沼气净化所得的生物天然气制液化天然气的装置制造方法
【专利摘要】沼气净化所得的生物天然气制液化天然气的装置，它包括制冷循环系统和脱轻组分系统；制冷循环系统包括冷箱，冷箱内具有冷却流道，冷却流道分为预冷段、深冷段和过冷段；脱轻组分系统包括精馏塔、闪蒸罐、冷凝器、第一减压阀和第二减压阀，冷凝器位于精馏塔的上方，深冷段经第一节流阀与精馏塔相连，精馏塔的底部与过冷段的一端相连，过冷段的另一端依次经冷凝器、第二节流阀与闪蒸罐相连，精馏塔的顶部经冷凝器与第一减压阀相连，闪蒸罐的顶部与第二减压阀相连。本装置在将生物天然气制成液化天然气的同时能够将生物天然气中的氢气、氮气、一氧化碳等轻组分气体分离出来，这样得到的液化天然气产品就比较稳定。
【专利说明】沼气净化所得的生物天然气制液化天然气的装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及液化天然气领域，具体地说涉及一种沼气净化所得的生物天然气制液化天然气的装置。
【背景技术】
[0002]沼气是有机物质在厌氧环境中，在一定温度、湿度、酸碱度的条件下，通过微生物作用而产生的一种可燃气体，沼气中甲烷(CH4)的含量约为55— 65%，二氧化碳(CO2)的含量约为30—40%,此外还有微量的硫化氢、氧气、氢气、氮气、一氧化碳、水分等。沼气是一种绿色能源，沼气可以通过脱硫、脱氧、脱碳、脱水等净化工序制成生物天然气。
[0003]将沼气制成生物天然气可以实现沼气的高效利用，但是由于生物天然气是气态的，不利于运输和储存，因此这种利用方式的经济效益低、受限制因素较多。
[0004]液化天然气(Liquefied natural gas,简写为LNG)是天然气经压缩、冷却至其沸点温度后变成的液体。将生物天然气进一步制成LNG可以有效解决上述问题，LNG相比于标态下的天然气其体积缩小了 625倍，可以低压或常压储存，储存设备投资大大降低；LNG运输方便，可以用槽车将LNG运送到几千公里以外，运输费用大大降低；LNG的终端销售也不仅仅限制于汽车加气站，可以直接出售给工商业等用户，因此这种方式既可以实现沼气的高效利用，又可以增加经济效益。
[0005]沼气净化所得的生物天然气中还含有微量的氢气、氮气、一氧化碳等轻组分气体，用生物天然气制LNG，其关键是脱除生物天然气中的氢气、氮气、一氧化碳等轻组分气体，这些气体溶解在LNG中，当压力降低时,这些气体优先蒸发出来，同时带走部分甲烧气，这部分蒸发气叫BOG (Boil Off Gas)，蒸发气产生量太大，液化效率会降低。不仅如此，LNG储罐中BOG蒸发如果带动储罐内液体翻滚,极易引起LNG大量蒸发、储罐压力急速升高的现象，从而引起安全事故。
实用新型内容
[0006]本实用新型所要解决的技术问题是提供一种沼气净化所得的生物天然气制液化天然气的装置，该装置在液化沼气净化所得的生物天然气的同时能够脱除沼气净化所得的生物天然气中的氢气、氮气、一氧化碳等轻组分气体。
[0007]为了解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案:沼气净化所得的生物天然气制液化天然气的装置，它包括制冷循环系统和脱轻组分系统；制冷循环系统包括冷箱，冷箱内具有冷却流道，冷却流道分为预冷段、深冷段和过冷段；脱轻组分系统包括精馏塔、闪蒸罐、冷凝器、第一减压阀和第二减压阀，冷凝器位于精馏塔的上方，深冷段经第一节流阀与精馏塔相连，精馏塔的底部与过冷段的一端相连，过冷段的另一端依次经冷凝器、第二节流阀与闪蒸罐相连，精馏塔的顶部经冷凝器与第一减压阀相连，闪蒸罐的顶部与第二减压阀相连。
[0008]为简洁描述起见，以下本实用新型所述的沼气净化所得的生物天然气制液化天然气的装置简称为本装置。
[0009]使用本装置将沼气净化所得的生物天然气制成液化天然气的方法为:
[0010]将沼气净化所得的生物天然气依次通过冷箱的预冷段和深冷段，预冷段和深冷段的操作压力为5MPa以上，生物天然气在预冷段内被降温至(一 55)—(一 60) °C，在深冷段内被降温至(一 125)—(一 130) °C，此时生物天然气发生相变形成液化天然气，液化天然气从深冷段内排出经第一节流阀减压至I一 1.5MPa后进入精馏塔内进行精馏，精馏后的液化天然气从精馏塔的底部排出进入过冷段内，过冷段的操作压力为I一1.5MPa，在过冷段内被降温至(一 163)—(一 165) °C后从过冷段排出并依次经冷凝器冷凝、第二节流阀减压至
0.2—0.4MPa后进入闪蒸罐内进行闪蒸，闪蒸后的液化天然气从闪蒸罐的底部排出，精馏塔内形成的甲烷蒸汽经冷凝器冷凝后回流到精馏塔内，精馏塔内由氢气、氮气、一氧化碳、甲烷等轻组分气体形成的BOG经冷凝器、第一减压阀排出，闪蒸罐内由氢气、氮气、一氧化碳、甲烷等轻组分气体形成的BOG经第二减压阀排出。
[0011]从闪蒸罐底部排出的液化天然气即可进入LNG储罐内储存，从精馏塔和闪蒸罐排出的BOG被收集在BOG收储罐内。
[0012]沼气净化所得的生物天然气的液化主要发生在冷箱的深冷段，从深冷段出来的液化天然气的温度是(一 125)—(一 130)°C，在此温度下进行减压精馏，甲烷在IMPa压力时对应的液化温度是一 123°C，所在确定从冷箱的深冷段出来的液化天然气减压至I一
1.5MPa时进精馏塔，在此压力和温度下氢气、氮气、一氧化碳等轻组分气体为气态，甲烷为液态，所以在精馏塔内可以将甲烷与这些轻组分进行分离。冷箱的过冷段把精馏后的液化天然气的温度进一步降低到(一 163)—(一 165) °C，因为LNG —般是在常压下储存的，常压下甲烷的液化温度是一 161.5°C，设置过冷段的目的就是使精馏后的液化天然气减至常压时不致气化。
[0013]从冷箱的过冷段出来的液化天然气的压力约IMPa，而LNG的储存压力一般是常压，所以在减压过程中一定会有BOG产生，设置闪蒸罐的目的就是先把从过冷段出来的液化天然气从IMPa左右减压到0.2—0.4MPa，进入闪蒸罐后，从过冷段出来的液化天然气中的氢气、氮气、一氧化碳等轻组分气体会优先闪蒸出来，同时带走部分甲烷气。闪蒸后的液化天然气再进入储罐，这样得到的液化天然气就会比较稳定，系统产生的BOG量较少。
[0014]从上述技术方案可知，本装置在将沼气净化所得的生物天然气制成液化天然气的同时能够将沼气净化所得的生物天然气中的氢气、氮气、一氧化碳等轻组分气体分离出来，这样得到的液化天然气产品就比较稳定，同时本装置产生的蒸发量小，间接提高了本装置的液化效率，且LNG储罐内不易发生罐内液体翻滚和暴蒸发等现象，避免了安全隐患。
[0015]作为本实用新型的改进，制冷循环系统还包括冷剂吸入罐、压缩机、冷剂冷却器和冷剂分液罐，冷箱内具有第一换热器、第二换热器、第三换热器、第一分液罐和第二分液罐；冷剂分液罐的出气口与第三换热器的一端相连，第三换热器的另一端经第三节流阀与第一分液罐相连，冷剂分液罐的出液口与第一换热器的一端相连，第一换热器的另一端经第四节流阀与第二分液罐相连，第一分液罐的出气口和出液口与第二换热器的一端相连，第二分液罐的出气口和出液口与第二换热器的中部相连，第二换热器的另一端依次经冷剂吸入罐、压缩机、冷剂冷却器与冷剂分液罐相连。
[0016]作为本实用新型的进一步改进，冷凝器与精馏塔相连成一整体。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1是本实用新型实施例1的结构示意图。
[0018]图2是本实用新型实施例2中精馏塔和冷凝器的结构示意图。
【具体实施方式】
[0019]下面结合附图对本实用新型作进一步描述:
[0020]实施例1
[0021]参见图1。
[0022]沼气净化所得的生物天然气制液化天然气的装置，它包括制冷循环系统和脱轻组分系统；
[0023]制冷循环系统包括冷剂吸入罐1、压缩机2、冷剂冷却器3、冷剂分液罐4和冷箱5，冷箱5内具有冷却流道，冷却流道分为预冷段511、深冷段512和过冷段513，冷箱5内还具有第一换热器521、第二换热器522、第三换热器523、第一分液罐531和第二分液罐532 ;冷剂分液罐4的出气口与第三换热器523的一端相连，第三换热器523的另一端经第三节流阀83与第一分液罐531相连，冷剂分液罐4的出液口与第一换热器521的一端相连，第一换热器521的另一端经第四节流阀84与第二分液罐532相连，第一分液罐531的出气口和出液口与第二换热器522的一端相连，第二分液罐532的出气口和出液口与第二换热器522的中部相连，第二换热器522的另一端依次经冷剂吸入罐1、压缩机2、冷剂冷却器3与冷剂分液罐4相连；
[0024]脱轻组分系统包括精馏塔6、闪蒸罐7、冷凝器8、第一减压阀91和第二减压阀92，冷凝器8位于精馏塔6的上方，深冷段512经第一节流阀81与精馏塔6相连，精馏塔6的底部与过冷段513的一端相连，过冷段513的另一端依次经冷凝器8、第二节流阀82与闪蒸罐7相连，精馏塔6的顶部经经冷凝器8与第一减压阀91相连，闪蒸罐7的顶部与第二减压阀92相连。
[0025]上述沼气净化所得的生物天然气制液化天然气的装置的使用方法为:
[0026](I)将沼气净化所得的生物天然气依次通过冷箱5的预冷段511和深冷段512，预冷段511和深冷段512的操作压力为5MPa以上，生物天然气在预冷段511内被降温至(一55)-(- 60) °C，在深冷段512内被降温至(一 125)—(一 130) °C，此时生物天然气发生相变形成液化天然气，液化天然气从深冷段512内排出经第一节流阀81减压至I一1.5MPa后进入精馏塔6内进行精馏，精馏后的液化天然气从精馏塔6的底部排出进入过冷段513内，过冷段513的操作压力为I一1.5MPa，在过冷段513内被降温至(一163)—( 一 165) °C后从过冷段513内排出并依次经冷凝器8冷凝、第二节流阀82减压至0.2—0.4MPa后进入闪蒸罐7内进行闪蒸，闪蒸后的液化天然气从闪蒸罐7的底部排出，精馏塔6内形成的甲烷蒸汽经冷凝器8冷凝后回流到精馏塔6内，精馏塔6内由氢气、氮气、一氧化碳、甲烷等轻组分气体形成的BOG经冷凝器8、第一减压阀91排出，闪蒸罐7内由氢气、氮气、一氧化碳、甲烷等轻组分气体形成的BOG经第二减压阀92排出。
[0027](2)制冷剂在冷剂分液罐4内进行气液分离，冷剂分液罐4内的气相制冷剂从第三换热器523的一端进入第三换热器523,热交换后从第三换热器523的另一端排出，经第三节流阀83降温后进入第一分液罐531进行气液分离，冷剂分液罐4内的液相制冷剂从第一换热器521的一端进入第一换热器521,热交换后从第一换热器521的另一端排出，经第四节流阀84降温后进入第二分液罐532进行气液分离，第一分液罐531内的气相和液相制冷剂分别从第二换热器522的一端进入第二换热器522，第二分液罐532内的气相和液相制冷剂分别从第二换热器522的中部进入第二换热器522，第一分液罐531内的液相制冷剂和第二分液罐532内的液相制冷剂在进入第二换热器522的过程中气化形成气相制冷剂，上述多股气相制冷剂在第二换热器522内混合并进行热交换后从第二换热器522的另一端排出并进入冷剂吸入罐I内，经压缩机2压缩、冷剂冷却器3冷却后重新回到冷剂分液罐4内，通过制冷剂反复循环的压缩、降温、节流膨胀实现对冷箱5内预冷段511、深冷段512和过冷段513的制冷。
[0028]实施例2
[0029]参见图2。
[0030]实施例2中，冷凝器8与精馏塔6相连成一整体，其它结构和使用方法同实施例1。
[0031]以上只是本实用新型的一种实施方式。应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干变形和改进。
【权利要求】
1.沼气净化所得的生物天然气制液化天然气的装置，它包括制冷循环系统和脱轻组分系统；制冷循环系统包括冷箱，冷箱内具有冷却流道，冷却流道分为预冷段、深冷段和过冷段；脱轻组分系统包括精馏塔、闪蒸罐、冷凝器、第一减压阀和第二减压阀，冷凝器位于精馏塔的上方，深冷段经第一节流阀与精馏塔相连，精馏塔的底部与过冷段的一端相连，过冷段的另一端依次经冷凝器、第二节流阀与闪蒸罐相连，精馏塔的顶部经冷凝器与第一减压阀相连，闪蒸罐的顶部与第二减压阀相连。
2.如权利要求1所述的沼气净化所得的生物天然气制液化天然气的装置，其特征在于:制冷循环系统还包括冷剂吸入罐、压缩机、冷剂冷却器和冷剂分液罐，冷箱内具有第一换热器、第二换热器、第三换热器、第一分液罐和第二分液罐；冷剂分液罐的出气口与第三换热器的一端相连，第三换热器的另一端经第三节流阀与第一分液罐相连，冷剂分液罐的出液口与第一换热器的一端相连，第一换热器的另一端经第四节流阀与第二分液罐相连，第一分液罐的出气口和出液口与第二换热器的一端相连，第二分液罐的出气口和出液口与第二换热器的中部相连，第二换热器的另一端依次经冷剂吸入罐、压缩机、冷剂冷却器与冷剂分液罐相连。
3.如权利要求1或2所述的沼气净化所得的生物天然气制液化天然气的装置，其特征在于:冷凝器与精馏塔相连成一整体。
【文档编号】C10L3/10GK203976743SQ201420368954
【公开日】2014年12月3日 申请日期:2014年7月5日 优先权日:2014年7月5日
【发明者】尹良友 申请人:尹良友