本發(fā)明屬于液化天然氣技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及采用雙級混合制冷劑循環(huán)的液化天然氣蒸發(fā)氣再液化系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

液化天然氣(liquefiednaturalgas，lng)是一種常壓貯存于-162℃的低溫液體燃料，其主要成分是甲烷，體積為氣態(tài)時的1/625，便于長途運(yùn)輸和貯存。由于lng的常壓貯存溫度為-162℃，在其輸運(yùn)及貯存過程中，難免有熱量從環(huán)境漏入，使部分lng汽化產(chǎn)生蒸發(fā)氣(boil-offgas，bog)，并使容器壓力升高，當(dāng)壓力高于安全壓力時，bog將被排放至大氣中，不僅造成溫室氣體排放，經(jīng)濟(jì)損失也十分可觀，因此如何合理回收bog成為lng貯存環(huán)節(jié)亟待解決的熱點(diǎn)問題。

目前，bog的處理工藝多為再冷凝工藝，該工藝結(jié)合lng外輸，利用高壓過冷的lng使壓縮后的bog冷凝，之后再泵送至汽化器，回收了lng的冷量，大大節(jié)省了bog加壓的耗功。然而，當(dāng)lng儲罐外輸負(fù)荷較小或長時間無lng外輸時，不斷產(chǎn)生的bog將被火炬排空，以維持系統(tǒng)運(yùn)行的安全壓力。因此，該工藝無法從根本上有效的解決bog的處理問題，需考慮采用獨(dú)立的低溫制冷系統(tǒng)將bog再液化后送回儲罐中。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供了采用雙級混合制冷劑循環(huán)的液化天然氣蒸發(fā)氣再液化系統(tǒng)，使其單位液體產(chǎn)品能耗更低，可以有效降低bog再液化的耗功。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取如下技術(shù)方案：

采用雙級混合制冷劑循環(huán)的液化天然氣蒸發(fā)氣再液化系統(tǒng)，包括換熱器hx1，換熱器hx1的出口c與第一級高溫制冷劑壓縮機(jī)c6入口連接，第一級高溫制冷劑壓縮機(jī)c6出口和第五冷卻器5入口連接，第五冷卻器5出口和第二級高溫制冷劑壓縮機(jī)c7入口連接，第二級高溫制冷劑壓縮機(jī)c7出口與第六冷卻器6入口連接，第六冷卻器6出口與換熱器hx1的入口e連接，和入口e連通的換熱器hx1的出口f與高溫制冷劑節(jié)流閥v2入口相連，高溫制冷劑節(jié)流閥v2出口與換熱器hx1的入口d連接，入口d和出口c連通，構(gòu)成高溫區(qū)混合制冷劑(mr2)循環(huán)；

換熱器hx1的出口a與第一級低溫制冷劑壓縮機(jī)c4入口連接，第一級低溫制冷劑壓縮機(jī)c4出口與第三冷卻器3入口連接，第三冷卻器3出口與第二級低溫制冷劑壓縮機(jī)c5入口連接，第二級低溫制冷劑壓縮機(jī)c5出口和第四冷卻器4入口連接，第四冷卻器4出口與換熱器hx1的入口g連接，和入口g連通的換熱器hx1的出口h與換熱器hx2的入口m連接，和入口m連通的換熱器hx2的出口n與低溫制冷劑節(jié)流閥v1入口連接，低溫制冷劑節(jié)流閥v1出口與換熱器hx2的入口l連接，和入口l連通的換熱器hx2的出口k與換熱器hx1的入口b連接，入口b和換熱器hx1的出口a連通，構(gòu)成低溫區(qū)混合制冷劑(mr1)循環(huán)；

換熱器hx1的出口j與換熱器hx2的入口o連接，和入口o連通的換熱器hx2的出口p與過冷器hx3的入口s連接，和入口s連通的過冷器hx3的出口t和噴射器e0主流體入口u連接，噴射器e0的被引射流體入口v與儲罐bog出口相連，噴射器e0的出口w與氣液分離器s0入口x連接，氣液分離器s0的液相出口y與bog節(jié)流閥v0入口相連，bog節(jié)流閥v0出口與lng儲罐連接；氣液分離器的氣相出口z和過冷器hx3的入口r連接，和入口r連通的過冷器hx3的出口q與第一級bog壓縮機(jī)c1入口連接，第一級bog壓縮機(jī)c1出口與第二級bog壓縮機(jī)c2的入口相連，第二級bog壓縮機(jī)c2的出口和第一冷卻器1的入口連接，第一冷卻器1的出口與第三級bog壓縮機(jī)c3入口連接，第三級bog壓縮機(jī)c3出口與第二冷卻器2入口連接，第二冷卻器2出口與換熱器hx1的入口i相連，入口i和換熱器hx1的出口j連通，至此構(gòu)成bog噴射制冷液化循環(huán)。

所述的高溫區(qū)混合制冷劑包含異丁烷、丙烷和乙烷，所述低溫區(qū)混合制冷劑包含丙烷、乙烯和甲烷。

所述的高溫區(qū)混合制冷劑(mr2)循環(huán)進(jìn)入換熱器hx1前實(shí)現(xiàn)全部冷凝，所述的低溫區(qū)混合制冷劑(mr1)循環(huán)進(jìn)入換熱器hx2前實(shí)現(xiàn)部分冷凝。

所述的bog噴射制冷液化循環(huán)在進(jìn)入過冷器hx3前實(shí)現(xiàn)全部液化。

本發(fā)明的有益效果為：

本發(fā)明用于對儲罐中的bog再液化回收處理，采用一種帶噴射器的雙級混合制冷劑系統(tǒng)，其優(yōu)點(diǎn)在于兩級混合制冷劑制冷循環(huán)通過合理的組分配比、壓力和溫度設(shè)定，以較小的耗功量使壓縮后的bog再液化。同時，該系統(tǒng)引入噴射器，利用高壓液態(tài)天然氣引射儲罐中的bog，減小了節(jié)流過程中的不可逆損失，節(jié)省了耗功，進(jìn)一步降低了系統(tǒng)的單位液化耗功量，節(jié)能效果顯著。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)描述：

參照圖1，采用雙級混合制冷劑循環(huán)的液化天然氣蒸發(fā)氣再液化系統(tǒng)，包括換熱器hx1，換熱器hx1的出口c與第一級高溫制冷劑壓縮機(jī)c6入口連接，第一級高溫制冷劑壓縮機(jī)c6出口和第五冷卻器5入口連接，第五冷卻器5出口和第二級高溫制冷劑壓縮機(jī)c7入口連接，第二級高溫制冷劑壓縮機(jī)c7出口與第六冷卻器6入口連接，第六冷卻器6出口與換熱器hx1的入口e連接，和入口e連通的換熱器hx1的出口f與高溫制冷劑節(jié)流閥v2入口相連，高溫制冷劑節(jié)流閥v2出口與換熱器hx1的入口d連接，入口d和出口c連通，構(gòu)成高溫區(qū)混合制冷劑(mr2)循環(huán)。

第一級高溫制冷劑壓縮機(jī)c6吸入從換熱器hx1排出的低壓制冷劑蒸氣mr2-1后，壓縮后進(jìn)入第五冷卻器5中間冷卻后進(jìn)入第二級高溫制冷劑壓縮機(jī)c7壓縮至最高壓力，隨后高壓的制冷劑mr2-4進(jìn)入第六冷卻器6中被冷卻至環(huán)境溫度，之后高壓的制冷劑mr2-5流入換熱器hx1被過冷至狀態(tài)mr2-6后在高溫制冷劑節(jié)流閥v2中節(jié)流，并返流回?fù)Q熱器hx1為其提供冷量；在換熱器hx1中吸收高壓天然氣、高壓低溫混合制冷劑mr1及自身冷卻過程釋放的熱量，并被氣化復(fù)溫后，低壓的制冷劑mr2-1被第一級高溫制冷劑壓縮機(jī)c6吸入，進(jìn)入下一次mr2循環(huán)。

換熱器hx1的出口a與第一級低溫制冷劑壓縮機(jī)c4入口連接，第一級低溫制冷劑壓縮機(jī)c4出口與第三冷卻器3入口連接，第三冷卻器3出口與第二級低溫制冷劑壓縮機(jī)c5入口連接，第二級低溫制冷劑壓縮機(jī)c5出口和第四冷卻器4入口連接，第四冷卻器4出口與換熱器hx1的入口g連接，和入口g連通的換熱器hx1的出口h與換熱器hx2的入口m連接，和入口m連通的換熱器hx2的出口n與低溫制冷劑節(jié)流閥v1入口連接，低溫制冷劑節(jié)流閥v1出口與換熱器hx2的入口l連接，和入口l連通的換熱器hx2的出口k與換熱器hx1的入口b連接，入口b和換熱器hx1的出口a連通，構(gòu)成低溫區(qū)混合制冷劑(mr1)循環(huán)。

第一級低溫制冷劑壓縮機(jī)c4吸入由換熱器hx1排出的低壓制冷劑mr1-1，壓縮后mr1-2進(jìn)入第三冷卻器3中冷卻后進(jìn)入第二級低溫制冷劑壓縮機(jī)c5被壓縮至最高壓力，隨后高壓的制冷劑mr1-4進(jìn)入第四冷卻器4中被冷卻至環(huán)境溫度，之后進(jìn)入換熱器hx1中被返流的高溫區(qū)混合制冷劑mr2預(yù)冷，再進(jìn)入換熱器hx2中被過冷后在低溫制冷劑節(jié)流閥v1中節(jié)流，并返流依次通過換熱器hx2、換熱器hx1為其提供冷量；制冷劑在換熱器hx1中完全氣化復(fù)溫為mr1-1后被第一級低溫制冷劑壓縮機(jī)c4吸入，進(jìn)入下一次mr1循環(huán)。

換熱器hx1的出口j與換熱器hx2的入口o連接，和入口o連通的換熱器hx2的出口p與過冷器hx3的入口s連接，和入口s連通的過冷器hx3的出口t和噴射器e0主流體入口u連接，噴射器e0的被引射流體入口v與儲罐bog出口相連，噴射器e0的出口w與氣液分離器s0入口x連接，氣液分離器s0的液相出口y與bog節(jié)流閥v0入口相連，bog節(jié)流閥v0出口與lng儲罐連接；氣液分離器的氣相出口z和過冷器hx3的入口r連接，和入口r連通的過冷器hx3的出口q與第一級bog壓縮機(jī)c1入口連接，第一級bog壓縮機(jī)c1出口與第二級bog壓縮機(jī)c2的入口相連，第二級bog壓縮機(jī)c2的出口和第一冷卻器1的入口連接，第一冷卻器1的出口與第三級bog壓縮機(jī)c3入口連接，第三級bog壓縮機(jī)c3出口與第二冷卻器2入口連接，第二冷卻器2出口與換熱器hx1的入口i相連，入口i和換熱器hx1的出口j連通，至此構(gòu)成bog噴射制冷液化循環(huán)。

從過冷器hx3排出的低壓bogm0經(jīng)多級壓縮中間冷卻后，成為常溫高壓天然氣m5，隨后依次進(jìn)入換熱器hx1、換熱器hx2分別被前述mr2循環(huán)和mr1循環(huán)提供的冷量冷卻并液化，之后進(jìn)入過冷器hx3被來自氣液分離器s0的返流低溫bogm10過冷后，進(jìn)入噴射器e0作為主流體m8引射來自儲罐中的bog，在噴射器e0出口產(chǎn)生低溫氣液兩相混合物m9，之后進(jìn)入氣液分離器s0中兩相分離，氣體部分m10返流進(jìn)入過冷器hx3過冷前述的高壓天然氣m7，液體部分在bog節(jié)流閥v0節(jié)流調(diào)壓后返回儲罐中。

所述的換熱器hx1和換熱器hx2為多股流換熱器，在換熱器hx1中，高溫區(qū)混合制冷劑、低溫區(qū)混合制冷劑和bog的同時進(jìn)行換熱；在換熱器hx2中，低溫區(qū)混合制冷劑和bog的同時進(jìn)行換熱。

由于液化天然氣蒸發(fā)氣體組分以甲烷(ch4)為主，所述的高溫區(qū)混合制冷劑(mr2)由異丁烷、丙烷和乙烷組成，所述的低溫區(qū)混合制冷劑(mr1)由丙烷、乙烯和甲烷組成；所述的冷卻器均采用水冷冷卻器，各物流流出冷卻器的溫度均為30℃。所述換熱器hx1和hx2為多股流換熱器，其熱側(cè)和冷側(cè)通道入口端及出口端的各物流溫度應(yīng)保持一致。

高溫區(qū)混合制冷劑(mr2)循環(huán)采用兩級壓縮中間冷卻，所述高溫區(qū)混合制冷劑(mr2)在第六冷卻器6中實(shí)現(xiàn)全部冷凝，經(jīng)換熱器hx1過冷后流入高溫制冷劑節(jié)流閥v2，節(jié)流至0.105mpa，獲得溫度低于-50℃的兩相流體，返流回?fù)Q熱器hx1氣化吸熱。所述高溫區(qū)混合制冷劑(mr2)在換熱器hx1中完全氣化并過熱至高于20℃后，被第一級高溫制冷劑壓縮機(jī)c6吸入。

低溫區(qū)混合制冷劑(mr1)循環(huán)類似于高溫區(qū)混合制冷劑循環(huán)，同樣采用兩級壓縮中間冷卻，所述高壓的低溫區(qū)混合制冷劑(mr1)在第四冷卻器4中被冷卻至30℃，經(jīng)換熱器hx1預(yù)冷至-50℃左右，實(shí)現(xiàn)部分冷凝后進(jìn)入換熱器hx2；所述低溫區(qū)混合制冷劑(mr1)在換熱器hx2中實(shí)現(xiàn)全部冷凝并過冷后進(jìn)入低溫制冷劑節(jié)流閥v1，節(jié)流至0.105mpa，獲得溫度低于-120℃的兩相流體，依次返流回?fù)Q熱器hx2和hx1氣化吸熱，為其提供冷量；所述低溫區(qū)混合制冷劑(mr1)經(jīng)換熱器hx1過熱至高于20℃后，被第一級低溫制冷劑壓縮機(jī)c4吸入。

bog再液化循環(huán)采用三級壓縮中間冷卻，將bog壓縮至高壓，在冷卻器被冷卻至30℃，經(jīng)換熱器hx1預(yù)冷至-50℃左右，在換熱器hx2中實(shí)現(xiàn)完全冷凝并過冷至-120℃，經(jīng)過冷器hx3進(jìn)一步被過冷至-130℃以下；所述低溫高壓的液相bog進(jìn)入噴射器，作為主流體引射來自儲罐中的低壓bog；在噴射器出口獲得的低溫低壓的兩相流體進(jìn)入氣液分離器，其中氣相部分經(jīng)過冷器hx3回收冷量后被第一級bog壓縮機(jī)c1吸入，液相部分經(jīng)bog節(jié)流閥v0節(jié)流至0.107mpa后返回儲罐中。

采用流程模擬計算的方法說明圖1所示的實(shí)施方案，結(jié)果列于表1中。假定天然氣物流由純甲烷組成，天然氣循環(huán)的最高壓力為4mpa(即第三級bog壓縮機(jī)c3的出口壓力)，來自lng儲罐的天然氣蒸發(fā)氣(bog)壓力為0.107mp、溫度為-125℃；返回儲罐的天然氣壓力為0.107mpa、溫度為-160.9℃。高溫區(qū)混合制冷劑(mr2)由異丁烷、丙烷和乙烷組成，其摩爾分?jǐn)?shù)分別為0.4697、0.3310和0.1993，而低溫區(qū)混合制冷劑(mr1)由丙烷、乙烯和甲烷組成，其摩爾分?jǐn)?shù)分別為0.1862、0.6906和0.1232。本領(lǐng)域技術(shù)人員可確定該閉式混合制冷劑循環(huán)中制冷劑的組成，使對于各種不同的原料氣組成、壓力和溫度條件下，液化天然氣蒸發(fā)氣再液化流程所需耗功量最小。計算結(jié)果表明，所需高溫區(qū)和低溫區(qū)混合制冷劑循環(huán)的壓力最高不超過2mpa。

該實(shí)施例是對本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實(shí)施方式僅限于此，對于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡單的推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明由所提交的權(quán)利要求書確定專利保護(hù)范圍。

表1實(shí)施例主要參數(shù)