三循環復疊式制冷天然氣液化系統技術方案

本實用新型專利技術公開了一種三循環復疊式制冷天然氣液化系統，通過較低溫度級的循環將熱量轉給相鄰的較高溫度級的循環：第一級丙烯制冷循環為天然氣、制冷劑乙烯和配方冷劑提供冷量；第二級乙烯制冷循環為天然氣和配方冷劑提供冷量；第三級配方冷劑制冷循環為天然氣及自身提供冷量。通過七個換熱器和一個板翅式換熱器冷卻，天然氣的溫度逐漸降低，直至液化。本實用新型專利技術中凈化天然氣在七個換熱器和一個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、配方冷劑三個系統提供，系統調節手段豐富，能夠為天然氣液化過程提供相匹配的冷量，從而體現出該方法在操作上的靈活性和對原料的適應性。（*該技術在2022年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本技術涉及ー種天然氣液化系統，尤其是涉及一種三循環復疊式制冷天然氣液化系統。
技術介紹
LNG具有清潔環保的性能，在無天然氣管道到達地區的中小城鎮城市燃氣、エ業燃料、城市燃氣調峰及事故應急、燃氣汽車、高檔瓷器加工等諸多應用領域迅速推廣。但受到國際原油價格的影響，天然氣價格不斷攀升，天然氣液化廠效益天然氣液化工廠原料成本不斷増加，從而導致液化エ廠利潤空間不斷下降。近年來國內外天然氣液化廠已向大型化、 規模化方向發展，目前單套最大液化能力已到達780萬噸/年。能耗低、建設成本相對較低、又能應用于大規模的液化エ藝是未來的我國液化技術的發展方向。目前國內外天然氣液化工藝大致可分為以下三種I)階式制冷循環；2)混合冷劑制冷循環，又細分為帶或不帶預冷的單級混合冷劑循環和多級混合冷劑循環；3)膨脹制冷，又細分為帶或不帶預冷的單級膨脹制冷和多級膨脹制冷。以上エ藝因各自的特點而適應于不同處理規模的天然氣液化廠。帶膨脹制冷循環的天然氣液化工藝因裝置能耗過高，單套裝置處理量小，近年來逐漸被單級混合冷劑制冷循環液化技術替代。單級混合冷劑制冷循環液化エ藝是目前國內外50X 104t/a以下處理規模的液化廠的主流エ藝。而帶丙烷預冷的混合冷劑制冷循環液化エ藝(C3/MR)及多級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荷型天然氣液化裝置。階式制冷循環液化流程能耗低、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，帶丙烷預冷的混合冷劑制冷循環液化エ藝(C3/MR)、多級混合冷劑制冷液化流程以及階式制冷循環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和關鍵設備的壟斷、我國大型液化廠建設成本無法得到有效的控制。開發ー種能適用于大型又能使用我國自主化設備的天然氣液化工藝已非常必要。
技術實現思路
本技術克服了現有技術中的缺點，提供了一種三循環復疊式制冷天然氣液化系統。本技術的技術方案是一種三循環復疊式制冷天然氣液化系統，丙烯壓縮機、丙烯儲罐、ー級J-T閥、高壓丙烯蒸發器、中壓丙烯蒸發器、低壓丙烯蒸發器、低低壓丙烯蒸發器依次連接，高壓丙烯蒸發器、中壓丙烯蒸發器、低壓丙烯蒸發器、低低壓丙烯蒸發器的丙烯蒸發出ロ均分別與丙烯壓縮機連接，高壓丙烯蒸發器的液態丙烯出ロ通過ニ級J-T閥與中壓丙烯蒸發器的液態丙烯進ロ相連，中壓丙烯蒸發器的液態丙烯出ロ通過三級J-T閥與低壓丙烯蒸發器的液態丙烯進ロ相連，低壓丙烯蒸發器的液態丙烯出ロ通過四級J-T閥與低低壓丙烯蒸發器的液態丙烯進ロ相連；こ烯儲罐、五級J-T閥、高壓こ烯蒸發器、中壓こ烯蒸發器、低壓こ烯蒸發器依次連接，高壓こ烯蒸發器、中壓こ烯蒸發器、低壓こ烯蒸發器的こ烯蒸發出ロ均分別與こ烯壓縮機連接；こ烯壓縮機、こ烯冷卻器、高壓丙烯蒸發器依次連接，高壓こ烯蒸發器的液態こ烯出ロ通過六級J-T閥與中壓こ烯蒸發器的液態こ烯進ロ相連，中壓こ烯蒸發器的液態こ烯出ロ通過七級J-T閥與低壓こ烯蒸發器的液態こ烯進ロ相連；天然氣過冷器、配方冷劑壓縮機、配方冷劑冷卻器依次連接。與現有技術相比，本技術的優點是本技術中浄化天然氣在七個換熱器和一個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、こ烯、配方冷劑三個系統提供，系統調節手段豐富，能夠為天然氣液化過程提供相匹配的冷量，從而體現出該方法在操作上的靈活性和對原料的適應性。與現有技術相比，具有以下優點I、本エ藝只需設置3臺制冷壓縮機即可實現對天然氣高達8階以上的冷凝，盡可能的降低了エ藝過程的傳熱溫差，從而降低了液化過程中的能耗； 對于天然氣液化而言，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。在相同的制冷溫度エ況下，換熱溫差越大，制冷系統的能耗越高。采用本技術的三循環復疊式制冷天然氣液化工藝進行天然氣液化，丙烯在4個不同的蒸發壓力，こ烯在3個不同的蒸發壓カ下蒸發，分別分成4個和3個溫度等級冷卻天然氣，各個壓カ下的蒸發制冷劑進入相應的壓縮機壓縮。最后采用以甲烷為主，配以こ烯或氮氣等組分作為過冷劑為天然氣和自身的冷卻提供冷量。整個換熱過程溫差較為均勻，無傳熱瓶頸，有效能損失小，節能明顯。比目前普遍使用C3/MRエ藝能耗低約5%。同時與原始的階式制冷エ藝相比，制冷壓縮機數量較少，簡化了エ藝流程；2、本エ藝預冷段和液化段冷劑壓縮機均為單組份壓縮機，設計更容易，采購更方便，壓縮機運行更穩定，并可采用國產化設備，有效降低了液化廠建設投資。冷劑壓縮機丙烯壓縮機最低吸氣溫度為-40 _35°C，こ烯壓縮機最低吸氣溫度為-iorc，對于丙烯壓縮機和こ烯壓縮機在國內低溫行業已經廣泛運用，因此該壓縮機很容易采購，實現國產化。在傳統的階式制冷エ藝中的甲烷壓縮機最低吸氣溫度為-150°C，國產設備無法使用，限制了該エ藝的推廣。采用本技術的天然氣液化工藝，過冷段采用以甲烷為主的配方冷劑，配方冷劑壓縮機的最低吸氣溫度提高到-100°c，采用ー級進氣，此エ況的壓縮機在國內低溫行業中已有成熟業績，解決了國內大型LNGエ廠國產化的瓶頸。3、過冷段采用配方冷劑，可靈活地調節液化天然氣過冷溫度，操作適應性更好。4、液化過程換熱器選擇范圍大，可采用冷箱結構，也可采用管殼式結構，或兩者相結合的結構。國內外LNGエ廠的主換熱器設備主要是繞管換熱器和板翅式換熱器，繞管換熱器現世界生產商只有APCI和LINDE兩家，價格較高，而板翅式換熱器在國內的生產廠家較多。國外大型LNGエ廠中的主換熱器都采用的繞管。采用本技術的天然氣液化工藝，主換熱器采用管殼式結構和板翅式換熱器，大型液化工廠國產化不再受主換熱器的形式限制。附圖說明本技術將通過例子并參照附圖的方式說明，其中圖I是本技術的系統原理示意圖。具體實施方式一種三循環復疊式制冷天然氣液化系統，如圖I所示，包括丙烯壓縮機I、こ烯壓縮機2、配方冷劑壓縮機3、高壓丙烯蒸發器4、中壓丙烯蒸發器5、低壓丙烯蒸發器6、低低壓丙烯蒸發器7、高壓こ烯蒸發器8、中壓こ烯蒸發器9、低壓こ烯蒸發器10、天然氣過冷器11、丙烯冷卻器12、こ烯冷卻器13、配方冷劑冷卻器14、丙烯儲罐15、こ烯儲罐16、ー級J-T閥17、ニ級J-T閥18、三級J-T閥19、四級J-T閥20、五級J-T閥21、六級J-T閥22、七級J-T閥23，其中 丙烯壓縮機I、丙烯冷卻器12、丙烯儲罐15、ー級J-T閥17、高壓丙烯蒸發器4、中壓丙烯蒸發器5、低壓丙烯蒸發器6、低低壓丙烯蒸發器7依次連接；高壓丙烯蒸發器4、中壓丙烯蒸發器5、低壓丙烯蒸發器6、低低壓丙烯蒸發器7的丙烯蒸發出ロ均分別與丙烯壓縮機I連接；高壓丙烯蒸發器4的液態丙烯出ロ通過ニ級J-T閥18與中壓丙烯蒸發器5的液態丙烯進ロ相連，中壓丙烯蒸發器5的液態丙烯出ロ通過三級J-T閥19與低壓丙烯蒸發器6的液態丙烯進ロ相連，低壓丙烯蒸發器6的液態丙烯出ロ通過四級J-T閥20與低低壓丙烯蒸發器7的液態丙烯進ロ相連。上述連接方式構成本技術的第一級制冷系統(亦叫預冷系統、丙烯制冷循環系統)，用于對天然氣、配方冷劑和こ烯劑進行預冷。こ烯儲罐16、五級J-T閥21、高壓こ烯蒸發器8、中壓こ烯蒸發器9、低壓こ烯蒸發器10依次連接；高壓こ烯蒸發器8、中壓こ烯蒸本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種三循環復疊式制冷天然氣液化系統，其特征在于：丙烯壓縮機、丙烯儲罐、一級J？T閥、高壓丙烯蒸發器、中壓丙烯蒸發器、低壓丙烯蒸發器、低低壓丙烯蒸發器依次連接，高壓丙烯蒸發器、中壓丙烯蒸發器、低壓丙烯蒸發器、低低壓丙烯蒸發器的丙烯蒸發出口均分別與丙烯壓縮機連接，高壓丙烯蒸發器的液態丙烯出口通過二級J？T閥與中壓丙烯蒸發器的液態丙烯進口相連，中壓丙烯蒸發器的液態丙烯出口通過三級J？T閥與低壓丙烯蒸發器的液態丙烯進口相連，低壓丙烯蒸發器的液態丙烯出口通過四級J？T閥與低低壓丙烯蒸發器的液態丙烯進口相連；乙烯儲罐、五級J？T閥、高壓乙烯蒸發器、中壓乙烯蒸發器、低壓乙烯蒸發器依次連接，高壓乙烯蒸發器、中壓乙烯蒸發器、低壓乙烯蒸發器的乙烯蒸發出口均分別與乙烯壓縮機連接；乙烯壓縮機、乙烯冷卻器、高壓丙烯蒸發器依次連接，高壓乙烯蒸發器的液態乙烯出口通過六級J？T閥與中壓乙烯蒸發器的液態乙烯進口相連，中壓乙烯蒸發器的液態乙烯出口通過七級J？T閥與低壓乙烯蒸發器的液態乙烯進口相連；天然氣過冷器、配方冷劑壓縮機、配方冷劑冷卻器依次連接。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：劉家洪，宋德琦，孫林，龍增兵，蒲黎明，宋光紅，汪宏偉，郭成華，陸永康，胡益武，陳運強，冼祥發，胡平，鄭穎，黃勇，琚宜林，仲文旭，田廣新，法玉曉，劉紅清，
申請(專利權)人：中國石油集團工程設計有限責任公司，
類型：實用新型
國別省市：