CN102748919A - 单循环混合冷剂四级节流制冷系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种单循环混合冷剂四级节流制冷系统及方法，结合了传统单循环制冷工艺优点，同时通过对制冷压缩机出口的混合冷剂进行多级分离、过冷节流后进冷箱，增加了混合冷剂制冷过程的温度梯度，使之更接近于传统阶式制冷工艺，既尽可能地降低工艺过程的损失，又解决了混合冷剂在冷箱中的气-液分配问题。本发明的积极效果是：具有能耗低、流程简单、工程总投资低、变工况适应能力强等特征。
Description
技术领域
本发明涉及一种天然气液化工艺，尤其是涉及一种单循环混合冷剂四级节流制冷系统及方法。
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，天然气作为优质、高效、清洁能源、重要的车船燃料正得到日益广泛的利用。目前许多没有天然气资源的地区都准备利用液化天然气来解决汽车燃料问题，因此天然气的液化成为需要解决的首要问题。目前国内外天然气液化主要采用混合冷剂制冷工艺（MRC），或带丙烷预冷的混合冷剂制冷工艺（C3/MRC）。前者工艺流程较为简单，但能耗高；后者能耗虽有所降低，但流程复杂、投资高。此外，这两种工艺均为国外专利技术，其具体应用受到诸多制约，工程投资高、建设周期长。
发明内容
为了克服现有技术的上述缺点，本发明提供了一种单循环混合冷剂四级节流制冷系统及方法，结合了传统单循环制冷工艺优点，同时通过对制冷压缩机出口的混合冷剂进行多级分离、过冷节流后进冷箱，增加了混合冷剂制冷过程的温度梯度，使之更接近于传统阶式制冷工艺，既尽可能地降低工艺过程的损失，又解决了混合冷剂在冷箱中的气-液分配问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种单循环混合冷剂四级节流制冷系统，包括天然气液化系统和混合冷剂制冷系统，其中：混合冷剂制冷系统包括依次连接的混合冷剂压缩机、压缩机一级冷却器、压缩机一级分离器，所述压缩机一级分离器的液相出口、冷剂换热器、一级J－T阀依次连接；所述压缩机一级分离器的气相出口、压缩机二级冷却器和压缩机二级分离器依次连接，所述压缩机二级分离器的液相出口、冷剂换热器、二级J－T阀依次连接；所述压缩机二级分离器的气相出口、冷剂换热器、冷剂低温分离器依次连接，所述冷剂低温分离器的液相出口、三级J－T阀依次连接；所述冷剂低温分离器的气相出口、冷剂换热器、四级J－T阀14、冷剂换热器、混合冷剂压缩机依次连接。
本发明还提供了一种单循环混合冷剂四级节流制冷方法，从冷剂换热器顶部出来的低压混合冷剂进入冷剂压缩机一级入口增压，再经压缩机一级冷却器冷却至40℃后进入压缩机一级分离器进行气液分离，其中：
液相冷剂经一级冷剂输送泵注入冷剂换热器进行冷却、过冷，然后再经一级J－T阀节流，为冷剂换热器预冷段提供冷量；气相冷剂进入压缩机二级入口增压、并经压缩机二级冷却器冷却至40℃后进入压缩机二级分离器进行气液分离，其中：
液相冷剂经二级冷剂输送泵注入冷剂换热器，过冷后经二级J－T阀节流，为冷剂换热器液化段提供冷量；气相冷剂进入冷剂换热器预冷至-35℃后，从冷剂换热器中抽出，进入冷剂低温分离器进行气液分离，其中：
液相冷剂进入冷剂换热器中过冷至-100～-120℃后抽入进行三级J－T阀节流，为冷剂换热器液化段提供冷量；气相冷剂进入冷剂换热器后，经液化、过冷至-160℃时，从冷剂换热器中抽出，通过四级J－T阀节流膨胀后进入冷剂换热器，为冷剂换热器过冷段提供冷量；低压混合冷剂提供完冷量后，从冷剂换热器顶部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：具有能耗低、流程简单、工程总投资低、变工况适应能力强等特征，具体表现如下：
1. 循环混合冷剂四级节流制冷循环天然气液化流程，在传统单混合冷剂制冷循环工艺（MRC）的基础上，增加了混合冷剂分液罐，气相冷剂经冷剂换热器冷凝到一定温度后，从冷箱中抽出进行气液分离，进一步提纯液相混合冷剂，该工艺与MRC工艺相比，具有的特点有：
1）多级气液分离，解决了混合冷剂在冷箱中的气-液分配不均匀问题，使冷流和热流换热温差比较接近，从而可使能耗比传统单循环混合制冷工艺要节约5%的能耗；
2）采用2～4级冷剂节流，混合冷剂中的重组分如异戊烷等介质不进入低温端，避免了重组分在低温段无法气化，形成液塞或凝固导致制冷系统无法正常循环的问题；
2.与传统双循环制冷工艺相比，对制冷循环过程的气相、液相混合冷剂采取单独过冷、节流设计，同时优化调整冷剂配比，提高了制冷效率。
3.与带丙烷预冷或双循环混合冷剂制冷工艺相比，能耗仅高出2%，但该工艺流程简单，投资省，投资回收期短，工程建设周期短。
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
一种单循环混合冷剂四级节流制冷系统，如图1所示，包括：混合冷剂压缩机1、冷剂换热器2、压缩机一级冷却器3、压缩机二级冷却器4、压缩机一级分离器5、压缩机二级分离器6、一级冷剂输送泵7、二级冷剂输送泵8、冷剂低温分离器9、重烃分离器10、一级J－T阀11、二级J－T阀12、三级J－T阀13、四级J－T阀14、液化气J－T阀15。其中：
干净化天然气管道经冷剂换热器2与重烃分离器10的入口连接，重烃分离器10的气相出口接入冷剂换热器2，出冷剂换热器2后与液化气J－T阀15连接，构成天然气液化系统。
冷剂换热器2的顶部出口、混合冷剂压缩机1、压缩机一级冷却器3、压缩机一级分离器5依次连接，压缩机一级分离器5的液相出口、一级冷剂输送泵7、冷剂换热器2、一级J－T阀11依次连接；压缩机一级分离器5的气相出口、压缩机二级冷却器4、压缩机二级分离器6依次连接，压缩机二级分离器6的液相出口、二级冷剂输送泵8、冷剂换热器2、二级J－T阀12依次连接；压缩机二级分离器6的气相出口、冷剂换热器2、冷剂低温分离器9依次连接，冷剂低温分离器9的液相出口、三级J－T阀13依次连接；冷剂低温分离器9的气相出口、冷剂换热器2、四级J－T阀14、冷剂换热器2依次连接，构成混合冷剂制冷系统。
原料气经过预处理系统，将天然气中的二氧化碳、水、汞等杂质脱除至达到天然气液化标准后，进入冷剂换热器2冷却至-50℃～-70℃温度范围时从冷剂换热器2中抽出，经过重烃分离器10脱除天然气中的重烃组分，脱除重烃后的天然气再次进入冷剂换热器2继续冷却、液化，并过冷到-160℃，再经J-T阀节流降压到10KPa后得到-162～-165℃的LNG产品，其中：
天然气液化所需的冷量由混合冷剂制冷系统提供, 混合冷剂由氮、甲烷、乙烯、丙烯和异戊烷组成，其中氮气的摩尔含量在4%～15%之间，丙烯的摩尔含量在10%～25%之间；
混合制冷系统采用闭式循环制冷工艺，冷剂经过压缩、冷却、冷凝、节流气化，然后给天然气液化及自身提供冷量，具体方法如下：
从冷剂换热器2顶部出来的低压混合冷剂首先进入混合冷剂压缩机1入口分液罐进行气液分离,以防止液体进入冷剂压缩机损坏设备。顶部出来的气体进入冷剂压缩机一级入口增压，再经压缩机一级冷却器3冷却至40℃后进入压缩机一级分离器5进行气液分离，其中：
液相冷剂（主要为异戊烷）经一级冷剂输送泵7注入冷剂换热器2进行冷却、过冷，然后再经一级J－T阀11节流，为预冷段冷剂换热器提供冷量；气相冷剂进入压缩机二级入口增压、并经压缩机二级冷却器4冷却至40℃后进入压缩机二级分离器6进行气液分离，其中：
液相冷剂（主要为丙烯组分）经二级冷剂输送泵8注入冷剂换热器2，过冷后经二级J－T阀12节流，为液化段冷剂换热器提供冷量；气相冷剂进入冷剂换热器2预冷至-35℃后，从冷剂换热器2中抽出，进入冷剂低温分离器9进行气液分离，其中：
液相冷剂（主要为乙烯组分）进入冷剂换热器2中过冷至-100～-120℃后抽入进行三级J－T阀13节流，为冷剂换热器液化段提供冷量；气相冷剂进入冷剂换热器2后，经液化、过冷至-160℃时，从冷剂换热器2中抽出，通过四级J－T阀14节流膨胀后进入冷剂换热器2，为冷剂换热器过冷段提供冷量。低压混合冷剂提供完冷量后，从冷剂换热器2顶部返回混合冷剂压缩机1进行压缩循环。
循环混合冷剂四级节流制冷天然气液化工艺的基本原理是通过将冷剂压缩机出口的混合冷剂进行多级分离、过冷节流后进冷箱，使各温度段的冷剂组分分割更纯，从而实现混合冷剂多阶制冷，使液化过程更接近于传统阶式制冷工艺。
Claims (5)
1.一种单循环混合冷剂四级节流制冷系统，其特征在于：包括天然气液化系统和混合冷剂制冷系统，其中：混合冷剂制冷系统包括依次连接的混合冷剂压缩机、压缩机一级冷却器、压缩机一级分离器，所述压缩机一级分离器的液相出口、冷剂换热器、一级J－T阀依次连接；所述压缩机一级分离器的气相出口、压缩机二级冷却器和压缩机二级分离器依次连接，所述压缩机二级分离器的液相出口、冷剂换热器、二级J－T阀依次连接；所述压缩机二级分离器的气相出口、冷剂换热器、冷剂低温分离器依次连接，所述冷剂低温分离器的液相出口、三级J－T阀依次连接；所述冷剂低温分离器的气相出口、冷剂换热器、四级J－T阀14、冷剂换热器、混合冷剂压缩机依次连接。
2.根据权利要求1所述的单循环混合冷剂四级节流制冷系统，其特征在于：在所述压缩机一级分离器的液相出口和冷剂换热器之间设置有一级冷剂输送泵。
3.根据权利要求1所述的单循环混合冷剂四级节流制冷系统，其特征在于：在所述压缩机二级分离器的液相出口和冷剂换热器之间设置有二级冷剂输送泵。
4.一种单循环混合冷剂四级节流制冷方法，其特征在于：从冷剂换热器顶部出来的低压混合冷剂进入冷剂压缩机一级入口增压，再经压缩机一级冷却器冷却至40℃后进入压缩机一级分离器进行气液分离，其中：
液相冷剂经一级冷剂输送泵注入冷剂换热器进行冷却、过冷，然后再经一级J－T阀节流，为冷剂换热器预冷段提供冷量；气相冷剂进入压缩机二级入口增压、并经压缩机二级冷却器冷却至40℃后进入压缩机二级分离器进行气液分离，其中：
液相冷剂经二级冷剂输送泵注入冷剂换热器，过冷后经二级J－T阀节流，为冷剂换热器液化段提供冷量；气相冷剂进入冷剂换热器预冷至-35℃后，从冷剂换热器中抽出，进入冷剂低温分离器进行气液分离，其中：
液相冷剂进入冷剂换热器中过冷至-100～-120℃后抽入进行三级J－T阀节流，为冷剂换热器液化段提供冷量；气相冷剂进入冷剂换热器后，经液化、过冷至-160℃时，从冷剂换热器中抽出，通过四级J－T阀节流膨胀后进入冷剂换热器，为冷剂换热器过冷段提供冷量；低压混合冷剂提供完冷量后，从冷剂换热器顶部返回混合冷剂压缩机进行压缩循环。
5.根据权利要求4所述的单循环混合冷剂四级节流制冷方法，其特征在于：从冷剂换热器顶部出来的低压混合冷剂在进入冷剂压缩机一级入口增压前先进入混合冷剂压缩机入口分液罐进行气液分离。
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