本發(fā)明屬于液化天然氣生產技術領域，具體涉及一種甲烷-丙烷聯合液化及汽化裝置。

背景技術：

隨著天然氣開發(fā)技術的成熟，其消費量逐步上升，由于資源分布的不均衡，帶動了液化天然氣工業(yè)的發(fā)展。液化天然氣是將天然氣經過凈化處理(脫水、脫重烴、脫酸性氣體)后，采用制冷工藝降低溫度，冷卻至其沸點(-162℃)溫度后變成液體，通常液化天然氣儲存在-162℃、0.1mpa左右的低溫儲存罐內。其主要成分為甲烷，用專用船或油罐車運輸，使用時重新汽化。

丙烷是液化石油氣的主要成分，也是一種重要的工業(yè)原料，市場需求巨大。丙烷通常采用常溫壓縮工藝進行液化。

甲烷沸點低，相對丙烷液化工藝更為復雜。lng液化工藝技術歷經半個多世紀的發(fā)展，按流程關鍵特性劃分，大體可分為混合制冷劑流程、級聯流程和膨脹流程三類。由于膨脹流程效率低，不宜用作基本負荷型液化天然氣流程，因此在基本負荷型天然氣液化工藝中主要側重于混合制冷劑流程和級聯流程?；旌现评鋭┝鞒讨饕校?1)smr：單混合制冷劑流程；(2)c3mr：丙烷預冷混合制冷劑流程；(3)dmr：雙混合制冷劑流程；(4)ap-xtm：c3mr+n2膨脹流程；(5)mfc：混合制冷劑級聯流程；(6)pmr：并聯混合制冷劑流程。級聯流程有經典級聯流程和康菲優(yōu)化級聯流程。

根據氣液相平衡理論，液化天然氣必須冷卻到-162℃才能在常壓下儲存和運輸，因此常規(guī)的天然氣液化工藝必須將原料氣冷卻到-162℃，由于制冷溫度非常低，需要消耗大量的冷量，同時對制冷裝置以及儲存和運輸裝備的耐低溫性能都提出了更高的要求。

傳統(tǒng)甲烷和丙烷液化及儲存運輸分別采用各自的工藝技術進行，為了克服當前技術的缺陷，本發(fā)明提出了一種甲烷-丙烷聯合液化和汽化裝置，通過將天然氣原料氣和丙烷按照一定比例混合，進行聯合液化，從而提高天然氣液化溫度，從而降低液化過程能量消耗，降低對設備材質的要求，并且能夠更經濟安全的儲存和運輸。

技術實現要素：

一種甲烷-丙烷聯合液化裝置，主要包括：脫水模塊、凈化模塊、丙烷供應模塊、氣體混合器、制冷模塊、液化氣生產儲罐，脫水模塊、凈化模塊、氣體混合器通過管道依次相連，丙烷供應模塊亦通過管道與氣體混合器相連，氣體混合器的出口通過管道與制冷模塊相連，制冷模塊出口與液化氣生產儲罐入口相連。

一種甲烷-丙烷聯合汽化裝置，主要包括：液化氣用戶儲罐、汽化器、氣液分離器以及丙烷卸載泵，液化氣用戶儲罐、汽化器、氣液分離器通過管道依次相連，氣液分離器頂部安裝有甲烷外輸管線，氣液分離器底部安裝有丙烷外輸管線，丙烷卸載泵安裝在丙烷外輸管線上。

所述的凈化模塊與氣體混合器相連的管道上安裝有天然氣流量調節(jié)閥和天然氣流量計；所述的丙烷供應模塊與氣體混合器相連的管道上布置有丙烷流量調節(jié)閥和丙烷流量計。

與現有技術相比，本發(fā)明具有如下有益效果：

(1)提高了天然氣液化溫度，降低了制冷能耗；

(2)提高了液化氣儲存和輸送溫度，降低了對設備抗低溫性能的要求；

(3)實現了液態(tài)天然氣、液態(tài)丙烷聯合液化和輸送，提高了綜合經濟效益。

附圖說明

圖1為甲烷-丙烷聯合液化工藝流程示意圖；

圖2為甲烷-丙烷混合物液化溫度隨丙烷含量變化關系圖；

圖3為甲烷-丙烷聯合汽化工藝流程示意圖。

圖中：1-脫水模塊；2-凈化模塊；3-丙烷供應模塊；4-氣體混合器；5-制冷模塊；6-液化氣生產儲罐；7-天然氣流量調節(jié)閥；8-天然氣流量計；9-丙烷流量調節(jié)閥；10-丙烷流量計；11-液化氣用戶儲罐；12-汽化器；13-氣液分離器；14-丙烷卸載泵；15-甲烷外輸管線；16-丙烷外輸管線。

具體實施方式

如圖1所示，一種甲烷-丙烷聯合液化裝置主要包括：脫水模塊1、凈化模塊2、丙烷供應模塊3、氣體混合器4、制冷模塊5、液化氣生產儲罐6，脫水模塊1、凈化模塊2、氣體混合器4通過管道依次相連，丙烷供應模塊3亦通過管道與氣體混合器4相連，氣體混合器4的出口通過管道與制冷模塊5相連，制冷模塊5出口與液化氣生產儲罐6入口相連。

一種甲烷-丙烷聯合汽化裝置，主要包括：液化氣用戶儲罐11、汽化器12、氣液分離器13以及丙烷卸載泵14，液化氣用戶儲罐11、汽化器12、氣液分離器13通過管道依次相連，氣液分離器13頂部安裝有甲烷外輸管線15，氣液分離器13底部安裝有用丙烷外輸管線16，丙烷卸載泵14安裝在丙烷外輸管線16上。

所述的凈化模塊2與氣體混合器4之間管道上安裝有天然氣流量調節(jié)閥7和天然氣流量計8；所述的丙烷供應模塊3與氣體混合器4相連的管道上布置有丙烷流量調節(jié)閥9和丙烷流量計10。

天然氣原料氣進入脫水模塊1分離出水和重烴，滿足天然氣水露點和烴露點要求，隨后脫水天然氣在凈化模塊2中脫除硫化氫、二氧化碳等酸性氣體，凈化模塊2出口得到以甲烷為主要成分的凈化天然氣；隨后凈化天然氣通過調節(jié)閥7調節(jié)流量，經天然氣流量計8計量流量后進入氣體混合器4。來自丙烷供應模塊3的丙烷經丙烷流量調節(jié)閥9調節(jié)流量和丙烷流量計10計量流量后也進入氣體混合器4。天然氣和丙烷混合氣隨后進入制冷模塊5進行降溫液化，生產出的液化氣在液化氣生產儲罐6中儲存。液化氣生產儲罐6中的液態(tài)甲烷和丙烷可通過液化氣運輸船進行遠距離輸送。

如圖2為甲烷-丙烷混合氣液化溫度隨丙烷摩爾濃度變化關系，從圖2中可以看到，如果丙烷含量為0，即純甲烷在常壓下的液化溫度接近-162℃，而隨著丙烷含量的增加，甲烷-丙烷混合氣體的液化溫度逐漸的增加，當丙烷摩爾濃度達到50％時，液化溫度為-154℃，與純甲烷相比液化溫度提升了近8℃。這表明通過向甲烷氣體中加注一定比例的丙烷能有效提高天然氣液化溫度，從而在制冷液化過程中少消耗大量的冷能。同時，在液化氣儲存和運輸過程中，由于溫度高于純甲烷液化溫度，對液化氣儲罐、液化氣運輸船的材質和保冷要求相應降低，儲存和輸送也更為安全。

當輸送液化甲烷和丙烷的液化氣運輸船達到目的地后，液化氣運輸船將所輸送的甲烷-丙烷液態(tài)混合物卸載到液化氣用戶儲罐11，隨后液化氣用戶儲罐11中的液態(tài)甲烷和丙烷混合物通過管線進入汽化器12。由于丙烷和天然氣沸點不同，汽化溫度不同，在汽化器12內隨著溫度升高，甲烷首先汽化?？刂破?2的溫度，保持天然氣處于汽化狀態(tài)，而丙烷處于液態(tài)，隨后汽化的氣液混合物進入氣液分離器13，氣態(tài)的天然氣通過安裝在分離器頂部的甲烷外輸管線15提供給用戶，而分離器底部的液態(tài)丙烷，則通過安裝在丙烷外輸管線16上的丙烷卸載泵14提供給丙烷用戶。

根據氣液相平衡原理，若天然氣中加入更重的烴類后其液化溫度將升高。本發(fā)明以此為啟發(fā)，從改變天然氣組成入手，將一定量的丙烷加入天然氣中形成天然氣丙烷混合氣，從而提高液化溫度，使天然氣在更高溫度下儲存和運輸。本發(fā)明在天然氣液化、儲存和輸送過程中，能大量節(jié)省制冷能耗，降低材質抗低溫要求，具有廣闊的應用前景。

技術特征：

技術總結
甲烷?丙烷聯合液化裝置主要由脫水模塊、凈化模塊、丙烷供應模塊、氣體混合器、制冷模塊、液化氣生產儲罐組成；甲烷?丙烷聯合汽化裝置主要由液化氣用戶儲罐、汽化器，氣液分離器以及丙烷卸載泵組成。本發(fā)明通過將天然氣原料氣和丙烷按照一定比例混合后聯合液化，提高了天然氣液化溫度，從而減少了液化過程能量消耗，降低了對設備材質的抗低溫要求，并且能夠更經濟安全的儲運和運輸。

技術研發(fā)人員：梁法春;陳婧;韓璐媛;王驊鐘;劉德緒;龔金海;王曉霖
受保護的技術使用者：中國石油大學（華東）
技術研發(fā)日：2017.03.27
技術公布日：2017.07.14