[发明专利]天然气预冷膨胀液化工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种天然气预冷膨胀液化工艺。

背景技术

液化天然气主要成分是甲烷，被公认是地球上最干净的能源。无色、无味、无毒且无腐蚀性，其体积约为同量气态天然气体积的1/600，液化天然气的重量仅为同体积水的45％左右。其制造过程是先将气田生产的天然气净化处理，经一连串超低温液化后，利用液化天然气船运送。燃烧后对空气污染非常小，而且放出热量大，所以液化天然气好。

液化天然气是天然气经压缩、冷却至其沸点(-161.5摄氏度)温度后变成液体，通常液化天然气储存在-161.5摄氏度、0.1MPa左右的低温储存罐内^[1]。其主要成分为甲烷，用专用船或油罐车运输，使用时重新气化。20世纪70年代以来，世界液化天然气产量和贸易量迅速增加，2005年LNG国际贸易量达1888.1亿立方米，最大出口国是印度尼西亚，出口314.6亿立方米；最大进口国是日本763.2亿立方米。

1941年在美国克利夫兰建成了世界第一套工业规模的LNG装置，液化能力为8500m3/d。从60年代开始，LNG工业得到了迅猛发展，规模越来越大，基本负荷型液化能力在2.5×104m3/d。据资料[3]介绍，目前各国投产的LNG装置已达160多套，LNG出口总量已超过46.18×106t/a。

天然气的主要成分是甲烷，甲烷的常压沸点是-161℃，临界温度为-84℃，临界压力为4.1MPa。LNG是液化天然气的简称，它是天然气经过净化(脱水、脱烃、脱酸性气体)后[4]，采用节流、膨胀和外加冷源制冷的工艺使甲烷变成液体而形成的[5]。

国外的液化装置规模大、工艺复杂、设备多、投资高，基本都采用阶式制冷和混合冷剂制冷工艺，目前两种类型的装置都在运行，新投产设计的主要是混合冷剂制冷工艺，研究的主要目的在于降低液化能耗。制冷工艺从阶式制冷改进到混合冷剂制冷循环，目前有报道又有C II-2新工艺[6]，该工艺既具有纯组分循环的优点，如简单、无相分离和易于控制，又有混合冷剂制冷循环的优点，如天然气和制冷剂制冷温位配合较好、功效高、设备少等优点。

在生态环境污染日益严重的形势面前，为了优化能源消费结构，改善大气环境，实现可持续发展的经济发展战略，人们选择了天然气这种清洁、高效的生态型优质能源和燃料。现在，无论是工业还是民用，都对天然气产生了越来越大的依赖性。液化天然气(LNG)是天然气的液态形式，在某些情况下，选择液化天然气比选择气态天然气具有更多的优点。LNG的应用实际上就是天然气的应用，但由于其特性，LNG又比天然气有着更广泛的用途。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种能快速完成天然气液化，且功耗低，成本低的天然气预冷膨胀液化工艺。

本发明的目的通过下述技术方案实现：天然气预冷膨胀液化工艺，包括以下步骤：

(a)氮气首先经过压缩机进行两级压缩后，经过冷却器冷却，进入多股流换热器进行预冷；

(b)再经透平膨胀机进行膨胀，然后返流换热器，用来给换热器提供冷量；

(c)换热后的氮气再经透平膨胀机第二次膨胀，然后在依次返流换热器，为其提供冷量；

(d)丙烷经过丙烷压缩机压缩增压；

(e)增压后的丙烷经过水冷却器，由水带走一部分热量后全部液化；

(f)最后经节流阀降温降压产生气液两相后，进入多股流换热器预冷天然气和高压制冷剂；

(g)天然气首先经过换热器进行冷却；

(h)冷却后经节流阀进行降压和降温，产生气相，剩余的液相进入液化天然气储罐进行储存；

(i)气相作为返流气为换热器提供冷量，复热后作为天然气预处理中纯化器的再生气。

所述步骤(a)中，氮气经过压缩机将其压力由100kPa压缩至5000kpa。

所述步骤(a)中，氮气进入多股流换热器进行预冷。

所述步骤(b)中，氮气经透平膨胀机进行膨胀，其温度和压力进一步下降。

所述步骤(c)中，氮气经第二次膨胀后，其温度下降到100.5K，压力下降到140kPa。

所述步骤(d)中，丙烷经过丙烷压缩机压缩增压至1130kPa。

综上所述，本发明的有益效果是：能快速完成天然气液化，且功耗低，成本低。

具体实施方式

下面结合实施例，对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不仅限于此。

实施例：