适用于不同温度甲烷气的液化系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了适用于不同温度甲烷气的液化系统，包括：相连的甲烷气储罐、换热器、一级压缩机、一级冷却器、气液分离罐、二级压缩机、二级冷却器和分布器，第一甲烷气进口、第一气液态冷剂进口和第一气态冷剂出口设置在换热器前端，第二甲烷气进口设置在换热器中部，第二气液态冷剂进口和第二液态冷剂出口设置在换热器的末端，甲烷气储罐与第一甲烷气进口和第二甲烷气进口的甲烷气输送管道上分别设置控制阀，第二气液态冷剂进口通过冷剂管道与第二液态冷剂出口相连。该系统可以实现不同甲烷气温度下换热器中冷剂蒸发曲线与甲烷气冷却液化过冷曲线最大限度的匹配，从而提高甲烷气液化效率且降低液化能耗。
【专利说明】
适用于不同温度甲烷气的液化系统
技术领域
[0001]本实用新型属于化工技术领域，具体而言，本实用新型涉及一种适用于不同温度甲烷气的液化系统。
【背景技术】
[0002]随着中国经济的增长和对能源需求的不断增加，并且随着中国对环境治理的日益重视和加大投入，中国的清洁能源例如甲烷气用量迅速增加。然而甲烷气不易运输和储存，为满足日益增长的工农业民用需求，液化甲烷气作为甲烷气的一种便捷的运输和储存方式，其需求量逐年增加。最近几年，国内甲烷气需求的增长促进了液化甲烷气产业的快速发展，先后有一些液化甲烷气工厂建成投产。
[0003]目前国内外甲烷气液化工艺大致可分为以下三种:
[0004]I)阶式制冷循环;2)混合冷剂制冷循环，又可细分为液化装置本身带预冷或不带预冷的单级混合冷剂循环和多级混合冷剂循环;3)膨胀制冷，又可细分为液化装置本身带预冷或不带预冷的单级膨胀制冷和多级膨胀制冷。
[0005]带膨胀制冷循环的甲烷气液化工艺因装置能耗过高，近年来逐渐被单级混合冷剂制冷循环液化技术替代。
[0006]单级混合冷剂制冷循环液化工艺是目前国内外甲烷气液化装置的主流工艺。而液化装置本身自带丙烷预冷的多级混合冷剂制冷循环液化工艺液化流程，多用于超大型基本负荷型甲烷气液化装置。阶式制冷循环液化工艺由于流程设备多、流程复杂、投资大，使用较少。
[0007]单级混合冷剂制冷循环也有其缺点:在实际生产过程中，当原料气温度变化时，整个液化过程所需要的冷量与冷剂提供的冷量很难做到完全匹配，导致换热效率下降，功耗增加。因此液化装置需增加预冷系统，则需增加预冷制冷循环，包括预冷制冷压缩机、预冷换热器、预冷制冷剂制备系统和回收系统等。
[0008]根据甲烷气液化装置前端的特点，利用前端装置已有的甲烷气预冷工艺流程和设备，可以避免增加甲烷气液化装置本身的预冷系统，在降低甲烷气液化装置投资的同时，又可以降低液化装置本身的能耗，这样的甲烷液化技术在目前的工业生产中还没有。
【实用新型内容】
[0009]本实用新型旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本实用新型的一个目的在于提出一种适用于不同温度甲烷气的液化系统，该系统可以实现不同甲烷气温度下换热器中冷剂的蒸发曲线与甲烷气的冷却液化曲线最大限度的匹配，从而可以实现换热器换热效率的最大化，进而提高甲烷气的液化效率，并且具有能耗低、变工况能力强、工艺流程简单以及投资低等优点。
[0010]在本实用新型的一个方面，本实用新型提出了一种适用于不同温度甲烷气的液化系统。根据本实用新型的实施例，该系统包括:
[0011]甲烷气储罐；
[0012]换热器，所述换热器具有第一甲烷气进口、第二甲烷气进口、第一气液态冷剂进口、第二气液态冷剂进口、第一气态冷剂出口、第二液态冷剂出口和液化甲烷气出口，所述第一甲烷气进口、所述第一气液态冷剂进口和所述第一气态冷剂出口设置在所述换热器的前端，所述第二甲烷气进口设置在所述换热器中部、所述第二气液态冷剂进口和所述第二液态冷剂出口设置在所述换热器的末端，所述第一甲烷气进口和所述第二甲烷气进口分别与所述甲烷气储罐相连，并且在所述甲烷气储罐和所述第一甲烷气进口和所述第二甲烷气进口的甲烷气输送管道上分别设置有第一控制阀和第二控制阀，所述第二气液态冷剂进口通过冷剂管道与所述第二液态冷剂出口相连，所述冷剂管道上设置有节流阀；
[0013]一级压缩机，所述一级压缩机具有第三气态冷剂进口和一级压缩冷剂出口，所述第三气态冷剂进口与所述第一气态冷剂出口相连；
[0014]—级冷却器，所述一级冷却器具有一级压缩冷剂进口和混合冷剂出口，所述一级压缩冷剂进口与所述一级压缩冷剂出口相连；
[0015]气液分离罐，所述气液分离罐具有混合冷剂进口、第四气态冷剂出口和第四液态冷剂出口，所述混合冷剂进口与所述混合冷剂出口相连；
[0016]二级压缩机，所述二级压缩机具有第四气态冷剂进口和二级压缩冷剂出口，所述第四气态冷剂进口与所述第四气态冷剂出口相连；
[0017]二级冷却器，所述二级冷却器具有二级压缩冷剂进口和第五气液态冷剂出口，所述二级压缩冷剂进口与所述二级压缩冷剂出口相连；
[0018]分布器，所述分布器具有第四液态冷剂进口、第五气液态冷剂进口、液态冷剂出口和气态冷剂出口，所述第四液态冷剂进口与所述第四液态冷剂出口相连，所述第五气液态冷剂进口与所述第五气液态冷剂出口相连，所述气态冷剂出口和所述液态冷剂出口分别与所述第一气液态冷剂进口相连。
[0019]由此，根据本实用新型实施例的适用于不同温度甲烷气的液化系统通过在换热器的不同位置上设置两个甲烷气进口，并且在甲烷气储罐和甲烷气进口之间的甲烷气输送管道上分别设置控制阀，可以根据甲烷气的进料温度调节控制阀，从而对两个甲烷气进口的甲烷气流量进行调节，使得不同甲烷气温度下换热器中冷剂的蒸发曲线与甲烷气的冷却液化曲线最大限度的匹配，进而可以实现换热器换热效率的最大化，进而提高甲烷气的液化效率，并且具有能耗低、变工况能力强、工艺流程简单以及投资低等优点，同时采用冷剂单次节流单循环的工艺，冷箱内流程简短，设备数量少，布置紧凑，与传统多段冷却液化流程相比，减少冷箱内低温设备、仪表和管线，减小冷箱尺寸，比传统工艺至少节省30%投资，并且制冷循环压缩功耗较低，主要换热器和冷箱尺寸小，有利于关键设备的国产化及液化装置的大型化。
[0020]另外，根据本实用新型上述实施例的适用于不同温度甲烷气的液化系统还可以具有如下附加的技术特征:
[0021]任选的，所述换热器包括初冷换热器和终冷换热器，所述初冷换热器具有换热后冷剂进口、初气液态冷剂出口和初冷甲烷气出口，所述终冷换热器具有初气液态冷剂进口、换热后冷剂出口和初冷甲烷气进口，所述换热后冷剂进口与所述换热后冷剂出口相连，所述初气液态冷剂出口与所述初气液态冷剂进口相连，所述初冷甲烷气出口和所述第二甲烷气进口分别与所述初冷甲烷气进口相连，并且所述第一甲烷气进口、所述第一气液态冷剂进口和所述第一气态冷剂出口设置在所述初冷换热器上，所述第二气液态冷剂进口和所述第二液态冷剂出口设置在所述终冷换热器上。由此，可以显著提高甲烷气与冷剂的换热效率，从而提尚甲烧气的液化效率。
[0022]任选的，所述系统进一步包括:缓冲罐，所述缓冲罐分别与所述第一气态冷剂出口和所述第三气态冷剂进口相连;液相栗，所述液相栗分别与所述第四液态冷剂出口和所述第四液态冷剂进口相连。由此，可以显著提高液化系统的运行稳定性。
[0023]本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。
【附图说明】
[0024]本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中:
[0025]图1是根据本实用新型一个实施例的适用于不同温度甲烷气的液化系统的结构示意图；
[0026]图2是根据本实用新型再一个实施例的适用于不同温度甲烷气的液化系统的结构示意图；
[0027]图3是根据本实用新型又一个实施例的适用于不同温度甲烷气的液化系统的结构示意图；
[0028]图4是利用本实用新型一个实施例的适用于不同温度甲烷气的液化系统液化甲烷气的方法流程示意图；
[0029]图5是利用本实用新型再一个实施例的适用于不同温度甲烷气的液化系统液化甲烷气的方法流程示意图。
【具体实施方式】
[0030]下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
[0031]在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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，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。
[0032]此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
[0033]在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体;可以是机械连接，也可以是电连接;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或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
[0034]在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
[0035]在本实用新型的一个方面，本实用新型提出了一种适用于不同温度甲烷气的液化系统。根据本实用新型的实施例，该系统包括:甲烷气储罐;换热器，所述换热器具有第一甲烷气进口、第二甲烷气进口、第一气液态冷剂进口、第二气液态冷剂进口、第一气态冷剂出口、第二液态冷剂出口和液化甲烷气出口，所述第一甲烷气进口、所述第一气液态冷剂进口和所述第一气态冷剂出口设置在所述换热器的前端，所述第二甲烷气进口设置在所述换热器中部、所述第二气液态冷剂进口和所述第二液态冷剂出口设置在所述换热器的末端，所述第一甲烷气进口和所述第二甲烷气进口分别与所述甲烷气储罐相连，并且在所述甲烷气储罐和所述第一甲烷气进口和所述第二甲烷气进口的甲烷气输送管道上分别设置有第一控制阀和第二控制阀，所述第二气液态冷剂进口通过冷剂管道与所述第二液态冷剂出口相连，所述冷剂管道上设置有节流阀；一级压缩机，所述一级压缩机具有第三气态冷剂进口和一级压缩冷剂出口，所述第三气态冷剂进口与所述第一气态冷剂出口相连;一级冷却器，所述一级冷却器具有一级压缩冷剂进口和混合冷剂出口，所述一级压缩冷剂进口与所述一级压缩冷剂出口相连;气液分离罐，所述气液分离罐具有混合冷剂进口、第四气态冷剂出口和第四液态冷剂出口，所述混合冷剂进口与所述混合冷剂出口相连;二级压缩机，所述二级压缩机具有第四气态冷剂进口和二级压缩冷剂出口，所述第四气态冷剂进口与所述第四气态冷剂出口相连;二级冷却器，所述二级冷却器具有二级压缩冷剂进口和第五气液态冷剂出口，所述二级压缩冷剂进口与所述二级压缩冷剂出口相连;分布器，所述分布器具有第四液态冷剂进口、第五气液态冷剂进口、液态冷剂出口和气态冷剂出口，所述第四液态冷剂进口与所述第四液态冷剂出口相连，所述第五气液态冷剂进口与所述第五气液态冷剂出口相连，所述气态冷剂出口和所述液态冷剂出口分别与所述第一气液态冷剂进口相连。发明人发现，通过在换热器的不同位置上设置两个甲烷气进口，并且在甲烷气储罐和甲烷气进口之间的甲烷气输送管道上分别设置控制阀，可以根据甲烷气的进料温度调节控制阀，从而对两个甲烷气进口的甲烷气流量进行调节，使得不同甲烷气温度下换热器中冷剂的蒸发曲线与甲烷气的冷却液化曲线最大限度的匹配，进而可以实现换热器换热效率的最大化，进而提高甲烷气的液化效率，并且具有能耗低、变工况能力强、工艺流程简单以及投资低等优点，同时采用冷剂单次节流单循环的工艺，冷箱内流程简短，设备数量少，布置紧凑，与传统多段冷却液化流程相比，减少冷箱内低温设备、仪表和管线，减小冷箱尺寸，比传统工艺至少节省30%投资，并且制冷循环压缩功耗较低，主要换热器和冷箱尺寸小，有利于关键设备的国产化及液化装置的大型化。
[0036]下面参考图1-3对本实用新型实施例的适用于不同温度甲烷气的液化系统进行详细描述。根据本实用新型的实施例，该系统包括:甲烷气储罐100、换热器200、甲烷气输送管道300、冷剂管道400、一级压缩机500、一级冷却器600、气液分离罐700、二级压缩机800、二级冷却器900和分布器1000。
[0037]根据本实用新型的实施例，甲烷气储罐100适于存储甲烷气。需要说明的是，本文中的“甲烷气储罐”可以为现有技术中存在的可以用于储存甲烷气的任何装置。
[0038]根据本实用新型的实施例，换热器200上具有第一甲烷气进口201、第二甲烷气进口 202、第一气液态冷剂进口 203、第二气液态冷剂进口 204、第一气态冷剂出口 205、第二液态冷剂出口 206和液化甲烷气出口 207，第一甲烷气进口 201、第一气液态冷剂进口 203和第一气态冷剂出口 205设置在换热器200的前端(即换热器上靠近甲烷气储罐的一端，具体的换热器前端冷剂的温度为-30?-70摄氏度)，第二甲烷气进口 202设置在换热器中部，第二气液态冷剂进口 204和第二液态冷剂出口 206设置在换热器200的末端(具体的换热器末端冷剂的温度为-145?-170摄氏度)，第一甲烷气进口 201和第二甲烷气进口 202分别与甲烷气储罐100相连，且适于使得甲烷气与第一气液态冷剂进行换热处理，从而可以得到第一气态冷剂和液化甲烷气，所得液化甲烷气经减压后存储至液化罐中。并且在甲烷气储罐100和第一甲烷气进口 201和第二甲烷气进口 202的甲烷气输送管道300上分别设置有第一控制阀11和第二控制阀12。发明人发现，通过在换热器的不同位置上设置两个甲烷气进口，并且在甲烷气储罐和甲烷气进口之间的甲烷气输送管道上分别设置控制阀，可以根据甲烷气的进料温度调节控制阀，从而对两个甲烷气进口的甲烷气流量进行调节，使得不同甲烷气温度下换热器中冷剂的蒸发曲线与甲烷气的冷却液化曲线最大限度的匹配，进而可以实现换热器换热效率的最大化，进而提高甲烷气的液化效率。需要说明的是，本文中的“换热器”是置于冷箱内使用的。
[0039]根据本实用新型的具体实施例，第二气液态冷剂进口204通过冷剂管道400与第二液态冷剂出口 206相连，并且冷剂管道400上设置有节流阀13。发明人发现，通过设置节流阀减压可以将第二液态冷剂的温度继续降低5?20摄氏度，即通过节流阀可以提供温差为5?20摄氏度的冷量，从而进一步提尚甲烧气的液化效率。
[0040]根据本实用新型的实施例，参考图2，换热器200可以包括初冷换热器21和终冷换热器22。
[0041]根据本实用新型的具体实施例，初冷换热器21具有换热后冷剂进口208、初气液态冷剂出口 209和初冷甲烷气出口 210，并且第一甲烷气进口 201、第一气液态冷剂进口 203和第一气态冷剂出口 205设置在初冷换热器21上。
[0042]根据本实用新型的具体实施例，终冷换热器22具有初气液态冷剂进口211、换热后冷剂出口 212和初冷甲烷气进口 213，换热后冷剂进口 208与换热后冷剂出口 212相连，初气液态冷剂出口 209与初气液态冷剂进口 211相连，初冷甲烷气出口 210和第二甲烷气进口 202分别与初冷甲烷气进口 213相连，并且第二气液态冷剂进口 204和第二液态冷剂出口 206设置在终冷换热器22上。
[0043]该过程中，具体的，将第一气液态制冷剂气供给至初冷换热器，得到初气液态冷剂;然后将初气液态冷剂供给至所述终冷换热器，得到第二液态冷剂;接着将第二液态冷剂供给至节流阀，得到终气液态冷剂;接着将甲烷气的一部分供给至终冷换热器与终气液态冷剂进行换热，得到换热后冷剂和液化甲烷气;接着将甲烷气的另一部分供给至初冷换热器中与换热后冷剂进行换热，得到初冷甲烷气和第一气态冷剂，并将初冷甲烷气与甲烷气的一部分混合后供给至终冷换热器中与终气液态冷剂进行换热，得到换热后冷剂和液化甲烷气。
[0044]根据本实用新型的一个具体实施例，通过调节第一控制阀、第二控制阀的开度使初冷甲烷气和第二甲烷气的混合温度在-30?-70°C。当混合温度低于-70摄氏度，调小第一控制阀，调大第二控制阀，使得大部分甲烷气供给至终冷换热器，小部分甲烷气供给至初冷换热器，
[0045]根据本实用新型的再一个具体实施例，当初冷甲烷气和第二甲烷气的混合温度高于-30摄氏度时，调大第一控制阀，调小第二控制阀，使得大部分甲烷气供给至初冷换热器，小部分甲烷气供给至终冷换热器。由此，通过采用彼此相连的初冷换热器和终冷换热器，并将第一甲烷气进口和第二甲烷气进口分别设置在初冷换热器和终冷换热器上，通过设置在甲烷气输送管道上的第一控制阀和第二控制阀，可以根据甲烷气的进料温度调节控制阀，分别对进入初冷换热器和终冷换热器的甲烷气流量进行调节，使得不同甲烷气温度下换热器中冷剂的蒸发曲线与甲烷气的冷却液化曲线最大限度的匹配，进而可以实现换热器换热效率的最大化，进而提高甲烷气的液化效率，并且具有能耗低、变工况能力强、工艺流程简单以及投资低等优点。
[0046]根据本实用新型的一个具体实施例，初气液态冷剂的温度可以为-30?-70摄氏度。
[0047]根据本实用新型的再一个具体实施例，第二液态冷剂的温度可以为-140?-165摄氏度。
[0048]根据本实用新型的再一个具体实施例，终液态冷剂的温度可以为-145?-170摄氏度，压强可以为0.2?0.5MPa(A)。
[0049]根据本实用新型的再一个具体实施例，初冷甲烷气的温度可以为-30?-70摄氏度。
[0050]根据本实用新型的实施例，第一气液态冷剂的组成并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本实用新型的具体实施例，第一气液态冷剂可以含有5?10%体积份的氮气；20?30 %体积份的甲烷;25?35%体积份的乙烯；10?20 %体积份的丙烷;以及10?20%体积份的异戊烷。，发明人发现，适当增加冷剂组成中重组分含量，如异戊烷，有利于提高换热器的效率和降低压缩机的功率，但是含量过多又易造成压缩机入口处的液击现象，而适当增加轻组分含量，如氮气，能使制冷剂总循环量减少，从而减少压缩机压缩功，但是继续增加轻组分含量时，压缩单位流量制冷剂所需的功耗增加，又造成总压缩功的增加，而且轻组分含量过多会造成换热器前后热负荷分配不合理，因此，在混合冷剂中，无论是重组分，还是轻组分，只有做到组分之间的合理分配，才会使系统达到最好的运行效果，和最低的运行能耗。
[0051 ]根据本实用新型的实施例，一级压缩机500具有第三气态冷剂进口 501和一级压缩冷剂出口 502，第三气态冷剂进口 501与第一气态冷剂出口 205相连，且适于将第一气态冷剂进行一级压缩处理，从而可以得到一级压缩冷剂。由此，通过一级压缩可以将气态冷剂转变为气液混合的一级压缩冷剂。
[0052]根据本实用新型的实施例，一级压缩冷剂的压强并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本实用新型的具体实施例，一级压缩冷剂的压强可以为1.0?2.0MPa(A)。发明人发现，若压力过低，二级压缩机入口气量增加，导致能耗增加，由此在压缩机压比范围内，尽量提高一级压缩机出口压力，从而可以减少总压缩功。
[0053]根据本实用新型的实施例，一级冷却器600具有一级压缩冷剂进口 601和混合冷剂出口 602，一级压缩冷剂进口 601与一级压缩冷剂出口 502相连，且适于将一级压缩冷剂进行一级冷却处理，从而可以得到混合冷剂。需要说明的是，本领域技术人员可以根据实际需要对该一级冷却处理的条件进行选择，例如一级冷却处理可以在35?40 °C下进行。
[0054]根据本实用新型的实施例，气液分离罐700具有混合冷剂进口701、第四气态冷剂出口 702和第四液态冷剂出口 703，混合冷剂进口 701与混合冷剂出口 602相连，且适于将混合冷剂进行分离处理，从而可以得到第四气态冷剂和第四液态冷剂。
[0055]根据本实用新型的实施例，二级压缩机800具有第四气态冷剂进口801和二级压缩冷剂出口 802，第四气态冷剂进口 801与第四冷剂出口 702相连，且适于将第四气态冷剂进行二级压缩处理，从而可以得到二级压缩冷剂。由此，通过二级压缩可以将分离得到的第四气态冷剂压缩为高压气态冷剂。
[0056]根据本实用新型的实施例，二级压缩冷剂的压强并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本实用新型的具体实施例，二级压缩冷剂的压强可以为2.5?5.0MPa(A)。发明人发现，二级压缩机出口压力对于系统能耗的影响是多方面综合作用的结果，系统总能耗呈现随着出口压力降低而先降低后升高的趋势，研究发现根据冷剂的组分的不同，选择2.5?5.0MPa(A)的出口压力最为经济。
[0057]根据本实用新型的实施例，二级冷却器900具有二级压缩冷剂进口901和第五气液态冷剂出口 902，二级压缩冷剂进口 901与二级压缩冷剂出口 802相连，且适于将二级压缩冷剂进行二级冷却处理，从而可以得到第五气液态冷剂。需要说明的是，本领域技术人员可以根据实际需要对该二级冷却处理的条件进行选择，例如二级冷却器出口温度可以控制在35?40 °C下进行。
[0058]根据本实用新型的实施例，分布器1000具有第四液态冷剂进口 1001、第五气液态冷剂进口 1002、液态冷剂出口 1003和气态冷剂出口 1004，第四液态冷剂进口 1001与第四液态冷剂出口 703相连，第五气液态冷剂进口 1002与第五气液态冷剂出口 902相连，液态冷剂出口 1003和气态冷剂出口 1004分别与第一气液态冷剂进口 203相连，且适于将第四液态冷剂和第五气液态冷剂进行混合后气液分离处理，从而可以得到液态冷剂和气态冷剂，并将所得液态冷剂和气态冷剂分别供给至换热器作为第一气液态冷剂使用。
[0059]根据本实用新型实施例的适用于不同温度甲烷气的液化系统通过在换热器的不同位置上设置两个甲烷气进口，并且在甲烷气储罐和甲烷气进口之间的甲烷气输送管道上分别设置控制阀，可以根据甲烷气的进料温度调节控制阀，从而对两个甲烷气进口的甲烷气流量进行调节，使得不同甲烷气温度下换热器中冷剂的蒸发曲线与甲烷气的冷却液化曲线最大限度的匹配，进而可以实现换热器换热效率的最大化，进而提高甲烷气的液化效率，并且具有能耗低、变工况能力强、工艺流程简单以及投资低等优点，同时采用冷剂单次节流单循环的工艺，冷箱内流程简短，设备数量少，布置紧凑，与传统多段冷却液化流程相比，减少冷箱内低温设备、仪表和管线，减小冷箱尺寸，比传统工艺至少节省30%投资，并且制冷循环压缩功耗较低，主要换热器和冷箱尺寸小，有利于关键设备的国产化及液化装置的大型化。
[0060]参考图3，根据本实用新型实施例的适用于不同温度甲烷气的液化系统进一步包括缓冲罐1100和液相栗1200。
[0061 ]根据本实用新型的实施例，缓冲罐1100分别与第一气态冷剂出口 205和第三气态冷剂进口 501相连，且适于在将换热器中得到的第一气态冷剂供给至一级压缩机进行一级压缩之前，预先将第一气态冷剂供给至缓冲罐中。由此，可以显著提高液化系统的运行稳定性。
[0062]根据本实用新型的实施例，液相栗1200分别与第四液态冷剂出口703和第四液态冷剂进口 1001相连，且适于将气液分离罐700中得到第四液态冷剂打入到分布器1000中。
[0063]如上所述，根据本实用新型实施例的适用于不同温度甲烷气的液化系统可以具有选自下列的优点至少之一:
[0064]根据本实用新型实施例的适用于不同温度甲烷气的液化系统可以针对不同温度的甲烷气进料状态，通过流量调节，选择换热器不同的进料入口位置，使甲烷气冷却液化曲线与混合冷剂蒸发曲线最大限度的吻合，提高换热器效率；
[0065]根据本实用新型实施例的适用于不同温度甲烷气的液化系统中的冷剂一级节流流程较多级节流相比简单，节省了冷箱内的低温设备、仪表和管线，比传统工艺至少节省30%投资，并且功耗较低；
[0066]根据本实用新型实施例的适用于不同温度甲烷气的液化系统采用两台换热器分摊热负荷，有利于关键设备的国产化和大型化；
[0067]根据本实用新型实施例的适用于不同温度甲烷气的液化系统充分利用甲烷气液化装置前端的已有工艺和设备，进行甲烷气的预冷，避免了甲烷气液化装置新上预冷流程和设备，降低能耗，减少投资。
[0068]为了方便理解，下面对采用本实用新型实施例的适用于不同温度甲烷气的液化系统液化甲烷气的方法进行描述。根据本实用新型的实施例，该方法包括:将甲烷气供给至所述换热器中进行换热处理，以便使得所述甲烷气与第一气液态冷剂进行换热处理，以便得到第一气态冷剂和液化甲烷气;将所述第一气态冷剂供给至所述一级压缩机中进行一级压缩处理，以便得到一级压缩冷剂;将所述一级压缩冷剂供给至所述一级冷却器中进行一级冷却处理，以便得到混合冷剂;将所述混合冷剂供给至所述气液分离罐中进行分离处理，以便得到第四气态冷剂和第四液态冷剂;将所述第四气态冷剂供给至所述二级压缩机中进行二级压缩处理，以便得到二级压缩冷剂;将所述二级压缩冷剂供给至所述二级冷却器中进行二级冷却处理，以便得到第五气液态冷剂;将所述第四液态冷剂和所述第五气液态冷剂供给至所述分布器中混合后进行气液分离，以便得到液态冷剂和气态冷剂，并将所述气态冷剂和所述液态冷剂分别供给至所述换热器作为第一气液态冷剂使用。发明人发现，通过采用上述适用于不同温度甲烷气的液化系统，可以实现不同甲烷气温度下换热器中冷剂的蒸发曲线与甲烷气的冷却液化曲线最大限度的匹配，从而可以实现换热器换热效率的最大化，进而提高甲烷气的液化效率，并且具有能耗低、变工况能力强、工艺流程简单以及投资低等优点。需要说明的是，上述针对适用于不同温度甲烷气的液化系统所描述的特征和优点同样适用于该液化甲烷气的方法，此处不再赘述。
[0069]下面参考图4-5对是利用本实用新型实施例的适用于不同温度甲烷气的液化系统液化甲烷气的方法进行详细描述。根据本实用新型的实施例，该方法包括:
[0070]SlOO:将甲烷气供给至换热器中进行换热处理
[0071]根据本实用新型的实施例，将甲烷气供给至换热器中进行换热处理，使得甲烷气与第一气液态冷剂进行换热处理，从而可以得到第一气态冷剂和液化甲烷气。
[0072]根据本实用新型的具体实施例，步骤SlOO是按照下列步骤进行:
[0073]SI 10:将第一气液态冷剂供给至初冷换热器
[0074]根据本实用新型的实施例，将第一气液态冷剂供给至初冷换热器，从而可以得到初气液态冷剂。根据本实用新型的一个具体实施例，初气液态冷剂的温度可以为-30?-70摄氏度。
[0075]SI 20:将初气液态冷剂供给至终冷换热器
[0076]根据本实用新型的实施例，将初冷换热器得到的初气液态冷剂供给至终冷换热器，从而可以得到第二液态冷剂。根据本实用新型的再一个具体实施例，第二液态冷剂的温度可以为-140?-165摄氏度。
[0077]SI 30:将第二液态冷剂供给至节流阀
[0078]根据本实用新型的实施例，将第二液态冷剂供给至节流阀，从而可以得到终气液态冷剂。根据本实用新型的一个具体实施例，终气液态冷剂的温度可以为-145?-170摄氏度，压强可以为0.2?0.5MPa(A)。
[0079]S140:将甲烷气的一部分供给至终冷换热器与终气液态冷剂进行换热
[0080]根据本实用新型的实施例，将甲烷气的一部分供给至终冷换热器与终气液态冷剂进行换热，从而可以得到换热后冷剂和液化甲烷气。
[0081]S150:将甲烷气的另一部分供给至初冷换热器中与换热后冷剂进行换热，并将初冷甲烷气与甲烷气的一部分混合后供给至终冷换热器中与终气液态冷剂进行换热
[0082]根据本实用新型的实施例，将甲烷气的另一部分供给至初冷换热器中与换热后冷剂进行换热，从而可以得到初冷甲烷气和所述第一气态冷剂，并将初冷甲烷气与甲烷气的一部分混合后供给至终冷换热器中与终气液态冷剂进行换热。根据本实用新型的一个具体实施例，初冷甲烷气的温度可以为-30?-70摄氏度。
[0083]根据本实用新型的一个具体实施例，通过调节第一控制阀、第二控制阀的开度使初冷甲烷气与甲烷气的一部分的混合温度在-30?-70°C，当混合温度低于-70摄氏度时，调小第一控制阀，调大第二控制阀，使得大部分甲烷气供给至终冷换热器，小部分甲烷气供给至初冷换热器，
[0084]根据本实用新型的再一个具体实施例，初冷甲烷气和第二甲烷气的温度高于-30摄氏度，调大第一控制阀，调小第二控制阀，使得大部分甲烷气供给至初冷换热器，小部分甲烷气供给至终冷换热器。由此，通过采用彼此相连的初冷换热器和终冷换热器，并将第一甲烷气进口和第二甲烷气进口分别设置在初冷换热器和终冷换热器上，通过设置在甲烷气输送管道上的第一控制阀和第二控制阀，可以根据甲烷气的进料温度调节控制阀，分别对进入初冷换热器和终冷换热器的甲烷气流量进行调节，使得不同甲烷气温度下换热器中冷剂的蒸发曲线与甲烷气的冷却液化曲线最大限度的匹配，进而可以实现换热器换热效率的最大化，进而提高甲烷气的液化效率，并且具有能耗低、变工况能力强、工艺流程简单以及投资低等优点。
[0085]S200:将第一气态冷剂供给至一级压缩机中进行一级压缩处理
[0086]根据本实用新型的实施例，将所得到的第一气态冷剂供给至一级压缩机中进行一级压缩处理，从而得到一级压缩冷剂。由此，通过一级压缩可以将气态冷剂转变为气液混合的一级压缩冷剂。
[0087]根据本实用新型的实施例，一级压缩冷剂的压强并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本实用新型的具体实施例，一级压缩冷剂的压强可以为1.0?2.0MPa(A)。发明人发现，若压力过低，二级压缩机入口气量将增加，导致能耗增加，由此在一级压缩机的压比范围内，尽量提高一级压缩机出口压力，对减少总压缩功及能耗有利。
[0088]S300:将一级压缩冷剂供给至一级冷却器中进行一级冷却处理
[0089]根据本实用新型的一个实施例，将一级压缩冷剂供给至一级冷却器中进行一级冷却处理，从而可以得到混合冷剂。需要说明的是，本领域技术人员可以根据实际需要对该一级冷却处理的条件进行选择，一级冷却器出口温度可以控制在30?40°C。
[0090]S400:将混合冷剂供给至气液分离罐中进行分离处理
[0091]根据本实用新型的实施例，将混合冷剂供给至气液分离罐中进行分离处理，从而可以得到第四气态冷剂和第四液态冷剂。
[0092]S500:将第四气态冷剂供给至二级压缩机中进行二级压缩处理
[0093]根据本实用新型的实施例，将第四气态冷剂供给至二级压缩机中进行二级压缩处理，从而可以得到二级压缩冷剂。由此，通过二级压缩可以将分离得到的第四气态冷剂压缩为液态冷剂。
[0094]根据本实用新型的实施例，二级压缩冷剂的压强并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本实用新型的具体实施例，二级压缩冷剂的压强可以为2.5?5.0MPa(A)。发明人发现，二级压缩机出口压力对于系统能耗的影响是多方面综合作用的结果，系统总能耗呈现随着出口压力降低而先降低后升高的趋势，研究发现根据冷剂的组分的不同，选择2.5?5.0MPa (A)最为经济。
[0095]S600:将二级压缩冷剂供给至二级冷却器中进行二级冷却处理
[0096]根据本实用新型的实施例，将二级压缩冷剂供给至二级冷却器中进行二级冷却处理，从而可以得到第五气液态冷剂。需要说明的是，本领域技术人员可以根据实际需要对该二级冷却处理的条件进行选择，二级冷却器出口温度可以控制在30?40°C。
[0097]S700:将第四液态冷剂和第五气液态冷剂供给至分布器中混合后进行气液分离处理，并将液态冷剂和气态冷剂供给至换热器作为第一气液态冷剂
[0098]根据本实用新型的实施例，将第四液态冷剂和第五气液态冷剂供给至分布器中混合后进行气液分离，从而可以得到液态冷剂和气态冷剂，并将液态冷剂和气态冷剂供给至换热器作为第一气液态冷剂使用。
[0099]根据本实用新型实施例的液化甲烷气的方法通过采用上述适用于不同温度甲烷气的液化系统，可以实现不同甲烷气温度下换热器中冷剂的蒸发曲线与甲烷气的冷却液化曲线最大限度的匹配，从而可以实现换热器换热效率的最大化，进而提高甲烷气的液化效率，并且具有能耗低、变工况能力强、工艺流程简单以及投资低等优点。
[0100]根据本实用新型的实施例，在将第一气态冷剂供给至一级压缩机中进行一级压缩处理之前，预先将第一气态冷剂供给至缓冲罐中。由此，可以显著提高液化系统的运行稳定性。
[0101]根据本实用新型的实施例，可以采用液相栗将气液分离罐中得到第四液态冷剂打入到分布器中。
[0102]下面参考具体实施例，对本实用新型进行描述，需要说明的是，这些实施例仅仅是描述性的，而不以任何方式限制本实用新型。
[0103]实施例
[0104]采用本实用新型图1?3的适用于不同温度甲烷气的液化系统对甲烷气进行处理，其中，冷剂的组成为:6￥%的氮气、27.6￥%的甲烷、31.3￥%的乙烯、17.5V%的丙烷以及17.6V%的异戊烷，甲烷气的组成为:96.4V%的甲烷、1.5V%的乙烷、1.3V%的一氧化碳、
0.3V%的氢气以及0.5V%的氮气，甲烷气的温度为-20 0C，第一控制阀开度30?40 %，第二控制阀开度50?60%，初气液态冷剂的温度为-30?-70摄氏度，第二液态冷剂的温度为-140?-170摄氏度，终液态冷剂的温度为-135?-190摄氏度，压强为0.2?0.5MPa(A)，初冷甲烷气的温度为-25?-45摄氏度，一级压缩冷剂的压强为1.0?2.0MPa(A)，二级压缩冷剂的压强为2.5?5.0MPa(A)。所得到的液化甲烷气的组成为96.7V%的甲烷、1.8V%的乙烷、
1.1V%的一氧化碳以及0.4V%的氢气。
[0105]在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
[0106]尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
【主权项】
1.一种适用于不同温度甲烷气的液化系统，其特征在于，包括: 甲火元气储触; 换热器，所述换热器具有第一甲烷气进口、第二甲烷气进口、第一气液态冷剂进口、第二气液态冷剂进口、第一气态冷剂出口、第二液态冷剂出口和液化甲烷气出口，所述第一甲烷气进口、所述第一气液态冷剂进口和所述第一气态冷剂出口设置在所述换热器的前端，所述第二甲烷气进口设置在所述换热器中部、所述第二气液态冷剂进口和所述第二液态冷剂出口设置在所述换热器的末端，所述第一甲烷气进口和所述第二甲烷气进口分别与所述甲烷气储罐相连，并且在所述甲烷气储罐和所述第一甲烷气进口和所述第二甲烷气进口的甲烷气输送管道上分别设置有第一控制阀和第二控制阀，所述第二气液态冷剂进口通过冷剂管道与所述第二液态冷剂出口相连，所述冷剂管道上设置有节流阀； 一级压缩机，所述一级压缩机具有第三气态冷剂进口和一级压缩冷剂出口，所述第三气态冷剂进口与所述第一气态冷剂出口相连； 一级冷却器，所述一级冷却器具有一级压缩冷剂进口和混合冷剂出口，所述一级压缩冷剂进口与所述一级压缩冷剂出口相连； 气液分离罐，所述气液分离罐具有混合冷剂进口、第四气态冷剂出口和第四液态冷剂出口，所述混合冷剂进口与所述混合冷剂出口相连； 二级压缩机，所述二级压缩机具有第四气态冷剂进口和二级压缩冷剂出口，所述第四气态冷剂进口与所述第四气态冷剂出口相连； 二级冷却器，所述二级冷却器具有二级压缩冷剂进口和第五气液态冷剂出口，所述二级压缩冷剂进口与所述二级压缩冷剂出口相连； 分布器，所述分布器具有第四液态冷剂进口、第五气液态冷剂进口、液态冷剂出口和气态冷剂出口，所述第四液态冷剂进口与所述第四液态冷剂出口相连，所述第五气液态冷剂进口与所述第五气液态冷剂出口相连，所述气态冷剂出口和所述液态冷剂出口分别与所述第一气液态冷剂进口相连。2.根据权利要求1所述的适用于不同温度甲烷气的液化系统，其特征在于，所述换热器包括初冷换热器和终冷换热器，所述初冷换热器具有换热后冷剂进口、初气液态冷剂出口和初冷甲烷气出口，所述终冷换热器具有初气液态冷剂进口、换热后冷剂出口和初冷甲烷气进口，所述换热后冷剂进口与所述换热后冷剂出口相连，所述初气液态冷剂出口与所述初气液态冷剂进口相连，所述初冷甲烷气出口和所述第二甲烷气进口分别与所述初冷甲烷气进口相连，并且所述第一甲烷气进口、所述第一气液态冷剂进口和所述第一气态冷剂出口设置在所述初冷换热器上，所述第二气液态冷剂进口和所述第二液态冷剂出口设置在所述终冷换热器上。3.根据权利要求1或2所述的适用于不同温度甲烷气的液化系统，其特征在于，进一步包括: 缓冲罐，所述缓冲罐分别与所述第一气态冷剂出口和所述第三气态冷剂进口相连； 液相栗，所述液相栗分别与所述第四液态冷剂出口和所述第四液态冷剂进口相连。
【文档编号】F25J1/02GK205482103SQ201620143671
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年2月25日
【发明人】邓涛, 周怀祖, 陆欢庆, 陈晴, 周琦, 徐利员, 张亮, 方百平, 吴刚, 刘红艳
【申请人】上海尧兴投资管理有限公司