CN101508925B - 一种天然气液化工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种天然气液化工艺，该液化工艺包括预处理单元(10)、压缩单元(11)、液化单元(12)、储存单元(1 3)及装车单元(14)，其主要的步骤为：(1)原料天然气首先通过预处理单元(10)将其含有的大颗粒杂质分离并脱去水分；(2)通过预处理单元(10)处理后的天然气进入压缩单元(11)将其压缩至10-25MPa；(3)增压后的天然气进入液化单元(12)将其转换为液体天然气LNG；(4)液态天然气LNG输入储存单元(13)保存；(5)储存单元(13)中的液态天然气LNG经装车单元(14)装车。通过对现有工艺中压缩单元及液化单元的改进有效提高一次性液化率、降低了液化成本。

Description

一种天然气液化工艺

技术领域

本发明属于气体液化***技术领域，具体的说，涉及一种用于天然气液化工艺。

背景技术

目前，天然气液化工艺包括预处理单元10、压缩单元12、液化单元13、储存单元14及装车单元15，其主要的步骤为：

(1)、原料天然气首先通过预处理单元10将其含有的大颗粒杂质分离并脱去水分；

(2)、通过预处理单元10处理后的天然气进入压缩单元12将其压缩至10-25MPa；

(3)、增压后的天然气进入液化单元13将其转换为液体天然气LNG；

(4)、液态天然气LNG输入储存单元14保存；

(5)、储存单元14中的液态天然气LNG经装车单元15装车。

在天然气液化***中包含压缩单元，该压缩单元需要压缩来自及经过冷箱液化后循环利用的两方面气体，使其均达到设计要求再次进入冷箱的压力。而压力与循环气压力的压力大小不同，通常根据压力的不同分别设置两套压缩机，每套压缩机通常需要三级压缩即包含三个压缩气缸，那么两套压缩机就需要6个压缩气缸，同时每套压缩机还需要独立的电机。这种分别压缩的方式使得整个压缩单元体积大、设备成本较高、能耗较大。

另外，液化单元3中的液化循环主要为：阶式制冷循环、混合冷剂制冷循环和膨胀机制冷循环。这些方式多数适用在基地型大处理量液化天然气中，用在日处理·30万立方米天然气以下的情况能耗高，国内日处理30万方天然气多用膨胀机制冷循环。膨胀机制冷循环是指利用高压制冷剂通过透平膨胀机绝热膨胀的克劳德循环制冷实现天然气液化的流程。在该膨胀机制冷循环通常采用氮气、氮一甲烷、天然气作为制冷剂。

在膨胀机制冷循环中送入装置的气流必须全部深度干燥；回流压力低，换热面积大，全液化能耗较高。

膨胀机制冷循环存在着以下不足之处：

1、制冷装置结构复杂、体积大，操作较复杂；

2、制冷设备工作时设备需高速运转，造成***可靠性较差；

3、膨胀机制冷循环的一次液化率较低理论数值在8％-12％之间，通常在9％左右；因此全液化能耗较高。

4、膨胀机制冷循环中天然气所含杂质清除通常是通过排放大量天然气来带走杂质；

5、膨胀机制冷循环中针对原料天然气的压力大小要求一般为设计压力大小的80％-100％之间，工作弹性区间较小。

6、膨胀机制冷循环从启动到正常工作通常需要1-3天。

发明内容

为解决以上技术问题，本发明的目的在于提供日处理30万立方米天然气以下的一种能有效提高一次性液化率、成本低的天然气液化***。

本发明的技术方案如下：

一种天然气液化工艺，该液化工艺包括预处理单元、压缩单元、液化单元、储存单元及装车单元，其主要的步骤为：

(1)、原料天然气首先通过预处理单元将其含有的大颗粒杂质分离并脱去水分；

(2)、通过预处理单元处理后的天然气进入压缩单元将其压缩至10-25MPa；

(3)、增压后的天然气进入液化单元将其转换为液体天然气LNG；

(4)、液态天然气LNG输入储存单元保存；

(5)、储存单元中的液态天然气LNG经装车单元装车。

其特征在于：

所述液化单元包括预冷单元、第一分离罐、第二分离罐、第三分离罐及第四分离罐，所述预冷单元具有原料进气口、混合出口、循环气进口及循环气出口，所述第一分离罐设置在混合出口与循环气进口之间的循环气通路上，在所述混合出口与所述第一分离罐气液混合进口之间的通路上连接有第一引射器，该第一引射器引射端与所述第二分离罐气相端连接；所述第二分离罐的液态天然气进口与第一分离罐的液态天然气出口相连，在所述第二分离罐气液混合进口与所述混合出口之间形成连接通道，该连接通道上设置有第二引射器，该第二引射器的引射端与所述第三分离罐气相端相连；所述第三分离罐的液态天然气进口与所述第二分离罐的液态天然气出口相连，所述第三分离罐的循环气进气口连接到循环气进口与所述第一分离罐循环气出口之间形成的通路上，所述第三分离罐内设置有埋入式换热管，该埋入式换热管将第三分离罐的循环气进气口及第三分离罐的气液混合出口连通，该第三分离罐的气液混合出口连接到所述第四分离罐气液混合进口上；所述第三分离罐及第四分离罐上分别设置有第三分离罐液态天然气排放口及第四分离罐液态天然气出口，其中在第四分离罐的顶部还设置有废气排放口。

所述预处理单元由分离器和酸气处理干燥器组成，所述分离器的出气端与酸气处理干燥器的进气端相连。

所述储存单元采用液态天然气LNG储罐；所述装车单元由液态天然气LNG加气机及集装箱车组成。

所述预冷单元由第一换热器、制冷机预冷器及第二换热器组成，所述第一换热器与第二换热器通过流通管路串接并形成循环通道，所述制冷机预冷器设置在第一换热器与第二换热器之间的进气通路上。

在所述第三分离罐的液态天然气进口与所述第二分离罐的液态天然气出口的相连通道上还设置有液态天然气排放支路，该支路上设置有控制开关。

所述第四分离罐液态天然气出口连接到所述第二分离罐的液态天然气进口与第一分离罐的液态天然气出口的通路上。

在第一分离罐的液态天然气出口、第二分离罐的液态天然气出口、第三分离罐液态天然气排放口及第四分离罐液态天然气出口均连接有事故排放管。

所述压缩单元为联合压缩机，该联合压缩机包括电机、第一气缸、第二气缸、第三气缸及第四气缸，所述四气缸均具有进气端与排气端，且所述四气缸上的活塞连杆套装在与电机相连的主轴承上，所述第一气缸的进气端为原料进气端，该第一气缸的出气端分为两气流支路分别与所述第二气缸的进气端及第三气缸的出气端相连，其中所述第三气缸的进气端为循环气进气端，所述第二气缸的出气端与所述第四气缸的进气端相连；所述第一气缸、第二气缸及第四气缸的出气端设置有冷却器。

所述第一气缸、第二气缸及第三气缸的进出气两端均设置有缓冲罐。

有益效果：

1)、冷箱实现撬装化，结构体积小、安装方便；引射器结构简单、没有运动部件，因此***可靠性高；

2)、操作方便、设备维护量少、操作维护人员少；

3)、液化率很高，一次液化率达33％，氦气和氢气等绝大部分杂质气体通过第四分离罐中的埋入式换热器分离排出；

4)、冷箱的工作弹性大，在设计压力的50％-120％下都能工作。

5)、开停机简单、启动时间到正常工作仅20分钟。

附图说明

图1为本发明的工艺流程图；

图2为本发明中液化单元的原理图；

图3为图2中分离罐的结构示意图；

图4为图2中换热器的结构示意图；

图5为图2中引射器的结构示意图；

图6为本发明中压缩单元的原理图；

图7为本发明中压缩单元的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步说明。

实施例，如图1、2、3、4、5、6、7所示：

1.一种天然气液化工艺，该液化工艺包括预处理单元10、压缩单元11、液化单元12、储存单元13及装车单元14，其主要的步骤为：

1)、原料天然气首先通过预处理单元10将其含有的大颗粒杂质分离并脱去水分；

2)、通过预处理单元10处理后的天然气进入压缩单元11将其压缩至10-25MPa；

3)、增压后的天然气进入液化单元12将其转换为液体天然气LNG；

4)、液态天然气LNG输入储存单元13保存；

5)、储存单元13中的液态天然气LNG经装车单元14装车。

所述液化单元12包括预冷单元1、第一分离罐2、第二分离罐3、第三分离罐4及第四分离罐5，所述预冷单元1具有原料进气口1c、混合出口1a、循环气进口1b及循环气出口1d，所述第一分离罐2设置在混合出口1a与循环气进口1b之间的循环气通路上，在所述混合出口1a与所述第一分离罐气液混合进口2a之间的通路上连接有第一引射器6，该第一引射器引射端6a与所述第二分离罐气相端3a连接；所述第二分离罐的液态天然气进口3c与第一分离罐的液态天然气出口2b相连，在所述第二分离罐气液混合进口3b与所述混合出口1a之间形成连接通道，该连接通道上设置有第二引射器7，该第二引射器7的引射端7a与所述第三分离罐气相端4a相连；所述第三分离罐的液态天然气进口4b与所述第二分离罐的液态天然气出口3d相连，所述第三分离罐的循环气进气口4c连接到循环气进口1b与所述第一分离罐循环气出口2c之间形成的通路上，所述第三分离罐4内设置有埋入式换热管8，该埋入式换热管8将第三分离罐的循环气进气口4c及第三分离罐的气液混合出口4d连通，该第三分离罐的气液混合出口4d连接到所述第四分离罐气液混合进口5a上；所述第三分离罐4及第四分离罐5上分别设置有第三分离罐液态天然气排放口4e及第四分离罐液态天然气出口5b，其中在第四分离罐5的顶部还设置有废气排放口5c。

所述预处理单元10由分离器10a和酸气处理干燥器10b组成，所述分离器10a的出气端与酸气处理干燥器10b的进气端相连。

所述储存单元13采用液态天然气LNG储罐；所述装车单元14由液态天然气LNG加气机14a及集装箱车14b组成。

所述预冷单元1由第一换热器1e、制冷机预冷器1f及第二换热器1g组成，所述第一换热器1e与第二换热器1g通过流通管路串接并形成循环通道，所述制冷机预冷器1f设置在第一换热器1e与第二换热器1g之间的进气通路上。

在所述第三分离罐的液态天然气进口4b与所述第二分离罐的液态天然气出口3d的相连通道上还设置有液态天然气排放支路，该支路上设置有控制开关9。

所述第四分离罐液态天然气出口5b连接到所述第二分离罐的液态天然气进口3c与第一分离罐的液态天然气出口2b的通路上。

在第一分离罐的液态天然气出口2b、第二分离罐的液态天然气出口3d、第三分离罐液态天然气排放口4e及第四分离罐液态天然气出口5b均连接有事故排放管30。

所述压缩单元11为联合压缩机，该联合压缩机包括电机21、第一气缸22、第二气缸23、第三气缸24及第四气缸25，所述四气缸均具有进气端与排气端，且所述四气缸上的活塞连杆29套装在与电机相连的主轴承26上，其特征在于：所述第一气缸22的进气端为原料进气端，该第一气缸22的出气端分为两气流支路分别与所述第二气缸23的进气端及第三气缸24的出气端相连，其中所述第三气缸24的进气端为循环气进气端，所述第二气缸23的出气端与所述第四气缸25的进气端相连；所述第一气缸22、第二气缸23及第四气缸25的出气端设置有冷却器27。

所述第一气缸22、第二气缸23及第三气缸24的进出气两端均设置有缓冲罐28。

本发明中液化单元的工作原理为：

经过压缩单元将天然气压缩到10-20MPa，该天然气从预冷单元的原料进气口进入预冷单元，使压缩气体温度从30℃左右降低至-70℃左右并进入第一引射器的腔室，通过第一引射器的作用使高压气体迅速降温到-120℃左右，压力降低至0.6-1.5Mpa左右后部分液化并进入第一分离罐，未液化的气体则从第一分离罐循环气出口返回预冷单元，利用该返回的较冷气体对进入气体进行换热，以达到换热的作用。未液化的气体回到压缩单元后经过压缩再次进入预冷单元形成一循环过程。

其中，引射器的作用原理是：利用进入腔室的高压气体10-25MPa作为主动流与第二分离罐提供的低压气体0.5-1.0MPa作为被动流混合，低压气体引射高压气体在引射器的腔室内迅速膨胀降温，温度降至-110℃至-130℃左右，压力降至0.6-1.5Mpa，使进入的高压气体部分液化。

储存在第一分离罐的液态天然气会通过与第二分离罐之间的管道流入第二分离罐，而第二分离罐中储存的液态天然气则可通过与第三分离罐之间的管道进入第三分离罐或直接通过排出支路进入储罐。

同样原理：利用第二引射器的引射作用使压缩气体可在第二分离罐中部分直接被液化，液态气体直接排入储罐或进入第三分离罐。

在第三分离罐中设置有埋入式换热管，该埋入式换热管是与前述循环气通道中已经经过第一分离罐流出的未液化的气体可通过开关的控制进入埋入式换热管，由于本身第三分离罐中储备有较冷的液态天然气，且埋入式换热管处于其中，流过该埋入式换热管未被液化的气体在较冷液态天然气的作用下被液化，并进入第四分离罐。而那些需要更冷温度才能被液化的杂质，如氢、氦、氮气则进入第四分离罐并通过废气口排出。

同样在第三分离罐、第四分离管均设置有液态天然气排出口，以便排入储罐。

另外，在四个分离罐的排出口端设置有事故排放管，由开关控制。

本发明中压缩单元的工作原理为：

通常压力为0.6-2.5Mpa循环气通常压力为0.5-1.5Mpa；通过三级压缩达到10-25MPa，经过第一气缸压缩的与经过第三气缸压缩的循环气在进入第二气缸之前混合后进行第二、第三级压缩。

Claims (8)

1.一种天然气液化工艺，该液化工艺包括预处理单元（10）、压缩单元（11）、液化单元（12）、储存单元（13）及装车单元（14），其主要的步骤为：

（1）、原料天然气首先通过预处理单元（10）将其含有的大颗粒杂质分离并脱去水分；

（2）、通过预处理单元（10）处理后的天然气进入压缩单元（11）将其压缩至10-25MPa；

（3）、增压后的天然气进入液化单元（12）将其转换为液体天然气LNG；

（4）、液态天然气LNG输入储存单元（13）保存；

（5）、储存单元（13）中的液态天然气LNG经装车单元（14）装车；其特征在于：

所述液化单元（12）包括预冷单元（1）、第一分离罐（2）、第二分离罐（3）、第三分离罐（4）及第四分离罐（5），所述预冷单元（1）具有原料进气口（1c）、混合出口（la）、循环气进口（lb）及循环气出口（1d），所述第一分离罐（2）设置在混合出口（1a）与循环气进口（1b）之间的循环气通路上，在所述混合出口（la）与所述第一分离罐气液混合进口（2a）之间的通路上连接有第一引射器（6），该第一引射器引射端（6a）与所述第二分离罐气相端（3a）连接；所述第二分离罐的液态天然气进口（3c）与第一分离罐的液态天然气出口（2b)相连，在所述第二分离罐气液混合进口（3b）与所述混合出口（1a）之间形成连接通道，该连接通道上设置有第二引射器（7），该第二引射器（7）的引射端（7a）与所述第三分离罐气相端（4a）相连；所述第三分离罐的液态天然气进口（4b）与所述第二分离罐的液态天然气出口（3d）相连，所述第三分离罐的循环气进气口（4c）连接到循环气进口（1b）与所述第一分离罐循环气出口（2c）之间形成的通路上，所述第三分离罐（4）内设置有埋入式换热管（8），该埋入式换热管（8）将第三分离罐的循环气进气口（4c）及第三分离罐的气液混合出口（4d）连通，该第三分离罐的气液混合出口（4d）连接到所述第四分离罐气液混合进口（5a）上；所述第三分离罐（4）及第四分离罐（5）上分别设置有第三分离罐液态天然气排放口（4e）及第四分离罐液态天然气出口（5b）,其中在第四分离罐（5）的顶部还设置有废气排放口（5c）；所述压缩单元（11）为联合压缩机，该联合压缩机包括电机（21）、第一气缸（22）、第二气缸（23）、第三气缸（24）及第四气缸（25），所述四气缸均具有进气端与排气端，且所述四气缸上的活塞连杆（29）套装在与电机相连的主轴承（26）上，所述第一气缸（22）的进气端为原料进气端，该第一气缸（22）的出气端分为两气流支路分别与所述第二气缸（23）的进气端及第三气缸（24）的出气端相连，其中所述第三气缸（24）的进气端为循环气进气端，所述第二气缸（23）的出气端与所述第四气缸（25）的进气端相连；所述第一气缸（22）、第二气缸(23）及第四气缸（25）的出气端设置有冷却器（27）。

2.根据权利要求1所述的一种天然气液化工艺，其特征在于：所述预处理单元（10）由分离器（10a）和酸气处理干燥器（10b）组成，所述分离器（10a)的出气端与酸气处理干燥器（10b）的进气端相连。

3.根据权利要求1所述的一种天然气液化工艺，其特征在于：所述储存单元（13）采用液态天然气LNG储罐；所述装车单元（14）由液态天然气LNG加气机（14a）及集装箱车（14b）组成。

4.根据权利要求1所述的一种天然气液化工艺，其特征在于：所述预冷单元（1）由第一换热器（le）、制冷机预冷器（1f）及第二换热器（1g）组成，所述第一换热器（le）与第二换热器（1g）通过流通管路串接并形成循环通道，所述制冷机预冷器（1f）设置在第一换热器（le）与第二换热器（1g）之间的进气通路上。

5.根据权利要求1所述的一种天然气液化工艺，其特征在于：在所述第三分离罐的液态天然气进口（4b）与所述第二分离罐的液态天然气出口（3d）的相连通道上还设置有液态天然气排放支路，该支路上设置有控制开关（9）。

6.根据权利要求1所述的一种天然气液化工艺，其特征在于：所述第四分离罐液态天然气出口（5b）连接到所述第二分离罐的液态天然气进口（3c）与第一分离罐的液态天然气出口（2b）的通路上。

7.根据权利要求1所述的一种天然气液化工艺，其特征在于：在第一分离罐的液态天然气出口（2b）、第二分离罐的液态天然气出口（3d）、第三分离罐液态天然气排放口（4e）及第四分离罐液态天然气出口（5b）均连接有事故排放管（30）。

8.根据权利要求1所述的一种天然气液化工艺，其特征在于：所述第一气缸（22）、第二气缸（23）及第三气缸（24）的进出气两端均设置有缓冲罐（28）。

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