與分布式能源結合的天然氣液化方法及系統與流程

本發明涉及天然氣液化技術領域，具體而言，涉及一種與分布式能源結合的天然氣液化方法及系統。

背景技術：

分布式能源是一種高效的能源利用方式，可以實現冷熱電三聯供，其常規能源利用效率能達到70％以上。我國電網資源分布不均，國家政策鼓勵缺電地區建設分布式能源裝置，有利于優化能源結構，提高整體能源利用效率，從而實現節能減排的環境效益。目前分布式能源主要應用于機場、醫院、商城、車站、酒店等領域。

天然氣液化裝置的建設在我國也是方興未艾，天然氣資源富集的西部地區、北部地區的天然氣井場興建了很多的天然氣液化裝置，這些裝置由于地勢偏遠，缺乏市政供電，因此一般都會采用天然氣發電裝置或燃氣透平裝置作為液化裝置的能源供應裝置。但單純利用發電裝置或燃氣透平裝置提供的能源驅動液化裝置的用電設備或動設備，其整體的能源利用效率偏低。

技術實現要素：

本發明的目的在于提供一種與分布式能源結合的天然氣液化方法及系統，以很好地將分布式能源與天然氣液化裝置結合，提高能源利用效率，達到節能減排的目的。

本發明是這樣實現的：

一種與分布式能源結合的天然氣液化方法，包括以下步驟：將所述燃氣發電機發電時產生的余熱供應給制冷機組；利用所述制冷機組對所述天然氣液化裝置中的循環冷劑和/或原料氣進行預冷；原料氣與循環冷劑在天然氣液化裝置中進行熱交換，得到液化天然氣。

進一步地，本發明的較佳實施例中，上述原料氣與所述循環冷劑進行熱交換之前通過原料氣凈化裝置對所述原料氣進行凈化，所述燃氣發電機產生的余熱還供應給所述原料氣凈化裝置。

進一步地，本發明的較佳實施例中，上述燃氣發電機產生的余熱的傳遞介質為煙氣和/或缸套水。

進一步地，本發明的較佳實施例中，上述循環冷劑與所述原料氣進行熱交換之前，利用制冷劑壓縮設備對所述循環冷劑進行壓縮。

進一步地，本發明的較佳實施例中，上述分布式能源結合的天然氣液化方法，還包括利用燃氣發電機供電給天然氣液化裝置。

一種與分布式能源結合的天然氣液化系統，包括燃氣發電機、制冷機組以及天然氣液化裝置，燃氣發電機的供電線路連接于天然氣液化裝置，所述燃氣發電機通過管道連接于所述制冷機組，所述制冷機組連接于天然氣液化裝置。

進一步地，本發明的較佳實施例中，上述天然氣液化裝置包括液化設備和循環冷劑壓縮設備，所述液化設備與所述循環冷劑壓縮設備之間設置有循環冷劑進管和循環冷劑出管，所述循環冷劑進管的進端連通于所述循環冷劑壓縮設備，所述循環冷劑進管的出口端連通于所述液化設備，所述循環冷劑出管的進口端連通于所述液化設備，所述循環冷劑出管的出口端連通于所述循環冷劑壓縮設備。

進一步地，本發明的較佳實施例中，上述循環冷劑進管的管路上還設置有循環冷劑預冷換熱器，所述預冷換熱器和所述制冷機組之間設置有冷水管，所述冷水管的兩端分別與所述制冷機組和所述循環冷劑預冷換熱器連通。

進一步地，本發明的較佳實施例中，上述液化設備設置有與其連通的原料氣進管，所述原料氣進管的管路上還設置有原料氣預冷換熱器，所述原料氣預冷換熱器通過管道與所述制冷機組連通。

進一步地，本發明的較佳實施例中，上述燃氣發電機的供電線路連接于天然氣液化裝置。

本發明實現的有益效果：通過將燃氣發電機產生的余熱供應給制冷機組制冷，從而通過制冷機組制得的冷水對原料氣和/或天然氣液化裝置的循環冷劑進行預冷，使得對原料氣進行液化操作時，能夠減少能量消耗，其相比傳統液化裝置節省了25～30％的電能消耗。將分布式能源與天然氣液化裝置結合，大大提高了能源利用效率，達到節能減排的目的。同時，其除制冷機組外，僅在原有的天然氣液化裝置上增加幾臺常規換熱器，即可達到綜合能源利用，工藝流程簡單，設備投資基本不變，運行成本極低；同時，在缺電地區采用燃氣發電，市政供電作為備用電源，相比傳統市政供電液化裝置，有更穩定的能源供應，裝置的用電得到雙重保障，提高液化裝置開工率。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例的技術方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，應當理解，以下附圖僅示出了本發明的某些實施例，因此不應被看作是對范圍的限定，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他相關的附圖。

圖1為本發明的實施例提供的與分布式能源結合的天然氣液化系統的結構示意圖；

圖2為本發明的實施例提供的與分布式能源結合的天然氣液化系統的天然氣液化裝置的結構示意圖；

圖3為本發明的實施例提供的與分布式能源結合的天然氣液化方法的流程圖。

附圖標記匯總：A：供電；B：供熱；C：再生供熱；D：供冷凍水；與分布式能源結合的天然氣液化系統 100；冷箱 101；液化換熱器 102；燃氣發電機 110；制冷機組 120；天然氣液化裝置 130；液化設備 131；循環冷劑壓縮設備 132；循環冷劑進管 133；循環冷劑出管 134；原料氣進管 135；循環冷劑節流閥 136；天然氣節流閥 137；冷卻器 138；循環冷劑預冷換熱器 140；原料氣增壓設備 150；原料氣凈化裝置 160；原料氣預冷換熱器 170；LNG儲罐 180；原料天然氣 11；液態天然氣 12；高壓氣態循環冷劑 21；冷卻后的循環冷劑 22；高壓液態循環冷劑 23；低壓循環冷劑 24；低壓氣態循環冷劑 25。

具體實施方式

下面通過具體的實施例子并結合附圖對本發明做進一步的詳細描述。

參見附圖1，本發明的實施例提供的與分布式能源結合的天然氣液化系統100，其主要包括燃氣發電機110、制冷機組120以及天然氣液化裝置130。

燃氣發電機110為天然氣液化過程進行供電的裝置，其中燃氣發電機110主要分為內燃發電機和燃氣透平發電機，內燃發電機和燃氣透平發電機在發電過程中均會產生大量的余熱。其中，內燃發電機進行發電時，產生的余熱存在于產生的高溫廢煙氣以及進行循環的高溫缸套水中；而燃氣透平發電機進行發電時，產生的余熱存在于產生的高溫廢煙氣中。

燃氣發電機110進行發電時燃燒使用的燃氣選用原料富甲烷氣、原料富甲烷氣預處理過程中脫除的烴類物質、凈化富甲烷氣、液化天然氣儲罐閃蒸氣中的一種或幾種。通過上述的燃氣選擇，可以很好地利用天然氣液化過程中各個階段的可燃燒氣體，特別是在缺電地區，可以就地取用燃氣資源進行發電，從而使得燃氣發電機110的使用更加方便，更有利于對資源的充分利用。同時，也使得整個與分布式能源結合的天然氣液化系統100的適用性更強，能夠在不同地區進行有效地應用。

燃氣發電機110通過電線與天然氣液化裝置130連接，即將所發的電供應給天然氣液化裝置130中的用電設備。燃氣發電機110通過管道連接于制冷機組120，從而將燃氣發電機110在發電過程中產生的高溫煙氣和/或缸套水中的余熱提供給制冷機組120，使得制冷機組120利用該余熱進行制冷操作。

其中，制冷機組120例如為利用熱能進行制冷的溴化鋰制冷機組，其主要由發生器、冷凝器、蒸發器、吸收器、換熱器、循環泵等幾部分組成。在制冷機組120運行過程中，當溴化鋰水溶液在發生器內受到攜帶余熱的高溫介質(高溫煙氣和/或缸套水)的加熱后，溶液中的水不斷汽化；隨著水的不斷汽化，發生器內的溴化鋰水溶液濃度不斷升高，進入吸收器；水蒸氣進入冷凝器，被冷凝器內的冷卻水降溫后凝結，成為高壓低溫的液態水；當冷凝器內的水通過節流閥進入蒸發器時，急速膨脹而汽化，并在汽化過程中大量吸收蒸發器內冷媒水的熱量，從而達到降溫制冷的目的；在此過程中，低溫水蒸氣進入吸收器，被吸收器內的溴化鋰水溶液吸收，溶液濃度逐步降低，再由循環泵送回發生器，完成整個循環。如此循環不息，連續制取冷量。由于溴化鋰稀溶液在吸收器內已被冷卻，溫度較低，為了節省加熱稀溶液的熱量，提高整個裝置的熱效率，在系統中增加了一個換熱器，讓發生器流出的高溫濃溶液與吸收器流出的低溫稀溶液進行熱交換，提高稀溶液進入發生器的溫度。溴化鋰制冷機組為本領域熟知技術，在此不再贅述。本實施例中，通過制冷機組120能夠源源不斷地利用燃氣發電機110產生的余熱制取溫度較低的冷凍水。其中，制取的冷凍水的溫度為5～10℃。當然，其他實施例中，制冷機組120也可以是其它利用熱能進行制冷的機組例如采用氨水吸收式制冷機等。

需要說明的是，燃氣發電機110所發的電可以用于其它工業或民用用途，僅將燃氣發電機110的余熱在制冷機組120和/或天氣液化過程中的設備中。

參見附圖1，附圖2，天然氣液化裝置130包括液化設備131和循環冷劑壓縮設備132。液化設備131與循環冷劑壓縮設備132之間設置有循環冷劑進管133和循環冷劑出管134，循環冷劑進管133的進端連通于循環冷劑壓縮設備132，循環冷劑進管133的出口端連通于液化設備131，循環冷劑出管134的進口端連通于液化設備131，循環冷劑出管134的出口端連通于循環冷劑壓縮設備132。通過上述結構設置，循環冷劑可以不斷地循環作用于通過液化設備131中的原料氣，使得循環冷劑不斷與原料氣進行換熱，原料氣在換熱過程中不斷被液化。

具體地，參見附圖2，液化設備131主要包括冷箱101，冷箱101內設置有液化換熱器102，從液化設備131的冷箱101出來的低壓氣態循環冷劑25通過循環冷劑壓縮設備132增壓至3.0MPa，溫度約為140℃，成為高壓氣態循環冷劑21；溫度較高的高壓氣態循環冷劑21通過冷卻器138冷卻至40℃，然后再經過循環冷劑預冷換熱器140冷卻到12～15℃，得到冷卻后的循環冷劑22；再將冷卻后的循環冷劑22進入冷箱101中的液化換熱器102進一步冷卻至-160℃而液化，成為高壓液態循環冷劑23；高壓液態循環冷劑23通過循環冷劑節流閥136減壓至0.15MPa降溫至-162℃，成為低壓循環冷劑24，然后返回液化換熱器102提供冷量，對原料天然氣11和剛進入冷箱101的冷卻后的循環冷劑22進行冷卻；低壓循環冷劑24吸收了這兩股流體的熱量后，其溫度升高至12～15℃而氣化成低壓氣態循環冷劑25，然后出冷箱101返回循環冷劑壓縮設備132進入下一個循環。其中，循環冷劑壓縮設備132為氣體壓縮機。液化過程中，原料天然氣11經過冷卻后液化形成液態天然氣12，液態天然氣12的排出端還設置有用于降壓的天然氣節流閥137。

再次參見附圖1，承上述，本實施例中，循環冷劑進管133上還設置有循環冷劑預冷換熱器140，循環冷劑預冷換熱器140和制冷機組120之間設置有冷水管，冷水管的兩端分別與制冷機組120和循環冷劑預冷換熱器140連通。通過制冷機組120制冷得到的冷水可以進一步對進入液化設備131的循環冷劑進行預冷使得其預冷到12～15℃，從而使得天然氣的液化過程中的能量耗量更小，進而降低了生產成本。

本實施例中，與分布式能源結合的天然氣液化系統100還包括原料氣增壓設備150、原料氣凈化裝置160、原料氣預冷換熱器170以及LNG儲罐180。

本實施例中，最初的原料氣為原料富甲烷氣，若原料富甲烷氣壓力較低，需要經過原料氣增壓設備150增壓，原料氣增壓設備150為富甲烷氣壓縮機。當然，其他實施例中，若原料富甲烷氣壓力較高，則可能需要降壓。合適的液化壓力使得原料氣能夠在液化設備131中很好地被液化。

原料氣進行壓力調節后，還需要對原料氣進行凈化操作，以保證后續的液化操作能夠順利進行，得到液化天然氣(Liquefied Natural Gas，LNG)。因此，通過管道將原料氣增壓設備150與原料氣凈化裝置160連通。原料氣凈化裝置160包括天然氣MDEA法脫碳裝置、變溫吸附脫水裝置。

原料氣通過脫碳能夠脫除掉原料氣中的酸性氣體，二氧化碳和硫化氫等。其中，天然氣MDEA法脫碳裝置包括吸收塔和再生塔，再生塔的塔底需要再生塔再沸器。本實施例中，燃氣發電機110的余熱排出的管道還與再生塔再沸器連通，為再生塔再沸器提供熱量。同樣的，脫碳后的原料氣通過管道進入變溫吸附脫水裝置中，變溫吸附裝置對原料氣進行脫水，變溫吸附裝置中的吸附塔設置有再生加熱器，燃氣發電機110的余熱排出的管道也與該再生加熱器連通，為再生加熱器提供熱量。

通過脫碳和脫水的凈化操作后的原料氣再通過與液化設備131連通的原料氣進管135，然后進入原料氣預冷換熱器170進行預冷，原料氣預冷換熱器170通過管道與制冷機組120連通。制冷機組120制冷產生的冷凍水可以對原料氣進行預冷，從而使得天然氣進行液化時的能耗進一步降低，進而提高能量的利用效率。

需要說明的是，其他實施例中，對原料氣預冷的位置可以是脫碳前也可以是脫水前，即原料氣預冷換熱器170可以設置在天然氣MDEA法脫碳裝置與變溫吸附脫水裝置之間，也可以設置在天然氣MDEA法脫碳裝置之前。

預冷后的原料氣進入液化設備131中進行液化后形成的液化天然氣排入LNG儲罐180中進行存儲。

此外，其他實施例中，可以僅設置與制冷機組120連通的循環冷劑預冷換熱器140或原料氣預冷換熱器170。

圖3是本發明的實施例提供的與分布式能源結合的天然氣液化方法的流程圖，其中A表示的是供電，B表示的是供熱，C表示的是再生供熱，D表示的是供冷凍水。請一并參見圖1和圖3，本發明的實施例提供的一種與分布式能源結合的天然氣液化方法，包括以下步驟：

S1、將燃氣發電機110發電時產生的余熱供應給制冷機組120。

具體地，將來自于凈化后原料富甲烷氣或LNG儲罐閃蒸氣或凈化過程中脫除的輕烴作為燃料氣，將其壓力控制在10～50KPa，常溫(20～40℃)下通入燃氣發電機(包括內燃發電機和燃氣透平發電機兩種)，燃氣發電機發電后，其電能輸出供應給所有天然氣液化所需的用電設備，主要包括原料氣增壓設備150和天然氣液化裝置130的循環冷劑壓縮設備132。

同時，將燃氣發電機產生的400～500℃的高溫煙氣和90～100℃的高溫缸套水(若為燃氣透平發電機，則沒有缸套水，下同)收集起來，其中一部分余熱供應給原料氣凈化裝置160的再生加熱設備使用，另一部分供應給制冷機組120轉化為冷量。其中，本實施例中，制冷機組120為溴化鋰制冷機組。

S2、利用制冷機組120對天然氣液化裝置130中的循環冷劑和/或原料氣進行預冷；

具體地，本實施例中，燃氣發電機110產生的高溫煙氣和高溫缸套水直接進入制冷機組120，制得5～10℃的冷凍水。然后將冷凍水供應給循環冷劑預冷換熱器140和原料氣預冷換熱器170中進行換熱，對循環冷劑和原料氣進行預冷，使得循環冷劑和原料氣的溫度均降低至12～15℃。當然，其他實施例中，也可以僅對原料氣或僅對循環冷劑進行預冷操作。

需要說明的是，制冷機組120產生的冷凍水可以直接導入冷箱101內并使其與即需要預冷的原料氣和循環冷劑的直接進行反方向的換熱，代替循環冷劑預冷換熱器140和原料氣預冷換熱器170。

S3、原料氣與循環冷劑在天然氣液化裝置中進行熱交換，得到液化天然氣。

具體地，本實施例中原料氣為富甲烷氣，其首先通過原料氣增壓設備增壓，其他實施例中，如果原料氣壓力較高，可降壓調節至合適液化壓力區間。壓力調整好之后，將原料氣進行凈化操作，具體地，首先將原料氣進入MDEA脫碳單元或進行分子篩脫碳，脫除原料氣中的酸性氣體，二氧化碳和硫化氫等。脫碳過程中有吸收塔和再生塔，再生塔塔底需要再生塔再沸器加熱，熱量就來自于燃氣發電機110產生的高溫煙氣或高溫缸套水。脫碳后的原料氣進入脫水單元，脫水采用變溫吸附(TSA)的方式，其再生氣加熱器所需的熱量也來自于高溫煙氣或高溫缸套水。脫碳脫水后的凈化氣經過溴化鋰制冷機組提供的冷凍水預冷后，進入液化設備131與循環冷劑換熱后被液化，然后被儲存在LNG儲罐180中。

冬季時，北方地區由于環境溫度很低，原料富甲烷氣和/或循環冷劑無需預冷，此時就不開制冷機組120，這部分余熱就可以與暖水鍋爐換熱，生產供暖熱水，為整個廠區的辦公樓、公用工程廠房供暖。

需要說明的是，其他實施例中，燃氣發電機110發電時產生的余熱可以僅供應給原料凈化裝置作為再生熱源，也可以僅供應給制冷機組120作為制冷的熱源。

綜上所述，采用了本實施例中的天然氣液化方法和液化系統具有以下效果：

(1)通過將燃氣發電機110發電時產生的余熱給制冷機組120進行利用，提供冷凍水對天然氣液化裝置130的循環冷劑進行預冷，使用該方法相比傳統液化裝置能夠節省25～30％的電能消耗。

(2)燃氣發電機110的余熱除了供制冷機組120制冷外，還可以為原料氣凈化裝置160提供再生熱源，也可以為冬季工廠采暖提供熱能，分布式能源裝置的綜合能源利用效率與傳統分布式能源的70％相比，可提高至80～90％。

(3)除制冷機組120外，僅需增加幾臺常規換熱器，工藝流程簡單，設備投資基本不變，運行成本極低。

(4)在缺電地區采用燃氣發電，市政供電作為備用電源，相比傳統市政供電液化裝置，有更穩定的能源供應，裝置的用電得到雙重保障，提高天然氣液化裝置的開工率。

為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，上面結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行了清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。通常在此處附圖中描述和表示出的本發明實施例的組件可以以各種不同的配置來布置和設計。

因此，以上對在附圖中提供的本發明的實施例的詳細描述并非旨在限制要求保護的本發明的范圍，而是僅僅表示本發明的選定實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。

在本發明的描述中，還需要說明的是，除非另有明確的規定和限定，術語“設置”、“安裝”、“連接”應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電焊連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通。對于本領域的普通技術人員而言，可以具體情況理解上述術語在本發明中的具體含義。