專利名稱：采用單一混合工質(zhì)制冷來(lái)液化天然氣的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于其他富含烴類氣體的液化生產(chǎn)，具體涉及一種單一混合工質(zhì)制冷 來(lái)液化天然氣裝置。
背景技術(shù)：
天然氣由于其環(huán)保性而成為取代其他燃料的最佳物質(zhì)，其應(yīng)用領(lǐng)域已逐漸擴(kuò)大到 發(fā)電、汽車用氣、工業(yè)用氣、城市居民用氣、化工用氣等方面。隨著天然氣消費(fèi)量的增長(zhǎng)，作為天然氣最有效的供用形式之一，液化天然氣的貿(mào) 易量也已成為能源市場(chǎng)增長(zhǎng)最快的領(lǐng)域之一。液化天然氣工業(yè)的不斷發(fā)展，則為天然氣液 化方法和裝置在能耗、投資和效率等方面提出了更高的要求。目前，比較成熟的天然氣液化工藝主要有階式制冷工藝、膨脹制冷工藝和混合工 質(zhì)制冷工藝。其中的單一混合工質(zhì)制冷工藝則比較受中型LNG裝置的青睞?，F(xiàn)有的單一混合工質(zhì)制冷的天然氣液化方法中，冷劑壓縮單元為二級(jí)壓縮，天然 氣液化單元采用一級(jí)換熱?，F(xiàn)有工藝技術(shù)如圖1所示，其使用的裝置包括一臺(tái)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的二段式混合工質(zhì) 壓縮機(jī)，二臺(tái)冷卻器，二臺(tái)氣液分離器，兩臺(tái)液體泵，一臺(tái)板翅式換熱器和一臺(tái)LNG儲(chǔ)罐；由 Cl C5和N2組成的混合工質(zhì)經(jīng)過(guò)合理配比后進(jìn)入壓縮機(jī)的入口，經(jīng)一段壓縮至0. 6 IMpa，進(jìn)入一級(jí)冷卻器冷卻至30 40°C，再進(jìn)入一級(jí)氣液分離罐進(jìn)行氣液分離，一級(jí)氣液 分離罐頂部分離出的氣體繼續(xù)進(jìn)入壓縮機(jī)的二段入口，經(jīng)二段壓縮至1. 6 2. 5MPa, 一級(jí) 分離底部分離得到的液體通過(guò)液體泵加壓后與二段壓縮機(jī)出口的氣體混合進(jìn)入二級(jí)冷卻 器冷卻至30 40°C，冷卻后的混合工質(zhì)隨后進(jìn)入二級(jí)氣液分離罐進(jìn)行氣液分離，分離后的 液體通過(guò)二級(jí)液體泵加壓后與該分離器頂部得到的氣體混合后進(jìn)入板翅式換熱器，預(yù)冷至 一定溫度后節(jié)流再返回該板翅式換熱器，為整個(gè)換熱過(guò)程提供冷量，天然氣通過(guò)板翅式換 熱器后進(jìn)入LNG儲(chǔ)罐內(nèi)。在上述工藝，為保證液體和氣體進(jìn)入同一個(gè)板翅式換熱器通道參與換熱，末級(jí)分 離器底部的液體必須要加壓以克服分離器底部液體出口到板翅式換熱器頂部冷劑入口的 高度差所帶來(lái)的液柱壓力，必須通過(guò)增加末級(jí)液體泵來(lái)實(shí)現(xiàn)。冷劑和天然氣在板翅式換熱 器中的換熱過(guò)程為一級(jí)換熱，流股間換熱溫差的優(yōu)化受到一定限制，裝置能耗較高，此外， 對(duì)裝置的變負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)沒(méi)有很好的適應(yīng)性。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型提供了一種采用單一混合工質(zhì)制冷來(lái)液化天然氣裝置，本實(shí)用新型適 用于日處理量為20 200萬(wàn)方的天然氣液化裝置。本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案單一混合工質(zhì)制冷來(lái)液化天然氣的裝置包括混合冷劑壓縮系統(tǒng)和冷箱系統(tǒng)，其特 征在于[0011]混合制冷劑的壓縮系統(tǒng)是由一臺(tái)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的三段式混合工質(zhì)壓縮機(jī)、三臺(tái)冷卻 器、三臺(tái)氣液分離器和兩臺(tái)液體泵組成，冷箱系統(tǒng)是由三臺(tái)板翅式換熱器、兩臺(tái)分離器和三 臺(tái)節(jié)流裝置組成，在混合冷劑壓縮系統(tǒng)中，壓縮機(jī)一段出口連接一級(jí)冷卻器冷且再與一級(jí) 氣液分離器連接，一級(jí)氣液分離器連接二段壓縮，二段壓縮連接二級(jí)冷卻器，再與二級(jí)分離 器連接，二級(jí)分離器連接三段壓縮，三段壓縮連接三級(jí)冷卻器冷，再連接三級(jí)分離器，三級(jí) 分離器一端與換熱器連接；一級(jí)分離器和二級(jí)分離器底部連接兩臺(tái)液體泵再與三級(jí)分離器 底部連接后與換熱器連接； 在冷箱系統(tǒng)中，一級(jí)換熱器中的一換熱通道連接第一節(jié)流裝置的一端，第一節(jié)流 裝置的另一端與一級(jí)換熱器的另一通道連接；由冷劑壓縮系統(tǒng)來(lái)的三級(jí)分離器的另一端通 過(guò)一級(jí)換熱器預(yù)冷通道連接分離器，分離器的液相端連接二級(jí)換熱器的另一通道，二級(jí)換 熱器的另一通道連接第二節(jié)流裝置，分離器頂部得到的氣相端通過(guò)二級(jí)、三級(jí)換熱器后再 連接第三節(jié)流裝置，第三節(jié)流裝置連接三級(jí)、二級(jí)、一級(jí)換熱器連接一段壓縮；天然氣管道 通過(guò)一級(jí)換熱器連接二級(jí)換熱器，二級(jí)換熱器連接分離器，分離器的頂部氣相端部連接二 級(jí)、三級(jí)換熱器。工作原理是本實(shí)用新型所述采用單一混合工質(zhì)制冷來(lái)液化天然氣的裝置包括一臺(tái)電機(jī)驅(qū)動(dòng) 的三段式混合工質(zhì)壓縮機(jī)，三臺(tái)冷卻器，五臺(tái)氣液分離器，兩臺(tái)液體泵，三臺(tái)節(jié)流裝置，三臺(tái) 板翅式換熱器和一臺(tái)LNG儲(chǔ)罐。其中一臺(tái)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的三段式混合工質(zhì)壓縮機(jī)、三臺(tái)冷卻器、三臺(tái)氣液分離器、和兩 臺(tái)液體泵組成混合制冷劑的壓縮系統(tǒng)，三臺(tái)板翅式換熱器、兩臺(tái)分離器和三臺(tái)節(jié)流裝置組 成冷箱系統(tǒng)，混合工質(zhì)和天然氣在該系統(tǒng)中完成整個(gè)換熱過(guò)程。在混合冷劑壓縮系統(tǒng)中，壓縮機(jī)一段出口氣體進(jìn)入一級(jí)冷卻器冷卻后通過(guò)一級(jí)氣 液分離器分離，分離后的氣相繼續(xù)進(jìn)入二段壓縮，壓縮后的熱氣體經(jīng)二級(jí)冷卻器冷卻后進(jìn) 入二級(jí)分離器分離，分離后的氣相繼續(xù)進(jìn)入三段壓縮，壓縮后的熱氣體經(jīng)三級(jí)冷卻器冷卻 后進(jìn)入三級(jí)分離器分離，分離后的氣相進(jìn)入下游換熱器的氣相通道；一級(jí)分離器和二級(jí)分 離器底部得到的液體分別經(jīng)兩臺(tái)液體泵加壓后與三級(jí)分離器底部得到的液體匯合后進(jìn)入 下游換熱器的液相通道。在冷箱系統(tǒng)中，由冷劑壓縮系統(tǒng)來(lái)的液體冷劑進(jìn)入一級(jí)換熱器預(yù)冷后通過(guò)節(jié)流裝 置，節(jié)流后的該流股返回至該換熱器中提供冷量；由冷劑壓縮系統(tǒng)來(lái)的氣相冷劑進(jìn)入一級(jí) 換熱器預(yù)冷后進(jìn)入分離器，分離后的液相冷劑進(jìn)入二級(jí)換熱器冷卻后通過(guò)節(jié)流裝置，節(jié)流 后的該流股再依次反向進(jìn)入二級(jí)、一級(jí)換熱器提供冷量；分離器頂部得到的氣相冷劑分別 進(jìn)入二級(jí)、三級(jí)換熱器冷卻后再通過(guò)節(jié)流裝置，節(jié)流后的該流股再依次反向進(jìn)入三級(jí)、二 級(jí)、一級(jí)換熱器提供冷量。天然氣首先經(jīng)過(guò)一級(jí)換熱器冷卻后繼續(xù)進(jìn)入二級(jí)換熱器，冷卻至 一定溫度后進(jìn)入分離器分離，底部得到重?zé)N組分，頂部得到的氣相部分繼續(xù)進(jìn)入二級(jí)、三級(jí) 換熱器冷卻至過(guò)冷狀態(tài)，得到LNG。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)1.該實(shí)用新型方法中采用了三段混合冷劑壓縮機(jī)，將混合冷劑逐級(jí)壓縮并逐級(jí)分 離，各級(jí)分離出的液體分別通過(guò)液體泵加壓后直接進(jìn)入換熱器組進(jìn)行換熱，從而減少了氣 體壓縮的功耗，最終使得整個(gè)裝置的能耗有所降低。[0020]2.各級(jí)液體泵出口的液體流股直接送入換熱器而不經(jīng)過(guò)冷劑壓縮機(jī)的后續(xù)工序， 一定程度上減少了混合冷劑配比的波動(dòng)對(duì)壓縮機(jī)組運(yùn)行工況的影響程度。使得整個(gè)裝置更 易于操作。3.以一套日處理量為30萬(wàn)方的天然氣為例，相對(duì)于采用現(xiàn)有的單一混合工質(zhì)二 級(jí)壓縮、一級(jí)制冷的天然氣液化方法，采用本實(shí)用新型方法后裝置的能耗會(huì)降低約100kW， 裝置的設(shè)備投資增加約80萬(wàn)元。而按照國(guó)際上比照標(biāo)準(zhǔn)，裝置能耗減少I(mǎi)kW相當(dāng)于裝置的 設(shè)備投資減少2萬(wàn)元，降低IOOkW的能耗相當(dāng)于減少了裝置200萬(wàn)的設(shè)備投資。由此可知， 采用本實(shí)用新型方法的裝置更為經(jīng)濟(jì)。4.天然氣的液化過(guò)程采用三級(jí)制冷循環(huán)，整個(gè)換熱過(guò)程的冷流體和熱流體的換熱 曲線更為匹配，有效減少了混合冷劑的流量，最終減少了裝置的能耗。5.該實(shí)用新型方法適用范圍廣。對(duì)日處理量為20 200萬(wàn)方的天然氣液化裝置 均有很好的適用性；該實(shí)用新型方法對(duì)原料氣組分變化有很好的適用性。

圖1是現(xiàn)有技術(shù)的結(jié)構(gòu)圖； 圖2是本實(shí)用新型的流程圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖進(jìn)一步說(shuō)明如圖2所示，凈化后的原料天然氣首先進(jìn)入一級(jí)板翅式換熱器51，被預(yù)冷 至-20 -40°C ；再繼續(xù)進(jìn)入二級(jí)板翅式換熱器52，被冷卻至-50 -60°C后進(jìn)入重?zé)N 分離器72進(jìn)行氣液分離，由重?zé)N分離器72頂部分離出的氣相流股繼續(xù)進(jìn)入二級(jí)換熱 器52直至被冷卻至-80 -100°C ；最后進(jìn)入三級(jí)板翅式換熱器53，并在其中被過(guò)冷 至-145 -165°C，過(guò)冷的液化天然氣流股經(jīng)節(jié)流閥63節(jié)流后即得到LNG產(chǎn)品，并送入LNG 儲(chǔ)罐8儲(chǔ)存。混合冷劑循環(huán)由Cl C5和N2組成的混合工質(zhì)經(jīng)過(guò)合理配比后進(jìn)入壓縮機(jī)1的入口，經(jīng)一段壓 縮至0. 6 IMPa，進(jìn)入一級(jí)冷卻器21冷卻至30 40°C，再進(jìn)入一級(jí)氣液分離罐31進(jìn)行氣 液分離，一級(jí)氣液分離罐31頂部分離出的氣體繼續(xù)進(jìn)入壓縮機(jī)1的二段入口，經(jīng)二段壓縮 至1. 6 2. 5MPa后再進(jìn)入二級(jí)冷卻器22冷卻至30 40°C，冷卻后的混合工質(zhì)隨后進(jìn)入 二級(jí)氣液分離罐32進(jìn)行氣液分離，二級(jí)氣液分離罐32頂部分離處的氣體繼續(xù)進(jìn)入壓縮機(jī) 1的三段入口，最終被壓縮至3 4. 2MPa左右后引出壓縮機(jī)并進(jìn)入末級(jí)冷卻器23冷卻至 30 40°C，冷卻后的混合工質(zhì)繼續(xù)進(jìn)入末級(jí)氣液分離罐33進(jìn)行氣液分離，末級(jí)氣液分離罐 33頂部分離出的氣體隨后進(jìn)入主換熱器組的氣相通道參與換熱。一級(jí)氣液分離罐31底部 分離出的液體經(jīng)一級(jí)液體泵41加壓至3 4. 2MPa，二級(jí)氣液分離罐32底部分離出的液體 經(jīng)二級(jí)液體泵42加壓至3 4. 2MPa,該兩股液體流于從末級(jí)氣液分離罐33底部分離出的 液體匯合后進(jìn)入主換熱器組的液體通道。從混合工質(zhì)壓縮單元引出的液體流股首先進(jìn)入一級(jí)換熱器51的液體通道，在其 中被預(yù)冷至-20 -40°C，經(jīng)節(jié)流閥61節(jié)流至0. 25 0. 5MPa后與從二級(jí)換熱器52返回的混合工質(zhì)流股匯合并反向進(jìn)入一級(jí)換熱器51為其提供冷量。由末級(jí)分離罐33頂部分離 出的混合工質(zhì)的氣相流股首先進(jìn)入一級(jí)換熱器51的氣相通道被預(yù)冷至-20 _40°C，再進(jìn) 入氣液分離器71進(jìn)行氣液分離，氣液分離器71分離出的液相流股進(jìn)入二級(jí)換熱器52的液 相通道被冷卻至-80 -100°C，再節(jié)流閥62節(jié)流至0. 25 0. 5MPa后與從三級(jí)換熱器53 返回的混合工質(zhì)匯合后反向進(jìn)入二級(jí)換熱器52為其提供冷量。氣液 分離器71頂部分離 出的氣相流股在二級(jí)換熱器52中冷卻至-80 -100°C，繼續(xù)進(jìn)入三級(jí)換熱器53并被冷卻 至-150 -170°C，隨后通過(guò)節(jié)流閥63節(jié)流至0. 25 0. 5MPa后反方向進(jìn)入三級(jí)換熱器53 并為該換熱器提供冷量。
權(quán)利要求采用單一混合工質(zhì)制冷來(lái)液化天然氣的裝置包括在混合冷劑壓縮系統(tǒng)和冷箱系統(tǒng)，其特征在于混合制冷劑的壓縮系統(tǒng)是由一臺(tái)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的三段式混合工質(zhì)壓縮機(jī)、三臺(tái)冷卻器、三臺(tái)氣液分離器和兩臺(tái)液體泵組成，冷箱系統(tǒng)是由三臺(tái)板翅式換熱器、兩臺(tái)分離器和三臺(tái)節(jié)流裝置組成，在混合冷劑壓縮系統(tǒng)中，壓縮機(jī)一段出口連接一級(jí)冷卻器冷且再與一級(jí)氣液分離器連接，一級(jí)氣液分離器連接二段壓縮，二段壓縮連接二級(jí)冷卻器，再與二級(jí)分離器連接，二級(jí)分離器連接三段壓縮，三段壓縮連接三級(jí)冷卻器冷，再連接三級(jí)分離器，三級(jí)分離器一端與換熱器連接；一級(jí)分離器和二級(jí)分離器底部連接兩臺(tái)液體泵再與三級(jí)分離器底部連接后與換熱器連接；在冷箱系統(tǒng)中，一級(jí)換熱器中的一換熱通道連接第一節(jié)流裝置的一端，第一節(jié)流裝置的另一端與一級(jí)換熱器的另一通道連接；由冷劑壓縮系統(tǒng)來(lái)的三級(jí)分離器的另一端通過(guò)一級(jí)換熱器預(yù)冷通道連接分離器，分離器的液相端連接二級(jí)換熱器的另一通道，二級(jí)換熱器的另一通道連接第二節(jié)流裝置，分離器頂部得到的氣相端通過(guò)二級(jí)、三級(jí)換熱器后再連接第三節(jié)流裝置，第三節(jié)流裝置連接三級(jí)、二級(jí)、一級(jí)換熱器連接一段壓縮；天然氣管道通過(guò)一級(jí)換熱器連接二級(jí)換熱器，二級(jí)換熱器連接分離器，分離器的頂部氣相端部連接二級(jí)、三級(jí)換熱器。
專利摘要本實(shí)用新型涉及采用單一混合工質(zhì)制冷來(lái)液化天然氣的裝置，包括一臺(tái)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的三段式混合工質(zhì)壓縮機(jī)，三臺(tái)冷卻器，五臺(tái)氣液分離器，兩臺(tái)液體泵，三臺(tái)節(jié)流裝置，三臺(tái)板翅式換熱器和一臺(tái)LNG儲(chǔ)罐，本實(shí)用新型采用了三段混合冷劑壓縮機(jī)，將混合冷劑逐級(jí)壓縮并逐級(jí)分離，各級(jí)分離出的液體分別通過(guò)液體泵加壓后直接進(jìn)入換熱器組進(jìn)行換熱，從而減少了氣體壓縮的功耗；采用三級(jí)制冷循環(huán)，整個(gè)換熱過(guò)程的冷流體和熱流體的換熱曲線更為匹配，有效減少了混合冷劑的流量，最終減少了裝置的能耗。
文檔編號(hào)C10L3/10GK201762300SQ20102021828
公開(kāi)日2011年3月16日 申請(qǐng)日期2010年6月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月7日
發(fā)明者任智軍, 向云華, 李鵬, 楊雪婷, 汪孔奮, 葛水福, 葛浩俊, 葛浩華, 蔣吉林, 阮家林, 陳坤遠(yuǎn), 陶利民 申請(qǐng)人:杭州福斯達(dá)實(shí)業(yè)集團(tuán)有限公司