本發(fā)明涉及一種天然氣液化過程中氮?dú)饷摮⑻峒冄b置及方法，尤其是一種用于大型天然氣液化過程中氮?dú)饷摮⑻峒冄b置及方法。

背景技術(shù)：

隨著我國環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)的提高和能源結(jié)構(gòu)調(diào)整的要求，液化天然氣（LNG）作為清潔能源得到了迅猛發(fā)展。LNG的廣泛使用對(duì)保護(hù)生態(tài)環(huán)境、優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)可持續(xù)發(fā)展，具有重要的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)意義。

在LNG產(chǎn)業(yè)鏈中，LNG一般以飽和液體形態(tài)儲(chǔ)存于絕熱儲(chǔ)罐中，因此天然氣液化和LNG儲(chǔ)存是重要的兩個(gè)環(huán)節(jié)。當(dāng)LNG中氮?dú)夂窟^高時(shí)，容易引發(fā)LNG儲(chǔ)罐內(nèi)的翻滾事故，不同密度層的LNG在儲(chǔ)罐內(nèi)迅速上下翻動(dòng)混合，瞬間產(chǎn)生大量氣化氣的現(xiàn)象。此時(shí)罐內(nèi)LNG的氣化量為平時(shí)自然蒸發(fā)量的10~50倍，將導(dǎo)致儲(chǔ)罐內(nèi)的氣壓迅速上升并超過設(shè)定的安全壓力，使儲(chǔ)罐出現(xiàn)超壓現(xiàn)象。如果不及時(shí)通過安全閥排放，就可能造成儲(chǔ)罐的機(jī)械損傷，除了帶來經(jīng)濟(jì)上的損失及環(huán)境污染，還存在安全風(fēng)險(xiǎn)。國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 19024-2003《液化天然氣的一般特性》中明確指出“預(yù)防此類型翻滾的最好方法是保持LNG的含氮量低于1%，并且密切監(jiān)測(cè)氣化速率”。

因此，設(shè)計(jì)一種天然氣液化過程中將脫除的氮?dú)饷摮M(jìn)行提純的工藝裝置及方法勢(shì)在必行。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于克服現(xiàn)有技術(shù)缺陷，提供一種氮?dú)饷摮Ч?、回收氮?dú)饧兌雀叩奶烊粴庖夯^程中氮?dú)饷摮⑻峒冄b置及方法。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供的天然氣液化過程中氮?dú)饷摮⑻峒冄b置，包括液化冷箱、第一節(jié)流閥、脫氮塔、第二節(jié)流閥、脫氮塔重沸器、脫氮塔回流罐、脫氮塔回流泵、氮?dú)馓釢馑⒌獨(dú)馓釢馑妆?、脫氮冷箱、氮?dú)庋h(huán)壓縮機(jī)、冷卻器、第三節(jié)流閥、氮?dú)馓釢馑亓鞴蓿?/p>

所述液化冷箱、第一節(jié)流閥、脫氮塔上部入口依次通過管道連接；

所述脫氮塔頂部出口、液化冷箱、脫氮塔回流罐、脫氮塔回流泵、脫氮塔頂部回流口依次通過管道連接；脫氮塔底部出口、液化冷箱、第二節(jié)流閥依次通過管道連接；脫氮塔下部出口、脫氮塔重沸器、脫氮塔下部入口依次通過管道連接；

所述脫氮塔回流罐頂部出口與氮?dú)馓釢馑虏咳肟谕ㄟ^管道連接；

所述氮?dú)馓釢馑撞砍隹?、氮?dú)馓釢馑妆谩⒚摰敳炕亓骺谝来瓮ㄟ^管道連接；氮?dú)馓釢馑敳砍隹凇⒚摰湎?、氮?dú)庋h(huán)壓縮機(jī)、冷卻器依次通過管道連接；

所述冷卻器、脫氮冷箱、第三節(jié)流閥、氮?dú)馓釢馑亓鞴蕖⒌獨(dú)馓釢馑敳炕亓骺谝来瓮ㄟ^管道連接；

所述氮?dú)馓釢馑亓鞴揄敳砍隹谂c脫氮冷箱通過管道連接；

作為改進(jìn)，所述脫氮塔和/或氮?dú)馓釢馑榘迨剿蛱盍纤?/p>

本發(fā)明還公開了一種天然氣液化過程中氮?dú)饷摮⑻峒兎椒ǎㄈ缦虏襟E：

第一步、將經(jīng)脫硫、脫碳、脫水、脫重?zé)N后的含氮?dú)獾奶烊粴饨?jīng)液化冷箱冷凝后經(jīng)管道去第一節(jié)流閥節(jié)流降壓，再經(jīng)管道進(jìn)入脫氮塔上部進(jìn)行精餾脫除天然氣中的氮?dú)?；其中，脫氮塔底部液相（即脫出了氮?dú)獾囊夯烊粴猓┙?jīng)管道進(jìn)入液化冷箱冷卻，經(jīng)管道去第二節(jié)流閥節(jié)流降壓后經(jīng)管道至下一步工序儲(chǔ)存；脫氮塔下部液相經(jīng)管道進(jìn)入脫氮塔重沸器加熱后經(jīng)管道返回脫氮塔下部入口，進(jìn)行控制脫氮塔底液相中氮?dú)獾暮浚桓缓獨(dú)獾奶烊粴鈴拿摰敳砍隹诮?jīng)管道進(jìn)入液化冷箱進(jìn)一步冷卻；

第二步、經(jīng)液化冷箱冷卻后的富含氮?dú)獾奶烊粴饨?jīng)管道進(jìn)入脫氮塔回流罐進(jìn)行氣液分離；其中：分離后的液相經(jīng)管道至脫氮塔回流泵增壓后經(jīng)管道至脫氮塔頂部回流口作為回流，分離后的氣相經(jīng)管道進(jìn)入氮?dú)馓釢馑虏咳肟?，進(jìn)行提純氮?dú)猓?/p>

第三步、氮?dú)馓釢馑撞恳合嘟?jīng)管道去氮?dú)馓釢馑妆迷鰤汉螅?jīng)管道與來自管道的液相混合后至脫氮塔頂部回流口作為回流；氮?dú)馓釢馑敳繗庀嘁来谓?jīng)管道去脫氮冷箱復(fù)熱、經(jīng)管道去氮?dú)庋h(huán)壓縮機(jī)增壓、經(jīng)管道冷卻器冷卻，經(jīng)管道后進(jìn)入脫氮冷箱全部冷凝后再經(jīng)管道去第三節(jié)流閥節(jié)流降壓；

第四步、經(jīng)第三節(jié)流閥節(jié)流后的液相經(jīng)管道進(jìn)入氮?dú)馓釢馑亓鞴捱M(jìn)行氣液分離；其中：分離后的液相經(jīng)管道進(jìn)入氮?dú)馓釢馑敳炕亓骺谧鳛榛亓?，分離后的氣相（即提純氮?dú)猓┙?jīng)管道進(jìn)入脫氮冷箱復(fù)熱后經(jīng)管道至下一步工序；

第五步、低溫冷劑進(jìn)入液化冷箱補(bǔ)充所需冷量，低溫冷劑經(jīng)管道復(fù)熱后經(jīng)管道去冷劑制冷循環(huán)的下一步工序處理；

第六步、低溫冷劑進(jìn)入脫氮冷箱補(bǔ)充所需冷量，低溫冷劑經(jīng)管道復(fù)熱后至經(jīng)管道去冷劑制冷循環(huán)的下一步工序處理。

本發(fā)明的有益效果在于：在天然氣液化過程中利用外部冷劑采用精餾方法脫除天然氣中的氮?dú)?，?shí)現(xiàn)液化天然氣中氮?dú)夂俊?%，且從天然氣中脫除的氮?dú)馓峒兒蟮募兌取?9.9%，可作為氮?dú)夤┕S使用；利用脫氮冷箱實(shí)現(xiàn)裝置內(nèi)能量的充分交換，減少了外加冷源，降低了投資、實(shí)現(xiàn)了節(jié)能降耗；本發(fā)明氮?dú)饷摮Ч?、回收氮?dú)饧兌雀?，不但有利于后續(xù)液化天然氣儲(chǔ)存安全，有效避免液化天然氣翻滾，滿足了液化天然氣儲(chǔ)存的需要，也實(shí)現(xiàn)的氮?dú)饣厥绽谩?/p>

附圖說明

圖1為本發(fā)明天然氣液化過程中氮?dú)饷摮⑻峒冄b置的系統(tǒng)原理示意圖；

圖中：1、管道；2、液化冷箱；3、管道；4、第一節(jié)流閥；5、管道；6、脫氮塔；7、管道；8、管道；9、管道；10、第二節(jié)流閥；11、管道；12、管道；13、脫氮塔重沸器；14、管道；15、管道；16、脫氮塔回流罐；17、管道；18、管道；19、脫氮塔回流泵；20、管道；21、氮?dú)馓釢馑?2、管道；23、氮?dú)馓釢馑妆茫?4、管道；25、管道；26、脫氮冷箱；27、管道；28、氮?dú)庋h(huán)壓縮機(jī)；29、管道；30、冷卻器；31、管道；32、管道；33、第三節(jié)流閥；34、管道；35、氮?dú)馓釢馑亓鞴蓿?6、管道；37、管道；38、管道；39、管道；40、管道；41、管道；42、管道。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)說明。

如圖1所示，本發(fā)明天然氣液化過程中氮?dú)饷摮⑻峒冄b置，包括液化冷箱2、第一節(jié)流閥4、脫氮塔6、第二節(jié)流閥10、脫氮塔重沸器13、脫氮塔回流罐16、脫氮塔回流泵19、氮?dú)馓釢馑?1、氮?dú)馓釢馑妆?3、脫氮冷箱26、氮?dú)庋h(huán)壓縮機(jī)28、冷卻器30、第三節(jié)流閥33、氮?dú)馓釢馑亓鞴?5；

所述液化冷箱2、第一節(jié)流閥4、脫氮塔6上部入口依次通過管道3、5連接；

所述脫氮塔6頂部出口、液化冷箱2、脫氮塔回流罐16、脫氮塔回流泵19、脫氮塔6頂部回流口依次通過管道7、15、18、20連接；脫氮塔6底部出口、液化冷箱2、第二節(jié)流閥10依次通過管道8、9連接；脫氮塔6下部出口、脫氮塔重沸器13、脫氮塔6下部入口依次通過管道12、14連接；

所述脫氮塔回流罐16頂部出口與氮?dú)馓釢馑?1下部入口通過管道17連接；

所述氮?dú)馓釢馑?1底部出口、氮?dú)馓釢馑妆?3、脫氮塔6頂部回流口依次通過管道22、24連接；氮?dú)馓釢馑?1頂部出口、脫氮冷箱26、氮?dú)庋h(huán)壓縮機(jī)28、冷卻器30依次通過管道25、27、29連接；

所述冷卻器30、脫氮冷箱26、第三節(jié)流閥33、氮?dú)馓釢馑亓鞴?5、氮?dú)馓釢馑?1頂部回流口依次通過管道31、32、34、37連接；

所述氮?dú)馓釢馑亓鞴?5頂部出口與脫氮冷箱26通過管道36連接；

所述脫氮塔和氮?dú)馓釢馑榘迨剿蛱盍纤?/p>

本發(fā)明的天然氣液化過程中氮?dú)饷摮吞峒兎椒?，包括如下步驟：

第一步、將來自管道1的經(jīng)脫硫、脫碳、脫水、脫重?zé)N后的含氮?dú)獾奶烊粴猓?000kPa.a~5500kPa.a）進(jìn)入液化冷箱2冷卻至-140~-125℃，再經(jīng)管道3去第一節(jié)流閥4節(jié)流降壓至400kPa.a~600kPa.a后，經(jīng)管道5進(jìn)入脫氮塔6上部進(jìn)行精餾脫除氮?dú)?，其中：脫氮?底部液相（即脫除了氮?dú)獾囊夯烊粴猓┙?jīng)管道8進(jìn)入液化冷箱2冷卻至-160~-140℃，經(jīng)管道9去第二節(jié)流閥10節(jié)流降壓至120kPa.a~160kPa.a經(jīng)管道11至下一步工序儲(chǔ)存；脫氮塔6下部液相經(jīng)管道12進(jìn)入脫氮塔重沸器13加熱后經(jīng)管道14返回脫氮塔6下部入口，進(jìn)行控制脫氮塔6底部液相中氮?dú)獾暮俊?%；富含氮?dú)獾奶烊粴鈴拿摰?頂部出口經(jīng)管道7進(jìn)入液化冷箱2進(jìn)一步冷卻至-160~-140℃；

第二步、經(jīng)液化冷箱2冷卻至-160~-140℃的富含氮?dú)獾奶烊粴饨?jīng)管道15進(jìn)入脫氮塔回流罐16進(jìn)行氣液分離，其中：分離后的液相經(jīng)管道18至脫氮塔回流泵19增壓至500kPa.a~750kPa.a后，經(jīng)管道20至脫氮塔6頂部回流口作為回流；分離后的氣相經(jīng)管道17進(jìn)入氮?dú)馓釢馑?1下部入口，進(jìn)行提純氮?dú)猓?/p>

第三步、氮?dú)馓釢馑?1底部液相經(jīng)管道22去氮?dú)馓釢馑妆?3增壓至500kPa.a~750kPa.a后，經(jīng)管道24與來自管道20的液相混合至脫氮塔6頂部回流口作為回流；氮?dú)馓釢馑?1頂部氣相依次經(jīng)管道25去脫氮冷箱26復(fù)熱至-30~40℃,經(jīng)管道27去氮?dú)庋h(huán)壓縮機(jī)28增壓至3500kPa.a~5500kPa.a，經(jīng)管道29去冷卻器30冷卻至40~50℃后，經(jīng)管道31進(jìn)入脫氮冷箱26全部冷凝至-160~-145℃，再經(jīng)管道32去第三節(jié)流閥33節(jié)流降壓至350kPa.a~550kPa.a；

第四步、經(jīng)第三節(jié)流閥33節(jié)流至350kPa.a~550kPa.a后，經(jīng)管道34進(jìn)入氮?dú)馓釢馑亓鞴?5進(jìn)行氣液分離，其中：分離后的液相經(jīng)管道37進(jìn)入氮?dú)馓釢馑?1頂部回流口作為回流；分離后的氣相（即提純氮?dú)猓┙?jīng)管道36進(jìn)入脫氮冷箱26復(fù)熱至30~40℃后經(jīng)管道38至下一步工序；

第五步、低溫冷劑（-160~-150℃）進(jìn)入液化冷箱2補(bǔ)充所需冷量，低溫冷劑經(jīng)管道39復(fù)熱至30~40℃后經(jīng)管道40去冷劑制冷循環(huán)的下一步工序處理；

第六步、低溫冷劑（-160~-150℃）進(jìn)入脫氮冷箱26補(bǔ)充所需冷量，低溫冷劑經(jīng)管道41復(fù)熱至30~40℃后經(jīng)管道42去冷劑制冷循環(huán)的下一步工序處理。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下還可以做出若干改進(jìn)，這些改進(jìn)也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。