烷流体经液体膨胀机后进入填料塔脱氮，塔底液化甲烷经泵输往储罐，塔顶甲烷气增压作 为燃料气；

(h)预冷循环的冷剂被压缩，级间冷却和后冷及冷凝采用外部冷的流体，如空气；预冷循环的冷剂在多级 换热器中闪蒸到较低的压力和温度以冷却混合冷剂；