[发明专利]用双混合致冷剂液化天然气的方法及其装置

说明书

本发明是关于液化天然气和其它富甲烷物流的方法，特别是关于用双混合组分致冷剂的液化方法，该方法采用了效率高的流程可用于液化天然气和富甲烷物流。

为了达到回收和利用天然气及其它富甲烷物流，使其作为廉价的燃料来源，要求气体液化以提供从生产地到使用地经济地输送气体。液化大量的天然气，明显地要消耗大量能量，为了使天然气具有竞争价格，液化方法必须尽可能有效利用能量。

在单一组份的致冷剂循环中，用于开动设备的驱动器或电机马达与用于致冷设备完成致冷的压缩载荷是不平衡的，特别是当这种设备与整套液化设备相匹配时，液化过程中通常存在效率不高的问题。压缩载荷是液化过程中主要的能量消耗因素。此外，一种液化方法必须能在特殊气候条件不同地区很容易地被采用。气候条件是随季节变化的，尤其是在两极地区。这样的气候条件对液化过程的影响主要是影响在液化天然气中用作产冷的冷却水的温度，由于季节的变化和不同气候的地区，可用的冷却水的温度有相当大的差别，从而在各种致冷循环中产生不平衡。

在致冷循环中除了与压缩驱动装置相匹配的压缩载荷外，还可能出现，其它效率低的情况。这种效率低的情况通常存在于被液化的气体与实现液化的致冷剂之间的配合上。对于一种多组份的多级的闪蒸循环，其组分变化和约束都使这一领域中具有一般技术水平的人感到苦恼。

为了提供有效的液化方法，人们曾做过多次的努力，以适于不同环境条件，也有人提出采用多组份、多回路的致冷剂的方法。在美国专利4，112，700号提出的液化天然气流程方案中，用两个闭合循环的致冷剂流来液化天然气。用第一高位（较高的温度）预冷却致冷剂回路，以多级方式冷却天然气。最初，致冷剂由冷却水冷却并没有全部冷凝。将第一高位预冷却的致冷剂进行多步相分离，以便回收致冷剂的轻质组份以进行再循环，同时致冷剂中的重组份留下，并在较低的温度下冷却天然气。第一高位预冷却的致冷剂还被用来冷却第二种低位致冷剂（较低的温度）。第二种低位致冷剂以一步完成天然气的液化。该方法的缺点在于：在初始相分离之后的高位预冷却的致冷剂，是利用越来越重的分子量的组份，以完成越来越低的低温冷却。这与本发明所希望的有效冷却方法正好相反。另外，第二或低位致冷剂用一步来液化天然气，而不是多步液化。最后，高位致冷剂在其致冷前，由外部冷却流体冷却而没有全部冷凝。

美国专利4，274，849发表了富甲烷气的液化方法，其中，采用了两个单独的致冷循环。每个循环都使用一种多组份的致冷剂。低位（较低的温度）致冷剂冷却和液化天然气是通过间接热交换分两级进行的。高位致冷剂（较高的温度），与待液化的天然气不进行热交换，而却在一个辅助的热交换器中，通过间接热交换来冷却低位致冷剂。这种热交换是一步完成的。

美国专利4，339，253发表了一种混合致冷剂液化天然气的方法。其中，低位致冷剂分两级来冷却和液化天然气。低位致冷剂依序被高位致冷剂在一步中冷却。在开始时，仅仅是用高位致冷剂将天然气冷却到去除水份之温度，然后将干燥的天然气输入于该方法的主要液化区。

这样，当致冷剂是由混合组份的致冷剂组成时，在双循环致冷剂液化过程的各循环之间，应用这种分步热交换步骤，则不可能因致冷剂组分有规则变化时，使各循环间得到完全匹配的热交换。

巴拉多夫斯基.H（Paradowski.H）和斯贵拉，O（Squera.O.）发表在1983年5月15-19日天然气液化第七次国际会议上题为“缔合气体的液化”的文章，图3中用两个闭合制冷循环来液化气体。在流程图的右端，高位的循环不仅用来冷却低位循环，还用来冷却初始天然气流中的水份使之冷凝。高位致冷剂经多级再压缩，并在三个不同的温度和压力阶段下冷却低位致冷剂。但并没有考虑到高位致冷剂组成的变化，应与热交换器中各级致冷过程相匹配。

本发明克服了现有方法中的缺点，在液化方法中应用独特的流程，在闭合循环中，使用两种多组份的致冷剂，其中，致冷剂在多级步骤中彼此进行热交换，同时改变高位致冷剂的组分，用较轻分子量组分的致冷剂实现低位（低温）致冷却作用，而这种致冷也最适于低分子量组份。