專利名稱：一種天然氣液化工藝的制作方法
技術領域：
本發明屬于氣體液化系統技術領域，具體的說，涉及一種用于天然氣液化 工藝。
背景技術：
目前，天然氣液化工藝包括預處理單元10、壓縮單元12、液化單元13、 儲存單元14及裝車單元15，其主要的步驟為
(1) 、原料天然氣首先通過預處理單元10將其含有的大顆粒雜質分離并脫 去水分；
(2) 、通過預處理單元10處理后的天然氣進入壓縮單元12將其壓縮至 10-25MPa;
(3) 、增壓后的天然氣進入液化單元13將其轉換為液體天然氣LNG;
(4) 、液態天然氣LNG輸入儲存單元14保存；
(5) 、儲存單元14中的液態天然氣LNG經裝車單元15裝車。 在天然氣液化系統中包含壓縮單元，該壓縮單元需要壓縮來自及經過冷箱
液化后循環利用的兩方面氣體，使其均達到設計要求再次進入冷箱的壓力。而 壓力與循環氣壓力的壓力大小不同，通常根據壓力的不同分別設置兩套壓縮機， 每套壓縮機通常需要三級壓縮即包含三個壓縮氣缸，那么兩套壓縮機就需要6 個壓縮氣缸，同時每套壓縮機還需要獨立的電機。這種分別壓縮的方式使得整個壓縮單元體積大、設備成本較高、能耗較大。
另外，液化單元3中的液化循環主要為:階式制冷循環、混合冷劑制冷循環 和膨脹機制冷循環。這些方式多數適用在基地型大處理量液化天然氣中，用在 日處理30萬立方米天然氣以下的情況能耗高，國內日處理30萬方天然氣多用 膨脹機制冷循環。膨脹機制冷循環是指利用高壓制冷劑通過透平膨脹機絕熱膨 脹的克勞德循環制冷實現天然氣液化的流程。在該膨脹機制冷循環通常采用氮 氣、氮-甲垸、天然氣作為制冷劑。
在膨脹機制冷循環中送入裝置的氣流必須全部深度干燥；回流壓力低，換熱 面積大，全液化能耗較高。
膨脹機制冷循環存在著以下不足之處-
K制冷裝置結構復雜、體積大，操作較復雜；
2、 制冷設備工作時設備需高速運轉，造成系統可靠性較差；
3、 膨脹機制冷循環的一次液化率較低理論數值在8%-12%之間，通常在9% 左右；因此全液化能耗較高。
4、 膨脹機制冷循環中天然氣所含雜質清除通常是通過排放大量天然氣來帶 走雜質；
5、 膨脹機制冷循環中針對原料天然氣的壓力大小要求一般為設計壓力大小 的80°/f 100%之間，工作彈性區間較小。
6、 膨脹機制冷循環從啟動到正常工作通常需要1-3天。
發明內容
為解決以上技術問題，本發明的目的在于提供日處理30萬立方米天然氣以 下的一種能有效提高一次性液化率、成本低的天然氣液化系統。
本發明的技術方案如下
一種天然氣液化工藝，該液化工藝包括預處理單元、壓縮單元、液化單元、 儲存單元及裝車單元，其主要的步驟為-
(1) 、原料天然氣首先通過預處理單元將其含有的大顆粒雜質分離并脫去
水分；
(2) 、通過預處理單元處理后的天然氣進入壓縮單元將其壓縮至10-25MPa;
(3) 、增壓后的天然氣進入液化單元將其轉換為液體天然氣LNG;
(4) 、液態天然氣LNG輸入儲存單元保存；
(5) 、儲存單元中的液態天然氣LNG經裝車單元裝車。 其特征在于
所述液化單元包括預冷單元、第一分離罐、第二分離罐、第三分離罐及第 四分離罐，所述預冷單元具有原料進氣口、混合出口、循環氣進口及循環氣出 口，所述第一分離罐設置在原料氣出口與循環氣進口之間的循環氣通路上，在 所述原料氣出口與所述第一分離罐氣液混合進口之間的通路上連接有第一引射 器,該第一引射器引射端與所述第二分離罐氣相端連接；所述第二分離罐的液態 天然氣進口與第一分離罐的液態天然氣出口相連，在所述第二分離罐氣液混合 進口與所述液出口之間形成連接通道，該連接通道上設置有第二引射器，該第 二引射器的引射端與所述第三分離罐氣相端相連；所述第三分離罐的液態天然 氣進口與所述第二分離罐的液態天然氣出口相連，所述第三分離罐的循環氣進氣口連接到循環氣進口上與所述第一分離罐循環氣出口之間形成的通路上，所 述第三分離罐內設置有埋入式換熱管，該埋入式換熱管將第三分離罐的循環氣 進氣口及第三分離罐的氣液混合出口連通，該第三分離罐的氣液混合出口連接 到所述第四分離罐氣液混合進口上；所述第三分離罐及第四分離罐上分別設置 有第三分離罐液態天然氣排放口及第四分離罐液態天然氣出口，其中在第四分 離罐的頂部還設置有廢氣排放口 。
所述預處理單元由分離器和酸氣處理干燥器組成，所述分離器的出氣端與 酸氣處理干燥器的進氣端相連。
所述儲存單元采用液態天然氣LNG儲罐；所述裝車單元由液態天然氣LNG 加氣機及集裝箱車組成。
所述預冷單元由第一換熱器、制冷機預冷器及第二換熱器組成，所述第一 換熱器與第二換熱器通過流通管路串接并形成循環通道，所述制冷機預冷器設
置在第一換熱器與第二換熱器之間的進氣通路上。
在所述第三分離罐的液態天然氣進口與所述第二分離罐的液態天然氣出口 的相連通道上還設置有液態天然氣排放支路，該支路上設置有控制開關。
所述第四分離罐液態天然氣出口連接到所述第二分離罐的液態天然氣進口 與第一分離罐的液態天然氣出口的通路上。
在第一分離罐的液態天然氣出口、第二分離罐的液態天然氣出口、第三分 離罐液態天然氣排放口及第四分離罐液態天然氣出口均連接有事故排放管。
所述壓縮單元為聯合壓縮機，該聯合壓縮機包括電機、第一氣缸、第二氣 缸、第三氣缸及第四氣缸，所述四氣缸均具有進氣端與排氣端，且所述四氣缸 上的活塞連桿套裝在與電機相連的主軸承上，所述第一氣缸的進氣端為原料進氣端，該第一氣缸的出氣端分為兩氣流支路分別與所述第二氣缸的進氣端及第 三氣缸的出氣端相連，其中所述第三氣缸的進氣端為循環氣進氣端，所述第二 氣缸的出氣端與所述第四氣缸的進氣端相連；所述第一氣缸、第二氣缸及第四 氣缸的出氣端設置有冷卻器。
所述第一氣缸、第二氣缸及第三氣缸的進出氣兩端均設置有緩沖罐。
有益效果
1)、冷箱實現撬裝化，結構體積小、安裝方便；引射器結構簡單、沒有運 動部件，因此系統可靠性高；
2) 、操作方便、設備維護量少、操作維護人員少；
3) 、液化率很高， 一次液化率達33%，氦氣和氫氣等絕大部分雜質氣體通過 第四分離罐中的埋入式換熱器分離排出；
4) 、冷箱的工作彈性大，在設計壓力的50%-120%下都能工作。
5) 、開停機簡單、啟動時間到正常工作僅20分鐘。
圖1為本發明的工藝流程圖2為本發明中液化單元的原理圖3為圖2中分離罐的結構示意圖4為圖2中換熱器的結構示意圖5為圖2中引射器的結構示意圖6為本發明中壓縮單元的原理圖7為本發明中壓縮單元的結構示意圖。
具體實施例方式
下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明 實施例，如圖l、 2、 3、 4、 5、 6、 7所示
1. 一種天然氣液化工藝，該液化工藝包括預處理單元10、壓縮單元11、 液化單元12、儲存單元13及裝車單元14，其主要的步驟為
1) 、原料天然氣首先通過預處理單元IO將其含有的大顆粒雜質分離并脫去 水分；.
2) 、通過預處理單元10處理后的天然氣進入壓縮單元11將其壓縮至 10-25MPa;
3) 、增壓后的天然氣進入液化單元12將其轉換為液體天然氣LNG;
4) 、液態天然氣LNG輸入儲存單元13保存；
5) 、儲存單元13中的液態天然氣LNG經裝車單元14裝車。 所述液化單元12包括預冷單元1、第一分離罐2、第二分離罐3、第三分離
罐4及第四分離罐5，所述預冷單元l具有原料進氣口 lc、混合出口la、循環 氣進口 lb及循環氣出口 ld，所述第一分離罐2設置在原料氣出口 la與循環氣 進口 lb之間的循環氣通路上，其特征在于在所述原料氣出口 la與所述第一 分離罐氣液混合進口 2a之間的通路上連接有第一引射器6，該第一引射器引射端 6a與所述第二分離罐氣相端3a連接；所述第二分離罐的液態天然氣進口 3c與 第一分離罐的液態天然氣出口 2b相連，在所述第二分離罐氣液混合進口 3b與 所述液出口 la之間形成連接通道，該連接通道上設置有第二引射器7，該第二 引射器.7的引射端7a與所述第三分離罐氣相端4a相連；所述第三分離罐的液 態天然氣進口 4b與所述第二分離罐的液態天然氣出口 3d相連，所述第三分離罐的循環氣進氣口 4c連接到循環氣進口 lb上與所述第一分離罐循環氣出口 2c之 間形成的通路上，所述第三分離罐4內設置有埋入式換熱管8，該埋入式換熱管 8將第三分離罐的循環氣進氣口 4c及第三分離罐的氣液混合出口 4d連通，該第 三分離罐的氣液混合出口 4d連接到所述第四分離罐氣液混合進口 5a上；所述 第三分離罐4及第四分離罐5上分別設置有第三分離罐液態天然氣排放口 4e及 第四分離罐液態天然氣出口 5b,其中在第四分離罐5的頂部還設置有廢氣排放口 5c。
所述預處理單元10由分離器10a和酸氣處理干燥器10b組成，所述分離器 10a的出氣端與酸氣處理干燥器10b的進氣端相連。
所述儲存單元13采用液態天然氣LNG儲罐；所述裝車單元14由液態天然 氣LNG加氣機14a及集裝箱車14b組成。
所述預冷單元1由第一換熱器le、制冷機預冷器lf及第二換熱器lg組成， 所述第一換熱器le與第二換熱器lg通過流通管路串接并形成循環通道，所述 制冷機預冷器lf設置在第一換熱器le與第二換熱器lg之間的進氣通路上。
在所述第三分離罐的液態天然氣進口 4b與所述第二分離罐的液態天然氣出 口 3d的相連通道上還設置有液態天然氣排放支路，該支路上設置有控制開關9。
所述第四分離罐液態天然氣出口5b連接到所述第二分離罐的液態天然氣進 口 3c與第一分離罐的液態天然氣出口 2b的通路上。
在第一分離罐的液態天然氣出口2b、第二分離罐的液態天然氣出口 3d、第 三分離罐液態天然氣排放口 4e及第四分離罐液態天然氣出口 5b均連接有事故 排放管30。
所述壓縮單元ll為聯合壓縮機，該聯合壓縮機包括電機21、第一氣缸22第二氣缸23、第三氣缸24及第四氣缸25，所述四氣缸均具有進氣端與排氣端， 且所述四氣缸上的活塞連桿29套裝在與電機相連的主軸承26上，其特征在于: 所述第一氣缸22的進氣端為原料進氣端，該第一氣缸22的出氣端分為兩氣流 支路分別與所述第二氣缸23的進氣端及第三氣缸24的出氣端相連，其中所述 第三氣缸24的進氣端為循環氣進氣端，所述第二氣缸23的出氣端與所述第四 氣缸25的進氣端相連；所述第一氣缸22、第二氣缸23及第四氣缸24的出氣端 設置有冷卻器27。
所述第一氣缸22、第二氣缸23及第三氣缸24的進出氣兩端均設置有緩沖 罐28。
本發明中液化單元的工作原理為
經過壓縮單元將天然氣壓縮到10-20MPa，該天然氣從預冷單元的原料進氣 口進入預冷單元，使壓縮氣體溫度從3(TC左右降低至-7(TC左右并進入第一引射 器的腔室，通過第一引射器的作用使高壓氣體迅速降溫到-12(TC左右，壓力降 低至0. 6-1. 5Mpa左右后部分液化并進入第一分離罐，未液化的氣體則從第一分 離罐循環氣出口返回預冷單元，利用該返回的較冷氣體對進入氣體進行換熱， 以達到換熱的作用。未液化的氣體回到壓縮單元后經過壓縮再次進入預冷單元 形成一循環過程。
其中，引射器的作用原理是利用進入腔室的高壓氣體10-25MPa作為主動 流與第二分離罐提供的低壓氣體0. 5-1. 0MPa作為被動流混合，低壓氣體引射高 壓氣體在引射器的腔室內迅速膨脹降溫，溫度降至-11(TC至-13(TC左右，壓力 降至0.6-1.5Mpa，使進入的高壓氣體部分液化。儲存在第一分離罐的液態天然氣會通過與第二分離罐之間的管道流入第二 分離罐，而第二分離罐中儲存的液態天然氣則可通過與第三分離罐之間的管道 進入第三分離罐或直接通過排出支路進入儲罐。
同樣原理利用第二引射器的引射作用使壓縮氣體可在第二分離罐中部分 直接被液化，液態氣體直接排入儲罐或進入第三分離罐。
在第三分離罐中設置有埋入式換熱管，該埋入式換熱管是與前述循環氣通 道中已經經過第一分離罐流出的未液化的氣體可通過開關的控制進入埋入式換 熱管，由于本身第三分離罐中儲備有較冷的液態天然氣，且埋入式換熱管處于 其中，流過該埋入式換熱管未被液化的氣體在較冷液態天然氣的作用下被液化， 并進入第四分離罐。而那些需要更冷溫度才能被液化的雜質，如氫、氦、氮氣 則進入第四分離罐并通過廢氣口排出。
同樣在第三分離罐、第四分離管均設置有液態天然氣排出口，以便排入儲罐。
另外，在四個分離罐的排出口端設置有事故排放管，由開關控制。 本發明中壓縮單元的工作原理為
通常壓力為0. 6-2. 5Mpa循環氣通常壓力為0. 5-1. 5Mpa;通過三級壓縮達到 10-25Mpa，經過第一氣缸壓縮的與經過第三氣缸壓縮的循環氣在進入第二氣缸 之前混合后進行第二、第三級壓縮。
1權利要求
1. 一種天然氣液化工藝，該液化工藝包括預處理單元(10)、壓縮單元(11)、液化單元(12)、儲存單元(13)及裝車單元(14)，其主要的步驟為(1)、原料天然氣首先通過預處理單元(10)將其含有的大顆粒雜質分離并脫去水分；(2)、通過預處理單元(10)處理后的天然氣進入壓縮單元(11)將其壓縮至10-25MPa；(3)、增壓后的天然氣進入液化單元(12)將其轉換為液體天然氣LNG；(4)、液態天然氣LNG輸入儲存單元(13)保存；(5)、儲存單元(13)中的液態天然氣LNG經裝車單元(14)裝車。其特征在于所述液化單元(12)包括預冷單元(1)、第一分離罐(2)、第二分離罐(3)、第三分離罐(4)及第四分離罐(5)，所述預冷單元(1)具有原料進氣口(1c)、混合出口(1a)、循環氣進口(1b)及循環氣出口(1d)，所述第一分離罐(2)設置在原料氣出口(1a)與循環氣進口(1b)之間的循環氣通路上，在所述原料氣出口(1a)與所述第一分離罐氣液混合進口(2a)之間的通路上連接有第一引射器(6)，該第一引射器引射端(6a)與所述第二分離罐氣相端(3a)連接；所述第二分離罐的液態天然氣進口(3c)與第一分離罐的液態天然氣出口(2b)相連，在所述第二分離罐氣液混合進口(3b)與所述液出口(1a)之間形成連接通道，該連接通道上設置有第二引射器(7)，該第二引射器(7)的引射端(7a)與所述第三分離罐氣相端(4a)相連；所述第三分離罐的液態天然氣進口(4b)與所述第二分離罐的液態天然氣出口(3d)相連，所述第三分離罐的循環氣進氣口(4c)連接到循環氣進口(1b)上與所述第一分離罐循環氣出口(2c)之間形成的通路上，所述第三分離罐(4)內設置有埋入式換熱管(8)，該埋入式換熱管(8)將第三分離罐的循環氣進氣口(4c)及第三分離罐的氣液混合出口(4d)連通，該第三分離罐的氣液混合出口(4d)連接到所述第四分離罐氣液混合進口(5a)上；所述第三分離罐(4)及第四分離罐(5)上分別設置有第三分離罐液態天然氣排放口(4e)及第四分離罐液態天然氣出口(5b)，其中在第四分離罐(5)的頂部還設置有廢氣排放口(5c)。
2. 根據權利要求1所述的一種天然氣液化工藝，其特征在于所述預處理 單元(10)由分離器(10a)和酸氣處理干燥器(10b)組成，所述分離器(10a) 的出氣端與酸氣處理干燥器(10b)的進氣端相連。
3. 根據權利要求l所述的一種天然氣液化工藝，其特征在于所述儲存單 元(13)采用液態天然氣LNG儲罐；所述裝車單元(14)由液態天然氣LNG加 氣機(14a)及集裝箱車(14b)組成。
4. 根據權利要求1所述的一種天然氣液化工藝，其特征在于所述預冷單 元(1)由第一換熱器(le)、制冷機預冷器(lf)及第二換熱器(lg)組成， 所述第一換熱器(le)與第二換熱器(lg)通過流通管路串接并形成循環通道， 所述制冷機預冷器(lf)設置在第一換熱器(le)與第二換熱器(lg)之間的 進氣通路上。
5. 根據權利要求l所述的一種天然氣液化工藝，其特征在于在所述第三 分離罐的液態天然氣進口 (4b)與所述第二分離罐的液態天然氣出口 (3d)的 相連通道上還設置有液態天然氣排放支路，該支路上設置有控制開關(9)。
6. 根據權利要求1所述的一種天然氣液化工藝，其特征在于所述第四分 離罐液態天然氣出口 (5b)連接到所述第二分離罐的液態天然氣進口 (3C)與第一分離罐的液態天然氣出口 (2b)的通路上。
7. 根據權利要求1所述的一種天然氣液化工藝，其特征在于在第一分離罐的液態天然氣出口 (2b)、第二分離罐的液態天然氣出口 (3d)、第三分離罐 液態天然氣排放口 (4e)及第四分離罐液態天然氣出口 (5b)均連接有事故排 放管(30)。
8. 根據權利要求1所述的一種天然氣液化工藝，其特征在于所述壓縮單 元(11)為聯合壓縮機，該聯合壓縮機包括電機(21)、第一氣缸(22)、第二 氣缸(23)、第三氣缸(24)及第四氣缸(25)，所述四氣缸均具有進氣端與排 氣端，且所述四氣缸上的活塞連桿(29)套裝在與電機相連的主軸承(26)上， 所述第一氣缸(22)的進氣端為原料進氣端，該第一氣缸(22)的出氣端分為 兩氣流支路分別與所述第二氣缸(23)的進氣端及第三氣缸(24)的出氣端相 連，其中所述第三氣缸(24)的進氣端為循環氣進氣端，所述第二氣缸(23) 的出氣端與所述第四氣缸(25)的進氣端相連；所述第一氣缸(22)、第二氣缸(23)及第四氣缸(24)的出氣端設置有冷卻器(27)。
9. 根據權利要求8所述的一種天然氣液化工藝，其特征在于所述第一氣 缸(22)、第二氣缸(23)及第三氣缸(24)的進出氣兩端均設置有緩沖罐(28)。
全文摘要
本發明公開了一種天然氣液化工藝，該液化工藝包括預處理單元(10)、壓縮單元(11)、液化單元(12)、儲存單元(13)及裝車單元(14)，其主要的步驟為(1)原料天然氣首先通過預處理單元(10)將其含有的大顆粒雜質分離并脫去水分；(2)通過預處理單元(10)處理后的天然氣進入壓縮單元(11)將其壓縮至10-25MPa；(3)增壓后的天然氣進入液化單元(12)將其轉換為液體天然氣LNG；(4)液態天然氣LNG輸入儲存單元(13)保存；(5)儲存單元(13)中的液態天然氣LNG經裝車單元(14)裝車。通過對現有工藝中壓縮單元及液化單元的改進有效提高一次性液化率、降低了液化成本。
文檔編號F25J1/00GK101508925SQ20091010337
公開日2009年8月19日 申請日期2009年3月13日 優先權日2009年3月13日
發明者誠 杜, 王良波 申請人:重慶四聯油氣設備制造有限公司