專利名稱：一種混合冷劑制冷制備液化天然氣的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種混合冷劑制冷制備液化天然氣的裝置，尤其涉及一種用于調(diào)峰的混合冷劑制冷制備液化天然氣的裝置，屬于天然氣的液化技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
天然氣由于其環(huán)保性而成為取代其他燃氣的最佳能源，其應(yīng)用領(lǐng)域已逐漸擴大到發(fā)電、汽車用氣、工業(yè)用氣、化工用氣及城市居民用氣等各個方面。作為天然氣下游主要用戶之一的城市燃氣用戶，其用氣負荷隨時段、季節(jié)、氣候等諸多因素影響，波動量非常大，因此，很多天然氣運營企業(yè)都面臨著氣源“調(diào)峰”的壓力，即必須投巨資建設(shè)一些調(diào)峰設(shè)施，如地下儲氣庫、高壓儲罐、高壓輸配管網(wǎng)、液化天然氣調(diào)峰廠等，以此來滿足用戶高峰期的用氣需要。建造這些不同類型的調(diào)峰裝置一方面是為了調(diào)峰，另一方面是為了供給管道未鋪設(shè)地區(qū)的天然氣用戶。上述幾種天然氣調(diào)峰方式中以建設(shè)儲氣庫投資費用最低，高壓儲罐和高壓管線儲氣費用最高。修建地下儲氣庫需要有良好的地質(zhì)條件，而且儲氣時要將天然氣壓縮到約20Mpa儲存，需要耗費大量的能量來壓縮天然氣。因此，在不具備建設(shè)地下儲氣庫的地區(qū)，一般采用將天然氣液化成LNG來儲氣調(diào)峰。目前，調(diào)峰型 天然氣液化技術(shù)一般利用天然氣管道的壓力能，或者采用天然氣液化裝置。但利用天然氣管道的壓力能建立在管道壓力高，實際使用壓力低的基礎(chǔ)上，即有壓力能可以利用的場合，并且該流程液化率低，一般在7% -15%左右。采用天然氣液化裝置的液化工藝相比較利用天然氣管道的壓力能的液化工藝成熟許多。迄今為止，天然氣液化裝置技術(shù)領(lǐng)域中成熟的液化工藝有:膨脹制冷工藝、階式制冷工藝和混合冷劑制冷工藝。其中，膨脹制冷工藝雖然能夠較迅速和簡單地啟動和停工，但是功耗大且液化率低。階式制冷工藝和混合冷劑制冷工藝效率高，但階式制冷工藝存在以下缺點:流程復雜、機組多、各制冷循環(huán)系統(tǒng)不允許相互滲漏，管線及控制系統(tǒng)復雜，對制冷劑的純度要求高等?；旌侠鋭┲评涔に囃A式制冷工藝相比，具有流程簡單、機組少、投資費用低、對制冷劑的純度要求不高等優(yōu)點。目前，中小規(guī)模的液化天然氣生產(chǎn)企業(yè)的天然氣量為每天幾萬方到二十萬方，其通常采用單級混合冷劑液化天然氣制冷工藝。單級混合冷劑液化天然氣制冷工藝操作簡單、設(shè)備要求低、投資小，但在生產(chǎn)過程中，液化天然氣溫度較高，耗能較大，生產(chǎn)成本較高。目前，隨著經(jīng)濟的發(fā)展，以及對能源的過度消耗，能源已日益緊張，降低制備液化天然氣的能源消耗，具有重要的經(jīng)濟和社會意義。因此，研發(fā)出一種設(shè)備少、流程簡單、投資少，耗能低的混合冷劑制冷制備液化天然氣的裝置，仍是本領(lǐng)域亟待解決的問題之一。

實用新型內(nèi)容為解決上述技術(shù)問題，本實用新型的目的在于提供一種混合冷劑制冷制備液化天然氣的裝置。該裝置具有液化率高、設(shè)備少、操作簡單、能耗低的優(yōu)點，是一種用于調(diào)峰并能夠?qū)μ烊粴馍疃纫夯评涞难b置。[0008]為達到上述目的，本實用新型提供一種混合冷劑制冷制備液化天然氣的裝置，其特征在于，該裝置包括:第一換熱器、第二換熱器、第三換熱器、第一分離器、第二分離器、第三分離器、壓縮系統(tǒng)、第一混合器及第二混合器；其中，所述第一換熱器與第二換熱器分別包括第一流路、第二流路、第三流路與第四流路，所述第三換熱器包括第一流路、第二流路與第三流路；所述第一分離器與第二分離器分別包括氣體輸出口，液體出口 ；所述第一換熱器的第三流路通過管線與所述壓縮系統(tǒng)連接，所述壓縮系統(tǒng)通過管線與所述第一分離器連接；所述第一分離器的氣體輸出口通過管線與所述第一換熱器的第一流路連接，所述第一換熱器的第一流路通過管線連接于所述第二分離器；所述第一分離器的液體輸出口通過管線與所述第一換熱器的第二流路連接，所述第一換熱器的第二流路通過管線連接于所述第一混合器；所述第二分離器的氣體輸出口通過管線連接于所述第二換熱器的第一流路，所述第二換熱器的第一流路通過管線連接于所述第三換熱器的第一流路，所述第三換熱器的第一流路通過所述第三換熱器外的管線連接于所述第三換熱器的第二流路，所述第三換熱器的第二流路通過管線連接于所述第二混合器；所述第二分離器的液體出口通過管線連接于所述第二換熱器的第二流路，所述第二換熱器的第二流路通過管線連接于所述第二混合器；
所述第二混合器通過管線連接于所述第二換熱器的第三流路，所述第二換熱器的第三流路通過管線連接于所述第一混合器；所述第一混合器通過管線與所述第一換熱器的第三流路連接；所述第一換熱器的第四流路通過管線連接于所述第二換熱器的第四流路，所述第
二換熱器的第四流路通過管線連接于所述第三換熱器的第三流路，所述第三換熱器的第三流路通過管線連接于所述第三分離器。在上述裝置中，優(yōu)選地，所述壓縮系統(tǒng)包括第一壓縮機、第二壓縮機與冷卻器；所述第一壓縮機通過管線與所述第二壓縮機連接，所述第二壓縮機通過管線與所述冷卻器連接。在上述裝置中，優(yōu)選地，所述第三換熱器的第三流路與所述第三分離器連接的管線上設(shè)置有第一節(jié)流閥。在上述裝置中，優(yōu)選地，所述第三換熱器的第一流路與所述第三換熱器的第二流路連接的管線上設(shè)置有第二節(jié)流閥。在上述裝置中，優(yōu)選地，所述第一換熱器的第二流路與所述第一混合器連接的管線上設(shè)置有第三節(jié)流閥。在上述裝置中，優(yōu)選地，所述第二換熱器的第二流路與所述第二混合器連接的管線上設(shè)置有第四節(jié)流閥。采用本實用新型的裝置進行液化天然氣的制備的方法可以包括以下步驟:混合冷劑依次經(jīng)過第一壓縮機、第二壓縮機及冷卻器后，進入第一分離器進行分離；從第一分離器出來的氣體進入第一換熱器的第一流路進行換熱后，再進入第二分離器；從第一分離器出來的液體進入第一換熱器的第二流路進行換熱后，再經(jīng)過節(jié)流，形成第一冷卻混合冷劑；從第二分離器分離出的氣體進入第二換熱器的第一流路進行換熱后，進入第三換熱器的第一流路進行換熱后，再經(jīng)過節(jié)流，然后進入第三換熱器的第二流路進行換熱后，形成第三冷卻混合冷劑；從第二分離器出來的液體進入第二換熱器的第二流路進行換熱后，再經(jīng)過節(jié)流，形成第二冷卻混合冷劑；所述第二冷卻混合冷劑與所述第三冷卻混合冷劑經(jīng)第二混合器混合后，進入第二換熱器的第三流路進行換熱后，形成第四冷卻混合冷劑；所述第四冷卻混合冷劑與所述第一冷卻混合冷劑進入第一混合器混合后，進入第一換熱器的第三流路進行換熱后，進入下一個循環(huán)；原料天然氣依次進入第一換熱器的第四流路，第二換熱器的第四流路、第三換熱器的第三流路，然后經(jīng)過節(jié)流后進入第三分離器，氣液分離后得到液化天然氣。在上述方法中，優(yōu)選地，所述混合冷劑進入第一壓縮機壓縮至溫度為30_35°C，壓力為0.8-0.85MPa ;再進入第二壓縮機壓縮至溫度為110_115°C，壓力為2.0-2.5MPa，然后進入冷卻器冷卻至溫度為-30至-35°C。在上述方法中，優(yōu)選地，從第一分離器出來的氣體進入第一換熱器的第一流路換熱至溫度為-85至-90°C ;從第一分離器出來的液體進入第一換熱器的第二流路換熱至溫度為-85至-90°C。在上述方法中，優(yōu)選地，從第二分離器分離出的氣體進入第二換熱器的第一流路換熱至溫度為-110至-11·5°C，進入第三換熱器的第一流路換熱至溫度為-140至-150°c ；從第二分離器出來的液體進入第二換熱器的第二流路換熱至溫度為-110至_115°C。在上述方法中，優(yōu)選地，所述第一冷卻混合冷劑的溫度為-95至_100°C，壓力為
0.25-0.3Mpa ;所述第二冷卻混合冷劑的溫度為-135至_140°C，壓力為0.25-0.3Mpa ;所述第三冷卻混合冷劑的溫度為-110至-115°c，壓力為0.25-0.3Mpa ;所述第四冷卻混合冷劑的溫度為-90至_100°C，壓力為0.25-0.3MPa。在上述方法中，優(yōu)選地，所得到的液化天然氣的溫度為-155至-160°C，壓力為0-0.15MPa。在上述方法中，優(yōu)選地，所述混合冷劑為經(jīng)過預冷的混合冷劑，其溫度為-40至-45°C，壓力為0.25-0.3MPa。預冷所述混合冷劑的方法及裝置可以采用本領(lǐng)域一般技術(shù)人員所公知的方法和裝置進行，在此不再贅述。在上述方法中，優(yōu)選地，以所述混合冷劑的總摩爾量計，所述混合冷劑包括甲烷40% -45%、乙烷 30% -35%、丙烷 15% -20% 以及氮氣 0_5%。在上述方法中，優(yōu)選地，所述混合冷劑可部分或全部從所述原料天然氣中提取與補充。該提取與補充的方法為:首先，分別測定出原料天然氣中的甲烷、乙烷、丙烷及氮氣的含量，然后根據(jù)原料天然氣中所述組分的摩爾分數(shù)計算出所需要提取或補充的混合冷劑中各組分的量，具體的提取與補充混合冷劑的方法為本領(lǐng)域的常用技術(shù)手段，因此不再敖述。本實用新型提供了一種混合冷劑制冷制備液化天然氣的裝置。該裝置具有液化率高、設(shè)備少、操作簡單、投資少、費用低、能耗低的優(yōu)點，具有廣闊的市場前景。采用該裝置進行液化天然氣的方法可以利用C1-C3的烴類和N2為工質(zhì)的混合冷劑，進行逐級冷凝、蒸發(fā)、節(jié)流和膨脹最終得到不同溫度水平的制冷量，從而達到逐步冷卻和液化天然氣的目的，采用三級制冷循環(huán)，有效減少了混合冷劑的流失，最終減少了裝置的能耗。經(jīng)測算，運用本實用新型的混合冷劑制冷制備液化天然氣的裝置使得原料天然氣液化成LNG，最終壓力達到0-0.15MPa，制冷溫度最終能達到-150至_160°C，天然氣液化率達到70%左右，完全滿足天然氣調(diào)峰使用?？傊緦嵱眯滦偷幕旌侠鋭┲评渲苽湟夯烊粴獾难b置是一種用于調(diào)峰并能夠?qū)μ烊粴馍疃纫夯评涞难b置。

圖1為實施例1的混合冷劑制冷制備液化天然氣的裝置示意圖。主要組件符號說明:第四節(jié)流閥I第二混合器2第一換熱器3第二換熱器4第三換熱器5第一節(jié)流閥6第三分離器7第一壓縮機8第二壓縮機9冷卻器10第一分離器11第三節(jié)流閥12第一混合器13第二節(jié)流閥14第二分離器1具體實施方式
實施例1 本實施例提供一種混合冷劑制冷制備液化天然氣的裝置，如圖1所示，其包括:第一換熱器3、第二換熱器4、第三換熱器5、第一分離器11、第二分離器15、第三分離器7、壓縮系統(tǒng)、第一混合器13及第二混合器2 ；其中，所述壓縮系統(tǒng)包括第一壓縮機8、第二壓縮機9與冷卻器10 ;所述第一換熱器3與第二換熱器4分別包括第一流路、第二流路、第三流路與第四流路(圖1中自上而下依次為第一流路、第二流路、第三流路與第四流路)，所述第三換熱器5包括第一流路、第二流路與第三流路(圖1中自上而下依次為第一流路、第二流路與第三流路)；所述第一分離器3與第二分離器4分別包括氣體輸出口，與液體輸出口 ；所述第一換熱器3的第三流路通過管線與所述第一壓縮機8連接，所述第一壓縮機8通過管線與所述第二壓縮機9連接，所述第二壓縮機9通過管線與所述冷卻器10連接；所述冷卻器10通過管線與所述第一分離器11連接；所述第一分離器11的氣體輸出口通過管線與所述第一換熱器3的第一流路連接，所述第一換熱器3的第一流路通過管線連接于所述第二分離器4 ；所述第一分離器11的液體輸出口通過管線與所述第一換熱器3的第二流路連接，所述第一換熱器3的第二流路通過管線連接于所述第一混合器13，并在該管線上設(shè)置有第三節(jié)流閥12 ；所述第二分離器15的氣體輸出口通過管線連接于所述第二換熱器4的第一流路，所述第二換熱器4的第一流路通過管線連接于所述第三換熱器5的第一流路，所述第三換熱器5的第一流路通過所述第三換熱器5外的管線連接于所述第三換熱器5的第二流路，并在該管線上設(shè)置第二節(jié)流閥14，所述第三換熱器5的第二流路通過管線連接于所述第二混合器2 ；[0051]所述第二分離器15的液體輸出口通過管線連接于所述第二換熱器4的第二流路，所述第二換熱器4的第二流路通過管線連接于所述第二混合器2，并于該管線上設(shè)置有第四節(jié)流閥I ;所述第二混合器2通過管線連接于所述第二換熱器4的第三流路，所述第二換熱器4的第三流路通過管線連接于所述第一混合器13 ；所述第一混合器13通過管線與所述第一換熱器3的第三流路連接；所述第一換熱器3的第四流路通過管線連接于所述第二換熱器4的第四流路，所述第二換熱器4的第四流路通過管線連接于所述第三換熱器5的第三流路，所述第三換熱器5的第三流路通過管線連接于所述第三分離器7，并于該管線上設(shè)置第一節(jié)流閥6。采用本實施例的裝置進行液化天然氣的制備的方法包括以下步驟:使預冷為溫度-40.32°C、壓力為0.26MPa的混合冷劑進入第一壓縮機8壓縮至溫度32.74°C、壓力0.8IMPa ;再進入第二壓縮機9壓縮至溫度114.58°C、壓力2.5MPa，然后進入冷卻器9經(jīng)冷卻至溫度_35°C，再進入第一分離器11進行分離；從第一分離器11出來的氣體進入第一換熱器3的第一流路換熱至溫度為_87°C，再進入第二分離器15 ；從第一分離器11出來的液體進入第一換熱器3的第二流路換熱至溫度為_87°C，再經(jīng)過第三節(jié)流閥12節(jié)流，形成溫度為-99.87°C、壓力為0.26Mpa的第一冷卻混合冷劑；從第二分離器15分離出的氣體進入第二換熱器4的第一流路換熱至溫度為-110°C，然后進入第三換熱器5的第一流路換熱至溫度為-148°C，再經(jīng)過第二節(jié)流閥14節(jié)流至溫度為-162.32°C、壓力為 0.26MPa，然后進入第三換熱器5的第二流路進行換熱后，形成溫度為-110.9°C、壓力為0.26Mpa的第三冷卻混合冷劑；從第二分離器15出來的液體進入第二換熱器4的第二流路換熱至溫度為-113.6°C，再經(jīng)過第四節(jié)流閥I節(jié)流，形成溫度為-137.9°C、壓力為0.26Mpa的第二冷卻混合冷劑；所述第二冷卻混合冷劑與所述第三冷卻混合冷劑經(jīng)第二混合器2混合至溫度為-134.1 °C、壓力為0.26MPa，進入第二換熱器4的第三流路進行換熱后，形成溫度為-95.81°C、壓力為0.26MPa的第四冷卻混合冷劑，所述第四冷卻混合冷劑與所述第一冷卻混合冷劑進入第一混合器13混合后，進入第一換熱器3的第三流路進行換熱后，進入下一個循環(huán)；溫度-30°C、壓力5.0Mpa的原料天然氣首先進入第一換熱器3的第四流路冷卻至-87°C，再進入第二換熱器4的第四流路冷卻至-113.6°C、然后進入第三換熱器5的第三流路冷卻至_148°C，經(jīng)過第一節(jié)流閥6節(jié)流至溫度為-155.17°C、壓力為0.15MPa，最后進入第三分離器7，部分燃料氣分離出后，最終獲得溫度為-155.17°C、壓力為0.15MPa的液化天然氣，可被外輸至液化天然氣儲罐。在本實施例的混合冷劑制冷制備液化天然氣的方法中，以所述原料天然氣的總摩爾量計，所述原料天然氣的組分如表I所示；以所述混合冷劑的總摩爾量計，所述混合冷劑的組分如表2所示。表I原料天然氣組分表
權(quán)利要求1.一種混合冷劑制冷制備液化天然氣的裝置，其特征在于，該裝置包括:第一換熱器、第二換熱器、第三換熱器、第一分離器、第二分離器、第三分離器、壓縮系統(tǒng)、第一混合器及第二混合器； 其中，所述第一換熱器與第二換熱器分別包括第一流路、第二流路、第三流路與第四流路，所述第三換熱器包括第一流路、第二流路與第三流路；所述第一分離器與第二分離器分別包括氣體輸出口，液體出口 ； 所述第一換熱器的第三流路通過管線與所述壓縮系統(tǒng)連接，所述壓縮系統(tǒng)通過管線與所述第一分離器連接； 所述第一分離器的氣體輸出口通過管線與所述第一換熱器的第一流路連接，所述第一換熱器的第一流路通過管線連接于所述第二分離器； 所述第一分離器的液體輸出口通過管線與所述第一換熱器的第二流路連接，所述第一換熱器的第二流路通過管線連接于所述第一混合器； 所述第二分離器的氣體輸出口通過管線連接于所述第二換熱器的第一流路，所述第二換熱器的第一流路通過管線連接于所述第三換熱器的第一流路，所述第三換熱器的第一流路通過所述第 三換熱器外的管線連接于所述第三換熱器的第二流路，所述第三換熱器的第二流路通過管線連接于所述第二混合器； 所述第二分離器的液體出口通過管線連接于所述第二換熱器的第二流路，所述第二換熱器的第二流路通過管線連接于所述第二混合器； 所述第二混合器通過管線連接于所述第二換熱器的第三流路，所述第二換熱器的第三流路通過管線連接于所述第一混合器； 所述第一混合器通過管線與所述第一換熱器的第三流路連接； 所述第一換熱器的第四流路通過管線連接于所述第二換熱器的第四流路，所述第二換熱器的第四流路通過管線連接于所述第三換熱器的第三流路，所述第三換熱器的第三流路通過管線連接于所述第三分離器。
2.如權(quán)利要求1所述的混合冷劑制冷制備液化天然氣裝置，其特征在于，所述壓縮系統(tǒng)包括第一壓縮機、第二壓縮機與冷卻器；所述第一壓縮機通過管線與所述第二壓縮機連接，所述第二壓縮機通過管線與所述冷卻器連接。
3.如權(quán)利要求1所述的混合冷劑制冷制備液化天然氣裝置，其特征在于，所述第三換熱器的第三流路與所述第三分離器連接的管線上設(shè)置有第一節(jié)流閥。
4.如權(quán)利要求1所述的混合冷劑制冷制備液化天然氣裝置，其特征在于，所述第三換熱器的第一流路與所述第三換熱器的第二流路連接的管線上設(shè)置有第二節(jié)流閥。
5.如權(quán)利要求1所述的混合冷劑制冷制備液化天然氣裝置，其特征在于，所述第一換熱器的第二流路與所述第一混合器連接的管線上設(shè)置有第三節(jié)流閥。
6.如權(quán)利要求1所述的混合冷劑制冷制備液化天然氣裝置，其特征在于，所述第二換熱器的第二流路與所述第二混合器連接的管線上設(shè)置有第四節(jié)流閥。
專利摘要本實用新型涉及一種混合冷劑制冷制備液化天然氣的裝置。該裝置包括第一換熱器、第二換熱器、第三換熱器、第一分離器、第二分離器、第三分離器、壓縮系統(tǒng)、第一混合器及第二混合器；第一換熱器與壓縮系統(tǒng)連接，壓縮系統(tǒng)與第一分離器連接；第一分離器的氣體輸出口、液體輸出口分別與第一換熱器連接，第一換熱器連接于第二分離器及第一混合器；第二分離器的氣體輸出口、液體輸出口分別連接于第二換熱器，第二換熱器連接于第三換熱器、第二混合器及第一混合器；第三換熱器的內(nèi)部流路通過外部管線相連接。本實用新型的裝置具有液化率高、設(shè)備少、操作簡單、能耗低的優(yōu)點，是一種用于調(diào)峰并能夠?qū)μ烊粴馍疃纫夯评涞难b置。
文檔編號F25J1/02GK203100351SQ20122069877
公開日2013年7月31日 申請日期2012年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月17日
發(fā)明者王勇, 王文武, 郭亞紅 申請人:中國石油天然氣股份有限公司