[发明专利]一种混合冷剂二级制冷制备液化天然气的方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及化工领域，尤其是天然气、煤层气或其它富甲烷气体的液化技术领域，具体为一种混合冷剂二级制冷制备液化天然气的方法及装置。

背景技术

液化天然气作为一种清洁能源，其具有无色、无味、无毒且无腐蚀性的特点，体积约为同量气态天然气体积的1/625，目前已广泛应用于工业、民用、汽车燃料等领域。许多没有天然气资源的地区都已准备利用液化天然气来解决工业、民用、汽车燃料问题，因此，天然气的液化成为人们关心的问题。

天然气的液化主要采用混合制冷剂或纯单组分制冷剂制冷，其中，主要以混合制冷剂制冷为主。混合制冷剂液化流程是以C₁至C₅的碳氢化合物及N₂等五种以上的多组分混合制冷剂为工质，进行逐级冷凝、蒸发、节流膨胀，得到不同温度水平的制冷量，最终达到逐步冷却和液化天然气的目的，自20世纪70年代混合制冷剂液化流程出现以来，其已得到了广泛的应用。

目前，国内外已有的混合制冷天然气液化装置，大多工艺流程复杂、设备多、工程量大、投资大、开停车程序复杂，主要用于大型液化天然气工厂中天然气的液化，不适合中小型液化天然气工厂中天然气的液化。

混合制冷剂的制冷原理与纯单组分制冷剂的制冷原理大致相同，即：都是通过冷剂液体的汽化，与被冷介质进行热交换，从而使被冷介质降温。与纯单组分制冷剂不同的是，混合制冷剂产生的冷量是在一个连续的范围之内，纯单组分制冷剂产生的冷量是在一个固定的温度上。混合制冷剂中的重烃组分沸点高，经压缩机升压后在常温下就会液化，因此，在混合冷剂制冷的压缩机出口，就会出现气液两相的现象。现有的方法是在压缩机的出口设置气液分离器以及冷剂泵，以解决这一问题。在压缩机后设置冷剂泵，不仅增加了装置的复杂性及系统能耗，而且冷机泵的增加可能导致混合制冷剂存在泄漏的隐患，影响系统的正常运行。如何解决这一问题，成为人们关心的问题。

发明内容

本发明的发明目的在于：针对现有采用混合制冷剂液化天然气的装置需要在压缩机的出口设置气液分离器以及冷剂泵，不仅增加了装置的复杂性，增大了系统能耗，而且可能导致混合制冷剂泄漏的问题，提供一种混合冷剂二级制冷制备液化天然气的方法及装置。本发明通过改变混合制冷剂液化天然气的工艺流程，取消了冷剂泵，有效降低了能耗，且杜绝了混合制冷剂泄漏的隐患，简化了工艺流程和操作，节省了设备投资。与现有技术相比，本发明能够有效降低能源消耗和设备投入，简化操作流程，提高产品的经济效益，尤其适于中小型液化天然气工厂中天然气的液化。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种混合冷剂二级制冷制备液化天然气的方法，包括如下步骤：

a、混合冷剂首先经一级压缩机增压，然后经过一级冷却器冷却，再进入一级气液分离器中分离；一级气液分离器中分离出的气体进入二级压缩机中增压，然后通过二级冷却器冷却，最后进入二级气液分离器中分离；

b、二级气液分离器中分离出的气体依次经第一冷箱、第二冷箱冷却，经第二冷箱冷却后的气体经第三节流阀节流后，成为温度为-163℃至-165℃的低温低压混合冷剂，低温低压混合冷剂再返回第一冷箱、第二冷箱换热，为天然气和经过第一冷箱、第二冷箱的气体提供液化及过冷冷量，得到高温低压混合冷剂，高温低压混合冷剂再返回一级压缩机中增压，进行下一次循环；其中，一级气液分离器中分离出的液体经第一冷箱换热后，再进行减压降温，最后返回循环的管道中；二级气液分离器中分离出的液体经节流后，进入一级气液分离器中；

c、原料天然气经第一冷箱换热，使原料天然气的温度降低至-50℃，然后经第二冷箱换热，使原料天然气的温度降低至-162℃，将原料天然气被液化成LNG，再经天然气节流阀减压后送去储存。

所述步骤a中，混合冷剂首先经一级压缩机增压至0.9-1.2MPa，然后经过一级冷却器冷却至30-50℃，再进入一级气液分离器中分离；一级气液分离器中分离出的气体进入二级压缩机中增压至3.3-3.5MPa，然后通过二级冷却器冷却至30-50℃，最后进入二级气液分离器中分离。

所述步骤a中，混合冷剂首先经一级压缩机增压至1.05MPa，然后经过一级冷却器冷却至40℃，再进入一级气液分离器中分离；一级气液分离器中分离出的气体进入二级压缩机中增压至3.4MPa，然后通过二级冷却器冷却至40℃，最后进入二级气液分离器中分离。