CN102453568A

CN102453568A - 应用于调峰型天然气的阶式制冷循环液化工艺

Info

Publication number: CN102453568A
Application number: CN2010105194679A
Authority: CN
Inventors: 袁俊海
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-10-18
Filing date: 2010-10-18
Publication date: 2012-05-16

Abstract

本发明公开了一种应用于调峰型天然气的阶式制冷循环液化工艺。该应用于调峰型天然气的阶式制冷循环液化工艺主要包括制冷剂冷凝、制冷剂蒸发对天然气进行冷却、制冷剂返回压缩机等步骤。本发明具有能耗低；制冷剂为纯物质，没有配比问题，操作稳定；技术成熟，压缩机的喘震减少等优点。

Description

应用于调峰型天然气的阶式制冷循环液化工艺

技术领域

本发明涉及一种应用于调峰型天然气的阶式制冷循环液化工艺。

背景技术

调峰型天然气液化流程全年分3个阶段运行，即液化阶段、备用阶段和气化输送阶段。液化阶段周期一般在50～300天，将上游可获得的剩余天然气液化；备用阶段液化天然气储存在储罐中，无液化天然气增加和输出；气化输送阶段将储存的液化天然气气化，送入天然气管网。

与基本负荷型液化天然气装置相比，调峰型液化天然气装置的生产规模较小，其液化能力一般为高峰负荷量的1/10左右，但储存和气化的能力却很大，通常气化能力是液化能力的10倍。典型的调峰型液化天然气工厂的液化能力为10～20×104Nm³/d，制冷动力大约为1500～7000kW，储存容量为2～10×104m³。

调峰型天然气液化流程要求具有高效、灵活、简便、低成本的特点，其中以低成本最为重要。APCI、Pritchard、Linde、Gaz de France、CBI、BOC等公司竟相提供相关的天然气液化技术，争夺调峰型天然气液化装置这一市场。

调峰型液化天然气工厂有较强的灵活性，不仅适用于季节性调峰，也适用于日调峰。而且它对选址没有太多限制，可根据供气调峰和应急供气的需要建在供气管网的关键位置。液化天然气调峰与其他调峰方式相比，有许多独具的优势。

1.储气效率高，调峰能力强。

在常压下，天然气液化后其体积缩小625倍，大大提高了液化天然气的能量密度，增加了储存效率。它与井口采气压力6MPa的地下储气库相比，单位容量储气量高出10.4倍；与建1.0MPa的地面球罐相比，单位容量储气量高出62.5倍。其次，按最大的调峰能力比较，利用液化天然气和地面储气罐的储气方法，两者都可根据城市的需要来设计储罐的大小及其数量，液化天然气储罐的单个容积一般在2～5×10⁴m³左右，最大的有20×10⁴m³，储气压力通常为0.5MPa。一个地面球罐的容积一般1000m³左右，储气压力1MPa左右，由于受钢材比重和压强以及温度变化等的限制容积不可能太大。利用地下储气库调峰受地质和地理位置限制较大，大的可储气3～5×10⁸Nm，太小的没开发价值，因为增压虽然可以增容，但是注气压力一般不能超过地层静水压力的1.3倍，否则就会破坏气藏的密封性，造成天然气泄漏。另外，地下气藏的有效利用率很低，大约只有30％～50％，其余的都作为储气库的气垫气。

2.在城郊建厂，选址容易。

以首都北京为例，就近要找到适合作为地下储气库的岩洞穴不大可能，要找到已经或即将枯竭的大气藏作为地下储气库也很难，因为离京最近的华北油田，勘探开发几十年了，至今也未找到一个大气田。另外，再从地质条件来看，华北油气区地下断层发育，油气水关系很复杂，要找到理想的大气藏作储气库不容易。但是，要在北京市周围，选择适当的地址建设一座液化天然气调峰厂就比较容易，因为它建厂选址的条件，不受很多地下因素的严格限制，而且从气源到产品的产供销、从调峰到资源综合利用、从环保到节能等许多有利条件都可得到充分发挥。

3.技术先进成熟，运行安全可靠。

液化天然气的工业化生产，已有半个多世纪的发展历史。目前，单条生产线规模最大可达400×10⁴t/a，最大储罐超过20×10⁴m³，从生产、储运、接收端、卫星站到联合生产以及综合利用等工艺技术已趋于成熟。实际上液化天然气比其他燃料更安全：它的燃点为650℃，比汽油高出230℃，它的爆炸极限为5％～15％，比汽油高出2.5～4.7倍，它的液态密度为426kg/m³，比汽油的720kg/m³低得多；而且它的蒸汽密度比空气还轻28.2％，稍有泄漏立即挥发飞散，很难达到燃烧爆炸的混合浓度。

液化天然气在城市用气调峰领域有着广阔的应用前景，但是我国的液化天然气技术起步较晚，与国外发达国家相比还有很大的差距。几十年来，国外已有大量调峰型装置建成投产，因此工厂设计、建设、储运、使用、管理等方面，都有成功的技术经验可供借鉴。

我国从上世纪九十年代起，在国家科技部门和有关研究院所的支持帮助下，先后有开封深冷仪器厂、北京焦化厂、四川绵阳燃气公司、吉林油田、长庆油田、上海燃气公司、中原油田等，对中小型液化天然气装置的研制进行了大胆的尝试，取得宝贵的实践经验。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种降低成本、提高液化效率的应用于调峰型天然气的阶式制冷循环液化工艺。

本发明的目的通过下述技术方案实现：应用于调峰型天然气的阶式制冷循环液化工艺，包括以下步骤：

(a)首先，将低压制冷剂蒸汽通过压缩机进行压缩，使之冷凝；

(b)然后，将冷凝得到的液态制冷剂在不同的压力下进行逐级节流膨胀，使制冷剂在不同的温度下进行蒸发，从而使制冷剂在不同的温度段内对天然气进行逐级冷却；

(c)最后，不同压力的制冷剂蒸汽返回到循环压缩机相应的入口，完成了一次针对天然气的密闭制冷循环；

(d)重复步骤(a)、(b)和(c)，直到完成调峰型天然气的制冷循环液化过程。

所述制冷剂为丙烷、甲烷或乙烯。

所述步骤(a)中，低压制冷剂蒸汽通过压缩机进行压缩后，并用冷却水进行常规冷却，使之达到全部冷凝。

综上所述，本发明的有益效果是：

(1)能耗低：使用阶式液化流程，使各级制冷温度与原料气的冷却曲线接近，减少了熵增，能量消耗接近于理论的热力学效率上限；

(2)制冷剂为纯物质，没有配比问题，操作稳定：在一个循环内采用单一的制冷剂，在冷却过程中很容易保持给定的温度，同时，由于循环介质组分总是相同，使装置能够快速开车停车，同样也使得操作稳定；

(3)技术成熟，压缩机的喘震减少：由于压缩机总是吸入恒定分子量的气体，使得压缩机喘震的危险性减少。

附图说明

图1为本发明的流程示意图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图，对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不仅限于此。

实施例1：

级联式液化流程分三级压缩制冷，逐级提供冷量液化天然气，各级所用的制冷剂分别为丙烷(大气压下沸点-42.3℃)、乙烯(大气压下沸点-104℃)、甲烷(大气压下沸点-162℃)，每个制冷剂循环中均含有三个换热器，其流程示意图见图1。

阶式液化流程中较低温度级的循环，将热量转移给相邻的较高温度级的循环。第一级丙烷制冷循环为天然气、乙烯和甲烷提供冷量；第二级乙稀制冷循环为天然气和甲烷提供冷量；第三级甲烷制冷循环为天然气提供冷量。通过九个换热器的冷却，天然气温度逐步降低直至液化。这种九阶式液化，可以减少换热温差，每种制冷剂分别在三种压力下蒸发，以获得三个不同的蒸发温度，九阶式液化的热力学效率很高。

如图1所示，阶式制冷循环工艺包括了三个密闭的纯烃制冷剂制冷循环，分别是丙烷循环、乙烯循环和甲烷循环。本实施例以丙烷循环为例，低压丙烷蒸汽经丙烷压缩机压缩，并用冷却水进行常规冷却，使之达到全部冷凝；然后液态丙烷制冷剂在不同的压力下进行逐级节流膨胀，使丙烷在不同的温度下进行蒸发，从而使丙烷冷剂在不同的温度段内对天然气和循环冷剂进行逐级冷却；最后不同压力丙烷蒸汽返回到循环压缩机相应的入口，完成了一次针对丙烷的密闭制冷循环；重复上述步骤，直到完成调峰型天然气的制冷循环液化过程。对于乙烯与甲烷，循环原理相同。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质，对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。

Claims

1.应用于调峰型天然气的阶式制冷循环液化工艺，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的应用于调峰型天然气的阶式制冷循环液化工艺，其特征在于，所述制冷剂为丙烷、甲烷或乙烯。

3.根据权利要求1所述的应用于调峰型天然气的阶式制冷循环液化工艺，其特征在于，所述步骤(a)中，低压制冷剂蒸汽通过压缩机进行压缩后，并用冷却水进行常规冷却，使之达到全部冷凝。