本發(fā)明涉及在天然氣中回收乙烷并聯(lián)產(chǎn)粗氦的裝置及方法，特別適用天然氣中含有一定量的C2+和少量的氦氣的氣質(zhì)條件，達(dá)到生產(chǎn)乙烷產(chǎn)品和粗氦的目的。
背景技術(shù)：
大部分的天然氣輕烴回收廠僅回收C3+后將剩余氣相作為產(chǎn)品氣外輸，而天然氣中還有大部分的乙烷和一定量的氦氣并未回收利用。以乙烷為原料的乙烯工廠建設(shè)投資和運(yùn)行成本均很低，并且氦氣(He)因獨(dú)特的性質(zhì)而在許多領(lǐng)域有著重要的用途。為更大化的利用產(chǎn)品天然氣，實(shí)現(xiàn)天然氣產(chǎn)品多元化，提升經(jīng)濟(jì)價(jià)值，將天然氣中的乙烷和氦氣回收利用不失為一種好的選擇。
目前天然氣乙烷回收工廠主要采用液相過(guò)冷和氣相過(guò)冷工藝，氦氣回收工廠一般是聯(lián)產(chǎn)LNG，未回收乙烷，缺少一種生產(chǎn)乙烷并聯(lián)產(chǎn)氦氣的有效技術(shù)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
為了克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明提供了一種天然氣中回收乙烷聯(lián)產(chǎn)粗氦的裝置及方法，具有原料氣適應(yīng)范圍廣、乙烷和氦氣回收率高和能耗低的優(yōu)點(diǎn)。
本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種天然氣中回收乙烷聯(lián)產(chǎn)粗氦的裝置，包括預(yù)冷換熱器、低溫分離器、脫甲烷塔、脫乙烷塔、主換熱器和氦氣提濃塔，其中：
預(yù)冷換熱器、低溫分離器、脫甲烷塔、主換熱器、氦氣提濃塔、氦氣塔頂冷凝器和氦氣塔頂回流罐依次相連；
氦氣提濃塔塔底的液相出口依次與主換熱器、預(yù)冷器換熱器、膨脹機(jī)連接；
氦氣提濃塔塔底的液相出口依次與氦氣提濃塔塔頂冷凝器、主換熱器連接；
脫甲烷塔的液相出口與脫乙烷塔相連，脫乙烷塔的氣相出口依次與冷劑蒸發(fā)器、脫乙烷塔頂回流罐相連；
所述預(yù)冷換熱器與單一冷劑制冷系統(tǒng)相連；所述主換熱器與混和冷劑制冷系統(tǒng)相連。
本發(fā)明還提供了一種天然氣中回收乙烷聯(lián)產(chǎn)粗氦的方法，包括如下步驟：含乙烷和氦的干燥天然氣進(jìn)入預(yù)冷換熱器預(yù)冷后，進(jìn)入低溫分離器，然后進(jìn)入脫甲烷塔；
脫甲烷塔塔底出來(lái)的C2+進(jìn)入脫乙烷塔進(jìn)行分餾，脫乙烷塔塔頂出來(lái)的氣相進(jìn)入冷劑蒸發(fā)器冷凝，然后進(jìn)入脫乙烷塔塔頂回流罐進(jìn)行分離，得到的氣相為乙烷產(chǎn)品；脫乙烷塔底出來(lái)的液相為C3+；
脫甲烷塔塔頂出來(lái)的氣相進(jìn)入氦氣提濃塔，氦氣提濃塔塔頂出來(lái)的氣相進(jìn)入氦氣提濃塔塔頂冷凝器冷凝后，進(jìn)入氦氣提濃塔塔頂回流罐進(jìn)行分離，分離后得到的氣相為粗氦產(chǎn)品；
氦氣提濃塔塔底出來(lái)的大部分液相依次通過(guò)主換熱器和預(yù)冷器換熱器換熱后，再通過(guò)膨脹機(jī)同軸增壓端增壓后作為產(chǎn)品天然氣外輸；
氦氣提濃塔塔底出來(lái)的少部分液相進(jìn)入氦氣提濃塔塔頂冷凝器提供冷量換熱后再返輸至主換熱器中換熱回收冷量，提供冷量后的天然氣作為燃料氣外輸。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的積極效果是：在保證外輸產(chǎn)品天然氣滿(mǎn)足國(guó)家一類(lèi)氣質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的天然氣高熱值要求的前提下，回收乙烷，C3+和氦氣，提升天然氣經(jīng)濟(jì)價(jià)值，實(shí)現(xiàn)天然氣產(chǎn)品多元化。并且回收得到的乙烷產(chǎn)品可作為乙烯的優(yōu)質(zhì)原料，并且在一定程度少減少了石腦油、原油等其他乙烯原料氣的用量，而得到的氦氣產(chǎn)品也可用于軍工、醫(yī)療、科研、石化、醫(yī)療、光電子產(chǎn)品的生產(chǎn)，可在很大程度上帶動(dòng)下游產(chǎn)業(yè)。
本發(fā)明設(shè)置兩套獨(dú)立的制冷系統(tǒng)，可以根據(jù)原料氣不同的氣質(zhì)條件做出相應(yīng)的調(diào)整，因此具有適應(yīng)范圍廣的特點(diǎn)。
本發(fā)明中乙烷回收率高達(dá)90％以上，乙烷混烴回收率高達(dá)95％以上，氦氣回收率高達(dá)99％以上。
附圖說(shuō)明
本發(fā)明將通過(guò)例子并參照附圖的方式說(shuō)明，其中：
圖1是本裝置的工藝原理流程圖。
具體實(shí)施方式
一種天然氣中回收乙烷聯(lián)產(chǎn)粗氦的裝置，如圖1所示，包括：預(yù)冷換熱器1、低溫分離器2、膨脹機(jī)3、脫甲烷塔4、脫甲烷塔塔底重沸器5、脫乙烷塔6、脫乙烷塔塔底重沸器7、冷劑蒸發(fā)器8、脫乙烷塔塔頂回流罐9、脫乙烷塔塔頂回流泵10、單一冷劑制冷系統(tǒng)11、主換熱器12、氦氣提濃塔13、氦氣提濃塔塔底蒸發(fā)器14、氦氣提濃塔塔頂冷凝器15、氦氣提濃塔塔頂回流罐16、氦氣提濃塔塔頂回流泵17和混合冷劑制冷系統(tǒng)18。其中：
預(yù)冷換熱器1依次與低溫分離器2、膨脹機(jī)3、脫甲烷塔4和主換熱器12連接；主換熱器12的天然氣出口與脫甲烷塔4上部進(jìn)口相連。
低溫分離器2出口的液相與脫甲烷塔4直接相連；脫甲烷塔4出口的液相與脫乙烷塔6直接相連；脫乙烷塔6與冷劑蒸發(fā)器8、脫乙烷塔頂回流罐9、脫乙烷塔頂回流泵10依次相連；脫乙烷塔頂回流泵10的出口與脫乙烷塔6塔頂入口相連；脫甲烷塔4底部設(shè)有脫甲烷塔底重沸器5，用于為脫甲烷塔4底部提供熱量；脫乙烷塔6底部設(shè)有脫乙烷塔底重沸器7，用于為脫乙烷塔6底部提供熱量。
脫甲烷塔4塔頂?shù)臍庀喑隹诜謩e與氦氣提濃塔塔底蒸發(fā)器14和主換熱器12相連，主換熱器12的天然氣出口分別與脫甲烷塔4塔頂?shù)倪M(jìn)口和氦氣提濃塔13的進(jìn)口相連。氦氣提濃塔塔底蒸發(fā)器14的物流出口與氦氣提濃塔13的進(jìn)口相連。氦氣提濃塔13與氦氣塔頂冷凝器15、氦氣塔頂回流罐16、氦氣塔頂回流泵17依次相連；氦氣提濃塔塔頂回流泵17的出口與氦氣提濃塔13塔頂入口相連。氦氣提濃塔13底部設(shè)有氦氣提濃塔塔底蒸發(fā)器14，用于為氦氣提濃塔13底部提供熱量；單一冷劑制冷系統(tǒng)11與預(yù)冷換熱器1相連，用于為預(yù)冷換熱器1提供換熱所需的冷量；混合冷劑制冷系統(tǒng)18與主換熱器12相連，用于為主換熱器12提供換熱所需的冷量。
氦氣提濃塔13塔底的液相出口依次與主換熱器12、預(yù)冷器換熱器1、膨脹機(jī)3連接；氦氣提濃塔13塔底的液相出口依次與氦氣提濃塔塔頂冷凝器15、主換熱器12連接。
由于含乙烷和氦的原料天然氣的預(yù)冷、產(chǎn)品天然氣的復(fù)熱(冷量回收)在預(yù)冷換熱器1中進(jìn)行，因此預(yù)冷換熱器1與單一冷劑制冷系統(tǒng)11相連，為其提供不足的冷量。預(yù)冷的原料天然氣和脫除C2+的天然氣的冷凝，脫出氦氣的天然氣的復(fù)熱(冷量回收)均在主換熱器12中進(jìn)行，因此主換熱器12與混和冷劑制冷系統(tǒng)18相連，為其提供不足的冷量。
本發(fā)明還提供了一種天然氣中回收乙烷聯(lián)產(chǎn)粗氦的方法，包括如下步驟：
3.0～～7.0MPa的干燥含乙烷和氦天然氣與預(yù)冷換熱器1相連，經(jīng)過(guò)預(yù)冷換熱器1預(yù)冷至-40～～-65℃左右后，經(jīng)過(guò)低溫分離器2分離出的氣相大部分(約60～～70％左右)進(jìn)入膨脹機(jī)3，膨脹后的氣相壓力至2.0～～4.0MPa后直接進(jìn)入脫甲烷塔4，剩余少部分氣相(約30～～40％左右)繼續(xù)進(jìn)入主換熱器12進(jìn)一步冷凝至-70～～-95℃后再進(jìn)入脫甲烷塔4上部。低溫分離器2分離出的液相則節(jié)流至2.2～～4.5MPa后直接進(jìn)入脫甲烷塔4。脫甲烷塔的壓力控制在2.8～～3.6MPa。
脫甲烷塔4塔底出來(lái)的C2+直接進(jìn)入脫乙烷塔6，脫乙烷塔6的壓力控制在2.6～～3.2MPa，經(jīng)過(guò)脫乙烷塔6分餾后，塔頂出來(lái)的氣相與冷劑蒸發(fā)器8相連，部分冷凝至-30～15℃左右后通過(guò)脫乙烷塔塔頂回流罐9分離得到的液體則通過(guò)脫乙烷塔塔頂回流泵10輸送至脫乙烷塔6塔頂作為其回流液，脫乙烷塔塔頂回流罐9分離得到的氣相則為乙烷產(chǎn)品，可直接外售，也可以冷凝為液體外售。
脫甲烷塔4塔頂出來(lái)的氣相少部分與氦氣提濃塔塔底蒸發(fā)器14相連，為其提供熱量，剩余大部分進(jìn)入主換熱器12，冷凝至-90～～-115℃后，一部分(約10～～20％左右)返回至脫甲烷塔4塔頂，剩余部分與來(lái)自氦氣提濃塔塔底蒸發(fā)器14的物流混合后直接進(jìn)入氦氣提濃塔13，氦氣提濃塔壓力控制在2.7～～3.3MPa。氦氣提濃塔13塔頂出來(lái)的-95～～-105℃氣相進(jìn)入氦氣提濃塔塔頂冷凝器15，被來(lái)自氦氣提濃塔13塔底的少部分液相提供冷量冷凝至-130～～-150℃后，進(jìn)入氦氣提濃塔塔頂回流罐16進(jìn)行分離：分離后得到的液相通過(guò)氦氣提濃塔塔頂回流泵17直接輸送至氦氣提濃塔13塔頂，作為其回流液；分離后得到的氣相為粗氦產(chǎn)品，經(jīng)過(guò)精氦裝置繼續(xù)處理則可得到精氦產(chǎn)品。
氦氣提濃塔13塔底出來(lái)的大部分(75～～95％)液相依次通過(guò)主換熱器12和預(yù)冷器換熱器1換熱至20～～40℃后，再通過(guò)膨脹機(jī)3同軸增壓端增壓后作為產(chǎn)品天然氣外輸。氦氣提濃塔13塔底出來(lái)的少部分液相經(jīng)節(jié)流至0.2～～0.4MPa后進(jìn)入氦氣提濃塔塔頂冷凝器15提供冷量換熱后再返輸至主換熱器12中換熱回收冷量，提供冷量后的天然氣輸送至工廠燃料氣系統(tǒng)作為工廠燃料氣，或者增壓后外輸。
本發(fā)明中與預(yù)冷換熱器和主換熱器相連的兩個(gè)制冷系統(tǒng)為兩個(gè)不同溫位的制冷系統(tǒng)，兩者獨(dú)立，互不干擾，可在一定程度增加裝置的穩(wěn)定性。
本發(fā)明中與預(yù)冷換熱器相連的單一冷劑制冷系統(tǒng)11中的單一冷劑是指常溫沸點(diǎn)在-35～～-60℃左右的制冷劑，例如：丙烷、R134a、氨等。
本發(fā)明中與預(yù)冷換熱器相連的混合冷劑制冷系統(tǒng)18中的混合冷劑是指常溫沸點(diǎn)在-70～～125℃左右的混合制冷劑，其中主要含有：甲烷、乙烷、乙烯、丙烷、丁烷、戊烷和氮?dú)獾取?/p>
本發(fā)明中脫甲烷塔、脫乙烷塔和氦氣提濃塔均分別設(shè)有重沸器。
本發(fā)明中脫甲烷塔、脫乙烷塔和氦氣提濃塔可以是板式塔也可以是填料塔。
本發(fā)明中脫乙烷塔底出來(lái)的液相為C3+，可根據(jù)用戶(hù)需求決定是否通過(guò)脫丁烷塔分餾得到LPG產(chǎn)品和穩(wěn)定輕烴產(chǎn)品外售，也可以直接外售。實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品多元化。