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輸和存儲問題，目前國內(nèi)許多地區(qū)均大力發(fā)展液化天然氣項目?；谖覈烊粴赓Y源總體有限、局部資源配置不平衡，以及季節(jié)性用氣量波動較大的特點，使大型天然氣液化工廠年開工時間受限，而小型天然氣液化工廠具有“船小好調(diào)頭”的特點越來越受到親睞。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，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，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1，所述冷劑換熱器6的頂部出口、制冷壓縮機I的一級增壓段、壓縮機一級冷卻器2、壓縮機一級分離器3依次連接；壓縮機一級分離器的氣相出口、制冷壓縮機I的二級增壓段、壓縮機二級冷卻器4、壓縮機一級分離器5依次連接；壓縮機二級分離器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)冷段進口依次連接；壓縮機二級分離器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、對天然氣進行液化:
[0007]天然氣經(jīng)過預(yù)處理后進入冷劑換熱器中冷卻至_50°C?_70°C溫度范圍時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入壓縮機入口分離器進行氣液分離，分離后的氣相進入冷劑壓縮機一級增壓段增壓至0.7?1.1MPa，再經(jīng)壓縮機一級冷卻器冷卻至40°C后進入壓縮機一級分離器進行氣液分離，分離后的氣相進入冷劑壓縮機二級增壓段增壓至3.3?4.0MPa,再經(jīng)壓縮機二級冷卻器冷卻至40°C后進入壓縮機二級分離器進行氣液分離: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)壓縮機一級壓縮至0.7?1.1MPa左右，經(jīng)壓縮機一級冷卻器冷卻至_40°C左右，在壓縮機一級分離器中無液相產(chǎn)生。相比傳統(tǒng)單循環(huán)混合冷劑制冷循環(huán)工藝，制冷壓縮機級間無液相產(chǎn)生，進入制冷壓縮機二級的介質(zhì)組成及流量無變化，有效解決壓縮機運行過程中一級與二級的介質(zhì)流量及組成的變化造成壓縮機計算、選型及制造的困難，使制冷壓縮機選型范圍更廣、制造更加容易，可使關(guān)鍵壓縮機設(shè)備國產(chǎn)化。
[0012]2.天然氣液化所需冷量由一個制冷循環(huán)提供，通過調(diào)節(jié)制冷劑組分和配比，以及調(diào)控壓縮機級兩級壓力分配，使壓縮機級間無液相介質(zhì)產(chǎn)生，與單循環(huán)混合冷劑制冷工藝相比，克服了多級節(jié)流混合冷劑制冷工藝難調(diào)節(jié)的缺點。壓縮機一級分離器中無液相產(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)冷后進入重?zé)N分離罐之前，增加了一個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1、壓縮機一級冷卻器2、壓縮機一級分離器3、壓縮機二級冷卻器4、壓縮機二級分離器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、壓縮機入口分離器12、制冷壓縮機1、壓縮機一級冷卻器2、壓縮機一級分離器3依次連接；壓縮機一級分離器3的氣相出口、制冷壓縮機I的二級增壓段、壓縮機二級冷卻器4、壓縮機二級分離器5依次連接；壓縮機二級分離器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)冷段進口依次連接；壓縮機二級分離器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，