专利名称：一种利用液氮冷能制取液化天然气的系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种利用液氮冷能制取液化天然气的系统。适用于陆地或海上天然气 的液化。
背景技术：
随着经济的发展，能源危机日趋显现，环境污染日益严重，天然气作为一种污染少、热值高的优质清洁能源，越来越受到各个国家的青睐。近年来，天然气的探明储量稳步 增长，产量和销售量也在持续增加。而“西气东输”、“北气南调”、“海气上岸”、“进口 LNG”等 工程的实施，将有力地促进我国天然气的开发和利用。由于天然气的产地往往不在工业集中的地区，因此输送及贮存是天然气应用中必 须解决的问题。若以气态贮存和运输天然气需要庞大的体积或很高的压力，而在标准大气 压下，LNG(液化天然气)的密度相当于气态的600倍，即液化后的天然气只有原来体积的 1/600，这使得以液态贮存和运输天然气具有很高的经济性，因此将天然气液化是大量贮存 和远距离运输的一种重要方法。因而在天然气产业的发展过程中，液化天然气将是重要的 组成部分。国外从20世纪70年代开始对LNG装置的液化流程进行了设计、模拟与评价工作。 Shell公司模拟计算了级联式、混合制冷剂和氮气膨胀液化流程，并分析了其优劣。1995 年，Melaaen建立了基本负荷型天然气液化流程动态仿真模型，并采用隐式DASSL进行了仿 真计算。1998年，Terry采用HYSYS软件，对典型的调峰型天然气液化流程进行了模拟计算 与优化。1997年，Kikkawa设计了新型的混合制冷剂预冷、膨胀机液化流程，并采用CHEMCAD 软件进行了模拟计算。20世纪90年代初，我国开始进行天然气液化流程理论方面的研究。 陈国邦、郑大振分析了调峰型LNG装置液化流程的特点，对不同流程及其使用条件进行了 比较。1992年，郭东海对混合制冷剂天然气液化流程的参数选定及优化工作做了初步的探 讨。1999年，刘新伟针对煤层天然气的回收，提出了带循环压缩机的氮膨胀液化流程并进行 了模拟计算。上海交通大学顾安忠教授领导的课题组，对天然气液化流程进行了系统模拟。迄今为止，在天然气液化技术领域中已成熟的天然气液化工艺有节流制冷循环、 膨胀机制冷循环、级联式制冷循环、混合冷剂制冷循环和带预冷的混合冷剂制冷循环，其中 级联式液化流程、混合制冷剂液化流程(包括开式、闭式和丙烷预冷)和带膨胀机液化流程 是目前应用较多的工艺流程。级联式制冷循环又称阶式制冷循环，是用丙烷(或丙烯)、乙烷(或乙烯)、甲烷 等纯烃制冷剂的3个制冷循环级联组成，通过制冷剂液体的蒸发，逐级提供天然气液化所 需的冷量。在目前的天然气液化循环中，级联式制冷循环能耗最小，效率最高，所需换热面 积较小，且制冷循环与天然气液化系统各自独立，相互影响少、操作稳定、适应性强、技术成 熟。其缺点是流程复杂、机组多，至少要有3台压缩机，要有生产和储存各种制冷剂的设备， 各制冷循环系统不允许相互渗漏，管线及控制系统复杂，管理维修不方便，对制冷剂的纯度 要求严格等。
混合制冷剂(又称多组分制冷剂)制冷循环是采用N2和烃类混合物作为循环制冷剂。与级联式制冷循环相比，混合制冷液化循环具有流程简单、机组少、投资费用低、对制 冷剂的纯度要求不高等优点。但单级混合制冷剂循环的能耗要比级联式制冷循环高。膨胀制冷循环是通过透平膨胀机进行等熵膨胀而达到降温目的。目前膨胀制冷采 用的主要循环有以下三种(1)天然气直接膨胀制冷。该循环具有流程简单、设备紧凑、投 资小、调节灵活、工作可靠等优点。(2)氮膨胀制冷。其优点是对原料气组分变化有较大的 适应性，液化能力强、整个系统简单、操作方便；其缺点是能耗比比混合制冷剂循环高40% 左右。(3)氮气-甲烷混合膨胀制冷。与混合制冷剂循环相比较，该循环具有流程简单、控 制容易、启动时间短，比纯氮气膨胀制冷节省10% -20%的动力能耗等优点。但是其设计复 杂，目前国内还没有成熟的经验。现有的天然气液化装置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、造价较高。另外由于天然气中除甲烷外还含有少量 轻烃组分，要在液化天然气的同时得到液态轻烃产品，必然至少需要两级制冷，增加了设备 和流程的复杂性。事实上液氮来源广泛，价格低廉，以其冷量实现天然气的液化，可以省却 制冷循环投资，提高系统可靠性，减少初投资等。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种利用液氮冷能制取液化天然气的 系统。利用液氮冷能制取液化天然气的系统包括净化设备、预冷换热器、气液分离器、低 温储罐、主换热器、节流阀、低温储罐、液氮储罐和天然气管道；净化设备与预冷换热器的热 流体通道、气液分离器、换热器的热流体通道、节流阀和低温储罐依次相连，气液分离器与 低温储罐相连，液氮储罐经主换热器的冷流体通道与预冷换热器的冷流体通道相连，净化 设备与天然气管道相连。所述的预冷换热器与辅助制冷系统相连。所述的辅助制冷系统为氟利昂制冷系统 或低温制冷机系统。所述的净化设备为膜分离装置、分子筛吸附装置或化学吸收装置。所述 的预冷换热器、主换热器为板式换热器、管式换热器、扩展表面式换热器或蓄热式换热器。本发明设备简单，省却了一般制冷循环，充分利用液氮的低温冷能，通过直接换热 过程完成天然气的初步预处理及液化，同时还能得到液态轻烃等具有高附加值的副产品。 另一方面，带有一定压力的原料天然气可使其冷凝温度增加，提高LNG产品的产量。同时该 流程易于实现撬装化，适用于分布分散的陆上或海上天然气资源的储存与运输，以及分布 零散的沼气资源的液化与运输。
图1是利用液氮制取液化天然气的流程示意图；图2是添加辅助制冷系统后的利用液氮制取液化天然气的流程示意图；图中净化设备1、预冷换热器2、辅助制冷系统3、气液分离器4、低温储罐5、主换 热器6、节流阀7、低温储罐8、液氮储罐9、天然气管道10。
具体实施例方式如图所示，利用液氮冷能制取液化天然气的系统包括净化设备1、预冷换热器2、 气液分离器4、低温储罐5、主换热器6、节流阀7、低温储罐8、液氮储罐9和天然气管道10 ； 净化设备1与预冷换热器2的热流体通道、气液分离器4、换热器6的热流体通道、节流阀7 和低温储罐8依次相连，气液分离器4与低温储罐5相连，液氮储罐9经主换热器6的冷流 体通道与预冷换热器2的冷流体通道相连，净化设备1与天然气管道10相连。所述的预冷换热器2与辅助制冷系统3 相连所述的辅助制冷系统3为氟利昂制冷 系统或低温制冷机系统。所述的净化设备1为膜分离装置、分子筛吸附装置或化学吸收装 置。所述的预冷换热器2、主换热器6为板式换热器、管式换热器、扩展表面式换热器或蓄热 式换热器。具有一定压力的天然气经管道10输送至初步净化设备1，去除其中含有的少量 CO2,接着进入预冷换热器2，使净化后的原料天然气与主换热器6中流出的冷氮气逆流换 热，对其进行预冷。可在预冷部分中添加一辅助制冷系统3，以降低预冷温度(如附图2)。 预冷后，天然气中含有的乙烷、丙烷等轻烃组分将被冷凝为液体，即预冷换热器2热端出口 为气液两相流，通过气液分离器4分离。液体部分将在低温储罐5中收集，气体部分继续送 往主换热器6，与来自液氮储罐9的液氮进行换热，使富含甲烷的天然气液化为LNG。最后 LNG通过节流阀7节流降压，进入低温储罐8。节流所产生的LNG蒸发气可送入主换热器6 再次液化(图中未标出)。
权利要求
一种利用液氮冷能制取液化天然气的系统，其特征在于包括净化设备(1)、预冷换热器(2)、气液分离器(4)、低温储罐(5)、主换热器(6)、节流阀(7)、低温储罐(8)、液氮储罐(9)和天然气管道(10)；净化设备(1)与预冷换热器(2)的热流体通道、气液分离器(4)、换热器(6)的热流体通道、节流阀(7)和低温储罐(8)依次相连，气液分离器(4)与低温储罐(5)相连，液氮储罐(9)经主换热器(6)的冷流体通道与预冷换热器(2)的冷流体通道相连，净化设备(1)与天然气管道(10)相连。
2.根据权利要求1所述的一种利用液氮冷能制取液化天然气的系统，其特征在于所述 的预冷换热器(2)与辅助制冷系统(3)相连。
3.根据权利要求2所述的一种利用液氮冷能制取液化天然气的系统，其特征在于所述 的辅助制冷系统(3)为氟利昂制冷系统或低温制冷机系统。
4.根据权利要求1所述的一种利用液氮冷能制取液化天然气的系统，其特征在于所述 的净化设备(1)为膜分离装置、分子筛吸附装置或化学吸收装置。
5.根据权利要求1所述的一种利用液氮冷能制取液化天然气的系统，其特征在于所述 的预冷换热器(2)、主换热器(6)为板式换热器、管式换热器、扩展表面式换热器或蓄热式 换热器。
全文摘要
本发明公开了一种利用液氮冷能制取液化天然气的系统。它包括净化设备、预冷换热器、气液分离器、低温储罐、主换热器、节流阀、低温储罐、液氮储罐和天然气管道；净化设备与预冷换热器的热流体通道、气液分离器、换热器的热流体通道、节流阀和低温储罐依次相连，气液分离器与低温储罐相连，液氮储罐经主换热器的冷流体通道与预冷换热器的冷流体通道相连，净化设备与天然气管道相连。本发明设备简单，得到LNG产品的同时还能得到液态轻烃等高附加值副产品。同时该流程易于实现撬装化，适用于分布较分散的陆上或海上天然气资源、陆上沼气资源的液化与运输。
文档编号F25J3/08GK101858683SQ20101016162
公开日2010年10月13日 申请日期2010年4月30日 优先权日2010年4月30日
发明者姚蕾, 张小斌, 沈永年, 邱利民 申请人:浙江大学