專利名稱：一種利用混合制冷劑液化天然氣的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及天然氣、煤層氣或其它富甲烷氣體的液化技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種利 用混合制冷劑液化天然氣的方法。
背景技術(shù)：
天然氣的主要成分是甲烷，根據(jù)地下儲層的具體情況，天然氣還包括少量的乙烷、 丙烷、丁烷、戊烷等以及水、氫氣、氮氣、二氧化碳和其它氣體。大多數(shù)天然氣是以氣體形式存在的。將天然氣從井口輸送到氣體處理裝置，并由 該處送往天然氣用戶的最常見方法是用高壓氣體輸送管線。但是當(dāng)天然氣源遠離目標(biāo)市 場和氣源相對不足時，管線輸送的成本很高，在此情況下必須或希望將天然氣液化為液化 天然氣(LNG，Liquefied Natural Gas)后進行輸送和使用。天然氣液化后，其體積僅為原 來氣態(tài)的1/625，其密度為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下甲烷的600多倍、水的45%，體積能量密度為汽油的 72%，因為其使用的安全、環(huán)保、經(jīng)濟和方便性，目前已成為優(yōu)質(zhì)的工業(yè)和民用燃料。目前常見的天然氣液化制冷流程有級聯(lián)式制冷循環(huán)、混合制冷劑制冷循環(huán)和膨脹 制冷循環(huán)。級聯(lián)式循環(huán)利用多種漸進式排列的單組分制冷劑和熱交換器來將天然氣降低至 液化溫度，相比而言級聯(lián)式制冷循環(huán)流程復(fù)雜，不利于操作控制，設(shè)備多，投資較大，適用于 大型LNG系統(tǒng)；膨脹制冷循環(huán)將原料氣或冷卻工質(zhì)從高壓膨脹至低壓來相應(yīng)降低溫度，膨 脹制冷循環(huán)流程簡單，調(diào)節(jié)靈活，易于開停車和操作，投資較低，但單位能耗較高?；旌现评?劑循環(huán)是利用多元混合制冷壓縮節(jié)流進行制冷，其流程復(fù)雜程度、設(shè)備數(shù)量、控制難易度、 投資額、單位能耗介于級聯(lián)式和膨脹式之間，并且裝置規(guī)模適應(yīng)程度較寬。對于混合制冷循環(huán)中適用于中小規(guī)模的天然氣液化系統(tǒng)，美國BVPI開發(fā)的 PRICO 技術(shù)最具代表性，它只有一個混合制冷劑循環(huán)，在一定程度上簡化了流程，減少了 設(shè)備數(shù)量和投資。但其混合制冷劑增壓過程較為復(fù)雜，需要兩次進行氣液分離，除壓縮機 外，還需要兩臺制冷劑泵來提升液相混合制冷劑壓力，設(shè)備較多，同時流程控制點和故障點 增加，自動控制程度較低，導(dǎo)致開車調(diào)試、操作過程也較為復(fù)雜，投資也有所提高。此外，該 流程中分離后的氣液兩相混合冷劑需要在冷箱換熱器中再次混合，節(jié)流后的氣液兩相混合 制冷劑直接返回冷箱換熱器，存在兩相均勻分布的問題，同時也增加了冷箱換熱的制造難 度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種利用混合制冷劑液化天然氣的方法，以減少 或避免前面所提到的問題。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出了一種利用混合制冷劑液化天然氣的方法，該 方法用于將原料天然氣和所述混合制冷劑在冷箱換熱器中換熱，將所述原料天然氣液化為 液化天然氣，該方法包括如下步驟將所述混合制冷劑直接壓縮后冷卻為高壓氣液兩相混合制冷劑；
將所述高壓氣液兩相混合制冷劑氣液分離為高壓氣相混合制冷劑和高壓液相混 合制冷劑；將所述高壓氣相混合制冷劑和所述高壓液相混合制冷劑分別從所述冷箱換熱器 的不同換熱器流道自上而下流過，并從所述冷箱換熱器不同位置流出后成為兩股低壓兩相 混合制冷劑；所述兩股低壓兩相混合制冷劑分別經(jīng)氣液分離后，再在所述冷箱換熱器的同一換 熱器流道內(nèi)混合后，從下而上流出所述冷箱換熱器。優(yōu)選地，上述方法進一步包括如下步驟，使所述高壓氣相混合制冷劑自上而下流 過冷箱換熱器，從冷箱底部流出經(jīng)過節(jié)流降壓降溫后再自下而上返回冷箱提供冷量；同時， 使所述高壓液相混合制冷劑自上而下流過所述冷箱換熱器并從中部位置抽出經(jīng)過節(jié)流降 壓降溫再次返回冷箱；所述高壓液相混合制冷劑經(jīng)過節(jié)流后返回冷箱換熱器與高壓氣相混 合制冷劑節(jié)流后返回的低壓制冷劑混合后再向上流動為上部冷箱換熱器提供冷量；最后流 出所述冷箱換熱器后再返回壓縮機進行循環(huán)壓縮。優(yōu)選地，所述混合制冷劑采用直接壓縮，無需進行壓縮過程中的中間冷卻和氣液 分離。優(yōu)選地，其中壓縮機的入口壓力為0.16MPaG，壓縮機的出口壓力為1. 5 2. OMPaG。優(yōu)選地，壓縮機入口溫度約為30°C，壓縮機的出口溫度為130 150°C。優(yōu)選地，所述混合制冷劑經(jīng)過壓縮后進入冷卻器，冷卻至環(huán)境溫度，并經(jīng)過氣液分 離器成為高壓氣相混合制冷劑和高壓液相混合制冷劑。優(yōu)選地，所述冷卻器和氣液分離器的位置高于冷箱換熱器頂部。優(yōu)選地，所述混合制冷劑由氮氣、甲烷、乙烯、丙烷、異戊烷和異己烷組成，其摩爾 百分比的組分構(gòu)成為7% N2,20% CH4,32% C2H4,26% C3H8U0% i_C5H12、5%異己烷。優(yōu)選地，所述高壓氣相混合制冷和高壓液相混合制冷劑自上而下流過冷箱換熱器 并分別從冷箱換熱器底部和中部流出，經(jīng)過兩個節(jié)流閥降溫降壓后成為低壓兩相混合制冷 劑，再返回冷箱換熱器為不同換熱溫區(qū)提供冷量。優(yōu)選地，所述低壓兩相混合制冷劑分別經(jīng)過氣液分離后再分別返回冷箱換熱器， 在冷箱換熱器流道內(nèi)再進行混合。優(yōu)選地，所述原料天然氣經(jīng)過所述冷箱換熱器冷卻至-40 -50°C時抽出進入一 重?zé)N分離器，經(jīng)重?zé)N分離后的氣相再返回所述冷箱換熱器繼續(xù)降溫，直到成為合格的液化 天然氣產(chǎn)品。優(yōu)選地，所述重?zé)N分離后的天然氣經(jīng)過所述冷箱換熱器再次降溫之后流出的溫度 為-140 _155°C，然后經(jīng)過至少一個節(jié)流閥節(jié)流降壓后的溫度為-155 -165°C。本發(fā)明所提供的利用混合制冷劑液化天然氣的方法中，通過降低壓縮機出口壓力 的方式避免了壓縮過程中的中間冷卻和氣液分離，可減少氣液分離器、冷劑循環(huán)泵等設(shè)備 投入和故障點，并降低了工藝流程控制和現(xiàn)場操作維護難度，同時避免了傳統(tǒng)工藝流程裝 置停車后再啟時因壓縮機入口壓力超高導(dǎo)致冷劑排放問題；提出了一種帶有添加劑的混合 冷劑配方，進一步提高了裝置運行效率；同時將高壓氣相混合制冷劑和高壓液相混合制冷 劑分別流經(jīng)不同的換熱流道，并通過各自的節(jié)流降壓降溫，節(jié)流后的低壓混合制冷劑經(jīng)過氣液分離后再分別返回冷箱換熱器為不同換熱溫區(qū)提供冷量，增強了換熱效果，提高了裝 置的運行效率，同時解決了換熱器流道兩相均勻分布的問題，降低了冷箱換熱器的制造和 操作難度。


以下附圖僅旨在于對本發(fā)明做示意性說明和解釋，并不限定本發(fā)明的范圍。其中，圖1顯示的是根據(jù)本發(fā)明的一個具體實施例的利用混合制冷劑液化天然氣的工 藝流程原理示意圖。
具體實施例方式為了對本發(fā)明的技術(shù)特征、目的和效果有更加清楚的理解，現(xiàn)對照

本發(fā) 明的具體實施方式
。其中，相同的部件采用相同的標(biāo)號。圖1顯示的是根據(jù)本發(fā)明的一個具體實施例的利用混合制冷劑液化天然氣的工 藝流程原理示意圖，如圖所示，經(jīng)過預(yù)處理合格的原料天然氣101進入冷箱換熱器31，在冷 箱換熱器31中，原料天然氣101與混合制冷劑進行熱交換，將原料天然氣101液化為液化 天然氣(LNG，Liquefied Natural Gas)。在一個具體實施例中，該冷箱換熱器31可以為鋁制板翅式換熱器，也可為繞管式 換熱器。原料天然氣101進入冷箱換熱器31后，被冷卻至-40°C -50°C時從冷箱換熱器 31中引出成為天然氣流102。在該溫度下，天然氣流102中若含有過多的重組分，則會以液 體形式析出，為了防止天然氣流102在更低溫度區(qū)域?qū)湎鋼Q熱器31造成凍堵，設(shè)置有一 個重?zé)N分離器11，對液相重?zé)N進行分離，分離出的重?zé)N104排出液化裝置后進行綜合回收 利用，脫除重?zé)N后的天然氣流103重新返回冷箱換熱器31進行降溫。天然氣103經(jīng)過冷箱換熱器31再次降溫之后，從冷箱換熱器31底部流出的天然 氣105已經(jīng)全部液化，溫度達到-140 -155°C。之后，天然氣105經(jīng)過至少一個節(jié)流閥12節(jié)流降壓后成為所需的液化天然氣106， 此時的液化天然氣106的溫度達到-155 -165°C，達到儲存要求，然后進入LNG (液化天然 氣)儲罐進行儲存。下面參照圖1詳細說明混合制冷劑的制冷過程，如圖所示，首先，低壓氣相常溫混 合制冷劑201進入一壓縮機入口緩沖罐21，從緩沖罐21頂部流出的混合制冷劑202進入混 合制冷劑壓縮機22。經(jīng)壓縮之后的混合制冷劑203壓力達到1. 5 2. OMPa，溫度為130 150°C，然后 進入冷卻器23。經(jīng)過冷卻器23冷卻之后的混合制冷劑204的溫度為30 40°C，為氣液兩相狀態(tài)。之后，將混合制冷劑204經(jīng)過一個氣液分離器24對其進行氣液分離。冷卻器23 和氣液分離器24的位置均高于冷箱換熱器31頂部。從氣液分離器24頂部流出的高壓氣相制冷劑205從冷箱換熱器31頂部流入， 進入冷箱換熱器31之后均勻分布在各換熱流道并自上而下流經(jīng)換熱器31的流道，高壓 氣相制冷劑205在流動過程中與天然氣一起被返流的制冷劑213進行冷卻。冷卻后的制冷劑211流出冷箱換熱器31的時候會吸收冷量全部液化，溫度為-140 -155°C，然后經(jīng) 過節(jié)流閥26進行節(jié)流降壓降溫，節(jié)流后的低壓混合制冷劑212壓力為3 4bara，溫度 為-158 -160°C，低壓混合制冷劑212再經(jīng)過氣液分離器28進行氣液分離，分離后的低壓 氣相混合制冷劑213和低壓液相混合制冷劑214分別返回冷箱換熱器31，在冷箱換熱器31 內(nèi)混合后再向上流動提供冷量。從氣液分離器24底部流出的高壓液相制冷劑206從冷箱換熱器31頂部流入，高 壓液相混合制冷劑206進入冷箱換熱器31后均勻分布在換熱器31的各流道并自上而下流 出換熱器31，流出的混合制冷劑207從冷箱換熱器31中部位置抽出，然后經(jīng)過節(jié)流閥25進 行節(jié)流降壓降溫，節(jié)流后的低壓混合制冷劑208壓力為3 4bara，低壓混合制冷劑208再 經(jīng)過氣液分離器27進行氣液分離，分離后的低壓氣相混合制冷劑209和低壓液相混合制冷 劑210分別返回冷箱換熱器31，在冷箱換熱器31內(nèi)進行混合后與向上流動的制冷劑213匯 合后再繼續(xù)向上流動，為冷箱換熱器31的上部空間提供冷量。從冷箱換熱器31頂部流出的低壓返流制冷劑201被溫度較高的天然氣和制冷劑 加熱至常溫，然后再次進行循環(huán)壓縮，即完成一個循環(huán)過程，混合制冷劑周而復(fù)始循環(huán)提供 連續(xù)冷量，對原料天然氣進行液化。在本發(fā)明的一個具體實施例中，所采用的混合制冷劑由氮氣、甲烷、乙烯、丙烷、異 戊烷和異己烷組成，其摩爾百分比的分別為7%、20%、32%、26%、10%、5%。本發(fā)明所提供的利用混合制冷劑液化天然氣的方法中，經(jīng)過氣液分離的高壓氣相 混合制冷劑和高壓液相混合制冷劑分別流經(jīng)不同的換熱器流道，并且從冷箱換熱器的不同 位置抽出進行節(jié)流降壓降溫，節(jié)流后的混合制冷劑再經(jīng)過氣液分離后分別返回冷箱換熱器 為不同的換熱溫區(qū)提供冷量。提高了設(shè)備的換熱效率和裝置的液化效率，同時解決了兩相 均勻分布的問題，也降低了冷箱換熱器的制造難度和操作難度。另一方面，在本發(fā)明中，混合制冷劑采用直接壓縮，避免了壓縮機過程中的中間冷 卻和氣液分離，大大簡化了冷劑的增壓過程，同時避免了傳統(tǒng)工藝流程裝置停車后再啟時 因壓縮機入口壓力超高導(dǎo)致冷劑排放問題。傳統(tǒng)的制冷劑壓縮方式是將制冷劑經(jīng)過一段壓縮之后進行冷卻，一直冷卻到常 溫，這樣就會有液體析出，在進入二段壓縮之前需要進行氣液分離，分離出的氣體通過二段 壓縮提升到更高壓力。液相需要泵提升壓力，提升壓力后兩者混合再冷卻到常溫，再經(jīng)過氣 液分離后分別進入冷箱換熱器。在本發(fā)明的上述實施例中，共節(jié)省了一臺氣液分離器、一臺 中間冷卻器和兩臺冷劑泵，使得冷劑循環(huán)中除了壓縮機以外再無動設(shè)備，減少了投資和故 障點，關(guān)鍵是對混合制冷劑壓縮過程的操作控制大大簡化。以上所述僅為本發(fā)明示意性的具體實施方式
，并非用以限定本發(fā)明的范圍。任何 本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的構(gòu)思和原則的前提下所作的等同變化、修改與結(jié)合， 均應(yīng)屬于本發(fā)明保護的范圍。
權(quán)利要求
一種利用混合制冷劑液化天然氣的方法，該方法用于將原料天然氣和所述混合制冷劑在冷箱換熱器中換熱，將所述原料天然氣液化為液化天然氣，其特征在于，該方法包括如下步驟將所述混合制冷劑直接壓縮后冷卻為高壓氣液兩相混合制冷劑；將所述高壓氣液兩相混合制冷劑氣液分離為高壓氣相混合制冷劑和高壓液相混合制冷劑；將所述高壓氣相混合制冷劑和所述高壓液相混合制冷劑分別從所述冷箱換熱器的不同換熱器流道自上而下流過，并從所述冷箱換熱器不同位置流出后成為兩股低壓兩相混合制冷劑；所述兩股低壓兩相混合制冷劑分別經(jīng)氣液分離后，再在所述冷箱換熱器的同一換熱器流道內(nèi)混合后，從下而上流出所述冷箱換熱器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中進一步包括如下步驟，使所述高壓氣相混合制冷 劑自上而下流過冷箱換熱器，從冷箱底部流出經(jīng)過節(jié)流降壓降溫后再自下而上返回冷箱提 供冷量；同時，使所述高壓液相混合制冷劑自上而下流過所述冷箱換熱器并從中部位置抽 出經(jīng)過節(jié)流降壓降溫再次返回冷箱；所述高壓液相混合制冷劑經(jīng)過節(jié)流后返回冷箱換熱器 與高壓氣相混合制冷劑節(jié)流后返回的低壓制冷劑混合后再向上流動為上部冷箱換熱器提 供冷量；最后流出所述冷箱換熱器后再返回壓縮機進行循環(huán)壓縮。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述節(jié)流后的低壓混合制冷劑分別經(jīng)過氣液分離 后再分別返回冷箱換熱器，在冷箱換熱器流道內(nèi)再進行混合。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中，所述混合制冷劑采用直接壓縮，無需進行壓 縮過程中的中間冷卻和氣液分離。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中壓縮機的入口壓力為0.16MPaG，壓縮機的出口壓 力為1.5 2. OMPaG，壓縮機入口溫度約為30°C，壓縮機的出口溫度為130 150°C。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，所述高溫高壓的混合制冷劑經(jīng)過冷卻器后被冷 卻至環(huán)境溫度，變成氣液兩相狀態(tài)，再經(jīng)過氣液分離器后成為高壓氣相混合制冷劑和高壓 液相混合制冷劑。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中，所述冷卻器和氣液分離器的位置高于冷箱頂部。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-6之一所述的方法，其中，所述混合制冷劑由如下摩爾百分比的組 分構(gòu)成7% N2,20% CH4,32% C2H4,26% C3H8U0% i_C5H12、5%異己燒。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-7之一所述的方法，其中，所述原料天然氣經(jīng)過所述冷箱換熱器冷 卻至-40 -5(TC時抽出進入一重?zé)N分離器，經(jīng)重?zé)N分離后的氣相再返回所述冷箱換熱器 繼續(xù)降溫，直到成為合格的液化天然氣產(chǎn)品。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，所述重?zé)N分離后的天然氣經(jīng)過所述冷箱換熱器 再次降溫之后流出的溫度為-140 -155°C，然后經(jīng)過至少一個節(jié)流閥節(jié)流降壓后的溫度 為-155 -165°C。
全文摘要
一種利用混合制冷劑液化天然氣的方法，包括將混合制冷劑直接壓縮后進行氣液分離，分離后的高壓氣相混合制冷劑和高壓液相混合制冷劑分別從所述冷箱換熱器的不同換熱器流道流過，并從所述冷箱換熱器不同位置流出后分別經(jīng)氣液分離后，再在所述冷箱換熱器的同一換熱器流道內(nèi)混合后，從下而上流出所述冷箱換熱器。本發(fā)明中將高壓氣相冷劑和高壓液相冷劑分別通過不同的換熱器流道，并分別采用兩個節(jié)流閥進行降溫為冷箱換熱器不同溫區(qū)提供冷量，提高了裝置運行效率；同時，通過抬高混合制冷劑壓縮機后冷卻器和氣液分離器的位置，省去了泵等設(shè)備投入，減少了故障點，并降低了工藝流程控制和現(xiàn)場操作維護難度。
文檔編號F25J1/02GK101893367SQ20101025281
公開日2010年11月24日 申請日期2010年8月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月13日
發(fā)明者唐建峰 申請人:唐建峰