用于天然气深冷液化的三重氮膨胀工艺的制作方法

本发明涉及天然气深冷液化，具体涉及氮膨胀工艺。

背景技术：

1、目前，天然气膨胀液化过程是主要是通过逆布雷顿循环制冷原理，利用膨胀机绝热膨胀来实现的，气体在膨胀机中做功，从而达到冷却的目的，其中以氮作为冷剂。

2、在长期的天然气液化生产中发现：目前的单级氮气膨胀液化提供冷量的传综合能耗较高。为了提高液化天然气整体工艺的经济性，需要进一步优化液化天然气的生产工艺，进一步降低能耗。

技术实现思路

1、本发明需要解决的技术问题是：提供一种用于天然气深冷液化的三重氮膨胀工艺，其不仅为天然气液化提供充分的冷量，同时还大大降低了整个天然气深冷液化工艺的能耗，从而有效降低天然气液化成本。

2、为解决上述问题，本发明采用的技术方案是：用于天然气深冷液化的三重氮膨胀工艺，制冷剂氮气依次经历四道压缩冷却至压力为10.0mpaa、温度为30℃，然后分成三股分别进入冷箱中的第一热流通道、第二热流通道、第三热流通道中进行预冷；

3、制冷剂氮气在第一热流通道中预冷至-24℃后经第一膨胀机膨胀，温度降至-123.3℃，压力为3.10mpaa，然后进入第一冷流通道中作为制冷剂；制冷剂氮气在第二热流通道中预冷至-78℃后经第二膨胀机膨胀，温度降至-157.2℃，压力为1.40mpaa，然后进入第二冷流通道中作为制冷剂；制冷剂氮气在第三热流通道中预冷至-24℃后经第三膨胀机膨胀，温度降至-85.05℃，压力为3.10mpaa，然后进入第三冷流通道中作为制冷剂；

4、第二冷流通道中释放了冷量的制冷剂氮气经第一道压缩冷却至压力为2.07mpaa，温度为30℃；然后经第二道压缩冷却至压力为3.0mpaa，温度为30℃；第三冷流通道中释放了冷量的制冷剂氮气与第二道压缩冷却输出的制冷剂氮气汇聚后经第三道压缩冷却至压力为5.5mpaa，温度为30℃；第一冷流通道中释放了冷量的制冷剂氮气与第三道压缩冷却输出的制冷剂氮气汇聚后经第四道压缩冷却至压力为10.0mpaa，温度为30℃，然后再分成三股分别进入冷箱；上述制冷剂氮气不断循环为冷箱提供冷量；

5、需要液化的天然气进入至冷箱中冷却后再经节流阀节流降压输出。

6、进一步地，前述的用于天然气深冷液化的三重氮膨胀工艺，其中，制冷剂氮气经历四道压缩冷却机构进行压缩冷却，四道压缩冷却机构包括依次连通的一级压缩机组件、二级压缩机组件、三级压缩机组件、四级压缩机组件；一级压缩机组件包括依次连通的一级压缩机和一级冷却器；二级压缩机组件包括依次连通的二级压缩机和二级冷却器，三级压缩机组件包括依次连通的三级压缩机和三级冷却器，四级压缩机组件包括依次连通的四级压缩机和四级冷却器。

7、进一步地，前述的用于天然气深冷液化的三重氮膨胀工艺，其中，第三冷流通道中释放了冷量的制冷剂氮气与二级冷却器输出的制冷剂氮气经第一混合器混合后进入三级压缩机组件中的三级压缩机中进行压缩。

8、更进一步地，前述的用于天然气深冷液化的三重氮膨胀工艺，其中，第一冷流通道中释放了冷量的制冷剂氮气与三级压缩机组件输出的制冷剂氮气经第二混合器混合后进入四级压缩机组件中的四级压缩机中进行压缩。

9、更进一步地，前述的用于天然气深冷液化的三重氮膨胀工艺，其中，经四道压缩冷却至压力为10.0mpaa，温度为30℃的制冷剂氮气经由分流器分成三股分别进入冷箱中的第一热流通道、第二热流通道、第三热流通道中进行预冷。分流器的设置可以对进入第一热流通道、第二热流通道、第三热流通道中的制冷剂氮气的量进行分配和调整，从而能根据实际生产情况调节冷箱内的温度，确保在天然气液化的同时能进一步优化整体工艺的能耗。

10、更进一步地，前述的用于天然气深冷液化的三重氮膨胀工艺，其中，第一热流通道、第二热流通道、第三热流通道中制冷剂氮气的分流摩尔比为：0.1:0.2:0.7。

11、进一步地，前述的用于天然气深冷液化的三重氮膨胀工艺，其中，需要液化的天然气进入至冷箱中的天然气冷却通道中冷却至-157℃，之后经节流阀节流液化形成-163℃，压力为1.0个大气压的液化天然气输出。

12、本发明的优点是：一、三个并行的氮膨胀循环为天然气液化提供充分的冷量，冷箱中第一冷流通道、第二冷流通道、第三冷流通道中的制冷剂氮气为天然气液化提供充分的冷量；然后经第一热流通道、第二热流通道、第三热流通道，则实现了制冷剂氮气回流以及预冷，大大降低能耗。二、第一冷流通道、第二冷流通道、第三冷流通道中的制冷剂氮气分别由第一膨胀机、第二膨胀机、第三膨胀机膨胀降温后提供，采用三台膨胀机分别提供三个不同温区的制冷剂氮气，这使得冷箱内热端到冷端温差相对均匀，冷热负荷曲线之间的温度梯度较小，不可逆的热损失降低，也即大大减少了天然气液化系统整体的能耗。三、采用四道压缩，其中第二冷流通道中释放了冷量的制冷剂氮气依次经第一道压缩冷却与第二道压缩冷却，第三冷流通道中的释放了热量的制冷剂氮气与第二道压缩冷却输出的制冷剂氮气汇聚后进入三级压缩组件中，第一冷流通道中释放了热量的制冷剂氮气与第三道压缩冷却后的制冷剂氮气汇聚后进入四级压缩组件中，也即采用四台压缩机进行压缩，从而合理分配压缩机的负荷，大大减少了压缩机整体能耗，并能有效减少压缩机过热引发故障的情况发生，并且还能将不同冷能的制冷剂氮气分配到不同的压缩机工段，从而进一步大大减少压缩机整体能耗。

技术特征：

1.用于天然气深冷液化的三重氮膨胀工艺，其特征在于：制冷剂氮气依次经历四道压缩冷却至压力为10.0mpaa、温度为30℃，然后分成三股分别进入冷箱中的第一热流通道、第二热流通道、第三热流通道中进行预冷；

2.根据权利要求1所述的用于天然气深冷液化的三重氮膨胀工艺，其特征在于：制冷剂氮气经历四道压缩冷却机构进行压缩冷却，四道压缩冷却机构包括依次连通的一级压缩机组件、二级压缩机组件、三级压缩机组件、四级压缩机组件；一级压缩机组件包括依次连通的一级压缩机和一级冷却器；二级压缩机组件包括依次连通的二级压缩机和二级冷却器，三级压缩机组件包括依次连通的三级压缩机和三级冷却器，四级压缩机组件包括依次连通的四级压缩机和四级冷却器。

3.根据权利要求2所述的用于天然气深冷液化的三重氮膨胀工艺，其特征在于：第三冷流通道中释放了冷量的制冷剂氮气与二级冷却器输出的制冷剂氮气经第一混合器混合后进入三级压缩机组件中的三级压缩机中进行压缩。

4.根据权利要求3所述的用于天然气深冷液化的三重氮膨胀工艺，其特征在于：第一冷流通道中释放了冷量的制冷剂氮气与三级压缩机组件输出的制冷剂氮气经第二混合器混合后进入四级压缩机组件中的四级压缩机中进行压缩。

5.根据权利要求3所述的用于天然气深冷液化的三重氮膨胀工艺，其特征在于：经四道压缩冷却至压力为10.0mpaa，温度为30℃的制冷剂氮气经由分流器分成三股分别进入冷箱中的第一热流通道、第二热流通道、第三热流通道中进行预冷。

6.根据权利要求5所述的用于天然气深冷液化的三重氮膨胀工艺，其特征在于：第一热流通道、第二热流通道、第三热流通道中制冷剂氮气的分流摩尔比为：0.1:0.2:0.7。

7.根据权利要求1所述的用于天然气深冷液化的三重氮膨胀工艺，其特征在于：需要液化的天然气进入至冷箱中的天然气冷却通道中冷却至-157℃，之后经节流阀节流降压液化形成-163℃、压力为1.0个大气压的液氮输出。

技术总结本发明公开了一种用于天然气深冷液化的三重氮膨胀工艺，制冷剂氮气经历四道压缩冷却后分成三股分别进入冷箱中的第一、第二、第三热流通道；第一热流通道中预冷后膨胀降温进第一冷流通道中；第二热流通道中预冷后膨胀降温进第二冷流通道中；第三热流通道中预冷后膨胀降温进第三冷流通道中；第二冷流通道中输出的制冷剂氮气依次经第一、第二道压缩冷却；第三冷流通道与第二道压缩冷却输出的制冷剂氮气汇聚经第三道压缩冷却；第一冷流通道与第三道压缩冷却输出的制冷剂氮气汇聚经第四道压缩冷却，然后再分成三股分别进入冷箱；不断循环为冷箱提供冷量。本发明的优点在于：大大降低天然气液化能耗，并有效减少压缩机故障。技术研发人员：包瑜涛,魏强,黄雄虎,范雅琦,王玉,王得嵩受保护的技术使用者：江苏富瑞能源服务有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/11