專利名稱：天然氣液化與重?zé)N處理的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明提供了一種全新的天然氣液化與重?zé)N處理的工藝方法和裝置，從富含重?zé)N的天然氣中脫除重?zé)N，在液化得到液化天然氣(LNG)的同時，還可副產(chǎn)液化石油氣及輕油產(chǎn)品。
背景技術(shù)：
天然氣作為一次能源在社會各個領(lǐng)域所占比例正逐漸提升，其應(yīng)用領(lǐng)域已逐漸擴(kuò)大到發(fā)電、汽車用氣、工業(yè)用氣、城市居民用氣等方面，市場需求量迅速增加。但受原料條件及用戶分布限制，有相當(dāng)一部分資源無法采用傳統(tǒng)的天然氣管輸供應(yīng)方式進(jìn)行管道長距離輸送，而更為便捷合理的方法是采用液化的方式，將甲烷轉(zhuǎn)變?yōu)橐后w再采用靈活的運(yùn)輸方式將其送往用戶終端。液化天然氣(LNG)體積只有同量氣體體積的1/625，液化后可以降低貯存和運(yùn)輸成本，且可以提高單位體積的燃值。在天然氣液化的過程中，重?zé)N尤其是C6+烴總是先被冷凝下來，如未把重?zé)N先分離掉，則重?zé)N將可能凍結(jié)從而堵塞冷箱，因此要求進(jìn)入冷箱的天然氣中重?zé)N含量降至足夠低。目前，現(xiàn)有技術(shù)中多采用用耐水硅膠、活性炭等吸附劑脫除天然氣中的重?zé)N，但當(dāng)重?zé)N含量較高時會顯著增加設(shè)備投資；采用此種技術(shù)再生氣的獲取也較困難，且需考慮再生氣的去向。附圖1所示為另一種現(xiàn)有工藝技術(shù)，其使用的裝置包括二段式混合工質(zhì)壓縮機(jī)、冷卻器、氣液分離器、節(jié)流裝置、一組板翅式換熱器組和一臺LNG儲罐。凈化后的原料天然氣首先進(jìn)入板翅式換熱器組進(jìn)行預(yù)冷，被冷卻至-30°C -60°C后進(jìn)入重?zé)N分離器進(jìn)行氣液分離，由重?zé)N分離器頂部分離出的氣相流股繼續(xù)進(jìn)入換熱器組的其余各級換熱器，并在其中被冷卻至_130°C -166°C，得到的液化天然氣送入液化天然氣(LNG)儲罐中儲存，重?zé)N分離器底部分離出部分重?zé)N；但`這一方法對苯等芳香烴的脫除效果不佳，隨芳香烴含量增加，脫除效果更差，如原料氣含有大量的芳香烴(苯的熔點(diǎn)只有5. 51度)，將導(dǎo)致冷箱凍堵；且這一工藝的重組分脫除效果也難以控制。針對這一情況，本發(fā)明提出了一種新的天然氣液化及脫重?zé)N的方法，還得到液化天然氣(LNG)的同時，還可副產(chǎn)液化石油氣(LPG)及輕油。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種天然氣液化與重?zé)N處理的工藝方法和裝置，將富含重?zé)N的凈化合格的天然氣(經(jīng)過脫酸如CO2等、脫汞、脫水合格后的天然氣)中的甲烷組分液化生產(chǎn)液化天然氣(LNG)，不但將其中的重?zé)N組分脫除，并且進(jìn)一步將重?zé)N組分分離為可利用的液化石油氣(LPG)及輕油副產(chǎn)品，經(jīng)濟(jì)合理、工藝路線先進(jìn)；另外，本發(fā)明所述工藝可適應(yīng)原料氣中含有苯等芳香烴的情況，將苯等芳香烴隨重?zé)N組分脫除，防止冷箱凍堵。在本申請中，術(shù)語“任選”表示有或沒有。在本申請中所使用的原料氣是凈化后的原料天然氣(或稱作原料氣或稱作原料天然氣)，例如是經(jīng)過脫酸(如CO2等)、脫汞、脫水后的天然氣。在本申請中(1、02工3、(4工5、06等分別表示相應(yīng)碳原子數(shù)的烴類(或鏈烷烴類)。
本發(fā)明的第一方面涉及一種天然氣液化與重?zé)N處理裝置，該裝置包括低溫液化裝置和重?zé)N處理裝置；低溫液化裝置包括一個冷箱、一個冷劑分離器、一個重?zé)N分離器、一個重?zé)N增壓泵、一個氮?dú)忾W蒸罐、一個制冷劑壓縮系統(tǒng)和四臺節(jié)流裝置；重?zé)N處理裝置包括一個重?zé)N洗滌塔、一個脫乙烷塔、一個精餾塔和兩臺節(jié)流裝置；其中，該制冷劑壓縮系統(tǒng)包括一臺二段式混合冷劑壓縮機(jī)、分別與所述混合冷劑壓縮機(jī)的第一段和第二段連接的第一臺冷卻器和第二臺冷卻器、分別與所述第一臺冷卻器和第二臺冷卻器連接的第一臺氣液分離器和第二臺氣液分離器和與所述兩臺氣液分離器當(dāng)中的第一臺連接的一臺液體泵，該液體泵的出口端經(jīng)由管道連接到第二臺冷卻器的入口端;其中，制冷劑壓縮系統(tǒng)兩臺氣液分離器中的第一臺氣液分離器的氣相端與混合冷劑壓縮機(jī)的第二壓縮段連接，第一臺氣液分離器的液相端經(jīng)由液體泵與第二壓縮段的出口管道匯合后連接到所述兩臺冷卻器中的第二臺冷卻器，第二臺氣液分離器的氣相端和液相端經(jīng)由兩根管道分別與所述冷箱的兩個換熱通道即第一換熱通道的一端和第二換熱通道的一端連接；所述氮?dú)忾W蒸罐包括入口、氣相出口、液相出口 ；所述冷劑分離器包括入口端，頂部氣相端和，底部液相端；該重?zé)N分離器包括一個天然氣入口通道，一個重?zé)N出口通道，一個天然氣出口通道；該重?zé)N洗滌塔包括一個天然氣原料氣入口通道，一個天然氣出口通道，一個重?zé)N入口通道，和與第五節(jié)流裝置的入口端連接的一個重?zé)N出口通道；該脫乙烷塔包括一個重?zé)N入口通道，一個氣相出口通道和與第六節(jié)流裝置的入口端連接的一個液相出口通道；該精餾塔包括一個液相入口通道，一個氣相出口通道和一個輕油出口通道；該冷箱包括至少七個換熱通道，即至少包含第一、第二、第三、第四、第五、第六和第七換熱通道；所述冷箱的第一換熱通道的另一端經(jīng)由第一節(jié)流裝置與第三換熱通道的一端連接，第三換熱通道的另一端與冷劑分離器的入口端連接；第二換熱通道的另一端經(jīng)由第二節(jié)流裝置也與冷劑分離器入口端連接；第四換熱通道的一端與所述重?zé)N分離器的天然氣入口通道連接，第四換熱通道的另一端與重?zé)N洗滌塔的頂部天然氣出口通道連接；第五換熱通道的一端與重?zé)N分離器的頂部氣相端連接，另一端經(jīng)由第四節(jié)流裝置后連接到液化天然氣儲te；脫乙烷塔的氣相出口通道任選地與來自液化天然氣儲罐的蒸發(fā)天然氣(即B0G)通道匯合后，連接至冷箱的第六換熱通道的一端，第六換熱通道的另一端經(jīng)由第三節(jié)流裝置連接于氮?dú)忾W蒸罐的入口(或入口端)，氮?dú)忾W蒸罐液相出口通過管道也連接至液化天然氣儲罐；所述冷劑分離器的頂部氣相端和底部液相端匯合后連接第七換熱通道的一端，第七換熱通道的另一端與混合冷劑壓縮機(jī)的第一壓縮段連接； 所述重?zé)N分離器的重?zé)N出口通道連接到重?zé)N增壓泵的輸入端；重?zé)N增壓泵的輸出端連接重?zé)N洗滌塔的重?zé)N入口通道；
所述重?zé)N洗滌塔的天然氣原料氣入口通道連接到輸送凈化天然氣(即天然氣原料氣)的管道，重?zé)N洗滌塔的重?zé)N出口通道經(jīng)由第五節(jié)流裝置連接脫乙烷塔的重?zé)N入口通道；所述脫乙烷塔的液相出口經(jīng)由第六節(jié)流裝置連接于精餾塔的液相入口通道；所述精餾塔的氣相出口通道經(jīng)由一個附加冷卻器連接至液化石油氣產(chǎn)品儲罐以及該塔的輕油出口通道連接輕油冷卻器后連接到輕油產(chǎn)品儲罐。在一個實(shí)施方式中，重?zé)N分離器的頂部氣相端依次通過冷箱的第五換熱通道后進(jìn)一步通過冷箱的另外第八換熱通道連接到第四節(jié)流裝置，然后連接到液化天然氣儲罐。在另一個實(shí)施方式中，所述精餾塔的氣相出口通道首先經(jīng)由所述的附加冷卻器和任選地經(jīng)由一個精餾塔回流罐，然后分出兩個支管，一個支管與液化石油氣產(chǎn)品儲罐連接，而另一個支管，任選經(jīng)由一臺泵，與脫乙烷塔的經(jīng)過第六節(jié)流裝置后的液相出口匯合后連接于精餾塔的液相入口通道。在所述脫乙烷塔和/或所述精餾塔的塔底可采用任意型式的再沸器，例如內(nèi)置式、釜式、熱虹吸式再沸器。在一個優(yōu)選實(shí)施方式中，在所述冷箱的第四換熱通道的_30°C _80°C的溫度區(qū)間設(shè)置至少一個(優(yōu)選多個，例如2 10個)天然氣預(yù)冷抽出口。在一個優(yōu)選實(shí)施方式中，所述脫乙烷塔的氣相出口通道與來自液化天然氣儲罐的蒸發(fā)天然氣(即B0G)輸出通道匯合后，連接至冷箱的第六換熱通道的一端。本發(fā)明涉及的第二方面，一種天然氣液化與重?zé)N處理工藝方法，該方法包括低溫液化工序和重?zé)N處理工序兩部分；低溫液化工序包括在重?zé)N處理工序中的重?zé)N洗滌塔中部分脫重?zé)N后的天然氣在冷箱中實(shí)現(xiàn)冷卻、在重?zé)N分離器中完全脫重?zé)N及在冷箱中液化；重?zé)N處理工序包括凈化后的天然氣在重?zé)N洗滌塔中脫去部分重?zé)N，部分脫重?zé)N的天然氣自洗滌塔頂去低溫液化工序，和被脫除出來的洗滌塔底重?zé)N依次進(jìn)入脫乙烷塔中進(jìn)行汽提而分離出輕組分(主要為C1、C2烴等)和重組分，其中輕組分被輸送到冷箱中進(jìn)行冷卻(輕組分在冷卻之后流過氮?dú)忾W蒸罐，在氮?dú)忾W蒸罐的底部獲得液化天然氣)，和其中重組分進(jìn)入精餾塔中分離出輕油(副產(chǎn)品)和分離出氣相，該氣相被冷卻成液化石油氣(LPG)。另外，上述方法可適應(yīng)原料氣中含有苯等芳香烴的情況，將苯等芳香烴隨重?zé)N組分脫除，防止冷箱凍堵。凈化后的天然氣是指經(jīng)過脫酸如CO2等、脫汞、脫水合格后的富含重?zé)N的天然氣。優(yōu)選地，本發(fā)明提供的天然氣液化與重?zé)N處理工藝的工藝流程如下低溫液化工序在本發(fā)明所述低溫液化工序中，來自重?zé)N處理工序的重?zé)N洗滌塔中的天然氣，即在重?zé)N洗滌塔中脫除了全部C5+及部分C3、C4重?zé)N組分的天然氣，首先進(jìn)入冷箱的第四換熱通道進(jìn)行預(yù)冷，被冷卻至_30°C _80°C (優(yōu)選-35 °C -75 °C，進(jìn)一步優(yōu)選為-40°C _70°C，更優(yōu)選為-45°C _65°C)后進(jìn)入重?zé)N分離器進(jìn)行氣液分離，從重?zé)N分離器底部分離出天然氣中剩余的C3、C4重?zé)N等組分，從重?zé)N分離器頂部分離出的氣相流股繼續(xù)進(jìn)入冷箱的其余換熱通道(例如第五換熱通道)，并在其中被冷卻至_130°C _166°C (優(yōu)選為-135°C _160°C，進(jìn)一步優(yōu)選為-140°C _155°C，更優(yōu)選為_145°C _152°C)，經(jīng)第四節(jié)流裝置節(jié)流后得到液化天然氣(LNG);重?zé)N分離器底部液相去所述重?zé)N處理工序的重?zé)N洗滌塔中與原料天然氣進(jìn)行傳熱傳質(zhì)。重?zé)N處理工序在所述重?zé)N處理工序中，富含重?zé)N的凈化后的天然氣(例如,經(jīng)過脫酸如CO2等、脫汞、脫水后的天然氣)作為原料氣進(jìn)入重?zé)N洗滌塔底部天然氣入口，與重?zé)N洗滌塔內(nèi)自上而下的液相逆流接觸，充分傳熱傳質(zhì)后除去天然氣中的全部C5+及部分C3、C4等重?zé)N組分；重?zé)N洗滌塔塔頂液相來源為所述低溫液化工序中經(jīng)重?zé)N分離器底部分離的C3、C4重?zé)N組分。重?zé)N洗滌塔中的氣相自塔頂去所述低溫液化工序；重?zé)N洗滌塔底部液相經(jīng)第五節(jié)流裝置減壓至2. 5MPaA 4. OMPaA (優(yōu)選為2. 8 3. 7MPaA,更優(yōu)選為3. 0 3. 5MPaA)，然后進(jìn)入脫乙烷塔，與塔底再沸器產(chǎn)生的氣相逆流接觸傳質(zhì)傳熱，脫除其中的輕組分(主要為Cl、C2烴等)；輕組分進(jìn)入冷箱的第六換熱通道冷卻、液化、經(jīng)第三節(jié)流裝置節(jié)流并進(jìn)入氮?dú)忾W蒸罐中閃蒸，將來自液化天然氣儲罐的BOG (蒸發(fā)氣)中可能存在的氮?dú)?即原料氣液化為LNG進(jìn)入液化天然氣儲罐時可能攜帶的氮?dú)?從氮?dú)忾W蒸罐中分出，氮?dú)忾W蒸罐底部得到LNG中的氮?dú)夂?lt; lmol% (優(yōu)選0.8mol%，進(jìn)一步優(yōu)選0.6mol%);脫乙烷塔塔底液相(主要為C3、C4、C5、C6+鏈烷烴的混合物)經(jīng)第六節(jié)流裝置減壓至0. 5MPaA 2. OMPaA (優(yōu)選為0. 7 1.8MPaA，更優(yōu)選為1. 0 1.5MPaA)后進(jìn)入精餾塔中部，經(jīng)精餾從塔頂?shù)玫紺3、C4鏈烷烴等組分的混合物(為氣相)，部分回流(即與精餾塔的入口管道匯合)，部分采出，即為液化石油氣(LPG)產(chǎn)品，塔底分離得到C5、C6+等組分的混合物，經(jīng)輕油冷卻器冷卻至常溫后，即為輕油產(chǎn)品。在一個優(yōu)選實(shí)施方式中，一般在低溫液化工序中，冷箱的冷量由或主要由混合冷劑循環(huán)提供由Cl C5和N2組成的混合冷劑(通常選自Cl、C2、C3、C4和C5鏈烷烴和N2中的四種、五種或六種，它們按照任意體積比例或按照大約等同的體積比例混合)進(jìn)入混合冷劑壓縮機(jī)的入口，經(jīng)第一段壓縮至0. 6 1. 8MPaA，進(jìn)入第一級冷卻器冷卻至30°C 45°C，再進(jìn)入第一級氣液分離器進(jìn)行氣液分離，第一級氣液分離器頂部分離出的氣體繼續(xù)進(jìn)入壓縮機(jī)的第二段入口，經(jīng)二段壓縮至1. 2 5. 4MPaA，第一級氣液分離器底部液相端分離出的液體經(jīng)液體泵加壓后與第二段壓縮出口管道的熱氣體匯合后，再進(jìn)入第二級冷卻器中被冷卻至30°C 45°C，在第二級冷卻器中冷卻后的混合冷劑隨后進(jìn)入第二級氣液分離器進(jìn)行氣液分離，第二級氣液分離器的頂部氣體隨后進(jìn)入冷箱的第一換熱通道參與換熱，第二級氣液分離器底部分離出的液體進(jìn)入冷箱的第二換熱通道參與換熱；由第二級氣液分離器底部引出的液體首先進(jìn)入冷箱的第二換熱通道，在其中被預(yù)冷至約-30°C -80°C，經(jīng)第二節(jié)流裝置節(jié)流至0. 2 0. 8MPaA后進(jìn)入冷劑分離器；由所述第二級氣液分離器頂部分離出的混合冷劑的氣相流股通過冷箱的第一換熱通道冷卻至-135°C _169°C，再經(jīng)第一節(jié)流裝置節(jié)流至0. 2 0. 8MPaA后反向進(jìn)入冷箱的第三換熱通道換熱，復(fù)熱至一定溫度(例如_30°C -80°C)后引出，與上述出第二節(jié)流裝置的冷劑匯合，進(jìn)入冷劑分離器中分離為氣液兩相，出冷劑分離器的氣液兩相匯合后返回至冷箱的第七換熱通道中為冷箱提供冷量和然后返回到混合冷劑壓縮機(jī)第一壓縮段。在一個優(yōu)選實(shí)施方式中，所述脫乙烷塔頂?shù)妮p組分與來自液化天然氣儲罐的蒸發(fā)天然氣(即BOG氣體)流股匯合，再進(jìn)入所述冷箱的第六換熱通道冷卻、液化、節(jié)流并進(jìn)入氮?dú)忾W蒸罐中閃蒸，氮?dú)忾W蒸罐底部液化天然氣(LNG)中的氮?dú)饷摮?lt; lmol%。
優(yōu)選的是，脫乙烷塔和精餾塔的塔底可采用內(nèi)置式、釜式、熱虹吸式等任意型式的再沸器。在一個優(yōu)選實(shí)施方式中，精餾塔塔頂?shù)玫降臍庀啾焕鋮s成液相，該液相的一部分作為液化石油氣產(chǎn)品儲存，該液相的另一部分，任選經(jīng)過泵輸送，與來自脫乙烷塔的塔底的液相匯合后進(jìn)入精餾塔的液相入口通道。這里，壓力單位MPaA為兆帕，絕對壓力。為適應(yīng)不同的原料氣重?zé)N組成，本發(fā)明所述工藝在冷箱的第四換熱通道的-30°C -80°C的溫度區(qū)間設(shè)置至少一個天然氣預(yù)冷抽出口，通過調(diào)整出第四換熱通道的天然氣的預(yù)冷溫度，可調(diào)整進(jìn)入重?zé)N洗滌塔用于天然氣洗滌的液相量，即使天然氣中重?zé)N含量較低，也可保證重?zé)N洗滌塔的正常操作。在本申請中，一般而言，一個設(shè)備與另一個設(shè)備的連接是通過管道來實(shí)現(xiàn)的。在本申請中，“工序”與“過程”可互換使用。所述的“第一段壓縮”或“一段壓縮”與“第一壓縮段”可互換使用，以此類推。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)1、本發(fā)明采用全新的天然氣液化及重?zé)N處理的工藝路線，將富含重?zé)N的天然氣中的甲烷組分液化，并將重?zé)N組分處理回收，同時得到LNG主產(chǎn)品及LPG及輕油副產(chǎn)品，經(jīng)濟(jì)
可靠；2、將原料天然氣自身攜帶的部分重?zé)N組分分離，用于天然氣中重組分的洗滌，不需外部引入吸收劑，工藝路線設(shè)計合理；3、通過設(shè)置多個天然氣預(yù)冷抽出口，以調(diào)整出冷箱第四換熱通道的天然氣的預(yù)冷溫度，可調(diào)整進(jìn)入重?zé)N洗滌塔用于天然氣洗滌的液相量，從而可以適應(yīng)較大的原料氣重?zé)N組成范圍，操作彈性大；4、本發(fā)明所述工藝可適應(yīng)原料氣中含有苯等芳香烴的情況，將苯等芳香烴隨重?zé)N組分脫除，防止冷箱凍堵。5、采用混合冷劑循環(huán)流程提供冷量，且氣相及液相冷劑分別進(jìn)入冷箱換熱，使冷、熱液體的換熱曲線更為匹配；6、對脫乙烷塔分出的輕組分進(jìn)行了回收液化，提高了天然氣的液化率。7、第二級氣液分離器頂部氣相冷劑經(jīng)節(jié)流后的返流復(fù)熱后進(jìn)入冷劑分離器，可有效避免冷箱底部積液。


以下通過附圖來說明本發(fā)明，在圖1和圖2中，相同的部件用相同的附圖標(biāo)記表
/Jn o圖1是現(xiàn)有技術(shù)的一種工藝流程圖；圖2是本發(fā)明所述的天然氣液化與重?zé)N處理工藝的流程圖。)
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的工藝包括低溫液化工序和重?zé)N處理工序兩部分；低溫液化工序包括在重?zé)N處理工序中部分脫重?zé)N后的天然氣由混合冷劑提供冷量在冷箱中實(shí)現(xiàn)冷卻、完全脫重?zé)N及液化得到LNG ;重?zé)N處理工序包括富含重?zé)N的凈化合格的天然氣在重?zé)N洗滌塔中脫去部分重?zé)N，部分脫重?zé)N的天然氣自塔頂去低溫液化工序，和被脫除的重?zé)N依次進(jìn)入脫乙烷塔中汽提除去其中的輕組分(主要為C1、C2烴等)、進(jìn)入精餾塔中分離為LPG及輕油副產(chǎn)品；另夕卜，本發(fā)明所述工藝可適應(yīng)原料氣中含有苯等芳香烴的情況，將苯等芳香烴隨重?zé)N組分脫除，防止冷箱凍堵。參照附圖2，低溫液化裝置和重?zé)N處理裝置；低溫液化裝置包括一個冷箱7、一個冷劑分離器9、一個重?zé)N分離器6、一個重?zé)N增壓泵8、一個氮?dú)忾W蒸罐13、一個制冷劑壓縮系統(tǒng)和四臺節(jié)流裝置51、52、53、54，重?zé)N處理裝置包括一個重?zé)N洗滌塔10、一個脫乙烷塔
11、一個精餾塔12和兩臺節(jié)流裝置55、56 ;其中，該制冷劑壓縮系統(tǒng)包括一臺二段式混合冷劑壓縮機(jī)1、分別與所述混合冷劑壓縮機(jī)I的第一段和第二段連接的第一臺冷卻器21和第二臺冷卻器22、分別與所述第一臺冷卻器21和第二臺冷卻器22連接的第一臺氣液分離器31和第二臺氣液分離器32和與所述兩臺氣液分離器當(dāng)中的第一臺31連接的一臺液體泵4，該液體泵4的出口端經(jīng)由管道連接到第二臺冷卻器22的入口端；其中，制冷劑壓縮系統(tǒng)的兩臺氣液分離器中的第一臺氣液分離器31的氣相端與混合冷劑壓縮機(jī)I的第二壓縮段連接，第一臺氣液分離器31的液相端經(jīng)由液體泵4與第二壓縮段的出口管道匯合后連接到所述兩臺冷卻器中的第二臺冷卻器22，第二臺氣液分離器32的氣相端和液相端經(jīng)由兩根管道分別與所述冷箱7的兩個換熱通道即第一換熱通道的一端(或第一端)和第二換熱通道的一端(或第一端)連接；該氮?dú)忾W蒸罐13包括入口、氣相出口、液相出口 ；該重?zé)N分離器6包括一個天然氣入口通道，一個重?zé)N出口通道，一個天然氣出口通道；該重?zé)N洗滌塔10包括一個天然氣原料氣入口通道，一個天然氣出口通道，一個重?zé)N入口通道，和與第五節(jié)流裝置55的入口端連接的一個重?zé)N出口通道；該脫乙烷塔11包括一個重?zé)N入口通道，一個氣相出口通道和與第六節(jié)流裝置56的入口端連接的一個液相出口通道；該精餾塔12包括一個液相入口通道，氣相出口通道(通往一個附加冷卻器14)和一個輕油出口通道(通往一個輕油冷卻器17)；該冷箱7包括至少七個換熱通道，即至少包含第一第二、第三、第四、第五、第六和第七換熱通道；所述冷箱的第一換熱通道的另一端(或第二端)經(jīng)由第一節(jié)流裝置51與第三換熱通道的一端(或第一端)連接，第三換熱通道的另一端(或第二端)與冷劑分離器9的入口端連接；第二換熱通道的另一端(或第二端)經(jīng)由第二節(jié)流裝置52也與冷劑分離器入口端連接；第四換熱通道的一端(或第一端)與所述重?zé)N分離器6的天然氣入口通道連接，第四換熱通道的另一端(或第二端)與重?zé)N洗滌塔10的頂部天然氣出口通道連接；

第五換熱通道的一端(或第一端)與重?zé)N分離器6的頂部氣相端連接，另一端經(jīng)由第四節(jié)流裝置54后連接到液化天然氣儲罐；脫乙烷塔11的氣相出口通道任選地與來自液化天然氣儲罐的BOG(即蒸發(fā)天然氣)輸出通道匯合后，連接至冷箱7的第六換熱通道的一端(或第一端)，第六換熱通道的另一端(或第二端)經(jīng)由第三節(jié)流裝置53連接于氮?dú)忾W蒸罐13的入口，氮?dú)忾W蒸罐13的液相出口通過管道也連接至液化天然氣儲罐；所述冷劑分離器9的頂部氣相端和底部液相端匯合后連接第七換熱通道的一端，第七換熱通道的另一端與混合冷劑壓縮機(jī)I的第一壓縮段連接；所述重?zé)N分離器6的重?zé)N出口通道連接到重?zé)N增壓泵8的輸入端；重?zé)N增壓泵8的輸出端連接重?zé)N洗滌塔10的重?zé)N入口通道；所述重?zé)N洗滌塔10的天然氣原料氣入口通道連接到輸送凈化天然氣(即天然氣原料氣)的管道，重?zé)N洗滌塔10的重?zé)N出口通道經(jīng)由第五節(jié)流裝置55連接到脫乙烷塔11的重?zé)N入口通道；所述脫乙烷塔11的液相出口經(jīng)由第六節(jié)流裝置56連接于精餾塔12的液相入口通道；所述精餾塔12的(頂部)氣相出口通道經(jīng)由一個附加冷卻器14連接至液化石油氣產(chǎn)品儲罐以及該塔的輕油出口通道連接輕油冷卻器17后連接到輕油產(chǎn)品儲罐。其中，重?zé)N分離器6的頂部氣相端可依次通過冷箱7的第五換熱通道后進(jìn)一步通過冷箱7的另外第八換熱通道連接第四節(jié)流裝置后連接到液化天然氣儲罐。在另一個實(shí)施方式中，所述精餾塔12的氣相出口通道首先經(jīng)由所述附加冷卻器14和任選經(jīng)由一個精餾塔回流罐15，然后分出兩個支管(或分為兩路)，一個支管(或支路)與液化石油氣產(chǎn)品儲罐連接，而另一個支管(或另一個支路)，任選經(jīng)由一臺泵16，與脫乙烷塔11的經(jīng)過第六節(jié)流裝置56后的液相出口匯合后連接于精餾塔12的液相入口通道。在一個優(yōu)選實(shí)施方式中，在所述冷箱的第四換熱通道的_30°C _80°C的溫度區(qū)間設(shè)置至少一個天然氣預(yù)冷抽出口，通過調(diào)整出第四換熱通道的天然氣的預(yù)冷溫度，可調(diào)整進(jìn)入重?zé)N洗滌塔用于天然氣洗滌的液相量，即使天然氣中重?zé)N含量較低，也可保證重?zé)N洗滌塔的正常操作。在一個優(yōu)選實(shí)施方式中，所述脫乙烷塔的氣相出口通道與來自液化天然氣儲罐的BOG通道匯合后，連接至冷箱的第六換熱通道的一端，在冷箱的第六換熱通道實(shí)現(xiàn)冷卻、液化，再經(jīng)由第三節(jié)流裝置53后連接到氮?dú)忾W蒸罐13，可保證氮?dú)忾W蒸罐底部得到的LNG中的氮?dú)饷摮?lt; 1mol%。 這里所述的“第一段壓縮”或“一段壓縮”與“第一壓縮段”可互換使用，以此類推。下面參照附圖2闡述天然氣液化與重?zé)N處理工藝的流程本發(fā)明所述低溫液化工序中，在重?zé)N處理工序的重?zé)N洗滌塔10中脫除了全部C5+及部分C3、C4重?zé)N組分的天然氣首先進(jìn)入冷箱7的第四換熱通道進(jìn)行預(yù)冷，被冷卻至_30°C _80°C后進(jìn)入重?zé)N分離器6進(jìn)行氣液分離，從重?zé)N分離器6底部分離出天然氣中剩余的C3、C4重?zé)N等組分，從重?zé)N分離器6頂部分離出的氣相流股繼續(xù)進(jìn)入冷箱7的其余換熱通道(例如第五換熱通道)，并在其中被冷卻至_130°C _166°C，經(jīng)第四節(jié)流裝置54節(jié)流后得到液化天然氣(LNG);重?zé)N分離器6底部液相被泵輸送去所述重?zé)N處理工序的重?zé)N洗滌塔10的液相入口。在低溫液化工序中，冷箱的冷量由混合冷劑循環(huán)提供由Cl C5和N2組成的混合冷劑進(jìn)入混合冷劑壓縮機(jī)I的入口，經(jīng)第一段壓縮至0. 6 1. 8MPaA，進(jìn)入第一級冷卻器21冷卻至30°C 45°C，再進(jìn)入第一級氣液分離器31進(jìn)行氣液分離，第一級氣液分離器31頂部分離出的氣體繼續(xù)進(jìn)入壓縮機(jī)的第二段入口，經(jīng)二段壓縮至1. 2 5. 4MPaA，第一級氣液分離器31底部液相端分離出的液體經(jīng)液體泵4加壓后與第二段壓縮出口管道的熱氣體匯合后，再進(jìn)入第二級冷卻器22中被冷卻至30°C 45°C，在第二級冷卻器中冷卻后的混合冷劑隨后進(jìn)入第二級氣液分離器32進(jìn)行氣液分離，第二級氣液分離器32的頂部氣體隨后進(jìn)入冷箱7的第一換熱通道參與換熱，第二級氣液分離器32底部分離出的液體進(jìn)入冷箱7的第二換熱通道參與換熱；由第二級氣液分離器32底部引出的液體首先進(jìn)入冷箱7的第二換熱通道，在其中被預(yù)冷至約-30°C -80°C，經(jīng)第二節(jié)流裝置52節(jié)流至0. 2 0. 8MPaA后進(jìn)入冷劑分離器9 ;由所述第二級氣液分離器32頂部分離出的混合冷劑氣相流股通過冷箱7的第一換熱通道冷卻至_135°C _169°C，再經(jīng)第一節(jié)流裝置51節(jié)流至0. 2 0. 8MPaA后反向進(jìn)入冷箱7的第三換熱通道換熱，復(fù)熱至一定溫度(例如_30°C _80°C )后引出，與上述出第二節(jié)流裝置52的冷劑匯合，進(jìn)入冷劑分離器9中分離為氣液兩相，出冷劑分離器9的氣液兩相匯合后返回至冷箱7的第七換熱通道中為冷箱7提供冷量和然后返回到混合冷劑壓縮機(jī)I第一壓縮段。所述重?zé)N處理工序中，富含重?zé)N的凈化后的(例如經(jīng)過脫酸如CO2等、脫汞、脫水后的)天然氣進(jìn)入重?zé)N洗滌塔10底部，與重?zé)N洗滌塔10內(nèi)自上而下的液相逆流接觸，充分傳熱傳質(zhì)后除去天然氣中的全部C5+及部分C3、C4等重?zé)N組分；重?zé)N洗滌塔10塔頂液相來源為所述低溫液化工序中經(jīng)重?zé)N分離器6底部分離的C3、C4重?zé)N組分。重?zé)N洗滌塔6中的氣相自塔頂去所述低溫液化工序；重?zé)N洗滌塔10底部液相經(jīng)第五節(jié)流裝置55減壓至
2.5MPaA 4. OMPaA，然后進(jìn)入脫乙烷塔11，與塔底再沸器產(chǎn)生的氣相逆流接觸傳質(zhì)傳熱，脫除其中的輕組分(主要為C1、C2烴等);輕組分與來自液化天然氣儲罐的BOG氣體匯合后，進(jìn)入冷箱7的第六換熱通道冷 卻、液化、經(jīng)第三節(jié)流裝置53節(jié)流并進(jìn)入氮?dú)忾W蒸罐13閃蒸，將來自液化天然氣儲罐的BOG中可能存在的氮?dú)狻⒓丛蠚庖夯癁長NG進(jìn)入液化天然氣儲罐時可能攜帶的氮?dú)鈴牡獨(dú)忾W蒸罐13中分出，氮?dú)忾W蒸罐13底部得到LNG中的氮?dú)夂?lt; 1% ;脫乙烷塔11塔底液相(主要為C3、C4、C5、C6+的混合物)經(jīng)第六節(jié)流裝置56減壓至0. 5MPaA 2. OMPaA后進(jìn)入精餾塔12中部，經(jīng)精餾從塔頂?shù)玫紺3、C4等組分的混合物，部分回流，部分采出，即為LPG產(chǎn)品，塔底分離得到C5、C6+等組分的混合物，經(jīng)輕油冷卻器17冷卻至常溫，即為輕油產(chǎn)品。脫乙烷塔11和精餾塔12的塔底可采用內(nèi)置式、釜式、熱虹吸式等任意型式的再沸器。這里，壓力單位MPaA為兆帕，絕對壓力。為適應(yīng)不同的原料氣重?zé)N組成，本發(fā)明所述工藝在冷箱7的第四換熱通道的-30°C -80°C的溫度區(qū)間設(shè)置多個天然氣預(yù)冷抽出口，通過調(diào)整出第四換熱通道的天然氣的預(yù)冷溫度，可調(diào)整進(jìn)入重?zé)N洗滌塔10用于天然氣洗滌的液相量，即使天然氣中重?zé)N含量較低，也可保證重?zé)N洗滌塔10的正常操作。
權(quán)利要求
1.一種天然氣液化與重?zé)N處理裝置，該裝置包括低溫液化裝置和重?zé)N處理裝置；低溫液化裝置包括一個冷箱、一個冷劑分離器、一個重?zé)N分離器、一個重?zé)N增壓泵、一個氮?dú)忾W蒸罐、一個制冷劑壓縮系統(tǒng)和四臺節(jié)流裝置；重?zé)N處理裝置包括一個重?zé)N洗滌塔、一個脫乙烷塔、一個精餾塔和兩臺節(jié)流裝置； 其中，該制冷劑壓縮系統(tǒng)包括一臺二段式混合冷劑壓縮機(jī)、分別與所述混合冷劑壓縮機(jī)的第一段和第二段連接的第一臺冷卻器和第二臺冷卻器、分別與所述第一臺冷卻器和第二臺冷卻器連接的第一臺氣液分離器和第二臺氣液分離器和與所述兩臺氣液分離器當(dāng)中的第一臺連接的一臺液體泵，該液體泵的出口端經(jīng)由管道連接到第二臺冷卻器的入口端；其中，制冷劑壓縮系統(tǒng)兩臺氣液分離器中的第一臺氣液分離器的氣相端與混合冷劑壓縮機(jī)的第二壓縮段連接，第一臺氣液分離器的液相端經(jīng)由液體泵與第二壓縮段的出口管道匯合后連接到所述兩臺冷卻器中的第二臺冷卻器，第二臺氣液分離器的氣相端和液相端經(jīng)由兩根管道分別與所述冷箱的兩個換熱通道即第一換熱通道的一端和第二換熱通道的一端連接； 所述氮?dú)忾W蒸罐包括入口、氣相出口、液相出口 ； 所述冷劑分離器包括入口端，頂部氣相端和，底部液相端； 該重?zé)N分離器包括一個天然氣入口通道，一個重?zé)N出口通道，一個天然氣出口通道；該重?zé)N洗滌塔包括一個天然氣原料氣入口通道，一個天然氣出口通道，一個重?zé)N入口通道，和與第五節(jié)流裝置的入口端連接的一個重?zé)N出口通道；該脫乙烷塔包括一個重?zé)N入口通道，一個氣相出口通道和與第六節(jié)流裝置的入口端連接的一個液相出口通道；該精餾塔包括一個液相入口通道，一個氣相出口通道和一個輕油出口通道； 該冷箱包括至少七個換熱通道，即至少包含第一、第二、第三、第四、第五、第六和第七換熱通道； 所述冷箱的第一換熱通道的另一端經(jīng)由第一節(jié)流裝置與第三換熱通道的一端連接，第三換熱通道的另一端與冷劑分離器的入口端連接； 第二換熱通道的另一端經(jīng)由第二節(jié)流裝置也與冷劑分離器入口端連接； 第四換熱通道的一端與所述重?zé)N分離器的天然氣入口通道連接，第四換熱通道的另一端與重?zé)N洗滌塔的頂部天然氣出口通道連接； 第五換熱通道的一端與重?zé)N分離器的頂部氣相端連接，另一端經(jīng)由第四節(jié)流裝置后連接到液化天然氣儲罐； 脫乙烷塔的氣相出口通道任選地與來自液化天然氣儲罐的蒸發(fā)天然氣(即BOG)輸出通道匯合后，連接至冷箱的第六換熱通道的一端，第六換熱通道的另一端經(jīng)由第三節(jié)流裝置連接于氮?dú)忾W蒸罐的入口，氮?dú)忾W蒸罐液相出口通過管道也連接至液化天然氣儲罐；所述冷劑分離器的頂部氣相端和底部液相端匯合后連接第七換熱通道的一端，第七換熱通道的另一端與混合冷劑壓縮機(jī)的第一壓縮段連接； 所述重?zé)N分離器的重?zé)N出口通道連接到重?zé)N增壓泵的輸入端；重?zé)N增壓泵的輸出端連接重?zé)N洗滌塔的重?zé)N入口通道； 所述重?zé)N洗滌塔的天然氣原料氣入口通道連接到輸送凈化天然氣(即天然氣原料氣)的管道，重?zé)N洗滌塔的重?zé)N出口通道經(jīng)由第五節(jié)流裝置連接脫乙烷塔的重?zé)N入口通道； 所述脫乙烷塔的液相出口經(jīng)由第六節(jié)流裝置連接于精餾塔的液相入口通道；所述精餾塔的氣相出口通道經(jīng)由一個附加冷卻器連接至液化石油氣產(chǎn)品儲罐以及該塔的輕油出口通道連接輕油冷卻器后連接到輕油產(chǎn)品儲罐。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的天然氣液化與重?zé)N處理裝置，其特征在于所述精餾塔的氣相出口通道首先經(jīng)由所述的附加冷卻器和任選地經(jīng)由一個精餾塔回流罐，然后分出兩個支管，一個支管與液化石油氣產(chǎn)品儲罐連接，而另一個支管，任選經(jīng)由一臺泵，與脫乙烷塔的經(jīng)過第六節(jié)流裝置后的液相出口匯合后連接于精餾塔的液相入口通道。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的天然氣液化與重?zé)N處理裝置，其特征在于所述重?zé)N分離器的頂部氣相端依次通過冷箱的第五換熱通道后進(jìn)一步通過冷箱的另外第八換熱通道連接第四節(jié)流裝置，然后連接到液化天然氣儲罐。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的天然氣液化與重?zé)N處理裝置，其特征在于所述脫乙烷塔和/或所述精餾塔的塔底采用內(nèi)置式、釜式或熱虹吸式再沸器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的天然氣液化與重?zé)N處理裝置，其特征在于在所述冷箱的第四換熱通道的_30°C _80°C的溫度區(qū)間設(shè)置至少一個天然氣預(yù)冷抽出口。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的天然氣液化與重?zé)N處理裝置，其特征在于所述脫乙烷塔的氣相出口通道與來自液化天然氣儲罐的蒸發(fā)天然氣(即BOG)輸出通道匯合后，連接至冷箱的第六換熱通道的一端。
7.一種天然氣液化與重?zé)N處理的方法，該方法包括低溫液化工序和重?zé)N處理工序兩部分；低溫液化工序包括在重?zé)N處理工序中的重?zé)N洗滌塔中部分脫重?zé)N后的天然氣在冷箱中實(shí)現(xiàn)冷卻、在重?zé)N分離器中完全脫重?zé)N及在冷箱中液化得到液化天然氣；重?zé)N處理工序包括凈化后的原料天然氣在重?zé)N洗滌塔中脫去部分重?zé)N，部分脫重?zé)N的天然氣自洗滌塔頂去低溫液化工序，被脫除出來的洗滌塔底重?zé)N依次進(jìn)入脫乙烷塔中進(jìn)行汽提而分離出輕組分和重組分，其中輕組分被輸送到冷箱中進(jìn)行冷卻，和其中重組分進(jìn)入精餾塔中分離出輕油和分離出氣相，該氣相被冷卻成液化石油氣。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于在所述低溫液化工序中，來自重?zé)N處理工序的重?zé)N洗滌塔中的脫除了全部C5+及部分C3、C4重?zé)N組分的天然氣首先進(jìn)入冷箱的第四換熱通道預(yù)冷至-30°C -80°C，然后進(jìn)入重?zé)N分離器進(jìn)行氣液分離，從重?zé)N分離器底部分離出天然氣中剩余的C3、C4重?zé)N組分；從重?zé)N分離器頂部分離出的氣相流股繼續(xù)進(jìn)入冷箱的第五換熱通道，并在其中被冷卻至-130°C _166°C，經(jīng)第四節(jié)流裝置節(jié)流后得到液化天然氣；重?zé)N分離器底部分離的液相回到所述重?zé)N處理工序的重?zé)N洗滌塔中與原料天然氣傳熱傳質(zhì)； 在所述重?zé)N處理工序中，來自于重?zé)N分離器底部的液相C3、C4重?zé)N組分在重?zé)N洗滌塔中與所述凈化后的原料天然氣進(jìn)行傳熱傳質(zhì)，脫去天然氣中的全部C5+及部分C3、C4等重?zé)N組分；重?zé)N洗滌塔中的氣相自塔頂去所述低溫液化工序；重?zé)N洗滌塔底部液相經(jīng)第五節(jié)流裝置減壓至2. 5MPaA 4. OMPaA，然后進(jìn)入脫乙烷塔中脫除其中的輕組分；脫乙烷塔塔頂?shù)妮p組分進(jìn)入冷箱的第六換熱通道冷卻、液化、經(jīng)第三節(jié)流裝置節(jié)流并進(jìn)入氮?dú)忾W蒸罐中閃蒸，氮?dú)忾W蒸罐底部得到液化天然氣；脫乙烷塔塔底液相經(jīng)第六節(jié)流裝置減壓至O.5MPaA 2. OMPaA后進(jìn)入精餾塔，經(jīng)精餾從塔底分離得到輕油產(chǎn)品和從塔頂?shù)玫綒庀?，該氣相然后被冷卻成液化石油氣。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的方法，其特征在于所述低溫液化工序部分中，冷箱的冷量由或主要由混合冷劑循環(huán)提供； 由Cl C5和N2組成的混合冷劑進(jìn)入混合冷劑壓縮機(jī)的入口，經(jīng)第一段壓縮至O. 6 1. 8MPaA，進(jìn)入第一級冷卻器冷卻至·30°C 45°C，再進(jìn)入第一級氣液分離器進(jìn)行氣液分離，第一級氣液分離器頂部分離出的氣體繼續(xù)進(jìn)入壓縮機(jī)的第二段入口，經(jīng)二段壓縮至1. 2 ·5.4MPaA，第一級氣液分離器底部液相端分離出的液體經(jīng)液體泵加壓后與第二段壓縮出口管道的熱氣體匯合后，再進(jìn)入第二級冷卻器中被冷卻至30°C 45°C，在第二級冷卻器中冷卻后的混合冷劑隨后進(jìn)入第二級氣液分離器進(jìn)行氣液分離，第二級氣液分離器的頂部氣體隨后進(jìn)入冷箱的第一換熱通道參與換熱，第二級氣液分離器底部分離出的液體進(jìn)入冷箱的第二換熱通道參與換熱； 由第二級氣液分離器底部引出的液體首先進(jìn)入冷箱的第二換熱通道，在其中被預(yù)冷至約-30°C -80°C，經(jīng)第二節(jié)流裝置節(jié)流至O. 2 O. 8MPaA后進(jìn)入冷劑分離器；由所述第二級氣液分離器頂部分離出的混合冷劑的氣相流股通過冷箱的第一換熱通道冷卻至_135°C _169°C，再經(jīng)第一節(jié)流裝置節(jié)流至O. 2 O. 8MPaA后反向進(jìn)入冷箱的第三換熱通道換熱，復(fù)熱至一定溫度后引出，與上述出第二節(jié)流裝置的冷劑匯合，進(jìn)入冷劑分離器中分離為氣液兩相，出冷劑分離器的氣液兩相匯合后返回至冷箱的第七換熱通道中為冷箱提供冷量和然后返回到混合冷劑壓縮機(jī)第一壓縮段。
10.根據(jù)權(quán)利要求7-9任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于所述脫乙烷塔頂?shù)妮p組分與來自液化天然氣儲罐的蒸發(fā)天然氣(即BOG氣體)流股進(jìn)行匯合，再進(jìn)入所述冷箱的第六換熱通道冷卻、液化、節(jié)流并進(jìn)入氮?dú)忾W蒸罐中閃蒸，氮?dú)忾W蒸罐底部液化石油氣中的氮?dú)饷摮?lt; lmol%。
11.根據(jù)權(quán)利要求7-10任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于在冷箱的第四換熱通道的-30°C _80°C的溫度區(qū)間設(shè)置至少一個天然氣預(yù)冷抽出口。
12.根據(jù)權(quán)利要求7-11任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于精餾塔塔頂?shù)玫降臍庀啾焕鋮s成液相，該液相的一部分作為液化石油氣產(chǎn)品儲存，該液相的另一部分，任選經(jīng)過泵輸送，與來自脫乙烷塔的塔底的液相匯合后進(jìn)入精餾塔的液相入口通道。
全文摘要
一種天然氣液化與重?zé)N處理工藝，包括低溫液化工序和重?zé)N處理工序兩部分；低溫液化工序包括在重?zé)N處理工序中部分脫重?zé)N后的天然氣由混合冷劑提供冷量在冷箱中實(shí)現(xiàn)冷卻、完全脫重?zé)N及液化得到LNG；重?zé)N處理工序包括富含重?zé)N的天然氣在重?zé)N洗滌塔中部分脫重?zé)N，和被脫除的重?zé)N依次進(jìn)入脫乙烷塔及精餾塔中脫去輕組分并分離為LPG及輕油。本發(fā)明所述工藝在生產(chǎn)LNG的同時還副產(chǎn)LPG及輕油，工藝路線先進(jìn)，經(jīng)濟(jì)可靠；可適應(yīng)原料氣中含有苯等芳香烴的情況，將苯等芳香烴隨重?zé)N組分脫除，防止冷箱凍堵；操作彈性較大，可以適應(yīng)較大范圍的天然氣重?zé)N含量；采用混合冷劑循環(huán)流程提供冷量，氣相及液相冷劑分別進(jìn)入冷箱換熱，使冷、熱流體的換熱曲線更為匹配；所采用制冷流程可有效避免冷箱底部積液。
文檔編號C10G5/00GK103031169SQ201210540638
公開日2013年4月10日 申請日期2012年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月13日
發(fā)明者何振勇, 蔚龍, 張生, 寇偉偉, 鄭忠英, 張曉哲, 韓金潮 申請人:新地能源工程技術(shù)有限公司