[发明专利]一种混合工质高压气体液化与过冷系统

说明书

本发明提供的混合工质高压气体液化与过冷系统，包括：气体增压单元、混合工质制冷机单元和过冷单元，所述的气体增压单元包括气体压缩机与后冷却器，所述的混合工质制冷机单元包括混合工质主冷循环，所述的过冷单元包括过冷换热器、节流元件及储液罐，本发明采用混合工质节流制冷技术，对高压气体进行分布式冷却，冷能利用效率高，且利用液化气体自身进行过冷，避免了混合工质制冷机制冷温度过低造成的效率严重衰减，同时流程结构相对简单，不需要额外的过冷制冷机。

技术领域

本发明涉及混合工质制冷预冷技术领域，特别涉及一种混合工质高压气体液化与过冷系统。

背景技术

液化气体是重要的工业产品。气体液化后的过冷程度越大，液化气体的储运难度越小，使用过程中闪蒸损耗越小。以氮气和氧气液化为例，常规的大型空分工厂发展已较为成熟，也是市场上液化气体的主要来源，但其产品以气氮和气氧为主，液氮液氧气体只是占其产量极小部分的副产品。而极大批量液化气体的制取则需要专门的液化流程将气氮增压至高压后再度液化，通常液化压力越高单位液化能耗越低。当前可实现较大制冷量的方法是基于间壁式回热的气体膨胀制冷循环和混合工质节流制冷循环。与气体膨胀制冷循环，混合工质节流制冷循环在气体冷却液化方面表现出明显更高的效率、更小的压缩机排量，并且不含有低温运动部件，是气体液化的理想冷量来源。

然而对于天然气等常压沸点较高的待液化气体(-161℃左右及以上)，由于液相显热释放起主导作用，其过冷端的温度-负荷特征呈现出线性，与混合工质的匹配效果较差，造成较低效率，因此需要设置额外的流程结构优化过冷段的匹配。对于氮气(-196℃)等常压沸点较低的待液化气体，除了过冷段负荷匹配问题，其过冷阶段所需的制冷温度较低，通常低于-180℃，而混合工质节流制冷机在-180℃以下温区性能衰减严重，难以直接将液化气体继续过冷至更低，因此同样需要附加其他流程结构来弥补其在较低制冷温度下性能短板。

发明内容

有鉴如此，有必要针对现有技术存在的缺陷，提供一种结构简单且能实现高效制冷的混合工质高压气体液化与过冷系统。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

本发明提供的一种混合工质高压气体液化与过冷系统，包括：气体增压单元、混合工质制冷机单元和过冷单元，所述的气体增压单元包括气体压缩机与后冷却器，所述的混合工质制冷机单元包括混合工质主冷循环，所述的过冷单元包括分配器、过冷换热器、主节流元件、液化气体节流元件及储液罐，其中：

低压原料气经所述气体压缩机将增压后进入所述后冷却器冷却，形成的高压原料气进入所述预冷换热器；

低压原料气经所述气体压缩机将增压后进入所述后冷却器冷却，形成的高压原料气进入所述混合工质制冷机单元；

所述混合工质制冷机单元包括混合工质主冷循环，为气体液化提供制冷量；所述混合工质主冷循环可采用一次节流循环、分离循环等多种构型；

在所述混合工质制冷机单元中冷却至低温并被液化的所述高压原料气被所述的分配器分为两部分，一部分所述高压液化原料气进入所述过冷换热器被所述的低压蒸气过冷至-150℃～-190℃，过冷后的液化气体被所述液化气体节流元件节流进入所述储液罐，得到过冷液体；另一部分所述高压液化原料气经所述主节流元件节流至接近常压并降温至-152℃～-192℃以下后进入所述过冷换热器提供冷量并气化后形成低压蒸气，然后再经所述混合工质制冷机单元复温并回收冷量后返回至所述气体压缩机，继续参与液化。

在一些较佳的实施例中，所述混合工质制冷机单元还包括预冷循环，对所述高压原料气和混合工质进行预冷；所述预冷循环可采用蒸汽压缩制冷循环、吸收式制冷循环以及商用冷水机组等构型。