专利名称：利用管道压力能制备液化天然气的装置及使用方法
利用管道压力能制备液化天然气的装置及使用方法技术领域
本发明属于化工与低温工程技术领域，具体地，涉及一种利用管道压力能制备液化天然气的装置及使用方法。
背景技术：
天然气与石油、煤炭作为世界上主要的化石能源，在一次能源中占有很大的比率。天然气作为一种优质清洁能源，越来越多的国家开始重视天然气资源的开发和利用。
天然气的大规模输送主要采用管道输送的方式。目前，我国长输天然气大多采用高压管输方式，如西气东输管道压力达到lOMPa，输送的高压天然气经调压站降至中压进入城市燃气管网，再通过调压箱将压力降至低压后供给用户使用。天然气调压通常使用节流阀，在节流降压的过程中会损失大量的压力能，如果能通过一些方法将压力能进行回收将大大地提高能量利用率。
现阶段天然气管网压力能主要用于发电、轻烃分离、天然气液化等。液化天然气(LNG)作为一种清洁优质能源，既可以解决我国的能源短缺问题，又有突出的环境效益。天然气经低温液化后，其体积缩减为原来的1/600，同时在液化前除去了天然气中的H2S, CO2等杂质。管道天然气液化即可以作为城市燃气调峰，也可以利用管道天然气所蕴含的压力倉泛。
天然气液化流程主要有混合制冷剂液化流程、带膨胀机液化流程以及级联式液化流程这三类。已有技术中，公开号为CN202339065U，名称为“一种天然气输气干线差压式节能液化装置”的实用新型专利，采用一个增压透平膨胀机来利用输气干线压差到达液化一部分天然气的目的，由于只采用了一级膨胀机，因此天然气液化不是很高。公开号为CN202432824U,名称为“一种通过前置外加能源提高液化率的压差式液化装置”的实用新型专利，通过前置一台压缩机来提高压差式液化装置的液化率，该技术的缺陷是需要额外提供能量来液化天然气。公开号为CN202393170U，名称为“天然气输气干线双回路双膨胀机压差式节能液化装置”的实用新型专利，采用双膨胀机并联的方式来利用输气干线的压差到达液化天然气的目的，该技术并未对重烃在天然气液化过程中进行分离，可能会致使液化装置堵塞等后果，另外该技术主要针对输气主管道8.0 10.0MPa到分输站4.0MPa这部分压差的利用，当压差较小时很难保证较高的液化率。发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种利用管道压力能制备液化天然气的装置及使用方法。
第一方面，本发明提供一种利用管道压力能制备液化天然气的装置，所述装置由第一级分流器、第一级增压机、天然气净化器、第一级水冷器、第一级换热器、第二级分流器、第二级换热器、重烃分离器、第一级膨胀机、第三级换热器、第四级换热器、第二级膨胀机、节流阀、气液分离器、第三级分流器、第二级增压机、第二级水冷器构成；其中，
所述第一级分流器、天然气净化器、第一级换热器、第二级换热器、重烃分离器、第三级换热器、第四级换热器、节流阀、气液分离器、第四级换热器、第三级换热器、第二级换热器、第一级换热器依次管连接形成第一路线；
所述第一级分流器、第一级增压机、第一级水冷器、第一级换热器、第二级分流器、第一级膨胀机、第三级换热器、第二级换热器、第一级换热器依次管连接形成第二路线；
所述第一级增压机、第一级水冷器、第二级分流器、第二级换热器、第三级换热器、第二级膨胀机、第四级换热器、第三级换热器、第二级换热器、第一级换热器、第三级分流器依次管连接形成第三路线；
所述第一级增压机、第一级水冷器、第二级分流器、第二级换热器、第三级换热器、第二级膨胀机、第四级换热器、第三级换热器、第二级换热器、第一级换热器、第三级分流器、第二级增压机、第二级水冷器依次管连接形成第四路线。
优选地，所述天然气净化器内部设有溶液或分子筛，所述溶液、分子筛能够脱除杂质二氧化碳、硫化氢及水分。
优选地，所述第一级换热器、第二级换热器、第三级换热器、第四级换热器为多股流管热气，其形式为板翅式换热器或绕管式换热器。
优选地，所述第一级膨胀机出口压力高于1.7MPa，所述第二级膨胀机出口压力高于 0.4MPa。
第二方面，本发明还涉及前述利用管道压力能制备液化天然气的方法，述方法包括如下步骤:
步骤1，天然气经第一级分流器分为第一线路、第二线路；
步骤2，进入所述第一线路的天然气经天然气净化器脱除二氧化碳、硫化氢杂质后、依次进入第一级换热器、第二级换热器并将温度将至-60°C后，进入重烃分离器，所述重烃分离器底部得到重烃，除去重烃后的天然气依次进入第三级换热器、第四级换热器并将温度将至为-137 -128°C后、进入节流阀、经节流阀降压至液化天然气的储存压力，进入气液分离器，气液分离器底部得到液化天然气产品，闪蒸气返回四个换热器提供冷量后，输入中压管网；
进入所述第二线路的天然气进入所述第一级增压机增压至6.1 7.6MPa，并经第一级水冷器降温至30°C后，进入第一级换热器预冷至-18 _15°C后，进入第二级分流器6后分为两路:
一路:天然气直接进入第一级膨胀机膨胀至1.7IMPa制冷，温度降至-95.6 -85.34°C，为第一级换热器、第二级换热器、第三级换热器供冷量后，复温至21.6 29.6°C重新返回次高压管网；
另一路:天然气经第三级换热器、第四级换热器冷却至-78.5 -76.(TC，进入第二级膨胀机，所述第二级膨胀机降压至0.41MPa，温度为-144.7 -143.3°C后，为第一级换热器、第二级换热器、第三级换热器、第四级换热器提供冷量，复温至21.6 29.6°C后，一部分直接进入中压管网，剩余部分经第三级分流器，进入第二级增压机增压至1.7MPa，经第二级水冷器冷却至30°C后进入次高压管网，即可。
优选地,所述液化天然气储存压力为0.4 0.5MPa。
优选地，所述进入第一路线中的天然气与第二路线中的天然气的体积百分比为(16 19%):(81 84%)。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果:本发明能利用天然气管网的压力能，直接利用高压天然气膨胀制冷，实现天然气的液化，无需外界提供能量。此液化工艺流程通过适当参数调节，可实现天然气的液化率为10 17%，本发明方法工艺简单，效率高，成本低，有较好的应用前景。
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显:
图1为本发明工艺流程示意图中:1为第一级分流器，2为第一级增压机，3为天然气净化器，4为第一级水冷器，5为第一级换热器，6为第二级分流器，7为第二级换热器，8为重烃分离器，9为第一级膨胀机，10为第三级换热器，11为第四级换热器，12为第二级膨胀剂，13为节流阀，14为气液分离器，15为第三级分流器，16为第二级增压机，17为第二级水冷器。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例1
本实施例涉及一种利用管道压力能制备液化天然气的装置，其装置由第一级分流器1、第一级增压机2、天然气净化器3、第一级水冷器4、第一级换热器5、第二级分流器6、第二级换热器7、重烃分离器8、第一级膨胀机9、第三级换热器10、第四级换热器11、第二级膨胀机12、节流阀13、气液分离器14、第三级分流器15、第二级增压机16、第二级水冷器17构成，其结构如图1所示:
本实施例还涉及一种使用前述装置制备液化天然气的方法，其方法包括如下步骤:
步骤1，将摩尔组分为95%CH4和5%N2、压力4MPa、温度15°C、流量lkmol/h的天然气经第一级分流器I为第一线路、第二线路，进入第一路线的天然气与第二路线的天然气体积百分比为16%:84%。
步骤2，进入所述第一线路的天然气经内部设有溶液的天然气净化器3脱除二氧化碳、硫化氢杂质后、依次进入第一级换热器5、第二级换热器7并将温度将至-60°C后，进入重烃分离器8，所述重烃分离器8底部得到重烃，除去重烃后的天然气依次进入第三级换热器10、第四级换热器11并将温度将至为_128°C后、进入节流阀13、经节流阀13降压至0.45 MPa，进入液分离器14，气液分离器14底部得到液化天然气产品，闪蒸气返回四个换热器提供冷量后，输入中压管网；
进入所述第二线路的天然气进入所述第一级增压机2增压至6.1MPa,并经第一级水冷器4降温至30°C后，进入第一级换热器5预冷至-15°C，进入第二级分流器6后分为两路:
一路:天然气直接进入第一级膨胀机9膨胀至1.7IMPa制冷，温度降至_85.34°C，为第一级换热器5、第二级换热器7、第三级换热器10供冷量后，复温至21.6°C重新返回次高压管网；
另一路:天然气经第三级换热器10第四级换热器11冷却至-78.5°C，进入第二级膨胀机12，所述第二级膨胀机12降压至0.41MPa，温度为-143.3°C后，为第一级换热器5、第二级换热器7、第三级换热器10、第四级换热器11提供冷量，复温至21.6°C后，一部分直接进入中压管网，剩余部分经第三级分流器15，进入第二级增压机16增压至1.7MPa，经第二级水冷器17冷却至30°C后进入次高压管网，即可。
实施效果:本实施例液化率为13.67%，无能耗。
实施例2
本实施例涉及一种利用管道压力能制备液化天然气的装置，其装置由第一级分流器1、第一级增压机2、天然气净化器3、第一级水冷器4、第一级换热器5、第二级分流器6、第二级换热器7、重烃分离器8、第一级膨胀机9、第三级换热器10、第四级换热器11、第二级膨胀机12、节流阀13、气液分离器14、第三级分流器15、第二级增压机16、第二级水冷器17构成，其结构如图1所示:
本实施例还涉及一种使用前述装置制备液化天然气的方法，其方法包括如下步骤:
步骤1，将摩尔组分为95%CH4和5%N2、压力4MPa、温度15°C、流量lkmol/h的天然气经第一级分流器I为第一线路、第二线路，进入第一路线的天然气与第二路线的天然气体积百分比为19%: 81%；
步骤2，进入所述第一线路的天然气经内部设有分子筛的天然气净化器3脱除二氧化碳、硫化氢杂质后、依次进入第一级换热器5、第二级换热器7并将温度将至-60°C后，进入重烃分离器8，所述重烃分离器8底部得到重烃，除去重烃后的天然气依次进入第三级换热器10、第四级换热器11并将温度将至为_133°C后、进入节流阀13、经节流阀13降压至0.45 MPa，进入液分离器14，气液分离器14底部得到液化天然气产品，闪蒸气返回四个换热器提供冷量后，输入中压管网；
进入所述第二线路的天然气进入所述第一级增压机2增压至7.6MPa，并经第一级水冷器4降温至30°C后，进入第一级换热器5预冷至_15°C，进入第二级分流器6后，分为两路:
一路:天然气直接进入第一级膨胀机9膨胀至1.7IMPa制冷，温度降至_94.4°C，为第一级换热器5、第二级换热器7、第三级换热器10供冷量后，复温至29.6°C重新返回次高压管网；
另一路:天然气经第三级换热器10第四级换热器11冷却至-76.(TC，进入第二级膨胀机12，所述第二级膨胀机12降压至0.41MPa，温度为-143.3°C后，为第一级换热器5、第二级换热器7、第三级换热器10、第四级换热器11提供冷量，复温至29.6°C后，一部分直接进入中压管网，剩余部分经第三级分流器15，进入第二级增压机16增压至1.7MPa，经第二级水冷器17冷却至30°C后进入次高压管网，即可。
实施效果:本实施例液化率为16.84%，无能耗。
实施例3
本实施例涉及一种利用管道压力能制备液化天然气的装置，其装置由第一级分流器1、第一级增压机2、天然气净化器3、第一级水冷器4、第一级换热器5、第二级分流器6、第二级换热器7、重烃分离器8、第一级膨胀机9、第三级换热器10、第四级换热器11、第二级膨胀机12、节流阀13、气液分离器14、第三级分流器15、第二级增压机16、第二级水冷器17构成，其结构如图1所示:
本实施例还涉及一种使用前述装置制备液化天然气的方法，其方法包括如下步骤:
步骤1，将摩尔组分为90%CH4和10%N2、压力5MPa、温度15°C、流量lkmol/h的天然气经第一级分流器I为第一线路、第二线路，进入第一路线的天然气与第二路线的天然气体积百分比为18%: 28%;
步骤2，进入所述第一线路的天然气经内部设有溶液的天然气净化器3脱除二氧化碳、硫化氢杂质后、依次进入第一级换热器5、第二级换热器7并将温度将至-60°C后，进入重烃分离器8，所述重烃分离器8底部得到重烃，除去重烃后的天然气依次进入第三级换热器10、第四级换热器11并将温度将至为_137°C后、进入节流阀13、经节流阀13降压至0.45MPa，进入液分离器14，气液分离器14底部得到液化天然气产品，闪蒸气返回四个换热器提供冷量后，输入中压管网；
进入所述第二线路的天然气进入所述第一级增压机2增压至7.4MPa，并经第一级水冷器4降温至30°C后，进入第一级换热器5预冷至_18°C后，进入第二级分流器6后，分为两路:
一路:天然气直接进入第一级膨胀机9膨胀至1.7IMPa制冷，温度降至_95.6V’为第一级换热器5、第二级换热器7、第三级换热器10供冷量后，复温至26.6°C重新返回次高压管网；
另一路:天然气经第三级换热器10第四级换热器11冷却至-76.(TC，进入第二级膨胀机12，所述第二级膨胀机12降压至0.41MPa，温度为-144.7°C后，为第一级换热器5、第二级换热器7、第三级换热器10、第四级换热器11提供冷量，复温至26.6°C后，一部分直接进入中压管网，剩余部分经第三级分流器15，进入第二级增压机16增压至1.7MPa，经第二级水冷器17冷却至30°C后进入次高压管网，即可。
实施效果:本实施例液化率为15.67%，无能耗。
综上所述，本发明能利用天然气管网的压力能，直接利用高压天然气膨胀制冷，实现天然气的液化，无需外界提供能量。此液化工艺流程通过适当参数调节，可实现天然气的液化率为10 17%，本发明方法工艺简单，效率高，成本低，有较好的应用前景。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。
权利要求
1.一种利用管道压力能制备液化天然气的装置，其特征在于，所述装置由第一级分流器(I)、第一级增压机(2)、天然气净化器(3)、第一级水冷器(4)、第一级换热器(5)、第二级分流器(6)、第二级换热器(7)、重烃分离器(8)、第一级膨胀机(9)、第三级换热器(10)、第四级换热器(11)、第二级膨胀机(12)、节流阀(13)、气液分离器(14)、第三级分流器(15)、第二级增压机(16)、第二级水冷器(17)构成；其中， 所述第一级分流器(I)、天然气净化器(3)、第一级换热器(5)、第二级换热器(7)、重烃分离器(8)、第三级换热器(10)、第四级换热器(11)、节流阀(13)、气液分离器(14)、第四级换热器(11)、第三级换热器(10 )第二级换热器(7 )、第一级换热器(5 )依次管连接形成第一路线； 所述第一级分流器(I)、第一级增压机(2)、第一级水冷器(4)、第一级换热器(5)、第二级分流器(6)、第一级膨胀机(9)、第三级换热器(10)、第二级换热器(7)、第一级换热器(5)依次管连接形成第二路线； 所述第一级增压机(2)、第一级水冷器(4)、第二级分流器(6)、第二级换热器(7)、第三级换热器(10)、第二级膨胀机(12)、第四级换热器(11)、第三级换热器(10)、第二级换热器(7)、第一级换热器(5)、第三级分流器(15)依次管连接形成第三路线； 所述第一级增压机(2)、第一级水冷器(4)、第二级分流器(6)、第二级换热器(7)、第三级换热器(10)、第二级膨胀机(12)、第四级换热器(11)、第三级换热器(10)、第二级换热器(7)、第一级换热器(5)、第三级分流器(15)、第二级增压机(16)、第二级水冷器(17)依次管连接形成第四路线。
2.如权利要求1所述的利用管道压力能制备液化天然气的装置，其特征在于，所述天然气净化器(3)内部设有溶液或分子筛，所述溶液、分子筛能够脱除杂质二氧化碳、硫化氢以及水分。
3.如权利要求1所述的利用管道压力能制备液化天然气的装置，其特征在于，所述第一级换热器(5)、第二级换热器(7)、第三级换热器(10)、第四级换热器(11)为多股流管热气，其形式为板翅式换热器或绕管式换热器。
4.如权利要求1所述的利用管道压 力能制备液化天然气的装置，其特征在于，所述第一级膨胀机(9)出口压力高于1.7MPa，所述第二级膨胀机(12)出口压力高于0.4MPa。
5.一种使用如权利要求1所述的装置制备液化天然气的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤: 步骤I，天然气经第一级分流器(I)分为第一线路、第二线路； 步骤2，进入所述第一线路的天然气经天然气净化器(3)脱除二氧化碳、硫化氢及水分等杂质后、依次进入第一级换热器(5 )、第二级换热器(7 )并将温度将至-60 V后，进入重烃分离器(8)，所述重烃分离器(8)底部得到重烃，除去重烃后的天然气依次进入第三级换热器(10)、第四级换热器(11)并将温度将至为-137 -128°C后、进入节流阀(13)、经节流阀(13)降压至液化天然气的储存压力，进入气液分离器(14)，气液分离器(14)底部得到液化天然气产品，闪蒸气返回四个换热器提供冷量后，输入中压管网； 进入所述第二线路的天然气进入所述第一级增压机(2)增压至6.1 7.6MPa，并经第一级水冷器(4)降温至30°C后，进入第一级换热器(5)预冷至-18 -15°C后，进入第二级分流器(6)后分为两路:一路:天然气直接进入第一级膨胀机(9)膨胀至1.7 IMPa制冷，温度降至-95.6 -85.34°C，为第一级换热器(5)、第二级换热器(7)、第三级换热器(10)供冷量后，复温至21.6 29.6°C重新返回次高压管网； 另一路:天然气经第三级换热器(10)第四级换热器(11)冷却至-78.5 -76.(TC，进入第二级膨胀机(12)，所述第二级膨胀机(12)降压至0.41MPa，温度为-144.7 -143.3°C后，为第一级换热器(5)、第二级换热器(7)、第三级换热器(10)、第四级换热器(11)提供冷量，复温至21.6 29.6°C后，一部分直接进入中压管网，剩余部分经第三级分流器(15)，进入第二级增压机(16)增压至1.7MPa，经第二级水冷器(17)冷却至30°C后进入次高压管网，即可。
6.如权利要求5所述的制备液化天然气的方法，其特征在于，所述液化天然气储存压力为 0.4 0.5MPa。
7.如权利要求5所述的制备液化天然气的方法，其特征在于，所述进入第一路线中的天然气与第二路线中的天然气的体积百分比为(16 19%):(81 84%)。
全文摘要
本发明提供了一种利用管道压力能制备液化天然气的装置及使用方法，其装置由第一级分流器、第一级增压机、天然气净化器、第一级水冷器、第一级换热器、第二级分流器、第二级换热器、重烃分离器、第一级膨胀机、第三级换热器、第四级换热器、第二级膨胀剂、节流阀、气液分离器、第三级分流器、第二级增压机、第二级水冷器构成；本发明还涉及使用前述装置制备液化天然气的方法。本发明能利用天然气管网的压力能，直接利用高压天然气膨胀制冷，实现天然气的液化，无需外界提供能量。此液化工艺流程通过适当参数调节，可实现天然气的液化率为10～17%，本发明方法工艺简单，效率高，成本低，有较好的应用前景。
文档编号F25J3/08GK103175379SQ20131008686
公开日2013年6月26日 申请日期2013年3月18日 优先权日2013年3月18日
发明者巨永林, 贺天彪 申请人:上海交通大学