CN206176888U - 一种利用液化空气供冷制取lng的系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型为一种利用液化空气供冷制取LNG的系统，包括过滤器、净化系统、第一级换热器、节流阀、LNG储罐、液化空气储罐、低温泵、第二级换热器、第三级换热器，所述过滤器、净化系统、第一级换热器的热流体管路、节流阀、LNG储罐通过管道依次串联，所述过滤器的进料口连接气源，所述液化空气储罐、低温泵、第二级换热器的冷流体管路通过管道依次串联，所述第二级换热器的冷流体管路出口连通所述节流阀与LNG储罐之间的管道；充分利用液化空气的低温冷量，通过直接换热、余热利用即可完成与天然气的预冷与液化，不需要消耗大量电力。设备小、可撬装化，灵活应用，初始投资低，可获得廉价LNG，非常适合用于开发偏远零散气源。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种利用液化空气供冷制取LNG的系统。
背景技术
天然气是以烃类物质为主的多成分混合气体，其中甲烷占绝大部分，乙烷和丙烷等重烃相对较少。除烃类外，天然气还含有二氧化碳、氮气、硫化氢、水蒸气和氦、氩等惰性气体物质。天然气已然成为当前世界上的一种极其重要能源，同时也是一种公认的优质清洁燃料，热值高，每立方米大约8500Kcal，燃烧产物对环境所产生的污染少。由于世界经济的快速发展，煤、石油的过度消耗和所带来的环境问题的日益加重，能源消费结构正在逐步改变，天然气因其无法比拟的优势在世界能源结构中比重逐渐加大。天然气在热泵、分布式能源发电、燃料电池、发动机动力、工业燃料等方面都具有十分广阔的应用前景。
但在我国，天然气气源分布分散，产地往往在工业落后、人口稀薄地区，这些地区有很多零散的小气田、石油伴生气、煤层气等气源，但要开发利用这些气源就必须要解决输送问题，而绝大部分气田由于单井产量小，能够开采的时间非常短，在当地铺设管道投资高，经济性较差，采用管道运输或气态高压罐体运输已失去经济价值。而在标准大气压下，天然气可经制冷至-162℃变成液态，液化后的体积是液化前的1/625，在常压下即可储存运输，量大、安全可靠，使开发利用这些偏远天然气气源成为可能。因此，开展小型液化流程的技术开发有助于我们更大限度的利用我国西部等地的偏远天然气资源，缓解东西部分配不均衡的局势，未来必将为天然气行业的高速发展带来新的活力。
国外从20世纪70年代开始对天然气的液化工艺进行研究开发工作，但大多针对大型LNG液化装置，也出现了一些小型液化天然气装置。美国爱达荷州国家实验室研发了一种利用输气管网的压差能来液化天然气的小型天然气液化流程，依靠膨胀机膨胀制冷。ABB燃气技术公司设计了两种小型天然气液化流程。其中一种新型流程先使用丙烷制冷，在天然气的温度初步降低后，再把天然气送入膨胀机降温。另一种采用双膨胀制冷循环流程，冷量由两个独立的膨胀系统提供，一个系统以氮气作为膨胀循环的制冷剂，另一系统制冷剂选择甲烷、乙烷等碳氢化合物。Kryopak公司针对小型天然气液化装置设计了Kryopak EXP流程、Kryopak PCMR流程。Kryopak EXP流程采用膨胀机膨胀制冷，采用自蒸发气体作为制冷剂。Kryopak PCMR流程设置预冷部分，预冷部分采用的制冷剂为氨或者丙烷，而主要的制冷部分采用以多种烃类或者氮气混合而成的混合制冷剂。国内针对小型天然气液化装置也做了不少探索和尝试。1996年，吉林油田、中石油和中科院低温中心三家联合开发了一套500L/h天然气液化装置。该装置的液化流程以高纯氮气作为制冷工质，为了方便搬运，全部设备撬装成10个撬块，设备全部自主生产。气体轴承膨胀机制冷技术是本装置采用的一种独创性技术。2000年，中原油田委托法国索菲燃气公司设计的小型天然气液化装置投产，原料天然气的日处理量为30×104m3，液化率为50％。液化系统制冷循环部分为复叠式制冷循环，制冷剂为丙烷和乙烯。
但上述小型天然气液化工艺流程均采用制冷循环的方式提供天然气液化所需冷量，其存在的共同缺点就是流程结构及设备复杂、占地面积大、不灵活、造价高、消耗大量电能，单位能耗高，同时也不适合在没有充足电力甚至没有电力的偏远地区气源地进行推广应用。所以，亟需一种利用液化空气供冷制取LNG的系统来解决上述问题。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种利用液化空气供冷制取LNG的系统，来解决传统设备流程结构及设备复杂、占地面积大、不灵活、造价高、消耗大量电能，单位能耗高，同时也不适合在没有充足电力甚至没有电力的偏远地区气源地进行推广的问题。
本实用新型采用以下的技术方案：
一种利用液化空气供冷制取LNG的系统，包括过滤器(1)、净化系统(2)、第一级换热器(3)、节流阀(4)、LNG储罐(5)、液化空气储罐(6)、低温泵(7)、第二级换热器(8)、第三级换热器(9)，所述第一级换热器(3)、第二级换热器(8)、第三级换热器(9)均设置有热流体管路、冷流体管路，所述热流体管路、冷流体管路均设置有其进口和出口，所述过滤器(1)、净化系统(2)、第一级换热器(3)的热流体管路、节流阀(4)、LNG储罐(5)通过管道依次串联，所述过滤器(1)的进料口连接天然气气源；所述液化空气储罐(6)、低温泵(7)、第二级换热器(8)的冷流体管路通过管道依次串联；
所述净化系统(2)为脱碳塔(201)、浸硫活性炭吸附器(202)、乙二醇水溶液换热器(203)的热流体管路、分子筛吸附器(204)通过管道依次串联形成净化系统，所述脱碳塔(201)的进料端(A)与所述过滤器(1)及所述分子筛吸附器(204)出料端(B)通过管道连通；所述脱碳塔(201)的进料端(A)与所述滤器(1)连接，所述分子筛吸附器(204)出料端与第一级换热器(3)的热流体管路连接；
所述第一级换热器(3)的冷流体管路进口(C)连通所述低温泵(7)与所述第二级换热器(8)之间的管道，所述第一级换热器(3)的冷流体管路出口(D)通过管道连通所述第三级换热器(9)冷流体管路进口(E)，所述第三级换热器(9)冷流体管路的出口(F)将空气排出系统；所述第三级换热器(9)的热流体管路(91)与所述乙二醇水溶液换热器(203)的冷流体管路(2031)进口、出口连通构成其内部介质的循环冷却回路；
所述第二级换热器(8)的冷流体管路出口(G)连通所述第一级换热器(3)与第三级换热器(9)之间的管道，所述第二级换热器(8)的热流体管路进口(H)与所述LNG储罐(5)连通，所述第二级换热器(8)的热流体管路出口(I)连通所述节流阀(4)与LNG储罐(5)之间的管道。
所述第一级换热器(3)为板翅式换热器，包括三段板翅式换热器串联，每段的热流体管路、冷流体管路分别串联，所述热流体管路与所述冷流体管路流体的流向相反形成逆流换热，每段板式换热器热流体管路出口端分别设置节流装置。
所述第二级换热器为板式换热器、第三级换热器为板翅式换热器，所述第三级换热器的热流体管路换热介质为乙二醇水溶液。
本实用新型的优点如下：
工艺流程简单、液化空气易得，充分利用液化空气的低温冷量，通过直接换热、余热利用即可完成与天然气的预冷与液化，不需要消耗大量电力。另一方面，本发明设备小、可撬装化，灵活应用，初始投资低，可获得廉价LNG，非常适合用于开发偏远零散气源。
附图说明：
图1为本实用新型利用液化空气供冷制取LNG的小型液化系统流程示意图；
图2为本实用新型净化系统的流程示意图；
图3为本实用新型第一级换热器的内部结构示意图；
图4为本实用新型第二、三级换热器的内部结构示意图；
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做进一步说明。
以下实施例仅是为清楚说明本实用新型所作的举例，而并非对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在下述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化或变动，而这些属于本实用新型精神所引出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型的保护范围之中。
一种利用液化空气供冷制取LNG的系统，包括过滤器1、净化系统2、第一级换热器3、节流阀4、LNG储罐5、液化空气储罐6、低温泵7、第二级换热器8、第三级换热器9，所述第一级换热器3、第二级换热器8、第三级换热器9均设置有热流体管路、冷流体管路，所述热流体管路、冷流体管路均设置有其进口和出口，所述过滤器1、净化系统2、第一级换热器3的热流体管路、节流阀4、LNG储罐5通过管道依次串联，所述过滤器1的进料口连接天然气气源；所述液化空气储罐6、低温泵7、第二级换热器8的冷流体管路通过管道依次串联；
所述净化系统2为脱碳塔201、浸硫活性炭吸附器202、乙二醇水溶液换热器203的热流体管路、分子筛吸附器204通过管道依次串联形成净化系统，所述脱碳塔201的进料端A与所述过滤器1及所述分子筛吸附器204出料端B通过管道连通；所述脱碳塔201的进料端A与所述滤器1连接，所述分子筛吸附器204出料端与第一级换热器3的热流体管路连接；
所述第一级换热器3的冷流体管路进口C连通所述低温泵7与所述第二级换热器8之间的管道，所述第一级换热器3的冷流体管路出口D通过管道连通所述第三级换热器9冷流体管路进口E，所述第三级换热器9冷流体管路的出口F将空气排出系统；所述第三级换热器9的热流体管路91与所述乙二醇水溶液换热器203的冷流体管路2031进口、出口连通构成其内部介质的循环冷却回路；
所述第二级换热器8的冷流体管路出口G连通所述第一级换热器3与第三级换热器9之间的管道，所述第二级换热器8的热流体管路进口H与所述LNG储罐5连通，所述第二级换热器8的热流体管路出口I连通所述节流阀4与LNG储罐5之间的管道。
所述第一级换热器3为板翅式换热器，包括三段板翅式换热器串联，每段的热流体管路、冷流体管路分别串联，所述热流体管路与所述冷流体管路流体的流向相反形成逆流换热，每段板式换热器热流体管路出口端分别设置节流装置。
所述第二级换热器为板式换热器、第三级换热器为板翅式换热器，所述第三级换热器的热流体管路换热介质为乙二醇水溶液。
其流程与工作原理说明如下：
如图1所示，压力为2.8MPa(G)的井口天然气原料气经过天然气管道输送至所述过滤器1，尽可能除去原料气中携带的游离液体和机械杂质。
过滤后的原料气随后进入净化系统2进行天然气的净化处理。过滤后的原料气首先进入所述脱碳塔201中，去除掉原料气中的CO2和H2S，使原料气中的CO2含量小于50ppm，H2S含量小于4ppm。完成脱碳后，原料气进入所述浸硫活性炭吸附器202进行脱汞操作，去除掉原料气中的汞，以保证原料气中的汞含量小于0.01μg/Nm3。脱汞完成后，原料气进入所述乙二醇水溶液换热器203进行低温脱水，用所述第三级换热器引来的低温空气冷量与乙二醇水溶液进行热交换，如图2所示，预冷后的低温乙二醇水溶液进入乙二醇水溶液换热器203对原料气进行预冷，使原料气的温度降低至5℃，这样可分离出原料气中的大部分水分，而预冷原料气后的常温乙二醇水溶液返回至所述第三级换热器9中继续进行乙二醇水溶液的循环换热。低温脱水后，原料气进入所述分子筛吸附塔204中进行进一步的脱水，分子筛吸附塔里装有4A型分子筛，4A分子筛是一种碱金属硅铝酸盐，能吸附水，以保证原料气中的H2O含量小于1ppm。原料气在经过净化系统2后，成为合格原料气，若出现净化不合格的原料气，则原料气将通过所述脱碳塔201的进料端与所述分子筛吸附器204出料端之间的管道该处设有原料气检测器205，可检测CO2、H2O含量是否达标，若检测不达标，节流阀4关闭自动切换回到净化系统中重新净化，返回至净化系统2继续净化，直至达到要求。
来自所述液化空气储罐6出口的液态空气经低温泵7输送成恒定恒压的液态空气，之后液态空气将分成两股。
如图3所示，一股液态空气将进入第一级换热器3，其中：液态空气是冷流体通过换热器的冷流体管路通过，原料气为热流体通过热流体管路通过。热流体原料气依次进入三段换热器与液态空气逐级逆流换热，每一段换热器分别设有节流装置，从而最大限度而有效地利用液态空气的冷量。原料气与液态空气在第一级换热器3进行冷量交换后温度降至-160℃左右，变成低温天然气。随后低温天然气通过节流阀4节流后，温度降至-162℃、压力降至0.015MPa(G)，成为合格的液化天然气产品直接送入LNG储罐5。
如图4所示，另外一股液态空气将进入第二级换热器8中，利用液态空气的低温区段给LNG储罐6内的低温天然气再液化提供冷量，回收LNG储罐6内气化的天然气。低温天然气在第二级换热器后温度可直接降至-162℃，作为合格的液化天然气36又返回到LNG储罐6内。
液态空气经过第一级换热器3与原料气换热后变成低温空气，而液态空气经过第二级换热器8与低温天然气后换热后也变成了低温空气，为了充分利用低温空气的冷量。两股低温空气将混合进入第三级换热器9中，用于预冷常温乙二醇水溶液，常温乙二醇水溶液与低温空气换热器后成为低温乙二醇水溶液，之后低温乙二醇水溶液进入乙二醇水溶液换热器203中用于低温脱水，初步脱除原料气中的水分。而完成乙二醇水溶液预冷循环的低温空气失去冷量变成常温空气，最后直接排入大气中。
Claims (4)
1.一种利用液化空气供冷制取LNG的系统，包括过滤器(1)、净化系统(2)、第一级换热器(3)、节流阀(4)、LNG储罐(5)、液化空气储罐(6)、低温泵(7)、第二级换热器(8)、第三级换热器(9)，所述第一级换热器(3)、第二级换热器(8)、第三级换热器(9)均设置有热流体管路、冷流体管路，所述热流体管路、冷流体管路均设置有其进口和出口，其特征在于：所述过滤器(1)、净化系统(2)、第一级换热器(3)的热流体管路、节流阀(4)、LNG储罐(5)通过管道依次串联，所述过滤器(1)的进料口连接天然气气源；所述液化空气储罐(6)、低温泵(7)、第二级换热器(8)的冷流体管路通过管道依次串联；
所述净化系统(2)为脱碳塔(201)、浸硫活性炭吸附器(202)、乙二醇水溶液换热器(203)的热流体管路、分子筛吸附器(204)通过管道依次串联形成净化系统，所述脱碳塔(201)的进料端(A)与所述过滤器(1)及所述分子筛吸附器(204)出料端(B)通过管道连通，该管道上设置有原料气检测器(205)；所述脱碳塔(201)的进料端(A)与所述滤器(1)连接，所述分子筛吸附器(204)出料端与第一级换热器(3)的热流体管路连接，所述分子筛吸附器(204)里装有吸水剂；
所述第一级换热器(3)的冷流体管路进口(C)连通所述低温泵(7)与所述第二级换热器(8)之间的管道，所述第一级换热器(3)的冷流体管路出口(D)通过管道连通所述第三级换热器(9)冷流体管路进口(E)，所述第三级换热器(9)冷流体管路的出口(F)将空气排出系统；所述第三级换热器(9)的热流体管路(91)与所述乙二醇水溶液换热器(203)的冷流体管路(2031)进口、出口连通构成其内部介质的循环冷却回路；
所述第二级换热器(8)的冷流体管路出口(G)连通所述第一级换热器(3)与第三级换热器(9)之间的管道，所述第二级换热器(8)的热流体管路进口(H)与所述LNG储罐(5)连通，所述第二级换热器(8)的热流体管路出口(I)连通所述节流阀(4)与LNG储罐(5)之间的管道。
2.根据权利要求1所述的一种利用液化空气供冷制取LNG的系统，其特征在于：所述第一级换热器(3)为板翅式换热器，包括三段板翅式换热器串联，每段的热流体管路、冷流体管路分别串联，所述热流体管路与所述冷流体管路流体的流向相反形成逆流换热，每段板式换热器热流体管路出口端分别设置节流装置。
3.根据权利要求1或2所述的一种利用液化空气供冷制取LNG的系统，其特征在于：所述第二级换热器为板式换热器、第三级换热器为板翅式换热器，所述第三级换热器的热流体管路换热介质为乙二醇水溶液。
4.根据权利要求1所述的一种利用液化空气供冷制取LNG的系统，其特征在于：所述吸水剂为碱金属硅铝酸盐。
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