CN104748463A - 一种混合制冷剂回收及补充方法与装置 - Google Patents

一种混合制冷剂回收及补充方法与装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种混合制冷剂回收及补充方法与装置，其适宜应用于采用混合制冷剂液化工艺的天然气液化流程，用于天然气液化装置停车时制冷剂压缩系统中气相混合制冷剂的回收并在装置开车时将气相混合制冷剂补充回制冷剂压缩系统；采用装填有改性活性炭的气相制冷剂储罐回收气相混合制冷剂；制冷剂补充时改性活性炭吸附的残余混合制冷剂由自制冷剂压缩系统的热气再生，再生气返回制冷剂压缩系统。采用本发明所述方法及装置，可显著提升气相混合制冷剂的回收量，减小了设备体积，解决了气相混合制冷剂回收难点；通过适时地回收或补充部分气相制冷剂，调整混合制冷剂中轻组分的比例及流量，可以改善混合制冷剂液化流程的变工况适应能力。

Description

一种混合制冷剂回收及补充方法与装置
技术领域
本发明属于天然气低温液化领域，具体涉及一种混合制冷剂回收及补充方法与装置。
背景技术
天然气液化装置采用的天然气液化流程有几种不同的型式，以制冷方式分，可有以下三种方式：级联式液化流程，混合制冷剂液化流程，带膨胀机的液化流程。级联式液化流程能耗最低，但动设备多，操作比较复杂；带膨胀机的液化流程存在能耗大、操作相对复杂等缺点；混合制冷剂液化流程优点是能耗小，动设备少，在基本负荷型液化装置和调峰型液化装置中应用均较为普遍。但混合制冷剂液化流程存在制冷剂轻组分回收困难、变工况适应能力差等问题。通常装置停车时，无法回收的制冷剂组分放空送入火炬，造成极大浪费，本发明提出了一种新的制冷剂回收及补充方法，以解决制冷剂轻组分回收困难、变工况适应能力差的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种混合制冷剂回收及补充方法，该方法适宜应用于采用混合制冷剂液化工艺的天然气液化流程，用于天然气液化装置停车时制冷剂压缩系统中气相混合制冷剂即制冷剂中的轻组分的回收，并在装置开车时将气相混合制冷剂补充回制冷剂压缩系统。
具体而言，本发明提供了用于天然气液化装置的混合制冷剂回收及补充方法，所述天然气液化装置包括制冷剂压缩系统和冷箱系统，制冷剂压缩系统通过第一管道即气相制冷剂管道和第二管道即液相制冷剂管道和第三管道即制冷剂返回管道与冷箱系统连接，其特征在于：设置气相制冷剂储罐，气相制冷剂储罐的入口端通过管道经由第二阀门连接至制冷剂压缩系统与气相制冷剂管道上设置的第一阀门之间的气相制冷剂管道，制冷剂压缩系统的制冷剂压缩机的热气出口通过第五管道经由第四阀门连接于第二阀门与气相制冷剂储罐的入口之间的管道，气相制冷剂储罐的出口端通过第四管道经由第三阀门连接至第三管道即制冷剂返回管道，并且设置第六管道，第六管道的一端连接于第三阀门与气相制冷剂储罐的出口端之间的管道，另一端经由第五阀门连接至放空系统，在第六管道的一端与第五阀门之间设置色谱分析仪AI或手动分析取样点；
其中
天然气液化装置正常运行时，所述制冷剂压缩系统出口的气相制冷剂和液相制冷剂分别经第一管道、第一阀门和第二管道去冷箱系统，为冷箱系统提供冷量，出冷箱的制冷剂即返流制冷剂经第三管道返回制冷剂压缩系统入口；
天然气液化装置停车时，关闭第一阀门，制冷剂压缩系统出口的气相混合制冷剂在制冷剂压缩系统出口与气相制冷剂储罐的压力差作用下，经第一管道、第二阀门、气相制冷剂储罐底部入口进入气相制冷剂储罐；首先进入气相制冷剂储罐的制冷剂经管道、第五阀门放空（主要为N2及少量CH4，将N2及CH4放空以便提供更多的空间用于储存回收价值更高的C2～C5组分），并通过第五阀门维持气相制冷剂储罐压力约为0.4～1.5MPa（优选0.6～1.2MPa，更优选0.8～1.0MPa）；第六管道上设置在线混合制冷剂色谱分析仪AI或手动分析取样点，当分析结果显示第六管道中C2（乙烷或乙烯或乙烷和乙烯）含量约为2%～8%（优选3mol%～6mol%，更优选4mol%～5mol%，避免过多的C2组分被放空造成损失）时关闭第五阀门；所述气相制冷剂储罐中装填吸附剂，用于吸附气相混合制冷剂，主要用于吸附混合制冷剂中C2～C5等组分；当气相制冷剂储罐的压力升高至制冷剂压缩系统出口压力时，第二阀门关闭，气相制冷剂的回收停止；
天然气液化装置重新开车需要制冷剂补充或装置调整负荷需增加制冷剂循环中气相制冷剂的量时，气相制冷剂储罐中装填的吸附剂吸附的气相制冷剂自气相制冷剂储罐顶部出口经第四管道、第三阀门补充至第三管道，在气相制冷剂储罐与制冷剂压缩系统入口的压力差下补充至制冷剂压缩系统中；当气相制冷剂储罐中压力降低至与制冷剂压缩系统入口压力相同时，打开第四阀门，自制冷剂压缩系统引一路热气经第五管道、第四阀门进入气相制冷剂储罐底部入口，对气相制冷剂储罐再生，再生气经第三阀门返回至第三管道，补充入制冷剂压缩系统中。
优选地，所述混合制冷剂采用N2及C1～C5链状烷烃和烯烃中的几种，它们按照任意体积比例或按照大约等同的体积比例混合。
本发明所述的气相制冷剂储罐中装填的吸附剂优选为活性炭或改性活性炭；当压力为2.0～5.0MPa时，气相制冷剂储罐中装填改性活性炭时气相制冷剂的回收量较不装填改性活性炭时的回收量可提高15～30倍。
本发明的另一个目的是提供一种用于实施上述方法的用于天然气液化装置的混合制冷剂回收及补充装置，所述天然气液化装置包括制冷剂压缩系统和冷箱系统，制冷剂压缩系统通过第一管道即气相制冷剂管道和第二管道即液相制冷剂管道和第三管道即制冷剂返回管道与冷箱系统连接，其特征在于：设置气相制冷剂储罐，气相制冷剂储罐的入口端通过管道经由第二阀门连接至制冷剂压缩系统与气相制冷剂管道上设置的第一阀门之间的气相制冷剂管道，制冷剂压缩系统的制冷剂压缩机的热气出口通过第五管道经由第四阀门连接于第二阀门与气相制冷剂储罐的入口之间的管道，气相制冷剂储罐的出口端通过第四管道经由第三阀门连接至第三管道即制冷剂返回管道，并且设置第六管道，第六管道的一端连接于第三阀门与气相制冷剂储罐的出口端之间的管道，另一端经由第五阀门连接至放空系统，在第六管道的一端与第五阀门之间设置色谱分析仪AI或手动分析取样点。
优选地，所述制冷剂压缩系统包括一台制冷剂压缩机、两台冷却器、两台气液分离器和一台液体泵；所述制冷剂压缩机采用一级或二级压缩；
第三管道连接压缩机第一压缩段的入口，压缩机第一压缩段的出口连接到第一级冷却器，第一级冷却器再与第一级气液分离器连接，第一级气液分离器的气相端连接到第二压缩段，第一级气液分离器的底部液相端连接到一台液体泵，该液体泵的输出管道与第二压缩段的出口管道汇合后连接到第二级冷却器，第二级冷却器再与第二级气液分离器连接，第二级气液分离器的气相出口端和液相出口端分别经第一管道和第二管道连接至冷箱系统；
所述第五管道自制冷剂压缩系统制冷剂压缩机的一级压缩出口或二级压缩出口引出。
优选地，气相制冷剂储罐装填有活性炭或改性活性炭。所述改性活性炭可以是酸改性的活性炭、碱改性的活性炭、金属离子改性的活性炭的任何一种或两种以上，这些改性活性炭可以使用市售产品。
优选地，制冷剂压缩系统采用二级压缩时，所述热气出口管道自制冷剂压缩系统的制冷剂压缩机的一级压缩出口或二级压缩出口引出。
本发明的优点：
1、气相制冷剂储罐中装填有活性炭或改性的活性炭，例如酸改性的活性炭、碱改性的活性炭、金属离子改性的活性炭，活性炭或改性活性炭对气相制冷剂有很强的吸附能力，相对于相同体积的无装填的储罐，其气相制冷剂回收能力大幅提升。
2、通过适时地回收或补充部分气相制冷剂，调整混合制冷剂中轻组分的比例及流量，可以改善混合制冷剂液化流程的变工况适应能力。
附图说明
图1是混合制冷剂回收及补充工艺流程图；
图2是其中一种实施方式的制冷剂压缩系统工艺流程图。
V1、气相制冷剂储罐V2、第一级气液分离器V3、第二级气液分离器E1、第一级冷却器E2、第二级冷却器P1、液体泵C1、制冷剂压缩机
具体实施方式
本发明提供一种混合制冷剂回收及补充装置，其适宜应用于采用混合制冷剂液化工艺的天然气液化流程，用于天然气液化装置停车时制冷剂压缩系统中气相混合制冷剂的回收并在装置开车时将气相混合制冷剂补充回制冷剂压缩系统。
所述混合制冷剂采用N2及C1～C5链状烷烃和烯烃中的几种，它们按照任意体积比例或按照大约等同的体积比例混合。
图1示出了用于天然气液化装置的混合制冷剂回收及补充装置，所述天然气液化装置包括制冷剂压缩系统和冷箱系统，制冷剂压缩系统通过第一管道1即气相制冷剂管道和第二管道2即液相制冷剂管道和第三管道3即制冷剂返回管道与冷箱系统连接，其中：设置气相制冷剂储罐V1，气相制冷剂储罐V1的入口端通过管道经由第二阀门V-2连接至制冷剂压缩系统与气相制冷剂管道上设置的第一阀门V-1之间的气相制冷剂管道1，制冷剂压缩系统的制冷剂压缩机C1的热气出口通过第五管道V-5经由第四阀门V-4连接于第二阀门V-2与气相制冷剂储罐V1的入口之间的管道，气相制冷剂储罐V1的出口端通过第四管道4经由第三阀门V-3连接至第三管道3即制冷剂返回管道，并且设置第六管道6，第六管道6的一端连接于第三阀门V-3与气相制冷剂储罐V1的出口端之间的管道，另一端经由第五阀门V-5连接至放空系统，在第六管道V-6的一端与第五阀门V-5之间设置色谱分析仪AI或手动分析取样点。
在作为一种实施方式，如附图2所示，制冷剂压缩机采用二级压缩，第三管道3连接压缩机第一压缩段的入口，压缩机第一压缩段的出口连接到第一级冷却器E1，第一级冷却器E1再与第一级气液分离器V2连接，第一级气液分离器V2的气相端连接到第二压缩段，第一级气液分离器V2的底部液相端连接到一台液体泵P1，该液体泵P1的输出管道与第二压缩段的出口管道汇合后连接到第二级冷却器E2，第二级冷却器E2再与第二级气液分离器V3连接，第二级气液分离器V3的气相出口端和液相出口端分别经第一管道1、第一阀门V-1和第二管道2连接至冷箱系统；
所述热气管道（第五管道）5自制冷剂压缩系统制冷剂压缩机C1的一级压缩出口或二级压缩出口引出。
天然气液化装置正常运行时，所述制冷剂压缩系统出口的气相制冷剂和液相制冷剂分别经第一管道1、第一阀门V-1和第二管道2去冷箱系统，为冷箱系统提供冷量，出冷箱系统的制冷剂（即返流制冷剂）经第三管道3返回制冷剂压缩系统入口；
天然气液化装置装置停车时，关闭第一阀门V-1，制冷剂压缩系统出口的气相混合制冷剂在制冷剂压缩系统出口与气相制冷剂储罐V1的压力差作用下，经第一管道1、第二阀门V-2、气相制冷剂储罐V1底部入口进入气相制冷剂储罐V1；首先进入气相制冷剂储罐V1的制冷剂经第六管道6、第五阀门V-5放空（主要为N2及少量CH4，将N2及CH4放空以便提供更多的空间用于储存回收价值更高的C2～C5组分），并通过第五阀门V-5维持气相制冷剂储罐V1压力约为0.4～1.5MPa（优选0.6～1.2MPa，更优选0.8～1.0MPa）；第六管道6上设置在线混合制冷剂色谱分析仪AI或手动分析取样点，当分析结果显示第六管道6中C2（乙烷或乙烯或乙烷和乙烯）含量约为2mol%～8mol%（优选3mol%～6mol%，更优选4mol%～5mol%，避免过多的C2组分被放空造成损失）时关闭第五阀门V-5；所述气相制冷剂储罐V1中装填吸附剂，用于吸附气相混合制冷剂，主要用于吸附混合制冷剂中C2～C5等组分；当气相制冷剂储罐V1的压力升高至制冷剂压缩系统出口压力（例如1.2～5.5MPa，优选1.5～5.0MPa，进一步优选2.0～4.0MPa）时，第二阀门V-2关闭，气相制冷剂的回收停止；
天然气液化装置重新开车需要制冷剂补充或装置调整负荷需增加制冷剂循环中气相制冷剂的量时，气相制冷剂储罐V1中装填的吸附剂吸附的气相制冷剂自气相制冷剂储罐V1顶部出口经管道（第四管道）4、第三阀门V-3补充至第三管道3，在气相制冷剂储罐与制冷剂压缩系统入口的压力差下补充至制冷剂压缩系统中；当气相制冷剂储罐V1中压力降低至与制冷剂压缩系统入口压力相同时，打开第四阀门V-4，自制冷剂压缩系统引一路热气经热气管道（第五管道）5、第四阀门V-4进入气相制冷剂储罐V1底部入口，对气相制冷剂储罐V1中的吸附剂活性炭再生，再生气经第三阀门V-3返回至第三管道3，补充入制冷剂压缩系统中。
本发明所述的气相制冷剂储罐V1中装填的吸附剂为改性活性炭；当压力为2.0～5.0MPa时，气相制冷剂储罐V1中装填改性活性炭时气相制冷剂的回收量较不装填改性活性炭时的回收量可提高15～30倍。
采用本发明所述方法及装置，由于气相制冷剂储罐中装填有改性的活性炭，改性活性炭对气相制冷剂有很强的吸附能力，相对于相同体积的无装填的储罐，其气相制冷剂回收能力大幅提升，也减小了设备体积；通过适时地回收或补充部分气相制冷剂，调整混合制冷剂中轻组分的比例及流量，可以改善混合制冷剂液化流程的变工况适应能力。

Claims (7)

1.一种用于天然气液化装置的混合制冷剂回收及补充方法，所述天然气液化装置包括制冷剂压缩系统和冷箱系统，制冷剂压缩系统通过第一管道即气相制冷剂管道和第二管道即液相制冷剂管道和第三管道即制冷剂返回管道与冷箱系统连接，其特征在于：设置气相制冷剂储罐，气相制冷剂储罐的入口端通过管道经由第二阀门连接至制冷剂压缩系统与气相制冷剂管道上设置的第一阀门之间的气相制冷剂管道，制冷剂压缩系统的制冷剂压缩机的热气出口通过第五管道经由第四阀门连接于第二阀门与气相制冷剂储罐的入口之间的管道，气相制冷剂储罐的出口端通过第四管道经由第三阀门连接至第三管道即制冷剂返回管道，并且设置第六管道，第六管道的一端连接于第三阀门与气相制冷剂储罐的出口端之间的管道，另一端经由第五阀门连接至放空系统，在第六管道的一端与第五阀门之间设置色谱分析仪AI或手动分析取样点；
其中
天然气液化装置正常运行时，所述制冷剂压缩系统出口的气相制冷剂和液相制冷剂分别经第一管道、第一阀门和第二管道去冷箱系统，为冷箱系统提供冷量，出冷箱的制冷剂即返流制冷剂经第三管道返回制冷剂压缩系统入口；
天然气液化装置停车时，关闭第一阀门，制冷剂压缩系统出口的气相混合制冷剂在制冷剂压缩系统出口与气相制冷剂储罐的压力差作用下，经第一管道、第二阀门、气相制冷剂储罐底部入口进入气相制冷剂储罐；首先进入气相制冷剂储罐的制冷剂经管道、第五阀门放空，并通过第五阀门维持气相制冷剂储罐压力约为0.4～1.5MPa；第六管道上设置在线混合制冷剂色谱分析仪AI或手动分析取样点，当分析结果显示第六管道中C2含量约为2%～8%时关闭第五阀门；所述气相制冷剂储罐中装填吸附剂，用于吸附气相混合制冷剂；当气相制冷剂储罐的压力升高至制冷剂压缩系统出口压力时，第二阀门关闭，气相制冷剂的回收停止；
天然气液化装置重新开车需要制冷剂补充或装置调整负荷需增加制冷剂循环中气相制冷剂的量时，气相制冷剂储罐中装填的吸附剂吸附的气相制冷剂自气相制冷剂储罐顶部出口经第四管道、第三阀门补充至第三管道，在气相制冷剂储罐与制冷剂压缩系统入口的压力差下补充至制冷剂压缩系统中；当气相制冷剂储罐中压力降低至与制冷剂压缩系统入口压力相同时，打开第四阀门，自制冷剂压缩系统引一路热气经第五管道、第四阀门进入气相制冷剂储罐底部入口，对气相制冷剂储罐再生，再生气经第三阀门返回至第三管道，补充入制冷剂压缩系统中。
2.根据权利要求1所述的混合制冷剂回收及补充方法，其特征在于，所述混合制冷剂采用N2及C1～C5链状烷烃和烯烃中的几种，它们按照任意体积比例或按照大约等同的体积比例混合。
3.根据权利要求1或2所述的混合制冷剂回收及补充方法，其特征在于：气相制冷剂储罐V1中装填的吸附剂为活性炭或改性活性炭。
4.一种用于天然气液化装置的混合制冷剂回收及补充装置，所述天然气液化装置包括制冷剂压缩系统和冷箱系统，制冷剂压缩系统通过第一管道即气相制冷剂管道和第二管道即液相制冷剂管道和第三管道即制冷剂返回管道与冷箱系统连接，其特征在于：设置气相制冷剂储罐，气相制冷剂储罐的入口端通过管道经由第二阀门连接至制冷剂压缩系统与气相制冷剂管道上设置的第一阀门之间的气相制冷剂管道，制冷剂压缩系统的制冷剂压缩机的热气出口通过第五管道经由第四阀门连接于第二阀门与气相制冷剂储罐的入口之间的管道，气相制冷剂储罐的出口端通过第四管道经由第三阀门连接至第三管道即制冷剂返回管道，并且设置第六管道，第六管道的一端连接于第三阀门与气相制冷剂储罐的出口端之间的管道，另一端经由第五阀门连接至放空系统，在第六管道的一端与第五阀门之间设置色谱分析仪AI或手动分析取样点。
5.根据权利要求4所述的混合制冷剂回收及补充装置，其特征在于，所述制冷剂压缩系统包括一台制冷剂压缩机、两台冷却器、两台气液分离器和一台液体泵；所述制冷剂压缩机采用一级或二级压缩；
第三管道连接压缩机第一压缩段的入口，压缩机第一压缩段的出口连接到第一级冷却器，第一级冷却器再与第一级气液分离器连接，第一级气液分离器的气相端连接到第二压缩段，第一级气液分离器的底部液相端连接到一台液体泵，该液体泵的输出管道与第二压缩段的出口管道汇合后连接到第二级冷却器，第二级冷却器再与第二级气液分离器连接，第二级气液分离器的气相出口端和液相出口端分别经第一管道和第二管道连接至冷箱系统；
所述第五管道自制冷剂压缩系统制冷剂压缩机的一级压缩出口或二级压缩出口引出。
6.根据权利要求4所述的混合制冷剂回收及补充装置，其特征在于，气相制冷剂储罐装填有活性炭或改性活性炭。
7.根据权利要求4或5所述的混合制冷剂回收及补充装置，其特征在于，制冷剂压缩系统采用二级压缩时，所述热气出口管道自制冷剂压缩系统的制冷剂压缩机的一级压缩出口或二级压缩出口引出。
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