一種小型天然氣液化制冷系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種天然氣液化工藝，尤其是涉及一種適用小型天然氣液化的制冷系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年，在國家推行節(jié)能減排、建設(shè)環(huán)境友好型社會(huì)的背景下，天然氣作為清潔能源、重要的車船燃料得到越來越廣泛的利用。液化天然氣(LNG)的體積只有同量氣體體積的1/625，可有效解決天然氣運(yùn)輸和存儲(chǔ)問題，目前國內(nèi)許多地區(qū)均大力發(fā)展液化天然氣項(xiàng)目。基于我國天然氣資源總體有限、局部資源配置不平衡，以及季節(jié)性用氣量波動(dòng)較大的特點(diǎn)，使大型天然氣液化工廠年開工時(shí)間受限，而小型天然氣液化工廠具有“船小好調(diào)頭”的特點(diǎn)越來越受到親睞。因而開發(fā)一種適用小型天然氣液化裝置，做到設(shè)備少、效率高、能耗低投資省的天然氣液化工藝非常必要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明提供了一種小型天然氣液化制冷系統(tǒng)及方法，結(jié)合了傳統(tǒng)單循環(huán)制冷工藝優(yōu)點(diǎn)，在此基礎(chǔ)上提出合理優(yōu)化，使之更適用于小型天然氣液化工廠建設(shè)。
[0004]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:一種小型天然氣液化制冷系統(tǒng)，包括天然氣液化系統(tǒng)和混合冷劑制冷系統(tǒng)，其中:天然氣液化系統(tǒng)包括冷劑換熱器6和重?zé)N分離器7，所述冷劑換熱器與重?zé)N分離器的入口連接，重?zé)N分離器的氣相出口、冷劑換熱器6的中部進(jìn)口依次連接，冷劑換熱器6的底部出口與J 一 T閥11連接；混合冷劑制冷系統(tǒng)包括冷劑換熱器6和制冷壓縮機(jī)1，所述冷劑換熱器6的頂部出口、制冷壓縮機(jī)I的一級(jí)增壓段、壓縮機(jī)一級(jí)冷卻器2、壓縮機(jī)一級(jí)分離器3依次連接；壓縮機(jī)一級(jí)分離器的氣相出口、制冷壓縮機(jī)I的二級(jí)增壓段、壓縮機(jī)二級(jí)冷卻器4、壓縮機(jī)一級(jí)分離器5依次連接；壓縮機(jī)二級(jí)分離器5的液相出口、冷劑換熱器6、J 一 T閥8、冷劑換熱器6的預(yù)冷段進(jìn)口依次連接；壓縮機(jī)二級(jí)分離器5的氣相出口、冷劑換熱器6、J 一 T閥9、冷劑換熱器6的底部進(jìn)口依次連接。
[0005]本發(fā)明還提供了一種小型天然氣液化制冷方法，包括如下內(nèi)容:
[0006]一、對(duì)天然氣進(jìn)行液化:
[0007]天然氣經(jīng)過預(yù)處理后進(jìn)入冷劑換熱器中冷卻至_50°C?_70°C溫度范圍時(shí)從冷劑換熱器中抽出，通過J-T閥10節(jié)流降壓至4.0MPa左右，再經(jīng)過重?zé)N分離器進(jìn)行氣液分離脫除重?zé)N，脫除重?zé)N后的天然氣經(jīng)過重?zé)N分離器的氣相出口再次進(jìn)入冷劑換熱器6繼續(xù)冷卻、液化，并過冷到_160°C，再經(jīng)J-T閥11節(jié)流降壓到1KPa后得到-162?_165°C的LNG
τ?: 口廣PR ；
[0008]二、冷劑換熱器的制冷循環(huán):
[0009]從冷劑換熱器頂部出來的混合冷劑首先進(jìn)入壓縮機(jī)入口分離器進(jìn)行氣液分離，分離后的氣相進(jìn)入冷劑壓縮機(jī)一級(jí)增壓段增壓至0.7?1.1MPa，再經(jīng)壓縮機(jī)一級(jí)冷卻器冷卻至40°C后進(jìn)入壓縮機(jī)一級(jí)分離器進(jìn)行氣液分離，分離后的氣相進(jìn)入冷劑壓縮機(jī)二級(jí)增壓段增壓至3.3?4.0MPa,再經(jīng)壓縮機(jī)二級(jí)冷卻器冷卻至40°C后進(jìn)入壓縮機(jī)二級(jí)分離器進(jìn)行氣液分離:分離后的液相經(jīng)冷劑換熱器冷卻至-40?_50°C左右從冷劑換熱器抽出，經(jīng)J-T閥8節(jié)流減壓至0.3MPa左右后，再次返回至冷劑換熱器中，為冷劑換熱器預(yù)冷段提供冷量；分離后的氣相經(jīng)冷劑換熱器冷卻至-100?_120°C后從冷劑換熱器抽出，經(jīng)J-T閥9節(jié)流減壓至0.4MPa左右后，再次返回至冷劑換熱器中，為冷劑換熱器液化段提供冷量。
[0010]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的積極效果是:具有流程簡單、工程總投資低、變工況適應(yīng)能力強(qiáng)等特征，具體表現(xiàn)如下:
[0011]1.適用小型天然氣液化制冷工藝天然氣液化流程，在傳統(tǒng)單混合冷劑制冷循環(huán)工藝(MRC)的基礎(chǔ)上，通過加入不同組分的量，調(diào)節(jié)混合制冷劑的組成、配比及循環(huán)量，混合冷劑可由氮、甲烷、丙烷、乙烯和異戊烷的一種或者幾種組成。制冷劑經(jīng)壓縮機(jī)一級(jí)壓縮至0.7?1.1MPa左右，經(jīng)壓縮機(jī)一級(jí)冷卻器冷卻至_40°C左右，在壓縮機(jī)一級(jí)分離器中無液相產(chǎn)生。相比傳統(tǒng)單循環(huán)混合冷劑制冷循環(huán)工藝，制冷壓縮機(jī)級(jí)間無液相產(chǎn)生，進(jìn)入制冷壓縮機(jī)二級(jí)的介質(zhì)組成及流量無變化，有效解決壓縮機(jī)運(yùn)行過程中一級(jí)與二級(jí)的介質(zhì)流量及組成的變化造成壓縮機(jī)計(jì)算、選型及制造的困難，使制冷壓縮機(jī)選型范圍更廣、制造更加容易，可使關(guān)鍵壓縮機(jī)設(shè)備國產(chǎn)化。
[0012]2.天然氣液化所需冷量由一個(gè)制冷循環(huán)提供，通過調(diào)節(jié)制冷劑組分和配比，以及調(diào)控壓縮機(jī)級(jí)兩級(jí)壓力分配，使壓縮機(jī)級(jí)間無液相介質(zhì)產(chǎn)生，與單循環(huán)混合冷劑制冷工藝相比，克服了多級(jí)節(jié)流混合冷劑制冷工藝難調(diào)節(jié)的缺點(diǎn)。壓縮機(jī)一級(jí)分離器中無液相產(chǎn)生，簡化了工藝流程，節(jié)省投資，操作更加簡便，裝置易啟停。
[0013]3.與單循環(huán)混合冷劑制冷工藝相比，在日處理規(guī)模30萬方以下的天然氣液化裝置，該工藝能耗約高出5%，但該工藝流程簡單，投資省，投資回收期短，工程建設(shè)周期短。
[0014]4.該工藝流程在天然氣經(jīng)冷箱預(yù)冷后進(jìn)入重?zé)N分離罐之前，增加了一個(gè)J-T閥，可有效控制操作壓力，充分利用天然氣壓力能轉(zhuǎn)化為冷能，有效分離出天然氣中的重?zé)N，防止冷箱后端凍堵問題。
【附圖說明】
[0015]本發(fā)明將通過例子并參照附圖的方式說明，其中:
[0016]圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]一種小型天然氣液化制冷系統(tǒng)，如圖1所示，包括:制冷壓縮機(jī)1、壓縮機(jī)一級(jí)冷卻器2、壓縮機(jī)一級(jí)分離器3、壓縮機(jī)二級(jí)冷卻器4、壓縮機(jī)二級(jí)分離器5、冷劑換熱器6、重?zé)N分尚器7、J — T閥8、J — T閥9、J — T閥10、J — T閥11、壓縮機(jī)入口分尚器12。其中:
[0018]干凈化天然氣管道經(jīng)冷劑換熱器6與J 一 T閥10入口連接，J 一 T閥10出口與重?zé)N分離器7的入口連接，重?zé)N分離器7的氣相出口、冷劑換熱器6的中部進(jìn)口依次連接，冷劑換熱器6的底部出口與J 一 T閥11連接，構(gòu)成天然氣液化系統(tǒng)。
[0019]冷劑換熱器6的頂部出口、壓縮機(jī)入口分離器12、制冷壓縮機(jī)1、壓縮機(jī)一級(jí)冷卻器2、壓縮機(jī)一級(jí)分離器3依次連接；壓縮機(jī)一級(jí)分離器3的氣相出口、制冷壓縮機(jī)I的二級(jí)增壓段、壓縮機(jī)二級(jí)冷卻器4、壓縮機(jī)二級(jí)分離器5依次連接；壓縮機(jī)二級(jí)分離器5的液相出口、冷劑換熱器6、J 一 T閥8、冷劑換熱器6的預(yù)冷段進(jìn)口依次連接；壓縮機(jī)二級(jí)分離器5的氣相出口、冷劑換熱器6、J 一 T閥9、冷劑換熱器6的底部進(jìn)口依次連接；換熱后的氣相混合冷劑從冷劑換熱器6的頂部出口出冷劑換熱器6后，