一种精馏型变浓度自复叠气体液化系统技术方案

本发明专利技术公开了一种精馏型变浓度自复叠气体液化系统，包括压缩机、冷凝器、精馏装置以及原料气液化回路，原料气液化回路包括第一换热器组、第二换热器组以及设于第一换热器组和第二换热器组之间的第一节流阀；精馏装置与压缩机吸气口之间设有两条并联设置的第一变浓度回路和第二变浓度回路。本发明专利技术利用精馏装置代替传统混合工质气体液化系统的多级分离过程，同时从精馏装置底部和顶部引出的不同成分的高压液体分别减压进入两个换热器组中优化匹配原料气降温液化过程中水当量变化，并采用变浓度回路改善液化系统的变工况调节能力，具有结构简单、运行可靠和系统液化效率高等优点，适用于变工况性能要求高的各种小型和微型气体液化系统。

Rectification type variable concentration self superposed gas liquefying system

The invention discloses an auto cascade gas liquefaction system concentration of a distillation type variable, including compressor, condenser, distillation equipment and raw materials of raw gas liquefied gas liquefaction loop circuit including a first heat exchanger, the second heat exchanger and the heat exchanger is arranged in the first group and the second group for the first throttle valve between the heat exchanger group two; parallel set the first variable concentration loop and the second variable concentration loop is arranged between the rectifying device and the compressor suction mouth. A multistage separation process of the invention by the rectifying device to replace the traditional mixed refrigerant gas liquefaction system, high pressure liquid with different components and drawn from the distillation device at the top and bottom are relief into the two heat exchanger group matching optimization of raw gas cooling and variation of water equivalent liquefaction process, using variable condition variable concentration loop to improve the liquefaction system adjustment ability, has the advantages of simple structure, reliable operation and liquefaction efficiency etc., suitable for a variety of small and micro gas liquefaction system in variable conditions of high performance requirements.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于气体液化系统
，尤其涉及一种精馏型变浓度自复叠气体液化 系统。
技术介绍
在大规模天然气液化工程中，混合制冷剂自复叠气体液化系统已替代经典复叠式 气体液化系统，得到广泛的应用。但是，由于这些传统的混合制冷剂气体液化系统采用了 2 5级的平衡分离分凝过程，润滑油的处理状况得到了很大的改善，但循环的结构相应变 得复杂化，运行过程对气源和环境温度的适应性变差，难于控制。特别是对小型和微型气体 液化装置来说，设备简单是非常重要的决定因素，上述传统液化系统不能适应气体液化系 统的小型化和微型化。申请号为CN02110664.9的专利申请文献提出的精馏型混合制冷剂深度制冷装 置，采用了一个精馏装置来代替多次分凝循环的多个气液分离器，可以实现多次分凝循环 的油分离效果，而且具有较高的循环效率。然而上述制冷装置仅能应用于一些对冷却温度 要求不高的冷却场合。另外，当原料气的沸点较低时，液化所需的制冷温度相应地要求更低，需要采用低 沸点浓度较高的多元混合制冷剂。这将导致液化系统开始降温阶段，压缩机的压比和排气 温度过高，大大降低压缩机的寿命甚至导致压缩机因压力保护而不能开机，致使整个制冷 系统瘫痪，不能正常运行，冷却效率低。
技术实现思路
本专利技术提供了一种精馏型变浓度自复叠气体液化系统，该液化系统结构简单、变 工况性能好、运行可靠和系统液化效率高，特别适用于既需要快速启动、又需要液化较低沸 点气体的场合，有良好的应用前景。一种精馏型变浓度自复叠气体液化系统，包括压缩机、冷凝器、精馏装置以及原料 气液化回路；所述的压缩机出料口与冷凝器进料口相连；所述的冷凝器的出料口与精馏装 置釜中进料口相连；所述的精馏装置包括精馏塔以及与精馏塔精馏段顶部连通的塔顶换热 器，塔顶换热器顶部的出料口与原料气液化回路相连，原料气穿过所述的原料气液化回路 得到最终液化产品；所述的原料气液化回路包括由第一换热器、第二换热器组成的第一换 热器组、由第三换热器组成的第二换热器组以及设于第一换热器组和第二换热器组之间的 第一节流阀；所述的精馏装置与压缩机吸气口之间设有两条并联设置的第一变浓度回路和 第二变浓度回路，第一变浓度回路由依次串联设置的第三截止阀、储液罐和第四截止阀组 成，第二变浓度回路由依次串联设置的第一截止阀、第一储气罐和第二截止阀组成；所述的第一换热器和第二换热器内均设有一个制冷剂管道和原料气液化管道，外 壁上均设有若干与内腔连通的进料或出料端口 ；所述的第三换热器内设有一个原料气液 化管道，外壁上设有若干与内腔连通的进料或出料端口 ；所述的塔顶换热器内设有冷却管道；所述的塔顶换热器顶部的出料口通过两条并联的支路分别与第一截止阀的进料 口和第一换热器的制冷剂管道的进口端相连；所述的第一换热器的制冷剂管道的出口端与 第二换热器的制冷剂管道的进口端相连；所述的第一节流元件的进料口与第二换热器的制 冷剂管道的出口端相连，出料口与第三换热器顶部的进料端口连通；所述的第三换热器底 部的出料端口与第二换热器底部的进料端口连通，以实现对制冷剂管道内制冷剂以及原料 气的预冷却；所述的第二换热器顶部的出料端口与塔顶换热器内冷却管道的进口端连通； 所述的塔顶换热器的冷却管道的出口端与压缩机的吸气口连通，实现制冷剂的循环制冷；所述的塔顶换热器底部的第二出料口通过三条支路管道分别与第一换热器、第二 换热器和第三换热器外壁上的进料端口连通，所述的支路上分别设有一个节流元件；所述的精馏塔塔底出液口分别与四条并联支路相连，其中三条支路管道分别与第 一换热器、第二换热器和第三换热器外壁上的进料端口连通，所述的支路上分别设有一个 节流元件；另外一条支路与第三截止阀的进料口相连；所述的第一换热器顶部的出料端口与压缩机吸气口连通，实现第一换热器腔体内 的制冷剂循环制冷。本专利技术采用将需要液化的原料气体依次进入原料气液化回路的三个换热器中，利 用从精馏装置底部和顶部引出的不同成分的高压液体，按照原料气组分特点，分别节流后 通入原料气液化回路的三个换热器中，以优化匹配原料气降温液化过程中的水当量变化， 来逐段冷却原料气，减小三个不同温度段换热器内混合制冷剂与混合制冷剂及液化气之间 的传热温差，从而减小气体液化系统的单位液化功。同时，本专利技术采用三个变浓度回路，可 以明显降低压缩机在开始降温阶段的压比、排气温度和改善制冷机的动态运行特性。所述的第一换热器组或第二换热器组可根据实际需要增加或减少其中换热器的 数量。为进一步加强原料气的彻底冷却，优选的技术方案中，所述的第三换热器内原料气液 化管道的出口端位于第三换热器的顶部，进口端位于第三换热器的底部，此时第三换热器 内原料气与经第一节流元件节流冷却后的制冷剂逆向接触换热，提高了热交换效率。为保证整个液化系统的稳定性，同时实现能源的综合利用，优选的技术方案中，可 在所述的精馏塔塔底的出液管道上设置一个或多个干燥过滤器，以实现对釜底液的干燥和 过滤；同时也可设置一个或多个釜底换热器，便于对釜底液的预冷处理；当选择的干燥过 滤器和换热器的个数均为一个时，所述的精馏塔塔底出液口首先依次与干燥过滤器和釜底 换热器相连，然后再与所述的三条支路管道相连；所述的干燥过滤器的进料口与精馏塔塔 底出液口连通，出料口分别与两条并联的支路相连，其中一条支路与第三截止阀进料口相 连，另一条支路与釜底换热器内其中一个管道的进口端相连，该管道的出口端分别通过所 述的三条支路管道与第一换热器、第二换热器和第三换热器外壁上的进料端口相连；所述 的塔顶换热器冷却管道出口端与釜底换热器内另一管道的进口端连通，该管道的出口端与 压缩机吸气口连通，以便于对塔底的高沸点制冷剂进行预冷却；所述的釜底换热器内的两 个管道的进口端分别设于釜底换热器的两侧，便于实现逆流换热；釜底换热器的设置，可以 利用塔顶换热器冷却管道内排出的冷却剂对釜底液进行预冷。为进一步便于调节制冷剂回路中低沸点制冷剂的含量，可在所述的第一节流元件 的进料口与第二换热器的制冷剂管道的出口端之间的管路上设有一个气液分离器；所述的5气液分离器与压缩机的吸气口之间设有第三变浓度回路；所述的第三变浓度回路由依次串 联连接的第五截止阀、第二储气罐和第六截止阀组成，第五截止阀的进料口与气液分离器 内腔的气体段连通。所述的冷凝器、釜底换热器、第一换热器、第二换热器或第三换热器可选用常规的 沉浸式、喷淋式、列管式、套管式或板式换热器。根据实际需要连接的管路，选择适合型号和 构造的换热器。所述的液化系统内的制冷剂可选用二元或二元以上的非共沸混合制冷剂。组成非 共沸混合制冷剂的常见组分主要有氮气、惰性气体、碳烃类、烃的卤化物、二氧化碳等。所 述的节流元件可选用市场上常见的手动节流阀、自动节流阀或毛细管；所述的精馏塔可选 用常规的填料塔或板式塔。所述的第一截止阀，第二截止阀，第三截止阀，第四截止阀，第五 截止阀或第六截止阀可选用常规的手动截止阀、自动截止阀或其他能够起到截止作用的阀 体。另外，所述的第一截止阀，第二截止阀，第三截止阀，第四截止阀，第五截止阀或第六截 止阀为双向截止阀。本专利技术与现有技术相比，可以实现以下的有益效果(1)液化系统的结构大为简化，运行可靠好。利用精馏装置代替传统混合制冷剂气 体液化系统本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种精馏型变浓度自复叠气体液化系统，包括压缩机（１）、冷凝器（２）、精馏装置（３）以及原料气液化回路；所述的压缩机（１）出料口与冷凝器（２）进料口相连；所述的冷凝器（２）的出料口与精馏装置（３）釜中进料口相连；所述的精馏装置（３）包括精馏塔以及与精馏塔精馏段顶部连通的塔顶换热器，塔顶换热器顶部的出料口与原料气液化回路相连，原料气穿过所述的原料气液化回路得到最终液化产品，其特征在于，所述的原料气液化回路包括由第一换热器（６）、第二换热器（７）组成的第一换热器组、由第三换热器（８）组成的第二换热器组以及设于第一换热器组和第二换热器组之间的第一节流阀（９）；所述的精馏装置（３）与压缩机（１）吸气口之间设有两条并联设置的第一变浓度回路和第二变浓度回路，第一变浓度回路由依次串联设置的第三截止阀（２２）、储液罐（１８）和第四截止阀（２３）组成，第二变浓度回路由依次串联设置的第一截止阀（２０）、第一储气罐（１７）和第二截止阀（２１）组成；所述的第一换热器（６）和第二换热器（７）内均设有一个制冷剂管道和原料气液化管道，外壁上均设有若干与内腔连通的进料或出料端口；所述的第三换热器（８）内设有一个原料气液化管道，外壁上设有若干与内腔连通的进料或出料端口；所述的塔顶换热器内设有冷却管道；所述的塔顶换热器顶部的出料口通过两条并联的支路分别与第一截止阀（２０）的进料口和第一换热器（６）的制冷剂管道的进口端相连；所述的第一换热器（６）的制冷剂管道的出口端与第二换热器（７）的制冷剂管道的进口端相连；所述的第一节流元件（９）的进料口与第二换热器（７）的制冷剂管道的出口端相连，出料口与第三换热器（８）顶部的进料端口连通；所述的第三换热器（８）底部的出料端口与第二换热器（７）底部的进料端口连通；所述的第二换热器（７）顶部的出料端口与塔顶换热器内冷却管道的进口端连通；所述的塔顶换热器的冷却管道的出口端与压缩机（１）的吸气口连通；所述的塔顶换热器底部的第二出料口通过三条支路管道分别与第一换热器（６）、第二换热器（７）和第三换热器（８）外壁上的进料端口连通，所述的支路上分别设有一个节流元件；所述的精馏塔塔底出液口分别与四条并联支路相连，其中三条支路管道分别与第一换热器（６）、第二换热器（７）和第三换热器（８）外壁上的进料端口连通，所述的支路上分别设有一个节流元件；另外一条支路与第三截止阀（２２）的进料口相连；所述的第一换热器（６）顶部的出料端口与压缩机（１）吸气口连通。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王勤，王江浦，陈光明，张爱民，陈福胜，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：86