一种利用管道压力能生产LNG的液化系统

摘要

本发明涉及一种气体液化系统，特别是一种利用天然气管道压力能生产LNG的液化系统。来自高压管道的天然气，分为液化支路、第一预冷支路及主冷支路：其中液化支路的天然气流来自高压管道，依次经过压缩及冷却后，在回热换热器中获得冷量，节流后进入气液分离器，分离后的液相为产出的LNG；气相再经过回热换热器回收冷量后进入低压管道；第一预冷支路中的天然气经膨胀机膨胀后在回热器中回收冷量后进入低压管道；主冷支路与液化支路分离于冷却器之后，主冷支路内天然气经回热换热器冷却后经过节流膨胀后经过回热换热器回收冷量，最终进入低压管道。本系统利用管道压力能生产LNG，压缩机均由膨胀机输出功驱动，无需额外能耗。

说明书

技术领域

本发明涉及能源化工领域的LNG的液化系统，特别涉及一种利用管道压力能生 产LNG的液化系统。

背景技术

天然气是一种优质、高效的清洁能源和化工原料，广泛应用于国民经济建设的各 个领域。我国近九成的天然气藏集中在中西部地区，主要靠输气管网向东部运输， 目前每年设计输送天然气能力在900亿m³-1000亿m³。天然气主管道根据设计的不 同，输送压力在4至10MPa，输送到目的地后通常会经过多级减压站减压至0.5～1.2 MPa以下再利用，这个减压过程通常采取直接节流，其中释放的大量的压力能没有得 到利用，甚至避免节流产生的冷量对管道及设备造成损害而需要额外消耗能源来加 热节流后的气体，造成严重的优质能源浪费。另一方面，由于低压管网铺设局限， 高压管网减压后供应的范围有限，仍有大量管网以外的用户无法利用天然气资源， 需要另外购买压缩天然气或者是液化天然气。因此，利用天然气管网中高低压管道 间的压力差，在实现大量高压天然气减压的过程，将其中部分天然气液化，得到LNG， 以供应管网以外的用户，是一种一举两得的解决方法。目前有若干种利用管道压力 能的技术方案，例如专利CN202393170，CN202139209和CN1409812A中均有提及。 其中专利CN202393170中针对低压管道压力较高的情况，膨胀后的天然气需再经过 压缩进入低压管道，闪蒸气体的压缩功需要额外供给，系统需要额外功耗。专利 CN202139209中的膨胀功没有得到利用，系统需要额外功耗。而专利CN1409812A中， 预冷支路的膨胀后气体经再压缩后返回循环，这样可以使系统液化率提高但是能耗 较大。综上所述，现有利用管道压力能液化天然气技术有的利用电驱动压缩机提高 天然气压力，有的利用电驱动制冷机预冷，在达到较高液化率的情况下仍需额外能 量输入，压力能利用率不高。本发明申请提出一种系统利用管道压力能生产LNG的 技术方案，通过来自高压管路的天然气膨胀获得冷量，将天然气的压力能转化为冷 能，实现部分天然气的液化，生产出LNG产品可以作为商品，也可以用于调峰。系 统中用于预冷的部分气体无需做深度净化，减轻了净化压力。

发明内容

本发明的目的在于提出一种利用管道能生产LNG的气体液化系统，该系统可以 利用天然气减压站中高低压管道间的压力差，将部分天然气液化，无需额外功耗， 在实现高压气源减压的同时，生产部分LNG。

本发明的技术方案如下：

本发明提供的利用管道压力能生产LNG的液化系统有二种方案。

所述第一种本发明提供的利用管道压力能生产LNG的液化系统，其包括：

与天然气管路高压管道出口相连的一级净化器P1，所述一级净化器P1出口管路 上安装第一分配阀T1，所述一级净化器P1出口管路经该第一分配阀T1分成第一段 液化支路M01及第一预冷支路M1两路；所述第一段液化支路M01为依次连接于第一 分配阀T1后的第一压缩机C1和第一冷却器D1；

连接于所述第一冷却器D1出口管路上的二级净化器P2，所述二级净化器P2出 口管路上安装第二分配阀T2，所述所述二级净化器P2出口管路经该第二分配阀T2 分两管路，该两管路为第二段液化支路M02及主冷支路M2；所述第二段液化支路M02 为依次连接于第二分配阀T2后的第一回热换热器H1的高压通道、第二回热换热器 H2的高压通道、第一节流膨胀设备V1和气液分离器S1；所述主冷支路M2为依次连 接于第二分配阀T2后的第一回热换热器H1的高压通道、第二回热换热器H2的高压 通道、第二节流膨胀设备V2、第二回热换热器H2的低压通道、第一回热换热器H2 的低压通道和天然气管路的低压管道；

所述气液分离器S1底端出口为LNG成品出口，气液分离器S1顶端出口依次连接 第二回热换热器H2的低压通道、第一回热换热器H1的低压通道和天然气管路的低 压管道；

第一预冷支路M1为连接于第一分配阀T1的第一膨胀机E1，该第一膨胀机E1依 次连接第一回热换热器H1的低压通道和天然气管路的低压管道；所述第一压缩机C1 的压缩功来自第一膨胀机E1的膨胀功。

所述第一节流膨胀设备V1为节流阀。

本发明提供的利用管道压力能生产LNG的液化系统，还可包括第二压缩机C2和 第二冷却器D2，所述第二节流膨胀设备V2为第二膨胀机E2；所述第二压缩机C2和 第二冷却器D2依次连接于第二分配阀T2后与所述第一回热换热器H1的高压管道之 间管道上；所述第二压缩机C2的压缩功来自第二膨胀机E2的膨胀功。

所述第一冷却器D1及第二冷却器D2为水冷冷却器或风冷冷却器；冷却器出口 天然气温度为10～40℃。

所述第二种本发明提供的利用管道压力能生产LNG的液化系统，其包括：

与天然气管路高压管道出口相连的一级净化器P1，所述一级净化器P1出口管路 上安装第一分配阀T1，所述所述一级净化器P1出口管路经第一分配阀T1分成第一 段液化支路M01及第一预冷支路M1两路；所述第一段液化支路M01为依次连接于第 一分配阀T1后的第一压缩机C1和第一冷却器D1；

连接于所述第一冷却器D1出口管路上的二级净化器P2，所述二级净化器P2与 第一回热换热器H1的高压通道相连；在第一回热换热器H1的高压通道出口管路上 安装第二分配阀T2，所述第一回热换热器H1的高压通道出口管路经该第二分配阀 T2分成第二段液化支路M02及主冷支路M2两路；所述第二段液化支路M02为依次连 接于第二分配阀T2后的第二回热换热器H2的高压通道、第一节流膨胀设备V1和气 液分离器S1；所述主冷支路M2为依次连接于第二分配阀T2后的第二回热换热器H2 的高压通道、第二节流膨胀设备V2、第二回热换热器H2的低压通道、第一回热换 热器H2的低压通道和天然气管路的低压管道；

所述气液分离器S1底端出口为LNG成品出口，气液分离器S1顶端出口依次连接 第二回热换热器H2的低压通道、第一回热换热器H1的低压通道和天然气管路的低 压管道；

第一预冷支路M1为连接于第一分配阀T1的第一膨胀机E1，该第一膨胀机E1依 次连接第一回热换热器H1的低压管通道和天然气管路的低压管道；所述第一膨胀机 E1为所述第一压缩机C1提供驱动力。

本发明提供的第二种利用管道压力能生产LNG的液化系统，还可包括第三回热换 热器H3、第二压缩机C2、第二冷却器D2和第二预冷支路M3；所述第二液化支路M02 的第一节流膨胀设备V1为节流阀；所述主冷支路M2的第二节流膨胀设备V2为第二 膨胀机E2；

所述第三回热换热器H3设置于所述第一回热换热器H1与第而回热换热器H2之 间；在一级净化器P1与第二压缩机D2之间的连接管路上设有第三分配阀T3，该第 三分配阀T3后分成两管路，该两管路为第三段液化支路M03及第二预冷支路M3；

所述第二压缩机C2和第二冷却器D2依次连接于第三分配阀T3与第一回热换热 器H1的高压管道之间；

第三段液化支路M03为依次连接于第三分配阀T3与第二分配阀T2之间连接管路 上的第二压缩机C2、第二冷却器D2、第一回热换热器H1的高压管道和第三回热换 热器H3的高压管道；所述第三回热换热器H3的高压管道出口与所述第二分配阀T2 相连通；

所述预冷支路M3为依次连接在于第三分配阀T3后的第一回热换热器H1的高压 管道、第二膨胀机E2、第三回热换热器H3的低压管道、第一回热换热器H1的低压 管道和天然气管路的低压管道；所述第二压缩机C2的压缩功来自第二膨胀机E2的 膨胀功。

所述第一冷却器D1及第二冷却器D2为水冷冷却器或风冷冷却器；冷却器出口 天然气温度为10～40℃。

本发明提供的利用管道压力能生产LNG的液化系统，通过来自高压管路的天然气 膨胀获得冷量，将天然气的压力能转化为冷能，实现部分天然气的液化，生产出LNG 产品进行储存或运输。由于一级预冷温度较高，此部分气体无需做深度净化，减轻 了净化压力。该系统中所有压缩机的压缩功来自膨胀机，回收了压力能，无需额外 能量输入，生产出的LNG可以作为商品，也可以用于调峰使用。

附图说明

图1为实施例1中本发明的利用管道压力能生产LNG的液化系统的系统图；

图2为实施例2中本发明的利用管道压力能生产LNG的液化系统的系统图；

图3为实施例3中本发明的利用管道压力能生产LNG的液化系统的系统图；

图4为实施例4中本发明的利用管道压力能生产LNG的液化系统的系统图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步阐述。

实施例1：如图1所示，本实施例1的液化系统包括一级净化器P1，二级净化器P2， 第一压缩机C1，第一冷却器D1，第一膨胀机E1，第一回热换热器H1，第二回热换 热器H2，第一节流阀V1，第二节流阀V2及气液分离器S1；

来自高压管道的天然气首先经一级净化器P1粗净化脱水，然后在第一分配阀T1 后分为两路，该两路分别为第一预冷支路M1和第一段液化支路M01；

进入第一段液化支路M01的天然气流依次流经第一压缩机C1及第一冷却器D1压 缩并被冷却；之后进入二级净化器P2，在二级净化器P2中脱去酸气及杂质得到深度 净化后，在第二分配阀T2后分为两路，该两路分别为主冷支路M2和第二段液化支 路M02；

进入第二段液化支路M02的天然气流依次流经第一回热换热器H1的第一条高压 通道及第二回热器H2的第一条高压通道，然后经过第一节流阀V1节流后进入气液 分离器S1；气液分离器S1中的液体从气液分离器S1下部出口通过管路TK流出，为 生产出的LNG，气液分离器S1中的气体从气液分离器S1上部出口流出，依次流经第 二回热换热器H2的第一条低压通道及第一回热换热器H1的第一条低压通道回收冷 量，最终进入低压管道；

流入第一预冷支路M1中的天然气流在第一膨胀机E1中膨胀后通过第一回热换热 器H1的第三条低压通道回收冷量，最终进入低压管道；

流入主冷支路M2的的天然气流依次通过第一回热换热器H1的第二条高压通道及 第二回热换热器H2的第二条高压通道，然后经过第二节流阀V2节流膨胀后，再依 次经过第二回热换热器H2的第二条低压通道及第一回热换热器H1的第二条低压通 道回收冷量，最终进入低压管道。

所述第一压缩机C1的驱动来自所述第一膨胀机E1的膨胀功；

本实施例的第一分配阀T1位于一级净化器P1出口处，第二分配阀T2位于二级 净化器P2出口处；

本实施例1中的天然气高压管道压力为4.1MPa，低压管道为0.58MPa，天然气流 量为1705Nm³/h的气源条件下，可利用压力能生产247Nm³/h的LNG，液化率为14.5%， 所需能耗仅为采用水冷的冷却器D1的冷却塔水泵能耗，本发明的利用管道压力能生 产LNG的液化系统具有较高的可靠性及适应性，运行费用低。

实施例2：

如图2所示，本实施例2与实施例1的区别在于：

第二分配阀T2位于第一回热换热器H1与第二回热换热器H2之间；

主冷支路M2中的第二节流阀V2出口管路在气液分离器S1上部出口管路的d处 连接入液化支路M02；第一预冷支路M1的第一膨胀机E1出口管路在第一回热换热器 H1与第二回热换热器H2之间的e点处连接入液化支路M02；

系统其余部分与实施例1相同。

本实施例2中的系统与实施例1相比的优势在于：第一回热换热器H1为双通道， 第二回热换热器H2为3通道，其制造难度与成本均小于实施例1中，在不改变系统 运行效果的情况下增加可靠性并减小了初投资。

实施例3：

如图3所示，本实施例3与实施例1的区别在于：主冷支路M2的节流膨胀设备 选用第二膨胀机E2，增加了第二压缩机C2和第二冷却器D2，具体为：

主冷支路M2从二级净化器P2出口处的分配阀T2分离出后，经过第一回热换热 器H1的第二条高压通道进入第二膨胀机E2，经第二膨胀机E2膨胀后的天然气依次 流经第二回热换热器H2的第二条低压通道及第一回热换热器H1的第二条低压通道 回收冷量，最终进入低压管道；

第一段液化支路M01的天然气从二级净化器P2出来后经过第二压缩机C2及其后 的第二冷却器D2后，再进入第一回热换热器H1的第一条高压通道和第二回热换热 器H2的第一条高压通道后，在经第一节流阀V1后进入气液分离器S1；第二压缩机 C2的驱动功来自第二膨胀机E2；

系统其余部分与实施例1中的相同。

本实施例3中的系统在与实施例1中相同的气源条件下，可生产324Nm³/h的LNG， 液化率为19%，高于实施例1中的系统。但由于采用双膨胀机及双压缩机，系统复杂 性更高。

实施例4：

如图4所示，本实施例4的利用管道压力能生产LNG的液化系统，其结构包括：

与天然气管路高压管道出口相连的一级净化器P1，该一级净化器P1出口管路上 的第一分配阀T1后分成第一段液化支路M01及第一预冷支路M1两路；所述第一段 液化支路M01为依次连接于第一分配阀T1后的第一压缩机C1和第一冷却器D1；

连接于所述第一冷却器D1出口管路上的二级净化器P2，所述二级净化器P2与 第一回热换热器H1的高压管道相连；在第一回热换热器H1的高压管道出口管路上 设第二分配阀T2，该第二分配阀T2后分成第二段液化支路M02及主冷支路M2两路； 所述第二段液化支路M02为依次连接于第二分配阀T2后的第二回热换热器H2的高 压管道、第一节流膨胀设备V1和气液分离器S1；所述主冷支路M2为依次连接于第 二分配阀T2后的第二回热换热器H2的高压管道、第二节流膨胀设备V2、第二回热 换热器H2的低压管道、第一回热换热器H2的低压管道和天然气管路的低压管道；

所述气液分离器S1底端出口为LNG成品出口，气液分离器S1顶端出口依次连接 第二回热换热器H2的低压管道、第一回热换热器H1的低压管道和天然气管路的低 压管道；

第一预冷支路M1为连接于第一分配阀T1的第一膨胀机E1，该第一膨胀机E1依 次连接第一回热换热器H1的低压管道和天然气管路的低压管道；所述第一膨胀机E1 为所述第一压缩机C1提供驱动力。

其结构还可包括第三回热换热器H3、第二压缩机C2、第二冷却器D2和第二预冷 支路M3；所述主冷支路M2的第二节流膨胀设备V2为第二膨胀机E2；

所述第三回热换热器H3设置于所述第一回热换热器H1与第而回热换热器H2之 间；在一级净化器P1与第二压缩机D2之间的连接管路上设有第三分配阀T3，该第 三分配阀T3后分成两管路，该两管路为第三段液化支路M03及第二预冷支路M3；

所述第二压缩机C2和第二冷却器D2依次连接于第三分配阀T3与第一回热换热 器H1的高压管道之间；

第三段液化支路M03为依次连接于第三分配阀T3与第二分配阀T2之间连接管路 上的第二压缩机C2、第二冷却器D2、第一回热换热器H1的高压管道和第三回热换 热器H3的高压管道；所述第三回热换热器H3的高压管道出口与所述第二分配阀T2 相连通；

所述预冷支路M3为依次连接在于第三分配阀T3后的第一回热换热器H1的高压 管道、第二膨胀机E2、第三回热换热器H3的低压管道、第一回热换热器H1的低压 管道和天然气管路的低压管道；所述第二压缩机C2的压缩功来自第二膨胀机E2的 膨胀功。

所述第一冷却器D1及第二冷却器为水冷冷却器或风冷冷却器；天然气管路高压 管道出口温度为10～40℃。所述第一节流膨胀设备V1为节流阀。

图4所示的利用管道压力能生产LNG的液化系统，其流程如下：

来自高压管道的天然气首先经过一级净化器P1粗净化脱水，然后在第一分配阀 T1后分为两路，该两路分别为第一预冷支路M1和第一段液化支路M01；

进入第一段液化支路M01的天然气流依次经过第一压缩机C1及第一冷却器D1 压缩并被冷却，之后进入二级净化器P2，在二级净化器P2中脱去酸气及杂质得到深 度净化后，在第三分配阀T3后分为两路，该两路分别为第二预冷支路M3和第三段 液化支路M03；

进入第三段液化支路M03的天然气流依次经过第二压缩机C2及第二冷却器D2 压缩并被冷却，然后进入第一回热换热器H1的第一条高压通道及第三回热器H3的 第一条高压通道后，在第二分配阀T2后分为两路，该两路分别为主冷支路M2和第 二段液化支路M02；

进入第二段液化支路M02的天然气流流过第二回热器H2的第一条高压通道，然 后经过第一节流阀V1节流后进入气液分离器S1；气液分离器S1中的液体从气液分 离器S1下部出口通过管路TK流出，为生产出的LNG，气液分离器S1中的气体从气 液分离器S1上部出口流出，依次流经第二回热换热器H2的第一条低压通道、第三 回热换热器H3的第一条低压通道及第一回热换热器H1的第一条低压通道回收冷量， 最终进入天然气的低压管道；

流入第一预冷支路M1的天然气流在第一膨胀机E1中膨胀后通过第一回热换热 器H1的第三条低压通道回收冷量，最终进入低压管道；

流入主冷支路M2的天然气流流过第二回热换热器H2的第二条高压通道，然后 经过第二节流阀V2节流膨胀后，再依次经过第二回热换热器H2的第二条低压通道、 第三回热器的第二条低压通道及第一回热换热器H1的第二条低压通道回收冷量，最 终进入天然气的低压管道。

流入第二预冷支路M3的天然气流首先流经回热换热器H1的第二条高压通道， 然后进入第二膨胀机E2，膨胀后的天然气依次经过第三回热换热器H3的第三条低压 通道及第一回热换热器H1的第四条低压通道回收冷量，最终进入天然气低压管道。

本实施例4中的系统在与实施例1中相同的气源条件下，可生产321Nm³/h的LNG， 液化率为18.8%。同样，于实施例1相比，液化率更高，压力能回收效果更好，但由 于采用双膨胀机及双压缩机，系统相对复杂。