[发明专利]一种新型天然气液化系统及其方法

说明书

【技术领域】

本发明涉及气体液化技术领域，特别涉及一种天然气液化系统及其方法。

【背景技术】

天然气作为一种优质清洁能源，其主要成分是甲烷，还包括少量的乙烷、丙烷等烷烃气体以及水、氮气、二氧化碳等其他气体。天然气经液化后，其体积约缩小为原来的1/625，因而液化天然气(LNG，Liquefied Natural Gas)与天然气相比更加便于贮存和运输。另外，LNG更加安全和环保，且在城市用气调峰填谷方面有着重要意义。

目前常见的天然气液化流程有级联式制冷循环、混合制冷剂循环和膨胀制冷循环。级联式循环主要用于大型的基本负荷型液化装置，其优点是能耗低，制冷剂为纯质，无配比问题，技术成熟，操作稳定；缺点是机组多，流程复杂，附属设备多，管道和控制系统复杂，维护不便。混合制冷剂循环规模适应度相对较宽，既可用于大型的基本负荷型液化装置，又可用于中小型的调峰型液化装置，其优点是机组设备少，流程较简单，管理方便；缺点是能耗较高，混合制冷剂的合理配比较为困难。膨胀制冷循环主要用于小型的调峰型天然气液化装置，其优点是流程简单，调节灵活，工作可靠，维护方便；缺点是液化率低，用天然气作为膨胀工质时受低压用户多少的限制。

近些年来，随着天然气产业的大发展，城市用气量的不断增大，城市用气的时间上的不均衡问题越来越凸显出来，另外近些年出现的极端天气使得城市用气调峰形势更加严峻。在城市天然气门站进行城市调峰设施的建设已经成为保障城市用气稳定所必须。而上述的三种流程均不适合在城市天然气门站直接应用，针对城市门站调峰设施的天然气液化流程开发显得尤为重要。

【发明内容】

本发明的目的是提供一种新型天然气液化系统及其方法，其将膨胀预冷与混合制冷剂循环相结合，充分利用城市燃气高低压管网间的压力能，对管网天然气进行液化及储存，实现对城镇用气调峰填谷，保障城市用气稳定。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种新型天然气液化系统，包括膨胀预冷系统、混合制冷剂循环系统和天然气液化回路；

膨胀预冷系统，用于给混合制冷剂循环系统的预冷换热器提供冷量；

混合制冷剂循环系统包括制冷剂压缩冷却装置、预冷换热器、第一主换热器和过冷换热器；制冷剂在制冷剂压缩冷却装置、预冷换热器、第一主换热器和过冷换热器之间循环，为液化天然气提供冷量；

天然气液化回路，包括液化气气液分离器和储罐；天然气经过预冷换热器的第三流道连接液化气气液分离器，液化气气液分离器的气相输出端依次连接第一主换热器的第四流道、过冷换热器的第三流道和储罐。

本发明进一步的改进在于：制冷剂压缩冷却装置的输入端连接预冷换热器的第二流道的输出端，制冷剂压缩冷却装置的输出端连接预冷换热器的第一流道的输入端；预冷换热器的第一流道的输出端连接有混合制冷剂气液分离器，混合制冷剂气液分离器的液相输出端连接第一主换热器的第二流道的输入端，混合制冷剂气液分离器的气相输出端连接第一主换热器的第一流道的输入端；第一主换热器的第二流道输出端依次连接有第一节流装置和第一混合制冷剂混合器，第一混合制冷剂混合器的输出端连通第一主换热器的第三流道和预冷换热器的第二流道；第一主换热器的第一流道输出端连通过冷换热器的第一流道、第二节流装置、过冷换热器的第二流道和第一混合制冷剂混合器。

本发明进一步的改进在于：所述天然气液化回路还包括第四节流装置和气液分离器；过冷换热器的第三流道通过第四节流装置和气液分离器连接所述储罐。

本发明进一步的改进在于：所述制冷剂压缩冷却装置包括至少一个压缩机和一个冷却器。

本发明进一步的改进在于：所述膨胀预冷系统包括膨胀机、膨胀气气液分离器和膨胀气冷却器；膨胀机的膨胀端、膨胀气气液分离器、预冷换热器的第四流道、膨胀机的增压端和膨胀气冷却器依次连接。

本发明进一步的改进在于：所述膨胀预冷系统包括膨胀机、膨胀气气液分离器、膨胀气混合器、膨胀气回热器和膨胀气分离器；膨胀气回热器、膨胀机、膨胀气气液分离器、膨胀气分离器、预冷换热器的第四流道和膨胀气混合器依次连接；膨胀气分离器输出的气体一部分流入预冷换热器的第四流道，另一部分流入膨胀气回热器后流入膨胀气混合器。