[发明专利]用于天然气液化的设备和方法

说明书

本发明涉及液化天然气的技术。一种液化天然气的方法，其中，通过乙烷蒸发将经处理的天然气预冷却，利用冷却氮作为制冷剂对液化气体进行过冷，将液化气体的压力降低，将非液化的气体分离，排出液化天然气。此外，在预冷却之前，将天然气压缩，在液化气体的多级预冷却过程中蒸发乙烷，同时使用冷却的乙烷作为制冷剂来蒸发乙烷。在蒸发过程中产生的乙烷被压缩、冷凝并在液化气体和氮气的冷却过程中用作制冷剂，其中氮气被压缩、冷却、膨胀并进料到天然气的过冷阶段。本发明简化了液化天然气的工艺流程。

技术领域

本发明涉及天然气液化技术，用于其进一步通过河流或海洋运输并随后再气化。

背景技术

有许多方法可以液化天然气，主要是基于外部制冷剂的热量去除，其中C3MR、Philips Cascade、Shell DMR和Linde MFCP液化技术用于北极气候。

C3MR技术在亚马尔液化天然气(LNG)项目Sabetta的亚马尔半岛的NOVATEK,JSC工厂中采用。

最初，C3MR工艺(GB 1291467 A，04.10.1972)由Air Products为文莱的LNG工厂开发。该技术基于天然气冷却顺序：首先，在三个热交换器中使用独立的基于丙烷的蒸气压缩循环，然后在双区多段热交换器中使用基于制冷剂混合物的循环，其也可以在两个热交换器中使用丙烷循环进行预冷却。

C3MR工艺的使用率超过生产线(process train)总数的80％。

北极气候下该工艺的一个缺点是环境寒冷的不完整使用。如果在赤道气候下，丙烷回路中的气体和混合制冷剂(MR)的热量去除在+45℃至-34℃的温度范围内实现，而在北极气候下，此范围可能从+10℃开始。结果，主压缩机功率用于压缩第二回路的混合制冷剂。压缩机容量与气体驱动器的大小有关。对于每年容量为500万吨液化天然气(LNG)的生产线，使用86兆瓦的驱动器。只有通过增加主低温热交换器的重量和尺寸，才能最大限度地利用这种动力，并将其消耗平衡转向MR。

Conoco Phillips在几家LNG工厂(阿拉斯加州、特立尼达和多巴哥等)使用Phillips Cascade技术。

该技术基于丙烷、乙烯和甲烷在三个回路中连续冷却气体。丙烷冷凝在空气冷却器中进行，而乙烯通过丙烷蒸气冷凝，甲烷通过乙烯蒸气冷凝。

经过水分和二氧化碳预净化的天然气在41巴的压力下进料到热交换器，并在冷却和节流后供给到罐。每个回路提供制冷剂的三倍膨胀，其中返回流进料到热交换器下游的多级离心压缩机的相应级。压缩机丙烷级的喷射压力为15.2巴，节流以5.5、3.15和1.37巴的压力进行。在乙烯级，压力从20.5降至5.5、2.05和1.72巴，在最后一回路，压力从37.2巴的压力下降到14.8、5.8和2.05巴的压力。

所述技术的缺点是液化气体的低压(41巴)，这增加了液化工艺的特定能量消耗，大量设备，需要第三方乙烯制冷剂供应，制冷剂流控制的复杂方案包括3个三级压缩机，9个防喘振电路。

壳牌(Shell)在萨哈林LNG工厂实施了Shell DMR技术(US6390910 A，21.05.2002)。

DMR工艺使用2种混合制冷剂。气体在两个回路中液化，在每个回路中，气体由不同组成的混合制冷剂冷却。每个回路使用多线程线圈热交换器。在第一回路中，气体由制冷剂蒸气冷却，制冷剂蒸气预先冷凝在热交换器管侧，并且第二回路的冷却剂也被冷却。在第二热交换器中，气体在2级管道中进行过冷(sub-cooling)，第二回路制冷剂的蒸气在管束中冷凝。

该工艺与寒冷气候最匹配。该工艺的缺点是MR的2个回路的复杂控制方案。实际上，根据一年中的时间，从一种MR组合转换到另一种MR组合的结果难以预测，并且在萨哈林LNG工厂每年应用不超过2～3次。