一种利用管网压力能制取液化甲烷气的方法

摘要

本发明涉及天然气液化技术领域，具体涉及了一种利用管网压力能制取液化甲烷气的方法，该方法是利用对高压天然气进行净化处理后保留的压力能生产液化甲烷气，可得到高纯度高品质的液化甲烷气，作为汽车的高性能燃料，同时产生的乙烷及以上组分仍然具有一定的适用性和较大的经济性。本发明提供的利用管网压力能制取液化甲烷气的方法步骤简单，使用的设备少，不需要外部冷源，有效地提高了能源利用率。

权利要求

1.一种利用管网压力能制取液化甲烷气的方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤S1：分流：将高压天然气分为两股一股为高压冷媒，一股为制取液化天然气的高压原料气；

步骤S2：预冷：高压冷媒和高压原料气在第一换热器中被预冷；

步骤S3：高压冷媒的气液分离：将步骤S2中预冷后的高压冷媒在第二分离器中进行气液分离，得到高压气相冷媒和液相冷媒；

步骤S4：高压气相冷媒的膨胀制冷：将在步骤S3中获得的高压气相冷媒膨胀降压为低压气相冷媒；

步骤S5：高压原料气的深度冷却：将步骤S2预冷后的高压原料气通过第二换热器进行深度冷却；

步骤S6:高压原料气节流降压：将步骤S5深度冷却后的高压原料气通过第一节流阀进行节流降压，成为中压原料气；

步骤S7:中压原料气气液分离：将步骤S6中获得的中压原料气在第一分离器中进行气液分离，得到中压气相原料和液相原料；

步骤S8：中压气相原料膨胀制冷：将步骤S7中获得的中压气相原料膨胀降压为低压气相原料；

步骤S9:甲烷提纯：将步骤S7获得的液相原料通入脱甲烷塔，分离出甲烷气；

步骤S10：甲烷气冷却：将步骤S9中获得的甲烷气经过第三换热器降温；

步骤S11：甲烷节流降温：将步骤S10冷却后的甲烷气，通过第二节流阀降压降温，生成液化甲烷气；

步骤S12：提供冷量及混合：步骤S8获得的低压气相原料为第二换热器提供冷量，之后进入混合器与步骤S4获得的低压气相冷媒混合之后陆续通过第三换热器和第一换热器以提供冷量。

2.根据权利要求1所述的利用管网压力能制取液化甲烷气的方法，其特征在于：所述步骤S1中，当所述高压天然气中的含酸量和含水量较高时，所述高压天然气进行分流前，先通过预处理装置。

3.根据权利要求1所述的利用管网压力能制取液化甲烷气的方法，其特征在于：在步骤S4和步骤S8中可采用膨胀机进行膨胀降压。

4.根据权利要求3所述的利用管网压力能制取液化甲烷气的方法，其特征在于：所述膨胀机的数量为多个时，所述膨胀机之间串联连接。

5.根据权利要求1所述的利用管网压力能制取液化甲烷气的方法，其特征在于：在步骤S4和步骤S8中可采用气波制冷机进行膨胀降压。

6.根据权利要求1所述的利用管网压力能制取液化甲烷气的方法，其特征在于：所述步骤S9中，所述脱甲烷塔还能提取出乙烷及其以上组分。

7.根据权利要求1所述的利用管网压力能制取液化甲烷气的方法，其特征在于：所述步骤S12中的低压气相原料与所述低压气相冷媒的混合气通过所述第一换热器后的温度升高到大于0℃。

说明书

一种利用管网压力能制取液化甲烷气的方法

技术领域

[0001] 本发明涉及天然气液化技术领域，尤其涉及一种制取液化甲烷气的方法，更具体地涉及一种利用管网压力能制取高纯度的液化甲烷气的方法。

背景技术

[0002] 随着我国天然气用户需求的不断增长，我国的天然气管道建设发展迅猛。天然气长输管线一般采用高压输送，我国的西气东输、陕京线、冀宁联络线的等主干全国性的输气
管线的设计压力都达到了10MPa，西气东输二线的设计压力更是达到了12MPa，国外近代高
水平长输管线设计压力一般在10MPa以上。

[0003] 高压输气管网蕴藏着巨大的压力能，但下游的终端用户用气压力低，各城市的接收站以及调压站要根据下游用户的压力需求进行调压，保证其正常使用。但高压的天然气
能释放巨大能量，这些能量没有有效利用，导致能量的浪费。

[0004] 液化甲烷气(英文全称：Liquefied Methane Gas，英文缩写：LMG)，可以定义为甲烷含量高于98％，乙烷含量小于0.1％且丙烷含量低于0.02％的甲烷气的液体形态。在国内
很少有关于LMG的介绍，但在国外发展较快。特别是，作为汽车燃料，LMG与高压的天然气相
比，具有以下优点：①LMG的安全性更高，甲烷的燃点为680℃，比高压的天然气的燃点高，爆
炸极限为5％-15％；而高压的天然气由于含有一定的乙烷及其以上组分，其爆炸极限范围
较宽。②LMG的组分更纯，排放清洁环保，LMG比高压的天然气更加清洁环保。③经济效益好，
LMG作为汽车燃料比高压的天然气可提高效率5％-10％，动力性能提升20％。④LMG具有辛
烷值高，抗爆性能好，品质稳定，发动机寿命长等优点。

[0005] 基于上述优点，需要制取液化甲烷气，作为高性能的汽车燃料，但是目前存在的利用系统压差生产液化天然气的装置，仅能制取液化天然气，而不能制取出液化甲烷气。

发明内容

[0006] (一)要解决的技术问题

[0007] 本发明要解决的技术问题是提供了一种利用管网压力能制取液化甲烷气的方法及系统，能充分利用高压天然气在调压过程中释放的能量得到高纯度的液化甲烷气。

[0008] (二)技术方案

[0009] 为了解决上述技术问题，本发明提供了一种利用管网压力能制取液化甲烷气的方法，包括如下步骤：

[0010] 步骤S1：分流：将高压天然气分为两股一股为高压冷媒，一股为制取液化天然气的高压原料气；

[0011] 步骤S2：预冷：高压冷媒和高压原料气在第一换热器中被预冷；

[0012] 步骤S3：高压冷媒的气液分离：将步骤S2中预冷后的高压冷媒在第二分离器中进行气液分离，得到高压气相冷媒和液相冷媒；

[0013] 步骤S4：高压气相冷媒的膨胀制冷：将在步骤S3中获得的高压气相冷媒膨胀降压为低压气相冷媒；

[0014] 步骤S5：高压原料气的深度冷却：将步骤S2预冷后的高压原料气通过第二换热器进行深度冷却；

[0015] 步骤S6:高压原料气节流降压：将步骤S5深度冷却后的高压原料气通过第一节流阀进行节流降压，成为中压原料气；

[0016] 步骤S7:中压原料气气液分离：将步骤S6中获得的中压原料气在第一分离器中进行气液分离，得到中压气相原料和液相原料；

[0017] 步骤S8：中压气相原料膨胀制冷：将步骤S7中获得的中压气相原料膨胀降压为低压气相原料；

[0018] 步骤S9:甲烷提纯：将步骤S7获得的液相原料通入脱甲烷塔，分离出甲烷气；

[0019] 步骤S10：甲烷气冷却：将步骤S9中获得的甲烷气经过第三换热器降温；

[0020] 步骤S11：甲烷节流降温：将步骤S10冷却后的甲烷气，通过第二节流阀降压降温，生成液化甲烷气；

[0021] 步骤S12：提供冷量及混合：步骤S8获得的低压气相原料为第二换热器提供冷量，之后进入混合器与步骤S4获得的低压气相冷媒混合之后陆续通过第三换热器和第一换热
器来提供冷量。

[0022] 进一步的，前述步骤S1中，当所述高压天然气中的含酸量和含水量较高时，所述高压天然气进行分流前，先通过预处理装置。

[0023] 进一步的，在步骤S4和步骤S8中可采用膨胀机进行膨胀降压。

[0024] 进一步的，前述膨胀机的数量为多个时，所述膨胀机之间串联连接。

[0025] 进一步的，在步骤S4和步骤S8中可采用气波制冷机进行膨胀降压。

[0026] 进一步的，前述步骤S9中，所述脱甲烷塔还能提取出乙烷及其以上组分。

[0027] 进一步的，前述步骤S12中的低压气相原料与所述低压气相冷媒的混合气通过所述第一换热器后的温度升高到大于0℃。

[0028] (三)有益效果

[0029] 本发明的上述技术方案具有以下有益效果：

[0030] 本发明提供了一种利用管网压力能制取液化甲烷气的方法，利用对高压天然气进行净化处理后保留的压力能生产液化甲烷气，可得到高纯度高品质的液化甲烷气，作为汽
车的高性能燃料，同时产生的乙烷及其以上组分仍然具有一定的适用性和较大的经济性，
同时本流程结构简单，设备少，不需要外部冷源，有效提高能源利用率。

附图说明

[0031] 图1为本发明利用管网压力能制取液化甲烷气的工艺流程示意图。

[0032] 其中，1：净化后的高压气；2：分流器；3：第一换热器；4：第二换热器；5：第一节流阀；6：第一分离器；7：脱甲烷塔；8：常压LMG分离罐；9：第三换热器；10：第二节流阀；11：第一膨胀机；12：第二分离器；13：第二膨胀机；14：混合器；15：低压管网。

具体实施方式

[0033] 下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。

[0034] 在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而
不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此
不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

[0035] 在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对
于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

[0036] 在本发明的描述中，“高压”为高于6MPa；“中压”为高于1MPa低于进料气压力；低压指约为0.2-0.8MPa；常压指大气压。

[0037] 本实施例提供的一种利用管网压力能制取液化甲烷气的方法，包括如下步骤：

[0038] 步骤S1：分流：将高压天然气分为两股一股为高压冷媒，一股为制取液化天然气的高压原料气；

[0039] 步骤S2：预冷：高压冷媒和高压原料气在第一换热器中被预冷；

[0040] 步骤S3：高压冷媒的气液分离：将步骤S2中预冷后的高压冷媒在第二分离器中进行气液分离，得到高压气相冷媒和液相冷媒；

[0041] 步骤S4：高压气相冷媒的膨胀制冷：将在步骤S3中获得的高压气相冷媒膨胀降压为低压气相冷媒；

[0042] 步骤S5：高压原料气的深度冷却：将步骤S2预冷后的高压原料气通过第二换热器进行深度冷却；

[0043] 步骤S6:高压原料气节流降压：将步骤S5深度冷却后的高压原料气通过第一节流阀进行节流降压，成为中压原料气；

[0044] 步骤S7:中压原料气气液分离：将步骤S6中获得的中压原料气在第一分离器中进行气液分离，得到中压气相原料和液相原料；

[0045] 步骤S8：中压气相原料膨胀制冷：将步骤S7中获得的中压气相原料膨胀降压为低压气相原料；

[0046] 步骤S9:甲烷提纯：将步骤S7获得的液相原料通入脱甲烷塔，分离出甲烷气；脱甲烷塔还能提取出乙烷及其以上组分，生产的乙烷及其以上组分仍具有一定的适用性和较大
的经济性；

[0047] 步骤S10：甲烷气冷却：将步骤S9中获得的甲烷气经过第三换热器降温；

[0048] 步骤S11：甲烷节流降温：将步骤S10冷却后的甲烷气，通过第二节流阀降压降温，生成液化甲烷气；

[0049] 步骤S12：提供冷量及混合：步骤S8获得的低压气相原料为第二换热器提供冷量，之后进入混合器与步骤S4获得的低压气相冷媒混合之后陆续通过第三换热器和第一换热
器来提供冷量。

[0050] 其中，步骤S1中，当所述高压天然气中的含酸量和含水量较高时，所述高压天然气进行分流前，先通过预处理装置。

[0051] 在步骤S4和步骤S8中可采用膨胀机进行膨胀降压。膨胀机的数量为多个时，所述膨胀机之间串联连接。另外，在步骤S4和步骤S8中可采用气波制冷机替代膨胀机进行膨胀
降压。

[0052] 其中，步骤S1中原料气的入口压力大于6MPa，步骤S4中低压气相冷媒和步骤S8中低压气相原料的压力为0.2-0.8MPa，步骤S12中的低压气相原料与所述低压气相冷媒的混
合气通过所述第一换热器后的温度升高到大于0℃。

[0053] 这里以工艺计算来证明其可行性，表1为高压纯净天然气的气体组成表格，按其中的气体组成进行工艺计算。其中，相关条件包括：进料温度20℃，高压净化天然气进料压力
为10MPa，高纯度的液化甲烷气存储压力为常压。

[0054] 表1高压纯净进料气组成

[0055]

[0056] 工艺计算得到表2中的各气体参数：

[0057] 表2设计的液化流程系统参数

[0058]

[0059] 表2中各气体的具体组成如表3所示：

[0060] 表3各物流组成

[0061]

[0062] 综上所述，本实施例提供的利用管网压力能制取液化甲烷气的工艺，可以制取较高纯度的的液化甲烷气。

[0063] 本发明通过利用管网压力能制取液化甲烷气的系统来实现该方法，这种工艺设计可以充分利用管网的压力能，避免压力能在调压过程中浪费，使甲烷液化和提纯均通过高
压净化气自身产生的能量进行。

[0064] 具体的，如图1所示，是本实施例利用管网压力能制取液化甲烷气的方法所应用的系统。

[0065] 第一分离器6为一中压原料气分离器，第一分离器6压力低于进料气压力、高于1MPa。其作用是对经过第一换热器3、第二换热器4二级预冷和第一节流阀5节流膨胀降压后
的中压原料气实行气液分离。分离出来的中压气相原料作为补充冷源，经过第一膨胀机11
膨胀降为低压后，依次为第二换热器4、第三换热器9、第一换热器3提供冷源，分离出来的液
相原料进入脱甲烷塔7分离出甲烷。

[0066] 第二分离器12为高压冷媒分离器，其作用是分离出经过第一换热器3预冷后的高压冷媒中可能析出的重烃，为下游的第二膨胀机13工作创造好的条件。

[0067] 常压LMG分离罐8的目的是分离出液化甲烷气中的气相，为液化甲烷气的常压储存做准备。

[0068] 第一换热器3的作用是预冷在其上游已经分流了的高压原料气和高压冷媒。其冷源来自低压气相原料与低压气相冷媒的被混合器14混合后形成的混合气。

[0069] 第二换热器4的作用是进一步预冷高压原料气。其冷源来自下游第一分离器6分离出的中压气相原料被第一膨胀机11膨胀降压后形成的低压气相原料。

[0070] 第三换热器9的作用是预冷从脱甲烷塔7分离出的甲烷气。其冷源来自低压气相原料与低压气相冷媒的被混合器14混合后形成的混合气。

[0071] 第二膨胀机13将高压冷媒气膨胀到低压，产生冷量，低压气相冷媒依次为第三换热器9、第一换热器3提供冷量。

[0072] 第一膨胀机11将从第一分离器6分离出来中压气相原料由中压膨胀到低压，低压气相原料依次为第二换热器4、第三换热器9、第一换热器3提供冷量。

[0073] 原料气制取液化甲烷气主流程：由净化后的高压气1在分流器2中分流后的高压原料气依次通过第一换热器3、第二换热器4预冷后，由高压在第一节流阀5中节流至中压，进
入第一分离器6，由第一分离器6分离出来的液相原料进入脱甲烷塔7分离出甲烷气，再经过
第三换热器9进一步冷却后，通过第二节流阀10节流到常压，得到液化甲烷气。

[0074] 冷媒流程：冷媒由两部分构成，由高压天然气分流后的高压冷媒和从第一分离器6分离出来的中压气相原料。高压天然气分流后的高压冷媒和从第一分离器6分离出来的中
压气相原料分别经过不同途径降压到低压后在混合器14汇合，依次为第三换热器9、第一换
热器3提供冷量后进入低压管网15。在混合器14的上游，高压冷媒经过了在第一换热器3的
预冷和第二膨胀机13的膨胀过程；从第一分离器6分离出来的中压气相原料经过第一膨胀
机11膨胀后，为第二换热器4提供冷量。综上所述，本发明将高压天然气分为高压原料气和
高压冷媒，优化了换热工艺，将高压冷媒气体和从中压分离器分离出来的中压气相原料分
别经过膨胀机降压至低压，以便为流程提供冷量。

[0075] 本发明的实施例是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显而易见的。选
择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员
能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。