[实用新型]一种预冷式混合工质低温气体液化系统

说明书

技术领域

    本实用新型涉及制冷及低温技术领域中的气体液化系统，尤其是涉及一种预冷式混合工质低温气体液化系统。

背景技术

LNG（Liquefied Natural Gas），即液化天然气，是将经过处理后的常压下气态的天然气冷却至-162℃，使之凝结成液体。LNG的体积约为其气态体积的1/625，大大节约了储运空间和成本，而且具有热值大、性能高等特点，因此LNG是一种清洁、高效的能源。中国的能源结构以煤炭为主，石油、天然气只占到很小的比例。目前中国能源消费结构中天然气的占比仅为4%，而世界能源消费结构中,天然气消费则占到能源消耗总量的24.1%，约为世界平均值的六分之一，这从一个侧面表明我国天然气产业还有很大的扩展空间。我国“十二五”规划纲要提出“到2020年单位GDP二氧化碳排放比2005年下降40％至45％”的目标。要实现这个节能减排目标，必然要倡导节约、清洁、循环、绿色、低碳的生产方式，同时大力发展循环经济，推动节能减排技术创新和技术应用。天然气能有效解决能源供应安全和生态环境保护双重问题，既有利于促进节能减排，又在实现经济和社会可持续性发展中发挥重要作用，因此，我国LNG 产业必将步入快速发展的轨道。

天然气的液化工艺以制冷方式分，可分为三种方式：①级联式液化流程；②混合制冷剂液化流程；③带膨胀机的液化流程。实际工业应用表明，在液化流程中设置预冷段对天然气进行预冷可大大提高系统的热力效率和生产规模。最典型的是1973年APCI（美国空气液化公司）开发的丙烷预冷混合制冷剂液化流程（C3/MR），采用丙烷制冷循环对混合制冷剂和天然气进行预冷，流程既高效又简单，目前世界上80%以上的基本负荷型天然气液化装置采用C3/MR液化流程。近年来工业上还发展了一些改进的预冷式天然气液化流程，如美国康菲公司Phillips Optimized Cascade Process预冷级采用丙烷制冷循环，其驱动压缩机采用可变速燃气轮机，因而具有更高灵活性和易操作；德国Linde公司Mixed Fluid Cascade Process（MFCP）预冷段采用混合冷剂，系统热力效率和单条生产线规模都有了进一步的提高，并已在挪威Snohvit LNG project（430万吨/年）项目上取得应用；荷兰壳牌公司Dual Mixed Refrigerant Process (DMR)预冷段采用乙烷、丙烷与少量甲烷、丁烷混合物作为制冷剂，天然气预冷温度达到-40℃，其工艺设备较少，灵活性更大；法国Axens公司Axens Liquefin ^TM Process预冷段用混合制冷剂替代丙烷，据称该工艺生产LNG 的费用每吨可降低25%，带有2台标准燃气透平的Liquefin 工艺的系列装置，每年能生产600 万吨的液化天然气。

从天然气液化技术的演化发展可以看出，在液化流程中设置预冷级可大大提高系统的效率，而将混合制冷剂循环用于液化流程预冷级，预冷效果比纯质循环更好。但是上述天然气液化流程中所采用的预冷循环构成设备较多，结构较复杂，控制较困难，特别是预冷压缩机制造成本较高，不符合小型低温气体液化装置的发展需求。鉴于流程中预冷级的设置对系统复杂性及投资成本有很大的影响，一些小型低温气体液化流程干脆不设置预冷级，如U.S. Patent No.3,768,273（D.J. Missimer，1973）、U.S.Patent No.5,337,572（R.C.Longsworth，1994），虽然所述系统可以达到一定的制冷温区，但是其热力学效率并不理想。近些年来，利用制冷系统低压工质返流来实现预冷效果的研究思路也被提出，如U.S. Patent No.5,724,832（W. A. Little，1995）、C.N. Patent ZL99203770.0 (陈光明，2000)、European Patent No.1,167,903A1（R.Arman，2002）、C.N. Patent 101625191A(吴剑峰，2010)，由于系统流程中增置多个换热器，系统稳定性和投资成本都受到一定的影响。因此，综合考虑投资成本、比功耗、运行要求以及灵活性等因素，开发具有能耗低、投资少、设备运行可靠、易于维护技术特点的低温气体液化流程具有重要的商业价值和实际意义。

实用新型内容

本实用新型的目的在于，提供一种预冷式混合工质低温气体液化系统，预冷级采用常规水冷冷凝机组，其他主要设备采用常规制冷器件，既保证液化流程具有较高的液化率和较低的功耗，又大大降低了系统的投资成本；系统流程精简，结构简单紧凑，易于在各种场合灵活采用。