液化天然氣及高純氮聯(lián)產(chǎn)設(shè)備及生產(chǎn)方法
【專利摘要】一種天然氣液化聯(lián)產(chǎn)高純氮設(shè)備，包括壓縮機(jī)、換熱器、脫氮精餾塔、制冷劑分離罐、液化天然氣儲(chǔ)罐，其特征在于：所述天然氣液化聯(lián)產(chǎn)高純氮設(shè)備還包括重?zé)N分離罐、脫氮精餾塔再沸器、冷凝器、回流液分離罐，脫氮精餾塔包括位于上部的精餾段及位于下部的提留段，精餾段內(nèi)設(shè)有若干塔板；制冷劑分離罐包括第一至第三制冷劑分離罐，換熱器包括換熱器熱段、換熱器冷段。從根本上解決了上述問題。其生產(chǎn)液化天然氣質(zhì)量高、效率高，并能同時(shí)生產(chǎn)高純度的氮?dú)?，具有極高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。
【專利說明】液化天然氣及高純氮聯(lián)產(chǎn)設(shè)備及生產(chǎn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及氣體液化系統(tǒng)【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是一種液化天然氣及高純氮聯(lián)產(chǎn)設(shè)備及生產(chǎn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前天然氣液化裝置建設(shè)數(shù)量呈逐年遞增的趨勢(shì)，由于天然氣中有不同含量的氮?dú)獯嬖?，天然氣在液化過程中對(duì)氮?dú)獾姆蛛x是必要的環(huán)節(jié)。天然氣液化裝置分離高純度氮?dú)馐枪?jié)能型天然氣液化系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)。難點(diǎn)是分離高純氮?dú)庠O(shè)備的開發(fā)及分離需要冷量的提供方式，解決不好會(huì)增加系統(tǒng)的投入及增大系統(tǒng)的功耗，造成裝置氮?dú)夥蛛x不徹底。本裝置通過多次流程計(jì)算論證及對(duì)低溫精餾塔的設(shè)計(jì)改進(jìn)，提高氮?dú)馓崛〖兌?，滿足排放要求并可作為產(chǎn)品外銷。本裝置的研發(fā)成功，提高產(chǎn)品性能，增加了裝置的產(chǎn)品品種數(shù)量，提高企業(yè)市場競爭力。
[0003]常規(guī)天然氣中均含有氮元素，隨著天然氣的分布區(qū)域不同其含量也不相同，含量少的可不到1%，含量多的超過10%，液化天然氣中隨著氮含量的增加，天然氣熱值減少，系統(tǒng)液化功耗增加。如果分離不徹底，排放氮?dú)庵械奶烊粴猓磿?huì)造成天然氣提取率的降低，同時(shí)帶來溫室氣體(天然氣的放空)，不符合節(jié)能減排的環(huán)保理念。目前在天然氣中制取氮?dú)獾募兌却蟾艦?5%左右，本裝置通過自身分離出高純氮?dú)鉂M足了天然氣液化裝置本身需要氮?dú)獾囊螅苊饬酥频O(shè)備運(yùn)行帶來的費(fèi)用。而且高純氮?dú)膺€可根據(jù)實(shí)際情況，作為產(chǎn)品銷售。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種液化天然氣及高純氮聯(lián)產(chǎn)設(shè)備及生產(chǎn)方法，從根本上解決了上述問題。其生產(chǎn)液化天然氣質(zhì)量高、效率高，并能同時(shí)生產(chǎn)高純度的氮?dú)猓哂袠O高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。
[0005]本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的:該天然氣液化聯(lián)產(chǎn)高純氮設(shè)備包括壓縮機(jī)、換熱器、脫氮精餾塔、制冷劑分離罐、液化天然氣儲(chǔ)罐，其技術(shù)要點(diǎn)是:所述天然氣液化聯(lián)產(chǎn)高純氮設(shè)備還包括重?zé)N分離罐、脫氮精餾塔再沸器、冷凝器、回流液分離罐，脫氮精餾塔包括位于上部的精餾段及位于下部的提留段，精餾段內(nèi)設(shè)有若干塔板；制冷劑分離罐包括第一至第三制冷劑分離罐，換熱器包括換熱器熱段、換熱器冷段；
壓縮機(jī)的進(jìn)料管與制冷劑原料進(jìn)料管相連，壓縮機(jī)的出料管與換熱器熱段的進(jìn)料管相連，換熱器熱段的出料管分別與天然氣原料的進(jìn)料管、重?zé)N分離罐的進(jìn)料管、第一制冷劑分離罐的進(jìn)料管、第三制冷劑分離罐的進(jìn)料管、制冷劑原料進(jìn)料管相連；
重?zé)N分離罐的出料管分別與換熱器冷段的進(jìn)料管、重?zé)N出料管相連；第三制冷劑分離罐的出料管與換熱器熱段的進(jìn)料管相連，第一制冷劑分離罐的出料管與第二制冷劑分離罐的進(jìn)料管相連，第二制冷劑分離罐的出料管與換熱器冷段的進(jìn)料管相連；
換熱器冷段的出料管分別與第三制冷劑分離罐的進(jìn)料管、液化天然氣儲(chǔ)罐的進(jìn)料管、脫氮精餾塔再沸器、脫氮精餾塔精餾段的進(jìn)料管、純氮出料管相連；脫氮精餾塔再沸器的出料管與換熱器冷段的進(jìn)料管相連；脫氮精餾塔提留段的出料管換熱器冷段的進(jìn)料管相連，脫氮精餾塔精餾段的出料管與冷凝器的進(jìn)料管相連，冷凝器的出料管與回流液分離罐的進(jìn)料管相連；回流液分離罐的出料管分別與換熱器冷段的進(jìn)料管、脫氮精餾塔精餾段的進(jìn)料管相連。
[0006]該天然氣液化聯(lián)產(chǎn)高純氮設(shè)備的生產(chǎn)方法，其技術(shù)要點(diǎn)是:天然氣原料的進(jìn)料管中的天然氣經(jīng)換熱器熱段換熱后進(jìn)入重?zé)N分離罐，在重?zé)N分離罐內(nèi)脫除重?zé)N后進(jìn)入換熱器冷段換熱液化；液化后的天然氣料液在溫度-89°C?_115°C，絕壓5.0MPa時(shí)進(jìn)入脫氮精餾塔再沸器，出脫氮精餾塔再沸器后返回?fù)Q熱器冷段，換熱后在溫度_144°C，絕壓1.36MPa時(shí)進(jìn)入脫氮精餾塔精餾段，精餾段的氮?dú)庠诿摰s塔塔內(nèi)上升濃縮至溫度-161.4°C，絕壓
1.35MPa，然后經(jīng)塔頂離開脫氮精餾塔進(jìn)入冷凝器，冷凝后進(jìn)入回流液分離罐，由回流液分離罐排除后的液氮進(jìn)入換熱器冷段為天然氣的液化提供冷量，然后由換熱器冷段復(fù)出后得到高純度氮?dú)?；天然氣在脫氮精餾塔內(nèi)濃縮后然后塔底部通入換熱器冷段，節(jié)流后通入液化天然氣儲(chǔ)罐。
[0007]本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)及積極的技術(shù)效果是:脫氮精餾塔采用多級(jí)蒸餾，在一定絕壓下，利用互溶液體混合物各組分的沸點(diǎn)或飽和蒸汽壓不同，使輕組分(沸點(diǎn)較低或飽和蒸汽壓較高的組分)氣化，經(jīng)多次部分液相氣化和部分氣相冷凝，使氣相中的輕組分和液相中的重組分濃度逐漸升高，從而實(shí)現(xiàn)分離。利用高效的精餾塔，將天然氣中的氮?dú)夥蛛x，塔體為圓柱形，塔內(nèi)間隔裝有若干塔板。液體由精餾段上部進(jìn)入流過每層塔板，氣體由精餾段下部進(jìn)入穿過每層塔板，每層塔板上有一定液層，以保持氣液接觸。在總體上氣液呈逆流，在每塊塔板上氣液形成對(duì)流。比傳統(tǒng)的制氮精餾塔具有更大的換熱面積。
[0008]采用本發(fā)明的設(shè)備后，在滿足天然氣液化的同時(shí)，提高了液化天然氣的品質(zhì)，同時(shí)得到了高純度氮?dú)猱a(chǎn)品，既可作為液化天然氣生產(chǎn)中的制冷劑，又可作為高純氮外銷。經(jīng)計(jì)算，對(duì)于一套日產(chǎn)50萬Nm3的天然氣液化裝置，減少氮?dú)庵迫⊙b置投入300萬元，節(jié)約制單設(shè)備運(yùn)行耗電200千瓦時(shí)，電費(fèi)按照0.7元每千瓦時(shí)計(jì)算，每天可節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用3360元，每年可為用戶節(jié)約110萬元。如果氮?dú)饪勺鳟a(chǎn)品外銷，按0.5元/Nm3計(jì)算，按自身裝置消耗200Nm3/h，則可外銷1300Nm3/h，年銷售額可達(dá)500萬。綜上所述，采用本發(fā)明的設(shè)備，不但提高了液化天然氣的產(chǎn)品質(zhì)量，并同時(shí)生產(chǎn)出高純度氮?dú)?，提高了企業(yè)的市場競爭力。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。
[0010]圖1是本發(fā)明的工藝流程圖；
圖2是脫氮精餾塔的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。
[0011]圖中序號(hào)說明:1換熱器熱段、2重?zé)N分離罐、3換熱器冷段、4脫氮精餾塔再沸器、5脫氮精餾塔、6第一制冷劑分離罐、7第二制冷劑分離罐、8第三制冷劑分離罐、9壓縮機(jī)、10冷凝器、11回流液分離罐、12液化天然氣儲(chǔ)罐、13塔板。
【具體實(shí)施方式】
[0012]根據(jù)圖f 2詳細(xì)說明本發(fā)明的具體結(jié)構(gòu)。該天然氣液化聯(lián)產(chǎn)高純氮設(shè)備天然氣液化聯(lián)產(chǎn)高純氮設(shè)備，包括壓縮機(jī)9、換熱器、脫氮精餾塔5、制冷劑分離罐、液化天然氣儲(chǔ)罐12等部分。其中，天然氣液化聯(lián)產(chǎn)高純氮設(shè)備還包括重?zé)N分離罐2、脫氮精餾塔再沸器4、冷凝器10、回流液分離罐11，脫氮精餾塔5包括位于上部的精餾段及位于下部的提留段，精餾段內(nèi)設(shè)有若干塔板13。制冷劑分離罐包括第一至第三制冷劑分離罐8，換熱器包括換熱器熱段1、換熱器冷段3。
[0013]壓縮機(jī)9的進(jìn)料管與制冷劑原料進(jìn)料管相連，壓縮機(jī)9的出料管與換熱器熱段I的進(jìn)料管相連，換熱器熱段I的出料管分別與天然氣原料的進(jìn)料管、重?zé)N分離罐2的進(jìn)料管、第一制冷劑分離罐6的進(jìn)料管、第三制冷劑分離罐8的進(jìn)料管、制冷劑原料進(jìn)料管相連。
[0014]重?zé)N分離罐2的出料管分別與換熱器冷段3的進(jìn)料管、重?zé)N出料管相連。第三制冷劑分離罐8的出料管與換熱器熱段I的進(jìn)料管相連，第一制冷劑分離罐6的出料管與第二制冷劑分離罐7的進(jìn)料管相連，第二制冷劑分離罐7的出料管與換熱器冷段3的進(jìn)料管相連。
[0015]換熱器冷段3的出料管分別與第三制冷劑分離罐8的進(jìn)料管、液化天然氣儲(chǔ)罐12的進(jìn)料管、脫氮精餾塔5再沸器4、脫氮精餾塔精餾段的進(jìn)料管、純氮出料管相連。脫氮精餾塔再沸器4的出料管與換熱器冷段3的進(jìn)料管相連。脫氮精餾塔5提留段的出料管換熱器冷段3的進(jìn)料管相連，脫氮精餾塔5精餾段的出料管與冷凝器10的進(jìn)料管相連，冷凝器10的出料管與回流液分離罐11的進(jìn)料管相連?；亓饕悍蛛x罐11的出料管分別與換熱器冷段3的進(jìn)料管、脫氮精餾塔5精餾段的進(jìn)料管相連。
[0016]當(dāng)天然氣在重?zé)N分離罐2內(nèi)脫除重?zé)N后，進(jìn)入換熱器冷段3，換熱液化。此時(shí)的液化天然氣純度較低，仍含有少量氮?dú)?，料液?jīng)過脫氮精餾塔再沸器4，此時(shí)的溫度為-89°C?_115°C，絕壓5.0MPa，為其提供熱源，為精餾操作提供一定量連續(xù)上升的蒸氣氣流。隨后出脫氮精餾塔再沸器4進(jìn)入換熱器冷段3繼續(xù)換熱，料液再次進(jìn)入脫氮精餾塔精餾段，此時(shí)的溫度為_144°C，絕壓1.36MPa，輕組分(氮?dú)?在塔內(nèi)逐漸濃縮，離開脫氮精餾塔5塔頂后的溫度為-161.40C，絕壓為1.35MPa。冷凝進(jìn)入分離罐11，一部分液氮(純度99.9%)作為餾出液，因其溫度很低，再次進(jìn)入換熱器冷段3為天然氣的液化提供冷量，復(fù)溫出冷箱后，作為高純度氮?dú)怃N售。另一部分液氮(純度99.9%)被送入脫氮精餾塔5內(nèi)作為回流液?；亓饕河糜谘a(bǔ)充塔板13上的輕組分，使塔板13上的液體組成保持穩(wěn)定，保證脫氮精餾塔5內(nèi)精餾操作持續(xù)穩(wěn)定地進(jìn)行。而重組分(LNG)在塔底濃縮后，在換熱器冷段3中換熱過冷液化，節(jié)流后通入LNG儲(chǔ)罐12。
[0017]本發(fā)明所涉及的Nm3是指標(biāo)準(zhǔn)立方米，其中N是指標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)，即溫度20°C絕壓I標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，標(biāo)準(zhǔn)立方米為工業(yè)上氣體流量的常用表示方法。
【權(quán)利要求】
1.一種天然氣液化聯(lián)產(chǎn)高純氮設(shè)備，包括壓縮機(jī)、換熱器、脫氮精餾塔、制冷劑分離罐、液化天然氣儲(chǔ)罐，其特征在于:所述天然氣液化聯(lián)產(chǎn)高純氮設(shè)備還包括重?zé)N分離罐、脫氮精餾塔再沸器、冷凝器、回流液分離罐，脫氮精餾塔包括位于上部的精餾段及位于下部的提留段，精餾段內(nèi)設(shè)有若干塔板；制冷劑分離罐包括第一至第三制冷劑分離罐，換熱器包括換熱器熱段、換熱器冷段； 壓縮機(jī)的進(jìn)料管與制冷劑原料進(jìn)料管相連，壓縮機(jī)的出料管與換熱器熱段的進(jìn)料管相連，換熱器熱段的出料管分別與天然氣原料的進(jìn)料管、重?zé)N分離罐的進(jìn)料管、第一制冷劑分離罐的進(jìn)料管、第三制冷劑分離罐的進(jìn)料管、制冷劑原料進(jìn)料管相連； 重?zé)N分離罐的出料管分別與換熱器冷段的進(jìn)料管、重?zé)N出料管相連；第三制冷劑分離罐的出料管與換熱器熱段的進(jìn)料管相連，第一制冷劑分離罐的出料管與第二制冷劑分離罐的進(jìn)料管相連，第二制冷劑分離罐的出料管與換熱器冷段的進(jìn)料管相連； 換熱器冷段的出料管分別與第三制冷劑分離罐的進(jìn)料管、液化天然氣儲(chǔ)罐的進(jìn)料管、脫氮精餾塔再沸器、脫氮精餾塔精餾段的進(jìn)料管、純氮出料管相連；脫氮精餾塔再沸器的出料管與換熱器冷段的進(jìn)料管相連；脫氮精餾塔提留段的出料管換熱器冷段的進(jìn)料管相連，脫氮精餾塔精餾段的出料管與冷凝器的進(jìn)料管相連，冷凝器的出料管與回流液分離罐的進(jìn)料管相連；回流液分離罐的出料管分別與換熱器冷段的進(jìn)料管、脫氮精餾塔精餾段的進(jìn)料管相連。
2.使用權(quán)利要求1所述天然氣液化聯(lián)產(chǎn)高純氮設(shè)備的生產(chǎn)方法，其特征在于:天然氣原料的進(jìn)料管中的天然氣經(jīng)換熱器熱段換熱后進(jìn)入重?zé)N分離罐，在重?zé)N分離罐內(nèi)脫除重?zé)N后進(jìn)入換熱器冷段換熱液化；液化后的天然氣料液在溫度-89°C?_115°C，絕壓5.0MPa時(shí)進(jìn)入脫氮精餾塔再沸器，出脫氮精餾塔再沸器后返回?fù)Q熱器冷段，換熱后在溫度-144°C，絕壓1.36MPa時(shí)進(jìn)入脫氮精餾塔精餾段，精餾段的氮?dú)庠诿摰s塔塔內(nèi)上升濃縮至溫度-161.4°C，絕壓1.35MPa，然后經(jīng)塔頂離開脫氮精餾塔進(jìn)入冷凝器，冷凝后進(jìn)入回流液分離罐，由回流液分離罐排除后的液氮進(jìn)入換熱器冷段為天然氣的液化提供冷量，然后由換熱器冷段復(fù)出后得到高純度氮?dú)?；天然氣在脫氮精餾塔內(nèi)濃縮后然后塔底部通入換熱器冷段，節(jié)流后通入液化天然氣儲(chǔ)罐。
【文檔編號(hào)】F25J3/02GK103644706SQ201310668914
【公開日】2014年3月19日 申請(qǐng)日期:2013年12月11日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月11日
【發(fā)明者】楊光達(dá), 石麗華, 王振雷 申請(qǐng)人:遼寧哈深冷氣體液化設(shè)備有限公司