CN202547273U - 双级多组分混合冷剂制冷天然气液化*** - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种双级多组分混合冷剂制冷天然气液化***，通过在传统单混合冷剂制冷***基础上增加预冷***，将天然气及高压混合冷剂预冷至-30℃～-60℃；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；本实用新型的优点是：分段制冷效率更高，比传统混合冷剂制冷工艺节省能耗12%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；将预冷段和液化及过冷段分开，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***无法正常循环的问题；能优化调整冷剂配比，提高制冷效率；预冷循环工艺流程简单，投资省；预冷压缩机结构简单，造价低，便于实现国产化。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种天然气液化***，尤其是涉及一种双级多组分混合冷剂制冷天然气液化***。
背景技术
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。表1列出了阶式制冷循环液化工艺比功耗与其他几种液化工艺的比功耗的比较，典型阶式制冷循环液化工艺的比功耗为0.33kW.h/kgLNG，在表1中以阶式制冷循环液化工艺的比功耗为比较标准，取为1。
表1 液化工艺能耗对比
| 液化流程 | 能耗对比 | 适合的液化规模 |
| 阶式制冷循环液化工艺 | 1.0 | 大型装置 |
| 单级混合冷剂制冷循环液化工艺 | 1.25 | 30~200x104m3/d |
| 带丙烷预冷的混合冷剂制冷循环液化工艺 | 1.15 | 200~300x104m3/d |
| 多级混合冷剂制冷循环液化工艺 | 1.05 | 200~400 x104m3/d |
| 单级膨胀制冷循环液化工艺 | 2.0 | 10 x104m3/d |
| 带丙烷预冷的单级膨胀制冷液化工艺 | 1.7 | 20 x104m3/d |
| 两级膨胀制冷液化工艺 | 1.7 | 20 x104m3/d |
带膨胀制冷循环的天然气液化工艺因装置能耗过高，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50x104t/a天然气以上的大型基本负荷型天然气液化装置。阶式制冷循环液化工艺由于流程设备多、流程复杂、投资大，只适用于超大型天然气液化装置。
1）混合冷剂制冷循环（MRC）
混合冷剂制冷循环是采用N2和C1～C5烃类混合物作为循环制冷剂的工艺。该工艺的特点是在制冷循环中采用混合制冷剂，只需要一台压缩机，相比阶式制冷循环流程简单，投资低。同时，单级混合冷剂制冷循环也有其缺点：在实际生产过程中，要使整个液化过程（从常温到-162℃）所需的冷量与冷剂所提供的冷量完全匹配是比较困难的。因此混合制冷剂循环流程的能耗比9个温度梯度水平的阶式循环流程高。
同时，当大于50x104t/a液化规模时，因单台冷剂压缩机负荷受限以及混合制冷剂管道管径受限，发展了带丙烷预冷+混合冷剂制冷循环工艺或多级混合冷剂制冷循环工艺。
2）C3/MRC工艺和DMRC工艺
当天然气液化厂发展进一步大型化，发展成有丙烷预冷的MRC工艺，简称C3/MRC，它的效率接近阶式循环，而投资接近单混合冷剂制冷循环（SMR）工艺。此法的原理是分两段供给冷量：高温段用丙烷制冷***提供冷量，按3～4个温度梯度将原料天然气及高压段混合冷剂预冷到-30℃；低温段换热由高压制冷剂提供冷量。C3/MRC工艺中丙烷预冷***具有复杂的多级压力控制***，其技术仅被美国APCI公司掌握，而丙烷压缩机的多级吸气结构导致该压缩机需要进口。
在C3/MRC工艺的基础上，采用混合冷剂代替丙烷进行的预冷工艺，简称为DMRC工艺。采用混合冷剂代替丙烷冷剂，一方面使预冷段冷流和热流的焓曲线更接近，提高了热力学效率；另一方面压缩机结构简单，便于国产化。但受混合冷剂在换热器中换热效率的影响，其能耗略高于C3/MRC。
由于近年来天然气价格不断上涨，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。开发改进一种能耗低、变工况能力强，设备国产化程度高，能有效降低投资成本的液化***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，提供了一种双级多组分混合冷剂制冷天然气液化***，结合了传统的双混合冷剂制冷循环***的优点，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。
本实用新型的技术方案是：一种双级多组分混合冷剂制冷天然气液化***，包括预冷段制冷***和液化及过冷段制冷***；所述预冷段制冷***包括依次连接的预冷压缩机、预冷压缩机出口冷却器和预冷压缩机出口分离器，所述预冷压缩机出口分离器的液相和气相均接入预冷段换热器，且出预冷段换热器后进入预冷压缩机进行循环；所述液化及过冷段制冷***包括依次连接的高压混合冷剂分离罐、液化及过冷段换热器、高压混合冷剂压缩机和高压混合冷剂压缩机出口冷却器，所述高压混合冷剂分离罐的液相和气相均接入液化及过冷段换热器，且出液化及过冷段换热器后进入高压混合冷剂压缩机进行循环。
与现有技术相比，本实用新型的优点是：
一、在传统单混合冷剂制冷循环工艺（SMR）的基础上，增加了一套预冷***（主要包括预冷压缩机和预冷段换热器），将天然气及高压混合冷剂预冷至-30℃～-60℃，双循环混合冷剂制冷工艺相比SMR具有如下优点：
1）分段制冷效率更高，节省能耗15%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）双级多组分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）将预冷段和液化及过冷段分开，混合冷剂中的重组分如正丁烷、异戊烷等介质不进入低温段，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***无法正常循环的问题。
二、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（预冷压缩机出口分离器中的液态冷剂单独过冷节流，形成一个制冷温度级；高压混合冷剂分离罐中的液态冷剂单独过冷节流，形成一个制冷温度级），能优化调整冷剂配比，提高了制冷效率，节省能耗9%左右，同时取消了液态冷剂输送泵。
三、与C3/MRC工艺相比，预冷循环工艺流程简单，投资省；预冷压缩机（离心式）为一级压缩，结构简单，造价低，且利于实现国产化；两种工艺能耗相当。
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***原理示意图。
具体实施方式
一种双级多组分混合冷剂制冷天然气液化***，如图1所示，包括：预冷压缩机1、高压混合冷剂压缩机2、主换热器3（包括预冷段换热器、液化及过冷段换热器）、预冷压缩机入口吸入罐4、预冷压缩机出口分离器5、预冷压缩机出口冷却器6、高压混合冷剂压缩机入口吸入罐7、高压混合冷剂压缩机级间冷却器8、高压混合冷剂压缩机出口冷却器9、高压混合冷剂分离罐10、第一J-T阀11、第二J-T阀12、第三J-T阀13和第四J-T阀14。其中：
预冷压缩机1、预冷压缩机出口冷却器6、预冷压缩机出口分离器5和预冷段换热器构成预冷段制冷***；预冷压缩机出口分离器5的液相和气相均接入预冷段换热器，接着出预冷段换热器，然后分别经第一J-T阀11和第二J-T阀12再进入预冷段换热器，最后出预冷段换热器，经预冷压缩机入口吸入罐4进入预冷压缩机1进行循环。
高压混合冷剂分离罐10、液化及过冷段换热器、高压混合冷剂压缩机2和高压混合冷剂压缩机出口冷却器9构成液化及过冷段制冷***；预冷段换热器的高压混合冷剂出口与高压混合冷剂分离罐10的进口连接，高压混合冷剂分离罐10的液相和气相均接入液化及过冷段换热器，接着出液化及过冷段换热器，然后分别经第三J-T阀13和第四J-T阀14再进入液化及过冷段换热器，最后出液化及过冷段换热器，经高压混合冷剂压缩机入口吸入罐7进入高压混合冷剂压缩机2，高压混合冷剂压缩机2经过高压混合冷剂压缩机出口冷却器9后通过管路接入预冷段换热器。高压混合冷剂压缩机2具有两级压缩，在两级压缩之间设置有高压混合冷剂压缩机级间冷却器8。
干净化天然气经管路进入预冷段换热器后再通过管路进入液化及过冷段换热器后通过节流阀后进入LNG储罐储存。
Claims (2)
1.一种双级多组分混合冷剂制冷天然气液化***，其特征在于：包括预冷段制冷***和液化及过冷段制冷***；所述预冷段制冷***包括依次连接的预冷压缩机、预冷压缩机出口冷却器和预冷压缩机出口分离器，所述预冷压缩机出口分离器的液相和气相均接入预冷段换热器，且出预冷段换热器后进入预冷压缩机进行循环；所述液化及过冷段制冷***包括依次连接的高压混合冷剂分离罐、液化及过冷段换热器、高压混合冷剂压缩机和高压混合冷剂压缩机出口冷却器，所述高压混合冷剂分离罐的液相和气相均接入液化及过冷段换热器，且出液化及过冷段换热器后进入高压混合冷剂压缩机进行循环。
2.根据权利要求1所述的双级多组分混合冷剂制冷天然气液化***，其特征在于：所述高压混合冷剂压缩机具有两级压缩，在两级压缩之间设置有高压混合冷剂压缩机级间冷却器。
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN102564059A (zh) * | 2012-02-19 | 2012-07-11 | 中国石油集团工程设计有限责任公司 | 双级多组分混合冷剂制冷天然气液化***及方法 |
| CN117029377A (zh) * | 2023-07-27 | 2023-11-10 | 成都赛普瑞兴科技有限公司 | 一种级联式制冷循环lng液化***和方法 |
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