带预冷的双复合冷剂制冷系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种带预冷的双复合冷剂制冷系统，净化天然气在四个蒸发器和两个换热器中温度逐渐降低，直至液化；液化过程所需的冷量由预冷剂、混合冷剂MR1、混合冷剂MR2三个系统提供，系统调节手段丰富，能够为天然气液化过程提供相匹配的冷量，从而体现出本专利在操作上的灵活性和对原料的适应性。本实用新型专利技术的优点是：天然气液化过程能耗低；大型液化工厂国产化不再受主换热器的形式限制；制冷压缩的大型化，采用本实用新型专利技术可以最大做到千万吨的LNG装置。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

带预冷的双复合冷剂制冷系统
本技术涉及一种带预冷的双复合冷剂制冷系统。
技术介绍
LNG具有清洁环保的性能，在无天然气管道到达地区的中小城镇城市燃气、工业燃 料、城市燃气调峰及事故应急、燃气汽车、高档瓷器加工等诸多应用领域迅速推广。但受到 国际原油价格的影响，天然气价格不断攀升，天然气液化厂效益天然气液化工厂原料成本 不断增加，从而导致液化工厂利润空间不断下降。近年来国内外天然气液化厂已向大型化、 规模化方向发展，目前单套最大液化能力已到达780万吨/年。能耗低、建设成本相对较低、 又能应用于大规模的液化工艺是未来的我国液化技术的发展方向。目前国内外天然气液化工艺大致可分为以下三种:I)阶式制冷循环；2)混合冷剂制冷循环，又细分为带或不带预冷的单级混合冷剂 循环和多级混合冷剂循环；3)膨胀制冷，又细分为带或不带预冷的单级膨胀制冷和多级膨 胀制冷。以上工艺因各自的特点而适应于不同处理规模的天然气液化厂。带膨胀制冷循环 的天然气液化工艺因装置能耗过高，单套装置处理量小，近年来逐渐被单级混合冷剂制冷 循环液化技术替代。单级混合冷剂制冷循环液化工艺是目前国内外50X 104t/a以下处理 规模的液化厂的主流工艺。而大于50X 104t/a的液化天然气工厂都选的带预冷的混合冷 剂制冷循环液化工艺及多级混合冷剂制冷液化流程。从以上分析可以看出，带丙烷预冷的混合冷剂制冷循环液化工艺(C3/MRC)、多级 混合冷剂制冷液化流程以及阶式制冷循环液化流程能适用于大型或超大型天然气液化工艺。
技术实现思路
本技术克服了现有技术中的缺点，提供了一种带预冷的双复合冷剂制冷系 统，采用预冷剂预冷和两个混合冷剂制冷，在预冷系统中天然气、混合冷剂MR1、混合冷剂 MR2在预冷剂中被冷却，四个不同工作压力的预冷剂在四个不同的预冷换热器中被气化和 换热；从预冷换热器出来的天然气、混合冷剂MRl和混合冷剂MR2进入液化主低温换热器液 化，冷量由混合冷剂MRl节流提供；从液化主低温换热器出来的天然气、混合冷剂MR2进入 过冷主低温换热器过冷。液化和过冷主低温换热器由若干台板翅式换热单元并联组成，原 料天然气在液化换热器中液化并在过冷换热器过冷至_150°C _163°C，然后节流进入LNG 储。本技术的技术方案是:一种带预冷的双复合冷剂制冷系统，包括由多级预冷 剂蒸发器、预冷剂压缩机、预冷剂冷却器和预冷剂分离器依次连接构成的预冷剂预冷系统； 由MRl压缩机、MRl冷却器、多级预冷剂蒸发器和液化主低温换热器依次连接构成的混合制 冷剂MRl制冷系统；由MR2压缩机、MR2冷却器、多级预冷剂蒸发器、液化主低温换热器、过冷主低温换热器和MR2分离器依次连接构成的混合制冷剂MR2制冷系统。与现有技术相比，本技术的优点是:净化天然气在四个蒸发器和两个换热器中温度逐渐降低，直至液化；液化过程所 需的冷量由预冷剂、混合冷剂MR1、混合冷剂MR2三个系统提供，系统调节手段丰富，能够为 天然气液化过程提供相匹配的冷量，从而体现出本专利在操作上的灵活性和对原料的适应 性。与现有技术相比，具有以下优点:1、天然气液化过程能耗低:对于天然气液化而言，影响能耗的主要因素为制冷温度和制冷换热过程的换热温 差。在相同的制冷温度工况下，换热温差越大，制冷系统的能耗越高。采用本技术的带预冷的双复合冷剂制冷系统进行天然气液化，整个换热过程 温差较为均匀，无传热瓶颈，有效能损失小，节能明显。2、液化过程换热器采用板翅式换热器:国内外LNG工厂的主换热器设备主要是绕管换热器和板翅式换热器，绕管换热器 现世界生产商只有APCI和LINDE两家，价格较高，而板翅式换热器在国内的生产厂家较多。 国外大型LNG工厂中的主换热器都采用的绕管。采用本技术的天然气液化系统，主换热器采用板翅式换热器，大型液化工厂 国产化不再受主换热器的形式限制。3、制冷压缩的大型化:LNG规模大型化的瓶颈主要受压缩机功率的限制，采用本技术方案混合冷剂 压缩MRl和混合冷剂压缩机MR2的功率能做到同样的大，采用本技术可以最大做到 千万吨的LNG装置。附图说明本技术将通过例子并参照附图的方式说明，其中:图1是本技术的结构示意图。具体实施方式本技术采用多级预冷剂蒸发器进行预冷，且预冷采用的级数(即预冷剂蒸发 器的个数)越多越节约能耗。但是从操作和经济投资上看四级是最为合理的。采用四级预 冷比采用三级预冷预冷压缩机的功率能节约10%。因此，本技术将以四级预冷剂蒸发器 为例进行详细说明:一种带预冷的双复合冷剂制冷系统，如图1所示，包括:预冷剂压缩机1、预冷剂冷 却器2、预冷剂分离器3、高压预冷剂蒸发器4、中压预冷剂蒸发器5、低压预冷剂蒸发器6、 低低压预冷剂蒸发器7、MR1压缩机8、MR1冷却器9、液化主低温换热器10、MR2压缩机11、 MR2冷却器12、MR2分离器13、过冷主低温换热器14、一级J-T阀15、二级J-T阀16、三级 J-T阀17、四级J-T阀18、五级J-T阀19、六级J-T阀20、七级J-T阀21等，其中:I)四级预冷剂蒸发器(包括依次连接的高压预冷剂蒸发器4、中压预冷剂蒸发器5、低压预冷剂蒸发器6和低低压预冷剂蒸发器7 )、预冷剂压缩机1、预冷剂冷却器2、预冷剂 分离器3依次连接构成预冷剂预冷系统，其中:四级预冷剂蒸发器的蒸气出口均接入预冷剂压缩机1，预冷剂压缩机I的出口依 次与预冷剂冷却器2、预冷剂分离器3、一级J-T阀15、高压预冷剂蒸发器4、二级J-T阀16、 中压预冷剂蒸发器5、三级J-T阀17、低压预冷剂蒸发器6、四级J-T阀18和低低压预冷剂 蒸发器7连接；2) MRl压缩机8、MR1冷却器9、四级预冷剂蒸发器和液化主低温换热器10依次连 接，构成混合制冷剂MRl制冷系统；3)MR2压缩机11、MR2冷却器12、四级预冷剂蒸发器、液化主低温换热器10、过冷 主低温换热器14和MR2分离器13依次连接，构成混合制冷剂MR2制冷系统。所述液化主低温换热器10和过冷主低温换热器14为板翅式换热器。本技术的工作原理是:较低温度级的循环将热量转给相邻的较高温度级的循 环。第一级预冷剂制冷循环为天然气、混合制冷剂MRl和混合制冷剂MR2提供冷量；第二级 混合制冷剂MRl循环为天然气、混合制冷剂MRl和混合制冷剂MR2提供冷量；第三级混合制 冷剂MR2循环为天然气及混合制冷剂MR2自身提供冷量。通过四个蒸发器和两个板翅式换 热器冷却，天然气的温度逐渐降低，直至液化。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种带预冷的双复合冷剂制冷系统，其特征在于：包括由多级预冷剂蒸发器、预冷剂压缩机、预冷剂冷却器和预冷剂分离器依次连接构成的预冷剂预冷系统；由MR1压缩机、MR1冷却器、多级预冷剂蒸发器和液化主低温换热器依次连接构成的混合制冷剂MR1制冷系统；由MR2压缩机、MR2冷却器、多级预冷剂蒸发器、液化主低温换热器、过冷主低温换热器和MR2分离器依次连接构成的混合制冷剂MR2制冷系统。

【技术特征摘要】
1.一种带预冷的双复合冷剂制冷系统，其特征在于:包括由多级预冷剂蒸发器、预冷 剂压缩机、预冷剂冷却器和预冷剂分离器依次连接构成的预冷剂预冷系统；由MRl压缩机、 MRl冷却器、多级预冷剂蒸发器和液化主低温换热器依次连接构成的混合制冷剂MRl制冷 系统；由MR2压缩机、MR2冷却器、多级预冷剂蒸发器、液化主低温换热器、过冷主低温换热 器和MR2分离器依...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘家洪，孙林，宋德琦，蒲黎明，龙增兵，陆永康，陈运强，法玉晓，郭成华，仲文旭，陈磊，许涛，钟志良，琚宜林，
申请(专利权)人：中国石油集团工程设计有限责任公司，
类型：实用新型
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