專利名稱：一種液化天然氣的輕烴分離方法
技術領域：
本發(fā)明涉及液化天然氣(LNG)分離回收輕烴技術領域，具體是指一種液化天然氣的輕烴分離方法。
背景技術：
2004年，我國政府制訂了以“優(yōu)化結構、提高效率、重視環(huán)保、保障供應、開發(fā)西部”為核心的新的能源戰(zhàn)略，要求增加天然氣在能源構成中的比例。在未來15年間，我國天然氣消費預計將從300億m3/a增長到2200億m3/a。
天然氣礦藏多半與石油和凝析油伴生，在開采時分離出來。凝析油和液化石油氣(LPG)主要由C3～C6烴構成，天然氣則以甲烷為主，含有10％(mol)左右的C2～C3烴以及極少量的C4烴，一般叫做“濕氣”，不與石油和凝析油伴生、只含甲烷的天然氣礦藏叫做“干氣”。海上運輸天然氣時需要將其液化成為LNG。目前世界貿(mào)易中的LNG大部分都為濕氣，其中含有大量的C2、C3，這類C2、C3輕烴是重要的化工原料，能夠生產(chǎn)高附加值的化工產(chǎn)品，如果將其分離回收，會有顯著的社會及經(jīng)濟效益。例如，通過對天然氣的處理，可以回收乙烷和重于乙烷的組分(C2+)；這些組分是優(yōu)良的石油化工原料，如乙烷和丙烷都是生產(chǎn)乙烯的最適宜的起始原料，丙烷也是一種寶貴的化工原料。
乙烯生產(chǎn)能力通?？梢员碚饕粋€國家石油化工業(yè)的規(guī)模和發(fā)展水平。我國乙烯工業(yè)原料受國內(nèi)石油偏重，輕烴資源少，使乙烯原料輕質化受到制約，原油中輕烴收率低。我國的乙烯原料構成中輕烴不及10％，乙烯生產(chǎn)成本高達530美元/t，總能耗幾乎高出國外乙烯先進能耗水平的一倍。
從LNG中分離出輕烴的工藝，目前國內(nèi)還沒有相關的技術報道，國外的有關技術主要包括1、美國專利US2003/0188996A1、US006604380B1，該專利技術主要用于分離、回收液化天然氣(LNG)中的NGL(乙烷、丙烷、丁烷和其它重烴)，其目的是用于調(diào)節(jié)LNG的熱值以及回收NGL作為石化原料。
2、美國專利US2003/0158458A1，該專利技術是將LNG通過泵提壓后分別與分餾塔和閃蒸塔中分離出來的氣相組分換熱，LNG部分汽化后進入分餾塔，分餾塔塔頂?shù)臍庀喑隽吓cLNG進料換熱而部分冷凝后進入閃蒸塔。從閃蒸塔塔頂出來的氣相物流主要是甲烷，甲烷通過壓縮與LNG進料換熱后被全部液化，再通過泵提壓后進入汽化裝置。而閃蒸塔塔底的液相物流通過泵打入分餾塔作為回流，分餾塔塔底的液相物流主要含有乙烷、丙烷等重組分，此物流通過進一步冷卻后輸出，分餾塔的再沸器需外界供熱。
3、美國專利US2005/0061029A1，該專利是將常壓下的LNG從儲罐里通過進料泵提壓后進入換熱系統(tǒng)，LNG被加熱而部分汽化之后進入分餾塔，從分餾塔的塔頂分離出來的氣相主要成分是甲烷，分餾塔的塔底液相出料主要是乙烷和丙烷等重組分。分餾塔的塔頂?shù)臍庀嗉淄樵趽Q熱系統(tǒng)中先被加熱，然后通過壓縮機壓縮，再用水冷卻到303K，然后再進入換熱系統(tǒng)而被全部冷凝。被冷凝的甲烷分成兩部分，87.55％的甲烷進一步過冷而被移出儲存，而另外12.45％的甲烷通過節(jié)流閥降壓后作為分餾塔塔頂?shù)囊合嗷亓鬟M入塔內(nèi)。
4、美國專利2005/0005636A1，該專利主要是通過外界供應盡可能的熱量來分離LNG中的NGL(包括乙烷、乙烯、丙烷、丁烷等重烴)以達到降低LNG熱值的目的。
上述專利都存在以下問題1、上述專利的主要目的都是通過分離LNG中的重組分來調(diào)節(jié)熱值，故只需要對LNG進行粗略分離，使其達到要求的熱值即可，這些專利未將LNG中的乙烷、丙烷等重組分作進一步的分離。而在乙烯工業(yè)中，由于乙烷、丙烷的裂解條件不一樣，將乙烷同丙烷等組分分開，有利于提高原料的利用率。
2、在上述專利中，分離出來的全部甲烷都需要用壓縮機壓縮，壓縮機的功耗很大。
3、上述專利分離出來的甲烷壓力、溫度都比較高，不利于儲存。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為了解決上述現(xiàn)有技術中存在的不足之處，提供一種液化天然氣的輕烴分離方法。該方法將乙烷和丙烷進行了進一步的分離，且只需壓縮部分甲烷，分離出來的甲烷為低壓液體。
本發(fā)明的目的通過下述技術方案實現(xiàn)所述一種液化天然氣的輕烴分離方法包括如下步驟和工藝條件第一步原料預熱常壓下的液化天然氣通過進料泵提壓后，液化天然氣進料先后與脫甲烷塔頂和閃蒸塔塔頂分離出來的甲烷氣體換熱，被加熱而部分氣化，進入預分離裝置；第二步預分離預分離裝置包括閃蒸塔和壓縮機；被加熱而部分氣化的液化天然氣進料先進入閃蒸塔，從閃蒸塔塔頂分離出來的部分甲烷氣相出料通過壓縮機壓縮，再與液化天然氣進料換熱而被完全冷凝，閃蒸塔塔底的液相出料由未分離的甲烷以及包括乙烷、丙烷的重組分組成；第三步脫甲烷從閃蒸塔的塔底出來的液相出料由進料泵輸入到脫甲烷塔，將其中的甲烷徹底分出，從脫甲烷塔塔頂分離出來的甲烷氣體通過同液化天然氣進料換熱而全部液化，塔底液相出料是包括乙烷和丙烷的重組分；第四步脫乙烷通過進料泵將脫甲烷塔塔底的液相出料輸入脫乙烷塔，乙烷從塔頂以氣相分離出來，氣相乙烷出料可以通過管線輸送到乙烯裂解裝置，而塔底的液相出料為含有丙烷、丁烷的重組分。
為了更好地實現(xiàn)本發(fā)明，所述脫甲烷塔的塔底再沸器可以與脫乙烷塔塔頂?shù)牟糠掷淠鲗崿F(xiàn)熱集成，由脫乙烷塔塔頂?shù)牟糠忠彝槔淠凉摕崽峁┟摷淄樗孜锪显俜袩嵩?，而脫乙烷塔再沸器則由外界提供熱源；此外還可以利用脫甲烷塔塔底的出料來預熱脫甲烷塔的進料；所述第一步中液化天然氣通過進料泵提壓到800～1200Pa；所述脫甲烷塔的壓力范圍為1800～2500Pa；所述脫乙烷塔的壓力范圍為2500～3500Pa。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，具有如下優(yōu)點和有益效果1、LNG濕氣中含有10％(mol)左右的C2、C3烴以及極少量C4烴，由于乙烷和丙烷的裂解工藝條件完全不同，通過應用本發(fā)明可以從LNG中分別回收乙烷、丙烷等重組分。氣相乙烷和液相丙烷分別通過管線輸送到裂解裝置，能夠提高原料的轉化率和選擇性。
2、在本發(fā)明中，只有大約60％的甲烷氣體需要壓縮，可以降低壓縮機的功耗，節(jié)約流程的操作費用。
3、本發(fā)明通過應用熱集成技術，使LNG的冷量得到充分利用，整個系統(tǒng)不需要外界提供冷源，外界只需提供少量的低品位熱量即可將LNG中的甲烷、乙烷和丙烷等分離。分離出來的甲烷為液態(tài)，而且溫度壓力較低(-110℃左右)，并且保留了大部分LNG的冷量；仍然可以在再氣化時回收利用。
4、由于分離出來的液相甲烷溫度已經(jīng)較低，故可以在稍加進一步冷卻后，在較低壓力的儲罐儲中儲存，這有利于解決燃氣供應中的調(diào)峰問題。
5、本發(fā)明根據(jù)我國乙烯工業(yè)的現(xiàn)狀，通過從LNG中回收輕烴(乙烷等重組分)作為乙烯工業(yè)的優(yōu)質原料，不僅可以改進我國乙烯原料構成，降低能耗和生產(chǎn)成本，同時也可以緩解我國石油資源的短缺，因而具有顯著的社會價值和經(jīng)濟價值。本發(fā)明乙烯收率高，分離流程相對簡單，設備投資少，運轉周期長，操作費用低；可使油氣資源得到最優(yōu)化利用。


圖1是本發(fā)明的工作流程圖；圖2是本發(fā)明的另一工作流程圖。
具體實施例方式
下面結合附圖和實施例，對本發(fā)明做進一步地詳細說明。
如圖1所示，本實施例為一個年處理能力為300萬噸的LNG接受站，采用本發(fā)明回收乙烷和丙烷等重組分，儲罐中有101.3KPa、-162℃的LNG，其質量百分比組成分別為甲烷77％、乙烷14％、丙烷6％、丁烷1.4％、戊烷1.5％、氮氣0.1％；單元設備包括進料泵、換熱器、塔(閃蒸塔、脫甲烷塔和脫乙烷塔)和壓縮機，設備的材質選用耐低溫的不銹鋼，如0Cr18Ni9。具體工作步驟和工藝條件如下第一步原料預熱進料泵1從儲罐中以340.2t/hr抽出LNG，其壓力升高到1000KPa后進入分離流程，LNG進料在換熱器2中與脫甲烷塔7塔頂分離出來的甲烷氣體換熱，溫度從-162℃升到-125.2℃，氣相分率為0；LNG進料在換熱器3中與閃蒸塔5塔頂分離出來的甲烷氣體換熱，LNG壓力降至900KPa，溫度上升到-120.8℃，氣相分率為0.5，從而被加熱而部分氣化，被加熱的液化天然氣進入預分離裝置；
第二步預分離預分離裝置包括一個閃蒸塔5和一個壓縮機4；部分汽化的LNG進料在閃蒸塔5中進行絕熱閃蒸，從塔頂分離出來的氣體149.46t/hr，其中甲烷的質量百分比含量為99.1％，乙烷0.7％，氮氣0.1％。塔頂分出的氣相出料通過壓縮機4從900KPa壓縮到1500KPa，溫度由-120.8℃上升到-92℃。壓縮氣流在換熱器3中同LNG換熱被完全冷凝，壓力降為1450KPa，溫度為-118.7℃，故分離出來的甲烷仍是液相。閃蒸塔5塔底出料為190.74t/hr，甲烷的質量百分比含量為59.7％，其它重組分乙烷24.5％，丙烷10.7％，丁烷2.5％，戊烷2.7％，需要進一步分離；第三步脫甲烷從閃蒸塔5塔底出來的液相物流通過進料泵6提壓至2000KPa后進入脫甲烷塔7，然后將其中的甲烷徹底分出；脫甲烷塔7無冷凝器，直接從塔頂進料，共12塊塔板，塔的操作壓降為83KPa；從脫甲烷塔7塔頂分離出氣相的甲烷115t/hr，溫度-101.1℃，壓力2000KPa，其主要組分質量百分比含量為甲烷98.4％、乙烷1.5％；此甲烷氣體在換熱器2中被LNG全部冷凝成液態(tài)，溫度降為-108℃，壓力1950KPa；脫甲烷塔7塔底出料為75.73t/hr，溫度3℃，壓力為2083KPa，主要是乙烷和丙烷等重組分；第四步脫乙烷通過進料泵8將脫甲烷塔7塔底的液相出料提壓至3000KPa后輸入脫乙烷塔9，脫乙烷塔9共25塊塔板，回流比為1，塔頂氣相溫度為8.8℃，在冷凝-再沸器中與脫甲烷塔7塔釜物料換熱而部分冷凝回流；乙烷從塔頂以氣相出料，其流量為48t/hr，壓力為2800KPa，其中乙烷的質量百分比含量為93.4％，甲烷1.5％，丙烷5.2％，氣相乙烷通過管線輸送到乙烯裂解裝置；脫乙烷塔釜溫度87℃，壓力2800KPa，塔釜再沸器用100℃左右的低溫熱源加熱。塔釜出料中丙烷的質量百分含量為64.3％，丁烷17.2％，戊烷18.4％，這些都是非常好的石化原料。
本實施例只需壓縮56.5％的甲烷，比現(xiàn)有技術大大節(jié)約壓縮機的功耗。
在本實施例中，脫甲烷塔的塔底再沸器可以為脫乙烷塔塔頂?shù)牟糠掷淠峁├湓矗嗽俜衅鬟€需要由外界提供部分熱源，脫乙烷塔的再沸器需要的熱量全部由外界熱源提供。本發(fā)明還可以利用脫甲烷塔塔底的出料來預熱脫甲烷塔的進料，即加裝一個脫甲烷塔進料預熱器10，如圖2所示，這樣可以提高能源的利用效率，降低再沸器的能耗。
實施例二第一步中的液化天然氣通過進料泵提壓到800Pa；脫甲烷塔的壓力為1800Pa；脫乙烷塔的壓力為2500Pa，其余條件與實施例一相同。
實施例三第一步中的液化天然氣通過進料泵提壓到1200Pa；脫甲烷塔的壓力為2500Pa；脫乙烷塔的壓力為3500Pa，其余條件與實施例一相同。
如上所述，即可較好地實現(xiàn)本發(fā)明。
權利要求
1.一種液化天然氣的輕烴分離方法，其特征是，包括如下步驟和工藝條件第一步 原料預熱常壓下的液化天然氣通過進料泵提壓后，液化天然氣進料先后與脫甲烷塔頂和閃蒸塔塔頂分離出來的甲烷氣體換熱，被加熱而部分氣化，進入預分離裝置；第二步 預分離、預分離裝置包括閃蒸塔和壓縮機；被加熱而部分氣化的液化天然氣進料先進入閃蒸塔，從閃蒸塔塔頂分離出來的部分甲烷氣相出料通過壓縮機壓縮，再與液化天然氣進料換熱而被完全冷凝，閃蒸塔塔底的液相出料由未分離的甲烷以及包括乙烷、丙烷的重組分組成；第三步 脫甲烷從閃蒸塔塔底出來的液相出料由進料泵輸入到脫甲烷塔，將其中的甲烷徹底分出，從脫甲烷塔塔頂分離出來的甲烷氣體通過與液化天然氣進料換熱而全部液化，塔底液相出料是包括乙烷和丙烷的重組分；第四步 脫乙烷通過進料泵將脫甲烷塔塔底的液相出料輸入脫乙烷塔，乙烷從塔頂以氣相分離出來，氣相乙烷出料通過管線輸送到乙烯裂解裝置，而塔底的液相出料為含有丙烷、丁烷的重組分。
2.根據(jù)權利要求1所述一種液化天然氣的輕烴分離方法，其特征是，所述脫甲烷塔的塔底再沸器與脫乙烷塔塔頂?shù)牟糠掷淠鲗崿F(xiàn)熱集成，由脫乙烷塔塔頂?shù)牟糠忠彝槔淠凉摕崽峁┟摷淄樗孜锪显俜袩嵩矗撘彝樗俜衅鲃t由外界提供熱源。
3.根據(jù)權利要求1所述一種液化天然氣的輕烴分離方法，其特征是，利用脫甲烷塔塔底的出料來預熱脫甲烷塔的進料。
4.根據(jù)權利要求1所述一種液化天然氣的輕烴分離方法，其特征是，所述第一步中液化天然氣通過進料泵提壓到800～1200Pa。
5.根據(jù)權利要求1所述一種液化天然氣的輕烴分離方法，其特征是，所述脫甲烷塔的壓力范圍為1800～2500Pa。
6.根據(jù)權利要求1所述一種液化天然氣的輕烴分離方法，其特征是，所述脫乙烷塔的壓力范圍為2500～3500Pa。
全文摘要
本發(fā)明是一種液化天然氣的輕烴分離方法，包括將液化天然氣原料預熱，預分離甲烷并使之冷凝，脫甲烷并使之液化，脫乙烷并使氣相乙烷通過管線輸送到乙烯裂解裝置，而最后的液相出料為含有丙烷、丁烷的重組分。本發(fā)明利用LNG 的部分冷量從LNG中回收乙烷、丙烷等重組分后，大部分冷量仍熱保存在低溫液態(tài)甲烷中，仍然可以在再氣化時利用；本發(fā)明的工藝只有60％的甲烷氣體需要壓縮，降低壓縮機的功耗，液態(tài)甲烷壓力低，便于儲存。本發(fā)明的乙烷收率高，分離流程相對簡單，設備投資少，運轉周期長，操作費用低廉。
文檔編號C10G5/06GK1737087SQ20051003512
公開日2006年2月22日 申請日期2005年6月10日 優(yōu)先權日2005年6月10日
發(fā)明者華賁, 李亞軍, 楊曉梅, 熊永強 申請人:華南理工大學