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CN105823304A - 一种双级膨胀制冷富甲烷气液化的方法及装置 - Google Patents

一种双级膨胀制冷富甲烷气液化的方法及装置 Download PDF

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CN105823304A CN201610167134.1A CN201610167134A CN105823304A CN 105823304 A CN105823304 A CN 105823304A CN 201610167134 A CN201610167134 A CN 201610167134A CN 105823304 A CN105823304 A CN 105823304A
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Abstract

本发明公开了一种双级膨胀制冷富甲烷气液化的方法及装置，属于富甲烷气分离及液化领域，目的在于解决现有液化天然气的生产方法存在重烃分离困难，操作繁琐，设备投资较高，甲烷损失较大，能耗较高的问题。该方法包括富甲烷气液化、循环制冷步骤，富甲烷原料气与预热气混合后，经换热器冷却、节流降压、气液分离，分别得到液化富甲烷气、低温闪蒸气，液化富甲烷气作为产品收集，低温闪蒸气则进行开式循环制冷或闭式循环。本发明具有流程简单，能耗低，操作灵活，设备投资低，甲烷损失小，氮气分离效果良好，重烃易脱除等优点。

Description

一种双级膨胀制冷富甲烷气液化的方法及装置
技术领域
本发明涉及天然气领域，尤其是富甲烷气分离及液化领域，具体为一种双级膨胀制冷富甲烷气液化的方法及装置。
背景技术
天然气消费的增长促进了液化天然气工业的迅速发展。自1999年上海LNG事故气源备用站（一期）建成投产以来，经过十几年的发展，中国液化天然气工业走过了从主要依靠引进国外成套技术和设备，到国内可以自主研发生产液化天然气生产装置的过程。
目前，国内普遍采用的天然气液化制冷工艺有三种类型：级联式制冷工艺、膨胀制冷工艺和混合制冷工艺。
其中，膨胀制冷工艺有如下优点。
（1）与级联式制冷工艺和混合制冷工艺相比，膨胀制冷工艺流程非常简单、紧凑，造价略低；起动快，热态起动2~4h即可获得满负荷产品，运行灵活，适应性强，生产负荷调节范围大，对原料气组成变化有较大的适应性，易于操作和控制。
（2）采用气体状态的天然气或氮气作为循环制冷剂，因而消除了像混合制冷循环工艺中分离和储存制冷剂的麻烦，也避免了由此带来的安全问题。
膨胀制冷工艺主要采用氮膨胀制冷、氮气-甲烷混合膨胀制冷、天然气直接膨胀制冷三种形式。其中，氮膨胀制冷作为直接膨胀制冷的一种变型，其具有适应性强、液化能力高、流程简单、运行灵活、操作方便等优点，但能耗较高。氮气-甲烷混合膨胀制冷则是氮膨胀制冷循环的一种改进，其具有流程简单、控制容易、启动时间短等优点，比纯氮气膨胀制冷节省10%的动力消耗。
天然气直接膨胀制冷是直接利用高压天然气在膨胀机中绝热膨胀而使天然气液化的方法，其充分利用了天然气自身的压力能，消耗电能很少，节省了设备投资。采用体积小、重量轻、效率高、长期可靠运行的气体轴承透平膨胀机，能有效提高系统效率，可用于操作频繁且要求快速启停的调峰型装置中。目前，该方法已发展到多级膨胀的液化系统，且膨胀制冷机也日趋成熟，具有长寿命、高可靠性、低振动、重量轻等特点，在天然气液化方面具有良好的发展前景。在液化气量日趋加大的要求下，天然气直接膨胀制冷自身所具有的设备紧凑、投资少、调节灵活、工作可靠等优点，使得其具有更大的优势。
中国专利CN103582792A公开了一种用于天然气液化的方法，但其存在如下缺点。
（1）该方法中，进入液化膨胀器的物料温度在-50℃至-80℃、优选-60℃至-70℃的范围内，温度过低，对膨胀器材质要求较高，设备投资较大。
（2）该方法中，分离器中含有液相物料，这要求膨胀机的功率较大；同时，压降较大，能耗较高。
（3）膨胀机的膨胀功被损失掉，能耗较高。
（4）进入液化膨胀器的物料温度与出预冷却膨胀器的温度有要求：膨胀器出口物料的温度低于入口物料的温度。
（4）该方法中，重烃分离困难。
（5）该方法压降大，甲烷损失大，且氮气分离效果不好，LNG中含氮量较高。
基于CN103582792A存在的上述缺点，开发一种流程简单、能耗低、操作灵活、设备投资低、甲烷损失小且氮气分离效果良好和重烃易脱除的方法显得尤其重要。
为此，本发明提供一种双级膨胀制冷富甲烷气液化的方法及装置。
发明内容
本发明的发明目的在于：针对现有液化天然气的生产方法存在重烃分离困难，操作繁琐，设备投资较高，甲烷损失较大，膨胀功损被失掉，能耗较高的问题，提供一种双级膨胀制冷富甲烷气液化的方法及装置。本发明具有流程简单，能耗低，操作灵活，设备投资低，甲烷损失小，氮气分离效果良好，重烃易脱除等优点。同时，本发明中还具有重烃易脱除、液化富甲烷气含氮量低和原料适应性强的优点，具有较好的应用前景。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种双级膨胀制冷富甲烷气液化的方法，包括如下步骤：
（1）富甲烷气液化：
所述步骤1的操作如下：富甲烷原料气与部分预热气混合后，经换热器冷却至-10~-90℃，再进入重烃分离器脱重烃，得到低温干气，低温干气再经换热器冷却后，经节流降压，再进行气液分离，分离后分别得到液化富甲烷气、低温闪蒸气，液化富甲烷气作为产品收集，低温闪蒸气经换热器换热后，进行增压，进入下一个循环；
若富甲烷原料气无重烃，则富甲烷原料气与部分预热气混合后，直接经换热器冷却，再经节流降压后，进行气液分离，分离后分别得到液化富甲烷气、低温闪蒸气，液化富甲烷气作为产品收集，低温闪蒸气经换热器换热后，进行增压，进入下一个循环；
（2）开式循环制冷：
所述步骤2的操作如下：低温闪蒸气经换热器换热后，得到预热气，将预热气进行增压，增压后将其分为第一股物料、第二股物料和第三股物料，第一股物料与富甲烷气混合进入换热器进行步骤1的富甲烷气液化，第二股物料进入第一膨胀机膨胀，膨胀后的物料进入换热器换热后与预热气混合返回增压，进入下一个循环；第三股物料依次进入换热器冷却、第二膨胀机膨胀，膨胀后的物料进入换热器换热，换热后与预热气混合返回增压，进入下一个循环；
或低温闪蒸气经换热器换热后，得到预热气，再将预热气增压后与富甲烷原料气完全混合，然后分为第一股物料、第二股物料和第三股物料，第一股物料直接进换热器进行步骤1的富甲烷气液化，第二股物料进入第一膨胀机膨胀，膨胀后的物料进入换热器换热后与预热气混合返回增压，进入下一个循环；第三股物料依次进入换热器冷却、第二膨胀机膨胀，膨胀后的物料进入换热器换热，换热后与预热气混合返回增压，进入下一个循环；
提供另一种替换方法，包括如下步骤：
（1）富甲烷气液化：
所述步骤1的操作如下：富甲烷原料气与部分预热气混合后，经换热器冷却至-10~-90℃，再进入重烃分离器脱重烃，得到低温干气，低温干气再经换热器冷却后，经节流降压，再进行气液分离，分离后分别得到液化富甲烷气、低温闪蒸气，液化富甲烷气作为产品收集，低温闪蒸气经换热器换热后，进行增压，进入下一个循环；
若富甲烷原料气无重烃，则富甲烷原料气与部分预热气混合后，直接经换热器冷却，再经节流降压后，进行气液分离，分离后分别得到液化富甲烷气、低温闪蒸气，液化富甲烷气作为产品收集，低温闪蒸气经换热器换热后，进行增压，进入下一个循环；
（2）开式循环制冷：
所述步骤2的操作如下：低温闪蒸气经换热器换热后，得到预热气，将预热气进行增压，增压后将其分为第一股物料和第二股物料，第一股物料与富甲烷气混合进入换热器进行步骤1的富甲烷气液化，第二股物料依次经换热器预冷、第一膨胀机膨胀，膨胀后的物料经换热器换热后再进入第二膨胀机膨胀，第二膨胀机膨胀后的物料再经换热器换热后与预热气混合返回增压，进入下一个循环；
或低温闪蒸气经换热器换热后，得到预热气，将增压后的预热气与富甲烷气完全混合，再分为第一股物料和第二股物料，第一股物料直接进换热器进行步骤1的富甲烷气液化，第二股物料依次经换热器预冷、第一膨胀机膨胀，膨胀后的物料经换热器换热后再进入第二膨胀机膨胀，第二膨胀机膨胀后的物料再经换热器换热后与预热气混合返回增压，进入下一个循环；
或第二股物料直接进入第一膨胀机膨胀，膨胀后的物料经换热器换热后再进入第二膨胀机膨胀，第二膨胀机膨胀后的物料再经换热器换热后与预热气混合返回增压，进入下一个循环；
还提供另一种替换方法，包括如下步骤：
（1）富甲烷气液化：
所述步骤1的操作如下：低温闪蒸气经换热器换热后，得到预热气，将预热气进行增压，并将富甲烷原料气与预热气混合，混合的物料经换热器冷却至-10~-90℃，再进入重烃分离器脱重烃，得到低温干气，低温干气再经换热器冷却后，经节流降压，再进行气液分离，分离后分别得到液化富甲烷气、低温闪蒸气，液化富甲烷气作为产品收集，低温闪蒸气经换热器换热后，进行增压，进入下一个循环；
若富甲烷原料气无重烃，则富甲烷原料气与部分预热气混合后，直接经换热器冷却，再经节流降压后，进行气液分离，分离后分别得到液化富甲烷气、低温闪蒸气，液化富甲烷气作为产品收集，低温闪蒸气经换热器换热后，进行增压，进入下一个循环；
（2）闭式循环制冷：
所述步骤2的操作如下：冷却介质经增压后，分为冷却第一物料、冷却第二物料两股物料，冷却第一物料进入第一膨胀机中膨胀，经第一膨胀机膨胀后的物料经换热后返回增压，进入下一个循环；冷却第二物料依次经冷却器换热、第二膨胀机膨胀，经第二膨胀机膨胀后的物料经换热后返回增压，进入下一个循环；
所述步骤1中，富甲烷原料气的压力为1MPaG~20MPaG、温度为-30~60℃，或所述富甲烷原料气为LNG储罐的自蒸发气。
所述步骤1中，低温干气经换热器冷却后，再进行节流降压，节流的级数为一级节流、二级节流、三级节流或四级节流。
所述步骤1中，低温干气经换热器冷却后，再经节流降压，然后进入第一气液分离器进行气液分离，分离后分别得到第一液相物、第一气相物，该第一液相物即为液化富甲烷气，该第一气相物即为低温闪蒸气。
所述步骤1中，第一液相物再经节流降压后，进入第二气液分离器进行气液分离，分离后分别得到第二液相物、第二气相物，该第二液相物即为液化富甲烷气，该第一气相物和第二气相物即为低温闪蒸气。
还包括预冷步骤：将外部冷却装置与换热器相连，通过外部冷却装置对换热器中的其他部件进行预冷。
所述外部冷却装置采用的典型冷剂为丙烯、丙烷、氨、氟利昂、水、BOG、溴化锂中的一种或多种。
含甲烷的不易液化气体能从系统的任何物料中引出。
步骤2中，根据富甲烷原料气的压力和温度，在系统合适的位置与预热气混合。
用于前述双级膨胀制冷富甲烷气液化的方法的装置，包括富甲烷气液化系统、开式循环制冷系统；
所述富甲烷气液化系统包括用于输送富甲烷原料气的原料供应装置、换热器、气液分离器，所述原料供应装置、换热器、气液分离器通过管道依次相连；
所述开式循环制冷系统包括气液分离器、换热器、压缩机、第一膨胀机、第二膨胀机，所述气液分离器、换热器、压缩机、第一膨胀机、第二膨胀机通过管道构成开式循环系统；
提供又一种替换装置，包括富甲烷气液化系统、闭式循环制冷系统；
所述富甲烷气液化系统包括原料供应装置、换热器、气液分离器、压缩机，所述原料供应装置、换热器、气液分离器、压缩机通过管道依次相连；
所述闭式循环制冷系统包括压缩机、换热器、第一膨胀机、第二膨胀机，所述压缩机、换热器、第一膨胀机、第二膨胀机通过管道构成闭式循环系统。
本发明中，含甲烷的不易液化的气体（如：氮气、氢气、氩气、氧气或氦气等的一种或几种）可以在富甲烷气液化系统的任何物料中引出。还包括与换热器相配合的外部冷却，外部冷却使用的冷却剂典型为丙烯、丙烷、氨、氟利昂、水、BOG、溴化锂中的一种或多种。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
（1）进入二级膨胀机的物料温度为-35℃~-50℃，相对于现有膨胀制冷天然气液化工艺而言，温度较高，二级膨胀机材质要求较低，设备投资较小。
（2）二级膨胀机膨胀后物料为全气相，膨胀机的功率较小；同时，压降较小，能耗较低。
（3）本发明中，膨胀机可以将膨胀功传递给压缩装置，有效降低能耗，节约成本。
（4）本发明不要求进入二级膨胀机的物料温度比出一级膨胀机的物料温度高，调节手段丰富、操作灵活。
（5）采用本发明有利于重烃脱除，具有较好的效果。
（6）换热器冷凝后物料采用逐级节流，各级压降小，使得能耗更低，甲烷损失小、氮气分离系数高。
附图说明
本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
图1是实施例1的原理示意图。
图1中，T1为预处理系统，P1、P2分别为膨胀机，C1、C2、C3分别为循环气压缩机，E1、E2、E3分别为冷却器，E4为换热器，V2为重烃分离器，V1为气液分离器，V3为LNG储罐，I、II分别为节流阀。
图2是实施例2的原理示意图。
图2中，T1为预处理系统，P1、P2分别为膨胀机，C1、C2分别为循环气压缩机，E1、E2分别为冷却器，E3为换热器，V2为重烃分离器，V1为气液分离器，V3为LNG储罐，I、II分别为节流阀。
图3是实施例3的原理示意图。
图3中，T1为预处理系统，P1、P2分别为膨胀机，C1、C2分别为甲烷闪蒸气压缩机，C3、C4分别为富甲烷循环气压缩机，E1、E2、E3、E4分别为冷却器，E5为换热器，V1为分离器，V2为重烃分离器，V3为LNG储罐，I、II分别为节流阀。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
实施例1
本实施例的流程示意图如图1所示，本流程包含预处理系统（T1），膨胀机（P1、P2），循环气压缩机（C1、C2、C3），冷却器（E1、E2、E3），换热器（E4），重烃分离器（V2），气液分离器（V1），LNG储罐（V3），节流阀I、节流阀II等，各部件之间通过管道构成富甲烷气液化系统和开式循环制冷系统。
本实施例的工作步骤如下：
（1）富甲烷气液化：
未经处理富甲烷原料气1经预处理系统T1处理后，得到富甲烷原料气2。富甲烷原料气2与部分预热气19（下文中提到）混合后得到物料3，进入换热器E4冷却后，得到物料4。物料4出换热器E4，进入重烃分离器V2脱重烃，重烃由物料6引出，低温干气物料5再进入换热器E4冷却得到物料7。将物料7引出换热器E4，经一级节流阀I节流后，得到物料8。物料8进入一级气液分离器V1进行气液分离，经一级气液分离器V1分离得到的液相10继续进行二级节流，经一级气液分离器V1分离得到的低温闪蒸气9进入换热器E4复热后，引出预热气11。预热气11引出物料12和物料13，物料12作为不易液化气引出界外，物料13与物料28（下文中提到）混合得到物料14，物料14与物料32（下文中提到）混合得到物料15。物料15进入循环气压缩机C3增压，增压后引出的物料16经冷却器E3冷却后，由物料17分为物料18和物料19，物料19与富甲烷原料气2混合，进入下一个循环。
一级气液分离器V1分离出的液相10经二级节流阀II节流后，得到物料20。物料20进入LNG储罐V3进行气液分离，分离得到的液相产品储存在罐内，通过物料21外运；分离得到的低温闪蒸气22进入换热器E4复热后，引出预热气23，预热气23进入循环气压缩机C1中增压，得到物料24。物料24经冷却器E1冷却后，引出物料25，物料25与物料35（下文中提到）混合得到物料26。物料26进入循环气压缩机C2增压，增压后引出的物料27经冷却器E2冷却后引出物料28，并将物料28与物料13混合，得到物料14。
（2）开式循环制冷：
增压后的物料17分成物料18、物料19两部分，物料18再分为物料29、物料30。物料29进入换热器E4冷却后，得到物料33，物料33进入第二膨胀机P2，膨胀后引出物料34，物料34进入换热器E4换热，换热后得到物料35。物料35与物料25混合后，进入下一个循环。物料30进入第一膨胀机P1，膨胀后引出物料31，物料31经换热器E4换热后，得到物料32。物料32与物料14混合后，进入下一个循环。
本实施例中，富甲烷原料气2的温度为40℃，压力为5000kPaA；不易液化气（即物料12）为37℃，压力为1080kPaA；产品LNG的温度为-158.0℃，压力为120kPaA，单位产品液化能耗0.20~0.26kWh/Nm3LNG。均为绝压。本实施例中，第一膨胀机P1与第二膨胀机P2的膨胀相对独立，调节手段灵活，本实施例的方法和装置优先适用于原料气气源条件波动较大的工况。
实施例2
本实施例的流程示意图如图2所示，本流程包含预处理系统（T1），膨胀机（P1、P2），循环气压缩机（C1、C2），冷却器（E1、E2），换热器（E3），重烃分离器（V2），气液分离器（V1），LNG储罐（V3），节流阀I、节流阀II等，各部件之间通过管道构成富甲烷气液化系统和开式循环制冷系统。
本实施例的工作步骤如下：
（1）富甲烷气液化：
未经处理富甲烷原料气1经预处理系统T1处理后，得到富甲烷原料气2。富甲烷原料气2与部分预热气19（下文中提到）混合后得到物料3，物料3进入换热器E3冷却后，得到物料4。物料4出换热器E3，进入重烃分离器V2脱重烃，重烃由物料6引出，低温干气物料5再进入换热器E3冷却得到物料7。将物料7引出换热器E3，经一级节流阀I节流后，得到物料8。物料8进入一级气液分离器V1进行气液分离，经一级气液分离器V1分离得到的液相10继续进行二级节流，经一级气液分离器V1分离得到的低温闪蒸气9进入换热器E3复热后，引出预热气11。预热气11引出物料12和物料13，物料12作为不易液化气引出界外，物料13与物料30（下文中提到）混合得到物料14，物料14与物料25（下文中提到）混合得到物料15。物料15进入循环气压缩机C2增压，增压后引出的物料16经冷却器E2冷却后，由物料17分为物料18和物料19，物料19与富甲烷原料气2混合，进入下一个循环。
一级气液分离器V1分离出的液相10经二级节流阀II节流后，得到物料20。物料20进入LNG储罐V3进行气液分离，分离得到的液相产品储存在罐内，通过物料21外运；分离得到的低温闪蒸气22进入换热器E4复热后，引出预热气23，预热气23进入循环气压缩机C1中增压，得到物料24。物料24经冷却器E1冷却后，引出物料25，并将物料25与物料14混合。
（2）开式循环制冷：
增压后的循环气17分成物料18、物料19两部分，物料18进入换热器E3冷却后，得到物料26，物料26进入第一膨胀机P1，膨胀后引出物料27，物料27进入换热器E3换热后，得到物料28。物料28进入第二膨胀机P2，膨胀后引出物料29，物料29进入换热器E3换热后，得到物料30。物料30与物料13混合后，进入下一个循环。
本实施例中，富甲烷原料气2的温度为40℃，压力为6000kPaA；不易液化气（即物料12）为37℃，压力为1080kPaA；产品LNG的温度为-161.5℃，压力为120kPaA，单位产品液化能耗0.20~0.28kWh/Nm3LNG。均为绝压。本实施例中，第二膨胀机P2的膨胀比较小，设备选型容易，但第一膨胀机P1与第二膨胀机P2串联，调节手段稍差，本实施例的方法和装置优先适用于原料气气源条件波动较小的工况。
实施例3
本实施例的流程示意图如图3所示，本流程包含预处理系统（T1），膨胀机（P1、P2），甲烷闪蒸气压缩机（C1、C2），富甲烷循环气压缩机（C3、C4），冷却器（E1、E2、E3、E4），换热器（E5），分离器（V1），重烃分离器（V2），LNG储罐（V3），节流阀I、节流阀II等，各部件之间通过管道构成富甲烷气液化系统和闭式循环制冷系统。
本实施例的工作步骤如下：
（1）富甲烷气液化：
未经处理富甲烷原料气1经预处理系统T1处理后，得到富甲烷原料气2。富甲烷原料气2与预热气16混合后得到物料3，进入换热器E5冷却后，得到物料4。物料4出换热器E5，进入重烃分离器V2脱重烃，重烃由物料6引出，经重烃分离器V2得到的低温干气物料5再进入换热器E5冷却，得到物料7。将物料7引出换热器E5，经一级节流阀I节流后，得到物料8。物料8进入一级气液分离器V1进行气液分离，经一级气液分离器V1分离得到的液相10继续进行二级节流，经一级气液分离器V1分离得到的低温闪蒸气9进入换热器E5复热后，引出预热气11。预热气11引出物料12和物料13，物料12作为不易液化气引出界外，物料13与物料22（下文中提到）混合得到物料14，物料14进入循环气压缩机C2增压，增压后引出的物料15经冷却器E2冷却后得到物料16，物料16与富甲烷原料气2混合，进入下一个循环。
一级气液分离器V1分离出的液相10经二级节流阀II节流后，得到物料17。物料17进入LNG储罐V3进行气液分离，分离得到的液相产品储存在罐内，通过物料18外运；分离得到的低温闪蒸气19进入换热器E5复热后，引出预热气20，预热气20进入循环气压缩机C1中增压，得到物料21。物料21经冷却器E1冷却后，引出物料22，物料22与物料13混合。
（2）闭式循环制冷：
本实施例中，以富甲烷气作为闭式循环制冷的冷剂。富甲烷气经富甲烷循环气压缩机C4增压后，引出物料23。物料23经冷却器E4冷却后，得到物料24。物料24分为物料25、物料26，物料25进入换热器E5进一步冷却，得到物料29。物料29经第二膨胀机P2膨胀后，得到物料30。物料30进入换热器E5换热后，并引出物料31，物料31进入富甲烷循环气压缩机C3增压，得到物料32。物料32经冷却器E3冷却后，得到物料33。物料33与物料28混合，得到物料34。物料34进入循环气压缩机C4，开始下一个循环。物料26经第一膨胀机P1膨胀后，得到物料27。物料27进入换热器E5换热，引出物料28，并将物料28与物料33混合。
本实施例中，富甲烷原料气2的温度为40℃，压力为6000kPaA；不易液化气（即物料12）为37℃，压力为1080kPaA；产品LNG的温度为-162.5℃，压力为120kPaA，单位产品液化能耗0.20~0.25kWh/Nm3LNG。均为绝压。本实施例中，富甲烷气液化系统与闭式循环制冷系统相对独立，液化流程不受原料气气源条件限制，本实施例的方法和装置优先适用于原料气气源条件波动大，或原料气中含重组分烃类较高的工况。
作为本实施例的一种替代方式，第一膨胀机P1和第二膨胀机P2可以按照实施例2的形式串联，完成闭式循环制冷操作。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (9)

1.一种双级膨胀制冷富甲烷气液化的方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）富甲烷气液化：
所述步骤1的操作如下：富甲烷原料气与部分预热气混合后，经换热器冷却至-10~-90℃，再进入重烃分离器脱重烃，得到低温干气，低温干气再经换热器冷却后，经节流降压，再进行气液分离，分离后分别得到液化富甲烷气、低温闪蒸气，液化富甲烷气作为产品收集，低温闪蒸气经换热器换热后，进行增压，进入下一个循环；
若富甲烷原料气无重烃，则富甲烷原料气与部分预热气混合后，直接经换热器冷却，再经节流降压后，进行气液分离，分离后分别得到液化富甲烷气、低温闪蒸气，液化富甲烷气作为产品收集，低温闪蒸气经换热器换热后，进行增压，进入下一个循环；
（2）开式循环制冷：
所述步骤2的操作如下：低温闪蒸气经换热器换热后，得到预热气，将预热气进行增压，增压后将其分为第一股物料、第二股物料和第三股物料，第一股物料与富甲烷气混合进入换热器，第二股物料进入第一膨胀机膨胀，膨胀后的物料进入换热器换热后与预热气混合返回增压，进入下一个循环；第三股物料依次进入换热器冷却、第二膨胀机膨胀，膨胀后的物料进入换热器换热，换热后与预热气混合返回增压，进入下一个循环；
或低温闪蒸气经换热器换热后，得到预热气，再将预热气增压后与富甲烷原料气完全混合，然后分为第一股物料、第二股物料和第三股物料，第一股物料直接进换热器，第二股物料进入第一膨胀机膨胀，膨胀后的物料进入换热器换热后与预热气混合返回增压，进入下一个循环；第三股物料依次进入换热器冷却、第二膨胀机膨胀，膨胀后的物料进入换热器换热，换热后与预热气混合返回增压，进入下一个循环；
提供另一种替换方法，包括如下步骤：
（1）富甲烷气液化：
所述步骤1的操作如下：富甲烷原料气与部分预热气混合后，经换热器冷却至-10~-90℃，再进入重烃分离器脱重烃，得到低温干气，低温干气再经换热器冷却后，经节流降压，再进行气液分离，分离后分别得到液化富甲烷气和低温闪蒸气，液化富甲烷气作为产品收集，低温闪蒸气经换热器换热后，进行增压，进入下一个循环；
若富甲烷原料气无重烃，则富甲烷原料气与部分预热气混合后，直接经换热器冷却，再经节流降压后，进行气液分离，分离后分别得到液化富甲烷气、低温闪蒸气，液化富甲烷气作为产品收集，低温闪蒸气经换热器换热后，进行增压，进入下一个循环；
（2）开式循环制冷：
所述步骤2的操作如下：低温闪蒸气经换热器换热后，得到预热气，将预热气进行增压，增压后将其分为第一股物料和第二股物料，第一股物料与富甲烷气混合进入换热器，第二股物料依次经换热器预冷、第一膨胀机膨胀，膨胀后的物料经换热器换热后再进入第二膨胀机膨胀，第二膨胀机膨胀后的物料再经换热器换热后与预热气混合返回增压，进入下一个循环；
或低温闪蒸气经换热器换热后，得到预热气，将增压后的预热气与富甲烷气完全混合，再分为第一股物料和第二股物料，第一股物料直接进换热器，第二股物料依次经换热器预冷、第一膨胀机膨胀，膨胀后的物料经换热器换热后再进入第二膨胀机膨胀，第二膨胀机膨胀后的物料再经换热器换热后与预热气混合返回增压，进入下一个循环；
或第二股物料直接进入第一膨胀机膨胀，膨胀后的物料经换热器换热后再进入第二膨胀机膨胀，第二膨胀机膨胀后的物料再经换热器换热后与预热气混合返回增压，进入下一个循环；
提供另一种替换方法，包括如下步骤：
（1）富甲烷气液化：
所述步骤1的操作如下：低温闪蒸气经换热器换热后，得到预热气，将预热气进行增压，并将富甲烷原料气与预热气混合，混合的物料经换热器冷却至-10~-90℃，再进入重烃分离器脱重烃，得到低温干气，低温干气再经换热器冷却后，经节流降压，再进行气液分离，分离后分别得到液化富甲烷气、低温闪蒸气，液化富甲烷气作为产品收集，低温闪蒸气经换热器换热后，进行增压，进入下一个循环；
若富甲烷原料气无重烃，则富甲烷原料气与部分预热气混合后，直接经换热器冷却，再经节流降压后，进行气液分离，分离后分别得到液化富甲烷气、低温闪蒸气，液化富甲烷气作为产品收集，低温闪蒸气经换热器换热后，进行增压，进入下一个循环；
（2）闭式循环制冷：
所述步骤2的操作如下：冷却介质经增压后，分为冷却第一物料、冷却第二物料两股物料，冷却第一物料进入第一膨胀机中膨胀，经第一膨胀机膨胀后的物料经换热后返回增压，进入下一个循环；冷却第二物料依次经冷却器换热、第二膨胀机膨胀，经第二膨胀机膨胀后的物料经换热后返回增压，进入下一个循环；
所述步骤1中，富甲烷原料气的压力为1MPaG~20MPaG、温度为-30~60℃，或所述富甲烷原料气为LNG储罐的自蒸发气。
2.根据权利要求1所述双级膨胀制冷富甲烷气液化的方法，其特征在于，所述步骤1中，低温干气经换热器冷却后，再进行节流降压，节流的级数为一级节流、二级节流、三级节流或四级节流。
3.根据权利要求1或2所述双级膨胀制冷富甲烷气液化的方法，其特征在于，所述步骤1中，低温干气经换热器冷却后，再经节流降压，然后进入第一气液分离器进行气液分离，分离后分别得到第一液相物、第一气相物，该第一液相物即为液化富甲烷气，该第一气相物即为低温闪蒸气。
4.根据权利要求3所述双级膨胀制冷富甲烷气液化的方法，其特征在于，所述步骤1中，第一液相物再经节流降压后，进入第二气液分离器进行气液分离，分离后分别得到第二液相物、第二气相物，该第二液相物即为液化富甲烷气，该第一气相物和第二气相物即为低温闪蒸气。
5.根据权利要求1~4任一项所述双级膨胀制冷富甲烷气液化的方法，其特征在于，还包括预冷步骤：将外部冷却装置与换热器相连，通过外部冷却装置对换热器中的其他部件进行预冷。
6.根据权利要求5所述双级膨胀制冷富甲烷气液化的方法，其特征在于，所述外部冷却装置采用的典型冷剂为丙烯、丙烷、氨、氟利昂、水、BOG、溴化锂中的一种或多种。
7.根据权利要求1所述双级膨胀制冷富甲烷气液化的方法，其特征在于，含甲烷的不易液化气体能从系统的任何物料中引出。
8.根据权利要求1所述双级膨胀制冷富甲烷气液化的方法，其特征在于，步骤2中，根据富甲烷原料气的压力和温度，在系统合适的位置与预热气混合。
9.根据权利要求1~8任一项所述双级膨胀制冷富甲烷气液化的方法的装置，其特征在于，包括富甲烷气液化系统、开式循环制冷系统；
所述富甲烷气液化系统包括用于输送富甲烷原料气的原料供应装置、换热器、气液分离器，所述原料供应装置、换热器、气液分离器通过管道依次相连；
所述开式循环制冷系统包括气液分离器、换热器、压缩机、第一膨胀机、第二膨胀机，所述气液分离器、换热器、压缩机、第一膨胀机、第二膨胀机通过管道构成开式循环系统；
提供又一种替换装置，包括富甲烷气液化系统、闭式循环制冷系统；
所述富甲烷气液化系统包括原料供应装置、换热器、气液分离器、压缩机，所述原料供应装置、换热器、气液分离器、压缩机通过管道依次相连；
所述闭式循环制冷系统包括压缩机、换热器、第一膨胀机、第二膨胀机，所述压缩机、换热器、第一膨胀机、第二膨胀机通过管道构成闭式循环系统。
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