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混合制冷剂气体液化工艺及混合制冷剂

阅读：1058发布：2020-06-17

IPRDB可以提供混合制冷剂气体液化工艺及混合制冷剂专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及一种混合制冷剂液化气体工艺，包括下述步骤：提供一种混合制冷剂，所述混合制冷剂含有以摩尔百分数计：氮气5％－10％，甲烷30％－40％，乙烯5％－10％，丙烷45％－60％；使所述混合制冷剂进入一制冷剂单循环系统进行闭路循环，以产生冷却气体所需的冷量；使需液化的气体经一液化气体系统与所述制冷剂循环系统交换热量，使得气体冷却并被液化。本发明工艺流程简单，制冷剂组分合理，使得液化装置运行安全可靠、开工简单、负荷调整灵活，且能耗较低。，下面是混合制冷剂气体液化工艺及混合制冷剂专利的具体信息内容。

权利要求

1、一种混合制冷剂液化气体工艺，包括下述步骤：

1)提供一种混合制冷剂，所述混合制冷剂含有以摩尔百分数计：氮气 5％-10％，甲烷30％-40％，乙烯5％-10％，丙烷45％-60％；

2)使所述混合制冷剂进入一制冷剂单循环系统进行闭路循环，以产生冷却气体所需的冷量；

3)使需液化的气体经一液化气体系统与所述制冷剂循环系统交换热量，使得气体冷却并被液化；

其中所述制冷剂单循环系统与液化气体系统交换热量过程在一冷箱中进行。

2、权利要求1所述的混合制冷剂液化气体工艺，其特征在于步骤2)所述的制冷剂单循环系统包括：一级压缩装置、二级压缩装置、气液分离装置以及节流装置，所述制冷剂闭路循环包括将步骤1)提供的制冷剂经一级压缩冷却、二级压缩冷却后，进入气液分离器，从分离器出来的气相介质和液相介质由各自管道进入冷箱，气液两相流体在冷箱内由上向下流动、冷却，出冷箱时变成液体，经节流阀节流降压降温，然后全部返回冷箱内进行闪蒸，向需液化的气体和进入冷箱的制冷剂提供冷量，全部变成常温气态时回到压缩循环入口，完成闭路循环。

3、权利要求1所述的混合制冷剂液化气体工艺，其特征在于步骤3)所述的需液化的气体先进入冷箱预冷后，进入重烃分离器以除去存在于气体中的重烃，分离了重烃的气体再进入冷箱进行深冷，获得过冷液体，输出冷箱。

4、权利要求1～3所述的混合制冷剂液化气体工艺，其特征在于进一步包括下述步骤：4)将输出冷箱的液化气体经节流装置节流降压后储存。

5、权利要求1所述的混合制冷剂液化气体工艺，其特征在于所述混合制冷剂包含：以摩尔百分数计氮气7％，甲烷30％，乙烯8％，丙烷55％。

6、权利要求1所述的混合制冷剂液化气体工艺，其特征在于所述需液化的气体为天然气或煤层气。

7、一种用于液化气体的混合制冷剂，含有以摩尔百分数计下述成分：氮气5％-10％，甲烷30％-40％，乙烯5％-10％，丙烷45％-60％。

8、权利要求7所述的混合制冷剂，其特征在于所述制冷剂含有以摩尔百分数计氮气7％，甲烷30％，乙烯8％，丙烷55％。

说明书全文

技术领域

本发明涉及一种气体液化工艺。

本发明还涉及所述液化工艺所使用的混合制冷剂。

背景技术

液化天然气液化工艺流程主要有级联式液化工艺流程、混合制冷剂液化流程、带膨胀机的液化流程三种形式：
级联式液化工艺流程有三个独立的制冷循环组成，制冷剂分别为丙烷、乙烯和甲烷。第一级丙烷制冷循环为天然气、乙烯和甲烷提供冷量；第二级乙烯制冷循环为天然气和甲烷提供冷量；第三级甲烷制冷循环为天然气提供冷量。通过换热器的冷却，天然气的温度逐步降低直至液化。该工艺流程主要特点为：
(1)能耗低，工艺技术成熟，各级制冷系统能够独立循环，负荷大小调整方便，制冷剂为单纯物质不存在配比问题。
(2)机组多，附属设备多，管道及控制系统复杂。
自二十世纪六十年代起开始采用此种工艺，该工艺技术成熟，适用于特大型的LNG工厂。
混合制冷剂液化流程(MRC)是以C1～C5的碳氢化合物及N2等五种以上的多组分混合制冷剂为工质，进行逐级的冷凝、蒸发、节流膨胀得到不同温度水平的制冷量，以达到逐步冷却和液化天然气的目的。MRC即达到类似级联式液化工艺的目的，又克服了其系统复杂的缺点。该工艺流程主要特点为：
(1)机组设备少，流程简单，投资省。
(2)管理技术要求高，混合制冷剂合理配比较为困难，启动时间长，当气源的气量、气压发生大的变化时，需对混合制冷剂的比例重新计算并进行相应的调节。
带膨胀机的液化流程是指用高压制冷剂通过透平膨胀机，进行绝热膨胀循环制冷实现天然气液化的流程。根据制冷剂的不同，分为氮气膨胀液化流程和天然气膨胀液化流程。该工艺流程主要特点为：
(1)流程简单、易启动、易操作，当天然气本身为工质时，省去专门生产、运输、储存制冷剂的费用。
(2)能耗大，换热面积大，设备金属投入量大。
该工艺流程特别适用于液化能力较小的调峰型天然气液化装置。
美国专利403,3735提供了一种液化气的制冷工艺和制冷剂，制冷剂由5 种成分组成：以摩尔百分数计0％～12％的N2，20％～36％的C.1碳氢化合物， 20％～40％的C.2碳氢化合物，2％～12％的C3碳氢化合物，6％～24％的C.4 碳氢化合物和2％～20％的C.5碳氢化合物。制冷剂流过由压缩、部分液化、多路径热交换和膨胀区组成的一个单封闭循环的制冷循环，在热交换区与直接进入的天然气进行热交换，将气体液化。
上述工艺中，制冷剂至少由五种成分组成，而且包含C4以上的重烃组分，相应地配比该制冷剂比较复杂，储存也需要更多的设备空间，含有的重烃成分对运行参数、压缩机等设备的要求比较高，也容易发生运行异常和损坏压缩机的现象。而且该工艺在一级压缩冷却后会产生液体，需要进行分离。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种液化工艺，通过使用混合制冷剂进行单循环液化流程，为需要液化的气体提供冷量，使气体液化。
本发明的另一目的在于提供一种混合制冷剂。
本发明的混合制冷剂液化工艺包括下述步骤：
1)提供一种混合制冷剂，所述混合制冷剂含有以摩尔百分数计：氮气5％-10％，甲烷30％-40％，乙烯5％-10％，丙烷45％-60％；
2)使所述混合制冷剂进入一制冷剂单循环系统进行闭路循环，以产生冷却气体所需的冷量；
3)使需液化的气体经一液化气体系统与所述制冷剂循环系统交换热量，使得气体冷却并被液化；
其中所述制冷剂单循环系统与液化气体系统交换热量过程在一冷箱中进行。
本发明的工艺流程是一种单循环混合制冷剂液化流程，由4种制冷剂组成。气态制冷剂经一级压缩冷却、二级压缩冷却进气液分离器，从分离器出来的气相介质和液相介质由各自管道进入冷箱，气液两相流体在冷箱内由上向下流动、冷却，出冷箱时变成液体，经节流阀节流降压降温，然后全部返回冷箱内进行闪蒸，向天然气和高压制冷剂提供冷量，全部变成常温气态时回到压缩机入口，完成闭路循环。
本发明工艺特别适合天然气(或煤层气)的液化，它不像传统混合制冷剂制冷流程那样将压缩后的制冷剂根据沸点进行分离根据不同温度水平循序冷却原料气直至液化，而是气液相一同进入冷箱避免在冷箱中部出冷箱进行气液分离，从而保持了流程简单、操作方便、调节高效。
本发明的混合制冷剂由4种制冷剂组分组成，分别是氮气、甲烷、乙烯、丙烷，其具体组分配比与原料气的组分、压力等有关，依据是冷、热流体温度曲线尽可能接近，确保较小的换热温差。优选的混合制冷剂含有以摩尔百分数计下述成分：氮气5％-10％，甲烷30％-40％，乙烯5％-10％，丙烷45％-60％。更优选的是含有以摩尔百分数计氮气7％，甲烷30％，乙烯8％，丙烷55％。
本发明的工艺与级联式液化工艺流程相比，设备少、流程简单；与传统混合制冷剂液化流程相比，制冷剂配比难度小、操作简单、负荷调整方便；与带膨胀机的液化流程相比，能耗低，相对于氮膨胀液化工艺，能耗可降低 20％-30％。本发明工艺具有传统三种天然气液化流程不可比拟的优势，在于：流程简单：高压气、液相制冷剂由各自管道进入冷箱，不在冷箱中部出冷箱进行气液分离。组分合理：氮气、甲烷、乙烯、丙烷组成混合制冷剂，该混合制冷剂容易与天然气液化组分相匹配，使得本发明液化装置运行安全可靠、开工简单、负荷调整灵活，且能耗较低。

附图说明

图1为本发明液化工艺流程示意图。

具体实施方式

本发明的一个较佳实施方式的工艺流程如图1所示，制冷剂单循环系统包括由压缩机和冷却器组成的压缩装置、气液分离装置和节流装置，压缩装置有二级压缩。液化气体系统包括重烃分离器和节流装置，制冷剂单循环系统和液化气体系统的热交换在一个冷箱中进行。混合制冷剂的单循环流程为：从冷箱 100出来的混合制冷剂1进入制冷剂一级压缩机200，压缩后高温制冷剂2进入一级冷却器300冷却，降到38℃的制冷剂3进入二级压缩机400，压缩后高温制冷剂4进入二级冷却器500冷却，降到38℃的气液两相流体5进入出口分离器600进行气液相分离，液态制冷剂7进烃泵700增压，增压后的液态制冷剂8和气态制冷剂6沿各自管道进冷箱100入口，在冷箱中逐步冷却直至全部变成液体9，经节流阀800节流降压，降压降温后的制冷剂10从下向上返回冷箱，释放冷量冷却天然气和混合制冷剂，全部气化、温度升至常温变成气态制冷剂1进入一级压缩机入口，完成制冷剂循环。
净化后的天然气11进入冷箱100进行预冷，在-70℃左右12出冷箱进重烃分离器1000，从重烃分离器顶部出来的气体13再进冷箱，进一步冷却全部变成过冷液体15，经流阀900节流降压，降压后的16进LNG储罐。
在上述工艺中使用的混合制冷剂由4种组分组成，分别是氮气、甲烷、乙烯、丙烷。其摩尔百分比为：氮气5％-10％，甲烷30％-40％，乙烯5％-10％，丙烷45％-60％。具体的组分配比与原料气的组分、压力等有关，依据冷、热流体温度曲线尽可能接近，确保较小的换热温差来确定。
下面结合具体的实施例来详细说明但不限制本发明：
【实施例1】煤层气液化
脱酸脱水后净化煤层气组分(摩尔百分数)：氮2.0843％甲烷97.901％乙烷0.0053％丙烷0.0001％其他0.0093％，压力：4.46MPa 温度：38℃。
煤层气液化流程：
净化层气11进入冷箱100预冷，预冷到-70℃的煤层气12出冷箱进入重烃分离器1000，重烃14从重烃分离器底部排出，其流量为零，即没有重烃析出。重烃分离器顶部出来气相13进入冷箱100进行深冷，冷却到-150℃的过冷液体15出冷箱，经节流阀800节流降压到0.4MPa，低压过冷液体16进入 LNG储存单元。
制冷剂循环流程：
30℃低压气态混合制冷剂1出冷箱100进入制冷一级压缩机200压缩，温度升至100℃的热态制冷剂2进一级冷却器300冷却，冷却到38℃制冷剂3 进入二级压缩机400，压缩到3.0MP、100℃的热制冷剂4进二级冷却器500 冷却，冷却后制冷剂5变为气液两相流体，进入出口气液分离器600进行气液分离，液态制冷剂7经烃泵700增压，增压后的液态制冷剂8和气态制冷剂6 沿各自管道进入冷箱100，冷却到-150℃的制冷剂9经节流阀800降压，温度降到-152℃的制冷剂10由下向上返回冷箱，释放冷箱冷却高压天然气和煤层气，变成30℃的气态制冷剂1出冷箱，完成闭路循环。
制冷剂的组成(摩尔百分数)：氮气7％，甲烷30％，乙烯8％，丙烷55％。
【实施例2】北海天然气液化
脱酸脱水后净化天然气组分(摩尔百分数)：氮1.5％，甲烷77％，乙烷 14.5％，丙烷3％，正己烷4％，压力：4.97MPa，温度：38℃。
煤层气液化流程：
净化层气11进入冷箱100预冷，预冷到-35℃的煤层气12出冷箱进入重烃分离器1000，重烃14从重烃分离器底部排出。重烃分离器顶部出来气相13 进入冷箱100进行深冷，冷却到-140℃的过冷液体15出冷箱，经节流阀800 节流降压到0.6MPa，低温液体16进入LNG储存单元。
制冷剂循环流程：
31℃低压气态混合制冷剂1出冷箱100进入制冷一级压缩机200压缩，温度升至100℃的热态制冷剂2进一级冷却器300冷却，冷却到38℃制冷剂3 进入二级压缩机400，压缩到3.0MP、100℃的热制冷剂4进二级冷却器500 冷却，冷却后制冷剂5变为气液两相流体，进入出口气液分离器600进行气液分离，液态制冷剂7经烃泵700增压，增压后的液态制冷剂8和气态制冷剂6 沿各自管道进入冷箱100，冷却到-140℃的制冷剂9经节流阀800降压，温度降到-142℃的制冷剂10由下向上返回冷箱，释放冷箱冷却高压天然气和煤层气，变成30℃的气态制冷剂1出冷箱，完成闭路循环。
制冷剂的组成(摩尔百分数)：氮气5％，甲烷30％，乙烯5％，丙烷60％。
【实施例3】吉林天然气液化
脱酸脱水后净化煤层气组分(摩尔百分数)：氮3.42％，甲烷94.55％，乙烷1.22％，丙烷0.09％，丁烷0.37％，正戊烷0.18％，其他0.17％，压力： 3.97MPa，温度：38℃。
天气液化流程：
净化层气11进入冷箱100预冷，预冷到-70℃的煤层气12出冷箱进入重烃分离器1000，重烃14从重烃分离器底部排出。重烃分离器顶部出来气相13 进入冷箱100进行深冷，冷却到-156℃的过冷液体15出冷箱，经节流阀800 节流降压到0.12MPa，低温液体16进入LNG储存单元。
制冷剂循环流程：
30℃低压气态混合制冷剂1出冷箱100进入制冷一级压缩机200压缩，温度升至100℃的热态制冷剂2进一级冷却器300冷却，冷却到38℃制冷剂3 进入二级压缩机400，压缩到4.5MP、100℃的热制冷剂4进二级冷却器500 冷却，冷却后制冷剂5变为气液两相流体，进入出口气液分离器600进行气液分离，液态制冷剂7经烃泵700增压，增压后的液态制冷剂8和气态制冷剂6 沿各自管道进入冷箱100，冷却到-156℃的制冷剂9经节流阀800降压，温度降到-158℃的制冷剂10由下向上返回冷箱，释放冷箱冷却高压天然气和煤层气，变成30℃的气态制冷剂1出冷箱，完成闭路循环。
制冷剂的组成(摩尔百分数)：氮气10％，甲烷40％，乙烯5％，丙烷45％。
本发明不限于以上的实施方式，本领域技术人员可以根据本发明做出各种改变和变形，只要不脱离本发明的精神，均应属于所附权利要求的范围。

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