CN212720484U - 一种天然气液化系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种天然气液化系统,包括前处理单元、第一换热器、混合冷剂制冷单元、射流制冷单元、第二换热器、不凝气脱除单元、存储单元;天然气通过前处理单元完成净化及增压,进入第一换热器预冷,再进入射流制冷单元喷射,实现部分液化,液体部分经节流后进入存储单元,气体部分进入第二换热器进一步冷却,之后进入不凝气脱除单元去除不凝气体组分,经过节流后进入存储单元,存储单元中LNG作为产品,所产生的BOG被引射器重新吸入液化。本天然气液化系统出液快,液化效率高,能耗较低,适用气质范围广,装置可集成撬装,尤其是处理高含不凝气体的原料气时,通过不凝气脱出单元有效分离排出不凝气,可广泛应用于天然气液化技术领域。
Description
技术领域
本实用新型涉及天然气液化技术领域。更具体地说,本实用新型涉及一种天然气液化系统。
背景技术
天然气液化工艺主要包括阶式液化工艺、混合冷剂液化工艺、带膨胀机液化工艺、高压射流液化工艺。
其中阶式液化工艺系统复杂、投资成本较高,主要应用于大型液化工厂。带膨胀液化工艺由于能耗较高,已少有应用。我国存在较多散井、边远井气源,多不具备管道输送和建立大型液化工厂的条件。
针对我国气源特点,目前国内开展了多项天然气高压射流和混合冷剂液化项目。从实际的应用效果来看,高压射流液化工艺,设备简单,出液快,运行稳定,撬装化集成度高,但存在能耗较大的问题。混合冷剂液化工艺能耗相对较低,但运行调试难度大、冷箱体积庞大,在山区、丘陵等偏远气源位置,运输难度大,建站成本高。
专利CN104913592B分别公布了一种小型天然气液化工艺,具有运行平稳、开停车方便的特点,但该专利同时指出该方案仅适用于净化天然气中含氮量在1%以下或不含氮的情况,适用范围有限。专利CN202083174U公布了一种用于天然气液化系统的冷箱,具有冷箱体积小、安装方便的特点,但该装置能耗相对较大。因此,针对我国偏远散井工况,该领域内亟需一种适用不同气质组分、体积小、能耗低的天然气液化系统。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种出液快、液化效率高、能耗低、适用不同气质组的天然气液化系统,结合现有的液化理论和工艺,合理规避单一液化方式的技术缺陷,采用高压射流和混合冷剂联合制冷液化技术,并着重解决天然气不凝气体组分对液化过程的不利影响,提高系统的液化效率。
为实现上述目的,本实用新型提供一种天然气液化系统,包括:前处理单元、第一换热器、混合冷剂制冷单元、射流制冷单元、第二换热器、存储单元、不凝气脱除单元,其中:
所述前处理单元包括依次连接的脱酸装置、脱水装置、第一增压机组,脱酸装置的入口与原料气管道连接;
所述混合冷剂制冷单元包括依次循环连接的第二增压机组、水冷器、第一节流阀,所述水冷器与第一节流阀之间的管路依次与第一换热器、第二换热器形成换热接触,所述第二增压机组与第一节流阀之间的管路依次与第一换热器、第二换热器形成换热接触;
所述射流制冷单元包括依次连接的引射器、第一分离器,引射器具有高压入口和低压入口,引射器的高压入口与第一增压机组通过管路连接且第一增压机组与引射器之间的管路与第一换热器形成换热接触;
所述存储单元包括第三节流阀、第四节流阀、LNG储罐,LNG储罐通过管道分别与第四节流阀、引射器的低压入口连接,所述LNG储罐与所述引射器的低压入口之间的管路与第一换热器形成换热接触,所述LNG储罐与第四节流阀之间的管道设有支路,第三节流阀的一端与支路连接、另一端与所述第一分离器连接;
所述不凝气脱除单元包括依次连接的第三换热器、第二节流阀、第二分离器,所述第二节流阀通过管路与所述第一分离器连接且所述第一分离器与第二节流阀之间的管路依次与第二换热器、第三换热器形成换热接触,所述第二分离器与第四节流阀通过管路连接且所述第二分离器与第四节流阀之间的管路与第三换热器形成换热接触。
优选的是,所述第二分离器设有不凝气体排放接口,外接火炬装置,用以处理可燃气体。
优选的是,所述LNG储罐设有LNG装卸接口,外接LNG装卸装置,用以转运LNG。
优选的是,当原料气进气量在1~3×104Nm3/d范围内,所述第一换热器、第二换热器、混合冷剂制冷单元集成在一个撬座上。
优选的是,当原料气进气量在1~3×104Nm3/d范围内,所述射流制冷单元、不凝气脱除单元、第三节流阀、第四节流阀集成在一个撬座上。
优选的是,所述第一增压机组的多个增压机之间设置有中冷器,用以降低压缩气体温度。
本实用新型至少包括以下有益效果:
1、射流制冷单元和混合冷剂制冷单元串行连接,经过射流制冷单元仍未液化的天然气由混合冷剂制冷单元进一步冷却液化,合理规避单一液化方式的技术缺陷,同时引射器出口温度可低于-130℃,降低了第二换热器的热负荷;
2、不凝气脱除单元进行不凝气体组分脱除,成功规避了传统高压射流液化工艺中,未液化天然气进行回流再压缩喷射过程,造成不凝气在系统中大量富集的现象,从而极大地扩展了系统的适用范围,具备处理高含不凝气天然气的条件,并降低了压缩机的运行负荷,降低了系统能耗;
3、LNG储罐与所述引射器的低压入口之间的管路与第一换热器形成换热接触,回收了存储单元中的BOG冷能,降低了第一换热器的热负荷。
本实用新型的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现,部分还将通过对本实用新型的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
图1为天然气液化系统中的液化处理流程的示意图;
附图说明标记:
1、脱酸装置,2、脱水装置,3、第一增压机组,4、第一换热器,5、第二增压机组,6、水冷器,7、第二换热器,8、第一节流阀,9、引射器,10、第一分离器,11、第三换热器,12、第二节流阀,13、第二分离器,14、第三节流阀,15、第三节流阀,16、LNG储罐。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型做进一步的详细说明,以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
在本实用新型的描述中,术语“横向”、“纵向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本实用新型和简化描述,并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本实用新型的限制。
如图1所示,本实用新型提供一种天然气液化系统,包括:前处理单元、第一换热器4、混合冷剂制冷单元、射流制冷单元、第二换热器7、存储单元、不凝气脱除单元,其中:所述前处理单元包括依次连接的脱酸装置1、脱水装置2、第一增压机组3,脱酸装置1的入口与原料气管道连接;所述混合冷剂制冷单元包括依次循环连接的第二增压机组5、水冷器6、第一节流阀8,所述水冷器6与第一节流阀8之间的管路依次与第一换热器4、第二换热器7形成换热接触,所述第二增压机组5与第一节流阀8之间的管路依次与第一换热器4、第二换热器7形成换热接触;所述射流制冷单元包括依次连接的引射器9、第一分离器10,引射器9具有高压入口和低压入口,引射器9的高压入口与第一增压机组3通过管路连接且第一增压机组3与引射器9之间的管路与第一换热器4形成换热接触;所述存储单元包括第三节流阀14、第四节流阀15、LNG储罐16,LNG储罐16通过管道分别与第四节流阀15、引射器9的低压入口连接,所述LNG储罐16与所述引射器9的低压入口之间的管路与第一换热器4形成换热接触,所述LNG储罐16与第四节流阀15之间的管道设有支路,第三节流阀14的一端与支路连接、另一端与所述第一分离器10连接;所述不凝气脱除单元包括依次连接的第三换热器11、第二节流阀12、第二分离器13,所述第二节流阀12通过管路与所述第一分离器10连接且所述第一分离器10与第二节流阀12之间的管路依次与第二换热器7、第三换热器11形成换热接触,所述第二分离器13与第四节流阀15通过管路连接且所述第二分离器13与第四节流阀15之间的管路与第三换热器11形成换热接触。
在上述技术方案中,所述前处理单元的脱酸装置1,用于除去原料气中如二氧化碳和硫化氢的酸性气体以避免腐蚀或堵塞管道;脱水装置2,用于除去水分以避免结冰的问题;第一增压机组3,将原料气增压,为后续流程中天然气的降压、降温作准备。
所述混合制冷剂单元的混合制冷剂由C1-C5的烃类化合物和N2组成,通过第二增压机组5前的管路接口加入混合制冷剂单元;第二增压机组5,用于对混合制冷剂增压,提供循环动力;水冷器6,用于对混合制冷剂降温液化;第一节流阀8,用于对混合制冷剂减压,方便混合制冷剂气化制冷;所述水冷器6与第一节流阀8之间的管路依次与第一换热器4、第二换热器7形成换热接触,降低原料气的温度。
所述第一换热器4与水冷器6和第一节流阀8之间的管路形成换热接触,对前处理后的原料气进行预冷。
所述射流制冷单元的引射器9,用于喷射第一换热器4预冷后的原料气,喷射后的气压降低,气体膨胀吸能,原料气温度进一步降低,天然气液化;第一分离器10,用于气液分离。
所述第二换热器7与水冷器6和第一节流阀8之间的管路形成换热接触,对第一分离器10分离出的气体部分冷却液化。
所述不凝气脱出单元的第三换热器11与第二分离器13和第四节流阀15之间的管路形成换热接触,对第二换热器7冷却后的天然气进一步降温液化;第二节流阀12,用于对第三换热器11冷却后的天然气减压,促进天然气液化,第二分离器13,用于气液分离。
所述存储单元的第三节流阀14,第四节流阀15分别对第一分离器10和第二分离器13分离出的液化天然气减压至统一压强,并汇入同一输送管道;LNG储罐16,用于存储来自第三节流阀14和第四节流阀15的液化天然气,且分离出的BOG通过管道与第一换热器4换热接触,之后在引射器9的低压接口处与前处理后的原料气汇合,再次循环液化。
在另一技术方案中,所述第二分离器13设有不凝气体排放接口,外接火炬装置,用于处理可燃气体。
在上述技术方案中,火炬装置在现有技术中可包括火炬头、火炬筒体、分液罐、水封罐、点火器等设备,不凝气体经管道、阀门、分液、防回火装置输送至火炬头部,火炬头部配有长明灯,长明灯经点火器点燃后将一直燃烧,当排放气到达火炬头部时,立即被长明灯点燃;在排放气因压力过低而自动熄灭时,长明灯可保持燃烧状态,待排放气压力升高时火炬会立即复燃,保证了不凝气体中的甲烷完全燃烧,消除火灾隐患,减轻温室效应。
在另一技术方案中,所述LNG储罐16设有LNG装卸接口,外接LNG装卸装置,用以转运LNG。
在上述技术方案中,LNG装卸装置在现有技术中可包括LNG专用批量控制器,质量流量计,气动切断阀,温度和压力变送器,管线保冷和LNG专用低温鹤管等等。LNG装卸装置液相线依次安装质量流量计、流量调节阀、气动切断阀、温度变送器及压力变送器,然后连接液相鹤管;LNG装卸装置气相线依次安装气动切断阀、温度变送器及压力变送器,然后连接气相鹤管。同时在液相线安装安全阀,装架外侧安装专用的LNG批量控制器和紧急停止按钮,批量控制器连接LNG装卸橇内所有的控制阀门、温度变送器、压力变送器、质量流量计等,组成LNG装卸控制系统。保证LNG从LNG储罐16中及时安全转运至LNG槽罐车等储运装置中。
在另一技术方案中,当原料气进气量在1~3×104Nm3/d范围内,所述第一换热器4、第二换热器7、混合冷剂制冷单元集成在一个撬座上。
在上述技术方案中,当原料气进气量在1~3×104Nm3/d范围内,可将第一换热器4、第二换热器7、混合冷剂制冷单元各装置小型化,并集成在一个撬座上,便于系统装置运输。
在另一技术方案中,当原料气进气量在1~3×104Nm3/d范围内,所述射流制冷单元、不凝气脱除单元、第三节流阀14、第四节流阀15集成在一个撬座上。
在上述技术方案中,当原料气进气量在1~3×104Nm3/d范围内,可将射流制冷单元、不凝气脱除单元、第三节流阀14、第四节流阀15各装置小型化,并集成在一个撬座上,便于系统装置运输。
在另一技术方案中,所述第一增压机组3多级压缩机之间设置中冷器,用以降低压缩气体温度。
在上述技术方案中,级间冷却可以防止第一增压机组3中压缩气体过热,影响压缩效率。
在本实施例中,所述天然气液化系统的液化流程如下:
流程一、井口气采出后,经初步除杂,以1.55t/h的流量通过原料气管道进入前处理系统,进行脱酸、脱水,并被增第一增压机组4增压至20MPa,第一增压机组4设置级间冷却,第一增压机组4出口高压天然气为40℃;
流程二、前处理后的天然气经过第一换热器4,被混合冷剂制冷单元和来自存储系统的低温BOG预冷至-65~-70℃;
流程三、预冷后的天然气进入射流制冷单元的引射器9中,喷射处理,压力降为0.8MPa,温度降为-133℃,呈气液混合状态,并由第一分离器10进行气液分离;
流程四、由第一分离器10底部分离的液态天然气经第三节流阀14节流至0.2MPa进入LNG储罐16;
流程五、由第一分离器10顶端分离出的气体部分经第二换热器7被混合冷剂制冷单元冷却至-155℃,进入不凝气脱除单元;
流程六、由第二换热器7冷却后的天然气与第二分离器13分离出的液态天然气在第三换热器11换热,降温至-165℃;
流程七、由第三换热器11冷却后的天然气经第二节流阀12减压至0.5MPa,进入第二分离器13中气液分离,不凝气从第二分离器13顶部出口排出,排出气组分中包含不凝气体摩尔分数90%,甲烷摩尔分数10%;
流程八、由第二分离器13分离出的液态天然气通过第四节流阀15节流至0.2MPa,汇入第三节流阀14出口管路,进入LNG储罐16;
流程九、由LNG储罐16分离出的BOG进入第一换热器4换热,被加热至-75℃,之后流入引射器9射流降温液化。
尽管本实用新型的实施方案已公开如上,但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用,它完全可以被适用于各种适合本实用新型的领域,对于熟悉本领域的人员而言,可容易地实现另外的修改,因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下,本实用新型并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。
Claims (6)
1.一种天然气液化系统,其特征在于,包括前处理单元、第一换热器、混合冷剂制冷单元、射流制冷单元、第二换热器、存储单元、不凝气脱除单元,其中:
所述前处理单元包括依次连接的脱酸装置、脱水装置、第一增压机组,脱酸装置的入口与原料气管道连接;
所述混合冷剂制冷单元包括依次循环连接的第二增压机组、水冷器、第一节流阀,所述水冷器与第一节流阀之间的管路依次与第一换热器、第二换热器形成换热接触,所述第二增压机组与第一节流阀之间的管路依次与第一换热器、第二换热器形成换热接触;
所述射流制冷单元包括依次连接的引射器、第一分离器,引射器具有高压入口和低压入口,引射器的高压入口与第一增压机组通过管路连接且第一增压机组与引射器之间的管路与第一换热器形成换热接触;
所述存储单元包括第三节流阀、第四节流阀、LNG储罐,LNG储罐通过管道分别与第四节流阀、引射器的低压入口连接,所述LNG储罐与所述引射器的低压入口之间的管路与第一换热器形成换热接触,所述LNG储罐与第四节流阀之间的管道设有支路,第三节流阀的一端与支路连接、另一端与所述第一分离器连接;
所述不凝气脱除单元包括依次连接的第三换热器、第二节流阀、第二分离器,所述第二节流阀通过管路与所述第一分离器连接且所述第一分离器与第二节流阀之间的管路依次与第二换热器、第三换热器形成换热接触,所述第二分离器与第四节流阀通过管路连接且所述第二分离器与第四节流阀之间的管路与第三换热器形成换热接触。
2.根据权利要求1所述的一种天然气液化系统,其特征在于,所述第二分离器设有不凝气体排放接口,不凝气体排放接口外接有一个火炬装置,用以处理可燃气体。
3.根据权利要求1所述的一种天然气液化系统,其特征在于,所述LNG储罐设有LNG装卸接口,LNG装卸接口外接LNG装卸装置,用以转运LNG。
4.根据权利要求1所述的一种天然气液化系统,其特征在于,当原料气进气量在1~3×104Nm3/d范围内,所述第一换热器、第二换热器、混合冷剂制冷单元集成在一个撬座上。
5.根据权利要求1所述的一种天然气液化系统,其特征在于,当原料气进气量在1~3×104Nm3/d范围内,所述射流制冷单元、不凝气脱除单元、第三节流阀、第四节流阀集成在一个撬座上。
6.根据权利要求1所述的一种天然气液化系统,其特征在于,所述第一增压机组的多个增压机之间设置有中冷器,用以降低压缩气体温度。
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