[发明专利]一种应用分凝分离效应的气体低温液化分离系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种气体低温液化分离系统，特别涉及一种应用分凝分离效应的气体低温液化分离系统。

背景技术

天然气、焦炉气、煤层气和一些化工尾气等是非常重要的能源和资源，如果能充分开发利用这些气体，对于缓解日益紧张的能源和环保压力以及提高资源的利用效率均具有重要的意义。通常这些气体成分比较复杂，均为多组分混合物，为了合理利用这些气体、并且方便实现储存和运输，液化和分离成为一种重要的技术手段，尤其是对不适合进行管道输运的气源，如偏远和离散气源。

通常上述气体的主要成分是低温气体，如甲烷等，采取低温液化、分离是最为有效的方法。低温液化、分离技术的核心是低温制冷技术和液化分离流程，而低温制冷的效率、可靠性和技术成本则是其选用的首要考虑因素，而针对液化装置处理气量规模，其他技术要求也会影响最终液化技术的选用。目前来讲，在液化天然气领域占据主导地位的是多元混合工质节流制冷技术，气体透平膨胀制冷循环在空气液化分离中占据了主要位置。

常用的气体分离方法主要有低温精馏法、变压吸附法和薄膜渗透法等。其中低温精馏法广泛应用于空气分离等工业领域，能得到较高纯度的产品，尤其是可以获得液体产品，但是相对来讲设备复杂，初投资成本高；吸附法和薄膜渗透法回收率低，只能获得气体产品。

在低温液化精馏分离方法当中，需要采用精馏塔装置实现气体分离，通过调节精馏分离塔的工作参数可以获取较高纯度的分离产物。例如在含有高碳组分的天然气液化流程当中，为了提取其中丙烷及以上组分，需要在液化装置设置分离塔，在恰当温度处(除甲烷外的其他高碳组分已经大部分成为液体)将原料气流引入气提塔，将其中的液相分离出来。分离后的气相进入液化装置的低温级被继续冷却和液化，此类流程如美国专利US4805413及US4436540等等。但是分离塔装置结构复杂，成本造价高，而且较为重要的一点是能耗较大。

实际上在很多应用场合，往往只需要对原料气进行粗分离，并不要求太高的产品纯度；或者是对这些气体混合物进行前期处理，目的并不在于获得高纯分离产物，而是为下一步的环节做准备。以天然气为例，在较高温区将成为液相的高碳组分分离出来，主要目的是回收此类高碳组元并有效提高液化天然气在贮运过程中的热稳定性，同时也可减小后续低温级的热负荷以及流动阻力进而提高液化分离系统效率和经济性。在这种情况下，完全可以采取简单的分凝分离方式实现其中高碳组元的逐级高效分离。

多元混合物在具有间壁放热的通道内流动时，从换热间壁温度低于某些组份露点温度点以后，这些组份会出现气液相变，通过适当的流道设计，使其中汽液两相流速出现较大滑移，进而使其中冷凝液体依靠重力回流，且在此过程中混合物流体内部形成类似于分离塔中的强力的热、质交换，从而可实现将流体中较高沸点的组分在较高温区分离出来，而在其出口流出的气相具有更低的温度和高沸点组份浓度，这一现象称为分凝分离效应。中国发明专利(ZL00136709.9)利用此效应提出了一种新的分凝分离制冷循环，上述思路完全可以在改进后用于实现多元混合物的高效分离，形成一种新的液化分离流程。这种分离方式与平衡闪蒸分离不同，能够使高沸点组分比较完全的分离出来，而且分离后气液温度不同，气体温度较液体低，同时与精馏分离相比其不需要特殊设计的分离塔，结构简单，而且分凝分离效应还可以实现逆流热交换作用。

针对通常采用的低温液化分离流程存在的结构复杂等问题，本发明专利提出了一种应用分凝分离效应的气体液化分离系统，具有设备简单，运行安全可靠，能耗低，不包含气提塔/精馏塔等大型复杂设备，且分离效果又能满足要求和低成本等优点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种应用分凝分离效应的气体低温液化分离系统，其结构简单，流程布置灵活；原料气中的组分从高沸点到低沸点依次液化分离，而不进入下一级的低温液化过程，可降低下一级的换热负荷，减少流动带来的损失和回热损失，同时可综合利用原料气，提高原料气的使用价值。

本发明的技术方案如下：

本发明提供的一种应用分凝分离效应的气体低温液化分离系统，以多元混合工质节流制冷提供该气体低温液化分离系统所需冷量；所述气体低温液化分离系统包括压缩机模块CU、冷却分凝分离模块SU和液化分离模块TU。

如图1所示，所述的压缩机模块CU、冷却分凝分离模块SU和液化分离模块TU按下述顺序相连并形成循环回路：