[其他]用雙混合致冷劑液化天然氣的方法及其裝置

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• 申請?zhí)枺?/td>: 101985000003725
• 申請日: 1985-05-17
• 公開（公告）號: CN1003732B
• 公開（公告）日: 1989-03-29
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 查爾斯·利奧·牛頓
• 申請（專利權(quán)）人: 氣體產(chǎn)品與化學(xué)品公司
• 代理公司: 中國專利代理有限公司
• 代理人: 羅宏

本發(fā)明公開了一種采用兩個封閉循環(huán)，多組份致冷劑；即冷卻天然氣的低位致冷劑和冷卻低位致冷劑的高位致冷物液化天然氣的方法和裝置。其中改進(jìn)包括壓縮相分離后的高位致冷劑及在附加壓縮后用外部冷卻流體全部液化氣相流體。因而能高效地冷卻低位致冷劑。

本發(fā)明是關(guān)于液化天然氣和其它富甲烷物流的方法，特別是關(guān)于用雙混合組分致冷劑的液化方法，該方法采用了效率高的流程可用于液化天然氣和富甲烷物流。

為了達(dá)到回收和利用天然氣及其它富甲烷物流，使其作為廉價的燃料來源，要求氣體液化以提供從生產(chǎn)地到使用地經(jīng)濟(jì)地輸送氣體。液化大量的天然氣，明顯地要消耗大量能量，為了使天然氣具有競爭價格，液化方法必須盡可能有效利用能量。

在單一組份的致冷劑循環(huán)中，用于開動設(shè)備的驅(qū)動器或電機(jī)馬達(dá)與用于致冷設(shè)備完成致冷的壓縮載荷是不平衡的，特別是當(dāng)這種設(shè)備與整套液化設(shè)備相匹配時，液化過程中通常存在效率不高的問題。壓縮載荷是液化過程中主要的能量消耗因素。此外，一種液化方法必須能在特殊氣候條件不同地區(qū)很容易地被采用。氣候條件是隨季節(jié)變化的，尤其是在兩極地區(qū)。這樣的氣候條件對液化過程的影響主要是影響在液化天然氣中用作產(chǎn)冷的冷卻水的溫度，由于季節(jié)的變化和不同氣候的地區(qū)，可用的冷卻水的溫度有相當(dāng)大的差別，從而在各種致冷循環(huán)中產(chǎn)生不平衡。

在致冷循環(huán)中除了與壓縮驅(qū)動裝置相匹配的壓縮載荷外，還可能出現(xiàn)，其它效率低的情況。這種效率低的情況通常存在于被液化的氣體與實現(xiàn)液化的致冷劑之間的配合上。對于一種多組份的多級的閃蒸循環(huán)，其組分變化和約束都使這一領(lǐng)域中具有一般技術(shù)水平的人感到苦惱。

為了提供有效的液化方法，人們曾做過多次的努力，以適于不同環(huán)境條件，也有人提出采用多組份、多回路的致冷劑的方法。在美國專利4，112，700號提出的液化天然氣流程方案中，用兩個閉合循環(huán)的致冷劑流來液化天然氣。用第一高位（較高的溫度）預(yù)冷卻致冷劑回路，以多級方式冷卻天然氣。最初，致冷劑由冷卻水冷卻并沒有全部冷凝。將第一高位預(yù)冷卻的致冷劑進(jìn)行多步相分離，以便回收致冷劑的輕質(zhì)組份以進(jìn)行再循環(huán)，同時致冷劑中的重組份留下，并在較低的溫度下冷卻天然氣。第一高位預(yù)冷卻的致冷劑還被用來冷卻第二種低位致冷劑（較低的溫度）。第二種低位致冷劑以一步完成天然氣的液化。該方法的缺點(diǎn)在于：在初始相分離之后的高位預(yù)冷卻的致冷劑，是利用越來越重的分子量的組份，以完成越來越低的低溫冷卻。這與本發(fā)明所希望的有效冷卻方法正好相反。另外，第二或低位致冷劑用一步來液化天然氣，而不是多步液化。最后，高位致冷劑在其致冷前，由外部冷卻流體冷卻而沒有全部冷凝。

美國專利4，274，849發(fā)表了富甲烷氣的液化方法，其中，采用了兩個單獨(dú)的致冷循環(huán)。每個循環(huán)都使用一種多組份的致冷劑。低位（較低的溫度）致冷劑冷卻和液化天然氣是通過間接熱交換分兩級進(jìn)行的。高位致冷劑（較高的溫度），與待液化的天然氣不進(jìn)行熱交換，而卻在一個輔助的熱交換器中，通過間接熱交換來冷卻低位致冷劑。這種熱交換是一步完成的。

美國專利4，339，253發(fā)表了一種混合致冷劑液化天然氣的方法。其中，低位致冷劑分兩級來冷卻和液化天然氣。低位致冷劑依序被高位致冷劑在一步中冷卻。在開始時，僅僅是用高位致冷劑將天然氣冷卻到去除水份之溫度，然后將干燥的天然氣輸入于該方法的主要液化區(qū)。

這樣，當(dāng)致冷劑是由混合組份的致冷劑組成時，在雙循環(huán)致冷劑液化過程的各循環(huán)之間，應(yīng)用這種分步熱交換步驟，則不可能因致冷劑組分有規(guī)則變化時，使各循環(huán)間得到完全匹配的熱交換。

巴拉多夫斯基.H（Paradowski.H）和斯貴拉，O（Squera.O.）發(fā)表在1983年5月15-19日天然氣液化第七次國際會議上題為“締合氣體的液化”的文章，圖3中用兩個閉合制冷循環(huán)來液化氣體。在流程圖的右端，高位的循環(huán)不僅用來冷卻低位循環(huán)，還用來冷卻初始天然氣流中的水份使之冷凝。高位致冷劑經(jīng)多級再壓縮，并在三個不同的溫度和壓力階段下冷卻低位致冷劑。但并沒有考慮到高位致冷劑組成的變化，應(yīng)與熱交換器中各級致冷過程相匹配。