一种液化天然气联合循环制冷系统的制作方法

文档序号:13448089
本实用新型属于液化天然气工艺技术领域,涉及液化天然气制备工艺,具体涉及一种混合制冷剂与燃气轮机余热吸收式联合循环制冷工艺。

背景技术:
液化天然气以其便于储存和运输的优点,已经成为国内外天然气贸易、储运的一种趋势,天然气也正成为继煤、石油之后的第三大能源,并且正迅速地提高其在世界能源结构中所占的比重。天然气液化可以根据气源压力、气体成分等条件选择采用不同的液化流程。在天然气液化流程中,典型的外部制冷循环有以下几种:采用不同制冷剂组成的复叠式制冷液化循环,混合制冷剂制冷液化循环,膨胀机制冷液化循环。其中混合制冷剂制冷液化循环由于投资较低、操作方便,在中小型天然气液化流程中被广泛应用。混合制冷剂制冷液化循环的一般流程为,混合制冷剂由压缩机压缩,压缩后的混合制冷剂使用循环冷却水冷却,增压并冷却使一部分混合制冷剂冷凝为液体,气、液两相的混合制冷剂进入分离器,气态和液态混合制冷剂分别进入换热器流道,混合制冷剂液体换热器内过冷后,节流降压进入换热器的中部;混合制冷剂气体在液化换热器内冷却、液化并过冷后,节流降压进入液化换热器的底端,由下而上汽化,并在换热器中部与返流混合制冷剂液体汇合继续吸收热量,直到完全气化,并达到预定温度出换热器。出换热器后的混合制冷剂返回到压缩机的入口,再次压缩而循环。混合制冷剂制冷循环采用氮气和C1~C5烃类混合物作为循环制冷剂,只需要一台压缩机,相比复叠式制冷液化循环,简化了流程,降低投资。混合冷剂的组成比例应按照富甲烷气原料的组成、压力、工艺流程而异,要使原料气的液化过程(天然气为温度从常温降到-162℃)每个微分过程所需的冷量与冷剂所提供的冷量完全匹配是比较困难的,因此混合制冷剂循环流程的效率要比九个温度梯度的复叠式制冷液化循环低。因而,在混合制冷剂循环的基础上,发展成有丙烷预冷的混合制冷剂循环工艺,简称C3-MRC工艺,它的效率接近阶式循环,但此种方法的装置复杂性和投资又相对提高。

技术实现要素:
针对现有技术存在的不足,本实用新型的目的在于,提供一种混合制冷剂与燃气轮机余热吸收式联合循环制冷工艺,能耗低、效能比高。为了解决上述技术问题,本实用新型采用如下技术方案予以实现:一种液化天然气联合循环制冷系统,所述制冷系统包括混合制冷剂制冷与吸收式制冷机制冷联合,天然气经预冷换热器及主换热器冷却后成为液化天然气,预冷换热器或主换热器采用混合制冷剂制冷,所述混合制冷剂的冷量由多级循环冷剂压缩系统提供;所述吸收式制冷机产生的冷量供给预冷换热器;热机中的燃料燃烧产生的高品位热能驱动多级循环冷剂压缩系统,热机中的燃料燃烧产生的低品位热能供吸收式制冷机产生冷量。所述多级循环冷剂压缩系统包括冷剂压缩机、段间冷却器及段间分离器,预冷换热器返回的混合制冷剂经压缩、冷却及分离后,液体部分进入预冷换热器及主换热器,气体部分继续经压缩、冷却及分离后进入预冷换热器及主换热器。所述吸收式制冷机采用溴化锂-水吸收式制冷系统或氨-水吸收式制冷系统。所述氨-水吸收式制冷系统包括氨吸收塔、浓氨水输送泵、浓氨水换热器、氨精馏塔、氨精馏塔底再沸器及氨精馏塔顶冷凝器,氨精馏塔顶冷凝器位于氨精馏塔顶部,氨精馏塔塔釜的氨水进入氨精馏塔底再沸器,氨吸收塔的氨水经浓氨水输送泵至浓氨水换热器加热后至氨精馏塔进行精馏、冷凝,冷剂氨液返回预冷换热器,经热机的低品位热能提供氨精馏塔底再沸器的热量。所述吸收式制冷机采用多级增压。所述热机包括汽轮机、燃气轮机及燃气内燃机。所述低品位热能通过热机余热回收设备进行回收。所述热机余热回收设备包括余热锅炉及导热油换热器。所述低品位热能的输送方式包括蒸汽及导热油。本实用新型与现有技术相比,具有如下技术效果:本实用新型通过预冷换热器增加了预冷工艺,相比现有的直接制冷工艺,在降低同样的温度下,可大大降低能耗;本实用新型采用多级制冷工艺,在现有的混合制冷剂制冷基础上,增加吸收式制冷机制冷,使混合制冷剂所需提供的冷量下降,降低了装置整体能耗。本实用新型的热机,其高品位热能驱动制冷剂压缩机进行压缩,低品位热能供吸收式制冷机产生冷量,充分利用热机烟气余热,吸收式制冷机无需消耗其它额外的能源,整个系统的效能比得到提高。以下结合实施例对本实用新型的具体内容作进一步详细解释说明。附图说明图1为本实用新型实施例1工艺流程示意图,图中的实线箭头表示流向。图中的标号分别表示:1-预冷换热器、2-主换热器、3-热机、4—多级循环冷剂压缩系统、5—氨-水吸收式制冷系统、6—热机余热回收设备;4-1—冷剂压缩机,4-2—段间冷却器,4-3—段间分离器;5-1—氨吸收塔,5-2—浓氨水输送泵,5-3—浓氨水换热器,5-4—氨精馏塔,5-5—氨精馏塔底再沸器,5-6—氨精馏塔顶冷凝器。具体实施方式以下仅给出本实用新型的具体实施例,需要说明的是本实用新型并不局限于以下具体实施例,并且凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本实用新型的保护范围。本实用新型混合制冷剂定义为通过制冷循环提供冷量的氮气和C1~C5烃类混合物。本实用新型低品位热能通过热机余热回收设备进行回收,指从热机尾气中回收热量的设备。实施例1:本实施例提供一种液化天然气联合循环制冷系统,包括混合制冷剂制冷与吸收式制冷机制冷联合,天然气经预冷换热器1及主换热器2冷却后成为液化天然气,预冷换热器或主换热器采用混合制冷剂制冷,混合制冷剂的冷量由多级循环冷剂压缩系统4提供;吸收式制冷机产生的冷量供给预冷换热器;热机3中的燃料燃烧产生的高品位热能驱动多级循环冷剂压缩系统4,热机3中的燃料燃烧产生的低品位热能供吸收式制冷机产生冷量。多级循环冷剂压缩系统4包括冷剂压缩机4-1、段间冷却器4-2及段间分离器4-3,预冷换热器1返回的混合制冷剂经压缩、冷却及分离后,液体部分进入预冷换热器1及主换热器2,气体部分继续经压缩、冷却及分离后进入预冷换热器1及主换热器2。吸收式制冷机采用溴化锂-水吸收式制冷系统或氨-水吸收式制冷系统5。氨-水吸收式制冷系统5包括氨吸收塔5-1、浓氨水输送泵5-2、浓氨水换热器5-3、氨精馏塔5-4、氨精馏塔底再沸器5-5及氨精馏塔顶冷凝器5-6,氨精馏塔顶冷凝器5-6位于氨精馏塔5-4顶部,氨精馏塔5-4塔釜的氨水进入氨精馏塔底再沸器5-5,氨吸收塔5-1的氨水经浓氨水输送泵5-2至浓氨水换热器5-3加热后至氨精馏塔5-4进行精馏、冷凝,冷剂氨液返回预冷换热器1,经热机3的低品位热能提供氨精馏塔底再沸器5-5的热量。吸收式制冷机采用多级增压。热机3包括汽轮机、燃气轮机及燃气内燃机。低品位热能通过热机余热回收设备6进行回收。热机余热回收设备6包括余热锅炉及导热油换热器。低品位热能的输送方式包括蒸汽及导热油。具体的,如图1所示:净化天然气通过预冷换热器1预冷,然后进入主换热器2进一步冷却而液化。从预冷换热器1返回的混合制冷剂经过冷剂压缩机(MRC)4-1压缩,MRC一段出口的混合制冷剂经过MRC段间冷却器4-2由循环冷却水冷却后析出一部分液体,通过MRC段间分离器4-3将液体分离,液体经过预冷换热器1预冷,再进入主换热器2进一步冷却,通过JT阀减压后与返流冷剂混合,提供冷量;MRC段间分离器4-3分离出的气体进入MRC二段继续压缩,冷剂压缩机4-1二段出口的混合制冷剂经过MRC段间冷却器4-2由循环冷却水冷却后析出一部分液体,通过MRC出口分离器将液体分离,液体经过预冷换热器1预冷,再进入主换热器2进一步冷却,通过JT阀减压后与返流冷剂混合,提供冷量;MRC出口分离器分离出的气体经过预冷换热器1预冷,再进入主换热器2进一步冷却至液化,通过JT阀减压后,作为返流冷剂提供冷量。冷剂压缩机(MRC)4-1与热机3(采用燃气轮机)通过联轴器连接。燃料天然气进入燃气轮机的燃烧室燃烧,空气通过燃气轮机的压气机压缩后进入燃烧室进行助燃,燃烧生成的高温高压烟气做功驱动燃气轮机。做功后的烟气进入热机余热回收设备6(采用导热油换热器)将烟气的余热传递给导热油,高温导热油将热量送至氨精馏塔底再沸器5-5。从预冷换热器1返回的氨气进入氨吸收塔5-1被稀氨水吸收,形成浓氨水,浓氨水经过浓氨水输送泵5-2升压,再经过浓稀氨水换热器5-3加热,进入氨精馏塔5-4,浓氨水中的氨被分离出来,在塔顶形成高压氨气,由E精馏塔顶冷凝器5-6冷凝为高压氨液,一部分氨液作为氨精馏塔5-4,一部分氨液作为冷剂氨液送到预冷换热器1;氨精馏塔5-4塔釜的氨水进入氨精馏塔底再沸器5-5,氨精馏塔底再沸器5-5的气相物料作为氨精馏塔5-4的上升气,其液相物料经过浓稀氨水换热器5-3回收热量并减压后送到氨吸收塔5-1作为吸收剂,氨精馏塔底再沸器5-5的热量由高温导热油提供。从氨精馏塔顶冷凝器5-6送到预冷换热器1的冷剂氨液经减压后为预冷换热器1提供冷量,气化后返回氨吸收塔5-1,由于预冷换热器1使用了冷剂氨液产生的冷量,使混合冷剂所需提供的冷量下降,降低了装置的整体能耗。同时因为氨精馏塔底再沸器5-6使用了燃气轮机烟气的余热,无需消耗其它额外的能源,整个系统的效能比得到提高。本实施例工作原理为:制冷压缩机的原动机采用热机(如汽轮机、燃气轮机、燃气内燃机),燃料燃烧产生的高品位热能(汽轮机为高于200℃左右的热能,燃气轮机为高于500℃左右的热能,燃气内燃机为高于450℃左右的热能)在热机转变为机械能,驱动制冷压缩机;燃料燃烧产生的低品位热能(汽轮机为低于200℃左右的热能,燃气轮机为低于500℃左右的热能,燃气内燃机为低于450℃左右的热能)送至吸收式制冷机中产生冷量,用于预冷。吸收式制冷机采用氨-水吸收式制冷将物料(包括原料气、混合制冷剂)预冷到-30℃左右,再进入混合制冷剂换热器,减少低温工艺对冷量的消耗,减少制冷剂的循环量,减少制冷剂压缩机的功耗,达到降低投资和节约能源及运行成本的目的。对上述的工艺进行经济对比,原工艺为天然气经主换热器冷却后成为液化天然气:原工艺轴功率:0.2892kWh/Nm3原料气本实施例工艺轴功率:0.2193kWh/Nm3原料气注1:表中数据,基于处理量为100万标准立方米每天的天然气液化装置能耗数据测算,折算到处理1标准立方米天然气的能耗。注2:天然气低位发热量为28MJ/Nm3。可以看出,采用预冷,混合制冷剂制冷及余热利用的工艺,能耗为零,仅在燃气轮机燃烧阶段有少量天然气消耗。...
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