一種混合冷劑二級制冷制備液化天然氣的方法及裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種混合冷劑二級制冷制備液化天然氣的方法及裝置，目的在于解決現(xiàn)有采用混合制冷劑液化天然氣的裝置需要在壓縮機的出口設置氣液分離器以及冷劑泵，不僅增加了裝置的復雜性，增大了系統(tǒng)能耗，而且可能導致混合制冷劑泄漏的問題，該方法包括如下步驟：原料天然氣經第一冷箱換熱，使原料天然氣的溫度降低至-50℃，然后經第二冷箱換熱，使原料天然氣的溫度降低至-162℃，將原料天然氣被液化成LNG，再經天然氣節(jié)流閥減壓后送去儲存。本發(fā)明通過改變混合制冷劑液化天然氣的工藝流程，取消了冷劑泵，有效降低了能耗，且杜絕了混合制冷劑泄漏的隱患，簡化了工藝流程和操作，節(jié)省了設備投資。
【專利說明】一種混合冷劑二級制冷制備液化天然氣的方法及裝置
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及化工領域，尤其是天然氣、煤層氣或其它富甲烷氣體的液化【技術領域】，具體為一種混合冷劑二級制冷制備液化天然氣的方法及裝置。
【背景技術】
[0002]液化天然氣作為一種清潔能源，其具有無色、無味、無毒且無腐蝕性的特點，體積約為同量氣態(tài)天然氣體積的1/625，目前已廣泛應用于工業(yè)、民用、汽車燃料等領域。許多沒有天然氣資源的地區(qū)都已準備利用液化天然氣來解決工業(yè)、民用、汽車燃料問題，因此，天然氣的液化成為人們關心的問題。
[0003]天然氣的液化主要采用混合制冷劑或純單組分制冷劑制冷，其中，主要以混合制冷劑制冷為主?；旌现评鋭┮夯鞒淌且訡1至C5的碳氫化合物及N2等五種以上的多組分混合制冷劑為工質，進行逐級冷凝、蒸發(fā)、節(jié)流膨脹，得到不同溫度水平的制冷量，最終達到逐步冷卻和液化天然氣的目的，自20世紀70年代混合制冷劑液化流程出現(xiàn)以來，其已得到了廣泛的應用。
[0004]目前，國內外已有的混合制冷天然氣液化裝置，大多工藝流程復雜、設備多、工程量大、投資大、開停車程序復雜，主要用于大型液化天然氣工廠中天然氣的液化，不適合中小型液化天然氣工廠中天然氣的液化。
[0005]混合制冷劑的制冷原理與純單組分制冷劑的制冷原理大致相同，即:都是通過冷劑液體的汽化，與被冷介質進行熱交換，從而使被冷介質降溫。與純單組分制冷劑不同的是，混合制冷劑產生的冷量是在一個連續(xù)的范圍之內，純單組分制冷劑產生的冷量是在一個固定的溫度上。混合制冷劑中的重烴組分沸點高，經壓縮機升壓后在常溫下就會液化，因此，在混合冷劑制冷的壓縮機出口，就會出現(xiàn)氣液兩相的現(xiàn)象。現(xiàn)有的方法是在壓縮機的出口設置氣液分離器以及冷劑泵，以解決這一問題。在壓縮機后設置冷劑泵，不僅增加了裝置的復雜性及系統(tǒng)能耗，而且冷機泵的增加可能導致混合制冷劑存在泄漏的隱患，影響系統(tǒng)的正常運行。如何解決這一問題，成為人們關心的問題。

【發(fā)明內容】

[0006]本發(fā)明的發(fā)明目的在于:針對現(xiàn)有采用混合制冷劑液化天然氣的裝置需要在壓縮機的出口設置氣液分離器以及冷劑泵，不僅增加了裝置的復雜性，增大了系統(tǒng)能耗，而且可能導致混合制冷劑泄漏的問題，提供一種混合冷劑二級制冷制備液化天然氣的方法及裝置。本發(fā)明通過改變混合制冷劑液化天然氣的工藝流程，取消了冷劑泵，有效降低了能耗，且杜絕了混合制冷劑泄漏的隱患，簡化了工藝流程和操作，節(jié)省了設備投資。與現(xiàn)有技術相t匕，本發(fā)明能夠有效降低能源消耗和設備投入，簡化操作流程，提高產品的經濟效益，尤其適于中小型液化天然氣工廠中天然氣的液化。
[0007]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案:
一種混合冷劑二級制冷制備液化天然氣的方法，包括如下步驟: a、混合冷劑首先經一級壓縮機增壓，然后經過一級冷卻器冷卻，再進入一級氣液分離器中分離；一級氣液分離器中分離出的氣體進入二級壓縮機中增壓，然后通過二級冷卻器冷卻，最后進入二級氣液分離器中分離；
b、二級氣液分離器中分離出的氣體依次經第一冷箱、第二冷箱冷卻，經第二冷箱冷卻后的氣體經第三節(jié)流閥節(jié)流后，成為溫度為_163°C至_165°C的低溫低壓混合冷劑，低溫低壓混合冷劑再返回第一冷箱、第二冷箱換熱，為天然氣和經過第一冷箱、第二冷箱的氣體提供液化及過冷冷量，得到高溫低壓混合冷劑，高溫低壓混合冷劑再返回一級壓縮機中增壓，進行下一次循環(huán)；其中，一級氣液分離器中分離出的液體經第一冷箱換熱后，再進行減壓降溫，最后返回循環(huán)的管道中；二級氣液分離器中分離出的液體經節(jié)流后，進入一級氣液分離器中；
C、原料天然氣經第一冷箱換熱，使原料天然氣的溫度降低至_50°C，然后經第二冷箱換熱，使原料天然氣的溫度降低至-162°C,將原料天然氣被液化成LNG,再經天然氣節(jié)流閥減壓后送去儲存。
[0008]所述步驟a中，混合冷劑首先經一級壓縮機增壓至0.9-1.2MPa，然后經過一級冷卻器冷卻至30-50°C，再進入一級氣液分離器中分離；一級氣液分離器中分離出的氣體進入二級壓縮機中增壓至3.3-3.5MPa，然后通過二級冷卻器冷卻至30_50°C，最后進入二級氣液分離器中分離。
[0009]所述步驟a中，混合冷劑首先經一級壓縮機增壓至1.05MPa，然后經過一級冷卻器冷卻至40°C，再進入一級氣液分離器中分離；一級氣液分離器中分離出的氣體進入二級壓縮機中增壓至3.4MPa，然后通過二級冷卻器冷卻至40°C，最后進入二級氣液分離器中分離。
[0010]所述步驟b中，一級氣液分離器中分離出的液體經第一冷箱換熱后，再經第一節(jié)流閥進行減壓降溫，最后返回循環(huán)的管道中；二級氣液分離器中分離出的液體經第二節(jié)流閥節(jié)流后，進入一級氣液分離器中。
[0011]所述步驟b中，一級氣液分離器中分離出的液體經第一冷箱換熱后，被冷卻至-20°C，再進行減壓降溫，最后返回循環(huán)的管道中。
[0012]所述步驟b中，一級氣液分離器中分離出的液體經板翅式換熱器后，進入第一冷箱換熱，再進行減壓降溫，最后返回循環(huán)的管道中；二級氣液分離器中分離出的液體經節(jié)流后，進入板翅式換熱器中換熱，再進入一級氣液分離器中。
[0013]所述步驟b中，高溫低壓混合冷劑經緩沖罐后，再返回一級壓縮機中增壓，進行下一次循環(huán)。
[0014]所述步驟c中，原料天然氣經第一冷箱換熱，使原料天然氣的溫度降低至-50°C，再經重烴分離器分離脫除重烴后，進入第二冷箱中換熱，使原料天然氣的溫度降低至_162°C，將原料天然氣被液化成LNG，再經天然氣節(jié)流閥減壓后送去儲存。
[0015]用于上述混合冷劑二級制冷制備液化天然氣的方法及裝置，包括天然氣液化系統(tǒng)和制冷循環(huán)系統(tǒng)；
所述制冷循環(huán)系統(tǒng)由一級壓縮機、一級冷卻器、一級氣液分離器、二級壓縮機、二級冷卻器、二級氣液分離器、第一冷箱、第二冷箱、第三節(jié)流閥、第二冷箱、第一冷箱通過管道依次相連形成循環(huán)回路；二級氣液分離器經第二節(jié)流閥后，通過管道直接與一級氣液分離器相連；一級氣液分離器與第一冷箱通過管道相連，并經第一節(jié)流閥后通過管道并入循環(huán)回路中；
第一冷箱、第二冷箱、天然氣節(jié)流閥通過管道依次相連形成天然氣液化系統(tǒng)。
[0016]第一冷箱、重烴分離器、第二冷箱、天然氣節(jié)流閥通過管道依次相連形成天然氣液化系統(tǒng)。
[0017]天然氣液化系統(tǒng)還包括流量控制裝置。
[0018]二級氣液分離器依次經第二節(jié)流閥、板翅式換熱器后，通過管道直接與一級氣液分離器相連；一級氣液分離器經板翅式換熱器后，與第一冷箱通過管道相連，并經第一節(jié)流閥后通過管道并入循環(huán)回路中。
[0019]所述制冷循環(huán)系統(tǒng)由緩沖罐、一級壓縮機、一級冷卻器、一級氣液分離器、二級壓縮機、二級冷卻器、二級氣液分離器、第一冷箱、第二冷箱、第三節(jié)流閥、第二冷箱、第一冷箱通過管道依次相連形成循環(huán)回路。
[0020]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明提供一種新的工藝流程，能夠有效降低液化能耗及液化天然氣的溫度，降低裝置投資成本。本發(fā)明將二級氣液分離器中分離出的液體經節(jié)流后，進入一級氣液分離器中，能夠在盡可能少的制冷級數(shù)的前提下，提高換熱效率，降低能耗，達到節(jié)約能源的目的。進一步，在本發(fā)明中，一級氣液分離器中分離出的液體經板翅式換熱器后，進入第一冷箱換熱，再進行減壓降溫，最后返回循環(huán)的管道中；二級氣液分離器中分離出的液體經節(jié)流后，進入板翅式換熱器中換熱，再進入一級氣液分離器中。本發(fā)明在一級氣液分離器出口液相與二級氣液分離器出口液相之間設置了板翅式換熱器，同時通過第二節(jié)流閥的配合，使二級氣液分離器中分離出的液體經第二節(jié)流閥節(jié)流(即減壓降溫)后，該液體的溫度降低至12°C左右，然后進入板翅式換熱器內，對一級氣液分離器中分離出的液體進行預冷，從而使一級氣液分離器中分離出的液體溫度降低至15°C左右。采用該方式，能夠有效提高換熱效率，達到節(jié)約能耗的目的。其中，板翅式換熱器可以為釬焊鋁質換熱器。
[0021]本發(fā)明通過對工藝流程的改進，取消了設置在液相混合冷劑管線上的冷劑泵，減少了設備投入，降低了能耗，降低了冷劑泵可能導致混合制冷劑泄漏的安全隱患，簡化了工藝操作流程。
[0022]本發(fā)明的工藝流程簡單，能耗小，能夠有效降低液化過程中的生產能耗、液化天然氣的溫度，有效減少設備投入，簡化操作流程。本發(fā)明取消了冷劑泵，同時通過板翅式換熱器進一步提高了換熱效率，達到了節(jié)約能耗的目的。本發(fā)明適于每天10萬方到50萬方天然氣量的中小等規(guī)模液化項目。本發(fā)明的混合冷劑可選用現(xiàn)有技術中天然氣液化方法中常用的混合冷劑，包括N2和C1至C5的碳氫化合物等組分組成的混合冷劑。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]本發(fā)明將通過例子并參照附圖的方式說明，其中:
圖1是實施例1的結構示意圖。
[0024]圖2是實施例2的結構示意圖。
[0025]圖中標記:1為一級壓縮機，2為一級冷卻器，3為一級氣液分離器，4為二級壓縮機，5為二級冷卻器，6為二級氣液分離器，7為第一冷箱，8為第二冷箱，9為第一節(jié)流閥，10為第二節(jié)流閥，11為第三節(jié)流閥，12為緩沖罐，13為重烴分離器，14為天然氣節(jié)流閥，15為 板翅式換熱器。
【具體實施方式】
[0026]本說明書中公開的所有特征，或公開的所有方法或過程中的步驟，除了互相排斥的特征和/或步驟以外，均可以以任何方式組合。
[0027]本說明書中公開的任一特征，除非特別敘述，均可被其他等效或具有類似目的的替代特征加以替換。即，除非特別敘述，每個特征只是一系列等效或類似特征中的一個例子而已。
[0028]實施例1
如圖所示，本實施例的裝置包括天然氣液化系統(tǒng)和制冷循環(huán)系統(tǒng)。
[0029]制冷循環(huán)系統(tǒng)由緩沖罐、一級壓縮機、一級冷卻器、一級氣液分離器、二級壓縮機、二級冷卻器、二級氣液分離器、第一冷箱、第二冷箱、第三節(jié)流閥、第二冷箱、第一冷箱通過管道依次相連形成循環(huán)回路。一級氣液分離器與第一冷箱通過管道相連，并經第一節(jié)流閥后通過管道并入循環(huán)回路中。二級氣液分離器經第二節(jié)流閥后，通過管道直接與一級氣液分離器相連。
[0030]第一冷箱、重烴分離器、第二冷箱、天然氣節(jié)流閥通過管道依次相連形成天然氣液化系統(tǒng)。
[0031]本實施例的工藝流程包括如下步驟。
[0032]a、混合冷劑首先經一級壓縮機增壓至1.05MPa，然后通過一級冷卻器冷卻至40°C，再進入一級氣液分離器中分離。一級氣液分離器中分離出的氣體進入二級壓縮機中增壓至3.4MPa，再通過二級冷卻器冷卻至40°C，最后進入二級氣液分離器中分離。
[0033]b、二級氣液分離器中分離出的氣體依次通過第一冷箱、第二冷箱被冷卻至約-160°C，經第二冷箱冷卻后的氣體再經第三節(jié)流閥節(jié)流后，成為溫度約-164°C、壓力
0.38MPa的低溫低壓混合冷劑。低溫低壓混合冷劑再返回第一冷箱、第二冷箱逆流換熱，為天然氣和經過第一冷箱、第二冷箱的氣體提供液化及過冷冷量，得到高溫低壓混合冷劑。高溫低壓混合冷劑經緩沖罐后，再返回一級壓縮機中增壓，進行下一次循環(huán)。一級氣液分離器中分離出的液體經第一冷箱換熱后，被冷卻至-50°C，再經第一節(jié)流閥進行降壓降溫后，最后返回循環(huán)回路中。二級氣液分離器中分離出的液體經第二節(jié)流閥節(jié)流成溫度約12°C、壓力約1.04MPa后，進入一級氣液分離器中。
[0034]C、經預處理脫除其它雜質后的原料天然氣，其初始溫度為37°C，壓力為5.5MPa。原料天然氣經第一冷箱冷卻后，原料天然氣的溫度降低至_50°C。降溫后的原料天然氣進入重烴分離器中，分離脫除重烴。脫除重烴后的原料天然氣經第二冷箱冷卻后，溫度降低至_162°C，原料天然氣被液化成LNG，再經天然氣節(jié)流閥降壓后送到貯槽存儲?；旌侠鋭┮患壷评湎啾裙?jié)約能耗大約5%左右。
[0035]實施例2
如圖所示，本實施例的裝置包括天然氣液化系統(tǒng)和制冷循環(huán)系統(tǒng)。
[0036]制冷循環(huán)系統(tǒng)由緩沖罐、一級壓縮機、一級冷卻器、一級氣液分離器、二級壓縮機、二級冷卻器、二級氣液分離器、第一冷箱、第二冷箱、第三節(jié)流閥、第二冷箱、第一冷箱通過管道依次相連形成循環(huán)回路。一級氣液分離器經板翅式換熱器后，與第一冷箱通過管道相連，并經第一節(jié)流閥后通過管道并入循環(huán)回路中。二級氣液分離器依次經第二節(jié)流閥、板翅式換熱器后，通過管道與一級氣液分離器相連。
[0037]第一冷箱、重烴分離器、第二冷箱、天然氣節(jié)流閥通過管道依次相連形成天然氣液化系統(tǒng)。
[0038]本實施例的工藝流程包括如下步驟。
[0039]a、混合冷劑首先經一級壓縮機增壓至1.05MPa，然后通過一級冷卻器冷卻至40°C，再進入一級氣液分離器中分離。一級氣液分離器中分離出的氣體進入二級壓縮機中增壓至3.4MPa，再通過二級冷卻器冷卻至40°C，最后進入二級氣液分離器中分離。
[0040]b、二級氣液分離器中分離出的氣體依次通過第一冷箱、第二冷箱被冷卻至約-160°C，經第二冷箱冷卻后的氣體再經第三節(jié)流閥節(jié)流后，成為溫度約-164°C、壓力
0.38MPa的低溫低壓混合冷劑。低溫低壓混合冷劑再返回第一冷箱、第二冷箱逆流換熱，為天然氣和經過第一冷箱、第二冷箱的氣體提供液化及過冷冷量，得到高溫低壓混合冷劑。高溫低壓混合冷劑經緩沖罐后，再返回一級壓縮機中增壓，進行下一次循環(huán)。二級氣液分離器中分離出的液體經節(jié)流后，溫度降低至約12°C，壓力1.04MPa，然后進入板翅式換熱器中換熱，再進入一級氣液分離器中，與一級氣液分離器中原有的液體混合，使一級氣液分離器中的液體溫度降低至約30°C。一級氣液分離器中分離出的液體經板翅式換熱器后，溫度降低至15°C，再進入第一冷箱換熱，再經第一節(jié)流閥進行減壓降溫，最后返回循環(huán)回路中。
[0041]C、經預處理脫除其它雜質后的原料天然氣，其初始溫度為37°C，壓力為5.5MPa。原料天然氣經第一冷箱冷卻后，原料天然氣的溫度降低至_50°C。降溫后的原料天然氣進入重烴分離器中，分離脫除重烴。脫除重烴后的原料天然氣經第二冷箱冷卻后，溫度降低至_162°C，原料天然氣被液化成LNG，再經天然氣節(jié)流閥降壓后送到貯槽存儲。與一級混合制冷液化天然氣相比，節(jié)約能耗大約4.5%左右。
[0042]本發(fā)明并不局限于前述的【具體實施方式】。本發(fā)明擴展到任何在本說明書中披露的新特征或任何新的組合，以及披露的任一新的方法或過程的步驟或任何新的組合。
【權利要求】
1.一種混合冷劑二級制冷制備液化天然氣的方法，其特征在于，包括如下步驟: a、混合冷劑首先經一級壓縮機增壓，然后經過一級冷卻器冷卻，再進入一級氣液分離器中分離；一級氣液分離器中分離出的氣體進入二級壓縮機中增壓，然后通過二級冷卻器冷卻，最后進入二級氣液分離器中分離； b、二級氣液分離器中分離出的氣體依次經第一冷箱、第二冷箱冷卻，經第二冷箱冷卻后的氣體經第三節(jié)流閥節(jié)流后，成為溫度為_163°C至_165°C的低溫低壓混合冷劑，低溫低壓混合冷劑再返回第一冷箱、第二冷箱換熱，為天然氣和經過第一冷箱、第二冷箱的氣體提供液化及過冷冷量，得到高溫低壓混合冷劑，高溫低壓混合冷劑再返回一級壓縮機中增壓，進行下一次循環(huán)；其中，一級氣液分離器中分離出的液體經第一冷箱換熱后，再進行減壓降溫，最后返回循環(huán)的管道中；二級氣液分離器中分離出的液體經節(jié)流后，進入一級氣液分離器中； C、原料天然氣經第一冷箱換熱，使原料天然氣的溫度降低至_50°C，然后經第二冷箱換熱，使原料天然氣的溫度降低至_162°C,將原料天然氣被液化成LNG,再經天然氣節(jié)流閥減壓后送去儲存。
2.根據(jù)權利要求1所述混合冷劑二級制冷制備液化天然氣的方法，其特征在于，所述步驟a中，混合冷劑首先經一級壓縮機增壓至0.9-1.2MPa，然后經過一級冷卻器冷卻至30-50°C，再進入一級氣液分離器中分離；一級氣液分離器中分離出的氣體進入二級壓縮機中增壓至3.3-3.5MPa，然后通過二級冷卻器冷卻至30_50°C，最后進入二級氣液分離器中分離。
3.根據(jù)權利要求1所述混合冷劑二級制冷制備液化天然氣的方法，其特征在于，所述步驟b中，一級氣液分離器 中分離出的液體經第一冷箱換熱后，再經第一節(jié)流閥進行減壓降溫，最后返回循環(huán)的管道中；二級氣液分離器中分離出的液體經第二節(jié)流閥節(jié)流后，進入一級氣液分離器中。
4.根據(jù)權利要求3所述混合冷劑二級制冷制備液化天然氣的方法，其特征在于，所述步驟b中，一級氣液分離器中分離出的液體經第一冷箱換熱后，被冷卻至-20°C，再進行減壓降溫，最后返回循環(huán)的管道中。
5.根據(jù)權利要求1-4任一項所述混合冷劑二級制冷制備液化天然氣的方法，其特征在于，所述步驟b中，一級氣液分離器中分離出的液體經板翅式換熱器后，進入第一冷箱換熱，再進行減壓降溫，最后返回循環(huán)的管道中；二級氣液分離器中分離出的液體經節(jié)流后，進入板翅式換熱器中換熱，再進入一級氣液分離器中。
6.根據(jù)權利要求1所述混合冷劑二級制冷制備液化天然氣的方法，其特征在于，所述步驟b中，高溫低壓混合冷劑經緩沖罐后，再返回一級壓縮機中增壓，進行下一次循環(huán)。
7.根據(jù)權利要求1所述混合冷劑二級制冷制備液化天然氣的方法，其特征在于，所述步驟c中，原料天然氣經第一冷箱換熱，使原料天然氣的溫度降低至_50°C，再經重烴分離器分離脫除重烴后，進入第二冷箱中換熱，使原料天然氣的溫度降低至_162°C，將原料天然氣被液化成LNG，再經天然氣節(jié)流閥減壓后送去儲存。
8.用于權利要求1-7任一項所述混合冷劑二級制冷制備液化天然氣方法的裝置，其特征在于，包括天然氣液化系統(tǒng)和制冷循環(huán)系統(tǒng)； 所述制冷循環(huán)系統(tǒng)由一級壓縮機、一級冷卻器、一級氣液分離器、二級壓縮機、二級冷卻器、二級氣液分離器、第一冷箱、第二冷箱、第三節(jié)流閥、第二冷箱、第一冷箱通過管道依次相連形成循環(huán)回路；二級氣液分離器經第二節(jié)流閥后，通過管道直接與一級氣液分離器相連；一級氣液分離器與第一冷箱通過管道相連，并經第一節(jié)流閥后通過管道并入循環(huán)回路中； 第一冷箱、第二冷箱、天然氣節(jié)流閥通過管道依次相連形成天然氣液化系統(tǒng)。
9.用于權利要求8所述的裝置，其特征在于，第一冷箱、重烴分離器、第二冷箱、天然氣節(jié)流閥通過管道依次相連形成天然氣液化系統(tǒng)。
10.用于權利要求8-9任一項所述的裝置，其特征在于，二級氣液分離器依次經第二節(jié)流閥、板翅式換熱器后，通過管道直接與一級氣液分離器相連；一級氣液分離器經板翅式換熱器后，與第一冷箱通過管道相連，并經第一節(jié)流閥后通過管道并入循環(huán)回路中。
【文檔編號】F25J1/02GK104019626SQ201410296415
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2014年6月27日 優(yōu)先權日:2014年6月27日
【發(fā)明者】張驚濤, 母斌 申請人:成都賽普瑞興科技有限公司