[发明专利]一种利用多组分制冷剂双级压缩生产液化天然气的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种生产液化天然气的方法，更具体地，本发明涉及以天然气、煤层气或其它富甲烷气体为原料生产液化天然气的方法。

背景技术

天然气是一种清洁、高效、安全的能源，近年来越来越受到各国的重视，世界范围内的天然气的贸易量也增长迅速。但是，对于跨海贸易和偏远距离的运输情况，输送气态的天然气即不经济、同时也不方便。把含天然气的原料气，如：气田气、煤层气、富甲烷气体等，经过脱酸、脱水、脱汞、脱重烃等处理后，经过低温液化成为液化天然气，其体积比标准状态下气态天然气为缩小近600倍，便于存储和运输；其能量密度是汽油的72％，是压缩天然气的两倍多，是一种优质的民用燃气和工业用燃料。

天然气的液化流程主要分三种：阶式液化流程、膨胀液化流程和混合制冷液化流程。阶式液化流程是世界上发展最早的一种流程，在液化天然气产业的早期得以应用，如1963年投产的阿尔及利亚的的液化天然气装置。典型的阶式液化流程由若干个独立的制冷循环组成，每种循环只使用一种制冷剂(各制冷剂对应于不同的制冷温位)，通常需经过至少3～4个制冷循环才能完成天然气的液化过程。所以，阶式液化流程的缺点是：设备多、流程复杂、控制难度大、操作弹性差、初期投资成本高，但其单位能耗较低。综合以上因素，现今的液化天然气生产已经很少用阶式流程。

膨胀液化流程是利用介质在膨胀机中对外膨胀做功同时降温的过程从而达到使天然气液化的目的。膨胀液化流程简单、操作方便，但液化率比较低、而且单位能耗高。所以，不适合大型液化天然气生产厂。由于其流程简单，设备较少，所以，适合于规模较小的液化天然气生产厂，或较小规模的天然气调峰站。

混合制冷液化流程是目前应用比较广泛的天然气液化流程。它是以C₁～C₅的烃类物质中的几种和N₂组成多组分的混合制冷剂，经过压缩、冷凝、节流、蒸发等过程形成不同温位的冷量来使天然气逐渐液化。其能耗和流程复杂性及设备投入规模介于阶式液化流程和膨胀液化流程之间。所以，得到广泛应用。丙烷预冷混合制冷液化流程中天然气和混合制冷剂先经过丙烷预冷循环降温，然后再进行混合制冷剂自身的循环，混合制冷剂在循环过程中继续给天然气降温直至成为液化天然气。其特点是在丙烷预冷循环的过程中，冷剂是单一介质——丙烷，而丙烷预冷循环需要不同压力不同温位的冷量，所以，对丙烷压缩机的结构和操作要求很高，增加了系统和操作的复杂性。美国BLACK&VEATCH公司开发的PRICO流程采用混合制冷剂单循环过程液化天然气，该流程使用一台压缩机进行增压。此流程简单，设备数量少，但当生产规模达到很大时，其压缩机的选型、制造和操作将非常困难。当选用国内的压缩机时，此流程只能以小规模生产，不利于此天然气液化过程的国产化。

发明内容

本发明提供一种利用多组分制冷剂双级压缩生产液化天然气的方法，避免了上述提到的丙烷预冷混合制冷液化流程中丙烷预冷过程复杂的特点和PRICO流程中生产规模受制于一台压缩机能力的特点。本方法流程简单、能耗低、操作简便、操作弹性大、对天然气的适用范围宽、液化效率高，适用于大、中、小规模的液化天然气生产厂。

本发明所采用的措施如下：

一种利用多组分制冷剂双级压缩生产液化天然气的方法，该方法用于将天然气在冷箱中与预冷制冷剂和深冷制冷剂换热后被液化为-140～-163℃的液化天然气，该方法包括三个部分：即，天然气流过冷箱被预冷制冷剂和深冷制冷剂降温液化和两个独立的多组分制冷剂压缩循环过程，即：预冷制冷剂压缩循环和深冷制冷剂压缩循环。

天然气(或经预处理过的气田气、煤层气及富含甲烷气体)以压力1.0～7.0MPaG，温度20～70℃进入冷箱，在冷箱中换热降温至-50～-75℃成为气液两相后从冷箱流出，进入气液分离罐，分离出的气相流体再返回冷箱继续冷却至-140～-163℃成为液态后，出冷箱，最后经过节流阀降压后输送到存储系统存储；

预冷制冷剂压缩循环部分：从冷箱出来的气态预冷制冷剂经过预冷压缩机(可为一级或多级)增压、升温后，经冷却器冷却，然后经过缓冲罐进入冷箱冷却，出冷箱的冷剂经过节流阀后成为气液两相并在气液分离罐中分离，分离出的气相冷剂和液相冷剂再重新汇合后从冷箱的其中一个流道进入冷箱，然后经过冷箱复热为气相，最后回到预冷压缩机入口，完成预冷制冷剂压缩循环；