CN202547274U - 多级单组分制冷天然气液化系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种多级单组分制冷天然气液化系统，净化天然气在六个换热器（蒸发器）和一个板翅换热器（天然气过冷器）中温度逐渐降低，直至液化；液化过程所需的冷量由丙烷、乙烯、甲烷三个系统提供，该系统调节手段丰富，能够为天然气液化过程提供相匹配的冷量，从而体现出该方法在操作上的灵活性和对原料的适应性。本实用新型的优点是：天然气液化过程能耗低；冷剂压缩机均为单组分压缩机，设计更容易，采购更方便，压缩机运行更稳定，并可采用国产化设备，有效降低了液化厂建设投资；液化过程换热器选择范围大，可采用冷箱结构，也可采用管壳式结构，或两者相结合的结构。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种天然气液化系统，尤其是涉及一种多级单组分制冷天然气液化系统。
背景技术
液化天然气（LNG）具有清洁环保的性能，在无天然气管道到达地区的中小城镇城市燃气、工业燃料、城市燃气调峰及事故应急、燃气汽车、高档瓷器加工等诸多应用领域迅速推广。但受到国际原油价格的影响，天然气价格不断攀升，天然气液化厂效益天然气液化工厂原料成本不断增加，从而导致液化工厂利润空间不断下降。近年来国内外天然气液化厂已向大型化、规模化方向发展，目前单套最大液化能力已到达780万吨/年。能耗低、建设成本相对较低、又能应用于大规模的液化工艺是未来的我国液化技术的发展方向。
目前国内外天然气液化工艺大致可分为以下三种：
1）阶式制冷循环；2）混合冷剂制冷循环，又细分为带或不带预冷的单级混合冷剂循环和多级混合冷剂循环；3）膨胀制冷，又细分为带或不带预冷的单级膨胀制冷和多级膨胀制冷。
以上工艺因各自的特点而适应于不同处理规模的天然气液化厂。带膨胀制冷循环的天然气液化工艺因装置能耗过高，单套装置处理量小，近年来逐渐被单级混合冷剂制冷循环液化技术替代。单级混合冷剂制冷循环液化工艺是目前国内外50×104t/a以下处理规模的液化厂的主流工艺。而带丙烷预冷的混合冷剂制冷循环液化工艺（C3/MRC）及多级混合冷剂制冷液化流程，多用于天然气以上的中大型基本负荷型天然气液化装置。阶式制冷循环液化流程能耗低、适用于100×104t/a以上超大型天然气液化装置。
从以上分析可以看出，带丙烷预冷的混合冷剂制冷循环液化工艺（C3/MRC）、多级混合冷剂制冷液化流程以及阶式制冷循环液化流程能适用于大型或超大型天然气液化工艺。但受到国外天然气液化技术和关键设备的垄断，我国大型液化厂建设成本无法得到有效地控制。开发一种能适用于大型又能使用我国自主化设备的天然气液化系统已非常必要。
实用新型内容
本实用新型克服了现有技术中的缺点，提供了一种多级单组分制冷天然气液化系统，结合了传统阶式制冷工艺优点，同时从关键设备国产化对传统阶式制冷工艺的技术进行了改进及创新，除具有传统阶式制冷工艺特点外，还具有冷剂压缩机、换热器国产化的特点，方便采购、投资更省。
本实用新型的技术方案是：一种多级单组分制冷天然气液化系统，包括丙烷预冷系统、乙烯液化制冷系统和甲烷过冷系统；所述丙烷预冷系统包括依次连接的丙烷压缩机、丙烷储罐、高压丙烷蒸发器、中压丙烷蒸发器和低压丙烷蒸发器；所述乙烯液化制冷系统包括依次连接的乙烯储罐、高压乙烯蒸发器、中压乙烯蒸发器、低压乙烯蒸发器和乙烯压缩机；所述甲烷过冷系统包括依次连接的天然气过冷器和甲烷压缩机；所述乙烯储罐与低压丙烷蒸发器连接，所述乙烯压缩机与高压丙烷蒸发器连接，所述甲烷压缩机与高压丙烷蒸发器连接。
与现有技术相比，本实用新型的优点是：
净化天然气在六个换热器（蒸发器）和一个板翅换热器（天然气过冷器）中温度逐渐降低，直至液化；液化过程所需的冷量由丙烷、乙烯、甲烷三个系统提供，该系统调节手段丰富，能够为天然气液化过程提供相匹配的冷量，从而体现出该工艺在操作上的灵活性和对原料的适应性。与现有技术相比，具有以下优点：
一、天然气液化过程能耗低。
对于天然气液化而言，影响能耗的主要因素为制冷温度和制冷换热过程的换热温差。在相同的制冷温度工况下，换热温差越大，制冷系统的能耗越高。
采用本实用新型的多级单组分进行天然气液化，丙烷、乙烯在3个不同的蒸发压力下蒸发，分成3个温度等级冷却天然气，各个压力下的蒸发制冷剂进入相应的压缩机压缩。最后采用甲烷作为过冷剂为天然气和自身的冷却提供冷量。整个换热过程温差较为均匀，无传热瓶颈，有效能损失小，节能明显。比目前普遍使用的C3/MRC工艺能耗低约5%。
二、冷剂压缩机均为单组分压缩机，设计更容易，采购更方便，压缩机运行更稳定，并可采用国产化设备，有效降低了液化厂建设投资。
冷剂压缩机包括丙烷压缩机，乙烯压缩机，甲烷压缩机，其中丙烷压缩机最低吸气温度为-40～-35℃，乙烯压缩机最低吸气温度为-101℃，对于丙烷压缩机和乙烯压缩机在国内低温行业已经广泛运用，因此该压缩机很容易采购，实现国产化。在传统的阶式制冷工艺中的甲烷压缩机最低吸气温度为-150℃，国产设备无法使用，限制了该工艺的推广。
采用本实用新型的天然气液化系统，甲烷压缩机的最低吸气温度提高到-120℃，采用一级进气，此工况的压缩机在国内低温行业中已有成熟业绩，解决了国内大型LNG工厂国产化的瓶颈。
三、液化过程换热器选择范围大，可采用冷箱结构，也可采用管壳式结构，或两者相结合的结构。
国内外LNG工厂的主换热器设备主要是绕管换热器和板翅式换热器，绕管换热器的现有世界生产商只有APCI和LINDE两家，价格较高，而板翅式换热器在国内的生产厂家较多。国外大型LNG工厂中的主换热器都采用的绕管。采用本实用新型的天然气液化系统，主换热器采用管壳式结构和板翅式换热器，大型液化工厂国产化不再受主换热器的形式限制。
附图说明
本实用新型将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
图1是本实用新型的系统原理示意图。
具体实施方式
一种多级单组分制冷天然气液化系统，如图1所示，包括：丙烷压缩机1、乙烯压缩机2、甲烷压缩机3、高压丙烷蒸发器4、中压丙烷蒸发器5、低压丙烷蒸发器6、高压乙烯蒸发器7、中压乙烯蒸发器8、低压乙烯蒸发器9、天然气过冷器10、丙烷冷却器11、乙烯冷却器12、甲烷冷却器13、丙烷储罐14、乙烯储罐15。其中：
丙烷压缩机1、丙烷冷却器11、丙烷储罐14、高压丙烷蒸发器4、中压丙烷蒸发器5和低压丙烷蒸发器6依次连接，构成丙烷预冷系统，用于对天然气、甲烷和乙烯剂进行预冷。
乙烯储罐15、高压乙烯蒸发器7、中压乙烯蒸发器8、低压乙烯蒸发器9、乙烯压缩机2和乙烯冷却器12依次连接，构成乙烯液化制冷系统，用于将天然气、甲烷冷却至-95~-85℃。
天然气过冷器10、甲烷压缩机3和甲烷冷却器13依次连接，构成甲烷过冷系统，用于为天然气和甲烷自身过冷提供冷量。
本实用新型的基本原理是：较低温度级的循环将热量转给相邻的较高温度级的循环。第一级丙烷制冷循环为天然气、制冷剂乙烯和制冷剂甲烷提供冷量；第二级乙烯制冷循环为天然气和制冷剂甲烷提供冷量；第三级甲烷制冷循环为天然气及自身提供冷量。通过六个换热器（蒸发器4至9）和一个板翅式换热器（天然气过冷器10）冷却，天然气的温度逐渐降低，直至液化。
Claims (4)
1.一种多级单组分制冷天然气液化系统，其特征在于：包括丙烷预冷系统、乙烯液化制冷系统和甲烷过冷系统；所述丙烷预冷系统包括依次连接的丙烷压缩机、丙烷储罐、高压丙烷蒸发器、中压丙烷蒸发器和低压丙烷蒸发器；所述乙烯液化制冷系统包括依次连接的乙烯储罐、高压乙烯蒸发器、中压乙烯蒸发器、低压乙烯蒸发器和乙烯压缩机；所述甲烷过冷系统包括依次连接的天然气过冷器和甲烷压缩机；所述乙烯储罐与低压丙烷蒸发器连接，所述乙烯压缩机与高压丙烷蒸发器连接，所述甲烷压缩机与高压丙烷蒸发器连接。
2.根据权利要求1所述的多级单组分制冷天然气液化系统，其特征在于：在所述丙烷压缩机和丙烷储罐之间设置有丙烷冷却器。
3.根据权利要求1所述的多级单组分制冷天然气液化系统，其特征在于：在所述乙烯压缩机与高压丙烷蒸发器之间设置有乙烯冷却器。
4.根据权利要求1所述的多级单组分制冷天然气液化系统，其特征在于：在所述甲烷压缩机与高压丙烷蒸发器之间设置有甲烷冷却器。
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| CN2012200527302U CN202547274U (zh) | 2012-02-19 | 2012-02-19 | 多级单组分制冷天然气液化系统 |
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Country Status (1)
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|---|---|
| CN (1) | CN202547274U (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102538391A (zh) * | 2012-02-19 | 2012-07-04 | 中国石油集团工程设计有限责任公司 | 多级单组分制冷天然气液化系统及方法 |
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2012
- 2012-02-19 CN CN2012200527302U patent/CN202547274U/zh not_active Expired - Lifetime
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102538391A (zh) * | 2012-02-19 | 2012-07-04 | 中国石油集团工程设计有限责任公司 | 多级单组分制冷天然气液化系统及方法 |
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