CN102620460A - 带丙烯预冷的混合制冷循环系统及方法 - Google Patents

带丙烯预冷的混合制冷循环系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种带丙烯预冷的混合制冷循环系统及方法，在传统单混合冷剂制冷循环工艺的基础上，增加了一套主要包括丙烯压缩机和丙烯蒸发式换热器的预冷系统，将天然气及混合冷剂预冷至-37℃～-42℃，带丙烯预冷的混合冷剂制冷工艺相比单循环混合冷剂具有如下优点：分段制冷效率更高，节省能耗10%以上；有利于关键设备的国产化和液化装置的大型化；单台压缩机功率显著降低，对电网的要求降低；可实现装置变工况操作及环境变化时的灵活操作；与传统双循环混合冷剂制冷工艺相比：丙烯压缩机对单组份介质的适应性强；与带丙烷预冷的混合冷剂制冷工艺相比：国产丙烯压缩机成熟可靠，造价低、制造工期短，使得本发明的工程总投资大幅下降。

Description

带丙烯预冷的混合制冷循环系统及方法
技术领域
本发明涉及一种天然气液化工艺，尤其是涉及一种带丙烯预冷的混合制冷循环系统及方法。
背景技术
随着经济和科学技术的发展，人们环境保护意识的不断加强，天然气作为清洁能源、重要的车船燃料得到越来越广泛的利用。液化天然气（LNG）的体积只有同量气体体积的1/625,因而其液化后，可降低储存和运输成本，且可以提高单位体积的燃值。自上世纪以来，各种不同型式的液化工艺流程得到应用，液化天然气加工成本中电费占生产中成本70%以上。因而降低液化能耗是液化技术发展的必然趋势。
发明内容
为了克服现有技术的上述缺点，本发明提供了一种带丙烯预冷的混合制冷循环系统及方法，结合了传统的带丙烷预冷的混合冷剂制冷循环工艺优点，同时对预冷段和液化过冷段的换热流程及冷剂配比上作了技术改进和创新，具有能耗低、变工况能力强、关键设备能国产化、总投资低等特征。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种带丙烯预冷的混合制冷循环系统，丙烯压缩机、丙烯冷凝器、丙烯凝液罐、一级J-T阀、高压丙烯蒸发器、中压丙烯蒸发器、低压丙烯蒸发器、低低压丙烯蒸发器、混合冷剂分离器依次连接；所述混合冷剂分离器的液相出口、冷剂换热器、五级J-T阀、冷剂换热器依次连接；所述混合冷剂分离器的气相出口、冷剂换热器、六级J-T阀、冷剂换热器依次连接；所述冷剂换热器、混合冷剂压缩机、冷剂压缩机出口冷却器、高压丙烯蒸发器依次连接；所述高压丙烯蒸发器、中压丙烯蒸发器、低压丙烯蒸发器、低低压丙烯蒸发器的丙烯蒸发出口均分别与丙烯压缩机连接；所述高压丙烯蒸发器的液态丙烯出口通过二级J-T阀与中压丙烯蒸发器的液态丙烯进口相连，中压丙烯蒸发器的液态丙烯出口通过三级J-T阀与低压丙烯蒸发器的液态丙烯进口相连，低压丙烯蒸发器的液态丙烯出口通过四级J-T阀与低低压丙烯蒸发器的液态丙烯进口相连。
本发明还提供了一种带丙烯预冷的混合制冷循环方法，包括如下步骤：
从高压丙烯蒸发器、中压丙烯蒸发器、低压丙烯蒸发器、低低压丙烯蒸发器四级丙烯蒸发器出来的丙烯蒸气经丙烯压缩机增压至1.68MPa.g后，经丙烯冷凝器水冷至40℃，进入丙烯凝液罐，然后通过一级J-T阀节流，压力降至0.787MPa.g后进入高压丙烯蒸发器，对天然气和混合冷剂进行冷却；高压丙烯蒸发器蒸发的丙烯回到丙烯压缩机增压，液态丙烯通过二级J-T阀节流，压力降至0.392MPa.g后进入中压丙烯蒸发器，对天然气和混合冷剂进行冷却；中压丙烯蒸发器蒸发的丙烯回到丙烯压缩机增压，液态丙烯通过三级J-T阀节流，压力降至0.135MPa.g后进入低压丙烯蒸发器，对天然气和混合冷剂进行冷却；低压蒸发器蒸发的丙烯回到丙烯压缩机增压，液态丙烯通过四级J-T阀节流，压力降至0.035MPa.g后进入低低压丙烯蒸发器，对天然气和混合冷剂进行冷却；低低压丙烯蒸发器蒸发的丙烯回到丙烯压缩机增压，从低低压丙烯蒸发器出来的高压混合冷剂进入混合冷剂分离器中进行气液分离，其中：
液相混合冷剂过冷后出冷剂换热器，通过五级J-T阀节流后进入冷剂换热器为液化段提供冷量；气相混合冷剂液化并过冷后出冷剂换热器，通过六级J-T阀节流后进入冷剂换热器，为液化段和过冷段提供冷量；最后，混合冷剂复热到-40℃后返回混合冷剂压缩机进行压缩循环。
与现有技术相比，本发明的积极效果是：
1、本发明在传统单混合冷剂制冷循环工艺（MRC）的基础上，增加了一套预冷系统（主要包括丙烯压缩机和丙烯蒸发式换热器），将天然气及混合冷剂预冷至-37℃～-42℃，带丙烯预冷的混合冷剂制冷工艺相比单循环混合冷剂具有如下优点：
1）分段制冷效率更高，节省能耗10%以上；
2）主低温换热器、冷剂压缩机由一台改为两台，有利于关键设备的国产化和液化装置的大型化； 
3）带丙烯预冷的混合冷剂制冷天然气液化流程，单台压缩机功率显著降低，对电网的要求降低；
4）丙烯压缩机采用变频调速，可实现装置变工况操作及环境变化时的灵活操作。
2、与传统双循环混合冷剂制冷工艺相比：丙烯预冷系统为单组分介质，分子量不变，丙烯压缩机对单组份介质的适应性强，而传统的预冷段混合冷剂压缩机，在变工况操作的情况下，随着混合冷剂的配比复杂变化，冷剂分子量变化范围大，预冷段混合冷剂压缩机对变工况能力的适应性弱，易出现压缩机震动、关键部件损坏等现象。
3、与带丙烷预冷的混合冷剂制冷工艺相比：国产丙烯压缩机成熟可靠，造价低、制造工期短，使得本发明的工程总投资大幅下降。 
附图说明
本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
图1是本发明的系统原理示意图。
具体实施方式
一种带丙烯预冷的混合制冷循环系统，如图1所示，包括：丙烯压缩机1、混合冷剂压缩机2、高压丙烯蒸发器3、中压丙烯蒸发器4、低压丙烯蒸发器5、低低压丙烯蒸发器6、冷剂换热器7、丙烯冷凝器8、冷剂压缩机出口冷却器9、冷剂压缩机级间冷却器10、丙烯凝液罐11、混合冷剂分离器12、一级J-T阀13、二级J-T阀14、三级J-T阀15、四级J-T阀16、五级J-T阀17、六级J-T阀18，其中：
高压丙烯蒸发器3、中压丙烯蒸发器4、低压丙烯蒸发器5、低低压丙烯蒸发器6、冷剂换热器7依次连接，构成天然气液化系统。
丙烯压缩机1、丙烯冷凝器8、丙烯凝液罐11、一级J-T阀13、高压丙烯蒸发器3、中压丙烯蒸发器4、低压丙烯蒸发器5、低低压丙烯蒸发器6、混合冷剂分离器12依次连接，混合冷剂分离器12的液相出口、冷剂换热器7、五级J-T阀17、冷剂换热器7依次连接，为液化段提供冷量；混合冷剂分离器12的气相出口、冷剂换热器7、六级J-T阀18、冷剂换热器7依次连接，为液化段和过冷段提供冷量；冷剂换热器7、混合冷剂压缩机2、冷剂压缩机出口冷却器9、高压丙烯蒸发器3依次连接。
所述混合冷剂压缩机2为两级压缩，在两级压缩之间设置有冷剂压缩机级间冷却器10，混合冷剂经混合冷剂压缩机2后，再经过冷剂压缩机出口冷却器9进入高压丙烯蒸发器3进行循环。
高压丙烯蒸发器3、中压丙烯蒸发器4、低压丙烯蒸发器5、低低压丙烯蒸发器6的丙烯蒸发出口均分别与丙烯压缩机1连接；高压丙烯蒸发器3的液态丙烯出口通过二级J-T阀14与中压丙烯蒸发器4的液态丙烯进口相连，中压丙烯蒸发器4的液态丙烯出口通过三级J-T阀15与低压丙烯蒸发器5的液态丙烯进口相连，低压丙烯蒸发器5的液态丙烯出口通过四级J-T阀16与低低压丙烯蒸发器6的液态丙烯进口相连。
一种带丙烯预冷的混合制冷循环方法，包括如下步骤：
1）在预冷段对原料气和高压混合冷剂冷却至-37～-42℃：
天然气、混合冷剂先经四级丙烯蒸发制冷冷却至-35℃后，再进入混合制冷循环系统换热冷却。
从四级丙烯蒸发器出来的丙烯蒸气经丙烯压缩机1增压至1.68MPa.g后经丙烯冷凝器8水冷至40℃，进入丙烯凝液罐11，然后通过一级J-T阀13节流，压力降至0.787MPa.g后进入高压丙烯蒸发器3，对天然气、混合冷剂进行冷却。高压丙烯蒸发器3蒸发的丙烯回到丙烯压缩机1增压，部分液态丙烯通过二级J-T阀14节流，压力降至0.392MPa.g后进入中压丙烯蒸发器4，对天然气、混合冷剂进行冷却。中压丙烯蒸发器4蒸发的丙烯回到丙烯压缩机1增压，部分液态丙烯通过三级J-T阀15节流，压力降至0.135MPa.g后进入低压丙烯蒸发器5，对天然气、混合冷剂进行冷却，低压蒸发器5蒸发的丙烯回到丙烯压缩机1增压，部分液态丙烯通过四级J-T阀16节流，压力降至0.035MPa.g后进入低低压丙烯蒸发器6，对天然气、混合冷剂进行冷却，低低压丙烯蒸发器6蒸发的丙烯回到丙烯压缩机1增压进行循环。
2）在液化及过冷段对天然气进行液化和过冷：
经过增压冷却后的高压混合冷剂经预冷段预冷到-37℃～-42℃后进入混合冷剂分离器12中进行气液分离，分离出的气相和液相分别进入冷剂换热器7的液化及过冷段进一步冷却，其中：液相混合冷剂过冷后出冷剂换热器7，通过五级J-T阀17节流后进入冷剂换热器7为液化段提供冷量；气相混合冷剂液化并过冷后出冷剂换热器7，通过六级J-T阀18节流后进入冷剂换热器7，为液化段和过冷段提供冷量；最后，混合冷剂复热到-40℃后返回混合冷剂压缩机2进行压缩循环：所述混合冷剂压缩机2为两级压缩，在两级压缩之间设置有冷剂压缩机级间冷却器10，混合冷剂经混合冷剂压缩机2后，再经过冷剂压缩机出口冷却器9进入高压丙烯蒸发器3。
天然气在液化及过冷段换热器中冷却到过冷状态排出，经节流后进入LNG储罐储存。

Claims (4)

1.一种带丙烯预冷的混合制冷循环系统，其特征在于：丙烯压缩机、丙烯冷凝器、丙烯凝液罐、一级J-T阀、高压丙烯蒸发器、中压丙烯蒸发器、低压丙烯蒸发器、低低压丙烯蒸发器、混合冷剂分离器依次连接；所述混合冷剂分离器的液相出口、冷剂换热器、五级J-T阀、冷剂换热器依次连接；所述混合冷剂分离器的气相出口、冷剂换热器、六级J-T阀、冷剂换热器依次连接；所述冷剂换热器、混合冷剂压缩机、冷剂压缩机出口冷却器、高压丙烯蒸发器依次连接；所述高压丙烯蒸发器、中压丙烯蒸发器、低压丙烯蒸发器、低低压丙烯蒸发器的丙烯蒸发出口均分别与丙烯压缩机连接；所述高压丙烯蒸发器的液态丙烯出口通过二级J-T阀与中压丙烯蒸发器的液态丙烯进口相连，中压丙烯蒸发器的液态丙烯出口通过三级J-T阀与低压丙烯蒸发器的液态丙烯进口相连，低压丙烯蒸发器的液态丙烯出口通过四级J-T阀与低低压丙烯蒸发器的液态丙烯进口相连。
2.根据权利要求1所述的带丙烯预冷的混合制冷循环系统，其特征在于：所述混合冷剂压缩机为两级压缩，在两级压缩之间设置有冷剂压缩机级间冷却器。
3.一种带丙烯预冷的混合制冷循环方法，其特征在于：包括如下步骤：
从高压丙烯蒸发器、中压丙烯蒸发器、低压丙烯蒸发器、低低压丙烯蒸发器四级丙烯蒸发器出来的丙烯蒸气经丙烯压缩机增压至1.68MPa.g后，经丙烯冷凝器水冷至40℃，进入丙烯凝液罐，然后通过一级J-T阀节流，压力降至0.787MPa.g后进入高压丙烯蒸发器，对天然气和混合冷剂进行冷却；高压丙烯蒸发器蒸发的丙烯回到丙烯压缩机增压，液态丙烯通过二级J-T阀节流，压力降至0.392MPa.g后进入中压丙烯蒸发器，对天然气和混合冷剂进行冷却；中压丙烯蒸发器蒸发的丙烯回到丙烯压缩机增压，液态丙烯通过三级J-T阀节流，压力降至0.135MPa.g后进入低压丙烯蒸发器，对天然气和混合冷剂进行冷却；低压蒸发器蒸发的丙烯回到丙烯压缩机增压，液态丙烯通过四级J-T阀节流，压力降至0.035MPa.g后进入低低压丙烯蒸发器，对天然气和混合冷剂进行冷却；低低压丙烯蒸发器蒸发的丙烯回到丙烯压缩机增压，从低低压丙烯蒸发器出来的高压混合冷剂进入混合冷剂分离器中进行气液分离，其中：
液相混合冷剂过冷后出冷剂换热器，通过五级J-T阀节流后进入冷剂换热器为液化段提供冷量；气相混合冷剂液化并过冷后出冷剂换热器，通过六级J-T阀节流后进入冷剂换热器，为液化段和过冷段提供冷量；最后，混合冷剂复热到-40℃后返回混合冷剂压缩机进行压缩循环。
4.根据权利要求3所述的带丙烯预冷的混合制冷循环方法，其特征在于：所述混合冷剂压缩机为两级压缩，在两级压缩之间设置有冷剂压缩机级间冷却器，混合冷剂经混合冷剂压缩机后，再经过冷剂压缩机出口冷却器进入高压丙烯蒸发器。
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