[发明专利]天然气液化装置及液化流程

说明书

技术领域

本发明涉及气体的压缩和液化，更具体地涉及通过膨胀制冷将天然气液化的装置及流程。

背景技术

天然气是汽油和柴油等燃料的一种已知替代品。人们已经在开发天然气作为替代燃料以克服汽油和柴油包括生产成本和使用后排放等各种缺点方面做出了很多努力。本领域已知天然气是一种比其他燃料更清洁的燃料，也比汽油或柴油更安全，因为天然气会上升到空气中并散逸，而不是沉降。为了用作替代燃料，天然气通常被转化成压缩天然气或液化天然气，便于在使用前进行储存和运输。

当前中国经济持续快速的发展势头仍在继续，但是为保障经济的能源动力却极度紧缺。在国际石油价格节节升高的情势之下，中国的能源危机越发显得严重。中国的能源结构以煤炭为主，石油、天然气只占到很小的比例，远远低于世界平均水平。随着国家对能源需求的不断增长，液化天然气产品将对优化中国的能源结构，有效解决能源供应安全、生态环境保护的双重问题，实现经济和社会的可持续发展发挥重要作用。

随着我国“西气东输”“海气上岸”“进口液化天然气”等工程的实施，中国对液化天然气产业的发展越来越重视。作为天然气下游主要用户之一的城市燃气用户，其用气负荷波动量非常大，每天面临气源调峰的压力。因此，各城市燃气企业均需投巨资建设一些调峰设施。目前，天然气液化装置的工艺路线主要有阶式制冷工艺、混合制冷工艺和膨胀制冷工艺三种。阶式制冷工艺和混合制冷工艺其天然气液化所需的冷量都是通过制冷剂的制冷循环来提供，而膨胀制冷工艺则是利用原料天然气的压力能对外做功来提供所需的冷量。

目前，国内外有很多膨胀制冷的天然气液化技术，如美国专利US6023942、US6209350、US6449982、US6378330等，但这些专利所公开的技术都存在一些不足，不太适合在城市天然气接收门站或调压站使用。例如美国专利US6023942和US6209350，其揭示的天然气液化流程较复杂，需要的投资也很大；美国专利US6449982在天然气液化的过程中需要外界提供冷量来冷却原料气，操作费用较高；美国专利US6378330揭示的天然气液化过程中的冷量没有充分利用，降低了装置的液化率。

发明内容

本发明的目的在于解决上述的技术问题，提供一种充分利用高压天然气能量从而降低装置能耗的高效节能的天然气液化装置及液化流程。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

一种天然气液化装置，包括通过管路相互连接的预处理系统、液化系统及储存系统，原料天然气按顺序经过预处理系统和液化系统后转化成液化天然气后进入储存系统，所述液化系统包括用于热交换的主换热器和过冷器，用于将液化天然气分离出来的第一气液分离器和第二气液分离器，以及一个膨胀机；经过预处理系统过滤后的天然气按顺序进入主换热器，第一气液分离器，过冷器，第二气液分离器后转化成液化天然气；所述的膨胀机与预处理系统的管路连通，其管路再穿过主换热器，并为主换热器提供冷量；所述的主换热器和第一气液分离器之间的管路上连接有第一节流阀；所述的过冷器和第二气液分离器之间的管路上连接有第二节流阀。

进一步地，所述的第一气液分离器和第二气液分离器中产生的闪蒸气按顺序经过过冷器和主换热器后进入低压管网，所述的闪蒸气为过冷器和主换热器提供冷量。

再进一步地，经过所述膨胀机膨胀后的天然气经过主换热器和预处理系统后进入中压管网。

更进一步地，所述预处理系统包括用于脱除原料天然气中的水、重烃和苯的第一吸附器和用于脱除二氧化碳的第二吸附器。天然气液化装置还包括用于使第一吸附器和第二吸附器中的吸附剂再生的加热炉，与所述膨胀机的增压端管路连接。

本发明还揭示了上述的天然气液化装置的液化流程，包括以下步骤：

原料天然气经预处理系统的第一吸附器脱除水、重烃和苯，其中一部分再进入第二吸附器脱除二氧化碳；

脱除二氧化碳后的天然气，经过主换热器后降温，使天然气完全液化；仅脱除水、重烃和苯的天然气，经过主换热器后降温后，进入膨胀机膨胀，为主换热器提供冷量；

完全液化后的天然气经过第一节流阀降压后，再进入到第一气液分离器，此时第一气液分离器的顶部会产生38％的闪蒸气，底部为液化天然气；

液化天然气再经所述过冷器进行深度过冷；

深度过冷后的液化天然气经第二节流阀降压后，再进入到第二气液分离器，此时第二气液分离器的顶部会产生闪蒸气，底部的液化天然气则进入储存系统。

进一步地，从第一气液分离器和第二气液分离器分离出来的闪蒸气经过所述过冷器后，汇合经过主换热器后进入到低压管网。