CN105890281A - 撬装天然气液化净化一体式冷箱 - Google Patents

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Abstract

本发明提供的一种撬装天然气液化净化一体式冷箱，包括：天然气过冷换热器；天然气单元；气相制冷剂单元对天然气单元中天然气进行冷却；回冷单元通过液相制冷剂与气相制冷剂混合形成混合制冷剂，对经过热交换的气相制冷剂进行冷却，再将混合制冷剂的一部分返还至天然气预冷换热器和气相制冷剂预冷换热器；混合制冷剂的另一部分回流至液相制冷剂换热器。本发明的有益效果如下：冷箱中的换热器采用钎焊板式换热器，同时在冷箱中集成了二氧化碳低温分离器，采用低温分离法脱出二氧化碳，大大节省了天然气净化装置的设备投资和运行成本。同时采用合理的制冷剂流量分配来实现高效的冷量匹配，使冷箱有较高的热力学效率，减少换热过程中的损失。

Description

撬装天然气液化净化一体式冷箱
技术领域
本发明属于化工与低温工程技术领域，具体涉及一种小型撬装天然气液化净化一体式冷箱。
背景技术
天然气与石油、煤炭作为世界上主要的化石能源，在一次能源中占有很大的比率。天然气作为一种优质清洁能源，越来越多的国家开始重视天然气资源的开发和利用。
随着我国能源结构的不断优化和天然气消费需求的不断增长，加之我国绝大多数天然气田储量都不大的现状，我国天然气供需缺口在不断加大。据预测，到2020年我国天然气的供应缺口将达1000×108m3。
另一方面，我国存在大量产储量较小的边际气田、伴生气田、煤层气田，单井储量较小，距离供气管网较远，采用管输方法由于经济上不合理而没有得到有效开发利用，长期以来被点火炬放空。模块化天然气液化装置可以有效利用这些天然气资源，通过技术拓展，模块化天然气液化装置同样适合于生物燃气(包括城市垃圾填埋气)提纯与液化、海上含油田伴生气、部分焦炉煤气液化、煤层天然气(瓦斯)、页岩气开发利用等，市场前景十分广阔。
现在常用于天然气液化冷箱的换热器主要有缠绕管式换热器和板翅式换热器。缠绕管式换热器流道较大，不容易在低温下冻堵，但是制造要求高，投资费用大；板翅式换热器的材料为铝，容易被天然气中的汞所腐蚀，同时板翅式换热器流道面积小，对于前端天然气净化装置，特别是二氧化碳净化装置的要求非常高，如果二氧化碳净化装置不能把二氧化碳脱除到非常低的含量，低温下固体二氧化碳非常容易堵塞板翅式换热器的流道。天然气净化装置一般占天然气液化装置总投资的一半左右，因此如果可以发明一种液化净化一体式冷箱，将大大节省设备投资，同时方便冷箱成撬，方便运输。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种拥有较高的热力学效率，减少换热过程中的损失的撬装天然气液化净化一体式冷箱。
为解决上述技术问题，本发明提供的一种撬装天然气液化净化一体式冷箱，包括：箱体，在箱体上分别设有天然气入口、液相制冷剂入口、气相制冷剂入口、混合制冷剂出口及LNG出口；天然气过冷换热器，天然气过冷换热器设置在箱体内；天然气单元，天然气单元设置在箱体内，天然气单元包括天然气预冷换热器；天然气单元与天然气过冷换热器的天然气进口连接；气相制冷剂单元，气相制冷剂单元设置在箱体内，气相制冷剂单元包括气相制冷剂预冷换热器；气相制冷剂单元与天然气过冷换热器的气相制冷剂进口连接；气相制冷剂单元对天然气单元中天然气进行冷却；回冷单元，回冷单元设置在箱体内，回冷单元包括液相制冷剂换热器，回冷单元通过液相制冷剂与气相制冷剂混合形成混合制冷剂，对经过热交换的气相制冷剂进行冷却，再将混合制冷剂的一部分返还至天然气预冷换热器和气相制冷剂预冷换热器；混合制冷剂的另一部分回流至液相制冷剂换热器。
优选地，天然气单元还包括重烃分离器、二氧化碳低温分离器及LNG节流阀；其中天然气预冷换热器的天然气进口与天然气入口连接，天然气预冷换热器的天然气出口与重烃分离器的进口连接，重烃分离器的天然气出口与天然气过冷换热器的天然气进口连接，天然气过冷换热器的天然气出口与二氧化碳低温分离器的进口连接，二氧化碳低温分离器的天然气出口与LNG出口连接。
优选地，二氧化碳低温分离器的天然气出口经LNG节流阀与LNG出口连接。
优选地，回冷单元还包括混合制冷剂分流器、第一级混合器、液相制冷剂节流阀及第二级混合器；其中液相制冷剂换热器的液相制冷剂进口与液相制冷剂入口连接，液相制冷剂换热器的液相制冷剂出口与第一级混合器的入口连接；第一级混合器的出口与混合制冷剂分流器的入口连接，混合制冷剂分流器的三个出口分别与天然气预冷换热器的混合制冷剂的进口、液相制冷剂换热器的混合制冷剂的进口和气相制冷剂预冷换热器的混合制冷剂的进口连接；天然气预冷换热器的混合制冷剂的出口、液相制冷剂换热器的混合制冷剂的出口和气相制冷剂预冷换热器的混合制冷剂的出口与第二级混合器的入口连接，第二级混合器的出口与混合制冷剂出口连接。
优选地，液相制冷剂换热器的液相制冷剂出口经液相制冷剂节流阀与第一级混合器的入口连接。
优选地，气相制冷剂单元的气相制冷剂预冷换热器的气相制冷剂进口与气相制冷 剂入口连接，天然气过冷换热器的气相制冷剂进口与气相制冷剂预冷换热器的气相制冷剂出口连接，天然气过冷换热器的气相制冷剂出口与第一级混合器的入口连接。
优选地，天然气过冷换热器的气相制冷剂出口经气相制冷剂节流阀与第一级混合器的入口连接。
优选地，二氧化碳低温分离器为低温固液分离器或低温气固分离器。
优选地，天然气预冷换热器、液相制冷剂换热器、气相制冷剂预冷换热器和天然气过冷换热器为钎焊板式换热器。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：冷箱中的换热器采用钎焊板式换热器，同时在冷箱中集成了二氧化碳低温分离器，采用低温分离法脱出二氧化碳，大大节省了天然气净化装置的设备投资和运行成本。同时采用合理的制冷剂流量分配来实现高效的冷量匹配，使冷箱有较高的热力学效率，减少换热过程中的损失。
说明书附图
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征目的和优点将会变得更明显。
图1为本发明撬装天然气液化净化一体式冷箱结构示意图。
图中：
1-天然气预冷换热器 2-液相制冷剂换热器 3-气相制冷剂预冷换热器
4-重烃分离器 5-混合制冷剂分流器 6-第一级混合器
7-液相制冷剂节流阀 8-天然气过冷换热器 9-二氧化碳低温分离器
10-气相制冷剂节流阀 11-LNG节流阀 12-第二级混合器
13-天然气入口 14-液相制冷剂入口 15-气相制冷剂入口
16-混合制冷剂出口 17-LNG出口
具体实施方式
下面采用具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。
如图1所示，本发明提供了一种小型撬装天然气液化净化一体式冷箱，天然气预冷 换热器1的天然气进口与天然气入口13连接，天然气预冷换热器1的天然气出口与重烃分离器4的进口连接，重烃分离器4的天然气出口与天然气过冷换热器8的天然气进口连接，天然气过冷换热器8的天然气出口与二氧化碳低温分离器9的进口连接，二氧化碳低温分离器9的天然气出口经LNG节流阀11与LNG出口17连接。
液相制冷剂换热器2的液相制冷剂进口与液相制冷剂入口14连接，液相制冷剂换热器2的液相制冷剂出口经液相制冷剂节流阀7与第一级混合器6的入口连接；第一级混合器6的出口与混合制冷剂分流器5的入口连接，混合制冷剂分流器5的三个出口分别与天然气预冷换热器1的混合制冷剂的进口、液相制冷剂换热器2的混合制冷剂的进口和气相制冷剂预冷换热器3的混合制冷剂的进口连接；天然气预冷换热器1的混合制冷剂的出口、液相制冷剂换热器2的混合制冷剂的出口和气相制冷剂预冷换热器3的混合制冷剂的出口与第二级混合器12的入口连接，第二级混合器12的出口与混合制冷剂出口16连接。
气相制冷剂单元的气相制冷剂预冷换热器3的气相制冷剂进口与气相制冷剂入口15连接，天然气过冷换热器8的气相制冷剂进口与气相制冷剂预冷换热器3的气相制冷剂出口连接，天然气过冷换热器8的气相制冷剂出口经气相制冷剂节流阀10与第一级混合器6的入口连接。
二氧化碳低温分离器9为低温固液分离器或低温气固分离器。天然气预冷换热器1、液相制冷剂换热器2、气相制冷剂预冷换热器3和天然气过冷换热器8为钎焊板式换热器。
本发明的工作方法和使用原理如下：
a.原料天然气经过天然气预冷换热器1冷却至-40℃，然后进入重烃分离器4脱除重烃；脱除完重烃后的天然气进入天然气过冷换热器8冷却至-160℃,随后进入二氧化碳低温分离器9脱除固体二氧化碳，脱除二氧化碳后的天然气经LNG节流阀11节通过LNG出口17流至LNG储存压力。
b.液相制冷剂经液相制冷剂换热器2冷却至-40℃后，经液相制冷剂节流阀7节流后与后续返流的气相制冷剂混合；
气相制冷剂经过气相制冷剂预冷换热器3和天然气过冷换热器8冷却至-160℃后，经气相制冷剂节流阀10节流降压降温后，为天然气过冷换热器8提供冷量；从天然气过冷换热器8出来的气相制冷剂进入第一级混合器6与经过液相制冷剂节流阀7节流降压降温后的液相制冷剂混合；混合后的制冷剂经过混合制冷剂分流器5分为三股流体， 分别为天然气预冷换热器1、液相制冷剂换热器2和气相制冷剂换热器3提供冷量；复温后的三股混合制冷剂经过第二级混合器12混合后与混合制冷剂出口16相连。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (9)

1.一种撬装天然气液化净化一体式冷箱，其特征在于，包括：
箱体，在箱体上分别设有天然气入口、液相制冷剂入口、气相制冷剂入口、混合制冷剂出口及LNG出口；
天然气过冷换热器，天然气过冷换热器设置在箱体内；
天然气单元，天然气单元设置在箱体内，天然气单元包括天然气预冷换热器；天然气单元与天然气过冷换热器的天然气进口连接；
气相制冷剂单元，气相制冷剂单元设置在箱体内，气相制冷剂单元包括气相制冷剂预冷换热器；气相制冷剂单元与天然气过冷换热器的气相制冷剂进口连接；气相制冷剂单元对天然气单元中天然气进行冷却；
回冷单元，回冷单元设置在箱体内，回冷单元包括液相制冷剂换热器，回冷单元通过液相制冷剂与气相制冷剂混合形成混合制冷剂，对经过热交换的气相制冷剂进行冷却，再将混合制冷剂的一部分返还至天然气预冷换热器和气相制冷剂预冷换热器；混合制冷剂的另一部分回流至液相制冷剂换热器。
2.根据权利要求1所述的撬装天然气液化净化一体式冷箱，其特征在于，天然气单元还包括重烃分离器、二氧化碳低温分离器及LNG节流阀；其中
天然气预冷换热器的天然气进口与天然气入口连接，天然气预冷换热器的天然气出口与重烃分离器的进口连接，重烃分离器的天然气出口与天然气过冷换热器的天然气进口连接，天然气过冷换热器的天然气出口与二氧化碳低温分离器的进口连接，二氧化碳低温分离器的天然气出口与LNG出口连接。
3.根据权利要求2所述的撬装天然气液化净化一体式冷箱，其特征在于，二氧化碳低温分离器的天然气出口经LNG节流阀与LNG出口连接。
4.根据权利要求2所述的撬装天然气液化净化一体式冷箱，其特征在于，回冷单元还包括混合制冷剂分流器、第一级混合器、液相制冷剂节流阀及第二级混合器；其中
液相制冷剂换热器的液相制冷剂进口与液相制冷剂入口连接，液相制冷剂换热器的液相制冷剂出口与第一级混合器的入口连接；
第一级混合器的出口与混合制冷剂分流器的入口连接，混合制冷剂分流器的三个出口分别与天然气预冷换热器的混合制冷剂的进口、液相制冷剂换热器的混合制冷剂的进口和气相制冷剂预冷换热器的混合制冷剂的进口连接；
天然气预冷换热器的混合制冷剂的出口、液相制冷剂换热器的混合制冷剂的出口和气相制冷剂预冷换热器的混合制冷剂的出口与第二级混合器的入口连接，第二级混合器的出口与混合制冷剂出口连接。
5.根据权利要求4所述的撬装天然气液化净化一体式冷箱，其特征在于，液相制冷剂换热器的液相制冷剂出口经液相制冷剂节流阀与第一级混合器的入口连接。
6.根据权利要求4所述的撬装天然气液化净化一体式冷箱，其特征在于，气相制冷剂单元的气相制冷剂预冷换热器的气相制冷剂进口与气相制冷剂入口连接，天然气过冷换热器的气相制冷剂进口与气相制冷剂预冷换热器的气相制冷剂出口连接，天然气过冷换热器的气相制冷剂出口与第一级混合器的入口连接。
7.根据权利要求6所述的撬装天然气液化净化一体式冷箱，其特征在于，天然气过冷换热器的气相制冷剂出口经气相制冷剂节流阀与第一级混合器的入口连接。
8.根据权利要求2或3所述的撬装天然气液化净化一体式冷箱，其特征在于，二氧化碳低温分离器为低温固液分离器或低温气固分离器。
9.根据权利要求1所述的撬装天然气液化净化一体式冷箱，其特征在于，天然气预冷换热器、液相制冷剂换热器、气相制冷剂预冷换热器和天然气过冷换热器为钎焊板式换热器。
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