專利名稱：利用空分制冷系統(tǒng)的小型天然氣液化裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及天然氣液化和空氣分離裝置，特別是利用空分制冷系統(tǒng)的小型天然氣液化裝置。
背景技術(shù)：
液化天然氣(LNG)是天然氣經(jīng)過脫酸、脫水處理，通過低溫工藝?yán)鋬鲆夯傻牡蜏?-162℃)液體混合物。液化天然氣的體積只有同量氣態(tài)體積的1/625，因而將其液化之后，一是有利于降低貯存和運(yùn)輸成本，便于遠(yuǎn)距離運(yùn)輸；二是可以提高單位體積的燃值(達(dá)到相當(dāng)于汽油的水平)，用于發(fā)電和交通運(yùn)輸工具(汽車、船舶和飛機(jī))的燃料。此外，還具有清潔、環(huán)保等特點(diǎn)。可用于天然氣液化流程很多，按制冷方式可以分為級(jí)聯(lián)式液化流程、混合制冷劑流程以及帶膨脹機(jī)的流程。按照用途又可以分為基本負(fù)荷型液化流程和調(diào)峰型液化流程。我國(guó)的天然氣資源豐富，但分布較散，小型氣田占有較大的比例。對(duì)于小型分散氣田來說，鋪設(shè)管網(wǎng)進(jìn)行遠(yuǎn)距離輸送不僅工程浩大而且不經(jīng)濟(jì)。若將這些天然氣液化之后采用槽車輸送就大大降低了原料氣的處理成本，增加了經(jīng)濟(jì)性以及資源利用的靈活性。因此，適合于分散氣田的天然氣液化技術(shù)是一項(xiàng)非常值得研究的課題。
目前，小型的天然氣液化裝置普遍采用帶膨脹機(jī)的制冷循環(huán)，制冷工質(zhì)通常為氮?dú)饣蛱烊粴?。其中，采用天然氣膨脹制冷的循環(huán)由于工質(zhì)的易燃性，高壓壓縮過程中存在安全隱患，且液化系數(shù)偏低等缺點(diǎn)發(fā)展緩慢。而采用氮?dú)馀蛎浿评涞难h(huán)，不僅結(jié)構(gòu)緊湊，運(yùn)行靈活，適應(yīng)性強(qiáng)，且安全性好，放電不會(huì)引起火災(zāi)或爆炸危險(xiǎn)。制冷循環(huán)氮?dú)獾墨@得往往是購(gòu)買現(xiàn)成的氮?dú)猱a(chǎn)品，這樣就提高了生產(chǎn)過程中的運(yùn)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(huán)所需的氮?dú)?，并將空分裝置制冷系統(tǒng)的冷量用于天然氣液化循環(huán)中，不僅降低了循環(huán)工質(zhì)的成本，省去了繁瑣的運(yùn)輸環(huán)節(jié)，而且實(shí)現(xiàn)了冷量的綜合利用。
空氣分離裝置是利用空氣為原料，通過把空氣液化后，根據(jù)氧氣、氮?dú)?、氬氣等的沸點(diǎn)不同使之分離，從而產(chǎn)生氧氣、氮?dú)?、氬氣及其液體的裝置?？辗盅b置制冷系統(tǒng)主要用于提供維持低溫環(huán)境的冷量，使空氣液化以保證精餾工況正常進(jìn)行，啟動(dòng)過程中冷卻設(shè)備、積累液空的冷量，分離設(shè)備的跑冷損失以及復(fù)熱不足損失。該制冷系統(tǒng)通常是利用空氣或氮?dú)庠诠?jié)流閥中的節(jié)流膨脹或在膨脹機(jī)中的絕熱膨脹產(chǎn)生冷量的。這樣的制冷系統(tǒng)不僅制冷溫度低，冷量大，而且運(yùn)行壓力較低，安全。如前所述，如果在生產(chǎn)氧氣、氮?dú)獾瓤辗之a(chǎn)品的同時(shí)，將該制冷系統(tǒng)提供的冷量用于天然氣的液化，就可以充分發(fā)揮空分系統(tǒng)所帶來的經(jīng)濟(jì)效益。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種利用空分裝置制冷系統(tǒng)的小型天然氣液化裝置。
為了實(shí)現(xiàn)上述任務(wù)，本發(fā)明采取以下天然氣液化技術(shù)解決方案一種利用空分裝置制冷系統(tǒng)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(jī)和水冷卻器；其特征在于，所述的水冷卻器通過管路還依次連接有預(yù)冷器和液化器，液化器通過閥門節(jié)流降壓后連接至氣液分離器；氣液分離器的底部通過管路和LNG儲(chǔ)罐相連接；氣液分離器的頂部經(jīng)管路也與液化器和預(yù)冷器連通；裝置還包括有一個(gè)主換熱器，該主換熱器通過空氣管路連接有分精餾塔，并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?dú)馀蛎洐C(jī)連接，該氮?dú)馀蛎洐C(jī)通過天然氣管道與液化器以及預(yù)冷器相連通。
本發(fā)明一方面采用技術(shù)成熟，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制冷量大的空分流程制冷系統(tǒng)替代了天然氣液化流程中結(jié)構(gòu)復(fù)雜、安全性差的制冷系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了能量的綜合利用，另一方面以低能耗的優(yōu)勢(shì)實(shí)現(xiàn)了小型分散氣田的天然氣液化。


圖1是本發(fā)明的利用空分裝置制冷系統(tǒng)的小型天然氣液化裝置結(jié)構(gòu)示意圖；以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的利用空分裝置制冷系統(tǒng)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(jī)3，水冷卻器4，預(yù)冷器5，液化器6，氣液分離器7，LNG儲(chǔ)罐8，氮?dú)馀蛎洐C(jī)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(jī)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(yù)冷器5和液化器6，液化器6通過閥門J1節(jié)流降壓后連接至氣液分離器7；氣液分離器7的底部通過管路和LNG儲(chǔ)罐8相連接；氣液分離器7的頂部經(jīng)管路也與液化器6和預(yù)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，并通過精餾塔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?dú)馀蛎洐C(jī)9連接，該氮?dú)馀蛎洐C(jī)9通過管道與液化器6以及預(yù)冷器5相連通。
上述精餾塔11的具體結(jié)構(gòu)包括采用填料結(jié)構(gòu)的上塔，板翅式冷凝蒸發(fā)器，以及采用篩板結(jié)構(gòu)的下塔，上塔和下塔通過管道與冷凝蒸發(fā)器連接。由于精餾塔已經(jīng)是非常成熟的產(chǎn)品。因此精餾塔11可以根據(jù)需要進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，或采用市售的成熟產(chǎn)品均可。
其工作過程如圖1所示。天然氣液化回路工作過程如下原料天然氣經(jīng)通道NG1→NG2在脫水裝置1中除去水分，然后經(jīng)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(jī)3中被壓縮至約1.0MPa，并通過管道NG4→NG5在水冷卻器4中冷卻至常溫，隨后通過管道NG5→NG6在預(yù)冷器5中預(yù)冷至一定溫度，再經(jīng)管道NG6→NG7在液化器7中液化，然后經(jīng)過節(jié)流閥J1節(jié)流降壓，最后通過氣液分離器7分離得到液體產(chǎn)品儲(chǔ)存在LNG儲(chǔ)罐8中。氣液分離器7分離得到的氣體處于飽和狀態(tài)，經(jīng)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(yù)冷器5中釋放掉剩余的冷量，復(fù)熱到常溫，重新進(jìn)入液化循環(huán)。
空分制冷系統(tǒng)回路工作過程如下首先原料空氣經(jīng)管道A1→A2在主換熱器10中被冷卻到飽和氣態(tài)，送入精餾塔11中進(jìn)行氣液分離，從精餾塔11的下塔頂部引出部分氮?dú)庾鳛樘烊粴庖夯h(huán)的制冷工質(zhì)，通過管道GN1→GN2在主換熱器9中復(fù)熱到一定溫度，然后在氮?dú)馀蛎洐C(jī)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，最后一部分氮?dú)馔ㄟ^管道GN4→GN6在冷器5中復(fù)熱到常溫作為空分系統(tǒng)的產(chǎn)品輸出，另一部分氮?dú)馔ㄟ^管道GN4→GN5在主換熱器10中復(fù)熱到常溫，也作為空分系統(tǒng)的產(chǎn)品輸出。
本發(fā)明的利用空分裝置制冷系統(tǒng)的小型天然氣液化裝置特點(diǎn)是1.利用空分系統(tǒng)的拉赫曼氣體來產(chǎn)生天然氣液化過程所需的冷量，在完成了LNG產(chǎn)品的生產(chǎn)的同時(shí)，還得到了一些空分產(chǎn)品。
2.現(xiàn)行空分裝置的制冷系統(tǒng)技術(shù)成熟，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且制冷量大，將該制冷系統(tǒng)用于LNG的生產(chǎn)，可以替代傳統(tǒng)的LNG生產(chǎn)流程制冷系統(tǒng)。
3.由于空分制冷系統(tǒng)的制冷溫度較低，冷量充足，天然氣液化過程可以在較低的運(yùn)行壓力下完成，避免了傳統(tǒng)流程中高壓壓縮的危險(xiǎn)，提高了安全性。
4.制冷循環(huán)的實(shí)質(zhì)是屬于氮?dú)馀蛎洰a(chǎn)生冷量的循環(huán)，本方案中氮?dú)鈦碓从诳辗窒到y(tǒng)的部分氮?dú)猱a(chǎn)品，因此不需要額外提供制冷工質(zhì)。
5.可以根據(jù)調(diào)節(jié)空分系統(tǒng)膨脹氮?dú)獾牧縼砀淖冎评淞浚M(jìn)而調(diào)節(jié)LNG的產(chǎn)量，能適應(yīng)一定范圍內(nèi)的負(fù)荷變化。
6.與傳統(tǒng)的氮?dú)馀蛎浿评湟夯烊粴庋h(huán)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(shè)計(jì)成小型的撬裝式可移動(dòng)裝置，便于從事分散地的天然氣液化工作。
權(quán)利要求
1.一種利用空分裝置制冷系統(tǒng)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(jī)(3)和水冷卻器(4)；其特征在于，所述的水冷卻器(4)通過管路還連接有和預(yù)冷器(5)和液化器(6)，液化器(6)通過閥門(J1)節(jié)流降壓后連接至氣液分離器(7)；氣液分離器(7)的底部通過管路和LNG儲(chǔ)罐(8)相連接；氣液分離器(7)的頂部經(jīng)管路也與液化器(6)和預(yù)冷器(5)連通；裝置還包括有一個(gè)主換熱器(10)，該主換熱器(10)通過空氣管路連接有精餾塔(11)，并通過精餾塔(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?dú)馀蛎洐C(jī)(9)連接，該氮?dú)馀蛎洐C(jī)(9)通過天然氣管道與液化器(6)以及預(yù)冷器(5)相連通。
全文摘要
本發(fā)明公開了利用空分裝置制冷系統(tǒng)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(jī)和水冷卻器；水冷卻器通過管路還依次連接有預(yù)冷器和液化器，液化器通過閥門節(jié)流降壓后連接至氣液分離器；氣液分離器的底部通過管路和LNG儲(chǔ)罐相連接；氣液分離器的頂部經(jīng)管路也與液化器和預(yù)冷器連通；裝置還包括有一個(gè)主換熱器，該主換熱器通過空氣管路連接有精餾塔，并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?dú)馀蛎洐C(jī)連接，該氮?dú)馀蛎洐C(jī)通過天然氣管道與液化器以及預(yù)冷器相連通。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能耗低，以制冷量大的空分流程制冷系統(tǒng)替代天然氣液化流程中結(jié)構(gòu)復(fù)雜、安全性差的制冷系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)能量的綜合利用。
文檔編號(hào)F25J3/04GK1908558SQ20061010446
公開日2007年2月7日 申請(qǐng)日期2006年8月3日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月3日
發(fā)明者厲彥忠, 燕娜, 脫瀚斐, 魚劍琳, 譚宏博 申請(qǐng)人:西安交通大學(xué)