[发明专利]一种混合制冷的天然气液化装置及工艺

说明书

技术领域

本发明涉及天然气液化成套装置技术领域，特别是一种混合制冷的天然气液化装置及工艺。

背景技术

LNG是液化天然气的简称，它是对天然气进行脱酸气、脱水、脱硫、脱重烃等净化处理后，在低温时液化处理而成，主要成分是甲烷。采用LNG可以大大降低天然气的运输和存储成本。

现有的天然气液化工艺主要有：膨胀机制冷、高压节流制冷、阶式制冷和混合冷剂制冷。

膨胀机制冷是利用压力冷剂通过膨胀机绝热膨胀来实现对天然气的制冷及液化，膨胀机制冷通常带有预冷机组，利用预冷机组把天然气温度先行冷却到-30℃～-40℃，常用的预冷机组有：氟利昂预冷机组、丙烷预冷机组和氨预冷机组；根据制冷剂的不同，膨胀机制冷有：氮膨胀制冷、天然气膨胀制冷和氮-天然气膨胀制冷；膨胀机制冷流程简单、紧凑，造价较低，但能耗高。

高压节流制冷是将天然气增压至高压，然后通过节流装置的节流绝热膨胀，使天然气降压、降温及液化；高压节流制冷流程简单、紧凑，造价低，但系统压力高，系统安全运行风险大。

阶式制冷是用丙烷、乙烷、甲烷等制冷剂进行的多级冷冻，使天然气在多个温度等级的制冷剂中与相应的制冷剂换热，从而使其冷却和液化；阶式制冷的每种冷剂需要独立的循环压缩机，以及相应数量的冷换设备，流程长、设备多、控制复杂。

混合冷剂制冷是采用N₂和C1～C5烃类混合物作为制冷剂的工艺；该工艺的特点是在制冷循环中采用混合制冷剂，只需要一台压缩机，简化了流程，降低了造价，且能耗低。混合物组成比例应依照原料天然气组成、工艺流程、工艺压力而异，以使操作温度尽可能与原料天然气的冷却曲线（Q-T）贴近，以减少熵增，提高效率。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种流程简单、效率高、简化制冷剂的配置问题的混合制冷的天然气液化装置及工艺。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种混合制冷的天然气液化装置，它包括异戊烷进料管、正丁烷进料管、丙烯进料管、乙烯进料管、甲烷进料管、氮气进料管、支管A、支管B、支管C、混合冷剂配比罐、压缩机、分离器、换热器、净化天然气进气管、液化天然气输出管和连接管，异戊烷进料管、正丁烷进料管、丙烯进料管、乙烯进料管、甲烷进料管和氮气进料管均与混合冷剂配比罐的进料口连接，混合冷剂配比罐的气体出料口和混合冷剂配比罐的液体出料口均与压缩机的进口管连接，异戊烷进料管还通过支管A与压缩机的进口管连接，正丁烷进料管还通过支管B与压缩机的进口管连接，丙烯进料管还通过支管C与压缩机的进口管连接，压缩机的出口连接分离器的进料口，分离器的气体出口通过气体冷剂管道连接换热器的冷剂正流通道进口，分离器的液体出口通过液体冷剂管道连接换热器的冷剂正流通道进口，换热器的冷剂正流通道出口通过连接管连接换热器的冷剂返流通道进口，连接管上设置有节流阀，换热器的冷剂返流通道出口连接压缩机的进口管，净化天然气进气管连接换热器的天然气通道进口，换热器的天然气通道出口连接液化天然气输出管。

净化天然气进气管上设置有天然气组分分析仪和天然气进气温度计，液化天然气输出管上设置有液化天然气温度计，连接分离器的气体出口与换热器的冷剂正流通道进口的管道上设置有冷剂进换热器温度计和冷剂进换热器压力计，位于换热器的冷剂正流通道出口与节流阀之间的管道上设置有冷剂节流前温度计，位于节流阀与换热器的冷剂返流通道进口之间的管道上设置有冷剂节流后温度计，连接换热器的冷剂返流通道出口与压缩机的进口管的管道上设置有返流冷剂出换热器温度计、返流冷剂出换热器压力计、冷剂流量计和冷剂组分分析仪。

采用上述混合制冷的天然气液化装置的液化工艺，它包括以下步骤：

S1、根据天然气组分确定混合冷剂的配比，然后依据该配比分别通过异戊烷进料管、正丁烷进料管、丙烯进料管、乙烯进料管、甲烷进料管、氮气进料管向混合冷剂配比罐中通入异戊烷、正丁烷、丙烯、乙烯、甲烷和氮气，混合冷剂配比罐中的液体冷剂和气体冷剂分别通过混合冷剂配比罐的液体出口和气体出口进入压缩机进口管；

S2、经压缩机压缩后的冷剂进入分离器，液体冷剂和气体冷剂分别通过分离器的液体出口和气体出口进入换热器的冷剂正流通道；

S3、从换热器的冷剂正流通道流出的冷剂经节流阀节流降压后进入换热器的冷剂返流通道，冷剂返流通道内的低温低压冷剂与换热器的天然气通道内的天然气换热，为天然气液化提供冷量，从换热器的冷剂返流通道流出的常温低压冷剂再次进入压缩机进行下一次循环，如此反复；