[科普中國]-丙烷預(yù)冷混合制冷劑液化流程

發(fā)展應(yīng)用

丙烷預(yù)冷的混合制冷劑工藝（C3/MRC-TM）是對混合制冷劑循環(huán)（MRC-TM）的改進，也可看作是對傳統(tǒng)的階式循環(huán)的改進，對基本負荷型LNG工廠來說，這是目前最先進也是應(yīng)用最廣泛的循環(huán)，被稱為第三代LNG新型流程。

目前有四個公司開發(fā)出了各具特色的丙烷預(yù)冷混合制冷劑循環(huán)的天然氣液化工藝（APCI公司的C3/MRCTM、TECHNIP公司的Tealarc循環(huán)、JFPrichar&Co的PRICO循環(huán)、Linde公司的LINDE循環(huán)）。

與傳統(tǒng)的階式循環(huán)相比，MRC-TM大大降低了設(shè)備投資，而且可節(jié)省制冷壓縮機的功耗，但是在實際應(yīng)用中MRC-TM循環(huán)存在一些不足，如制冷系統(tǒng)龐大且復(fù)雜，投資高。因此，APCI對MRCTM循環(huán)進行了改進，開發(fā)了C3/MRCTM專利循環(huán)工藝、

此工藝具有流程簡單，效率高，運行費用低，適應(yīng)性強等優(yōu)點，是同前采用最廣泛的天然氣液化工藝。這種液化流程的操作彈性很大。當生產(chǎn)能力降低時，通過改變制冷劑組成及降低吸人壓力來保持混合制冷劑循環(huán)的效率。當需液化的原料氣發(fā)生變化時，可通過調(diào)整混合制冷劑組成及混合制冷劑壓縮機吸人和排出壓力，也能使天然氣高效液化。隨著大型壓縮機、驅(qū)動機和換熱器制造能力的不斷增強以及壓縮機與驅(qū)動機之間良好的功率分配，使該類流程的年生產(chǎn)能力可達到500 X t。因而，這一流程在陸上大型基本負荷裝置中占主導(dǎo)地位。1

原理及流程按制冷基本原理，有預(yù)冷的制冷基本循環(huán)效率比無預(yù)冷的高，當裝置的處理量較大時，單循環(huán)混合冷劑制冷提供的冷量不夠，需要的主制冷劑流量很大，往往需要并行壓縮機和換熱器，或采用預(yù)冷循環(huán)以減輕主制冷循環(huán)的制冷負荷，因此針對大規(guī)模的生產(chǎn)線，帶預(yù)冷循環(huán)的混合制冷劑流程應(yīng)運而生。，

選用合適的預(yù)冷劑可以用來更好地平衡預(yù)冷和液化階段之間的功率分配，同時也能提高寒冷氣候條件下的生產(chǎn)能力。除了丙烷以外，丙烯和乙烷也可以用作預(yù)冷循環(huán)制冷劑。若利用丙烯或乙烷替代廣泛使用的丙烷作為預(yù)冷制冷劑。丙烯的沸點(-48℃)比丙烷(-42℃)低，因而在相同壓力下丙烯能將原料氣預(yù)冷到更低的溫度，而這也有助于均衡預(yù)冷和液化循環(huán)之間的功率分配。乙烷的沸點(一89℃)比丙烷或丙烯還低，因而能將原料氣冷卻至更低的溫度。但是，乙烷的臨界溫度和環(huán)境溫度很接近，這在環(huán)境溫度較高的情況下會成為問題。1

下圖是丙烷預(yù)冷混合制冷劑循環(huán)液化天然氣流程圖。

流程由三部分組成：①混合制冷劑循環(huán)；②丙烷預(yù)冷循環(huán)；③天然氣液化州路。在此液化流程中，丙烷預(yù)冷循環(huán)用于預(yù)冷混合制冷劑和天然氣，而混合制冷劑循環(huán)用于天然氣深冷和液化?；旌侠鋭┯傻⒓淄?、丙烷等組成，平均相對分子質(zhì)量約為25?；旌侠鋭┱魵鈮嚎s后，先由空氣或水冷卻，再經(jīng)壓力等級不同的三級丙烷蒸發(fā)器預(yù)冷卻(溫度達-40℃)，部分混合冷劑冷凝為液體。液態(tài)和氣態(tài)混合冷劑分別送入主冷箱內(nèi)，液態(tài)冷劑通過J一T閥蒸發(fā)時，使天然氣降溫的同時，還使氣態(tài)混合冷劑冷凝。冷凝的混合冷劑(冷劑內(nèi)的輕組分)在換熱器頂端通過J一T閥蒸發(fā)，使大然氣溫度進一步降低至過冷液體。流出冷箱的液態(tài)天然氣進閃蒸罐，分出不凝氣和LNG，不凝氣作燃料或銷售氣，LNG進儲罐。由上可知，天然氣存主冷箱內(nèi)進行二級冷凝，由冷劑較重組分提供溫度等級較高的冷量和由較輕組分提供溫度等級較低的冷量。

預(yù)冷的丙烷冷劑在分級獨立制冷系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)。不同壓力級別的丙烷在不同溫度級別下蒸發(fā)汽化，為原料氣和混合冷劑提供冷量。原料天然氣預(yù)冷后，進人分餾塔分出氣體內(nèi)的重烴，進一步處理成液體產(chǎn)品；塔頂氣進入主冷箱冷凝為LNG。因而，預(yù)冷混合冷劑制冷過程實為階式和混合冷劑分級制冷的結(jié)合。在丙烷預(yù)冷循環(huán)中，從丙烷蒸發(fā)器來的高、中、低壓丙烷，用一臺壓縮機壓縮；壓縮后先用水進行預(yù)冷，然后節(jié)流、降溫、降壓后為天然氣和混合制冷劑提供冷量。

由熱力學分析，帶丙烷預(yù)冷的混合制冷劑液化流程，“高溫”段用丙烷壓縮機制冷，按三個溫度水平預(yù)冷原料氣到-60℃；“低溫”段的換熱采用兩種方式：高壓的混合冷劑與較高溫度原料氣換熱，低壓的混合冷劑與較低溫度原料氣換熱，最后使原料氣深冷到-162℃而液化，充分體現(xiàn)了熱力學特性，從而使熱效率得到最大限度的提高。

工藝特點丙烷預(yù)冷混合制冷劑液化流程的主要特點可概括如下。

(1)該流程操作彈性大。當生產(chǎn)能力降低時，通過改變制冷劑組成或降低吸入壓力，可以保持混合制冷劑循環(huán)的效率；當需要液化的原料氣組成發(fā)生變化時，通過調(diào)整混合制冷劑組成或混合制冷劑壓縮機的吸入和排出壓力，也能使天然氣高效液化。

(2)該流程結(jié)合級聯(lián)式液化流程和混合制冷劑液化流程的優(yōu)點，流程高效、簡單。

(3)應(yīng)用廣泛，目前世界上80%以上的基本負荷型天然氣液化裝置均采用此類流程2