[发明专利]三循环复叠式制冷天然气液化系统及方法

权利要求书

1.一种三循环复叠式制冷天然气液化系统，其特征在于：丙烯压缩机、丙烯储罐、一级J-T阀、高压丙烯蒸发器、中压丙烯蒸发器、低压丙烯蒸发器、低低压丙烯蒸发器依次连接，高压丙烯蒸发器、中压丙烯蒸发器、低压丙烯蒸发器、低低压丙烯蒸发器的丙烯蒸发出口均分别与丙烯压缩机连接，高压丙烯蒸发器的液态丙烯出口通过二级J-T阀与中压丙烯蒸发器的液态丙烯进口相连，中压丙烯蒸发器的液态丙烯出口通过三级J-T阀与低压丙烯蒸发器的液态丙烯进口相连，低压丙烯蒸发器的液态丙烯出口通过四级J-T阀与低低压丙烯蒸发器的液态丙烯进口相连；乙烯储罐、五级J-T阀、高压乙烯蒸发器、中压乙烯蒸发器、低压乙烯蒸发器依次连接，高压乙烯蒸发器、中压乙烯蒸发器、低压乙烯蒸发器的乙烯蒸发出口均分别与乙烯压缩机连接；乙烯压缩机、乙烯冷却器、高压丙烯蒸发器依次连接，高压乙烯蒸发器的液态乙烯出口通过六级J-T阀与中压乙烯蒸发器的液态乙烯进口相连，中压乙烯蒸发器的液态乙烯出口通过七级J-T阀与低压乙烯蒸发器的液态乙烯进口相连；天然气过冷器、配方冷剂压缩机、配方冷剂冷却器依次连接。

2.根据权利要求1所述的三循环复叠式制冷天然气液化系统，其特征在于：在丙烯压缩机和丙烯储罐之间设置有丙烯冷却器。

3.根据权利要求1所述的三循环复叠式制冷天然气液化系统，其特征在于：所述丙烯蒸发器、乙烯蒸发器为管壳式换热器，天然气过冷器为板翅式换热器或管壳式换热器。

4.一种三循环复叠式制冷天然气液化方法，其特征在于：包括如下步骤：

1）预冷系统对天然气、配方冷剂和乙烯进行预冷，冷却至-36℃后，进入液化制冷系统：

从高压丙烯蒸发器、中压丙烯蒸发器、低压丙烯蒸发器、低低压丙烯蒸发器四级丙烯蒸发器出来的丙烯冷剂经丙烯压缩机增压至1.68MPa.g后经丙烯冷却器、丙烯储罐水冷至40℃，通过一级J-T阀节流，压力降至0.78MPa.g后进入高压丙烯蒸发器，对天然气、配方冷剂和乙烯进行冷却；高压丙烯蒸发器蒸发的丙烯回到丙烯压缩机增压进行循环，液态丙烯通过二级J-T阀节流，压力降至0.39MPa.g后进入中压丙烯蒸发器，对天然气、配方冷剂和乙烯进行冷却；中压丙烯蒸发器蒸发的丙烯回到丙烯压缩机增压进行循环，液态丙烯通过三级J-T阀节流，压力降至0.13MPa.g后进入低压丙烯蒸发器，对天然气、配方冷剂和乙烯进行冷却；低压丙烯蒸发器蒸发的丙烯回到丙烯压缩机增压进行循环，液态丙烯通过四级J-T阀节流，压力降至0.03MPa.g后进入低低压丙烯蒸发器，对天然气、配方冷剂和乙烯进行冷却，低低压丙烯蒸发器蒸发的丙烯回到丙烯压缩机增压进行循环；

2）液化制冷系统将天然气、配方冷剂冷却至-95～-85℃：

作为液化制冷系统制冷剂的乙烯经乙烯压缩机增压至1.82MPa.g后经乙烯冷却器水冷至40℃，进入丙烯预冷系统冷却到-36℃并液化；-36℃液态乙烯出低低压丙烯蒸发器后进入乙烯储罐，经五级J-T阀节流，压力降至0.64MPa.g后进入高压乙烯蒸发器，对天然气和配方冷剂进行冷却；高压乙烯蒸发器蒸发的乙烯回到乙烯压缩机增压进行循环，液态乙烯经六级J-T阀节流，压力降至0.26MPa.g后进入中压乙烯蒸发器，对天然气和配方冷剂进行冷却；中压乙烯蒸发器蒸发的乙烯回到乙烯压缩机增压进行循环，液态乙烯通过七级J-T阀节流，压力降至0.02MPa.g后进入低压乙烯蒸发器，对天然气和配方冷剂进行冷却，低压乙烯蒸发器蒸发的乙烯回到乙烯压缩机增压进行循环；

3）过冷系统为天然气和配方冷剂提供冷量：

配方冷剂首先在天然气过冷器中冷却到-150℃左右后出天然气过冷器，经节流阀降温降压，压力降至100kPa，温度降至-155℃后，再进入天然气过冷器为天然气和自身过冷提供冷量；液化制冷系统已液化的天然气在这一级中过冷至-155℃，过冷后的天然气节流后温度降至-163℃，进入LNG储罐储存；配方冷剂给出冷量后出天然气过冷器，此时温度为-100℃，再进入配方冷剂压缩机进行循环。

5.根据权利要求4所述的三循环复叠式制冷天然气液化方法，其特征在于：所述丙烯蒸发器、乙烯蒸发器为管壳式换热器，天然气过冷器为板翅式换热器或管壳式换热器。

6.根据权利要求4所述的三循环复叠式制冷天然气液化方法，其特征在于：所述配方冷剂由体积含量为60%～75%的甲烷、15%～35%的乙烯、5%～15%的氮气组成。