專利名稱：利用天然氣壓力能部分液化天然氣的工藝和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用天然氣壓力能部分液化天然氣的工藝和裝置，利用天然氣調(diào)壓站在調(diào)壓過程中高壓天然氣自身的壓力能，使用膨脹制冷工藝將管網(wǎng)中的一部分天然氣液化成為液化天然氣，并且裝置具有很好的變負(fù)荷適應(yīng)能力。
背景技術(shù)：
管輸天然氣一般以高壓方式通過長輸管道輸送到城市中壓管網(wǎng)，在供給到終端用戶前通常需要通過調(diào)壓設(shè)備進(jìn)行降壓處理，以便天然氣的壓力能夠與用氣設(shè)施匹配。高壓天然氣內(nèi)蘊含著巨大的壓力能，在通過調(diào)壓設(shè)備調(diào)壓的過程中，這部分壓力能往往被白白的浪費掉。另外，由于天然氣急劇降壓、降溫，很容易對調(diào)壓設(shè)備及管道設(shè)備的安全運行構(gòu)成威脅。為了避免調(diào)壓設(shè)備及管道設(shè)備過冷，消除降壓過程中產(chǎn)生的溫降，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(shè)備、管道設(shè)備以及主管路的天 然氣進(jìn)行加熱。這樣不但白白浪費了壓力能，還會消耗掉一部分天然氣。如果將這部分壓力能加以利用，不但可以獲得可觀的收益，也能降低天然氣的損耗提高天然氣的利用率。利用高壓天然氣壓力能，將壓力能轉(zhuǎn)換成熱能、冷能等形式的能源，目前主要是通過膨脹機(jī)等裝置來實現(xiàn)的，利用膨脹機(jī)回收壓力能，通常其制冷效率可高達(dá)70 80%。但膨脹機(jī)的變工況適應(yīng)性差，當(dāng)入口氣體流量變化較大時，將會顯著影響膨脹機(jī)的制冷效率。因此，有必要設(shè)計一種新的壓力能利用流程以克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于解決上述的技術(shù)問題，提供一種充分利用高壓天然氣能量并能提高裝置的變負(fù)荷適應(yīng)性的工藝。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種利用天然氣壓力能部分液化天然氣的工藝，該工藝包括高壓管網(wǎng)來的天然氣首先進(jìn)入脫水脫重?zé)N系統(tǒng)，進(jìn)行脫水脫重?zé)N，使天然氣常壓露點降至彡-76°C, C6以上的重?zé)N組分脫除至彡217ppm ;脫水脫重?zé)N系統(tǒng)以液化系統(tǒng)來的制冷氣作為再生氣，制冷氣再生結(jié)束后去下游的中壓管網(wǎng)；出脫水脫重?zé)N系統(tǒng)的天然氣分為液化氣路和制冷氣路，液化氣路進(jìn)入脫碳系統(tǒng)，將其中的CO2脫除至< 70ppm ;脫碳系統(tǒng)以液化系統(tǒng)來的閃蒸氣作為再生氣，閃蒸氣再生結(jié)束后去下游的中壓管網(wǎng)；經(jīng)脫碳后的液化氣路進(jìn)入主換熱器后被冷卻至_85°C _142°C后，經(jīng)節(jié)流閥節(jié)流至0. 3MPaG 0. 6MPaG (壓力單位MPaG為兆帕，表示表壓)并進(jìn)入氣液分離器中分液(即氣液分離操作中的液體分離)，氣液分離器底部液相即為LNG，去LNG儲罐儲存，未液化的閃蒸氣從氣液分離器頂部返回主換熱器復(fù)熱，復(fù)熱至常溫后，去作為脫碳系統(tǒng)的再生氣，完成再生工作之后去中壓管網(wǎng)；從脫水脫重?zé)N系統(tǒng)來的制冷氣路進(jìn)入液化系統(tǒng)的主換熱器后降溫至-25 °C -55 °C后出主換熱器，進(jìn)入高溫膨脹機(jī)的膨脹端，膨脹后(例如溫度降低至-60°C -105°C )返回主換熱器為主換熱器提供冷量，同時自身復(fù)熱至常溫，然后去高溫膨脹機(jī)的增壓端增壓，接著經(jīng)第一冷卻器冷卻至常溫后重新進(jìn)入主換熱器降溫至-30°C -70°C后，進(jìn)入低溫膨脹機(jī)的膨脹端膨脹降溫(例如溫度降低至-90°C _145°C )，出膨脹端的氣相然后返回主換熱器提供冷量，同時自身復(fù)熱至常溫后進(jìn)入低溫膨脹機(jī)的增壓端增壓至約0. 3MPaG I. OMPaG后，經(jīng)第二冷卻器冷卻至常溫后出液化系統(tǒng)；出液化系統(tǒng)的制冷氣分為三路第一路如上所述，去脫水脫重?zé)N系統(tǒng)作為脫水脫重?zé)N系統(tǒng)的再生氣；第二路與前述脫水脫重?zé)N系統(tǒng)完成再生的再生氣及前述脫碳系統(tǒng)完成再生的再生氣匯合后去中壓管網(wǎng)；第三路作為循環(huán)氣去循環(huán)氣回路，經(jīng)循環(huán)氣壓縮系統(tǒng)返回脫水脫重?zé)N系統(tǒng)入口。在優(yōu)選實施方式中，脫水脫重?zé)N采用變壓吸附工藝流程，利用活性氧化鋁、3A分子
篩或4A分子篩、活性炭等中的一種或幾種作為吸附劑，將原料氣中的水及重?zé)N吸附下來。為了舉例說明變壓吸附工藝流程，這里參見圖2，脫水脫重?zé)N系統(tǒng)所采用的兩塔變壓吸附工藝的流程如下變壓吸附工藝采用兩塔并聯(lián)模式，其中一臺塔Tl處于吸附過程而另一塔T2處于再生過程。以吸附塔Tl為例，說明兩塔變壓吸附工藝流程如下a、吸附過程原料氣經(jīng)閥VlA自吸附塔Tl頂部進(jìn)入正處于吸附狀態(tài)的吸附塔Tl。在吸附劑的選擇吸附下，其中的待脫除組分(如水、重?zé)N等，如該流程用于脫除二氧化碳，則為二氧化碳)等被吸附下來，未被吸附的氣體從塔底經(jīng)閥V5A出系統(tǒng)。當(dāng)被吸附雜質(zhì)的傳質(zhì)區(qū)前沿(稱為吸附前沿)到達(dá)床層出口預(yù)留段時，關(guān)掉該吸附塔Tl的原料氣進(jìn)料閥VlA和原料氣出口閥V5A，停止吸附，吸附床開始轉(zhuǎn)入再生過程。吸附塔Tl的再生依次進(jìn)行以下幾個過程卸壓、加熱、冷吹、升壓過程。b、卸壓過程吸附塔Tl吸附過程結(jié)束后，打開閥V2A逆著吸附方向?qū)ξ剿l進(jìn)行卸壓，將壓力降至足夠低，以保證后序過程中再生氣能順利進(jìn)入吸附塔Tl中對其復(fù)合床層進(jìn)行再生；同時也使部分被吸附的氣體卸壓釋放出來，釋放出來的氣體經(jīng)閥V2A后出系統(tǒng)。C、加熱過程卸壓過程結(jié)束后，打開閥V6、V4A，再生氣經(jīng)再生氣加熱器El加熱至一定溫度(例如230 250°C )后，進(jìn)入吸附塔Tl進(jìn)行加熱，逆向吹掃吸附劑床層，使吸附在吸附劑上的雜質(zhì)完全解吸出來，使Tl中的吸附劑得到再生。d、冷吹過程當(dāng)加熱過程結(jié)束后，打開閥V7、V4A，關(guān)閉V6，再生氣進(jìn)入處于冷吹過程的吸附塔Tl，逆向吹掃吸附劑床層，使床層溫度降至一定溫度(例如約40°C);出吸附塔Tl的再生氣依次經(jīng)閥V3A、再生氣冷卻器E2、分液罐T3，冷卻、分液后出系統(tǒng)，冷吹過程結(jié)束。e、升壓過程在冷吹過程結(jié)束后，打開閥VlA通入原料氣對吸附塔Tl進(jìn)行升壓。優(yōu)選地，為了使吸附塔可以平穩(wěn)地切換至下一次吸附并保證產(chǎn)品純度在這一過程中不發(fā)生波動，需要通過升壓調(diào)節(jié)閥緩慢而平穩(wěn)地用原料氣將吸附塔壓力升至吸附壓力，以保證升壓過程的平穩(wěn)并減少升壓過程中壓力的波動對吸附塔產(chǎn)生的影響。經(jīng)這一過程后吸附塔Tl便完成了一個完整的“吸附-再生”循環(huán)，為下一次吸附做好了準(zhǔn)備。吸附塔T2的吸附及再生過程與吸附塔Tl完全相同，通過控制不同閥門的動作而實現(xiàn)，兩塔輪流操作，達(dá)到連續(xù)凈化氣體的目的。作為另一種實施方式，吸附塔Tl的再生依次進(jìn)行以下幾個過程卸壓、加熱、冷吹、卸壓、升壓過程。在升壓過程開始之前，打開閥V2A逆著吸附方向進(jìn)行卸壓，將冷吹過程中存留在塔內(nèi)的再生氣充分釋放出來，釋放出來的氣體經(jīng)閥V2A后出系統(tǒng)。當(dāng)然，脫水脫重?zé)N系統(tǒng)也可采用三塔變壓吸附工藝。在優(yōu)選實施方式中，液化氣路進(jìn)入以13X分子篩為主要吸附劑的脫碳系統(tǒng)，采用變壓吸附工藝流程，將其中的CO2脫除至< 70ppm,優(yōu)選至< 50ppm,更優(yōu)選至< 30ppm,進(jìn)一步優(yōu)選< 20ppm。用于脫碳的變壓吸附工藝流程與前述脫水脫重?zé)N的變壓吸附工藝流程基本相同，只是所采用的吸附劑不同，并且用于脫碳的變壓吸附工藝流程中可省去分液罐T3(不需要分液)。 另外，關(guān)于變壓吸附工藝即PTSA工藝，不太優(yōu)選地，也可參見中國專利號ZL200810044270. 7。在優(yōu)選實施方式中，當(dāng)下游用氣量銳減(如夜間)時，為提高裝置的變負(fù)荷適應(yīng)能力，啟動循環(huán)氣壓縮系統(tǒng)，使部分循環(huán)氣增壓并循環(huán)回系統(tǒng)入口，以保證裝置在用氣量銳減的情況下仍維持裝置正常負(fù)荷，保持裝置的穩(wěn)定連續(xù)運行，同時降低了對中壓管網(wǎng)的供氣量。在優(yōu)選實施方式中，循環(huán)氣壓縮機(jī)帶有變頻調(diào)節(jié)功能，可以靈活調(diào)節(jié)循環(huán)氣量及對中壓管網(wǎng)的供氣量。本發(fā)明的第二個方面提供一種利用天然氣壓力能部分液化天然氣的裝置，其特征在于，該裝置包括脫水脫重?zé)N系統(tǒng)、脫碳系統(tǒng)、液化系統(tǒng)及循環(huán)氣壓縮系統(tǒng)，其中脫水脫重?zé)N系統(tǒng)具有一個原料氣入口通道，一個氣相出口通道，一個再生氣入口通道，一個再生氣出口通道，所述氣相出口通道分為兩個支路即液化氣路和制冷氣路，所述再生氣出口通道與中壓管網(wǎng)連接；脫碳系統(tǒng)具有與脫水脫重?zé)N系統(tǒng)的所述氣相出口通道的液化氣路連接的一個氣相入口通道，一個凈化氣出口通道，一個再生氣入口通道，一個再生氣出口通道，所述再生氣出口通道與中壓管網(wǎng)連接；循環(huán)氣壓縮氣系統(tǒng)包括壓縮裝置，一個入口通道和一個出口通道；其中液化系統(tǒng)包括一臺主換熱器,它包含至少六個換熱通道第一、第二、第三、第四、第五和第六換熱通道，所述第一換熱通道的一端和第二換熱通道的一端分別與脫碳系統(tǒng)的凈化氣出口通道和再生氣入口通道連接；氣液分離器，其入口端經(jīng)由節(jié)流閥與所述主換熱器的第一換熱通道的另一端連接，所述氣液分離器的氣相端與主換熱器的第二換熱通道的另一端連接；一臺高溫膨脹機(jī)，其包括一個膨脹端和一個增壓端，所述膨脹端的入口通道和出口通道分別與所述主換熱器的第三換熱通道的一端、第四換熱通道的一端連接；一臺低溫膨脹機(jī)，其包括一個膨脹端和一個增壓端，所述膨脹端的入口通道和出口通道與所述主換熱器的第五換熱通道的一端、第六換熱通道的一端連接；與所述高溫膨脹機(jī)的增壓端的出口通道連接的第一臺冷卻器，第一臺冷卻器的另一端與第五換熱通道的另一端連接；與所述低溫膨脹機(jī)的增壓端的出口通道連接的第二臺冷卻器，第二臺冷卻器的另一端經(jīng)過管路分三路分別與所述脫水脫重?zé)N系統(tǒng)的再生氣入口通道、循環(huán)氣壓縮系統(tǒng)的入口通道和中壓管網(wǎng)連接；第三換熱通道的另一端與脫水脫重?zé)N系統(tǒng)的所述氣相出口通道的制冷氣路連接，第四換熱通道的另一端與所述高溫膨脹機(jī)的增壓端的入口通道連接；第六換熱通道的另一端與所述低溫膨脹機(jī)的增壓端的入口通道連接；循環(huán)氣壓縮系統(tǒng)的出口通道與脫水脫重?zé)N系統(tǒng)的原料氣入口通道連接。在優(yōu)選實施方式中，所述的脫水脫重?zé)N系統(tǒng)采用變壓吸附工藝流程，利用活性氧化鋁、3A分子篩或4A分子篩、活性炭中的一種或幾種作為吸附劑，脫除天然氣中的水及重?zé)N，使天然氣常壓露點降至< -76 V ’ C6以上的重?zé)N組分脫除至< 217ppm，優(yōu)選至^ 150ppm,更優(yōu)選至< 120ppm,進(jìn)一步優(yōu)選< 80ppm,特別優(yōu)選< 50ppm。在優(yōu)選實施方式中，所述脫碳系統(tǒng)采用變壓吸附工藝流程，以13X分子篩為主要吸附劑的脫碳系統(tǒng)，將其中的CO2脫除至< 70ppm,優(yōu)選至< 50ppm,更優(yōu)選至< 30ppm,進(jìn)一步優(yōu)選< 20ppm。在優(yōu)選實施方式中，高壓管網(wǎng)來的天然氣經(jīng)過脫水脫重?zé)N系統(tǒng)后分為兩路，一路是被液化的氣體，稱為液化氣路，另一路絕大部分氣體稱為制冷氣路。液化氣路連接脫碳系統(tǒng)后，連接液化系統(tǒng)主換熱器的第一氣相通道的一端，第一氣相通道的另一端連接節(jié)流閥后連接氣液分離器，氣液分離器頂部閃蒸氣通道連接主換熱器的第二氣相通道后，去脫碳系統(tǒng)作為脫碳系統(tǒng)的再生氣，再生氣出口連接下游中壓管網(wǎng)。在優(yōu)選實施方式中，制冷氣路連接主換熱器的第三換熱通道后連接高溫膨脹機(jī)的膨脹端，膨脹后氣相進(jìn)入主換熱器的第四換熱通道，所述膨脹后的氣相為主換熱器提供冷量；第四換熱通道出口連接高溫膨脹機(jī)的增壓端的入口通道，增壓端出口管道連接第一冷卻器后連接主換熱器的第五換熱通道，通過第五換熱通道的另一端連接低溫膨脹機(jī)的膨脹端入口通道后，從膨脹端出口通道進(jìn)入主換熱器的第六換熱通道為主換熱器提供冷量；復(fù)熱后的天然氣經(jīng)第六換熱通道的另一端連接至低溫膨脹機(jī)的增壓端入口通道，增壓端出口管道連接第二冷卻器后分為三路第一路為再生氣管路，連接脫水脫重?zé)N系統(tǒng)為系統(tǒng)提供再生氣，再生氣出口連接下游中壓管網(wǎng)；第二路連接下游中壓管網(wǎng)；第三路即循環(huán)回路，經(jīng)循環(huán)氣壓縮系統(tǒng)連接至脫水脫重?zé)N系統(tǒng)入口。在優(yōu)選實施方式中，當(dāng)下游用氣量銳減時，為提高裝置的變負(fù)荷適應(yīng)能力，啟動循環(huán)氣壓縮系統(tǒng)，使部分循環(huán)氣增壓并循環(huán)回系統(tǒng)入口，以保證裝置在用氣量銳減的情況下仍維持裝置正常負(fù)荷，保持裝置的穩(wěn)定連續(xù)運行，同時降低對中壓管網(wǎng)的供氣量。在優(yōu)選實施方式中，循環(huán)氣壓縮系統(tǒng)的壓縮機(jī)帶有變頻調(diào)節(jié)功能，能夠靈活調(diào)節(jié)循環(huán)氣量及對中壓管網(wǎng)的供氣量。本發(fā)明的優(yōu)點I、通過配置循環(huán)氣壓縮機(jī)，消除了膨脹制冷工藝變工況適應(yīng)性差的缺陷，大幅提升了裝置的變負(fù)荷適應(yīng)能力；2、充分利用了高壓天然氣的壓力能，并將轉(zhuǎn)化得到的冷量用于部分天然氣的液化，可作為調(diào)峰用或者用作LNG燃料交通工具的燃料，使天然氣的價值得到大幅提升；3、采用高、低溫膨脹機(jī)膨脹制冷工藝，使得冷、熱流體換熱曲線更為匹配；4、節(jié)能，下游用氣量為正常負(fù)荷(如日間)時，單位產(chǎn)品的工作能耗近似為零，液化所需的能量全部來自高、低壓管網(wǎng)之間的壓力能。


圖I是本發(fā)明的工藝流程圖，其中I為脫水脫重?zé)N系統(tǒng)，2為脫碳系統(tǒng)，3為液化系統(tǒng)，4為循環(huán)氣壓縮系統(tǒng)，31為主換熱器，32為節(jié)流閥，33為氣液分離器，34為高溫膨脹機(jī)，35為低溫膨脹機(jī),36為第一冷卻器,37為第二冷卻器。圖2是本發(fā)明的脫水脫重?zé)N系統(tǒng)I的工藝流程圖。其中T1、T2為吸附塔，T3為分液罐，El為再生氣加熱器，E2為再生氣冷卻器。
具體實施例方式本發(fā)明的原理是充分利用天然氣調(diào)壓站在調(diào)壓過程中高壓天然氣自身的壓力能，使用高、低溫膨脹機(jī)膨脹制冷工藝將管網(wǎng)中的一部分天然氣液化成為液化天然氣，并通過配置循環(huán)氣回路，提高裝置的變負(fù)荷適應(yīng)能力。如圖I所示，本發(fā)明所述的利用天然氣壓力能部分液化天然氣的裝置，包括通過管路相互連接的脫水脫重?zé)N系統(tǒng)I、脫碳系統(tǒng)2、液化系統(tǒng)3及循環(huán)氣壓縮系統(tǒng)4，所述液化系統(tǒng)3包括用于熱交換的主換熱器31，一臺節(jié)流閥32，一臺氣液分離器33，一臺高溫膨脹機(jī)34，一臺低溫膨脹機(jī)35，第一臺冷卻器36和第二臺冷卻器37。如圖2中所示，脫水脫重?zé)N系統(tǒng)I所采用的(兩塔)變壓吸附工藝的流程如下變壓吸附工藝采用兩塔并聯(lián)模式，其中一臺塔Tl處于吸附過程而另一塔T2處于再生過程。以吸附塔Tl為例，說明兩塔變壓吸附工藝流程如下a、吸附過程原料氣經(jīng)閥VlA自吸附塔Tl頂部進(jìn)入正處于吸附狀態(tài)的吸附塔Tl。在吸附劑的選擇吸附下，其中的待脫除組分(如水、重?zé)N等；另外如果該流程用于脫除二氧化碳，則為二氧化碳)等被吸附下來，未被吸附的氣體從塔底經(jīng)閥V5A出系統(tǒng)。當(dāng)被吸附雜質(zhì)的傳質(zhì)區(qū)前沿(稱為吸附前沿)到達(dá)床層出口預(yù)留段時，關(guān)掉該吸附塔Tl的原料氣進(jìn)料閥VlA和原料氣出口閥V5A，停止吸附，吸附床開始轉(zhuǎn)入再生過程。吸附塔Tl的再生依次進(jìn)行以下幾個過程卸壓、加熱、冷吹、升壓過程。b、卸壓過程吸附塔Tl吸附過程結(jié)束后，打開閥V2A逆著吸附方向?qū)ξ剿l進(jìn)行卸壓，將壓力降至足夠低，以保證后序過程中再生氣能順利進(jìn)入吸附塔Tl中對其復(fù)合床層進(jìn)行再生；同時也使部分被吸附的氣體卸壓釋放出來，釋放出來的氣體經(jīng)閥V2A后出系統(tǒng)。C、加熱過程卸壓過程結(jié)束后，打開閥V6、V4A，再生氣經(jīng)再生氣加熱器El加熱至一定溫度(例如230 250°C )后，進(jìn)入吸附塔Tl進(jìn)行加熱，逆向吹掃吸附劑床層，使吸附在吸附劑上的雜質(zhì)完全解吸出來，使Tl中的吸附劑得到再生。d、冷吹過程當(dāng)加熱過程結(jié)束后，打開閥V7、V4A，關(guān)閉V6，再生氣進(jìn)入處于冷吹過程的吸附塔Tl，逆向吹掃吸附劑床層，使床層溫度降至一定溫度(例如約40°C);出吸附塔Tl的再生氣依次經(jīng)閥V3A、再生氣冷卻器E2、分液罐T3，冷卻、分液后出系統(tǒng)，冷吹過程結(jié)束。e、升壓過程在冷吹過程結(jié)束后，打開閥VlA通入原料氣對吸附塔Tl進(jìn)行升壓。優(yōu)選地，為了使吸附塔可以平穩(wěn)地切換至下一次吸附并保證產(chǎn)品純度在這一過程中不發(fā)生波動，需要通過升壓調(diào)節(jié)閥緩慢而平穩(wěn)地用原料氣將吸附塔壓力升至吸附壓力，以保證升壓過程的平穩(wěn)并減少升壓過程中壓力的波動對吸附塔產(chǎn)生的影響。經(jīng)這一過程后吸附塔Tl便完成了一個完整的“吸附-再生”循環(huán)，為下一次吸附做好了準(zhǔn)備。吸附塔T2的吸附及再生過程與吸附塔Tl完全相同，通過控制不同閥門的動作而實現(xiàn)，兩塔輪流操作，達(dá)到連續(xù)凈化氣體的目的。作為另一種實施方式，吸附塔Tl的再生依次進(jìn)行以下幾個過程卸壓、加熱、冷吹、卸壓、升壓過程。在升壓過程開始之前，打開閥V2A逆著吸附方向進(jìn)行卸壓，將冷吹過程中存留在塔內(nèi)的再生氣充分釋放出來，釋放出來的氣體經(jīng)閥V2A后出系統(tǒng)。高壓管網(wǎng)來的天然氣經(jīng)過上述的脫水脫重?zé)N系統(tǒng)I后分為兩路，一路是被液化的 氣體，稱為液化氣路，另一路絕大部分氣體稱為制冷氣路。液化氣路連接脫碳系統(tǒng)2后，連接液化系統(tǒng)3中主換熱器31的第一換熱通道(氣相通道)的一端，第一氣相通道的另一端連接節(jié)流閥32后連接氣液分離器33，氣液分離器33頂部閃蒸氣通道連接主換熱器31的第二換熱通道(氣相通道)后，去脫碳系統(tǒng)2作為脫碳系統(tǒng)2的再生氣，再生氣出口連接下游中壓管網(wǎng)；制冷氣路連接主換熱器31的第三換熱通道后連接高溫膨脹機(jī)34的膨脹端，膨脹后氣相進(jìn)入主換熱器31的第四換熱通道，所述膨脹后的氣相為主換熱器31提供冷量；第四換熱通道出口連接高溫膨脹機(jī)34的增壓端，增壓端出口管道連接第一冷卻器36后連接主換熱器31的第五換熱通道，通過第五換熱通道的另一端連接低溫膨脹機(jī)35的膨脹端后，進(jìn)入主換熱器31的第六換熱通道為主換熱器31提供冷量；復(fù)熱后的天然氣經(jīng)第六換熱通道的另一端連接至低溫膨脹機(jī)35的增壓端，增壓端出口管道連接第二冷卻器37后分為三路一路為再生氣管路，連接脫水脫重?zé)N系統(tǒng)I為系統(tǒng)提供再生氣，再生氣出口連接下游中壓管網(wǎng)；一路連接下游中壓管網(wǎng)；另一路即循環(huán)回路，經(jīng)循環(huán)氣壓縮系統(tǒng)4連接至脫水脫重?zé)N系統(tǒng)I入口。本發(fā)明所述的利用天然氣壓力能部分液化天然氣的裝置，所采用的工藝流程如下高壓管網(wǎng)來的天然氣首先進(jìn)入脫水脫重?zé)N系統(tǒng)1，采用變壓吸附工藝流程，利用活性氧化鋁、3A分子篩或4A分子篩、活性炭等中的一種或幾種作為吸附劑，將原料氣中的水及重?zé)N吸附下來，使天然氣常壓露點降至彡_76°C，C6以上的重?zé)N組分脫除至彡217ppm ;脫水脫重?zé)N系統(tǒng)以液化系統(tǒng)來的制冷氣作為再生氣，制冷氣再生結(jié)束后去下游的中壓管網(wǎng)；出脫水脫重?zé)N系統(tǒng)的天然氣分為液化氣路和制冷氣路，液化氣路進(jìn)入以13X分子篩為主要吸附劑的脫碳系統(tǒng)2，采用變壓吸附工藝流程，將其中的CO2脫除至< 70ppm ;脫碳系統(tǒng)以液化系統(tǒng)3來的閃蒸氣作為再生氣，閃蒸氣再生結(jié)束后去下游的中壓管網(wǎng)；經(jīng)脫碳后的液化氣路進(jìn)入主換熱器31第一換熱通道后被冷卻至_85°C _142°C后，經(jīng)節(jié)流閥32節(jié)流至0. 3MPaG 0. 6MPaG并進(jìn)入氣液分離器33分液，氣液分離器33底部液相即為LNG，去LNG儲罐儲存，未液化的閃蒸氣從氣液分離器33頂部返回主換熱器31第二換熱通道復(fù)熱，復(fù)熱至常溫后，去作為脫碳系統(tǒng)2的再生氣，完成再生工作之后去中壓管網(wǎng)；從脫水脫重?zé)N系統(tǒng)I來的制冷氣路進(jìn)入液化系統(tǒng)的主換熱器31第三換熱通道后降溫至_25°C _55°C后出主換熱器31，進(jìn)入高溫膨脹機(jī)34的膨脹端入口通道，膨脹后(例如溫度降低至-60°C _105°C )從膨脹端出口通道返回主換熱器31第四換熱通道為主換熱器31提供冷量，同時自身復(fù)熱至常溫，然后去高溫膨脹機(jī)34的增壓端入口通道，在高溫膨脹機(jī)34的增壓端增壓，接著從增壓端出口通道經(jīng)第一冷卻器36冷卻至常溫后重新進(jìn)入主換熱器31第五換熱通道降溫至_30°C -70°C后，進(jìn)入低溫膨脹機(jī)35的膨脹端入口通道，在低溫膨脹機(jī)35的膨脹端膨脹降溫(例如溫度降低至_90°C _145°C )，從膨脹端出口通道出膨脹端的氣相然后返回主換熱器31第六換熱通道提供冷量，同時自身復(fù)熱至常溫后從低溫膨脹機(jī)35的增壓端入口通道進(jìn)入低溫膨脹機(jī)35的增壓端增壓至約0. 3MPaG I. OMPaG，后經(jīng)第二冷卻器37冷卻至常溫后出液化系統(tǒng)；出液化系統(tǒng)的制冷氣分為三路一路如上所述，去脫水脫重?zé)N系統(tǒng)I作為脫水脫重?zé)N系統(tǒng)I的再生氣；一路與前述脫水脫重?zé)N系統(tǒng)I完成再生的再生氣及前述脫碳系統(tǒng)2完成再生的再生氣匯合后去中壓管網(wǎng)；第三路作為循環(huán)氣去循環(huán)氣回路，經(jīng)循環(huán)氣壓縮系統(tǒng)返回系統(tǒng)入口 ；當(dāng)下游用氣量銳減(如夜間)時，為提高裝置的變負(fù)荷適應(yīng)能力，啟動循環(huán)氣壓縮系統(tǒng)4，使部分循環(huán)氣增壓并循環(huán)回系統(tǒng)入口，以保證裝置在用氣量銳減的情況下 仍維持裝置正常負(fù)荷，保持裝置的穩(wěn)定連續(xù)運行，同時降低了對中壓管網(wǎng)的供氣量。循環(huán)氣壓縮系統(tǒng)4的壓縮機(jī)帶有變頻調(diào)節(jié)功能，可以靈活調(diào)節(jié)循環(huán)氣量及對中壓管網(wǎng)的供氣量。
權(quán)利要求
1.ー種利用天然氣壓カ能部分液化天然氣的エ藝，其特征在干，該エ藝包括 高壓管網(wǎng)來的天然氣首先進(jìn)入脫水脫重?zé)N系統(tǒng)，進(jìn)行脫水脫重?zé)N，使天然氣常壓露點降至彡-76°C, C6以上的重?zé)N組分脫除至彡217ppm;脫水脫重?zé)N系統(tǒng)以液化系統(tǒng)來的制冷氣作為再生氣，制冷氣再生結(jié)束后去下游的中壓管網(wǎng)； 出脫水脫重?zé)N系統(tǒng)的天然氣分為液化氣路和制冷氣路，液化氣路進(jìn)入脫碳系統(tǒng)，將其中的CO2脫除至< 70ppm ;脫碳系統(tǒng)以液化系統(tǒng)來的閃蒸氣作為再生氣，閃蒸氣再生結(jié)束后去下游的中壓管網(wǎng)；經(jīng)脫碳后的液化氣路進(jìn)入主換熱器后被冷卻至-85°C _142°C后，經(jīng)節(jié)流閥節(jié)流至O. 3MPaG O. 6MPaG并進(jìn)入氣液分離器中分液，氣液分離器底部液相即為液化天然氣，去液化天然氣儲罐儲存，未液化的閃蒸氣從氣液分離器頂部返回主換熱器復(fù)熱，復(fù)熱至常溫后，去作為脫碳系統(tǒng)的再生氣，完成再生工作之后去中壓管網(wǎng)； 從脫水脫重?zé)N系統(tǒng)來的制冷氣路進(jìn)入液化系統(tǒng)的主換熱器后降溫至-25で -55°C后出主換熱器，進(jìn)入高溫膨脹機(jī)的膨脹端，膨脹后返回主換熱器為主換熱器提供冷量，同時自身復(fù)熱至常溫，然后去高溫膨脹機(jī)的增壓端增壓，接著經(jīng)第一冷卻器冷卻至常溫后重新進(jìn)入主換熱器降溫至_30°C -70°C后，進(jìn)入低溫膨脹機(jī)的膨脹端膨脹降溫，出膨脹端的氣相然后返回主換熱器提供冷量，同時自身復(fù)熱至常溫后進(jìn)入低溫膨脹機(jī)的增壓端增壓至約O.3MPaG I. OMPaG后，經(jīng)第二冷卻器冷卻至常溫后出液化系統(tǒng)； 出液化系統(tǒng)的制冷氣分為三路第一路如上所述，去脫水脫重?zé)N系統(tǒng)作為脫水脫重?zé)N系統(tǒng)的再生氣；第二路與前述脫水脫重?zé)N系統(tǒng)完成再生的再生氣及前述脫碳系統(tǒng)完成再生的再生氣匯合后去中壓管網(wǎng)；第三路作為循環(huán)氣去循環(huán)氣回路，經(jīng)循環(huán)氣壓縮系統(tǒng)返回脫水脫重?zé)N系統(tǒng)入口。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的利用天然氣壓カ能部分液化天然氣的エ藝，其特征在于，脫水脫重?zé)N采用變壓吸附エ藝流程，利用活性氧化鋁、3A分子篩或4A分子篩、活性炭等中的一種或幾種作為吸附劑，將原料氣中的水及重?zé)N吸附下來。
3.根據(jù)權(quán)利要求3所述的利用天然氣壓カ能部分液化天然氣的エ藝，其特征在于，液化氣路進(jìn)入以13X分子篩為主要吸附劑的脫碳系統(tǒng)，采用變壓吸附エ藝流程，將其中的CO2脫除至< 70ppm。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的利用天然氣壓カ能部分液化天然氣的裝置，其特征在于當(dāng)下游用氣量銳減時，為提高裝置的變負(fù)荷適應(yīng)能力，啟動循環(huán)氣壓縮系統(tǒng)，使部分循環(huán)氣增壓并循環(huán)回系統(tǒng)入ロ，以保證裝置在用氣量銳減的情況下仍維持裝置正常負(fù)荷，保持裝置的穩(wěn)定連續(xù)運行，同時降低對中壓管網(wǎng)的供氣量。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的利用天然氣壓カ能部分液化天然氣的裝置，其特征在于循環(huán)氣壓縮系統(tǒng)的壓縮機(jī)帶有變頻調(diào)節(jié)功能，能夠靈活調(diào)節(jié)循環(huán)氣量及對中壓管網(wǎng)的供氣量。
6.ー種利用天然氣壓カ能部分液化天然氣的裝置，其特征在于，該裝置包括通過脫水脫重?zé)N系統(tǒng)、脫碳系統(tǒng)、液化系統(tǒng)及循環(huán)氣壓縮系統(tǒng)， 其中脫水脫重?zé)N系統(tǒng)具有ー個原料氣入口通道，一個氣相出口通道，ー個再生氣入口通道，ー個再生氣出口通道，所述氣相出口通道分為兩個支路即液化氣路和制冷氣路，所述再生氣出ロ通道與中壓管網(wǎng)連接； 脫碳系統(tǒng)具有與脫水脫重?zé)N系統(tǒng)的所述氣相出ロ通道的液化氣路連接的一個氣相入ロ通道，ー個凈化氣出口通道，ー個再生氣入口通道，ー個再生氣出口通道，所述再生氣出ロ通道與中壓管網(wǎng)連接； 循環(huán)氣壓縮氣系統(tǒng)包括壓縮裝置，ー個入口通道和ー個出ロ通道； 其中液化系統(tǒng)包括 一臺主換熱器，它包含至少六個換熱通道第一、第二、第三、第四、第五和第六換熱通道，所述第一換熱通道的一端和第二換熱通道的一端分別與脫碳系統(tǒng)的凈化氣出口通道和再生氣入口通道連接； 氣液分離器，其入口端經(jīng)由節(jié)流閥與所述主換熱器的第一換熱通道的另一端連接，所述氣液分離器的氣相端與主換熱器的第二換熱通道的另一端連接； 一臺高溫膨脹機(jī)，其包括一個膨脹端和一個增壓端，所述膨脹端的入口通道和出口通道分別與所述主換熱器的第三換熱通道的一端、第四換熱通道的一端連接； 一臺低溫膨脹機(jī)，其包括一個膨脹端和一個增壓端，所述膨脹端的入口通道和出口通道與所述主換熱器的第五換熱通道的一端、第六換熱通道的一端連接； 與所述高溫膨脹機(jī)的增壓端的出口通道連接的第一臺冷卻器，第一臺冷卻器的另一端與第五換熱通道的另一端連接； 與所述低溫膨脹機(jī)的增壓端的出口通道連接的第二臺冷卻器，第二臺冷卻器的另一端經(jīng)過管路分三路分別與所述脫水脫重?zé)N系統(tǒng)的再生氣入口通道、循環(huán)氣壓縮系統(tǒng)的入口通道和中壓管網(wǎng)連接； 第三換熱通道的另一端與脫水脫重?zé)N系統(tǒng)的所述氣相出口通道的制冷氣路連接，第四換熱通道的另一端與所述高溫膨脹機(jī)的增壓端的入口通道連接； 第六換熱通道的另一端與所述低溫膨脹機(jī)的增壓端的入口通道連接； 循環(huán)氣壓縮系統(tǒng)的出口通道與脫水脫重?zé)N系統(tǒng)的原料氣入口通道連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的利用天然氣壓カ能部分液化天然氣的裝置，其特征在干，所述的脫水脫重?zé)N系統(tǒng)采用變壓吸附エ藝流程，利用活性氧化鋁、3A分子篩或4A分子篩、活性炭中的一種或幾種作為吸附劑，脫除天然氣中的水及重?zé)N，使天然氣常壓露點降至≤-76°C, C6以上的重?zé)N組分脫除至彡217ppm。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的利用天然氣壓カ能部分液化天然氣的裝置，其特征在于，所述脫碳系統(tǒng)采用變壓吸附エ藝流程，以13X分子篩為主要吸附劑的脫碳系統(tǒng)，將其中的CO2脫除至< 70ppm。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的利用天然氣壓カ能部分液化天然氣的裝置，其特征在于，當(dāng)下游用氣量銳減時，為提高裝置的變負(fù)荷適應(yīng)能力，啟動循環(huán)氣壓縮系統(tǒng)，使部分循環(huán)氣增壓并循環(huán)回系統(tǒng)入ロ，以保證裝置在用氣量銳減的情況下仍維持裝置正常負(fù)荷，保持裝置的穩(wěn)定連續(xù)運行，同時降低對中壓管網(wǎng)的供氣量。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的利用天然氣壓カ能部分液化天然氣的裝置，其特征在干，循環(huán)氣壓縮系統(tǒng)的壓縮機(jī)帶有變頻調(diào)節(jié)功能，能夠靈活調(diào)節(jié)循環(huán)氣量及對中壓管網(wǎng)的供氣量。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種利用天然氣壓力能部分液化天然氣的工藝和裝置，本發(fā)明的原理在于充分利用天然氣調(diào)壓站在調(diào)壓過程中高壓天然氣自身的壓力能，采用膨脹制冷工藝將得到的冷量用于管網(wǎng)中部分天然氣的液化，使天然氣的價值得到大幅提升；并通過設(shè)置循環(huán)氣回路，消除了膨脹制冷工藝變工況適應(yīng)性差的缺陷，顯著提升了裝置的變負(fù)荷適應(yīng)能力；另外，裝置以正常負(fù)荷運轉(zhuǎn)時，單位產(chǎn)品的工作能耗近似為零，液化所需的能量全部來自高、低壓管網(wǎng)之間的壓力能。
文檔編號B01D53/047GK102660341SQ20121012834
公開日2012年9月12日 申請日期2012年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月27日
發(fā)明者何振勇, 劉麗梅, 蔚龍 申請人:新地能源工程技術(shù)有限公司