[发明专利]三循环复叠式制冷天然气液化系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种天然气液化工艺，尤其是涉及一种三循环复叠式制冷天然气液化系统及方法。

背景技术

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：

1）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50×10⁴t/a以下处理规模的液化厂的主流工艺。而带丙烷预冷的混合冷剂制冷循环液化工艺（C₃/MR）及多级混合冷剂制冷液化流程，多用于天然气以上的中大型基本负荷型天然气液化装置。阶式制冷循环液化流程能耗低、适用于100×10⁴t/a以上超大型天然气液化装置。

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/MR）、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。但受到国外天然气液化技术和关键设备的垄断、我国大型液化厂建设成本无法得到有效的控制。开发一种能适用于大型又能使用我国自主化设备的天然气液化工艺已非常必要。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺点，本发明提供了一种三循环复叠式制冷天然气液化系统及方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种三循环复叠式制冷天然气液化系统，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。 

本发明还提供了一种三循环复叠式制冷天然气液化方法，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℃：