浅谈混合制冷剂在天然气液化中的应用

郑 华 贾 菁 王天将

（河南中原绿能高科有限公司，河南 濮阳 450001）

浅谈混合制冷剂在天然气液化中的应用

郑 华 贾 菁 王天将

（河南中原绿能高科有限公司，河南 濮阳 450001）

天然气液化制冷工艺大致可以分为三种：阶式制冷、混合制冷剂制冷和膨胀制冷。现在国内应用最多的是混合制冷剂制冷，它有设备少、流程简单、投资省等优点。这种液化流程的操作弹性很大，当生产能力降低、周围环境温度或原料气气质发生变化时，可以通过调整混合制冷剂组分及混合制冷剂压缩机进出口压力，也能使天然气高效液化。高效的利用混合制冷剂，对于生产单位既能降低能耗又能提高液化率，因此研究混合制冷剂在液化天然气中的应用是很有必要的。

制冷剂；节流；焓；沸点；比热容

混合制冷剂液化流程（MRC）是以C1至C5的碳氢化合物，以及N2等五种以上的多组分混合制冷剂为工质，利用混合物各组分不同沸点，部分冷凝的特点，进行逐级的冷凝、蒸发、节流膨胀得到不同温度水平的制冷量，以达到逐步冷却和液化天然气的目的。

1 制冷方式

利用实际气体的节流制冷效应实现制冷是人类最早采用的主要制冷方式之一，至今已有200多年的应用发展史。与其他流动制冷方式相比，流动介质的节流膨胀过程无需运动部件、简单可靠，而且系统构成灵活多样，因此节流制冷技术应用广泛。另外一种实现低温制冷的方式是回热，利用节流后的冷量实现自身回热，逐步降低节流前的温度，由此可实现更低的制冷温度，现在这两种方式普遍应用在天然气液化中的混合工质制冷循环。

2 混合制冷剂的选择

制冷剂的选择主要依据其本身的基础热物性及节流特性，其中常压沸点、临界参数等是选择制冷剂最为基础的数据，然后还要考虑如三相点温度等，以避免因三相点温度过高，导致制冷剂在低温下出现固相析出而堵塞管道。

表1 物质的基础属性

通常混合制冷剂由氮气、甲烷、乙烷、丙烷等组成。为了把天然气液化，必须用低沸点工质，才能获得液化甲烷等级的温度。

沸点较高的重组分在预冷和液化循环中使用；而沸点较低的轻组分则在液化和深冷循环中使用。由表1可知，丙烷、异戊烷和乙烷可用于天然气的预冷，甲烷、乙烯和氮气用于天然气的液化。

根据气源组分不同、地域不同，选择不同的制冷剂，由物料和热量平衡计算确定制冷剂以一定比例混合来满足工艺要求。

3 混合制冷剂的高效利用

制冷剂的冷量利用大多都是通过节流制冷和回热获得。节流制冷是高温高压气体通过节流元件后焓不变而压力降低伴随着温度下降。结合回热措施，天然气液化单元现在常用带气液分离器的內复叠循环。

表2 常压下物质的属性

在内复叠循环系统内出现两相流动，基本气液相流速不同，会导致液相或气相积存，由于非共沸混合物气液相浓度不同会造成循环浓度变化，在节流元件处相变潜热产生不同温度等级的冷量，由表1、2知甲烷的气化潜热最大，但绝热指数大，压缩功耗也大，因此甲烷含量对循环系统提供深冷量很关键。采用高沸点的制冷剂可以减小因工质压力差而造成相变区间的差异，并充分利用低压相变潜热大于高压相变潜热，从而改善两相区回热换热器内的热当量匹配，进而减小回热换热器内固有换热器温差，最终减小换热器固有换热㶲损失；换热程度好，节流前温度低，节流过程的㶲损也小，因此丙烷、异戊烷可以达到这个效果。

每一个制冷剂在内复叠循环系统内都很重要，有效的配比可以提高制冷循环系统的热力学效率。

混合制冷剂液化流程运行时，原料气的压力、温度、组分，混合制冷剂组分和循环压力，LNG的储存温度、压力等都会影响比功耗，运行成本。而这些参数又是相互关联、互为影响的，因此在组织液化流程、确定工艺参数时需要借助工艺模拟反复计算调整、不断优化参数、在流程合理可行的基础上，调整混合制冷剂的最佳配比，实现高液化、低功耗。

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In the application of the mixed refrigerant natural gas liquefaction process

Liquefied natural gas refrigeration process can be roughly divided into three kinds: first, mixed refrigerant refrigeration and expansion refrigeration. Now the most widely used is the mixed refrigerant, it has the advantages of simple process, less equipment investment, etc.. The liquefaction process operation is very flexible, when production capacity is reduced, the ambient temperature or the raw material gas changes, can adjust the mixed refrigerant composition and mixed refrigerant compressor inlet and outlet pressure, also can make the gas, liquefied. Refrigerant mixture by high performance, for the production of the unit can reduce energy consumption and improve the liquefaction rate, so the research and application of the mixed refrigerant in liquefied natural gas is very necessary.

Refrigerant;throttling;enthalpy;boiling;heat capacity

TE646

A

1008-1151(2015)03-0077-01

2015-02-12

郑华（1978－），河南中原绿能高科有限公司工程师。