[发明专利]一种两段式单循环混合制冷剂天然气液化工艺及设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种天然气液化工艺及设备，尤其涉及一种两段式单循环混合制冷剂天然气液化工艺及设备。

背景技术

天然气是一种优质洁净的化石能源，天然气经液化后，体积约为原来的1/625，因而便于储存与运输。与管道气相比，液化天然气(LNG)在零散气田、边际气田的开发、煤层气的利用、海上天然气的开发利用和海外天然气的引进方面，有着不可替代的作用。

天然气液化有级联式制冷循环、混合制冷剂制冷循环和膨胀机制冷循环三种。其中混合制冷剂循环(MRC)流程相对简单，且能量利用效率高、能耗低，因而采用最为普遍。尤其是单循环混合制冷剂液化工艺(SMR)在中小型液化装置中应用十分广泛。但是单循环混合制冷剂液化工艺为了保持较高的液化效率，其冷剂中通常含有较多的重组分，因而在分段压缩中间冷却时会有部分液体冷剂冷凝出来。为了处理这一部分冷剂，可采用加冷剂泵的方法，但会增加运动部件，使工艺流程变得复杂。

BV PRICO工艺是一种现有的液化工艺，该工艺是采用两段压缩冷却，中间冷却后冷剂为气液两相，其中，气相制冷剂进入二段压缩机入口，液相制冷剂则通过一专门设置的冷剂泵提升其压力并与二段压缩机出口的冷剂重新混合。由于这一工艺段间冷却后的气液两相冷剂需分别处理，液相制冷剂需冷剂泵输送，其工艺流程比较复杂。

中国专利申请201010252812.7公开了一种利用混合制冷剂液化天然气的方法，中国实用新型专利200920099685.4公开了一种简化的混合制冷剂液化流程的设备。上述方法及设备同样是采用两段压缩冷却，中间冷却后冷剂为气液两相，其中气相制冷剂进入二段压缩机入口，液相制冷剂则设置一单独的流道进入冷箱，并通过单独的J-T阀节流制冷。同时，在上述的技术方案中，压缩机二段压缩冷却后的冷剂同样也为气液两相，需要设置第二气液分离罐，并一般仍需要一个较小的冷剂泵将第二气液分离器得到的液相制冷剂送至冷箱顶部，其液化工艺也比较复杂。

中国实用新型专利200920092366.0公开了一种三段混合制冷天然气液化装置，该装置同样是采用两段压缩冷却，中间冷却后冷剂为气液两相，其中气相制冷剂进入二段压缩机入口，液相制冷剂则设置一单独的流道进入冷箱，并通过单独的J-T阀节流制冷。同时该专利公开的技术方案中，压缩机二段压缩冷却后的冷剂同样也为气液两相，需要设置第二气液分离罐，该专利又为第二气液分离罐得到的气、液两相冷剂分别设置了流道，并分别采用独立的J-T阀节流制冷，因而一共有三个冷剂流道，三个J-T阀，其工艺也比较复杂。

中国实用新型专利201020218282.X公开了一种采用单一混合工质制冷来液化天然气的装置，该装置采用的是三级压缩，流程更加复杂。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种天然气液化工艺，在保持单循环混合制冷剂工艺较高能量效率水平的基础上，提供一种工艺流程更为简化、可以减少或消除气液两相混合冷剂流量分配问题的工艺流程。

本发明还提供了一种天然气液化工艺设备，采用铝制钎焊式板翅式低温换热器作为冷箱，该设备能够用于本发明所提供的上述天然气液化工艺。

为达到上述目的，本发明首先提供了一种两段式单循环混合制冷剂天然气液化工艺，其包括以下步骤：

对混合制冷剂进行两段压缩冷却之后，进行一次气液分离，得到气相制冷剂和液相制冷剂，其中，第一段压缩冷却之后，混合制冷剂为气态；

使液相制冷剂进入冷箱冷却后节流降温，并返回冷箱提供高温位的冷量；

使气相制冷剂进入冷箱冷却至低温后节流降温，返回冷箱首先提供低温位的冷量，然后与节流后返回冷箱的液相制冷剂汇合，共同提供高温位的冷量；

对提供了高温位的冷量之后的混合制冷剂进行两段压缩冷却，进行下一个循环；

天然气进入冷箱冷却后，再经过节流得到液化天然气产品。

根据本发明的具体技术方案，优选地，上述天然气液化工艺可以包括以下具体步骤：

对混合制冷剂进行两段压缩冷却之后，进行一次气液分离，得到气相制冷剂和液相制冷剂，其中，第一段压缩冷却之后，混合制冷剂为气态；

使液相制冷剂进入冷箱冷却至-50℃至-65℃后节流降温，并返回冷箱，与节流后返回的气相制冷剂混合后，一起提供高温位段的冷量；

使气相制冷剂进入冷箱冷却至-151℃至-162℃后节流降温，返回冷箱首先提供低温位的冷量，其被复温至-50℃至-65℃后，与节流后返回的液相制冷剂汇合，共同提供高温位的冷量；