[发明专利]适用于不同温度甲烷气的液化系统以及利用该系统液化甲烷气的方法

说明书

本发明公开了适用于不同温度甲烷气的液化系统以及利用该系统液化甲烷气的方法，系统包括：相连的甲烷气储罐、换热器、一级压缩机、一级冷却器、气液分离罐、二级压缩机、二级冷却器和分布器，第一甲烷气进口、第一气液态冷剂进口和第一气态冷剂出口设置在换热器前端，第二甲烷气进口设置在换热器中部，第二气液态冷剂进口和第二液态冷剂出口设置在换热器的末端，甲烷气储罐与第一甲烷气进口和第二甲烷气进口的甲烷气输送管道上分别设置控制阀，第二气液态冷剂进口通过冷剂管道与第二液态冷剂出口相连。该系统可以实现不同甲烷气温度下换热器中冷剂蒸发曲线与甲烷气冷却液化过冷曲线最大限度的匹配，从而提高甲烷气液化效率且降低液化能耗。

技术领域

本发明属于化工技术领域，具体而言，本发明涉及一种适用于不同温度甲烷气的液化系统以及利用该系统液化甲烷气的方法。

背景技术

随着中国经济的增长和对能源需求的不断增加，并且随着中国对环境治理的日益重视和加大投入，中国的清洁能源例如甲烷气用量迅速增加。然而甲烷气不易运输和储存，为满足日益增长的工农业民用需求，液化甲烷气作为甲烷气的一种便捷的运输和储存方式，其需求量逐年增加。最近几年，国内甲烷气需求的增长促进了液化甲烷气产业的快速发展，先后有一些液化甲烷气工厂建成投产。

目前国内外甲烷气液化工艺大致可分为以下三种：

1)阶式制冷循环；2)混合冷剂制冷循环，又可细分为液化装置本身带预冷或不带预冷的单级混合冷剂循环和多级混合冷剂循环；3)膨胀制冷，又可细分为液化装置本身带预冷或不带预冷的单级膨胀制冷和多级膨胀制冷。

带膨胀制冷循环的甲烷气液化工艺因装置能耗过高，近年来逐渐被单级混合冷剂制冷循环液化技术替代。

单级混合冷剂制冷循环液化工艺是目前国内外甲烷气液化装置的主流工艺。而液化装置本身自带丙烷预冷的多级混合冷剂制冷循环液化工艺液化流程，多用于超大型基本负荷型甲烷气液化装置。阶式制冷循环液化工艺由于流程设备多、流程复杂、投资大，使用较少。

单级混合冷剂制冷循环也有其缺点：在实际生产过程中，当原料气温度变化时，整个液化过程所需要的冷量与冷剂提供的冷量很难做到完全匹配，导致换热效率下降，功耗增加。因此液化装置需增加预冷系统，则需增加预冷制冷循环，包括预冷制冷压缩机、预冷换热器、预冷制冷剂制备系统和回收系统等。

根据甲烷气液化装置前端的特点，利用前端装置已有的甲烷气预冷工艺流程和设备，可以避免增加甲烷气液化装置本身的预冷系统，在降低甲烷气液化装置投资的同时，又可以降低液化装置本身的能耗，这样的甲烷液化技术在目前的工业生产中还没有。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种适用于不同温度甲烷气的液化系统以及利用该系统液化甲烷气的方法，该系统可以实现不同甲烷气温度下换热器中冷剂的蒸发曲线与甲烷气的冷却液化曲线最大限度的匹配，从而可以实现换热器换热效率的最大化，进而提高甲烷气的液化效率，并且具有能耗低、变工况能力强、工艺流程简单以及投资低等优点。

在本发明的一个方面，本发明提出了一种适用于不同温度甲烷气的液化系统。根据本发明的实施例，该系统包括：

甲烷气储罐；

换热器，所述换热器具有第一甲烷气进口、第二甲烷气进口、第一气液态冷剂进口、第二气液态冷剂进口、第一气态冷剂出口、第二液态冷剂出口和液化甲烷气出口，所述第一甲烷气进口、所述第一气液态冷剂进口和所述第一气态冷剂出口设置在所述换热器的前端，所述第二甲烷气进口设置在所述换热器中部、所述第二气液态冷剂进口和所述第二液态冷剂出口设置在所述换热器的末端，所述第一甲烷气进口和所述第二甲烷气进口分别与所述甲烷气储罐相连，并且在所述甲烷气储罐和所述第一甲烷气进口和所述第二甲烷气进口的甲烷气输送管道上分别设置有第一控制阀和第二控制阀，所述第二气液态冷剂进口通过冷剂管道与所述第二液态冷剂出口相连，所述冷剂管道上设置有节流阀；