专利名称：高压节流液化的天然气处理充装系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种对天然气进行处理的系统，尤其涉及一种天然气处理且能够直接应用的系统。
背景技术：
天然气作为清洁能源越来越受到重视，导致天然气在能源供应中的比例迅速增加。天然气应用于动力能源或者生活能源，将减少燃煤(气代煤)、燃油(气代油)的使用， 进而净化大气环境，是人们生活水平提高的需要，是节能减排和改善城镇投资环境的需要， 而为了实现上述目标，需使天然气储运和使用方便，现有技术中较为普遍的采用LNG(液化天然气)和CNG(压缩天然气)形式，特别是在边远地区无法铺设输送管线的前提下， LNG(液化天然气)和CNG(压缩天然气)更是首选的应用模式；而对于使用天然气作为动力能源的汽车，压缩天然气和液化天然气几乎是必然选择。现有技术中，液化天然气采用净化压缩、制冷液化和储存供需；其中净化和制冷液化或者过程复杂、机组多，流程复杂；附属设备多，专门储存制冷剂；管路和控制系统复杂， 维护不便；或者能耗较高，制冷剂的合理匹配较为困难，能源利用率低，直接提高了液化天然气的制造成本。因此，需要对现有的天然气前期处理工艺进行改进，改变现有的系统结构，充分并合理的利用系统自身实现冷量回收过程，提高制冷效率，从而相对提高装置的处理能力，可节约生产成本；用天然气替代现有能源，达到提高生活水平和节能减排的目的，进而净化大气环境。
实用新型内容有鉴于此，本实用新型提供了一种高压节流液化的天然气处理充装系统，改变现有的系统结构，充分并合理的利用系统自身实现冷量回收过程，提高制冷效率，从而相对提高装置的处理能力，可节约生产成本；用天然气替代现有能源，达到提高生活水平和节能减排的目的，进而净化大气环境。本实用新型的一种高压节流液化的天然气处理充装系统，包括净化压缩系统、制冷液化系统和储存加气系统；净化压缩系统包括依次串接的净化系统和压缩机；制冷液化系统为带制冷机直流预冷的高压天然气节流膨胀液化制冷循环结构；储存加气系统包括LNG储罐以及与LNG储罐相连的LNG加气机和/或LNG充装柱。进一步，所述净化系统包括依次串接的脱硫脱碳装置和脱水装置，所述脱水装置的净化气出口连通于压缩机入口 ；制冷液化系统为天然气膨胀液化制冷循环结构。进一步，制冷液化系统包括初级冷却装置、高压引射器、第一分离器、第二分离器和第三分离器；所述初级冷却装置包括依次串联的第一换热器、制冷器和第二换热器，所述压缩
4机出口连通于第一换热器的原料气入口，第二换热器的原料气出口连通于高压引射器的原料气入口，高压引射器原料气出口连通于第一分离器的介质入口，第一分离器液相出口连通于储存加气系统，第一分离器的气相出口连通于第二分离器设置的底部换热器，底部换热器出口连通于第三分离器，第三分离器液相出口并入第一分离器液相出口连通于储存加气系统；第二分离器的气相出口连通于高压引射器并与原料气混合，第一分离器的气相出口设置依次连通于第二换热器和第一换热器并用于回收未被液化的天然气冷量的支路；制冷器设有冷却介质通道；第三分离器液相出口设有连通于第二分离器的支路；所述第一换热器、制冷器和第二换热器均为间壁式换热结构；进一步，所述压缩机为多级压缩机，第一分离器的气相出口用于回收未被液化的天然气冷量的支路依次通过第二换热器和第一换热器后连通于压缩机与其压力相对应的级间入口 ；进一步，所述储存加气系统设有天然气冷蒸汽回流管线，该天然气冷蒸汽回流管线连通于第二分离器；进一步，所述脱硫脱碳装置包括吸收塔、再生塔和贫液泵，所述贫液泵的贫液出口由上部连通于吸收塔，吸收塔下部设有原料气入口和富液出口，所述吸收塔的富液出口由上部连通于再生塔，再生塔上部设置再生气出口并连通于再生气回收装置，再生塔下部设有贫液出口并连通于贫液泵入口 ；所述吸收塔上部设有连通于脱水装置的净化气入口 ；进一步，所述再生塔的贫液出口通过用于回收再生塔贫液出口的贫液热量的贫液换热器连通于贫液泵入口，吸收塔的富液出口以与再生塔贫液出口的贫液间壁式换热的方式通过贫液换热器连通于再生塔的富液入口 ；所述贫液泵出口与吸收塔贫液入口之间通过水冷器连通；进一步，所述脱水装置为采用分子筛复合吸附剂再生吸附方式的吸附塔；所述压缩机出口通过过滤器连通于第一换热器的原料气入口；进一步，所述净化系统还包括连接于脱水装置与压缩机之间的脱汞吸附器；进一步，所述储存加气系统包括成品储罐、液化天然气输送泵和输出装置，所述成品储罐的成品输出口通过液化天然气输送泵输送至液化天然气加气机或/和通过充装柱向运输槽车充装。本实用新型的有益效果在于本实用新型结构的高压节流液化技术的液化天然气加气站系统，采用脱硫脱碳装置和脱水装置并结合天然气高压节流膨胀液化制冷、高压引射器Jl实现冷量回收的循环结构；改变现有的单一、滞后的CNG加气站或外来LNG作为气源的LNG加气站系统结构，在具有较高的脱碳、脱硫、脱水(甚至包含脱汞、脱氧、脱重组分) 效率的前提下，充分并合理的利用系统中高压引射器实现冷量回收过程，提高制冷效率，将液化系统回流的净化、干燥的天然气循环增压后再次液化，从而提高装置的液化率，减少天然气排放和冷量的流失，可节约生产成本；本实用新型可实现原有CNG加气站(标准站或母站)改扩建成为LNG加气站或CNG加气站和LNG加气站的合建站，和实现原有CNG加气站土地和设备设施的综合利用，减少重复建设，新建场站占地面积小，节约土地资源；本实用新型工艺流程简单、设备数量少、调节灵活方便、容易启动操作、维护方便，噪音低，三废排放少，安全系数高，适用于能建设CNG加气站的场所；液化天然气可以取代柴油、汽油等传统的汽车燃料用于长途客货运输和大功率的工程运输车辆，减少汽车尾气排放，净化大气环境，降低汽车运输成本，达到节能减排的目的。
以下结合附图和具体实施方式
对本实用新型作进一步详细的说明。
图1为本实用新型流程框图；图2为本实用新型脱硫脱碳装置结构示意图；图3为本实用新型制冷液化系统结构示意图；图4为本实用新型LNG成品储存系统结构示意图。
具体实施方式
图1为本实用新型流程框图，图2为本实用新型脱硫脱碳装置结构示意图，图3为本实用新型制冷液化系统结构示意图，图4为本实用新型LNG成品储存系统结构示意图，如图所示本实施例的高压节流液化的天然气处理充装系统，包括净化压缩系统、制冷液化系统8和储存加气系统9 ；净化压缩系统包括依次串接的净化系统和压缩机5 ；制冷液化系统为带制冷机直流预冷的高压天然气节流膨胀液化制冷循环结构；储存加气系统包括LNG储罐以及与LNG 储罐相连的LNG加气机和/或LNG充装柱。所述净化系统包括依次串接的脱硫脱碳装置2和脱水装置3，所述脱水装置3的净化气出口连通于压缩机5入口 ；制冷液化系统8为天然气膨胀液化制冷循环结构(采用高压节流膨胀制冷原理)。如图所示，原料气经过预处理装置1(过滤、调压计量系统)进入脱硫脱碳装置2 ；本实施例中，制冷液化系统包括初级冷却装置、高压引射器84、第一分离器85、第二分离器86和第三分离器87 ；所述初级冷却装置包括依次串联的第一换热器81、制冷器82和第二换热器83，所述压缩机5出口连通于第一换热器81的原料气入口，第二换热器83的原料气出口连通于高压引射器84的原料气入口，高压引射器84原料气出口连通于第一分离器85的介质入口，第一分离器85液相出口连通于储存加气系统，第一分离器85的气相出口连通于第二分离器86设置的底部换热器，底部换热器出口连通于第三分离器87，第三分离器87液相出口并入第一分离器85液相出口连通于储存加气系统9 ；第二分离器86的气相出口连通于高压引射器84并与原料气混合，第一分离器85的气相出口设置依次连通于第二换热器和第一换热器并用于回收未被液化的天然气冷量的支路a ；制冷器82设有冷却介质通道；第三分离器87液相出口设有连通于第二分离器86的支路b ；所述第一换热器81、制冷器82和第二换热器83均为间壁式换热结构；使用时，液化系统的工作是建立在采用节流-引射器和制冷机来作为外部冷源的高压节流循环基础上的。净化系统脱水装置出口的净化天然气和制冷液化系统换热器81 出口的循环天然气通过联合压缩机(压缩机幻增压成CNG，支路a的回流(循环)天然气压力 1. 2MPa。高压引射器84将分离器86来天然气的冷蒸汽BOG从 0. 5MPa压缩到回流压力 1. 2MPa,以与直流相反的方向进入换热器83。温度 313 κ的条件下的CNG进入制冷液化系统，在换热器81中，混合天然气被支路a的回流(循环)天然气冷却至 282 κ之后进入氟利昂制冷机7的换热器82， 利用制冷机换热器82的冷量冷却至 238 κ。在换热器83中，CNG被冷却至206 208 κ 后进入高压引射器84的喷嘴。在液化系统中，为了分离液相和气相，安装了第一分离器85和第二分离器86，其工作压力分别为 1. 2MPa和 0. 5MPa。第二分离器86内的压力靠高压引射器84的工作来保持，高压引射器84与分离器的蒸汽腔通过被动流相连，第一分离器85里的压力由支路 a的回流(循环)天然气压力( 1. 2MPa)来确定。高压引射器84的引射系数为 0. 2。在 0. 57ΜΙ^和 139 κ的条件下，被分离出0. 3 1. 15MPa的LNG液体大部分从第一分离器85排出液化系统，另一部分则经调节阀进入分离器86。为了吹除氢气、氦气和氮气等杂质，配备了第三分离器87，87的压力比85的压力低0. 02 0. 03MPa。来自回流(循环)的天然气经阀门和布置在第二分离器86内的嵌入式换热器(底部换热器)进入第三分离器87。进入第三分离器87的天然气的温度保持在 138 140κ。富集氢气、氦气和氮气杂质的天然气经阀门放空，放空量可监控。被分离出的LNG液体从第三分离器87经调节阀门流量进入第三分离器87。本实施例中，所述储存加气系统9设有天然气冷蒸汽回流管线，该天然气冷蒸汽回流管线连通于第二分离器86 ；天然气的冷蒸汽从储存加气系统9返回液化系统是在第二分离器8内的压力低于储存加气系统9的成品储罐91内气相压力时，经阀门返回至分离器 86。本实施例中，所述压缩机5为多级压缩机，第一分离器85的气相出口用于回收未被液化的天然气冷量的支路a依次通过第二换热器83和第一换热器81后连通于压缩机5 与其压力相对应的级间入口 ；也就是第一换热器81循环气出口的压力与进入压缩机5相对应级数的入口压力相当，充分利用压缩机压缩动力，提高级间压力，节约能源和成本。本实施例中，所述脱硫脱碳装置2包括吸收塔21、再生塔25和贫液泵对，所述贫液泵M的贫液(本实施例采用胺溶液)出口由上部连通于吸收塔21，吸收塔21下部设有原料气入口和富液出口，所述吸收塔21的富液出口由上部连通于再生塔25，再生塔25上部设置再生气出口并连通于再生气回收装置，再生塔25下部设有贫液出口并连通于贫液泵 M入口 ；所述吸收塔21上部设有连通于脱水装置3的净化气入口 ；本结构同时达到脱碳和脱硫，并且脱除干净彻底，工作效率高；同时，还设置包括有加液罐观和加液泵27的补液装置，再生塔25的再生气体通过水冷器沈连通于加液罐观；还可设有碳和硫的回收附属装置，进一步节约生产成本；脱硫脱碳采用湿法氧化法、净化处理的天然气二氧化碳含量不高于50PRI1，硫化氢含量不高于IPRII，同时提纯并100%回收硫磺；工艺成熟，技术先进，处理精度高，建设投资省，运行成本低，环境污染小。本实施例中，所述再生塔25的贫液出口通过用于回收再生塔贫液出口的贫液热量的贫液换热器23连通于贫液泵M入口，吸收塔21的富液出口以与再生塔25贫液出口的贫液间壁式换热的方式通过贫液换热器23连通于再生塔25的富液入口 ；所述贫液泵M 出口与吸收塔21贫液入口之间通过水冷器22连通；利用贫液换热器提高富液温度，提高再生效率，并降低贫液温度，同时通过水冷器进一步降低贫液温度，保证吸收效果。本实施例中，所述压缩机出口通过过滤器6连通于第一换热器81的原料气入口 ； 保证洁净气体进入冷却液化系统，防止堵塞。本实施例中，所述脱水装置3为采用分子筛复合吸附剂再生吸附方式的吸附塔； 4AMS分子筛深度脱水，水含量不高于0. IPRii，利于后续流程的顺利进行。本实施例中，所述净化系统还包括连接于脱水装置3与压缩机5之间的脱汞吸附器4 ；使本装置对于含有汞的天然气具有较强的通用性；还可设置跨线，切换使用。本实施例中，所述储存加气系统9包括成品储罐91、液化天然气输送泵92和输出装置93，所述成品储罐91的成品输出口通过液化天然气输送泵92输送至输出装置93，所述输出装置93包括液化天然气加气机或/和通过充装柱向运输槽车充装；缓冲、加气系统为将生产的液体在LNG缓冲罐中缓冲并通过LNG加气机向LNG燃料汽车加气或通过LNG充装柱向LNG运输槽车充装(向LNG运输槽车充装时相当于CNG加气站中的CNG加气母站)。成品储罐91采用真空绝热的立式储罐形式，技术成熟、操作简单、安全性能好、占地面积少、建设周期短、投资省。如图所示，以上各个装置、设备和系统中，安装时设置必要的阀门、放空和排污装置，还有必要的仪器仪表进行监控，属于本领域技术人员所了解的，这里不再赘述。最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。
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权利要求1.一种高压节流液化的天然气处理充装系统，其特征在于包括净化压缩系统、制冷液化系统和储存加气系统；净化压缩系统包括依次串接的净化系统和压缩机；制冷液化系统为带制冷机直流预冷的高压天然气节流膨胀液化制冷循环结构；储存加气系统包括LNG储罐以及与LNG储罐相连的LNG加气机和/或LNG充装柱。
2.根据权利要求1所述的高压节流液化的天然气处理充装系统，其特征在于所述净化系统包括依次串接的脱硫脱碳装置和脱水装置，所述脱水装置的净化气出口连通于压缩机入口 ；制冷液化系统为天然气膨胀液化制冷循环结构。
3.根据权利要求2所述的高压节流液化的天然气处理充装系统，其特征在于制冷液化系统包括初级冷却装置、高压引射器、第一分离器、第二分离器和第三分离器；所述初级冷却装置包括依次串联的第一换热器、制冷器和第二换热器，所述压缩机出口连通于第一换热器的原料气入口，第二换热器的原料气出口连通于高压引射器的原料气入口，高压引射器原料气出口连通于第一分离器的介质入口，第一分离器液相出口连通于储存加气系统，第一分离器的气相出口连通于第二分离器设置的底部换热器，底部换热器出口连通于第三分离器，第三分离器液相出口并入第一分离器液相出口连通于储存加气系统；第二分离器的气相出口连通于高压引射器并与原料气混合，第一分离器的气相出口设置依次连通于第二换热器和第一换热器并用于回收未被液化的天然气冷量的支路；制冷器设有冷却介质通道；第三分离器液相出口设有连通于第二分离器的支路；所述第一换热器、制冷器和第二换热器均为间壁式换热结构。
4.根据权利要求3所述的高压节流液化的天然气处理充装系统，其特征在于所述压缩机为多级压缩机，第一分离器的气相出口用于回收未被液化的天然气冷量的支路依次通过第二换热器和第一换热器后连通于压缩机与其压力相对应的级间入口。
5.根据权利要求4所述的高压节流液化的天然气处理充装系统，其特征在于所述储存加气系统设有天然气冷蒸汽回流管线，该天然气冷蒸汽回流管线连通于第二分离器。
6.根据权利要求5所述的高压节流液化的天然气处理充装系统，其特征在于所述脱硫脱碳装置包括吸收塔、再生塔和贫液泵，所述贫液泵的贫液出口由上部连通于吸收塔，吸收塔下部设有原料气入口和富液出口，所述吸收塔的富液出口由上部连通于再生塔，再生塔上部设置再生气出口并连通于再生气回收装置，再生塔下部设有贫液出口并连通于贫液泵入口 ；所述吸收塔上部设有连通于脱水装置的净化气入口。
7.根据权利要求6所述的高压节流液化的天然气处理充装系统，其特征在于所述再生塔的贫液出口通过用于回收再生塔贫液出口的贫液热量的贫液换热器连通于贫液泵入口，吸收塔的富液出口以与再生塔贫液出口的贫液间壁式换热的方式通过贫液换热器连通于再生塔的富液入口 ；所述贫液泵出口与吸收塔贫液入口之间通过水冷器连通。
8.根据权利要求7所述的高压节流液化的天然气处理充装系统，其特征在于所述脱水装置为采用分子筛复合吸附剂再生吸附方式的吸附塔；所述压缩机出口通过过滤器连通于第一换热器的原料气入口。
9.根据权利要求8所述的高压节流液化的天然气处理充装系统，其特征在于所述净化系统还包括连接于脱水装置与压缩机之间的脱汞吸附器。
10.根据权利要求9所述的高压节流液化的天然气处理充装系统，其特征在于所述储存加气系统包括成品储罐、液化天然气输送泵和输出装置，所述成品储罐的成品输出口通过液化天然气输送泵输送至液化天然气加气机或/和通过充装柱向运输槽车充装。
专利摘要本实用新型公开了一种高压节流液化的天然气处理充装系统，制冷液化系统为带制冷机直流预冷的高压节流膨胀液化制冷循环结构；储存加气系统为将生产的LNG液体在小容积LNG储罐中储存并通过LNG加气机向LNG燃料汽车加气或通过LNG充装柱向LNG运输槽车充装；本实用新型改变现有的LNG加气站采用站外LNG作为气源、站内设置较大LNG储罐储存的系统结构，从而减少冷蒸汽BOG的排放；可实现原有CNG加气站改、扩建成为LNG加气站或CNG加气站与LNG加气站的合建站，节约土地资源；工艺流程简单、设备数量少、调节灵活方便、容易启动操作、维护方便，噪音低，能耗低，三废排放少，安全系数高，适用于能建设CNG加气站的场所。
文档编号F17C5/02GK202065663SQ20112015404
公开日2011年12月7日 申请日期2011年5月13日 优先权日2011年5月13日
发明者侯军, 阮金华 申请人:重庆市前沿石油天然气工程勘察设计有限公司