一种甲烷‑丙烷联合液化及汽化装置的制作方法

本发明属于液化天然气生产技术领域，具体涉及一种甲烷-丙烷联合液化及汽化装置。

背景技术：

随着天然气开发技术的成熟，其消费量逐步上升，由于资源分布的不均衡，带动了液化天然气工业的发展。液化天然气是将天然气经过净化处理(脱水、脱重烃、脱酸性气体)后，采用制冷工艺降低温度，冷却至其沸点(-162℃)温度后变成液体，通常液化天然气储存在-162℃、0.1mpa左右的低温储存罐内。其主要成分为甲烷，用专用船或油罐车运输，使用时重新汽化。

丙烷是液化石油气的主要成分，也是一种重要的工业原料，市场需求巨大。丙烷通常采用常温压缩工艺进行液化。

甲烷沸点低，相对丙烷液化工艺更为复杂。lng液化工艺技术历经半个多世纪的发展，按流程关键特性划分，大体可分为混合制冷剂流程、级联流程和膨胀流程三类。由于膨胀流程效率低，不宜用作基本负荷型液化天然气流程，因此在基本负荷型天然气液化工艺中主要侧重于混合制冷剂流程和级联流程。混合制冷剂流程主要有：(1)smr：单混合制冷剂流程；(2)c3mr：丙烷预冷混合制冷剂流程；(3)dmr：双混合制冷剂流程；(4)ap-xtm：c3mr+n2膨胀流程；(5)mfc：混合制冷剂级联流程；(6)pmr：并联混合制冷剂流程。级联流程有经典级联流程和康菲优化级联流程。

根据气液相平衡理论，液化天然气必须冷却到-162℃才能在常压下储存和运输，因此常规的天然气液化工艺必须将原料气冷却到-162℃，由于制冷温度非常低，需要消耗大量的冷量，同时对制冷装置以及储存和运输装备的耐低温性能都提出了更高的要求。

传统甲烷和丙烷液化及储存运输分别采用各自的工艺技术进行，为了克服当前技术的缺陷，本发明提出了一种甲烷-丙烷联合液化和汽化装置，通过将天然气原料气和丙烷按照一定比例混合，进行联合液化，从而提高天然气液化温度，从而降低液化过程能量消耗，降低对设备材质的要求，并且能够更经济安全的储存和运输。

技术实现要素：

一种甲烷-丙烷联合液化装置，主要包括：脱水模块、净化模块、丙烷供应模块、气体混合器、制冷模块、液化气生产储罐，脱水模块、净化模块、气体混合器通过管道依次相连，丙烷供应模块亦通过管道与气体混合器相连，气体混合器的出口通过管道与制冷模块相连，制冷模块出口与液化气生产储罐入口相连。

一种甲烷-丙烷联合汽化装置，主要包括：液化气用户储罐、汽化器、气液分离器以及丙烷卸载泵，液化气用户储罐、汽化器、气液分离器通过管道依次相连，气液分离器顶部安装有甲烷外输管线，气液分离器底部安装有丙烷外输管线，丙烷卸载泵安装在丙烷外输管线上。

所述的净化模块与气体混合器相连的管道上安装有天然气流量调节阀和天然气流量计；所述的丙烷供应模块与气体混合器相连的管道上布置有丙烷流量调节阀和丙烷流量计。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

(1)提高了天然气液化温度，降低了制冷能耗；

(2)提高了液化气储存和输送温度，降低了对设备抗低温性能的要求；

(3)实现了液态天然气、液态丙烷联合液化和输送，提高了综合经济效益。

附图说明

图1为甲烷-丙烷联合液化工艺流程示意图；

图2为甲烷-丙烷混合物液化温度随丙烷含量变化关系图；

图3为甲烷-丙烷联合汽化工艺流程示意图。

图中：1-脱水模块；2-净化模块；3-丙烷供应模块；4-气体混合器；5-制冷模块；6-液化气生产储罐；7-天然气流量调节阀；8-天然气流量计；9-丙烷流量调节阀；10-丙烷流量计；11-液化气用户储罐；12-汽化器；13-气液分离器；14-丙烷卸载泵；15-甲烷外输管线；16-丙烷外输管线。

具体实施方式

如图1所示，一种甲烷-丙烷联合液化装置主要包括：脱水模块1、净化模块2、丙烷供应模块3、气体混合器4、制冷模块5、液化气生产储罐6，脱水模块1、净化模块2、气体混合器4通过管道依次相连，丙烷供应模块3亦通过管道与气体混合器4相连，气体混合器4的出口通过管道与制冷模块5相连，制冷模块5出口与液化气生产储罐6入口相连。

一种甲烷-丙烷联合汽化装置，主要包括：液化气用户储罐11、汽化器12、气液分离器13以及丙烷卸载泵14，液化气用户储罐11、汽化器12、气液分离器13通过管道依次相连，气液分离器13顶部安装有甲烷外输管线15，气液分离器13底部安装有用丙烷外输管线16，丙烷卸载泵14安装在丙烷外输管线16上。

所述的净化模块2与气体混合器4之间管道上安装有天然气流量调节阀7和天然气流量计8；所述的丙烷供应模块3与气体混合器4相连的管道上布置有丙烷流量调节阀9和丙烷流量计10。

天然气原料气进入脱水模块1分离出水和重烃，满足天然气水露点和烃露点要求，随后脱水天然气在净化模块2中脱除硫化氢、二氧化碳等酸性气体，净化模块2出口得到以甲烷为主要成分的净化天然气；随后净化天然气通过调节阀7调节流量，经天然气流量计8计量流量后进入气体混合器4。来自丙烷供应模块3的丙烷经丙烷流量调节阀9调节流量和丙烷流量计10计量流量后也进入气体混合器4。天然气和丙烷混合气随后进入制冷模块5进行降温液化，生产出的液化气在液化气生产储罐6中储存。液化气生产储罐6中的液态甲烷和丙烷可通过液化气运输船进行远距离输送。

如图2为甲烷-丙烷混合气液化温度随丙烷摩尔浓度变化关系，从图2中可以看到，如果丙烷含量为0，即纯甲烷在常压下的液化温度接近-162℃，而随着丙烷含量的增加，甲烷-丙烷混合气体的液化温度逐渐的增加，当丙烷摩尔浓度达到50％时，液化温度为-154℃，与纯甲烷相比液化温度提升了近8℃。这表明通过向甲烷气体中加注一定比例的丙烷能有效提高天然气液化温度，从而在制冷液化过程中少消耗大量的冷能。同时，在液化气储存和运输过程中，由于温度高于纯甲烷液化温度，对液化气储罐、液化气运输船的材质和保冷要求相应降低，储存和输送也更为安全。

当输送液化甲烷和丙烷的液化气运输船达到目的地后，液化气运输船将所输送的甲烷-丙烷液态混合物卸载到液化气用户储罐11，随后液化气用户储罐11中的液态甲烷和丙烷混合物通过管线进入汽化器12。由于丙烷和天然气沸点不同，汽化温度不同，在汽化器12内随着温度升高，甲烷首先汽化。控制汽化器12的温度，保持天然气处于汽化状态，而丙烷处于液态，随后汽化的气液混合物进入气液分离器13，气态的天然气通过安装在分离器顶部的甲烷外输管线15提供给用户，而分离器底部的液态丙烷，则通过安装在丙烷外输管线16上的丙烷卸载泵14提供给丙烷用户。

根据气液相平衡原理，若天然气中加入更重的烃类后其液化温度将升高。本发明以此为启发，从改变天然气组成入手，将一定量的丙烷加入天然气中形成天然气丙烷混合气，从而提高液化温度，使天然气在更高温度下储存和运输。本发明在天然气液化、储存和输送过程中，能大量节省制冷能耗，降低材质抗低温要求，具有广阔的应用前景。

技术特征：

技术总结
甲烷‑丙烷联合液化装置主要由脱水模块、净化模块、丙烷供应模块、气体混合器、制冷模块、液化气生产储罐组成；甲烷‑丙烷联合汽化装置主要由液化气用户储罐、汽化器，气液分离器以及丙烷卸载泵组成。本发明通过将天然气原料气和丙烷按照一定比例混合后联合液化，提高了天然气液化温度，从而减少了液化过程能量消耗，降低了对设备材质的抗低温要求，并且能够更经济安全的储运和运输。

技术研发人员：梁法春;陈婧;韩璐媛;王骅钟;刘德绪;龚金海;王晓霖
受保护的技术使用者：中国石油大学（华东）
技术研发日：2017.03.27
技术公布日：2017.07.14