[发明专利]高效多级节流天然气液化设备及液化天然气的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及气体液化系统技术领域，特别是一种高效多级节流天然气液化设备及液化天然气的制备方法。

背景技术

近几年，国内国产及进口天然气液化装置每天的液化量约1亿立方米，降低天然气液化、贮存、汽化各环节的能量消耗是设计建造天然气液化装置最重要的一环。高效多级节流天然气液化装置是高效节能型天然气液化系统的发展趋势。天然气液化装置日前通常采用混合制冷剂制循环(MRC)工艺，该工艺主要采用N₂和C1~C5烃类的混合物作为循环制冷剂。混合冷剂的组成比例根据天然气原料的组成、压力、工艺流程而异，因此对制冷剂的配比和原料气的气质要求更为严格，一旦确定是不易更改的。即使满足该条件，要使整个液化过程（25℃~-162℃）所需冷量与制冷剂所提供的冷量完全匹配是达不到的，而只能趋近与冷却曲线。现有多级节流流程的对温度点划分的流程优化及与换热器结构对接仍存在较大问题，混合制冷剂循环流程的效率较低。若不能妥善处理，势必会增加液化系统功耗，提高生产成本。 

发明内容

本发明的目的是提供一种高效多级节流天然气液化设备及液化天然气的制备方法，采用分段来实现供给所需的冷量，将液化过程的熵增降至最小，效率接近阶式循环。从根本上解决了现有天然气液化设备制冷循环冷量利用率低、压缩机的熵损失高、结构复杂等问题。

本发明的目的是这样实现的：该高效多级节流天然气液化设备包括天然气进料管、LNG储罐、制冷剂压缩机、制冷剂分离罐及冷箱，其特征在于：所述冷箱内设有主、副换热器，天然气进料管依次通过主、副换热器后与LNG储罐的进料口相连，副换热器与LNG储罐之间设有第四节流阀；

       制冷剂分离罐为五个，制冷剂压缩机的出口与第五制冷剂分离罐的进料口相连，第五制冷剂分离罐的气相出口与第二制冷剂分离罐的进料口相连并通过主换热器，第五制冷剂分离罐的液相出口与第一制冷剂分离罐的进料口相连并通过主换热器，且在主换热器与第一制冷剂分离罐之间设有第一节流阀；

       第四制冷剂分离罐的气相、液相出口分别与第三制冷剂分离罐的进料口相连，并同时通过副换热器；

       第三制冷剂分离罐的气相、液相出口分别与制冷剂压缩机的入口相连，并同时通过主换热器；

       第二制冷剂分离罐的气相出口与第四制冷剂分离罐的进料口相连并依次通过主、副换热器，且在副换热器与第四制冷剂分离罐之间设有第三节流阀，第二制冷剂分离罐的液相出口与第三制冷剂分离罐的进料口相连并通过主换热器，且在主换热器与第二制冷剂分离罐之间设有第二节流阀；

       第一制冷剂分离罐的气相、液相出口分别与制冷剂压缩机的入口相连，并同时通过主换热器。

采用上述设备制备液化天然气的方法：制冷剂通过制冷剂压缩机压缩后进入第五制冷剂分离罐的进料口，第五制冷剂分离罐的气相经过主换热器降温后，进入第二制冷剂分离罐的进料口；第五制冷剂分离罐的液相经过主换热器后温度为-73.6℃，压强为3.46MPa，经第一节流阀降温减压至-82℃，0.3MPa后，进入第一制冷剂分离罐的进料口；

第二制冷剂分离罐的气相依次通过主、副换热器后的温度为-155℃，气压为3.46MPa，经第三节流阀降温减压至-169.6℃，0.34MPa后进入第四制冷剂分离罐的进料口；第二制冷剂分离罐的液相温度为-142℃，压强为3.46MPa，经第二节流阀降温减压至-144.8℃，0.32MPa后，进入主换热器为其他管路的制冷剂和天然气降温；

第四制冷剂分离罐的气、液相经副换热器换热后，同时进入第三制冷剂分离罐的进料口，第三制冷剂分离罐的气、液相同时进入主换热器，为通过主换热器其他管路的制冷剂和天然气降温，然后进入制冷剂压缩机的进料口；

第一制冷剂分离罐的气、液两相进入主换热器为其他管路的制冷剂和天然气降温，然后进入制冷剂压缩机的进料口；通过上述方式，使制冷剂在设备中循环，天然气经过副换热器后温度为-162℃，压强为5.276MPa，经第四节流阀减压至0.1MPa后，通入LNG储罐。

所述制冷剂为N₂和C1~C5烃类的混合物。优选的，上述混合物中各组分的摩尔含量为：氮气15~25%、甲烷20~30%、乙烯20~30%、丙烷10~20%、异戊烷 10~20%。