专利名称：一种天然气液化工艺的制作方法
技术领域：
本发明属于气体液化系统技术领域，具体的说，涉及一种用于天然气液化 工艺。
背景技术：
目前，天然气液化工艺包括预处理单元10、压縮单元12、液化单元13、 储存单元14及装车单元15，其主要的步骤为
(1) 、原料天然气首先通过预处理单元10将其含有的大颗粒杂质分离并脱 去水分；
(2) 、通过预处理单元10处理后的天然气进入压縮单元12将其压縮至 10-25MPa;
(3) 、增压后的天然气进入液化单元13将其转换为液体天然气LNG;
(4) 、液态天然气LNG输入储存单元14保存；
(5) 、储存单元14中的液态天然气LNG经装车单元15装车。 在天然气液化系统中包含压縮单元，该压縮单元需要压縮来自及经过冷箱
液化后循环利用的两方面气体，使其均达到设计要求再次进入冷箱的压力。而 压力与循环气压力的压力大小不同，通常根据压力的不同分别设置两套压縮机， 每套压縮机通常需要三级压縮即包含三个压縮气缸，那么两套压縮机就需要6 个压縮气缸，同时每套压縮机还需要独立的电机。这种分别压縮的方式使得整个压缩单元体积大、设备成本较高、能耗较大。
另外，液化单元3中的液化循环主要为:阶式制冷循环、混合冷剂制冷循环 和膨胀机制冷循环。这些方式多数适用在基地型大处理量液化天然气中，用在 日处理30万立方米天然气以下的情况能耗高，国内日处理30万方天然气多用 膨胀机制冷循环。膨胀机制冷循环是指利用高压制冷剂通过透平膨胀机绝热膨 胀的克劳德循环制冷实现天然气液化的流程。在该膨胀机制冷循环通常采用氮 气、氮-甲垸、天然气作为制冷剂。
在膨胀机制冷循环中送入装置的气流必须全部深度干燥；回流压力低，换热 面积大，全液化能耗较高。
膨胀机制冷循环存在着以下不足之处-
K制冷装置结构复杂、体积大，操作较复杂；
2、 制冷设备工作时设备需高速运转，造成系统可靠性较差；
3、 膨胀机制冷循环的一次液化率较低理论数值在8%-12%之间，通常在9% 左右；因此全液化能耗较高。
4、 膨胀机制冷循环中天然气所含杂质清除通常是通过排放大量天然气来带 走杂质；
5、 膨胀机制冷循环中针对原料天然气的压力大小要求一般为设计压力大小 的80°/f 100%之间，工作弹性区间较小。
6、 膨胀机制冷循环从启动到正常工作通常需要1-3天。
发明内容
为解决以上技术问题，本发明的目的在于提供日处理30万立方米天然气以 下的一种能有效提高一次性液化率、成本低的天然气液化系统。
本发明的技术方案如下
一种天然气液化工艺，该液化工艺包括预处理单元、压縮单元、液化单元、 储存单元及装车单元，其主要的步骤为-
(1) 、原料天然气首先通过预处理单元将其含有的大颗粒杂质分离并脱去
水分；
(2) 、通过预处理单元处理后的天然气进入压縮单元将其压縮至10-25MPa;
(3) 、增压后的天然气进入液化单元将其转换为液体天然气LNG;
(4) 、液态天然气LNG输入储存单元保存；
(5) 、储存单元中的液态天然气LNG经装车单元装车。 其特征在于
所述液化单元包括预冷单元、第一分离罐、第二分离罐、第三分离罐及第 四分离罐，所述预冷单元具有原料进气口、混合出口、循环气进口及循环气出 口，所述第一分离罐设置在原料气出口与循环气进口之间的循环气通路上，在 所述原料气出口与所述第一分离罐气液混合进口之间的通路上连接有第一引射 器,该第一引射器引射端与所述第二分离罐气相端连接；所述第二分离罐的液态 天然气进口与第一分离罐的液态天然气出口相连，在所述第二分离罐气液混合 进口与所述液出口之间形成连接通道，该连接通道上设置有第二引射器，该第 二引射器的引射端与所述第三分离罐气相端相连；所述第三分离罐的液态天然 气进口与所述第二分离罐的液态天然气出口相连，所述第三分离罐的循环气进气口连接到循环气进口上与所述第一分离罐循环气出口之间形成的通路上，所 述第三分离罐内设置有埋入式换热管，该埋入式换热管将第三分离罐的循环气 进气口及第三分离罐的气液混合出口连通，该第三分离罐的气液混合出口连接 到所述第四分离罐气液混合进口上；所述第三分离罐及第四分离罐上分别设置 有第三分离罐液态天然气排放口及第四分离罐液态天然气出口，其中在第四分 离罐的顶部还设置有废气排放口 。
所述预处理单元由分离器和酸气处理干燥器组成，所述分离器的出气端与 酸气处理干燥器的进气端相连。
所述储存单元采用液态天然气LNG储罐；所述装车单元由液态天然气LNG 加气机及集装箱车组成。
所述预冷单元由第一换热器、制冷机预冷器及第二换热器组成，所述第一 换热器与第二换热器通过流通管路串接并形成循环通道，所述制冷机预冷器设
置在第一换热器与第二换热器之间的进气通路上。
在所述第三分离罐的液态天然气进口与所述第二分离罐的液态天然气出口 的相连通道上还设置有液态天然气排放支路，该支路上设置有控制开关。
所述第四分离罐液态天然气出口连接到所述第二分离罐的液态天然气进口 与第一分离罐的液态天然气出口的通路上。
在第一分离罐的液态天然气出口、第二分离罐的液态天然气出口、第三分 离罐液态天然气排放口及第四分离罐液态天然气出口均连接有事故排放管。
所述压縮单元为联合压縮机，该联合压縮机包括电机、第一气缸、第二气 缸、第三气缸及第四气缸，所述四气缸均具有进气端与排气端，且所述四气缸 上的活塞连杆套装在与电机相连的主轴承上，所述第一气缸的进气端为原料进气端，该第一气缸的出气端分为两气流支路分别与所述第二气缸的进气端及第 三气缸的出气端相连，其中所述第三气缸的进气端为循环气进气端，所述第二 气缸的出气端与所述第四气缸的进气端相连；所述第一气缸、第二气缸及第四 气缸的出气端设置有冷却器。
所述第一气缸、第二气缸及第三气缸的进出气两端均设置有缓冲罐。
有益效果
1)、冷箱实现撬装化，结构体积小、安装方便；引射器结构简单、没有运 动部件，因此系统可靠性高；
2) 、操作方便、设备维护量少、操作维护人员少；
3) 、液化率很高， 一次液化率达33%，氦气和氢气等绝大部分杂质气体通过 第四分离罐中的埋入式换热器分离排出；
4) 、冷箱的工作弹性大，在设计压力的50%-120%下都能工作。
5) 、开停机简单、启动时间到正常工作仅20分钟。
图1为本发明的工艺流程图2为本发明中液化单元的原理图3为图2中分离罐的结构示意图4为图2中换热器的结构示意图5为图2中引射器的结构示意图6为本发明中压縮单元的原理图7为本发明中压縮单元的结构示意图。
具体实施例方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明 实施例，如图l、 2、 3、 4、 5、 6、 7所示
1. 一种天然气液化工艺，该液化工艺包括预处理单元10、压縮单元11、 液化单元12、储存单元13及装车单元14，其主要的步骤为
1) 、原料天然气首先通过预处理单元IO将其含有的大颗粒杂质分离并脱去 水分；.
2) 、通过预处理单元10处理后的天然气进入压縮单元11将其压縮至 10-25MPa;
3) 、增压后的天然气进入液化单元12将其转换为液体天然气LNG;
4) 、液态天然气LNG输入储存单元13保存；
5) 、储存单元13中的液态天然气LNG经装车单元14装车。 所述液化单元12包括预冷单元1、第一分离罐2、第二分离罐3、第三分离
罐4及第四分离罐5，所述预冷单元l具有原料进气口 lc、混合出口la、循环 气进口 lb及循环气出口 ld，所述第一分离罐2设置在原料气出口 la与循环气 进口 lb之间的循环气通路上，其特征在于在所述原料气出口 la与所述第一 分离罐气液混合进口 2a之间的通路上连接有第一引射器6，该第一引射器引射端 6a与所述第二分离罐气相端3a连接；所述第二分离罐的液态天然气进口 3c与 第一分离罐的液态天然气出口 2b相连，在所述第二分离罐气液混合进口 3b与 所述液出口 la之间形成连接通道，该连接通道上设置有第二引射器7，该第二 引射器.7的引射端7a与所述第三分离罐气相端4a相连；所述第三分离罐的液 态天然气进口 4b与所述第二分离罐的液态天然气出口 3d相连，所述第三分离罐的循环气进气口 4c连接到循环气进口 lb上与所述第一分离罐循环气出口 2c之 间形成的通路上，所述第三分离罐4内设置有埋入式换热管8，该埋入式换热管 8将第三分离罐的循环气进气口 4c及第三分离罐的气液混合出口 4d连通，该第 三分离罐的气液混合出口 4d连接到所述第四分离罐气液混合进口 5a上；所述 第三分离罐4及第四分离罐5上分别设置有第三分离罐液态天然气排放口 4e及 第四分离罐液态天然气出口 5b,其中在第四分离罐5的顶部还设置有废气排放口 5c。
所述预处理单元10由分离器10a和酸气处理干燥器10b组成，所述分离器 10a的出气端与酸气处理干燥器10b的进气端相连。
所述储存单元13采用液态天然气LNG储罐；所述装车单元14由液态天然 气LNG加气机14a及集装箱车14b组成。
所述预冷单元1由第一换热器le、制冷机预冷器lf及第二换热器lg组成， 所述第一换热器le与第二换热器lg通过流通管路串接并形成循环通道，所述 制冷机预冷器lf设置在第一换热器le与第二换热器lg之间的进气通路上。
在所述第三分离罐的液态天然气进口 4b与所述第二分离罐的液态天然气出 口 3d的相连通道上还设置有液态天然气排放支路，该支路上设置有控制开关9。
所述第四分离罐液态天然气出口5b连接到所述第二分离罐的液态天然气进 口 3c与第一分离罐的液态天然气出口 2b的通路上。
在第一分离罐的液态天然气出口2b、第二分离罐的液态天然气出口 3d、第 三分离罐液态天然气排放口 4e及第四分离罐液态天然气出口 5b均连接有事故 排放管30。
所述压缩单元ll为联合压縮机，该联合压縮机包括电机21、第一气缸22第二气缸23、第三气缸24及第四气缸25，所述四气缸均具有进气端与排气端， 且所述四气缸上的活塞连杆29套装在与电机相连的主轴承26上，其特征在于: 所述第一气缸22的进气端为原料进气端，该第一气缸22的出气端分为两气流 支路分别与所述第二气缸23的进气端及第三气缸24的出气端相连，其中所述 第三气缸24的进气端为循环气进气端，所述第二气缸23的出气端与所述第四 气缸25的进气端相连；所述第一气缸22、第二气缸23及第四气缸24的出气端 设置有冷却器27。
所述第一气缸22、第二气缸23及第三气缸24的进出气两端均设置有缓冲 罐28。
本发明中液化单元的工作原理为
经过压縮单元将天然气压縮到10-20MPa，该天然气从预冷单元的原料进气 口进入预冷单元，使压縮气体温度从3(TC左右降低至-7(TC左右并进入第一引射 器的腔室，通过第一引射器的作用使高压气体迅速降温到-12(TC左右，压力降 低至0. 6-1. 5Mpa左右后部分液化并进入第一分离罐，未液化的气体则从第一分 离罐循环气出口返回预冷单元，利用该返回的较冷气体对进入气体进行换热， 以达到换热的作用。未液化的气体回到压縮单元后经过压縮再次进入预冷单元 形成一循环过程。
其中，引射器的作用原理是利用进入腔室的高压气体10-25MPa作为主动 流与第二分离罐提供的低压气体0. 5-1. 0MPa作为被动流混合，低压气体引射高 压气体在引射器的腔室内迅速膨胀降温，温度降至-11(TC至-13(TC左右，压力 降至0.6-1.5Mpa，使进入的高压气体部分液化。储存在第一分离罐的液态天然气会通过与第二分离罐之间的管道流入第二 分离罐，而第二分离罐中储存的液态天然气则可通过与第三分离罐之间的管道 进入第三分离罐或直接通过排出支路进入储罐。
同样原理利用第二引射器的引射作用使压縮气体可在第二分离罐中部分 直接被液化，液态气体直接排入储罐或进入第三分离罐。
在第三分离罐中设置有埋入式换热管，该埋入式换热管是与前述循环气通 道中已经经过第一分离罐流出的未液化的气体可通过开关的控制进入埋入式换 热管，由于本身第三分离罐中储备有较冷的液态天然气，且埋入式换热管处于 其中，流过该埋入式换热管未被液化的气体在较冷液态天然气的作用下被液化， 并进入第四分离罐。而那些需要更冷温度才能被液化的杂质，如氢、氦、氮气 则进入第四分离罐并通过废气口排出。
同样在第三分离罐、第四分离管均设置有液态天然气排出口，以便排入储罐。
另外，在四个分离罐的排出口端设置有事故排放管，由开关控制。 本发明中压縮单元的工作原理为
通常压力为0. 6-2. 5Mpa循环气通常压力为0. 5-1. 5Mpa;通过三级压縮达到 10-25Mpa，经过第一气缸压縮的与经过第三气缸压缩的循环气在进入第二气缸 之前混合后进行第二、第三级压縮。
1权利要求
1. 一种天然气液化工艺，该液化工艺包括预处理单元(10)、压缩单元(11)、液化单元(12)、储存单元(13)及装车单元(14)，其主要的步骤为(1)、原料天然气首先通过预处理单元(10)将其含有的大颗粒杂质分离并脱去水分；(2)、通过预处理单元(10)处理后的天然气进入压缩单元(11)将其压缩至10-25MPa；(3)、增压后的天然气进入液化单元(12)将其转换为液体天然气LNG；(4)、液态天然气LNG输入储存单元(13)保存；(5)、储存单元(13)中的液态天然气LNG经装车单元(14)装车。其特征在于所述液化单元(12)包括预冷单元(1)、第一分离罐(2)、第二分离罐(3)、第三分离罐(4)及第四分离罐(5)，所述预冷单元(1)具有原料进气口(1c)、混合出口(1a)、循环气进口(1b)及循环气出口(1d)，所述第一分离罐(2)设置在原料气出口(1a)与循环气进口(1b)之间的循环气通路上，在所述原料气出口(1a)与所述第一分离罐气液混合进口(2a)之间的通路上连接有第一引射器(6)，该第一引射器引射端(6a)与所述第二分离罐气相端(3a)连接；所述第二分离罐的液态天然气进口(3c)与第一分离罐的液态天然气出口(2b)相连，在所述第二分离罐气液混合进口(3b)与所述液出口(1a)之间形成连接通道，该连接通道上设置有第二引射器(7)，该第二引射器(7)的引射端(7a)与所述第三分离罐气相端(4a)相连；所述第三分离罐的液态天然气进口(4b)与所述第二分离罐的液态天然气出口(3d)相连，所述第三分离罐的循环气进气口(4c)连接到循环气进口(1b)上与所述第一分离罐循环气出口(2c)之间形成的通路上，所述第三分离罐(4)内设置有埋入式换热管(8)，该埋入式换热管(8)将第三分离罐的循环气进气口(4c)及第三分离罐的气液混合出口(4d)连通，该第三分离罐的气液混合出口(4d)连接到所述第四分离罐气液混合进口(5a)上；所述第三分离罐(4)及第四分离罐(5)上分别设置有第三分离罐液态天然气排放口(4e)及第四分离罐液态天然气出口(5b)，其中在第四分离罐(5)的顶部还设置有废气排放口(5c)。
2. 根据权利要求1所述的一种天然气液化工艺，其特征在于所述预处理 单元(10)由分离器(10a)和酸气处理干燥器(10b)组成，所述分离器(10a) 的出气端与酸气处理干燥器(10b)的进气端相连。
3. 根据权利要求l所述的一种天然气液化工艺，其特征在于所述储存单 元(13)采用液态天然气LNG储罐；所述装车单元(14)由液态天然气LNG加 气机(14a)及集装箱车(14b)组成。
4. 根据权利要求1所述的一种天然气液化工艺，其特征在于所述预冷单 元(1)由第一换热器(le)、制冷机预冷器(lf)及第二换热器(lg)组成， 所述第一换热器(le)与第二换热器(lg)通过流通管路串接并形成循环通道， 所述制冷机预冷器(lf)设置在第一换热器(le)与第二换热器(lg)之间的 进气通路上。
5. 根据权利要求l所述的一种天然气液化工艺，其特征在于在所述第三 分离罐的液态天然气进口 (4b)与所述第二分离罐的液态天然气出口 (3d)的 相连通道上还设置有液态天然气排放支路，该支路上设置有控制开关(9)。
6. 根据权利要求1所述的一种天然气液化工艺，其特征在于所述第四分 离罐液态天然气出口 (5b)连接到所述第二分离罐的液态天然气进口 (3C)与第一分离罐的液态天然气出口 (2b)的通路上。
7. 根据权利要求1所述的一种天然气液化工艺，其特征在于在第一分离罐的液态天然气出口 (2b)、第二分离罐的液态天然气出口 (3d)、第三分离罐 液态天然气排放口 (4e)及第四分离罐液态天然气出口 (5b)均连接有事故排 放管(30)。
8. 根据权利要求1所述的一种天然气液化工艺，其特征在于所述压縮单 元(11)为联合压缩机，该联合压缩机包括电机(21)、第一气缸(22)、第二 气缸(23)、第三气缸(24)及第四气缸(25)，所述四气缸均具有进气端与排 气端，且所述四气缸上的活塞连杆(29)套装在与电机相连的主轴承(26)上， 所述第一气缸(22)的进气端为原料进气端，该第一气缸(22)的出气端分为 两气流支路分别与所述第二气缸(23)的进气端及第三气缸(24)的出气端相 连，其中所述第三气缸(24)的进气端为循环气进气端，所述第二气缸(23) 的出气端与所述第四气缸(25)的进气端相连；所述第一气缸(22)、第二气缸(23)及第四气缸(24)的出气端设置有冷却器(27)。
9. 根据权利要求8所述的一种天然气液化工艺，其特征在于所述第一气 缸(22)、第二气缸(23)及第三气缸(24)的进出气两端均设置有缓冲罐(28)。
全文摘要
本发明公开了一种天然气液化工艺，该液化工艺包括预处理单元(10)、压缩单元(11)、液化单元(12)、储存单元(13)及装车单元(14)，其主要的步骤为(1)原料天然气首先通过预处理单元(10)将其含有的大颗粒杂质分离并脱去水分；(2)通过预处理单元(10)处理后的天然气进入压缩单元(11)将其压缩至10-25MPa；(3)增压后的天然气进入液化单元(12)将其转换为液体天然气LNG；(4)液态天然气LNG输入储存单元(13)保存；(5)储存单元(13)中的液态天然气LNG经装车单元(14)装车。通过对现有工艺中压缩单元及液化单元的改进有效提高一次性液化率、降低了液化成本。
文档编号F25J1/00GK101508925SQ20091010337
公开日2009年8月19日 申请日期2009年3月13日 优先权日2009年3月13日
发明者诚 杜, 王良波 申请人:重庆四联油气设备制造有限公司