用于減小氣體壓力并且使氣體液化的站的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于減小氣體壓力并且用于使氣體液化(尤其是天然氣)的站。
[0002]因此，本發(fā)明的領(lǐng)域是氣體處理領(lǐng)域，尤其是用于產(chǎn)生液化天然氣的天然氣處理領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0003]液化天然氣用于不同應(yīng)用。液化天然氣主要用作車輛的燃料，尤其是運(yùn)輸卡車的燃料。一般用于這類車輛的燃油可實(shí)際上由加壓氣體或液化天然氣所替代。與使用瓶裝加壓氣體相比，使用液化氣體在體積和重量方面提供優(yōu)點(diǎn)，這是由于:一方面，通過(guò)冷卻而液化的天然氣占據(jù)的體積比相同量的氣態(tài)天然氣少得多；另一方面，低溫儲(chǔ)罐的熱絕緣比氣瓶的套殼(jacket)輕得多。因此，車輛具有更多的自主性。液化天然氣還是清潔能源，其限制了如煤煙等細(xì)顆粒的排放。
[0004]液化天然氣還可用于對(duì)小型燃?xì)獍l(fā)電廠進(jìn)行供應(yīng)或用于對(duì)村落中的小型網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行供應(yīng)。
[0005]氣體管線或管線是用來(lái)在壓力下傳輸氣態(tài)材料的管線。大多數(shù)氣體管線在抽氣區(qū)與消耗或輸出區(qū)之間運(yùn)送天然氣。氣體從氣田的處理場(chǎng)地或存儲(chǔ)場(chǎng)地以高壓(從16巴至大于100巴)傳輸至輸送場(chǎng)地，在輸送場(chǎng)地處必須使氣體的壓力低得多，以便氣體可以使用。
[0006]為此目的，氣體通過(guò)減壓站，其中借助通過(guò)閥或渦輪的膨脹來(lái)減小氣體的壓力。因此而實(shí)現(xiàn)的壓力減小產(chǎn)生了能量，所述能量在閥的情況下失去。
[0007]有已知的氣體膨脹系統(tǒng)使用進(jìn)入減壓站的天然氣作為系統(tǒng)中的制冷劑，所述系統(tǒng)可描述為開放環(huán)路(林德循環(huán)、索爾文循環(huán)或克勞德循環(huán))。在這些系統(tǒng)中，所運(yùn)用的事實(shí)是，天然氣存在于高壓之下。天然氣在閥中膨脹，并且在此膨脹期間，氣體中的小部分得以液化。收集所獲得的液體，并且從閥中出來(lái)的冷低壓天然氣被運(yùn)送至減壓站的低壓管。這些系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是相對(duì)簡(jiǎn)單，但因?yàn)閺拈y中出來(lái)的所獲溫度取決于氣體的組成，并且因?yàn)樘烊粴獾慕M成是可變的，所以使用這些系統(tǒng)來(lái)液化的氣體主要是如丁烷或丙烷的重氣體，而不是甲烷。這種氣體液化方法也被稱為閃蒸(flashing)。
[0008]進(jìn)入減壓站并通過(guò)閥或渦輪的全部氣體在發(fā)生的壓力下降期間得到冷卻。氣體仍含有水和二氧化碳，其含量約為100 ppm或1%。冷凝現(xiàn)象可因此在這個(gè)膨脹步驟期間發(fā)生，所述冷凝現(xiàn)象能夠造成可能會(huì)阻塞管的冰(水合物)的形成。因此有必要處理氣流，以防止包含在天然氣中的水和二氧化碳在管中轉(zhuǎn)變成冰并因此對(duì)在減壓站中處理天然氣期間運(yùn)送天然氣造成問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的尤其在于提供一種裝置，所述裝置使得有可能通過(guò)控制所獲液化氣體的組成來(lái)在減壓站的場(chǎng)地處使氣體液化，尤其使天然氣液化。有利的是，根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備將使得有可能回收由減壓站的入口與出口之間的氣體壓力差值所產(chǎn)生的膨脹能量，以便產(chǎn)生液化天然氣部分，同時(shí)避免在這些站的管內(nèi)部形成冰。所述設(shè)備將還優(yōu)選地容易使用并具有簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)。
[0010]為此目的，本發(fā)明提出一種用于減小氣體壓力并且用于使氣體液化(尤其是天然氣)的站，所述站包括:
-膨脹渦輪；
-用于回收在減小氣體壓力期間產(chǎn)生的機(jī)械功的裝置；
-制冷系統(tǒng)，其包括壓縮裝置；以及 -冷凝裝置，其用于使氣體液化。
[0011]根據(jù)本發(fā)明，這個(gè)站還包括:用于回收由制冷系統(tǒng)的壓縮裝置產(chǎn)生的熱量的裝置，所述裝置與用于加熱在膨脹渦輪上游的氣體的裝置相關(guān)聯(lián)。
[0012]因此，這種站提供用于集成在天然氣膨脹之前對(duì)天然氣的加熱與制冷劑的冷卻，同時(shí)節(jié)省用于制造液化(天然)氣體的大量能量和/或氣體。
[0013]在與減壓站相關(guān)聯(lián)的高壓管與低壓管之間始終保持呈氣態(tài)形式的(天然)氣體的流動(dòng)。基于天然氣的100 m3體積，例如5 m3至15 m3轉(zhuǎn)變成液化天然氣?？稍趦蓚€(gè)壓力水平之間的膨脹期間在這里回收功，以便隨后用于將(天然)氣體中的小部分(5%至15%)轉(zhuǎn)變?yōu)橐夯?天然)氣體。
[0014]通過(guò)回收由用于使氣體液化的壓縮裝置發(fā)出的熱量，氣體的加熱發(fā)生在例如減壓站的入口(即，膨脹渦輪的上游)。因此，從高壓管去往低壓管的氣體在進(jìn)入減壓站之前得到加熱，從而使得存在于所述站的出口處的氣體的溫度高于水的凝固點(diǎn)。
[0015]為了優(yōu)化在此描述的站并回收最大量的能量，所提供的是，在高壓下的氣體首先流進(jìn)膨脹渦輪，并且隨后，在這個(gè)渦輪的下游，移除膨脹氣體的一部分以便傳送至冷凝裝置。因此所提供的是，由膨脹渦輪下游的支路管線對(duì)這些冷凝裝置進(jìn)行供應(yīng)。
[0016]根據(jù)第一實(shí)施方案，所述站包括在冷凝裝置、壓縮裝置與用于加熱天然氣的裝置之間的閉合環(huán)路。這個(gè)閉合環(huán)路使得有可能組合用于使氣體液化的制冷系統(tǒng)(壓縮機(jī)和冷凝器)與熱交換器，從而引起減小氣體壓力與產(chǎn)生液化氣體之間的熱集成。
[0017]根據(jù)第二實(shí)施方案，所述站包括在壓縮裝置、冷凝裝置與至少一個(gè)中間熱交換器之間的第一閉合環(huán)路，以及在至少一個(gè)中間熱交換器與用于加熱氣體的裝置之間的第二閉合環(huán)路，所述第二閉合環(huán)路可能使用與第一環(huán)路中使用的傳熱流體不同的傳熱流體。
[0018]通過(guò)這兩個(gè)實(shí)施方案，在此提出的是，具有可被比作閉合環(huán)路(可能是雙閉合環(huán)路)的中間系統(tǒng)的站，使得有可能冷卻氣體的一部分，直到氣體液化為止。獨(dú)立閉合環(huán)路系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)在于，其允許達(dá)到顯著較低的溫度，這是由于它與在減壓站內(nèi)實(shí)現(xiàn)的壓力降低沒有關(guān)系。由于這個(gè)系統(tǒng)，液化氣體的組成幾乎不根據(jù)進(jìn)入的氣體而變化，假定由在為此操作而安排的熱交換器內(nèi)部直接冷卻而獲得狀態(tài)變化，而不是常規(guī)的閃蒸系統(tǒng)。
[0019]在壓力減小和液化站的特定實(shí)施方案中，用于回收在減小氣體壓力期間產(chǎn)生的機(jī)械功的裝置與用于將機(jī)械功轉(zhuǎn)化為電能的裝置相關(guān)聯(lián)。在這個(gè)實(shí)施方案中，用于回收在減小氣體壓力期間產(chǎn)生的機(jī)械功的裝置可機(jī)械性地連接至發(fā)電機(jī)，并且壓縮裝置有利地由電動(dòng)機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)，所述電動(dòng)機(jī)由所述發(fā)電機(jī)供應(yīng)電能。
[0020]在壓力減小和液化站的另一實(shí)施方案中，用于回收在減小氣體壓力期間產(chǎn)生的機(jī)械功的裝置與壓縮裝置機(jī)械性地關(guān)聯(lián)?？扇芜x地提供輔助電動(dòng)機(jī)，用于驅(qū)動(dòng)壓縮裝置。
[0021]因此，在這種站內(nèi)，具有用于使氣體液化的制冷環(huán)路與預(yù)加熱膨脹渦輪的入口的集成。
[0022]液化天然氣可在根據(jù)本發(fā)明的站內(nèi)由包含制冷系統(tǒng)的制冷單元產(chǎn)生，所述制冷系統(tǒng)可互換地使用氮和/或碳?xì)浠衔锏幕旌衔铩?br>[0023]根據(jù)本發(fā)明的站中所使用的制冷系統(tǒng)可例如包括鋁PFHE類型的熱交換器和/或冷凝器。
[0024]在特定實(shí)施方案中，制冷系統(tǒng)包括壓縮機(jī)和/或徑向流動(dòng)膨脹器。
[0025]在另一實(shí)施方案中，根據(jù)本發(fā)明的站包括用于通過(guò)吸附和/或吸收來(lái)處理低壓天然氣的水和二氧化碳的裝置，所述裝置布置在用于冷凝氣體的裝置上游。
【附圖說(shuō)明】
[0026]根據(jù)以下參考隨附概略圖示進(jìn)行的描述，本發(fā)明的細(xì)節(jié)和優(yōu)點(diǎn)將變得更加顯而易見，在所述圖示中:
圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的站的極概略的概覽，
圖2是展示本發(fā)明的第一實(shí)施方案的更詳細(xì)的概略視圖，
圖3是類似于圖2視圖的視圖，其示出本發(fā)明的第二實(shí)施方案；
圖4是關(guān)于本發(fā)明的第三實(shí)施方案的類似于圖2和3視圖的視圖；以及圖5是關(guān)于本發(fā)明的第四實(shí)施方案的類似于圖2至4視圖的視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027]圖1概略性地表示氣體管線2，氣體管線2在高壓下運(yùn)送氣體，例如主要由甲烷組成的天然氣，所述高壓例如為約60巴至100巴(一般來(lái)說(shuō)，在本申請(qǐng)中，實(shí)例和數(shù)值是說(shuō)明性的而非限制性的)。圖1中稱為PLD(壓力降低(Pressure Let Down)的英語(yǔ)縮寫，或在法語(yǔ)中為〃baisse de press1n"[lowering of pressure])的氣體減壓站使得有可能供應(yīng)管4，管4用來(lái)在低壓下給局部網(wǎng)絡(luò)或類似物供應(yīng)氣體(天然氣，以便再使用前述實(shí)例)，所述低壓一般為約少許巴。
[0028]液化氣產(chǎn)生單元6與減壓站PLD相關(guān)聯(lián)。供應(yīng)給液化氣產(chǎn)生單元6的氣體從減壓站PLD下游的氣體管線2通過(guò)處理單元8，處理單元8在氣體進(jìn)入產(chǎn)生單元6之前對(duì)氣體進(jìn)行處理，以便去除氣體中的雜質(zhì)，所述雜質(zhì)一般存在于“未處理(raw)”氣體中。離開產(chǎn)生單元6后，獲得液化天然氣LNG，所述液化天然氣例如存儲(chǔ)在存儲(chǔ)單元(未在圖1中示出)中。
[0029]當(dāng)氣體在減壓站PLD中膨脹時(shí)，氣體放出機(jī)械功麗。在此提出的是，以某種形式(機(jī)械或電形式)回收這個(gè)功中的全部或部分，例如，以便對(duì)產(chǎn)生單元6進(jìn)行供應(yīng)，產(chǎn)生單元6需要能量來(lái)將氣體從其氣態(tài)狀態(tài)轉(zhuǎn)換至液體狀態(tài)。由于回收的能量不足以產(chǎn)生液化氣體，因此有可能給產(chǎn)生單元供應(yīng)補(bǔ)充能源，例如圖1中由“WE”概略性地表示的電能。最終，在產(chǎn)生單元6中，一般具有壓縮機(jī)(未在圖1中表示)或釋放出熱量的另一設(shè)備，所述熱量在圖1中僅由Q表示。以原始方式提出的是，回收這個(gè)量的熱量Q以便加熱進(jìn)入減壓站PLD的氣體。實(shí)際上，在膨脹過(guò)程中，使得膨脹氣冷卻。氣體面臨降到水的凝固溫度之下的風(fēng)險(xiǎn)，并因此導(dǎo)致冰的形成，冰的形成可導(dǎo)致對(duì)應(yīng)管線的部分或完全阻塞。通過(guò)在膨脹之前加熱氣體，由此可能限制結(jié)冰以及阻塞的風(fēng)險(xiǎn)。
[0030]圖2更詳細(xì)地展示本發(fā)明的第一實(shí)施方案，所述第一實(shí)施方案實(shí)施圖1的總體方案。
[0031]在圖2中以及在以下的圖中，再次使用圖1的參考來(lái)指定相似元件。
[0032]因此再次在圖2中找到氣體管線2，氣體管線2對(duì)減壓站PLD進(jìn)行供應(yīng)以便在管4中在較低壓力下提供氣體。此外，產(chǎn)生單元6提供液化氣體LNG。
[0033]在減壓站PLD中，來(lái)自氣體管線2的氣體通過(guò)管G2和G3。在這些管中的每一個(gè)中由預(yù)加熱設(shè)備10加熱氣體。離開這些預(yù)加熱設(shè)備后，在管G6中收集管G4和G5，管G6對(duì)膨脹渦輪12進(jìn)行供應(yīng)。離開渦輪后，氣體得以膨脹并且可直接通過(guò)管G7再歸入管4。
[0034]產(chǎn)生單元6基本上包括冷凝器14。對(duì)產(chǎn)生單元6進(jìn)行供應(yīng)的氣體是從管G7的支路G9供應(yīng)，然后到達(dá)閥16，在閥16中實(shí)現(xiàn)附加的壓力減小。氣體通過(guò)管GlO運(yùn)送至處理單元8，處理單元8例如通過(guò)吸收或優(yōu)選地通過(guò)吸附來(lái)對(duì)氣體進(jìn)行凈化。凈化氣體通過(guò)Gll運(yùn)送至減溫器18，然后通過(guò)G12引入冷凝器14中。離開冷凝器14后，獲得液化氣體，所述液化氣體通過(guò)管LI到達(dá)控制閥20，然后通過(guò)L2以便到達(dá)用于液化天然氣LNG的存儲(chǔ)設(shè)備。
[0035]在此實(shí)現(xiàn)減壓站PLD的膨脹渦輪12與產(chǎn)生單元6之間的互動(dòng)。在圖2的這個(gè)實(shí)施方案中，在站PLD中的膨脹期間回收的能量用于在產(chǎn)生單元6中產(chǎn)生電能，并且在產(chǎn)生單元6中產(chǎn)生的熱量用于加熱進(jìn)入站PLD (即，在膨脹渦輪12上游)的氣體。
[0036]在圖2中首先應(yīng)注意的是，渦輪12連接至發(fā)電機(jī)G。因此，在渦輪12處回收機(jī)械能以便轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?。電因此得以回收，然后?duì)電動(dòng)機(jī)M進(jìn)行供