一種級聯式制冷循環LNG液化系統和方法技術方案

本發明專利技術的實施例提供了一種級聯式制冷循環LNG液化系統和方法，涉及制冷循環領域，該級聯式制冷循環LNG液化系統包括第一制冷組件、第二制冷組件、第三制冷組件，第一制冷組件、第二制冷組件和第三制冷組件均包括壓縮機、換熱器、蒸發器和分離罐；壓縮機排出的制冷劑經過換熱分離；分離后的氣相經換熱器回收顯熱后再返回至壓縮機；本發明專利技術通過新增換熱器，并且調整了級聯式制冷循環LNG液化系統中多個壓縮機、換熱器、蒸發器和分離罐的連接方式，一方面回收了氣相制冷劑的冷量，另一方面保證了回壓縮機組的氣相冷劑溫度為常溫，壓縮機可選用常溫壓縮機，降低了壓縮機的成本投資。降低了壓縮機的成本投資。降低了壓縮機的成本投資。

【技術實現步驟摘要】
一種級聯式制冷循環LNG液化系統和方法


[0001]本專利技術涉及制冷循環領域，具體而言，涉及一種級聯式制冷循環LNG液化系統和方法。

技術介紹

[0002]級聯式制冷循環是一種較經典的制冷循環，又稱“逐級式”、“復迭式”或“串級式”，這種循環是由若干個不同低溫下操作的制冷循環復迭組成。級聯式制冷循環于1939年首先應用于液化天然氣產品，采用NH3、C2H4為第一、第二級制冷劑。但經典的級聯式制冷循環是由C3H8、C2H4和CH4作為制冷劑的三級制冷循環工藝，采用三級節流和低溫壓縮機，為凈化天然氣液化提供所需的冷量。
[0003]然而現有的級聯式制冷循環在分離罐分離出氣液兩相后，氣相直接返回至低溫壓縮機，因此壓縮機的成本投資較大。
[0004]鑒于此，特提出本申請。

技術實現思路

[0005]本專利技術的目的包括，例如，提供了一種級聯式制冷循環LNG液化系統和方法。
[0006]本專利技術的實施例可以這樣實現：
[0007]第一方面，本專利技術提供一種級聯式制冷循環LNG液化系統，包括第一制冷組件、第二制冷組件、第三制冷組件；
[0008]所述第一制冷組件包括常溫第一制冷劑壓縮機、第一制冷劑換熱器和第一制冷劑蒸發器，所述第二制冷組件包括常溫第二制冷劑壓縮機、第二制冷劑換熱器和第二制冷劑蒸發器，所述第三制冷組件包括常溫第三制冷劑壓縮機、第三制冷劑換熱器和第三制冷劑蒸發器；
[0009]所述常溫第一制冷劑壓縮機、所述常溫第二制冷劑壓縮機和所述常溫第三制冷劑壓縮機排出的制冷劑分別經所述第一制冷劑蒸發器、所述第二制冷劑蒸發器和所述第三制冷劑蒸發器進行蒸發分離；
[0010]經所述第一制冷劑蒸發器分離后的第一制冷劑氣相經所述第一制冷劑換熱器回收顯熱后再返回至所述常溫第一制冷劑壓縮機；
[0011]經所述第二制冷劑蒸發器分離后的第二制冷劑氣相經所述第二制冷劑換熱器回收顯熱后再返回至所述常溫第二制冷劑壓縮機；
[0012]經所述第三制冷劑蒸發器分離后的第三制冷劑氣相經所述第三制冷劑換熱器回收顯熱后再返回至所述常溫第一制冷劑壓縮機。
[0013]在可選的實施方式中，所述第一制冷組件還包括第一制冷劑分離罐，所述第二制冷組件還包括第二制冷劑分離罐，所述第三制冷組件還包括第三制冷劑分離罐；從所述常溫第一制冷劑壓縮機、所述常溫第二制冷劑壓縮機和所述常溫第三制冷劑壓縮機排出的制冷劑先分別經過所述第一制冷劑蒸發器、所述第二制冷劑蒸發器和所述第三制冷劑蒸發器
進行蒸發，再進入所述第一制冷劑分離罐、所述第二制冷劑分離罐和所述第三制冷劑分離罐進行分離；或者，制冷劑先分別經過所述第一制冷劑分離罐、所述第二制冷劑分離罐和所述第三制冷劑分離罐進行分離，再進入所述第一制冷劑蒸發進行蒸發、所述第二制冷劑蒸發器和所述第三制冷劑蒸發器進行蒸發。
[0014]在可選的實施方式中，所述第二制冷劑氣相經過所述第二制冷劑換熱器后進入所述第一制冷劑換熱器繼續換熱；所述第三制冷劑氣相經過所述第三制冷劑換熱器后經過所述第二制冷劑換熱器和所述第一制冷劑換熱器中的至少一者進行繼續換熱。
[0015]在可選的實施方式中，所述常溫第一制冷劑壓縮機排出的第一制冷劑在進入所述第一制冷劑蒸發器之前，還包括先將第一制冷劑通入所述第一制冷劑換熱器進行換熱；
[0016]所述常溫第二制冷劑壓縮機排出的第一制冷劑在進入所述第二制冷劑蒸發器之前，還包括先將第二制冷劑通入所述第一制冷劑換熱器和所述第一制冷劑蒸發器中進行換熱；
[0017]所述常溫第三制冷劑壓縮機排出的第三制冷劑在進入所述第三制冷劑蒸發器之前，還包括先將第三制冷劑通入所述第一制冷劑換熱器、所述第一制冷劑蒸發器、所述第二制冷劑換熱器和所述第二制冷劑蒸發器中進行換熱。
[0018]在可選的實施方式中，所述第一制冷劑換熱器和所述第一制冷劑蒸發器集成為一體設置，所述第二制冷劑換熱器和所述第二制冷劑蒸發器集成為一體設置，所述第三制冷劑換熱器和所述第三制冷劑蒸發器集成為一體設置。
[0019]在可選的實施方式中，所述第一制冷劑換熱器和所述第一制冷劑蒸發器分體設置且具有N級換熱和N級蒸發，所述第二制冷劑換熱器和所述第二制冷劑蒸發器分體設置且具有N級換熱和N級蒸發，所述第三制冷劑換熱器和所述第三制冷劑蒸發器分體設置且具有N級換熱和N級蒸發。
[0020]在可選的實施方式中，所述N級換熱和N級蒸發中N大于等于2，所述第一制冷劑分離罐、所述第二制冷劑分離罐和所述第三制冷劑分離罐的個數為N
?
1。
[0021]在可選的實施方式中，每一級所述第一制冷劑蒸發器的第一制冷劑入口管線上均設置有第一液相節流閥，每一級所述第二制冷劑蒸發器的第二制冷劑入口管線上均設置有第二液相節流閥，每一級所述第三制冷劑蒸發器的第三制冷劑入口管線上均設置有第三液相節流閥。
[0022]第二方面，本專利技術提供一種級聯式制冷循環LNG液化方法，其使用如前述實施方式任一項所述的級聯式制冷循環LNG液化系統進行，其包括如下步驟：
[0023]將從常溫第一制冷劑壓縮機中排出的第一制冷劑經第一制冷劑蒸發器進行蒸發分離出氣液兩相，其中，氣相經所述第一制冷劑換熱器回收氣相顯熱后進入所述第一制冷劑壓縮機的進口，液相經所述第一制冷劑蒸發器回收液相潛熱后進入所述第一制冷劑換熱器回收氣相顯熱并進入所述第一制冷劑壓縮機的進口；
[0024]將從常溫第二制冷劑壓縮機中排出的第二制冷劑經第二制冷劑蒸發器進行蒸發分離出氣液兩相，其中，氣相依次經所述第二制冷劑換熱器回收氣相顯熱后進入所述第二制冷劑壓縮機的進口，液相經所述第二制冷劑蒸發器回收液相潛熱后依次進入所述第二制冷劑換熱器和所述第一制冷劑換熱器回收氣相顯熱并進入所述第二制冷劑壓縮機的進口；
[0025]將從常溫第三制冷劑壓縮機中排出的第三制冷劑經第三制冷劑蒸發器進行蒸發
分離出氣液兩相，其中，氣相依次經所述第三制冷劑換熱器回收氣相顯熱后進入所述第三制冷劑壓縮機的進口，液相經所述第三制冷劑蒸發器回收液相潛熱后依次進入所述第三制冷劑換熱器、所述第二制冷劑換熱器和所述第一制冷劑換熱器回收氣相顯熱并進入所述第三制冷劑壓縮機的進口。
[0026]在可選的實施方式中，所述第一制冷劑、所述第二制冷劑和所述第三制冷劑互不相同且均選自氮氣、甲烷、乙烷、乙烯、丙烷、丙烯；丁烷、丁烯、戊烷和戊烯中的任一種。
[0027]在可選的實施方式中，當所述第一制冷劑為丙烷，所述第二制冷劑為乙烯，所述第三制冷劑為甲烷時，經所述常溫第一制冷劑壓縮機排出的第一制冷劑的壓力≥0.47MpaA，進入所述第一制冷劑蒸發器的第一制冷劑的壓力為0.1～0.47MPaA，溫度為
?
43～0℃；
[0028]經所述常溫第二制冷劑壓縮機排出的第二制冷劑的壓力≥1.38MPaA，進入所述第二制冷劑蒸發器的第二制冷劑的壓力為0.1～1.38MPaA，溫度為
?
104～
?
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【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.一種級聯式制冷循環LNG液化系統，其特征在于，包括第一制冷組件、第二制冷組件、第三制冷組件，所述第一制冷組件包括常溫第一制冷劑壓縮機、第一制冷劑換熱器和第一制冷劑蒸發器，所述第二制冷組件包括常溫第二制冷劑壓縮機、第二制冷劑換熱器和第二制冷劑蒸發器，所述第三制冷組件包括常溫第三制冷劑壓縮機、第三制冷劑換熱器和第三制冷劑蒸發器；所述常溫第一制冷劑壓縮機、所述常溫第二制冷劑壓縮機和所述常溫第三制冷劑壓縮機排出的制冷劑分別經所述第一制冷劑蒸發器、所述第二制冷劑蒸發器和所述第三制冷劑蒸發器回收液相潛熱；經所述第一制冷劑蒸發器回收液相潛熱后的第一制冷劑氣相經所述第一制冷劑換熱器回收顯熱后再返回至所述常溫第一制冷劑壓縮機；經所述第二制冷劑蒸發器回收液相潛熱后的第二制冷劑氣相經所述第二制冷劑換熱器回收顯熱后再返回至所述常溫第二制冷劑壓縮機；經所述第三制冷劑蒸發器回收液相潛熱后的第三制冷劑氣相經所述第三制冷劑換熱器回收顯熱后再返回至所述常溫第一制冷劑壓縮機。2.根據權利要求1所述的級聯式制冷循環LNG液化系統，其特征在于，所述第一制冷組件還包括第一制冷劑分離罐，所述第二制冷組件還包括第二制冷劑分離罐，所述第三制冷組件還包括第三制冷劑分離罐；從所述常溫第一制冷劑壓縮機、所述常溫第二制冷劑壓縮機和所述常溫第三制冷劑壓縮機排出的制冷劑先分別經過所述第一制冷劑蒸發器、所述第二制冷劑蒸發器和所述第三制冷劑蒸發器進行蒸發，再進入所述第一制冷劑分離罐、所述第二制冷劑分離罐和所述第三制冷劑分離罐進行分離；或者，制冷劑先分別經過所述第一制冷劑分離罐、所述第二制冷劑分離罐和所述第三制冷劑分離罐進行分離，再進入所述第一制冷劑蒸發進行蒸發、所述第二制冷劑蒸發器和所述第三制冷劑蒸發器進行蒸發。3.根據權利要求2所述的級聯式制冷循環LNG液化系統，其特征在于，所述第二制冷劑氣相經過所述第二制冷劑換熱器后進入所述第一制冷劑換熱器繼續換熱；所述第三制冷劑氣相經過所述第三制冷劑換熱器后經過所述第二制冷劑換熱器和所述第一制冷劑換熱器中的至少一者進行繼續換熱。4.根據權利要求2所述的級聯式制冷循環LNG液化系統，其特征在于，所述常溫第一制冷劑壓縮機排出的第一制冷劑在進入所述第一制冷劑蒸發器之前，還包括先將第一制冷劑通入所述第一制冷劑換熱器進行換熱；所述常溫第二制冷劑壓縮機排出的第二制冷劑在進入所述第二制冷劑蒸發器之前，還包括先將第二制冷劑通入所述第一制冷劑換熱器和所述第一制冷劑蒸發器中進行換熱；所述常溫第三制冷劑壓縮機排出的第三制冷劑在進入所述第三制冷劑蒸發器之前，還包括先將第三制冷劑通入所述第一制冷劑換熱器、所述第一制冷劑蒸發器、所述第二制冷劑換熱器和所述第二制冷劑蒸發器中進行換熱。5.根據權利要求2所述的級聯式制冷循環LNG液化系統，其特征在于，所述第一制冷劑換熱器和所述第一制冷劑蒸發器集成為一體設置，所述第二制冷劑換熱器和所述第二制冷劑蒸發器集成為一體設置，所述第三制冷劑換熱器和所述第三制冷劑蒸發器集成為一體設
置。6.根據權利要求2所述的級聯式制冷循環LNG液化系統，其特征在于，所述第一制冷劑換熱器和所述第一制冷劑蒸發器分體設置且具有...

【專利技術屬性】
技術研發人員：張驚濤，
申請(專利權)人：成都賽普瑞興科技有限公司，
類型：發明
國別省市：