CN209910277U - 无动力的深冷分离装置 - Google Patents

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Abstract

本实用新型的无动力的深冷分离装置，包括：第一换热器；第二换热器；压缩天然气精馏塔，压缩天然气精馏塔的塔釜的液相排出口与压缩天然气排出管连接；压缩天然气精馏塔的塔顶气相出口与膨胀机的入口通过管路连接，膨胀机的出口与富氮气换热器的进口连接，富氮气换热器的出口与富氮气排出管连接。本实用新型的技术方案无需氮气压缩机、MRC压缩机等高耗能设备，因此大大降低了投资与运行成本，提高了经济效益。

Description

无动力的深冷分离装置
技术领域
本实用新型涉及尾气的回收利用领域，特别是涉及一种无动力的深冷分离装置。
背景技术
随着我国能源结构的改革，在三大主要化石能源中，天然气作为一种优质、高效的清洁能源气体，在能源消耗份额中已经占据着越来越大的比重。我国“十三五规划”更是要求到2020年天然气占一次能源消费比重从目前的6.6％提高到10％，国家能源局甚至进一步提出到2030年我国一次能源消费比重中天然气占比将提高至15％。
目前，常规的深冷分离技术中，主要的冷量来源通过压缩机制冷，其中制冷循环中主要包括：轻冷剂制冷循环、重冷剂制冷循环及氮气制冷循环，这些制冷循环中最重要的设备之一为压缩机，是制冷循环的主要耗能设备。如何降低能耗，降低投资与运行成本，是目前深冷分离领域研究的重点。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是提供一种耗能较少的无动力的深冷分离装置。
本实用新型的无动力的深冷分离装置，包括：
用于对原料气进行冷却的第一换热器；
用于对原料气进行再次冷却的第二换热器，与第一换热器通过管路连接；
用于使再次冷却后的原料气分离出富氢气和液相的气液分离器，与第二换热器通过管路连接；
用于对气液分离器分离出的液相进行精馏，以得到压缩天然气的压缩天然气精馏塔，与气液分离器的液相出口通过管路连接，压缩天然气精馏塔的塔釜的液相排出口与压缩天然气排出管连接；
压缩天然气精馏塔的塔顶气相出口与膨胀机的入口通过管路连接，膨胀机的出口与富氮气换热器的进口连接，富氮气换热器的出口与富氮气排出管连接，富氮气换热器与压缩天然气精馏塔的塔顶连接，以使富氮气经膨胀机降温后在富氮气换热器内为压缩天然气精馏塔提供冷量。
本实用新型的无动力的深冷分离装置，其中，还包括原料气换热器，原料气换热器与压缩天然气精馏塔的塔釜连接，所述第二换热器与第一换热器通过第一管路连接，所述第一管路经过原料气换热器，以使被第一换热器冷却的原料气进入原料气换热器冷却后进入第二换热器再次冷却。
本实用新型的无动力的深冷分离装置，其中，气液分离器与第二换热器通过第二管路连接，所述第二管路上设置有第一节流阀，以使被第二换热器冷却的原料气节流降温后输入气液分离器。
本实用新型的无动力的深冷分离装置，其中，压缩天然气精馏塔与气液分离器的液相出口通过第三管路连接，第三管路上设置有第二节流阀。
本实用新型的无动力的深冷分离装置，其中，压缩天然气排出管依次经过第三节流阀、第二换热器、第一换热器，以使压缩天然气精馏塔的塔釜排出的液态的压缩天然气经第三节流阀节流降温后为第二换热器与第一换热器提供冷量。
本实用新型的无动力的深冷分离装置，其中，压缩天然气精馏塔的塔顶气相出口与膨胀机的入口通过第四管路连接，所述第四管路经过第二换热器，以使压缩天然气精馏塔的塔顶排出的富氮气为第二换热器提供冷量。
本实用新型的无动力的深冷分离装置，其中，富氮气排出管依次经过第二换热器、第一换热器，以使富氮气排出管内的富氮气为第二换热器与第一换热器提供冷量。
本实用新型的技术方案通过节流降温保证深冷分离装置稳定运行，无需外加动力制冷来提供深冷分离所需冷量。本实用新型的技术方案无需氮气压缩机、MRC压缩机等高耗能设备，因此大大降低了投资与运行成本，提高了经济效益。
附图说明
图1为本实用新型的无动力的深冷分离装置的结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，本实用新型的无动力的深冷分离装置，包括：
用于对原料气进行冷却的第一换热器11；
用于对原料气进行再次冷却的第二换热器12，与第一换热器11通过管路连接；
用于使再次冷却后的原料气分离出富氢气和液相的气液分离器7，与第二换热器12通过管路连接；
用于对气液分离器分离出的液相进行精馏，以得到压缩天然气的压缩天然气精馏塔10，与气液分离器的液相出口通过管路连接，压缩天然气精馏塔的塔釜的液相排出口与压缩天然气排出管51连接；
压缩天然气精馏塔的塔顶气相出口与膨胀机13的入口通过管路连接，膨胀机13的出口与富氮气换热器14的进口连接，富氮气换热器14的出口与富氮气排出管52连接，富氮气换热器与压缩天然气精馏塔的塔顶连接，以使富氮气经膨胀机降温后在富氮气换热器内为压缩天然气精馏塔提供冷量。
本实用新型的无动力的深冷分离装置，其中，还包括原料气换热器5，原料气换热器5与压缩天然气精馏塔10的塔釜连接，第二换热器12与第一换热器11通过第一管路110连接，第一管路110经过原料气换热器，以使被第一换热器冷却的原料气进入原料气换热器5冷却后进入第二换热器再次冷却。
本实用新型的无动力的深冷分离装置，其中，气液分离器7与第二换热器通过第二管路210连接，第二管路210上设置有第一节流阀6，以使被第二换热器冷却的原料气节流降温后输入气液分离器。
本实用新型的无动力的深冷分离装置，其中，压缩天然气精馏塔10与气液分离器7的液相出口通过第三管路310连接，第三管路310上设置有第二节流阀8。
本实用新型的无动力的深冷分离装置，其中，压缩天然气排出管51依次经过第三节流阀9、第二换热器12、第一换热器11，以使压缩天然气精馏塔的塔釜排出的液态的压缩天然气经第三节流阀节流降温后为第二换热器与第一换热器提供冷量。
本实用新型的无动力的深冷分离装置，其中，压缩天然气精馏塔的塔顶气相出口与膨胀机的入口通过第四管路410连接，第四管路410经过第二换热器12，以使压缩天然气精馏塔的塔顶排出的富氮气为第二换热器12提供冷量。
本实用新型的无动力的深冷分离装置，其中，富氮气排出管52依次经过第二换热器12、第一换热器11，以使富氮气排出管内的富氮气为第二换热器与第一换热器提供冷量。
本实用新型的技术方案的核心是无动力的低温分离。
本实用新型的技术方案通过节流降温保证深冷分离装置稳定运行，无需外加动力制冷来提供深冷分离所需冷量。
本实用新型的技术方案无需氮气压缩机、MRC压缩机等高耗能设备，因此大大降低了投资与运行成本，提高了经济效益。
CNG即压缩天然气(Compressed Natural Gas,简称CNG)。
图1中：箭头1表示净化的原料气，箭头2表示CNG产品，箭头3表示富氮气，箭头4表示富氢气。
本实用新型的无动力的深冷分离装置的深冷分离过程实施例如下：
第一换热器的第一入口输入原料气，出口与原料气换热器的入口连通，原料气换热器出口与第二换热器的第一入口连通，第二换热器的第一出口与第一节流阀进口连通，第一节流阀出口与气液分离器入口连通，气液分离器气相出口与第二换热器第二入口连通，第二换热器第二出口与第一换热器第二入口连通，第一换热器第二出口输出富氢气，气液分离器液相出口与第二节流阀入口连通，第二节流阀出口与压缩天然气精馏塔入口连通，压缩天然气精馏塔气相出口与第二换热器第三入口连通，第二换热器第三出口与膨胀机入口连通，膨胀机出口与富氮气换热器入口连通，富氮气换热器出口与第二换热器第四入口连通，第二换热器第四出口与第一换热器第三入口连通，第一换热器第三出口输出富氮气，压缩天然气精馏塔液相出口与第三节流阀入口连通，第三节流阀出口与第二换热器第五入口连通，第二换热器第五出口与第一换热器第四入口连通，第一换热器第四出口输出CNG，其中原料气换热器冷量通过压缩天然气精馏塔的塔釜提供，富氮气换热器冷量通过压缩天然气精馏塔塔顶提供。
上述冷量依靠膨胀机等熵膨胀和等焓节流膨胀获得。
原料气初始压力为6.0～10.0MPa(G)，经过第一节流阀后压力降低至4.0～8.0MPa(G)，节流后原料气气体温度降低，经气液分离器分离后气相出口为第一换热器与第二换热器提供冷量，并输出常温富氢气。
气液分离器的液相初始压力4.0～8.0MPa(G)，经过第二节流阀后压力降低至1.5～5.5MPa(G)，节流后为气-液两相物质，经压缩天然气精馏塔精馏加工后，富氮气相经过第二换热器，为第二换热器提供冷量，之后进入膨胀机，经过膨胀机减压后，温度降低，再进入富氮气换热器升温，并为压缩天然气精馏塔顶提供冷量，经过富氮气换热器后的富氮气为第一换热器与第二换热器提供冷量，并输出常温富氮气。
压缩天然气精馏塔的液相初始压力为1.0～5.0MPa(G)，经过第三节流阀后压力降低至0.7～4.7MPa(G)，节流后CNG经过第二换热器和第一换热器后，以常温送出CNG，并为第一换热器与第二换热器提供冷量。
所述原料气换热器冷量由压缩天然气精馏塔塔釜提供。
所述膨胀机为螺杆膨胀机，膨胀所释放的能量可以为其他设备利用，提高能源利用率。
压缩天然气精馏塔10塔顶部分冷量由富氮气换热器14提供。
本实用新型的无动力的深冷分离装置所分离出的产品如表1所示。
表1产品数据
Figure BDA0002035978780000051
Figure BDA0002035978780000061
本实用新型的无动力的深冷分离装置可以分离出原料气中的富氮气、富氢气及CNG产品，利用节流膨胀降温原料气，实现无动力、零能耗的低温分离，不仅减少环境污染，而且大大降低投资与设备运行成本，提高经济效益，为低温分离技术领域提供新思想，注入新能量。
以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (7)

1.一种无动力的深冷分离装置，其特征在于，包括：
用于对原料气进行冷却的第一换热器；
用于对原料气进行再次冷却的第二换热器，与第一换热器通过管路连接；
用于使再次冷却后的原料气分离出富氢气和液相的气液分离器，与第二换热器通过管路连接；
用于对气液分离器分离出的液相进行精馏，以得到压缩天然气的压缩天然气精馏塔，与气液分离器的液相出口通过管路连接，压缩天然气精馏塔的塔釜的液相排出口与压缩天然气排出管连接；
压缩天然气精馏塔的塔顶气相出口与膨胀机的入口通过管路连接，膨胀机的出口与富氮气换热器的进口连接，富氮气换热器的出口与富氮气排出管连接，富氮气换热器与压缩天然气精馏塔的塔顶连接，以使富氮气经膨胀机降温后在富氮气换热器内为压缩天然气精馏塔提供冷量。
2.如权利要求1所述的无动力的深冷分离装置，其特征在于，还包括原料气换热器，原料气换热器与压缩天然气精馏塔的塔釜连接，所述第二换热器与第一换热器通过第一管路连接，所述第一管路经过原料气换热器，以使被第一换热器冷却的原料气进入原料气换热器冷却后进入第二换热器再次冷却。
3.如权利要求2所述的无动力的深冷分离装置，其特征在于，气液分离器与第二换热器通过第二管路连接，所述第二管路上设置有第一节流阀，以使被第二换热器冷却的原料气节流降温后输入气液分离器。
4.如权利要求3所述的无动力的深冷分离装置，其特征在于，压缩天然气精馏塔与气液分离器的液相出口通过第三管路连接，第三管路上设置有第二节流阀。
5.如权利要求4所述的无动力的深冷分离装置，其特征在于，压缩天然气排出管依次经过第三节流阀、第二换热器、第一换热器，以使压缩天然气精馏塔的塔釜排出的液态的压缩天然气经第三节流阀节流降温后为第二换热器与第一换热器提供冷量。
6.如权利要求5所述的无动力的深冷分离装置，其特征在于，压缩天然气精馏塔的塔顶气相出口与膨胀机的入口通过第四管路连接，所述第四管路经过第二换热器，以使压缩天然气精馏塔的塔顶排出的富氮气为第二换热器提供冷量。
7.如权利要求6所述的无动力的深冷分离装置，其特征在于，富氮气排出管依次经过第二换热器、第一换热器，以使富氮气排出管内的富氮气为第二换热器与第一换热器提供冷量。
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