[实用新型]一种天然气液化的装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及燃气的液化装置，尤其涉及对甲烷含量在90％以上的煤层气、低产量气井所生产的天然气进行液化的装置。

背景技术

煤层气(也称瓦斯气)的组份中包括了以甲烷为主的烷烃类可燃气体。从气井中开采出的天然气也是以甲烷为主的烷烃类可燃气体。故在本案中，把两者统一称为天然气。

其中，煤层中的天然气是煤矿发生瓦斯爆炸、造成矿难的元凶。防止瓦斯爆炸的办法之一是，在煤层开采前通过钻入煤层内的集气管道先将天然气抽出。抽出的天然气都用于附近居民的日常生活。但在抽出的天然气过多、附近居民用不完时，就不得不将这些用不完的天然气直接排放、或让其在大气中燃烧掉。这样，不但造成了极大的浪费，而且还影响到了环境。如能将这些煤层气液化为液体天然气(LNG)，用槽车运送到临近的城市，在供气站中汽化后，再供给民用或给汽车加气将不失为一个较为可行的方案。在五、六十年代，国外早已有了天然气液化装置，我国也已经引进了几台。目前、由国内深冷行业和科研院校自主研发、也已生产出多台了。从液化流程方面讲，上述的现有装置大多采用多级压缩的级联方式，即采用氟利昂、丙烷、乙烷、氮气等制冷剂各自独立的循环。为尽可能地回收可回收的能量，其系统中还使用了膨胀机作为节流装置来回收能量。另外，无论以上那一种液化装置，其换热装置全都采用了铝制板翅式高效换热器。

然而，由于国外的天然气液化装置的日产量均在几十万～几百万Nm³之间，国内自主研发的天然气液化装置的日产量也不低于50000Nm³。而单组煤层气井的产量一般都不大，通常仅在5000～20000Nm³/日之间。因此，无论是引进国外的，或是购买国内自主研发的，不但对单组煤层中的天然气液化显得过大，而且运行成本也十分高昂。另外，各地在天然气钻探过程中，因日产量过低而基本无开采价值的废弃井也为数不少(在重庆范围内就有200～300口左右)。同样也需要适合其相应产气量的天然气液化装置，以使这些废弃井得到利用。但是，目前在国内外均没有适合其日产量小于50000Nm³的、运行成本低廉的天然气液化装置。原因是目前的这些各自独立制冷剂循环的液体装置、需要多台压缩机、多股气流进行换热，从投资、加工工艺、以及运行管理方面均不适合小型装置。

在理论上讲，只用单台压缩机来压缩全混合制冷剂的天然气液化方法是可行的。但到目前为止，还仅仅停留在理论探讨上，至今还没有一个真正实施的实用装置。

实用新型内容

本实用新型的第一目的是，提供一种适合于小产气量(日产量小于50000Nm³)的小型天然气液化装置。

本实用新型的第二目的是，提供一种成本低廉的、能够在小型天然气液化装置中监测与调整混合制冷剂比例的装置结构。

为达到本实用新型的第一目的，提供这样一种天然气液化的装置。在该装置中，压缩机仅有一台，通过这一台压缩机来压缩的是除去了杂质的原料天然气和由丙烷、乙烯、甲烷混合而成的循环制冷剂；其中，丙烷、乙烯和甲烷的重量混合比为1.76∶1.27∶1.0(特别说明：天然气本身就是以甲烷含量为主的烷烃类可燃气体，本实用新型把甲烷单独提出来与天然气区别表述，是因为这部分甲烷在制备液化天然气的过程中是拿来作为制冷剂利用、且最终并不与液化天然气一道储存和外运的，而是作为回流返回压缩机)。

在该压缩机之后依次连接的设备包括：

冷却从压缩机输出的高温高压混合气体的第一个后冷却器；

把从原料天然气中带来的、经冷却而凝结为液体的重烃组份从该混合气体中分离开、并把该重烃组份从其底部排除、把该混合气体从其顶部输出的一个重烃分离箱；

对除去了重烃组份的混合气体进行冷却，以得到带有液态丙烷的气液两相流的第二个后冷却器；

把液态丙烷从它所在的气液两相流中分离出来的一个重力式的丙烷液体分离箱——分离出的液态丙烷从该丙烷液体分离箱的底部输出，余下的混合气体从该丙烷液体分离箱的顶部输出；

一个让分离了丙烷的余下混合气体在其壳体上部进入其壳体空间内设置的盘形换热管中进一步冷却、以得到带有液态乙烯的气液两相流，同时让液态丙烷通过与丙烷液体分离箱底部相通的一个节流阀节流降压后、在其壳体中部通过若干个喷嘴进入其壳体空间内按照保持混合比而需返回丙烷气的量蒸发，并在把蒸发得到的丙烷气回送到压缩机中去之前，先作为制冷剂来冷却该盘形换热管中的混合气体的丙烷冷却器；