[发明专利]带预冷的双复合冷剂制冷系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种天然气液化工艺，尤其是涉及一种带预冷的双复合冷剂制冷系统及方法。

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。而大于50×10⁴t/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。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺点，本发明提供了一种带预冷的双复合冷剂制冷系统及方法，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MR1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MR1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℃～-163℃，然后节流进入LNG储罐。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：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。

本发明还提供了一种带预冷的双复合冷剂制冷方法，包括如下步骤： 

步骤一、预冷剂预冷系统将天然气、混合制冷剂MR1和混合制冷MR2剂预冷至-35℃：

从四级预冷剂蒸发器出来的预冷剂蒸气经预冷剂压缩机增压至1.32MPa.g后经预冷剂冷却器水冷至40℃，然后经预冷剂分离器进行气液分离，再通过一级J-T阀节流，压力降至0.630MPa.g后进入高压预冷剂蒸发器，对天然气、混合制冷剂MR1和混合制冷剂MR2进行冷却；高压预冷剂蒸发器蒸发的预冷剂回到预冷剂压缩机增压进行循环，液态预冷剂通过二级J-T阀节流，压力降至0.305MPa.g后进入中压预冷剂蒸发器，对天然气、混合制冷剂MR1和混合制冷剂MR2进行冷却；中压预冷剂蒸发器蒸发的预冷剂回到预冷剂压缩机增压进行循环，液态预冷剂通过三级J-T阀节流，压力降至0.244MPa.g后进入低压预冷剂蒸发器，对天然气、混合制冷剂MR1和混合制冷剂MR2进行冷却；低压预冷剂蒸发器蒸发的预冷剂回到预冷剂压缩机增压进行循环，液态预冷剂通过四级J-T阀节流，压力降至0.021MPa.g后进入低低压预冷剂蒸发器，对天然气、混合制冷剂MR1和混合制冷剂MR2进行冷却；低低压预冷剂蒸发器蒸发的预冷剂回到预冷剂压缩机1增压进行循环；经预冷剂预冷系统预冷后的天然气、混合制冷剂MR1和混合制冷剂MR2进入混合制冷剂MR1制冷系统；

步骤二、混合制冷剂MR1制冷系统将天然气和混合制冷剂MR2冷却至-100～-120℃：