[发明专利]一种小型撬装式煤层气液化系统和方法

说明书

本发明提供一种小型撬装式煤层气液化系统和方法，系统包括：原料气纯化机构、一级压缩机、一级压缩机冷却器、二级压缩机、二级压缩机冷却器、一级换热器、一级透平膨胀机、二级换热器、气液分离器、三级换热器、二级透平膨胀机、节流阀、产品储罐；原料气经过原料气纯化机构、一级压缩机、一级压缩机冷却器、二级压缩机、二级压缩机冷却器以进行纯化、压缩、冷却；然后经过一级换热器进行换热降温，经过一级透平膨胀机进行绝热膨胀；输送到二级换热器以降低膨胀后流体温度，再输送到气液分离器将液相和气相进行分离；气相进入二级透平膨胀机进行两相膨胀，液相在三级换热器中降温后进入节流阀；将节流后的两相流体和膨胀后的两相流体进行混合。

技术领域

本发明涉及机械设备技术领域，具体涉及一种小型撬装式煤层气液化系统和方法。

背景技术

煤层气作为一种富含甲烷的气体，广泛应用于化工和燃料领域，而其应用要求将煤层气产品中甲烷含量液化至90%以上。在我国新疆和内蒙古等地，煤层气储量丰富，并存在大量低储量的小型煤层气气田，而由于该种小型气田区别于传统大型煤层气田，其分布范围广、原料气流量小、原料气压力波动大并且浓度较低，其甲烷含量某些情况下低于30%，使得该种气田难以使用传统大型煤层气田液化流程进行液化，因此小型撬装式煤层气液化系统成为解决该问题的一种有效的方法。

大型煤层气田由于其煤层气储量大，流量和压力波动较小，因此大型煤层气液化通常采用的流程方式包括：级联式液化流程、混合制冷剂液化流程和带透平膨胀机的液化流程。其中采用透平膨胀机的流程分为丙烷预冷、透平制冷和原料气液化三个循环，原料气首先使用丙烷预冷而后与氮气膨胀循环的低温氮气换热降温，节流后进入气液分离器完成液化主流程，该种流程液化率可高达90%，单位能耗较低。而对于小型煤层气液化系统，由于其撬装式的需求，流程设备安置空间有限，要求设备尽可能精简，由于预冷循环和制冷循环的存在，使得大型气田的煤层气液化流程将不能适用于小型撬装式液化系统上。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明实施例要解决的技术问题是提出一种小型撬装式煤层气液化系统和方法，至少部分的解决现有技术中存在的问题。

为了解决上述问题，本发明实施例提出了一种小型撬装式煤层气液化系统，包括：原料气纯化机构1、一级压缩机2、一级压缩机冷却器3、二级压缩机4、二级压缩机冷却器5、一级换热器6、一级透平膨胀机7、二级换热器8、气液分离器9、三级换热器10、二级透平膨胀机11、节流阀12、产品储罐13；

其中所述原料气纯化机构1、一级压缩机2、一级压缩机冷却器3、二级压缩机4、二级压缩机冷却器5依次串联，以将原料气经过原料气纯化机构1进行纯化以滤除杂质；然后经过一级压缩机2、一级压缩机冷却器3、二级压缩机4、二级压缩机冷却器5以进行压缩和冷却；

其中所述二级压缩机冷却器5依次连接一级换热器6、一级透平膨胀机7、二级换热器8、气液分离器9；以将二级压缩机冷却器5输送来的纯化、压缩、冷却后的原料气经过一级换热器6进行换热降温后，经过一级透平膨胀机7进行绝热膨胀；然后输送到二级换热器8以降低膨胀后流体温度以使得原料气进入两相状态，再输送到气液分离器9将其中的液相和气相进行分离；

其中所述气液分离器9分别连接所述三级换热器10、二级透平膨胀机11，以将分离后的气相进入二级透平膨胀机11进行两相膨胀，液相在三级换热器10中进一步降温后进入节流阀12进行节流；

其中二级透平膨胀机11和节流阀12都连接产品储罐13以将节流后的两相流体和膨胀后的两相流体进行混合后输送到产品储罐13。

其中，产品储罐13的气体放空通道连接三级换热器10、二级换热器8、一级换热器6，以将产品储罐放空气体时依次经过各换热器释放冷量。

其中，所述二级透平膨胀机11的压比和流量是根据气液分离器9中分离出的气液相的流体比以及一级透平膨胀机7的工况确定的。