利用含空气瓦斯制取lng的系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及液化天然气工业，特别是涉及一种利用含空气瓦斯制取LNG的系统。
【背景技术】
[0002]液化天然气(简称LNG)是天然气(简称NG)经压缩、冷却至其沸点(-161.5°C左右，与组分有关)后形成的液态天然气，主要成分是甲烷。其体积约为同量气态天然气体积的1/625，其无色、无味、无毒且无腐蚀性，广泛应用于石油化工、电力、城市燃气和汽车运输等行业。使用LNG作为清洁能源，具有明显的环境效益及社会效益。以LNG取代燃油后可以减少90%的二氧化硫排放和80%的氮氧化物排放，环境效益十分明显。
[0003]CNG即压缩天然气(Compressed Natural Gas，简称CNG)是天然气加压并以气态储存在容器中形成的。压缩天然气可以由油田及天然气田里的天然气经压缩形成。
[0004]瓦斯是在已经进行煤矿开采的矿井下进行抽采的气体，也称煤层气。这种方式抽采出来的瓦斯甲烷含量较低，通常在30%?70%之间。甲烷是洁净能源和优质的化工原料，从瓦斯中分离提纯甲烷对于扩展和提高瓦斯的有效利用和经济价值具有重要的意义。我国瓦斯产地分散，单井产量低，大部分开采的瓦斯中甲烷浓度低并含氧，在处理过程中容易产生爆炸，必须有安全、经济的分离技术才能充分合理利用。
[0005]目前出现了多种在低浓度瓦斯中提纯制天然气的技术。例如公开号为CN101922850A和CN101929788A的专利分别公开了一种利用含空气瓦斯制取液化天然气的方法和利用利用含空气瓦斯制取液化天然气的装置，该方法和装置采用混合冷剂自身的复叠制冷循环，将净化后的原料液化分离，得到LNG产品。上述现有技术存在一些缺点:原料气中甲烷含量波动较大，难免影响液化工艺的稳定运行，采用MRC复叠制冷循环在装置调整过程中不能同时满足产品纯度和回收率的要求；含空气瓦斯在净化后，温度压力较高，含有饱和水量较大，干燥单元能耗较高。
【实用新型内容】
[0006]本实用新型的目的是提供一种能够独立调整天然气产品和收率的同时，降低整个工艺流程的功耗，保证系统的稳定安全运行的利用含空气瓦斯制取LNG的系统。
[0007]本实用新型的利用含空气瓦斯制取LNG的系统，包括主流程系统和制冷系统，所述主流程系统沿原料气流动方向依次包括过滤器、原料气压缩机、水冷器、净化单元、预冷单元、干燥单元、主换热器和精馏塔，所述精馏塔的塔底设置有再沸器以及冷凝液出口，所述精馏塔的塔顶设置有塔顶分离器以及氮氧尾气出口，所述制冷系统包括用于为主换热器提供冷量并为再沸器提供热量的混合冷剂循环系统以及为精馏塔提供冷量的氮循环系统，以使精馏塔内的原料气中的部分甲烷冷凝成液体从冷凝液出口排出，原料气中的甲烷和氮氧尾气从氮氧尾气出口排出。
[0008]本实用新型的利用含空气瓦斯制取LNG的系统，其中，所述混合冷剂循环系统沿混合冷剂流动方向依次包括混合冷剂平衡罐、用于对混合冷剂平衡罐输出的混合冷剂压缩的混合冷剂压缩机、冷却器、气液分离器，所述气液分离器的气相混合冷剂出口通过第一管路连通于所述再沸器的气相混合冷剂入口，所述再沸器的气相混合冷剂出口通过第二管路与第一节流阀连通，所述气相混合冷剂为再沸器提供热量，所述气液分离器的液相混合冷剂出口通过第三管路与第二节流阀连通，被所述第一节流阀、第二节流阀分别节流降温后的混合冷剂汇合后通过第四管路回流至混合冷剂平衡罐，所述混合冷剂在混合冷剂压缩机与混合冷剂平衡罐之间循环，第一管路、第二管路、第三管路、第四管路分别经过所述主换热器，所述第一管路、第三管路中的混合冷剂在所述主换热器中冷却，所述第二管路、第四管路中的混合冷剂在所述主换热器中提供冷量。
[0009]本实用新型的利用含空气瓦斯制取LNG的系统，其中，所述氮循环系统沿氮冷却剂的流动方向依次包括氮气平衡罐、用于对氮气平衡罐输出的氮气压缩的氮气压缩机、对氮气冷却的氮冷却器、用于使氮气节流降温为液氮的第三节流阀，所述氮冷却器通过第五管路连通所述第三节流阀，所述第三节流阀的出口连通于所述精馏塔的氮入口，所述精馏塔的氮出口通过第六管路连通于所述氮气平衡罐的入口，以使液氮在所述精馏塔中提供冷量后转变为氮气并由第六管路回流至氮气平衡罐，第五管路、第六管路分别经过所述主换热器，所述第五管路中的氮气在所述主换热器中冷却，所述第六管路中的氮气在所述主换热器中提供冷量。
[0010]本实用新型的利用含空气瓦斯制取LNG的系统，其中，第六管路上安装有用于清除氧的氮气净化单元，所述氮气净化单元位于所述主换热器与氮气平衡罐之间。
[0011]本实用新型的利用含空气瓦斯制取LNG的系统，其中，氮氧尾气出口通过第七管路连通所述塔顶分离器，所述塔顶分离器通过管路连通膨胀机，所述膨胀机将氮氧尾气膨胀降温后通过第八管路将氮氧尾气排出，所述第八管路由所述膨胀机依次经过过冷器、主换热器，以使所述第八管路中的氮氧尾气提供冷量并升温至常温。
[0012]本实用新型的利用含空气瓦斯制取LNG的系统，其中，所述冷凝液出口与第九管路连通，第九管路经过所述过冷器，以使第九管路中冷凝成液体的甲烷降温，形成LNG。
[0013]本实用新型的利用含空气瓦斯制取LNG的系统，其中，冷凝液出口与第十管路连通，第十管路经过主换热器，以使第十管路中冷凝成液体的甲烷复温气化，形成CNG。
[0014]本实用新型的利用含空气瓦斯制取LNG的系统，能够独立调整天然气产品和收率的同时，通过设置过滤器、水冷器、净化单元、预冷单元、干燥单元降低整个工艺流程的功耗，精馏塔塔顶通过液氮降温达到冷凝回收甲烷目的的同时，降低塔顶氧气含量至爆炸极限外，保证系统的稳定安全运行。
【附图说明】
[0015]图1为本实用新型的利用含空气瓦斯制取LNG的系统的结构示意图。
【具体实施方式】
[0016]如图1所示，本实用新型的利用含空气瓦斯制取LNG的系统，包括主流程系统和制冷系统，主流程系统沿原料气流动方向依次包括过滤器1、原料气压缩机2、水冷器3、净化单元4、预冷单元5、干燥单元6、主换热器7和精馏塔8，精馏塔8的塔底设置有再沸器9以及冷凝液出口，精馏塔的塔顶设置有塔顶分离器10以及氮氧尾气出口。制冷系统包括用于为主换热器提供冷量并为再沸器9提供热量的混合冷剂循环系统以及为精馏塔8提供冷量的氮循环系统，以使精馏塔内的原料气中的大部分甲烷冷凝成液体从冷凝液出口排出，原料气中的少量甲烷和氮氧尾气从氮氧尾气出口排出。
[0017]本实用新型的利用含空气瓦斯制取LNG的系统，其中，混合冷剂循环系统沿混合冷剂流动方向依次包括混合冷剂平衡罐20、用于对混合冷剂平衡罐输出的混合冷剂压缩的混合冷剂压缩机17、冷却器18、气液分离器19，气液分离器19的气相混合冷剂出口通过第一管路31连通于再沸器9的气相混合冷剂入口，再沸器9的气相混合冷剂出口通过第二管路32与第一节流阀41连通，气相混合冷剂用于为再沸器9提供热量，气液分离器19的液相混合冷剂出口通过第三管路33与第二节流阀42连通，被第一节流阀41、第二节流阀42分别节流降温后的混合冷剂汇合后通过第四管路34回流至混合冷剂平衡罐20，混合冷剂在混合冷剂压缩机与混合冷剂平衡罐之间循环，第一管路、第二管路、第三管路、第四管路分别经过主换热器，第一管路31、第三管路33中的混合冷剂在主换热器7中冷却，第二管路32、第四管路34中的混合冷剂在主换热器7中提供冷量。
[0018]为更好的利用混合冷剂的冷量、节约能源、提升生产效率，第一节流阀41通过第十一管路310连接混合冷剂汇合点，被第一节流阀41节流降温后的混合冷剂通过第十一管路310流至混合冷剂汇合点，第十一管路310经过主换热器7，第十一管路310中的混合冷剂在主换热器7中提供冷量。
[0019]本实用新型的利用含空气瓦斯制取LNG的系统，其中，氮循环系统沿氮冷却剂的流动方向依次包括氮气平衡罐14、用于对氮气平衡罐14输出的氮气压缩的氮气压缩机15、对氮气冷却的氮冷却器16、用于使氮气节流降温为液氮的第三节流阀43，氮冷却器16通过第五管路35连通第三节流阀43，第三节流阀43的出口连通于精馏塔的氮入口，精馏塔8的氮出口通过第六管路36连通于氮气平衡罐14的入口，以使液氮在精馏塔8中提供冷量后转变为氮气并由第六管路36回流至氮气平衡罐14，第五管路35、第六管路36分别经过主换热器7，第五管路35中的氮气在主换热器7中冷却，第六管路36中的氮气在主换热器7中提供冷量。
[0020]本实用新型的利用含空气瓦斯制取LNG的系统，其中，第六管路36上安装有用于清除氧的氮气净化单元13，氮气净化单元13位于主换热器7与氮气平衡罐14之间。
[0021]本实用新型的利用含空气瓦斯制取LNG的系统，其中，氮氧尾气出口通过第七管路37连通塔顶分离器10，塔顶分离器10通过管路连通膨胀机11，膨胀机11将氮氧尾气膨胀降温后通过第八管路38将氮氧尾气排出，第八管路38由膨胀机11依次经过过冷器12、主换热器7，以使第八管路38中的氮氧尾气提供冷量并升温至常温。
[0022]本实用新型的利用含空气瓦斯制取LNG的系统，其中，冷凝液出口与第九管路39连通，第九管路39经过过冷器12，以使第九管路39中冷凝成液体的甲烷降温，形成LNG。
[0023]本实用新型的利用含空气瓦斯制取LNG的系统，其中，冷凝液出口与第十管路40连通，第十管路40经过主换热器7，以使第十管路40中冷凝成液体的甲烷复温气化，形成CNG0
[0024]本实用新型的利用含空气瓦斯制取LNG的系统，其中，原料气中的少量甲烷和氮氧尾气从氮氧尾气出口排出至塔顶分离器10，甲烷在塔顶分离器10冷凝为液态后回流至精馏塔8。
[0025]利用含空气瓦斯制取LNG的方法，包括:
[0026]A主流程工艺:将原料气经过过滤、压缩、净化、水冷后，得到40°C，绝对压力为0.6MPa，含有饱和水的原料气，对原料气再次降温至5°C后干燥，使原料气露点降至_60°C ；干燥后的原料气通过主换热器换热降温，并经过节流阀节流后形成气液两相的气液混合物，气液混合物从精馏塔中部进入精馏塔，液相向下流向塔底，通过精馏塔塔底的再沸器加热蒸发出携带的少量氮氧尾气后从冷凝液出口