[发明专利]一种混合制冷剂循环膨胀机内复叠天然气液化系统

说明书

技术领域

本发明涉及制冷及低温中的天然气液化系统领域，具体涉及一种混合制冷剂循环膨胀机内复叠天然气液化系统。

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。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。

常用的天然气液化流程包括级联式液化流程、混合制冷剂液化流程（MRC）、带膨胀机的液化流程。级联式液化流程由于机组过于复杂，投资成本高；带膨胀机的液化流程具有流程简单、投资成本低等优点，但系统功耗大、液化率低，特别适用于小型天然气液化装置；而MRC液化流程，在功耗、液化率以及系统复杂性和适应性等方面较前两种液化工艺都有明显的优势，尤其适合于大型的天然气液化装置。目前世界上80%以上的基本负荷型天然气液化装置采用美国APCI公司设计的丙烷预冷混合制冷剂液化流程（C3/MRC）(E.P. No.0,087,086A1，R.J.Rentler，1983)。C3/MRC流程的特点为预冷循环和MRC循环两级外复叠，该工艺单线最大负荷能力可达5 百万吨/年，其主要弊端是系统流程负荷分配固定，所需丙烷压缩机、丙烷换热器、绕管式换热器等设备尺寸庞大，不仅大大增加了系统的投资成本，而且存在技术瓶颈，限制了其单线产能规模。虽然其后有不少研究对C3/MRC流程进行了各种改进，如U.S. Patent No.4,545,795（Y.N. Liu, 1985）、U.S. Patent No.4,755,200（Y.N. Liu, 1988）、U.S. Patent No.6,347,532 B1（R.A. Emmaus, 2002），但效果并不如意。2002年美国APCI公司公布其AP-X^TM天然气液化流程，该工艺是对C3/MRC流程的修正，在绕管式换热器后增加了一个独立闭合氮膨胀制冷循环，为预冷循环、MRC循环和氮膨胀制冷循环三级外复叠。该工艺可灵活匹配各制冷循环所承担的热负荷，提高了系统热效率和负荷能力，其单线产能可达9 百万吨/年。AP-X^TM流程的缺点是多级制冷循环外复叠，系统控制复杂，设备费用昂贵，大量的压缩机和缠绕式换热器是其主要花费。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供一种混合制冷剂循环膨胀机内复叠天然气液化系统，采用多元混合工质作为制冷剂，混合制冷剂循环（MRC）与膨胀机制冷循环内复叠，系统运行可靠，能耗低，负荷匹配灵活，单线产能可大可小；液化流程精简、结构紧凑，模块化设计，易于在各种场合灵活采用。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种混合制冷剂循环膨胀机内复叠天然气液化系统，包括压缩机模块、预冷模块、冷凝模块和液化模块；压缩机模块的高压出口管连接预冷模块的高压进口管；压缩机模块的低压进口管连接冷凝模块的低压出口管；预冷模块的高压出口管连接冷凝模块的高压进口管；冷凝模块的高压出口管连接液化模块的高压进口管；冷凝模块的低压进口管连接液化模块的低压出口管。压缩机模块为液化流程的动力源；预冷模块对混合制冷剂和天然气进行预冷，分担一部分系统液化负荷；冷凝模块对天然气进行冷却，同时对混合制冷剂进行冷却分离，为下一级制冷模块提供制冷工质；液化模块为主要制冷单元，将天然气进行低温液化。

进一步的，所述压缩机模块包括主压缩机、冷凝器及其管路；主压缩机的混合制冷剂低压入口为压缩机模块的低压进口，主压缩机的混合制冷剂高压出口连接冷凝器的进口，冷凝器的混合制冷剂高压出口为压缩机模块的高压出口。