[發明專利]一種采用超音速旋流分離器的天然氣全液化工藝

有效

• 申請號: 201110201138.4
• 申請日: 2011-07-18
• 公開（公告）號: CN102268309A
• 公開（公告）日: 2011-12-07
• 發明（設計）人: 孫恒;舒丹
• 申請（專利權）人: 中國石油大學(北京)
• 主分類號: C10L3/10
• 分類號: C10L3/10;F25J1/02
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司 11127
• 代理人: 韓蕾

技術領域

本發明涉及一種天然氣的全液化工藝及其設備，尤其涉及一種采用超音速旋流分離器的天然氣全液化工藝及其設備，屬于天然氣液化技術領域。

背景技術

天然氣是一種優質潔凈的化石能源，天然氣經液化后，其體積約為原來的1/625，因而便于儲存與運輸。與管道氣相比，液化天然氣(LNG)在零散氣田、邊際氣田的開發、煤層氣的利用、海上天然氣的開發利用和海外天然氣的引進方面，有著不可替代的作用。我國雖然大型氣田較少，但是小型零散和邊緣的氣田很多，這些小型氣田和邊際氣田無法承擔長輸管道的成本。液化天然氣因為具有投資小、靈活方便的優點而能夠有效的開發零散氣田和邊際氣田的資源。煤層氣，俗名瓦斯，是長期困擾煤礦安全生產的嚴重問題。采用液化的方法實現煤層氣的利用，不僅可解決煤礦生產安全問題，還可以改善能源結構，減少污染，并取得良好的經濟效益。此外，天然氣液化技術在天然氣的調峰、利用浮式液化天然氣生產儲卸平臺(即LNG?FPSO，也稱為FLNG)開發海上天然氣資源和海外天然氣的引進中也起到了重要的作用。

天然氣液化技術是整個LNG產業鏈的第一環，也是十分重要的一環。常規的天然氣液化工藝可以分為三類：級聯式制冷工藝、膨脹機制冷工藝和混合制冷劑循環工藝(MRC)。級聯式制冷工藝因為機組多，流程復雜，設備投資高、維護操作不便因而在七十年代后已經很少采用。常規的天然氣液化工藝主要有MRC和膨脹機循環兩類。其中MRC工藝雖然能量利用效率很高，但是一般設備較多，在循環中要多次進行氣液分離因而流程復雜，且需要控制混合冷劑的配比。而采用膨脹機制冷，雖然流程簡單且工藝較少，但是膨脹機的帶液膨脹在技術上有較大難度，而且其制冷效率一般比MRC工藝略低。上述兩種工藝分別采用了J-T閥和膨脹機作為制冷元件，均是常規的制冷方式。超音速旋流分離器是一種新型的制冷元件，但通常很難直接膨脹得到使天然氣液化的溫度，且只能部分液化入口的氣體產品。

發明內容

為解決上述技術問題，本發明的目的在于提供一種天然氣全液化工藝，采用超音速旋流分離器代替節流閥以及膨脹機等作為制冷部件，實現了天然氣的全部液化。

本發明的目的還在于提供一種天然氣全液化設備。

為達到上述目的，本發明首先提供了一種天然氣全液化工藝，其包括以下步驟：

將經過凈化處理的原料天然氣輸入預冷換熱器進行預冷處理；

將預冷處理后的天然氣輸入超音速旋流分離器進行膨脹、部分液化并進行分離，分離后得到的液化天然氣(LNG)輸出，氣態天然氣回流至預冷換熱器回收冷量，然后與經過凈化處理的原料天然氣混合；

其中，當原料天然氣壓力為3-6MPa時，回流的氣態天然氣先進行壓縮處理和空冷處理，然后再與經過凈化處理的原料天然氣混合，進入預冷換熱器進行預冷處理；

當原料天然氣壓力為400-1200kPa(優選為400-800kPa)時，回流的氣態天然氣先與經過凈化處理的原料天然氣混合，然后在進行壓縮處理和空冷處理之后，進入預冷換熱器進行預冷處理。

本發明所提供天然氣全液化工藝是一個整體，在工藝過程中，分離了液化天然氣之后會有部分氣體天然氣回流并與新輸入的原料天然氣混合，這是一個循環的過程。本發明中所提到的全液化是針對整個工藝的，由于天然氣回流的存在，在超音速旋流分離器中被液化的天然氣不一定就是全部新輸入的原料天然氣，但是，從量上來說，新輸入的原料天然氣與液化后獲得的液化天然氣是相同的，即液化后獲得的液化天然氣的量與輸入的原料天然氣的量相同，這就相當于輸入的原料天然氣全部被液化了。

在本發明提供的天然氣全液化工藝中，優選通過單循環單級壓縮混合制冷劑循環裝置為預冷換熱器中的預冷處理提供冷量，在預冷換熱器中將天然氣(凈化后的原料天然氣，或者凈化后的原料天然氣與回流的氣態天然氣的混合物)預冷至一定溫度，然后再將其輸送到超音速旋流分離器中實現膨脹、部分液化和分離，在超音速旋流分離器的中間部分可以得到壓力約為400-800kPa的液化天然氣，其流量與凈化后的天然氣的流量相同，從而實現了原料天然氣的全部液化。

在超音速旋流分離器中未被液化的天然氣會經過其氣體出口離開，并返回預冷換熱器回收冷量，然后進一步壓縮提高壓力并冷卻，根據原料天然氣壓力的高低而決定是在提高壓力之前還是在冷卻之后與凈化后的原料天然氣混合，從而實現循環。