專利名稱：三循環(huán)復(fù)疊式制冷天然氣液化系統(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，尤其是涉及一種三循環(huán)復(fù)疊式制冷天然氣液化系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
LNG具有清潔環(huán)保的性能，在無天然氣管道到達(dá)地區(qū)的中小城鎮(zhèn)城市燃?xì)狻⒐I(yè)燃料、城市燃?xì)庹{(diào)峰及事故應(yīng)急、燃?xì)馄?、高檔瓷器加工等諸多應(yīng)用領(lǐng)域迅速推廣。但受到國際原油價(jià)格的影響，天然氣價(jià)格不斷攀升，天然氣液化廠效益天然氣液化工廠原料成本不斷增加，從而導(dǎo)致液化工廠利潤空間不斷下降。近年來國內(nèi)外天然氣液化廠已向大型化 、規(guī)?；较虬l(fā)展，目前單套最大液化能力已到達(dá)780萬噸/年。能耗低、建設(shè)成本相對(duì)較低、又能應(yīng)用于大規(guī)模的液化工藝是未來的我國液化技術(shù)的發(fā)展方向。目前國內(nèi)外天然氣液化工藝大致可分為以下三種
O階式制冷循環(huán)；2)混合冷劑制冷循環(huán)，又細(xì)分為帶或不帶預(yù)冷的單級(jí)混合冷劑循環(huán)和多級(jí)混合冷劑循環(huán)；3)膨脹制冷，又細(xì)分為帶或不帶預(yù)冷的單級(jí)膨脹制冷和多級(jí)膨脹制冷。以上工藝因各自的特點(diǎn)而適應(yīng)于不同處理規(guī)模的天然氣液化廠。帶膨脹制冷循環(huán)的天然氣液化工藝因裝置能耗過高，單套裝置處理量小，近年來逐漸被單級(jí)混合冷劑制冷循環(huán)液化技術(shù)替代。單級(jí)混合冷劑制冷循環(huán)液化工藝是目前國內(nèi)外50X 104t/a以下處理規(guī)模的液化廠的主流工藝。而帶丙烷預(yù)冷的混合冷劑制冷循環(huán)液化工藝(C3/MR)及多級(jí)混合冷劑制冷液化流程，多用于天然氣以上的中大型基本負(fù)荷型天然氣液化裝置。階式制冷循環(huán)液化流程能耗低、適用于IOOXlO4Va以上超大型天然氣液化裝置。從以上分析可以看出，帶丙烷預(yù)冷的混合冷劑制冷循環(huán)液化工藝(C3/MR)、多級(jí)混合冷劑制冷液化流程以及階式制冷循環(huán)液化流程能適用于大型或超大型天然氣液化工藝。但受到國外天然氣液化技術(shù)和關(guān)鍵設(shè)備的壟斷、我國大型液化廠建設(shè)成本無法得到有效的控制。開發(fā)一種能適用于大型又能使用我國自主化設(shè)備的天然氣液化工藝已非常必要。

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)明提供了一種三循環(huán)復(fù)疊式制冷天然氣液化系統(tǒng)及方法。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種三循環(huán)復(fù)疊式制冷天然氣液化系統(tǒng)，丙烯壓縮機(jī)、丙烯儲(chǔ)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)器依次連接，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，高壓丙烯蒸發(fā)器的液態(tài)丙烯出口通過二級(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)丙烯出口通過三級(jí)J-τ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)丙烯出口通過四級(jí)J-τ閥與低低壓丙烯蒸發(fā)器的液態(tài)丙烯進(jìn)口相連；乙烯儲(chǔ)罐、五級(jí)J-T閥、高壓乙烯蒸發(fā)器、中壓乙烯蒸發(fā)器、低壓乙烯蒸發(fā)器依次連接，高壓乙烯蒸發(fā)器、中壓乙烯蒸發(fā)器、低壓乙烯蒸發(fā)器的乙烯蒸發(fā)出口均分別與乙烯壓縮機(jī)連接；乙烯壓縮機(jī)、乙烯冷卻器、高壓丙烯蒸發(fā)器依次連接，高壓乙烯蒸發(fā)器的液態(tài)乙烯出口通過六級(jí)J-T閥與中壓乙烯蒸發(fā)器的液態(tài)乙烯進(jìn)口相連，中壓乙烯蒸發(fā)器的液態(tài)乙烯出口通過七級(jí)J-T閥與低壓乙烯蒸發(fā)器的液態(tài)乙烯進(jìn)口相連；天然氣過冷器、配方冷劑壓縮機(jī)、配方冷劑冷卻器依次連接。本發(fā)明還提供了一種三循環(huán)復(fù)疊式制冷天然氣液化方法，包括如下步驟
1)預(yù)冷系統(tǒng)對(duì)天然氣、配方冷劑和乙烯進(jìn)行預(yù)冷，冷卻至-36°C后，進(jìn)入液化制冷系
統(tǒng) 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)器出來的丙烯冷劑經(jīng)丙烯壓縮機(jī)增壓至I. 68MPa. g后經(jīng)丙烯冷卻器、丙烯儲(chǔ)罐水冷至40°C，通過一級(jí)J-T閥節(jié)流，壓力降至O. 78MPa. g后進(jìn)入高壓丙烯蒸發(fā)器，對(duì)天然氣、配方冷劑和乙烯進(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)增壓進(jìn)行循環(huán)，液態(tài)丙烯通過二級(jí)J-T閥節(jié)流，壓力降至O. 39MPa. g后進(jìn)入中壓丙烯蒸發(fā)器，對(duì)天然氣、配方冷劑和乙烯進(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)增壓進(jìn)行循環(huán)，液態(tài)丙烯通過三級(jí)J-T閥節(jié)流，壓力降至O. 13MPa.g后進(jìn)入低壓丙烯蒸發(fā)器，對(duì)天然氣、配方冷劑和乙烯進(jìn)行冷卻；低壓丙烯蒸發(fā)器蒸發(fā)的丙烯回到丙烯壓縮機(jī)增壓進(jìn)行循環(huán)，液態(tài)丙烯通過四級(jí)J-T閥節(jié)流，壓力降至O. 03MPa. g后進(jìn)入低低壓丙烯蒸發(fā)器，對(duì)天然氣、配方冷劑和乙烯進(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)增壓進(jìn)行循環(huán)；
2)液化制冷系統(tǒng)將天然氣、配方冷劑冷卻至-95 -85°C
作為液化制冷系統(tǒng)制冷劑的乙烯經(jīng)乙烯壓縮機(jī)增壓至I. 82MPa. g后經(jīng)乙烯冷卻器水冷至40°C，進(jìn)入丙烯預(yù)冷系統(tǒng)冷卻到_36°C并液化；_36°C液態(tài)乙烯出低低壓丙烯蒸發(fā)器后進(jìn)入乙烯儲(chǔ)罐，經(jīng)五級(jí)J-T閥節(jié)流，壓力降至O. 64MPa. g后進(jìn)入高壓乙烯蒸發(fā)器，對(duì)天然氣和配方冷劑進(jìn)行冷卻；高壓乙烯蒸發(fā)器蒸發(fā)的乙烯回到乙烯壓縮機(jī)增壓進(jìn)行循環(huán)，液態(tài)乙烯經(jīng)六級(jí)J-T閥節(jié)流，壓力降至O. 26MPa. g后進(jìn)入中壓乙烯蒸發(fā)器，對(duì)天然氣和配方冷劑進(jìn)行冷卻；中壓乙烯蒸發(fā)器蒸發(fā)的乙烯回到乙烯壓縮機(jī)增壓進(jìn)行循環(huán)，液態(tài)乙烯通過七級(jí)J-T閥節(jié)流，壓力降至O. 02MPa. g后進(jìn)入低壓乙烯蒸發(fā)器，對(duì)天然氣和配方冷劑進(jìn)行冷卻，低壓乙烯蒸發(fā)器蒸發(fā)的乙烯回到乙烯壓縮機(jī)增壓進(jìn)行循環(huán)；
3)過冷系統(tǒng)為天然氣和配方冷劑提供冷量
配方冷劑首先在天然氣過冷器中冷卻到-150°C左右后出天然氣過冷器，經(jīng)節(jié)流閥降溫降壓，壓力降至IOOkPa,溫度降至-155°C后，再進(jìn)入天然氣過冷器為天然氣和自身過冷提供冷量；液化制冷系統(tǒng)已液化的天然氣在這一級(jí)中過冷至_155°C，過冷后的天然氣節(jié)流后溫度降至_163°C，進(jìn)入LNG儲(chǔ)罐儲(chǔ)存；配方冷劑給出冷量后出天然氣過冷器，此時(shí)溫度為-ioo°c，再進(jìn)入配方冷劑壓縮機(jī)進(jìn)行循環(huán)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的積極效果是本發(fā)明中凈化天然氣在七個(gè)換熱器和一個(gè)板翅換熱器中溫度逐漸降低，直至液化；液化過程所需的冷量由丙烯、乙烯、配方冷劑三個(gè)系統(tǒng)提供，系統(tǒng)調(diào)節(jié)手段豐富，能夠?yàn)樘烊粴庖夯^程提供相匹配的冷量，從而體現(xiàn)出該方法在操作上的靈活性和對(duì)原料的適應(yīng)性。與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)
I、本工藝只需設(shè)置3臺(tái)制冷壓縮機(jī)即可實(shí)現(xiàn)對(duì)天然氣高達(dá)8階以上的冷凝，盡可能的降低了工藝過程的傳熱溫差，從而降低了液化過程中的能耗；對(duì)于天然氣液化而言，影響能耗的主要因素為制冷溫度和制冷換熱過程的換熱溫差。在相同的制冷溫度工況下，換熱溫差越大，制冷系統(tǒng)的能耗越高。采用本發(fā)明的三循環(huán)復(fù)疊式制冷天然氣液化工藝進(jìn)行天然氣液化，丙烯在4個(gè)不同的蒸發(fā)壓力，乙烯在3個(gè)不同的蒸發(fā)壓力下蒸發(fā)，分別分成4個(gè)和3個(gè)溫度等級(jí)冷卻天然氣，各個(gè)壓力下的蒸發(fā)制冷劑進(jìn)入相應(yīng)的壓縮機(jī)壓縮。最后采用以甲烷為主，配以乙烯或氮?dú)獾冉M分作為過冷劑為天然氣和自身的冷卻提供冷量。整個(gè)換熱過程溫差較為均勻，無傳熱瓶頸，有效能損失小，節(jié)能明顯。比目前普遍使用C3/MR工藝能耗低約5%。同時(shí)與原始的階式制冷工藝相比，制冷壓縮機(jī)數(shù)量較少，簡化了工藝流程；
2、本工藝預(yù)冷段和液化段冷劑壓縮機(jī)均為單組份壓縮機(jī)，設(shè)計(jì)更容易，采購更方便，壓縮機(jī)運(yùn)行更穩(wěn)定，并可采用國產(chǎn)化設(shè)備，有效降低了液化廠建設(shè)投資。冷劑壓縮機(jī)丙烯壓縮機(jī)最低吸氣溫度為-40 _35°C，乙烯壓縮機(jī)最低吸氣溫度為-iorc，對(duì)于丙烯壓縮機(jī)和乙烯壓縮機(jī)在國內(nèi)低溫行業(yè)已經(jīng)廣泛運(yùn)用，因此該壓縮機(jī)很容易采購，實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化。在傳統(tǒng)的階式制冷工藝中的甲烷壓縮機(jī)最低吸氣溫度為_150°C，國產(chǎn)設(shè)備無法使用，限制了該工藝的推廣。采用本發(fā)明的天然氣液化工藝，過冷段采用以甲烷為主的配方冷齊U，配方冷劑壓縮機(jī)的最低吸氣溫度提高到-100°C，采用一級(jí)進(jìn)氣，此工況的壓縮機(jī)在國內(nèi)低溫行業(yè)中已有成熟業(yè)績，解決了國內(nèi)大型LNG工廠國產(chǎn)化的瓶頸。3、過冷段采用配方冷劑，可靈活地調(diào)節(jié)液化天然氣過冷溫度，操作適應(yīng)性更好。4、液化過程換熱器選擇范圍大，可采用冷箱結(jié)構(gòu)，也可采用管殼式結(jié)構(gòu)，或兩者相結(jié)合的結(jié)構(gòu)。國內(nèi)外LNG工廠的主換熱器設(shè)備主要是繞管換熱器和板翅式換熱器，繞管換熱器現(xiàn)世界生產(chǎn)商只有APCI和LINDE兩家，價(jià)格較高，而板翅式換熱器在國內(nèi)的生產(chǎn)廠家較多。國外大型LNG工廠中的主換熱器都采用的繞管。采用本發(fā)明的天然氣液化工藝，主換熱器采用管殼式結(jié)構(gòu)和板翅式換熱器，大型液化工廠國產(chǎn)化不再受主換熱器的形式限制。


本發(fā)明將通過例子并參照附圖的方式說明，其中
圖I是本發(fā)明的系統(tǒng)原理示意圖。
具體實(shí)施例方式一種三循環(huán)復(fù)疊式制冷天然氣液化系統(tǒng)，如圖I所示，包括丙烯壓縮機(jī)I、乙烯壓縮機(jī)2、配方冷劑壓縮機(jī)3、高壓丙烯蒸發(fā)器4、中壓丙烯蒸發(fā)器5、低壓丙烯蒸發(fā)器6、低低壓丙烯蒸發(fā)器7、高壓乙烯蒸發(fā)器8、中壓乙烯蒸發(fā)器9、低壓乙烯蒸發(fā)器10、天然氣過冷器
11、丙烯冷卻器12、乙烯冷卻器13、配方冷劑冷卻器14、丙烯儲(chǔ)罐15、乙烯儲(chǔ)罐16、一級(jí)J-T閥17、二級(jí)J-T閥18、三級(jí)J-T閥19、四級(jí)J-T閥20、五級(jí)J-T閥21、六級(jí)J-T閥22、七級(jí)J-T閥23，其中 丙烯壓縮機(jī)I、丙烯冷卻器12、丙烯儲(chǔ)罐15、一級(jí)J-T閥17、高壓丙烯蒸發(fā)器4、中壓丙烯蒸發(fā)器5、低壓丙烯蒸發(fā)器6、低低壓丙烯蒸發(fā)器7依次連接；高壓丙烯蒸發(fā)器4、中壓丙烯蒸發(fā)器5、低壓丙烯蒸發(fā)器6、低低壓丙烯蒸發(fā)器7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4的液態(tài)丙烯出口通過二級(jí)J-T閥18與中壓丙烯蒸發(fā)器5的液態(tài)丙烯進(jìn)口相連，中壓丙烯蒸發(fā)器5的液態(tài)丙烯出口通過三級(jí)J-T閥19與低壓丙烯蒸發(fā)器6的液態(tài)丙烯進(jìn)口相連，低壓丙烯蒸發(fā)器6的液態(tài)丙烯出口通過四級(jí)J-T閥20與低低壓丙烯蒸發(fā)器7的液態(tài)丙烯進(jìn)口相連。上述連接方式構(gòu)成本發(fā)明的第一級(jí)制冷系統(tǒng)(亦叫預(yù)冷系統(tǒng)、丙烯制冷循環(huán)系統(tǒng))，用于對(duì)天然氣、配方冷劑和乙烯劑進(jìn)行預(yù)冷。乙烯儲(chǔ)罐16、五級(jí)J-T閥21、高壓乙烯蒸發(fā)器8、中壓乙烯蒸發(fā)器9、低壓乙烯蒸發(fā)器10依次連接；高壓乙烯蒸發(fā)器8、中壓乙烯蒸發(fā)器9、低壓乙烯蒸發(fā)器10的乙烯蒸發(fā)出口均分別與乙烯壓縮機(jī)2連接；乙烯壓縮機(jī)2、乙烯冷卻器13、高壓丙烯蒸發(fā)器4依次連接；高壓乙烯蒸發(fā)器8的液態(tài)乙烯出口通過六級(jí)J-T閥22與中壓乙烯蒸發(fā)器9的液態(tài)乙烯進(jìn)口相連，中壓乙烯蒸發(fā)器9的液態(tài)乙烯出口通過七級(jí)J-T閥23與低壓乙烯蒸發(fā)器10的液態(tài)乙烯進(jìn)口相連。上述連接方式構(gòu)成本發(fā)明的第二級(jí)制冷系統(tǒng)(亦叫液化制冷系統(tǒng)、乙烯制冷循環(huán)系統(tǒng))，用于將天然氣、配方冷劑在這一級(jí)中冷卻至-95 -85°C。天然氣過冷器11 (可為板翅式換熱器或管殼式換熱器)、配方冷劑壓縮機(jī)3、配方冷劑冷卻器14依次連接。上述連接方式構(gòu)成本發(fā)明的第三級(jí)制冷系統(tǒng)(亦叫過冷系統(tǒng)、配方冷劑制冷循環(huán)系統(tǒng))，用于為天然氣及自身提供冷量。一種三循環(huán)復(fù)疊式制冷天然氣液化方法，包括如下步驟 1)預(yù)冷系統(tǒng)對(duì)天然氣、配方冷劑和乙烯進(jìn)行預(yù)冷，冷卻至-36°C后，進(jìn)入液化制冷系
統(tǒng)
從高壓丙烯蒸發(fā)器4、中壓丙烯蒸發(fā)器5、低壓丙烯蒸發(fā)器6、低低壓丙烯蒸發(fā)器7四級(jí)丙烯蒸發(fā)器出來的丙烯蒸氣經(jīng)丙烯壓縮機(jī)I增壓至I. 68MPa. g后經(jīng)丙烯冷卻器12、丙烯儲(chǔ)罐15水冷至40°C，通過一級(jí)J-T閥17節(jié)流，壓力降至O. 78MPa. g后進(jìn)入高壓丙烯蒸發(fā)器4，對(duì)天然氣、配方冷劑和乙烯進(jìn)行冷卻；高壓丙烯蒸發(fā)器4蒸發(fā)的丙烯回到丙烯壓縮機(jī)I增壓進(jìn)行循環(huán)，部分液態(tài)丙烯通過二級(jí)J-T閥18節(jié)流，壓力降至O. 39MPa. g后進(jìn)入中壓丙烯蒸發(fā)器5，對(duì)天然氣、配方冷劑和乙烯進(jìn)行冷卻；中壓丙烯蒸發(fā)器5蒸發(fā)的丙烯回到丙烯壓縮機(jī)I增壓進(jìn)行循環(huán)，液態(tài)丙烯通過三級(jí)J-T閥19節(jié)流，壓力降至O. 13MPa. g后進(jìn)入低壓丙烯蒸發(fā)器6，對(duì)天然氣、配方冷劑和乙烯進(jìn)行冷卻；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)，液態(tài)丙烯通過四級(jí)J-T閥20節(jié)流，壓力降至O. 03MPa. g后進(jìn)入低低壓丙烯蒸發(fā)器7，對(duì)天然氣、配方冷劑和乙烯進(jìn)行冷卻，低低壓丙烯蒸發(fā)器7蒸發(fā)的丙烯回到丙烯壓縮機(jī)I增壓進(jìn)行循環(huán)；
2)液化制冷系統(tǒng)將天然氣、配方冷劑冷卻至-95 -85°C
作為液化制冷系統(tǒng)制冷劑的乙烯經(jīng)乙烯壓縮機(jī)2增壓至I. 82MPa.g后經(jīng)乙烯冷卻器13水冷至40°C，進(jìn)入預(yù)冷系統(tǒng)冷卻到_36°C并液化；_36°C液態(tài)乙烯出低低壓丙烯蒸發(fā)器7后進(jìn)入乙烯儲(chǔ)罐16，經(jīng)五級(jí)J-T閥21節(jié)流，壓力降至O. 64MPa. g后進(jìn)入高壓乙烯蒸發(fā)器8，對(duì)天然氣和配方冷劑進(jìn)行冷卻；高壓乙烯蒸發(fā)器8蒸發(fā)的乙烯回到乙烯壓縮機(jī)2增壓進(jìn)行循環(huán)，液態(tài)乙烯經(jīng)六級(jí)J-T閥22節(jié)流，壓力降至O. 26MPa. g后進(jìn)入中壓乙烯蒸發(fā)器9，對(duì)天然氣和配方冷劑進(jìn)行冷卻；中壓乙烯蒸發(fā)器9蒸發(fā)的乙烯回到乙烯壓縮機(jī)2增壓進(jìn)行循環(huán)，液態(tài)乙烯通過七級(jí)J-T閥23節(jié)流，壓力降至O. 02MPa. g后進(jìn)入低壓乙烯蒸發(fā)器10，對(duì)天然氣和配方冷劑進(jìn)行冷卻，低壓乙烯蒸發(fā)器蒸發(fā)的乙烯回到乙烯壓縮機(jī)2增壓進(jìn)行循環(huán)；3)過冷系統(tǒng)為天然氣和配方冷劑提供冷量
以甲烷為主的配方冷劑作為過冷系統(tǒng)的制冷劑，將液化制冷系統(tǒng)已液化的天然氣過冷至_155°C，過冷后的天然氣節(jié)流后溫度降至_163°C，進(jìn)入LNG儲(chǔ)罐儲(chǔ)存；配方冷劑首先在天然氣過冷器11中冷卻到_150°C左右后出天然氣過冷器11，經(jīng)節(jié)流閥降溫降壓，壓力降至IOOkPa,溫度降至-155°C后，再進(jìn)入 天然氣過冷器11為天然氣和自身過冷提供冷量；配方冷劑給出冷量后出天然氣過冷器11 (溫度為-100°C)，再進(jìn)入配方冷劑壓縮機(jī)3增壓進(jìn)行循環(huán)。所述配方冷劑以甲烷為主，并配一定量的乙烯和氮?dú)獾幕旌蠚怏w，其中甲烷的體積含量為60% 75%，乙烯為15% 35%，氮?dú)鉃?% 15%。本發(fā)明的工作原理是較低溫度級(jí)的循環(huán)將冷量轉(zhuǎn)給相鄰的較高溫度級(jí)的循環(huán)。第一級(jí)丙烯制冷循環(huán)為天然氣、制冷劑乙烯和配方冷劑提供冷量；第二級(jí)乙烯制冷循環(huán)為天然氣和配方冷劑提供冷量；第三級(jí)配方冷劑制冷循環(huán)為天然氣及自身提供冷量。通過七個(gè)換熱器和一個(gè)板翅式換熱器冷卻，天然氣的溫度逐漸降低，直至液化。
權(quán)利要求
1.一種三循環(huán)復(fù)疊式制冷天然氣液化系統(tǒng)，其特征在于丙烯壓縮機(jī)、丙烯儲(chǔ)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)器依次連接，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，高壓丙烯蒸發(fā)器的液態(tài)丙烯出口通過二級(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；乙烯儲(chǔ)罐、五級(jí)J-T閥、高壓乙烯蒸發(fā)器、中壓乙烯蒸發(fā)器、低壓乙烯蒸發(fā)器依次連接，高壓乙烯蒸發(fā)器、中壓乙烯蒸發(fā)器、低壓乙烯蒸發(fā)器的乙烯蒸發(fā)出口均分別與乙烯壓縮機(jī)連接；乙烯壓縮機(jī)、乙烯冷卻器、高壓丙烯蒸發(fā)器依次連接，高壓乙烯蒸發(fā)器的液態(tài)乙烯出口通過六級(jí)J-T閥與中壓乙烯蒸發(fā)器的液態(tài)乙烯進(jìn)口相連，中壓乙烯蒸發(fā)器的液態(tài)乙烯出口通過七級(jí)J-T閥與低壓乙烯蒸發(fā)器的液態(tài)乙烯進(jìn)口相連；天然氣過冷器、配方冷劑壓縮機(jī)、配方冷劑冷卻器依次連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的三循環(huán)復(fù)疊式制冷天然氣液化系統(tǒng)，其特征在于在丙烯壓縮機(jī)和丙烯儲(chǔ)罐之間設(shè)置有丙烯冷卻器。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的三循環(huán)復(fù)疊式制冷天然氣液化系統(tǒng)，其特征在于所述丙烯蒸發(fā)器、乙烯蒸發(fā)器為管殼式換熱器，天然氣過冷器為板翅式換熱器或管殼式換熱器。
4.一種三循環(huán)復(fù)疊式制冷天然氣液化方法，其特征在于包括如下步驟 .1)預(yù)冷系統(tǒng)對(duì)天然氣、配方冷劑和乙烯進(jìn)行預(yù)冷，冷卻至-36°C后，進(jìn)入液化制冷系統(tǒng) 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)器出來的丙烯冷劑經(jīng)丙烯壓縮機(jī)增壓至I. 68MPa. g后經(jīng)丙烯冷卻器、丙烯儲(chǔ)罐水冷至.40°C，通過一級(jí)J-T閥節(jié)流，壓力降至0. 78MPa. g后進(jìn)入高壓丙烯蒸發(fā)器，對(duì)天然氣、配方冷劑和乙烯進(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)增壓進(jìn)行循環(huán)，液態(tài)丙烯通過二級(jí)J-T閥節(jié)流，壓力降至0. 39MPa. g后進(jìn)入中壓丙烯蒸發(fā)器，對(duì)天然氣、配方冷劑和乙烯進(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)增壓進(jìn)行循環(huán)，液態(tài)丙烯通過三級(jí)J-T閥節(jié)流，壓力降至0. 13MPa.g后進(jìn)入低壓丙烯蒸發(fā)器，對(duì)天然氣、配方冷劑和乙烯進(jìn)行冷卻；低壓丙烯蒸發(fā)器蒸發(fā)的丙烯回到丙烯壓縮機(jī)增壓進(jìn)行循環(huán)，液態(tài)丙烯通過四級(jí)J-T閥節(jié)流，壓力降至0. 03MPa. g后進(jìn)入低低壓丙烯蒸發(fā)器，對(duì)天然氣、配方冷劑和乙烯進(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)增壓進(jìn)行循環(huán)； .2)液化制冷系統(tǒng)將天然氣、配方冷劑冷卻至-95 -85°C 作為液化制冷系統(tǒng)制冷劑的乙烯經(jīng)乙烯壓縮機(jī)增壓至I. 82MPa. g后經(jīng)乙烯冷卻器水冷至40°C，進(jìn)入丙烯預(yù)冷系統(tǒng)冷卻到_36°C并液化；_36°C液態(tài)乙烯出低低壓丙烯蒸發(fā)器后進(jìn)入乙烯儲(chǔ)罐，經(jīng)五級(jí)J-T閥節(jié)流，壓力降至0. 64MPa. g后進(jìn)入高壓乙烯蒸發(fā)器，對(duì)天然氣和配方冷劑進(jìn)行冷卻；高壓乙烯蒸發(fā)器蒸發(fā)的乙烯回到乙烯壓縮機(jī)增壓進(jìn)行循環(huán)，液態(tài)乙烯經(jīng)六級(jí)J-T閥節(jié)流，壓力降至0. 26MPa. g后進(jìn)入中壓乙烯蒸發(fā)器，對(duì)天然氣和配方冷劑進(jìn)行冷卻；中壓乙烯蒸發(fā)器蒸發(fā)的乙烯回到乙烯壓縮機(jī)增壓進(jìn)行循環(huán)，液態(tài)乙烯通過七級(jí)J-T閥節(jié)流，壓力降至0. 02MPa. g后進(jìn)入低壓乙烯蒸發(fā)器，對(duì)天然氣和配方冷劑進(jìn)行冷卻，低壓乙烯蒸發(fā)器蒸發(fā)的乙烯回到乙烯壓縮機(jī)增壓進(jìn)行循環(huán)； . 3)過冷系統(tǒng)為天然氣和配方冷劑提供冷量配方冷劑首先在天然氣過冷器中冷卻到-150°C左右后出天然氣過冷器，經(jīng)節(jié)流閥降溫降壓，壓力降至IOOkPa,溫度降至-155°C后，再進(jìn)入天然氣過冷器為天然氣和自身過冷提供冷量；液化制冷系統(tǒng)已液化的天然氣在這一級(jí)中過冷至_155°C，過冷后的天然氣節(jié)流后溫度降至_163°C，進(jìn)入LNG儲(chǔ)罐儲(chǔ)存；配方冷劑給出冷量后出天然氣過冷器，此時(shí)溫度為-ioo°c，再進(jìn)入配方冷劑壓縮機(jī)進(jìn)行循環(huán)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的三循環(huán)復(fù)疊式制冷天然氣液化方法，其特征在于所述丙烯蒸發(fā)器、乙烯蒸發(fā)器為管殼式換熱器，天然氣過冷器為板翅式換熱器或管殼式換熱器。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的三循環(huán)復(fù)疊式制冷天然氣液化方法，其特征在于所述配方冷劑由體積含量為60% 75%的甲燒、15% 35%的乙烯、5% 15%的氮?dú)饨M成。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種三循環(huán)復(fù)疊式制冷天然氣液化系統(tǒng)及方法，通過較低溫度級(jí)的循環(huán)將熱量轉(zhuǎn)給相鄰的較高溫度級(jí)的循環(huán)第一級(jí)丙烯制冷循環(huán)為天然氣、制冷劑乙烯和配方冷劑提供冷量；第二級(jí)乙烯制冷循環(huán)為天然氣和配方冷劑提供冷量；第三級(jí)配方冷劑制冷循環(huán)為天然氣及自身提供冷量。通過七個(gè)換熱器和一個(gè)板翅式換熱器冷卻，天然氣的溫度逐漸降低，直至液化。本發(fā)明中凈化天然氣在七個(gè)換熱器和一個(gè)板翅換熱器中溫度逐漸降低，直至液化；液化過程所需的冷量由丙烯、乙烯、配方冷劑三個(gè)系統(tǒng)提供，系統(tǒng)調(diào)節(jié)手段豐富，能夠?yàn)樘烊粴庖夯^程提供相匹配的冷量，從而體現(xiàn)出該方法在操作上的靈活性和對(duì)原料的適應(yīng)性。
文檔編號(hào)F25J1/02GK102628634SQ20121012492
公開日2012年8月8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, 劉紅清, 孫林, 宋光紅, 宋德琦, 汪宏偉, 法玉曉, 琚宜林, 田廣新, 胡平, 胡益武, 蒲黎明, 鄭穎, 郭成華, 陸永康, 陳運(yùn)強(qiáng), 黃勇, 龍?jiān)霰?申請(qǐng)人:中國石油集團(tuán)工程設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司