專利名稱：從富甲烷氣中脫氫氣、氮氣、一氧化碳并生產(chǎn)液化天然氣的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
從富甲烷氣中脫氫氣、氮氣、一氧化碳并生產(chǎn)液化天然氣的裝置技術(shù)領(lǐng)域[0001]本實用新型提供了一種從富甲烷氣中脫氫氣、氮氣、一氧化碳并生產(chǎn)液化天然氣的裝置。煤基合成氣、焦?fàn)t氣以及焦?fàn)t氣甲烷化后的氣體等除含有甲烷外，還含有氮氣、氫氣、一氧化碳，為得到液化天然氣，需將其脫除到一定程度，才能作為液化天然氣(LNG)產(chǎn)日女山口口廣出ο背景技術(shù)[0002]迫于環(huán)保及能源成本壓力，天然氣作為一次能源在社會各個領(lǐng)域所占比例正逐漸提升，其應(yīng)用領(lǐng)域已逐漸擴(kuò)大到發(fā)電、汽車用氣、工業(yè)用氣、城市居民用氣、化工用氣等方面，市場需求量迅速增加。傳統(tǒng)的天然氣管輸供應(yīng)方式仍為主流，但受原料條件及用戶分布限制，有相當(dāng)一部分資源無法進(jìn)行管道長距離輸送，需選擇液化的方式，將甲烷轉(zhuǎn)變?yōu)橐后w再采用靈活的運輸方式將其送往用戶終端。并且，液化天然氣(LNG)體積只有同量氣體體積的1/625，液化后可以降低貯存和運輸成本，且可以提高單位體積的燃值。液化天然氣工業(yè)的不斷發(fā)展，對天然氣液化方法和裝置在能耗、投資和效率等方面提出了更高的要求。[0003]對于某些富含甲烷氣體，例如煤基合成氣和焦?fàn)t氣甲烷化后得到的合成天然氣等，其組成除甲烷外，還含有氮氣、氫氣、一氧化碳等，為得到高純度的液化天然氣，需將其中的氮氣、氫氣、一氧化碳脫除到一定程度，才能作為液化天然氣(LNG)產(chǎn)品產(chǎn)出。[0004]目前常用的氣體分離方法一般有低溫液化分離、變壓吸附及膜分離等，每種技術(shù)方案均具有自己的特色且具有各自的應(yīng)用范圍。一般來說，變壓吸附及膜分離的分離純度較低，且產(chǎn)品產(chǎn)率及純度之間往往存在矛盾，而目前將低溫液化分離應(yīng)用于富甲烷氣體提純并生產(chǎn)液化天然氣的報道較少。實用新型內(nèi)容[0005]本實用新型的目的在于提供一種從含氫氣、氮氣、一氧化碳的富甲烷氣(富含甲烷的氣體)中脫除氫氣、氮氣、一氧化碳并將甲烷組分液化生產(chǎn)天然氣(LNG)的裝置，使本實用新型能將氫氣、氮氣、一氧化碳脫除的同時得到相比傳統(tǒng)裝置凈化效果更好的液化天然氣，工藝路線先進(jìn)，且較傳統(tǒng)裝置相比，系統(tǒng)能耗顯著降低。[0006]本實用新型提供一種從富甲烷的氣體中脫氫氣、氮氣、一氧化碳并生產(chǎn)液化天然氣的裝置。[0007]在第一實施方式中，該裝置包括一個冷箱，一個精餾塔，該精餾塔包括塔頂冷凝器和塔底再沸器，[0008]其中，該冷箱包括[0009]第一液相混合冷劑入口，其與冷箱的第一液相通道連接，該第一液相通道從冷箱中的換熱器的一個特定級的末端引出一根管道，經(jīng)由第一節(jié)流閥，與冷箱的一個冷劑返回通道連接，[0010]第二液相混合冷劑入口，其與冷箱的第二液相通道連接，該第二液相通道從換熱器的另一個特定級的末端引出一根管道，經(jīng)由第二節(jié)流閥，與上述冷劑返回通道連接，[0011]氣相冷劑入口，其與冷箱的第一氣相通道連接，該第一氣相通道從換熱器的再一個特定級的末端引出一根管道，經(jīng)由第三節(jié)流閥，與上述冷劑返回通道連接，[0012]與冷箱的第二氣相通道連接的一個富甲烷氣進(jìn)口和一個富甲烷液體出口，該富甲烷液體出口與精餾塔的塔底再沸器的富甲烷液體入口連接，[0013]與冷箱的混合流股通道連接的一個混合流股入口和一個混合流股出口，該混合流股入口位于冷箱中間換熱器，該混合流股入口與精餾塔的塔底再沸器的富甲烷液體出口連接，該混合流股出口與精餾塔中部連接，[0014]與冷箱的液化天然氣通道連接的一個液化天然氣入口和一個液化天然氣出口，該液化天然氣入口位于冷箱中間換熱器，與精餾塔的塔底再沸器的底部液化天然氣出口連接，[0015]與冷箱的液氮通道連接的液氮入口和液氮出口，液氮出口引出一根管道經(jīng)由第四節(jié)流閥與精餾塔塔頂冷凝器的液氮入口連接，[0016]與冷箱的氣氮通道連接的氣氮出口和氣氮入口，該氣氮入口與精餾塔頂部冷凝器的氣氮出口連接，[0017]與冷箱的氫氮混合氣通道連接的氫氮混合氣出口和氫氮混合氣入口，該氫氮混合氣入口與精餾塔塔頂冷凝器的頂部出口連接，[0018]精餾塔的塔底再沸器包括一個富甲烷液體入口、一個富甲烷液體出口、一個底部液化天然氣出口。[0019]在第一實施方式中，優(yōu)選的是，該第一液相通道從冷箱中的一級換熱器末端引出一根管道，經(jīng)由第一節(jié)流閥，與一個冷劑返回通道連接；該第二液相通道從二級換熱器的末端引出一根管道，經(jīng)由第二節(jié)流閥，與上述冷劑返回通道連接；該第一氣相通道從三級換熱器的末端引出一根管道，經(jīng)由第三節(jié)流閥，與上述冷劑返回通道連接。[0020]在第二實施方式中，該裝置包括一個冷箱，一個低壓精餾塔，一個高壓精餾塔，第一分離器、第二分離器，該低壓精餾塔包括塔頂冷凝器和塔底再沸器，該高壓精餾塔包括塔釜和塔頂冷凝器，[0021]其中，該冷箱包括[0022]第一液相混合冷劑入口，其與冷箱的第一液相通道連接，該第一液相通道從冷箱中換熱器的一個特定級的末端引出一根管道，經(jīng)由第一節(jié)流閥，與冷箱的一個冷劑返回通道連接，[0023]第二液相混合冷劑入口，其與冷箱的第二液相通道連接，該第二液相通道從換熱器的另一個特定級的末端引出一根管道，經(jīng)由第二節(jié)流閥，與上述冷劑返回通道連接，[0024]氣相冷劑入口，其與冷箱的第一氣相通道連接，該第一氣相通道從換熱器的再一個特定級的末端引出一根管道，經(jīng)由第三節(jié)流閥，與上述冷劑返回通道連接，[0025]與冷箱的第二氣相通道連接的一個富甲烷氣進(jìn)口和一個富甲烷液體出口，該富甲烷液體出口與低壓精餾塔的塔底再沸器的富甲烷液體入口連接，[0026]與冷箱的混合流股通道連接的一個混合流股入口和一個混合流股出口，該混合流股入口位于冷箱中間換熱器，該混合流股入口與低壓精餾塔的塔底再沸器的富甲烷液體出口連接，該混合流股出口與高壓精餾塔塔釜的混合流股入口連接，[0027]與冷箱的液化天然氣通道連接的一個液化天然氣入口和一個液化天然氣出口，該液化天然氣入口位于冷箱中間換熱器，與低壓精餾塔的塔底再沸器的底部液化天然氣出口連接，[0028]與冷箱的液氮通道連接的液氮入口和液氮出口，液氮出口引出一根管道經(jīng)由第四節(jié)流閥與低壓精餾塔塔頂冷凝器連接，經(jīng)由第五節(jié)流閥與高壓蒸餾塔塔頂冷凝器連接，[0029]與冷箱的氣氮通道連接的氣氮出口和氣氮入口，該氣氮入口與低壓精餾塔塔頂冷凝器和高壓精餾塔塔頂冷凝器的頂部出口連接，[0030]與冷箱的富氫氣通道連接的富氫氣出口和富氫氣入口，該富氫氣入口與第二分離器的頂部出口連接，[0031]與冷箱的富氮氣通道連接的富氮氣出口和富氮氣入口，該富氮氣入口與第一分離器的頂部出口連接，[0032]低壓精餾塔的塔底再沸器包括一個富甲烷液體入口、一個富甲烷液體出口、一個底部液化天然氣出口。[0033]低壓精餾塔的塔頂冷凝器與第一分離器的一個入口連接，其頂部出口與冷箱的氣氮入口連接，[0034]高壓精餾塔的塔釜具有底部出口，該底部出口經(jīng)由第六節(jié)流閥與低壓精餾塔的中部連接，并且具有一個入口，與冷箱的混合流股出口連接，[0035]高壓精餾塔的頂部冷凝器與第二分離器的一個入口連接，其頂部出口與冷箱的氣氮入口連接，[0036]第一分離器的底部出口與低壓精餾塔連接，其頂部出口與冷箱的富氮氣入口連接[0037]第二分離器的底部出口與高壓精餾塔連接，其頂部出口與冷箱的富氫氣入口連接。[0038]在第二實施方式中，優(yōu)選的是，該第一液相通道從冷箱中一級換熱器末端引出一根管道，經(jīng)由第一節(jié)流閥，與冷箱的一個冷劑返回通道連接；該第二液相通道從二級換熱器末端引出一根管道，經(jīng)由第二節(jié)流閥，與上述冷劑返回通道連接；該第一氣相通道從三級換熱器末端引出一根管道，經(jīng)由第三節(jié)流閥，與上述冷劑返回通道連接。[0039]使用上述裝置的工藝包括低溫液化工序和精餾分離工序兩部分；低溫液化工序包括由混合冷劑提供冷量在冷箱中實現(xiàn)天然氣的液化；精餾分離工序包括含氫氣、氮氣、一氧化碳的富甲烷混合氣體采用單塔精餾或雙塔精餾流程脫除氫氣、氮氣、一氧化碳；其中含氫氣、氮氣、一氧化碳的富甲烷的混合氣體依次經(jīng)冷箱、精餾塔底再沸器、冷箱將甲烷組分液化后，進(jìn)入精餾分離系統(tǒng)中脫除氮氣、氫氣、一氧化碳，得到氫氣含量< 4000ppm(優(yōu)選 ^ 3500ppm，更優(yōu)選< 3000ppm，進(jìn)一步優(yōu)選；^ 2500ppm，更進(jìn)一步優(yōu)選< 2000ppm，尤其優(yōu)選< 1700ppm，特別優(yōu)選< 1500ppm，最優(yōu)選< IOOOppm)，和氮氣含量< 8% (優(yōu)選< 7%， 更優(yōu)選< 6%，進(jìn)一步優(yōu)選< 5%，更進(jìn)一步優(yōu)選< 4%，更好< 3%，尤其優(yōu)選< 2%，特別優(yōu)選< 1.5%，更特別優(yōu)選< 1 %，最優(yōu)選<0.5%)，一氧化碳含量(優(yōu)選<8%，更優(yōu)選< 7%，進(jìn)一步優(yōu)選< 6%，更進(jìn)一步優(yōu)選< 5%，更好< 4%，再更好< 3%，尤其優(yōu)選 (2%，特別優(yōu)選彡1. 5%，更特別優(yōu)選彡1%，最優(yōu)選彡0. 5% )的液化天然氣(LNG)產(chǎn)品。[0040]一般情況下，在低溫液化工序中，冷箱的冷量由或主要由混合冷劑提供；第一股液6相混合冷劑首先進(jìn)入冷箱的第一液相通道，在板翅式換熱器組中被預(yù)冷至一定溫度后引出冷箱，經(jīng)節(jié)流閥節(jié)流后與從換熱器組后一級換熱器返回的混合冷劑流股匯合并反向進(jìn)入前一級換熱器為換熱器組提供冷量；第二股液相混合冷劑通過冷箱第二液相通道預(yù)冷至一定溫度后出冷箱，再經(jīng)節(jié)流閥節(jié)流后，與從換熱器組后一級換熱器返回的混合冷劑流股匯合返回?fù)Q熱器組前一級換熱器；一股氣相冷劑流股通過冷箱的一氣相通道冷卻至一定溫度， 再經(jīng)節(jié)流閥節(jié)流后反向進(jìn)入換熱器組為換熱器提供冷量。低溫液化部分在冷箱中完成，冷箱的冷量主要由混合冷劑提供。優(yōu)選，舉例來說，第一股液相混合冷劑首先進(jìn)入冷箱的第一液相通道，在其中被預(yù)冷至約10°C _30°C，經(jīng)第一個節(jié)流閥節(jié)流至0. 3 0. 6MPaA后與從板翅式換熱器組后一級換熱器返回的混合冷劑流股匯合并反向進(jìn)入前一級換熱器為換熱器組提供冷量；另外，第二股液相混合冷劑通過冷箱第二液相通道預(yù)冷至-30°C -80°C， 再經(jīng)第二個節(jié)流閥節(jié)流至0. 3 0. 6MPaA后，與從換熱器組后一級換熱器返回的混合冷劑流股匯合返回?fù)Q熱器組前一級換熱器；此外，一股氣相冷劑流股通過冷箱的一氣相通道冷卻至_135°C _171°C，再經(jīng)第三節(jié)流閥節(jié)流至0. 3 0. 6MPaA后反向進(jìn)入換熱器組為換熱器提供冷量。[0041]優(yōu)選地，在所述單塔精餾流程中，含氫氣、氮氣、一氧化碳的富甲烷的混合氣首先經(jīng)冷箱預(yù)冷(一般在-100°C至-140°c范圍，優(yōu)選在-105°c至-135°c范圍，更優(yōu)選在-110°c 至_130°C范圍，進(jìn)一步優(yōu)選在_115°C至_125°C范圍，尤其優(yōu)選在_118°C至_122°C范圍)， 之后進(jìn)入精餾塔的塔底再沸器為精餾塔提供熱量，混合流股出塔底再沸器后(一般，混合氣的自身溫度降低在_105°C至_145°C范圍，優(yōu)選在_107°C至_141°C范圍，更優(yōu)選在_112°C 至-138°C范圍，進(jìn)一步優(yōu)選在_116°C至_132°C范圍，尤其優(yōu)選在_120°C至范圍， 特別優(yōu)選在_121°C至_125°C范圍，最優(yōu)選在-121°C至_123°C范圍)返回冷箱的后序換熱器中繼續(xù)冷卻(一般至在-140°C至-170°C范圍，優(yōu)選在-145°C至_165°C范圍，更優(yōu)選在-150°C至-160°C范圍)，之后進(jìn)入精餾塔中精餾(一般操作壓力是在0. 15-2. 5MPaA范圍，優(yōu)選在0. 20-2. OMPaA范圍，更優(yōu)選在0. 25-1. 8MPaA范圍，進(jìn)一步優(yōu)選在0. 30-1. 5MPaA 范圍，特別優(yōu)選在0. 35-1. 4MPaA或0. 40-1. 4MPaA或0. 45-1. 4MPaA范圍)，塔頂部得到含有絕大部分的氫氣和少量的氮氣、一氧化碳的混合氣，該氫氣、氮氣、一氧化碳混合氣經(jīng)冷箱回收冷量(即復(fù)熱)后出冷箱系統(tǒng)作他用；精餾塔底部的液相返回冷箱中過冷至一定程度 (一般過冷至在-130°C至-170°C范圍，)后出冷箱系統(tǒng)，得到LNG產(chǎn)品。所得LNG產(chǎn)品具有以上所定義的范圍內(nèi)的氫氣含量和氮氣含量。這里，壓力單位MPaA(兆帕，絕對壓力)。[0042]作為優(yōu)選的方式，在上述單塔流程中在精餾塔中精餾時，從精餾塔的頂部引出的氣相進(jìn)入塔頂冷凝器中，經(jīng)液氮冷凝后，塔頂部得到含有絕大部分的氫氣和少量的氮氣、 一氧化碳的混合氣，塔底得到LNG產(chǎn)品，然后返回冷箱中進(jìn)行過冷操作后出冷箱系統(tǒng)，得到 LNG產(chǎn)品。優(yōu)選，精餾塔的塔頂冷凝器采用液氮提供冷量，液氮首先通過冷箱，并經(jīng)節(jié)流閥節(jié)流后進(jìn)入精餾塔的塔頂冷凝器來冷卻塔頂氣相物流，液氮出冷凝器后，以氣相的形式經(jīng)冷箱回收冷量后出冷箱系統(tǒng)。[0043]優(yōu)選地，所述雙塔精餾流程采用一臺低壓精餾塔和一臺高壓精餾塔；低壓精餾塔包括塔底的再沸器和塔頂?shù)睦淠?，高壓精餾塔包括塔頂?shù)睦淠?；低壓精餾塔頂部得到富氮氣、一氧化碳，高壓精餾塔頂部得到富氫氣。[0044]在優(yōu)選的情況下，在所述雙塔流程中，富甲烷的混合氣首先經(jīng)冷箱預(yù)冷，冷卻至一定溫度(一般至-100°C至-140°c范圍，優(yōu)選-105°c至-i;35°C范圍，更優(yōu)選-110°c至-130°c 范圍，進(jìn)一步優(yōu)選-115 °C至-125 °C范圍，尤其優(yōu)選-118 °C至-122 °C范圍)后出冷箱，進(jìn)入低壓精餾塔的塔底再沸器為低壓塔提供熱量，出塔底再沸器的流股(一般，它自身溫度降低至-105°C至_145°C范圍，優(yōu)選_107°C至_141°C范圍，更優(yōu)選_112°C至_138°C范圍，進(jìn)一步優(yōu)選-116°C至-132°C范圍，尤其優(yōu)選-120°C至-1觀°C范圍，特別優(yōu)選-121°C至-125°C 范圍，最優(yōu)選_121°C至_123°C范圍)返回冷箱繼續(xù)冷卻(一般至_145°C至-170°C范圍，優(yōu)選-147°C至_165°C范圍，進(jìn)一步優(yōu)選_148°C至_162°C范圍，更優(yōu)選_150°C至_160°C范圍) 后，入高壓精餾塔中精餾(一般操作壓力是在1.0-5. OMPaA范圍，優(yōu)選在1.5-4. 5MPaA范圍，更優(yōu)選在2. 0-4. OMPaA范圍，特別優(yōu)選在2. 5-3. 5MPaA范圍)，高壓精餾塔的塔頂?shù)玫綒怏w為富氫氣，經(jīng)冷箱回收冷量后出冷箱系統(tǒng)作他用；高壓精餾塔底部引出的液體(液相)進(jìn)行減壓(優(yōu)選利用節(jié)流減壓閥)(一般減壓至0. 15-1. OMPaA范圍，優(yōu)選0. 20-0. 9MPaA范圍， 更優(yōu)選0. 25-0. 85MPaA范圍，進(jìn)一步優(yōu)選在0. 30-0. 75MPaA范圍，特別優(yōu)選在0. 35-0. 7MPaA 或0. 40-0. 65MPaA或0. 45-0. 55MPaA范圍)，然后經(jīng)低壓精餾塔中部進(jìn)入低壓塔中精餾 (操作壓力在0. 15-1. OMPaA范圍，優(yōu)選在0. 20-0. 9MPaA范圍，更優(yōu)選在0. 25-0. 85MPaA范圍，進(jìn)一步優(yōu)選在0. 30-0. 75MPaA范圍，特別優(yōu)選在0. 35-0. 7MPaA或0. 40-0. 65MPaA或 0. 45-0. 55MPaA范圍)，塔頂氣體為富氮氣、一氧化碳，經(jīng)冷箱回收冷量后出冷箱系統(tǒng)作他用；低壓精餾塔的底部液相返回冷箱中過冷至一定程度(一般過冷至-140°C至-170°C范圍，)后作為液化天然氣產(chǎn)品引出，得到LNG產(chǎn)品。所得LNG產(chǎn)品具有以上所定義的范圍內(nèi)的氫氣含量、氮氣含量、一氧化碳含量。[0045]作為優(yōu)選的方式，在上述雙塔流程中在高壓精餾塔中精餾時，從高壓精餾塔的頂部引出的氣相另外進(jìn)入到塔頂冷凝器中冷凝(優(yōu)選經(jīng)液氮冷凝)，然后進(jìn)入到第一氣液分離器中進(jìn)行氣液分離，第一分離器底部的液相回流到高壓精餾塔中，分離器頂部得到富氫氣，優(yōu)選地，該富氫氣進(jìn)一步流經(jīng)冷箱回收冷量，被復(fù)熱后出冷箱系統(tǒng)。優(yōu)選，低壓精餾塔頂部引出的氣相送入該塔的頂部冷凝器中冷凝，然后經(jīng)第二分離器進(jìn)行氣液分離，第二分離器底部的液相回流入低壓精餾塔，第二分離器頂部得到富氮氣、一氧化碳，優(yōu)選地，該富氮氣、一氧化碳進(jìn)一步經(jīng)冷箱E4回收冷量，復(fù)熱后出冷箱系統(tǒng)作他用；經(jīng)精餾后，低壓精餾塔底部得到LNG產(chǎn)品，然后返回冷箱進(jìn)行過冷，出冷箱系統(tǒng)。[0046]在上述雙塔流程中，低壓精餾塔和高壓精餾塔兩者的塔頂冷凝器均采用液氮提供冷量，液氮經(jīng)冷箱后分為兩路，一路經(jīng)第一個節(jié)流閥節(jié)流后進(jìn)入低壓精餾塔的塔頂冷凝器， 另一路經(jīng)第二個節(jié)流閥節(jié)流后進(jìn)入高壓精餾塔的塔頂冷凝器，出高壓塔的塔頂冷凝器和低壓塔的塔頂冷凝器的兩股冷物流以氣氮的形式匯合，通過冷箱復(fù)熱后出系統(tǒng)。[0047]本實用新型的優(yōu)點[0048]1、本實用新型的裝置采用全新的分離氫氣、氮氣、一氧化碳的工藝路線，液化和分離都在低溫下進(jìn)行，在分離氫氣、氮氣、一氧化碳的同時就可制取LNG，經(jīng)濟(jì)可靠；[0049]2、單塔流程中的精餾塔及雙塔流程中的低壓精餾塔，其塔底再沸器的熱量均由工藝物流提供，不但省去外部熱源，降低了能耗，同時也冷卻了工藝物流；且將出塔底再沸器的物流繼續(xù)經(jīng)冷箱冷卻后再送入塔中精餾，相比出再沸器后直接入塔精餾，其能耗降低近 20%。[0050]3、雙塔流程中，低壓精餾塔分離富氮氣、一氧化碳，高壓精餾塔分離富氫氣，為高純度的氫氣、氮氣、一氧化碳的利用提供條件。

[0051]圖1是本實用新型的單塔工藝裝置圖；[0052]圖2是本實用新型的雙塔工藝裝置圖。
具體實施方式
[0053]本實用新型提供一種從富甲烷的氣體中脫氫氣、氮氣、一氧化碳以并生產(chǎn)液化天然氣的裝置。[0054]在單塔精餾實施方式中，該裝置包括一個冷箱E1，一個精餾塔Tl，該精餾塔包括塔頂冷凝器E3和塔底再沸器E2，[0055]其中，該冷箱E包括[0056]第一液相混合冷劑入口，其與冷箱的第一液相通道連接，該第一液相通道從一級換熱器末端引出一根管道，經(jīng)由第一節(jié)流閥VI，與冷箱E的一個冷劑返回通道連接，[0057]第二液相混合冷劑入口，其與冷箱的第二液相通道連接，該第二液相通道從二級換熱器末端引出一根管道，經(jīng)由第二節(jié)流閥V2，與上述冷劑返回通道連接，[0058]氣相冷劑入口，其與冷箱的第一氣相通道連接，該氣相通道從三級換熱器末端引出一根管道，經(jīng)由第三節(jié)流閥V3，與上述冷劑返回通道連接，[0059]與冷箱的第二氣相通道連接的一個富甲烷氣進(jìn)口和一個富甲烷液體出口，該富甲烷液體出口與精餾塔的塔底再沸器的富甲烷液體入口連接，[0060]與冷箱的混合流股通道連接的一個混合流股入口和一個混合流股出口，該混合流股入口位于冷箱中間換熱器，該混合流股入口與精餾塔的塔底再沸器的富甲烷液體出口連接，該混合流股出口與精餾塔中部連接，[0061]與冷箱的液化天然氣通道連接的一個液化天然氣入口和一個液化天然氣出口，該液化天然氣入口位于冷箱中間換熱器，與精餾塔的塔底再沸器的底部液化天然氣出口連接，[0062]與冷箱的液氮通道連接的液氮入口和液氮出口，液氮出口引出一根管道經(jīng)由第四節(jié)流閥V4與精餾塔塔頂冷凝器的液氮入口連接，[0063]與冷箱的氣氮通道連接的氣氮出口和氣氮入口，該氣氮入口與精餾塔頂部冷凝器的氣氮出口連接，[0064]與冷箱的氫氮混合氣通道連接的氫氮混合氣出口和氫氮混合氣入口，該氫氮混合氣入口與精餾塔塔頂冷凝器的頂部出口連接，[0065]精餾塔的塔底再沸器E2包括一個富甲烷液體入口、一個富甲烷液體出口、一個底部液化天然氣出口。[0066]在雙塔精餾實施方式中，該裝置包括一個冷箱E4，一個低壓精餾塔T2，一個高壓精餾塔T3，第一分離器T4、第二分離器T5，該低壓精餾塔包括塔頂冷凝器E5和塔底再沸器 E7，該高壓精餾塔包括塔釜和塔頂冷凝器E6，[0067]其中，該冷箱E4包括[0068]第一液相混合冷劑入口，其與冷箱的第一液相通道連接，該第一液相通道從一級換熱器末端引出一根管道，經(jīng)由第一節(jié)流閥V5，與冷箱的一個冷劑返回通道連接，[0069]第二液相混合冷劑入口，其與冷箱的第二液相通道連接，該第二液相通道從二級換熱器末端引出一根管道，經(jīng)由第二節(jié)流閥V6，與上述冷劑返回通道連接，[0070]氣相冷劑入口，其與冷箱的第一氣相通道連接，該氣相通道從三級換熱器末端引出一根管道，經(jīng)由第三節(jié)流閥V7，與上述冷劑返回通道連接，[0071 ] 與冷箱的第二氣相通道連接的一個富甲烷氣進(jìn)口和一個富甲烷液體出口，該富甲烷液體出口與低壓精餾塔的塔底再沸器的富甲烷液體入口連接，[0072]與冷箱的混合流股通道連接的一個混合流股入口和一個混合流股出口，該混合流股入口位于冷箱中間換熱器，該混合流股入口與低壓精餾塔的塔底再沸器的富甲烷液體出口連接，該混合流股出口與高壓精餾塔塔釜的混合流股入口連接，[0073]與冷箱的液化天然氣通道連接的一個液化天然氣入口和一個液化天然氣出口，該液化天然氣入口位于冷箱中間換熱器，與低壓精餾塔的塔底再沸器的底部液化天然氣出口連接，[0074]與冷箱的液氮通道連接的液氮入口和液氮出口，液氮出口引出一根管道經(jīng)由第四節(jié)流閥V8與低壓精餾塔塔頂冷凝器連接，經(jīng)由第五節(jié)流閥V9與高壓蒸餾塔塔頂冷凝器連接，[0075]與冷箱的氣氮通道連接的氣氮出口和氣氮入口，該氣氮入口與低壓精餾塔塔頂冷凝器和高壓精餾塔塔頂冷凝器的頂部出口連接，[0076]與冷箱的富氫氣通道連接的富氫氣出口和富氫氣入口，該富氫氣入口與第二分離器T5的頂部出口連接，[0077]與冷箱的富氮氣通道連接的富氮氣出口和富氮氣入口，該富氮氣入口與第一分離器T4的頂部出口連接，[0078]低壓精餾塔的塔底再沸器E7包括一個富甲烷液體入口、一個富甲烷液體出口、 一個底部液化天然氣出口。[0079]低壓精餾塔的塔頂冷凝器E5與第一分離器的一個入口連接，其頂部出口與冷箱的氣氮入口連接，[0080]高壓精餾塔的塔釜具有底部出口，該底部出口經(jīng)由第六節(jié)流閥VlO與低壓精餾塔的中部連接，并且具有一個入口，與冷箱的混合流股出口連接，[0081]高壓精餾塔的頂部冷凝器E6與第二分離器的一個入口連接，其頂部出口與冷箱的氣氮入口連接，[0082]第一分離器T4的底部出口與低壓精餾塔連接，其頂部出口與冷箱的富氮氣入口連接[0083]第二分離器T5的底部出口與高壓精餾塔連接，其頂部出口與冷箱的富氫氣入口連接。[0084]使用本實用新型的裝置的工藝包含低溫液化工序和精餾分離工序兩部分；低溫液化部分由混合冷劑提供冷量在冷箱中完成；精餾分離部分采用單塔或雙塔流程脫除氫氣、 氮氣、一氧化碳；含氫、氮氣、一氧化碳的富甲烷混合氣依次經(jīng)冷箱、精餾塔底再沸器、冷箱將甲烷組分液化后，進(jìn)入精餾分離系統(tǒng)中脫除氫氣、氮氣、一氧化碳，得到的LNG產(chǎn)品中氫氣含量< 2000ppm，氮氣含量< 4%，一氧化碳< 6%。[0085]低溫液化部分在冷箱中完成，冷箱的冷量主要由混合冷劑提供。參照附圖1，第一股液相混合冷劑首先進(jìn)入冷箱的第一液相通道，在其中被預(yù)冷至約10°c -30°c，經(jīng)節(jié)流閥Vl節(jié)流至0. 3 0. 6MPaA后與從板翅式換熱器組后一級換熱器返回的混合冷劑流股匯合并反向進(jìn)入前一級換熱器為換熱器組提供冷量。第二股液相混合冷劑通過冷箱第二液相通道預(yù)冷至_30°C _80°C，再經(jīng)節(jié)流閥V2節(jié)流至0. 3 0. 6MPaA后，與從換熱器組后一級換熱器返回的混合冷劑流股匯合返回?fù)Q熱器組前一級換熱器。一股氣相冷劑流股通過冷箱的一氣相通道冷卻至_135°C -171 °C，再經(jīng)節(jié)流閥V3節(jié)流至0. 3 0. 6MPaA后反向進(jìn)入換熱器組為換熱器提供冷量。[0086]雙塔流程中的低溫液化部分與單塔部分相同。雙塔流程的低溫液化部分也在冷箱中完成，冷箱的冷量主要由混合冷劑提供。參照附圖2，第一股液相混合冷劑首先進(jìn)入冷箱的第一液相通道，在其中被預(yù)冷至約10°C -30°C，經(jīng)節(jié)流閥V4節(jié)流至0. 3 0. 6MPaA后與從板翅式換熱器組后一級換熱器返回的混合冷劑流股匯合并反向進(jìn)入前一級換熱器為換熱器組提供冷量。第二股液相混合冷劑通過冷箱第二液相通道預(yù)冷至-30°C -80°C， 再經(jīng)節(jié)流閥V5節(jié)流至0. 3 0. 6MPaA后，與從換熱器組后一級換熱器返回的混合冷劑流股匯合返回?fù)Q熱器組前一級換熱器。一股氣相冷劑流股通過冷箱的一氣相通道冷卻至-135°C -171 °C，再經(jīng)節(jié)流閥V6節(jié)流至0. 3 0. 6MPaA后反向進(jìn)入換熱器組為換熱器提供冷量。[0087]精餾分離部分，參見附圖1，說明單塔流程如下[0088]含氫氣、氮氣、一氧化碳的富甲烷氣首先通過冷箱El的一氣相通道進(jìn)入冷箱中預(yù)冷，冷卻至-100 -140°c后，混合流股出冷箱E1，進(jìn)入精餾塔Tl的塔底再沸器E2作為精餾塔的熱源為其提供熱量，同時混合流股自身的溫度降至-105 _145°C，混合流股出塔底再沸器E2后返回冷箱El的后序換熱器中繼續(xù)冷卻，之后由精餾塔Tl中部進(jìn)入塔中精餾； 精餾塔Tl操作壓力控制在0. 15 2. OMPaA,塔頂部采出的氣相進(jìn)入塔頂冷凝器E3中，經(jīng)液氮冷凝后，從精餾塔Tl頂部得到含有絕大部分的氫氣及少量的氮氣、一氧化碳的混合氣， 氫氣、氮氣、一氧化碳的混合氣經(jīng)冷箱El復(fù)熱后出冷箱系統(tǒng)；精餾塔Tl底部得到LNG，其中的氫氣含量< 2000ppm，氮氣< 4%，一氧化碳< 6%，出精餾塔的LNG返回冷箱El中過冷至-135 -170°C后，作為產(chǎn)品出冷箱系統(tǒng)。[0089]精餾塔Tl塔頂冷凝器采用液氮提供冷量，液氮首先通過冷箱E1，并經(jīng)節(jié)流閥V4節(jié)流后進(jìn)入精餾塔塔頂冷凝器E3冷卻塔頂氣相物流，液氮出冷凝器E3后，以氣相的形式經(jīng)冷箱El回收冷量后出冷箱系統(tǒng)。[0090]參見附圖2，說明雙塔流程如下[0091]含氫氣、氮氣、一氧化碳的富甲烷氣首先通過冷箱E4的一氣相通道進(jìn)入冷箱E4， 混合氣預(yù)冷至-100 -140°c后出冷箱E4，進(jìn)入低壓精餾塔T2的塔底再沸器E7，作為低壓精餾塔T2的熱源為其提供熱量，同時自身溫度降至-105 -145°C，從低壓塔T2的塔底再沸器E7流出的流股返回冷箱E4中，繼續(xù)在冷箱E4的后序換熱器組中冷卻，冷卻至-145 -170°C后去高壓精餾塔T3塔釜，在高壓精餾塔T3中精餾，高壓精餾塔T3操作壓力控制在1. 0 5. OMPaA ；高壓塔T3塔頂引出的氣相進(jìn)入塔頂冷凝器E6中冷凝，后進(jìn)入第一個分離器T5中，從分離器T5底部得到的液相回流入高壓精餾塔T3中，分液器T5頂部得到富氫氣，富氫氣經(jīng)冷箱E4回收冷量，復(fù)熱后出冷箱系統(tǒng)作他用；高壓精餾塔T3底部引出的液相，經(jīng)節(jié)流閥VlO節(jié)流減壓至0. 15 l.OMPaA，進(jìn)入低壓精餾塔T2的中部精餾， 低壓精餾塔T2操作壓力控制在0. 15 1. OMPaA ；低壓精餾塔T2頂部引出氣相送入塔頂冷凝器E5中冷凝，然后經(jīng)第二分離器T4分液，分離器T4底部液相回流入低壓精餾塔T2中， 頂部得到富氮氣、一氧化碳，富氮氣、一氧化碳經(jīng)冷箱E4回收冷量，復(fù)熱后出冷箱系統(tǒng)作他用；經(jīng)精餾后，低壓精餾塔T2底部得到的LNG中的氫氣含量< 2000ppm，氮氣< 4 %，一氧化碳彡6%;出低壓精餾塔的LNG返回冷箱E4中繼續(xù)過冷至-145 _170°C后，作為產(chǎn)品出冷箱系統(tǒng)。[0092] 優(yōu)選，低壓精餾塔T2和高壓精餾塔T3塔頂冷凝器均采用液氮提供冷量，液氮經(jīng)冷箱E4后分為兩路，一路經(jīng)節(jié)流閥V8節(jié)流后進(jìn)入低壓精餾塔的塔頂冷凝器E5，另一路經(jīng)節(jié)流閥V9節(jié)流后進(jìn)入高壓精餾塔的塔頂冷凝器E6，出高壓塔的塔頂冷凝器E6和低壓塔的塔頂冷凝器E5的兩股冷物流以氣氮的形式匯合，通過冷箱E4復(fù)熱后出系統(tǒng)。
權(quán)利要求1.一種從富甲烷的氣體中脫氫氣、氮氣、一氧化碳并生產(chǎn)液化天然氣的裝置，該裝置包括一個冷箱，一個精餾塔，該精餾塔包括塔頂冷凝器和塔底再沸器，其中，該冷箱包括第一液相混合冷劑入口，其與冷箱的第一液相通道連接，該第一液相通道從冷箱中的換熱器的一個特定級的末端引出一根管道，經(jīng)由第一節(jié)流閥，與冷箱的一個冷劑返回通道連接，第二液相混合冷劑入口，其與冷箱的第二液相通道連接，該第二液相通道從換熱器的另一個特定級的末端引出一根管道，經(jīng)由第二節(jié)流閥，與上述冷劑返回通道連接，氣相冷劑入口，其與冷箱的第一氣相通道連接，該第一氣相通道從換熱器的再一個特定級的末端引出一根管道，經(jīng)由第三節(jié)流閥，與上述冷劑返回通道連接，與冷箱的第二氣相通道連接的一個富甲烷氣進(jìn)口和一個富甲烷液體出口，該富甲烷液體出口與精餾塔的塔底再沸器的富甲烷液體入口連接，與冷箱的混合流股通道連接的一個混合流股入口和一個混合流股出口，該混合流股入口位于冷箱中間換熱器，該混合流股入口與精餾塔的塔底再沸器的富甲烷液體出口連接， 該混合流股出口與精餾塔中部連接，與冷箱的液化天然氣通道連接的一個液化天然氣入口和一個液化天然氣出口，該液化天然氣入口位于冷箱中間換熱器，與精餾塔的塔底再沸器的底部液化天然氣出口連接，與冷箱的液氮通道連接的液氮入口和液氮出口，液氮出口引出一根管道經(jīng)由第四節(jié)流閥與精餾塔塔頂冷凝器的液氮入口連接，與冷箱的氣氮通道連接的氣氮出口和氣氮入口，該氣氮入口與精餾塔頂部冷凝器的氣氮出口連接，與冷箱的氫氮混合氣通道連接的氫氮混合氣出口和氫氮混合氣入口，該氫氮混合氣入口與精餾塔塔頂冷凝器的頂部出口連接，精餾塔的塔底再沸器包括一個富甲烷液體入口、一個富甲烷液體出口、一個底部液化天然氣出口。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，該第一液相通道從冷箱中的一級換熱器末端引出一根管道，經(jīng)由第一節(jié)流閥，與一個冷劑返回通道連接；該第二液相通道從二級換熱器的末端引出一根管道，經(jīng)由第二節(jié)流閥，與上述冷劑返回通道連接；該第一氣相通道從三級換熱器的末端引出一根管道，經(jīng)由第三節(jié)流閥，與上述冷劑返回通道連接。
3.一種從富甲烷的氣體中脫氫氣、氮氣、一氧化碳并生產(chǎn)液化天然氣的裝置，該裝置包括一個冷箱，一個低壓精餾塔，一個高壓精餾塔，第一分離器、第二分離器，該低壓精餾塔包括塔頂冷凝器和塔底再沸器，該高壓精餾塔包括塔釜和塔頂冷凝器，其中，該冷箱包括第一液相混合冷劑入口，其與冷箱的第一液相通道連接，該第一液相通道從冷箱中換熱器的一個特定級的末端引出一根管道，經(jīng)由第一節(jié)流閥，與冷箱的一個冷劑返回通道連接，第二液相混合冷劑入口，其與冷箱的第二液相通道連接，該第二液相通道從換熱器的另一個特定級的末端引出一根管道，經(jīng)由第二節(jié)流閥，與上述冷劑返回通道連接，氣相冷劑入口，其與冷箱的第一氣相通道連接，該第一氣相通道從換熱器的再一個特定級的末端引出一根管道，經(jīng)由第三節(jié)流閥，與上述冷劑返回通道連接，與冷箱的第二氣相通道連接的一個富甲烷氣進(jìn)口和一個富甲烷液體出口，該富甲烷液體出口與低壓精餾塔的塔底再沸器的富甲烷液體入口連接，與冷箱的混合流股通道連接的一個混合流股入口和一個混合流股出口，該混合流股入口位于冷箱中間換熱器，該混合流股入口與低壓精餾塔的塔底再沸器的富甲烷液體出口連接，該混合流股出口與高壓精餾塔塔釜的混合流股入口連接，與冷箱的液化天然氣通道連接的一個液化天然氣入口和一個液化天然氣出口，該液化天然氣入口位于冷箱中間換熱器，與低壓精餾塔的塔底再沸器的底部液化天然氣出口連接，與冷箱的液氮通道連接的液氮入口和液氮出口，液氮出口引出一根管道經(jīng)由第四節(jié)流閥與低壓精餾塔塔頂冷凝器連接，經(jīng)由第五節(jié)流閥與高壓蒸餾塔塔頂冷凝器連接，與冷箱的氣氮通道連接的氣氮出口和氣氮入口，該氣氮入口與低壓精餾塔塔頂冷凝器和高壓精餾塔塔頂冷凝器的頂部出口連接，與冷箱的富氫氣通道連接的富氫氣出口和富氫氣入口，該富氫氣入口與第二分離器的頂部出口連接，與冷箱的富氮氣通道連接的富氮氣出口和富氮氣入口，該富氮氣入口與第一分離器的頂部出口連接，低壓精餾塔的塔底再沸器包括一個富甲烷液體入口、一個富甲烷液體出口、一個底部液化天然氣出口。低壓精餾塔的塔頂冷凝器與第一分離器的一個入口連接，其頂部出口與冷箱的氣氮入口連接，高壓精餾塔的塔釜具有底部出口，該底部出口經(jīng)由第六節(jié)流閥與低壓精餾塔的中部連接，并且具有一個入口，與冷箱的混合流股出口連接，高壓精餾塔的頂部冷凝器與第二分離器的一個入口連接，其頂部出口與冷箱的氣氮入口連接，第一分離器的底部出口與低壓精餾塔連接，其頂部出口與冷箱的富氮氣入口連接第二分離器的底部出口與高壓精餾塔連接，其頂部出口與冷箱的富氫氣入口連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，該第一液相通道從冷箱中一級換熱器末端引出一根管道，經(jīng)由第一節(jié)流閥，與冷箱的一個冷劑返回通道連接；該第二液相通道從二級換熱器末端引出一根管道，經(jīng)由第二節(jié)流閥，與上述冷劑返回通道連接；該第一氣相通道從三級換熱器末端引出一根管道，經(jīng)由第三節(jié)流閥，與上述冷劑返回通道連接。
專利摘要一種從富甲烷氣中脫氫氣、氮氣、一氧化碳并生產(chǎn)液化天然氣的裝置。在一個實施方式中，該裝置包括一個冷箱和一個精餾塔，該精餾塔包括塔頂冷凝器和塔底再沸器。在另一個實施方式中，該裝置包括一個冷箱，一個低壓精餾塔，一個高壓精餾塔，第一分離器和第二分離器，該低壓精餾塔包括塔頂冷凝器和塔底再沸器，該高壓精餾塔包括塔釜和塔頂冷凝器。使用上述裝置，經(jīng)過低溫液化和精餾分離兩部分；低溫液化部分由混合冷劑提供冷量在冷箱中完成；精餾分離部分采用單塔或雙塔流程脫除氫氣、氮氣、一氧化碳；含氫氮的富甲烷混合氣依次經(jīng)冷箱、精餾塔底再沸器、冷箱將甲烷組分液化后，進(jìn)入精餾分離系統(tǒng)中脫除氫氣、氮氣、一氧化碳，得到的LNG產(chǎn)品中氫氣含量≤2000ppm，氮氣含量≤4％，一氧化碳≤6％。本實用新型提供了一種含有氫氣、氮氣、一氧化碳的富甲烷氣的天然氣液化裝置，在將氫氣、氮氣、一氧化碳脫除的同時得到相比傳統(tǒng)裝置分離效果更好的液化天然氣，工藝路線先進(jìn)，較傳統(tǒng)裝置相比，系統(tǒng)的能耗降低近20％。
文檔編號C01B3/50GK202297535SQ20112036729
公開日2012年7月4日 申請日期2011年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月30日
發(fā)明者何振勇, 傅建青, 張生, 蔚龍, 鄭忠英 申請人:新地能源工程技術(shù)有限公司