專利名稱：利用管道壓力能制備液化天然氣的裝置及使用方法
利用管道壓力能制備液化天然氣的裝置及使用方法技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于化工與低溫工程技術(shù)領(lǐng)域，具體地，涉及一種利用管道壓力能制備液化天然氣的裝置及使用方法。
背景技術(shù)：
天然氣與石油、煤炭作為世界上主要的化石能源，在一次能源中占有很大的比率。天然氣作為一種優(yōu)質(zhì)清潔能源，越來越多的國家開始重視天然氣資源的開發(fā)和利用。
天然氣的大規(guī)模輸送主要采用管道輸送的方式。目前，我國長輸天然氣大多采用高壓管輸方式，如西氣東輸管道壓力達到lOMPa，輸送的高壓天然氣經(jīng)調(diào)壓站降至中壓進入城市燃氣管網(wǎng)，再通過調(diào)壓箱將壓力降至低壓后供給用戶使用。天然氣調(diào)壓通常使用節(jié)流閥，在節(jié)流降壓的過程中會損失大量的壓力能，如果能通過一些方法將壓力能進行回收將大大地提高能量利用率。
現(xiàn)階段天然氣管網(wǎng)壓力能主要用于發(fā)電、輕烴分離、天然氣液化等。液化天然氣(LNG)作為一種清潔優(yōu)質(zhì)能源，既可以解決我國的能源短缺問題，又有突出的環(huán)境效益。天然氣經(jīng)低溫液化后，其體積縮減為原來的1/600，同時在液化前除去了天然氣中的H2S, CO2等雜質(zhì)。管道天然氣液化即可以作為城市燃氣調(diào)峰，也可以利用管道天然氣所蘊含的壓力倉泛。
天然氣液化流程主要有混合制冷劑液化流程、帶膨脹機液化流程以及級聯(lián)式液化流程這三類。已有技術(shù)中，公開號為CN202339065U，名稱為“一種天然氣輸氣干線差壓式節(jié)能液化裝置”的實用新型專利，采用一個增壓透平膨脹機來利用輸氣干線壓差到達液化一部分天然氣的目的，由于只采用了一級膨脹機，因此天然氣液化不是很高。公開號為CN202432824U,名稱為“一種通過前置外加能源提高液化率的壓差式液化裝置”的實用新型專利，通過前置一臺壓縮機來提高壓差式液化裝置的液化率，該技術(shù)的缺陷是需要額外提供能量來液化天然氣。公開號為CN202393170U，名稱為“天然氣輸氣干線雙回路雙膨脹機壓差式節(jié)能液化裝置”的實用新型專利，采用雙膨脹機并聯(lián)的方式來利用輸氣干線的壓差到達液化天然氣的目的，該技術(shù)并未對重烴在天然氣液化過程中進行分離，可能會致使液化裝置堵塞等后果，另外該技術(shù)主要針對輸氣主管道8.0 10.0MPa到分輸站4.0MPa這部分壓差的利用，當壓差較小時很難保證較高的液化率。發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種利用管道壓力能制備液化天然氣的裝置及使用方法。
第一方面，本發(fā)明提供一種利用管道壓力能制備液化天然氣的裝置，所述裝置由第一級分流器、第一級增壓機、天然氣凈化器、第一級水冷器、第一級換熱器、第二級分流器、第二級換熱器、重烴分離器、第一級膨脹機、第三級換熱器、第四級換熱器、第二級膨脹機、節(jié)流閥、氣液分離器、第三級分流器、第二級增壓機、第二級水冷器構(gòu)成；其中，
所述第一級分流器、天然氣凈化器、第一級換熱器、第二級換熱器、重烴分離器、第三級換熱器、第四級換熱器、節(jié)流閥、氣液分離器、第四級換熱器、第三級換熱器、第二級換熱器、第一級換熱器依次管連接形成第一路線；
所述第一級分流器、第一級增壓機、第一級水冷器、第一級換熱器、第二級分流器、第一級膨脹機、第三級換熱器、第二級換熱器、第一級換熱器依次管連接形成第二路線；
所述第一級增壓機、第一級水冷器、第二級分流器、第二級換熱器、第三級換熱器、第二級膨脹機、第四級換熱器、第三級換熱器、第二級換熱器、第一級換熱器、第三級分流器依次管連接形成第三路線；
所述第一級增壓機、第一級水冷器、第二級分流器、第二級換熱器、第三級換熱器、第二級膨脹機、第四級換熱器、第三級換熱器、第二級換熱器、第一級換熱器、第三級分流器、第二級增壓機、第二級水冷器依次管連接形成第四路線。
優(yōu)選地，所述天然氣凈化器內(nèi)部設(shè)有溶液或分子篩，所述溶液、分子篩能夠脫除雜質(zhì)二氧化碳、硫化氫及水分。
優(yōu)選地，所述第一級換熱器、第二級換熱器、第三級換熱器、第四級換熱器為多股流管熱氣，其形式為板翅式換熱器或繞管式換熱器。
優(yōu)選地，所述第一級膨脹機出口壓力高于1.7MPa，所述第二級膨脹機出口壓力高于 0.4MPa。
第二方面，本發(fā)明還涉及前述利用管道壓力能制備液化天然氣的方法，述方法包括如下步驟:
步驟1，天然氣經(jīng)第一級分流器分為第一線路、第二線路；
步驟2，進入所述第一線路的天然氣經(jīng)天然氣凈化器脫除二氧化碳、硫化氫雜質(zhì)后、依次進入第一級換熱器、第二級換熱器并將溫度將至-60°C后，進入重烴分離器，所述重烴分離器底部得到重烴，除去重烴后的天然氣依次進入第三級換熱器、第四級換熱器并將溫度將至為-137 -128°C后、進入節(jié)流閥、經(jīng)節(jié)流閥降壓至液化天然氣的儲存壓力，進入氣液分離器，氣液分離器底部得到液化天然氣產(chǎn)品，閃蒸氣返回四個換熱器提供冷量后，輸入中壓管網(wǎng)；
進入所述第二線路的天然氣進入所述第一級增壓機增壓至6.1 7.6MPa，并經(jīng)第一級水冷器降溫至30°C后，進入第一級換熱器預冷至-18 _15°C后，進入第二級分流器6后分為兩路:
一路:天然氣直接進入第一級膨脹機膨脹至1.7IMPa制冷，溫度降至-95.6 -85.34°C，為第一級換熱器、第二級換熱器、第三級換熱器供冷量后，復溫至21.6 29.6°C重新返回次高壓管網(wǎng)；
另一路:天然氣經(jīng)第三級換熱器、第四級換熱器冷卻至-78.5 -76.(TC，進入第二級膨脹機，所述第二級膨脹機降壓至0.41MPa，溫度為-144.7 -143.3°C后，為第一級換熱器、第二級換熱器、第三級換熱器、第四級換熱器提供冷量，復溫至21.6 29.6°C后，一部分直接進入中壓管網(wǎng)，剩余部分經(jīng)第三級分流器，進入第二級增壓機增壓至1.7MPa，經(jīng)第二級水冷器冷卻至30°C后進入次高壓管網(wǎng)，即可。
優(yōu)選地,所述液化天然氣儲存壓力為0.4 0.5MPa。
優(yōu)選地，所述進入第一路線中的天然氣與第二路線中的天然氣的體積百分比為(16 19%):(81 84%)。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果:本發(fā)明能利用天然氣管網(wǎng)的壓力能，直接利用高壓天然氣膨脹制冷，實現(xiàn)天然氣的液化，無需外界提供能量。此液化工藝流程通過適當參數(shù)調(diào)節(jié)，可實現(xiàn)天然氣的液化率為10 17%，本發(fā)明方法工藝簡單，效率高，成本低，有較好的應(yīng)用前景。


通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點將會變得更明顯:
圖1為本發(fā)明工藝流程示意圖中:1為第一級分流器，2為第一級增壓機，3為天然氣凈化器，4為第一級水冷器，5為第一級換熱器，6為第二級分流器，7為第二級換熱器，8為重烴分離器，9為第一級膨脹機，10為第三級換熱器，11為第四級換熱器，12為第二級膨脹劑，13為節(jié)流閥，14為氣液分離器，15為第三級分流器，16為第二級增壓機，17為第二級水冷器。
具體實施方式
下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。以下實施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當指出的是，對本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進。這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。
實施例1
本實施例涉及一種利用管道壓力能制備液化天然氣的裝置，其裝置由第一級分流器1、第一級增壓機2、天然氣凈化器3、第一級水冷器4、第一級換熱器5、第二級分流器6、第二級換熱器7、重烴分離器8、第一級膨脹機9、第三級換熱器10、第四級換熱器11、第二級膨脹機12、節(jié)流閥13、氣液分離器14、第三級分流器15、第二級增壓機16、第二級水冷器17構(gòu)成，其結(jié)構(gòu)如圖1所示:
本實施例還涉及一種使用前述裝置制備液化天然氣的方法，其方法包括如下步驟:
步驟1，將摩爾組分為95%CH4和5%N2、壓力4MPa、溫度15°C、流量lkmol/h的天然氣經(jīng)第一級分流器I為第一線路、第二線路，進入第一路線的天然氣與第二路線的天然氣體積百分比為16%:84%。
步驟2，進入所述第一線路的天然氣經(jīng)內(nèi)部設(shè)有溶液的天然氣凈化器3脫除二氧化碳、硫化氫雜質(zhì)后、依次進入第一級換熱器5、第二級換熱器7并將溫度將至-60°C后，進入重烴分離器8，所述重烴分離器8底部得到重烴，除去重烴后的天然氣依次進入第三級換熱器10、第四級換熱器11并將溫度將至為_128°C后、進入節(jié)流閥13、經(jīng)節(jié)流閥13降壓至0.45 MPa，進入液分離器14，氣液分離器14底部得到液化天然氣產(chǎn)品，閃蒸氣返回四個換熱器提供冷量后，輸入中壓管網(wǎng)；
進入所述第二線路的天然氣進入所述第一級增壓機2增壓至6.1MPa,并經(jīng)第一級水冷器4降溫至30°C后，進入第一級換熱器5預冷至-15°C，進入第二級分流器6后分為兩路:
一路:天然氣直接進入第一級膨脹機9膨脹至1.7IMPa制冷，溫度降至_85.34°C，為第一級換熱器5、第二級換熱器7、第三級換熱器10供冷量后，復溫至21.6°C重新返回次高壓管網(wǎng)；
另一路:天然氣經(jīng)第三級換熱器10第四級換熱器11冷卻至-78.5°C，進入第二級膨脹機12，所述第二級膨脹機12降壓至0.41MPa，溫度為-143.3°C后，為第一級換熱器5、第二級換熱器7、第三級換熱器10、第四級換熱器11提供冷量，復溫至21.6°C后，一部分直接進入中壓管網(wǎng)，剩余部分經(jīng)第三級分流器15，進入第二級增壓機16增壓至1.7MPa，經(jīng)第二級水冷器17冷卻至30°C后進入次高壓管網(wǎng)，即可。
實施效果:本實施例液化率為13.67%，無能耗。
實施例2
本實施例涉及一種利用管道壓力能制備液化天然氣的裝置，其裝置由第一級分流器1、第一級增壓機2、天然氣凈化器3、第一級水冷器4、第一級換熱器5、第二級分流器6、第二級換熱器7、重烴分離器8、第一級膨脹機9、第三級換熱器10、第四級換熱器11、第二級膨脹機12、節(jié)流閥13、氣液分離器14、第三級分流器15、第二級增壓機16、第二級水冷器17構(gòu)成，其結(jié)構(gòu)如圖1所示:
本實施例還涉及一種使用前述裝置制備液化天然氣的方法，其方法包括如下步驟:
步驟1，將摩爾組分為95%CH4和5%N2、壓力4MPa、溫度15°C、流量lkmol/h的天然氣經(jīng)第一級分流器I為第一線路、第二線路，進入第一路線的天然氣與第二路線的天然氣體積百分比為19%: 81%；
步驟2，進入所述第一線路的天然氣經(jīng)內(nèi)部設(shè)有分子篩的天然氣凈化器3脫除二氧化碳、硫化氫雜質(zhì)后、依次進入第一級換熱器5、第二級換熱器7并將溫度將至-60°C后，進入重烴分離器8，所述重烴分離器8底部得到重烴，除去重烴后的天然氣依次進入第三級換熱器10、第四級換熱器11并將溫度將至為_133°C后、進入節(jié)流閥13、經(jīng)節(jié)流閥13降壓至0.45 MPa，進入液分離器14，氣液分離器14底部得到液化天然氣產(chǎn)品，閃蒸氣返回四個換熱器提供冷量后，輸入中壓管網(wǎng)；
進入所述第二線路的天然氣進入所述第一級增壓機2增壓至7.6MPa，并經(jīng)第一級水冷器4降溫至30°C后，進入第一級換熱器5預冷至_15°C，進入第二級分流器6后，分為兩路:
一路:天然氣直接進入第一級膨脹機9膨脹至1.7IMPa制冷，溫度降至_94.4°C，為第一級換熱器5、第二級換熱器7、第三級換熱器10供冷量后，復溫至29.6°C重新返回次高壓管網(wǎng)；
另一路:天然氣經(jīng)第三級換熱器10第四級換熱器11冷卻至-76.(TC，進入第二級膨脹機12，所述第二級膨脹機12降壓至0.41MPa，溫度為-143.3°C后，為第一級換熱器5、第二級換熱器7、第三級換熱器10、第四級換熱器11提供冷量，復溫至29.6°C后，一部分直接進入中壓管網(wǎng)，剩余部分經(jīng)第三級分流器15，進入第二級增壓機16增壓至1.7MPa，經(jīng)第二級水冷器17冷卻至30°C后進入次高壓管網(wǎng)，即可。
實施效果:本實施例液化率為16.84%，無能耗。
實施例3
本實施例涉及一種利用管道壓力能制備液化天然氣的裝置，其裝置由第一級分流器1、第一級增壓機2、天然氣凈化器3、第一級水冷器4、第一級換熱器5、第二級分流器6、第二級換熱器7、重烴分離器8、第一級膨脹機9、第三級換熱器10、第四級換熱器11、第二級膨脹機12、節(jié)流閥13、氣液分離器14、第三級分流器15、第二級增壓機16、第二級水冷器17構(gòu)成，其結(jié)構(gòu)如圖1所示:
本實施例還涉及一種使用前述裝置制備液化天然氣的方法，其方法包括如下步驟:
步驟1，將摩爾組分為90%CH4和10%N2、壓力5MPa、溫度15°C、流量lkmol/h的天然氣經(jīng)第一級分流器I為第一線路、第二線路，進入第一路線的天然氣與第二路線的天然氣體積百分比為18%: 28%;
步驟2，進入所述第一線路的天然氣經(jīng)內(nèi)部設(shè)有溶液的天然氣凈化器3脫除二氧化碳、硫化氫雜質(zhì)后、依次進入第一級換熱器5、第二級換熱器7并將溫度將至-60°C后，進入重烴分離器8，所述重烴分離器8底部得到重烴，除去重烴后的天然氣依次進入第三級換熱器10、第四級換熱器11并將溫度將至為_137°C后、進入節(jié)流閥13、經(jīng)節(jié)流閥13降壓至0.45MPa，進入液分離器14，氣液分離器14底部得到液化天然氣產(chǎn)品，閃蒸氣返回四個換熱器提供冷量后，輸入中壓管網(wǎng)；
進入所述第二線路的天然氣進入所述第一級增壓機2增壓至7.4MPa，并經(jīng)第一級水冷器4降溫至30°C后，進入第一級換熱器5預冷至_18°C后，進入第二級分流器6后，分為兩路:
一路:天然氣直接進入第一級膨脹機9膨脹至1.7IMPa制冷，溫度降至_95.6V’為第一級換熱器5、第二級換熱器7、第三級換熱器10供冷量后，復溫至26.6°C重新返回次高壓管網(wǎng)；
另一路:天然氣經(jīng)第三級換熱器10第四級換熱器11冷卻至-76.(TC，進入第二級膨脹機12，所述第二級膨脹機12降壓至0.41MPa，溫度為-144.7°C后，為第一級換熱器5、第二級換熱器7、第三級換熱器10、第四級換熱器11提供冷量，復溫至26.6°C后，一部分直接進入中壓管網(wǎng)，剩余部分經(jīng)第三級分流器15，進入第二級增壓機16增壓至1.7MPa，經(jīng)第二級水冷器17冷卻至30°C后進入次高壓管網(wǎng)，即可。
實施效果:本實施例液化率為15.67%，無能耗。
綜上所述，本發(fā)明能利用天然氣管網(wǎng)的壓力能，直接利用高壓天然氣膨脹制冷，實現(xiàn)天然氣的液化，無需外界提供能量。此液化工藝流程通過適當參數(shù)調(diào)節(jié)，可實現(xiàn)天然氣的液化率為10 17%，本發(fā)明方法工藝簡單，效率高，成本低，有較好的應(yīng)用前景。
以上對本發(fā)明的具體實施例進行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變形或修改，這并不影響本發(fā)明的實質(zhì)內(nèi)容。
權(quán)利要求
1.一種利用管道壓力能制備液化天然氣的裝置，其特征在于，所述裝置由第一級分流器(I)、第一級增壓機(2)、天然氣凈化器(3)、第一級水冷器(4)、第一級換熱器(5)、第二級分流器(6)、第二級換熱器(7)、重烴分離器(8)、第一級膨脹機(9)、第三級換熱器(10)、第四級換熱器(11)、第二級膨脹機(12)、節(jié)流閥(13)、氣液分離器(14)、第三級分流器(15)、第二級增壓機(16)、第二級水冷器(17)構(gòu)成；其中， 所述第一級分流器(I)、天然氣凈化器(3)、第一級換熱器(5)、第二級換熱器(7)、重烴分離器(8)、第三級換熱器(10)、第四級換熱器(11)、節(jié)流閥(13)、氣液分離器(14)、第四級換熱器(11)、第三級換熱器(10 )第二級換熱器(7 )、第一級換熱器(5 )依次管連接形成第一路線； 所述第一級分流器(I)、第一級增壓機(2)、第一級水冷器(4)、第一級換熱器(5)、第二級分流器(6)、第一級膨脹機(9)、第三級換熱器(10)、第二級換熱器(7)、第一級換熱器(5)依次管連接形成第二路線； 所述第一級增壓機(2)、第一級水冷器(4)、第二級分流器(6)、第二級換熱器(7)、第三級換熱器(10)、第二級膨脹機(12)、第四級換熱器(11)、第三級換熱器(10)、第二級換熱器(7)、第一級換熱器(5)、第三級分流器(15)依次管連接形成第三路線； 所述第一級增壓機(2)、第一級水冷器(4)、第二級分流器(6)、第二級換熱器(7)、第三級換熱器(10)、第二級膨脹機(12)、第四級換熱器(11)、第三級換熱器(10)、第二級換熱器(7)、第一級換熱器(5)、第三級分流器(15)、第二級增壓機(16)、第二級水冷器(17)依次管連接形成第四路線。
2.如權(quán)利要求1所述的利用管道壓力能制備液化天然氣的裝置，其特征在于，所述天然氣凈化器(3)內(nèi)部設(shè)有溶液或分子篩，所述溶液、分子篩能夠脫除雜質(zhì)二氧化碳、硫化氫以及水分。
3.如權(quán)利要求1所述的利用管道壓力能制備液化天然氣的裝置，其特征在于，所述第一級換熱器(5)、第二級換熱器(7)、第三級換熱器(10)、第四級換熱器(11)為多股流管熱氣，其形式為板翅式換熱器或繞管式換熱器。
4.如權(quán)利要求1所述的利用管道壓 力能制備液化天然氣的裝置，其特征在于，所述第一級膨脹機(9)出口壓力高于1.7MPa，所述第二級膨脹機(12)出口壓力高于0.4MPa。
5.一種使用如權(quán)利要求1所述的裝置制備液化天然氣的方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟: 步驟I，天然氣經(jīng)第一級分流器(I)分為第一線路、第二線路； 步驟2，進入所述第一線路的天然氣經(jīng)天然氣凈化器(3)脫除二氧化碳、硫化氫及水分等雜質(zhì)后、依次進入第一級換熱器(5 )、第二級換熱器(7 )并將溫度將至-60 V后，進入重烴分離器(8)，所述重烴分離器(8)底部得到重烴，除去重烴后的天然氣依次進入第三級換熱器(10)、第四級換熱器(11)并將溫度將至為-137 -128°C后、進入節(jié)流閥(13)、經(jīng)節(jié)流閥(13)降壓至液化天然氣的儲存壓力，進入氣液分離器(14)，氣液分離器(14)底部得到液化天然氣產(chǎn)品，閃蒸氣返回四個換熱器提供冷量后，輸入中壓管網(wǎng)； 進入所述第二線路的天然氣進入所述第一級增壓機(2)增壓至6.1 7.6MPa，并經(jīng)第一級水冷器(4)降溫至30°C后，進入第一級換熱器(5)預冷至-18 -15°C后，進入第二級分流器(6)后分為兩路:一路:天然氣直接進入第一級膨脹機(9)膨脹至1.7 IMPa制冷，溫度降至-95.6 -85.34°C，為第一級換熱器(5)、第二級換熱器(7)、第三級換熱器(10)供冷量后，復溫至21.6 29.6°C重新返回次高壓管網(wǎng)； 另一路:天然氣經(jīng)第三級換熱器(10)第四級換熱器(11)冷卻至-78.5 -76.(TC，進入第二級膨脹機(12)，所述第二級膨脹機(12)降壓至0.41MPa，溫度為-144.7 -143.3°C后，為第一級換熱器(5)、第二級換熱器(7)、第三級換熱器(10)、第四級換熱器(11)提供冷量，復溫至21.6 29.6°C后，一部分直接進入中壓管網(wǎng)，剩余部分經(jīng)第三級分流器(15)，進入第二級增壓機(16)增壓至1.7MPa，經(jīng)第二級水冷器(17)冷卻至30°C后進入次高壓管網(wǎng)，即可。
6.如權(quán)利要求5所述的制備液化天然氣的方法，其特征在于，所述液化天然氣儲存壓力為 0.4 0.5MPa。
7.如權(quán)利要求5所述的制備液化天然氣的方法，其特征在于，所述進入第一路線中的天然氣與第二路線中的天然氣的體積百分比為(16 19%):(81 84%)。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種利用管道壓力能制備液化天然氣的裝置及使用方法，其裝置由第一級分流器、第一級增壓機、天然氣凈化器、第一級水冷器、第一級換熱器、第二級分流器、第二級換熱器、重烴分離器、第一級膨脹機、第三級換熱器、第四級換熱器、第二級膨脹劑、節(jié)流閥、氣液分離器、第三級分流器、第二級增壓機、第二級水冷器構(gòu)成；本發(fā)明還涉及使用前述裝置制備液化天然氣的方法。本發(fā)明能利用天然氣管網(wǎng)的壓力能，直接利用高壓天然氣膨脹制冷，實現(xiàn)天然氣的液化，無需外界提供能量。此液化工藝流程通過適當參數(shù)調(diào)節(jié)，可實現(xiàn)天然氣的液化率為10～17%，本發(fā)明方法工藝簡單，效率高，成本低，有較好的應(yīng)用前景。
文檔編號F25J3/08GK103175379SQ20131008686
公開日2013年6月26日 申請日期2013年3月18日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月18日
發(fā)明者巨永林, 賀天彪 申請人:上海交通大學