一種結合氮膨脹制冷的管道氣差壓制冷液化裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種結合氮膨脹制冷的管道氣差壓制冷液化裝置，包括第一凈化單元，第一凈化單元通過天然氣進氣管道依次連接第一凈化單元、第一冷箱、第一天燃氣膨脹機，第一天燃氣膨脹機通過管道依次連接第一冷箱和天然氣增壓壓縮機，天然氣進氣管道還依次連接第二凈化單元、第二天然氣膨脹機、第一冷箱、第二冷箱、第一產(chǎn)品閥和LNG，天然氣進氣管道還依次連接第二凈化單元、第一冷箱、第二冷箱、第二產(chǎn)品閥和LNG，氮氣管道依次連接氮增壓壓縮機、第一空冷器、一段壓縮機、第二空冷器、二段壓縮機、第三空冷器、第一冷箱、氮膨脹機、第二冷箱、然后通過第二冷箱連接第一冷箱和氮增壓壓縮機，實現(xiàn)氮氣循環(huán)。本實用新型的有益效果是能耗低。
【專利說明】一種結合氮膨脹制冷的管道氣差壓制冷液化裝置

【技術領域】
[0001]本實用新型屬于天然氣液化【技術領域】，涉及一種結合氮膨脹制冷的管道氣差壓制冷液化裝置。

【背景技術】
[0002]隨著經(jīng)濟的發(fā)展，能源的需求每年增長10%。天然氣是一種廣泛應用的清潔化石燃料并且能夠減少溫室氣體的排放。天然氣在陸地由管道運輸最高壓力可達到lOMPa，然而高壓的天然氣通常在城市門站經(jīng)歷不可逆的節(jié)流過程以降低壓力滿足不同應用的需求。同時由于天然氣急劇降壓、降溫，很容易對調(diào)壓設備及管道設備的安全運行構成威脅。為了避免調(diào)壓設備及管道設備過冷，常常需要在調(diào)壓過程中配置熱水鍋爐，并用部分天然氣作為燃料氣，對調(diào)壓設備、管道設備以及主管路的天然氣進行加熱，這樣又浪費掉一部分原料氣。因此如何利用管道氣體的壓力是一個值得關注的問題。
[0003]利用管道氣的壓差能量，使其中一部分天然氣液化，而將另一部分天然氣繼續(xù)往下游輸送，可以得到LNG產(chǎn)品，同時也實現(xiàn)了對這部分壓力能的利用。但是由于天然氣壓差能量的限制，所能得到LNG的液化率一般較低。
實用新型內(nèi)容
[0004]本實用新型的目的在于提供一種結合氮膨脹制冷的管道氣差壓制冷液化裝置，解決了現(xiàn)有有效利用管道氣已有壓力能，從而低能耗、高液化率的將天然氣加工為LNG的工藝技術問題。
[0005]本實用新型所采用的技術方案是包括第一凈化單元，第一凈化單元通過天然氣進氣管道依次連接第一凈化單元、第一冷箱、第一天燃氣膨脹機，第一天燃氣膨脹機通過管道依次連接第一冷箱和天然氣增壓壓縮機，天然氣進氣管道還依次連接第二凈化單元、第二天然氣膨脹機、第一冷箱、第二冷箱、第一產(chǎn)品閥和LNG，天然氣進氣管道還依次連接第二凈化單元、第一冷箱、第二冷箱、第二產(chǎn)品閥和LNG，氮氣管道依次連接氮增壓壓縮機、第一空冷器、一段壓縮機、第二空冷器、二段壓縮機、第三空冷器、第一冷箱、氮膨脹機、第二冷箱、然后通過第二冷箱連接第一冷箱和氮增壓壓縮機，實現(xiàn)氮氣循環(huán)。
[0006]進一步，所述第二凈化單元與所述第二天然氣膨脹機和所述第一冷箱之間分別設有一個流量調(diào)節(jié)閥。
[0007]本實用新型應用上述裝置進行天然氣處理的工藝，其特征在于:天然氣原料氣先分成三部分，第一部分進入第一凈化單元，進行低純度的凈化處理，之后進入第一冷箱預冷，預冷后的天然氣進入第一天然氣膨脹機膨脹制冷，膨脹后的天然氣返回第一冷箱，提供冷量，從第一冷箱出來的天然氣利用天然氣增壓壓縮機提升壓力后，返回天然氣管路；將剩余的天然氣分為第二部分和第三部分，第二部分天然氣進入第二凈化單元進行高純度的凈化處理，之后第二部分天然氣進入第二天然氣膨脹機膨脹制冷，之后依次經(jīng)過第一冷箱、第二冷箱，或直接進入第二冷箱制冷降溫，再通過第一產(chǎn)品閥節(jié)流至常壓或略高于常壓；第三部分天然氣直接依次進入第一冷箱、第二冷箱降溫，之后通過第二產(chǎn)品閥節(jié)流至常壓后，與第二部分天然氣匯合，一并進入LNG貯罐，氮氣經(jīng)過氮增壓壓縮機、第一空冷器、一段壓縮機、第二空冷器、二段壓縮機、第三空冷器三級壓縮，其中氮增壓壓縮機，在每一級壓縮后都利用空氣或水進行冷卻，之后進入第一冷箱預冷，并進入氮膨脹機一級或多級膨脹，膨脹制冷后的低溫氮氣依次進入第二冷箱、第一冷箱提供冷量，之后回到氮增壓壓縮機進行循環(huán)。
[0008]本實用新型的有益效果是能耗低。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1是本實用新型一種結合氮膨脹制冷的管道氣差壓制冷液化裝置結構示意圖。
[0010]圖中，1.第一凈化單元，2.第一冷箱，3.第一天燃氣膨脹機，4.天然氣增壓壓縮機，5.第二凈化單元，6.第二天然氣膨脹機，7.第二冷箱，8.第一產(chǎn)品閥，9.第二產(chǎn)品閥，10.氮增壓壓縮機，11.一段壓縮機，12.二段壓縮機，13.氮膨脹機，14.LNG，15.第一空冷器，16.第二空冷器，17.第三空冷器，18.流量調(diào)節(jié)閥。

【具體實施方式】
[0011]下面結合附圖和【具體實施方式】對本實用新型進行詳細說明。
[0012]本實用新型如圖1所示包括第一凈化單元I，第一凈化單元I通過天然氣進氣管道依次連接第一凈化單元1、第一冷箱2、第一天燃氣膨脹機3，第一天燃氣膨脹機3通過管道依次連接第一冷箱2和天然氣增壓壓縮機4，天然氣進氣管道還依次連接第二凈化單元5、第二天然氣膨脹機6、第一冷箱2、第二冷箱7、第一產(chǎn)品閥8和LNG14，天然氣進氣管道還依次連接第二凈化單元5、第一冷箱2、第二冷箱7、第二產(chǎn)品閥9和LNG14，氮氣管道依次連接氮增壓壓縮機10、第一空冷器15、一段壓縮機11、第二空冷器16、二段壓縮機12、第三空冷器17、第一冷箱2、氮膨脹機13、第二冷箱7、然后通過第二冷箱7連接第一冷箱2和氮增壓壓縮機10，實現(xiàn)氮氣循環(huán)。
[0013]原料氣先分成三部分，第一部分進入第一凈化單元1，進行低純度的凈化處理，之后進入第一冷箱2預冷，預冷后的天然氣進入第一天然氣膨脹機3膨脹制冷，膨脹后的天然氣返回第一冷箱2，提供冷量，最后從第一冷箱2出來的第一部分天然氣利用天然氣增壓壓縮機4提升壓力后，返回天然氣管路。第二部分、第三部分天然氣進入第二凈化單元5進行高純度的天然氣凈化處理，之后第二部分天然氣進入第二天然氣膨脹機6膨脹制冷，之后依次經(jīng)過第一冷箱2、第二冷箱7，或直接進入第二冷箱7制冷降溫，再通過第一產(chǎn)品閥8節(jié)流至常壓。第三部分天然氣直接依次進入第一冷箱2、第二冷箱7降溫，之后通過第二產(chǎn)品閥9節(jié)流至常壓后，與第二部分天然氣匯合，并進入LNG貯罐。氮氣經(jīng)過三級壓縮，其中第一級為氮增壓壓縮機10，第二級為一段壓縮機11，第三級為二段壓縮機12，在每一級壓縮后都在空冷器中利用空氣或水進行冷卻，三級壓縮之后進入第一冷箱2預冷，并進入氮膨脹機13進行一級或多級膨脹，所輸出的功，即在一段時間間隔內(nèi)輸出的是功用于驅動氮增壓壓縮機10。膨脹制冷后的低溫氮氣依次進入第二冷箱7、第一冷箱2提供冷量，之后回到氮氣壓縮單元進行循環(huán)。
[0014]具體的，主要工藝流程:天然氣原料氣(壓力4?12Mpa)先分成三部分,第一部分(60%?85%)進入第一凈化單元I，進行低純度的凈化處理，之后進入第一冷箱2預冷(預冷至20?-40°C )，預冷后的天然氣進入第一天然氣膨脹機3膨脹制冷(制冷溫度為-20?-80°C )，膨脹后的天然氣返回第一冷箱2，提供冷量。從第一冷箱2出來的天然氣利用天然氣增壓壓縮機4提升壓力后，返回天然氣管路(0.5?1Mpa)。利用第一部分天然氣壓力能制取冷能，預冷其余部分的氣體。將剩余的天然氣分為第二部分和第三部分，第二部分天然氣進入第二凈化單元5進行高純度的凈化處理，之后第二部分天然氣進入第二天然氣膨脹機6膨脹制冷(-20?-80°C )，之后依次經(jīng)過第一冷箱2、第二冷箱7，或直接進入第二冷箱7制冷降溫(-100?-155°C )，再通過第一產(chǎn)品閥8節(jié)流至常壓或略高于常壓(10?SOOkPA)。第三部分天然氣直接依次進入第一冷箱2、第二冷箱7降溫(-100?-155°C )，之后通過第二產(chǎn)品閥9節(jié)流至常壓后，與第二部分天然氣匯合，一并進入LNG14貯罐。第二、三部分天然氣進入冷箱冷卻降溫并液化，之間或之后膨脹或節(jié)流至儲存壓力，成為LNG產(chǎn)品氮氣經(jīng)過氮增壓壓縮機10、第一空冷器15、一段壓縮機11、第二空冷器16、二段壓縮機12、第三空冷器17三級壓縮，其中氮增壓壓縮機10 (壓力為2?8Mpa)，在每一級壓縮后都利用空氣或水進行冷卻，之后進入第一冷箱2預冷(-20?-80°C )，并進入氮膨脹機13 —級或多級膨脹(-102?-160°C )，膨脹制冷后的低溫氮氣依次進入第二冷箱7、第一冷箱2向天然氣提供冷量使之降溫并液化，之后回到氮增壓壓縮機10進行循環(huán)。氮氣循環(huán)可消耗電力產(chǎn)生一部分冷量，與利用原料管道氣壓力能產(chǎn)生的冷量一起使需要加工為LNG產(chǎn)品的天然氣冷卻、降溫以及液化。
[0015]本實用新型的關鍵點就是合理調(diào)配兩部分冷量，使整個液化工藝提高壓力能和電能的能量利用效率，提高液化率并降低能耗。第二凈化單元5之后還可增設流量調(diào)節(jié)閥18，在實際LNG裝置中用以調(diào)節(jié)兩部分氣體的流量分配，這一流量分配與原料氣的參數(shù)和組分有關，可以通過這兩個閥門的流量分配調(diào)節(jié)，達到最優(yōu)的冷量匹配，從而確保能量的高效利用。
[0016]本實用新型還具有的特征和優(yōu)點:
[0017](I)管道氣壓力制冷與氮膨脹制冷的有效結合，有效提升管道氣的液化率，最高可至 50% ；
[0018](2)管道氣壓力制冷與氮膨脹制冷的有效結合，有效提升天然氣液化過程的能量利用效率，單位能耗遠低于常規(guī)的膨脹機制冷工藝；
[0019](3)需液化的原料氣分為兩股進入冷箱降溫液化，通過兩股天然氣流量及參數(shù)的調(diào)節(jié)，可以使液化裝置有很好的工況適應性，并進一步提升能量效率；
[0020](4)通過氮膨脹制冷工藝的調(diào)節(jié)，獲得很低的制冷溫度，從而在產(chǎn)品閥后得到全液相的產(chǎn)品，避免了 BOG氣體的產(chǎn)生，從而不需要低溫BOG加壓及復溫過程及設備；
[0021]本技術將管道氣的差壓制冷與氮膨脹循環(huán)相結合，有效的提升了天然氣的液化率，同時也保持了很高的能量效率。
【權利要求】
1.一種結合氮膨脹制冷的管道氣差壓制冷液化裝置，其特征在于:包括第一凈化單元(I)，第一凈化單元(I)通過天然氣進氣管道依次連接第一凈化單元(I)、第一冷箱(2)、第一天燃氣膨脹機(3)，第一天燃氣膨脹機(3)通過管道依次連接第一冷箱(2)和天然氣增壓壓縮機(4)，天然氣進氣管道還依次連接第二凈化單元(5)、第二天然氣膨脹機￠)、第一冷箱(2)、第二冷箱(7)、第一產(chǎn)品閥(8)和LNG(14)，天然氣進氣管道還依次連接第二凈化單元(5)、第一冷箱(2)、第二冷箱(7)、第二產(chǎn)品閥(9)和LNG(14)，氮氣管道依次連接氮增壓壓縮機(10)、第一空冷器(15)、一段壓縮機(11)、第二空冷器(16)、二段壓縮機(12)、第三空冷器(17)、第一冷箱(2)、氮膨脹機(13)、第二冷箱(7)、然后通過第二冷箱(7)連接第一冷箱(2)和氮增壓壓縮機(10)，實現(xiàn)氮氣循環(huán)。
2.按照權利要求1所述一種結合氮膨脹制冷的管道氣差壓制冷液化裝置，其特征在于:所述第二凈化單元(5)與所述第二天然氣膨脹機(6)和所述第一冷箱(2)之間分別設有一個流量調(diào)節(jié)閥(18)。
【文檔編號】F25J1/02GK204063780SQ201420342446
【公開日】2014年12月31日 申請日期:2014年6月24日 優(yōu)先權日:2014年6月24日
【發(fā)明者】閻鳳元, 孫恒, 王鵬, 丁賀, 徐世龍 申請人:中國石油大學(北京)