利用空分製冷系統的小型天然氣液化裝置的製作方法

2023-04-29 22:46:46 1

專利名稱：利用空分製冷系統的小型天然氣液化裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及天然氣液化和空氣分離裝置，特別是利用空分製冷系統的小型天然氣液化裝置。
背景技術：
液化天然氣(LNG)是天然氣經過脫酸、脫水處理，通過低溫工藝冷凍液化而成的低溫(-162℃)液體混合物。液化天然氣的體積只有同量氣態體積的1/625，因而將其液化之後，一是有利於降低貯存和運輸成本，便於遠距離運輸；二是可以提高單位體積的燃值(達到相當於汽油的水平)，用於發電和交通運輸工具(汽車、船舶和飛機)的燃料。此外，還具有清潔、環保等特點。可用於天然氣液化流程很多，按製冷方式可以分為級聯式液化流程、混合製冷劑流程以及帶膨脹機的流程。按照用途又可以分為基本負荷型液化流程和調峰型液化流程。我國的天然氣資源豐富，但分布較散，小型氣田佔有較大的比例。對於小型分散氣田來說，鋪設管網進行遠距離輸送不僅工程浩大而且不經濟。若將這些天然氣液化之後採用槽車輸送就大大降低了原料氣的處理成本，增加了經濟性以及資源利用的靈活性。因此，適合於分散氣田的天然氣液化技術是一項非常值得研究的課題。
目前，小型的天然氣液化裝置普遍採用帶膨脹機的製冷循環，製冷工質通常為氮氣或天然氣。其中，採用天然氣膨脹製冷的循環由於工質的易燃性，高壓壓縮過程中存在安全隱患，且液化係數偏低等缺點發展緩慢。而採用氮氣膨脹製冷的循環，不僅結構緊湊，運行靈活，適應性強，且安全性好，放電不會引起火災或爆炸危險。製冷循環氮氣的獲得往往是購買現成的氮氣產品，這樣就提高了生產過程中的運行成本。如果能夠就地取材，以空氣為原料，通過空氣分離裝置獲得循環所需的氮氣，並將空分裝置製冷系統的冷量用於天然氣液化循環中，不僅降低了循環工質的成本，省去了繁瑣的運輸環節，而且實現了冷量的綜合利用。
空氣分離裝置是利用空氣為原料，通過把空氣液化後，根據氧氣、氮氣、氬氣等的沸點不同使之分離，從而產生氧氣、氮氣、氬氣及其液體的裝置。空分裝置製冷系統主要用於提供維持低溫環境的冷量，使空氣液化以保證精餾工況正常進行，啟動過程中冷卻設備、積累液空的冷量，分離設備的跑冷損失以及復熱不足損失。該製冷系統通常是利用空氣或氮氣在節流閥中的節流膨脹或在膨脹機中的絕熱膨脹產生冷量的。這樣的製冷系統不僅製冷溫度低，冷量大，而且運行壓力較低，安全。如前所述，如果在生產氧氣、氮氣等空分產品的同時，將該製冷系統提供的冷量用於天然氣的液化，就可以充分發揮空分系統所帶來的經濟效益。

發明內容
本發明的目的在於，提供一種利用空分裝置製冷系統的小型天然氣液化裝置。
為了實現上述任務，本發明採取以下天然氣液化技術解決方案一種利用空分裝置製冷系統的小型天然氣液化裝置，包括通過管路相互連接的脫水裝置、脫酸裝置、天然氣壓縮機和水冷卻器；其特徵在於，所述的水冷卻器通過管路還依次連接有預冷器和液化器，液化器通過閥門節流降壓後連接至氣液分離器；氣液分離器的底部通過管路和LNG儲罐相連接；氣液分離器的頂部經管路也與液化器和預冷器連通；裝置還包括有一個主換熱器，該主換熱器通過空氣管路連接有分精餾塔，並通過精餾塔下塔頂部通過管道返回主換熱器，該主換熱器還和氮氣膨脹機連接，該氮氣膨脹機通過天然氣管道與液化器以及預冷器相連通。
本發明一方面採用技術成熟，結構簡單，製冷量大的空分流程製冷系統替代了天然氣液化流程中結構複雜、安全性差的製冷系統，實現了能量的綜合利用，另一方面以低能耗的優勢實現了小型分散氣田的天然氣液化。


圖1是本發明的利用空分裝置製冷系統的小型天然氣液化裝置結構示意圖；以下結合附圖對本發明作進一步的詳細說明。
具體實施例方式
本發明的利用空分裝置製冷系統的小型天然氣液化裝置，包括脫水裝置1，脫酸裝置2，天然氣壓縮機3，水冷卻器4，預冷器5，液化器6，氣液分離器7，LNG儲罐8，氮氣膨脹機9，主換熱器10，精餾塔11。
脫水裝置1、脫酸裝置2、天然氣壓縮機3和水冷卻器4通過管路相互連接；水冷卻器4通過管路還連接有預冷器5和液化器6，液化器6通過閥門J1節流降壓後連接至氣液分離器7；氣液分離器7的底部通過管路和LNG儲罐8相連接；氣液分離器7的頂部經管路也與液化器6和預冷器5連通；主換熱器10通過空氣管路連接有空分精餾塔11，並通過精餾塔11下塔頂部通過管道返回主換熱器10，該主換熱器10還和氮氣膨脹機9連接，該氮氣膨脹機9通過管道與液化器6以及預冷器5相連通。
上述精餾塔11的具體結構包括採用填料結構的上塔，板翅式冷凝蒸發器，以及採用篩板結構的下塔，上塔和下塔通過管道與冷凝蒸發器連接。由於精餾塔已經是非常成熟的產品。因此精餾塔11可以根據需要進行結構設計，或採用市售的成熟產品均可。
其工作過程如圖1所示。天然氣液化迴路工作過程如下原料天然氣經通道NG1→NG2在脫水裝置1中除去水分，然後經NG2→NG3通道在脫酸裝置中除去CO2等酸性氣體，通過管道NG3→NG4在天然氣壓縮機3中被壓縮至約1.0MPa，並通過管道NG4→NG5在水冷卻器4中冷卻至常溫，隨後通過管道NG5→NG6在預冷器5中預冷至一定溫度，再經管道NG6→NG7在液化器7中液化，然後經過節流閥J1節流降壓，最後通過氣液分離器7分離得到液體產品儲存在LNG儲罐8中。氣液分離器7分離得到的氣體處於飽和狀態，經管道NG9→NG10首先在液化器6中釋放部分冷量，再通過管道NG10→NG11在預冷器5中釋放掉剩餘的冷量，復熱到常溫，重新進入液化循環。
空分製冷系統迴路工作過程如下首先原料空氣經管道A1→A2在主換熱器10中被冷卻到飽和氣態，送入精餾塔11中進行氣液分離，從精餾塔11的下塔頂部引出部分氮氣作為天然氣液化循環的製冷工質，通過管道GN1→GN2在主換熱器9中復熱到一定溫度，然後在氮氣膨脹機9中絕熱膨脹至GN3壓力約0.15MPa，再通過管道GN3→GN4在液化器6中釋放部分冷量，最後一部分氮氣通過管道GN4→GN6在冷器5中復熱到常溫作為空分系統的產品輸出，另一部分氮氣通過管道GN4→GN5在主換熱器10中復熱到常溫，也作為空分系統的產品輸出。
本發明的利用空分裝置製冷系統的小型天然氣液化裝置特點是1.利用空分系統的拉赫曼氣體來產生天然氣液化過程所需的冷量，在完成了LNG產品的生產的同時，還得到了一些空分產品。
2.現行空分裝置的製冷系統技術成熟，結構簡單且製冷量大，將該製冷系統用於LNG的生產，可以替代傳統的LNG生產流程製冷系統。
3.由於空分製冷系統的製冷溫度較低，冷量充足，天然氣液化過程可以在較低的運行壓力下完成，避免了傳統流程中高壓壓縮的危險，提高了安全性。
4.製冷循環的實質是屬於氮氣膨脹產生冷量的循環，本方案中氮氣來源於空分系統的部分氮氣產品，因此不需要額外提供製冷工質。
5.可以根據調節空分系統膨脹氮氣的量來改變製冷量，進而調節LNG的產量，能適應一定範圍內的負荷變化。
6.與傳統的氮氣膨脹製冷液化天然氣循環相比，該方案減小了換熱器冷端溫差，從而減少了不可逆損失。
7.本方案可以設計成小型的撬裝式可移動裝置，便於從事分散地的天然氣液化工作。
權利要求
1.一種利用空分裝置製冷系統的小型天然氣液化裝置，包括通過管路相互連接的脫水裝置(1)、脫酸裝置(2)、天然氣壓縮機(3)和水冷卻器(4)；其特徵在於，所述的水冷卻器(4)通過管路還連接有和預冷器(5)和液化器(6)，液化器(6)通過閥門(J1)節流降壓後連接至氣液分離器(7)；氣液分離器(7)的底部通過管路和LNG儲罐(8)相連接；氣液分離器(7)的頂部經管路也與液化器(6)和預冷器(5)連通；裝置還包括有一個主換熱器(10)，該主換熱器(10)通過空氣管路連接有精餾塔(11)，並通過精餾塔(11)下塔頂部通過管道返回主換熱器(10)，該主換熱器(10)還和氮氣膨脹機(9)連接，該氮氣膨脹機(9)通過天然氣管道與液化器(6)以及預冷器(5)相連通。
全文摘要
本發明公開了利用空分裝置製冷系統的小型天然氣液化裝置，包括通過管路相互連接的脫水裝置、脫酸裝置、天然氣壓縮機和水冷卻器；水冷卻器通過管路還依次連接有預冷器和液化器，液化器通過閥門節流降壓後連接至氣液分離器；氣液分離器的底部通過管路和LNG儲罐相連接；氣液分離器的頂部經管路也與液化器和預冷器連通；裝置還包括有一個主換熱器，該主換熱器通過空氣管路連接有精餾塔，並通過精餾塔下塔頂部通過管道返回主換熱器，該主換熱器還和氮氣膨脹機連接，該氮氣膨脹機通過天然氣管道與液化器以及預冷器相連通。本發明結構簡單，能耗低，以製冷量大的空分流程製冷系統替代天然氣液化流程中結構複雜、安全性差的製冷系統，能夠實現能量的綜合利用。
文檔編號F25J3/04GK1908558SQ20061010446
公開日2007年2月7日 申請日期2006年8月3日 優先權日2006年8月3日
發明者厲彥忠, 燕娜, 脫瀚斐, 魚劍琳, 譚宏博 申請人:西安交通大學