CN104807287A - 一种小型天然气液化制冷系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种小型天然气液化制冷系统及方法，具有流程简单、工程总投资低、变工况适应能力强等特征，具体表现如下：制冷剂经压缩机一级压缩至0.7～1.1MPa左右，经压缩机一级冷却器冷却至-40℃左右，在压缩机一级分离器中无液相产生，进入制冷压缩机二级的介质组成及流量无变化；天然气液化所需冷量由一个制冷循环提供，可通过调节制冷剂组分和配比，以及调控压缩机级两级压力分配，使压缩机级间无液相介质产生；在天然气经冷箱预冷后进入重烃分离罐之前，增加了一个J-T阀，可有效控制操作压力，充分利用天然气压力能转化为冷能，有效分离出天然气中的重烃，防止冷箱后端冻堵问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种天然气液化工艺，尤其是涉及一种适用小型天然气液化的制冷系统及方法。
背景技术
近年，在国家推行节能减排、建设环境友好型社会的背景下，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，可有效解决天然气运输和存储问题，目前国内许多地区均大力发展液化天然气项目。基于我国天然气资源总体有限、局部资源配置不平衡，以及季节性用气量波动较大的特点，使大型天然气液化工厂年开工时间受限，而小型天然气液化工厂具有“船小好调头”的特点越来越受到亲睐。因而开发一种适用小型天然气液化装置，做到设备少、效率高、能耗低投资省的天然气液化工艺非常必要。
发明内容
为了克服现有技术的缺点，本发明提供了一种小型天然气液化制冷系统及方法，结合了传统单循环制冷工艺优点，在此基础上提出合理优化，使之更适用于小型天然气液化工厂建设。
本发明所采用的技术方案是：一种小型天然气液化制冷系统，包括天然气液化系统和混合冷剂制冷系统，其中：天然气液化系统包括冷剂换热器6和重烃分离器7，所述冷剂换热器与重烃分离器的入口连接，重烃分离器的气相出口、冷剂换热器6的中部进口依次连接，冷剂换热器6的底部出口与J－T阀11连接；混合冷剂制冷系统包括冷剂换热器6和制冷压缩机1，所述冷剂换热器6的顶部出口、制冷压缩机1的一级增压段、压缩机一级冷却器2、压缩机一级分离器3依次连接；压缩机一级分离器的气相出口、制冷压缩机1的二级增压段、压缩机二级冷却器4、压缩机一级分离器5依次连接；压缩机二级分离器5的液相出口、冷剂换热器6、J－T阀8、冷剂换热器6的预冷段进口依次连接；压缩机二级分离器5的气相出口、冷剂换热器6、J－T阀9、冷剂换热器6的底部进口依次连接。
本发明还提供了一种小型天然气液化制冷方法，包括如下内容：
一、对天然气进行液化：
天然气经过预处理后进入冷剂换热器中冷却至-50℃～-70℃温度范围时从冷剂换热器中抽出，通过J-T阀10节流降压至4.0MPa左右，再经过重烃分离器进行气液分离脱除重烃，脱除重烃后的天然气经过重烃分离器的气相出口再次进入冷剂换热器6继续冷却、液化，并过冷到-160℃，再经J-T阀11节流降压到10KPa后得到-162～-165℃的LNG产品；
二、冷剂换热器的制冷循环：
从冷剂换热器顶部出来的混合冷剂首先进入压缩机入口分离器进行气液分离，分离后的气相进入冷剂压缩机一级增压段增压至0.7～1.1MPa，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，分离后的气相进入冷剂压缩机二级增压段增压至3.3～4.0MPa，再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：分离后的液相经冷剂换热器冷却至-40～-50℃左右从冷剂换热器抽出，经J-T阀8节流减压至0.3MPa左右后，再次返回至冷剂换热器中，为冷剂换热器预冷段提供冷量；分离后的气相经冷剂换热器冷却至-100～-120℃后从冷剂换热器抽出，经J-T阀9节流减压至0.4MPa左右后，再次返回至冷剂换热器中，为冷剂换热器液化段提供冷量。
与现有技术相比，本发明的积极效果是：具有流程简单、工程总投资低、变工况适应能力强等特征，具体表现如下：
1.适用小型天然气液化制冷工艺天然气液化流程，在传统单混合冷剂制冷循环工艺(MRC)的基础上，通过加入不同组分的量，调节混合制冷剂的组成、配比及循环量，混合冷剂可由氮、甲烷、丙烷、乙烯和异戊烷的一种或者几种组成。制冷剂经压缩机一级压缩至0.7～1.1MPa左右，经压缩机一级冷却器冷却至-40℃左右，在压缩机一级分离器中无液相产生。相比传统单循环混合冷剂制冷循环工艺，制冷压缩机级间无液相产生，进入制冷压缩机二级的介质组成及流量无变化，有效解决压缩机运行过程中一级与二级的介质流量及组成的变化造成压缩机计算、选型及制造的困难，使制冷压缩机选型范围更广、制造更加容易，可使关键压缩机设备国产化。
2.天然气液化所需冷量由一个制冷循环提供，通过调节制冷剂组分和配比，以及调控压缩机级两级压力分配，使压缩机级间无液相介质产生，与单循环混合冷剂制冷工艺相比，克服了多级节流混合冷剂制冷工艺难调节的缺点。压缩机一级分离器中无液相产生，简化了工艺流程，节省投资，操作更加简便，装置易启停。
3.与单循环混合冷剂制冷工艺相比，在日处理规模30万方以下的天然气液化装置，该工艺能耗约高出5％，但该工艺流程简单，投资省，投资回收期短，工程建设周期短。
4.该工艺流程在天然气经冷箱预冷后进入重烃分离罐之前，增加了一个J-T阀，可有效控制操作压力，充分利用天然气压力能转化为冷能，有效分离出天然气中的重烃，防止冷箱后端冻堵问题。
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为本发明的系统原理图。
具体实施方式
一种小型天然气液化制冷系统，如图1所示，包括：制冷压缩机1、压缩机一级冷却器2、压缩机一级分离器3、压缩机二级冷却器4、压缩机二级分离器5、冷剂换热器6、重烃分离器7、J－T阀8、J－T阀9、J－T阀10、J－T阀11、压缩机入口分离器12。其中：
干净化天然气管道经冷剂换热器6与J－T阀10入口连接，J－T阀10出口与重烃分离器7的入口连接，重烃分离器7的气相出口、冷剂换热器6的中部进口依次连接，冷剂换热器6的底部出口与J－T阀11连接，构成天然气液化系统。
冷剂换热器6的顶部出口、压缩机入口分离器12、制冷压缩机1、压缩机一级冷却器2、压缩机一级分离器3依次连接；压缩机一级分离器3的气相出口、制冷压缩机1的二级增压段、压缩机二级冷却器4、压缩机二级分离器5依次连接；压缩机二级分离器5的液相出口、冷剂换热器6、J－T阀8、冷剂换热器6的预冷段进口依次连接；压缩机二级分离器5的气相出口、冷剂换热器6、J－T阀9、冷剂换热器6的底部进口依次连接；换热后的气相混合冷剂从冷剂换热器6的顶部出口出冷剂换热器6后，进入压缩机入口分离器12，构成混合冷剂制冷系统。
本发明还公开了一种小型天然气液化制冷方法，包括如下内容：
一、对天然气进行液化：
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6中冷却至-50℃～-70℃温度范围时从冷剂换热器6中抽出，通过J-T阀10节流降压至4.0MPa左右，再经过重烃分离器7进行气液分离，以脱除天然气中的大部分重烃组分，脱除重烃后的天然气经过重烃分离器7的气相出口再次进入冷剂换热器6继续冷却、液化，并过冷到-160℃，再经J-T阀11节流降压到10KPa后得到-162～-165℃的LNG产品；
二、冷剂换热器的制冷循环：
制冷循环系统采用闭式循环制冷工艺，混合冷剂经过压缩、冷却、冷凝、节流气化，给天然气液化提供冷量；根据天然气液化规模，天然气液化所需冷量不同，通过加入不同组分的量，调节混合制冷剂的组成、配比及循环量，混合冷剂可由氮、甲烷、丙烷、乙烯和异戊烷的一种或者几种组成。具体方法如下：
从冷剂换热器6顶部出来的低压混合冷剂首先进入压缩机入口分离器12进行气液分离,以防止液体进入冷剂压缩机损坏设备。分离后的气体进入冷剂压缩机1一级增压至0.7～1.1MPa左右，再经压缩机一级冷却器2冷却至40℃后进入压缩机一级分离器3进行气液分离，分离出可能存在的液相物质。气相进入压缩机1二级增压至3.3～4.0MPa、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5进行气液分离。液相混合冷剂经冷剂换热器6冷却至-40～-50℃左右从冷剂换热器6抽出，经J-T阀8节流减压至0.3MPa左右后，再次返回至冷剂换热器6中，为冷剂换热器6预冷段提供冷量。气相混合冷剂经冷剂换热器6冷却至-100～-120℃后从冷剂换热器6抽出，经J-T阀9节流减压0.4MPa左右后，再次返回至冷剂换热器6中，为冷剂换热器液化段提供冷量。
Claims (6)
1.一种小型天然气液化制冷系统，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：天然气液化系统包括冷剂换热器（6）和重烃分离器（7），所述冷剂换热器与重烃分离器（7）的入口连接，重烃分离器（7）的气相出口、冷剂换热器（6）的中部进口依次连接，冷剂换热器（6）的底部出口与J－T阀（11）连接；混合冷剂制冷系统包括冷剂换热器（6）和制冷压缩机（1），所述冷剂换热器（6）的顶部出口、制冷压缩机（1）的一级增压段、压缩机一级冷却器（2）、压缩机一级分离器（3）依次连接；压缩机一级分离器（3）的气相出口、制冷压缩机（1）的二级增压段、压缩机二级冷却器（4）、压缩机一级分离器（5）依次连接；压缩机二级分离器（5）的液相出口、冷剂换热器（6）、J－T阀（8）、冷剂换热器（6）的预冷段进口依次连接；压缩机二级分离器（5）的气相出口、冷剂换热器（6）、J－T阀（9）、冷剂换热器（6）的底部进口依次连接。
2.根据权利要求1所述的一种小型天然气液化制冷系统，其特征在于：所述冷剂换热器通过J－T阀（10）与重烃分离器（7）的入口连接。
3.根据权利要求1所述的一种小型天然气液化制冷系统，其特征在于：在冷剂换热器（6）的顶部出口和制冷压缩机（1）的一级增压段之间设置压缩机入口分离器（12）。
4.一种小型天然气液化制冷方法，其特征在于：包括如下内容：
一、对天然气进行液化：
天然气经过预处理后进入冷剂换热器中冷却至-50℃～-70℃温度范围时从冷剂换热器中抽出，通过J-T阀（10）节流降压至4.0MPa左右，再经过重烃分离器（7）进行气液分离脱除重烃，脱除重烃后的天然气经过重烃分离器（7）的气相出口再次进入冷剂换热器（6）继续冷却、液化，并过冷到-160℃，再经J-T阀（11）节流降压到10KPa后得到-162～-165℃的LNG产品；
二、冷剂换热器的制冷循环：
从冷剂换热器（6）顶部出来的混合冷剂首先进入压缩机入口分离器（12）进行气液分离，分离后的气相进入冷剂压缩机（1）一级增压段增压至0.7～1.1MPa，再经压缩机一级冷却器（2）冷却至40℃后进入压缩机一级分离器（3）进行气液分离，分离后的气相进入冷剂压缩机（1）二级增压段增压至3.3～4.0MPa，再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（5）进行气液分离：分离后的液相经冷剂换热器（6）冷却至-40～-50℃左右从冷剂换热器（6）抽出，经J-T阀（8）节流减压至0.3MPa左右后，再次返回至冷剂换热器（6）中，为冷剂换热器（6）的预冷段提供冷量；分离后的气相经冷剂换热器（6）冷却至-100～-120℃后从冷剂换热器（6）抽出，经J-T阀（9）节流减压至0.4MPa左右后，再次返回至冷剂换热器中，为冷剂换热器（6）的液化段提供冷量。
5.根据权利要求4所述的一种小型天然气液化制冷方法，其特征在于：所述对天然气进行预处理是指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。
6.根据权利要求4所述的一种小型天然气液化制冷方法，其特征在于：所述混合冷剂为氮、甲烷、丙烷、乙烯或异戊烷中的一种或者几种组成。
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