多组分制冷剂循环制冷液化天然气的系统及方法
【专利摘要】本申请提供了一种多组分制冷剂循环制冷液化天然气的系统及方法，该系统包括：通过管道依次连接的喷油螺杆压缩机、润滑油分离装置、润滑油过滤装置、制冷剂冷却装置、制冷剂分离装置和换热装置；所述喷油螺杆压缩机用于对多组分制冷剂增压，所述润滑油分离装置和润滑油过滤装置用于对增压后含油的多组分制冷剂除油，所述制冷剂冷却装置用于冷却除油后的多组分制冷剂，所述制冷剂分离装置用于将冷却后的多组分制冷剂分离出气相制冷剂和液相制冷剂；所述换热装置用于将混合的液态多组分制冷剂与原料天然气换热、且使原料天然气液化。本申请提供的液化天然气的系统及方法具有节省占地面积，性能稳定，操作和维护方便，运行成本和投资较低等优点。
【专利说明】多组分制冷剂循环制冷液化天然气的系统及方法
【技术领域】
[0001]本申请属于天然气液化【技术领域】，具体涉及一种多组分制冷剂循环制冷液化天然气的系统及方法。
【背景技术】
[0002]天然气或煤层气、页岩气的主要成分是甲烷，常压情况下的甲烷在温度低于-161.5°C时成为液态甲烷(可称为液化天然气，Liquefied Natural Gas，即LNG)，在常温下无法通过增压进行液化，需采用天然气液化工艺。液化天然气的体积只为原气体状态的1/625，密度为标准状态下甲烷的600余倍、水的42.5%，体积能量密度为汽油的75%。因其清洁的燃烧质量、使用方便和便于输送及储存，液化天然气现成为优质的工业和民用燃料。
[0003]天然气液化制冷流程包括单组分和多组分混合制冷剂循环制冷，目前常用的为五种组分制冷剂循环制冷液化天然气。申请号为201220052707.3的中国专利文献公开了一种双级多组分混合冷剂制冷天然气液化系统，该系统包括预冷段制冷系统和液化及过冷段制冷系统；所述预冷段制冷系统包括依次连接的预冷压缩机、预冷压缩机出口冷却器和预冷压缩机出口分离器，所述预冷压缩机出口分离器的液相和气相均接入预冷段换热器，且出预冷段换热器后进入预冷压缩机进行循环；所述液化及过冷段制冷系统包括依次连接的高压混合冷剂分离罐、液化及过冷段换热器、高压混合冷剂压缩机和高压混合冷剂压缩机出口冷却器，所述高压混合冷剂分离罐的液相和气相均接入液化及过冷段换热器，且出液化及过冷段换热器后进入高压混合冷剂压缩机进行循环。
[0004]上述天然气液化系统分段制冷效率高，有利于关键设备的国产化和液化装置的大型化，但是，上述系统占地面积大，操作和维护的要求较高，费用较高。
【发明内容】
[0005]有鉴于此，本申请提供一种多组分制冷剂循环制冷液化天然气的系统及方法，本申请提供的液化天然气的系统及方法节省占地面积，性能稳定，操作和维护方便，能降低运行成本和投资，利于应用。
[0006]本申请提供一种多组分制冷剂循环制冷液化天然气的系统，包括:
[0007]通过管道依次连接的喷油螺杆压缩机、润滑油分离装置、润滑油过滤装置、制冷剂冷却装置、制冷剂分离装置和换热装置；
[0008]所述喷油螺杆压缩机用于对多组分制冷剂增压，所述润滑油分离装置和润滑油过滤装置用于对增压后含油的多组分制冷剂除油，所述制冷剂冷却装置用于冷却除油后的多组分制冷剂，所述制冷剂分离装置用于将冷却后的多组分制冷剂分离出气相制冷剂和液相制冷剂；
[0009]所述换热装置设有天然气进口、天然气出口、制冷剂气相通道和制冷剂液相通道；所述制冷剂气相通道的进口与制冷剂分离装置的气相出口相连通，所述制冷剂气相通道的出口与喷油螺杆压缩机的进口相连通，所述制冷剂气相通道上设有J-T阀；所述制冷剂液相通道的进口与制冷剂分离装置的液相出口相连通，所述制冷剂液相通道的出口位于换热装置的中部、且与气相通道相通，所述制冷剂液相通道上设有J-T阀；所述换热装置用于将混合的液态多组分制冷剂与原料天然气换热、且使原料天然气液化。
[0010]优选的，所述换热装置为冷箱。
[0011]优选的，所述换热装置的天然气出口端设有J-T阀。
[0012]优选的，所述系统还包括重烃分离装置，所述重烃分离装置的进口和出口均与换热装置的中部相连通，用于分离除去原料天然气中的重烃。
[0013]本申请还提供一种多组分制冷剂循环制冷液化天然气的方法，包括以下步骤:
[0014]a)将多组分制冷剂经过喷油螺杆压缩机进行增压，得到增压后含油的多组分制冷剂；
[0015]b)将所述增压后含油的多组分制冷剂依次经过润滑油分离装置和润滑油过滤装置，进行除油，得到除油后的多组分制冷剂；
[0016]c)将所述除油后的多组分制冷剂经过制冷剂冷却装置进行冷却，得到冷却后的多组分制冷剂；
[0017]d)将所述冷却后的多组分制冷剂经过制冷剂分离装置，得到气相制冷剂和液相制冷剂；
[0018]e)将所述气相制冷剂和液相制冷剂在换热装置中进行降压和降温，得到混合的液态多组分制冷剂；
[0019]f)将原料天然气与所述混合的液态多组分制冷剂在所述换热装置中进行换热，得到液化天然气和混合的气态多组分制冷剂；所述混合的气态多组分制冷剂返回至所述喷油螺杆压缩机；
[0020]所述步骤a)?f)循环进行。
[0021]优选的，所述步骤a)中增压后含油的多组分制冷剂的压力为1.5MPa?3.5MPa，温度为 60°C?120°C。
[0022]优选的，所述步骤b)中除油后的多组分制冷剂的润滑油含量彡10mg/L。
[0023]优选的，所述步骤c)中冷却后的多组分制冷剂的温度为20°C?45°C。
[0024]优选的，所述步骤e)中混合的液态多组分制冷剂的压力为0.35MPa?0.65MPa，温度为-143。。?-165。。。
[0025]优选的，所述步骤f)还包括:在换热过程中，将原料天然气经过重烃分离装置，分离除去原料天然气中的重烃。
[0026]与现有技术相比，本申请提供的多组分制冷剂循环制冷液化天然气的系统包括:通过管道依次连接的喷油螺杆压缩机、润滑油分离装置、润滑油过滤装置、制冷剂冷却装置、制冷剂分离装置和换热装置，其中，所述换热装置设有天然气进口、天然气出口、制冷剂气相通道和制冷剂液相通道；所述制冷剂气相通道的进口与制冷剂分离装置的气相出口相连通，所述制冷剂气相通道的出口与喷油螺杆压缩机的进口相连通，所述制冷剂气相通道上设有J-τ阀；所述制冷剂液相通道的进口与制冷剂分离装置的液相出口相连通，所述制冷剂液相通道的出口位于换热装置的中部、且与气相通道相通，所述制冷剂液相通道上设有J-T阀；在本申请中，所述喷油螺杆压缩机用于对多组分制冷剂增压，所述润滑油分离装置和润滑油过滤装置用于对增压后含油的多组分制冷剂除油，所述制冷剂冷却装置用于冷却除油后的多组分制冷剂，所述制冷剂分离装置用于将冷却后的多组分制冷剂分离出气相制冷剂和液相制冷剂；所述换热装置用于将混合的液态多组分制冷剂与原料天然气换热、且使原料天然气液化。本申请采用喷油螺杆压缩机对多组分制冷剂进行增压，其转速高、可调整输出流量，结构紧凑、占地面积小，通过撬装式组装、方便运输；没有气阀、活塞环等易损件，因而运转可靠、寿命长并易于实现远距离监控；进排气均匀，无压力脉冲；可获得高的单级压比及低的排气温度；工作点在较大范围内变化时，机器效率变化不大，没有离心式压缩机在小排气量时出现的喘振现象；并简化操作控制、维护难度，同时降低生产成本。并且，本申请配合采用润滑油分离装置和过滤装置，以及特定的换热装置等，将原料天然气无需独立的预冷而直接在换热装置中，与多组分制冷剂进行换热且液化为液态天然气，从而实现了多组分制冷剂循环制冷液化天然气。因此，本申请提供的液化天然气的系统及方法具有节省占地面积，性能稳定，操作和维护方便，运行成本和投资较低等优点。
【专利附图】
【附图说明】
[0027]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
[0028]图1为本申请实施例1提供的多组分制冷剂循环制冷液化天然气的系统的结构示意图；
[0029]图2为本申请实施例2提供的多组分制冷剂循环制冷液化天然气的系统的结构示意图；
[0030]图3为本申请实施例3提供的多组分制冷剂循环制冷液化天然气的系统的结构示意图。
【具体实施方式】
[0031]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0032]本申请提供了一种多组分制冷剂循环制冷液化天然气的系统，包括:
[0033]通过管道依次连接的喷油螺杆压缩机、润滑油分离装置、润滑油过滤装置、制冷剂冷却装置、制冷剂分离装置和换热装置；
[0034]所述喷油螺杆压缩机用于对多组分制冷剂增压，所述润滑油分离装置和润滑油过滤装置用于对增压后含油的多组分制冷剂除油，所述制冷剂冷却装置用于冷却除油后的多组分制冷剂，所述制冷剂分离装置用于将冷却后的多组分制冷剂分离出气相制冷剂和液相制冷剂；
[0035]所述换热装置设有天然气进口、天然气出口、制冷剂气相通道和制冷剂液相通道；所述制冷剂气相通道的进口与制冷剂分离装置的气相出口相连通，所述制冷剂气相通道的出口与喷油螺杆压缩机的进口相连通，所述制冷剂气相通道上设有J-τ阀；所述制冷剂液相通道的进口与制冷剂分离装置的液相出口相连通，所述制冷剂液相通道的出口位于换热装置的中部、且与气相通道相通，所述制冷剂液相通道上设有J-T阀；所述换热装置用于将混合的液态多组分制冷剂与原料天然气换热、且使原料天然气液化。
[0036]本申请提供的是用于多组分制冷剂采用喷油螺杆压缩机循环制冷液化天然气的装置系统，主要通过喷油螺杆压缩机的控制滑阀进行加减负荷，调整混合制冷剂循环制冷，以满足液化天然气生产的应用。本申请提供的液化天然气的系统节省占地面积，性能稳定，操作和维护方便，能降低运行成本和投资，利于应用。
[0037]参见图1、图2和图3，图1为本申请实施例1提供的多组分制冷剂循环制冷液化天然气的系统的结构示意图，图2为本申请实施例2提供的多组分制冷剂循环制冷液化天然气的系统的结构示意图，图3为本申请实施例3提供的多组分制冷剂循环制冷液化天然气的系统的结构示意图。
[0038]图1、图2和图3中，01为喷油螺杆压缩机，02为润滑油分离器，03为润滑油过滤器，04为制冷剂冷却器，05为制冷剂分离器，06为冷箱，07为液相通道上的J-T阀，08为气相通道上的J-T阀，09为天然气出口端的J-T阀；
[0039]11为原料天然气，12为液化天然气，20为多组分制冷剂或混合的气态多组分制冷齐U，21为增压后含油的多组分制冷剂，22为除油后的多组分制冷剂，23为冷却后的多组分制冷剂，24为液相制冷剂，25为液相通道中未经过液相通道上J-T阀的制冷剂，26为液相通道中经过液相通道上J-T阀的制冷剂，27为气相制冷剂，28为气相通道中未经过气相通道上J-T阀的制冷剂，29为气相通道中经过气相通道上J-T阀的制冷剂。另外，图2中，00为重烃分离器，13为从原料天然气中分离除去的重烃。
[0040]本申请提供的多组分制冷剂循环制冷液化天然气的系统包括喷油螺杆压缩机01，多组分制冷剂20经过喷油螺杆压缩机01，形成增压后含油的多组分制冷剂21。本申请对所述喷油螺杆压缩机没有特殊限制，其可以采用微油润滑。
[0041]本申请采用喷油螺杆压缩机对多组分制冷剂进行增压，其转速高、可调整输出流量，结构紧凑、占地面积小，通过撬装式组装、方便运输；没有气阀、活塞环等易损件，因而运转可靠、寿命长并易于实现远距离监控；进排气均匀，无压力脉冲；可获得高的单级压比及低的排气温度；工作点在较大范围内变化时，机器效率变化不大，没有离心式压缩机在小排气量时出现的喘振现象；并简化操作控制、维护难度，同时降低生产成本。
[0042]另外，当原料天然气进入换热装置的流量发生变化时，混合的多组分制冷剂的循环制冷量富余或不足，本申请无需排放或补充多组分制冷剂，而通过控制喷油螺杆压缩机的滑阀进行减载或加载，可调整多组分制冷剂的循环量，防止多组分制冷剂中的C5组分凝固而堵塞在换热装置中，从而满足输出液化天然气的产品要求。
[0043]所述多组分制冷剂循环制冷液化天然气的系统包括润滑油分离装置，如润滑油分离器02。本申请对所述润滑油分离装置没有特殊限制，可采用油气分离器，能分离润滑油即可。所述系统包括润滑油过滤装置，如润滑油过滤器03。本申请对所述润滑油过滤装置没有特殊限制，能过滤除去润滑油即可。
[0044]增压后含油的多组分制冷剂21依次经过润滑油分离器02和润滑油过滤器03，形成除油后的多组分制冷剂22。本申请将润滑油分离装置和过滤装置与喷油螺杆压缩机配合使用，进而实现天然气液化生产。
[0045]所述多组分制冷剂循环制冷液化天然气的系统包括制冷剂冷却装置，如制冷剂冷却器04，除油后的多组分制冷剂22通过制冷剂冷却器04，形成冷却后的多组分制冷剂23。所述制冷剂冷却装置为本领域常用的冷却多组分制冷剂的装置，本申请没有特殊限制。
[0046]所述多组分制冷剂循环制冷液化天然气的系统包括制冷剂分离装置，如制冷剂分离器05，冷却后的多组分制冷剂23在制冷剂分离器05中分离出气、液两相，即形成主要包括C3和C5组分的液相制冷剂24，以及主要包括N2、C1和C2组分的气相制冷剂27。
[0047]所述多组分制冷剂循环制冷液化天然气的系统包括换热装置，优选包括冷箱06，用于将混合的液态多组分制冷剂与原料天然气换热、且使原料天然气液化。所述冷箱为本领域技术人员熟知的装置，主要包括换热器。
[0048]在本申请中，所述换热装置设有制冷剂气相通道和制冷剂液相通道，其中，所述制冷剂液相通道的进口与制冷剂分离装置的液相出口相连通，所述制冷剂液相通道的出口位于换热装置的中部、且与气相通道相通，所述制冷剂液相通道上设有J-T阀。本申请实施例分离得到的液相制冷剂24进入冷箱06中的制冷剂液相通道，在冷箱06的中部流出，形成液相通道中未经液相通道上J-T阀的制冷剂25，经液相通道上的J-T阀07节流膨胀、降压降温，形成液相通道中经过液相通道上J-T阀的制冷剂26，再回到冷箱06的中部，为气相制冷剂进行预冷。
[0049]所述制冷剂气相通道的进口与制冷剂分离装置的气相出口相连通，所述制冷剂气相通道的出口与喷油螺杆压缩机的进口相连通，所述制冷剂气相通道上设有J-T阀。本申请实施例分离得到的气相制冷剂27进入冷箱06中的制冷剂气相通道，经预冷、换热至-140°C?_162°C，成为低温液态混合制冷剂，从冷箱06的底部流出，即形成气相通道中未经气相通道上J-T阀的制冷剂28，经气相通道上的J-T阀08节流膨胀、降压降温，形成气相通道中经过气相通道上J-T阀的制冷剂29，再回到冷箱06中。
[0050]所述换热装置设有天然气进口和天然气出口，在本申请实施例中，原料天然气11从天然气进口进入冷箱06，与降压降温后混合的液态多组分制冷剂进行换热，使原料天然气(简称原料气)的温度降至_140°C?_162°C而液化，所得液化天然气12从天然气出口流出。
[0051]在本申请中，所述换热装置的天然气出口端优选设有J-T阀，如天然气出口端的J-T阀09，将液化天然气12进行降压降温。降压降温后的液化天然气可输送至储存；同时混合的液态多组分制冷剂吸收原料天然气、气态制冷剂和液态制冷剂的热量，温度上升至常温，成为混合的气态多组分制冷剂20 ;混合的气态多组分制冷剂20通过管道流出冷箱06，返回喷油螺杆压缩机01，可进行下一个周期的循环。
[0052]如果原料天然气中含有重烃，本申请可增加重烃分离装置。即所述多组分制冷剂循环制冷液化天然气的系统优选还包括重烃分离装置，如重烃分离器00。所述重烃分离装置的进口和出口均与换热装置的中部相连通，所述换热装置上设有重烃分离装置预留接口，可用于分离除去原料天然气中的重烃13。所述重烃分离装置为本领域技术人员熟知的用于分离重烃的重烃分离器，本申请没有特殊限制。本申请也可以不增加重烃分离装置，如图3所示进行处理。
[0053]在本申请中，以上装置均通过管道连接；所述J-T阀为焦耳-汤姆逊节流膨胀阀，为本领域常用的阀门。本申请提供的多组分制冷剂循环制冷液化天然气的系统主要包括天然气液化部分和制冷剂循环部分，制冷剂循环部分主要有喷油螺杆压缩机、润滑油分离装置、润滑油过滤装置、制冷剂冷却装置、制冷剂分离装置和换热装置等，这些装置通过管道连接形式组成一个闭式制冷剂循环部分；而换热装置经天然气进出管道等连接组成天然气液化部分。
[0054]在本申请中，原料天然气无需独立的预冷直接进入换热装置，与所述换热装置中的多组分制冷剂进行换热，所述原料天然气被冷却至-14o°c?-1erc，液化为液态天然气(液化天然气，LNG)，可再经过天然气J-T阀降压后通过管道输送去储存；而多组分制冷剂依次经过喷油螺杆压缩机增压、润滑油分离装置分离、润滑油过滤装置过滤、制冷剂冷却装置冷却和制冷剂分离装置分离，得到的气、液两相制冷剂分别进入所述换热装置中，经制冷剂J-τ阀降压降温，再回到所述换热装置中，与原料天然气换热并使之液化，在为天然气液化提供冷量的同时，还使混合制冷剂自身汽化为气态的混合制冷剂，所述气态的混合制冷剂则返回喷油螺杆压缩机进行再次循环。
[0055]本申请采用喷油螺杆压缩机、润滑油分离装置和过滤装置，以及特定的换热装置等，将原料天然气无需独立的预冷而直接在换热装置中，与多组分制冷剂进行换热且液化为液态天然气，从而实现了多组分制冷剂循环制冷液化天然气的生产过程，具有节省占地面积，性能稳定，操作和维护方便，运行成本和投资较低等优点。
[0056]相应的，本申请还提供了一种多组分制冷剂循环制冷液化天然气的方法，包括以下步骤:
[0057]a)将多组分制冷剂经过喷油螺杆压缩机进行增压，得到增压后含油的多组分制冷剂；
[0058]b)将所述增压后含油的多组分制冷剂依次经过润滑油分离装置和润滑油过滤装置，进行除油，得到除油后的多组分制冷剂；
[0059]c)将所述除油后的多组分制冷剂经过制冷剂冷却装置进行冷却，得到冷却后的多组分制冷剂；
[0060]d)将所述冷却后的多组分制冷剂经过制冷剂分离装置，得到气相制冷剂和液相制冷剂；
[0061]e)将所述气相制冷剂和液相制冷剂在换热装置中进行降压和降温，得到混合的液态多组分制冷剂；
[0062]f)将原料天然气与所述混合的液态多组分制冷剂在所述换热装置中进行换热，得到液化天然气和混合的气态多组分制冷剂；所述混合的气态多组分制冷剂返回至所述喷油螺杆压缩机；
[0063]所述步骤a)?f)循环进行。
[0064]本申请提供的方法应用于多组分制冷剂采用喷油螺杆压缩机等设备循环制冷液化天然气，节省占地面积，性能稳定，操作和维护方便，能降低运行成本和投资，利于应用。
[0065]本申请实施例将多组分制冷剂经过喷油螺杆压缩机进行增压，得到增压后含油的多组分制冷剂。
[0066]在本申请中，所述多组分制冷剂为混合制冷剂，本申请没有特殊限制，选用本领域常用的混合制冷剂即可，可由N2和C1至C5的碳氢化合物等多种组分组成；所述多组分制冷剂优选为五组分制冷剂，如由氮气、甲烷、乙烯、丙烷和异戊烷组成；在本申请的一个实施例中，所述五组分制冷剂由10wt%氮气、23wt%甲烧、35wt%乙烯、15wt%丙烧和17wt%异戍烧组成。
[0067]本申请采用喷油螺杆压缩机对多组分制冷剂进行增压，其转速高、可调整输出流量，结构紧凑、占地面积小，通过撬装式组装、方便运输；没有气阀、活塞环等易损件，因而运转可靠、寿命长并易于实现远距离监控；进排气均匀，无压力脉冲；可获得高的单级压比及低的排气温度；工作点在较大范围内变化时，机器效率变化不大，没有离心式压缩机在小排气量时出现的喘振现象；并简化操作控制、维护难度，同时降低生产成本。
[0068]本申请对所述喷油螺杆压缩机的结构和多组分制冷剂的用量等没有特殊限制，如喷油螺杆压缩机可采用微油润滑。在本申请中，所述增压后含油的多组分制冷剂为高温高压含油混合制冷剂气体，其压力优选为1.5MPa?3.5MPa，更优选为2MPa?3MPa ;温度优选为60V?120°C，更优选为80°C?110°C ;本申请对增压所用时间也没有特殊限制。
[0069]得到增压后含油的多组分制冷剂后，本申请实施例将其依次经过润滑油分离装置分离、经过润滑油过滤装置过滤，以除去气体中的润滑油，得到除油后的多组分制冷剂。
[0070]所述润滑油分离装置和过滤装置与前文所述内容一致，在此不再赘述。在本申请中，所述除油后的多组分制冷剂为经除油后的高温高压制冷剂气体，其润滑油含量优选(10mg/L，更优选< 9mg/L，能有效防止压缩机中的润滑油进入换热装置后发生换热功率下降和堵塞换热通道的情况。
[0071]得到除油后的多组分制冷剂后，本申请实施例将其通过制冷剂冷却装置，使温度冷却，得到冷却后的多组分制冷剂。所述制冷剂冷却装置与前文所述内容一致，在此不再赘述。在本申请中，所述冷却后的多组分制冷剂的温度优选为20°C?45°C，更优选为30°C?400C ;本申请对冷却所用时间没有特殊限制。
[0072]得到冷却后的多组分制冷剂后，本申请实施例将其经过制冷剂分离装置，在所述制冷剂分离装置中分离出气、液两相，得到气相制冷剂和液相制冷剂。所述制冷剂分离装置与前文所述内容一致，在此不再赘述。在本申请的一个实施例中，所述气相制冷剂主要包括N2, C1和C2组分，所述液相制冷剂主要包括C3和C5组分。
[0073]在本申请实施例中，依次经增压、除油、冷却和分离后的两相混合制冷制冷剂分别进入换热装置中的制冷剂气相通道和液相通道，进行降压和降温，得到混合的液态多组分制冷剂。
[0074]所述换热装置与前文所述内容一致，在此不再赘述。在本申请的一个实施例中，分离得到的液相制冷剂进入冷箱中的制冷剂液相通道，在冷箱的中部流出，形成液相通道中未经液相通道上J-T阀的制冷剂，经液相通道上的J-T阀节流膨胀，降压至压力为0.3MPa?0.6MPa，降温至温度为_40°C?_55°C，形成液相通道中经过液相通道上J-T阀的制冷剂，再回到冷箱的中部，为气相制冷剂进行预冷；
[0075]而分离得到的气相制冷剂进入冷箱中的制冷剂气相通道，经预冷、换热至-140°C?_162°C，成为低温液态混合制冷剂，从冷箱的底部流出，即形成气相通道中未经气相通道上J-T阀的制冷剂，经气相通道上的J-T阀节流膨胀、降压降温，形成气相通道中经过气相通道上J-T阀的制冷剂，再回到冷箱中；本申请所得混合的液态多组分制冷剂的压力优选为0.35MPa?0.65MPa，更优选为0.4MPa?0.6MPa ;温度优选为-143°C?-165°C，更优选为-148°C?_160°C。
[0076]在所述换热装置中，本申请实施例将原料天然气与降压降温后混合的液态多组分制冷剂进行换热，使原料气温度降至_140°C?_162°C而液化，得到液化天然气，其可经过天然气J-τ阀进行降压、降温后输送至储存；
[0077]同时，混合的液态多组分制冷剂吸收原料天然气、气态混合制冷剂和液态混合制冷剂的热量，温度上升至常温而成为混合的气态多组分制冷剂，其通过管道流出换热装置，返回至喷油螺杆压缩机，进行下一个周期的循环。
[0078]在本申请中，所述原料天然气可以含重烃，也可以不含重烃。在换热过程中，本申请优选将原料天然气经过重烃分离装置，分离除去原料天然气中的重烃。所述重烃分离装置与前文所述内容一致，在此不在赘述。所述原料天然气的气体流量根据用户要求的不同而不同，可以为 5X 104Nm3/d ?15X 14Nm3AL
[0079]本申请经过喷油螺杆压缩机增压、润滑油分离装置和过滤装置除油等，将原料天然气无需独立的预冷而直接在换热装置中，与多组分制冷剂进行换热且液化为液态天然气，从而实现了多组分制冷剂循环制冷液化天然气。由于采用喷油螺杆压缩机、润滑油分离装置和过滤装置以及换热装置等，本申请提供的液化天然气的方法具有节省占地面积，性能稳定，操作和维护方便，运行成本和投资较低等优点。
[0080]为了进一步说明本申请，下面结合实施例对本申请提供的一种多组分制冷剂循环制冷液化天然气的系统及方法进行具体地描述，但不能将它们理解为对本申请保护范围的限定。
[0081]实施例1
[0082]采用如图1所示的多组分制冷剂循环制冷液化天然气的系统，多组分制冷剂由1wt %氮气、23wt%甲烧、35wt%乙烯、15wt%丙烧和17wt%异戍烧组成,原料天然气不含重烃，且处理量为5 X 14Nm3AL
[0083]将多组分制冷剂经过喷油螺杆压缩机进行增压，得到增压后含油的多组分制冷齐U，其压力达到3.2MPa，温度为115°C ;其中，喷油螺杆压缩机采用微油润滑，进入压缩机的油量为1.7L/min，压缩机的入口压力为0.2MPa，出口压力为3.2MPa，入口温度为10°C?45°C，出口温度为115°C ;多组分制冷剂的循环流量为5200Nm3/h ；
[0084]将所述增压后含油的多组分制冷剂依次经过油气分离器和润滑油过滤器，进行除油，得到除油后的多组分制冷剂，其润滑油含量< 10mg/L ；
[0085]将所述除油后的多组分制冷剂经过制冷剂冷却器进行冷却，温度冷却至30°C，得到冷却后的多组分制冷剂；
[0086]将所述冷却后的多组分制冷剂经过制冷剂分离器，得到主要包括N2、C1和C2组分的气相制冷剂和主要包括C3和C5组分的液相制冷剂；
[0087]分离得到的液相制冷剂进入冷箱中的制冷剂液相通道，在冷箱的中部流出，形成液相通道中未经液相通道上J-T阀的制冷剂，经液相通道上的J-T阀节流膨胀，降压至压力为0.45MPa，降温至温度为-50°c，形成液相通道中经过液相通道上J-T阀的制冷剂，再回到冷箱的中部，为气相制冷剂进行预冷；
[0088]而分离得到的气相制冷剂进入冷箱中的制冷剂气相通道，经预冷、换热至_160°C，成为低温液态混合制冷剂，从冷箱的底部流出，即形成气相通道中未经气相通道上J-T阀的制冷剂，经气相通道上的J-T阀节流膨胀、降压降温，形成气相通道中经过气相通道上J-T阀的制冷剂，再回到冷箱中；所得混合的液态多组分制冷剂的压力为0.5MPa，温度为-163。。；
[0089]将原料天然气与所述混合的液态多组分制冷剂在所述冷箱中进行换热，使原料气温度降至_160°C，得到液化天然气，经过天然气J-T阀后输送至储存；同时得到混合的气态多组分制冷剂，其返回至所述喷油螺杆压缩机，进行下一个周期的循环。
[0090]实施例2
[0091]采用如图2所示的多组分制冷剂循环制冷液化天然气的系统，多组分制冷剂由1wt %氮气、25wt%甲烧、37wt%乙烯、13wt%丙烧和15wt%异戍烧组成，原料天然气含有少量重烃(C6+wt%:0.02?0.09)，且处理量为5 X 14NmVdο
[0092]将多组分制冷剂经过喷油螺杆压缩机进行增压，得到增压后含油的多组分制冷齐U，其压力达到3.5MPa，温度为120°C ;其中，喷油螺杆压缩机采用微油润滑，进入压缩机的油量为1.7L/min，压缩机的入口压力为0.2MPa，出口压力为3.5MPa，入口温度为10°C?45°C，出口温度为120°C ;多组分制冷剂的循环流量为5200Nm3/h ；
[0093]将所述增压后含油的多组分制冷剂依次经过油气分离器和润滑油过滤器，进行除油，得到除油后的多组分制冷剂，其润滑油含量< 10mg/L ；
[0094]将所述除油后的多组分制冷剂经过制冷剂冷却器进行冷却，温度冷却至40°C，得到冷却后的多组分制冷剂；
[0095]将所述冷却后的多组分制冷剂经过制冷剂分离器，得到主要包括N2、C1和C2组分的气相制冷剂和主要包括C3和C5组分的液相制冷剂；
[0096]分离得到的液相制冷剂进入冷箱中的制冷剂液相通道，在冷箱的中部流出，形成液相通道中未经液相通道上J-T阀的制冷剂，经液相通道上的J-T阀节流膨胀，降压至压力为0.45MPa，降温至温度为-40°c，形成液相通道中经过液相通道上J-T阀的制冷剂，再回到冷箱的中部，为气相制冷剂进行预冷；
[0097]而分离得到的气相制冷剂进入冷箱中的制冷剂气相通道，经预冷、换热至_160°C，成为低温液态混合制冷剂，从冷箱的底部流出，即形成气相通道中未经气相通道上J-T阀的制冷剂，经气相通道上的J-T阀节流膨胀、降压降温，形成气相通道中经过气相通道上J-τ阀的制冷剂，再回到冷箱中；所得混合的液态多组分制冷剂的压力为0.5MPa，温度为-163。。；
[0098]将原料天然气与所述混合的液态多组分制冷剂在所述冷箱中进行换热，在冷箱中部流出，通过重烃分离器分离出原料天然气中的重烃，再进入冷箱中部，经冷箱换热使原料气温度降至_160°C，得到液化天然气，经过天然气J-T阀后输送至储存；同时得到混合的气态多组分制冷剂，其返回至所述喷油螺杆压缩机，进行下一个周期的循环。
[0099]实施例3
[0100]采用如图3所示的多组分制冷剂循环制冷液化天然气的系统，多组分制冷剂由1wt %氮气、23wt%甲烧、35wt%乙烯、15wt%丙烧和17wt%异戍烧组成，原料天然气含有不定量重烃，且处理量为5 X 14Nm3AL
[0101]将多组分制冷剂经过喷油螺杆压缩机进行增压，得到增压后含油的多组分制冷齐U，其压力达到3.2MPa，温度为115°C ;其中，喷油螺杆压缩机采用微油润滑，进入压缩机的油量为1.7L/min，压缩机的入口压力为0.2MPa，出口压力为3.2MPa，入口温度为10°C?45°C，出口温度为115°C ;多组分制冷剂的循环流量为5200Nm3/h ；
[0102]将所述增压后含油的多组分制冷剂依次经过油气分离器和润滑油过滤器，进行除油，得到除油后的多组分制冷剂，其润滑油含量< 10mg/L ；
[0103]将所述除油后的多组分制冷剂经过制冷剂冷却器进行冷却，温度冷却至40°C，得到冷却后的多组分制冷剂；
[0104]将所述冷却后的多组分制冷剂经过制冷剂分离器，得到主要包括N2、C1和C2组分的气相制冷剂和主要包括C3和C5组分的液相制冷剂；
[0105]分离得到的液相制冷剂进入冷箱中的制冷剂液相通道，在冷箱的中部流出，形成液相通道中未经液相通道上J-T阀的制冷剂，经液相通道上的J-T阀节流膨胀，降压至压力为0.45MPa，降温至温度为-50°c，形成液相通道中经过液相通道上J-T阀的制冷剂，再回到冷箱的中部，为气相制冷剂进行预冷；
[0106]而分离得到的气相制冷剂进入冷箱中的制冷剂气相通道，经预冷、换热至_160°C，成为低温液态混合制冷剂，从冷箱的底部流出，即形成气相通道中未经气相通道上J-T阀的制冷剂，经气相通道上的J-T阀节流膨胀、降压降温，形成气相通道中经过气相通道上J-τ阀的制冷剂，再回到冷箱中；所得混合的液态多组分制冷剂的压力为0.5MPa，温度为-163。。；
[0107]将原料天然气与所述混合的液态多组分制冷剂在所述冷箱中进行换热，使原料气温度降至_160°C，得到液化天然气，经过天然气J-T阀后输送至储存；同时得到混合的气态多组分制冷剂，其返回至所述喷油螺杆压缩机，进行下一个周期的循环。
[0108]由以上实施例可知，本申请采用喷油螺杆压缩机对多组分制冷剂进行增压，其转速高、可调整输出流量，结构紧凑、占地面积小，通过撬装式组装、方便运输；没有气阀、活塞环等易损件，因而运转可靠、寿命长并易于实现远距离监控；进排气均匀，无压力脉冲；可获得高的单级压比及低的排气温度；工作点在较大范围内变化时，机器效率变化不大，没有离心式压缩机在小排气量时出现的喘振现象；并简化操作控制、维护难度，同时降低生产成本。并且，本申请配合采用润滑油分离装置和过滤装置，以及特定的换热装置等，将原料天然气无需独立的预冷而直接在换热装置中，与多组分制冷剂进行换热且液化为液态天然气，从而实现了多组分制冷剂循环制冷液化天然气。因此，本申请提供的液化天然气的系统及方法具有节省占地面积，性能稳定，操作和维护方便，运行成本和投资较低等优点。
【权利要求】
1.一种多组分制冷剂循环制冷液化天然气的系统，包括: 通过管道依次连接的喷油螺杆压缩机、润滑油分离装置、润滑油过滤装置、制冷剂冷却装置、制冷剂分离装置和换热装置； 所述喷油螺杆压缩机用于对多组分制冷剂增压，所述润滑油分离装置和润滑油过滤装置用于对增压后含油的多组分制冷剂除油，所述制冷剂冷却装置用于冷却除油后的多组分制冷剂，所述制冷剂分离装置用于将冷却后的多组分制冷剂分离出气相制冷剂和液相制冷剂； 所述换热装置设有天然气进口、天然气出口、制冷剂气相通道和制冷剂液相通道；所述制冷剂气相通道的进口与制冷剂分离装置的气相出口相连通，所述制冷剂气相通道的出口与喷油螺杆压缩机的进口相连通，所述制冷剂气相通道上设有J-T阀；所述制冷剂液相通道的进口与制冷剂分离装置的液相出口相连通，所述制冷剂液相通道的出口位于换热装置的中部、且与气相通道相通，所述制冷剂液相通道上设有J-T阀；所述换热装置用于将混合的液态多组分制冷剂与原料天然气换热、且使原料天然气液化。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述换热装置为冷箱。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述换热装置的天然气出口端设有J-T阀。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括重烃分离装置，所述重烃分离装置的进口和出口均与换热装置的中部相连通，用于分离除去原料天然气中的重烃。
5.一种多组分制冷剂循环制冷液化天然气的方法，包括以下步骤: a)将多组分制冷剂经过喷油螺杆压缩机进行增压，得到增压后含油的多组分制冷剂； b)将所述增压后含油的多组分制冷剂依次经过润滑油分离装置和润滑油过滤装置，进行除油，得到除油后的多组分制冷剂； c)将所述除油后的多组分制冷剂经过制冷剂冷却装置进行冷却，得到冷却后的多组分制冷剂； d)将所述冷却后的多组分制冷剂经过制冷剂分离装置，得到气相制冷剂和液相制冷剂； e)将所述气相制冷剂和液相制冷剂在换热装置中进行降压和降温，得到混合的液态多组分制冷剂； f)将原料天然气与所述混合的液态多组分制冷剂在所述换热装置中进行换热，得到液化天然气和混合的气态多组分制冷剂；所述混合的气态多组分制冷剂返回至所述喷油螺杆压缩机； 所述步骤a)?f)循环进行。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤a)中增压后含油的多组分制冷剂的压力为1.5MPa?3.5MPa，温度为60°C?120°C。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤b)中除油后的多组分制冷剂的润滑油含量彡10mg/L。
8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤c)中冷却后的多组分制冷剂的温度为20°C?45°C。
9.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤e)中混合的液态多组分制冷剂的压力为 0.35MPa ?0.65MPa,温度为 _14:TC ?_165°C。
10.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤f)还包括:在换热过程中，将原料天然气经过重烃分离装置，分离除去原料天然气中的重烃。
【文档编号】F25J1/02GK104457137SQ201410664674
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年11月19日 优先权日:2014年11月19日
【发明者】林辉, 何毅, 严丽君, 王清海 申请人:杰瑞石油天然气工程有限公司