專利名稱：液化天然氣的生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種天然氣的液化方法，特別是一種含高純度甲烷天然氣(LNG)的生產(chǎn)方法。
天然氣的主要成分是甲烷，還含少量乙烷和重質(zhì)烴。它的液化方法很多。于1997年11月12日的中國專利公報(bào)上曾公開了一種“在深冷天然氣加工廠中生產(chǎn)液化天然氣”的發(fā)明創(chuàng)造，其公開號為CN1164890A。這種生產(chǎn)方法是通過將流出深冷工廠的殘余氣支流作為一種天然氣原料，進(jìn)行被液化來生產(chǎn)液化天然氣(LNG)的。該支流最好先在深冷工廠殘余氣壓縮機(jī)中進(jìn)行壓縮。用深冷工廠脫甲烷塔頂氣(或工廠的類似冷氣流)作冷凝介質(zhì)將該支流--經(jīng)殘余氣壓縮機(jī)壓縮過物流，冷凝成液體。然后，讓冷凝液體在一系列逐漸降低的壓力下利用一個(gè)或多個(gè)Doule-Tnomson閥進(jìn)行膨脹，從而使LNG達(dá)到便于貯存和運(yùn)輸?shù)臏囟群蛪毫?。該發(fā)明方法雖然能充分利用深冷天然氣加工廠的殘余氣支流冷量，又把殘余氣支流中所含主要成分甲烷液化成為產(chǎn)品，只需要增加少量設(shè)備，且基本投資和能耗成本卻減至最低，并且，流程簡單，操作方便。但是，由于該方法必須有一個(gè)深冷天然氣加工廠與之相配合，所說的“深冷的”這一術(shù)語是指在華氏-50度以下操作的工廠。并且經(jīng)殘余氣冷凝器釋放出的物流，必須并入管網(wǎng)，這就使該方法產(chǎn)生了很大的局限性。再則，為保證原深冷天然氣加工廠的冷量平衡，需增加一個(gè)入口冷卻器。又由于殘余氣冷凝器中利用的冷量是有限的，故此，液化率較低。并且液化天然中含甲烷的純度不高約為98.5％，而含有甲烷98.81％及98.72％的另兩股物流，卻被并入管網(wǎng)作燃料使用，是一種浪費(fèi)。再說由于利用膨脹入口分離器中的氣相餾份去膨脹機(jī)膨脹，產(chǎn)生氣液混合物，這種現(xiàn)象在膨脹過程中是不允許出現(xiàn)的，這是因?yàn)橐后w的產(chǎn)生，會(huì)把高速旋轉(zhuǎn)的膨脹機(jī)葉輪損壞，造成不應(yīng)有的損失。
本發(fā)明的目的在于提供一種液化天然氣的生產(chǎn)方法，它能使氣態(tài)天然氣縮小625倍成液態(tài)，含甲烷純度99.5％，便于貯存、運(yùn)輸，這種高純度的甲烷液體，可代替汽油，供各類機(jī)車的燃料，從而可避免機(jī)車尾氣污染環(huán)境，同時(shí)，液態(tài)天然氣在汽化時(shí)，產(chǎn)生的冷量可達(dá)121kcal/kg，溫度為-162℃，可用于食品速凍保鮮，橡膠輪胎低溫粉碎及空調(diào)的冷源，在充分利用其冷量之后，再并入燃?xì)夤芫W(wǎng)被使用，經(jīng)濟(jì)效益更顯著。另外，還同時(shí)生產(chǎn)出另一種副產(chǎn)品重質(zhì)烴，可用作化工原料或燃料。
本發(fā)明液化天然氣的生產(chǎn)方法是將天然氣物流進(jìn)行預(yù)處理即在堿液洗滌設(shè)備中洗滌、脫硫、脫碳，經(jīng)冷凝設(shè)備冷卻，經(jīng)分離設(shè)備分離，除去硫化氫、二氧化碳及水，并干燥，以產(chǎn)生原料天然氣物流；其中所說的天然氣物流包括來自油田氣井噴出的天然氣，或煤田在采煤之前排放的瓦斯氣，或發(fā)現(xiàn)貯有量不大的氣井及邊遠(yuǎn)的架設(shè)管道不方便、不經(jīng)濟(jì)的氣井中的天然氣。
將所說的原料天然氣物流在換熱器中被冷卻、液化。當(dāng)冷卻到一定溫度時(shí)，混在原料天然氣物流中的高碳烷烴類如乙烷、丙烷、丁烷、乙稀等首先被液化，經(jīng)分離設(shè)備分離出來為副產(chǎn)品，貯存。所說的“一定溫度”與壓力有關(guān)，它可從有關(guān)圖表中查得。分離出高碳烷烴類后的物流繼續(xù)冷卻被液化，并進(jìn)入脫N2塔中提純，脫去物流中的N2氣，從塔釜中引出產(chǎn)品99.5％高純度的液態(tài)甲烷(LNG)。
其中所說換熱器中的冷量靠外循環(huán)N2經(jīng)壓縮、膨脹、制冷來提供。當(dāng)循環(huán)N2在換熱器中把冷量傳給天然氣物流的同時(shí)N2本身被復(fù)熱，又經(jīng)壓縮、膨脹、制冷，如此周而復(fù)始循環(huán)。其中所說在脫N2塔中的提純是由來自所說換熱器中的液態(tài)天然氣物流，在脫N2塔釜中被汽化，形成塔中上升氣相餾份，與塔頂下流的N2液相餾份，它們二者共同起精餾作用來完成的。
由于本發(fā)明采用上述生產(chǎn)方法，所以它具有如下的優(yōu)點(diǎn)(1)原料天然氣能全部被液化，其液化率達(dá)100％，并且不受原料天然氣組份交化的限制。在生產(chǎn)過程中，一些高沸點(diǎn)的組份如乙烷、丙烷、丁烷、乙稀等被先液化，并分離出來為副產(chǎn)品，可作為化工原料或作燃料。而生產(chǎn)的高純度99.5％的液態(tài)甲烷，用作機(jī)車的燃料，其燃燒充分，不排放黑碳雜質(zhì)，可避免對環(huán)境的污染，是一種理想的安全、高效而清潔的燃料。
(2)適用于原料天然氣的壓力范圍廣，為0.3-20mpa之間。
(3)用N2作為制冷劑。通過N2壓縮、膨脹、循環(huán)制冷，將天然氣液化，在脫N2塔中提取原料天然氣中所含少量的N2，補(bǔ)充N2在循環(huán)中的消耗，從而可避免空氣與天然氣混合，保證整個(gè)工藝流程的連續(xù)性和安全性。
(4)采用本發(fā)明方法所需要的整套裝置，可因地制宜的拆遷設(shè)置；同時(shí)，原料天然氣來源廣泛，它可來自油田氣井噴出的天然氣；或是來自采煤之前排故的瓦斯氣，或者是來自發(fā)現(xiàn)貯有量不大的氣井以及邊遠(yuǎn)的架設(shè)管道既不方便，又不經(jīng)濟(jì)的氣井中的天然氣。
下面結(jié)合實(shí)施例進(jìn)一步詳細(xì)說明本發(fā)明的詳細(xì)內(nèi)容。


圖1表示液化天然氣生產(chǎn)方法的流程圖。
圖2為應(yīng)用實(shí)例1，表示原料天然氣壓力為0.3mpa時(shí)的液化生產(chǎn)方法流程圖。
圖3為應(yīng)用實(shí)例2，表示原料天然氣壓力為20mpa時(shí)的液化生產(chǎn)方法流程圖。
圖4為冷凍機(jī)組的原理示意圖。
實(shí)施例圖1是采用本發(fā)明方法液化天然氣的流程圖。將來自油田的天然氣經(jīng)公知的堿液洗滌預(yù)處理，成為含硫化氫小于5ppm、二氧化碳小于10ppm、水小于10ppm的原料天然氣，進(jìn)入冷凍機(jī)組([1])降溫，使溫度從原來的常溫降至4～5℃，被降溫了的原料天然氣中析出水分，在汽液分離器([2])中被去除，再進(jìn)入分子篩吸附器([3])，進(jìn)一步去掉硫化氫、二氧化碳，并干燥，又在主換熱器([4])內(nèi)被冷卻到-76℃至-100℃之間，最佳溫度為-90℃至-95℃之間，使除甲烷和N2外，其它高碳烷烴類如乙烷、丙烷、丁烷、乙稀、硫化氫等均被液化，在重?zé)N分離器([6])內(nèi)，這些高碳烷烴類的液體被分離出來，作為副產(chǎn)品收集被利用。凈化了的原料天然氣在液化換熱器([5])內(nèi)被液化，又經(jīng)節(jié)流閥([7])降壓，進(jìn)入脫N2塔([12])，脫N2后，從塔釜引出純度為99.5％液態(tài)甲烷(LNG)作為產(chǎn)品進(jìn)入低溫LNG貯罐([8])，貯存以便利用。
以上所說常溫指的是周圍環(huán)境溫度。
所說的冷凍機(jī)組([1])如圖4所示，由制冷劑壓縮機(jī)([42])依次與制冷劑冷凝換熱器([43])、膨脹節(jié)流閥([44])及制冷劑蒸發(fā)換熱器([45])連接而構(gòu)成。采用的制冷劑為氨或氟里昂。若被冷卻的原料天然氣所需要的冷量大，則采用氨為制冷劑，反之選用氟里昂為制冷劑。而原料天然氣所需要的冷量是通過原料天然氣每小時(shí)所冷卻的流量以及原料天然氣冷卻前后的溫差計(jì)算而得來的。制冷劑壓縮機(jī)、制冷劑冷凝換熱器及膨脹節(jié)流閥均由機(jī)組隨機(jī)購置，但制冷劑蒸發(fā)換熱器，是通過原料天然氣流量、溫差及壓力來設(shè)計(jì)和選用的，它可因地制宜采用管式或板翅式。
所說的汽液分離器([2])是按原料天然氣最高工作壓力設(shè)計(jì)的，但是最低設(shè)計(jì)壓力推薦不得小于0.6mpa，壓力容器制作要符合國家頒布的壓力容器規(guī)程，容器工作性能要達(dá)到汽液分離的目的，常用材料為16MNR壓力容器用板材，容器直徑為原料天然氣進(jìn)口管管徑的5-10倍。
所說的壓力指的是壓力表上的表壓。
所說的分子篩吸附器([3])是由兩只可互相切換使用的壓力容器組成。當(dāng)一個(gè)壓力容器內(nèi)的分子篩吸附原料天然氣中的硫化氫、二氧化碳及水分時(shí)，另一個(gè)壓力容器處于再生階段，通入高溫的干凈氮?dú)?，帶走硫化氫及二氧化碳和水分，放入大氣，使分子篩恢復(fù)吸附能力，也可用空氣作再生氣源，但為了安全，必須把容器抽成真空，才可通入高溫空氣再生，還可采用原料天然氣，用畢再生后的原料天然氣不必放空，可作為燃料去加溫再生氣，至于分子篩的工作階段和再生階段的時(shí)間，取決于原料天然氣中所含雜質(zhì)的多少，以及采用的分子篩性能，后者，也決定了需要再生氣的溫度。所說的分子篩必須具有吸附硫化氫、二氧化碳及水等且同時(shí)能讓別的氣體通過的特性；所說的壓力容器，其設(shè)計(jì)壓力的選定、制造和材料的選擇與汽、液分離器([2])相同。
所說的主換熱器([4])、液化換熱器([5])，可采用管式換熱器，也可采用板翅式換熱器，其設(shè)計(jì)壓力取決于原料天然氣壓力和循環(huán)N2的壓力，二者間的最高工作壓力，考慮工況的變換，取3mpa為設(shè)計(jì)壓力。液化天然氣流程的關(guān)鍵是冷量問題，膨脹機(jī)產(chǎn)生了冷量而換熱器卻要充分利用，加大液化，所以對換熱器的設(shè)計(jì)要求較高，當(dāng)二物流逆流換熱時(shí)，在換熱器的進(jìn)出口處，二物流的溫差不得大于5℃。
所說的重?zé)N分離器([6])其設(shè)計(jì)壓力制作要求與汽液分離器([2])相同，但其材料要適合低溫下工作，一般選用不銹鋼或鋁材，此容器工作起來要容易分離出被液化的高碳烷烴類且排出器外。
所說的脫N2塔([12])是氮(N2)和甲烷(CH4)的精餾塔。此塔的工作壓力決定于塔頂N2氣到壓縮機(jī)之間的流程阻力和低壓緩沖罐([15])工作壓力之和。它為由不銹鋼、鋁、鋼材質(zhì)制成的壓力容器，在其中部有50～60塊篩板式塔板。塔頂部是-191.5℃的99.9％的液態(tài)N2向下噴淋，底部有一股溫度為-155.5℃的甲烷(CH4)氣態(tài)，并含有原料天然氣中所帶來的N2組合氣流上升，上升的氣流與下流的液體，在每一塊塔板上起精餾作用，從塔頂引出高純度99.9％N2氣，而從塔釜引出高純度99.5％液態(tài)甲烷(CH4)。這里所說的低壓緩沖罐([15])是指設(shè)計(jì)壓力為0.06mpa，容積為10立方米的鐵制容器。
所說的低溫LNG貯罐([8])，在常壓下-162℃狀態(tài)下工作，設(shè)計(jì)壓力為0.06mpa，容積為200升2000升，材質(zhì)為不銹鋼或鋁材。這里所說的常壓是指周圍環(huán)境大氣壓。
原料天然氣從常溫到液態(tài)溫度的整個(gè)過程中的冷量靠N2氣的循環(huán)來完成。將來自所說低壓緩沖罐([15])內(nèi)的N2氣在N2壓縮機(jī)([16])內(nèi)壓縮成2.5mpa的高壓N2氣，再在主換熱器([4])內(nèi)冷卻至所需要的溫度，一路經(jīng)二次絕熱膨脹機(jī)([14])、([13])膨脹，產(chǎn)生冷量，在換熱器內(nèi)作為冷源，而N2氣被復(fù)熱到所說的常溫，再去壓縮機(jī)參與循環(huán)。
其中所說的“液態(tài)溫度”是指能使甲烷(CH4)液化的溫度，液化溫度的數(shù)值決定于原料天然氣的壓力，該壓力越高，液化溫度也越高，反之，液化溫度越低，當(dāng)原料天然氣壓力確定時(shí)，此液化溫度可從有關(guān)圖表中查得。
其中所說的“冷量”的數(shù)值必須滿足或大于以下三個(gè)要求之和，即①原料天然氣從常溫到液態(tài)溫度所需要的冷量；②原料天然氣自進(jìn)入主換熱器([4])直至低溫LNG貯罐([8])整個(gè)流程及設(shè)備都處于低溫狀態(tài)，對周圍環(huán)境溫度的冷量損失，俗稱冷損；③N2氣循環(huán)所產(chǎn)生的冷量在換熱器內(nèi)所產(chǎn)生的不完全換熱損失。
其中所說的N2循環(huán)量取決于機(jī)組的容量，即每小時(shí)壓縮機(jī)的排氣量或膨脹機(jī)的膨脹量，這里，壓縮機(jī)的排氣量要大于膨脹機(jī)的膨脹量。
其中所說的“N2氣先壓縮成為高壓N2氣”，該高壓N2氣的壓力確定，根據(jù)①已計(jì)算了所需的總冷量；②絕熱膨脹后的低壓(脫N2塔的工作壓力)；③確定了的N2循環(huán)量，就可以計(jì)算出該高壓N2氣的壓力。但是這個(gè)高壓N2氣的壓力與循環(huán)量要反復(fù)核實(shí)，N2氣壓力高，N2循環(huán)量可減少，N2氣壓力低，循環(huán)量需增加，可因地制宜而確定，在滿足總冷量和機(jī)組容量的條件下，N2氣壓力越低越好，這樣，造價(jià)便宜、電耗也少。
其中所說的N2“經(jīng)絕熱膨脹”是指兩臺透平膨脹機(jī)串聯(lián)膨脹降壓。
其中所說的“所需要的溫度”是指進(jìn)入膨脹機(jī)的入口溫度，此溫度越高，膨脹后的溫度也高，因此此溫度必須滿足膨脹后的溫度能達(dá)前面所述的原料天然氣的液化溫度的要求。所以需要冷卻到所需的溫度后，再絕熱膨脹。這里采用在進(jìn)膨脹機(jī)([13])前的溫度由閥門調(diào)節(jié)來控制。
其中所說的“壓縮機(jī)([16])”最好采用無油潤滑壓縮機(jī)，可保證N2通過壓縮機(jī)后沒有被污染。
從主換熱器([4])中引出的另一路N2氣繼續(xù)冷卻、降溫，通過液化換熱器([5])，進(jìn)入脫N2塔([12])的塔釜中之冷凝蒸發(fā)器([9])，在冷凝蒸發(fā)器([9])中，高壓N2氣被液化，而塔釜中的液態(tài)甲烷被汽化，甲烷在汽化時(shí)帶走了溶在液體中的N2，合成一股上升氣流，但是液化了的高壓N2在液N2過冷換熱器([10])中被過冷，又經(jīng)節(jié)流閥([11])降壓，從脫N2塔([12])頂部向下噴灑液態(tài)N2。汽、液二相在塔內(nèi)起精餾作用，從塔頂引出高純度N2氣，在液N2過冷換熱器([10])中被復(fù)熱，再與膨脹后的N2合并，一起參與循環(huán)，可彌補(bǔ)N2在循環(huán)中的損耗。而多余的N2從低壓緩沖罐([15])中引出，可作為分子篩的再生氣。從塔釜底部引出高純度的液態(tài)甲烷。
其中所說的“冷凝蒸發(fā)器([9])”，可以是管式的，也可以是板翅式的，其設(shè)計(jì)壓力取N2氣的壓力，這里定為3mpa。該冷凝蒸發(fā)器([9])沉浸在液態(tài)甲烷里，高壓N2在管內(nèi)流動(dòng)液化，管外液態(tài)甲烷蒸發(fā)。
其中所說的液N2過冷換熱器([10])與前面所述的主換熱器([4])和液化換熱器([5])相同。
前面所說的從主換熱器([4])起，直至脫N2塔([12])，低溫LNG貯罐([8])，都在低溫(比環(huán)境溫度低)下工作。所以把這些設(shè)備都組裝在一個(gè)鐵制的箱體內(nèi)(俗稱冷箱)，閥門的閥桿加長伸出箱外，而膨脹機(jī)除工作葉輪在箱內(nèi)，其余部分均露在箱外，在冷箱內(nèi)再充填一種保溫性能好的珠光砂，這樣，使冷損減少到最低，又便于整體搬動(dòng)。
應(yīng)用實(shí)例1圖2是采用本發(fā)明方法液化壓力為0.3mpa的原料天然氣的流程圖。將來自油田壓力為0.3mpa的天然氣，以10000m3/天的處理能力送入進(jìn)料分離器([17])，其規(guī)格為Φ1000×3000，在該罐中進(jìn)行水和重質(zhì)烴組份分離，并從罐底排出，天然氣從罐頂引出，進(jìn)入規(guī)格為Φ600×1000的堿洗脫硫塔([18])下部，在塔下部采用低濃度1-6％的熱堿液洗滌，初脫硫脫碳。該熱堿液是由規(guī)格為Φ800×2000的配堿罐([26])內(nèi)的堿液經(jīng)配堿泵([25])，送入規(guī)格為Φ800×2000的熱堿罐([20])內(nèi)，經(jīng)熱堿泵([19])送入堿洗脫硫塔([18])下段內(nèi)的。在塔的中部采用高濃度7-12％冷堿液洗滌，精脫硫脫碳。該冷堿液由上述規(guī)格的配堿罐([26])內(nèi)的堿液，經(jīng)配堿泵([25])，送入規(guī)格為Φ800×2000的冷堿罐([22])內(nèi)，再經(jīng)冷堿泵([21])送入堿洗脫硫塔([18])中部。在堿洗脫硫塔([18])的上部采用循環(huán)水洗滌，脫除原料天然氣中的堿霧。該循環(huán)水由規(guī)格為Φ800×2000的水罐([24])內(nèi)的水，經(jīng)水泵([23])送入堿洗脫硫塔([18])的上部的。從堿洗脫硫塔([18])塔頂出來的原料天然氣物流(1)，經(jīng)氟里昂冷凍機(jī)組([1])降溫至4～5℃，進(jìn)入規(guī)格為Φ1000×3000的汽液分離器([2])內(nèi)，在溫度為4～5℃，壓力為0.3mpa的狀況下進(jìn)行分離，分離出水滴排放。分離后的原料天然氣物流(2)，其溫度為4～5℃壓力為0.3mpa，以18.6kgmol/h的流量進(jìn)入規(guī)格為Φ600×4000的分子篩吸附器([3])中，經(jīng)過脫硫化氫、脫二氧化碳、干燥后的原料天然氣物流(3)，其溫度為12～17℃，壓力為0.3mpa，該物流以18.6kgmol/h的流量進(jìn)入主換熱器([4])中，冷卻到-92℃的物流(4)，再進(jìn)入規(guī)格為Φ800×2000的重?zé)N分離器([6])中，分離出重質(zhì)烴組份如乙烷、乙稀、丙烷、丁烷、硫化氫等液體，從重?zé)N分離器([6])的底部排出為副產(chǎn)品，貯存，用作化工原料或燃料。而從重?zé)N分離器([6])頂部引出的-92℃的物流(5)，在壓力不變的狀況下，以18.5983kgmol/h的流量，進(jìn)入液化換熱器([5])內(nèi)，降溫至-141.5℃的液化物流(6)，經(jīng)節(jié)流閥([7])，降壓至0.05mpa的物流(7)，進(jìn)入規(guī)格為φ450×4500+Φ300×4500的脫N2塔([12])內(nèi)，脫N2，從塔頂出料-191.4℃的99.9％的N2氣物流(21)，進(jìn)入液N2過冷換熱器([10])，被加熱到-157℃的N2氣物流(22)，再與透平膨脹機(jī)([13])出口的N2氣物流(27)混合成物流(9)，參與N2氣壓縮、膨脹、循環(huán)制冷。而塔釜出料的物流(28)為溫度-155.5℃、壓力為0.05mpa的液態(tài)甲烷99.5％，作為產(chǎn)品裝入低溫LNG貯罐([8])內(nèi)，貯存、利用。
將來自低壓緩沖罐([15])中溫度為常溫，壓力為0.03mpa的N2氣(13)，進(jìn)入N2壓縮機(jī)([16])升壓至2.5mpa，溫度約為40℃的N2氣物流(14)，進(jìn)入主換熱器([4])內(nèi)冷卻至-35℃的物流(15)分作兩部分，其中一部分N2氣物流(24)進(jìn)入透平膨脹機(jī)一段([14])的入口，降壓至0.42mpa，降溫至-100℃的物流(25)，其中一部分物流(25B)進(jìn)入液化換熱器([5])，被冷卻到-141.5℃的N2氣物流(26)，再與透平膨脹機(jī)([14])出口的另一部分物流(25A)混合為-105℃的N2氣物流(26A)，進(jìn)入透平膨脹機(jī)二段([13])中，膨脹至0.05mpa，溫度為-147℃的N2氣物流(27)，再與脫N2塔([12])頂部出來的N2氣物流(22)混合的N2氣物流(9)，依次進(jìn)入液化換熱器([5])、主換熱器([4])作為冷源提供給原料天然氣。而最終被復(fù)熱到常溫的N2氣物流(12)，進(jìn)入低壓緩沖罐([15])，再被N2壓縮機(jī)([16])壓縮，再膨脹，循環(huán)制冷。而從主換熱器([4])中出來的另一部分物流(16)，進(jìn)入液化換熱器([5])中，被冷卻到-141.5℃的N2氣物流(17)，作為脫N2塔([12])中冷凝蒸發(fā)器([9])的熱源，使N2氣物流(17)進(jìn)一步被冷卻液化至-153℃的液N2氣物流(18)，再經(jīng)液N2過冷器([10])過冷的液N2氣物流(19)，經(jīng)節(jié)流閥([11])降壓至0.05mpa，降溫至-191.8℃的液N2氣物流(20)，進(jìn)入脫N2塔([12])的頂部。塔頂氣相N2氣物流(21)進(jìn)入液N2過冷器([10])，與透平膨脹機(jī)([13])出口的N2氣物流(27)混合參與N2壓縮、膨脹、制冷。在低壓緩沖罐([15])中，多余的N2氣物流(12)排放。也可用作分子篩吸附器([3])的再生氣。
所說的N2壓縮機(jī)([16])選用排N2量等于4000-4300Nm3/h，壓力等于2.5mpa～3mpa，所說的透平膨脹機(jī)([13])、([14])的流量設(shè)計(jì)為4000Nm3/h，所說的主換熱器([4])、液化換熱器([5])、液N2過冷換熱器([10])冷凝蒸發(fā)器([9])均選用鋁制板翅式換熱器；所說的冷凍機(jī)組中的制冷劑蒸發(fā)器選用鋁制板翅式換熱器，而分子篩吸附器([3])內(nèi)的分子篩型號選用5A。從主換熱器([4])起至低溫LNG貯罐([8])均組裝在一個(gè)鐵制大冷箱內(nèi)，并在箱內(nèi)填滿珠光砂。
應(yīng)用實(shí)例2圖3是采用本發(fā)明方法液化壓力為20mpa的原料天然氣流程圖。將來自油田壓力為20mpa，常溫的原料天然氣，處理量為10000m3/天，依次經(jīng)節(jié)流閥([28])及規(guī)格為Φ400×1000的緩沖罐([29])，以及節(jié)流閥([30])和規(guī)格為500×1250的緩沖罐([31])，二級降壓至5mpa。在緩沖罐([29])、([31])內(nèi)分別把水和重質(zhì)烴組份分離，并降溫至-33℃。進(jìn)入原料氣換熱器([35])復(fù)熱到-17℃。過節(jié)流閥([34])降壓為2.5mpa，降溫至-33℃。進(jìn)入吸收塔([36])內(nèi)，被從規(guī)格為2m3的10％濃度的堿液貯罐([24])內(nèi)經(jīng)堿液泵([42])輸入吸收塔([36])內(nèi)，塔內(nèi)堿液吸收原料天然氣中的二氧化碳、硫化氫等進(jìn)行預(yù)處理。預(yù)處理后的原料天然氣溫度為20℃、壓力為2.5mpa，從吸收塔([36])頂部引出。再進(jìn)入原料氣換熱器([35])內(nèi)，降溫至4℃。在汽液分離器([41])中去掉液態(tài)水。進(jìn)入分子篩吸附器([3])進(jìn)一步除去硫化氫、二氧化碳及水。到主換熱器([4])冷卻至-92℃，進(jìn)入重?zé)N分離器([40])，除去乙烷、乙稀、丙烷、丁烷、硫化氫等重質(zhì)烴液態(tài)，此重質(zhì)烴液態(tài)為副產(chǎn)品收集，作為化工原料或燃料。從重?zé)N分離器([40])頂部引出的原料天然氣，又回到主換熱器([4])中復(fù)熱到-35℃，再經(jīng)原料氣膨脹機(jī)([38])進(jìn)行絕熱膨脹，降壓至0.3mpa，溫度為-90℃。進(jìn)液化換熱器([5])內(nèi)繼續(xù)降溫，于141.5℃被液化。經(jīng)節(jié)流閥([7])降壓至0.05mpa。進(jìn)脫N2塔([12])脫N2，脫N2后從塔釜引出99.5％的高純度液態(tài)甲烷，進(jìn)入低溫LNG貯罐([8])，貯存。
于前速的吸收塔([36])內(nèi)，在2.5mpa壓力下，原料天然氣進(jìn)口溫度-33℃的高壓低溫下，堿液吸收了原料天然氣中的硫化氫、二氧化碳的堿液，經(jīng)節(jié)流閥([33])降至常壓(即一個(gè)大氣壓)，進(jìn)入規(guī)格為Φ500×1000的解析器([32])內(nèi)，在常壓(即一個(gè)大氣壓)下釋放硫化氫及二氧化碳，被釋放的硫化氫和二氧化碳并網(wǎng)，去燃燒爐([39])作燃料燃燒。解析后的-25℃至-30℃的低溫堿液，從解析器([32])下部排出，進(jìn)入解析塔([37])中，在常壓下(即一個(gè)大氣壓)被加溫，進(jìn)一步被釋放硫化氫及二氧化碳，從塔頂排出，并并網(wǎng)，也去燃燒爐([39])燃燒。而解析后的約18℃的堿液，從解析塔([37])的下部排出，進(jìn)入堿液貯罐([22])，并經(jīng)堿液泵([21])再壓入吸收塔([36])，周而復(fù)始循環(huán)使用，適時(shí)補(bǔ)充水。但是，解析塔([37])內(nèi)解析用的熱源，來自液態(tài)甲烷低溫LNG貯罐([8])上部自然蒸發(fā)的氣相甲烷，依次在液化換熱器([5])及主換熱器([4])中逐步復(fù)熱至常溫約20℃，在解析塔內(nèi)去加溫-25℃至-30℃的堿液，從解析塔([37])頂部排出的氣體，混入從解析器([32])釋放出來的氣體，一起去燃燒爐([39])，加溫來自循環(huán)N2過程中吸收了從脫N2塔([12])中放出的多余N2氣，使N2氣升溫到分子篩所需要的溫度約220℃，進(jìn)入分子篩吸收器([3])，帶走被分子篩吸附了的硫化氫、二氧化碳及水等雜質(zhì)，放空。
所說的原料氣換熱器([35])、原料氣膨脹機(jī)([38])的選用，是因?yàn)樵咸烊粴鈳?，為充分利用原料氣的壓力，高壓采用?jié)流膨脹制冷，中壓采用透平膨脹機(jī)膨脹制冷。采用管式原料氣換熱器([35])代替冷凍機(jī)組，同樣可保證原料天然氣進(jìn)入分子篩吸附器所要求的4-5℃的溫度。在管式原料氣換熱器([35])的管內(nèi)流動(dòng)壓力為5mpa的低溫原料天然氣(所說的低溫為-33℃)，管外流動(dòng)壓力為2.5mpa的從吸收塔([36])頂部出來的20℃原料天然氣。原料氣膨脹機(jī)([38])從2.5mpa壓力膨脹到0.3mpa壓力，它可提供總冷量的22％左右。另外需說明的是公知的絕大多數(shù)液化天然氣流程中，把膨脹后的天然氣稱作尾氣，返回到城市燃?xì)夤芫W(wǎng)，而本發(fā)明流程把此部分低溫尾氣繼續(xù)降溫液化，所以液化率可達(dá)100％，不存在尾氣并網(wǎng)的問題。
所說的汽液分離器([41])，重?zé)N分離器([40])的工作壓力為2.5mpa，其它均與應(yīng)用實(shí)例1中所說的汽液分離器([2])、重?zé)N分離器([6])相同。
原料天然氣從常溫(環(huán)境溫度)到液態(tài)溫度-156℃的整個(gè)過程中冷量靠N2氣壓縮、膨脹來完成。這個(gè)循環(huán)制冷的流程同應(yīng)用實(shí)例1。
所說的主換熱器([4])比應(yīng)用實(shí)例1中的主換熱器多一個(gè)通道，其它所選用的設(shè)備、機(jī)組均與實(shí)用實(shí)例1相同。
權(quán)利要求
1.一種液化天然氣的生產(chǎn)方法，包括步驟為a.將天然氣物流進(jìn)行預(yù)處理，即在堿液洗滌設(shè)備中洗滌，脫硫脫碳，經(jīng)冷卻設(shè)備冷卻，分離設(shè)備分離，除去硫化氫、二氧化碳及水，并干燥，以產(chǎn)生原料天然氣物流；其中所說的天然氣物流包括來自油田氣井中噴出的天然氣，或煤田采煤前排放的瓦斯氣，或發(fā)現(xiàn)貯有量不大的氣井及邊遠(yuǎn)的架設(shè)管道不方便又不經(jīng)濟(jì)的氣井中的天然氣。b.將所說的原料天然氣物流在換熱器中被冷卻、液化、冷卻到一定的溫度時(shí)，混在原料天然氣物流中的高碳烷烴如乙烷、乙稀、丙烷、丁烷首先被液化，經(jīng)分離設(shè)備分離出來，成為一種副產(chǎn)品，貯存，被分離后的余物流繼續(xù)冷卻，被液化，并進(jìn)入脫N2塔中提純，脫去物流中的N2氣，以生產(chǎn)液化天然氣產(chǎn)品。其中所說換熱器中的冷量是靠外循環(huán)N2氣經(jīng)壓縮、膨脹制冷來提供的，循環(huán)N2氣在換熱器中把冷量傳給原料天然氣物流的同時(shí)N2氣本身被復(fù)熱，又經(jīng)壓縮、膨脹、制冷，如此周而復(fù)始循環(huán)；其中所說在脫N2塔中的提純是由來自所說換熱器中的液態(tài)天然氣物流，在脫N2塔底部被汽化，生成塔中上升氣相餾份，與塔頂部下流的N2液相餾份，它們二者共同起精餾作用來完成的。
2.如權(quán)利要求1的方法，其中步驟b，還包括&#60ⅰ&#62，從脫N2塔頂出來的N2氣，收集、參與N2氣的壓縮、膨脹、制冷循環(huán)，補(bǔ)充N2氣在循環(huán)過程中的損耗，而多余的N2氣作為分子篩吸附器的再生氣源；&#60ⅱ&#62N2氣從高壓2.5mpa膨脹到0.05mpa，采用二次串聯(lián)透平膨脹，在第二次膨脹之前還用閥門調(diào)節(jié)來控制溫度。
3.如權(quán)利要求1的方法，在20mpa高壓原料天然氣液化的流程中，高壓采用節(jié)流膨脹制冷，中壓采用透平膨脹制冷，在節(jié)流膨脹中增設(shè)一臺原料氣換熱器，把節(jié)流膨脹后的冷量，傳給原料天然氣。
4.如權(quán)利要求1的方法，在0.3mpa低壓原料天然氣液化的流程中，原料天然氣被冷卻至分離重質(zhì)烴的溫度為-76℃至-100℃之間。
5.如權(quán)利要求1的方法，天然氣物流的預(yù)處理，還可在吸收塔內(nèi)采用高壓低溫堿液吸附原料天然氣中的硫化氫和二氧化碳，在解析器和解析塔中常壓常溫從堿液中釋放硫化氫和二氧化碳，被釋放出來的硫化氫及二氧化碳，又去燃燒爐燃燒，而堿液在吸收塔和解析塔之間通過泵循環(huán)使用，所說的高壓低溫是指2.5mpa、-33℃，所說的常壓常溫是指一個(gè)大氣壓及周圍環(huán)境溫度。
6.如權(quán)利要求1的方法，從主換熱器([4])起直至脫N2塔([12])、低溫LNG貯罐([8])均在比環(huán)境溫度低的低溫條件下工作，因而從主換熱器([4])起直至低溫LNG貯罐([8])，包括脫N2塔均都組裝在一個(gè)箱體內(nèi)，并在箱內(nèi)充滿保溫材料。
全文摘要
一種液化天然氣的生產(chǎn)方法,以外循環(huán)N
文檔編號F25J1/02GK1293232SQ9912078
公開日2001年5月2日 申請日期1999年10月15日 優(yōu)先權(quán)日1999年10月15日
發(fā)明者余慶發(fā), 余良 申請人:余慶發(fā)