与分布式能源结合的天然气液化方法及系统与流程

本发明涉及天然气液化技术领域，具体而言，涉及一种与分布式能源结合的天然气液化方法及系统。

背景技术：

分布式能源是一种高效的能源利用方式，可以实现冷热电三联供，其常规能源利用效率能达到70％以上。我国电网资源分布不均，国家政策鼓励缺电地区建设分布式能源装置，有利于优化能源结构，提高整体能源利用效率，从而实现节能减排的环境效益。目前分布式能源主要应用于机场、医院、商城、车站、酒店等领域。

天然气液化装置的建设在我国也是方兴未艾，天然气资源富集的西部地区、北部地区的天然气井场兴建了很多的天然气液化装置，这些装置由于地势偏远，缺乏市政供电，因此一般都会采用天然气发电装置或燃气透平装置作为液化装置的能源供应装置。但单纯利用发电装置或燃气透平装置提供的能源驱动液化装置的用电设备或动设备，其整体的能源利用效率偏低。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种与分布式能源结合的天然气液化方法及系统，以很好地将分布式能源与天然气液化装置结合，提高能源利用效率，达到节能减排的目的。

本发明是这样实现的：

一种与分布式能源结合的天然气液化方法，包括以下步骤：将所述燃气发电机发电时产生的余热供应给制冷机组；利用所述制冷机组对所述天然气液化装置中的循环冷剂和/或原料气进行预冷；原料气与循环冷剂在天然气液化装置中进行热交换，得到液化天然气。

进一步地，本发明的较佳实施例中，上述原料气与所述循环冷剂进行热交换之前通过原料气净化装置对所述原料气进行净化，所述燃气发电机产生的余热还供应给所述原料气净化装置。

进一步地，本发明的较佳实施例中，上述燃气发电机产生的余热的传递介质为烟气和/或缸套水。

进一步地，本发明的较佳实施例中，上述循环冷剂与所述原料气进行热交换之前，利用制冷剂压缩设备对所述循环冷剂进行压缩。

进一步地，本发明的较佳实施例中，上述分布式能源结合的天然气液化方法，还包括利用燃气发电机供电给天然气液化装置。

一种与分布式能源结合的天然气液化系统，包括燃气发电机、制冷机组以及天然气液化装置，燃气发电机的供电线路连接于天然气液化装置，所述燃气发电机通过管道连接于所述制冷机组，所述制冷机组连接于天然气液化装置。

进一步地，本发明的较佳实施例中，上述天然气液化装置包括液化设备和循环冷剂压缩设备，所述液化设备与所述循环冷剂压缩设备之间设置有循环冷剂进管和循环冷剂出管，所述循环冷剂进管的进端连通于所述循环冷剂压缩设备，所述循环冷剂进管的出口端连通于所述液化设备，所述循环冷剂出管的进口端连通于所述液化设备，所述循环冷剂出管的出口端连通于所述循环冷剂压缩设备。

进一步地，本发明的较佳实施例中，上述循环冷剂进管的管路上还设置有循环冷剂预冷换热器，所述预冷换热器和所述制冷机组之间设置有冷水管，所述冷水管的两端分别与所述制冷机组和所述循环冷剂预冷换热器连通。

进一步地，本发明的较佳实施例中，上述液化设备设置有与其连通的原料气进管，所述原料气进管的管路上还设置有原料气预冷换热器，所述原料气预冷换热器通过管道与所述制冷机组连通。

进一步地，本发明的较佳实施例中，上述燃气发电机的供电线路连接于天然气液化装置。

本发明实现的有益效果：通过将燃气发电机产生的余热供应给制冷机组制冷，从而通过制冷机组制得的冷水对原料气和/或天然气液化装置的循环冷剂进行预冷，使得对原料气进行液化操作时，能够减少能量消耗，其相比传统液化装置节省了25～30％的电能消耗。将分布式能源与天然气液化装置结合，大大提高了能源利用效率，达到节能减排的目的。同时，其除制冷机组外，仅在原有的天然气液化装置上增加几台常规换热器，即可达到综合能源利用，工艺流程简单，设备投资基本不变，运行成本极低；同时，在缺电地区采用燃气发电，市政供电作为备用电源，相比传统市政供电液化装置，有更稳定的能源供应，装置的用电得到双重保障，提高液化装置开工率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明的实施例提供的与分布式能源结合的天然气液化系统的结构示意图；

图2为本发明的实施例提供的与分布式能源结合的天然气液化系统的天然气液化装置的结构示意图；

图3为本发明的实施例提供的与分布式能源结合的天然气液化方法的流程图。

附图标记汇总：A：供电；B：供热；C：再生供热；D：供冷冻水；与分布式能源结合的天然气液化系统 100；冷箱 101；液化换热器 102；燃气发电机 110；制冷机组 120；天然气液化装置 130；液化设备 131；循环冷剂压缩设备 132；循环冷剂进管 133；循环冷剂出管 134；原料气进管 135；循环冷剂节流阀 136；天然气节流阀 137；冷却器 138；循环冷剂预冷换热器 140；原料气增压设备 150；原料气净化装置 160；原料气预冷换热器 170；LNG储罐 180；原料天然气 11；液态天然气 12；高压气态循环冷剂 21；冷却后的循环冷剂 22；高压液态循环冷剂 23；低压循环冷剂 24；低压气态循环冷剂 25。

具体实施方式

下面通过具体的实施例子并结合附图对本发明做进一步的详细描述。

参见附图1，本发明的实施例提供的与分布式能源结合的天然气液化系统100，其主要包括燃气发电机110、制冷机组120以及天然气液化装置130。

燃气发电机110为天然气液化过程进行供电的装置，其中燃气发电机110主要分为内燃发电机和燃气透平发电机，内燃发电机和燃气透平发电机在发电过程中均会产生大量的余热。其中，内燃发电机进行发电时，产生的余热存在于产生的高温废烟气以及进行循环的高温缸套水中；而燃气透平发电机进行发电时，产生的余热存在于产生的高温废烟气中。

燃气发电机110进行发电时燃烧使用的燃气选用原料富甲烷气、原料富甲烷气预处理过程中脱除的烃类物质、净化富甲烷气、液化天然气储罐闪蒸气中的一种或几种。通过上述的燃气选择，可以很好地利用天然气液化过程中各个阶段的可燃烧气体，特别是在缺电地区，可以就地取用燃气资源进行发电，从而使得燃气发电机110的使用更加方便，更有利于对资源的充分利用。同时，也使得整个与分布式能源结合的天然气液化系统100的适用性更强，能够在不同地区进行有效地应用。

燃气发电机110通过电线与天然气液化装置130连接，即将所发的电供应给天然气液化装置130中的用电设备。燃气发电机110通过管道连接于制冷机组120，从而将燃气发电机110在发电过程中产生的高温烟气和/或缸套水中的余热提供给制冷机组120，使得制冷机组120利用该余热进行制冷操作。

其中，制冷机组120例如为利用热能进行制冷的溴化锂制冷机组，其主要由发生器、冷凝器、蒸发器、吸收器、换热器、循环泵等几部分组成。在制冷机组120运行过程中，当溴化锂水溶液在发生器内受到携带余热的高温介质(高温烟气和/或缸套水)的加热后，溶液中的水不断汽化；随着水的不断汽化，发生器内的溴化锂水溶液浓度不断升高，进入吸收器；水蒸气进入冷凝器，被冷凝器内的冷却水降温后凝结，成为高压低温的液态水；当冷凝器内的水通过节流阀进入蒸发器时，急速膨胀而汽化，并在汽化过程中大量吸收蒸发器内冷媒水的热量，从而达到降温制冷的目的；在此过程中，低温水蒸气进入吸收器，被吸收器内的溴化锂水溶液吸收，溶液浓度逐步降低，再由循环泵送回发生器，完成整个循环。如此循环不息，连续制取冷量。由于溴化锂稀溶液在吸收器内已被冷却，温度较低，为了节省加热稀溶液的热量，提高整个装置的热效率，在系统中增加了一个换热器，让发生器流出的高温浓溶液与吸收器流出的低温稀溶液进行热交换，提高稀溶液进入发生器的温度。溴化锂制冷机组为本领域熟知技术，在此不再赘述。本实施例中，通过制冷机组120能够源源不断地利用燃气发电机110产生的余热制取温度较低的冷冻水。其中，制取的冷冻水的温度为5～10℃。当然，其他实施例中，制冷机组120也可以是其它利用热能进行制冷的机组例如采用氨水吸收式制冷机等。

需要说明的是，燃气发电机110所发的电可以用于其它工业或民用用途，仅将燃气发电机110的余热在制冷机组120和/或天气液化过程中的设备中。

参见附图1，附图2，天然气液化装置130包括液化设备131和循环冷剂压缩设备132。液化设备131与循环冷剂压缩设备132之间设置有循环冷剂进管133和循环冷剂出管134，循环冷剂进管133的进端连通于循环冷剂压缩设备132，循环冷剂进管133的出口端连通于液化设备131，循环冷剂出管134的进口端连通于液化设备131，循环冷剂出管134的出口端连通于循环冷剂压缩设备132。通过上述结构设置，循环冷剂可以不断地循环作用于通过液化设备131中的原料气，使得循环冷剂不断与原料气进行换热，原料气在换热过程中不断被液化。

具体地，参见附图2，液化设备131主要包括冷箱101，冷箱101内设置有液化换热器102，从液化设备131的冷箱101出来的低压气态循环冷剂25通过循环冷剂压缩设备132增压至3.0MPa，温度约为140℃，成为高压气态循环冷剂21；温度较高的高压气态循环冷剂21通过冷却器138冷却至40℃，然后再经过循环冷剂预冷换热器140冷却到12～15℃，得到冷却后的循环冷剂22；再将冷却后的循环冷剂22进入冷箱101中的液化换热器102进一步冷却至-160℃而液化，成为高压液态循环冷剂23；高压液态循环冷剂23通过循环冷剂节流阀136减压至0.15MPa降温至-162℃，成为低压循环冷剂24，然后返回液化换热器102提供冷量，对原料天然气11和刚进入冷箱101的冷却后的循环冷剂22进行冷却；低压循环冷剂24吸收了这两股流体的热量后，其温度升高至12～15℃而气化成低压气态循环冷剂25，然后出冷箱101返回循环冷剂压缩设备132进入下一个循环。其中，循环冷剂压缩设备132为气体压缩机。液化过程中，原料天然气11经过冷却后液化形成液态天然气12，液态天然气12的排出端还设置有用于降压的天然气节流阀137。

再次参见附图1，承上述，本实施例中，循环冷剂进管133上还设置有循环冷剂预冷换热器140，循环冷剂预冷换热器140和制冷机组120之间设置有冷水管，冷水管的两端分别与制冷机组120和循环冷剂预冷换热器140连通。通过制冷机组120制冷得到的冷水可以进一步对进入液化设备131的循环冷剂进行预冷使得其预冷到12～15℃，从而使得天然气的液化过程中的能量耗量更小，进而降低了生产成本。

本实施例中，与分布式能源结合的天然气液化系统100还包括原料气增压设备150、原料气净化装置160、原料气预冷换热器170以及LNG储罐180。

本实施例中，最初的原料气为原料富甲烷气，若原料富甲烷气压力较低，需要经过原料气增压设备150增压，原料气增压设备150为富甲烷气压缩机。当然，其他实施例中，若原料富甲烷气压力较高，则可能需要降压。合适的液化压力使得原料气能够在液化设备131中很好地被液化。

原料气进行压力调节后，还需要对原料气进行净化操作，以保证后续的液化操作能够顺利进行，得到液化天然气(Liquefied Natural Gas，LNG)。因此，通过管道将原料气增压设备150与原料气净化装置160连通。原料气净化装置160包括天然气MDEA法脱碳装置、变温吸附脱水装置。

原料气通过脱碳能够脱除掉原料气中的酸性气体，二氧化碳和硫化氢等。其中，天然气MDEA法脱碳装置包括吸收塔和再生塔，再生塔的塔底需要再生塔再沸器。本实施例中，燃气发电机110的余热排出的管道还与再生塔再沸器连通，为再生塔再沸器提供热量。同样的，脱碳后的原料气通过管道进入变温吸附脱水装置中，变温吸附装置对原料气进行脱水，变温吸附装置中的吸附塔设置有再生加热器，燃气发电机110的余热排出的管道也与该再生加热器连通，为再生加热器提供热量。

通过脱碳和脱水的净化操作后的原料气再通过与液化设备131连通的原料气进管135，然后进入原料气预冷换热器170进行预冷，原料气预冷换热器170通过管道与制冷机组120连通。制冷机组120制冷产生的冷冻水可以对原料气进行预冷，从而使得天然气进行液化时的能耗进一步降低，进而提高能量的利用效率。

需要说明的是，其他实施例中，对原料气预冷的位置可以是脱碳前也可以是脱水前，即原料气预冷换热器170可以设置在天然气MDEA法脱碳装置与变温吸附脱水装置之间，也可以设置在天然气MDEA法脱碳装置之前。

预冷后的原料气进入液化设备131中进行液化后形成的液化天然气排入LNG储罐180中进行存储。

此外，其他实施例中，可以仅设置与制冷机组120连通的循环冷剂预冷换热器140或原料气预冷换热器170。

图3是本发明的实施例提供的与分布式能源结合的天然气液化方法的流程图，其中A表示的是供电，B表示的是供热，C表示的是再生供热，D表示的是供冷冻水。请一并参见图1和图3，本发明的实施例提供的一种与分布式能源结合的天然气液化方法，包括以下步骤：

S1、将燃气发电机110发电时产生的余热供应给制冷机组120。

具体地，将来自于净化后原料富甲烷气或LNG储罐闪蒸气或净化过程中脱除的轻烃作为燃料气，将其压力控制在10～50KPa，常温(20～40℃)下通入燃气发电机(包括内燃发电机和燃气透平发电机两种)，燃气发电机发电后，其电能输出供应给所有天然气液化所需的用电设备，主要包括原料气增压设备150和天然气液化装置130的循环冷剂压缩设备132。

同时，将燃气发电机产生的400～500℃的高温烟气和90～100℃的高温缸套水(若为燃气透平发电机，则没有缸套水，下同)收集起来，其中一部分余热供应给原料气净化装置160的再生加热设备使用，另一部分供应给制冷机组120转化为冷量。其中，本实施例中，制冷机组120为溴化锂制冷机组。

S2、利用制冷机组120对天然气液化装置130中的循环冷剂和/或原料气进行预冷；

具体地，本实施例中，燃气发电机110产生的高温烟气和高温缸套水直接进入制冷机组120，制得5～10℃的冷冻水。然后将冷冻水供应给循环冷剂预冷换热器140和原料气预冷换热器170中进行换热，对循环冷剂和原料气进行预冷，使得循环冷剂和原料气的温度均降低至12～15℃。当然，其他实施例中，也可以仅对原料气或仅对循环冷剂进行预冷操作。

需要说明的是，制冷机组120产生的冷冻水可以直接导入冷箱101内并使其与即需要预冷的原料气和循环冷剂的直接进行反方向的换热，代替循环冷剂预冷换热器140和原料气预冷换热器170。

S3、原料气与循环冷剂在天然气液化装置中进行热交换，得到液化天然气。

具体地，本实施例中原料气为富甲烷气，其首先通过原料气增压设备增压，其他实施例中，如果原料气压力较高，可降压调节至合适液化压力区间。压力调整好之后，将原料气进行净化操作，具体地，首先将原料气进入MDEA脱碳单元或进行分子筛脱碳，脱除原料气中的酸性气体，二氧化碳和硫化氢等。脱碳过程中有吸收塔和再生塔，再生塔塔底需要再生塔再沸器加热，热量就来自于燃气发电机110产生的高温烟气或高温缸套水。脱碳后的原料气进入脱水单元，脱水采用变温吸附(TSA)的方式，其再生气加热器所需的热量也来自于高温烟气或高温缸套水。脱碳脱水后的净化气经过溴化锂制冷机组提供的冷冻水预冷后，进入液化设备131与循环冷剂换热后被液化，然后被储存在LNG储罐180中。

冬季时，北方地区由于环境温度很低，原料富甲烷气和/或循环冷剂无需预冷，此时就不开制冷机组120，这部分余热就可以与暖水锅炉换热，生产供暖热水，为整个厂区的办公楼、公用工程厂房供暖。

需要说明的是，其他实施例中，燃气发电机110发电时产生的余热可以仅供应给原料净化装置作为再生热源，也可以仅供应给制冷机组120作为制冷的热源。

综上所述，采用了本实施例中的天然气液化方法和液化系统具有以下效果：

(1)通过将燃气发电机110发电时产生的余热给制冷机组120进行利用，提供冷冻水对天然气液化装置130的循环冷剂进行预冷，使用该方法相比传统液化装置能够节省25～30％的电能消耗。

(2)燃气发电机110的余热除了供制冷机组120制冷外，还可以为原料气净化装置160提供再生热源，也可以为冬季工厂采暖提供热能，分布式能源装置的综合能源利用效率与传统分布式能源的70％相比，可提高至80～90％。

(3)除制冷机组120外，仅需增加几台常规换热器，工艺流程简单，设备投资基本不变，运行成本极低。

(4)在缺电地区采用燃气发电，市政供电作为备用电源，相比传统市政供电液化装置，有更稳定的能源供应，装置的用电得到双重保障，提高天然气液化装置的开工率。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，上面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行了清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和表示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以上对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电焊连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。