專利名稱：帶丙烯預(yù)冷的混合制冷循環(huán)系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種天然氣液化工藝，尤其是涉及一種帶丙烯預(yù)冷的混合制冷循環(huán)系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
隨著經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們環(huán)境保護(hù)意識(shí)的不斷加強(qiáng)，天然氣作為清潔能源、重要的車船燃料得到越來(lái)越廣泛的利用。液化天然氣(LNG)的體積只有同量氣體體積的1/625，因而其液化后，可降低儲(chǔ)存和運(yùn)輸成本，且可以提高單位體積的燃值。自上世紀(jì)以來(lái)，各種不同型式的液化工藝流程得到應(yīng)用，液化天然氣加工成本中電費(fèi)占生產(chǎn)中成本70%以上。因而降低液化能耗是液化技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺點(diǎn)，本發(fā)明提供了一種帶丙烯預(yù)冷的混合制冷循環(huán)系統(tǒng)及方法，結(jié)合了傳統(tǒng)的帶丙烷預(yù)冷的混合冷劑制冷循環(huán)工藝優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)對(duì)預(yù)冷段和液化過(guò)冷段的換熱流程及冷劑配比上作了技術(shù)改進(jìn)和創(chuàng)新，具有能耗低、變工況能力強(qiáng)、關(guān)鍵設(shè)備能國(guó)產(chǎn)化、總投資低等特征。本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是一種帶丙烯預(yù)冷的混合制冷循環(huán)系統(tǒng)，丙烯壓縮機(jī)、丙烯冷凝器、丙烯凝液罐、一級(jí)J-T閥、高壓丙烯蒸發(fā)器、中壓丙烯蒸發(fā)器、低壓丙烯蒸發(fā)器、低低壓丙烯蒸發(fā)器、混合冷劑分離器依次連接；所述混合冷劑分離器的液相出口、冷劑換熱器、五級(jí)J-T閥、冷劑換熱器依次連接；所述混合冷劑分離器的氣相出口、冷劑換熱器、六級(jí)J-T閥、冷劑換熱器依次連接；所述冷劑換熱器、混合冷劑壓縮機(jī)、冷劑壓縮機(jī)出口冷卻器、高壓丙烯蒸發(fā)器依次連接；所述高壓丙烯蒸發(fā)器、中壓丙烯蒸發(fā)器、低壓丙烯蒸發(fā)器、低低壓丙烯蒸發(fā)器的丙烯蒸發(fā)出口均分別與丙烯壓縮機(jī)連接；所述高壓丙烯蒸發(fā)器的液態(tài)丙烯出口通過(guò)二級(jí)J-T閥與中壓丙烯蒸發(fā)器的液態(tài)丙烯進(jìn)口相連，中壓丙烯蒸發(fā)器的液態(tài)丙烯出口通過(guò)三級(jí)J-T閥與低壓丙烯蒸發(fā)器的液態(tài)丙烯進(jìn)口相連，低壓丙烯蒸發(fā)器的液態(tài)丙烯出口通過(guò)四級(jí)J-T閥與低低壓丙烯蒸發(fā)器的液態(tài)丙烯進(jìn)口相連。本發(fā)明還提供了一種帶丙烯預(yù)冷的混合制冷循環(huán)方法，包括如下步驟
從高壓丙烯蒸發(fā)器、中壓丙烯蒸發(fā)器、低壓丙烯蒸發(fā)器、低低壓丙烯蒸發(fā)器四級(jí)丙烯蒸發(fā)器出來(lái)的丙烯蒸氣經(jīng)丙烯壓縮機(jī)增壓至1.68MPa.g后，經(jīng)丙烯冷凝器水冷至40°C，進(jìn)入丙烯凝液罐，然后通過(guò)一級(jí)J-T閥節(jié)流，壓力降至O. 787MPa. g后進(jìn)入高壓丙烯蒸發(fā)器，對(duì)天然氣和混合冷劑進(jìn)行冷卻；高壓丙烯蒸發(fā)器蒸發(fā)的丙烯回到丙烯壓縮機(jī)增壓，液態(tài)丙烯通過(guò)二級(jí)J-T閥節(jié)流，壓力降至O. 392MPa. g后進(jìn)入中壓丙烯蒸發(fā)器，對(duì)天然氣和混合冷劑進(jìn)行冷卻；中壓丙烯蒸發(fā)器蒸發(fā)的丙烯回到丙烯壓縮機(jī)增壓，液態(tài)丙烯通過(guò)三級(jí)J-T閥節(jié)流，壓力降至O. 135MPa. g后進(jìn)入低壓丙烯蒸發(fā)器，對(duì)天然氣和混合冷劑進(jìn)行冷卻；低壓蒸發(fā)器蒸發(fā)的丙烯回到丙烯壓縮機(jī)增壓，液態(tài)丙烯通過(guò)四級(jí)J-T閥節(jié)流，壓力降至O. 035MPa. g后進(jìn)入低低壓丙烯蒸發(fā)器，對(duì)天然氣和混合冷劑進(jìn)行冷卻；低低壓丙烯蒸發(fā)器蒸發(fā)的丙烯回到丙烯壓縮機(jī)增壓，從低低壓丙烯蒸發(fā)器出來(lái)的高壓混合冷劑進(jìn)入混合冷劑分離器中進(jìn)行氣液分離，其中
液相混合冷劑過(guò)冷后出冷劑換熱器，通過(guò)五級(jí)J-T閥節(jié)流后進(jìn)入冷劑換熱器為液化段提供冷量；氣相混合冷劑液化并過(guò)冷后出冷劑換熱器，通過(guò)六級(jí)J-T閥節(jié)流后進(jìn)入冷劑換熱器，為液化段和過(guò)冷段提供冷量；最后，混合冷劑復(fù)熱到-40°C后返回混合冷劑壓縮機(jī)進(jìn)行壓縮循環(huán)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的積極效果是
I、本發(fā)明在傳統(tǒng)單混合冷劑制冷循環(huán)工藝(MRC)的基礎(chǔ)上，增加了一套預(yù)冷系統(tǒng)(主要包括丙烯壓縮機(jī)和丙烯蒸發(fā)式換熱器)，將天然氣及混合冷劑預(yù)冷至-37 °C -42 °C，帶丙烯預(yù)冷的混合冷劑制冷工藝相比單循環(huán)混合冷劑具有如下優(yōu)點(diǎn) O分段制冷效率更高，節(jié)省能耗10%以上；
2)主低溫?fù)Q熱器、冷劑壓縮機(jī)由一臺(tái)改為兩臺(tái)，有利于關(guān)鍵設(shè)備的國(guó)產(chǎn)化和液化裝置的大型化；
3)帶丙烯預(yù)冷的混合冷劑制冷天然氣液化流程，單臺(tái)壓縮機(jī)功率顯著降低，對(duì)電網(wǎng)的要求降低；
4)丙烯壓縮機(jī)采用變頻調(diào)速，可實(shí)現(xiàn)裝置變工況操作及環(huán)境變化時(shí)的靈活操作。2、與傳統(tǒng)雙循環(huán)混合冷劑制冷工藝相比丙烯預(yù)冷系統(tǒng)為單組分介質(zhì)，分子量不變，丙烯壓縮機(jī)對(duì)單組份介質(zhì)的適應(yīng)性強(qiáng)，而傳統(tǒng)的預(yù)冷段混合冷劑壓縮機(jī)，在變工況操作的情況下，隨著混合冷劑的配比復(fù)雜變化，冷劑分子量變化范圍大，預(yù)冷段混合冷劑壓縮機(jī)對(duì)變工況能力的適應(yīng)性弱，易出現(xiàn)壓縮機(jī)震動(dòng)、關(guān)鍵部件損壞等現(xiàn)象。3、與帶丙烷預(yù)冷的混合冷劑制冷工藝相比國(guó)產(chǎn)丙烯壓縮機(jī)成熟可靠，造價(jià)低、制造工期短，使得本發(fā)明的工程總投資大幅下降。


本發(fā)明將通過(guò)例子并參照附圖的方式說(shuō)明，其中
圖I是本發(fā)明的系統(tǒng)原理示意圖。
具體實(shí)施例方式一種帶丙烯預(yù)冷的混合制冷循環(huán)系統(tǒng)，如圖I所示，包括丙烯壓縮機(jī)I、混合冷劑壓縮機(jī)2、高壓丙烯蒸發(fā)器3、中壓丙烯蒸發(fā)器4、低壓丙烯蒸發(fā)器5、低低壓丙烯蒸發(fā)器6、冷劑換熱器7、丙烯冷凝器8、冷劑壓縮機(jī)出口冷卻器9、冷劑壓縮機(jī)級(jí)間冷卻器10、丙烯凝液罐11、混合冷劑分離器12、一級(jí)J-T閥13、二級(jí)J-T閥14、三級(jí)J-T閥15、四級(jí)J-T閥16、五級(jí)J-T閥17、六級(jí)J-T閥18，其中
高壓丙烯蒸發(fā)器3、中壓丙烯蒸發(fā)器4、低壓丙烯蒸發(fā)器5、低低壓丙烯蒸發(fā)器6、冷劑換熱器7依次連接，構(gòu)成天然氣液化系統(tǒng)。丙烯壓縮機(jī)I、丙烯冷凝器8、丙烯凝液罐11、一級(jí)J-T閥13、高壓丙烯蒸發(fā)器3、中壓丙烯蒸發(fā)器4、低壓丙烯蒸發(fā)器5、低低壓丙烯蒸發(fā)器6、混合冷劑分離器12依次連接，混合冷劑分離器12的液相出口、冷劑換熱器7、五級(jí)J-T閥17、冷劑換熱器7依次連接，為液化段提供冷量；混合冷劑分離器12的氣相出口、冷劑換熱器7、六級(jí)J-T閥18、冷劑換熱器 依次連接，為液化段和過(guò)冷段提供冷量；冷劑換熱器7、混合冷劑壓縮機(jī)2、冷劑壓縮機(jī)出口冷卻器9、高壓丙烯蒸發(fā)器3依次連接。
所述混合冷劑壓縮機(jī)2為兩級(jí)壓縮，在兩級(jí)壓縮之間設(shè)置有冷劑壓縮機(jī)級(jí)間冷卻器10，混合冷劑經(jīng)混合冷劑壓縮機(jī)2后，再經(jīng)過(guò)冷劑壓縮機(jī)出口冷卻器9進(jìn)入高壓丙烯蒸發(fā)器3進(jìn)行循環(huán)。高壓丙烯蒸發(fā)器3、中壓丙烯蒸發(fā)器4、低壓丙烯蒸發(fā)器5、低低壓丙烯蒸發(fā)器6的丙烯蒸發(fā)出口均分別與丙烯壓縮機(jī)I連接；高壓丙烯蒸發(fā)器3的液態(tài)丙烯出口通過(guò)二級(jí)J-T閥14與中壓丙烯蒸發(fā)器4的液態(tài)丙烯進(jìn)口相連，中壓丙烯蒸發(fā)器4的液態(tài)丙烯出口通過(guò)三級(jí)J-T閥15與低壓丙烯蒸發(fā)器5的液態(tài)丙烯進(jìn)口相連，低壓丙烯蒸發(fā)器5的液態(tài)丙烯出口通過(guò)四級(jí)J-T閥16與低低壓丙烯蒸發(fā)器6的液態(tài)丙烯進(jìn)口相連。一種帶丙烯預(yù)冷的混合制冷循環(huán)方法，包括如下步驟
I)在預(yù)冷段對(duì)原料氣和高壓混合冷劑冷卻至-37 -42°c
天然氣、混合冷劑先經(jīng)四級(jí)丙烯蒸發(fā)制冷冷卻至_35°C后，再進(jìn)入混合制冷循環(huán)系統(tǒng)換熱冷卻。從四級(jí)丙烯蒸發(fā)器出來(lái)的丙烯蒸氣經(jīng)丙烯壓縮機(jī)I增壓至I. 68MPa. g后經(jīng)丙烯冷凝器8水冷至40°C，進(jìn)入丙烯凝液罐11，然后通過(guò)一級(jí)J-T閥13節(jié)流，壓力降至O. 787MPa.g后進(jìn)入高壓丙烯蒸發(fā)器3，對(duì)天然氣、混合冷劑進(jìn)行冷卻。高壓丙烯蒸發(fā)器3蒸發(fā)的丙烯回到丙烯壓縮機(jī)I增壓，部分液態(tài)丙烯通過(guò)二級(jí)J-T閥14節(jié)流，壓力降至O. 392MPa. g后進(jìn)入中壓丙烯蒸發(fā)器4，對(duì)天然氣、混合冷劑進(jìn)行冷卻。中壓丙烯蒸發(fā)器4蒸發(fā)的丙烯回到丙烯壓縮機(jī)I增壓，部分液態(tài)丙烯通過(guò)三級(jí)J-T閥15節(jié)流，壓力降至O. 135MPa. g后進(jìn)入低壓丙烯蒸發(fā)器5，對(duì)天然氣、混合冷劑進(jìn)行冷卻，低壓蒸發(fā)器5蒸發(fā)的丙烯回到丙烯壓縮機(jī)I增壓，部分液態(tài)丙烯通過(guò)四級(jí)J-T閥16節(jié)流，壓力降至O. 035MPa. g后進(jìn)入低低壓丙烯蒸發(fā)器6，對(duì)天然氣、混合冷劑進(jìn)行冷卻，低低壓丙烯蒸發(fā)器6蒸發(fā)的丙烯回到丙烯壓縮機(jī)I增壓進(jìn)行循環(huán)。2)在液化及過(guò)冷段對(duì)天然氣進(jìn)行液化和過(guò)冷
經(jīng)過(guò)增壓冷卻后的高壓混合冷劑經(jīng)預(yù)冷段預(yù)冷到_37°C _42°C后進(jìn)入混合冷劑分離器12中進(jìn)行氣液分離，分離出的氣相和液相分別進(jìn)入冷劑換熱器7的液化及過(guò)冷段進(jìn)一步冷卻，其中液相混合冷劑過(guò)冷后出冷劑換熱器7，通過(guò)五級(jí)J-T閥17節(jié)流后進(jìn)入冷劑換熱器7為液化段提供冷量；氣相混合冷劑液化并過(guò)冷后出冷劑換熱器7，通過(guò)六級(jí)J-T閥18節(jié)流后進(jìn)入冷劑換熱器7，為液化段和過(guò)冷段提供冷量；最后，混合冷劑復(fù)熱到-40°C后返回混合冷劑壓縮機(jī)2進(jìn)行壓縮循環(huán)所述混合冷劑壓縮機(jī)2為兩級(jí)壓縮，在兩級(jí)壓縮之間設(shè)置有冷劑壓縮機(jī)級(jí)間冷卻器10，混合冷劑經(jīng)混合冷劑壓縮機(jī)2后，再經(jīng)過(guò)冷劑壓縮機(jī)出口冷卻器9進(jìn)入高壓丙烯蒸發(fā)器3。天然氣在液化及過(guò)冷段換熱器中冷卻到過(guò)冷狀態(tài)排出，經(jīng)節(jié)流后進(jìn)入LNG儲(chǔ)罐儲(chǔ)存。
權(quán)利要求
1.一種帶丙烯預(yù)冷的混合制冷循環(huán)系統(tǒng)，其特征在于丙烯壓縮機(jī)、丙烯冷凝器、丙烯凝液罐、一級(jí)J-T閥、高壓丙烯蒸發(fā)器、中壓丙烯蒸發(fā)器、低壓丙烯蒸發(fā)器、低低壓丙烯蒸發(fā)器、混合冷劑分離器依次連接；所述混合冷劑分離器的液相出口、冷劑換熱器、五級(jí)J-T閥、冷劑換熱器依次連接；所述混合冷劑分離器的氣相出口、冷劑換熱器、六級(jí)J-T閥、冷劑換熱器依次連接；所述冷劑換熱器、混合冷劑壓縮機(jī)、冷劑壓縮機(jī)出口冷卻器、高壓丙烯蒸發(fā)器依次連接；所述高壓丙烯蒸發(fā)器、中壓丙烯蒸發(fā)器、低壓丙烯蒸發(fā)器、低低壓丙烯蒸發(fā)器的丙烯蒸發(fā)出口均分別與丙烯壓縮機(jī)連接；所述高壓丙烯蒸發(fā)器的液態(tài)丙烯出口通過(guò)二級(jí)J-T閥與中壓丙烯蒸發(fā)器的液態(tài)丙烯進(jìn)口相連，中壓丙烯蒸發(fā)器的液態(tài)丙烯出口通過(guò)三級(jí)J-T閥與低壓丙烯蒸發(fā)器的液態(tài)丙烯進(jìn)口相連，低壓丙烯蒸發(fā)器的液態(tài)丙烯出口通過(guò)四級(jí)J-T閥與低低壓丙烯蒸發(fā)器的液態(tài)丙烯進(jìn)口相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的帶丙烯預(yù)冷的混合制冷循環(huán)系統(tǒng)，其特征在于所述混合冷劑壓縮機(jī)為兩級(jí)壓縮，在兩級(jí)壓縮之間設(shè)置有冷劑壓縮機(jī)級(jí)間冷卻器。
3.一種帶丙烯預(yù)冷的混合制冷循環(huán)方法，其特征在于包括如下步驟 從高壓丙烯蒸發(fā)器、中壓丙烯蒸發(fā)器、低壓丙烯蒸發(fā)器、低低壓丙烯蒸發(fā)器四級(jí)丙烯蒸發(fā)器出來(lái)的丙烯蒸氣經(jīng)丙烯壓縮機(jī)增壓至I. 68MPa. g后，經(jīng)丙烯冷凝器水冷至40°C，進(jìn)入丙烯凝液罐，然后通過(guò)一級(jí)J-T閥節(jié)流，壓力降至O. 787MPa. g后進(jìn)入高壓丙烯蒸發(fā)器，對(duì)天然氣和混合冷劑進(jìn)行冷卻；高壓丙烯蒸發(fā)器蒸發(fā)的丙烯回到丙烯壓縮機(jī)增壓，液態(tài)丙烯通過(guò)二級(jí)J-T閥節(jié)流，壓力降至O. 392MPa. g后進(jìn)入中壓丙烯蒸發(fā)器，對(duì)天然氣和混合冷劑進(jìn)行冷卻；中壓丙烯蒸發(fā)器蒸發(fā)的丙烯回到丙烯壓縮機(jī)增壓，液態(tài)丙烯通過(guò)三級(jí)J-T閥節(jié)流，壓力降至O. 135MPa.g后進(jìn)入低壓丙烯蒸發(fā)器，對(duì)天然氣和混合冷劑進(jìn)行冷卻；低壓蒸發(fā)器蒸發(fā)的丙烯回到丙烯壓縮機(jī)增壓，液態(tài)丙烯通過(guò)四級(jí)J-T閥節(jié)流，壓力降至O. 035MPa. g后進(jìn)入低低壓丙烯蒸發(fā)器，對(duì)天然氣和混合冷劑進(jìn)行冷卻；低低壓丙烯蒸發(fā)器蒸發(fā)的丙烯回到丙烯壓縮機(jī)增壓，從低低壓丙烯蒸發(fā)器出來(lái)的高壓混合冷劑進(jìn)入混合冷劑分離器中進(jìn)行氣液分離，其中 液相混合冷劑過(guò)冷后出冷劑換熱器，通過(guò)五級(jí)J-T閥節(jié)流后進(jìn)入冷劑換熱器為液化段提供冷量；氣相混合冷劑液化并過(guò)冷后出冷劑換熱器，通過(guò)六級(jí)J-T閥節(jié)流后進(jìn)入冷劑換熱器，為液化段和過(guò)冷段提供冷量；最后，混合冷劑復(fù)熱到_40°C后返回混合冷劑壓縮機(jī)進(jìn)行壓縮循環(huán)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的帶丙烯預(yù)冷的混合制冷循環(huán)方法，其特征在于所述混合冷劑壓縮機(jī)為兩級(jí)壓縮，在兩級(jí)壓縮之間設(shè)置有冷劑壓縮機(jī)級(jí)間冷卻器，混合冷劑經(jīng)混合冷劑壓縮機(jī)后，再經(jīng)過(guò)冷劑壓縮機(jī)出口冷卻器進(jìn)入高壓丙烯蒸發(fā)器。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種帶丙烯預(yù)冷的混合制冷循環(huán)系統(tǒng)及方法，在傳統(tǒng)單混合冷劑制冷循環(huán)工藝的基礎(chǔ)上，增加了一套主要包括丙烯壓縮機(jī)和丙烯蒸發(fā)式換熱器的預(yù)冷系統(tǒng)，將天然氣及混合冷劑預(yù)冷至-37℃～-42℃，帶丙烯預(yù)冷的混合冷劑制冷工藝相比單循環(huán)混合冷劑具有如下優(yōu)點(diǎn)分段制冷效率更高，節(jié)省能耗10%以上；有利于關(guān)鍵設(shè)備的國(guó)產(chǎn)化和液化裝置的大型化；單臺(tái)壓縮機(jī)功率顯著降低，對(duì)電網(wǎng)的要求降低；可實(shí)現(xiàn)裝置變工況操作及環(huán)境變化時(shí)的靈活操作；與傳統(tǒng)雙循環(huán)混合冷劑制冷工藝相比丙烯壓縮機(jī)對(duì)單組份介質(zhì)的適應(yīng)性強(qiáng)；與帶丙烷預(yù)冷的混合冷劑制冷工藝相比國(guó)產(chǎn)丙烯壓縮機(jī)成熟可靠，造價(jià)低、制造工期短，使得本發(fā)明的工程總投資大幅下降。
文檔編號(hào)F25B1/10GK102620460SQ20121012492
公開(kāi)日2012年8月1日 申請(qǐng)日期2012年4月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月26日
發(fā)明者仲文旭, 冼祥發(fā), 劉家洪, 劉慧敏, 劉紅清, 孫林, 宋光紅, 宋德琦, 廖勇, 李龍, 汪宏偉, 法玉曉, 田廣新, 胡平, 胡益武, 蒲黎明, 諶天兵, 鄭穎, 郭成華, 陸永康, 陳運(yùn)強(qiáng), 龍?jiān)霰?申請(qǐng)人:中國(guó)石油集團(tuán)工程設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司