原料气中LNG的低温制取系统的制作方法

本发明涉及气体净化和气体液化领域，尤其涉及一种原料气中LNG的低温制取系统。

背景技术：

含二氧化碳的天然气广泛存在，天然气原料气液化前需脱除二氧化碳，避免二氧化碳低温形成的干冰对换热器及管道造成堵塞。

特别的，对于沼气，沼气由50％-80％甲烷(CH4)、20％-40％二氧化碳(CO2)、0％-5％氮气(N2)、小于1％的氢气(H2)、小于0.4％的氧气(O2)与0.1％-3％硫化氢(H2S)等气体组成。由于沼气中含有的二氧化碳占据较大组分比例，导致沼气的燃烧热值显著低于天然气，并极大的限制了沼气的应用场景。而沼气净化制取生物制天然气领域，二氧化碳组分高其脱除成本高，导致当前的大量沼气缺乏经济可行的利用手段，造成资源浪费和环境污染。将沼气净化后制取LNG(液化天然气)是具有潜力的沼气集输模式，在当前的技术水平及条件下，常规做法是先将沼气中的二氧化碳脱除制取纯净的生物制天然气，再通过制冷制取LNG，该模式存在成本高的问题，经济性差的问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种原料气中LNG的低温制取系统，旨在用于解决现有的沼气中LNG制取成本较高的问题。

本发明是这样实现的：

本发明实施例提供一种原料气中LNG的低温制取系统，包括进气管以及LNG储罐，还包括可制冷的制冷组件以及可组分分离的第一精馏塔，所述制冷组件包括第一换热器，所述进气管与所述第一精馏塔进料口连通，原料气通过所述进气管于所述第一换热器换热，所述第一精馏塔的出气口与所述LNG储罐通过出气管连通，所述第一精馏塔的馏出气体通过所述出气管于所述第一换热器内换热，所述第一精馏塔的塔底馏出液通往二氧化碳收集箱。

进一步地，还包括BOG冷量收集通道，所述LNG储罐内排出的BOG气体通过所述BOG冷量收集通道于所述第一换热器内换·热。

进一步地，还包括第二精馏塔，所述第一精馏塔馏出气体经冷却后进入所述第二精馏塔进行二次精馏，所述第二精馏塔的出气口通过所述出气管与所述LNG储罐连通。

进一步地，所述第一精馏塔的馏出气体进入所述第二精馏塔之前于所述第一换热器内换热。

进一步地，所述第二精馏塔的塔底馏出液导至所述第一换热器内换热。

进一步地，所述第二精馏塔馏出液换热后产生的气体输送至燃气发电机进行燃烧发电或者通过增压并再行汇入所述进气管进行二次处理或者制取天然气并入管网或制取CNG。

进一步地，还包括可制冷的第二换热器，所述第一精馏塔的塔顶馏出气在所述第二换热器内部分冷凝并作为塔顶回流液回流至所述第一精馏塔，经所述第二换热器的原料气进入所述第一换热器内换热。

进一步地，还包括一端与所述第一精馏塔的塔底连接的二氧化碳排出管，所述二氧化碳排出管另一端连接有两个支管，其中一所述支管连接所述液态二氧化碳收集箱，另一所述支管内的二氧化碳于所述第一换热器内换热。

进一步地，沿冷媒流路方向于所述制冷组件的冷凝器后侧串联有供热单元，所述供热单元通过抽取所述制冷组件的制冷介质对所述第一精馏塔供热或者通过载热循环传热至所述第一精馏塔。

本发明具有以下有益效果：

本发明的制取系统中，原料气通过进气管进入第一换热器内进行换热降温，使得进气管内为气液两相流体，且将其输送至第一精馏塔，第一精馏塔通过低温精馏原理及技术，将原料气中的二氧化碳和甲烷进行分馏，塔釜的塔顶输出净化后的生物质天然气，且通过出气管收集至LNG储罐，且第一精馏塔的馏出气体通过出气管进入第一换热器内，即通过第一换热器可以对分离的天然气进行继续再次降温，而塔底输出液态二氧化碳，且可收集至液态二氧化碳收集箱内。通过上述的工作方式不但可以分离出原料气中的二氧化碳，而且能够制取LNG，整个过程制取效率高，经济性比较好。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明实施例提供的原料气中LNG的低温制取系统的结构示意图；

图2为图1的原料气中LNG的低温制取系统采用供热单元向第一精馏塔供热的结构示意图；

图3为图1的原料气中LNG的低温制取系统设置第二精馏塔的结构示意图；

图4为图1的原料气中LNG的低温制取系统的第二精馏塔设置排气管的结构示意图；

图5为图1的原料气中LNG的低温制取系统设置有第二换热器的结构示意图；

图6为图1的原料气中LNG的低温制取系统设置二氧化碳排出管的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

参见图1以及图2，本发明实施例提供一种原料气中LNG的低温制取系统，包括进气管1以及LNG储罐2，其中进气管1是用于导入原料气，而原料气主要是沼气(已脱除水分以及硫化氢等杂质)，LNG储罐2则是用于储存原料气中分离出的LNG，制取系统还包括制冷组件3以及第一精馏塔4，制冷组件3用于制冷，而第一精馏塔4则是通过低温蒸馏技术达到气液分离的目的，其中制冷组件3主要由压缩机31、冷凝器32、第一换热器33、节流件34或膨胀机、管道组成循环回路，制冷介质在压缩机31内压缩成高温高压气体，经冷凝器32冷却至常温，再输入至第一换热器33并被冷却至低温，再通过节流件34或膨胀做功变成低温低压介质，在第一换热器33内释放冷能，以回热的形式冷却高压的制冷介质，第一精馏塔4则包括塔釜与塔底，塔釜高于塔底，且塔釜的底部与塔底连通，塔底的顶部与塔釜连通，且通过塔釜加热部件可以达到低温蒸馏的目的，进气管1与塔釜连通，则原料气通过进气管1于第一换热器33换热，塔釜的出气口与LNG储罐2通过出气管5连通，且第一精馏塔4的馏出气体通过出气管5进入第一换热器33内，另外第一精馏塔4的塔底连接有液态二氧化碳收集箱41，其能够收集液态的二氧化碳。本发明中，原料气导入进气管1后，且经第一换热器33换热制冷后，原料气温度降低，其中二氧化碳相变为液态，即导入第一精馏塔4内的塔釜为气液两相流体，第一精馏塔4通过低温精馏原理及技术，将原料气中的二氧化碳和甲烷进行分馏，第一精馏塔4的塔釜的出气口输出净化后的生物质天然气，塔底输出液态二氧化碳且被收集至液态二氧化碳收集箱41，生物质天然气经出气管5输入至第一换热器33内进一步冷冻成更低温度的LNG输出至LNG储罐2，LNG储罐2接收液化LNG并存储，一般在出气管5上还应设置有阀门，控制出气管5的通断。在上述过程中，不但可以分离出原料气中的二氧化碳，而且能够制取LNG，整个过程制取效率高，经济性比较好。通常，制取系统还包括有BOG(闪蒸器)收集罐6，BOG收集罐6与LNG储罐2之间通过导气管61连通，LNG储罐2内的BOG通过导气管61于第一换热器33内。本实施例中，增设有BOG收集罐6，则LNG储罐2内的BOG经导气管61可被收集至BOG收集罐6内，且在经过第一换热器33时可回收导气管内BOG的冷能。另外，对于第一精馏塔4的低温精馏技术可以采用制冷组件3来供热，具体地，沿冷媒流路方向在制冷组件3的冷凝器32的后侧串联有供热单元35，且该供热单元35可以通过抽取制冷组件3的制冷介质对第一精馏塔4供热或者通过载热循环的方式传热至第一精馏塔4，对于载热循环主要是由泵驱动载热介质，在第一精馏塔4的塔釜供热结构42处吸收热量，进而在第一精馏塔4的塔釜内释放热量。

参见图3，优化上述实施例，制取系统还包括有第二精馏塔7，第一精馏塔4的出气口与第二精馏塔7的塔釜连通，第二精馏塔7的出气口通过出气管5与LNG储罐2连通。本实施例中，在第一精馏塔4与LNG储罐2之间的流路上增设有第二精馏塔7，而第二精馏塔7与第一精馏塔4的结构功能类似，三者依次串联，经第一精馏塔4净化后的生物质天然气被导入第二精馏塔7内进行再次精馏，可以更深层次的脱除二氧化碳，获取更纯净的生物质天然气输出至出气管5内，且经第一换热器33换热制冷后制取LNG，且被收集至LNG储罐2内。

参见图4，继续优化上述实施例，第一精馏塔4导出的生物质天然气先被导至第一换热器33内继续制冷，在达到更低温度后导入第二精馏塔7内。在第二精馏塔7的塔底连接有排气管71，而第二精馏塔7的馏出气体通过排气管71导入第一换热器33换热。通常，在第一精馏塔4内二氧化碳大部分被分离，第二精馏塔7的塔底排出的液体中则是富含甲烷，二氧化碳含量比较低，通过排气管71将该液体排出，且在经过第一换热器33时，通过第一换热器33的换热作用将液态的甲烷相变为气态。对于排气管71排出的气体则可以根据需要进行有效利用，比如可以输送至燃气发电机进行燃烧发电；或者通过增加后再并行汇入进气管1，通过进气管1依次导入第一精馏塔4进行再次精馏收集；或者可以将制取的天然气并入官网内或者制取CNG(压缩天然气)，从而可以提高原料气中甲烷的利用率。

参见图5，进一步地，在另外的实施例中，制取系统还包括有第二换热器8，第二换热器8也是用于制冷，第一精馏塔4的馏出气体通过出气管5于第二换热器8内。本实施例中，第一精馏塔4分离出的生物质天然气先经过第二换热器8制冷获取更低温后进入第一换热器33内再次换热制冷，最后经由出气管5导至LNG储罐2内收集。另外，针对第二换热器8结构，第二换热器8还设置有导液管，导液管连通出气管5与第一精馏塔4的塔釜，通过这种结构可以在第一精馏塔4的塔釜顶部形成回流效果，第一精馏塔4顶输出净化后的生物质天然气蒸气，进入塔顶的第二换热器8，第二换热器8由外部冷却介质供冷，或从第一换热器33抽取一路冷流体供冷，蒸汽在第二换热器8内部分冷凝为液体回流至第一精馏塔4的塔釜，其它蒸汽进入第一换热器33内，进一步冷冻液化成LNG。

参见图6，进一步地，在另外的实施例中，制取系统还包括有一段与第一精馏塔4的塔底连接的二氧化碳排出管9，二氧化碳排出管9另一端连接有两个支管91，其中一个支管91连接液态二氧化碳收集箱41，另一支管91则穿过第一换热器33。本实施例中，第一精馏塔4的塔底输出的液态二氧化碳可以根据需要进行利用，比如通过其中一个支管91可以导出液态二氧化碳，用于制备干冰，还可以通过另一支管91排出，而在排出的过程中液态二氧化碳进入第一换热器33内回收冷能，液态二氧化碳相变为气态二氧化碳，可以用于制备气态二氧化碳产品。当然应在每一支管91上均设置有阀门，通过阀门可以控制对应支管91的通断，进而可以根据需要选择对应的支管91打开。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。