本發(fā)明涉及天然氣液化技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，涉及一種預(yù)冷式天然氣液化工藝及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

天然氣液化中的混合冷劑液化流程因流程簡(jiǎn)單、投資少、能耗適中等特點(diǎn)，已成為國(guó)內(nèi)天然氣液化的主流工藝。混合冷劑液化流程根據(jù)有無(wú)預(yù)冷，又可分為帶預(yù)冷的混合冷劑液化流程和無(wú)預(yù)冷的混合冷劑液化流程。相比較，帶預(yù)冷的混合冷劑液化流程因設(shè)置了預(yù)冷系統(tǒng)，為液化系統(tǒng)提供了高溫區(qū)(0℃～-50℃)的冷量，可大幅降低液化流程的壓縮功耗，因?yàn)榛旌侠鋭└m宜在更低溫區(qū)內(nèi)提供冷量。此外，受壓縮機(jī)和冷箱尺寸限制，不帶預(yù)冷的混合冷劑液化流程單線最大LNG生產(chǎn)能力為2000t/d，由于預(yù)冷系統(tǒng)可分擔(dān)一部分制冷負(fù)荷，可降低混合冷劑的循環(huán)量，進(jìn)而減小對(duì)混合冷劑壓縮機(jī)及主換熱器的尺寸要求，因此帶預(yù)冷的混合冷劑液化流程的單線LNG產(chǎn)量可達(dá)到5000t/d。

現(xiàn)有工藝中，預(yù)冷系統(tǒng)均采用獨(dú)立的壓縮制冷循環(huán)方式，如丙烷/丙烯壓縮制冷循環(huán)、氨壓縮制冷循環(huán)、雙級(jí)混合冷劑壓縮制冷循環(huán)(DMRC)、HFC預(yù)冷等。壓縮制冷循環(huán)式預(yù)冷系統(tǒng)，由于壓縮機(jī)的效率隨著壓縮比的增加而降低，一般對(duì)于螺桿式壓縮機(jī)而言，最大壓縮比不超過(guò)20，制冷劑壓力為1.5MPa左右，預(yù)冷溫度較高，除DMRC外很難達(dá)到-45℃以上，無(wú)法為冷箱提供更高品位的冷量，因此其混合冷劑制冷負(fù)荷仍然較大。而DMRC流程雖可達(dá)到-60℃的預(yù)冷溫度，但由于其采用雙混合冷劑流程，混合冷劑種類多，流程復(fù)雜，設(shè)備投資較高，并不適用于中小型天然氣液化裝置。因此，現(xiàn)有的天然氣液化工藝普遍存在能量利用率低，動(dòng)力消耗高的問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種預(yù)冷式天然氣液化工藝，以提高整個(gè)天然氣液化過(guò)程的能量利用率，降低動(dòng)力消耗和設(shè)備運(yùn)行費(fèi)用。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種預(yù)冷式天然氣液化系統(tǒng)，以提高整個(gè)天然氣液化過(guò)程的能量利用率，增加天然氣液化系統(tǒng)的穩(wěn)定性和降低設(shè)備投資和運(yùn)行費(fèi)用。

本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的：

一種預(yù)冷式天然氣液化工藝，包括以下步驟：將預(yù)處理后的原料氣與天然氣液化設(shè)備中的循環(huán)冷劑進(jìn)行熱交換，得到液化天然氣；在循環(huán)冷劑的回路上，將在天然氣液化設(shè)備中與原料氣換熱后的循環(huán)冷劑進(jìn)行增壓后，繼續(xù)通過(guò)串聯(lián)的至少兩級(jí)預(yù)冷器預(yù)冷至-10℃～-70℃后進(jìn)入天然氣液化設(shè)備進(jìn)行熱交換；其中，至少兩級(jí)預(yù)冷器的冷量均由氨吸收式制冷裝置提供。

進(jìn)一步地，本發(fā)明的較佳實(shí)施例中，上述循環(huán)冷劑進(jìn)行增壓和冷卻后，繼續(xù)通過(guò)至少兩級(jí)預(yù)冷器冷卻至-30℃～60℃。

進(jìn)一步地，本發(fā)明的較佳實(shí)施例中，上述循環(huán)冷劑進(jìn)行增壓和冷卻后，繼續(xù)通過(guò)至少兩級(jí)預(yù)冷器冷卻至-45℃～60℃。

進(jìn)一步地，本發(fā)明的較佳實(shí)施例中，循環(huán)冷劑進(jìn)行增壓后繼續(xù)通過(guò)至少兩級(jí)所述預(yù)冷器冷卻之前通入所述天然氣液化設(shè)備中進(jìn)行換熱，以冷卻至0℃～25℃。

進(jìn)一步地，本發(fā)明的較佳實(shí)施例中，上述至少兩級(jí)預(yù)冷器包括2～6個(gè)預(yù)冷器，循環(huán)冷劑進(jìn)行增壓后依次通過(guò)串聯(lián)的2～6個(gè)預(yù)冷器進(jìn)行冷卻。

進(jìn)一步地，本發(fā)明的較佳實(shí)施例中，通過(guò)至少兩級(jí)預(yù)冷器預(yù)冷后的循環(huán)冷劑通過(guò)氣液分離器進(jìn)行分離，以形成氣態(tài)的第一循環(huán)冷劑和液態(tài)的第二循環(huán)冷劑，氣態(tài)的第一循環(huán)冷劑進(jìn)入天然氣液化設(shè)備繼續(xù)冷卻液化后，經(jīng)第二減壓閥減壓后與原料氣進(jìn)行熱交換，液態(tài)的第二循環(huán)冷劑進(jìn)入天然氣液化設(shè)備進(jìn)行冷卻后，經(jīng)第三減壓閥減壓后與經(jīng)第二減壓閥減壓后的第一循環(huán)冷劑混合。

進(jìn)一步地，本發(fā)明的較佳實(shí)施例中，上述氨吸收式制冷裝置提供的氨對(duì)循環(huán)冷劑預(yù)冷后，進(jìn)入氨吸收式制冷裝置的第一氨吸收器，將第一氨吸收器中的溶液增壓后通入氨吸收式制冷裝置的第一精餾塔進(jìn)行精餾，第一精餾塔塔頂氣相進(jìn)入氨吸收式制冷裝置的第二氨吸收器，第一精餾塔的塔底貧液進(jìn)入第一氨吸收器，將第二氨吸收器中的溶液增壓后分成兩股，一股進(jìn)入第一精餾塔進(jìn)行回流，另一股進(jìn)入氨吸收式制冷裝置的第二精餾塔進(jìn)行精餾，第二精餾塔塔頂?shù)臍鈶B(tài)氨經(jīng)冷卻后分流進(jìn)入至少兩級(jí)預(yù)冷器中預(yù)冷循環(huán)冷劑，第二精餾塔的塔底貧液進(jìn)入第二氨吸收器。

進(jìn)一步地，本發(fā)明的較佳實(shí)施例中，上述循環(huán)冷劑選自氮?dú)?、甲烷、乙烷、乙烯、丙烯、丙烷中的一種或多種。

進(jìn)一步地，本發(fā)明的較佳實(shí)施例中，上述氨吸收式制冷裝置的熱源為蒸汽、煙氣、導(dǎo)熱油、熔鹽、熱水、工藝氣余熱中的一種。

一種預(yù)冷式天然氣液化系統(tǒng)，包括預(yù)處理裝置、天然氣液化設(shè)備、循環(huán)冷劑壓縮設(shè)備、循環(huán)冷劑冷卻器、氨吸收式制冷裝置以及串聯(lián)的至少兩級(jí)預(yù)冷器，預(yù)處理裝置通過(guò)管道與天然氣液化設(shè)備連通，天然氣液化設(shè)備具有循環(huán)冷劑進(jìn)口和循環(huán)冷劑出口，循環(huán)冷劑出口、循環(huán)冷劑壓縮設(shè)備、循環(huán)冷劑冷卻器、至少兩級(jí)預(yù)冷器、循環(huán)冷劑進(jìn)口依次連通構(gòu)成循環(huán)冷劑的回路，在循環(huán)冷劑的回路上，循環(huán)冷劑壓縮設(shè)備將在所述天然氣液化設(shè)備中與經(jīng)預(yù)處理的原料氣換熱后的循環(huán)冷劑增壓，循環(huán)冷劑冷卻器和至少兩級(jí)預(yù)冷器將增壓后的循環(huán)冷劑冷至-10℃～-70℃，每級(jí)預(yù)冷器的冷媒進(jìn)口和冷媒出口均連通于氨吸收式制冷裝置并構(gòu)成回路。

進(jìn)一步地，本發(fā)明的較佳實(shí)施例中，上述氨吸收式制冷裝置包括第一精餾塔、第二精餾塔、第一氨吸收器、第二氨吸收器、氨冷卻器、貧液泵以及富液泵，至少兩級(jí)預(yù)冷器的冷媒出口均連通于第一氨吸收器，第一氨吸收器、貧液泵以及第一精餾塔的進(jìn)料口依次連通，第一精餾塔的塔底出口連通于第一氨吸收器，第一精餾塔的塔頂出口、第二氨吸收器、富液泵以及第二精餾塔的進(jìn)料口依次連通，富液泵還與第一精餾塔的回流進(jìn)口連通，第二精餾塔的塔底出口與第二氨吸收器連通，第二精餾塔的塔頂出口與氨冷卻器連通，至少兩級(jí)預(yù)冷器的冷媒進(jìn)口均與氨冷卻器連通。

本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的有益效果：將待通入天然氣液化設(shè)備中的循環(huán)冷劑通過(guò)至少二級(jí)預(yù)冷器預(yù)冷-10℃～-70℃，使得循環(huán)冷劑的預(yù)冷溫度在進(jìn)入天然氣液化設(shè)備之前達(dá)到很低的溫度，從而循環(huán)冷劑無(wú)需為天然氣液化提供較多的高溫區(qū)冷量，進(jìn)而天然氣液化設(shè)備中用于天然氣液化的冷量可以達(dá)到50％以上，大幅度地提高了天然氣液化系統(tǒng)中的能量利用率。同時(shí)，采用氨吸收式制冷裝置為循環(huán)冷劑提供深度預(yù)冷的冷量，減少了制冷系統(tǒng)所需的高溫區(qū)制冷量，減少了循環(huán)冷劑的循環(huán)量，也降低了循環(huán)冷劑壓縮設(shè)備的功耗，進(jìn)而減少了設(shè)備運(yùn)行費(fèi)用，且采用氨吸收式制冷裝置相當(dāng)傳統(tǒng)的壓縮制冷方式其故障率更低，系統(tǒng)穩(wěn)定性更好。

附圖說(shuō)明

為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，應(yīng)當(dāng)理解，以下附圖僅示出了本發(fā)明的某些實(shí)施例，因此不應(yīng)被看作是對(duì)范圍的限定，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他相關(guān)的附圖。

圖1為本發(fā)明的實(shí)施例提供的預(yù)冷式天然氣液化系統(tǒng)的一種結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明的實(shí)施例提供的預(yù)冷式天然氣液化系統(tǒng)的一種優(yōu)選結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明的實(shí)施例提供的預(yù)冷式天然氣液化系統(tǒng)的另一種結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明的實(shí)施例提供的預(yù)冷式天然氣液化系統(tǒng)的液化原理結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明的實(shí)施例提供的預(yù)冷式天然氣液化工藝的流程圖。

圖標(biāo)：100-預(yù)冷式天然氣液化系統(tǒng)；101-液泵；102-第二精餾塔冷凝器；103a-過(guò)冷器；103b-過(guò)冷器；110-預(yù)處理裝置；120-天然氣液化設(shè)備；121-冷箱；122-液化換熱器；123-循環(huán)冷劑進(jìn)口；124-循環(huán)冷劑出口；130-循環(huán)冷劑壓縮設(shè)備；140-循環(huán)冷劑冷卻器；150a-預(yù)冷器；150b-預(yù)冷器；160-氨吸收式制冷裝置；161a-第一精餾塔；161b-第二精餾塔；162a-第一精餾塔再沸器；162b-第二精餾塔再沸器；163a-第一氨吸收器；163b-第一氨吸收器；164-第二氨吸收器；165-貧液泵；166-富液泵；167-氨冷卻器；168a-溶液換熱器；168b-溶液換熱器；170-LNG儲(chǔ)罐；180-重?zé)N分離器；190-氣液分離器；11-原料凈化氣；12-液態(tài)天然氣；21-高壓氣態(tài)循環(huán)冷劑；22-預(yù)冷循環(huán)冷劑；23-高壓液態(tài)循環(huán)冷劑；24-低壓液態(tài)循環(huán)冷劑；25-低壓氣態(tài)循環(huán)冷劑；J1-第一減壓閥；J2-第二減壓閥；J3-第三減壓閥；J4-第四減壓閥；J5-第五減壓閥；J6-第六減壓閥。

具體實(shí)施方式

下面通過(guò)具體的實(shí)施例子并結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。

參見(jiàn)圖1，附圖2，本發(fā)明的實(shí)施例提供的預(yù)冷式天然氣液化系統(tǒng)100，其包括預(yù)處理裝置110、天然氣液化設(shè)備120、循環(huán)冷劑壓縮設(shè)備130、循環(huán)冷劑冷卻器140、預(yù)冷器150a、預(yù)冷器150b以及氨吸收式制冷裝置160。

預(yù)處理裝置110為天然氣液化工藝中原料氣的前處理操作，以保證后續(xù)的液化操作能夠順利進(jìn)行，進(jìn)而可以得到符合標(biāo)準(zhǔn)的液化天然氣(Liquefied Natural Gas，LNG)。本實(shí)施例中，預(yù)處理裝置110為原料氣凈化裝置，其包括天然氣MDEA法脫碳裝置(圖未示)、變溫吸附脫水裝置(圖未示)。其中，本實(shí)施例中的原料氣指的是富甲烷氣。

原料氣首先通過(guò)脫碳能夠脫除掉原料氣中的酸性氣體，如二氧化碳和硫化氫等。其中，天然氣MDEA法脫碳裝置包括吸收塔和再生塔，再生塔的塔底需要再生塔再沸器。脫碳后的原料氣再通過(guò)管道進(jìn)入變溫吸附脫水裝置中，變溫吸附裝置對(duì)原料氣進(jìn)行脫水操作。需要注意的是，本實(shí)施例中，通過(guò)原料氣凈化裝置凈化后的原料氣無(wú)需進(jìn)行預(yù)冷，其直接通入天然氣液化設(shè)備120中進(jìn)行冷卻液化。

預(yù)處理裝置110通過(guò)管道與天然氣液化設(shè)備120連通，從而經(jīng)過(guò)預(yù)處理裝置110預(yù)處理后的原料氣進(jìn)入天然氣液化設(shè)備120內(nèi)進(jìn)行液化操作。參見(jiàn)附圖4，本實(shí)施例中，天然氣液化設(shè)備120包括冷箱121和液化換熱器122。從而原料凈化氣11進(jìn)入冷箱121后進(jìn)一步進(jìn)入液化換熱器122進(jìn)行熱交換后被冷卻為液態(tài)。

進(jìn)一步地，參見(jiàn)附圖1，原料氣先進(jìn)入天然氣液化設(shè)備120后進(jìn)行一定程度的冷卻后，再通入重?zé)N分離器180中脫除重?zé)N，然后再通入天然氣液化設(shè)備120進(jìn)行液化操作，重?zé)N的脫除使得天然氣中的重組份提前脫除，防止重組份在后面的深冷中凝固，防止液化換熱器122堵塞。

天然氣液化設(shè)備120具有循環(huán)冷劑進(jìn)口123和循環(huán)冷劑出口124，循環(huán)冷劑出口124、循環(huán)冷劑壓縮設(shè)備130、循環(huán)冷劑冷卻器140、預(yù)冷器150a、預(yù)冷器150b、循環(huán)冷劑進(jìn)口123依次連通構(gòu)成回路，以使得循環(huán)冷劑可以源源不斷地進(jìn)入天然氣液化設(shè)備120中對(duì)原料氣進(jìn)行液化。需要說(shuō)明的是，本發(fā)明的其他實(shí)施例中，還可以采用更多的預(yù)冷器對(duì)循環(huán)冷劑進(jìn)行預(yù)冷，并且應(yīng)該滿足預(yù)冷器的數(shù)量為至少兩個(gè)相互串聯(lián)，優(yōu)選2～6個(gè)預(yù)冷器，以滿足將循環(huán)冷劑多級(jí)預(yù)冷至-10℃～-70℃，優(yōu)選預(yù)冷至-30℃～-60℃，更優(yōu)選預(yù)冷至-45℃～-60℃。

進(jìn)一步地，參見(jiàn)附圖4，從天然氣液化設(shè)備120的冷箱121出來(lái)的低壓氣態(tài)循環(huán)冷劑25通過(guò)循環(huán)冷劑壓縮設(shè)備130增壓至3.0MPa，溫度約為140℃，成為高壓氣態(tài)循環(huán)冷劑21；溫度較高的高壓氣態(tài)循環(huán)冷劑21通過(guò)循環(huán)冷劑冷卻器140冷卻至40℃，然后再依次經(jīng)過(guò)預(yù)冷器150a和預(yù)冷器150b冷卻至-10～-70℃，優(yōu)選-30℃～-60℃，更優(yōu)選-45℃～-60℃，得到預(yù)冷循環(huán)冷劑22；再將預(yù)冷循環(huán)冷劑22通入冷箱121中的液化換熱器122進(jìn)一步冷卻至-150℃～-162℃而液化，成為高壓液態(tài)循環(huán)冷劑23；高壓液態(tài)循環(huán)冷劑23通過(guò)第二減壓閥J2減壓降溫至-165℃，成為低壓液態(tài)循環(huán)冷劑24，然后返回液化換熱器122提供冷量，對(duì)原料凈化氣11和剛進(jìn)入冷箱121的預(yù)冷循環(huán)冷劑22進(jìn)行冷卻；低壓液態(tài)循環(huán)冷劑24吸收了這兩股流體的熱量后，其溫度升高至-5℃～15℃而氣化成低壓氣態(tài)循環(huán)冷劑25，然后出冷箱121返回循環(huán)冷劑壓縮設(shè)備130進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)。其中，循環(huán)冷劑壓縮設(shè)備130為常溫氣體壓縮機(jī)。液化過(guò)程中，原料凈化氣11經(jīng)過(guò)冷卻后液化形成液態(tài)天然氣12，液態(tài)天然氣12的排出端還設(shè)置有用于降壓的第一減壓閥J1，通過(guò)第一減壓閥J1對(duì)液態(tài)天然氣12的進(jìn)一步減壓后排入LNG儲(chǔ)罐170中進(jìn)行存儲(chǔ)。當(dāng)然，其他實(shí)施例中，對(duì)于上述的溫度參數(shù)可以根據(jù)工況需要進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。參見(jiàn)附圖3，通過(guò)預(yù)冷器150a和預(yù)冷器150b預(yù)冷后的循環(huán)冷劑通過(guò)氣液分離器190進(jìn)行氣液分離，以形成氣態(tài)的第一循環(huán)冷劑和液態(tài)的第二循環(huán)冷劑，氣態(tài)的第一循環(huán)冷劑進(jìn)入天然氣液化設(shè)備120繼續(xù)冷卻液化后，經(jīng)第二減壓閥J2減壓后與待液化的原料氣進(jìn)行熱交換，液態(tài)的第二循環(huán)冷劑進(jìn)入天然氣液化設(shè)備120進(jìn)行冷卻后，經(jīng)第三減壓閥J3減壓后與經(jīng)第二減壓閥J2減壓后的第一循環(huán)冷劑混合。因?yàn)樵谔烊粴庖夯O(shè)備120中換熱溫差越小越節(jié)能，因此通過(guò)將循環(huán)冷劑分為不同組份的第一循環(huán)冷劑和第二循環(huán)冷劑，實(shí)現(xiàn)了分級(jí)制冷，從而進(jìn)一步提高換熱的效率，以及能量的利用效率。

參加附圖3，氨吸收式制冷裝置160包括第一精餾塔161a、第二精餾塔161b、第一氨吸收器163a、第一氨吸收器163b、第二氨吸收器164、貧液泵165、富液泵166以及氨冷卻器167。

預(yù)冷器150a和預(yù)冷器150b均設(shè)置有冷媒入口和冷煤出口，預(yù)冷器150a的冷媒出口連通于第一氨吸收器163a，預(yù)冷器150b的冷媒出口連接于第一氨吸收器163b，從而預(yù)冷器150a中經(jīng)過(guò)換熱后的氣態(tài)氨被第一氨吸收器163a中的貧液吸收，同樣地，預(yù)冷器150b中經(jīng)過(guò)換熱后的氣態(tài)氨被第一氨吸收器163b中的貧液吸收。第一氨吸收器163b連通于第一氨吸收器163a，從而使得第一氨吸收器163b中的溶液能夠進(jìn)入第一氨吸收器163a中再次吸收氣態(tài)氨。

貧液泵165的進(jìn)料端連通于第一氨吸收器163a，貧液泵165的出料端連通與第一精餾塔161a的進(jìn)料口，從而貧液泵165將第一氨吸收器163a和第一氨吸收器163b中的溶液輸送至第一精餾塔161a中進(jìn)行精餾，第一精餾塔161a的塔底出口連通于第一氨吸收器163b，使得第一精餾塔161a對(duì)氨水溶液進(jìn)行精餾后產(chǎn)生的貧液能夠進(jìn)入第一氨吸收器163b，再進(jìn)一步進(jìn)入第一氨吸收器163a中對(duì)預(yù)冷器150a以及預(yù)冷器150b中預(yù)冷換熱后形成的氣態(tài)氨進(jìn)行吸收。

第一精餾塔161a的塔頂出口、第二氨吸收器164、富液泵166以及第二精餾塔161b的進(jìn)料口依次連通，富液泵166還與第一精餾塔161a的回流進(jìn)口連通，從而使得第二精餾塔161b能夠進(jìn)一步對(duì)第一精餾塔161a精餾后產(chǎn)生的氨氣進(jìn)行再次精餾提高其氨的濃度。

第二精餾塔161b的塔底出口與第二氨吸收器164連通，使得第二精餾塔161b中精餾產(chǎn)生的貧液能夠進(jìn)入第二氨吸收器164中，以對(duì)第一精餾塔161a中產(chǎn)生的氨進(jìn)行吸收形成高濃度的富液，第二精餾塔161b的塔頂出口與第二精餾塔161b塔頂設(shè)置的第二精餾塔冷凝器102連通，第二精餾塔冷凝器102對(duì)第二精餾塔161b產(chǎn)生的氨進(jìn)行冷凝后，一部分回流到第二精餾塔161b，另一部分通過(guò)管道輸送至氨冷卻器167進(jìn)行進(jìn)一步冷卻。預(yù)冷器150a和預(yù)冷器150b的冷媒進(jìn)口均與氨冷卻器167連通，進(jìn)而經(jīng)過(guò)氨冷卻器167冷卻后的液氨能夠進(jìn)入預(yù)冷器150a以及預(yù)冷器150b中完成對(duì)循環(huán)冷劑的深度預(yù)冷操作。

進(jìn)一步，參見(jiàn)附圖3，承上述，第一精餾塔161a具有第一精餾塔再沸器162a，第二精餾塔161b具有第二精餾塔再沸器162b。將工廠熱能通入第一精餾塔再沸器162a以及第二精餾塔再沸器162b中即可為第一精餾塔161a以及第二精餾塔161b的運(yùn)行提供動(dòng)力。其中，本實(shí)施例中，氨吸收式制冷裝置160所需的工廠熱能為低品位熱能(100℃～200℃)，大多屬于工廠的余熱和廢熱范疇，即本發(fā)明實(shí)施例可利用工廠余熱和廢熱制冷，減少了冷劑壓縮機(jī)電力消耗；同時(shí)，因冷劑循環(huán)量降低，也減少了冷劑消耗量，減少了運(yùn)行費(fèi)用。

進(jìn)一步地，參見(jiàn)圖3，承上述，第一精餾塔161a塔底排出的貧液與通過(guò)貧液泵165輸送至第一精餾塔161a的進(jìn)料液體之間還通過(guò)溶液換熱器168a換熱，第二精餾塔161b塔底排出的貧液與通過(guò)富液泵166輸送至第二精餾塔161b的進(jìn)料液體之間還通過(guò)溶液換熱器168b進(jìn)行換熱。通過(guò)溶液換熱器168a和溶液換熱器168b的設(shè)置，回收了大部分第一精餾塔161a和第二精餾塔161b塔底貧液中的熱量，減少了第一精餾塔161a以及第二精餾塔161b中的精餾過(guò)程對(duì)工廠熱能的需求量。

再次參見(jiàn)圖3，氨冷卻器167與預(yù)冷器150a之間還設(shè)置有過(guò)冷器103a，氨冷卻器167與預(yù)冷器150b之間還設(shè)置有過(guò)冷器103b，且預(yù)冷器150a排出的氣體氨經(jīng)過(guò)過(guò)冷器103a換熱，預(yù)冷器150b排出的氣體氨經(jīng)過(guò)過(guò)冷器103b換熱，從而預(yù)冷器150a以及預(yù)冷器150b中對(duì)循環(huán)冷劑進(jìn)行預(yù)冷后形成的氣體氨能夠分別通過(guò)過(guò)冷器103a和過(guò)冷器103b對(duì)進(jìn)入預(yù)冷器150a以及預(yù)冷器150b中預(yù)冷的氨進(jìn)液過(guò)冷，使之能夠達(dá)到預(yù)冷的溫度。

優(yōu)選地，參見(jiàn)附圖2，循環(huán)冷劑進(jìn)行增壓后繼續(xù)通過(guò)預(yù)冷器150a和預(yù)冷器150b冷卻之前通入天然氣液化設(shè)備120的冷箱121中進(jìn)行換熱冷卻至0℃～25℃。即將壓縮冷卻后的循環(huán)冷劑(40℃)進(jìn)入冷箱121與即將出冷箱121的循環(huán)冷劑(-5℃～15℃)進(jìn)行換熱，溫度先預(yù)冷至10℃左右，再與氨吸收式制冷裝置160換熱，可減少氨吸收式制冷裝置160的熱負(fù)荷。

圖5是本發(fā)明的實(shí)施例提供的預(yù)冷式天然氣液化工藝的流程圖，其中A表示的是冷媒，B表示的是循環(huán)冷劑。請(qǐng)一并參見(jiàn)圖1、圖2以及圖3，本發(fā)明的實(shí)施例提供的一種預(yù)冷式天然氣液化工藝，包括以下步驟：

S1、將預(yù)處理后的原料氣與天然氣液化設(shè)備120中的循環(huán)冷劑進(jìn)行熱交換，得到液化天然氣；

本實(shí)施例中原料氣為富甲烷氣，首先將原料氣進(jìn)行凈化操作，具體地，首先將原料氣進(jìn)入MDEA脫碳裝置或進(jìn)行分子篩脫碳，脫除原料氣中的酸性氣體，二氧化碳和硫化氫等。脫碳過(guò)程中有吸收塔和再生塔，再生塔塔底需要再生塔再沸器加熱，熱量來(lái)自工廠的余熱和廢熱。脫碳后的原料氣進(jìn)一步進(jìn)行脫水，脫水采用變溫吸附(TSA)的方式，其再生氣加熱器所需的熱量也來(lái)自于工廠的余熱和廢熱。脫碳脫水后的凈化氣直接進(jìn)入天然氣液化設(shè)備120與循環(huán)冷劑換熱后被液化，然后通過(guò)第一減壓閥J1減壓后儲(chǔ)存于LNG儲(chǔ)罐170中。

其中，需要說(shuō)明的是本實(shí)施例中所闡述的預(yù)處理指的是富甲烷氣的凈化操作。

S2、將在天然氣液化設(shè)備120中與天然氣換熱后的循環(huán)冷劑進(jìn)行增壓后，繼續(xù)通過(guò)至少兩級(jí)預(yù)冷器預(yù)冷至-10～-70℃后進(jìn)入天然氣液化設(shè)備120進(jìn)行熱交換；

具體地，循環(huán)冷劑在冷箱121內(nèi)的液化換熱器122中對(duì)原料氣進(jìn)行換熱后，從冷箱121排出進(jìn)入循環(huán)冷劑壓縮設(shè)備130壓縮后，再通過(guò)循環(huán)冷劑冷卻器140進(jìn)行冷卻，然后冷卻后的循環(huán)冷劑再進(jìn)一步通過(guò)預(yù)冷器150a以及預(yù)冷器150b依次冷卻至-10～-70℃，然后再將冷卻至-10～-70℃的循環(huán)冷劑通入冷箱121中進(jìn)行換熱操作。當(dāng)然其他實(shí)施例中，可以根據(jù)需要預(yù)冷器的數(shù)量可以進(jìn)行增加。

進(jìn)一步地，本實(shí)施例中，優(yōu)選將循環(huán)冷劑進(jìn)行增壓和冷卻后，通過(guò)預(yù)冷器150a和預(yù)冷器150b將循環(huán)冷劑冷卻至-30℃～60℃，更優(yōu)選地卻至-45℃～60℃。由于循環(huán)冷劑預(yù)冷后的溫度為-45℃～-60℃，預(yù)冷溫度很低，從而循環(huán)冷劑無(wú)需為天然氣提供較多的高溫區(qū)冷量，冷箱121中用于天然氣液化的冷量占到總冷量的50％以上，進(jìn)而大幅度提高了能量利用率。

其中，預(yù)冷器150a和預(yù)冷器150b的冷量均由氨吸收式制冷裝置160提供。參見(jiàn)附圖3，氨吸收式制冷裝置160提供的氨對(duì)循環(huán)冷劑預(yù)冷后，分別進(jìn)入氨吸收式制冷裝置160的第一氨吸收器163a和第一氨吸收器163b，其中，第一氨吸收器163b中的溶液再進(jìn)入第一氨吸收器163a中，將第一氨吸收器163a中的溶液增壓后通入氨吸收式制冷裝置160的第一精餾塔161a進(jìn)行精餾，第一精餾塔161a塔頂氣相進(jìn)入氨吸收式制冷裝置160的第二氨吸收器164，第一精餾塔161a的塔底貧液進(jìn)入第一氨吸收器163b，將第二氨吸收器164中的溶液增壓后分成兩股，一股進(jìn)入第一精餾塔161a中進(jìn)行回流，另一股進(jìn)入氨吸收式制冷裝置160的第二精餾塔161b中進(jìn)行進(jìn)一步精餾，第二精餾塔161b塔頂?shù)臍鈶B(tài)氨經(jīng)第二精餾塔冷凝器102冷凝以及氨冷卻器167冷卻后分流，再分別通過(guò)過(guò)冷器103a和過(guò)冷器103b中過(guò)冷后，再分別進(jìn)入預(yù)冷器150a和預(yù)冷器150b循環(huán)冷劑進(jìn)行預(yù)冷，第二精餾塔161b的塔底貧液進(jìn)入第二氨吸收器164。

優(yōu)選地，再次參見(jiàn)附圖3，循環(huán)冷劑進(jìn)行增壓后繼續(xù)通過(guò)預(yù)冷器150a和預(yù)冷器150b冷卻之前通入天然氣液化設(shè)備120的冷箱121中進(jìn)行換熱冷卻至0℃～25℃。

現(xiàn)有的帶預(yù)冷的天然氣液化流程均采用壓縮制冷方式，由于壓縮機(jī)的效率隨壓縮比上升而下降，一般壓比不超過(guò)20，預(yù)冷蒸發(fā)壓力一般不低于75KPa，即預(yù)冷溫度一般>-35℃(除DMRC外，DMRC流程采用雙混合冷劑制冷工藝，預(yù)冷溫度低，但流程復(fù)雜，且運(yùn)行能耗高)。因此其由于預(yù)冷溫度高，冷劑需為天然氣液化提供較多的高溫區(qū)冷量，如PRICO液化流程，用于天然氣液化的冷量?jī)H占有冷箱121中總冷量的22％，其余78％的冷量用于冷卻混合冷劑。而本實(shí)施例中采用氨吸收式制冷裝置160并通過(guò)多級(jí)預(yù)冷使得循環(huán)冷劑能夠達(dá)到較低的預(yù)冷溫度，從而減少提供的高溫區(qū)冷量，同時(shí)減少了循環(huán)冷劑的循環(huán)量，提高了能量利用效率。

其中，上述循環(huán)冷劑選自氮?dú)?、甲烷、乙烷、乙烯、丙烷、丙烯中的一種或多種?，F(xiàn)有工藝中循環(huán)冷劑組成為氮?dú)狻⒓淄?、乙?乙烷)、丙烷(丙烯)、異戊烷(正丁烷)，而本發(fā)明實(shí)施例中的循環(huán)冷劑組成中可無(wú)需配置異戊烷(正丁烷))，減少了系統(tǒng)運(yùn)行的波動(dòng)性，從而進(jìn)一步提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性。

進(jìn)一步地，上述循環(huán)冷劑選自氮?dú)狻⒓淄?、乙烷、乙烯中的一種或多種。從而無(wú)需配置丙烷、丙烯，進(jìn)一步提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性。

進(jìn)一步地，本實(shí)施例中，氨吸收式制冷裝置160的熱源為蒸汽、煙氣、導(dǎo)熱油、熔鹽、熱水、工藝氣余熱中的一種。即氨吸收式制冷裝置160所需的熱源為低品位熱能(100℃～200℃)，大多屬于余熱和廢熱范疇，從而減少了循環(huán)冷劑壓縮設(shè)備130的電力消耗。

綜上所述，采用了本實(shí)施例中的預(yù)冷式天然氣液化工藝及系統(tǒng)具有富甲烷氣液化動(dòng)力消耗低、運(yùn)行費(fèi)用低、能量利用率高、系統(tǒng)穩(wěn)定性好、設(shè)備投資省等特點(diǎn)，具體效果如下：

(1)采用氨吸收制冷系統(tǒng)為天然氣氣液化系統(tǒng)提供深度預(yù)冷的冷量，減少了制冷系統(tǒng)所需的高溫區(qū)制冷量，減少了冷劑循環(huán)量，降低了冷劑壓縮機(jī)功耗。氨吸收制冷裝置所需的工廠熱能為低品位熱能(100℃～200℃)，大多屬于余熱和廢熱范疇，即本發(fā)明的實(shí)施例可利用工廠余熱和廢熱制冷，減少了循環(huán)冷劑壓縮設(shè)備130的電力消耗；同時(shí)，因冷劑循環(huán)量降低，也減少了冷劑消耗量，減少了運(yùn)行費(fèi)用。

(2)現(xiàn)有的帶預(yù)冷的天然氣液化流程均采用壓縮制冷方式，由于壓縮機(jī)的效率隨壓縮比上升而下降，一般壓比不超過(guò)20，預(yù)冷蒸發(fā)壓力一般不低于75KPa，即預(yù)冷溫度一般>-35℃(除DMRC外，DMRC流程采用雙混合冷劑制冷工藝，預(yù)冷溫度低，但流程復(fù)雜，且運(yùn)行能耗高)?，F(xiàn)有壓縮式預(yù)冷工藝由于預(yù)冷溫度高，冷劑需為天然氣液化提供較多的高溫區(qū)冷量，如PRICO液化流程，用于天然氣液化的冷量?jī)H占有冷箱121中總冷量的22％，其余78％的冷量用于冷卻混合冷劑。本發(fā)明的實(shí)施例中預(yù)冷器150b的出口溫度優(yōu)選為-45℃～-60℃，預(yù)冷溫度低，循環(huán)冷劑無(wú)需為天然氣提供較多的高溫區(qū)冷量，冷箱121中用于天然氣液化的冷量占總冷量的56％，大幅度提高了能量利用率。

(3)本發(fā)明的實(shí)施例中采用的氨吸收制冷裝置的動(dòng)設(shè)備僅為溶液泵，其相對(duì)于現(xiàn)有的采用壓縮制冷方式預(yù)冷的天然氣液化工藝而言，故障率更低，系統(tǒng)穩(wěn)定性更好。此外，由于本發(fā)明的實(shí)施例中氨吸收式制冷工藝為系統(tǒng)提供了高溫區(qū)冷量，相對(duì)于現(xiàn)有工藝中循環(huán)冷劑組成為氮?dú)狻⒓淄?、乙?乙烷)、丙烷(丙烯)、異戊烷(正丁烷)減少了循環(huán)冷劑組分?jǐn)?shù)量，本發(fā)明實(shí)施例中的循環(huán)冷劑組成中可無(wú)需配置異戊烷(正丁烷))，減少了系統(tǒng)運(yùn)行的波動(dòng)性，進(jìn)一步提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性。

(4)現(xiàn)有帶預(yù)冷的天然氣液化工藝的預(yù)冷系統(tǒng)采用壓縮制冷方式，預(yù)冷壓縮機(jī)造價(jià)占總預(yù)冷系統(tǒng)的80％左右，設(shè)備比較昂貴，而本發(fā)明實(shí)施例中預(yù)冷系統(tǒng)采用氨吸收制冷系統(tǒng)，無(wú)需設(shè)置預(yù)冷壓縮機(jī)，進(jìn)而減少了設(shè)備投資。此外，現(xiàn)有帶預(yù)冷的天然氣液化工藝中，循環(huán)冷劑出冷箱121為-30℃～-35℃的低溫狀態(tài)，循環(huán)冷劑壓縮設(shè)備130需采用低溫壓縮機(jī)，設(shè)備造價(jià)高，而本發(fā)明實(shí)施例中的循環(huán)冷劑壓縮設(shè)備130為常溫壓縮機(jī)，大大降低了循環(huán)冷劑壓縮設(shè)備130的造價(jià)。此外，采用本發(fā)明的實(shí)施例可在相同的循環(huán)冷劑壓縮機(jī)功率下，為液化工廠擴(kuò)產(chǎn)80％左右，即在相同的產(chǎn)能下，設(shè)備投資較少。

為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，上面結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行了清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。通常在此處附圖中描述和表示出的本發(fā)明實(shí)施例的組件可以以各種不同的配置來(lái)布置和設(shè)計(jì)。

因此，以上對(duì)在附圖中提供的本發(fā)明的實(shí)施例的詳細(xì)描述并非旨在限制要求保護(hù)的本發(fā)明的范圍，而是僅僅表示本發(fā)明的選定實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

在本發(fā)明的描述中，還需要說(shuō)明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語(yǔ)“設(shè)置”、“安裝”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機(jī)械連接，也可以是電焊連接；可以是直接相連，也可以通過(guò)中間媒介間接相連，可以是兩個(gè)元件內(nèi)部的連通。對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以具體情況理解上述術(shù)語(yǔ)在本發(fā)明中的具體含義。