專利名稱：一種考慮總能系統(tǒng)的多級膨脹分布式天然氣液化系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于清潔能源生產(chǎn)領(lǐng)域，涉及能源生產(chǎn)過程中的能量回收領(lǐng)域， 即以高壓天然氣及其它高壓富含甲烷氣體為原料生產(chǎn)液化天然氣的技術(shù)，具 體涉及一種考慮總能系統(tǒng)的多級膨脹分布式天然氣液化系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
液化天然氣是一種公認(rèn)的清潔能源，在工業(yè)中心和人口稠密地區(qū)使用液 化天然氣更具優(yōu)越性。液化天然氣運輸方式靈活、方便、成本低。
天然氣液化工藝主要是利用外加冷源和自身壓力使氣態(tài)天然氣轉(zhuǎn)化為液 態(tài)的流程，即富含甲垸的天然氣，經(jīng)過脫水、脫酸性氣體及重?zé)N組分，然后 經(jīng)過降溫，最終得到天然氣的液態(tài)產(chǎn)品的流程。
對于分布式天然氣，主要包括但不局限于邊緣小氣田天然氣、低產(chǎn)氣井 天然氣、油田放空氣、離主產(chǎn)井較遠(yuǎn)分散井口天然氣，煤層氣、油田伴生氣、 沼氣等許多富含甲烷的氣流，其儲量十分豐富。若將分布式天然氣加工成液 化天然氣，將會產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種回收天然氣原料氣的壓能，簡化凈化工藝， 利用膨脹過程產(chǎn)生的冷量將部分或全部天然氣液化，并結(jié)合液化方案應(yīng)用場 合，優(yōu)化流程，提高包含天然氣液化系統(tǒng)在內(nèi)的總能系統(tǒng)的能源利用效率的 多級膨脹分布式天然氣液化系統(tǒng)。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是包括與高壓天然氣主氣流相連通的離心分離器，離心分離器依次與預(yù)冷器、第一級重力分離器、第一 級膨脹機(jī)、第二級重力分離器、干法脫硫器和低溫冷卻器相連通，低溫冷卻 器的出口分為兩路， 一路與渦流管相連通，另一路與第二級膨脹機(jī)相連通，
渦流管的冷端出口與LNG儲罐里的蒸氣合并后進(jìn)入深冷器后被液化，被存儲 在LNG儲罐里，第二級膨脹機(jī)依次與深冷器、低溫冷卻器和預(yù)冷器相連通， 從預(yù)冷器弓1出的工質(zhì)與渦流管的熱端出口工質(zhì)合并進(jìn)入壓縮機(jī)，從壓縮機(jī)弓I 出的天然氣l皮送往用戶或總能系統(tǒng)。
本發(fā)明的第一級膨脹機(jī)或第二級膨脹機(jī)上還連接有發(fā)電機(jī)或其它動力設(shè) 備；壓縮機(jī)引出的天然氣并入干法脫硫器出口構(gòu)成閉式液化循環(huán)；壓縮機(jī)引 出的天然氣并入第一級膨脹機(jī)進(jìn)口構(gòu)成閉式液化循環(huán)；干法脫硫器需要的再 生氣流由渦流管的熱端出口工質(zhì)分流出的天然氣提供；高壓天然氣包括本身 壓力在1. 0 70. 0MPa的原料氣或經(jīng)外部裝置加壓的天然氣；膨脹機(jī)為透平膨 脹機(jī)、渦流管或膨脹機(jī)和渦流管的組合。
由于考慮總能系統(tǒng)的多級膨脹分布式天然氣液化系統(tǒng)不用或少用外界的 能量，僅需要換熱等設(shè)備，通過天然氣膨脹將溫度降低直至液化，同時膨脹 過程還可對外輸出有用功，所以本能耗水平低，適用于分散氣源。


圖l是本發(fā)明的流程示意圖，其中主要設(shè)備說明如下
離心分離器(1)預(yù)冷器(2)第一級膨脹機(jī)(3)低溫冷卻器(4)發(fā)電
機(jī)(5)第二級膨脹機(jī)(6)渦流管(7)深冷器(8)壓縮機(jī)(9) 一級重力分
離器(10) 二級重力分離器(11)干法脫硫器(12)
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。本發(fā)明的實施例并非專指但包含以下示例，根據(jù)本發(fā)明的所有具體實施 例，應(yīng)當(dāng)考慮到以提高總能系統(tǒng)能源利用效率，液化系統(tǒng)本身的能量盡量自 給，或者用盡量少的外部能量，充分利用液化系統(tǒng)本身的冷源；充分利用應(yīng) 用場合容易獲得的冷源，如空氣和水等；在恰當(dāng)?shù)膱龊峡梢杂煤唵尾考娲?復(fù)雜部件，如用渦流管替代透平膨脹機(jī)，用擴(kuò)壓管代替壓縮機(jī)等。
實施例l:參見圖l，本發(fā)明包括與高壓天然氣主氣流相連通的離心分離 器(1)，離心分離器(1)依次與預(yù)冷器(2)、第一級重力分離器(10)、第 一級膨脹機(jī)(3)、第二級重力分離器(11)、干法脫硫器(12)和低溫冷卻器
(4)相連通，低溫冷卻器(4)的出口分為兩路， 一路與渦流管(7)相連通， 另一路與第二級膨脹機(jī)(6)相連通，渦流管(7)的冷端出口與LNG儲罐里 的蒸氣(27)合并后進(jìn)入深冷器(8)后被液化，被存儲在LNG儲罐里，第二 級膨脹機(jī)(6)依次與深冷器(8)、低溫冷卻器(4)和預(yù)冷器(2)相連通， 從預(yù)冷器(2)引出的工質(zhì)與渦流管(7)的熱端出口工質(zhì)(24)匯合進(jìn)入壓 縮機(jī)(9)，從壓縮機(jī)(9)引出的天然氣被送往用戶或總能系統(tǒng)，本實施例在 第一級膨脹機(jī)(3)上還連接有發(fā)電機(jī)(5)。
高壓天然氣主氣流(21)首先通過離心分離器(1)去除其中的固體物和 大液滴，經(jīng)過離心分離器(1)的高壓天然氣主氣流(21)進(jìn)入預(yù)冷器(2) 預(yù)冷，然后將預(yù)冷后的高壓天然氣主氣流(21)引入第一級重力分離器(10) 去除其中的水和部分烴的凝結(jié)物，然后將去除凝結(jié)物的高壓天然氣主氣流
(21)引入第一級膨脹機(jī)(3)膨脹，通過膨脹機(jī)(3)的壓力和溫度都得到 降低的高壓天然氣主氣流(21)進(jìn)入第二級重力分離器(11)，高壓天然氣主 氣流(21)在第二級重力分離器(11)中去除二氧化碳和部分烴的凝結(jié)物后 進(jìn)入干法脫硫器(12)去除硫化氫，將去除硫化氫后的高壓天然氣主氣流(21)引入低溫冷卻器(4)，從低溫冷卻器(4)出來的溫度得到進(jìn)一步降低的高壓 天然氣主氣流(21)被分成兩路。第一路天然氣(23)引入渦流管(7)，渦 流管(7)的冷端出口的天然氣(25)與LNG儲罐里的蒸氣(27)合并為天然 氣流(26)進(jìn)入深冷器(8)后被液化，被存儲在專用的LNG儲罐里，LNG儲 罐里的蒸氣(27)被引出，與上述渦流管(7)的冷端出口的天然氣(25)合 并。第二路天然氣(22)進(jìn)入第二級膨脹機(jī)(6)，膨脹降溫后的天然氣作為 深冷器(8)、低溫冷卻器(4)和預(yù)冷器(2)的冷卻工質(zhì)，先后經(jīng)過深冷器 (8)、低溫冷卻器(4)和預(yù)冷器(2)，從預(yù)冷器(2)引出的工質(zhì)與上述渦 流管(7)的熱端出口工質(zhì)(24)匯合為天然氣流(28)，天然氣流(28)進(jìn) 入壓縮機(jī)(9)，從壓縮機(jī)(9)引出的天然氣被送往特定用戶或總能系統(tǒng)，該 循環(huán)液化過程屬開式循環(huán)。上述過程中，膨脹功的主要部分用來驅(qū)動壓縮機(jī) 等耗功設(shè)備，富余部分可以驅(qū)動發(fā)電機(jī)(5)，壓縮機(jī)和發(fā)電機(jī)由哪一級膨脹 機(jī)驅(qū)動，并非圖中專指，也可以是其它搭配。當(dāng)干法脫硫器(12)需要再生 氣流時，再生氣流由渦流管(7)熱端出口工質(zhì)(24)分流出部分天然氣(33) 提供。將離心分離器、 一級童力分離器和二級分離器分離出的固體物、凝結(jié) 物分裝后送專業(yè)廠處理。
實施例2:與實施例1不同的是從壓縮機(jī)(9)引出的天然氣經(jīng)30、 31 被并入干法脫硫器(12)出口處，構(gòu)成閉式液化循環(huán)。
實施例3:與實施例1不同的是從壓縮機(jī)(9)引出的天然氣(32)(點畫 線所指)被并入第一級膨脹機(jī)(3)進(jìn)口處，構(gòu)成閉式液化循環(huán)。
實施列4:與示例2不同的是從壓縮機(jī)(9)引出的天然氣部分(31)被 并入干法脫硫器(12)出口處，構(gòu)成閉式液化循環(huán)，同時從壓縮機(jī)(9)引出 的天然氣部分(29)被送往特定用戶或總能系統(tǒng)。實施例5，與實施例3不同的是從壓縮機(jī)(9)引出的天然氣部分(32) 被并入第一級膨脹機(jī)(3)進(jìn)口處，構(gòu)成閉式液化循環(huán)，同時從壓縮機(jī)(9) 引出的天然氣部分(29)被送往特定用戶或總能系統(tǒng)。
按照本發(fā)明，分布式天然氣主要包括但不局限于、邊緣小氣田天然氣、 低產(chǎn)氣井天然氣、油田放空氣、離主產(chǎn)井較遠(yuǎn)分散井口天然氣，煤層氣、油 田伴生氣、石油化工過程氣、石油化工火炬氣、石油化工放空氣等許多富含 甲烷的氣流，對于井口壓力高于管道輸送壓力的天然氣和城市配氣站的天然 氣也包括在內(nèi)。
按照本發(fā)明，膨脹機(jī)由透平膨脹機(jī)、渦流管，或是膨脹機(jī)和渦流管的組 合，這樣上述膨脹機(jī)出口氣流就是由渦流管冷端出口氣流和透平膨脹機(jī)出口 氣流合并而成；同時，渦流管熱端氣流可以用做干法脫硫器的再生氣。透平 膨脹機(jī)可是徑流式或是軸流式機(jī)械。
按照本發(fā)明，多級膨脹的級數(shù)是指最終被液化的那部分天然氣所經(jīng)歷的 膨脹過程的數(shù)目，天然氣膨脹后用作換熱器冷源所需膨脹過程不包括在內(nèi)， 因此上述過程天然氣液化只經(jīng)歷了兩級膨脹。按照本發(fā)明所指的多級膨脹并 非專指兩級膨脹，是包括一級膨脹、兩級膨脹或者更多級的膨脹，當(dāng)然太多 的膨脹級就使得液化裝置繁雜反而抵消了多級膨脹所創(chuàng)造的經(jīng)濟(jì)效果。
按照本發(fā)明，工質(zhì)的混合，最好是壓力相當(dāng)?shù)膬晒苫蚨喙蓺饬鬟M(jìn)行混合， 因此必要時需要增加增壓設(shè)備，提高低壓氣體的壓力，以便順利與高壓氣體 混合；或者采用引射器，用高壓氣體帶動低壓氣體；同時為了更加有利于獲 得低溫天然氣氣體，提高液化率，經(jīng)過增壓的天然氣流需要通過冷卻器降溫。
按照本發(fā)明，根據(jù)本發(fā)明實施場合的自然條件，用于某些冷卻裝置的冷 卻劑可以選用空氣、水、或者是已經(jīng)具有相當(dāng)冷量的冷天然氣、液化天然氣或者氣液兩相的混合物。
按照本發(fā)明，低溫天然氣的冷能梯級利用是指結(jié)合總能系統(tǒng)用低溫天 然氣冷能進(jìn)行如下一種或多種方式的利用，如發(fā)電、制冷、輕烴分離、空氣 分離、低溫破碎、制取干冰等。
本發(fā)明利用通過膨脹機(jī)的天然氣作為液化所需冷卻劑，無需另外準(zhǔn)備冷卻 劑；將渦流管的熱端天然氣流用作干法脫硫器的再生氣體，無需外部熱源； 實現(xiàn)了 LNG蒸氣的循環(huán)液化，并且提高了儲罐安全性；可提高總能系統(tǒng)的能 源利用效率，根據(jù)具體的應(yīng)用場合，主要是通過為總能系統(tǒng)提供冷源或熱源， 或者總能系統(tǒng)中的其他系統(tǒng)為液化系統(tǒng)提供冷源；可回收干法脫硫器中再生 氣攜帶的雜質(zhì)，將再生氣凈化或?qū)㈦s質(zhì)送專業(yè)廠進(jìn)行處理；天然氣液化所需 能量可自給或者用很少的外部能量；工藝簡單、流程短、適應(yīng)性強(qiáng)、設(shè)備成 本低，液化系統(tǒng)可撬裝化。
權(quán)利要求
1、一種考慮總能系統(tǒng)的多級膨脹分布式天然氣液化系統(tǒng)，其特征在于包括與高壓天然氣主氣流相連通的離心分離器(1)，離心分離器(1)依次與預(yù)冷器(2)、第一級重力分離器(10)、第一級膨脹機(jī)(3)、第二級重力分離器(11)、干法脫硫器(12)和低溫冷卻器(4)相連通，低溫冷卻器(4)的出口分為兩路，一路與渦流管(7)相連通，另一路與第二級膨脹機(jī)(6)相連通，渦流管(7)的冷端出口與LNG儲罐里的蒸氣(27)合并后進(jìn)入深冷器(8)后被液化，被存儲在LNG儲罐里，第二級膨脹機(jī)(6)依次與深冷器(8)、低溫冷卻器(4)和預(yù)冷器(2)相連通，從預(yù)冷器(2)引出的工質(zhì)與渦流管(7)的熱端出口工質(zhì)(24)合并進(jìn)入壓縮機(jī)(9)，從壓縮機(jī)(9)引出的天然氣被送往用戶或總能系統(tǒng)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的考慮總能系統(tǒng)的多級膨脹分布式天然氣液化系 統(tǒng)，其特征在于所說的第一級膨脹機(jī)(3)或第二級膨脹機(jī)(6)上還連接 有發(fā)電機(jī)(5)或其它動力設(shè)備。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的考慮總能系統(tǒng)的多級膨脹分布式天然氣液化系 統(tǒng)，其特征在于所說的壓縮機(jī)(9)引出的天然氣并入干法脫硫器(12)出 口構(gòu)成閉式液化循環(huán)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的考慮總能系統(tǒng)的多級膨脹分布式天然氣液化系 統(tǒng)，其特征在于所說的壓縮機(jī)(9)引出的天然氣并入第一級膨脹機(jī)(3) 進(jìn)口構(gòu)成閉式液化循環(huán)。
5、根據(jù)權(quán)利要求1所述的考慮總能系統(tǒng)的多級膨脹分布式天然氣液化系 統(tǒng)，其特征在于干法脫硫器(12)需要的再生氣流由渦流管(7)的熱端出口工質(zhì)(24)分流出的天然氣(33)提供。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的考慮總能系統(tǒng)的多級膨脹分布式天然氣液化系 統(tǒng)，其特征在于所說的高壓天然氣包括本身壓力在1. 0 70. 0MPa的原料氣 或經(jīng)外部裝置加壓的天然氣。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的考慮總能系統(tǒng)的多級膨脹分布式天然氣液化系 統(tǒng)，其特征在于所說的膨脹機(jī)為透平膨脹機(jī)、渦流管或膨脹機(jī)和渦流管的 組合。
全文摘要
一種考慮總能系統(tǒng)的多級膨脹分布式天然氣液化系統(tǒng)，包括與高壓天然氣主氣流相連通的離心分離器，離心分離器依次與預(yù)冷器、第一級重力分離器、第一級膨脹機(jī)、第二級重力分離器、干法脫硫器和低溫冷卻器相連通，低溫冷卻器的出口分為兩路，一路與渦流管相連通，另一路與第二級膨脹機(jī)相連通，渦流管的冷端出口與LNG儲罐里的蒸氣合并后進(jìn)入深冷器后被液化，被存儲在LNG儲罐里，第二級膨脹機(jī)依次與深冷器、低溫冷卻器和預(yù)冷器相連通，從預(yù)冷器引出的工質(zhì)與渦流管的熱端出口工質(zhì)匯合進(jìn)入壓縮機(jī)，從壓縮機(jī)引出的天然氣被送往用戶或總能系統(tǒng)。本發(fā)明系統(tǒng)自產(chǎn)天然氣熱氣提供再生氣，且再生氣可凈化；天然氣液化所需功耗可自給，總能系統(tǒng)能源可綜合利用。
文檔編號F25J3/08GK101539362SQ20091002187
公開日2009年9月23日 申請日期2009年4月3日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月3日
發(fā)明者杰 屈, 林明峰, 王賢鋼, 程代京 申請人:西安交通大學(xué)