一種膨脹制冷富甲烷氣液化的方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及富甲烷氣冷凝分離領(lǐng)域，具體為一種膨脹制冷富甲烷氣液化的方法及
目.0
【背景技術(shù)】
[0002]膨脹制冷循環(huán)多采用逆布雷頓循環(huán)，在該循環(huán)中，工質(zhì)通過壓縮機(jī)等熵壓縮，經(jīng)后冷卻器冷卻，然后在透平膨脹機(jī)內(nèi)等熵絕熱膨脹并對(duì)外做功，從而獲得低溫氣流，來制取冷量。隨著低溫透平膨脹機(jī)(尤其是高速氣體軸承透平膨脹機(jī))和高效緊湊換熱器的發(fā)展，透平逆布雷頓循環(huán)的效率得到了顯著提高，而且可獲得很低的制冷溫度和很寬制冷量范圍，具有高可靠性。因此，近幾十年來，逆布雷頓制冷循環(huán)得到了很大的發(fā)展，應(yīng)用范圍越來越廣。
[0003]在天然氣液化過程中，膨脹制冷循環(huán)主要采用氮膨脹制冷、氮?dú)?甲烷混合膨脹制冷和天然氣直接膨脹制冷三種形式。其中，氮膨脹制冷是直接膨脹制冷的一種變型，其具有適應(yīng)性強(qiáng)，液化能力高，流程簡單，運(yùn)行靈活，操作方便等優(yōu)點(diǎn)，但其能耗較高。氮?dú)?甲烷混合膨脹制冷則是氮膨脹制冷循環(huán)的一種改進(jìn)，具有流程簡單、控制容易、啟動(dòng)時(shí)間短等優(yōu)點(diǎn)，比純氮?dú)馀蛎浿评涔?jié)省10%的動(dòng)力消耗。
[0004]天然氣直接膨脹制冷是直接利用高壓天然氣在膨脹機(jī)中絕熱膨脹而使天然氣液化，充分利用天然氣本身的壓力能，消耗電能很少，節(jié)省了設(shè)備投資。采用體積小、重量輕、效率高、長期可靠運(yùn)行的氣體軸承透平膨脹機(jī)，能有效提高系統(tǒng)效率，可用于操作頻繁且要求快速啟停的調(diào)峰型裝置中?，F(xiàn)已發(fā)展到多級(jí)膨脹的液化系統(tǒng)，并且膨脹制冷機(jī)也日趨成熟，具有長壽命、高可靠性、低振動(dòng)、重量輕等特點(diǎn)，在天然氣液化方面有良好的發(fā)展前景。在液化氣量日趨加大的要求下，該循環(huán)具有更大的優(yōu)勢(shì):具有設(shè)備緊湊、投資少、調(diào)節(jié)靈活、工作可靠等優(yōu)點(diǎn)。
[0005]現(xiàn)有專利GB 2522421A公開了一種液化天然氣的生產(chǎn)過程(LNG product1nprocess)，其具有如下缺點(diǎn):
(1)重?zé)N分離困難；
(2)操作繁瑣，設(shè)備投資較高；
(3)甲烷損失大，且氮?dú)夥蛛x效果不好，液化天然氣中含氮量較高；
(4)膨脹功損失掉，能耗較高。
[0006]基于GB2522421A存在的上述缺點(diǎn)，開發(fā)一種流程簡單、操作靈活、設(shè)備投資低、甲烷損失小，且氮?dú)夥蛛x效果良好和回收膨脹功的工藝顯得尤其重要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的發(fā)明目的在于:針對(duì)現(xiàn)有液化天然氣的生產(chǎn)方法(GB2522421A)存在重?zé)N分離困難，操作繁瑣，設(shè)備投資較高，甲烷損失大，膨脹功損失掉，能耗較高等的問題，提供一種膨脹制冷富甲烷氣液化的方法及裝置。本發(fā)明具有流程簡單、操作靈活、設(shè)備投資低、甲烷損失小，氮?dú)夥蛛x效果良好和回收膨脹功等優(yōu)點(diǎn)，能耗低、液化富甲烷氣含氮量低和原料適應(yīng)性強(qiáng)，具有較好的應(yīng)用前景。
[0008]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
一種膨脹制冷富甲烷氣液化的方法，包括如下步驟:
(1)富甲烷氣液化:
所述步驟I的操作如下:富甲烷原料氣與部分預(yù)熱氣混合后，經(jīng)換熱器冷卻至-10?-90°C，再進(jìn)入重?zé)N分離器脫重?zé)N，得到低溫干氣，低溫干氣再經(jīng)換熱器冷卻后，經(jīng)節(jié)流降壓，再進(jìn)行氣液分離，分離后分別得到液化富甲烷氣、低溫閃蒸氣，液化富甲烷氣作為產(chǎn)品收集，低溫閃蒸氣經(jīng)換熱器換熱后，進(jìn)行增壓，進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)；
若富甲烷原料氣無重?zé)N，則富甲烷原料氣與部分預(yù)熱氣混合后，直接經(jīng)換熱器冷卻，再經(jīng)節(jié)流降壓后，進(jìn)行氣液分離，分離后分別得到液化富甲烷氣、低溫閃蒸氣，液化富甲烷氣作為產(chǎn)品收集，低溫閃蒸氣經(jīng)換熱器換熱后，進(jìn)行增壓，進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)；
(2)開式循環(huán)制冷:
所述步驟2的操作如下:低溫閃蒸氣經(jīng)換熱器換熱后，得到預(yù)熱氣，將預(yù)熱氣進(jìn)行增壓，增壓后將其分為第一股物料、第二股物料兩股物料，第一股物料經(jīng)換熱器換熱后送入膨脹機(jī)中，得到膨脹物料，膨脹物料經(jīng)換熱器換熱后與預(yù)熱氣混合，進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)，第二股物料即為所述步驟I中與富甲烷原料氣混合的部分預(yù)熱氣；
或者，所述步驟2的操作如下:低溫閃蒸氣經(jīng)換熱器換熱后，得到預(yù)熱氣，將預(yù)熱氣進(jìn)行增壓，增壓后將其分為第一股物料、第二股物料兩股物料，第一股物料直接送入膨脹機(jī)中，得到膨脹物料，膨脹物料經(jīng)換熱器換熱后與預(yù)熱氣混合，進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)，第二股物料即為所述步驟I中與富甲烷原料氣混合的部分預(yù)熱氣；
提供另一種替換方法，包括如下步驟:
(1)富甲烷氣液化:
所述步驟I的操作如下:低溫閃蒸氣經(jīng)換熱器換熱后，得到預(yù)熱氣，將預(yù)熱氣進(jìn)行增壓，并將富甲烷原料氣與預(yù)熱氣混合，混合的物料經(jīng)換熱器冷卻至-10?-90°C，再進(jìn)入重?zé)N分離器脫重?zé)N，得到低溫干氣，低溫干氣再經(jīng)換熱器冷卻后，經(jīng)節(jié)流降壓，再進(jìn)行氣液分離，分離后分別得到液化富甲烷氣、低溫閃蒸氣，液化富甲烷氣作為產(chǎn)品收集，低溫閃蒸氣經(jīng)換熱器換熱后，進(jìn)行增壓，進(jìn)入下一個(gè)循環(huán);若富甲烷原料氣無重?zé)N，則富甲烷原料氣與部分預(yù)熱氣混合后，直接經(jīng)換熱器冷卻，再經(jīng)節(jié)流降壓后，進(jìn)行氣液分離，分離后分別得到液化富甲烷氣、低溫閃蒸氣，液化富甲烷氣作為產(chǎn)品收集，低溫閃蒸氣經(jīng)換熱器換熱后，進(jìn)行增壓，進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)；
(2)閉式循環(huán)制冷
所述步驟2的操作如下:冷卻介質(zhì)經(jīng)增壓后，再經(jīng)換熱器換熱，進(jìn)入膨脹機(jī)中，得到膨脹物料，膨脹物料再經(jīng)換熱器換熱后，返回增壓，進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)；
或者，所述步驟2的操作如下:冷卻介質(zhì)經(jīng)增壓后，直接送入膨脹機(jī)中，得到膨脹物料，膨脹物料再經(jīng)換熱器換熱后，返回增壓，進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)；
所述步驟I中，富甲烷原料氣的壓力為IMPaG?20MPaG、溫度為-30?60°C，或所述富甲烷原料氣為LNG儲(chǔ)罐的自蒸發(fā)氣。
[0009]所述部分預(yù)熱氣與富甲烷原料氣混合，形成兩股物料進(jìn)入換熱器;或預(yù)熱氣與富甲烷原料氣完全混合，再分為兩股進(jìn)入換熱器。
[0010]所述步驟I中，低溫干氣經(jīng)換熱器冷卻后，再進(jìn)行節(jié)流降壓，節(jié)流的級(jí)數(shù)為一級(jí)節(jié)流、二級(jí)節(jié)流、三級(jí)節(jié)流或四級(jí)節(jié)流。
[0011 ] 所述步驟I中，低溫干氣經(jīng)換熱器冷卻后，再經(jīng)節(jié)流降壓，然后進(jìn)入第一氣液分離器進(jìn)行氣液分離，分離后分別得到第一液相物、第一氣相物，該第一液相物即為液化富甲烷氣，該第一氣相物即為低溫閃蒸氣。
[0012]所述步驟I中，第一液相物再經(jīng)節(jié)流降壓后，進(jìn)入第二氣液分離器進(jìn)行氣液分離，分離后分別得到第二液相物、第二氣相物，該第二液相物即為液化富甲烷氣，該第一氣相物和第二氣相物即為低溫閃蒸氣。
[0013]還包括預(yù)冷步驟:將外部冷卻與換熱器相連，通過外部冷卻對(duì)換熱器中的其他部件進(jìn)行預(yù)冷。
[0014]所述外部冷卻采用的典型冷劑為丙烯、丙烷、氨、氟利昂、水、B0G、溴化鋰中的一種或多種。
[0015]含甲烷的不易液化氣體能從系統(tǒng)的任何物料中引出。
[0016]步驟2中，根據(jù)富甲烷原料氣的壓力和溫度，在系統(tǒng)合適的位置與預(yù)熱氣混合。
[0017]用于前述膨脹制冷富甲烷氣液化的方法的裝置，包括富甲烷氣液化系統(tǒng)、開式循環(huán)制冷系統(tǒng)；
所述富甲烷氣液化系統(tǒng)包括用于輸送富甲烷原料氣的原料供應(yīng)裝置、換熱器、氣液分離器，所述原料供應(yīng)裝置、換熱器、氣液分離器通過管道依次相連；
所述開式循環(huán)制冷系統(tǒng)包括氣液分離器、換熱器、壓縮機(jī)、膨脹機(jī)，所述氣液分離器、換熱器、壓縮機(jī)、膨脹機(jī)通過管道構(gòu)成開式循環(huán)系統(tǒng)；
提供另一種替換裝置，包括富甲烷氣液化系統(tǒng)、閉式循環(huán)制冷系統(tǒng)；
所述甲烷氣液化系統(tǒng)包括原料供應(yīng)裝置、換熱器、氣液分離器、壓縮機(jī)，所述原料供應(yīng)裝置、換熱器、氣液分離器、壓縮機(jī)通過管道依次相連；
所述閉式循環(huán)制冷系統(tǒng)包括壓縮機(jī)、換熱器、膨脹機(jī)，所述壓縮機(jī)、換熱器、膨脹機(jī)通過管道構(gòu)成閉式循環(huán)系統(tǒng)。
[0018]本發(fā)明中，含甲烷的不易液化的氣體(如:氮?dú)狻錃?、氬氣、氧氣或氦氣等的一種或幾種)可以在富甲烷氣液化系統(tǒng)的任何物料中引出。作為優(yōu)選，含甲烷的不易液化氣體能從第一預(yù)熱氣或第一閃蒸氣或第二預(yù)熱氣或第二閃蒸氣中引出。還包括與換熱器相配合的外部冷卻，外部冷卻使用的冷卻劑典型為丙烯、丙烷、氨、氟利昂、水、B0G、溴化鋰中的一種或多種。
[0019]本發(fā)明具有調(diào)節(jié)手段豐富、流程簡單、操作靈活、原料適應(yīng)性強(qiáng)、設(shè)備投資低、甲烷損失小，氮?dú)夥蛛x效果良好、能耗低等優(yōu)點(diǎn)，具有較好的應(yīng)用前景。
[0020]綜上所述，由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果是:
(1)本發(fā)明中，富甲烷氣經(jīng)預(yù)冷、膨脹后再冷卻，相對(duì)現(xiàn)有技術(shù)，具有更好的制冷效果；
(2)本發(fā)明中，采用節(jié)流閥減壓，雖效率略低，但冷量相當(dāng)，操作更為簡便，設(shè)備投資更小；
(3)本發(fā)明中采用逐級(jí)節(jié)流，各級(jí)壓降小，使得本發(fā)明具有能耗更低、甲烷損失小、氮?dú)夥蛛x系數(shù)高的優(yōu)點(diǎn)； (4)本發(fā)明通過部件之間的相互配合，使得膨脹功能夠傳遞給壓縮裝置，有效降低能耗，節(jié)約成本，具有較好的應(yīng)用前景；
(5)本發(fā)明操作靈活，甲烷損失小，能耗低，具有較好的應(yīng)用前景。
【附圖說明】
[0021 ]本發(fā)明將通過例子并參照附圖的方式說明，其中:
圖1是實(shí)施例1的原理示意圖。
[0022]圖1中，Tl為預(yù)處理系統(tǒng)，Pl為膨脹機(jī)，Cl、C2為循環(huán)氣壓縮機(jī)，E1、E2為冷卻器，E3為換熱器，V2為重經(jīng)分離器，Vl為氣液分離器，V3為LNG儲(chǔ)罐。
[0023I圖2是實(shí)施例2的原理示意圖。
[0024]圖2中，Tl為預(yù)處理系統(tǒng)，Pl為膨脹機(jī)，C1、C2為循環(huán)氣壓縮機(jī)，C3為富甲烷循環(huán)氣壓縮機(jī)，El、E2、E3為冷卻器，E4為換熱器，Vl為氣液分離器，V2為重?zé)N分離器，V3為LNG儲(chǔ)罐。
【具體實(shí)施方式】
[0025]本說明書中公開的所有特征，或公開的所有方法或過程中的步驟，除了互相排斥的特征和/或步驟以外，均可以以任何方式組合。
[0026]本說明書中公開的任一特征，除非特別敘述，均可被其他等效或具有類似目的的替代特征加以替換。即，除非特別敘述，每個(gè)特征只是一系列等效或類似特征中的一個(gè)例子而已。
[0027]實(shí)施例1
本實(shí)施例的流程示意圖如圖1所示，本流程包含預(yù)處理系統(tǒng)(Tl)，膨脹機(jī)(Pl)，循環(huán)氣壓縮機(jī)(Cl工2)，冷卻器^142)，換熱器化3)，重?zé)N分離器(￥2)，氣液分離器(￥1)丄如儲(chǔ)罐(V3)等，各部件之間