專利名稱：一種多級節(jié)流的天然氣液化裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于制冷與低溫技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及到一種多級節(jié)流的天然氣液化裝置。
天燃氣的主要成份是甲烷，它與天燃氣中少量的丙烷、丁烷不同，不能在常溫下加壓變成液體，只能用低溫、制冷的方法將其液化。天然氣液化以后，其體積可以縮小六百多倍。因此液化以后運輸，可以大大降低運輸成本?，F(xiàn)有的天然氣的液化裝置中，大型裝置(或稱基本負荷型)主要采用復疊式制冷的天然氣液化裝置和采用混合制冷劑制冷的天然氣液化裝置，這兩種裝置的特點是產(chǎn)量大、能耗較低，但機組龐大、設(shè)備復雜，操作維修都不方便，中小型的天然氣液化裝置主要有利用天然氣主管道和支管道的壓差，采用膨脹機將天然氣膨脹制冷的液化裝置，這種裝置結(jié)構(gòu)簡單，由于利用了天然氣本身的壓力，所以幾乎不需要消耗電能，但產(chǎn)液率比較低，通常為10％左右。同時，帶液的天然氣膨脹機的制造也比較困難。另外，還有氮氣膨脹或氮氣加甲烷混合膨脹的液化裝置，這種裝置和大型裝置一樣，可以把絕大部分進入裝置的天然氣冷凝為液體，只是產(chǎn)液量少些，結(jié)構(gòu)比大型裝置簡單，其缺點是能耗比較高。在實際上，許多天然氣的氣井壓力是很高的，常常在15～20MPa，而外輸管道的壓力則大部分只有1-3MPa，利用這種壓力差來制冷使天然氣液化，不僅不需要消耗額外的電能，而且因為壓差大，液化率也會比較大。但是，也正因為壓差大，直接采用膨脹機是有困難的，因此還沒有這種天然氣液化裝置。
本實用新型的目的就是要提供一種多級節(jié)流的天燃氣液化裝置，它是利用天然氣井口壓力來制冷使天然氣液化的裝置，它不僅能耗低，產(chǎn)液率高，而且結(jié)構(gòu)更為簡單。
本實用新型包括液體泵、水化物抑制劑再生裝置和液化器主冷箱，其特征在于，液體泵的出口用管道與主冷箱進氣閥的入口相連接，進氣閥的出口端與液化器主冷箱中的第一熱交換器的熱端入口相連接，液體泵的輸入端用管道與水化物抑制劑再生裝置的出口端相連接，水化物抑制劑再生裝置的入口通過管道和閥門與液化器主冷箱中的第一氣液分離器的液體出口管相連，在液體泵的出口端經(jīng)過一閥門接有一從井口出來的高壓天然氣入口管；所述的液化器主冷箱包括，第一熱交換器，第一熱交換器用管道通過節(jié)流閥與第一氣液分離器相連接，第一氣熱分離器同時分別與水化物抑制劑再生裝置和第二熱交換器相連接，第二熱交換器又分別通過節(jié)流閥分別與第二、第三氣液分離器相連接，第二、第三氣液分離器氣體出口端分別通過閥門相接后，再接到第二、第一熱分離器的回氣口，并引出第二排氣管，第二、第三氣液分離器的液體出口管分別通過閥門連接第三、第四級熱交換器。第三、第四熱交換器又分別通過節(jié)流閥與第四、第五氣液分離器的入口相連接，第四、第五氣液分離器液體出口管又分別通過閥門與液體輸出閥相連接，第四、第五氣液分離器的氣體出口管又分別通過閥門接入到第三、第四熱交換器的回氣口，從第三、第四熱交換器熱端出來后匯成一根管路串接到第二、第一熱交換器，并引出第一排氣管；其中串接在第一、第二熱交換器之間的第一、第二排氣管中的第一排氣管通過一節(jié)流閥接入到第一、第二熱交換器之間的第二排氣管上，形成一個出口；其中在第一、第二熱交換器的中間，與串接的第一排氣管上接有一管路，并在該管路上串接有一節(jié)流閥；其中在第一、第二熱交換器的中間，與其串接的第一、第二排氣管之間加裝接有一個膨脹機，膨漲機的兩端與第一第二排氣管相連接；其中在第一熱交換器的前端加裝并串接一第五熱交換器，并與第一、第二排氣管串接，第一熱交換器和第五熱交換器之間的入氣管上接有一氨制冷機的出口端，氨制冷機的另一端與從井口出來的高壓天然氣入口管相連接；其中，在液化器主冷箱中填充有保溫材料，保溫材料為珠光砂。
為進一步了解本實用新型的特征及功效，
以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型作進一步的說明，其中


圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本實用新型第二實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3為本實用新型第三實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4為本實用新型第四實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5為本實用新型第五實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
首先請參閱
圖1，為本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。從井口出來的高壓天然氣在去除了油水等液體以后，通過高壓管道與液化器主冷箱3的進氣閥316連接，天然氣在進入液化器主冷箱之前，先由接在高壓管上的液體泵1向高壓天然氣管道中加入水化物抑制劑(也稱有機防凍劑，常用的有乙二醇、甲醇、二甘醇等)。加入水化物抑制劑的數(shù)量由天然氣的流量和飽合含水量計算確定。添加了水化物抑制劑的高壓天然氣通過進氣閥316進入液化器主冷箱3中的第一熱交換器31，第一熱交換器31的高壓天然氣出口管與節(jié)流閥32的進口管連接，節(jié)流閥32的出口與第一氣液分離器33相連接。高壓天然氣在第一熱交換器31中被返回的冷天然氣冷卻，然后又通過節(jié)流閥32節(jié)流到一中間壓力(例如5-6MPa)，再進入第一氣液分離器33中把水化物抑制劑的溶液分離出來，溶液從第一氣液分離器33的下部液體出口管流出，進入水化物抑制劑再生裝置2，水化物抑制劑溶液在水化物抑制劑再生裝置2中再生，再由液體泵1泵入高壓管道使用。水蒸氣則從水化物抑制劑再生裝置2的頂部放出。脫水以后的天然氣通過第一氣液分離器33頂部的排氣管再通過第二換熱器34到達節(jié)流閥35和節(jié)流閥36。從結(jié)流閥35和36開始，氣液分離器、節(jié)流閥、熱交換器都用了兩組，即節(jié)流閥35、第二氣液分離器37、閥門351、371第三熱交換器39、節(jié)流閥311、第四氣液分離器313閥門341、361為一組，節(jié)流閥36、第三氣液分離器38、閥門361、381，第四熱交換器310、節(jié)流閥312、第五氣液分離器314閥門312、351為一組，這樣做的目的是，兩組輪流工作，當一組在工作時，天燃氣中的二氧化碳和未去除干凈的水份會逐漸凍結(jié)在設(shè)備的管道中，如造成阻力過大就換用另一組工作，而凍結(jié)的這一組設(shè)備只需減壓，并用低壓的冷天然氣吹除即可，不需要升溫，再切換使用時，設(shè)備已經(jīng)是冷凍態(tài)，不需要預冷了，在從一組轉(zhuǎn)換到另一組工作時，只需分別控制兩組閥門的閥門開啟或關(guān)閉即可。這樣整個液化設(shè)備就可以連續(xù)工作。
現(xiàn)在按一組工作來進一步說明本裝置的工作過程高壓干燥的天然氣通過節(jié)流閥35節(jié)流，壓力降低為較低壓力(例如3-4MPa)，溫度也進一步下降，進入第二氣液分離器37，其中一部分將變成液體，從第二氣液分離器37的下部液體出口通過閥門371進入第三熱交換器39，另一部分為低溫的氣體天然氣則反流通過閥門351再經(jīng)過第二熱交換器34和第一熱交換器31來冷卻高壓的天然氣，最后從第一熱交換器31流出后進入第二排氣管道332。進入第三熱交換器39的液體天然氣溫度進一步降低，從第三熱交換器39出來到達節(jié)流閥311，再節(jié)流，壓力變得更低(例如0.5-1MPa)，進入天燃氣的低壓的兩相區(qū)，大部分將仍是液體，從第四氣液分離器313的下面液體出口出來，經(jīng)過閥門361和輸液閥315輸出液體天然氣產(chǎn)品，還有一部分是冷天然氣，則從第四氣液分離器313的上部氣體出口出去返流通過閥門341經(jīng)過第三熱交換器39用以冷卻正流的液體天然氣，返流氣從第三熱交換器39熱端出來后，再進入第二熱交換器34和第一熱交換器31參與冷卻高壓的天然氣，溫度回到常溫后，從第一熱交換器31上的第一排氣管342輸出。
這種天然氣液化裝置的特點在于其液化器主冷箱由換熱器、氣液分離器和多個處于不同溫區(qū)的節(jié)流閥組成，沒有運動部件，因此能夠長期可靠地運行，此外，由第一換熱器31、節(jié)流閥32、低溫第一氣液分離器33、再生裝置2、液體泵1組成的天然氣低溫脫水的裝置，比常規(guī)的、龐大的溶劑吸收塔或者固體床吸附塔都要簡單得多，能顯著地節(jié)省設(shè)備投資和運行費用，由兩組低溫換熱器、節(jié)流閥和氣液分離器組成的裝置用來凍結(jié)和去除二氧化碳，也比堿洗塔或固體床吸附塔去除二氧化碳的裝置節(jié)省投資和運行費用。
圖1所示的裝置中，除生產(chǎn)液化天然氣產(chǎn)品外，還有兩種低壓的天然氣從第一、第二排氣管輸出，進入管道。一種壓力略高些(例如有3-4MPa)，另一種壓力低些(例如有0.5-1MPa)，如果只要求一種壓力的天然氣輸出，只需在裝置中增加一個節(jié)流閥即可，見圖2為本實用新型的第二實施例。圖2的液化器主冷箱中，經(jīng)過節(jié)流閥35(或36)節(jié)流后的氣體，通過第二換熱器34以后，不直接進入第一熱交換器31的下端，而是通過閥門318節(jié)流后進入低壓的返流氣的管道，匯合以后一起進入第一熱交換器31，并從其上的排氣管342輸出。輸出氣體壓力的高低是由外輸管道的壓力確定的，如果管道壓力是1MPa，則節(jié)流閥311(或312)以后的壓力應該比1MPa略高一些，而節(jié)流閥35(或36)以后的壓力則應該在3-4MPa，經(jīng)節(jié)流閥318后再變?yōu)楸?MPa略高的壓力。裝置中換熱器的大小，氣體壓力和流量的分配都可以用常規(guī)的熱平衡計算得出。
圖3表示了本實用新型的第三種結(jié)構(gòu)。當幾口井壓力不同，有的在10-15MPa以上，有的不到10MPa時，則低于10MPa的天然氣仍可以參加預冷，以提高10-15MPa以上的高壓天然氣的產(chǎn)液率，圖3中，增加了一個節(jié)流閥319，壓力低于10MPa的天然氣通過節(jié)流閥319，壓力和溫度下降，再和返流的冷天然氣匯合，從下面進入第一熱交換器31用來冷卻高壓的天然氣。
為了進一步提高本實用新型的產(chǎn)液率，還可以在裝置中增加一臺透平膨脹機320。如圖4所示，為本實用新型的第四實施例。其特別之處是膨脹機320放在節(jié)流閥的后面，通過節(jié)流閥35(或36)和氣液分離器37(或38)的較低壓力的冷天然氣經(jīng)過第二熱交換器34以后不直接返流進入第一熱交換器31，其中一部分(也可以是全部)是在通過膨脹機320膨脹后，壓力、溫度都進一步降低再與低溫低壓的返流天然氣匯合，進入第一換熱器31，用來冷卻高壓的天然氣。這種結(jié)構(gòu)，增加了一臺運行設(shè)備，但提高了產(chǎn)液率。
圖5表示了本實用新型的另一種變形，為本實用新型的第五實施例。在本裝置中增加了一臺氨制冷機4和一個第五熱交換器321，井口來的高壓天然氣分出一個支管與氨制冷機4的蒸發(fā)換熱器連接，讓一部分天然氣先被氨制冷機4冷卻，另一部分在第五熱交換器321中被返流的冷天然氣冷卻，然后匯合在一起進入第一熱交換器31，這樣就降低了高壓天然氣進入第一熱交換器31時的溫度，使產(chǎn)液率又有顯著提高。其缺點是增加了運行設(shè)備，增加了投資，并且要消耗電能，但從總體計算來看，經(jīng)濟效益會更好些。
本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有明顯的經(jīng)濟效益和社會效益，其不僅結(jié)構(gòu)簡單，而且具有投資少和產(chǎn)液率高的優(yōu)點。
權(quán)利要求1．一種多級節(jié)流的天然氣液化裝置，其中包括液化器主冷箱、液體泵和水化物抑制劑再生裝置，其特征在于，液體泵的出口端用管道與進氣閥的入口相連接，進氣閥的出口與液化器主冷箱中的第一熱交換器的入口端相連接，液體泵的輸入端用管道與水化物抑制劑再生裝置的出口端相連接，水化物抑制劑再生裝置的入口通過管道和閥門與液化器主冷箱中的第一熱交換器的下端相連，在液體泵的出口端經(jīng)過一閥門接有一從井口出來的高壓天然氣入口管，其次液化器主冷箱為多級節(jié)流結(jié)構(gòu)。
2．按權(quán)利要求1所述的一種多級節(jié)流的天然氣液化裝置，其特征在于，所述的液化器主冷箱包括，第一熱交換器，第一熱交換器用管道通過節(jié)流閥與第一氣液分離器相連接，第一氣液分離器同時分別與水化物抑制劑再生裝置和第二熱交換器相連接，第二熱交換器又分別通過節(jié)流閥分別與第二、第三氣液分離器相連接，第二、第三氣液分離器上端分別通過閥門相接后，串入到第二、第一熱交換器中，并引出第二排氣管，第二、第三氣液分離罩的液體出口管分別通過閥門連結(jié)第三、第四熱交換器，第三、第四熱交換器分別通過節(jié)流閥與第四、第五氣液分離器的入口相連接，第四、第五氣液分離器又分別通過閥門與液體輸出閥相連接，第四、第五氣液分離器的上端又分別通過閥門接入到第三、第四熱交換器，從第三、第四熱交換器出來后匯成一根管路串接到第二、第一熱交換器，并引出第一排氣管。
3．按權(quán)利要求1所述的一種多級節(jié)流的天然氣液化裝置，其特征在于，其中串接在第一、第二熱交換器之間的第一、第二排氣管中的第一排氣管通過一節(jié)流閥接入到第一、第二熱交換器之間的與第二排氣管上，形成一個出口。
4．按權(quán)利要求1所述的一種多級節(jié)流的天然氣液化裝置，其特征在于，其中在第一、第二熱交換器的中間，與串接的第一排氣管上接有一管路，并在該管路上串接有一節(jié)流閥。
5．按權(quán)利要求1所述的一種多級節(jié)流的天然氣液化裝置，其特征在于，其中在第一、第二熱交換器的中間，與其串接的第一、第二排氣管之間加裝接有一個膨脹機，膨脹機的兩端與第一、第二排氣管相連接。
專利摘要本實用新型提供了一種多級節(jié)流的天然氣液化裝置,其中包括液化器主冷箱、液體泵和水化物抑制劑再生裝置;在液體泵的出口用管道與進氣閥的入口相連接,進氣閥的出口端與液化器主冷箱中的第一熱交換器相連接,液體泵用管道與水化物抑制劑再生裝置相連接,水化物抑制劑再生裝置與液化器主冷箱中的第一熱交換器相連接,在液體泵的出口經(jīng)一閥門接有一從井口出來的高壓天然氣入口管,本實用新型具有結(jié)構(gòu)簡單和經(jīng)濟效益高等優(yōu)點。
文檔編號F25J1/00GK2315506SQ9724348
公開日1999年4月21日 申請日期1997年10月27日 優(yōu)先權(quán)日1997年10月27日
發(fā)明者楊克劍 申請人:中國科學院低溫技術(shù)實驗中心