CN102878779B

CN102878779B - 一种混合制冷剂循环膨胀机内复叠天然气液化系统

Info

Publication number: CN102878779B
Application number: CN201210391818.1A
Authority: CN
Inventors: 郭开华; 鹿来运; 张镨; 皇甫立霞; 何力
Original assignee: National Sun Yat Sen University
Current assignee: Sun Yat Sen University; National Sun Yat Sen University
Priority date: 2012-10-16
Filing date: 2012-10-16
Publication date: 2015-01-14
Anticipated expiration: 2032-10-16
Also published as: CN102878779A

Abstract

本发明涉及制冷及低温中的天然气液化系统领域，具体涉及一种混合制冷剂循环膨胀机内复叠天然气液化系统。一种混合制冷剂循环膨胀机内复叠天然气液化系统，包括压缩机模块、预冷模块、冷凝模块和液化模块；采用多元混合工质作为制冷剂，混合制冷剂循环（MRC）与膨胀机制冷循环内复叠，系统运行可靠，能耗低，负荷匹配灵活，单线产能大；液化流程精简、结构紧凑，模块化设计，易于在各种场合灵活采用。

Description

一种混合制冷剂循环膨胀机内复叠天然气液化系统

技术领域

本发明涉及制冷及低温中的天然气液化系统领域，具体涉及一种混合制冷剂循环膨胀机内复叠天然气液化系统。

背景技术

LNG（Liquefied Natural Gas），即液化天然气，是将经过处理后的常压下气态的天然气冷却至-162℃，使之凝结成液体。LNG的体积约为其气态体积的1/625，大大节约了储运空间和成本，而且具有热值大、性能高等特点，因此LNG是一种清洁、高效的能源。中国的能源结构以煤炭为主，石油、天然气只占到很小的比例。目前中国能源消费结构中天然气的占比仅为4%，而世界能源消费结构中，天然气消费则占到能源消耗总量的24.1%，约为世界平均值的六分之一，这从一个侧面表明我国天然气产业还有很大的扩展空间。我国“十二五”规划纲要提出“到2020年单位GDP二氧化碳排放比2005年下降40％至45％”的目标。要实现这个节能减排目标，必然要倡导节约、清洁、循环、绿色、低碳的生产方式。天然气能有效解决能源供应安全和生态环境保护双重问题，既有利于促进节能减排，又在实现经济和社会可持续性发展中发挥重要作用，因此，我国LNG 产业必将步入快速发展的轨道。

常用的天然气液化流程包括级联式液化流程、混合制冷剂液化流程（MRC）、带膨胀机的液化流程。级联式液化流程由于机组过于复杂，投资成本高；带膨胀机的液化流程具有流程简单、投资成本低等优点，但系统功耗大、液化率低，特别适用于小型天然气液化装置；而MRC液化流程，在功耗、液化率以及系统复杂性和适应性等方面较前两种液化工艺都有明显的优势，尤其适合于大型的天然气液化装置。目前世界上80%以上的基本负荷型天然气液化装置采用美国APCI公司设计的丙烷预冷混合制冷剂液化流程（C3/MRC）(E.P. No.0,087,086A1，R.J.Rentler，1983)。C3/MRC流程的特点为预冷循环和MRC循环两级外复叠，该工艺单线最大负荷能力可达5 百万吨/年，其主要弊端是系统流程负荷分配固定，所需丙烷压缩机、丙烷换热器、绕管式换热器等设备尺寸庞大，不仅大大增加了系统的投资成本，而且存在技术瓶颈，限制了其单线产能规模。虽然其后有不少研究对C3/MRC流程进行了各种改进，如U.S. Patent No.4,545,795（Y.N. Liu, 1985）、U.S. Patent No.4,755,200（Y.N. Liu, 1988）、U.S. Patent No.6,347,532 B1（R.A. Emmaus, 2002），但效果并不如意。2002年美国APCI公司公布其AP-X^TM天然气液化流程，该工艺是对C3/MRC流程的修正，在绕管式换热器后增加了一个独立闭合氮膨胀制冷循环，为预冷循环、MRC循环和氮膨胀制冷循环三级外复叠。该工艺可灵活匹配各制冷循环所承担的热负荷，提高了系统热效率和负荷能力，其单线产能可达9 百万吨/年。AP-X^TM流程的缺点是多级制冷循环外复叠，系统控制复杂，设备费用昂贵，大量的压缩机和缠绕式换热器是其主要花费。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供一种混合制冷剂循环膨胀机内复叠天然气液化系统，采用多元混合工质作为制冷剂，混合制冷剂循环（MRC）与膨胀机制冷循环内复叠，系统运行可靠，能耗低，负荷匹配灵活，单线产能可大可小；液化流程精简、结构紧凑，模块化设计，易于在各种场合灵活采用。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种混合制冷剂循环膨胀机内复叠天然气液化系统，包括压缩机模块、预冷模块、冷凝模块和液化模块；压缩机模块的高压出口管连接预冷模块的高压进口管；压缩机模块的低压进口管连接冷凝模块的低压出口管；预冷模块的高压出口管连接冷凝模块的高压进口管；冷凝模块的高压出口管连接液化模块的高压进口管；冷凝模块的低压进口管连接液化模块的低压出口管。压缩机模块为液化流程的动力源；预冷模块对混合制冷剂和天然气进行预冷，分担一部分系统液化负荷；冷凝模块对天然气进行冷却，同时对混合制冷剂进行冷却分离，为下一级制冷模块提供制冷工质；液化模块为主要制冷单元，将天然气进行低温液化。

进一步的，所述压缩机模块包括主压缩机、冷凝器及其管路；主压缩机的混合制冷剂低压入口为压缩机模块的低压进口，主压缩机的混合制冷剂高压出口连接冷凝器的进口，冷凝器的混合制冷剂高压出口为压缩机模块的高压出口。

所述预冷模块包括预冷压缩机Ⅰ、后冷却器Ⅰ、预冷压缩机Ⅱ、后冷却器Ⅱ、节流阀Ⅰ、多股流换热器Ⅰ及其管路；多股流换热器Ⅰ的混合制冷剂高压进口连接压缩机模块的高压出口，多股流换热器Ⅰ的混合制冷剂高压出口为预冷模块的高压出口；多股流换热器Ⅰ的进气口与系统外处理后的天然气连接，多股流换热器Ⅰ的天然气高压出口连接下一级模块的天然气高压进口；预冷压缩机Ⅰ的高压出口连接后冷却器Ⅰ的进口，后冷却器Ⅰ的高压出口连接预冷压缩机Ⅱ进口，预冷压缩机Ⅱ的高压出口连接后冷却器Ⅱ的进口，后冷却器Ⅱ的出口连接节流阀Ⅰ，节流阀Ⅰ的出口连接多股流换热器Ⅰ的预冷工质低压进口，多股流换热器Ⅰ的预冷工质低压出口连接预冷压缩机Ⅰ的低压入口。

所述冷凝模块包括多股流换热器Ⅱ、汽液分离器Ⅰ、节流阀Ⅱ及其管路；多股流换热器Ⅱ的混合制冷剂高压入口为冷凝模块的高压进口，多股流换热器Ⅱ的混合制冷剂高压出口连接汽液分离器Ⅰ的进口，汽液分离器Ⅰ的混合制冷剂高压液体出口连接节流阀Ⅱ，节流阀Ⅱ的出口连接一个三通，三通管件另外两个接口一个连接多股流换热器Ⅱ的混合制冷剂低压进口管，剩余一个接口连接液化模块的低压出口管，汽液分离器Ⅰ的混合制冷剂高压气体出口为冷凝模块的高压出口，多股流换热器Ⅱ的混合制冷剂低压出口为冷凝模块的低压出口；多股流换热器Ⅱ的天然气高压进口连接预冷模块的天然气高压出口，多股流换热器Ⅱ的天然气高压出口连接下一级模块的天然气高压进口。

所述液化模块包括多股流换热器Ⅲ、膨胀机、节流阀Ⅲ、汽液分离器Ⅱ及其管路；多股流换热器Ⅲ的混合制冷剂高压进口为液化模块的高压进口，多股流换热器Ⅲ的混合制冷剂高压出口连接膨胀机，膨胀机的出口连接多股流换热器Ⅲ的混合制冷剂低压进口，多股流换热器Ⅲ的混合制冷剂低压出口为液化模块的低压出口；多股流换热器Ⅲ的天然气高压进口连接冷凝模块的天然气高压出口，多股流换热器Ⅲ的天然气高压出口连接节流阀Ⅲ，节流阀Ⅲ的出口连接汽液分离器Ⅱ。

优选的，所述压缩机模块中主压缩机采用单级压缩机，压比为1.0～10.0，排气压力小于50.0bar。

优选的，所述主压缩机的制冷剂采用多元混合工质；所述多元混合工质包括惰性气体、1-5个碳原子的烷基烃类物质、不含氯原子的氟化物的其中一种或几种；所述惰性气体为氖气、氩气、氮气，其摩尔浓度为0～30%；1-5个碳原子的烷基烃类物质的摩尔浓度为0～50%；不含氯原子的氟化物的摩尔浓度为0～30%。

优选的，所述预冷模块的预冷设备采用单级或多级压缩制冷循环；所述预冷压缩机Ⅰ和预冷压缩机Ⅱ均为单级压缩机，压比为1.0～6.0，排气压力小于30.0bar。

优选的，所述预冷设备的制冷工质采用以下化合物的其中一种或几种：碳氢化合物HCs、氯氟烃类CFCs、含氢氯氟烃类HCFCs、氢氟烃类HFCs、全氟代烷烃类FCs、有机化合物R1120、R1130、无机化合物R704、R717、R728、R729、R744、R764；

所述碳氢化合物HCs为R50、R170、R270、R290、R600、R600a、R601、R601a、R601b、R1150、R1270；所述氯氟烃类CFCs为R11、R12、R13、R111、R112、R113、R114、R115、R211、R212、R213、R214、R215、R216、R217；所述含氢氯氟烃类HCFCs为R21、R22、R31、R121、R122、R123、R124、R132、R133、R141、R141b、R142、R142b、R151、R221、R222、R223、R224、R225、R225ca、R225cb、R226、R231、R232、R233、R234、R235、R241、R242、R243、R244、R251、R252、R253、R261、R271；所述氢氟烃类HFCs为R23、R32、R41、R125、R134、R134a、R143、R143a、R152a、R161、R227、R227ea、R236ea、R236fa、R245ca、R245cb、R245eb、R245fa、R254cb；所述全氟代烷烃类FCs为R14、R116、R218、R1216。

优选的，所述液化模块采用膨胀机制冷循环内复叠实现天然气的低温液化。

与现有技术相比，有益效果是：

（1）本发明的天然气液化流程采用多元混合工质作为制冷剂，预冷循环和MRC循环两级外复叠；与C3/MRC流程相比，增置膨胀机制冷循环承担天然气液化段负荷，流程负荷配置更灵活，系统热效率和单线产能大大提高；与AP-X^TM流程相比，将MRC循环与氮膨胀制冷循环外复叠设计为内复叠，省却了独立闭合氮气压缩循环，流程结构更紧凑，系统运行的稳定性和可靠性大大改善。

（2）流程预冷循环可采用常规水冷冷凝机组，商业化采购，系统投资成本大大降低；系统流程设备少，控制容易，易于在各种场合灵活采用。

（3）本发明的液化流程精简、结构紧凑，模块化设计，易于工程化，施工现场安装时只需对预留管路进行连接，大大降低了系统的投资成本和维护费用。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的压缩机模块的示意图；

图3是本发明的预冷模块的示意图；

图4是本发明的冷凝模块的示意图；

图5是本发明的液化模块的示意图；

图6是本发明的整体结构的示意图。

其中：1、主压缩机；2、冷凝器；3、预冷压缩机Ⅰ；4、后冷却器Ⅰ；5、预冷压缩机Ⅱ；6、后冷却器Ⅱ；7、节流阀Ⅰ；8、多股流换热器Ⅰ；9、多股流换热器Ⅱ；10、汽液分离器Ⅰ；11、节流阀Ⅱ；12、多股流换热器Ⅲ；13、膨胀机；14、节流阀Ⅲ；15、汽液分离器Ⅱ； A1：多股流换热器Ⅰ混合制冷剂高压入口；A2：多股流换热器Ⅰ混合制冷剂高压出口；A3：多股流换热器Ⅱ混合制冷剂高压入口；A4：多股流换热器Ⅱ混合制冷剂高压出口；A5：多股流换热器Ⅲ混合制冷剂高压入口；A6：多股流换热器Ⅲ混合制冷剂高压出口；A7：多股流换热器Ⅲ混合制冷剂低压入口；A8：多股流换热器Ⅲ混合制冷剂低压出口；A9：多股流换热器Ⅱ混合制冷剂低压入口；A10：多股流换热器Ⅱ混合制冷剂低压出口； B1：净化后天然气入口；B2：多股流换热器Ⅰ天然气高压出口；B3：多股流换热器Ⅱ天然气高压入口；B4：多股流换热器Ⅱ天然气高压出口；B5：多股流换热器Ⅲ天然气高压入口；B6：多股流换热器Ⅲ天然气高压出口；C1：多股流换热器Ⅰ预冷工质低压出口；C2：多股流换热器Ⅰ预冷工质低压入口； CU：压缩机模块； PU：预冷模块； LU：冷凝模块； EU：液化模块。

具体实施方式

如图1所示，一种混合制冷剂循环膨胀机内复叠天然气液化系统，其中包括压缩机模块CU、预冷模块PU、冷凝模块LU和液化模块EU；压缩机模块CU的高压出口管连接预冷模块PU的高压进口管；压缩机模块CU的低压进口管连接冷凝模块LU的低压出口管；预冷模块PU的高压出口管连接冷凝模块LU的高压进口管；冷凝模块LU的高压出口管连接液化模块EU的高压进口管；冷凝模块LU的低压进口管连接液化模块EU的低压出口管。

如图2所示，压缩机模块CU包括主压缩机1、冷凝器2及其管路；主压缩机1的混合制冷剂低压入口为压缩机模块CU的低压进口，主压缩机1的混合制冷剂高压出口连接冷凝器2的进口，冷凝器2的混合制冷剂高压出口为压缩机模块CU的高压出口。

如图3所示，预冷模块PU包括预冷压缩机Ⅰ3、后冷却器Ⅰ4、预冷压缩机Ⅱ5、后冷却器Ⅱ6、节流阀Ⅰ7、多股流换热器Ⅰ8及其管路；多股流换热器Ⅰ8的混合制冷剂高压进口A1连接压缩机模块CU的高压出口，多股流换热器Ⅰ8的混合制冷剂高压出口A2为预冷模块PU的高压出口；多股流换热器Ⅰ8的进气口B1与系统外处理后的天然气连接，多股流换热器Ⅰ8的天然气高压出口B2连接下一级模块的天然气高压进口；预冷压缩机Ⅰ3的高压出口连接后冷却器Ⅰ4的进口，后冷却器Ⅰ4的高压出口连接预冷压缩机Ⅱ5的进口，预冷压缩机Ⅱ5的高压出口连接后冷却器Ⅱ6的进口，后冷却器Ⅱ6的出口连接节流阀Ⅰ7，节流阀Ⅰ7的出口连接多股流换热器Ⅰ8的预冷工质低压进口C2，多股流换热器Ⅰ8的预冷工质低压出口C1连接预冷压缩机Ⅰ3的低压入口。

如图4所示，冷凝模块LU包括多股流换热器Ⅱ9、汽液分离器Ⅰ10、节流阀Ⅱ11及其管路；多股流换热器Ⅱ9的混合制冷剂高压入口A3为冷凝模块LU的高压进口，多股流换热器Ⅱ9的混合制冷剂高压出口A4连接汽液分离器Ⅰ10的进口，汽液分离器Ⅰ10的混合制冷剂高压液体出口连接节流阀Ⅱ11，节流阀Ⅱ11的出口连接一个三通，三通管件另外两个接口一个连接多股流换热器Ⅱ9的混合制冷剂低压进口管A9，剩余一个接口连接液化模块EU的低压出口管，汽液分离器Ⅰ10的混合制冷剂高压气体出口为冷凝模块LU的高压出口，多股流换热器Ⅱ9的混合制冷剂低压出口A10为冷凝模块LU的低压出口；多股流换热器Ⅱ9的天然气高压进口B3连接预冷模块PU的天然气高压出口，多股流换热器Ⅱ9的天然气高压出口B4连接下一级模块的天然气高压进口。

如图5所示，液化模块EU包括多股流换热器Ⅲ12、膨胀机13、节流阀Ⅲ14、汽液分离器Ⅱ15及其管路；多股流换热器Ⅲ12的混合制冷剂高压进口A5为液化模块EU的高压进口，多股流换热器Ⅲ12的混合制冷剂高压出口A6连接膨胀机13，膨胀机13的出口连接多股流换热器Ⅲ12的混合制冷剂低压进口A7，多股流换热器Ⅲ12的混合制冷剂低压出口A8为液化模块EU的低压出口；多股流换热器Ⅲ12的天然气高压进口B5连接冷凝模块LU的天然气高压出口，多股流换热器Ⅲ12的天然气高压出口B6连接节流阀Ⅲ14，节流阀Ⅲ14的出口连接汽液分离器Ⅱ15。

如图6所示，本发明提供的混合制冷剂循环膨胀机内复叠天然气液化系统，其具体工作流程为：低压混合制冷剂在压缩机模块CU内，经主压缩机1压缩变成高温高压的气体，进入冷凝器2被冷却到环境温度，进入预冷模块PU多股流换热器Ⅰ8混合制冷剂高压进口A1，被预冷模块PU预冷，经多股流换热器Ⅰ8的混合制冷剂高压出口A2进入冷凝模块LU多股流换热器Ⅱ9的混合制冷剂高压入口A3，被多股流换热器Ⅱ9低压混合制冷剂冷却后，经多股流换热器Ⅱ9的混合制冷剂高压出口A4进入汽液分离器Ⅰ10进行气液分离，汽液分离器Ⅰ10的混合制冷剂高压液体出口连接节流阀Ⅱ11，汽液分离器Ⅰ10的混合制冷剂高压气体出口连接多股流换热器Ⅲ12的混合制冷剂高压进口A5，被多股流换热器Ⅲ12的低压混合制冷剂冷却后经多股流换热器Ⅲ12的混合制冷剂高压出口A6连接膨胀机13，经膨胀机13膨胀后变为低压低温两相混合制冷剂，吸收多股流换热器Ⅲ12混合制冷剂高压热流和天然气流热量，实现系统降温和天然气液化；多股流换热器Ⅲ12的混合制冷剂低压出口A8连接一个三通，三通管件另外两个接口一个连接多股流换热器Ⅱ9的混合制冷剂低压进口管A9，剩余一个接口连接节流阀Ⅱ11的出口，低压混合制冷剂吸收多股流换热器Ⅱ9混合制冷剂高压热流和天然气流热量，经多股流换热器Ⅱ9的混合制冷剂低压出口A10进入压缩机模块CU主压缩机1的混合制冷剂低压入口，完成一次工作过程。系统外净化处理后的天然气由多股流换热器Ⅰ8的进气口B1引入，被预冷模块PU预冷后，经多股流换热器Ⅰ8的天然气高压出口B2进入冷凝模块LU多股流换热器Ⅱ9的天然气高压进口B3，被多股流换热器Ⅱ9的低压混合制冷剂冷却后，经多股流换热器Ⅱ9的天然气高压出口B4进入液化模块EU多股流换热器Ⅲ12的天然气高压进口B5，被多股流换热器Ⅲ12的低压混合制冷剂冷却降温，转变为液态，从多股流换热器Ⅲ12的天然气高压出口B6引出，经节流阀Ⅲ14节流降压后进入汽液分离器Ⅱ15。

为了比较本发明的液化流程与C3/MRC流程、AP-X^TM流程的性能，对所述三种流程采用相同的工艺条件：三种流程的预冷循环均以丙烷作为制冷工质，MRC循环均以氮气和烷烃的混合物作为制冷工质，AP-X^TM流程的独立膨胀制冷循环以氮气作为单一制冷剂；原料气条件为：天然气处理量为1.0kmol/s，进气压力为40.0bar，温度为27.0℃；天然气的液化温度为-158.2℃，LNG的储存压力为1.2bar。三种液化流程混合制冷剂的配比和原料气组分见表1。

将本发明的液化流程与C3/MRC流程、AP-X^TM流程进行比较，可以得到表2所示的结果。从表2可以看出，在相同预冷条件和原料气条件下，本发明的液化流程总功耗、单位能耗与美国APCI公司最新AP-X^TM流程相当；与C3/MRC流程相比，本发明的液化流程总功耗降低约9.5%、单位能耗降低约9.6%。这说明本发明的液化流程较常规C3/MRC流程具有显著的优越性：流程负荷匹配更灵活，系统热效率和单线产能得到大幅提高；与AP-X^TM流程相比，系统流程更精简、结构更紧凑。

MRC流程也广泛应用于中小型天然气调峰装置，该装置设计的主要考虑因素是流程简单、系统投资成本低，因此其预冷循环往往采用常规冷水机组进行预冷。如下比较本发明的液化流程与MRC流程应用在中小型LNG装置的性能，流程比较工艺条件为：各流程的预冷循环均以R22作为制冷工质，MRC循环以氮气和烷烃的混合物作为制冷工质，混合制冷剂的配比和原料气组分同表1。

将R22预冷的本发明的液化流程与R22/MRC流程进行比较，可以得到表3所示的结果。从表3可以看出，在相同预冷条件和原料气条件下，R22预冷的本发明的液化流程与R22/MRC流程相比，本发明的液化流程总功耗降低约9.4%、单位能耗降低约9.5%。这说明本发明的液化流程较MRC流程在中小型LNG装置的应用也具有显著的优越性。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，对发明的技术方案可以做若干适合实际情况的改进。因此，本发明的保护范围不限于此，本领域中的技术人员任何基于本发明技术方案上非实质性变更均包括在本发明保护范围之内。

Claims

1.一种混合制冷剂循环膨胀机内复叠天然气液化系统，其特征在于包括压缩机模块（CU）、预冷模块（PU）、冷凝模块（LU）和液化模块（EU）；压缩机模块（CU）的高压出口管连接预冷模块（PU）的高压进口管；压缩机模块（CU）的低压进口管连接冷凝模块（LU）的低压出口管；预冷模块（PU）的高压出口管连接冷凝模块（LU）的高压进口管；冷凝模块（LU）的高压出口管连接液化模块（EU）的高压进口管；冷凝模块（LU）的低压进口管连接液化模块（EU）的低压出口管。

2.根据权利要求1所述的一种混合制冷剂循环膨胀机内复叠天然气液化系统，其特征在于：所述的压缩机模块（CU）包括主压缩机（1）、冷凝器（2）及其管路；主压缩机（1）的混合制冷剂低压入口为压缩机模块（CU）的低压进口，主压缩机（1）的混合制冷剂高压出口连接冷凝器（2）的进口，冷凝器（2）的混合制冷剂高压出口为压缩机模块（CU）的高压出口。

3.根据权利要求2所述的一种混合制冷剂循环膨胀机内复叠天然气液化系统，其特征在于：所述的预冷模块（PU）包括预冷压缩机Ⅰ（3）、后冷却器Ⅰ（4）、预冷压缩机Ⅱ（5）、后冷却器Ⅱ（6）、节流阀Ⅰ（7）、多股流换热器Ⅰ（8）及其管路；多股流换热器Ⅰ（8）的混合制冷剂高压进口（A1）连接压缩机模块（CU）的高压出口，多股流换热器Ⅰ（8）的混合制冷剂高压出口（A2）为预冷模块（PU）的高压出口；多股流换热器Ⅰ（8）的进气口（B1）与系统外处理后的天然气连接，多股流换热器Ⅰ（8）的天然气高压出口（B2）连接下一级模块的天然气高压进口；预冷压缩机Ⅰ（3）的高压出口连接后冷却器Ⅰ（4）的进口，后冷却器Ⅰ（4）的高压出口连接预冷压缩机Ⅱ（5）的进口，预冷压缩机Ⅱ（5）的高压出口连接后冷却器Ⅱ（6）的进口，后冷却器Ⅱ（6）的出口连接节流阀Ⅰ（7），节流阀Ⅰ（7）的出口连接多股流换热器Ⅰ（8）的预冷工质低压进口（C2），多股流换热器Ⅰ（8）的预冷工质低压出口（C1）连接预冷压缩机Ⅰ（3）的低压入口。

4.根据权利要求3所述的一种混合制冷剂循环膨胀机内复叠天然气液化系统，其特征在于：所述的冷凝模块（LU）包括多股流换热器Ⅱ（9）、汽液分离器Ⅰ（10）、节流阀Ⅱ（11）及其管路；多股流换热器Ⅱ（9）的混合制冷剂高压入口（A3）为冷凝模块（LU）的高压进口，多股流换热器Ⅱ（9）的混合制冷剂高压出口（A4）连接汽液分离器Ⅰ（10）的进口，汽液分离器Ⅰ（10）的混合制冷剂高压液体出口连接节流阀Ⅱ（11），节流阀Ⅱ（11）的出口连接一个三通，三通管件另外两个接口一个连接多股流换热器Ⅱ（9）的混合制冷剂低压进口管（A9），剩余一个接口连接液化模块（EU）的低压出口管，汽液分离器Ⅰ（10）的混合制冷剂高压气体出口为冷凝模块（LU）的高压出口，多股流换热器Ⅱ（9）的混合制冷剂低压出口（A10）为冷凝模块（LU）的低压出口；多股流换热器Ⅱ（9）的天然气高压进口（B3）连接预冷模块（PU）的天然气高压出口，多股流换热器Ⅱ（9）的天然气高压出口（B4）连接下一级模块的天然气高压进口。

5.根据权利要求4所述的一种混合制冷剂循环膨胀机内复叠天然气液化系统，其特征在于：所述的液化模块（EU）包括多股流换热器Ⅲ（12）、膨胀机（13）、节流阀Ⅲ（14）、汽液分离器Ⅱ（15）及其管路；多股流换热器Ⅲ（12）的混合制冷剂高压进口（A5）为液化模块（EU）的高压进口，多股流换热器Ⅲ（12）的混合制冷剂高压出口（A6）连接膨胀机（13），膨胀机（13）的出口连接多股流换热器Ⅲ（12）的混合制冷剂低压进口（A7），多股流换热器Ⅲ（12）的混合制冷剂低压出口（A8）为液化模块（EU）的低压出口；多股流换热器Ⅲ（12）的天然气高压进口（B5）连接冷凝模块（LU）的天然气高压出口，多股流换热器Ⅲ（12）的天然气高压出口（B6）连接节流阀Ⅲ（14），节流阀Ⅲ（14）的出口连接汽液分离器Ⅱ（15）。

6.根据权利要求2所述的一种混合制冷剂循环膨胀机内复叠天然气液化系统，其特征在于：所述的压缩机模块（CU）中主压缩机（1）为单级压缩机，压比为1.0～10.0，排气压力小于50.0bar。

7.根据权利要求6所述的一种混合制冷剂循环膨胀机内复叠天然气液化系统，其特征在于：所述的主压缩机（1）的制冷剂为多元混合工质；所述多元混合工质包括惰性气体、1-5个碳原子的烷基烃类物质、不含氯原子的氟化物的其中一种或几种；所述惰性气体为氖气、氩气、氮气，其摩尔浓度为0～30%；1-5个碳原子的烷基烃类物质的摩尔浓度为0～50%；不含氯原子的氟化物的摩尔浓度为0～30%。

8.根据权利要求3所述的一种混合制冷剂循环膨胀机内复叠天然气液化系统，其特征在于：所述的预冷模块（PU）的预冷设备为单级或多级压缩制冷循环；所述预冷压缩机Ⅰ（3）和预冷压缩机Ⅱ（5）均为单级压缩机，压比为1.0～6.0，排气压力小于30.0bar。

9.根据权利要求8所述的一种混合制冷剂循环膨胀机内复叠天然气液化系统，其特征在于：所述的预冷设备的制冷工质为以下化合物的其中一种或几种：碳氢化合物HCs、氯氟烃类CFCs、含氢氯氟烃类HCFCs、氢氟烃类HFCs、全氟代烷烃类FCs、有机化合物R1120、R1130、无机化合物R704、R717、R728、R729、R744、R764；

10.根据权利要求5所述的一种混合制冷剂循环膨胀机内复叠天然气液化系统，其特征在于：所述的液化模块（EU）为膨胀机制冷循环内复叠实现天然气的低温液化。