撬裝天然氣液化凈化一體式冷箱的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供的一種撬裝天然氣液化凈化一體式冷箱，包括：天然氣過冷換熱器；天然氣單元；氣相制冷劑單元對天然氣單元中天然氣進(jìn)行冷卻；回冷單元通過液相制冷劑與氣相制冷劑混合形成混合制冷劑，對經(jīng)過熱交換的氣相制冷劑進(jìn)行冷卻，再將混合制冷劑的一部分返還至天然氣預(yù)冷換熱器和氣相制冷劑預(yù)冷換熱器；混合制冷劑的另一部分回流至液相制冷劑換熱器。本發(fā)明的有益效果如下：冷箱中的換熱器采用釬焊板式換熱器，同時(shí)在冷箱中集成了二氧化碳低溫分離器，采用低溫分離法脫出二氧化碳，大大節(jié)省了天然氣凈化裝置的設(shè)備投資和運(yùn)行成本。同時(shí)采用合理的制冷劑流量分配來實(shí)現(xiàn)高效的冷量匹配，使冷箱有較高的熱力學(xué)效率，減少換熱過程中的損失。
【專利說明】
撬裝天然氣液化凈化一體式冷箱
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于化工與低溫工程技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種小型撬裝天然氣液化凈化一 體式冷箱。
【背景技術(shù)】
[0002] 天然氣與石油、煤炭作為世界上主要的化石能源，在一次能源中占有很大的比率。 天然氣作為一種優(yōu)質(zhì)清潔能源，越來越多的國家開始重視天然氣資源的開發(fā)和利用。
[0003] 隨著我國能源結(jié)構(gòu)的不斷優(yōu)化和天然氣消費(fèi)需求的不斷增長，加之我國絕大多數(shù) 天然氣田儲(chǔ)量都不大的現(xiàn)狀，我國天然氣供需缺口在不斷加大。據(jù)預(yù)測，到2020年我國天然 氣的供應(yīng)缺口將達(dá)1000X10 8m3。
[0004] 另一方面，我國存在大量產(chǎn)儲(chǔ)量較小的邊際氣田、伴生氣田、煤層氣田，單井儲(chǔ)量 較小，距離供氣管網(wǎng)較遠(yuǎn)，采用管輸方法由于經(jīng)濟(jì)上不合理而沒有得到有效開發(fā)利用，長期 以來被點(diǎn)火炬放空。模塊化天然氣液化裝置可以有效利用這些天然氣資源，通過技術(shù)拓展， 模塊化天然氣液化裝置同樣適合于生物燃?xì)?包括城市垃圾填埋氣)提純與液化、海上含油 田伴生氣、部分焦?fàn)t煤氣液化、煤層天然氣(瓦斯）、頁巖氣開發(fā)利用等，市場前景十分廣闊。
[0005] 現(xiàn)在常用于天然氣液化冷箱的換熱器主要有纏繞管式換熱器和板翅式換熱器。纏 繞管式換熱器流道較大，不容易在低溫下凍堵，但是制造要求高，投資費(fèi)用大;板翅式換熱 器的材料為鋁，容易被天然氣中的汞所腐蝕，同時(shí)板翅式換熱器流道面積小，對于前端天然 氣凈化裝置，特別是二氧化碳凈化裝置的要求非常高，如果二氧化碳凈化裝置不能把二氧 化碳脫除到非常低的含量，低溫下固體二氧化碳非常容易堵塞板翅式換熱器的流道。天然 氣凈化裝置一般占天然氣液化裝置總投資的一半左右，因此如果可以發(fā)明一種液化凈化一 體式冷箱，將大大節(jié)省設(shè)備投資，同時(shí)方便冷箱成撬，方便運(yùn)輸。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種擁有較高的熱力學(xué)效率，減少 換熱過程中的煳損失的撬裝天然氣液化凈化一體式冷箱。
[0007] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供的一種撬裝天然氣液化凈化一體式冷箱，包括： 箱體，在箱體上分別設(shè)有天然氣入口、液相制冷劑入口、氣相制冷劑入口、混合制冷劑出口 及LNG出口；天然氣過冷換熱器，天然氣過冷換熱器設(shè)置在箱體內(nèi)；天然氣單元，天然氣單元 設(shè)置在箱體內(nèi)，天然氣單元包括天然氣預(yù)冷換熱器;天然氣單元與天然氣過冷換熱器的天 然氣進(jìn)口連接;氣相制冷劑單元，氣相制冷劑單元設(shè)置在箱體內(nèi)，氣相制冷劑單元包括氣相 制冷劑預(yù)冷換熱器;氣相制冷劑單元與天然氣過冷換熱器的氣相制冷劑進(jìn)口連接;氣相制 冷劑單元對天然氣單元中天然氣進(jìn)行冷卻；回冷單元，回冷單元設(shè)置在箱體內(nèi)，回冷單元包 括液相制冷劑換熱器，回冷單元通過液相制冷劑與氣相制冷劑混合形成混合制冷劑，對經(jīng) 過熱交換的氣相制冷劑進(jìn)行冷卻，再將混合制冷劑的一部分返還至天然氣預(yù)冷換熱器和氣 相制冷劑預(yù)冷換熱器;混合制冷劑的另一部分回流至液相制冷劑換熱器。
[0008] 優(yōu)選地，天然氣單元還包括重?zé)N分離器、二氧化碳低溫分離器及LNG節(jié)流閥；其中 天然氣預(yù)冷換熱器的天然氣進(jìn)口與天然氣入口連接，天然氣預(yù)冷換熱器的天然氣出口與重 烴分離器的進(jìn)口連接，重?zé)N分離器的天然氣出口與天然氣過冷換熱器的天然氣進(jìn)口連接， 天然氣過冷換熱器的天然氣出口與二氧化碳低溫分離器的進(jìn)口連接，二氧化碳低溫分離器 的天然氣出口與LNG出口連接。
[0009] 優(yōu)選地，二氧化碳低溫分離器的天然氣出口經(jīng)LNG節(jié)流閥與LNG出口連接。
[0010] 優(yōu)選地，回冷單元還包括混合制冷劑分流器、第一級混合器、液相制冷劑節(jié)流閥及 第二級混合器;其中液相制冷劑換熱器的液相制冷劑進(jìn)口與液相制冷劑入口連接，液相制 冷劑換熱器的液相制冷劑出口與第一級混合器的入口連接;第一級混合器的出口與混合制 冷劑分流器的入口連接，混合制冷劑分流器的三個(gè)出口分別與天然氣預(yù)冷換熱器的混合制 冷劑的進(jìn)口、液相制冷劑換熱器的混合制冷劑的進(jìn)口和氣相制冷劑預(yù)冷換熱器的混合制冷 劑的進(jìn)口連接;天然氣預(yù)冷換熱器的混合制冷劑的出口、液相制冷劑換熱器的混合制冷劑 的出口和氣相制冷劑預(yù)冷換熱器的混合制冷劑的出口與第二級混合器的入口連接，第二級 混合器的出口與混合制冷劑出口連接。
[0011] 優(yōu)選地，液相制冷劑換熱器的液相制冷劑出口經(jīng)液相制冷劑節(jié)流閥與第一級混合 器的入口連接。
[0012] 優(yōu)選地，氣相制冷劑單元的氣相制冷劑預(yù)冷換熱器的氣相制冷劑進(jìn)口與氣相制冷 劑入口連接，天然氣過冷換熱器的氣相制冷劑進(jìn)口與氣相制冷劑預(yù)冷換熱器的氣相制冷劑 出口連接，天然氣過冷換熱器的氣相制冷劑出口與第一級混合器的入口連接。
[0013] 優(yōu)選地，天然氣過冷換熱器的氣相制冷劑出口經(jīng)氣相制冷劑節(jié)流閥與第一級混合 器的入口連接。
[0014] 優(yōu)選地，二氧化碳低溫分離器為低溫固液分離器或低溫氣固分離器。
[0015] 優(yōu)選地，天然氣預(yù)冷換熱器、液相制冷劑換熱器、氣相制冷劑預(yù)冷換熱器和天然氣 過冷換熱器為釬焊板式換熱器。
[0016] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果如下:冷箱中的換熱器采用釬焊板式換熱器， 同時(shí)在冷箱中集成了二氧化碳低溫分離器，采用低溫分離法脫出二氧化碳，大大節(jié)省了天 然氣凈化裝置的設(shè)備投資和運(yùn)行成本。同時(shí)采用合理的制冷劑流量分配來實(shí)現(xiàn)高效的冷量 匹配，使冷箱有較高的熱力學(xué)效率，減少換熱過程中的煙損失。
[0017] 說明書附圖
[0018] 通過閱讀參照以下附圖對非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征目 的和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更明顯。
[0019] 圖1為本發(fā)明撬裝天然氣液化凈化一體式冷箱結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020] 圖中：
[0021 ] 1-天然氣預(yù)冷換熱器 2-液相制冷劑換熱器 3-氣相制冷劑預(yù)冷換熱器
[0022] 4-重?zé)N分離器 5-混合制冷劑分流器 6-第一級混合器
[0023] 7-液相制冷劑節(jié)流閥 8-天然氣過冷換熱器 9-二氧化碳低溫分離器
[0024] 10-氣相制冷劑節(jié)流閥11-LNG節(jié)流閥 12-第二級混合器
[0025] 13-天然氣入口 14-液相制冷劑入口 15-氣相制冷劑入口
[0026] 16-混合制冷劑出口 17-LNG出口
【具體實(shí)施方式】
[0027] 下面采用具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。以下實(shí)施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù) 人員進(jìn)一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出的是，對本領(lǐng)域的普通技術(shù) 人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變化和改進(jìn)。
[0028] 如圖1所示，本發(fā)明提供了一種小型撬裝天然氣液化凈化一體式冷箱，天然氣預(yù)冷 換熱器1的天然氣進(jìn)口與天然氣入口 13連接，天然氣預(yù)冷換熱器1的天然氣出口與重?zé)N分離 器4的進(jìn)口連接，重?zé)N分離器4的天然氣出口與天然氣過冷換熱器8的天然氣進(jìn)口連接，天然 氣過冷換熱器8的天然氣出口與二氧化碳低溫分離器9的進(jìn)口連接，二氧化碳低溫分離器9 的天然氣出口經(jīng)LNG節(jié)流閥11與LNG出口 17連接。
[0029] 液相制冷劑換熱器2的液相制冷劑進(jìn)口與液相制冷劑入口 14連接，液相制冷劑換 熱器2的液相制冷劑出口經(jīng)液相制冷劑節(jié)流閥7與第一級混合器6的入口連接;第一級混合 器6的出口與混合制冷劑分流器5的入口連接，混合制冷劑分流器5的三個(gè)出口分別與天然 氣預(yù)冷換熱器1的混合制冷劑的進(jìn)口、液相制冷劑換熱器2的混合制冷劑的進(jìn)口和氣相制冷 劑預(yù)冷換熱器3的混合制冷劑的進(jìn)口連接;天然氣預(yù)冷換熱器1的混合制冷劑的出口、液相 制冷劑換熱器2的混合制冷劑的出口和氣相制冷劑預(yù)冷換熱器3的混合制冷劑的出口與第 二級混合器12的入口連接，第二級混合器12的出口與混合制冷劑出口 16連接。
[0030] 氣相制冷劑單元的氣相制冷劑預(yù)冷換熱器3的氣相制冷劑進(jìn)口與氣相制冷劑入口 15連接，天然氣過冷換熱器8的氣相制冷劑進(jìn)口與氣相制冷劑預(yù)冷換熱器3的氣相制冷劑出 口連接，天然氣過冷換熱器8的氣相制冷劑出口經(jīng)氣相制冷劑節(jié)流閥10與第一級混合器6的 入口連接。
[0031] 二氧化碳低溫分離器9為低溫固液分離器或低溫氣固分離器。天然氣預(yù)冷換熱器 1、液相制冷劑換熱器2、氣相制冷劑預(yù)冷換熱器3和天然氣過冷換熱器8為釬焊板式換熱器。 [0032]本發(fā)明的工作方法和使用原理如下：
[0033] a.原料天然氣經(jīng)過天然氣預(yù)冷換熱器1冷卻至_40°C，然后進(jìn)入重?zé)N分離器4脫除 重?zé)N;脫除完重?zé)N后的天然氣進(jìn)入天然氣過冷換熱器8冷卻至_160°C，隨后進(jìn)入二氧化碳低 溫分離器9脫除固體二氧化碳，脫除二氧化碳后的天然氣經(jīng)LNG節(jié)流閥11節(jié)通過LNG出口 17 流至LNG儲(chǔ)存壓力。
[0034] b.液相制冷劑經(jīng)液相制冷劑換熱器2冷卻至_40°C后，經(jīng)液相制冷劑節(jié)流閥7節(jié)流 后與后續(xù)返流的氣相制冷劑混合；
[0035] 氣相制冷劑經(jīng)過氣相制冷劑預(yù)冷換熱器3和天然氣過冷換熱器8冷卻至_160°C后， 經(jīng)氣相制冷劑節(jié)流閥10節(jié)流降壓降溫后，為天然氣過冷換熱器8提供冷量;從天然氣過冷換 熱器8出來的氣相制冷劑進(jìn)入第一級混合器6與經(jīng)過液相制冷劑節(jié)流閥7節(jié)流降壓降溫后的 液相制冷劑混合;混合后的制冷劑經(jīng)過混合制冷劑分流器5分為三股流體，分別為天然氣 預(yù)冷換熱器1、液相制冷劑換熱器2和氣相制冷劑換熱器3提供冷量;復(fù)溫后的三股混合制冷 劑經(jīng)過第二級混合器12混合后與混合制冷劑出口 16相連。
[0036]以上對本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述 特定實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變化或修改，這并不影 響本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容。在不沖突的情況下，本申請的實(shí)施例和實(shí)施例中的特征可以任意相
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種撬裝天然氣液化凈化一體式冷箱，其特征在于，包括： 箱體，在箱體上分別設(shè)有天然氣入口、液相制冷劑入口、氣相制冷劑入口、混合制冷劑 出口及LNG出口； 天然氣過冷換熱器，天然氣過冷換熱器設(shè)置在箱體內(nèi)； 天然氣單元，天然氣單元設(shè)置在箱體內(nèi)，天然氣單元包括天然氣預(yù)冷換熱器;天然氣單 元與天然氣過冷換熱器的天然氣進(jìn)口連接； 氣相制冷劑單元，氣相制冷劑單元設(shè)置在箱體內(nèi)，氣相制冷劑單元包括氣相制冷劑預(yù) 冷換熱器;氣相制冷劑單元與天然氣過冷換熱器的氣相制冷劑進(jìn)口連接;氣相制冷劑單元 對天然氣單元中天然氣進(jìn)行冷卻； 回冷單元，回冷單元設(shè)置在箱體內(nèi)，回冷單元包括液相制冷劑換熱器，回冷單元通過液 相制冷劑與氣相制冷劑混合形成混合制冷劑，對經(jīng)過熱交換的氣相制冷劑進(jìn)行冷卻，再將 混合制冷劑的一部分返還至天然氣預(yù)冷換熱器和氣相制冷劑預(yù)冷換熱器;混合制冷劑的另 一部分回流至液相制冷劑換熱器。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的撬裝天然氣液化凈化一體式冷箱，其特征在于，天然氣單元還 包括重?zé)N分離器、二氧化碳低溫分離器及LNG節(jié)流閥；其中 天然氣預(yù)冷換熱器的天然氣進(jìn)口與天然氣入口連接，天然氣預(yù)冷換熱器的天然氣出口 與重?zé)N分離器的進(jìn)口連接，重?zé)N分離器的天然氣出口與天然氣過冷換熱器的天然氣進(jìn)口連 接，天然氣過冷換熱器的天然氣出口與二氧化碳低溫分離器的進(jìn)口連接，二氧化碳低溫分 離器的天然氣出口與LNG出口連接。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的撬裝天然氣液化凈化一體式冷箱，其特征在于，二氧化碳低溫 分離器的天然氣出口經(jīng)LNG節(jié)流閥與LNG出口連接。4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的撬裝天然氣液化凈化一體式冷箱，其特征在于，回冷單元還包 括混合制冷劑分流器、第一級混合器、液相制冷劑節(jié)流閥及第二級混合器;其中 液相制冷劑換熱器的液相制冷劑進(jìn)口與液相制冷劑入口連接，液相制冷劑換熱器的液 相制冷劑出口與第一級混合器的入口連接； 第一級混合器的出口與混合制冷劑分流器的入口連接，混合制冷劑分流器的三個(gè)出口 分別與天然氣預(yù)冷換熱器的混合制冷劑的進(jìn)口、液相制冷劑換熱器的混合制冷劑的進(jìn)口和 氣相制冷劑預(yù)冷換熱器的混合制冷劑的進(jìn)口連接； 天然氣預(yù)冷換熱器的混合制冷劑的出口、液相制冷劑換熱器的混合制冷劑的出口和氣 相制冷劑預(yù)冷換熱器的混合制冷劑的出口與第二級混合器的入口連接，第二級混合器的出 口與混合制冷劑出口連接。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的撬裝天然氣液化凈化一體式冷箱，其特征在于，液相制冷劑換 熱器的液相制冷劑出口經(jīng)液相制冷劑節(jié)流閥與第一級混合器的入口連接。6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的撬裝天然氣液化凈化一體式冷箱，其特征在于，氣相制冷劑單 元的氣相制冷劑預(yù)冷換熱器的氣相制冷劑進(jìn)口與氣相制冷劑入口連接，天然氣過冷換熱器 的氣相制冷劑進(jìn)口與氣相制冷劑預(yù)冷換熱器的氣相制冷劑出口連接，天然氣過冷換熱器的 氣相制冷劑出口與第一級混合器的入口連接。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的撬裝天然氣液化凈化一體式冷箱，其特征在于，天然氣過冷換 熱器的氣相制冷劑出口經(jīng)氣相制冷劑節(jié)流閥與第一級混合器的入口連接。8. 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的撬裝天然氣液化凈化一體式冷箱，其特征在于，二氧化碳 低溫分離器為低溫固液分離器或低溫氣固分離器。9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的撬裝天然氣液化凈化一體式冷箱，其特征在于，天然氣預(yù)冷換 熱器、液相制冷劑換熱器、氣相制冷劑預(yù)冷換熱器和天然氣過冷換熱器為釬焊板式換熱器。
【文檔編號】F25J1/02GK105890281SQ201610244134
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年4月19日
【發(fā)明人】巨永林, 賀天彪
【申請人】上海交通大學(xué)