一种天然气液化设备及其系统的制作方法

本实用新型涉及天然气领域，具体而言，涉及一种天然气液化设备及其系统。

背景技术：

天然气是一种高效、清洁、重要的燃料和原料，在交通、工业等领域其应用非常广泛。但天然气作为一种易燃易爆的危险气体，其运输难度较大，目前除采用管输方式运输天然气外，还大量采用将天然气液化后利用槽车进行运输的方式，因此天然气的液化成为需要解决的首要问题。

目前国内外通常采用单级混合冷剂液化天然气制冷工艺。单级混合冷剂液化天然气制冷工艺流程简单，设备要求低，投资小，但其能耗高，生产成本较高。随着经济的发展，环保和节能要求的提高，降低液化天然气生产能耗，提高生产效率具有重要的社会和经济意义。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种天然气液化设备，其能够降低液化天然气过程中的能耗和成本，从而为企业谋求经济利益的基础上，体现其节能环保的社会价值。

本实用新型的另一目的在于提供一种天然气液化系统，运行稳定，故障率低，能够有效的降低液化天然气的能耗和成本，实现企业利润的最大化，同时还能实现节能和环保的双重目的，故其具有重要的推广应用价值。

本实用新型的实施例是这样实现的：

一种天然气液化设备，其包括液化系统和制冷循环系统，其中，制冷循环系统中混合冷剂一级压缩机、一级冷却器、混合冷剂一级分离器的气相出口、混合冷剂二级压缩机、二级冷却器和混合冷剂二级分离器依次连接，混合冷剂二级分离器的液相出口与液化系统中的冷剂换热器、一级节流阀依次连接；

混合冷剂二级分离器气相出口与制冷循环系统中的混合冷剂三级压缩机、三级冷却器和混合冷剂三级分离器依次连接，混合冷剂三级分离器液相出口与液化系统中的冷剂换热器、二级节流阀依次连接；

混合冷剂三级分离器气相出口与制冷循环系统中的混合冷剂四级压缩机、四级冷却器和混合冷剂四级分离器依次连接，混合冷剂四级分离器液相出口与液化系统中的冷剂换热器、三级节流阀依次相连；

混合冷剂四级分离器气相出口与液化系统中的冷剂换热器、四级节流阀依次连接。

进一步地，在本实用新型较佳的实施例中，上述液化系统中的冷箱中还设置有冷箱分离器，混合冷剂四级分离器气相出口、冷剂换热器、冷箱分离器、冷箱分离器气相出口以及五级节流阀依次连接，冷箱分离器液相出口与四级节流阀连接。

进一步地，在本实用新型较佳的实施例中，上述混合冷剂一级分离器的液相出口与冷剂换热器连接，并设置有与之对应的节流阀。

进一步地，在本实用新型较佳的实施例中，上述混合冷剂一级压缩机、混合冷剂二级压缩机、混合冷剂三级压缩机以及混合冷剂四级压缩机所构成的混合冷剂多级压缩机的类型为整体齿轮式离心压缩机或往复式压缩机。

进一步地，在本实用新型较佳的实施例中，上述混合冷剂多级压缩机还设置了N级压缩机，从而构成混合冷剂N级压缩机，其中，N为大于等于五的整数。

进一步地，在本实用新型较佳的实施例中，上述制冷循环系统还包括五级压缩液化分离装置。

进一步地，在本实用新型较佳的实施例中，上述五级压缩液化分离装置包括混合冷剂五级压缩机、五级冷却器和混合冷剂五级分离器，混合冷剂四级分离器气相出口与混合冷剂五级压缩机、五级冷却器和混合冷剂五级分离器依次连接，混合冷剂五级分离器液相出口与液化系统中的冷剂换热器、四级节流阀依次相连，混合冷剂五级分离器气相出口与液化系统中的冷剂换热器、五级节流阀依次连接。

进一步地，在本实用新型较佳的实施例中，上述节流阀均为焦耳-汤姆逊节流膨胀阀。

进一步地，在本实用新型较佳的实施例中，上述液化系统包括有用于脱除天然气中重烃的重烃分离器。

一种天然气液化系统，其包括上述的天然气液化设备和天然气净化装置，天然气净化装置设置于天然气液化设备的天然气入口处。

本实用新型实施例的有益效果是：通过设置混合冷剂一级压缩机、一级冷却器和混合冷剂一级分离器，混合冷剂二级压缩机、二级冷却器和混合冷剂二级分离器，混合冷剂三级压缩机、三级冷却器和混合冷剂三级分离器，混合冷剂四级压缩机、四级冷却器和混合冷剂四级分离器，构成了四级节流制冷制备液化天然气的设备，实现了多级气液分离工艺，从而使混合冷剂的气-液分配更加均匀，冷流和热流换热温差更加接近，显著的降低了液化过程中的能耗和成本；另外，利用该天然气液化设备所实现的多级分离工艺可以使混合冷剂中的重组分被分离到液体中而不进入低温端，有效避免了重组分因温度过低而冷凝成固体造成管道及设备堵塞的问题，且降低了产品液化天然气的温度，减少了BOG气。因此，本实用新型提供的天然气液化设备及其系统，不但能够有效的降低液化天然气过程中的能耗和成本，实现企业利润的最大化，而且还能够实现节能和环保的双重目的。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本实用新型第一实施例提供天然气液化设备的平面结构示意图；

图2为本实用新型第一实施例提供天然气液化系统的平面结构示意图；

图3为本实用新型第二实施例提供天然气液化设备的平面结构示意图；

图4为本实用新型第三实施例提供天然气液化设备的平面结构示意图。

图标：10-天然气液化系统；11-天然气净化装置；100-天然气液化设备；102-重烃分离器；108-电动机；200-天然气液化设备；300-天然气液化设备；110-混合冷剂一级压缩机；112-一级冷却器；114-混合冷剂一级分离器；116-混合冷剂二级压缩机；118-二级冷却器；120-液化系统；121-混合冷剂二级分离器；122-一级节流阀；123-混合冷剂三级压缩机；124-二级节流阀；125-三级冷却器；126-三级节流阀；127-混合冷剂三级分离器；128-四级节流阀；129-混合冷剂四级压缩机；130-冷剂换热器；131-四级冷却器；133-混合冷剂四级分离器；140-制冷循环系统；160-液化气节流阀；180-液化天然气储罐；220-液化系统；204-冷箱分离器；228-五级节流阀；230-冷剂换热器；232-四级节流阀；233-混合冷剂四级分离器；320-液化系统；328-五级节流阀；330-冷剂换热器；332-四级节流阀；340-制冷循环系统；370-五级压缩液化分离装置；372-混合冷剂五级压缩机；374-五级冷却器；376-混合冷剂五级分离器。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相通”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

第一实施例

请参照图1，本实施例提供了一种天然气液化设备100，其主要用于对天然气进行液化时使用。需要说明的是，本实施例提供的天然气液化设备100，其包括液化系统120和制冷循环系统140，其中，制冷循环系统140主要是通过混合冷剂进行循环压缩制冷，从而为天然气在液化系统120的液化创造条件。

具体地，本实施例提供的天然气液化设备100的一级压缩分离制冷是通过以下结构的连接方式来实现的，制冷循环系统140中混合冷剂一级压缩机110、一级冷却器112、混合冷剂一级分离器114的气相出口、混合冷剂二级压缩机116、二级冷却器118和混合冷剂二级分离器121依次连接，混合冷剂二级分离器121的液相出口与液化系统120中的冷剂换热器130、一级节流阀122依次连接。

进一步地，本实施例提供的天然气液化设备100的二级压缩分离制冷是通过以下结构的连接方式来实现的，混合冷剂二级分离器121气相出口与制冷循环系统140中的混合冷剂三级压缩机123、三级冷却器125和混合冷剂三级分离器127依次连接，混合冷剂三级分离器127液相出口与液化系统120中的冷剂换热器130、二级节流阀124依次连接。

进一步地，本实施例提供的天然气液化设备100的三级压缩分离制冷是通过以下结构的连接方式来实现的，混合冷剂三级分离器127气相出口与制冷循环系统140中的混合冷剂四级压缩机129、四级冷却器131和混合冷剂四级分离器133依次连接，混合冷剂四级分离器133液相出口与液化系统120中的冷剂换热器130、三级节流阀126依次相连。

进一步地，本实施例提供的天然气液化设备100的四级压缩分离制冷是通过以下结构的连接方式来实现的，混合冷剂四级分离器133气相出口与液化系统120中的冷剂换热器130、四级节流阀128依次连接。

需要说明的是，在其它实施例当中，并不仅限于本实施例所介绍的上述天然气液化设备100的四级节流制冷，还可以将混合冷剂一级分离器114的液相出口与冷剂换热器130连接，并设置与之对应的节流阀，以此来实现五级节流制冷。

进一步地，本实施例优选地，混合冷剂一级压缩机110、混合冷剂二级压缩机116、混合冷剂三级压缩机123以及混合冷剂四级压缩机129所构成的混合冷剂多级压缩机的类型为整体齿轮式离心压缩机。需要说明的是，本实施例采用混合冷剂多级压缩机，实现了压缩机的多级增压，从而使能耗降到更低(增压过程接近于等温压缩)。另外，本实施例采用整体齿轮式离心压缩机，其具有更易成撬和模块化的优点。需要强调的是，在其它实施例当中，并不仅限于本实施例优选地整体齿轮式离心压缩机类型，还可以是其它类型的压缩机，如往复式压缩机。

进一步地，本实施例当中的液化系统120设置有用于脱除天然气中重烃的重烃分离器102。此重烃分离器102设置于液化系统120的冷剂换热器130管道中，且通过将冷却至-50℃--70℃时的天然气进行重烃分离后，底端输出液态的重烃组分，顶端输出气态的轻烃组分并在冷剂换热器130中继续冷却液化。需要说明的是，为了保证重烃分离器102较长的使用寿命和较佳的使用性能，重烃分离器102由不锈钢材料制成，故通过采用不锈钢材料可以使得重烃分离器102的防腐蚀能力和抗压能力得到保证。

本实施例提供的天然气液化设备100的工作原理是：天然气液化设备100的制冷循环系统140在电动机108的动力支持下，驱动不同级的混合冷剂压缩机工作，混合冷剂首先经过混合冷剂一级压缩机110的压缩、一级冷却器112的制冷和混合冷剂一级分离器114的气液分离后，进入到混合冷剂二级压缩机116、二级冷却器118和混合冷剂二级分离器121依次进行二次压缩、二次冷却和二次分离，二次分离得到的液相混合冷剂从混合冷剂二级分离器121的液相出口导入到液化系统120中的冷剂换热器130中，并经过一级节流阀122的减压降温后，为液化系统120提供液化的冷量，进而再回流到混合冷剂一级压缩机110中。

进一步地，二次分离得到的气相混合冷剂进入到依次连接的混合冷剂三级压缩机123、三级冷却器125和混合冷剂三级分离器127进行第三次的压缩、冷却和气液分离，三次分离得到的液相混合冷剂从混合冷剂三级分离器127的液相出口导入到液化系统120的冷剂换热器130中，并经过二级节流阀124的减压降温后，为液化系统120提供液化的冷量，进而再回流到混合冷剂一级压缩机110中。

进一步地，三次分离得到的气相混合冷剂进入到依次连接的混合冷剂四级压缩机129、四级冷却器131和混合冷剂四级分离器133进行第四次的压缩、冷却和气液分离，四次分离得到的液相混合冷剂从混合冷剂四级分离器133的液相出口导入到液化系统120的冷剂换热器130中，并经过三级节流阀126的减压降温后，为液化系统120提供液化的冷量，进而再回流到混合冷剂一级压缩机110中。

进一步地，四次分离得到的气相混合冷剂从混合冷剂四级分离器133的气相出口导入到液化系统120中的冷剂换热器130中，并经过四级节流阀128的减压降温后，为液化系统120提供液化的冷量，进而再回流到混合冷剂一级压缩机110中。

需要说明的是，在制冷循环系统140为液化系统120提供液化所需冷量的同时，进入到液化系统120的天然气首先被冷却至-50℃至-70℃，然后进入到重烃分离器102中脱除天然气中的重烃组分，进而脱除重烃的天然气再次进入冷剂换热器130继续冷却液化，并过冷至-162℃，最后液化天然气经液化气节流阀160减压降温后，作为产品送入液化天然气储罐180中储存。另外，还需要说明的是，为了保证较佳的节流制冷效果，本实施例提供的节流阀均为焦耳-汤姆逊节流膨胀阀，即J-T阀。

请参照图2，本实施例还提供了一种天然气液化系统10，其包括上述的天然气液化设备100和天然气净化装置11，天然气净化装置11设置于天然气液化设备100的天然气入口处。需要说明的是，之所以将天然气净化装置11设置于天然气液化设备100的天然气入口处，是为了在天然气进入液化系统120前，对其进行脱硫、脱碳、脱水、脱汞等净化处理。

第二实施例

请参照图3，本实施例提供一种天然气液化设备200，其与第一实施例提供的天然气液化设备100大致相同，不同之处在于，本实施例提供的天然气液化设备200的液化系统220冷箱中还设置有冷箱分离器204。

具体地，混合冷剂四级分离器233气相出口、冷剂换热器230、冷箱分离器204、冷箱分离器204气相出口以及五级节流阀228依次连接，冷箱分离器204液相出口与四级节流阀232连接。需要说明的是，本实施例提供的天然气液化设备200通过设置冷箱分离器204实现了混合冷剂的五级节流制冷，进一步提升了天然气液化设备200的制冷液化效果。

第三实施例

请参照图4，本实施例提供了一种天然气液化设备300，其与第一实施例提供的天然气液化设备100大致相同，不同之处在于，本实施例提供的天然气液化设备300的制冷循环系统340还包括五级压缩液化分离装置370。

进一步地，五级压缩液化分离装置370包括混合冷剂五级压缩机372、五级冷却器374和混合冷剂五级分离器376，其中，混合冷剂四级分离器133气相出口、混合冷剂五级压缩机372、五级冷却器374和混合冷剂五级分离器376依次连接，混合冷剂五级分离器376液相出口与液化系统320中的冷剂换热器330、四级节流阀332依次相连，混合冷剂五级分离器376气相出口与液化系统320中的冷剂换热器330、五级节流阀328依次连接。需要说明的是，本实施例提供的天然气液化设备300通过设置五级压缩液化分离装置370实现了混合冷剂的五级节流制冷，进一步提升了天然气液化设备300的制冷液化效果。

需要强调的是，在其它实施例当中，并不仅限于本实施例所提供的五级压缩，还可以采用N(N大于等于六)级压缩机实现混合冷剂的N级压缩。

综上所述，本实用新型通过设置混合冷剂一级压缩机、一级冷却器和混合冷剂一级分离器，混合冷剂二级压缩机、二级冷却器和混合冷剂二级分离器，混合冷剂三级压缩机、三级冷却器和混合冷剂三级分离器，混合冷剂四级压缩机、四级冷却器和混合冷剂四级分离器，构成了四级节流制冷制备液化天然气的设备，实现了多级气液分离工艺，使混合冷剂的气-液分配更加均匀，让冷流和热流换热温差更加接近，显著的降低了液化过程中的能耗和成本。另外，利用上述天然气液化设备实现多级分离工艺还可以使混合冷剂中的重组分被完全分离到液体中而不进入低温端，有效避免了重组分因温度过低而冷凝成固体造成管道堵塞的问题，且降低了产品液化天然气的温度，减少了BOG气，从而实现了高效、节能、环保的天然气液化工艺效果。因此，本实用新型提供的天然气液化设备及其系统，不但能够有效的降低液化天然气过程中的能耗和成本，实现企业利润的最大化，而且还能够在保证高效运转的情况下，达到节能和环保的双重目的。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。