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一种基于三循环混合冷剂的 天然气 液化方法及装置

阅读：239发布：2020-05-11

专利汇可以提供一种基于三循环混合冷剂的天然气液化方法及装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及天然气液化技术领域，特别涉及一种联产LNG和NGL的三循环混合冷剂天然气液化方法，该方法用于将预处理的天然气和第一混合冷剂、第二混合冷剂、第三混合冷剂分别在板翅式换热器中换热。本发明还提供一种联产LNG和NGL的三循环混合冷剂天然气液化的装置。本发明提供的联产LNG和NGL的三循环混合冷剂天然气液化方法，将通过预处理单元C2+组分较高的高压天然气和三种混合制冷剂在冷箱换热器中换热，将天然气液化为液化天然气，并在此过程中回收天然气凝液。，下面是一种基于三循环混合冷剂的天然气液化方法及装置专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种基于三循环混合冷剂的天然气液化方法，其特征在于，该方法用于将预处理的天然气与第一混合冷剂、第二混合冷剂、第三混合冷剂分别在板翅式换热器中换热，其特征在于，具体包括如下过程：
(1)第一混合冷剂循环
按体积分数计，将高压第一混合冷剂经第一板翅式换热器(1)冷却后进行分流，其中的
44％继续经第二板翅式换热器(2)冷却至-31℃～-29℃后，节流降压为低压气流，返回至所述第二板翅式换热器(2)汽化为其提供冷量，再进行压缩；剩余56％直接降压为低压气流后与所述44％部分混合，进入所述第一板翅式换热器(1)汽化为其提供冷量，压缩后冷却至初始状态；
所述第一混合冷剂由C2H6、C3H8、n-C4H10组成；
(2)第二混合冷剂循环
将高压第二混合冷剂依次经过所述第一板翅式换热器(1)、所述第二板翅式换热器(2)及第三板翅式换热器(4)逐级冷却至-89℃～-87℃后，节流降压为低压气流，返回所述第三板翅式换热器(4)汽化为其提供冷量，再压缩后冷却至初始状态；
所述第二混合冷剂由CH4、C2H4、C2H6、C3H8组成；
(3)第三混合冷剂循环
将高压第三混合冷剂依次经过所述第一板翅式换热器(1)、所述第二板翅式换热器(2)、所述第三板翅式换热器(4)及第四板翅式换热器(12)逐级冷却至-159℃～-161℃后，节流降压为低压气流，返回所述第四板翅式换热器(12)汽化为其提供冷量，再压缩后冷却至初始状态；
所述第三混合冷剂由CH4、C2H4、N2组成；
(4)LNG与NGL流路
将预处理的天然气经所述第一板翅式换热器(1)冷却至-31℃～-29℃后，分离为气相物流和液相物流；
其中，气相物流按体积分数计分流为两股物流，其中40％经所述第三板翅式换热器(4)冷却至-89℃～-87℃后，降压为低压气流，进入脱甲烷塔；剩余60％直接降压为低压气流，进入所述脱甲烷塔；
液相物流按体积分数计分流为两股物流，其中40％经所述第三板翅式换热器(4)继续冷却至-51℃～-49℃后，降压为低压物流，进入脱甲烷塔；剩余60％直接降压为低压物流，进入脱甲烷塔；
其中，所述气相物流及所述液相物流的不同部分均进入所述脱甲烷塔的不同塔板层进料口；
从脱甲烷塔塔顶流出的物流加压后，依次经所述第三板翅式换热器(4)及所述第四板翅式换热器(12)逐级冷却至-159℃～-161℃，降压为低压物流后，分离为气相物流与液相物流；
其中，所述第一混合冷剂循环、所述第二混合冷剂循环、所述第二混合冷剂循环与所述LNG与NGL流路同时进行。
2.根据权利要求1所述的基于三循环混合冷剂的天然气液化方法，其特征在于，所述高压第一混合冷剂的循环高压为1.7MPa～1.8MPa；所述高压第二混合冷剂的循环高压为
2.8MPa～2.9MPa；所述高压第三混合冷剂的循环高压为2.9MPa～3.0MPa。
3.根据权利要求2所述的基于三循环混合冷剂的天然气液化方法，其特征在于，所述高压第一混合冷剂的44％部分经节流阀节流降压至0.19MPa～0.21MPa后，再返回所述第二板翅式换热器(2)汽化为其提供冷量，剩余56％直接降压至0.19MPa～0.21MPa后与44％部分混合，进入所述第一板翅式换热器(1)汽化为其提供冷量；所述高压第二混合冷剂经节流阀节流降压至0.23MPa～0.25MPa后，再返回所述第三板翅式换热器(4)汽化为其提供冷量；所述高压第三混合冷剂经节流阀节流降压至0.24MPa～0.26MPa后，再返回所述第四板翅式换热器(12)汽化为其提供冷量。
4.根据权利要求1所述的基于三循环混合冷剂的天然气液化方法，其特征在于，所述脱甲烷塔为30层理论塔板，塔板数编号从上到下。
5.根据权利要求4所述的基于三循环混合冷剂的天然气液化方法，其特征在于，所述LNG与NGL流路中气相物流的40％部分降压至2500KPa后进入所述脱甲烷塔的第1层塔板进料口，其余60％降压至2500KPa后进入所述脱甲烷塔的9层塔板进料口；液相物流的40％降压至2500KPa后进入所述脱甲烷塔的第14层塔板进料口，其余60％降压至2500KPa后进入所述脱甲烷塔的第18层塔板进料口；且从所述脱甲烷塔的中部抽出3股物流：第1股从所述脱甲烷塔的29层塔板出料口流出，作为冷流进入所述第一板翅式换热器(1)内为其提供部分冷量，流出后再重新进入所述脱甲烷塔侧30层塔板进料口；第2股从所述脱甲烷塔的27层塔板出料口流出，作为冷流进入所述第二板翅式换热器(2)内为其提供冷量，流出后再重新进入所述脱甲烷塔的26层塔板进料口；第3股从所述脱甲烷塔的19层塔板出料口流出，作为冷流进入所述第三板翅式换热器(4)内为其提供冷量，流出后再重新进入所述脱甲烷塔的18层塔板进料口。
6.一种基于三循环混合冷剂的天然气液化装置，其特征在于，包括LNG和NGL流路装置、第一混合冷剂循环装置、第二混合冷剂循环装置和第三混合冷剂循环装置；
其中，所述LNG和NGL流路装置包括第一翅式换热器(1)、第二板翅式换热器(2)、第一分离器(3)、第三板翅式换热器(4)、第一节流阀(5)、脱甲烷塔(6)、膨胀机(7)、第二节流阀(8)、第三节流阀(9)、NGL储罐(10)、第一压缩机(11)、第四板翅式换热器(12)、第四节流阀(13)、第二分离器(14)、LNG储罐(15)；
所述第一板翅式换热器(1)的入口201-2a与预处理后的天然气管线连通，出口201-2b与所述第二板翅式换热器(2)的入口202-2a连通，所述第二板翅式换热器(2)的出口202-2b与所述第一分离器(3)的入口连通；
所述第一分离器(3)的出口分为气相出口与液相出口；
气相出口分为两路，一路与所述第三板翅式换热器(4)的入口301-2a连通，另一路与所述膨胀机(7)的入口连通；所述板第三翅式换热器(4)的出口301-2b与所述第一节流阀(5)的入口连通，所述第一节流阀(5)的出口与所述脱甲烷塔(6)的侧入口101-7a连通，所述膨胀机(7)的出口与所述脱甲烷塔(6)的侧入口101-6a连通；
液相出口分为两路，一路与所述第三板翅式换热器(4)的入口301-1a连通，另一路与所述第三节流阀(9)的入口连通；所述第三板翅式换热器(4)的出口301-1b与所述第二节流阀(8)的入口连通，所述第二节流阀(8)的出口与所述脱甲烷塔(6)的侧入口101-5a连通，所述第三节流阀(9)的出口与所述脱甲烷塔(6)的侧入口101-4a连通；
所述脱甲烷塔(6)的侧出口101-1b与所述第一板翅式换热器(1)的反流入口201-1b连通，所述第一板翅式换热器(1)的反流出口201-1a与所述脱甲烷塔(6)的侧入口101-1a连通；所述脱甲烷塔(6)的侧出口101-2b与所述第二板翅式换热器(2)的反流入口202-1b连通，所述第二板翅式换热器(2)的反流出口202-1a与所述脱甲烷塔(6)的侧入口101-2a连通；所述脱甲烷塔(6)的侧出口101-3b与所述第三板翅式换热器(4)的反流入口301-3b连通，所述第三板翅式换热器(4)的反流出口301-3a与所述脱甲烷塔(6)的侧入口101-3a连通；
所述脱甲烷塔(6)的底部出口与所述NGL储罐(10)的入口连通，所述脱甲烷塔(6)的顶部出口与所述压缩机(11)的入口连通，所述压缩机(11)的出口与所述第三板翅式换热器(4)的入口301-4a连通，所述第三板翅式换热器(4)的出口301-4b与所述第四板翅式换热器(12)的入口401-1a连通，所述第四板翅式换热器(12)的出口401-1b与所述第四节流阀(13)的入口连通，所述第四节流阀(13)的出口与所述第二分离器(14)的入口连通，所述第二分离器(14)的液相出口与所述LNG储罐(15)的入口连通；
所述第一混合冷剂循环装置包括所述第一板翅式换热器(1)、所述第二板翅式换热器(2)、第五节流阀(16)、第六节流阀(17)、第二压缩机(18)、第三压缩机(19)、第一空冷器(20)、第一水冷器(21)；
所述第一板翅式换热器(1)的入口201-5a与所述第一水冷器(21)的出口连通，所述第一板翅式换热器(1)的出口201-5b分为两路，一路与所述第五节流阀(16)的入口连通，所述第五节流阀(16)的出口与所述第一板翅式换热器(1)的反流入口201-6b连通，所述第一板翅式换热器(1)的反流出口201-6a与所述第三压缩机(19)的入口连通；另一路与所述第二板翅式换热器(2)的入口202-5a连通，所述第二板翅式换热器(2)的出口202-5b与所述第六节流阀(17)的入口连通，所述第六节流阀(17)的出口与所述第二板翅式换热器(2)的反流入口202-6b连通，所述第二板翅式换热器(2)的反流出口202-6a与第二压缩机(18)的入口连通，所述第二压缩机(18)的出口与所述第三压缩机(19)的入口连通，所述第三压缩机(19)的出口与所述第一空冷器(20)的入口连通；所述第一空冷器(20)的出口与所述第一水冷器(21)的入口连通；
所述第二混合冷剂循环装置包括所述第一板翅式换热器(1)、所述第二板翅式换热器(2)、所述第三板翅式换热器(4)、第七节流阀(22)、第四压缩机(23)、第二空冷器(24)、第二水冷器(25)；
所述第一板翅式换热器(1)的入口201-4a与所述第二水冷器(25)的出口连通，所述第一板翅式换热器(1)的出口201-4b与所述第二板翅式换热器(2)的入口202-4a连通，所述第二板翅式换热器(2)的出口202-4b与所述第三板翅式换热器(4)的入口301-6a连通，所述第三板翅式换热器(4)的出口301-6b与所述第七节流阀(22)的入口连通，所述第七节流阀(22)的出口与所述第三板翅式换热器(4)的反流入口301-7b连通，所述第三板翅式换热器(4)的反流出口301-7a与所述第四压缩机(23)的入口连通，所述第四压缩机(23)的出口与所述第二空冷器(24)的入口连通，所述第二空冷器(24)的出口与所述第二水冷器(25)的入口连通；
所述第三混合冷剂循环装置包括所述第一板翅式换热器(1)、所述第二板翅式换热器(2)、所述第三板翅式换热器(4)、所述第四板翅式换热器(12)、第八节流阀(26)、第五压缩机(27)、第三空冷器(28)、第三水冷器(29)；
所述第一板翅式换热器(1)的入口201-3a与所述第三水冷器(29)的出口连通，所述第一板翅式换热器(1)的出口201-3b与所述第二板翅式换热器(2)的入口202-3a连通，所述第二板翅式换热器(2)的出口202-3b与所述第三板翅式换热器(4)的入口301-5a连通，所述第三板翅式换热器(4)的出口301-5b与所述第四板翅式换热器(12)的入口401-2a连通，所述第四板翅式换热器(12)的出口401-2b与所述第八节流阀(26)的入口连通，所述第八节流阀(26)的出口与所述第四板翅式换热器(12)的反流入口401-3b连通，所述第四板翅式换热器(12)的反流出口401-3a与所述第五压缩机(27)的入口连通，所述第五压缩机(27)的出口与所述第三空冷器(28)的入口连通，所述第三空冷器(28)的出口与所述第三水冷器(29)的入口连通。

说明书全文

一种基于三循环混合冷剂的天然气 液化方法及装置

技术领域

[0001] 本发明涉及天然气液化技术领域，特别涉及一种联产LNG和NGL的三循环混合冷剂天然气液化装置及方法，主要针对原料天然气中C2+组分较多时的基本负荷型LNG工厂的天然气液化。

背景技术

[0002] 国内对于天然气的需求迅速增长，但国内天然气用户与资源分布极不均匀。中国的天然气资源大多分布在中西部地区和海上，很多天然气用户市场的资源供应严重缺乏，因此要实现天然气资源的合理利用，首要任务是从根本上解决运输与利用之间的矛盾。液化天然气技术的出现使天然气的远距离运输得以实现。

[0003] 随着大型凝析气田的开发以及人们对天然气经济价值的重视，凝液回收技术在天然气处理技术中越来越重要。我国较大的凝析气田集中在塔里木盆地，主要有牙哈、迪那、桑南、吉拉克、柯克亚和塔中等。新疆油田主要有克拉美丽、玛河、莫北等凝析气田。此外还有吐哈油田、华北苏桥凝析气田、中原白庙凝析气田、春晓平湖气田、南海东方气田等。从经济和社会效益的角度来看，天然气凝液可以当作燃料和化工原料，有着极大的商业价值。

[0004] 近年来，大型天然气液化工艺技术呈现多样化。混合制冷剂液化天然气流程因其低能耗的优点，已被广泛采用于大型LNG液化工厂。主要应用于工业的混合冷剂流程有：单混合冷剂工艺(SMR)、丙烷预冷混合冷剂工艺(C3MR)、AP-X膨胀工艺等。SMR流程无预冷循环，采用一种混合制冷剂，效率较低，流程能耗很高。C3MR，AP-X流程预冷段都采用丙烷冷剂制冷，预冷的最低温度受丙烷沸点的限制。对于原料天然气中C2+组分较多时，传统的天然气液化装置中只设置一个重烃分离罐，回收天然气中的天然气凝液能力有限。

发明内容

[0005] 为了克服上述现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种联产LNG和NGL的三循环混合冷剂天然气液化装置及其使用方法，将通过预处理单元C2+组分较高的高压天然气(NG)和三种混合制冷剂在冷箱换热器中换热，将天然气液化为液化天然气(LNG)，并在此过程中回收天然气凝液(NGL)。

[0006] 为了达到上述目的，本发明首先提供一种基于三循环混合冷剂的天然气液化方法，该方法用于将预处理的天然气和第一混合冷剂、第二混合冷剂、第三混合冷剂分别在板翅式换热器中换热，具体包括如下过程：

[0007] (1)第一混合冷剂循环

[0008] 按体积分数计，将高压第一混合冷剂经第一板翅式换热器冷却后进行分流，其中的44％继续经第二板翅式换热器冷却至-31℃～-29℃后，节流降压为低压气流，进入所述第二板翅式换热器汽化为其提供冷量，再进行压缩；剩余56％直接降压为低压气流后与所述44％部分混合，进入所述第一板翅式换热器汽化为其提供冷量，压缩后冷却至初始状态；

[0009] 所述第一混合冷剂由C2H6、C3H8、n-C4H10组成；

[0010] (2)第二混合冷剂循环

[0011] 将高压第二混合冷剂依次经过所述第一板翅式换热器、所述第二板翅式换热器及第三板翅式换热器逐级冷却至-89℃～-87℃，节流降压为低压气流，再进入所述第三板翅式换热器汽化为其提供冷量，压缩后冷却至初始状态；

[0012] 所述第二混合冷剂由CH4、C2H4、C2H6、C3H8组成；

[0013] (3)第三混合冷剂循环

[0014] 将高压第三混合冷剂依次经过所述第一板翅式换热器、所述第二板翅式换热器、所述第三板翅式换热器及第四板翅式换热器逐级冷却至-159℃～-161℃，节流降压为低压气流，再进入所述第四板翅式换热器汽化为其提供冷量，压缩后冷却至初始状态；

[0015] 所述第三混合冷剂由CH4、C2H4、N2组成；

[0016] (4)LNG与NGL流路

[0017] 将预处理的天然气经所述第一板翅式换热器冷却至-31℃～-29℃后，分离为气相物流和液相物流；

[0018] 其中，气相物流按体积分数计分流为两股物流，其中40％经所述第三板翅式换热器冷却至-89℃～-87℃，降压为低压气流，进入脱甲烷塔；剩余60％直接降压为低压气流，进入脱甲烷塔；

[0019] 液相物流按体积分数计分流为两股物流，其中40％经所述第三板翅式换热器继续冷却至-51℃～-49℃，降压为低压物流，进入脱甲烷塔；剩余60％直接降压为低压物流，进入脱甲烷塔；

[0020] 其中，所述气相物流及液相物流的不同部分均进入所述脱甲烷塔的不同塔板层进料口；

[0021] 从脱甲烷塔塔顶流出的物流加压后，依次经所述第三板翅式换热器及所述第四板翅式换热器逐级冷却至-159℃～-161℃，降压为低压物流后，分离为气相物流与液相物流；

[0022] 所述第一混合冷剂循环、所述第二混合冷剂循环、所述第二混合冷剂循环与所述LNG与NGL流路同时进行。

[0023] 优选地，所述高压第一混合冷剂的循环高压为1.7MPa～1.8MPa；所述高压第二混合冷剂的循环高压为2.8MPa～2.9MPa；所述高压第三混合冷剂的循环高压为2.9MPa～3.0MPa。

[0024] 进一步优选地，所述高压第一混合冷剂的44％部分经节流阀节流降压至0.19MPa～0.21MPa后，再返回所述第二板翅式换热器汽化为其提供冷量，剩余56％直接降压至0.19MPa～0.21MPa后与44％部分混合，进入所述第一板翅式换热器汽化为其提供冷量；所述高压第二混合冷剂经节流阀节流降压至0.23MPa～0.25MPa后，再返回所述第三板翅式换热器汽化为其提供冷量；所述高压第三混合冷剂经节流阀节流降压至0.24MPa～0.26MPa后，再返回所述第四板翅式换热器汽化为其提供冷量。

[0025] 优选地，所述脱甲烷塔为30层理论塔板，塔板数编号从上到下。

[0026] 进一步优选地，所述LNG与NGL流路中气相物流的40％部分降压至2500KPa后进入所述脱甲烷塔的第1层塔板进料口，其余60％降压至2500KPa后进入所述脱甲烷塔的第9层塔板进料口；液相物流的40％降压至2500KPa后进入所述脱甲烷塔的第14层塔板进料口，其余60％降压至2500KPa后进入所述脱甲烷塔的第18层塔板进料口；且从所述脱甲烷塔的中部抽出3股物流：第1股从所述脱甲烷塔的29层塔板出料口流出，作为冷流进入所述第一板翅式换热器内为其提供部分冷量，流出后再重新进入所述脱甲烷塔侧30层塔板进料口；第2股从所述脱甲烷塔的27层塔板出料口流出，作为冷流进入所述第二板翅式换热器内为其提供冷量，流出后再重新进入所述脱甲烷塔的26层塔板进料口；第3股从所述脱甲烷塔的19层塔板出料口流出，作为冷流进入所述第三板翅式换热器内为其提供冷量，流出后再重新进入所述脱甲烷塔的18层塔板进料口。

[0027] 本发明还提供一种基于三循环混合冷剂的天然气液化装置，包括LNG和NGL流路装置、第一混合冷剂循环装置、第二混合冷剂循环装置和第三混合冷剂循环装置；

[0028] 其中，所述LNG和NGL流路装置包括板第一翅式换热器、第二板翅式换热器、第一分离器、第三板翅式换热器、第一节流阀、脱甲烷塔、膨胀机、第二节流阀、第三节流阀、NGL储罐、第一压缩机、第四板翅式换热器、第四节流阀、第二分离器、LNG储罐；

[0029] 所述第一板翅式换热器的入口201-2a与预处理后的天然气管线连通，出口201-2b与所述第二板翅式换热器的入口202-2a连通，所述第二板翅式换热器的出口202-2b与所述第一分离器的入口连通；

[0030] 所述第一分离器的出口分为气相出口与液相出口；

[0031] 气相出口分为两路，一路与所述第三板翅式换热器的入口301-2a连通，另一路与所述膨胀机的入口连通；所述板第三翅式换热器的出口301-2b与所述第一节流阀的入口连通，所述第一节流阀的出口与所述脱甲烷塔的侧入口101-7a连通，所述膨胀机的出口与所述脱甲烷塔的侧入口101-6a连通；

[0032] 液相出口分为两路，一路与所述第三板翅式换热器的入口301-1a连通，另一路与所述第三节流阀的入口连通；所述第三板翅式换热器的出口301-1b与所述第二节流阀的入口连通，所述第二节流阀的出口与所述脱甲烷塔的侧入口101-5a连通，所述第三节流阀的出口与所述脱甲烷塔的侧入口101-4a连通；

[0033] 所述脱甲烷塔的侧出口101-1b与所述第一板翅式换热器的反流入口201-1b连通，所述第一板翅式换热器的反流出口201-1a与所述脱甲烷塔的侧入口101-1a连通；所述脱甲烷塔的侧出口101-2b与所述第二板翅式换热器的反流入口202-1b连通，所述第二板翅式换热器的反流出口202-1a与所述脱甲烷塔的侧入口101-2a连通；所述脱甲烷塔的侧出口101-3b与所述第三板翅式换热器的反流入口301-3b连通，所述第三板翅式换热器的反流出口
301-3a与所述脱甲烷塔的侧入口101-3a连通；

[0034] 所述脱甲烷塔的底部出口与所述NGL储罐的入口连通，所述脱甲烷塔的顶部出口与所述压缩机的入口连通，所述压缩机的出口与所述第三板翅式换热器的入口301-4a连通，所述第三板翅式换热器的出口301-4b与所述第四板翅式换热器的入口401-1a连通，所述第四板翅式换热器的出口401-1b与所述第四节流阀的入口连通，所述第四节流阀的出口与所述第二分离器的入口连通，所述第二分离器的液相出口与所述LNG储罐的入口连通；

[0035] 所述第一混合冷剂循环装置包括所述第一板翅式换热器、所述第二板翅式换热器、第五节流阀、第六节流阀、第二压缩机、第三压缩机、第一空冷器、第一水冷器；

[0036] 所述第一板翅式换热器的入口201-5a与所述第一水冷器的出口连通，所述第一板翅式换热器的出口201-5b分为两路，一路与所述第五节流阀的入口连通，所述第五节流阀的出口与所述第一板翅式换热器的反流入口201-6b连通，所述第一板翅式换热器的反流出口201-6a与所述第三压缩机的入口连通；另一路与所述第二板翅式换热器的入口202-5a连通，所述第二板翅式换热器的出口202-5b与所述第六节流阀的入口连通，所述第六节流阀的出口与所述第二板翅式换热器的反流入口202-6b连通，所述第二板翅式换热器的反流出口202-6a与第二压缩机的入口连通，所述第二压缩机的出口与所述第三压缩机的入口连通，所述第三压缩机的出口与所述第一空冷器的入口连通；所述第一空冷器的出口与所述第一水冷器的入口连通；

[0037] 所述第二混合冷剂循环装置包括所述第一板翅式换热器、所述第二板翅式换热器、所述第三板翅式换热器、第七节流阀、第四压缩机、第二空冷器、第二水冷器；

[0038] 所述第一板翅式换热器的入口201-4a与所述第二水冷器的出口连通，所述第一板翅式换热器的出口201-4b与所述第二板翅式换热器的入口202-4a连通，所述第二板翅式换热器的出口202-4b与所述第三板翅式换热器的入口301-6a连通，所述第三板翅式换热器的出口301-6b与所述第七节流阀的入口连通，所述第七节流阀的出口与所述第三板翅式换热器的反流入口301-7b连通，所述第三板翅式换热器的反流出口301-7a与所述第四压缩机的入口连通，所述第四压缩机的出口与所述第二空冷器的入口连通，所述第二空冷器的出口与所述第二水冷器的入口连通；

[0039] 所述第三混合冷剂循环装置包括所述第一板翅式换热器、所述第二板翅式换热器、所述第三板翅式换热器、所述第四板翅式换热器、第八节流阀、第五压缩机、第三空冷器、第三水冷器；

[0040] 所述第一板翅式换热器的入口201-3a与所述第三水冷器的出口连通，所述第一板翅式换热器的出口201-3b与所述第二板翅式换热器的入口202-3a连通，所述第二板翅式换热器的出口202-3b与所述第三板翅式换热器的入口301-5a连通，所述第三板翅式换热器的出口301-5b与所述第四板翅式换热器的入口401-2a连通，所述第四板翅式换热器的出口401-2b与所述第八节流阀的入口连通，所述第八节流阀的出口与所述第四板翅式换热器的反流入口401-3b连通，所述第四板翅式换热器的反流出口401-3a与所述第五压缩机的入口连通，所述第五压缩机的出口与所述第三空冷器的入口连通，所述第三空冷器的出口与所述第三水冷器的入口连通。

[0041] 对比现有技术，本发明的有益效果为：

[0042] 本发明提供的一种基于三循环混合冷剂的天然气液化工艺，适应于原料天然气中C2+组分较多时基本负荷型LNG工厂的天然气液化，有效地把天然气液化工艺和NGL回收工艺结合在一起，天然气液化系统采用的三级混合冷剂循环制冷，使板翅式换热器内的换热温差小，整体能耗较低；同时在液化系统中增加了脱甲烷塔，分离了原料天然气中的C2+组分，NGL回收率达到90％以上，实现了NGL的高效分离。附图说明

[0043] 图1是本申请提供的基于三循环混合冷剂的天然气液化装置的连接关系示意图。

[0044] 附图标记说明：1、第一板翅式换热器；2、第二板翅式换热器；3、第一分离器；4、第三板翅式换热器；5、第一节流阀；6、脱甲烷塔；7、膨胀机；8、第二节流阀；9、第三节流阀；10、NGL储罐；11、第一压缩机；12、第四板翅式换热器；13、第四节流阀；14、第二分离器；15、LNG储罐；16、第五节流阀；17、第六节流阀；18、第二压缩机；19、第三压缩机；20、第一空冷器；21、第一水冷器；22、第七节流阀；23、第四压缩机；24、第二空冷器；25、第二水冷器；26、第八节流阀；27、第五压缩机；28、第三空冷器；29、第三水冷器。

具体实施方式

[0045] 为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案能予以实施，下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但所举实施例不作为对本发明的限定。

[0046] 一种基于三循环混合冷剂的天然气液化方法，该方法用于将预处理的天然气和第一混合冷剂、第二混合冷剂、第三混合冷剂分别在板翅式换热器中换热，具体包括如下过程：

[0047] (1)第一混合冷剂循环

[0048] 按体积分数计，将压力为1.7MPa～1.8MPa的高压第一混合冷剂经第一板翅式换热器1冷却后进行分流，其中的44％继续经第二板翅式换热器2冷却至-31℃～-29℃后，节流降压至0.19MPa～0.21MPa，再返回第二板翅式换热器2汽化为其提供冷量，再进行压缩；剩余56％直接降压至0.19MPa～0.21MPa后与44％部分混合，进入第一板翅式换热器1汽化为其提供冷量，压缩后冷却至初始状态；

[0049] 第一混合冷剂由C2H6、C3H8、n-C4H10组成，且C2H6的体积分数为19％～22％，C3H8的体积分数为63％～65％，n-C4H10的体积分数为15％～16％；

[0050] (2)第二混合冷剂循环

[0051] 将压力为2.8MPa～2.9MPa的高压第二混合冷剂依次经过第一板翅式换热器1、第二板翅式换热器2及第三板翅式换热器4逐级冷却至-89℃～-87℃，节流降压至0.23MPa～0.25MPa，重新进入第三板翅式换热器4汽化为其提供冷量，压缩后冷却至初始状态；

[0052] 第二混合冷剂由CH4、C2H4、C2H6、C3H8组成，且CH4的体积分数为12％～16％，C2H4的体积分数为34％～35％，C2H6的体积分数为30％～32％，C3H8的体积分数为20％～21％；

[0053] (3)第三混合冷剂循环

[0054] 将压力为2.9MPa～3.0MPa的高压第三混合冷剂依次经过第一板翅式换热器1、第二板翅式换热器2、第三板翅式换热器4及第四板翅式换热器12逐级冷却至-159℃～-161℃，节流降压至0.24MPa～0.26MPa，再进入第四板翅式换热器12汽化为其提供冷量，压缩后冷却至初始状态；

[0055] 第三混合冷剂由CH4、C2H4、N2组成，且CH4的体积分数为22％～25％，C2H4的体积分数为45％～47％，N2的体积分数为30％～31％；

[0056] 第一混合冷剂、第二混合冷剂及第三混合冷剂的组成成分不同，可以让各个换热器内的温差尽量减小，降低能耗；

[0057] (4)LNG与NGL流路

[0058] 将预处理的天然气(压力为6300KPa)经第一板翅式换热器1冷却至-31℃～-29℃后，分离为气相物流和液相物流；

[0059] 其中，气相物流按体积分数计分流为两股物流，其中40％经第三板翅式换热器4冷却至-89℃～-87℃，降压至2500KPa，进入脱甲烷塔的第1层塔板进料口；剩余60％直接降压至2500KPa，进入脱甲烷塔的第9层塔板进料口；

[0060] 液相物流按体积分数计分流为两股物流，其中40％经第三板翅式换热器4继续冷却至-51℃～-49℃，降压至2500KPa，进入脱甲烷塔的第14层塔板进料口；剩余60％直接降压至2500KPa，进入脱甲烷塔的第18层进料口；

[0061] 从脱甲烷塔塔顶流出的物流加压后，依次经第三板翅式换热器4及第四板翅式换热器12逐级冷却至-159℃～-161℃，降压为低压物流后，分离为气相物流与液相物流；

[0062] 此时，再从脱甲烷塔的中部抽出3股物流：第1股从脱甲烷塔的29层塔板出料口流出，作为冷流进入第一板翅式换热器1内为其提供部分冷量，流出后再重新进入脱甲烷塔侧30层塔板进料口；第2股从脱甲烷塔的27层塔板出料口流出，作为冷流进入第二板翅式换热器2内为其提供冷量，流出后再重新进入脱甲烷塔的26层塔板进料口；第3股从脱甲烷塔的
19层塔板出料口流出，作为冷流进入第三板翅式换热器4内为其提供冷量，流出后再重新进入脱甲烷塔的18层塔板进料口；

[0063] 从脱甲烷塔塔顶流出的物流进入压缩机加压至6300KPa后，经所述第三板翅式换热器4，冷却至-89℃～-87℃，再进入第四板翅式换热器12，冷却至-159℃～-161℃，再经节流阀节流降压至150KPa，最后分离为气相物流与液相物流，气相物流作为厂区的燃料气，液相物流为液化天然气LNG产品进入LNG储罐；

[0064] 其中，脱甲烷塔为30层理论塔板，塔板数编号从上到下；

[0065] 需要说明的是，第一混合冷剂循环、第二混合冷剂循环、第二混合冷剂循环与LNG与NGL流路同时进行。

[0066] 一种基于上述三循环混合冷剂天然气液化方法的装置，包括LNG和NGL流路装置、第一混合冷剂循环装置、第二混合冷剂循环装置和第三混合冷剂循环装置；

[0067] 其中，LNG和NGL流路装置包括板第一翅式换热器1、第二板翅式换热器2、第一分离器3、第三板翅式换热器4、第一节流阀5、脱甲烷塔6、膨胀机7、第二节流阀8、第三节流阀9、NGL储罐10、第一压缩机11、第四板翅式换热器12、第四节流阀13、第二分离器14、LNG储罐15；

[0068] 第一板翅式换热器1的入口201-2a与预处理后的天然气管线连通，出口201-2b与第二板翅式换热器2的入口202-2a连通，第二板翅式换热器2的出口202-2b与第一分离器3的入口连通；

[0069] 第一分离器3的出口分为气相出口与液相出口；

[0070] 气相出口分为两路，一路与第三板翅式换热器4的入口301-2a连通，另一路与膨胀机7的入口连通；第三翅式换热器4的出口301-2b与第一节流阀5的入口连通，第一节流阀5的出口与脱甲烷塔6的侧入口101-7a连通，膨胀机7的出口与脱甲烷塔6的侧入口101-6a连通；

[0071] 液相出口分为两路，一路与第三板翅式换热器4的入口301-1a连通，另一路与第三节流阀9的入口连通；第三板翅式换热器4的出口301-1b与第二节流阀8的入口连通，第二节流阀8的出口与脱甲烷塔6的侧入口101-5a连通，第三节流阀9的出口与脱甲烷塔6的侧入口101-4a连通；

[0072] 脱甲烷塔6的侧出口101-1b与第一板翅式换热器1的反流入口201-1b连通，第一板翅式换热器1的反流出口201-1a与脱甲烷塔6的侧入口101-1a连通；脱甲烷塔6的侧出口101-2b与第二板翅式换热器2的反流入口202-1b连通，第二板翅式换热器2的反流出口202-
1a与脱甲烷塔6的侧入口101-2a连通；脱甲烷塔6的侧出口101-3b与第三板翅式换热器4的反流入口301-3b连通，第三板翅式换热器4的反流出口301-3a与脱甲烷塔6的侧入口101-3a连通；

[0073] 脱甲烷塔6的底部出口与NGL储罐10的入口连通，脱甲烷塔6的顶部出口与压缩机11的入口连通，压缩机11的出口与第三板翅式换热器4的入口301-4a连通，第三板翅式换热器4的出口301-4b与第四板翅式换热器12的入口401-1a连通，第四板翅式换热器12的出口
401-1b与第四节流阀13的入口连通，第四节流阀13的出口与第二分离器14的入口连通，第二分离器14的液相出口与LNG储罐15的入口连通；

[0074] 第一混合冷剂循环装置包括第一板翅式换热器1、第二板翅式换热器2、第五节流阀16、第六节流阀17、第二压缩机18、第三压缩机19、第一空冷器20、第一水冷器21；

[0075] 第一板翅式换热器1的入口201-5a与第一水冷器21的出口连通，第一板翅式换热器1的出口201-5b分为两路，一路与第五节流阀16的入口连通，第五节流阀16的出口与第一板翅式换热器1的反流入口201-6b连通，第一板翅式换热器1的反流出口201-6a与第三压缩机19的入口连通；另一路与第二板翅式换热器2的入口202-5a连通，第二板翅式换热器2的出口202-5b与第六节流阀17的入口连通，第六节流阀17的出口与第二板翅式换热器2的反流入口202-6b连通，第二板翅式换热器2的反流出口202-6a与第二压缩机18的入口连通，第二压缩机18的出口与第三压缩机19的入口连通，第三压缩机19的出口与第一空冷器20的入口连通；第一空冷器20的出口与第一水冷器21的入口连通；

[0076] 第二混合冷剂循环装置包括第一板翅式换热器1、第二板翅式换热器2、第三板翅式换热器4、第七节流阀22、第四压缩机23、第二空冷器24、第二水冷器25；

[0077] 第一板翅式换热器1的入口201-4a与第二水冷器25的出口连通，第一板翅式换热器1的出口201-4b与第二板翅式换热器2的入口202-4a连通，第二板翅式换热器2的出口202-4b与第三板翅式换热器4的入口301-6a连通，第三板翅式换热器4的出口301-6b与第七节流阀22的入口连通，第七节流阀22的出口与第三板翅式换热器4的反流入口301-7b连通，第三板翅式换热器4的反流出口301-7a与第四压缩机23的入口连通，第四压缩机23的出口与第二空冷器24的入口连通，第二空冷器24的出口与第二水冷器25的入口连通；

[0078] 第三混合冷剂循环装置包括第一板翅式换热器1、第二板翅式换热器2、第三板翅式换热器4、第四板翅式换热器12、第八节流阀26、第五压缩机27、第三空冷器28、第三水冷器29；

[0079] 第一板翅式换热器1的入口201-3a与第三水冷器29的出口连通，第一板翅式换热器1的出口201-3b与第二板翅式换热器2的入口202-3a连通，第二板翅式换热器2的出口202-3b与第三板翅式换热器4的入口301-5a连通，第三板翅式换热器4的出口301-5b与第四板翅式换热器12的入口401-2a连通，第四板翅式换热器12的出口401-2b与第八节流阀26的入口连通，第八节流阀26的出口与第四板翅式换热器12的反流入口401-3b连通，第四板翅式换热器12的反流出口401-3a与第五压缩机27的入口连通，第五压缩机27的出口与第三空冷器28的入口连通，第三空冷器28的出口与第三水冷器29的入口连通。

[0080] 该装置的具体工作方法为：

[0081] (1)第一混合冷剂循环：

[0082] 第一混合冷剂进入第一板翅式换热器1冷却到-4℃～-2℃，按体积分数计再分为两股物流：

[0083] 其中44％进入第二板翅式换热器2冷却到-31℃～-29℃，经过第六节流阀17节流降压至0.19MPa～0.21MPa后，重新进入第二板翅式换热器2汽化为其提供冷量，最后进入第二压缩机18压缩至0.95～1.0MPa；剩余56％经过第五节流阀16节流降压至0.95～1.0MPa后，两股物流混合；

[0084] 再进入第三压缩机19压缩至1.7～1.8MPa；

[0085] 再依次进入第一空冷器20和第一水冷器21冷却，恢复为初始状态的第一混合冷剂，完成第一混合冷剂循环；

[0086] (2)第二混合冷剂循环：

[0087] 第二混合冷剂进入第一板翅式换热器1冷却至-4℃～-2℃；

[0088] 再进入第二板翅式换热器2冷却至-31℃～-29℃；

[0089] 再进入第三板翅式换热器4冷却至-89℃～-87℃；

[0090] 经过第七节流阀22节流降压至0.23MPa～0.25MPa，重新进入第三板翅式换热器4汽化为其提供冷量；

[0091] 再进入第四压缩机23压缩至压力为2.8MPa～2.9MPa；

[0092] 再依次进入第二空冷器24和第二水冷器25冷却，恢复为初始状态的第二混合冷剂，完成第二混合冷剂循环；

[0093] (3)第三混合冷剂循环：

[0094] 第三混合冷剂进入第一板翅式换热器1冷却至-4℃～-2℃；

[0095] 再进入第二板翅式换热器2冷却至-31℃～-29℃；

[0096] 再进入第三板翅式换热器4冷却至-89℃～-87℃；

[0097] 再进入第四板翅式换热器12冷却至-159℃～-161℃；

[0098] 经过第八节流阀26节流降压至0.24MPa～0.26MPa，重新进入第四板翅式换热器12汽化为其提供冷量；

[0099] 再进入第五压缩机27压缩至压力为2.9MPa～3.0MPa；

[0100] 再依次进入第三空冷器28和第三水冷器29冷却，恢复为初始状态的第三混合冷剂，完成第三混合冷剂循环；

[0101] (4)LNG和NGL流路：

[0102] 首先将通过预处理单元的高压天然气NG通入第一板翅式换热器1，冷却至-4℃～-2℃；

[0103] 再进入第二板翅式换热器2，冷却至-31℃～-29℃；

[0104] 再进入第一分离罐3，分离为气相部分与液相部分：

[0105] 气相部分按体积分数计分为两股物流：其中40％进入第三板翅式换热器4冷却至-89℃～-87℃，再经第一节流阀5节流降压至2500KPa，再进入脱甲烷塔6的第1层塔板进料口；剩余60％进入膨胀机7膨胀节流降压至2500KPa，再进入脱甲烷塔6的第9层塔板进料口；

[0106] 液相部分按体积分数计分为两股物流：其中40％进入第三板翅式换热器4冷却至-51℃～-49℃，经第二节流阀8节流降压至2500KPa，再进入脱甲烷塔6的第14层塔板进料口；
剩余60％经第三节流阀9节流降压至2500KPa，进入脱甲烷塔6第18层塔板进料口；

[0107] 同时从脱甲烷塔6的中部抽出3股物流，通过板翅式换热器升温后返回塔内，取代塔底重沸器，提供从生成的NGL中分离挥发性组分所需的热量，3股物流分别是：第1股从脱甲烷塔6的侧29层塔板出料口流出，作为冷流进入第一板翅式换热器1内为其提供冷量，流出后再重新进入脱甲烷塔6的侧30层塔板进料口；第2股从脱甲烷塔6的侧27层塔板出料口流出，作为冷流进入第二板翅式换热器2内为其提供冷量，流出后再重新进入脱甲烷塔6的侧26层塔板进料口；第3股从脱甲烷塔6的侧19层塔板出料口流出，作为冷流进入第三板翅式换热器4内为其提供冷量，流出后再重新进入脱甲烷塔6的侧18层塔板进料口；

[0108] 这时从脱甲烷塔6塔顶流出的物流已经脱除了绝大部分的C2+组分，再进入第一压缩机11加压至6300KPa；

[0109] 再进入第三板翅式换热器4，冷却至-89℃～-87℃；

[0110] 再进入第四板翅式换热器12，冷却至-159℃～-161℃；

[0111] 再经第四节流阀13节流降压至150KPa，进入第二分离器14分离为气相部分与液相部分，气相部分作为厂区的燃料气，液相部分为液化天然气LNG产品进入LNG储罐15。

[0112] 需要说明的是，本发明权利要求书中涉及数值范围时，应理解为每个数值范围的两个端点以及两个端点之间任何一个数值均可选用，由于采用的步骤方法与本实施例相同，为了防止赘述，本发明描述了优选的实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

[0113] 显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

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