專利名稱：一種天然氣的液化系統(tǒng)和液化方法
技術領域：
本發(fā)明涉及天然氣液化技術領域，特別是涉及一種天然氣的液化系統(tǒng)和液化方法。
背景技術：
現(xiàn)有的混合冷劑制冷工藝所采用的冷箱為繞管式的，其結構如圖1所示，在外殼101內部固定一繞管芯筒102，分別輸送常溫冷劑和NG的冷劑輸送通道103和NG輸送通道104交叉纏繞在繞管芯筒102上，外殼101與冷劑輸送通道103、NG輸送通道104之間的空間為殼側，低溫的冷劑在此殼側自上而下流動，這樣，冷劑輸送通道103和NG輸送通道104內分別輸送的常溫冷劑和NG就分別與通道外的低溫冷劑進行熱量交換，殼側的低溫冷劑將冷量釋放并蒸發(fā)為常溫冷劑，而冷劑輸送通道103中常溫冷劑和NG輸送通道104中的NG被冷卻，這樣就實現(xiàn)了對NG的冷卻液化和對常溫冷劑的預冷。圖1所示的繞管式冷箱只能設置一條冷流體的通道(即殼側)，熱流體(如常溫冷齊[J、NG等)可通過在繞管芯筒102上纏繞多個熱流體繞管(如冷劑輸送通道103、NG輸送通道104等)的方式來輸送，因而現(xiàn)有技術可安排多種熱流體與同一冷流體進行熱量交換。但是，當需要有兩種以上的冷流體(如混合冷劑制冷工藝中的一號冷劑和二號冷劑)同時與熱流體進行換熱時，則至少需要兩個圖1所示結構的冷箱才能完成該工藝。圖2為現(xiàn)有的混合冷劑制冷工藝所采用的液化系統(tǒng)的結構圖。如圖2所示，一號換熱器201和二號換熱器202均為圖1所示結構的繞管式冷箱，分別利用一號冷劑和二號冷劑實現(xiàn)對NG的冷卻和液化，一號換熱器201實現(xiàn)的是對NG的預冷，二號換熱器202實現(xiàn)的是對NG的深冷和液化，最終得到LNG輸出。一號換熱器201利用一號冷劑冷卻系統(tǒng)204送來的冷的一號冷劑的冷量對NG進行預冷后，將熱的一號冷劑送到一號冷劑冷卻系統(tǒng)204進行冷卻降溫，將吸收冷量后得到的液態(tài)的重烴組分分離出來，將氣態(tài)的輕烴組分通過輕烴組分輸送管203輸送到二號換熱器202進行深冷，二號換熱器202利用二號冷劑冷卻系統(tǒng)205送來的冷的二號冷劑的冷量對該氣態(tài)的輕烴組分進行深冷和液化，從而得到LNG輸出，并將熱的二號冷劑送到二號冷劑冷卻系統(tǒng)205進行冷卻降溫。圖2所示的液化系統(tǒng)中，一號冷劑和二號冷劑的選擇應滿足使NG中的重烴組分在一號換熱器201中被冷的一號冷劑降溫后變?yōu)橐簯B(tài)，而輕烴組分則仍為氣態(tài)，由冷的二號冷劑在二號換熱器202中液化為液態(tài)的LNG?？梢?，圖2所示的現(xiàn)有的混合冷劑液化系統(tǒng)對NG進行液化，至少要有兩個冷箱才能滿足要求，該技術中的兩種冷劑獨立工作，且獨立進行冷卻，因而整個液化系統(tǒng)的復雜程度和能耗都比較高。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種天然氣的液化系統(tǒng)和液化方法，能降低系統(tǒng)的復雜度和能耗。本發(fā)明所述的天然氣的液化系統(tǒng)其特征在于，該系統(tǒng)包括對NG進行液化的冷箱；向所述冷箱輸送NG的NG輸入管；將氣態(tài)的壓力為O. 2MPaG-0. 4MPaG的一號冷劑變?yōu)橐簯B(tài)的2MPaG-4MPaG的一號冷劑的一號冷劑液化子系統(tǒng)；將冷卻過的2MPaG_4MPaG的一號冷劑降溫為壓力為O. 2MPaG-0. 4MPaG溫度為-20°C至_70°C的一號冷劑的一號冷劑降溫子系統(tǒng)；將氣態(tài)的壓力為O. 2MPaG-0. 4MPaG的二號冷劑變?yōu)闅鈶B(tài)的3MPaG_5MPaG的二號冷劑的二號冷劑液化子系統(tǒng)；將冷卻過的3MPaG-5MPaG的二號冷劑降溫為壓力為O. 2MPaG-0. 4MPaG溫度為_140°C至_160°C二號冷劑的二號冷劑降溫子系統(tǒng)；儲存所述冷箱冷卻得到的液態(tài)的重烴組分和氣態(tài)的輕烴組分的重烴分離罐；儲存所述冷箱液化得到的液態(tài)的輕烴組分的液化天然氣LNG儲罐；其中，所述冷箱包括與所述NG輸入管相連以輸送和冷卻其送來的NG、并將冷卻得到的液態(tài)的重烴組分和氣態(tài)的輕烴組分輸送到所述重烴分離罐的NG預冷通道；與所述重烴分離罐的氣相空間相連通以輸送其送來的氣態(tài)的輕烴組分，將其進一步冷卻至液化，并將得到的液態(tài)的輕烴組分輸送到所述LNG儲罐的NG深冷通道；輸送和冷卻所述一號冷劑液化子系統(tǒng)送來的所述2MPaG-4MPaG的一號冷劑、將得到的冷卻過的2MPaG-4MPaG的一號冷劑送到所述一號冷劑降溫子系統(tǒng)的一號冷劑預冷通道；輸送和冷卻所述二號冷劑液化子系統(tǒng)送來的所述3MPaG-5MPaG的二號冷劑、將得到的冷卻過的3MPaG-5MPaG的二號冷劑送到所述二號冷劑降溫子系統(tǒng)的二號冷劑預冷通道；輸送所述一號冷劑降溫子系統(tǒng)送來的所述壓力為O. 2MPaG-0. 4MPaG溫度為-20°C至_70°C的一號冷劑以對所述NG預冷通道中的NG、所述一號冷劑預冷通道中的2MPaG-4MPaG的一號冷劑、所述二號冷劑預冷通道中的3MPaG_5MPaG的二號冷劑進行冷卻，并將失去冷量后得到的所述壓力為O. 2MPaG-0. 4MPaG的一號冷劑送到所述一號冷劑液化子系統(tǒng)的一號冷劑冷卻通道；輸送所述二號冷劑降溫子系統(tǒng)送來的所述壓力為O. 2MPaG-0. 4MPaG溫度為-140°C至_160°C的二號冷劑以對所述NG預冷通道中的NG、所述NG深冷通道中氣態(tài)的輕烴組分、所述一號冷劑預冷通道中的2MPaG-4MPaG的一號冷劑、所述二號冷劑預冷通道中的3MPaG-5MPaG的二號冷劑進行冷卻，并將失去冷量后得到的所述壓力為O. 2MPaG-0. 4MpaG的二號冷劑送到所述二號冷劑液化子系統(tǒng)的二號冷劑冷卻通道。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明只設置了一個冷箱，一號冷劑降溫子系統(tǒng)降溫得到的低壓低溫一號冷劑輸入到該冷箱中的一號冷劑冷卻通道后，可對NG預冷通道中的NG、一號冷劑預冷通道中的高壓一號冷劑、二號冷劑預冷通道中的高壓二號冷劑進行冷卻，將釋放冷量后得到的常溫氣態(tài)的低壓一號冷劑送到一號冷劑液化子系統(tǒng)，以進行一號冷劑的壓縮和冷卻，為下一步的循環(huán)預冷做準備；二號冷劑降溫子系統(tǒng)降溫得到的低壓低溫二號冷劑輸入到二號冷劑冷卻通道后，可對NG預冷通道中的NG、NG深冷通道中氣態(tài)的輕烴組分、一號冷劑預冷通道中的高壓一號冷劑、二號冷劑預冷通道中的高壓二號冷劑進行冷卻，將釋放冷量后得到的常溫氣態(tài)的低壓二號冷劑送到二號冷劑液化子系統(tǒng)，以進行二號冷劑的壓縮和冷卻，為下一步的循環(huán)深冷做準備。NG在NG預冷通道中被冷卻后，其中的重烴組分被液化，在重烴分離罐中處于液相空間而被分離出來，氣態(tài)的輕烴組分在NG深冷通道中被進一步冷卻液化為LNG，輸出到LNG儲罐中。因此，本發(fā)明將一號冷劑和二號冷劑對NG的冷卻液化置于一個冷箱中進行，輸送NG的NG輸入管、一號冷劑液化子系統(tǒng)、二號冷劑液化子系統(tǒng)、一號冷劑降溫子系統(tǒng)、二號冷劑降溫子系統(tǒng)、重烴分離罐和LNG儲罐只需與冷箱上相應通道的入口或出口相連即可，這縮小了冷箱的體積，并極大地降低了液化系統(tǒng)的復雜程度。另外，低壓低溫一號冷劑和低壓低溫二號冷劑在對NG進行冷卻液化的同時，還對一號冷劑預冷通道中的高壓一號冷劑、二號冷劑預冷通道中的高壓二號冷劑進行預冷，從而提高了冷劑的利用效率，進而提高了冷箱的冷卻效率，降低了該系統(tǒng)的能耗。本發(fā)明還提供了一種天然氣NG的液化方法，該方法基于上述的液化系統(tǒng)；該方法包括步驟1:一號冷劑液化子系統(tǒng)將其對氣態(tài)的壓力為O. 2MPaG-0. 4MPaG的一號冷劑進行壓縮及冷卻而得到的液態(tài)的壓力為2MPaG-4MPaG的一號冷劑輸送到所述冷箱中的一號冷劑預冷通道，并在所述一號冷劑預冷通道中將其冷卻為冷卻過的壓力為2MPaG-4MPaG的一號冷劑；二號冷劑液化子系統(tǒng)將其對氣態(tài)的O. 2MPaG-0. 4MPaG的二號冷劑進行壓縮及冷卻而得到的氣態(tài)的壓力為3MPaG-5MPaG的二號冷劑輸送到所述冷箱中的二號冷劑預冷通道，并在所述二號冷劑預冷通道中將其冷卻為冷卻過的壓力為3MPaG-5MPaG的二號冷劑；步驟2 :—號冷劑預冷通道將所述冷卻過的壓力為2MPaG_4MPaG的一號冷劑送到一號冷劑降溫子系統(tǒng)；所述一號冷劑降溫子系統(tǒng)將所述冷卻過的壓力為2MPaG-4MPaG的一號冷劑降溫為壓力為O. 2MPaG-0. 4MPaG溫度為_23°C至_75°C的一號冷劑，送到所述冷箱中的一號冷劑冷卻通道；步驟3 :向冷箱中的NG預冷通道輸送NG ;—號冷劑冷卻通道中的所述壓力為O. 2MPaG-0. 4MPaG溫度為_20°C至_70°C的一號冷劑對所述NG預冷通道中的NG、所述一號冷劑預冷通道中的壓力為2MPaG-4MPaG的一號冷劑、所述二號冷劑預冷通道中的壓力為3MPaG-5MPaG的二號冷劑進行冷卻，并將失去冷量后得到的所述壓力為O. 2MPaG_0. 4MPaG的一號冷劑送到所述一號冷劑液化子系統(tǒng)，使其重新被壓縮及冷卻為所述壓力為2MPaG-4MPaG 的一號冷劑；步驟4 :所述NG預冷通道將其輸送的NG被冷卻得到的液態(tài)的重烴組分和氣態(tài)的輕烴組分均輸送到重烴分離罐；步驟5 :所述二號冷劑預冷通道將所述冷卻過的壓力為3MPaG_5MPaG的二號冷劑輸送到所述二號冷劑降溫子系統(tǒng)；所述二號冷劑降溫子系統(tǒng)將所述冷卻過的壓力為3MPaG-5MPaG的二號冷劑降溫為壓力為O. 2MPaG_0. 4MPaG溫度為_140°C至_160°C的二號冷齊U，送到所述冷箱中的二號冷劑冷卻通道；步驟6 :將所述重烴分離罐的氣相空間中的氣態(tài)的輕烴組分送到所述冷箱中的NG深冷通道；所述二號冷劑冷卻通道中的所述壓力為O. 2MPaG-0. 4MPaG溫度為_140°C至-160°C的二號冷劑對所述NG預冷通道中的NG、所述NG深冷通道中氣態(tài)的輕烴組分、所述一號冷劑預冷通道中的壓力為2MPaG-4MPaG的一號冷劑、所述二號冷劑預冷通道中的壓力為3MPaG-5MPaG的二號冷劑進行冷卻，并將失去冷量后得到的所述壓力為O. 2MPaG-0. 4MPaG的二號冷劑送到所述二號冷劑液化子系統(tǒng)，使其重新被壓縮及冷卻為所述壓力為3MPaG-5MPaG的二號冷劑；
步驟7 :所述NG深冷通道將其輸送的氣態(tài)的輕烴組分被冷卻得到的液態(tài)的輕烴組分輸送到LNG儲罐進行儲存；所述步驟2中，所述一號冷劑降溫子系統(tǒng)將所述冷卻過的壓力為2MPaG_4MPaG的一號冷劑降溫為壓力為O. 2MPaG-0. 4MPaG溫度為_23°C至_75°C的一號冷劑的方法為開啟一號冷劑降溫管上的一號冷劑節(jié)流閥，使所述一號冷劑降溫管輸送的所述冷卻過的壓力為2MPaG-4MPaG的一號冷劑降溫為壓力為O. 2MPaG-0. 4MPaG溫度為-23°C至_75°C的一號冷劑；在所述步驟3中，向冷箱中的NG預冷通道輸送NG之前，對NG依次進行脫除酸性氣體處理、脫水干燥處理、脫汞處理和粉塵過濾，得到不含酸性氣體、水蒸汽、汞微粒以及粉塵的NG ；所述步驟5中，所述二號冷劑降溫子系統(tǒng)將所述冷卻過的壓力為3MPaG_5MPaG的二號冷劑降溫為壓力為O. 2MPaG-0. 4MPaG溫度為_145°C至_165°C的二號冷劑的方法為開啟二號冷劑降溫管上的二號冷劑節(jié)流閥，使所述二號冷劑降溫管輸送的所述冷卻過的壓力為3MPaG-5MPaG的二號冷劑降溫為壓力為O. 2MPaG-0. 4MPaG溫度為_145°C至_165°C的二號冷劑。(I)本發(fā)明只設置了一個冷箱，一號冷劑降溫子系統(tǒng)降溫得到的壓力為O. 2MPaG-0. 4MPaG溫度為-23°C至_75°C的一號冷劑輸入到該冷箱中的一號冷劑冷卻通道后，可對NG預冷通道中的NG、一號冷劑預冷通道中的壓力為2MPaG-4MPaG的一號冷劑、二號冷劑預冷通道中的壓力為3MPaG-5MPaG的二號冷劑進行冷卻，將釋放冷量后得到的常溫氣態(tài)的壓力為O. 2MPaG-0. 4MpaG的一號冷劑送到一號冷劑液化子系統(tǒng)，以進行一號冷劑的壓縮和冷卻，為下一步的循環(huán)預冷做準備；二號冷劑降溫子系統(tǒng)降溫得到的壓力為O. 2MPaG-0. 4MPaG溫度為_145°C至_165°C的二號冷劑輸入到二號冷劑冷卻通道后，可對NG預冷通道中的NG、NG深冷通道中氣態(tài)的輕烴組分、一號冷劑預冷通道中的壓力為2MPaG-4MPaG的一號冷劑、二號冷劑預冷通道中的壓力為3MPaG_5MPaG的二號冷劑進行冷卻，將釋放冷量后得到的常溫氣態(tài)的壓力為O. 2MPaG-0. 4MpaG的二號冷劑送到二號冷劑液化子系統(tǒng)，以進行二號冷劑的壓縮和冷卻，為下一步的循環(huán)深冷做準備。NG在NG預冷通道中被冷卻后，其中的重烴組分被液化，在重烴分離罐中處于液相空間而被分離出來，氣態(tài)的輕烴組分在NG深冷通道中被進一步冷卻液化為LNG，輸出到LNG儲罐中。因此，本發(fā)明將一號冷劑和二號冷劑對NG的冷卻液化置于一個冷箱中進行，輸送NG的NG輸入管、一號冷劑液化子系統(tǒng)、二號冷劑液化子系統(tǒng)、一號冷劑降溫子系統(tǒng)、二號冷劑降溫子系統(tǒng)、重烴分離罐和LNG儲罐只需與冷箱上相應通道的入口或出口相連即可，這縮小了冷箱的體積，并極大地降低了液化系統(tǒng)的復雜程度。另外，壓力為O. 2MPaG-0. 4MPaG溫度為_23°C至_75°C的一號冷劑和壓力為O. 2MPaG-0. 4MPaG溫度為_145°C至_165°C的二號冷劑在對NG進行冷卻液化的同時，還對一號冷劑預冷通道中的壓力為2MPaG-4MPaG的一號冷劑、二號冷劑預冷通道中的壓力為3MPaG-5MPaG的二號冷劑進行預冷，從而提高了冷劑的利用效率，進而提高了冷箱的冷卻效率，降低了該系統(tǒng)的能耗。(2)本發(fā)明對一號冷劑和二號冷劑的液化和冷卻均是先利用環(huán)境中空氣的冷量進行初步冷卻，使其接近環(huán)境空氣的溫度，進而利用水(如循環(huán)冷卻水)的冷量對其進行下一步的冷卻和液化，使其變?yōu)楦邏撼匾簯B(tài)和高壓常溫氣態(tài)，因此，本發(fā)明充分利用了環(huán)境冷量，減少了能耗。(3)本發(fā)明在依次將NG中的酸性氣體、水蒸汽、汞微粒以及粉塵脫除之后，再將其通過NG輸入管送到NG預冷通道中，可防止酸性氣體、水蒸汽、汞微粒以及粉塵腐蝕和堵塞NG預冷通道、NG深冷通道和后續(xù)的管道和閥門，保證該液化系統(tǒng)的正常運行。(4)本發(fā)明中的冷箱可采用真空釬焊鋁制板翅式換熱器來實現(xiàn)，其內部可同時進行多股冷流體和多股熱流體之間的換熱，滿足了混合冷劑制冷工藝對NG分別在不同溫位進行液化的要求，而且對NG分別進行預冷和深冷的一號冷劑和二號冷劑均只進行了一次降溫即實現(xiàn)了 NG的液化，因而本發(fā)明的液化效率比較高，冷箱的體積小，耐用時間長。(5)本發(fā)明中的二號冷劑一段壓縮機、二號冷劑二段壓縮機和BOG壓縮機均采用常溫進氣，壓縮機的制造材料使用普通材料即可，減小了低溫進氣必須使用低溫材料帶來的制造難度，降低了系統(tǒng)的成本投資；同時采用壓縮BOG與低溫BOG進行換熱，實現(xiàn)了冷熱能之間的利用，進一步降低了系統(tǒng)的能耗。(6)本發(fā)明在一號冷劑液化子系統(tǒng)和二號冷劑液化子系統(tǒng)中均設置了離心式壓縮機的防喘振裝置，保證了壓縮機的工作穩(wěn)定性和可靠性，延長了其使用壽命。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。


圖1為現(xiàn)有技術提供的冷箱的結構圖；圖2為現(xiàn)有技術提供的天然氣的液化系統(tǒng)的結構圖；圖3為本發(fā)明提供的天然氣的液化系統(tǒng)的結構圖；圖4為本發(fā)明提供的天然氣液化前處理系統(tǒng)的結構圖；圖5為本發(fā)明提供的天然氣的液化方法的流程圖。
具體實施例方式以下結合附圖對本發(fā)明的原理和特征進行描述，所舉實例只用于解釋本發(fā)明，并非用于限定本發(fā)明的范圍。圖3為本發(fā)明提供的天然氣的液化系統(tǒng)的結構圖。如圖3所示，該系統(tǒng)包括冷箱310 ；NG輸入管32 ;—號冷劑液化子系統(tǒng)；二號冷劑液化子系統(tǒng)；重烴分離罐45 ；LNG 儲罐 46 ；冷箱310包括NG預冷通道3111、NG深冷通道3112、一號冷劑預冷通道3121、二號冷劑預冷通道3131、一號冷劑冷卻通道3122、二號冷劑冷卻通道3132 ；NG預冷通道3111輸入端通過閥320與NG輸入管32相連，NG預冷通道3111輸出端通過管線451與重烴分離罐45連接；NG深冷通道3112輸入端通過氣相管線452與重烴分離罐45連接；NG深冷通道3112輸出端通過管線47、與液化天然氣儲罐46連接；一號冷劑預冷通道3121輸入端通過高壓一號冷劑輸入管37、閥370與一號冷劑儲罐39連接；一號冷劑預冷通道3121輸出端通過管線43、一號冷劑節(jié)流閥430與一號冷劑氣液分離罐44連接；一號冷劑冷卻通道3122輸入端通過一號冷劑氣態(tài)輸入管441和一號冷劑液態(tài)輸入管442與一號冷劑氣液分離罐44連接；一號冷劑冷卻通道3122輸出端通過低壓一號冷劑輸出管38、低壓一號冷劑輸出截止閥380與一號冷劑緩沖罐33連接；二號冷劑預冷通道3131輸入端通過高壓二號冷劑輸入管56、截止閥560與二號冷劑二段水冷卻器552連接；二號冷劑預冷通道3131輸出端通過管線64、閥640與二號冷劑氣液分離罐63連接；二號冷劑冷卻通道3132輸出端通過低壓二號冷劑輸出管57、截止閥570與二號冷劑緩沖罐52連接；二號冷劑冷卻通道3132輸入端通過管線631和管線632與二號冷劑氣液分離罐63連接；一號冷劑液化子系統(tǒng)包括一號冷劑氣液分離罐44、一號冷劑緩沖罐33、一號冷劑壓縮機34、一號冷劑空氣冷卻器351、一號冷劑水冷卻器352、一號冷劑凝液罐36、一號冷劑儲罐39、一號冷劑加熱器330、一號冷劑壓縮機防喘振空氣冷卻器41 ;一號冷劑緩沖罐33、一號冷劑壓縮機34、一號冷劑空氣冷卻器351、一號冷劑水冷卻器352、一號冷劑凝液罐36和一號冷劑儲罐39依次連接，一號冷劑加熱器330與一號冷劑緩沖罐33連接；一號冷劑壓縮機防喘振空氣冷卻器41通過輸送高壓高溫氣態(tài)一號冷劑的管線40和其上的一號冷劑壓縮機防喘振截止閥400與一號冷劑壓縮機34連接；一號冷劑水冷卻器352設置有一號控制器3522和溫度測量儀3521 ；二號冷劑液化子系統(tǒng)包括二號冷劑緩沖罐52、二號冷劑一段壓縮機531、二號冷劑一段空氣冷卻器541、二號冷劑一段水冷卻器551、二號冷劑二段水冷卻器552、二號冷劑二段壓縮機532、二號冷劑二段空氣冷卻器542和二號冷劑二段壓縮機532 ;二號冷劑二段水冷卻器552、二號冷劑二段空氣冷卻器542、二號冷劑二段壓縮機532依次連接；二號冷劑緩沖罐52通過管線62與二號冷劑一段壓縮機531連接后依次連接二號冷劑一段空氣冷卻器541、二號冷劑一段水冷卻器551 ;二號冷劑一段水冷卻器551通過管線58依次連接二號冷劑二段壓縮機532、二號冷劑二段空氣冷卻器542和二號冷劑二段水冷卻器552 ;二號冷劑一段水冷卻器551和二號冷劑二段水冷卻器552分別裝有二號溫度測量儀5511、三號溫度測量儀5521、二號控制器5512、三號控制器5522 ;二號冷劑一段壓縮機531設有二號冷劑一段壓縮機防喘振管59，及上面設置的二號冷劑一段壓縮機防喘振控制閥590 ;二號冷劑二段壓縮機532設置有二號冷劑二段壓縮機防喘振管60及其上面設置的二號冷劑二段壓縮機防喘振控制閥600 ；LNG儲罐46通過管線461與換熱器48連接；換熱器48依次與BOG緩沖罐49、B0G壓縮機50、BOG水冷卻器51連接；B0G壓縮機50與BOG換熱器48通過壓縮BOG返回管501相連；換熱器48通過連接管481與外輸BOG系統(tǒng)連接。脫酸塔4-1、干燥器4-2、汞脫除罐4-3、粉塵過濾器4_4依次連接后與NG輸入管32相連。NG預冷通道3111、NG深冷通道3112、一號冷劑預冷通道3121、二號冷劑預冷通道3131、一號冷劑冷卻通道3122、二號冷劑冷卻通道3132均為翅片、導流片、隔板與封條組成的兩端開口的流體的輸送通道，其結構為兩塊隔板中間放置一層翅片，翅片的前后放置導流片，翅片和導流片的左右兩側放置封條，許多這樣的通道構成本實用新型中的冷箱。翅片的形狀為褶皺的形式。圖3中，NG預冷通道3111與NG輸入管32相連，用于輸送和冷卻NG輸入管32送來的NG，這里，冷卻的冷量來源為一號冷劑冷卻通道3122中的低壓低溫一號冷劑和二號冷劑冷卻通道3132中的低壓低溫二號冷劑所提供的冷量，NG預冷通道3111還將其輸送的NG被冷卻得到的液態(tài)的重烴組分和氣態(tài)的輕烴組分通過圖3中標號為451的虛線所示的管線輸送到重烴分離罐45中，并在重烴分離罐45中實現(xiàn)減壓閃蒸，這樣，重烴分離罐45的氣相空間就為氣態(tài)的輕烴組分所構成，其液相空間就為液態(tài)的重烴組分所構成，可通過外輸?shù)姆绞綄⒅責N分離罐45液相空間中的重烴組分輸出，避免其在后續(xù)的降溫過程中凍結引起設備和管道及閥門的堵塞。NG深冷通道3112與重烴分離罐45的氣相空間相連通，可輸送重烴分離罐45的氣相空間通過圖3中標號為452的管線送來的氣態(tài)的輕烴組分，并使該輕烴組分在其中被二號冷劑冷卻通道3132中的低壓低溫二號冷劑所提供的冷量進一步冷卻(相對于NG預冷通道3111中所進行的冷卻)至液化，這樣，NG深冷通道3112就可以將得到的液態(tài)的輕烴組分通過圖3中標號為47的管線輸送到LNG儲罐46中進行儲存。如圖3所示，NG輸入管32上設有NG輸入截止閥320，可控制NG的輸入；管線47上具有LNG輸出截止閥470，可控制LNG的輸出。一號冷劑預冷通道3121用于輸送一號冷劑液化子系統(tǒng)送來的常溫液態(tài)的高壓一號冷劑，該高壓一號冷劑在一號冷劑預冷通道3121中可吸收冷量從而被冷卻，冷卻產(chǎn)物在本發(fā)明中稱為冷卻過的高壓一號冷劑(因其溫度比一號冷劑液化子系統(tǒng)送來的高壓一號冷劑要低一些)，該冷卻過的高壓一號冷劑被一號冷劑預冷通道3121送到一號冷劑降溫子系統(tǒng)，從而降溫為溫度更低的低壓低溫一號冷劑。本發(fā)明中，高壓一號冷劑在一號冷劑預冷通道3121中所吸收的冷量的來源為一號冷劑冷卻通道3122中的低壓低溫一號冷劑和二號冷劑冷卻通道3132中的低壓低溫二號冷劑。二號冷劑預冷通道3131用于輸送二號冷劑液化子系統(tǒng)送來的常溫氣態(tài)的高壓二號冷劑，該高壓二號冷劑在二號冷劑預冷通道3131中吸收冷量被冷卻，冷卻產(chǎn)物在本發(fā)明中稱為冷卻過的高壓二號冷劑(因其溫度比二號冷劑液化子系統(tǒng)送來的高壓二號冷劑要低一些，且變?yōu)橐簯B(tài))，該冷卻過的高壓二號冷劑被二號冷劑預冷通道3131送到二號冷劑降溫子系統(tǒng)，從而降溫為溫度更低的低壓低溫二號冷劑。本發(fā)明中，高壓二號冷劑在二號冷劑預冷通道3131所吸收的冷量的來源為一號冷劑冷卻通道3122中的低壓低溫一號冷劑、二號冷劑冷卻通道3132中的低壓低溫二號冷劑。一號冷劑冷卻通道3122用于輸送一號冷劑降溫子系統(tǒng)送來的低壓低溫一號冷齊U，該低壓低溫一號冷劑的冷量可對NG預冷通道3111中的NG、一號冷劑預冷通道3121中的高壓一號冷劑、二號冷劑預冷通道3131中的高壓二號冷劑進行冷卻，同時，該低壓低溫一號冷劑釋放冷量后變?yōu)槌貧鈶B(tài)的低壓一號冷劑，因而一號冷劑冷卻通道3122還將失去冷量后得到的低壓一號冷劑送到一號冷劑液化子系統(tǒng)，以使其重新被壓縮、冷卻為常溫液態(tài)的高壓一號冷劑，再次進入冷箱中的一號冷劑預冷通道3121，以開始下一個壓縮、冷卻及液化的循環(huán)流程。二號冷劑冷卻通道3132用于輸送二號冷劑降溫子系統(tǒng)送來的低壓低溫二號冷齊U，該低壓低溫二號冷劑的冷量可對NG預冷通道3111中的NG、NG深冷通道3112中氣態(tài)的輕烴組分、一號冷劑預冷通道3121中的高壓一號冷劑、二號冷劑預冷通道3131中的高壓二號冷劑進行冷卻，自身失去冷量變?yōu)槌貧鈶B(tài)的低壓二號冷劑，因而二號冷劑冷卻通道3132還將失去冷量后得到的低壓二號冷劑送到二號冷劑液化子系統(tǒng)，以使其重新壓縮、冷卻為常溫氣態(tài)的高壓二號冷劑，再次進入冷箱中的二號冷劑預冷通道3131，以開始下一個壓縮、冷卻及液化的循環(huán)流程。
上述的系統(tǒng)結構中，NG輸入管32輸入到NG預冷通道3111中的NG為低壓常溫(20°C至50°C )的氣態(tài)物質，其包括氣態(tài)的重烴組分和氣態(tài)的輕烴組分，該NG在NG預冷通道3111中被一號冷劑冷卻通道3122中的低壓低溫一號冷劑、二號冷劑冷卻通道3132中的低壓低溫二號冷劑所提供的冷量冷卻到_20°C至_70°C后，其中的重烴組分被液化為液態(tài)而輸送到重烴分離罐45中而被分離出來，而輕烴組分仍為氣態(tài)物質，該輕烴組分從重烴分離罐45的氣相空間通過圖3中的管線452進入NG深冷通道3112后，又吸收二號冷劑冷卻通道3132中的低壓低溫二號冷劑所提供的冷量而被進一步冷卻和液化為_160°C以下的LNG輸送到LNG儲46中，從而最終實現(xiàn)了所有NG的液化。在該液化過程中，一號冷劑預冷通道3121輸送到一號冷劑降溫子系統(tǒng)的冷卻過的高壓一號冷劑的溫度約為-20°C至-70°C或稍高一些，一號冷劑降溫子系統(tǒng)輸送到一號冷劑冷卻通道3122的低壓低溫一號冷劑的溫度比_20°C至_70°C低一些(約低3°C至5°C ) ;二號冷劑預冷通道3131輸送到二號冷劑降溫子系統(tǒng)的冷卻過的高壓二號冷劑的溫度約為_160°C或稍高一些，二號冷劑降溫子系統(tǒng)輸送到二號冷劑冷卻通道3132的低壓低溫二號冷劑的溫度比_160°C低一些(約低
3。。至 5。。)。由此可見，本發(fā)明只設置了一個冷箱，一號冷劑降溫子系統(tǒng)降溫得到的低壓低溫一號冷劑輸入到該冷箱中的一號冷劑冷卻通道后，可對NG預冷通道中的NG、一號冷劑預冷通道中的高壓一號冷劑、二號冷劑預冷通道中的高壓二號冷劑進行冷卻，將釋放冷量后得到的常溫氣態(tài)的低壓一號冷劑送到一號冷劑液化子系統(tǒng)，以進行一號冷劑的壓縮和冷卻，為下一步的循環(huán)預冷做準備；二號冷劑降溫子系統(tǒng)降溫得到的低壓低溫二號冷劑輸入到二號冷劑冷卻通道后，可對NG預冷通道中的NG、NG深冷通道中氣態(tài)的輕烴組分、一號冷劑預冷通道中的高壓一號冷劑、二號冷劑預冷通道中的高壓二號冷劑進行冷卻，將釋放冷量后得到的常溫氣態(tài)的低壓二號冷劑送到二號冷劑液化子系統(tǒng)，以進行二號冷劑的壓縮和冷卻，為下一步的循環(huán)深冷做準備。NG在NG預冷通道中被冷卻后，其中的重烴組分被液化，在重烴分離罐中處于液相空間而被分離出來，氣態(tài)的輕烴組分在NG深冷通道中被進一步冷卻液化為LNG，輸出到LNG儲罐中。因此，本發(fā)明將一號冷劑和二號冷劑對NG的冷卻液化置于一個冷箱中進行，輸送NG的NG輸入管、一號冷劑液化子系統(tǒng)、二號冷劑液化子系統(tǒng)、一號冷劑降溫子系統(tǒng)、二號冷劑降溫子系統(tǒng)、重烴分離罐和LNG儲罐只需與冷箱上相應通道的入口或出口相連即可，這縮小了冷箱的體積，并極大地降低了液化系統(tǒng)的復雜程度。另夕卜，低壓低溫一號冷劑和低壓低溫二號冷劑在對NG進行冷卻液化的同時，還對一號冷劑預冷通道中的高壓一號冷劑、二號冷劑預冷通道中的高壓二號冷劑進行預冷，從而提高了冷劑的利用效率，進而提高了冷箱的冷卻效率，降低了該系統(tǒng)的能耗。本發(fā)明中的冷箱可采用真空釬焊鋁制板翅式換熱器來實現(xiàn)，其內部可同時進行多股冷流體和多股熱流體之間的換熱，滿足了混合冷劑制冷工藝對NG分別在不同溫位進行冷卻和液化的要求，而且對NG分別進行預冷和深冷的一號冷劑和二號冷劑均只進行了一次降溫即實現(xiàn)了 NG的液化，因而本發(fā)明的液化效率比較高，冷箱的體積小，耐用時間長。上述的各通道(NG預冷通道3111、NG深冷通道3112、一號冷劑預冷通道3121、二號冷劑預冷通道3131、一號冷劑冷卻通道3122、二號冷劑冷卻通道3132)均為實現(xiàn)流體間冷量交換的通道，均要輸送低溫物質；一號冷劑降溫子系統(tǒng)和二號冷劑降溫子系統(tǒng)分別是對冷卻過的一號冷劑和冷卻過的二號冷劑進行進一步的降溫，因而其間傳輸和儲存的物質也都為低溫物質，這些儲存和輸送低溫物質的通道、管線、設備不能置于外界環(huán)境中，必須對其進行絕熱處理。因此，本發(fā)明所提出的液化系統(tǒng)還包括外殼(如碳鋼制成的碳鋼外殼)以及外殼內耐低溫的絕熱材料(如珠光砂等)，使NG預冷通道3111、NG深冷通道3112、一號冷劑預冷通道3121、二號冷劑預冷通道3131、一號冷劑冷卻通道3122、二號冷劑冷卻通道3132、一號冷劑降溫子系統(tǒng)和二號冷劑降溫子系統(tǒng)均位于外殼內部,并在外殼與上述通道、設備、管線(即NG預冷通道、NG深冷通道、一號冷劑預冷通道、一號冷劑冷卻通道、二號冷劑預冷通道、二號冷劑冷卻通道、一號冷劑降溫子系統(tǒng)、二號冷劑降溫子系統(tǒng))之間的空間填充絕熱材料，從而防止外界熱量傳入，引起冷量損失。還可以在外殼內的絕熱材料中充氮氣，以使外殼內部的氣壓略大于外殼外部的大氣壓力(稱為微正壓)，從而防止空氣中的水分進入外殼內部，造成絕熱材料因受潮凍結而失去絕熱性能。為了防止大氣壓力突然下降所造成的外殼內部氮氣壓力遠超大氣壓的情況引起外殼受損，本發(fā)明可以在外殼頂部設置一個以上的超壓安全閥，在外殼內部的氣壓與大氣壓的差值(即氮氣氣壓減去外界大氣壓所得的差值)超過預定安全值時，該超壓安全閥即自動開啟，將外殼內的超量氮氣快速排出，從而防止外殼受損。 此外，還可以在外殼上設置一個以上的呼吸閥，并在呼吸閥的內部填充用于吸水的吸附劑。這樣，在外界大氣壓力突然升高，含有水蒸氣的空氣通過呼吸閥進入外殼內部后，可利用吸附劑吸收這些水蒸氣，從而避免水分進入外殼內部。在外殼內部的保護氮氣通過呼吸閥向外排氣時，被吸附劑所吸收的水分就又被排出呼吸閥，這相當于吸附劑的再生，因而本發(fā)明中的吸附劑可長期循環(huán)使用。要實現(xiàn)上述的將冷卻過的高壓一號冷劑降溫為低壓低溫一號冷劑，一號冷劑降溫子系統(tǒng)包括暫存低壓低溫一號冷劑的一號冷劑氣液分離罐44 ;連接一號冷劑預冷通道3121與一號冷劑氣液分離罐44、將一號冷劑預冷通道3121送來的冷卻過的高壓一號冷劑降溫為低壓低溫一號冷劑送到一號冷劑氣液分離罐44的一號冷劑降溫管43 ;位于一號冷劑降溫管43上的一號冷劑節(jié)流閥430 ;連接一號冷劑氣液分離罐44與一號冷劑冷卻通道3122、將一號冷劑氣液分離罐44中的低壓低溫一號冷劑輸送到一號冷劑冷卻通道3122的低壓低溫一號冷劑輸入管。本發(fā)明中，對一號冷劑的冷卻降溫主要是在一號冷劑預冷通道3121中進行的，利用一號冷劑降溫子系統(tǒng)可對冷卻過的高壓一號冷劑進行進一步的降溫(溫度約降低3°C至5V )，從而在進入一號冷劑冷卻通道3122后除了對NG進行冷卻外，還可對一號冷劑預冷通道3121中的一號冷劑進行冷卻。一號冷劑降溫子系統(tǒng)對冷卻過的高壓一號冷劑的降溫是通過開啟一號冷劑降溫管43上的一號冷劑節(jié)流閥430實現(xiàn)的，由于冷卻過的高壓一號冷劑的壓力比一號冷劑氣液分離罐44中的低壓低溫一號冷劑的壓力高得多，因而在開啟一號冷劑節(jié)流閥430之后，一號冷劑通過降壓降溫過程而實現(xiàn)了溫度的降低(降溫約3°C至5°C )，變?yōu)榈蛪旱蜏匾惶柪鋭捍嬖谝惶柪鋭庖悍蛛x罐44中。在實際應用中，一號冷劑氣液分離罐44中的低壓低溫一號冷劑可能包括氣態(tài)的低壓低溫一號冷劑和液態(tài)的低壓低溫一號冷劑，二者分別位于一號冷劑氣液分離罐44內上部的氣相空間和下部的液相空間中，二者的冷量都應在該系統(tǒng)中加以利用，否則將造成冷量的損失，而如果將二者分別輸入一號冷劑冷卻通道3122，則二者在一號冷劑冷卻通道3122中將不能充分混合，這又會造成冷量釋放的不充分，影響系統(tǒng)的液化效率，因此，上述的低壓低溫一號冷劑輸入管包括與一號冷劑氣液分離罐44的氣相空間相連通以輸送其中的氣態(tài)的低壓低溫一號冷劑的氣態(tài)低壓低溫一號冷劑輸入管441、與一號冷劑氣液分離罐44的液相空間相連通以輸送其中的液態(tài)的低壓低溫一號冷劑的液態(tài)低壓低溫一號冷劑輸入管442 ;其中，氣態(tài)低壓低溫一號冷劑輸入管441和液態(tài)低壓低溫一號冷劑輸入管442在一號冷劑冷卻通道3122的入口處匯合為一條與一號冷劑冷卻通道3122相連的管線，這就保證了二者分別輸送的氣態(tài)的低壓低溫一號冷劑和液態(tài)的低壓低溫一號冷劑在一號冷劑冷卻通道3122內的充分混合，使一號冷劑冷卻通道3122內的氣液分配合理，能更好地進行冷量交換，這提高了本發(fā)明對NG的液化效率。與一號冷劑降溫子系統(tǒng)的結構類似，如圖3所示，本發(fā)明中的二號冷劑降溫子系統(tǒng)包括暫存低壓低溫二號冷劑的二號冷劑氣液分離罐63 ;連接二號冷劑預冷通道3131與二號冷劑氣液分離罐63、將二號冷劑預冷通道3131送來的冷卻過的高壓二號冷劑降溫為低壓低溫二號冷劑送到二號冷劑氣液分離罐63的二號冷劑降溫管64 ;位于二號冷劑降溫管64上的二號冷劑節(jié)流閥640 ;連接二號冷劑氣液分離罐63與二號冷劑冷卻通道3132、將二號冷劑氣液分離罐63中的低壓低溫二號冷劑輸送到二號冷劑冷卻通道3132的低壓低溫二號冷劑輸入管。本發(fā)明中，對二號冷劑的冷卻降溫主要是在二號冷劑預冷通道3131中進行的，利用二號冷劑降溫子系統(tǒng)可對冷卻過的高壓二號冷劑進行進一步的降溫(溫度約降低30C -50C )，從而在進入二號冷劑冷卻通道3122后除了對NG進行冷卻外，還可對二號冷劑預冷通道3131中的二號冷劑進行冷卻。二號冷劑降溫子系統(tǒng)對冷卻過的高壓二號冷劑的降溫，也是通過開啟二號冷劑降溫管64上的二號冷劑節(jié)流閥640來實現(xiàn)的，其原理為二號冷劑節(jié)流閥640的開啟使二號冷劑經(jīng)歷了降壓降溫過程。二號冷劑氣液分離罐63中所暫存的低壓低溫二號冷劑也可能包括氣態(tài)的低壓低溫二號冷劑和液態(tài)的低壓低溫二號冷劑，這樣，上述的低壓低溫二號冷劑輸入管包括與二號冷劑氣液分離罐63的氣相空間相連通以輸送其中的氣態(tài)的低壓低溫二號冷劑的氣態(tài)低壓低溫二號冷劑輸入管631、與二號冷劑氣液分離罐63的液相空間相連通以輸送其中的液態(tài)的低壓低溫二號冷劑的液態(tài)低壓低溫二號冷劑輸入管632 ;其中，氣態(tài)低壓低溫二號冷劑輸入管631和液態(tài)低壓低溫二號冷劑輸入管632在二號冷劑冷卻通道3132的入口處匯合為一條與二號冷劑冷卻通道3132相連的管線，這樣使二號冷劑冷卻通道3132內的氣液分配更加合理，實現(xiàn)氣態(tài)和液態(tài)的低壓低溫二號冷劑在二號冷劑冷卻通道3132內的充分混合，提聞冷卻效果。本發(fā)明中，一號冷劑液化子系統(tǒng)實現(xiàn)的是將常溫氣態(tài)的低壓一號冷劑壓縮和冷卻為常溫液態(tài)的高壓一號冷劑，如圖3所示，其包括暫存低壓一號冷劑的一號冷劑緩沖罐33 ;連接一號冷劑冷卻通道3122與一號冷劑緩沖罐33、將一號冷劑冷卻通道3122送來的低壓一號冷劑送到一號冷劑緩沖罐33的低壓一號冷劑輸出管38 ;與一號冷劑緩沖罐33的氣相空間相連通、以將其中的低壓一號冷劑壓縮為高壓高溫氣態(tài)一號冷劑的一號冷劑壓縮機34 ;與一號冷劑壓縮機34相連、將其送來的高壓高溫氣態(tài)一號冷劑冷卻為高壓一號冷劑的一號冷劑液化器；與一號冷劑液化器相連、暫存其送來的高壓一號冷劑的一號冷劑凝液罐36 ;連接一號冷劑凝液罐36和一號冷劑預冷通道3121、以將一號冷劑凝液罐36中的高壓一號冷劑送到一號冷劑預冷通道3121的高壓一號冷劑輸入管37?？梢?，一號冷劑液化子系統(tǒng)對氣態(tài)的低壓一號冷劑的處理過程為由一號冷劑緩沖罐33對其進行暫存，由一號冷劑壓縮機34對一號冷劑緩沖罐33送出的低壓一號冷劑進行壓縮，得到高壓高溫氣態(tài)一號冷劑(溫度約100°C )，然后由一號冷劑液化器對該高壓高溫氣態(tài)一號冷劑進行等壓降溫，使其冷卻和液化為液態(tài)的高壓一號冷劑，輸送到一號冷劑凝液罐36進行暫存，在冷箱需要利用該高壓一號冷劑時，將其從一號冷劑凝液罐36輸出到一號冷劑預冷通道3121，從而開始一號冷劑對NG的下一個冷卻循環(huán)。該處理過程中，在冷箱需要利用該高壓一號冷劑時，才將其輸送到一號冷劑預冷通道3121，不需要時，高壓一號冷劑暫存在一號冷劑凝液罐36中，該控制可以通過位于高壓一號冷劑輸入管37上的一號冷劑入口截止閥370開閉和調節(jié)開度來實現(xiàn)。但是，一號冷劑凝液罐36的容積是有限的，其內部儲存的高壓一號冷劑的量較多時，需要輸出一部分以防損壞一號冷劑凝液罐36，影響本發(fā)明液化的進行，因此，一號冷劑液化子系統(tǒng)還包括與一號冷劑凝液罐36相連以儲存其送來的高壓一號冷劑的一號冷劑儲罐39,這樣,就可以將過量的高壓一號冷劑輸送到容積較大的一號冷劑儲罐39中進行儲存。當然，在一號冷劑凝液罐36中的高壓一號冷劑的量不足以滿足冷箱的需求時，還可以將一號冷劑儲罐39中的高壓一號冷劑送回一號冷劑凝液罐36中，以滿足冷箱液化的需要。—號冷劑緩沖罐33設置的本意是用來儲存常溫氣態(tài)的低壓一號冷劑的，但是，一號冷劑冷卻通道3122中的低壓低溫一號冷劑在冷量釋放不充分的情況下，也會有一部分仍保持為液態(tài)通過低壓一號冷劑輸出管38輸送到一號冷劑緩沖罐33中，這部分一號冷劑也要加以利用，否則將造成冷劑的浪費。因此，本發(fā)明中的一號冷劑液化子系統(tǒng)還包括與一號冷劑緩沖罐33相連、對其中的低壓一號冷劑進行加熱的加熱器330，利用加熱器330提供的熱量，可使一號冷劑緩沖罐33中的液體的一號冷劑變?yōu)闅鈶B(tài)，從而通過一號冷劑液化子系統(tǒng)的壓縮與液化，重新回到一號冷劑對NG的液化過程中。上述的一號冷劑液化器是將一號冷劑壓縮機34送來的高壓高溫氣態(tài)一號冷劑冷卻為高壓一號冷劑的裝置，其可以為實現(xiàn)該功能的任一種液化器結構，較優(yōu)的，如圖3所示，其包括與一號冷劑壓縮機34相連、利用空氣的冷量對其送來的高壓高溫氣態(tài)一號冷劑進行冷卻的一號冷劑空氣冷卻器351，其冷卻產(chǎn)物在本發(fā)明中稱為“冷卻過的高壓高溫氣態(tài)一號冷劑”，該冷卻產(chǎn)物的溫度在50°C左右，實際為高壓常溫氣態(tài)的一號冷劑；與一號冷劑空氣冷卻器351相連、利用水的冷量將一號冷劑空氣冷卻器351的冷卻產(chǎn)物(即上述的“冷卻過的高壓高溫氣態(tài)一號冷劑”)進一步冷卻降溫為40°C左右的高壓一號冷劑的一號冷劑水冷卻器352 ;其中，一號冷劑水冷卻器352還與一號冷劑凝液罐36相連，以將冷卻得到的高壓一號冷劑輸送到一號冷劑凝液罐36?？梢姡景l(fā)明可以利用環(huán)境中空氣的冷量對100°C左右的高壓高溫氣態(tài)一號冷劑進行初步冷卻，使其接近環(huán)境空氣的溫度，進而利用水(如循環(huán)冷卻水)的冷量對其進行進一步的冷卻液化，使其變?yōu)橐簯B(tài)的高壓一號冷劑，這樣可以充分利用環(huán)境冷量，減少本發(fā)明的能耗。上述的一號冷劑液化器結構中，水是將一號冷劑完全液化的終極介質，因而一號冷劑水冷卻器352的入水量關系到一號冷劑的液化效果，如果入水量不足，則部分一號冷劑可能仍為氣態(tài)，這不符合本發(fā)明對輸入到一號冷劑預冷通道3121中的一號冷劑的要求，如果入水量過大，將造成冷卻用水的浪費。因此，一號冷劑液化子系統(tǒng)中需要設置一定的控制裝置來控制一號冷劑水冷卻器352的入水量，使其在滿足液化需求的同時，盡可能地節(jié)約用水。有鑒于此，如圖3所示，一號冷劑液化子系統(tǒng)還包括檢測一號冷劑水冷卻器352輸送到一號冷劑凝液罐36的高壓一號冷劑的溫度的一號溫度檢測器3521 ;與一號溫度檢測器3521和一號冷劑水冷卻器352分別相連、根據(jù)一號溫度檢測器3521的檢測結果來控制一號冷劑水冷卻器352的入水量的一號控制器3522。利用該控制裝置,可在輸送到一號冷劑凝液罐36的高壓一號冷劑的溫度高于其標準溫度范圍時加大一號冷劑水冷卻器352的入水量，以提高液化質量，而在輸送到一號冷劑凝液罐36的高壓一號冷劑的溫度低于其標準溫度范圍時減小一號冷劑水冷卻器352的入水量，以節(jié)約用水。上述的一號冷劑壓縮機34為離心式氣體壓縮機，其在輸入的低壓一號冷劑的流量不足時會發(fā)生喘振現(xiàn)象，這嚴重影響一號冷劑壓縮機34的工作與壽命，因此，如圖3所不，本發(fā)明中的一號冷劑液化子系統(tǒng)還包括與一號冷劑壓縮機34相連、利用空氣的冷量將一號冷劑壓縮機34輸出的高壓高溫氣態(tài)一號冷劑冷卻為常溫氣態(tài)一號冷劑的一號冷劑壓縮機防喘振空氣冷卻器41，該一號冷劑壓縮機防喘振空氣冷卻器41還與一號冷劑緩沖罐33相連，以將其得到的常溫氣態(tài)一號冷劑輸送到一號冷劑緩沖罐33?？梢?，本發(fā)明中，一號冷劑壓縮機34壓縮得到的高壓高溫氣態(tài)一號冷劑(約IOO0C )經(jīng)過一號冷劑壓縮機防喘振空氣冷卻器41的冷卻(得到的仍為氣態(tài)物質)，作為臨時的補充氣輸送到一號冷劑緩沖罐33中，提高其儲存的氣體量，進而由一號冷劑緩沖罐33將其暫存的低壓一號冷劑輸送到一號冷劑壓縮機34中進行壓縮，從而滿足一號冷劑壓縮機34對入氣量的要求，防止其發(fā)生喘振，提高其工作穩(wěn)定性和使用壽命。如圖3所示，本發(fā)明將一號冷劑壓縮機34壓縮得到的高壓高溫氣態(tài)一號冷劑利用另設的一號冷劑壓縮機防喘振空氣冷卻器41進行冷卻，而不是利用一號冷劑液化器(如圖3中的一號冷劑空氣冷卻器351和一號冷劑水冷卻器352)冷卻液化得到的一號冷劑，是因為一號冷劑壓縮機防喘振空氣冷卻器41的輸出物質為氣態(tài)，不會引入如一號冷劑液化器所得到的液態(tài)的一號冷劑，從而避免了將液態(tài)一號冷劑輸入到一號冷劑壓縮機34中而使其受到損壞的問題，保證了一號冷劑壓縮機的正常運行和使用壽命。圖3中，在低壓一號冷劑輸出管38上設有低壓一號冷劑輸出截止閥380，可控制一號冷劑冷卻通道3122輸出低壓一號冷劑的開閉和流量。在一號冷劑壓縮機34向一號冷劑壓縮機防喘振空氣冷卻器41輸送高壓高溫氣態(tài)一號冷劑的管線40上設有一號冷劑壓縮機防喘振截止閥，可控制管線40的開閉，從而控制一號冷劑壓縮機防喘振空氣冷卻器41的工作狀態(tài)，使其在一號冷劑壓縮機34的入氣量不足時才開啟工作，在入氣量足夠時不工作。如圖3所示，本發(fā)明中的二號冷劑液化子系統(tǒng)包括暫存常溫氣態(tài)的低壓二號冷劑的二號冷劑緩沖罐52 ;連接二號冷劑冷卻通道3132與二號冷劑緩沖罐52、將二號冷劑冷卻通道3132送來的低壓二號冷劑送到二號冷劑緩沖罐52的低壓二號冷劑輸出管57 ;通過管線62與二號冷劑緩沖罐52的氣相空間相連通、以將其中的低壓二號冷劑壓縮為中壓高溫氣態(tài)二號冷劑的二號冷劑一段壓縮機531 ;與二號冷劑一段壓縮機531相連、利用空氣的冷量對其送來的中壓高溫氣態(tài)二號冷劑進行冷卻的二號冷劑一段空氣冷卻器541 ;與二號冷劑一段空氣冷卻器541相連、利用水的冷量將其冷卻過的中壓高溫氣態(tài)二號冷劑進一步冷卻為中壓常溫氣態(tài)二號冷劑的二號冷劑一段水冷卻器551 ;與二號冷劑一段水冷卻器551相連，將其通過管線58送來的中壓常溫氣態(tài)二號冷劑壓縮為高壓高溫氣態(tài)二號冷劑的二號冷劑二段壓縮機532 ;與二號冷劑二段壓縮機532相連、利用空氣的冷量對其送來的高壓高溫氣態(tài)二號冷劑進行冷卻的二號冷劑二段空氣冷卻器542 ;與二號冷劑二段空氣冷卻器542相連、利用水的冷量將其進一步冷卻過的高壓高溫氣態(tài)二號冷劑冷卻為常溫氣態(tài)的高壓二號冷劑的二號冷劑二段水冷卻器552 ;連接二號冷劑二段水冷卻器552和二號冷劑預冷通道3131、以將二號冷劑二段水冷卻器552送來的高壓二號冷劑輸送到二號冷劑預冷通道3131的高壓二號冷劑輸入管56?？梢?，二號冷劑緩沖罐52中的低壓二號冷劑經(jīng)過二號冷劑一段壓縮機531、二號冷劑二段壓縮機532這兩級壓縮機的壓縮，由低壓變?yōu)楦邏海诿恳患墘嚎s機壓縮后，還分別先后用空氣冷卻器和水冷卻器對壓縮后的氣體進行冷卻，以在充分利用環(huán)境冷量、節(jié)約用水的基礎上對氣體進行降溫冷卻，最終由二號冷劑二段水冷卻器552將冷卻得到的常溫氣態(tài)的高壓二號冷劑送到二號冷劑預冷通道3131中，以進入二號冷劑對NG冷卻的新的循環(huán)過程。之所以設置兩級壓縮機，是因為對二號冷劑的壓縮比的要求很高，如果只用一級壓縮機，將因壓縮比過高而影響壓縮機的使用壽命。之所以在每級壓縮后都進行冷卻，是因為如果在最后一級壓縮后才進行冷卻，二號冷劑將因經(jīng)過如此高的壓縮比的壓縮而有過大的溫升，對冷卻器也會有很高的要求，這將提高該液化系統(tǒng)的能耗。上述的二號冷劑一段壓縮機和二號冷劑二段壓縮機均采用采用常溫進氣，壓縮機的制造材料使用普通材料即可，減小了低溫進氣必須使用低溫材料帶來的制造難度，降低了系統(tǒng)的成本投資。如圖3所示，該二號冷劑液化子系統(tǒng)還包括檢測二號冷劑一段水冷卻器551輸送到二號冷劑二段壓縮機532的中壓常溫氣態(tài)二號冷劑的溫度的二號溫度檢測器5511 ;與二號溫度檢測器5511和二號冷劑一段水冷卻器551分別相連、根據(jù)二號溫度檢測器5511的檢測結果來控制二號冷劑一段水冷卻器551的入水量的二號控制器5512 ;檢測二號冷劑二段水冷卻器552輸送到二號冷劑預冷通道3131的高壓二號冷劑的溫度的三號溫度檢測器5521 ;與三號溫度檢測器5521和二號冷劑二段水冷卻器552分別相連、根據(jù)三號溫度檢測器5521的檢測結果來控制二號冷劑二段水冷卻器552的入水量的三號控制器5522。可見，本發(fā)明還對二號冷劑一段水冷卻器551和二號冷劑二段水冷卻器552分別設置了由溫度檢測器和控制器相連的控制裝置，利用二者輸出的二號冷劑的溫度來控制各自的入水量，使輸出的二號冷劑的溫度滿足NG的液化需求。圖3中，該二號冷劑液化子系統(tǒng)還包括連接二號冷劑一段空氣冷卻器541與二號冷劑緩沖罐52、以將二號冷劑一段空氣冷卻器541冷卻得到的冷卻過的中壓高溫氣態(tài)二號冷劑(雖然稱之為“冷卻過的中壓高溫氣態(tài)二號冷劑”，但該二號冷劑此時已為中壓常溫的氣態(tài)物質)送到二號冷劑緩沖罐52的二號冷劑一段壓縮機防喘振管59及其上面所設置的二號冷劑一段壓縮機防喘振控制閥590 ;連接二號冷劑二段空氣冷卻器542與二號冷劑二段壓縮機532、以將二號冷劑二段空氣冷卻器542冷卻得到的冷卻過的高壓高溫氣態(tài)二號冷劑(雖然稱之為“冷卻過的高壓高溫氣態(tài)二號冷劑”，但該二號冷劑此時已為高壓常溫的氣態(tài)物質)送到二號冷劑二段壓縮機532的二號冷劑二段壓縮機防喘振管60及其上面所設置的二號冷劑二段壓縮機防喘振控制閥600?？梢姡景l(fā)明為二號冷劑一段壓縮機531和二號冷劑二段壓縮機532設置了防喘振裝置，分別將二號冷劑一段空氣冷卻器541冷卻得到的二號冷劑輸送到二號冷劑緩沖罐52中，將二號冷劑二段空氣冷卻器542冷卻得到的二號冷劑輸送到二號冷劑二段壓縮機532中，并通過相應管線上設置的控制閥來控制該管線的通斷，從而控制相應防喘振裝置的工作與否。圖3中，在低壓二號冷劑輸出管57設有控制二號冷劑冷卻管3132向二號冷劑緩沖罐52輸送低壓二號冷劑的通斷的截止閥570，在高壓二號冷劑輸入管56也設有控制二號冷劑二段水冷卻器552向二號冷劑預冷通道3131輸送常溫液態(tài)的高壓二號冷劑的通斷的截止閥560。另外，圖3所示的液化系統(tǒng)還包括通過管線461與LNG儲罐46的氣態(tài)空間相連通、以利用其中的蒸發(fā)氣(BOG)的冷量對(B0G壓縮機50輸出的)壓縮BOG進行降溫、并將吸收冷量而降溫后的壓縮BOG進行外輸?shù)腂OG換熱器48 ;暫存BOG換熱器48輸出的因BOG失去冷量而得到的常溫B0G(最初來自LNG儲罐46的氣相空間)的BOG緩沖罐49 ;與BOG緩沖罐49的氣相空間相連、以將其輸出的失去冷量的常溫BOG壓縮為壓縮BOG (溫度高于LNG儲罐46氣相空間中的B0G)的BOG壓縮機50 ;與BOG壓縮機50相連、利用水的冷量對其輸出的壓縮BOG進行冷卻并外輸?shù)腂OG水冷卻器51 ;其中，BOG壓縮機50與BOG換熱器48通過壓縮BOG返回管501相連，以將BOG壓縮機50壓縮得到的壓縮BOG輸送到BOG換熱器48。利用上述的結構，可利用LNG儲罐46氣相空間(由BOG構成)中BOG的冷量來對BOG壓縮機50壓縮得到的壓縮BOG進行降溫，從而得到符合一定溫度和壓力要求的壓縮B0G，其可用于燃料氣等工藝流程中。另外，由于本發(fā)明設置了換熱器48，因而輸入BOG壓縮機50的BOG為常溫氣體，實現(xiàn)了 BOG壓縮機50的常溫進氣，這樣，BOG壓縮機50的制造材料使用普通材料即可，這減小了其采用低溫進氣時必須使用低溫材料制造所帶來的制造難度，降低了系統(tǒng)的成本投資。同時，由于使壓縮BOG與來自LNG儲罐46的低溫的BOG進行換熱，本發(fā)明實現(xiàn)了冷熱量的綜合利用，進一步降低了系統(tǒng)的能耗。圖4為本發(fā)明提供的天然氣液化前處理系統(tǒng)的結構圖。如圖4所示，在NG通過NG輸入管32輸入冷箱的NG預冷通道3111之前，還可以通過一系列的裝置來對NG進行凈化處理，這些凈化處理裝置包括對輸入的NG進行脫除酸性氣體處理的脫酸塔4-1 ;與脫酸塔4-1相連、對其輸出的氣體進行脫水干燥處理的干燥器4-2 ;與干燥器4-2相連、對其輸出的氣體進行脫汞處理的汞脫除罐4-3 ;與汞脫除罐4-3相連、對其輸出的氣體進行粉塵過濾的粉塵過濾器4-4 ;其中，粉塵過濾器4-4還與圖3所示的NG輸入管32相連，以將其輸出的氣體通過NG輸入管32輸送到冷箱中的NG預冷通道3111。當然，在NG輸入管32上還有NG輸入截止閥320來控制NG的輸入。利用圖4的結構，本發(fā)明在依次將NG中的酸性氣體(如二氧化硫、二氧化碳等)、水蒸汽、汞微粒以及粉塵(如來自脫酸他4-1、干燥器4-2、汞脫除罐4-3的粉塵)脫除之后，再將其通過NG輸入管32送到NG預冷通道3111中，可防止酸性氣體、水蒸汽、汞微粒以及粉塵堵塞NG預冷通道和NG深冷通道，保證該液化系統(tǒng)的正常運行。上述的脫酸塔4-1可利用添加活性后的N-甲基二乙醇胺(MDEA)為吸收劑來去除酸性氣體，NG從胺吸收塔下部進入，自下而上在內部通過胺吸收塔，MDEA液從胺吸收塔上部進入，自上而下在內部通過胺吸收塔，這樣逆向流動的MDEA液和NG在胺吸收塔內充分接觸，NG中的酸性氣體被充分吸收，吸收了酸性氣體的MDEA液最終匯到塔底，送至胺液閃蒸塔進行酸性物質的脫除，以實現(xiàn)MDEA液的重復利用。該結構的吸收性能好，吸收效率高，工藝過程穩(wěn)定，設備和管道腐蝕程度低，運行可靠，溶劑循環(huán)量低，溶劑化學性能穩(wěn)定，不易發(fā)泡，溶劑來源廣泛，再生能耗低。上述的干燥器4-2可通過一組程控閥組與三個干燥塔連接來實現(xiàn)，其利用4A(0. 4nm)分子篩(如堿金屬硅鋁酸鹽等)來吸附脫水，可以實現(xiàn)深度、穩(wěn)定、高效脫水，且不會污染原材料。從干燥器4-2輸出的脫水的NG進入汞脫除罐4_3，從而利用吸附法脫出其中的含汞物質(汞微粒)，降低NG中的汞含量使其達標，然后再經(jīng)過粉塵過濾器4-4 (如過濾網(wǎng)、濾布等)的過濾后送至冷箱。本發(fā)明所使用的一號冷劑主要用于液化NG中的重烴組分，可用含碳量相對較高的烴類(如乙烯、丙烷、異戊烷等)來實現(xiàn)，二號冷劑用于液化NG中的重烴組分和輕烴組分，可用在低溫位具有較高冷卻效率的氮氣與含碳量較低的烴類(如甲烷、乙烷、丁烷等)的混合物來實現(xiàn)。另外，一號冷劑和二號冷劑的組成與配比還可以根據(jù)NG的組成、壓力、溫度以及液化系統(tǒng)所在地的環(huán)境溫度變化做出調整，從而獲得不同的冷卻和液化溫度，使整個工藝系統(tǒng)的能耗最低。例如，在冬季環(huán)境溫度低時，可以通過改變一號冷劑和二號冷劑的組成和配比，實現(xiàn)NG冷卻溫度進一步降低，從而合理分配一號冷劑的預冷和二號冷劑的液化這兩個制冷循環(huán)的熱負荷，維持裝置的穩(wěn)定運行，連續(xù)生產(chǎn)合格的LNG產(chǎn)品。本發(fā)明還提供了一種天然氣的液化方法，該方法基于圖3、圖4所示的液化系統(tǒng)，圖5為該方法的流程圖。如圖5所示，該方法包括步驟5-1 :—號冷劑液化子系統(tǒng)將其對常溫氣態(tài)的壓力為O. 2MPaG-0. 4MPaG的一號冷劑進行壓縮及冷卻而得到的常溫液態(tài)的壓力為2MPaG-4MPaG的一號冷劑輸送到冷箱中的一號冷劑預冷通道，并在一號冷劑預冷通道中將其冷卻為冷卻過的壓力為2MPaG-4MPaG的一號冷劑(仍為液態(tài))；二號冷劑液化子系統(tǒng)將其對常溫氣態(tài)的壓力為O. 2MPaG-0. 4MPaG的二號冷劑進行壓縮及冷卻而得到的常溫氣態(tài)的壓力為3MPaG_5MPaG的二號冷劑輸送到冷箱中的二號冷劑預冷通道，并在二號冷劑預冷通道中將其冷卻為冷卻過的壓力為3MPaG-5MPaG的二號冷劑(液態(tài))。這里，一號冷劑液化子系統(tǒng)和二號冷劑液化子系統(tǒng)分別是實現(xiàn)將一號冷劑由壓力為O. 2MPaG-0. 4MPaG溫度為20°C至50°C的氣態(tài)壓縮、冷卻為壓力為2MPaG_4MPaG溫度為20°C至50°C的液態(tài)、將二號冷劑由壓力為O. 2MPaG-0. 4MPaG溫度為20°C至50°C的氣態(tài)壓縮、冷卻為壓力為3MPaG-5MPaG溫度為23°C至50°C的氣態(tài)的系統(tǒng)，二者分別將常溫液態(tài)的壓力為2MPaG-4MpaG的一號冷劑和常溫氣態(tài)的壓力為3MPaG_5MPaG 二號冷劑輸送到冷箱中的一號冷劑預冷通道和二號冷劑預冷通道中，可使常溫液態(tài)的壓力為2MPaG-4MpaG的一號冷劑和常溫氣態(tài)的壓力為3MPaG-5MPaG 二號冷劑在步驟5_3中被壓力為O. 2MPaG_0. 4MPaG溫度為-23 °C至-75 °C的一號冷劑冷卻，在步驟5-6中被壓力為O. 2MPaG_0. 4MPaG溫度為-145°C至_165°C的二號冷劑冷卻，從而提高本發(fā)明的能量利用率。
步驟5-2 :—號冷劑預冷通道將冷卻過的高壓一號冷劑送到一號冷劑降溫子系統(tǒng)；一號冷劑降溫子系統(tǒng)將冷卻過的高壓一號冷劑降溫為壓力為O. 2MPaG-0. 4MPaG溫度為-23°C至_75°C的一號冷劑，送到冷箱中的一號冷劑冷卻通道。這里，一號冷劑降溫子系統(tǒng)是對冷卻過的壓力為2MPaG_4MpaG的一號冷劑進行降溫的子系統(tǒng)，其將降溫后得到的壓力為O. 2MPaG-0. 4MPaG溫度為_23°C至_75°C的一號冷劑送回冷箱中的一號冷劑冷卻通道，可對NG進行預冷而分離出其中的重烴組分，并冷卻一號冷劑預冷通道中的一號冷劑、二號冷劑預冷通道中的二號冷劑，從而提高本發(fā)明的能量利用率。該步驟中，一號冷劑降溫子系統(tǒng)將冷卻過的壓力為2MPaG_4MpaG的一號冷劑降溫為壓力為O. 2MPaG-0. 4MPaG溫度為_23°C至_75°C的一號冷劑的方法可以為開啟圖3中一號冷劑降溫管43上的一號冷劑節(jié)流閥430，使一號冷劑降溫管43輸送的冷卻過的壓力為2MPaG-4MPaG的一號冷劑降溫為壓力為O. 2MPaG-0. 4MPaG溫度為-23°C至_75°C的一號冷劑；其中，該步驟所述的一號冷劑降溫子系統(tǒng)包括暫存壓力為O. 2MPaG-0. 4MPaG溫度為_23°C至_75°C的一號冷劑的一號冷劑氣液分離罐(圖3中標號44所示)，以及連接一號冷劑預冷通道3121與一號冷劑氣液分離罐44的一號冷劑降溫管43?？梢姡摻禍胤椒ㄊ抢靡惶柪鋭┕?jié)流閥430的開啟，使冷卻過的壓力為2MPaG-4MPaG的一號冷劑經(jīng)歷降壓降溫過程，從而得到溫度更低的壓力為O. 2MPaG-0. 4MPaG溫度為-23°C至_75°C的一號冷劑。步驟5-3 :向冷箱中的NG預冷通道輸送NG ; —號冷劑冷卻通道中的壓力為O. 2MPaG-0. 4MPaG溫度為-23°C至-75 V的一號冷劑對NG預冷通道中的NG、一號冷劑預冷通道中的壓力為2MPaG-4MPaG的一號冷劑、二號冷劑預冷通道中的壓力為3MPaG_5MPaG的二號冷劑進行冷卻，并將失去冷量后得到的壓力為O. 2MPaG-0. 4MPaG —號冷劑(常溫氣態(tài))送到一號冷劑液化子系統(tǒng)，使其重新被壓縮及冷卻為常溫液態(tài)的壓力為2MPaG-4MPaG的一號冷劑。本發(fā)明所提供的液化系統(tǒng)中，一號冷劑冷卻通道所輸送的溫度較低的壓力為O. 2MPaG-0. 4MPaG溫度為-23 V至-75 °C的一號冷劑可同時對NG預冷通道中的NG、一號冷劑預冷通道中的壓力為2MPaG-4MPaG的一號冷劑、二號冷劑預冷通道中的壓力為3MPaG-5MPaG的二號冷劑進行冷卻，從而將NG中的重烴組分液化而與氣態(tài)的輕烴組分分離開來。壓力為O. 2MPaG-0. 4MPaG溫度為_23°C至_75°C的一號冷劑釋放冷量后變?yōu)閴毫镺. 2MPaG-0. 4MpaG的一號冷劑，一號冷劑冷卻通道可將其送到一號冷劑液化子系統(tǒng)中，使其重新被壓縮、冷卻及液化為液態(tài)的壓力為2MPaG-4MPaG的一號冷劑，從而重新返回一號冷劑預冷通道，進行對NG液化的下一個循環(huán)。本步驟中，向冷箱中的NG預冷通道輸送NG之前，還可以對待輸送的NG進行一系列的凈化處理，以防NG中的雜質對本發(fā)明提供的液化系統(tǒng)造成損壞。該凈化處理的步驟包括對NG依次進行脫除酸性氣體處理、脫水干燥處理、脫汞處理和粉塵過濾，得到不含酸性氣體、水蒸汽、汞微粒以及粉塵的NG，進而執(zhí)行本步驟，將脫除了酸性氣體、水蒸汽、汞微粒和粉塵的NG送到NG預冷通道中。步驟5-4 :NG預冷通道將其輸送的NG被冷卻得到的液態(tài)的重烴組分和氣態(tài)的輕烴組分均輸送到重烴分離罐。
由于壓力為O. 2MPaG-0. 4MPaG溫度為_23°C至_75°C的一號冷劑的冷卻液化作用，NG預冷通道中的重烴組分被液化，而輕烴組分仍為氣態(tài)，將二者輸送到重烴分離罐中，可對二者進行分離。步驟5-5 :二號冷劑預冷通道將冷卻過的壓力為3MPaG_5MPaG的二號冷劑輸送到二號冷劑降溫子系統(tǒng)；二號冷劑降溫子系統(tǒng)將冷卻過的壓力為3MPaG-5MPaG的二號冷劑降溫為壓力為O. 2MPaG-0. 4MPaG溫度為_145°C至_165°C的二號冷劑，送到冷箱中的二號冷劑冷卻通道。這里，二號冷劑降溫子系統(tǒng)是對冷卻過的壓力為3MPaG-5MPaG的二號冷劑進行降溫的子系統(tǒng)，其將降溫后得到的壓力為O. 2MPaG-0. 4MPaG溫度為_145°C至_165°C的二號冷劑送回冷箱中的二號冷劑冷卻通道，可對步驟5-4在重烴分離罐中分離出來氣態(tài)的輕烴組分進行進一步的冷卻(本發(fā)明稱為深冷)，從而使其也化為LNG。本步驟中，二號冷劑降溫子系統(tǒng)將冷卻過的壓力為3MPaG_5MPaG的二號冷劑降溫為壓力為O. 2MPaG-0. 4MPaG溫度為_145°C至_165°C的二號冷劑的方法可以為開啟圖3中二號冷劑降溫管64上的二號冷劑節(jié)流閥640，使二號冷劑降溫管64輸送的冷卻過的壓力為3MPaG-5MPaG的二號冷劑降溫為壓力為O. 2MPaG_0. 4MPaG溫度為_145°C至_165°C的二號冷劑；其中，二號冷劑降溫子系統(tǒng)包括暫存壓力為O. 2MPaG-0. 4MPaG溫度為_145°C至_165°C的二號冷劑的二號冷劑氣液分離罐63，以及連接二號冷劑預冷通道3131與二號冷劑氣液分離罐63的二號冷劑降溫管64?？梢?，二號冷劑降溫子系統(tǒng)對冷卻過的壓力為3MPaG_5MPaG的二號冷劑的降溫，是通過開啟二號冷劑降溫管64上的二號冷劑節(jié)流閥640來實現(xiàn)的，其原理為二號冷劑節(jié)流閥640的開啟使二號冷劑經(jīng)歷了降壓降溫過程。步驟5-6 :將重烴分離罐的氣相空間中的氣態(tài)的輕烴組分送到冷箱中的NG深冷通道；二號冷劑冷卻通道中的壓力為O. 2MPaG-0. 4MPaG溫度為_145°C至_165°C的二號冷劑對NG預冷通道中的NG、NG深冷通道中氣態(tài)的輕烴組分、一號冷劑預冷通道中的壓力為2MPaG-4MPaG的一號冷劑、二號冷劑預冷通道中的壓力為3MPaG_5MPaG的二號冷劑進行冷卻，并將失去冷量后得到的常溫氣態(tài)的壓力為O. 2MPaG-0. 4MPaG的二號冷劑送到二號冷劑液化子系統(tǒng)，使其重新被壓縮和冷卻為常溫氣態(tài)的壓力為3MPaG-5MPaG的二號冷劑。本步驟是利用壓力為O. 2MPaG-0. 4MPaG溫度為_145°C至_165°C的二號冷劑的冷量實現(xiàn)對NG中氣態(tài)的輕烴組分的液化步驟。該步驟中，由于壓力為O. 2MPaG-0. 4MPaG溫度為_145°C至_165°C的二號冷劑的溫度很低，因而可對溫度較高的NG預冷通道中的NG、NG深冷通道中氣態(tài)的輕烴組分、一號冷劑預冷通道中的壓力為2MPaG-4MPaG的一號冷劑、二號冷劑預冷通道中的壓力為3MPaG-5MPaG的二號冷劑進行冷卻，從而提高本發(fā)明的能量利用率。壓力為O. 2MPaG-0. 4MPaG溫度為_145°C至_165°C的二號冷劑因失去冷量會變?yōu)閴毫镺. 2MPaG-0. 4MPaG溫度為常溫的二號冷劑，被二號冷劑冷卻通道送到二號冷劑液化子系統(tǒng)中進行壓縮和冷卻，重新變?yōu)闅鈶B(tài)的壓力為3MPaG-5MPaG的常溫二號冷劑返回冷箱，從而進行NG液化的下一個循環(huán)。步驟5-7 :NG深冷通道將其輸送的氣態(tài)的輕烴組分被冷卻得到的液態(tài)的輕烴組分輸送到LNG儲罐進行儲存。
步驟5-6將NG中的輕烴組分液化為LNG，本步驟將其送到LNG儲罐中進行儲存，以便在有外部需求時將其輸出。以下為本發(fā)明提出的液化系統(tǒng)所采用的一號冷劑和二號冷劑的組成和配比的實施例，該實施例用于說明本發(fā)明所提供的液化系統(tǒng)和液化方法，但并不用于限制本發(fā)明的保護范圍一號冷劑主要用于液化NG中的重烴組分，可用含碳量相對較高的烴類或其組合來實現(xiàn)，這些烴類包括乙烯或乙烷、丙烷、異丁烷、異戊烷等。一號冷劑的一個較佳組合實施例為乙烷、丙烷和異丁烷的組合，其對重烴的冷卻效果最好而且液化后得到的重烴不會在重烴分離罐底部沉積，該一號冷劑實施例的體積百分配比的一個實施例為乙烷占35% -45%，丙烷占 50% -60%，異丁烷占 0_2%。二號冷劑用于液化NG中的重烴組分和輕烴組分，可使用在低溫位具有較高冷卻效率的氮氣與含碳量較低的烴類的組合來實現(xiàn)，這些烴類包括甲烷、乙烷、丁烷等。二號冷劑的一個較佳組合實施例為氮氣、甲烷、乙烷或乙烯、以及丙烷的組合，其對NG的冷卻效果最好，該二號冷劑的體積百分配比的一個實施例為氮氣占0-6%，甲烷占40% -55%，乙烷占 30% -45%，丙烷占 10% -20%。由于一號冷劑和二號冷劑均為多種烴類或烴類與氮的混合冷劑，壓縮壓力越高，其本身更易被冷卻和液化，并且在節(jié)流降壓后溫度降低的更多，這樣也就更有利于提供冷量。然而，壓縮壓力的提高必然導致壓縮機做功的增多，造成整體能耗的增大，這不一定有利于整個液化流程的能耗與產(chǎn)出的消耗比。因此，本發(fā)明對一號冷劑和二號冷劑的液化子系統(tǒng)中的壓縮機具有一定的要求，其較佳實施例如下一號冷劑壓縮機的入口壓力為O. 2MPaG-0. 4MPaG,出口壓力為2MPaG_4MpaG ; 二號冷劑壓縮機的入口壓力為O. 2MPaG-0. 4MPaG，出口壓力為3MPaG_5MPaG。在該實施例中，整個液化流程的壓縮機能耗與LNG產(chǎn)出的消耗比可達到最低。
權利要求
1.一種天然氣的液化系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括:冷箱(310)、NG輸入管(32)、一號冷劑液化子系統(tǒng)、二號冷劑液化子系統(tǒng)、重烴分離罐(45)和LNG儲罐(46)； 冷箱(310)包括:NG預冷通道(3111)、NG深冷通道(3112)、一號冷劑預冷通道(3121)、二號冷劑預冷通道(3131)、一號冷劑冷卻通道(3122)和二號冷劑冷卻通道(3132)； NG預冷通道(3111)輸入端通過閥(320)與NG輸入管(32)相連，NG預冷通道(3111)輸出端通過管線(451)與重烴分離罐(45)連接；NG深冷通道(3112)輸入端通過氣相管線(452)與重烴分離罐(45)連接；NG深冷通道(3112)輸出端通過管線(47)、與LNG儲罐(46)連接；一號冷劑預冷通道(3121)輸入端通過高壓一號冷劑輸入管(37)、閥(370)與一號冷劑儲罐(39)連接；一號冷劑預冷通道(3121)輸出端通過管線(43)、一號冷劑節(jié)流閥(430)與一號冷劑氣液分離罐(44)連接；一號冷劑冷卻通道(3122)輸入端通過一號冷劑氣態(tài)輸入管(441)和一號冷劑液態(tài)輸入管(442)與一號冷劑氣液分離罐(44)連接；一號冷劑冷卻通道(3122)輸出端通過低壓一號冷劑輸出管(38)、低壓一號冷劑輸出截止閥(380)與一號冷劑緩沖罐(33)連接；二號冷劑預冷通道(3131)輸入端通過高壓二號冷劑輸入管(56)、截止閥(560)與二號冷劑二段水冷卻器(552)連接；二號冷劑預冷通道(3131)輸出端通過管線(64)、閥(640)與二號冷劑氣液分離罐(63)連接；二號冷劑冷卻通道(3132)輸出端通過低壓二號冷劑輸出管(57)、截止閥(570)與二號冷劑緩沖罐(52)連接；二號冷劑冷卻通道(3132)輸入端通過管線(631)和管線(632)與二號冷劑氣液分離罐(63)連接； 一號冷劑液化子系統(tǒng)包括:一號冷劑氣液分離罐(44)、一號冷劑緩沖罐(33)、一號冷劑壓縮機(34)、一號 冷劑空氣冷卻器(351)、一號冷劑水冷卻器(352)、一號冷劑凝液罐(36)、一號冷劑儲罐(39)、一號冷劑加熱器(330)、一號冷劑壓縮機防喘振空氣冷卻器(41);一號冷劑緩沖罐(33)、一號冷劑壓縮機(34)、一號冷劑空氣冷卻器(351)、一號冷劑水冷卻器(352)、一號冷劑凝液罐(36)和一號冷劑儲罐(39)依次連接，一號冷劑加熱器(330)與一號冷劑緩沖罐(33)連接；一號冷劑壓縮機防喘振空氣冷卻器(41)通過輸送高壓高溫氣態(tài)一號冷劑的管線(40)和其上的一號冷劑壓縮機防喘振截止閥(400)與一號冷劑壓縮機(34)連接；一號冷劑水冷卻器(352)設置有一號控制器3522和溫度測量儀(3521)； 二號冷劑液化子系統(tǒng)包括:二號冷劑緩沖罐(52)、二號冷劑一段壓縮機(531)、二號冷劑一段空氣冷卻器(541)、二號冷劑一段水冷卻器(551)、二號冷劑二段水冷卻器(552)、二號冷劑二段壓縮機(532)、二號冷劑二段空氣冷卻器(542)和二號冷劑二段壓縮機(532)；二號冷劑二段水冷卻器(552)、二號冷劑二段空氣冷卻器(542)、二號冷劑二段壓縮機(532)依次連接；二號冷劑緩沖罐(52)通過管線￠2)與二號冷劑一段壓縮機(531)連接后依次連接二號冷劑一段空氣冷卻器(541)、二號冷劑一段水冷卻器(551) ;二號冷劑一段水冷卻器(551)通過管線(58)依次連接二號冷劑二段壓縮機(532)、二號冷劑二段空氣冷卻器(542)和二號冷劑二段水冷卻器(552) ;二號冷劑一段水冷卻器(551)和二號冷劑二段水冷卻器(552)分別裝有二號溫度測量儀(5511)、三號溫度測量儀(5521)、二號控制器(5512)、三號控制器(5522) ;二號冷劑一段壓縮機(531)設有二號冷劑一段壓縮機防喘振管(59)，及上面設置的二號冷劑一段壓縮機防喘振控制閥(590) ;二號冷劑二段壓縮機(532)設置有二號冷劑二段壓縮機防喘振管￠0)及其上面設置的二號冷劑二段壓縮機防喘振控制閥(600)；LNG儲罐(46)通過管線(461)與換熱器(48)連接；換熱器(48)依次與BOG緩沖罐(49),BOG壓縮機(50) ,BOG水冷卻器(51)連接；B0G壓縮機(50)與BOG換熱器(48)通過壓縮BOG返回管(501)相連；換熱器(48)通過連接管(481)與外輸BOG系統(tǒng)連接； 脫酸塔(4-1)、干燥器(4-2)、汞脫除罐(4-3)、粉塵過濾器(4-4)依次連接后與NG輸入管(32)相連。
2.根據(jù)權利要求1所述的天然氣的液化系統(tǒng)，其特征在于，NG預冷通道(3111)、NG深冷通道(3112)、一號冷劑預冷通道(3121)、二號冷劑預冷通道(3131)、一號冷劑冷卻通道(3122)、二號冷劑冷卻通道(3132)均為翅片、導流片、隔板與封條組成的兩端開口的流體的輸送通道，其結構為兩塊隔板中間放置一層翅片，翅片的前后放置導流片，翅片和導流片的左右兩側放置封條，多個這樣的通道構成冷箱(310)，翅片的形狀為褶皺的形式。
3.根據(jù)權利要求1所述的天然氣的液化系統(tǒng)，其特征在于，所述NG預冷通道、NG深冷通道、一號冷劑預冷通道、一號冷劑冷卻通道、二號冷劑預冷通道、二號冷劑冷卻通道、一號冷劑降溫子系統(tǒng)和二號冷劑降溫子系統(tǒng)均位于所述的冷箱(310)的外殼內部； 所述外殼與NG預冷通道、NG深冷通道、一號冷劑預冷通道、一號冷劑冷卻通道、二號冷齊_冷通道、二號冷劑冷卻通道、一號冷劑降溫子系統(tǒng)、二號冷劑降溫子系統(tǒng)之間的空間填充有絕熱材料。
4.根據(jù)權利要求3所述的天然氣的液化系統(tǒng)，其特征在于，所述外殼上裝有呼吸閥；所述呼吸閥的內部填充用于吸水 的吸附劑。
5.一種天然氣的液化方法，該方法基于權利要求1所述的液化系統(tǒng)；其特征在于，該方法包括: 步驟1:一號冷劑液化子系統(tǒng)將其對氣態(tài)的壓力為0.2MPaG-0.4MPaG的一號冷劑進行壓縮及冷卻而得到的液態(tài)的壓力為2MPaG-4MPaG的一號冷劑輸送到所述冷箱中的一號冷劑預冷通道，并在所述一號冷劑預冷通道中將其冷卻為冷卻過的壓力為2MPaG-4MPaG的一號冷劑；二號冷劑液化子系統(tǒng)將其對氣態(tài)的0.2MPaG-0.4MPaG的二號冷劑進行壓縮及冷卻而得到的氣態(tài)的壓力為3MPaG-5MPaG的二號冷劑輸送到所述冷箱中的二號冷劑預冷通道，并在所述二號冷劑預冷通道中將其冷卻為冷卻過的壓力為3MPaG-5MPaG的二號冷劑； 步驟2:—號冷劑預冷通道將所述冷卻過的壓力為2MPaG-4MPaG的一號冷劑送到一號冷劑降溫子系統(tǒng)；所述一號冷劑降溫子系統(tǒng)將所述冷卻過的壓力為2MPaG-4MPaG的一號冷劑降溫為壓力為0.2MPaG-0.4MPaG溫度為_23°C至_75°C的一號冷劑，送到所述冷箱中的一號冷劑冷卻通道； 步驟3:向冷箱中的NG預冷通道輸送NG;—號冷劑冷卻通道中的所述壓力為.0.2MPaG-0.4MPaG溫度為_20°C至_70°C的一號冷劑對所述NG預冷通道中的NG、所述一號冷劑預冷通道中的壓力為2MPaG-4MPaG的一號冷劑、所述二號冷劑預冷通道中的壓力為.3MPaG-5MPaG的二號冷劑進行冷卻，并將失去冷量后得到的所述壓力為0.2MPaG_0.4MPaG的一號冷劑送到所述一號冷劑液化子系統(tǒng)，使其重新被壓縮及冷卻為所述壓力為.2MPaG-4MPaG 的一號冷劑； 步驟4:所述NG預冷通道將其輸送的NG被冷卻得到的液態(tài)的重烴組分和氣態(tài)的輕烴組分均輸送到重烴分離罐； 步驟5:所述二號冷劑預冷通道將所述冷卻過的壓力為3MPaG-5MPaG的二號冷劑輸送到所述二號冷劑降溫子系統(tǒng)；所述二號冷劑降溫子系統(tǒng)將所述冷卻過的壓力為3MPaG-5MPaG的二號冷劑降溫為壓力為0.2MPaG_0.4MPaG溫度為_140°C至_160°C的二號冷齊U，送到所述冷箱中的二號冷劑冷卻通道； 步驟6:將所述重烴分離罐的氣相空間中的氣態(tài)的輕烴組分送到所述冷箱中的NG深冷通道；所述二號冷劑冷卻通道中的所述壓力為0.2MPaG-0.4MPaG溫度為_140°C至_160°C的二號冷劑對所述NG預冷通道中的NG、所述NG深冷通道中氣態(tài)的輕烴組分、所述一號冷劑預冷通道中的壓力為2MPaG-4MPaG的一號冷劑、所述二號冷劑預冷通道中的壓力為3MPaG-5MPaG的二號冷劑進行冷卻，并將失去冷量后得到的所述壓力為`0.2MPaG_0.4MPaG的二號冷劑送到所述二號冷劑液化子系統(tǒng)，使其重新被壓縮及冷卻為所述壓力為3MPaG-5MPaG 的二號冷劑；` 步驟7:所述NG深冷通道將其輸送的氣態(tài)的輕烴組分被冷卻得到的液態(tài)的輕烴組分輸送到LNG儲罐進行儲存； 所述步驟2中，所述一號冷劑降溫子系統(tǒng)將所述冷卻過的壓力為2MPaG-4MPaG的一號冷劑降溫為壓力為0.2MPaG-0.4MPaG溫度為-23°C至_75°C的一號冷劑的方法為:開啟一號冷劑降溫管上的一號冷劑節(jié)流閥，使所述一號冷劑降溫管輸送的所述冷卻過的壓力為2MPaG-4MPaG的一號冷劑降溫為壓力為0.2MPaG-0.4MPaG溫度為-23°C至-75 V的一號冷劑； 在所述步驟3中，向冷箱中的NG預冷通道輸送NG之前，對NG依次進行脫除酸性氣體處理、脫水干燥處理、脫汞處理和粉塵過濾，得到不含酸性氣體、水蒸汽、汞微粒以及粉塵的NG ； 所述步驟5中，所述二號冷劑降溫子系統(tǒng)將所述冷卻過的壓力為3MPaG-5MPaG的二號冷劑降溫為壓力為0.2MPaG-0.4MPaG溫度為-145°C至_165°C的二號冷劑的方法為:開啟二號冷劑降溫管上的二號冷劑`節(jié)流閥，使所述二號冷劑降溫管輸送的所述冷卻過的壓力為3MPaG-5MPaG的二號冷劑降溫為壓力為0.2MPaG_0.4MPaG溫度為_145°C至_165°C的二號冷劑。
6.根據(jù)權利要求5所述的天然氣的液化方法，其特征在于，一號冷劑為乙烷或乙烯、丙燒和異丁燒的組合，體積百分配比為:乙燒或乙稀占35 % -45 %，丙燒占余量，異丁燒占0-2%。
7.根據(jù)權利要求5所述的天然氣的液化方法，其特征在于，二號冷劑為氮氣、甲烷、乙烷和丙烷的組合體積百分配比為:氮氣占0-6%，甲烷占余量，乙烷或乙烯占30%-45%，丙烷占 10% -20%。
8.根據(jù)權利要求5所述的天然氣的液化方法，其特征在于，一號冷劑壓縮機的入口壓力為0.2MPaG-0.4MPaG,出口壓力為2MPaG_4MPaG ; 二號冷劑壓縮機的入口壓力為0.2MPaG-0.4MPaG,出口 壓力為 3MPaG_5MPaG。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種天然氣的液化系統(tǒng)和液化方法。該系統(tǒng)包括冷箱；向冷箱輸送NG的輸入管；一、二號冷劑液化子系統(tǒng)；一、二號冷劑降溫子系統(tǒng)；對液態(tài)重烴和氣態(tài)輕烴進行氣液分離的重烴分離罐；儲存液化得到的LNG的LNG儲罐；冷箱包括與重烴分離罐相連、用于輸送NG的NG預冷通道；與LNG儲罐相連、輸送氣態(tài)輕烴的NG深冷通道；分別輸送一、二號冷劑液化子系統(tǒng)送來的高壓一、二號冷劑、在其冷卻后分別送到一、二號冷劑降溫子系統(tǒng)的一、二號冷劑預冷通道；分別輸送一、二號冷劑降溫子系統(tǒng)送來的低溫一、二號冷劑以冷卻NG及溫度較高的一、二號冷劑的一、二號冷劑冷卻通道。本發(fā)明能降低系統(tǒng)的復雜度和能耗。
文檔編號F25J1/02GK103075868SQ20111032670
公開日2013年5月1日 申請日期2011年10月25日 優(yōu)先權日2011年10月25日
發(fā)明者李卓燕, 白改玲, 王紅, 宋媛玲 申請人:中國石油天然氣股份有限公司, 中國寰球工程公司