[发明专利]采用单一混合工质制冷液化天然气的方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及富含烃类气体的液化生产，具体涉及一种单一混合工质制冷液化天然气的方法和装置。

背景技术

天然气由于其环保性而成为取代其他燃料的最佳物质，其应用领域已逐渐扩大到发电、汽车用气、工业用气、城市居民用气、化工用气等方面。

随着天然气消费量的增长，作为天然气最有效的供用形式之一，液化天然气的贸易量也已成为能源市场增长最快的领域之一。液化天然气工业的不断发展，则对天然气液化方法和装置在能耗、投资和效率等方面提出了更高的要求。

目前，比较成熟的天然气液化工艺主要有：阶式制冷工艺、膨胀制冷工艺和混合工质制冷工艺。其中的单一混合工质制冷工艺则比较受中型LNG装置的青睐。

现有的单一混合工质制冷的天然气液化方法中，冷剂压缩系统为二级压缩，天然气液化采用一级换热。

现有工艺技术：如图1所示，其使用的装置包括一台电机驱动的二段式混合工质压缩机1，二台冷却器21、22，二台气液分离器31、32，二台液体泵4、4’，一台板翅式换热器8和一台LNG储罐9；由C1～C5和N2组成的混合工质经过合理配比后进入压缩机的入口，经一段压缩至0.6～1MPa，进入一级冷却器冷却至30～40℃，再进入一级气液分离罐进行气液分离，一级气液分离罐顶部分离出的气体继续进入压缩机的二段入口，经二段压缩至1.6～2.5MPa，一级分离底部分离得到的液体通过液体泵加压后与二段压缩机出口的气体混合进入二级冷却器冷却至30～40℃，冷却后的混合工质随后进入二级气液分离罐进行气液分离，分离后的液体通过二级液体泵加压后与该分离器顶部得到的气体混合后进入板翅式换热器，预冷至一定温度后节流再返回该板翅式换热器，为整个换热过程提供冷量，天然气通过板翅式换热器后进入LNG储罐内。

在上述工艺，为保证液体和气体进入同一个板翅式换热器通道参与换热，末级气液分离器底部的液体必须要加压以克服分离器底部液体出口到板翅式换热器顶部冷剂入口的高度差所带来的液柱压力，必须通过增加末级液体泵来实现。冷剂和天然气在板翅式换热器中的换热过程为一级换热，流股间换热温差的优化受到一定限制，装置能耗较高，并且，此种流程容易产生冷箱底部积液，对装置的变负荷运转没有很好的适应性。

发明内容

本发明提供了一种采用单一混合工质制冷液化天然气的方法和装置。该发明采用单一混合工质制冷使天然气液化。

本发明采用单一混合工质制冷来液化天然气的方法和装置，其分为天然气循环和混合工质制冷循环。在混合工质回路中，混合工质在其逐级压缩过程中同时伴随逐级的气液分离，一级压缩分离出的液相流股不参与后续的压缩过程，有效的减少了后序气体压缩功耗；经压缩得到的气相和液相混合工质流股分别进入换热器组的不同通道节流换热，相对传统工艺来说省去了末级液体泵，且采用多级换热使整个过程中热流股和冷流股的换热曲线更为匹配；末级气相经节流后的返流复热后进入冷剂分离器，可有效避免冷箱积液。

本发明涉及采用单一混合工质制冷液化天然气的装置，其包括混合冷剂压缩系统和冷箱系统，其中混合制冷剂的压缩系统采用二段式混合工质压缩机压缩，包括一台二段式混合工质压缩机、两台冷却器、两台气液分离器和一台液体泵，冷箱系统包括一组板翅式换热器组(二级换热)、两台气液分离器(包括一台重烃分离器和一台冷剂分离器)和两台节流装置；混合工质和天然气在冷箱系统中完成整个换热过程。

在混合冷剂压缩系统中，压缩机一段出口连接一级冷却器，一级冷却器再与一级气液分离器连接，一级气液分离器气相端连接二段压缩，一级气液分离器底部液相端连接液体泵，液体泵出口与二段压缩出口汇合后连接二级冷却器，二级冷却器再与二级气液分离器连接，二级气液分离器顶部气相端与换热器组第一换热通道连接；二级气液分离器底部液相端与换热器组第二换热通道连接；

在冷箱系统中，由混合冷剂压缩系统来的二级气液分离器液相端通过换热器组中的第二换热通道连接第一节流装置的一端，第一节流装置的另一端连接换热器组的第三换热通道后连接一段压缩；二级气液分离器顶部得到的气相端通过换热器组第一换热通道预冷，再与第二节流装置一端连接，第二节流装置另一端连接换热器组第四换热通道后连接冷剂分离器；天然气管道通过换热器组第五换热通道连接重烃分离器，重烃分离器顶部气相端依次通过换热器组其余各级换热器后送入LNG储罐，重烃分离器底部液相作为液化石油气(LPG)获得。