[發明專利]采用單一混合工質制冷液化天然氣的方法和裝置

有效

• 申請號: 201210064449.5
• 申請日: 2012-03-13
• 公開（公告）號: CN102636000A
• 公開（公告）日: 2012-08-15
• 發明（設計）人: 何振勇;王貴歧;劉麗梅
• 申請（專利權）人: 新地能源工程技術有限公司;新奧科技發展有限公司
• 主分類號: F25J1/02
• 分類號: F25J1/02
• 代理公司: 北京卓恒知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 11394
• 代理人: 唐曙暉;劉明芳

技術領域

本發明涉及富含烴類氣體的液化生產，具體涉及一種單一混合工質制冷液化天然氣的方法和裝置。

背景技術

天然氣由于其環保性而成為取代其他燃料的最佳物質，其應用領域已逐漸擴大到發電、汽車用氣、工業用氣、城市居民用氣、化工用氣等方面。

隨著天然氣消費量的增長，作為天然氣最有效的供用形式之一，液化天然氣的貿易量也已成為能源市場增長最快的領域之一。液化天然氣工業的不斷發展，則對天然氣液化方法和裝置在能耗、投資和效率等方面提出了更高的要求。

目前，比較成熟的天然氣液化工藝主要有：階式制冷工藝、膨脹制冷工藝和混合工質制冷工藝。其中的單一混合工質制冷工藝則比較受中型LNG裝置的青睞。

現有的單一混合工質制冷的天然氣液化方法中，冷劑壓縮系統為二級壓縮，天然氣液化采用一級換熱。

現有工藝技術：如圖1所示，其使用的裝置包括一臺電機驅動的二段式混合工質壓縮機1，二臺冷卻器21、22，二臺氣液分離器31、32，二臺液體泵4、4’，一臺板翅式換熱器8和一臺LNG儲罐9；由C1～C5和N2組成的混合工質經過合理配比后進入壓縮機的入口，經一段壓縮至0.6～1MPa，進入一級冷卻器冷卻至30～40℃，再進入一級氣液分離罐進行氣液分離，一級氣液分離罐頂部分離出的氣體繼續進入壓縮機的二段入口，經二段壓縮至1.6～2.5MPa，一級分離底部分離得到的液體通過液體泵加壓后與二段壓縮機出口的氣體混合進入二級冷卻器冷卻至30～40℃，冷卻后的混合工質隨后進入二級氣液分離罐進行氣液分離，分離后的液體通過二級液體泵加壓后與該分離器頂部得到的氣體混合后進入板翅式換熱器，預冷至一定溫度后節流再返回該板翅式換熱器，為整個換熱過程提供冷量，天然氣通過板翅式換熱器后進入LNG儲罐內。

在上述工藝，為保證液體和氣體進入同一個板翅式換熱器通道參與換熱，末級氣液分離器底部的液體必須要加壓以克服分離器底部液體出口到板翅式換熱器頂部冷劑入口的高度差所帶來的液柱壓力，必須通過增加末級液體泵來實現。冷劑和天然氣在板翅式換熱器中的換熱過程為一級換熱，流股間換熱溫差的優化受到一定限制，裝置能耗較高，并且，此種流程容易產生冷箱底部積液，對裝置的變負荷運轉沒有很好的適應性。

發明內容

本發明提供了一種采用單一混合工質制冷液化天然氣的方法和裝置。該發明采用單一混合工質制冷使天然氣液化。

本發明采用單一混合工質制冷來液化天然氣的方法和裝置，其分為天然氣循環和混合工質制冷循環。在混合工質回路中，混合工質在其逐級壓縮過程中同時伴隨逐級的氣液分離，一級壓縮分離出的液相流股不參與后續的壓縮過程，有效的減少了后序氣體壓縮功耗；經壓縮得到的氣相和液相混合工質流股分別進入換熱器組的不同通道節流換熱，相對傳統工藝來說省去了末級液體泵，且采用多級換熱使整個過程中熱流股和冷流股的換熱曲線更為匹配；末級氣相經節流后的返流復熱后進入冷劑分離器，可有效避免冷箱積液。

本發明涉及采用單一混合工質制冷液化天然氣的裝置，其包括混合冷劑壓縮系統和冷箱系統，其中混合制冷劑的壓縮系統采用二段式混合工質壓縮機壓縮，包括一臺二段式混合工質壓縮機、兩臺冷卻器、兩臺氣液分離器和一臺液體泵，冷箱系統包括一組板翅式換熱器組(二級換熱)、兩臺氣液分離器(包括一臺重烴分離器和一臺冷劑分離器)和兩臺節流裝置；混合工質和天然氣在冷箱系統中完成整個換熱過程。

在混合冷劑壓縮系統中，壓縮機一段出口連接一級冷卻器，一級冷卻器再與一級氣液分離器連接，一級氣液分離器氣相端連接二段壓縮，一級氣液分離器底部液相端連接液體泵，液體泵出口與二段壓縮出口匯合后連接二級冷卻器，二級冷卻器再與二級氣液分離器連接，二級氣液分離器頂部氣相端與換熱器組第一換熱通道連接；二級氣液分離器底部液相端與換熱器組第二換熱通道連接；

在冷箱系統中，由混合冷劑壓縮系統來的二級氣液分離器液相端通過換熱器組中的第二換熱通道連接第一節流裝置的一端，第一節流裝置的另一端連接換熱器組的第三換熱通道后連接一段壓縮；二級氣液分離器頂部得到的氣相端通過換熱器組第一換熱通道預冷，再與第二節流裝置一端連接，第二節流裝置另一端連接換熱器組第四換熱通道后連接冷劑分離器；天然氣管道通過換熱器組第五換熱通道連接重烴分離器，重烴分離器頂部氣相端依次通過換熱器組其余各級換熱器后送入LNG儲罐，重烴分離器底部液相作為液化石油氣(LPG)獲得。