CN202432825U - 采用单一混合工质制冷液化天然气的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及采用单一混合工质制冷来液化天然气的装置，该装置包括一台三段式(或二段式)混合工质压缩机、三台(或两台)冷却器、四台(或三台)气液分离器、一台重烃分离器、五个(或四个)节流装置、一组板翅式换热器组和一台LNG储罐，本实用新型采用了三段或者二段混合冷剂压缩机，将混合冷剂逐级压缩并逐级分离，各级分离出的液体直接进入换热器进行换热，并且不需泵提供动力；且整个换热过程的冷流体和热流体的换热曲线更为匹配，有效减少了混合冷剂的流量，从而减少了装置的能耗。

Description

采用单一混合工质制冷液化天然气的装置

技术领域

本实用新型涉及富含烃类气体的液化生产，具体涉及一种单一混合工质制冷液化天然气的装置。

背景技术

天然气由于其环保性而成为取代其他燃料的最佳物质，其应用领域已逐渐扩大到发电、汽车用气、工业用气、城市居民用气、化工用气等方面。

随着天然气消费量的增长，作为天然气最有效的供用形式之一，液化天然气的贸易量也已成为能源市场增长最快的领域之一。液化天然气工业的不断发展，则对天然气液化方法和装置在能耗、投资和效率等方面提出了更高的要求。

目前，比较成熟的天然气液化工艺主要有：阶式制冷工艺、膨胀制冷工艺和混合工质制冷工艺。其中的单一混合工质制冷工艺则比较受中型LNG装置的青睐。

现有的单一混合工质制冷的天然气液化方法中，冷剂压缩***为二级压缩，天然气液化采用一级换热。

现有工艺技术：如图1所示，其使用的装置包括一台电机驱动的二段式混合工质压缩机，二台冷却器，二台气液分离器，二台液体泵，一台板翅式换热器和一台LNG储罐；由C1～C5和N2组成的混合工质经过合理配比后进入压缩机的入口，经一段压缩至0.6～1MPa，进入一级冷却器冷却至30～40℃，再进入一级气液分离罐进行气液分离，一级气液分离罐顶部分离出的气体继续进入压缩机的二段入口，经二段压缩至1.6～2.5MPa，一级分离底部分离得到的液体通过液体泵加压后与二段压缩机出口的气体混合进入二级冷却器冷却至30～40℃，冷却后的混合工质随后进入二级气液分离罐进行气液分离，分离后的液体通过二级液体泵加压后与该分离器顶部得到的气体混合后进入板翅式换热器，预冷至一定温度后节流再返回该板翅式换热器，为整个换热过程提供冷量，天然气通过板翅式换热器后进入LNG储罐内。

在上述工艺，为保证液体和气体进入同一个板翅式换热器通道参与换热，末级气液分离器底部的液体必须要加压以克服分离器底部液体出口到板翅式换热器顶部冷剂入口的高度差所带来的液柱压力，必须通过增加末级液体泵来实现。冷剂和天然气在板翅式换热器中的换热过程为一级换热，流股间换热温差的优化受到一定限制，装置能耗较高，此外，对装置的变负荷运转没有很好的适应性。

另外，中国专利申请公布号CN 101967413A公开了一种采用单一混合工质制冷来液化天然气的方法和装置，如图2所示，该装置包括三段式混合工质压缩机1、三台冷却器21、22、23，五台气液分离器31、32、33、71、72，两台液体泵41、42，三台节流装置61、62、63，三台板翅式换热器51、52、53和一台LNG储罐，该装置的缺点是需要使用液体泵41、42，能量需求高。

实用新型内容

本实用新型采用单一混合工质制冷使天然气液化。

本实用新型提供了一种采用单一混合工质制冷液化天然气的装置，其包括混合冷剂压缩***和冷箱***，其中混合冷剂压缩***采用三段式或二段式混合工质压缩机压缩，并且当混合冷剂压缩***采用三段式混合工质压缩机压缩时，该压缩***包括三段式混合工质压缩机、分别与三段式混合工质压缩机的每一段连接的三台冷却器和分别与所述三台冷却器连接的三台气液分离器，冷箱***包含与所述三台气液分离器的液相端连接的一组板翅式换热器组、与所述板翅式换热器组的换热通道连接的五台节流装置和与所述板翅式换热器组的一个独立换热通道连接的两台气液分离器，其中三台气液分离器中的两台的气相端分别与三段式混合工质压缩机的二段压缩和三段压缩连接，另一台的气相端与所述一组板翅式换热器组的换热通道连接；

或当混合冷剂压缩***采用二段式混合工质压缩机压缩时，该压缩***包括二段式混合工质压缩机、分别与所述二段式混合工质压缩机的每一段连接的两台冷却器和分别与所述两台冷却器连接的两台气液分离器，冷箱***包含与所述两台气液分离器的液相端连接的一组板翅式换热器组、与所述板翅式换热器组的换热通道连接的四台节流装置和与所述板翅式换热器组的换热通道连接的两台气液分离器，其中两台气液分离器中的一台的气相端与二段式混合工质压缩机的二段压缩连接，另一台的气相端与所述一组板翅式换热器组的换热通道连接。

本实用新型采用单一混合工质制冷来液化天然气的装置，其分为天然气循环和混合工质制冷循环。在混合工质回路中，混合工质经多级压缩，在其逐级压缩过程中同时伴随逐级的气液分离，各级分离出的液相流股均不参与后续的压缩过程，有效的减少了后序气体压缩功耗；混合工质在进入换热器组参与换热前分离得到的气相和液相流股，分别进入换热器组的不同通道节流换热，整个过程中热流股和冷流股的换热曲线更为匹配；各级气液分离器分离出的液相均依靠压力差进入换热器组，而不需要泵提供动力，从而降低了***的能耗。

在一个实施方案中，本实用新型所述采用单一混合工质制冷来液化天然气的装置，包括混合工质压缩机、冷却器、气液分离器、节流装置、一组板翅式换热器组和一台LNG储罐，该三段式混合工质压缩机可由一台电机驱动，其混合制冷剂压缩***包括三段式混合工质压缩机、三台冷却器和三台气液分离器，冷箱***包含一组板翅式换热器组(五级换热)、五台节流装置和两台气液分离器(包括一台重烃分离器)；在混合冷剂压缩***中，压缩机一段出口连接一级冷却器，一级冷却器再与一级气液分离器连接，一级气液分离器气相端连接二段压缩，二段压缩连接二级冷却器，二级冷却器再与二级气液分离器连接，二级气液分离器气相端连接三段压缩，三段压缩连接三级冷却器，三级冷却器再连接三级气液分离器，三级气液分离器顶部气相端与换热器组第一换热通道(气相换热通道)连接；一级气液分离器、二级气液分离器和三级气液分离器底部液相端分别与换热器组的第二、第三、第四换热通道(液相换热通道)连接；

在冷箱***中，由混合冷剂压缩***来的一级气液分离器液相端通过换热器组中的第二换热通道连接第一节流装置的一端，第一节流装置的另一端与换热器组的第五换热通道连接；由冷剂压缩机***来的二级气液分离器液相端通过换热器组第三换热通道与第二节流装置的一端连接，第二节流装置的另一端与换热器组的第五换热通道连接；三级气液分离器底部得到的液相端连接换热器组第四换热通道后再连接第三节流装置，第三节流装置另一端与换热器组第五换热通道连接；三级气液分离器顶部得到的气相通过换热器组第一换热通道(气相通道)预冷后连接气液分离器，分离后的气相冷剂连接换热器组的第七通道，进入换热器组的后续各级换热器中冷却后，与第四节流装置一端连接，第四节流装置另一端连接换热器组第五换热通道；分离器底部得到的液相冷剂连接换热器组的第八通道，进入换热器组的后一级换热器中冷却后，与第五节流装置一端连接，第五节流装置另一端连接换热器组的第五通道后连接一段压缩；天然气管道通过换热器组第六换热通道连接重烃分离器，分离器顶部气相端依次通过换热器组其余各级换热器。

在另一个实施方式中，本实用新型所述采用单一混合工质制冷来液化天然气的装置，包括二段式混合工质压缩机、冷却器、气液分离器、节流装置、一组板翅式换热器组和一台LNG储罐，该二段式混合工质压缩机可由一台电机驱动。其混合制冷剂的压缩***包括二段式混合工质压缩机、两台冷却器、两台气液分离器，冷箱***包括一组板翅式换热器组(四级换热)、两台气液分离器(包括一台重烃分离器)和四台节流装置；混合工质和天然气在冷箱***中完成整个换热过程。在混合冷剂压缩***中，压缩机一段出口连接一级冷却器，一级冷却器再与一级气液分离器连接，一级气液分离器气相端连接二段压缩，二段压缩连接二级冷却器，二级冷却器再与二级气液分离器连接，二级气液分离器顶部气相端与换热器组第一换热通道(气相通道)连接；一级气液分离器、二级气液分离器底部液相端分别与换热器组第二换热通道和第三换热通道连接；

在冷箱***中，由混合冷剂压缩***来的一级气液分离器液相端通过换热器组中的第二换热通道连接第一节流装置的一端，第一节流装置的另一端与换热器组的第四换热通道连接；由冷剂压缩机***来的二级气液分离器液相端通过换热器组第三换热通道与第二节流装置的一端连接，第二节流装置的另一端与换热器组的第四换热通道连接；二级气液分离器顶部得到的气相通过换热器组第一换热通道(气相通道)预冷后连接气液分离器，分离后的气相冷剂连接换热器组的第六通道，进入换热器组的后续各级换热器冷却后，与第三节流装置一端连接，第三节流装置另一端连接换热器组第四换热通道；分离器底部得到的液相冷剂连接换热器组的第七通道，进入换热器组的后一级换热器冷却后，与第四节流装置连接，第四节流装置另一端连接换热器组第四换热通道后连接一段压缩；天然气管道通过换热器组第五换热通道连接分离器，分离器顶部气相端依次通过换热器组其余各级换热器。

本实用新型的技术方案概括如下：

采用单一混合工质制冷液化天然气的装置，其包括混合冷剂压缩***和冷箱***，其中混合冷剂压缩***采用三段式或二段式混合工质压缩机压缩，

当混合冷剂压缩***采用三段式混合工质压缩机压缩时，该压缩***包括三段式混合工质压缩机、分别与三段式混合工质压缩机的第一压缩段、第二压缩段和第三压缩段连接的第一台、第二台和第三台冷却器和分别与所述三台冷却器连接的第一台、第二台和第三台气液分离器，以及

冷箱***包含：

一组板翅式换热器组，它包含至少九个换热通道，即至少包含第一、第二、第三、第四、第五、第六、第七、第八和第九换热通道，

两端分别与所述第二换热通道和第五换热通道(即汇集换热通道，从它返回到第一压缩段)连接的第一节流装置；

两端分别与所述第三换热通道和第五换热通道连接的第二节流装置；

两端分别与所述第四换热通道和第五换热通道连接的第三节流装置；

两端分别与所述第七换热通道和第五换热通道连接的第四节流装置；

两端分别与所述第八换热通道和第五换热通道连接的第五节流装置；

与所述板翅式换热器组的第一换热通道连接的第四气液分离器；

与所述板翅式换热器组的第六换热通道连接的第五气液分离器(即天然气重烃分离器)；

其中，第一气液分离器的气相端连接到第二压缩段，第二气液分离器的气相端连接到第三压缩段，第三气液分离器的气相端经由第一换热通道连接到第四气液分离器，第一气液分离器的液相端连接到第二换热通道，第二气液分离器的液相端连接到第三换热通道，第三气液分离器的液相端连接到第四换热通道，用于输送净化后天然气的管道经由第六换热通道连接到第五气液分离器(即天然气重烃分离器)，该第五气液分离器的气相端经由第九换热通道连接到天然气储罐，第四气液分离器的液相端经由第八换热通道和第五节流装置连接到第五换热通道，以及第四气液分离器的气相端经由第七换热通道和第四节流装置连接到第五换热通道，第五换热通道连接到第一压缩段；

或

当混合冷剂压缩***采用二段式混合工质压缩机压缩时，该压缩***包括二段式混合工质压缩机、分别与二段式混合工质压缩机的第一压缩段和第二压缩段连接的第一台和第二台冷却器和分别与所述两台冷却器连接的第一台和第二台气液分离器，以及

冷箱***包含：

一组板翅式换热器组，它包含至少八个换热通道，即至少包含第一、第二、第三、第四、第五、第六、第七和第八换热通道，

两端分别与所述第二换热通道和第四换热通道(即汇集换热通道，从它返回到第一压缩段)连接的第一节流装置；

两端分别与所述第三换热通道和第四换热通道连接的第二节流装置；

两端分别与所述第六换热通道和第四换热通道连接的第三节流装置；

两端分别与所述第七换热通道和第四换热通道连接的第四节流装置；

与所述板翅式换热器组的第一换热通道连接的第三台气液分离器；

与所述板翅式换热器组的第五换热通道连接的第四台气液分离器(即天然气重烃分离器)；

其中，第一气液分离器的气相端连接到第二压缩段，第二气液分离器的气相端经由第一换热通道连接到第三气液分离器，第一气液分离器的液相端连接到第二换热通道，第二气液分离器的液相端连接到第三换热通道，用于输送净化后天然气的管道经由第五换热通道连接到第四气液分离器(即天然气重烃分离器)，该第四气液分离器的气相端经由第八换热通道连接到天然气储罐，第三气液分离器的液相端经由第七换热通道和第四节流装置连接到第四换热通道，以及第四换热通道连接到混合冷剂压缩***的第一压缩段。

另外，当混合冷剂压缩***采用三段式混合工质压缩机压缩时，重烃分离器的顶部气相端依次通过换热器组的第九换热通道后进一步通过换热器组的另外第十换热通道连接到液化天然气储罐；或，当混合冷剂压缩***采用二段式混合工质压缩机压缩时，重烃分离器的顶部气相端依次通过换热器组的第八换热通道后进一步通过换热器组的另外第九换热通道连接到液化天然气储罐。

这里所述的“第一段压缩”或“一段压缩”与“第一压缩段”可互换使用，以此类推。

下面描述操作过程。

本实用新型所述采用三段式混合工质压缩***的装置，在其混合冷剂压缩***中，压缩机一段出口气体进入一级冷却器冷却后通过一级气液分离器分离，分离后的气相继续进入二段压缩，压缩后的热气体经二级冷却器冷却后进入二级气液分离器分离，分离后的气相继续进入三段压缩，压缩后的热气体经三级冷却器冷却后进入三级气液分离器分离，分离后的气相进入下游换热器的第一换热通道(气相通道)；一级气液分离器、二级气液分离器和三级气液分离器底部得到的液体分别进入下游换热器的第二、第三和第四三条液相换热通道。在冷箱***中，由冷剂压缩***一级气液分离器底部来的液体冷剂进入换热器组预冷后通过第一节流装置，节流后的该流股返回至换热器组中提供冷量；由二级气液分离器底部来的液体冷剂经换热器组预冷后通过第二节流装置，节流后的流股返回换热器组提供冷量；由三级气液分离器底部来的液体冷剂经换热器组预冷后通过第三节流装置，节流后的流股返回换热器组中提供冷量；由冷剂压缩***来的气相冷剂经换热器组预冷后进入分离器，分离后的气相冷剂进入换热器组的后续各级换热器中冷却后，经第四节流装置节流，节流后的该流股反向进入换热器组提供冷量；分离得到的液相冷剂进入换热器组的后一级换热器冷却后，经第五节流装置节流，节流后的该流股反向进入换热器组提供冷量。天然气首先经过换热器组冷却至一定温度后进入分离器分离，底部得到重烃组分，顶部得到的气相部分继续进入换热器组的其余各级换热器换热，冷却至过冷状态得到LNG。

本实用新型所述采用二段式混合工质压缩***的装置，在其混合冷剂压缩***中，压缩机一段出口气体进入一级冷却器冷却后通过一级气液分离器分离，分离后的气相继续进入二段压缩，压缩后的热气体经二级冷却器冷却后进入二级气液分离器分离，分离后的气相进入下游换热器的第一换热通道(气相通道)；一级气液分离器、二级气液分离器底部得到的液体分别进入下游换热器的第二和第三两条液相换热通道。在冷箱***中，由冷剂压缩***一级气液分离器底部来的液体冷剂进入换热器组预冷后通过第一节流装置，节流后的该流股返回至换热器组中提供冷量；由二级气液分离器底部来的液体冷剂经换热器组预冷后通过第二节流装置，节流后的流股返回换热器组提供冷量；由二级气液分离器顶部来的气相冷剂经换热器组预冷后进入分离器，分离后的气相冷剂进入换热器组的后续各级换热器中冷却后，经第三节流装置节流，节流后的该流股反向进入换热器组提供冷量；分离器底部得到的液相冷剂进入换热器组的后一级换热器冷却后，经第四节流装置节流，节流后的该流股反向进入换热器组提供冷量。天然气首先经过换热器组冷却至一定温度后进入分离器分离，底部得到重烃组分，顶部得到的气相部分继续进入换热器组的其余各级换热器换热，冷却至过冷状态得到LNG。

采用单一混合工质制冷来液化天然气的装置的工艺流程如下：

天然气循环：

净化后的原料天然气首先进入板翅式换热器组进行预冷，被冷却至-30℃～-60℃后进入重烃分离器(气液分离器)进行气液分离，由重烃分离器顶部分离出的气相流股继续进入换热器组的其余各级换热器，并在其中被冷却至-130℃～-166℃，得到LNG产品并送入LNG储罐中储存。

混合冷剂循环：

采用三段式混合工质压缩***的装置，其混合工质循环工艺流程为：

由C1～C5和N₂组成的混合工质，通常选自C1、C2、C3、C4和C5链烷烃和N₂中的四种、五种或六种，它们按照任意体积比例或按照大约等同的体积比例，进入压缩机的入口，经一段压缩至0.6～1.8MPaA，进入一级冷却器冷却至30℃～40℃，再进入一级气液分离器进行气液分离，一级气液分离器顶部分离出的气体继续进入压缩机的二段入口，经二段压缩至1.2～5.4MPaA后再进入二级冷却器冷却至30℃～40℃，冷却后的混合工质随后进入二级气液分离器进行气液分离，二级气液分离器顶部气体继续进入压缩机的三段入口，最终被压缩至2.4～8.0MPaA后引出压缩机并进入末级冷却器冷却至30℃～40℃，冷却后的工质继续进入末级气液分离器进行气液分离，末级气液分离器顶部分离出的气体随后进入主换热器组的气相通道参与换热。一级气液分离器、二级气液分离器及三级气液分离器底部分离出的液体分别进入主换热器组的不同液体通道参与换热。

从混合工质压缩***一级气液分离器底部引出的液体首先进入换热器组的一液相通道，在其中被预冷至约10℃～-10℃，经节流阀节流至0.25～0.8MPaA后与从换热器组后一级换热器返回的混合工质流股汇合并反向进入前一级换热器为其提供冷量。由二级气液分离器底部引出的液体通过换热器组另一液相通道预冷至0℃～-30℃，再经节流阀节流至0.25～0.8MPaA后，与从换热器组后一级换热器返回的混合工质流股汇合返回换热器组前一级换热器。由末级(三级)气液分离器底部引出的液体通过换热器组的另一液相通道，并在其中预冷至-30℃～-80℃，后经节流阀节流至0.25～0.8MPaA，与从换热器组后一级换热器返回的混合工质流股汇合返回前一级换热器。由末级气液分离器顶部分离出的混合工质的气相流股通过换热器组的气相通道预冷至10℃～-30℃后进入气液分离器，分离后的气相冷剂通过换热器组的另一气相通道进入换热器组的后续换热器中冷却至-135℃～-171℃，再经节流阀节流至0.25～0.8MPaA后反向进入换热器组为换热器提供冷量。气液分离器底部得到的液相冷剂通过换热器组的另一液相通道进入换热器组的后一级换热器冷却至-30℃～-100℃，再经节流阀节流至0.25～0.8MPaA，与从换热器组后一级换热器返回的混合工质流股汇合返回前一级换热器。

采用二段式混合工质压缩***的装置，其混合工质循环工艺流程为：

由C1～C5和N₂组成的混合工质，通常选自C1、C2、C3、C4和C5链烷烃和N₂中的四种、五种或六种，它们按照任意体积比例或按照大约等同的体积比例，进入压缩机的入口，经一段压缩至0.6～1.8MPaA，进入一级冷却器冷却至30℃～40℃，再进入一级气液分离器进行气液分离，一级气液分离器顶部分离出的气体继续进入压缩机的二段入口，经二段压缩至1.2～5.4MPaA后再进入二级冷却器冷却至30℃～40℃，冷却后的混合工质随后进入二级气液分离器进行气液分离，二级气液分离器顶部气体随后进入主换热器组的气相通道参与换热。一级气液分离器及二级气液分离器底部分离出的液体分别进入主换热器组的不同液相通道参与换热。

从混合工质压缩***一级气液分离器底部引出的液体首先进入换热器组的一液相通道，在其中被预冷至约10℃～-30℃，经节流阀节流至0.25～0.8MPaA后与从换热器组后一级换热器返回的混合工质流股汇合并反向进入前一级换热器为换热器组提供冷量。由二级气液分离器底部引出的液体通过换热器组另一液相通道预冷至-30℃～-80℃，再经节流阀节流至0.25～0.8MPaA后，与从换热器组后一级换热器返回的混合工质流股汇合返回换热器组前一级换热器。由二级气液分离器顶部分离出的混合工质的气相流股通过换热器组的气相通道预冷至10℃～-30℃后进入分离器，分离得到的气相冷剂通过换热器组的另一气相通道继续进入换热器组的后续换热器中冷却至-135℃～-171℃，再经节流阀节流至0.25～0.8MPaA后反向进入换热器组。分离器底部得到的液相冷剂通过换热器组的另一液相通道进入换热器组的后一级换热器中冷却至-30℃～-100℃，后经节流阀节流至0.25～0.8MPaA，与从换热器组后一级换热器返回的混合工质流股汇合后返回前一级换热器。

这里，压力单位MPaA为兆帕，绝对压力。

本实用新型的优点：

1.本实用新型装置中采用了三级(或二级)混合冷剂压缩机，将混合冷剂逐级压缩并逐级分离，各级分离出的液体直接进入换热器进行换热，减少了气体压缩的功耗，而且整个换热过程的冷流体和热流体的换热曲线更为匹配，有效减少了混合冷剂的流量，最终使得整个装置的能耗有所降低。

2.各气液分离器底部液体流股直接送入换热器而不经过压缩机的后续工序，在一定程度上减少了混合冷剂配比的波动对压缩机组运行工况的影响程度，使得整个装置更易于操作。

3.冷剂压缩***末级分离器得到的气相流股在主换热器组中预冷后增加了气液分离器，一方面对装置的变负荷运转有很好的适应性，可有效避免冷箱底部积液及重组份结晶，从而保证在低负荷工况时，产品能耗与正常工况能耗接近，同时还使换热过程的冷流体和热流体的换热曲线更为匹配，从而减少混合冷剂流量，降低装置能耗。

4.混合冷剂压缩***中，各级气液分离器分离出的液相均依靠压力差直接进入换热器组，而不需要泵提供动力，从而降低了***的能耗。

附图说明

图1是现有技术的一种结构图；

图2是现有技术的另一种结构图；

图3是本实用新型所述采用三段式混合工质压缩***的装置配置图；

图4是本实用新型所述采用二段式混合工质压缩***的装置配置图。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明。

图3所示的装置包括一台电机驱动的三段式混合工质压缩机1，冷却器21、22、23，气液分离器31、32、33、5、6，节流装置41、42、43、44、45，一组板翅式换热器组7和一台LNG储罐8，其混合制冷剂压缩***包括三段式混合工质压缩机1，三台冷却器21、22、23和三台气液分离器31、32、33，冷箱***包含一组板翅式换热器组7(五级换热)，五台节流装置41、42、43、44、45，一台气液分离器5、一台重烃分离器6(也是气液分离器，这里被称作第五气液分离器)；在混合冷剂压缩***中，压缩机一段出口连接一级冷却器21，一级冷却器21再与一级气液分离器31连接，一级气液分离器31气相端连接二段压缩，二段压缩连接二级冷却器22，二级冷却器22再与二级气液分离器32连接，二级气液分离器32气相端连接三段压缩，三段压缩连接三级冷却器23，三级冷却器23再连接三级气液分离器33，三级气液分离器33顶部气相端与换热器组第一换热通道(气相换热通道)连接；一级气液分离器31、二级气液分离器32和三级气液分离器33各自底部的液相端分别与换热器组7的第二、第三、第四换热通道(液相换热通道)连接；

在冷箱***中，由混合冷剂压缩***来的一级气液分离器31液相端通过换热器组7中的第二换热通道连接第一节流装置41的一端，第一节流装置41的另一端与换热器组的第五换热通道(这里称作汇集换热通道)连接；由冷剂压缩机***来的二级气液分离器32液相端通过换热器组7第三换热通道与第二节流装置42的一端连接，第二节流装置42的另一端与换热器组7的第五换热通道连接；三级气液分离器33底部得到的液相端连接换热器组7的第四换热通道后再连接第三节流装置43，第三节流装置43另一端与换热器组第五换热通道连接；三级气液分离器33顶部得到的气相通过换热器组7的第一换热通道(气相通道)被预冷后连接到气液分离器5，分离后的气相冷剂的输出管道连接到换热器组7的第七通道，进入换热器组7的后续各级换热器(例如第七换热通道)中冷却后，与第四节流装置44一端连接，第四节流装置44另一端连接到换热器组7的第五换热通道；第四分离器5底部得到的液相冷剂的输出管道连接到换热器组7的第八通道，进入换热器组7的后一级换热器(例如第八换热通道)中冷却后，与第五节流装置45一端连接，第五节流装置45的另一端连接换热器组7的第五通道且该第五通道连接到一段压缩；用于输送净化天然气的管道通过换热器组第六换热通道连接到重烃分离器6，重烃分离器6顶部气相端依次通过换热器组7的其余各级换热器(例如第九换热通道，任选地还可以进一步经过第十换热通道)，再连接到储罐8。

图4所示的装置包括二段式混合工质压缩机1，冷却器21、22，气液分离器31、32，节流装置41、42、43、44，一组板翅式换热器组7和一台LNG储罐8。其混合制冷剂的压缩***包括二段式混合工质压缩机1，两台冷却器21、22，两台气液分离器31、32，冷箱***包括一组板翅式换热器组7(四级换热)、一台气液分离器5、一台重烃分离器6(气液分离器)、四台节流装置41、42、43、44和一台LNG储罐8；混合工质和天然气在冷箱***中完成整个换热过程。在混合冷剂压缩***中，压缩机1一段出口连接一级冷却器21，一级冷却器21再与一级气液分离器31连接，一级气液分离器31气相端连接二段压缩，二段压缩连接二级冷却器22，二级冷却器22再与二级气液分离器32连接，二级气液分离器32顶部气相端与换热器组第一换热通道(气相通道)连接；一级气液分离器31、二级气液分离器32底部液相端分别与换热器组第二换热通道和第三换热通道连接；

在冷箱***中，由混合冷剂压缩***来的一级气液分离器31液相端通过换热器组7中的第二换热通道连接第一节流装置41的一端，第一节流装置41的另一端与换热器组的第四换热通道(也称作汇集换热通道)连接；由冷剂压缩机***来的二级气液分离器32液相端通过换热器组7第三换热通道与第二节流装置42的一端连接，第二节流装置42的另一端与换热器组7的第四换热通道连接；二级气液分离器32顶部得到的气相通过换热器组7第一换热通道(气相通道)预冷后连接气液分离器5，分离后的气相冷剂连接换热器组的第六通道，进入换热器组的后续各级换热器(例如第六换热通道)冷却后，与第三节流装置43一端连接，第三节流装置43另一端连接换热器组第四换热通道；分离器5底部得到的液相冷剂连接换热器组7的第七通道，进入换热器组7的后一级换热器冷却后，与第四节流装置44连接，第四节流装置44另一端连接换热器组7第四换热通道后连接一段压缩；天然气管道通过换热器组第五换热通道连接重烃分离器6，重烃分离器6顶部气相端依次通过换热器组其余各级换热器(例如第八换热通道，任选地还可以进一步经过第九换热通道)，再连接储罐8。

使用图3和图4的装置的工艺流程如下：

天然气循环：

如附图3及附图4中所示，净化后的原料天然气首先进入板翅式换热器组7(五级换热或四级换热)进行预冷，被冷却至-30℃～-60℃后进入重烃分离器(气液分离器)6进行气液分离，由重烃分离器6顶部分离出的气相流股继续进入换热器组的其余各级换热器，并在其中被冷却至-130℃～-166℃，得到LNG产品并送入LNG储罐8中储存，重烃分离器6的底部得到液化石油气(LPG)。

混合冷剂循环：

采用三段式混合工质压缩***的装置，如附图3所示，其混合工质循环工艺流程为：

由C1～C5和N₂组成的混合工质，通常选自C1、C2、C3、C4和C5链烷烃和N₂中的四种、五种或六种，它们按照任意体积比例或按照大约等同的体积比例，进入压缩机1的入口，经一段压缩至0.6～1.8MPaA，进入一级冷却器21冷却至30℃～40℃，再进入一级气液分离器31进行气液分离，一级气液分离器31顶部分离出的气体继续进入压缩机1的二段入口，经二段压缩至1.2～5.4MPaA后再进入二级冷却器22冷却至30℃～40℃，冷却后的混合工质随后进入二级气液分离器32进行气液分离，二级气液分离器32顶部气体继续进入压缩机1的三段入口，最终被压缩至2.4～8.0MPaA后引出压缩机并进入末级冷却器23冷却至30℃～40℃，冷却后的工质继续进入末级气液分离器33进行气液分离，末级气液分离器33顶部分离出的气体随后进入主换热器组的气相通道参与换热，一级气液分离器31、二级气液分离器32及三级气液分离器33底部分离出的液体分别进入主换热器组的不同液体通道参与换热。

从混合工质压缩***一级气液分离器31底部引出的液体首先进入换热器组7的一液相通道，在其中被预冷至约10℃～-10℃，经节流阀41节流至0.25～0.8MPaA后与从换热器组7后一级换热器返回的混合工质流股汇合并反向进入前一级换热器为其提供冷量；由二级气液分离器32底部引出的液体通过换热器组另一液相通道预冷至0℃～-30℃，再经节流阀42节流至0.25～0.8MPaA后，与从换热器组7后一级换热器返回的混合工质流股汇合返回换热器组前一级换热器；由末级(三级)气液分离器33底部引出的液体通过换热器组7的另一液相通道，并在其中预冷至-30℃～-80℃，后经节流阀43节流至0.25～0.8MPaA，与从换热器组7后一级换热器返回的混合工质流股汇合返回前一级换热器；由末级气液分离器33顶部分离出的混合工质的气相流股通过换热器组的气相通道预冷至10℃～-30℃后进入气液分离器5，分离后的气相冷剂通过换热器组7的另一气相通道进入换热器组7的后续换热器中冷却至-135℃～-171℃，再经节流阀44节流至0.25～0.8MPaA后反向进入换热器组7为换热器提供冷量；气液分离器5底部得到的液相冷剂通过换热器组7的另一液相通道进入换热器组的后一级换热器冷却至-30℃～-100℃，再经节流阀45节流至0.25～0.8MPaA，与从换热器组7后一级换热器返回的混合工质流股汇合返回前一级换热器。

采用二段式混合工质压缩***的装置，如附图4所示，其混合工质循环工艺流程为：

由C1～C5和N₂组成的混合工质，通常选自C1、C2、C3、C4和C5链烷烃和N₂中的四种、五种或六种，它们按照任意体积比例或按照大约等同的体积比例，进入压缩机1的入口，经一段压缩至0.6～1.8MPaA，进入一级冷却器21冷却至30℃～40℃，再进入一级气液分离器31进行气液分离，一级气液分离器31顶部分离出的气体继续进入压缩机1的二段入口，经二段压缩至1.2～5.4MPaA后再进入二级冷却器22冷却至30℃～40℃，冷却后的混合工质随后进入二级气液分离器32进行气液分离，二级气液分离器顶部气体随后进入主换热器组7的气相通道参与换热，一级气液分离器31及二级气液分离器32底部分离出的液体分别进入主换热器组7的不同液相通道参与换热。

从混合工质压缩***一级气液分离器31底部引出的液体首先进入换热器组7的一液相通道，在其中被预冷至约10℃～-30℃，经节流阀41节流至0.25～0.8MPaA后与从换热器组7后一级换热器返回的混合工质流股汇合并反向进入前一级换热器为换热器组7提供冷量；由二级气液分离器32底部引出的液体通过换热器组7另一液相通道预冷至-30℃～-80℃，再经节流阀42节流至0.25～0.8MPaA后，与从换热器组7后一级换热器返回的混合工质流股汇合返回换热器组7前一级换热器；由二级气液分离器32顶部分离出的混合工质的气相流股通过换热器组7的气相通道预冷至10℃～-30℃后进入分离器5，分离得到的气相冷剂通过换热器组7的另一气相通道继续进入换热器组7的后续换热器中冷却至-135℃～-171℃，再经节流阀43节流至0.25～0.8MPaA后反向进入换热器组7；分离器5底部得到的液相冷剂通过换热器组7的另一液相通道进入换热器组7的后一级换热器中冷却至-30℃～-100℃，后经节流阀44节流至0.25～0.8MPaA，与从换热器组7后一级换热器返回的混合工质流股汇合后返回前一级换热器。

Claims (2)

1.采用单一混合工质制冷液化天然气的装置，其特征在于：其包括混合冷剂压缩***和冷箱***，其中混合冷剂压缩***采用三段式或二段式混合工质压缩机压缩，

当混合冷剂压缩***采用三段式混合工质压缩机压缩时，该压缩***包括三段式混合工质压缩机、分别与三段式混合工质压缩机的第一压缩段、第二压缩段和第三压缩段连接的第一台、第二台和第三台冷却器和分别与所述三台冷却器连接的第一台、第二台和第三台气液分离器，以及

冷箱***包含：

一组板翅式换热器组，它包含至少九个换热通道：第一、第二、第三、第四、第五、第六、第七、第八和第九换热通道，

两端分别与所述第二换热通道和第五换热通道连接的第一节流装置；

两端分别与所述第三换热通道和第五换热通道连接的第二节流装置；

两端分别与所述第四换热通道和第五换热通道连接的第三节流装置；

两端分别与所述第七换热通道和第五换热通道连接的第四节流装置；

两端分别与所述第八换热通道和第五换热通道连接的第五节流装置；

与所述板翅式换热器组的第一换热通道连接的第四气液分离器；

与所述板翅式换热器组的第六换热通道连接的第五气液分离器，即天然气重烃分离器；

其中，第一气液分离器的气相端连接到第二压缩段，第二气液分离器的气相端连接到第三压缩段，第三气液分离器的气相端经由第一换热通道连接到第四气液分离器，第一气液分离器的液相端连接到第二换热通道，第二气液分离器的液相端连接到第三换热通道，第三气液分离器的液相端连接到第四换热通道，用于输送净化后天然气的管道经由第六换热通道连接到第五气液分离器即天然气重烃分离器，该第五气液分离器的气相端经由第九换热通道连接到天然气储罐，第四气液分离器的液相端经由第八换热通道和第五节流装置连接到第五换热通道，以及第四气液分离器的气相端经由第七换热通道和第四节流装置连接到第五换热通道，第五换热通道连接到第一压缩段；

或

当混合冷剂压缩***采用二段式混合工质压缩机压缩时，该压缩***包括二段式混合工质压缩机、分别与二段式混合工质压缩机的第一压缩段和第二压缩段连接的第一台和第二台冷却器和分别与所述两台冷却器连接的第一台和第二台气液分离器，以及

冷箱***包含：

一组板翅式换热器组，它包含至少八个换热通道：第一、第二、第三、第四、第五、第六、第七和第八换热通道，

两端分别与所述第二换热通道和第四换热通道连接的第一节流装置；

两端分别与所述第三换热通道和第四换热通道连接的第二节流装置；

两端分别与所述第六换热通道和第四换热通道连接的第三节流装置；

两端分别与所述第七换热通道和第四换热通道连接的第四节流装置； 

与所述板翅式换热器组的第一换热通道连接的第三台气液分离器；

与所述板翅式换热器组的第五换热通道连接的第四台气液分离器，即天然气重烃分离器；

其中，第一气液分离器的气相端连接到第二压缩段，第二气液分离器的气相端经由第一换热通道连接到第三气液分离器，第一气液分离器的液相端连接到第二换热通道，第二气液分离器的液相端连接到第三换热通道，用于输送净化后天然气的管道经由第五换热通道连接到第四气液分离器即天然气重烃分离器，该第四气液分离器的气相端经由第八换热通道连接到天然气储罐，第三气液分离器的液相端经由第七换热通道和第四节流装置连接到第四换热通道，以及第四换热通道连接到混合冷剂压缩***的第一压缩段。

2.根据权利要求1所述的采用单一混合工质制冷液化天然气的装置，其特征在于：

当混合冷剂压缩***采用三段式混合工质压缩机压缩时，天然气重烃分离器的顶部气相端依次通过换热器组的第九换热通道后进一步通过换热器组的另外第十换热通道连接到液化天然气储罐；或

当混合冷剂压缩***采用二段式混合工质压缩机压缩时，天然气重烃分离器的顶部气相端依次通过换热器组的第八换热通道后进一步通过换热器组的另外第九换热通道连接到液化天然气储罐。 

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