一种天然气等压液化装置.pdf

本发明涉及一种天然气等压液化装置，采用低温端的类似的热能动力循环装置的朗肯循环系统，采用低温液体泵输入功，通过制冷工质对天然气液化装置进行补冷，从而实现天然气的等压液化。本发明的天然气液化装置，相同制冷量的前提下，较传统先进机组节能30%以上，是对传统天然气液化技术的突破，经济、社会、环保效益显著。

权利要求书一种天然气等压液化装置，该装置包括天然气预处理系统、预冷系统、液化系统、补冷系统、储存系统、控制系统和消防系统，其特征在于：
所述的补冷系统，是指从制冷剂贮罐（19）出来的液态制冷剂（20），经低温液体泵（21）、冷交换器（18）形成制冷剂过热蒸汽（16），经膨胀机（17）膨胀降压降温后，形成膨胀机（17）出口乏汽（22），进入冷凝器（9）使甲烷气冷凝产生过冷液体甲烷，从上塔（10）出来的出塔低温制冷剂（15），经冷交换器（6）、冷交换器（3）冷却原料天然气1，再经冷交换器（18），返回制冷剂贮罐（19），从而形成制冷剂的冷力循环回路。
根据权利要求1所述的装置，其特征在于：
设有节流阀（23）：
从制冷剂贮罐（19）出来的液态制冷剂（20），经低温液体泵（21）、冷交换器（18）形成制冷剂过热蒸汽（16），经膨胀机（17）膨胀降压降温后，形成膨胀机（17）出口乏汽（22），进入冷凝器（9）使甲烷气冷凝产生过冷液体甲烷，从上塔（10）出来的出塔低温制冷剂（15），经冷交换器（6）、冷交换器（3）冷却原料天然气（1），再经冷交换器（18）、节流阀（23），返回制冷剂贮罐（19），从而形成制冷剂的冷力循环回路。
根据权利要求2所述的装置，其特征在于：
设有冷交换器（18‑1）：
从制冷剂贮罐（19）出来的液态制冷剂（20），经低温液体泵（21）、冷交换器（18）、冷交换器（18‑1）形成制冷剂过热蒸汽（16），经膨胀机（17）膨胀降压降温后，形成膨胀机(17)出口乏汽(22)，进入冷凝器(9)使甲烷气冷凝产生过冷液体甲烷，从上塔(10)出来的出塔低温制冷剂(15)，经冷交换器(6)、冷交换器(3)冷却原料天然气(1)，再经冷交换器(18‑1)、冷交换器(18)、或和节流阀(23)，返回制冷剂贮罐(19)，从而形成制冷剂的冷力循环回路。
根据权利要求1至3之一所述的装置，其特征在于：
所述的膨胀机(17)的制动设备(24)采用风机、电机、液压泵或压气机。
根据权利要求1至3之一所述的装置，其特征在于：
所述的液化系统包括下塔(8)、冷凝器(9)、上塔(10)，采用一体式或分体式的结构。
根据权利要求4所述的装置，其特征在于：
所述的液化系统包括下塔(8)、冷凝器(9)、上塔(10)，采用一体式或分体式的结构。
根据权利要求6所述的装置，其特征在于：
所述制冷剂在标准压力下的沸点低于或等于甲烷，包括甲烷、氮气、氩气、氦气、氢气中的一种气体或多种气体组成的混合物。
根据权利要求7所述的装置，其特征在于：
本发明的装置同样适用于其他气体的液化，采用的制冷剂在标准大气压下的沸点低于或等于相应的待液化气体在标准大气压下的沸点。
根据权利要求1所述的装置，其特征在于：
所述制冷剂在标准压力下的沸点低于或等于甲烷，包括甲烷、氮气、氩气、氦气、氢气中的一种气体或多种气体组成的混合物。
根据权利要求1所述的装置，其特征在于：
本发明的装置同样适用于其他气体的液化，采用的制冷剂在标准大气压下的沸点低于或等于相应的待液化气体在标准大气压下的沸点。

说明书一种天然气等压液化装置
技术领域
本发明涉及一种天然气等压液化装置，具体属深度冷冻技术领域。
背景技术
天然气是一种优质洁净的化石能源,在国民经济中具有十分重要的地位。天然气的液化和储存是其开发利用的关键技术,在国内外已形成一个产业，每年以平均8%的速度增长，近年来在中国能源消费结构中，增长很快。液化天然气技术已经成为一门高科技技术，受到越来越多科学技术学科的重视。
预计到本世纪中叶,若以中国消耗天然气5000*108m3/a，其中进口LNG1000*108m3/a计（相当于日本目前的进口量），可用冷能折合电能为257*108kWh/a，相当于一个600*104kW电站的年发电量。因此如何使LNG实现技术、管理机制、市场运作等各方面的突破，力争使大幅度降低LNG的能耗，在取得巨大的节能和经济效益同时，推动包括空分、煤富氧气化在内的大型冷能产业链的快速发展，以期为我国全面实现循环型经济和节约型经济做出贡献，值得深入思考。同时，中国经济的快速发展和模式转型决定了大规模利用LNG的绝对必要性，并提供了宏大的用户市场。
传统天然气的液化流程主要有以下三种：
1、级联式液化流程（也称阶式液化流程、复叠式液化流程或串联蒸发冷凝液化流程），主要应用于基本负荷型天然气液化装置；
2、混合制冷剂液化流程：即所谓的MRC液化流程，MRC是以C1至C5的碳氢化合物，以及N2等五种以上的多组分混合制冷剂为工质，进行逐级冷凝、蒸发、节流膨胀得到不同温度水平的制冷量，以达到逐步冷却和液化天然气的目的。MRC既达到类似级联式液化流程的目的，有克服了其系统复杂的缺点。自20世纪80年代以来，对于基本负荷型天然气液化装置，新建与扩建的基本负荷型天然气液化流程，几乎毫无例外地采用丙烷预冷混合制冷剂液化流程；
3、带膨胀机的液化流程：带膨胀机液化流程，是指利用制冷剂再透平膨胀机中的克劳德循环，实现天然气液化的流程。气体在膨胀机中膨胀做功的同时，降低温度并回收功。根据制冷剂的不同，可分为氮气膨胀液化流程和天然气膨胀液化流程。这类流程的优点是：（1）流程简单、调节灵活、工作可靠、易启动、易操作、维修方便；（2）用天然气本身作工质时，能省去专门生产、运输、储运冷冻剂的费用。缺点是：（1）送入装置的气流需全部深度干燥；（2）回流压力低，换热面积大、设备金属投入量大；（3）受低压用户多少的限制；（4）液化率低，如再循环，则在增加循环压缩机后，功耗大大增加。由于带膨胀机的液化流程操作比较简单，投资适中，特别适用于液化能力较小的调峰型天然气液化装置。
附图1是级联式天然气液化流程示意图。
附图2是APCI丙烷预冷混合制冷剂液化流程示意图。
附图3是天然气膨胀液化流程，图3中：1‑脱水剂，2‑脱二氧化碳塔，3‑水冷却器，4‑返回气压缩机，5、6、7‑换热器，8‑过冷器，9‑储罐，10‑膨胀机，11‑压缩机。
附图4是氮气膨胀液化流程，图4中：1‑预处理装置，2、4、5‑换热器，3‑重烃分离器，6‑氮气提塔，7‑透平膨胀机，8‑氮‑甲烷分离塔，9‑循环压缩机。
附图5是带丙烷预冷的天然气膨胀液化流程示意图，图5中：1、3、5、6、7‑换热器，2、4‑丙烷换热器，8‑水冷却器，9‑压缩机，10‑制动压缩机，12、13、14‑气液分离器。
上述传统天然气液化流程设计的主要理论基础是热力学，即采用同温差的卡诺逆循环分析天然气液化过程，循环的经济性指标是制冷系数，就是得到的收益和耗费的代价之比值，并且以大气环境温度T0与温度为TC低温热源（如冷库）之间的一切制冷循环，以逆向卡诺循环的制冷系数为最高：