一種二氧化碳預冷雙級氮膨脹的天然氣液化系統技術方案

本發明專利技術公開了一種二氧化碳預冷雙級氮膨脹的天然氣液化系統，其包括：天然氣輸送管、二氧化碳預冷循環裝置、脫重烴裝置、雙級氮氣冷卻循環裝置、BOG換熱器、第一節流閥、第二節流閥、LNG節流閥、氣液分離裝置、LNG泵和LNG儲罐，本發明專利技術通過二氧化碳實現預冷卻以及通過氮氣實現深度冷卻，并對二氧化碳預冷雙級氮膨脹液化系統的工藝流程進行了優化設計，不僅提高了工藝靈活性，還減少了液化系統的能量消耗，提高了安全性，能夠實現不同海域、不同氣質條件下海上液化天然氣穩定、高效、持續的生產需求。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及天然氣液化領域，具體而言，涉及一種二氧化碳預冷雙級氮膨脹的天然氣液化系統。
技術介紹
天然氣資源廣泛分布在全球的陸地及海洋中，從陸地到海洋是世界油氣勘探開發的必然趨勢。FLNG(FloatingLiquefiedNaturalGas)是近年來海洋工程界提出的、集液化天然氣的生產、儲存和裝卸為一體的新型海上裝置，對于海上氣田的開采具有投資成本低、建造周期短、開發風險小，便于遷移等特點。海上作業需考慮臺風、波浪、空間限制等不利因素，使得浮式液化工藝的技術難度高于陸上。作為FLNG的核心技術，液化工藝的合理性對工程項目的投資成本、運行費用、運營可靠性以及生產安全至關重要。針對海上工況的特殊性，研究后發現氮膨脹液化流程具有突出的海上適應性。圖1為現有浮式液化技術丙烷預冷雙氮膨脹天然氣液化系統示意圖；圖1中的代號含義如下：11為高溫氮循環膨脹機，12為低溫氮循環膨脹機，2為丙烷壓縮機，31、32均為高溫氮循環壓縮機，41、42均為低溫氮循環壓縮機，51-56均為水冷卻器，61-63均為J/T閥，71-73均為氣液分離器，8為精餾塔，74為氣液分離器。圖1為現有的浮式液化技術丙烷預冷雙氮膨脹天然氣液化系統，其中采用丙烷作為制冷劑，并且使用量較大，由于丙烷的沸點低、易汽化，因而于開停車操作時，設備和管線中存在大量丙烷會導致壓力升高，增大丙烷泄放或泄漏的風險。一旦發生泄漏，由于丙烷的密度大于空氣，會造成可燃氣體的積聚，并且FLNG上部甲板空間有限、設備緊湊，擴散條件差，極易發生燃燒、爆炸等事故。對于浮式天然氣液化系統，減少和避免丙烷的使用能夠提高安全性，降低安全設施的投資。海上氣田天然氣的產量和組分不斷改變，外部環境始終在變化，并且FLNG裝置具有可遷移性，這就要求浮式天然氣液化系統具有可調節性，可以根據具體情況實現預冷段、液化段負荷的調節，減少換熱溫差，降低液化功耗。現有技術中高溫氮循環和低溫氮循環壓力相同，流程設計無法調節不同溫區的換熱溫差，可調節性差，造成FLNG裝置的環境適應性和原料氣適應性降低，不利于穩定高效的生產。經膨脹機增壓機和壓縮機增壓后，氮氣壓力高達5MPa以上，設備和管線的壓力等級高，壁厚增大，工藝設備的重量增加，造成管架等支撐結構的載重增加，并對船體結構的強度等提出更高要求，上部工藝模塊和船體的造價大幅上升，使得浮式天然氣液化裝置的投資增大、經濟性降低。綜上可知，現有的浮式天然氣液化技術存在安全性低、可調節性差、能耗高、經濟性差的缺點。
技術實現思路
本專利技術提供一種二氧化碳預冷雙級氮膨脹的天然氣液化系統，用以提高天然氣液化系統的海上適應性和工藝靈活性，實現海上液化天然氣穩定、高效、持續的生產需求。為了達到上述目的，本專利技術提供了一種二氧化碳預冷雙級氮膨脹的天然氣液化系統，其包括：天然氣輸送管、二氧化碳預冷循環裝置、脫重烴裝置、雙級氮氣冷卻循環裝置、BOG換熱器、第一節流閥、第二節流閥、LNG節流閥、氣液分離裝置、LNG泵和LNG儲罐，其中：所述二氧化碳預冷循環裝置包括多級預冷主低溫換熱器、多級二氧化碳壓縮機和多級二氧化碳壓縮機水冷器，所述多級預冷主低溫換熱器與所述天然氣輸送管連通，二氧化碳壓縮機與二氧化碳壓縮機水冷器的數目相等，并且每一二氧化碳壓縮機的后端均設有一二氧化碳壓縮機水冷器，二氧化碳經過多級二氧化碳壓縮機增壓及多級二氧化碳壓縮機水冷器冷卻后降溫至第一設定溫度，該第一設定溫度的二氧化碳經過所述BOG換熱器、所述第一節流閥和所述第二節流閥后分別輸送至多級預冷主低溫換熱器，以對天然氣輸送管中流過的天然氣進行預冷，對天然氣進行預冷后的二氧化碳再次經過多級二氧化碳壓縮機及多級二氧化碳壓縮機水冷器，以實現循環預冷；所述脫重烴裝置設置在所述二氧化碳預冷循環裝置的后端，將經過預冷的天然氣分離為液態的重烴組分和氣態的輕烴組分；所述雙級氮氣冷卻循環裝置包括多級深冷主低溫換熱器、低壓氮氣預冷模塊、高壓氮氣預冷模塊、高壓氮氣膨脹機和低壓氮氣膨脹機，多級深冷主低溫換熱器與所述脫重烴裝置連通，以對從所述脫重烴裝置輸出的天然氣進行深度冷卻，所述低壓氮氣預冷模塊包括一低壓氮氣膨脹機增壓機、一低壓氮氣膨脹機增壓機水冷器、多級低壓氮氣壓縮機和多級低壓氮氣壓縮機水冷器，所述高壓氮氣預冷模塊包括一高壓氮氣膨脹機增壓機、一高壓氮氣膨脹機增壓機水冷器、多級高壓氮氣壓縮機和多級高壓氮氣壓縮機水冷器，低壓氮氣壓縮機和低壓氮氣壓縮機水冷器的數目相等，高壓氮氣壓縮機和高壓氮氣壓縮機水冷器的數目相等，所述高壓氮氣預冷模塊將氮氣壓縮至第一預定壓強后分為兩路，其中一路經過所述多級預冷主低溫換熱器進行冷卻，另一路經過第一級深冷主低溫換熱器進行冷卻，兩路冷卻后的氮氣匯合后經過所述高壓氮氣膨脹機進行膨脹，膨脹后的低溫低壓氮氣返流至多級深冷主低溫換熱器除了最后一級以外的部分，以冷卻天然氣、低壓氮氣和部分高壓氮氣，所述低壓氮氣預冷模塊將氮氣壓縮至第二預定壓強后經過除了最后一級以外其他級別的深冷主低溫換熱器進行冷卻后再輸入所述低壓氮氣膨脹機進行膨脹降溫，膨脹后的低溫低壓氮氣返流至最后一級深冷主低溫換熱器；所述LNG節流閥連接在所述雙級氮氣冷卻循環裝置和所述氣液分離裝置之間，所述氣液分離裝置將液化天然氣閃蒸產生的BOG輸送至所述BOG換熱器，以使節流閃蒸產生的BOG進一步冷卻二氧化碳，所述BOG換熱器進一步將BOG輸出至燃料氣系統；所述LNG泵連接在所述氣液分離裝置與所述LNG儲罐之間，用于將液化天然氣輸送到所述LNG儲罐進行儲存。在本專利技術的一實施例中，所述天然氣輸送管之前依次連通有天然氣脫固體顆粒裝置、天然氣脫酸氣裝置、天然氣脫水裝置、天然氣脫苯裝置和天然氣脫汞裝置，以將進入其內的天然氣中的固體顆粒、酸性氣體、水、苯和汞依次濾除。在本專利技術的一實施例中，二氧化碳壓縮機水冷器將經過前一級二氧化碳壓縮機壓縮后的二氧化碳冷卻至35℃，經過多級二氧化碳壓縮機后二氧化碳的壓強增加至8.5MPa，經過BOG換熱器和第一節流閥后二氧化碳的溫度降為-16℃，經過第二節流閥后二氧化碳的溫度降為-53℃，壓強降為0.6MPa。在本專利技術的一實施例中，所述第一預定壓強為4MPa。在本專利技術的一實施例中，所述第二預定壓強為2.5MPa。在本專利技術的一實施例中，多級預冷主低溫換熱器和多級深冷主低溫換熱器均采用流體均布構件。在本專利技術的一實施例中，低壓氮氣預冷模塊中，低壓氮氣膨脹機增壓機水冷器和多級低壓氮氣壓縮機水冷器將經過前一級低壓氮氣膨脹機增壓機或低壓氮氣壓縮機壓縮后的氮氣冷卻至35℃。在本專利技術的一實施例中，高壓氮氣預冷模塊中，高壓氮氣膨脹機增壓機水冷器和多級高壓氮氣壓縮機水冷器將經過前一級高壓氮氣膨脹機增壓機或高壓氮氣壓縮機壓縮后的氮氣冷卻至35℃。在本專利技術的一實施例中，預冷主低溫換熱器為兩級，二氧化碳壓縮機增壓和二氧化碳壓縮機水冷器為兩級。在本專利技術的一實施例中，低壓氮氣壓縮機、低壓氮氣壓縮機水冷器、高壓氮氣壓縮機和高壓氮氣壓縮機水冷器均為兩級。本專利技術提供的二氧化碳預冷雙級氮膨脹的天然氣液化系統具有以下優點：(1)對二氧化碳預冷雙級氮膨脹液化系統的工藝流程進行了優化設計，對高壓氮氣壓力、低壓氮氣壓力、二氧化碳壓力、二氧化碳預冷溫度、高壓氮氣膨脹前溫度、低壓氮氣膨脹本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種二氧化碳預冷雙級氮膨脹的天然氣液化系統，其特征在于，包括：天然氣輸送管、二氧化碳預冷循環裝置、脫重烴裝置、雙級氮氣冷卻循環裝置、BOG換熱器、第一節流閥、第二節流閥、LNG節流閥、氣液分離裝置、LNG泵和LNG儲罐，其中：所述二氧化碳預冷循環裝置包括多級預冷主低溫換熱器、多級二氧化碳壓縮機和多級二氧化碳壓縮機水冷器，所述多級預冷主低溫換熱器與所述天然氣輸送管連通，二氧化碳壓縮機與二氧化碳壓縮機水冷器的數目相等，并且每一二氧化碳壓縮機的后端均設有一二氧化碳壓縮機水冷器，二氧化碳經過多級二氧化碳壓縮機增壓及多級二氧化碳壓縮機水冷器冷卻后降溫至第一設定溫度，該第一設定溫度的二氧化碳經過所述BOG換熱器、所述第一節流閥和所述第二節流閥后分別輸送至多級預冷主低溫換熱器，以對天然氣輸送管中流過的天然氣進行預冷，對天然氣進行預冷后的二氧化碳再次經過多級二氧化碳壓縮機及多級二氧化碳壓縮機水冷器，以實現循環預冷；所述脫重烴裝置設置在所述二氧化碳預冷循環裝置的后端，將經過預冷的天然氣分離為液態的重烴組分和氣態的輕烴組分；所述雙級氮氣冷卻循環裝置包括多級深冷主低溫換熱器、低壓氮氣預冷模塊、高壓氮氣預冷模塊、高壓氮氣膨脹機和低壓氮氣膨脹機，多級深冷主低溫換熱器與所述脫重烴裝置連通，以對從所述脫重烴裝置輸出的天然氣進行深度冷卻，所述低壓氮氣預冷模塊包括一低壓氮氣膨脹機增壓機、一低壓氮氣膨脹機增壓機水冷器、多級低壓氮氣壓縮機和多級低壓氮氣壓縮機水冷器，所述高壓氮氣預冷模塊包括一高壓氮氣膨脹機增壓機、一高壓氮氣膨脹機增壓機水冷器、多級高壓氮氣壓縮機和多級高壓氮氣壓縮機水冷器，低壓氮氣壓縮機和低壓氮氣壓縮機水冷器的數目相等，高壓氮氣壓縮機和高壓氮氣壓縮機水冷器的數目相等，所述高壓氮氣預冷模塊將氮氣壓縮至第一預定壓強后分為兩路，其中一路經過所述多級預冷主低溫換熱器進行冷卻，另一路經過第一級深冷主低溫換熱器進行冷卻，兩路冷卻后的氮氣匯合后經過所述高壓氮氣膨脹機進行膨脹，膨脹后的低溫低壓氮氣返流至多級深冷主低溫換熱器除了最后一級以外的部分，以冷卻天然氣、低壓氮氣和部分高壓氮氣，所述低壓氮氣預冷模塊將氮氣壓縮至第二預定壓強后經過除了最后一級以外其他級別的深冷主低溫換熱器進行冷卻后再輸入所述低壓氮氣膨脹機進行膨脹降溫，膨脹后的低溫低壓氮氣返流至最后一級深冷主低溫換熱器；所述LNG節流閥連接在所述雙級氮氣冷卻循環裝置和所述氣液分離裝置之間，所述氣液分離裝置將液化天然氣閃蒸產生的BOG輸送至所述BOG換熱器，以使節流閃蒸產生的BOG進一步冷卻二氧化碳，所述BOG換熱器進一步將BOG輸出至燃料氣系統；所述LNG泵連接在所述氣液分離裝置與所述LNG儲罐之間，用于將液化天然氣輸送到所述LNG儲罐進行儲存。...

【技術特征摘要】
1.一種二氧化碳預冷雙級氮膨脹的天然氣液化系統，其特征在于，包括：天然氣輸送管、二氧化碳預冷循環裝置、脫重烴裝置、雙級氮氣冷卻循環裝置、BOG換熱器、第一節流閥、第二節流閥、LNG節流閥、氣液分離裝置、LNG泵和LNG儲罐，其中：所述二氧化碳預冷循環裝置包括多級預冷主低溫換熱器、多級二氧化碳壓縮機和多級二氧化碳壓縮機水冷器，所述多級預冷主低溫換熱器與所述天然氣輸送管連通，二氧化碳壓縮機與二氧化碳壓縮機水冷器的數目相等，并且每一二氧化碳壓縮機的后端均設有一二氧化碳壓縮機水冷器，二氧化碳經過多級二氧化碳壓縮機增壓及多級二氧化碳壓縮機水冷器冷卻后降溫至第一設定溫度，該第一設定溫度的二氧化碳經過所述BOG換熱器、所述第一節流閥和所述第二節流閥后分別輸送至多級預冷主低溫換熱器，以對天然氣輸送管中流過的天然氣進行預冷，對天然氣進行預冷后的二氧化碳再次經過多級二氧化碳壓縮機及多級二氧化碳壓縮機水冷器，以實現循環預冷；所述脫重烴裝置設置在所述二氧化碳預冷循環裝置的后端，將經過預冷的天然氣分離為液態的重烴組分和氣態的輕烴組分；所述雙級氮氣冷卻循環裝置包括多級深冷主低溫換熱器、低壓氮氣預冷模塊、高壓氮氣預冷模塊、高壓氮氣膨脹機和低壓氮氣膨脹機，多級深冷主低溫換熱器與所述脫重烴裝置連通，以對從所述脫重烴裝置輸出的天然氣進行深度冷卻，所述低壓氮氣預冷模塊包括一低壓氮氣膨脹機增壓機、一低壓氮氣膨脹機增壓機水冷器、多級低壓氮氣壓縮機和多級低壓氮氣壓縮機水冷器，所述高壓氮氣預冷模塊包括一高壓氮氣膨脹機增壓機、一高壓氮氣膨脹機增壓機水冷器、多級高壓氮氣壓縮機和多級高壓氮氣壓縮機水冷器，低壓氮氣壓縮機和低壓氮氣壓縮機水冷器的數目相等，高壓氮氣壓縮機和高壓氮氣壓縮機水冷器的數目相等，所述高壓氮氣預冷模塊將氮氣壓縮至第一預定壓強后分為兩路，其中一路經過所述多級預冷主低溫換熱器進行冷卻，另一路經過第一級深冷主低溫換熱器進行冷卻，兩路冷卻后的氮氣匯合后經過所述高壓氮氣膨脹機進行膨脹，膨脹后的低溫低壓氮氣返流至多級深冷主低溫換熱器除了最后一級以外的部分，以冷卻天然氣、低壓氮氣和部分高壓氮氣，所述低壓氮氣預冷模塊將氮氣壓縮至第二預定壓強后經過除了最后一級以外其他級別的深冷主低溫換熱器進行冷卻后再輸入所述低壓氮氣膨脹機進行膨脹降溫，膨脹后的低溫低壓氮氣返流至最后一級深冷主低溫換熱器；所述LNG節流閥連接在所述雙級氮氣...

【專利技術屬性】
技術研發人員：季鵬，陳振中，白改玲，王紅，安小霞，
申請(專利權)人：中國寰球工程有限公司，
類型：發明
國別省市：北京;11