CN104913592B - 一种小型天然气的液化工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种小型天然气的液化工艺或装置，该工艺特征在于：将净化天然气增压，利用高压天然气预冷然后节流制冷的工艺进行液化，高压天然气的预冷由制冷机提供的单一制冷剂及天然气自身液化产生的部分LNG提供冷量，工艺流程简单，不存在制冷剂配比的问题，装置运行平稳，开停车方便；且通过节流闪蒸的途径可将LNG中的氮含量脱除至1％以下。

Description

一种小型天然气的液化工艺
技术领域
本发明提供了一种小型天然气的液化工艺，适用于将LNG储罐及LNG装车、卸车系统产生的BOG再液化。
背景技术
迫于环保及能源成本压力，天然气作为一次能源在社会各个领域所占比例正逐渐提升，其应用领域已逐渐扩大到发电、汽车用气、工业用气、城市居民用气、化工用气等方面，市场需求量迅速增加。传统的天然气管输供应方式仍为主流，但受原料条件及用户分布限制，有相当一部分资源无法进行管道长距离输送，需选择液化的方式，将甲烷转变为液体再采用灵活的运输方式将其送往用户终端。并且，液化天然气(LNG)体积只有同量气体体积的1/625，液化后可以降低贮存和运输成本，且可以提高单位体积的燃值。
目前，比较成熟的天然气液化工艺主要有阶式制冷工艺、带膨胀机的膨胀制冷工艺、混合工质制冷工艺和焦-汤节流制冷工艺等。其中阶式制冷工艺机组多，流程复杂，维护不便，混合工质制冷工艺则比较受中型LNG装置的青睐，但存在混合冷剂合理匹配比较困难、开车时间较长的问题，而节流制冷工艺虽效率较低，但流程最为简单，不存在混合冷剂配比问题，开停车更为方便，投资更少，对于小型天然气液化装置可采用此种工艺。
发明内容
本发明提出一种小型天然气的液化流程，利用高压天然气预冷并节流制冷的工艺进行液化，高压天然气的预冷由制冷机提供的单一制冷剂及天然气自身液化产生的部分LNG提供冷量，工艺流程简单，不存在制冷剂配比的问题；且通过节流闪蒸的途径可将LNG中的氮含量脱除至合格标准。
根据本发明的一个方面，提供一种小型天然气的液化工艺，包括：
净化天然气经净化气压缩机增压至10～25MPa(绝对压力，下同)，并在压缩机后冷却器中冷却至约30～45℃，例如40～45℃，所得高压净化天然气首先在第一换热器中预冷至0～20℃(例如5～15℃)，然后进入制冷机中冷却至-15～-40℃(例如-20～-30℃)，之后再进入第二换热器，在其中冷却至-100～-130℃(例如-110～-120℃)，利用先预冷后高压节流制冷的原理将天然气液化；
如液化后的天然气即LNG中含有超量的氮气(例如大于1体积％氮气)，液化后的天然气然后进入第一台节流阀中节流降压至0.8～2.5MPa进入第一闪蒸罐，将绝大部分的氮气闪蒸出来，富含氮气的天然气由第一闪蒸罐顶部分离出；
第一闪蒸罐底部分出的液相即LNG分成第一路和第二路，其中第一路经第二台节流阀节流至0.1～0.8MPa，利用节流产生的冷量在LNG/NG换热器中将前述富含氮气的天然气液化，液化后的富氮气天然气经第三台节流阀节流至0.1～0.8MPa，进入第二闪蒸罐，闪蒸气即富氮气由第二闪蒸罐顶部分离出；
第二闪蒸罐底部的液相与第一闪蒸罐底部液相节流、换热后得到的物流汇合后进入LNG闪蒸罐，顶部得到的BOG依次返回第二换热器、第一换热器复热，然后经BOG压缩机增压至0.8～2.5MPa后返回净化气压缩机入口；LNG闪蒸罐底部得到产品LNG(经过二次闪蒸脱氮气后的LNG中氮含量小于1体积％)。
前述第一闪蒸罐底部得到的LNG中的第二路依次返回第二换热器、第一换热器为其提供冷量，复热后返回净化气压缩机入口。前述第一闪蒸罐底部得到的LNG中的第二路流量优选通过控制出第二换热器的LNG的温度(设置在第二换热器的高压天然气通道出口与第一节流阀之间的管道上的温度测量点)依靠调节阀调节，自动实现换热平衡。
用于预冷天然气的制冷机采用的制冷剂可以是丙烷、丙烯、氟利昂等中的一种或多种。
净化气压缩机后冷却器采用循环水冷却，也可采用空冷或其他等价的冷却系统代替。
在另一个实施方案中，如果净化天然气中氮含量在1体积％以下或不含氮，则可以省去第一闪蒸和第二闪蒸，在该情况下，本发明的小型天然气的液化工艺包括：
净化天然气经净化气压缩机增压至10～25MPa，并在压缩机后冷却器中冷却至约30～45℃，例如40～45℃，所得高压净化天然气首先在第一换热器中预冷至0～20℃(例如5～15℃)，然后进入制冷机中冷却至-15～-40℃(例如-20～-30℃)，之后再进入第二换热器，在其中冷却至-100～-130℃(例如-110～-120℃)，利用先预冷后高压节流制冷的原理将天然气液化；
液化后的天然气经节流阀节流(例如至0.1～0.8MPa)后进入LNG闪蒸罐，顶部得到的BOG依次返回第二换热器、第一换热器复热，然后经BOG压缩机增压至0.8～2.5MPa后返回净化气压缩机入口；LNG闪蒸罐底部得到LNG分成第一路和第二路，其中第一路连接至LNG产品储罐，第二路经调节阀调节，压力降至0.8～2.5MPa，同时温度降低，依次返回第二换热器、第一换热器为其提供冷量，复热后返回净化气压缩机入口。第二路的流量优选通过控制出第二换热器的LNG的温度(设置在第二换热器的高压天然气通道出口与第一节流阀之间的管道上的温度测量点)依靠调节阀调节，自动实现换热平衡。
根据本发明的第二个方面，提供一种小型天然气的液化装置，其包括：净化气压缩机、压缩机后冷却器、BOG压缩机、第一换热器、制冷机、第二换热器、LNG/NG换热器、第一闪蒸罐、第二闪蒸罐、LNG闪蒸罐、第一节流阀、第二节流阀、第三节流阀和一台调节阀；
净化天然气管道连接净化气压缩机的入口用于增压，净化气压缩机出口连接压缩机后冷却器入口，压缩机后冷却器出口连接第一换热器的高压天然气通道的入口，第一换热器的高压天然气通道出口连接制冷机后连接至第二换热器的高压天然气通道入口，而后连接至第一节流阀节流，第一节流阀出口连接第一闪蒸罐入口；
第一闪蒸罐液相出口管道分为两路，第一路经调节阀依次连接第二换热器和第一换热器的LNG通道后连接至净化气压缩机的入口，第二路经第二节流阀后连接至LNG/NG换热器的冷流道入口；
第一闪蒸罐气相出口管道连接LNG/NG换热器的热流道后连接至第三节流阀一端，第三台节流阀另一端连接第二闪蒸罐，第二闪蒸罐液相出口管道与LNG/NG换热器冷流道出口管道汇合后连接至LNG闪蒸罐入口，LNG闪蒸罐气相出口管道依次连接第二换热器、第一换热器的BOG通道后连接BOG压缩机的入口，BOG压缩机的出口连接至净化气压缩机的入口，LNG闪蒸罐液相出口管道连接至LNG产品储罐。
调节阀优选通过设置在第二换热器的高压天然气通道出口与第一节流阀之间的管道上的温度测量点来调节。
净化气压缩机视压缩机的形式采用一台或并联或串联的两台。
优选地，净化气压缩机后冷却器采用循环水冷却系统，也可采用空冷系统或其他等价的冷却系统代替。
在另一个实施方案中，一种小型天然气的液化装置包括：净化气压缩机、压缩机后冷却器、BOG压缩机、第一换热器、制冷机、第二换热器、LNG闪蒸罐、第一节流阀和一台调节阀；
净化天然气管道连接净化气压缩机的入口用于增压，净化气压缩机出口连接压缩机后冷却器入口，压缩机后冷却器出口连接第一换热器的高压天然气通道的入口，第一换热器的高压天然气通道出口连接制冷机后连接至第二换热器的高压天然气通道入口，第二换热器的高压天然气通道出口连接至第一节流阀节流，第一节流阀出口连接LNG闪蒸罐入口；
LNG闪蒸罐气相出口管道依次连接第二换热器、第一换热器的BOG通道后连接BOG压缩机的入口，BOG压缩机的出口连接至净化气压缩机的入口，
LNG闪蒸罐液相出口管道分为两路，第一路经调节阀依次连接第二换热器和第一换热器的LNG通道后连接至净化气压缩机的入口，第二路连接至LNG产品储罐。
调节阀优选通过设置在第二换热器的高压天然气通道出口与第一节流阀之间的管道上的温度测量点来调节。
该方案适合于净化天然气中氮含量在1％以下或不含氮的情况。
本发明的优点：
1、利用高压气体节流制冷的原理，工艺流程简单；
2、制冷机采用单一制冷剂，不存在制冷剂配比的问题，装置运行平稳，开停车方便；
3、用于冷却高压天然气的LNG方便易得，且通过流量自动调节系统即可实现换热平衡；
4、BOG冷量得到回收利用；
5、产品LNG中氮气含量可脱除至合格范围；
6、即可生产LNG，还可生产CNG。
附图说明
图1是本发明的一个实施方式的工艺流程图。
图2是本发明的另一个实施方式的工艺流程图。
其中，C-1、净化气压缩机 C-2、BOG压缩机 E-1、压缩机后冷却器 E-2、第一换热器E-3、制冷机 E-4、第二换热器 E-5、LNG/NG换热器 V-1、第一闪蒸罐 V-2、第二闪蒸罐 V-3、LNG闪蒸罐 X-1、第一台节流阀 X-2、第二台节流阀 X-3、第三台节流阀X-4、调节阀。
具体实施方式
本发明提出一种小型天然气的液化工艺，利用高压天然气预冷并节流制冷的原理进行液化，工艺流程简单，不存在制冷剂配比的问题；且通过节流闪蒸的途径可将LNG中的氮含量脱除至合格标准。其工艺过程为：
参照附图1，示出了一种用于氮含量>1体积％的净化天然气的液化工艺，净化天然气经净化气压缩机C-1增压至10～25MPa，并在压缩机后冷却器E-1中冷却至约30～45℃，例如40～45℃，高压净化天然气首先在第一换热器E-2中预冷至0～20℃，然后进入制冷机E-3中冷却至-15～-40℃，之后再进入第二换热器E-4，在其中冷却至-100～-130℃，利用先预冷后高压节流制冷的原理将天然气液化；
如液化后的天然气即LNG中含有超量的氮气(例如大于1质量％氮气)，然后进入第一台节流阀X-1中节流降压至0.8～2.5MPa进入第一闪蒸罐V-1，将绝大部分的氮气闪蒸出来，富含氮气的天然气由第一闪蒸罐V-1顶部分离出；
第一闪蒸罐V-1底部分出的液相即LNG分为两路，其中的第一路经第二台节流阀X-2节流至0.1～0.8MPa，利用节流产生的冷量在LNG/NG换热器E-5中将前述富含氮气的天然气液化，液化后的富氮气天然气经第三台节流阀X-3节流至0.1～0.8MPa，进入第二闪蒸罐V-2，闪蒸气即富氮气由第二闪蒸罐V-2顶部分离出；
第二闪蒸罐V-2底部的液相与第一闪蒸罐V-1底部液相节流、换热后得到的物流汇合后进入LNG闪蒸罐V-3，顶部得到的BOG依次返回第二换热器E-4、第一换热器E-2复热，然后经BOG压缩机C-2增压至0.8～2.5MPa后返回净化气压缩机C-1入口；LNG闪蒸罐V-3底部得到产品LNG，经过二次闪蒸脱氮气后的LNG中氮含量小于1％。
前述第一闪蒸罐V-1底部得到的LNG中的第二路依次返回第二换热器E-4、第一换热器E-2为其提供冷量，复热后返回净化气压缩机C-1入口，其流量通过控制出第二换热器E-4的LNG的温度依靠调节阀X-4调节，自动实现换热平衡。
用于预冷天然气的制冷机E-3采用的制冷剂可以是丙烷、丙烯、氟利昂等中的一种或多种。
净化气压缩机后冷却器E-1采用循环水冷却，也可采用空冷或其他等价的冷却系统代替。
参照图2，示出了一种用于氮含量在1体积％以下的净化天然气的液化工艺，净化天然气经净化气压缩机C-1增压至10～25MPa，并在压缩机后冷却器E-1中冷却至约30～45℃，例如40～45℃，高压净化天然气首先在第一换热器E-2中预冷至0～20℃，然后进入制冷机E-3中冷却至-15～-40℃，之后再进入第二换热器E-4，在其中冷却至-100～-130℃，利用先预冷后高压节流制冷的原理将天然气液化；
液化后的天然气经节流阀X-1节流(例如至0.1～0.8MPa)后进入LNG闪蒸罐V-3，顶部得到的BOG依次返回第二换热器E-4、第一换热器E-2复热，然后经BOG压缩机C-2增压至0.8～2.5MPa后返回净化气压缩机C-1入口；LNG闪蒸罐V-3底部得到LNG分成第一路和第二路，其中第一路连接至LNG产品储罐(图中未示出)，第二路经调节阀X-4调节，压力降至0.8～2.5MPa，同时温度降低，依次返回第二换热器E-4、第一换热器E-2为其提供冷量，复热后返回净化气压缩机C-1入口。第二路的流量优选通过控制出第二换热器的LNG的温度(设置在第二换热器的高压天然气通道出口与第一节流阀之间的管道上的温度测量点)依靠调节阀X-4调节，自动实现换热平衡。

Claims (9)

1.一种小型天然气的液化工艺，其包括：
净化天然气经净化气压缩机增压至10~25MPa，并在压缩机后冷却器中冷却至30~45℃，所得高压净化天然气首先在第一换热器中预冷至0~20℃，然后进入制冷机中冷却至-15~-40℃，之后再进入第二换热器，在其中冷却至-100~-130℃；
液化后的天然气然后进入第一台节流阀中节流降压至0.8~2.5MPa进入第一闪蒸罐，将绝大部分的氮气闪蒸出来，富含氮气的天然气由第一闪蒸罐顶部分离出；
第一闪蒸罐底部分出的液相即LNG分成第一路和第二路，其中第一路经第二台节流阀节流至0.1~0.8MPa，利用节流产生的冷量在LNG/NG换热器中将前述富含氮气的天然气液化，液化后的富氮气天然气经第三台节流阀节流至0.1~0.8MPa，进入第二闪蒸罐，闪蒸气即富氮气由第二闪蒸罐顶部分离出；
第二闪蒸罐底部的液相与第一闪蒸罐底部液相节流、换热后得到的物流汇合后进入LNG闪蒸罐，顶部得到的BOG依次返回第二换热器、第一换热器复热，然后经BOG压缩机增压至0.8~2.5MPa后返回净化气压缩机入口；LNG闪蒸罐底部得到产品LNG；
前述第一闪蒸罐底部得到的LNG中的第二路依次返回第二换热器、第一换热器为其提供冷量，复热后返回净化气压缩机入口。
2.根据权利要求1所述的液化工艺，其中，净化天然气经净化气压缩机增压至10~25MPa，并在压缩机后冷却器中冷却至40~45℃，所得高压净化天然气首先在第一换热器中预冷至5~15℃，然后进入制冷机中冷却至-20~-30℃，之后再进入第二换热器。
3.根据权利要求1所述的液化工艺，其中，经过二次闪蒸脱氮气后的产品LNG中氮含量小于1%。
4.根据权利要求1所述的液化工艺，其中，上述第一闪蒸罐底部得到的LNG中的第二路流量通过控制出第二换热器的LNG的温度依靠调节阀调节，自动实现换热平衡。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的液化工艺，其中，用于预冷天然气的制冷机采用的制冷剂是丙烷、丙烯、氟利昂中的一种。
6.根据权利要求1-4中任一项所述的液化工艺，其中，净化气压缩机后冷却器采用循环水冷却或空冷冷却系统。
7.一种小型天然气的液化装置，其包括：净化气压缩机、压缩机后冷却器、BOG压缩机、第一换热器、制冷机、第二换热器、LNG/NG换热器、第一闪蒸罐、第二闪蒸罐、LNG闪蒸罐、第一节流阀、第二节流阀、第三节流阀和一台调节阀；
净化天然气管道连接净化气压缩机的入口用于增压，净化气压缩机出口连接压缩机后冷却器入口，压缩机后冷却器出口连接第一换热器的高压天然气通道的入口，第一换热器的高压天然气通道出口连接制冷机后连接至第二换热器的高压天然气通道入口，而后连接至第一节流阀节流，第一节流阀出口连接第一闪蒸罐入口；
第一闪蒸罐液相出口管道分为两路，第一路经调节阀依次连接第二换热器和第一换热器的LNG通道后连接至净化气压缩机的入口，第二路经第二节流阀后连接至LNG/NG换热器的冷流道入口；
第一闪蒸罐气相出口管道连接LNG/NG换热器的热流道后连接至第三节流阀一端，第三台节流阀另一端连接第二闪蒸罐，第二闪蒸罐液相出口管道与LNG/NG换热器冷流道出口管道汇合后连接至LNG闪蒸罐入口，LNG闪蒸罐气相出口管道依次连接第二换热器、第一换热器的BOG通道后连接BOG压缩机的入口，BOG压缩机的出口连接至净化气压缩机的入口，LNG闪蒸罐液相出口管道连接至LNG产品储罐。
8.根据权利要求7所述的液化装置，其中，净化气压缩机视压缩机的形式采用一台或并联或串联的两台。
9.根据权利要求7或8所述的液化装置，其中，净化气压缩机后冷却器采用循环水冷却系统或空冷冷却系统。
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