天然气压力能综合利用成套装置制造方法
【专利摘要】一种天然气压力能综合利用成套装置，包括带进气口、输出口、第一热交换器、第二热交换器以及第一气液分离罐、第二气液分离罐、第三气液分离罐与第四气液分离罐，第二热交换器与第一气液分离罐之间的通路上连接有第一喷射器，第三气液分离罐与述第二热交换器之间形成连接通道，该连接通道上设置有第二喷射器，进气口一路进入螺杆膨胀机另一路进入天然气液化装置的增压压缩机；该增压压缩机并联连接一循环压缩机，并与增压压缩机并联汇合后的天然气进入预冷热交换器，螺杆膨胀机设有用户接口与冷媒接口，冷媒接口与预冷热交换器相连接；本发明优点是发电与天然气液化双重功能，因而天然气压力能综合利用率较高、还能用于天然气管网的调峰，确保天然气稳定供给，达到了节能与环保目的。
【专利说明】天然气压力能综合利用成套装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种天然气液化系统【技术领域】；具体指一种利用天然气采气井与天然气储运中的压力能发电并产生液化天然气(LNG)的联合循环过程的天然气压力能综合利用成套装置。
【背景技术】
[0002]目前，天然气采气井的压力都很高，来自所述采气井天然气经过除尘、脱水、降压后才能储运并进入输气干线；所述降压过程产生的压力能白白损失掉了，迄今为止没有获得有效利用。
[0003]再则，所述天然气干线进入城市门站的天然气压力为5.5?4MPa，经过城市门站降压至1.6?2.0MPa，或者降至0.2?0.4MPa，这部分压力能也白白损失掉了，十分可惜。目前国内所有天然气门站几乎都没有回收利用这部分压力能；因而研究与开发利用这部分压力能是目前天然气压力能综合利用中一个重要课题。
[0004]中国发明专利号200910103373.0《一种用于天然气液化系统的冷箱》，其中包括带进气口、输出口、第一换热器、第二换热器与制冷机的预冷单元以及第一分离罐、第二分离罐、第三分离罐与第四分离罐，在所述第二换热器与所述第一分离罐之间的通路上连接有第一喷射器，在所述第三分离罐与所述第二换热器之间形成连接通道，该连接通道上设置有第二喷射器。
[0005]该发明专利200910103373.0《一种用于天然气液化系统的冷箱》的优点是结构较为简单、能耗较小；但是该发明专利的不足之处是没有顾及到在天然气压力能综合利用方面的创新及其可能带来的经济技术效果。
【发明内容】
[0006]本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的状况，提供一种既具有优异的天然气液化功能、又实现天然气压力能综合利用所带来的经济技术效果的天然气压力能综合利用成套装置。
[0007]本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为:一种天然气压力能综合利用成套装置，包括带进气口、输出口、第一热交换器、第二热交换器与制冷机的预冷单元以及第一气液分离罐、第二气液分离罐、第三气液分离罐与第四气液分离罐，所述第二热交换器与所述第一气液分离罐之间的通路上连接有第一喷射器，所述第三气液分离罐与所述第二热交换器之间形成连接通道，该连接通道上设置有第二喷射器，其特征在于:所述进气口分两路，一路进入螺杆膨胀机，另一路进入天然气液化装置的增压压缩机；该增压压缩机并联连接一循环压缩机，所述增压压缩机与循环压缩机并联汇合后的天然气进入预冷热交换器。
[0008]螺杆膨胀机带动发电机发电同时又实现天然气液化(LNG)的双重功能，因而本发明具有显著的经济技术效果。
[0009]为了天然气的净化水平达到液化的要求，所述进气口通过过滤器、脱水脱苯装置、脱CO2装置后进入所述增压压缩机。
[0010]为了充分利用冷量，最大限度地生产液化天然气，所述螺杆膨胀机设有用户输出接口与冷媒输出接口，该冷媒输出接口与所述预冷热交换器相连接。
[0011]为了实现经过所述预冷热交换器复热后的天然气直接输出给用户，所述预冷热交换器与所述第一热交换器相连接；该预冷热交换器还设有第二用户输出接口。
[0012]所述预冷热交换器与所述第一热交换器之间连接有粉尘过滤器；其作用是清洁进口的高压天然气。
[0013]为了进入高压喷射天然气进行液化，所述第一热交换器依次连接所述制冷机、所述第二热交换器；该第二热交换器出口并联连接所述第一喷射器与所述第二喷射器；所述第一喷射器连接所述第一气液分离罐，该第一气液分离罐与所述第二热交换器、第三气液分离罐相连接。
[0014]为了充分利用冷量，最大限度地生产液化天然气，所述第一气液分离罐上方设置一管道连接所述第三气液分离罐中的过冷器，并与所述第二气液分离罐相连接。
[0015]所述第二喷射器与所述第四气液分离罐相连接；该第四气液分离罐和LNG储罐相连接；所述第二喷射器还与所述第三气液分离罐相连接。
[0016]为了控制与调节所述螺杆膨胀机回收压力能，该螺杆膨胀机前端设有转速控制阀，并与发电机相连接。
[0017]本发明与现有技术相比，其优点是:其一，具有天然气液化与利用天然气压力能发电的双重功能，即本发明充分利用膨胀发电后的温度较低的天然气，作为天然气液化装置的预冷气源、又螺杆膨胀机带动发电机发电同时用高压超音速喷射器实现天然气液化(LNG)的双重功能，因而经济技术效果较好；其二，与此同时，又通过螺杆膨胀机膨胀后的天然气温度较低，作为天然气液化装置的预冷气源，形成发电、液化的成套装置联合循环过程，有效地对天然气压力能的综合利用；其三，该液化天然气(LNG)还能用于天然气管网的调峰，确保天然气稳定供给，充分满足用户需求的同时，又达到了节能与环保目的。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1为本发明的系统图；
【具体实施方式】
[0019]以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
[0020]图1示出本发明以天然气门站压力能综合利用为例的一个实施方式，它包括来自该天然气门站的进气口 33，它的压力为P1 = 4.1MPa、流量为50000Nm3/h、温度为25°C;该进气口的高压天然气分两路；第一路31进入螺杆膨胀机的发电装置，第二路32进入高压超音速喷射器天然气液化装置；
[0021]第一路31:从天然气门站通过转速控制阀3进入螺杆膨胀机(流量45000Nm3/h，占90% )膨胀做功；
[0022]螺杆膨胀机2带动发电机I发电；膨胀后的天然气压力降至P2 = 2.1MPa、温度降至-10°c左右；此时可以回收机械能450KW。
[0023]第二路32:从天然气门站进入液化装置(流量为5000Nm3/h，占10% )实现天然气的全液化；
[0024]该第二路的液化气从天然气门站进入过滤器4、脱水脱苯装置5、脱CO2装置6，该天然气的净化达到液化的要求后，进入增压压缩机7，该天然气的压力升至12MPa，与从循环压缩机8来的压力为12MPa的天然气汇合后，进入预冷热交换器9，并与从膨胀机2出口来的压力为2.1MPa、温度为-10°C天然气进行换热后，温度降到0°C左右，再进入粉尘过滤器10 ；
[0025]上述没有杂质的清洁天然气，压力为12MPa、温度为0°C左右，进入高压喷射天然气液化装置；首先经过第一热交换器11与制冷机20，最后经过第二热交换器12冷却后，温度达到_65°C，分以下两路进入第一与第二两个喷射器；
[0026]一路进入第一喷射器18，在该第一喷射器的混合室中，通过膨胀后的压力为
0.6MPa、温度为_134°C的天然气有一部分被液化；
[0027]由于该第一喷射器引射作用，把从第二气液分离罐15中来的压力为0.45MPa的天然气弓I射入该第一喷射器的混合室，在该混合室中，使其液化；
[0028]经第一喷射器18中的扩压管把天然气的压力升至0.65MPa，此时，气液两相天然气进入第一气液分离罐19进行分离；分离后的气态天然气作为冷源，从第一气液分离罐19的顶部进入第二换热器12与第一换热器11，该作为冷源的气态天然气冷却从增压压缩机7与循环压缩机8汇合后再通过预冷热交换器9与粉尘过滤器10出来的天然气；分离后的液态天然气经第一气液分离罐19底部的节流阀节流后压力降至0.45MPa，进入第三气液分离iip 15 ；
[0029]在第一气液分离罐19的上方还设置一管道，把压力为0.65MPa、温度为_134°C的天然气引入第三气液分离罐15的过冷器中进行热交换；此时管中形成气液两相的天然气，再进入第二气液分离罐17进行分离，分离后的气态天然气作为冷源，进入第二换热器12、第一换热器11冷却从增压压缩机7与循环压缩机8来的汇合天然气又通过预冷热交换器9与粉尘过滤器10出来的压力为12MPa的天然气，分离后的液态天然气经第二气液分离罐17底部的节流阀节流后压力降至0.45MPa，进入第三气液分离罐15.这样可以充分利用冷量，最大限度地生产液化天然气(LNG)。
[0030]另一路进入第二喷射器16，在该第二喷射器16的混合室中，通过膨胀后，压力降为0.4MPa、温度为-141°C的天然气有一部分液化；由于喷射引射作用，把从第四气液分离罐14和LNG储罐13中来的压力为0.25MPa的天然气吸入第二喷射器混合室；在该混合室中，使其液化；经第二喷射器16中的扩压管把天然气的压力升至0.45MPa，气液两相天然气进入第三气液分离罐15中，进行气液分离。液体经第三气液分离罐15底部的节流阀节流后，压力降至0.25MPa，进入第四气液分离罐14，再进入LNG储罐13。
[0031]第四气液分离罐14和LNG储罐13中气化的天然气压力为0.25MPa、温度为_149°C，由于第二喷射器16的引射作用被吸入第二喷射器16的混合室中使其液化，这样就实现了天然气的全液化。
[0032]本发明的天然气被压缩机压缩后，经从膨胀机来的温度较低的天然气换热后，进入粉尘过滤器10、再进入第一热交换器11、制冷机20以及第二热交换器12冷却后，温度达到_65°C，然后分两路分别进入第一喷射器18和第二喷射器16 ;通过压力为12MPa?SMPa天然气喷射器在混合室的喷射，产生低温使天然气液化；同时还能引射，压力较低的气液分离罐中的天然气进入喷射器的混合室使其液化；然后经喷射器的扩压段把压力升高
0.05MPa?0.1MPa后进入气液分离罐；分离出的液化天然气(LNG)进入LNG储罐13，分离出的低温天然气从气液分离罐顶进入第二热交换器12和第一热交换器11作为冷源冷却从增压压缩机7与循环压缩机8来的汇合天然气又通过预冷热交换器9与粉尘过滤器10出来的压力为12MPa的天然气；经复热后的这部分天然气进入循环压缩机，将压力升至12MPa?SMPa后与增压压缩机的天然气汇合后，一起进入预冷热交换器，又开始新的一轮喷射液化循环。
[0033]本发明通过螺杆膨胀机膨胀后的天然气-10°C左右，作为冷媒预冷甲烷，使其压力12MPa、温度0°C左右的甲烷进入第一热交换器与制冷机，最后经过第二热交换器冷却后，温度达到_65°C进入喷射器。一次液化率可以达到35%以上，且进入冷箱的甲烷压力只需12MPa。
[0034]本发明利用天然气储运过程中压力能，采用螺杆膨胀机带动发电机发电，以及天然气储运过程中温度差值的能量，用高压超音速喷射器的天然气液化装置，生产出液化天然气(LNG)。
[0035]本发明适用于天然气的气井一母站一一子站一一门站各环节储运过程中压力与温度差值的能量实现发电与天然气液化，而且其过程输出的天然气量基本保持不变；因而具有较显著的经济效益。
[0036]例如，流量为50000Nm3/h、压力为4MPa(G)的天然气能发出500KW-h的电，还能每天生产液化天然气(LNG) 80吨左右。
[0037]如果说，2012年我国天然气产量为1077亿立方米，其中若有70%进入天然气干线管网，则进入气量为753.9亿立方米；上述进入气量753.9亿立方米中，若用本发明能发电
6.6亿度电，还能生产液化天然气(LNG)502万吨。
【权利要求】
1.一种天然气压力能综合利用成套装置，包括带进气口、输出口、第一热交换器、第二热交换器与制冷机的预冷单元以及第一气液分离罐、第二气液分离罐、第三气液分离罐与第四气液分离罐，所述第二热交换器与所述第一气液分离罐之间的通路上连接有第一喷射器，所述第三气液分离罐与所述第二热交换器之间形成连接通道，该连接通道上设置有第二喷射器，其特征在于:所述进气口(33)分两路，一路进入螺杆膨胀机(2)，另一路进入天然气液化装置的增压压缩机(7);该增压压缩机并联连接一循环压缩机(8)，所述增压机(7)与循环压缩机(8)并联汇合后的天然气进入预冷热交换器(9)。
2.根据权利要求1所述天然气压力能综合利用成套装置，其特征在于:所述进气口(33)通过过滤器(4)、脱水脱苯装置(5)、脱0)2装置(6)后进入所述增压压缩机(7)。
3.根据权利要求1所述天然气压力能综合利用成套装置，其特征在于:所述螺杆膨胀机(2)设有用户输出接口(34)与冷媒输出接口(35)，该冷媒输出接口(35)与所述预冷热交换器(9)相连接。
4.根据权利要求3所述天然气压力能综合利用成套装置，其特征在于:所述预冷热交换器(9)与所述第一热交换器(11)相连接；该预冷热交换器还设有第二用户输出接口(36)。
5.根据权利要求4所述天然气压力能综合利用成套装置，其特征在于:所述预冷热交换器(9)与所述第一热交换器(11)之间连接有粉尘过滤器(10)。
6.根据权利要求5所述天然气压力能综合利用成套装置，其特征在于:所述第一热交换器(11)依次连接所述制冷机(20)、所述第二热交换器(12);该第二热交换器(12)的出口并联连接所述第一喷射器(18)与所述第二喷射器(16)。
7.根据权利要求6所述天然气压力能综合利用成套装置，其特征在于:所述第一喷射器(18)连接所述第一气液分离罐(19)，该第一气液分离罐与所述第二热交换器(12)、第三气液分离罐(15)相连接。
8.根据权利要求7所述天然气压力能综合利用成套装置，其特征在于:所述第一气液分离罐(19)上方设置一管道连接所述第三气液分离罐(15)中的过冷器，并与所述第二气液分离罐(17)相连接。
9.根据权利要求6所述天然气压力能综合利用成套装置，其特征在于:所述第二喷射器(16)与所述第四气液分离罐(14)相连接；该第四气液分离罐和LNG储罐(13)相连接；所述第二喷射器(16)还与所述第三气液分离罐(15)相连接。
10.根据权利要求1所述天然气压力能综合利用成套装置，其特征在于:所述螺杆膨胀机(2)前端设有转速控制阀(3)，并与发电机(I)相连接。
【文档编号】F01C13/00GK103983084SQ201410207334
【公开日】2014年8月13日 申请日期:2014年5月3日 优先权日:2014年5月3日
【发明者】张 林, 贾安全, 朱世明, 周杰 申请人:宁波鲍斯能源装备股份有限公司