CN203758167U - 一种天然气提纯液化装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及气体净化领域，更具体地，提供了一种天然气提纯液化装置，包括：冷箱（1），具有供原料气流经的第一通道（4）、以及供从第一通道（4）中原料气吸热的制冷剂流经的第二通道（5）；精馏塔（2）和具有加热元件的再沸器（3），精馏塔（2）的物料入口与第一通道（4）的出口连通，精馏塔（2）的物料出口与再沸器（3）的入口连通；以及从原料气中直接或间接地提取热量的取热元件，取热元件与再沸器（3）的加热元件热耦合。本实用新型的目的在于提供一种可将天然气提纯液化过程中能量进行整合利用的天然气提纯液化装置。
Description
技术领域
本实用新型涉及气体净化领域，更具体地，涉及一种天然气提纯液化装置。
背景技术
天然气作为一种清洁能源在社会各个领域所占比例正逐渐提升，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，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。另外，对于某些合成天然气，需将其中的氢气等杂质脱除到一定程度，才能作为液化天然气产品产出。
液化天然气工业的不断发展，对天然气液化工艺在能耗、投资和效率等方面提出了更高的要求。现有的天然气提纯液化工艺在产品纯度或能量利用方面都存在不同程度的局限性，如CN102620521A中提到的技术方案，利用在精馏塔塔顶设置冷凝器对天然气进行液化，且冷凝器所需冷量由系统外氮气经冷箱低温液化后转化为液氮供给，增加了冷箱等设备的复杂性和系统能耗；CN102620522A中揭示的技术方案利用闪蒸技术对天然气提纯液化，这种技术无法满足保证较高液化率的同时获得高纯度的产品（小于等于1000ppm），因此这种分离方式适用于氢气的初步分离，无法满足获得高纯度产品的需要；另有关于利用低温液化含氢天然气并实现氢分离的工艺技术公开，此种技术方案采用常压精馏，要求进入精馏塔前原料气被液化达到温度较低，否则无法满足达到理想的液化率的要求，因此对液化流程的有效性提出了较高的要求并导致综合能耗的增加。
实用新型内容
针对相关技术中存在的问题，本实用新型的目的在于提供一种可将天然气提纯液化过程中能量进行整合利用的天然气提纯液化装置。
为实现上述目的，本实用新型提供了一种天然气提纯液化装置，包括：冷箱，具有供原料气流经的第一通道、以及供从第一通道中原料气吸热的制冷剂流经的第二通道；精馏塔和具有加热元件的再沸器，精馏塔的物料入口与第一通道的出口连通，精馏塔的物料出口与再沸器的入口连通；以及从原料气中直接或间接地提取热量的取热元件，取热元件与再沸器的加热元件热耦合。
根据本实用新型，冷箱具有原料气入口和原料气出口，第一通道具有位于原料气入口和原料气出口之间且将二者连通的管段，其中，管段的位于冷箱外侧的部分构成上述取热元件。
根据本实用新型，制冷剂由氮气、甲烷、乙烷、丙烷、异丁烷组成。
根据本实用新型，第二通道具有：与第一压缩机的出口连通的首段管段、与第一压缩机的入口连通的末端管段、以及将首段管段和末端管段连通的中间管段，其中，首段管段上还串联有第一水冷器。
根据本实用新型，中间管段的位于冷箱外侧的部分构成上述取热元件。
根据本实用新型，制冷剂为氮气。
根据本实用新型，精馏塔的物料入口与第一通道的出口之间串联有第一节流阀。
根据本实用新型，还包括储液罐，冷箱还具有产物冷却通道，再沸器还具有产物出口，其中，产物出口与产物冷却通道的入口连通，产物冷却通道的出口与储液罐连通。
根据本实用新型，产物冷却通道的出口和储液罐之间串联有第二节流阀。
根据本实用新型，第一通道的入口连接有第二压缩机，第二压缩机和第一通道入口之间串联有第二水冷器。
本实用新型的有益技术效果在于：
在本实用新型的天然气提纯液化装置中，冷箱具有第一通道和第二通道，因此原料气和制冷剂利用第一和第二通道进行热交换。而取热元件可以从原料气中直接或间接的提取热量，然后将所提取的热量供给与其热耦合的加热元件，进而加热元件利用这些热量对再沸器进行加热，因此可以实现对天然气提纯液化过程中能量的整合利用，提高系统能效。
附图说明
图1是本实用新型天然气提纯液化装置一个实施例的结构示意图；
图2是本实用新型天然气提纯液化装置另一个实施例的结构示意图。
具体实施方式
现参照附图描述本实用新型的天然气提纯液化装置，其包括冷箱1、精馏塔2、再沸器3和取热元件。其中，冷箱1具有供原料气流经的第一通道4、以及供从第一通道4中原料气吸热的制冷剂流经的第二通道5。再沸器3具有加热元件，并且精馏塔2的物料入口和第一通道4的出口连通，精馏塔2的物料出口与再沸器3的入口连通。此外，取热元件从原料气中直接或间接地提取热量，并且取热元件与再沸器3的加热元件热耦合。此处所谓的热耦合指的是取热元件与再沸器3的加热元件之间以热传递的方式相互连接，这种连接可以是通过连接管的直接连接传热，也可以是通过相互接近以传导热量的设置方式实现。当然应当理解，任何方式在本实用新型中均是可以采用的，只需使得取热元件和加热元件之间能够传递热量即可，本实用新型并不局限于此。
因此，在本实用新型的天然气提纯液化装置中，冷箱1具有第一通道4和第二通道5，因此原料气和制冷剂利用第一通道4和第二通道5进行热交换。而取热元件可以从原料气中直接或间接的提取热量，然后将所提取的热量供给与其热耦合的加热元件，进而加热元件利用这些热量对再沸器3进行加热，因此可以实现对天然气提纯液化过程中能量的整合利用，提高系统能效。
进一步，第二通道5具有首段管段13、末端管段14以及中间管段15。其中，首段管段13与第一压缩机81的出口连通，末端管段14与第一压缩机81的入口连通，中间管段15将首段管段13与末端管段14连通。此外，首段管段13上还串联有第一水冷器61。
现参照图1和图2具体描述该装置从原料气中直接或间接取出热量的过程。
如图1所示的实施例中，冷箱1具有原料气入口11和原料气出口12，并且第一通道4具有位于原料气入口11和原料气出口12之间且将二者连通的管段。进一步，该管段的位于冷箱1外侧的部分构成上述的取热元件。
而在图2所示的实施例中，第二通道5的中间管段15的位于冷箱1外侧的部分构成上述的取热元件。
换句话说，在图1的实施例中，取热元件从原料气入口11和原料气出口12之间的位于冷箱1外部的管段中提取热量，即，从原料气中直接提取热量；而在图2所示的实施例中，中间管段15是流经有制冷剂的管段，制冷剂在冷箱1中与流经有原料气的管段进行热交换从而获取热量，然后由中间管段15位于冷箱1外侧的部分充当取热元件，即，将原料气的热量通过与其热交换的制冷剂间接地传递给取热元件。
再次结合图1和图2，精馏塔2的物料入口与第一通道4的出口之间可以串联有第一节流阀71。进一步，利用该第一节流阀71对冷却后的原料气进行节流至中间压力0.3～2Mpa压力范围中。应当理解，该中间压力可根据后续反应的具体情况由用户设定。通过这种方式，可以使得经冷却后的原料气形成带压原料气并进入精馏塔2，因此在精馏塔2中进行的提纯分离为带压操作。此外，本实用新型的装置还可以包括储液罐9，进一步，冷箱1还可以设置有产物冷却通道，再沸器3还具有产物出口。其中，产物出口与产物冷却通道的入口之间相互连通，而产物冷却通道的出口和储液罐9之间连通。优选地，在产物冷却通道的出口和储液罐9之间可以串联有第二节流阀72。而第一通道4的入口可以连接有第二压缩机82，第二压缩机82和第一通道4入口之间串联有第二水冷器62。
此外，在图1所示的实施例中，制冷剂可以例如由氮气、甲烷、乙烷、丙烷、异丁烷组成。而图2所示实施例中，制冷剂可以例如为氮气。当然应当理解，其他制冷剂也是可以采用的，这可以根据具体使用情况而定，本实用新型并不局限于此。
现结合图1和图2所示的两个实施例，举例对本实用新型的天然气提纯液化装置的实施过程进行具体描述。
在图1所示实施例中，所使用的制冷剂例如可以为：由氮气、甲烷、乙烷、丙烷、异丁烷等组成的混和制冷剂。原料气为含氢天然气，例如，原料气组分可以为体积百分比为5%H2+95%CH4组成。制冷剂在冷箱1中流动吸热。相应地，原料气在进入第一管路4之前经压缩、冷却至一定压力，其中，该压力优选为4.5MPa。然后原料气流经第一通道4时，向冷箱1中放出热量，这部分热量被充当冷源的制冷剂吸收。然后原料气由原料气入口11和原料气出口12之间的管段引出至冷箱1外侧，进而取热元件从被引出的原料气中提取热量送至与其热耦合的再沸器3的加热元件。然后原料气再次回到冷箱1中进行放热，进一步原料气经过第一节流阀71节流到0.3～2MPa压力范围内送至精馏塔2。优选地，原料气可被节流到0.7MPa，该压力可根据原料气中含氢量作出调整。在精馏塔2中对原料气进行提纯分离，所得气态产物由精馏塔2的顶部排出，此处的气态产物为氢气。分离出的液态产物由精馏塔2底部进入再沸器3，然后再沸器3利用加热元件所获得的热量对液态产物进行部分蒸发，所得的气相产物返回精馏塔2继续进行反应，同时将获得的液相产物排出。此时所获得的液相产物为具有一定压力的饱和液相产品，其中，该压力可以在0.31MPa～2.01MPa范围内，优选为0.71MPa。进一步，所获得的液相产物由产物冷却通道送至冷箱1中再次进行冷却并节流到常压状态（0.11MPa）后，所得产品即为高纯度的液化天然气。此时，所获得的产品为常压状态下液化天然气；并且该产品的含氢量可以降至100ppm（浓度）；利用本实施例方法进行甲烷回收时的单位能耗为0.3275kwh/Nm3。
在图2所示的实施例中，所使用的制冷剂例如可以为氮气。该实施例中由于所使用制冷剂的不同，因此再沸器3对液态产物进行部分蒸发时的热量来源也不同。即，在图2的实施例中，制冷剂在冷箱1中和原料气进行热交换从而吸热，吸热后的制冷剂被从冷箱1中引出至中间管段15，中间管段15充当取热元件，然后将取热元件的热量送至再沸器3的加热元件中用于再沸器3中进行的液态产物部分蒸发。
需要指出的是，在图1和图2所示实施例中，所述的对液态产物进行部分蒸发指的是液态产物在再沸器3中一部分转换成气相产物。
综上所述，除本实用新型已经获得的效果之外，在本实用新型的天然气提纯液化装置中，将含氢天然气的液化流程与氢分离工序相结合，采用经冷箱1部分冷却后的原料气直接或间接供给再沸器3所需热量，实现了液化流程和氢分离工序之间的能量整合利用，将两部分工序有机结合起来。
采用了精馏塔2进行氢分离工序，相比闪蒸分离方法，更能满足得到高纯度液化天然气（小于等于200ppm）产品的要求。
采用本实用新型装置所得到的液化天然气产品，有效避免了对精馏前原料气过低温度的要求。
以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种天然气提纯液化装置，其特征在于，包括：
冷箱(1)，具有供原料气流经的第一通道(4)、以及供从所述第一通道(4)中原料气吸热的制冷剂流经的第二通道(5)；
精馏塔(2)和具有加热元件的再沸器(3)，所述精馏塔(2)的物料入口与所述第一通道(4)的出口连通，所述精馏塔(2)的物料出口与再沸器(3)的入口连通；以及
从所述原料气中直接或间接地提取热量的取热元件，所述取热元件与所述再沸器(3)的加热元件热耦合。
2.根据权利要求1所述的天然气提纯液化装置，其特征在于，
所述冷箱(1)具有原料气入口(11)和原料气出口(12)，所述第一通道(4)具有位于所述原料气入口(11)和原料气出口(12)之间且将二者连通的管段，
其中，所述管段的位于所述冷箱(1)外侧的部分构成所述取热元件。
3.根据权利要求1所述的天然气提纯液化装置，其特征在于，
所述第二通道(5)具有：与第一压缩机(81)的出口连通的首段管段(13)、与所述第一压缩机(81)的入口连通的末端管段(14)、以及将所述首段管段(13)和末端管段(14)连通的中间管段(15)，
其中，所述首段管段(13)上还串联有第一水冷器(61)。
4.根据权利要求3所述的天然气提纯液化装置，其特征在于，
所述中间管段(15)的位于所述冷箱外侧的部分构成所述取热元件。
5.根据权利要求4所述的天然气提纯液化装置，其特征在于，
所述制冷剂为氮气。
6.根据权利要求1所述的天然气提纯液化装置，其特征在于，
所述精馏塔(2)的物料入口与所述第一通道(4)的出口之间串联有第一节流阀(71)。
7.根据权利要求1所述的天然气提纯液化装置，其特征在于，还包括储液罐(9)，所述冷箱(1)还具有产物冷却通道，所述再沸器(3)还具 有产物出口，
其中，所述产物出口与所述产物冷却通道的入口连通，所述产物冷却通道的出口与所述储液罐(9)连通。
8.根据权利要求7所述的天然气提纯液化装置，其特征在于，
所述产物冷却通道的出口和所述储液罐(9)之间串联有第二节流阀(72)。
9.根据权利要求1所述的天然气提纯液化装置，其特征在于，
所述第一通道(4)的入口连接有第二压缩机(82)，所述第二压缩机(82)和所述第一通道(4)入口之间串联有第二水冷器(62)。
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