一种基于CRS技术的氮气膨胀液化脱碳的系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于CRS技术的氮气膨胀液化脱碳的系统，其特征在于，包括氮气膨胀系统、天然气冷凝脱碳系统；所述氮气膨胀系统包括氮气管道，氮气管道依次连接第一压缩机、第一冷却器、第二压缩机、第二冷却器，第二冷却器出口和第一板式换热器、第一膨胀机、第二板式换热器、与第一板式换热器；所述天然气冷凝脱碳系统包括含CO2的天然气管道，含CO2的天然气管道依次连接第一板式换热器、第二膨胀机、用于分离二氧化碳的旋流粒子分离装置、第三压缩机、第二板式换热器；所述天然气冷凝脱碳系统和氮气膨胀系统通过第一板式换热器和第二板式换热器进行耦合。该系统占地面积小，设备简单，成本低，符合海上FPLNG液化流程。符合海上FPLNG液化流程。符合海上FPLNG液化流程。

【技术实现步骤摘要】
一种基于CRS技术的氮气膨胀液化脱碳的系统及方法


[0001]本专利技术属于气体处理领域，具体涉及一种基于CRS技术的氮气膨胀液化脱碳的系统及方法。

技术介绍

[0002]公开该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在增加对本专利技术的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
[0003]我国海洋天然气资源丰富，根据第三次石油资源评价结果，海洋天然气资源量为16万亿立方米，占全国总量的30％，主要分布在渤海和南海；对于某些气源，若采用传统的海洋固定平台或海底管道等方式，多数气田会因成本或技术限制而无法投入开采；近年来，海洋工程界提出了浮式液化天然气生产储卸装置(LNG Floating Production Storage and Offloading unit，FLNG，又称：FPSO
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LNG)，该装置集海上天然气/石油气的液化、储存、装卸和外运为一体，利用LNG易于运输与储存的特点，降低边际小气田、深海天然气及伴生气资源的开采成本，实现边际效益资源的开发。
[0004]目前，已开发的脱碳技术主要有低温精馏、溶剂吸收、吸附和膜分离；低温精馏技术在天然气脱碳领域的应用主要集中在国外，且常用于分离回收油田伴生气中的CO2，而我国在这方面的应用还鲜有报道；物理吸收剂与CO2间无明显化学作用，解吸能耗低，但其与CO2间较弱的亲和作用也导致CO2脱除率较低；化学吸收法吸收效率高且选择性好，但仍存在许多亟待优化的问题，如对设备腐蚀性强、解吸能耗高等；PSA法在工艺和高性能吸附剂的研究和应用取得一定进展，但其在天然气脱碳领域的大规模应用仍处于探索阶段；而且，其吸附过程始终存在流动死区和吸附不均匀等问题；膜分离过程不发生相变，在能耗、设备占地面积及成本等方面具有一定优势，而且可灵活调变的级数工艺也赋予其更大的操作弹性，但该技术也面临膜材料稳定性差的问题；天然气液化后在较高的压力(1
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2MPa)下储存运输(PLNG)，其对应的冷凝温度也由传统流程的
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160℃明显提高至
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100
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120℃；由于冷凝温度的提高，CO2在LNG中的溶解度也由0.01％左右显著提高到1.00％～3.30％，为此采用浮式带压液化技术是个不错的选择；对于一般的膨胀液化流程有着换热面积大，液化率低的缺点，将膨胀液化流程与带压液化流程相结合可以解决这一问题，而且对于二氧化碳的脱除技术，目前大都采用气固分离的方式，容易产生固态的CO2，从而堵塞管道。

技术实现思路

[0005]为解决现有技术中存在的问题，本专利技术的目的是提供一种基于CRS技术的氮气膨胀液化脱碳的系统及方法；天然气脱CO2的凝结旋流分离(condensed rotational separation，CRS)技术，利用换热器和膨胀机使富含CO2的天然气降温，促使其中的CO2发生凝结相变产生液滴，夹杂大量CO2液滴的气液混合物进入旋流粒子分离装置(rotating particle separator，RPS)，在旋流粒子分离装置的微通道内利用高速旋转产生的离心力
实现凝结液滴的分离，液体CO2经泵加压后外输，净化后天然气经压缩机加压后进入下游流程。
[0006]本专利技术的第一方面，提供一种基于CRS技术的氮气膨胀液化脱碳的系统，所述系统包括天然气冷凝脱碳系统、氮气膨胀系统；
[0007]所述氮气膨胀系统包括氮气管道，氮气管道依次连接第一压缩机、第一冷却器、第二压缩机、第二冷却器，第二冷却器出口和第一板式换热器第一热流进口相连，第一板式换热器第一热流出口和第一膨胀机进口相连，第一膨胀机出口和第二板式换热器冷流进口相连，第二板式换热器冷流出口与第一板式换热器冷流相连；
[0008]所述天然气冷凝脱碳系统包括含CO2的天然气管道，含CO2的天然气管道与第一板式换热器第二热流进口相连，换热器第二热流出口依次连接第二膨胀机、用于分离二氧化碳的旋流粒子分离装置、第三压缩机，第三压缩机出口与第二板式换热器热流相连；
[0009]所述天然气冷凝脱碳系统和氮气膨胀系统通过第一板式换热器和第二板式换热器进行耦合。
[0010]本专利技术的第二方面，提供一种基于CRS技术的氮气膨胀液化脱碳的方法，所述方法为：
[0011]含CO2的天然气依次经过第一板式换热器和第二膨胀机进行冷凝液化，之后经过旋流粒子分离装置进行气液分离，分离后的气相进入第三压缩机进行压缩，最后经过第二板式换热器进行冷凝液化；
[0012]氮气经过二级压缩升高压力，并经过二次冷却器降低温度，进入到第一板式换热器进一步降温，冷却后的N2在经过膨胀机降低压力，此时N2的温度降低，进入到第一板式换热器进一步深冷脱碳后的天然气，最后进入第一板式换热器进行换热，以此循环。
[0013]本专利技术实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
[0014](1)天然气采用带压液化流程，可以大大增加CO2的溶解度，减少功耗，CO2在含量在0.5％以下，会溶解在LNG中，不需要预处理脱除CO2；
[0015](2)本专利技术的方法占地面积小，设备简单，成本较低，符合海上FPLNG液化流程；
[0016](3)本专利技术采用气液分离的方式，有效的防止了固态CO2的产生，避免堵塞管道。
附图说明
[0017]构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
[0018]图1是本专利技术的控制系统的结构示意图；
[0019]图1中：1
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第一压缩机、2
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第一冷却器、3
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第二压缩机、4
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第二冷却器、5
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第一板式换热器、6
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第一膨胀机、7
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第二板式换热器、8
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第二膨胀机、9
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旋流粒子分离装置、10
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第三压缩机；R
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round表示N2进行循环。
具体实施方式
[0020]应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本专利技术提供进一步的说明。除非另有指明，本专利技术使用的所有技术和科学术语具有与本专利技术所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。
[0021]需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
[0022]具体地，本专利技术是通过如下所述的技术方案实现的：
[0023]本专利技术的第一方面，提供一种基于CRS技术的氮气膨胀液化脱碳的系统，所述系统包括天然本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于CRS技术的氮气膨胀液化脱碳的系统，其特征在于，包括氮气膨胀系统、天然气冷凝脱碳系统；所述氮气膨胀系统包括氮气管道，氮气管道依次连接第一压缩机、第一冷却器、第二压缩机、第二冷却器，第二冷却器出口和第一板式换热器第一热流进口相连，第一板式换热器第一热流出口和第一膨胀机进口相连，第一膨胀机出口和第二板式换热器冷流进口相连，第二板式换热器冷流出口与第一板式换热器冷流相连；所述天然气冷凝脱碳系统包括含CO2的天然气管道，含CO2的天然气管道与第一板式换热器第二热流进口相连，换热器第二热流出口依次连接第二膨胀机、用于分离二氧化碳的旋流粒子分离装置、第三压缩机，第三压缩机出口与第二板式换热器热流相连；所述天然气冷凝脱碳系统和氮气膨胀系统通过第一板式换热器和第二板式换热器进行耦合。2.如权利要求1所述的基于CRS技术的氮气膨胀液化脱碳的系统，其特征在于，所述第一板式换热器冷流出口与第一压缩机相连。3.一种基于CRS技术的氮气膨胀液化脱碳的方法，其特征在于，所述方法为：含CO2的天然气依次经过第一板式换热器和第二膨胀机进行冷凝液化，之后经过旋流粒子分离装置进行气液分离，分离...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱建鲁，李玉星，韩辉，刘金华，胡其会，王武昌，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，
类型：发明
国别省市：