[发明专利]改进的多压力混合制冷剂冷却系统

说明书

描述用于提高具有多个压力水平的混合制冷剂预冷系统的天然气液化过程的容量和效率的系统和方法包括冷却压缩的混合制冷剂流并将冷却的压缩混合制冷剂流分离成蒸气和液体部分。液体部分为第一预冷却热交换器提供制冷负荷。蒸汽部分被进一步压缩、冷却和冷凝，并用于为第二预冷却热交换器提供制冷负荷。将与液化天然气分离的闪蒸气体加热并与天然气进料流合并。

技术领域

本发明涉及一种改进的多压力混合制冷剂冷却系统。

背景技术

用于冷却、液化和任选地冷却天然气的许多液化系统在本领域中是公知的，例如单混合制冷剂(SMR)循环、丙烷预冷混合制冷剂(C3MR)循环、双混合制冷剂(DMR)循环、C3MR-氮杂化(例如AP-X^TM)循环、氮气或甲烷膨胀循环和级联循环。通常，在这样的系统中，天然气通过与一种或多种制冷剂的间接热交换而被冷却、液化并任选地进行过冷。可以使用各种制冷剂，例如混合制冷剂、纯组分、两相制冷剂、气相制冷剂等。混合制冷剂(MR)，其是氮气、甲烷、乙烷/乙烯、丙烷、丁烷和戊烷的混合物，已用于许多基本负荷液化天然气(LNG)工厂。通常基于进料气体组成和操作条件优化MR流的组成。

制冷剂在制冷剂回路中循环，该制冷剂回路包括一个或多个热交换器和制冷剂压缩系统。制冷剂回路可以是闭环或开环的。通过与热交换器中的制冷剂的间接热交换，在一个或多个制冷剂回路中通过间接热交换来冷却、液化和/或过冷天然气。

制冷剂压缩系统包括用于压缩和冷却循环制冷剂的压缩程序，以及用于提供驱动压缩机所需的动力的驱动器组件。对于预冷却的液化系统，驱动器组件中的驱动器的数量和类型以及压缩顺序对预冷却系统和液化系统所需的功率的比率有影响。制冷剂压缩系统是液化系统的关键部件，因为制冷剂需要在膨胀之前被压缩至高压并冷却，以产生冷的低压制冷剂流，其提供冷却、液化和任选地冷却天然气所需的热负荷。

DMR工艺涉及两种混合制冷剂流，第一种用于预冷进料天然气，第二种用于液化预冷天然气。两种混合制冷剂流通过两个制冷剂回路，预冷却系统内的预冷却制冷剂回路和液化系统内的液化制冷剂回路。在每个制冷剂回路中，制冷剂流被蒸发，同时提供冷却和液化天然气进料流所需的冷却负荷。当制冷剂流在单一压力水平下蒸发时，该系统和过程称为“单压”。当制冷剂流在两个或更多个压力水平下蒸发时，该系统和过程称为“多重压力”。参照图1，在冷却和液化系统100中示出了现有技术的DMR过程。本文所述的DMR过程涉及单压力液化系统和具有两个压力水平的多压力预冷系统。但是，可能存在任何数量的压力水平。在预处理部分(未示出)中通过已知方法清洁和干燥进料流，优选天然气，以除去水、酸性气体如CO₂和H₂S，以及其他污染物如汞，从而产生预处理的进料流102。基本上不含水的预处理进料流102在预冷却系统134中预冷，以产生第二预冷天然气流106，并在主低温换热器(MCHE)164中进一步冷却、液化和/或过冷，以产生第一LNG流108。第一LNG流108通常通过使其通过LNG压力降低装置111而降低压力以产生减压LNG流103，然后将其送至闪蒸罐107以产生闪蒸气流109和第二LNG流105。第二LNG流105可以降低到储存压力并且被送到LNG储罐(未示出)。闪蒸气流109和在储罐中产生的任何蒸发气体(BOG)可以用作工厂中的燃料和/或送到火炬。

预处理的进料流102在第一预冷却热交换器160中冷却以产生第一预冷的天然气流104。第一预冷的天然气流104在第二预冷却的热交换器162中冷却以产生第二预冷的天然气流106。将第二预冷天然气流106液化并随后进行过冷却以产生第一LNG流108，其温度在约-170摄氏度至约-120摄氏度之间，优选在约-170摄氏度至约-140摄氏度之间。图1中所示的MCHE 164是线圈缠绕的热交换器，具有两个管束，暖束166和冷束167。然而，可以使用任何数量的束和任何交换器类型。尽管图1示出了预冷却回路中的两个预冷却热交换器和两个压力水平，但是可以使用任何数量的预冷却热交换器和压力水平。预冷却的热交换器在图1中示出为线圈缠绕的热交换器。然而，它们可以是板翅式热交换器、壳管式热交换器、或适于预冷天然气的任何其他热交换器。