专利名称：一种混合冷剂制冷制备液化天然气的装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种混合冷剂制冷制备液化天然气的装置，尤其涉及一种用于调峰的混合冷剂制冷制备液化天然气的装置，属于天然气的液化技术领域。
背景技术：
天然气由于其环保性而成为取代其他燃气的最佳能源，其应用领域已逐渐扩大到发电、汽车用气、工业用气、化工用气及城市居民用气等各个方面。作为天然气下游主要用户之一的城市燃气用户，其用气负荷随时段、季节、气候等诸多因素影响，波动量非常大，因此，很多天然气运营企业都面临着气源“调峰”的压力，即必须投巨资建设一些调峰设施，如地下储气库、高压储罐、高压输配管网、液化天然气调峰厂等，以此来满足用户高峰期的用气需要。建造这些不同类型的调峰装置一方面是为了调峰，另一方面是为了供给管道未铺设地区的天然气用户。上述几种天然气调峰方式中以建设储气库投资费用最低，高压储罐和高压管线储气费用最高。修建地下储气库需要有良好的地质条件，而且储气时要将天然气压缩到约20Mpa储存，需要耗费大量的能量来压缩天然气。因此，在不具备建设地下储气库的地区，一般采用将天然气液化成LNG来储气调峰。目前，调峰型 天然气液化技术一般利用天然气管道的压力能，或者采用天然气液化装置。但利用天然气管道的压力能建立在管道压力高，实际使用压力低的基础上，即有压力能可以利用的场合，并且该流程液化率低，一般在7% -15%左右。采用天然气液化装置的液化工艺相比较利用天然气管道的压力能的液化工艺成熟许多。迄今为止，天然气液化装置技术领域中成熟的液化工艺有:膨胀制冷工艺、阶式制冷工艺和混合冷剂制冷工艺。其中，膨胀制冷工艺虽然能够较迅速和简单地启动和停工，但是功耗大且液化率低。阶式制冷工艺和混合冷剂制冷工艺效率高，但阶式制冷工艺存在以下缺点:流程复杂、机组多、各制冷循环系统不允许相互渗漏，管线及控制系统复杂，对制冷剂的纯度要求高等。混合冷剂制冷工艺同阶式制冷工艺相比，具有流程简单、机组少、投资费用低、对制冷剂的纯度要求不高等优点。目前，中小规模的液化天然气生产企业的天然气量为每天几万方到二十万方，其通常采用单级混合冷剂液化天然气制冷工艺。单级混合冷剂液化天然气制冷工艺操作简单、设备要求低、投资小，但在生产过程中，液化天然气温度较高，耗能较大，生产成本较高。目前，随着经济的发展，以及对能源的过度消耗，能源已日益紧张，降低制备液化天然气的能源消耗，具有重要的经济和社会意义。因此，研发出一种设备少、流程简单、投资少，耗能低的混合冷剂制冷制备液化天然气的装置，仍是本领域亟待解决的问题之一。
实用新型内容为解决上述技术问题，本实用新型的目的在于提供一种混合冷剂制冷制备液化天然气的装置。该装置具有液化率高、设备少、操作简单、能耗低的优点，是一种用于调峰并能够对天然气深度液化制冷的装置。[0008]为达到上述目的，本实用新型提供一种混合冷剂制冷制备液化天然气的装置，其特征在于，该装置包括:第一换热器、第二换热器、第三换热器、第一分离器、第二分离器、第三分离器、压缩系统、第一混合器及第二混合器；其中，所述第一换热器与第二换热器分别包括第一流路、第二流路、第三流路与第四流路，所述第三换热器包括第一流路、第二流路与第三流路；所述第一分离器与第二分离器分别包括气体输出口，液体出口 ；所述第一换热器的第三流路通过管线与所述压缩系统连接，所述压缩系统通过管线与所述第一分离器连接；所述第一分离器的气体输出口通过管线与所述第一换热器的第一流路连接，所述第一换热器的第一流路通过管线连接于所述第二分离器；所述第一分离器的液体输出口通过管线与所述第一换热器的第二流路连接，所述第一换热器的第二流路通过管线连接于所述第一混合器；所述第二分离器的气体输出口通过管线连接于所述第二换热器的第一流路，所述第二换热器的第一流路通过管线连接于所述第三换热器的第一流路，所述第三换热器的第一流路通过所述第三换热器外的管线连接于所述第三换热器的第二流路，所述第三换热器的第二流路通过管线连接于所述第二混合器；所述第二分离器的液体出口通过管线连接于所述第二换热器的第二流路，所述第二换热器的第二流路通过管线连接于所述第二混合器；
所述第二混合器通过管线连接于所述第二换热器的第三流路，所述第二换热器的第三流路通过管线连接于所述第一混合器；所述第一混合器通过管线与所述第一换热器的第三流路连接；所述第一换热器的第四流路通过管线连接于所述第二换热器的第四流路，所述第
二换热器的第四流路通过管线连接于所述第三换热器的第三流路，所述第三换热器的第三流路通过管线连接于所述第三分离器。在上述装置中，优选地，所述压缩系统包括第一压缩机、第二压缩机与冷却器；所述第一压缩机通过管线与所述第二压缩机连接，所述第二压缩机通过管线与所述冷却器连接。在上述装置中，优选地，所述第三换热器的第三流路与所述第三分离器连接的管线上设置有第一节流阀。在上述装置中，优选地，所述第三换热器的第一流路与所述第三换热器的第二流路连接的管线上设置有第二节流阀。在上述装置中，优选地，所述第一换热器的第二流路与所述第一混合器连接的管线上设置有第三节流阀。在上述装置中，优选地，所述第二换热器的第二流路与所述第二混合器连接的管线上设置有第四节流阀。采用本实用新型的装置进行液化天然气的制备的方法可以包括以下步骤:混合冷剂依次经过第一压缩机、第二压缩机及冷却器后，进入第一分离器进行分离；从第一分离器出来的气体进入第一换热器的第一流路进行换热后，再进入第二分离器；从第一分离器出来的液体进入第一换热器的第二流路进行换热后，再经过节流，形成第一冷却混合冷剂；从第二分离器分离出的气体进入第二换热器的第一流路进行换热后，进入第三换热器的第一流路进行换热后，再经过节流，然后进入第三换热器的第二流路进行换热后，形成第三冷却混合冷剂；从第二分离器出来的液体进入第二换热器的第二流路进行换热后，再经过节流，形成第二冷却混合冷剂；所述第二冷却混合冷剂与所述第三冷却混合冷剂经第二混合器混合后，进入第二换热器的第三流路进行换热后，形成第四冷却混合冷剂；所述第四冷却混合冷剂与所述第一冷却混合冷剂进入第一混合器混合后，进入第一换热器的第三流路进行换热后，进入下一个循环；原料天然气依次进入第一换热器的第四流路，第二换热器的第四流路、第三换热器的第三流路，然后经过节流后进入第三分离器，气液分离后得到液化天然气。在上述方法中，优选地，所述混合冷剂进入第一压缩机压缩至温度为30_35°C，压力为0.8-0.85MPa ;再进入第二压缩机压缩至温度为110_115°C，压力为2.0-2.5MPa，然后进入冷却器冷却至温度为-30至-35°C。在上述方法中，优选地，从第一分离器出来的气体进入第一换热器的第一流路换热至温度为-85至-90°C ;从第一分离器出来的液体进入第一换热器的第二流路换热至温度为-85至-90°C。在上述方法中，优选地，从第二分离器分离出的气体进入第二换热器的第一流路换热至温度为-110至-11·5°C，进入第三换热器的第一流路换热至温度为-140至-150°c ；从第二分离器出来的液体进入第二换热器的第二流路换热至温度为-110至_115°C。在上述方法中，优选地，所述第一冷却混合冷剂的温度为-95至_100°C，压力为
0.25-0.3Mpa ;所述第二冷却混合冷剂的温度为-135至_140°C，压力为0.25-0.3Mpa ;所述第三冷却混合冷剂的温度为-110至-115°c，压力为0.25-0.3Mpa ;所述第四冷却混合冷剂的温度为-90至_100°C，压力为0.25-0.3MPa。在上述方法中，优选地，所得到的液化天然气的温度为-155至-160°C，压力为0-0.15MPa。在上述方法中，优选地，所述混合冷剂为经过预冷的混合冷剂，其温度为-40至-45°C，压力为0.25-0.3MPa。预冷所述混合冷剂的方法及装置可以采用本领域一般技术人员所公知的方法和装置进行，在此不再赘述。在上述方法中，优选地，以所述混合冷剂的总摩尔量计，所述混合冷剂包括甲烷40% -45%、乙烷 30% -35%、丙烷 15% -20% 以及氮气 0_5%。在上述方法中，优选地，所述混合冷剂可部分或全部从所述原料天然气中提取与补充。该提取与补充的方法为:首先，分别测定出原料天然气中的甲烷、乙烷、丙烷及氮气的含量，然后根据原料天然气中所述组分的摩尔分数计算出所需要提取或补充的混合冷剂中各组分的量，具体的提取与补充混合冷剂的方法为本领域的常用技术手段，因此不再敖述。本实用新型提供了一种混合冷剂制冷制备液化天然气的装置。该装置具有液化率高、设备少、操作简单、投资少、费用低、能耗低的优点，具有广阔的市场前景。采用该装置进行液化天然气的方法可以利用C1-C3的烃类和N2为工质的混合冷剂，进行逐级冷凝、蒸发、节流和膨胀最终得到不同温度水平的制冷量，从而达到逐步冷却和液化天然气的目的，采用三级制冷循环，有效减少了混合冷剂的流失，最终减少了装置的能耗。经测算，运用本实用新型的混合冷剂制冷制备液化天然气的装置使得原料天然气液化成LNG，最终压力达到0-0.15MPa，制冷温度最终能达到-150至_160°C，天然气液化率达到70%左右，完全满足天然气调峰使用。总之，本实用新型的混合冷剂制冷制备液化天然气的装置是一种用于调峰并能够对天然气深度液化制冷的装置。
图1为实施例1的混合冷剂制冷制备液化天然气的装置示意图。主要组件符号说明:第四节流阀I第二混合器2第一换热器3第二换热器4第三换热器5第一节流阀6第三分离器7第一压缩机8第二压缩机9冷却器10第一分离器11第三节流阀12第一混合器13第二节流阀14第二分离器1具体实施方式
实施例1 本实施例提供一种混合冷剂制冷制备液化天然气的装置，如图1所示，其包括:第一换热器3、第二换热器4、第三换热器5、第一分离器11、第二分离器15、第三分离器7、压缩系统、第一混合器13及第二混合器2 ；其中，所述压缩系统包括第一压缩机8、第二压缩机9与冷却器10 ;所述第一换热器3与第二换热器4分别包括第一流路、第二流路、第三流路与第四流路(图1中自上而下依次为第一流路、第二流路、第三流路与第四流路)，所述第三换热器5包括第一流路、第二流路与第三流路(图1中自上而下依次为第一流路、第二流路与第三流路)；所述第一分离器3与第二分离器4分别包括气体输出口，与液体输出口 ；所述第一换热器3的第三流路通过管线与所述第一压缩机8连接，所述第一压缩机8通过管线与所述第二压缩机9连接，所述第二压缩机9通过管线与所述冷却器10连接；所述冷却器10通过管线与所述第一分离器11连接；所述第一分离器11的气体输出口通过管线与所述第一换热器3的第一流路连接，所述第一换热器3的第一流路通过管线连接于所述第二分离器4 ；所述第一分离器11的液体输出口通过管线与所述第一换热器3的第二流路连接，所述第一换热器3的第二流路通过管线连接于所述第一混合器13，并在该管线上设置有第三节流阀12 ；所述第二分离器15的气体输出口通过管线连接于所述第二换热器4的第一流路，所述第二换热器4的第一流路通过管线连接于所述第三换热器5的第一流路，所述第三换热器5的第一流路通过所述第三换热器5外的管线连接于所述第三换热器5的第二流路，并在该管线上设置第二节流阀14，所述第三换热器5的第二流路通过管线连接于所述第二混合器2 ；[0051]所述第二分离器15的液体输出口通过管线连接于所述第二换热器4的第二流路，所述第二换热器4的第二流路通过管线连接于所述第二混合器2，并于该管线上设置有第四节流阀I ;所述第二混合器2通过管线连接于所述第二换热器4的第三流路，所述第二换热器4的第三流路通过管线连接于所述第一混合器13 ；所述第一混合器13通过管线与所述第一换热器3的第三流路连接；所述第一换热器3的第四流路通过管线连接于所述第二换热器4的第四流路，所述第二换热器4的第四流路通过管线连接于所述第三换热器5的第三流路，所述第三换热器5的第三流路通过管线连接于所述第三分离器7，并于该管线上设置第一节流阀6。采用本实施例的装置进行液化天然气的制备的方法包括以下步骤:使预冷为温度-40.32°C、压力为0.26MPa的混合冷剂进入第一压缩机8压缩至温度32.74°C、压力0.8IMPa ;再进入第二压缩机9压缩至温度114.58°C、压力2.5MPa，然后进入冷却器9经冷却至温度_35°C，再进入第一分离器11进行分离；从第一分离器11出来的气体进入第一换热器3的第一流路换热至温度为_87°C，再进入第二分离器15 ；从第一分离器11出来的液体进入第一换热器3的第二流路换热至温度为_87°C，再经过第三节流阀12节流，形成温度为-99.87°C、压力为0.26Mpa的第一冷却混合冷剂；从第二分离器15分离出的气体进入第二换热器4的第一流路换热至温度为-110°C，然后进入第三换热器5的第一流路换热至温度为-148°C，再经过第二节流阀14节流至温度为-162.32°C、压力为 0.26MPa，然后进入第三换热器5的第二流路进行换热后，形成温度为-110.9°C、压力为0.26Mpa的第三冷却混合冷剂；从第二分离器15出来的液体进入第二换热器4的第二流路换热至温度为-113.6°C，再经过第四节流阀I节流，形成温度为-137.9°C、压力为0.26Mpa的第二冷却混合冷剂；所述第二冷却混合冷剂与所述第三冷却混合冷剂经第二混合器2混合至温度为-134.1 °C、压力为0.26MPa，进入第二换热器4的第三流路进行换热后，形成温度为-95.81°C、压力为0.26MPa的第四冷却混合冷剂，所述第四冷却混合冷剂与所述第一冷却混合冷剂进入第一混合器13混合后，进入第一换热器3的第三流路进行换热后，进入下一个循环；温度-30°C、压力5.0Mpa的原料天然气首先进入第一换热器3的第四流路冷却至-87°C，再进入第二换热器4的第四流路冷却至-113.6°C、然后进入第三换热器5的第三流路冷却至_148°C，经过第一节流阀6节流至温度为-155.17°C、压力为0.15MPa，最后进入第三分离器7，部分燃料气分离出后，最终获得温度为-155.17°C、压力为0.15MPa的液化天然气，可被外输至液化天然气储罐。在本实施例的混合冷剂制冷制备液化天然气的方法中，以所述原料天然气的总摩尔量计，所述原料天然气的组分如表I所示；以所述混合冷剂的总摩尔量计，所述混合冷剂的组分如表2所示。表I原料天然气组分表
权利要求1.一种混合冷剂制冷制备液化天然气的装置，其特征在于，该装置包括:第一换热器、第二换热器、第三换热器、第一分离器、第二分离器、第三分离器、压缩系统、第一混合器及第二混合器； 其中，所述第一换热器与第二换热器分别包括第一流路、第二流路、第三流路与第四流路，所述第三换热器包括第一流路、第二流路与第三流路；所述第一分离器与第二分离器分别包括气体输出口，液体出口 ； 所述第一换热器的第三流路通过管线与所述压缩系统连接，所述压缩系统通过管线与所述第一分离器连接； 所述第一分离器的气体输出口通过管线与所述第一换热器的第一流路连接，所述第一换热器的第一流路通过管线连接于所述第二分离器； 所述第一分离器的液体输出口通过管线与所述第一换热器的第二流路连接，所述第一换热器的第二流路通过管线连接于所述第一混合器； 所述第二分离器的气体输出口通过管线连接于所述第二换热器的第一流路，所述第二换热器的第一流路通过管线连接于所述第三换热器的第一流路，所述第三换热器的第一流路通过所述第 三换热器外的管线连接于所述第三换热器的第二流路，所述第三换热器的第二流路通过管线连接于所述第二混合器； 所述第二分离器的液体出口通过管线连接于所述第二换热器的第二流路，所述第二换热器的第二流路通过管线连接于所述第二混合器； 所述第二混合器通过管线连接于所述第二换热器的第三流路，所述第二换热器的第三流路通过管线连接于所述第一混合器； 所述第一混合器通过管线与所述第一换热器的第三流路连接； 所述第一换热器的第四流路通过管线连接于所述第二换热器的第四流路，所述第二换热器的第四流路通过管线连接于所述第三换热器的第三流路，所述第三换热器的第三流路通过管线连接于所述第三分离器。
2.如权利要求1所述的混合冷剂制冷制备液化天然气装置，其特征在于，所述压缩系统包括第一压缩机、第二压缩机与冷却器；所述第一压缩机通过管线与所述第二压缩机连接，所述第二压缩机通过管线与所述冷却器连接。
3.如权利要求1所述的混合冷剂制冷制备液化天然气装置，其特征在于，所述第三换热器的第三流路与所述第三分离器连接的管线上设置有第一节流阀。
4.如权利要求1所述的混合冷剂制冷制备液化天然气装置，其特征在于，所述第三换热器的第一流路与所述第三换热器的第二流路连接的管线上设置有第二节流阀。
5.如权利要求1所述的混合冷剂制冷制备液化天然气装置，其特征在于，所述第一换热器的第二流路与所述第一混合器连接的管线上设置有第三节流阀。
6.如权利要求1所述的混合冷剂制冷制备液化天然气装置，其特征在于，所述第二换热器的第二流路与所述第二混合器连接的管线上设置有第四节流阀。
专利摘要本实用新型涉及一种混合冷剂制冷制备液化天然气的装置。该装置包括第一换热器、第二换热器、第三换热器、第一分离器、第二分离器、第三分离器、压缩系统、第一混合器及第二混合器；第一换热器与压缩系统连接，压缩系统与第一分离器连接；第一分离器的气体输出口、液体输出口分别与第一换热器连接，第一换热器连接于第二分离器及第一混合器；第二分离器的气体输出口、液体输出口分别连接于第二换热器，第二换热器连接于第三换热器、第二混合器及第一混合器；第三换热器的内部流路通过外部管线相连接。本实用新型的装置具有液化率高、设备少、操作简单、能耗低的优点，是一种用于调峰并能够对天然气深度液化制冷的装置。
文档编号F25J1/02GK203100351SQ20122069877
公开日2013年7月31日 申请日期2012年12月17日 优先权日2012年12月17日
发明者王勇, 王文武, 郭亚红 申请人:中国石油天然气股份有限公司