一种降低液化天然气中的氮含量的系统

摘要

本发明涉及一种降低液化天然气中的氮含量的系统。该系统包括：过冷器、汽提塔、LNG泵、储罐；过冷器包括过冷通道与冷量供应通道；汽提塔包括塔身及N块塔盘；塔盘包括水平方向的带有气液接触装置的底面和垂直装在底面上的隔挡；各塔盘交错固定；过冷通道接入塔身；过冷LNG输出管道接入冷量输出塔盘上方，并低于其隔挡顶部的最低点，另一端接冷量供应通道；冷量供应通道接入第N块塔盘下方；塔身底部与LNG泵相连，LNG泵与储罐相连；过冷LNG输出管道将部分过冷LNG送至冷量供应通道释放冷量，变成气液两相的天然气混合物返回塔身；气相天然气自下而上在各塔盘上的气液接触装置处与过冷LNG接触，使其中的氮扩散出来。本发明能将产品LNG的含氮量降至1%以下。

说明书

技术领域

本发明涉及单循环混合冷剂制冷的天然气液化及液化天然气的脱氮技术领域，特别是涉及一种降低液化天然气中的氮含量的系统。

背景技术

液化天然气（LNG）的体积比天然气缩小了大约600倍，因此非常便于运输和大量储存。用于生产LNG的原料天然气为混合物，通常具有一定的含氮量，如果含氮量超过1%，则容易在储运过程中引起LNG的大量气化以及储罐内LNG的翻滚超压，一方面引起大量的物料损失，另外一方面也容易造成储罐破裂，进而带来更大的环境危害和人员、财产损失。因此，需要在液化过程中对高含氮量的原料天然气进行脱氮处理，以使产品LNG中的含氮量降至1%以下。

现有的对LNG进行脱氮处理的技术，是利用压力从高突然降低引起物质沸点急剧降低的闪蒸原理，使氮尽可能多地从LNG中沸腾汽化出来。该技术通常只能进行一次，因而脱氮效果非常有限，当原料天然气中的含氮量较高（如超过8%）时，该技术不能达到产品LNG中含氮量降至1%以下的要求，并且甲烷损失量大。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种降低液化天然气中的氮含量的系统，能将产品LNG的含氮量降至1%以下。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种降低液化天然气中的氮含量的系统，该系统包括：过冷器、汽提塔、LNG泵、储罐；其中，所述过冷器包括：过冷通道和冷量供应通道；所述汽提塔包括：封闭的塔身以及N块塔盘，N为大于3的整数；所述塔盘包括位于水平方向上的带有气液接触装置的底面和垂直安装在所述底面的一部分侧边缘上的隔挡；

在竖直方向上，各所述塔盘通过其底面未安装所述隔挡的侧边缘依次交错固定在所述塔身的内侧面上；各所述塔盘从上向下依次从1编号至N；

所述过冷通道通过过冷LNG输入管道接入所述塔身内部，接入口在第1号塔盘的底面上方；饱和冷却LNG在所述过冷通道内吸收所述冷量供应通道中的过冷LNG的冷量而进一步降温，变成过冷LNG沿所述过冷LNG输入管道进入所述塔身内部的第1号塔盘内；

过冷LNG输出管道的一端接入所述塔身内，其接入口在冷量输出塔盘的底面的上方，且低于该冷量输出塔盘的隔挡顶部的最低点；所述冷量输出塔盘为第1-3号塔盘中的任一块塔盘；过冷LNG输出管道的另一端与所述冷量供应通道的输入端相连；所述冷量供应通道的输出端通过LNG返回管道接入所述塔身内，接入口在第N块塔盘的底面下方；所述塔身的底部通过LNG输送管道与所述LNG泵的输入端相连，所述LNG泵的输出端与所述储罐相连；所述塔身的顶部接有含氮BOG输出管道；

所述过冷LNG输出管道将所述冷量输出塔盘中的一部分过冷LNG输送至所述冷量供应通道，该过冷LNG向所述过冷通道内的所述饱和冷却LNG释放冷量后，变成气液两相的天然气混合物由所述LNG返回管道进入所述塔身内；其中，气相的天然气在所述塔身内自下而上流动，并在各塔盘的底面上的气液接触装置处与该底面上方的过冷LNG接触，使该过冷LNG中的氮以气态形式扩散出来，该氮气与气相的天然气的混合物通过所述含氮BOG输出管道输出；液相的LNG与从各塔盘的隔挡处溢出的过冷LNG汇集于所述塔身底部，并从所述LNG输送管道进入所述LNG泵，经过所述LNG泵加压后送入所述储罐。

本发明的有益效果是：本发明中，LNG被冷却至饱和后得到的饱和冷却LNG在过冷通道内吸收冷量而进一步降温为过冷LNG，这提高了本发明的脱氮效率；气相的天然气在塔身内自下而上流动，在各塔盘的底面气液接触装置处与该底面上方的过冷LNG接触，从而使其中的氮扩散出来；由于塔盘的数量超过3个，过冷LNG在塔身内由上到下依次从各塔盘溢出，因而本发明大大延长了过冷LNG在塔身内的脱氮时间，进一步提高了脱氮效率。此外，本发明从第1-3号塔盘中的任一个内将一部分过冷LNG输送到冷量供应通道，向过冷通道中的饱和冷却LNG释放冷量，一方面有利于使饱和冷却LNG降温为过冷LNG，从而提高脱氮效率，另一方面还提高了这部分释放冷量的过冷LNG的温度，既脱出了其中的氮，又向塔身内提供了温度较高的气相的天然气来对其中的过冷LNG进行脱氮处理。因此，本发明在高含氮量（如超过8%）的原料天然气液化为产品LNG的过程中进行脱氮处理，该脱氮处理的脱氮效率相对于现有技术大大提高，可以使生成的产品LNG的含氮量降至1%以下，同时，脱氮处理过程中甲烷的损失量并不大，从而节约了资源。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进：

进一步，所述汽提塔还包括2组除沫器，其中的一组安装于所述塔身内的所述过冷LNG输入管道的接入口的上方，另一组安装于所述塔身内的所述LNG返回管道的接入口的下方。

进一步，还包括：冷箱、一号节流阀、排放气压缩机、排放气压缩机入口缓冲罐、冷剂循环冷却子系统、脱重烃罐；其中，所述冷箱包括：一号初段受冷通道、一号次段受冷通道、二号受冷通道、三号冷却通道、四号冷却通道；

所述一号初段受冷通道的输入端接外部供应的天然气，其输出端接入所述脱重烃罐；所述脱重烃罐通过顶部连接的气态天然气输出管道与所述一号次段受冷通道的输入端相连，其底部接有液态重烃输出管道；所述一号次段受冷通道的输出端与所述过冷通道的输入端相连；外部供应的所述天然气在所述一号初段受冷通道内吸收所述三号冷却通道中的低温液态冷剂以及所述四号冷却通道中的压缩排放气所提供的冷量，变成气相的气态天然气与液相的液态重烃的混合物进入所述脱重烃罐；其中，所述气态天然气通过所述气态天然气输出管道进入所述一号次段受冷通道，在其中吸收所述三号冷却通道中的低温液态冷剂以及所述四号冷却通道中的压缩排放气所提供的冷量，变成所述饱和冷却LNG进入所述过冷通道；所述液态重烃通过所述液态重烃输出管道输出；

所述二号受冷通道的输入端连接所述冷剂循环冷却子系统的气液冷剂输出管，其输出端连接所述三号冷却通道的输入端，且在所述二号受冷通道和所述三号冷却通道的连接管线上设有所述一号节流阀；所述三号冷却通道的输出端通过气态冷剂输出管接入所述冷剂循环冷却子系统；所述气液冷剂输出管将高压常温的气态冷剂以及高压常温的液态冷剂的冷剂混合物输入所述二号受冷通道，该冷剂混合物在所述二号受冷通道内吸收所述三号冷却通道中的低温液态冷剂以及所述四号冷却通道中的压缩排放气所提供的冷量，得到的液态冷剂经所述一号节流阀后降压降温，变成所述低温液态冷剂进入所述三号冷却通道内释放冷量，后变为低压常温的气态冷剂由所述气态冷剂输出管进入所述冷剂循环冷却子系统；

所述储罐将其内部的蒸发气送入所述含氮BOG输出管道，该蒸发气与所述氮气与气相的天然气的混合物进一步混合为排放气；该含氮BOG输出管道的输出端连接所述排放气压缩机入口缓冲罐；所述排放气压缩机入口缓冲罐通过其顶部连接的管线接入所述排放气压缩机的入口；所述四号冷却通道的输入端接所述排放气压缩机的出口，其输出端接外部的燃气用户的燃气设备；所述排放气压缩机入口缓冲罐将收集的所述排放气送入所述排放气压缩机进行压缩，得到的压缩排放气在所述四号冷却通道内释放冷量，变成常温排放气输送到所述燃气设备；

所述冷剂循环冷却子系统用于，对所述三号冷却通道通过所述气态冷剂输出管送来的气态冷剂进行冷却，将得到的所述冷剂混合物通过所述气液冷剂输出管输送至所述二号受冷通道。

进一步，所述四号冷却通道的输出端还接有在线分析仪。

进一步，所述四号冷却通道的输出端还通过排放气输送管道接入所述冷剂循环冷却子系统，供其冷却后通过所述气液冷剂输出管输送至所述二号受冷通道。

进一步，所述排放气输送管道上接有和流量累计计量仪。

进一步，所述冷剂循环冷却子系统包括：冷剂压缩机入口缓冲罐、冷剂压缩机、二段冷却器、二号气液分离罐、液态冷剂泵；其中，

所述气态冷剂输出管接入所述冷剂压缩机入口缓冲罐；所述冷剂压缩机的入口接所述冷剂压缩机入口缓冲罐，其出口接所述二段冷却器的输入端；所述二段冷却器的输出端接入所述二号气液分离罐；所述二号气液分离罐的底部通过管线接入所述液态冷剂泵，其顶部接有常温气态冷剂输送管；所述液态冷剂泵的输出端接有常温液态冷剂输送管；所述常温气态冷剂输送管及所述常温液态冷剂输送管汇入所述气液冷剂输出管；

所述气态冷剂输出管将所述气态冷剂送入所述冷剂压缩机入口缓冲罐进行暂存；所述冷剂压缩机入口缓冲罐将其内部的所述气态冷剂送入所述冷剂压缩机进行压缩，得到的高压气态冷剂与高压液态冷剂的混合物进入所述二段冷却器进行降温，生成所述高压常温的气态冷剂及高压常温的液态冷剂的混合物输送到所述二号气液分离罐；所述二号气液分离罐将所述高压常温的液态冷剂送入所述液态冷剂泵；所述二号气液分离罐输出的所述高压常温的气态冷剂与所述液态冷剂泵输出的所述高压常温的液态冷剂汇入所述气液冷剂输出管。

进一步，所述冷剂压缩机包括一段冷剂压缩机和二段冷剂压缩机；所述冷剂循环冷却子系统还包括：一段冷却器、一号气液分离罐、级间泵；其中，

所述一段冷剂压缩机的入口接所述冷剂压缩机入口缓冲罐，其出口接所述一段冷却器；所述一段冷却器的输出端通过气液冷剂一段输送管接入所述一号气液分离罐；所述一号气液分离罐的顶部通过气态冷剂一段输出管接入所述二段冷剂压缩机的入口，其底部通过液态冷剂一段输出管接入所述级间泵；所述二段冷剂压缩机的出口接气态冷剂二段输出管；所述级间泵的输出端接液态冷剂二段输出管；所述气态冷剂二段输出管和所述液态冷剂二段输出管汇合为气液冷剂二段输出管，接入所述二段冷却器；

所述冷剂压缩机入口缓冲罐将其内部的所述气态冷剂送入所述一段冷剂压缩机进行压缩，得到的压缩气态冷剂与压缩液态冷剂的混合物进入所述一段冷却器进行冷却后，变成常温压缩气态冷剂与常温压缩液态冷剂的混合物通过所述气液冷剂一段输送管进入所述一号气液分离罐暂存；所述一号气液分离罐将其暂存的所述常温压缩气态冷剂送入所述二段冷剂压缩机进行压缩，其暂存的所述常温压缩液态冷剂由所述级间泵加压输出；所述二段冷剂压缩机压缩得到的高压气态冷剂与高压液态冷剂的混合物在所述气液冷剂二段输出管内与所述级间泵送来的高压液态冷剂汇合，进入所述二段冷却器。

进一步，所述排放气输送管道汇入所述气液冷剂一段输送管。

进一步，所述一段冷剂压缩机与所述一段冷却器的连接管线上设有一段温度控制器，用于根据所述压缩气态冷剂与压缩液态冷剂的混合物的温度来控制所述一段冷却器的冷却温度；

所述气液冷剂二段输出管上设有二段温度控制器，用于根据所述气液冷剂二段输出管内的混合物的温度来控制所述二段冷却器的冷却温度。

进一步，还包括：安装在所述一号气液分离罐上的一号气液分离罐液位控制器、设在所述液态冷剂二段输出管上的级间泵输出控制阀；所述一号气液分离罐液位控制器根据所述一号气液分离罐内的液位来控制所述级间泵输出控制阀的开度。

进一步，所述常温液态冷剂输送管上设有高压常温液态冷剂流量控制器和高压常温液态冷剂流量控制阀；所述高压常温液态冷剂流量控制器根据所述常温液态冷剂输送管内的所述高压常温的液态冷剂的流量来控制所述高压常温液态冷剂流量控制阀的开度。

进一步，所述脱重烃罐上安装有重烃液位控制器；所述液态重烃输出管道上设有重烃输出控制阀；所述重烃液位控制器根据所述脱重烃罐内的液位来控制所述重烃输出控制阀的开度。

进一步，所述气态天然气输出管道上设有气态天然气压力控制器；所述脱重烃罐与所述一号初段受冷通道的连接管线上设有混合物开度控制阀；所述气态天然气压力控制器根据所述气态天然气输出管道中的气压来控制所述混合物开度控制阀的开度。

进一步，所述气态天然气输出管道上设有气态天然气流量控制器；所述过冷LNG输入管道上设有过冷LNG温度控制器和二号节流阀；

所述气态天然气流量控制器和所述过冷LNG温度控制器分别根据所述气态天然气输出管道中的气态天然气的流量以及所述过冷LNG输入管道中的过冷LNG的温度，共同控制所述二号节流阀的开度。

进一步，所述一号次段受冷通道与所述过冷通道的连接管线上设有温度指示器；

和/或，所述二号受冷通道和所述三号冷却通道的连接管线上设有流量指示器。

进一步，所述含氮BOG输出管道设有含氮BOG压力控制器和含氮BOG压力控制阀；所述含氮BOG压力控制器根据所述含氮BOG输出管道内的所述氮气与气相的天然气的混合物的压力来控制所述含氮BOG压力控制阀的开度。

进一步，所述气液接触装置为孔、浮阀或泡罩。

附图说明

图1为本发明提出的降低液化天然气中的氮含量的系统的结构图；

图2为本发明提出的汽提塔的实施例的结构图；

图3为本发明提出的冷剂循环冷却子系统的实施例的结构图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

图1为本发明提出的降低液化天然气中的氮含量的系统的结构图。如图1所示，该系统包括：过冷器104、汽提塔101、LNG泵102、储罐103；其中，过冷器104包括：过冷通道1041和冷量供应通道1042。图2为本发明提出的汽提塔的一个实施例的结构图，如图2所示，本发明中的汽提塔101包括：封闭的塔身以及N个塔盘，N为大于3的整数。塔盘是板式塔的主要部件之一，它是实现传热、传质的部件。如图1所示，汽提塔101的塔身内有9个塔盘，而图2实施例中，塔身内有7个塔盘。如图2所示，塔盘包括位于水平方向上的底面2021和垂直安装在底面2021的一部分侧边缘上的隔挡2022，底面2021上带有气液接触装置，这里的气液接触装置可以为孔、浮阀或泡罩等，在气液接触装置处，底面2021上方的液相的过冷LNG与底面2021下方的气相天然气可以接触，从而脱除过冷LNG中的部分或全部氮。而隔挡2022则用于挡住底面2021上方的过冷LNG的向外流动，使其只能通过漫过隔挡2022的方式溢出该塔盘。

每个塔盘中，隔挡2022只是挡住了底面2021的一部分侧边缘，该底面2021的其余侧边缘则被塔身内侧面所遮挡，即各塔盘通过其底面2021未安装隔挡2022的侧边缘固定在塔身的内侧面上。此外，如图1和图2所示，在竖直方向上，各塔盘并非对齐排列，而是依次交错固定在塔身的内侧面上的，这样，位于上方的塔盘中溢出的过冷LNG全部或部分进入下方的塔盘，很明显，这大大延长了过冷LNG在塔身内的滞留时间，从而为脱除其中的氮提供充足的时间保证。设置3个以上的塔盘的另一个优点在于，每个塔盘的底面2021上都有气液接触装置，从塔身底部自下而上流动的气相的天然气可以在气液接触装置处与底面2021上方的过冷LNG接触，从而脱除其中的氮，因此，塔盘的数量较多，有利于氮的充分脱除，即提高本发明的脱氮效率。

本发明将各塔盘从上向下依次从1编号至N，即每个塔身内部，最上方的塔盘称为第1号塔盘（或称为第1块塔盘），最下方的塔盘称为第N号塔盘（或称为第N块塔盘），其余塔盘的序号依此类推。

如图1和图2所示，过冷通道1041通过过冷LNG输入管道130接入塔身内部，接入口在第1号塔盘的底面上方，较佳的，该接入口不低于第1号塔盘的隔挡的顶平面最低点，这可以防止第1号塔盘中的过冷LNG倒流。如图1所示，利用该结构，饱和冷却LNG在过冷通道1041内可以吸收冷量供应通道1042中的过冷LNG的冷量而进一步降温，变成过冷LNG沿过冷LNG输入管道130进入塔身内部的第1号塔盘内。过冷LNG不断输入第1号塔盘内，最终总会溢出而进入下方的塔盘；只要过冷LNG的输入量足够大，过冷LNG总会溢出第N号塔盘而流到塔身内的底部。

如图1和图2所示，过冷LNG输出管道129的一端接入塔身内，其接入口在冷量输出塔盘的底面的上方，且低于该冷量输出塔盘的隔挡2022顶部的最低点，这样，冷量输出塔盘内的过冷LNG至少有一部分会进入过冷LNG输出管道129。这里的冷量输出塔盘为第1-3号塔盘中任一块塔盘，在图1和图2实施例中，冷量输出塔盘均为第2号塔盘。当然，冷量输出塔盘也可以为第1号塔盘或第3号塔盘。过冷LNG输出管道129的另一端与冷量供应通道1042的输入端相连；冷量供应通道1042的输出端通过LNG返回管道131接入塔身内，接入口在第N号塔盘的底面2021下方。塔身的底部通过LNG输送管道132与LNG泵102的输入端相连，LNG泵102的输出端与储罐103相连。此外，塔身的顶部接有含氮BOG输出管道128。

利用以上结构，过冷LNG输出管道129将冷量输出塔盘（如图1和图2中的第2号塔盘）中的一部分过冷LNG输送至冷量供应通道1042，该过冷LNG向过冷通道1041内的饱和冷却LNG释放冷量后，变成气液两相的天然气混合物由LNG返回管道131进入塔身内，其中，气相的天然气（温度高于过冷LNG）在塔身内自下而上流动，并在各塔盘的底面2021上的气液接触装置处与该底面2021上方的过冷LNG接触，使该过冷LNG中的氮以气态形式扩散出来，而扩散出来的该氮气与原来塔身内气相的天然气混合后形成的混合物通过含氮BOG输出管道128输出。该氮气与天然气的混合物的气压足够大时，不仅可以保证过冷LNG不会从气液接触装置处向下流出，而且该氮气与天然气的混合物还可以依次穿过气液接触装置以及塔盘中的过冷LNG，以气泡的形式到达该塔盘上方，完成脱氮的任务。

LNG返回管道131送入塔身内的气液两相的天然气混合物中，液相的LNG与从各塔盘的隔挡2022处溢出的过冷LNG汇集于塔身底部，并从LNG输送管道132进入LNG泵102，经过LNG泵102加压后送入储罐103储存。

由此可见，本发明中，LNG被冷却至饱和后得到的饱和冷却LNG在过冷通道内吸收冷量而进一步降温为过冷LNG，这提高了本发明的脱氮效率；气相的天然气在塔身内自下而上流动，在各塔盘的底面气液接触装置处与该底面上方的过冷LNG接触，从而使其中的氮扩散出来；由于塔盘的数量超过3个，过冷LNG在塔身内由上到下依次从各塔盘溢出，因而本发明大大延长了过冷LNG在塔身内的脱氮时间，进一步提高了脱氮效率。此外，本发明从第1-3号塔盘中的任一个内将一部分过冷LNG输送到冷量供应通道，向过冷通道中的饱和冷却LNG释放冷量，一方面有利于使饱和冷却LNG降温为过冷LNG，从而提高脱氮效率，另一方面还提高了这部分释放冷量的过冷LNG的温度，既脱出了其中的氮，又向塔身内提供了温度较高的气相的天然气来对其中的过冷LNG进行脱氮处理。因此，本发明在高含氮量（如超过8%）的原料天然气液化为产品LNG的过程中进行脱氮处理，该脱氮处理的脱氮效率相对于现有技术大大提高，可以使生成的产品LNG的含氮量降至1%以下，同时，脱氮处理过程中甲烷的损失量并不大，从而节约了资源。

正是由于本发明利用部分过冷LNG来对饱和冷却LNG进行降温处理，生成的气相的天然气可以用于脱氮，因而本发明还可以减少对饱和冷却LNG进行降温的冷剂使用量，从而达到节约资源、降低成本的目的。

如图2所示，汽提塔还可以包括2组除沫器201，其中的一组安装于塔身内的过冷LNG输入管道130的接入口的上方（如图2中上方的除沫器201所示），另一组安装于塔身内的LNG返回管道131的接入口的下方（如图2中下方的除沫器201所示）。通过设置这两组除沫器201，可以分别滤除进入含氮BOG输出管道128的氮气与天然气的混合物以及进入LNG输送管道132的过冷LNG中的泡沫，从而保护下游设备的工作不受影响。

上述的系统实现了充分脱除饱和冷却LNG中的氮的目的，可以保证进入储罐103的过冷LNG以及非过冷LNG的含氮量不超过1%。该系统还产出氮气以及气相的天然气的混合物，该混合物的温度较低，且具有可燃性，随意排放不仅会造成环境污染以及一定的爆炸燃烧危险，还会浪费其中的冷量。有鉴于此，本发明可以将这部分氮气与天然气的混合物（本发明称之为排放气）补充到用于冷却LNG的冷剂中，从而达到节约资源和保护环境的目的。

如图1所示，该系统还包括：冷箱105、一号节流阀113、排放气压缩机107、排放气压缩机入口缓冲罐108、冷剂循环冷却子系统106、脱重烃罐109；其中，冷箱105包括：一号初段受冷通道1051、一号次段受冷通道1052、二号受冷通道1053、三号冷却通道1054、四号冷却通道1055。

一号初段受冷通道1051的输入端接外部供应的天然气，如图1所示，该供应天然气的管线上设有切断阀122。一号初段受冷通道1051的输出端接入脱重烃罐109。脱重烃罐109通过顶部连接的气态天然气输出管道（图1中未标号）与一号次段受冷通道1052的输入端相连，脱重烃罐109的底部接有液态重烃输出管道（图1中未标号）。一号次段受冷通道1052的输出端与过冷通道1041的输入端相连，进一步，一号次段受冷通道1052与过冷通道1041的连接管线上还设有温度指示器117，用以指示其中的饱和冷却LNG的温度。基于该结构，外部供应的天然气在一号初段受冷通道1051内吸收三号冷却通道1054中的低温液态冷剂以及四号冷却通道1055中的压缩排放气所提供的冷量，变成气相的气态天然气（该气态天然气中的重烃含量远低于外部供应的天然气中的重烃含量）与液相的液态重烃的混合物进入脱重烃罐109；其中，气态天然气通过气态天然气输出管道进入一号次段受冷通道1052，并在一号次段受冷通道1052中吸收三号冷却通道1054中的低温液态冷剂以及四号冷却通道1055中的压缩排放气所提供的冷量，变成饱和冷却LNG进入过冷通道1041。脱重烃罐109中的液态重烃通过液态重烃输出管道输出。如图1所示，脱重烃罐109上安装有重烃液位控制器118，液态重烃输出管道上设有重烃输出控制阀119，重烃液位控制器118根据脱重烃罐109内的液位来控制重烃输出控制阀119的开度，从而防止脱重烃罐109中的液态重烃全部输出。

二号受冷通道1053的输入端连接冷剂循环冷却子系统106的气液冷剂输出管125，其输出端连接三号冷却通道1054的输入端，且在二号受冷通道1053和三号冷却通道1054的连接管线上设有一号节流阀113，进一步，还可以在二号受冷通道1053和三号冷却通道1054的连接管线上设置流量指示器112，以指示该连接管线中的液态冷剂的流量。三号冷却通道1054的输出端通过气态冷剂输出管126接入冷剂循环冷却子系统106。基于该结构，气液冷剂输出管125将高压常温的气态冷剂以及高压常温的液态冷剂的冷剂混合物输入二号受冷通道1053，该冷剂混合物在二号受冷通道1053内吸收三号冷却通道1054中的低温液态冷剂以及四号冷却通道1055中的压缩排放气所提供的冷量，得到的液态冷剂经一号节流阀113后降压降温，变成低温液态冷剂进入三号冷却通道1054内释放冷量，后变为低压常温的气态冷剂由气态冷剂输出管126进入冷剂循环冷却子系统106。

储罐103中储存的部分LNG因吸收环境热量而蒸发为蒸发气（BOG），该BOG集中于储罐103内液面以上的空间（称之为储罐103的气相空间）中，随着BOG的累积，储罐103内的气压逐渐增大，如果不采取措施，储罐103会受损，造成其内部LNG的损失以及环境灾难。因此，本发明中，储罐103可以将其内部的蒸发气送入含氮BOG输出管道128，该蒸发气与含氮BOG输出管道128中原有的氮气与气相的天然气的混合物进一步混合，由于蒸发气与气相的天然气的成分是相同的，因而该进一步混合所得到的气体仍为排放气。

将含氮BOG输出管道128的输出端连接排放气压缩机入口缓冲罐108；排放气压缩机入口缓冲罐108通过其顶部连接的管线接入排放气压缩机107的入口；四号冷却通道1055的输入端接排放气压缩机107的出口，四号冷却通道1055的输出端接外部的燃气用户的燃气设备。这样，排放气压缩机入口缓冲罐108将收集的排放气送入排放气压缩机107进行压缩，得到的压缩排放气在四号冷却通道1055内释放冷量，变成常温排放气输送到燃气设备进行燃烧使用，该输送常温排放气至燃气设备的管线上设有切断阀123。

图1中，四号冷却通道1055的输出端还接有在线分析仪133，用于对四号冷却通道1055输出的常温排放气进行在线分析。

当然，如图1所示，四号冷却通道1055的输出端还通过排放气输送管道127接入冷剂循环冷却子系统106，供其冷却后通过气液冷剂输出管125输送至二号受冷通道1053。该结构实现了将排放气补充到冷剂中以提高资源利用率的目的，补充的主要物质为氮气和甲烷。图1还示出了排放气输送管道127上的切断阀124。基于以上结构，冷剂循环冷却子系统106用于，对三号冷却通道1054通过气态冷剂输出管126送来的气态冷剂以及排放气输送管道127送来补充冷剂用的常温排放气进行冷却，将得到的冷剂混合物通过气液冷剂输出管125输送至二号受冷通道1053，从而实现冷剂的循环冷却利用。

图3为本发明提出的冷剂循环冷却子系统的一个实施例的结构图。如图3所示，该冷剂循环冷却子系统包括：冷剂压缩机入口缓冲罐301、冷剂压缩机、二段冷却器307、二号气液分离罐308、液态冷剂泵309。

气态冷剂输出管126接入冷剂压缩机入口缓冲罐301，该气态冷剂输出管126上可以设置切断阀310。冷剂压缩机的入口接冷剂压缩机入口缓冲罐301，其出口接二段冷却器307的输入端；二段冷却器307的输出端接入二号气液分离罐308；二号气液分离罐308的底部通过管线接入液态冷剂泵309，其顶部接有常温气态冷剂输送管324，在该常温气态冷剂输送管324上还可以设置切断阀325；液态冷剂泵309的输出端接有常温液态冷剂输送管326；常温气态冷剂输送管324及常温液态冷剂输送管326汇入气液冷剂输出管125。这样，气态冷剂输出管126将气态冷剂送入冷剂压缩机入口缓冲罐301进行暂存；冷剂压缩机入口缓冲罐301将其内部的气态冷剂送入冷剂压缩机进行压缩，得到的高压气态冷剂与高压液态冷剂的混合物进入二段冷却器307进行降温，生成高压常温的气态冷剂及高压常温的液态冷剂的混合物输送到二号气液分离罐308；二号气液分离罐308将高压常温的液态冷剂送入液态冷剂泵309；二号气液分离罐308通过常温气态冷剂输送管324输出的高压常温的气态冷剂与液态冷剂泵309通过常温液态冷剂输送管326输出的高压常温的液态冷剂汇入气液冷剂输出管125，进而进入图1所示的二号受冷通道1053内。

冷剂的成分随LNG成分的不同而有一定差异，较常用的冷剂的成分包括氮以及三种以上的烃类物质（如甲烷、乙烷、乙烯、丙烷、丁烷、戊烷等）。冷剂压缩机对这种成分组成的冷剂进行压缩，如果要求一次性压缩至所需的高压，则会因压缩比过大而增大冷剂压缩机的负担，影响其使用寿命，因此，本发明中的冷剂压缩机分为两段，即包括一段冷剂压缩机302和二段冷剂压缩机305；冷剂循环冷却子系统还包括：一段冷却器303、一号气液分离罐304、级间泵306。

一段冷剂压缩机302的入口接冷剂压缩机入口缓冲罐301，具体的，如图3所示，一段冷剂压缩机302的入口接冷剂压缩机入口缓冲罐301的顶部。一段冷剂压缩机302的出口接一段冷却器303；一段冷却器303的输出端通过气液冷剂一段输送管313接入一号气液分离罐304。此外，图1中的排放气输送管道127也可以汇入该气液冷剂一段输送管313，以实现排放气对冷剂的补充。在排放气输送管道127上还可以设置切断阀124，该切断阀124可以为手动切断阀门的形式。

一号气液分离罐304的顶部通过气态冷剂一段输出管314接入二段冷剂压缩机305的入口，一号气液分离罐304的底部通过液态冷剂一段输出管315接入级间泵306；二段冷剂压缩机305的出口接气态冷剂二段输出管321；级间泵306的输出端接液态冷剂二段输出管318；气态冷剂二段输出管321和液态冷剂二段输出管318汇合为气液冷剂二段输出管329，进而接入二段冷却器307。

冷剂压缩机入口缓冲罐301将其内部的气态冷剂送入一段冷剂压缩机302进行压缩，得到的压缩气态冷剂与压缩液态冷剂的混合物进入一段冷却器303进行冷却后，变成常温压缩气态冷剂与常温压缩液态冷剂的混合物通过气液冷剂一段输送管313进入一号气液分离罐304暂存；一号气液分离罐304将其暂存的常温压缩气态冷剂送入二段冷剂压缩机305进行压缩，一号气液分离罐304暂存的常温压缩液态冷剂由级间泵306加压通过液态冷剂二段输出管318输出。图3示出了液态冷剂二段输出管318输送的常温压缩液态冷剂的两个去向，一个去向是沿管线322汇入气液冷剂二段输出管329，另一个去向则是沿管线319向外部输出，该管线319上还设置了手动阀门320。二段冷剂压缩机305压缩得到的高压气态冷剂与高压液态冷剂的混合物在气液冷剂二段输出管329内与级间泵306通过管线322送来的高压液态冷剂汇合，进入二段冷却器307，进而在二段冷却器307内降温后进入二号气液分离罐308。

图3中，排放气输送管道127上接有和流量累计计量仪330，用于对排放气输送管道127所输送的排放气（作为冷剂使用）的累计量，从而方便控制冷剂的使用量，这也有利于控制向系统所输送的冷量。图3中，一段冷剂压缩机302与一段冷却器303的连接管线312上可以设置一段温度控制器311，其用于根据连接管线312内压缩气态冷剂与压缩液态冷剂的混合物的温度来控制一段冷却器303的冷却温度，使一段冷却器303降温得到的常温压缩气态冷剂与常温压缩液态冷剂的混合物的温度保持恒定或基本不变。

同样，气液冷剂二段输出管329上也可以设置二段温度控制器323，其用于根据气液冷剂二段输出管329内的混合物的温度来控制二段冷却器307的冷却温度，使其降温得到的高压常温的气态冷剂及高压常温的液态冷剂的混合物的温度保持恒定或基本不变。

本发明还可以在一号气液分离罐304上安装一号气液分离罐液位控制器316，在液态冷剂二段输出管318上设置级间泵输出控制阀317。一号气液分离罐液位控制器316根据一号气液分离罐304内的液位来控制级间泵输出控制阀317的开度，以保持一号气液分离罐304内的液位恒定或基本恒定，从而保护级间泵306。

本发明中，常温液态冷剂输送管326上设有高压常温液态冷剂流量控制器328和高压常温液态冷剂流量控制阀327，该高压常温液态冷剂流量控制器328根据常温液态冷剂输送管326内的高压常温的液态冷剂的流量来控制高压常温液态冷剂流量控制阀327的开度，从而控制冷剂循环冷却子系统通过气液冷剂输出管125向二号受冷通道1053输送的冷剂（即上述的高压常温的气态冷剂以及高压常温的液态冷剂的冷剂混合物）的量，这也就决定了冷箱获得的冷量大小。

在图1中，气态天然气输出管道上设有气态天然气压力控制器120；脱重烃罐109与一号初段受冷通道1051的连接管线上设有混合物开度控制阀121；气态天然气压力控制器120根据气态天然气输出管道中的气压来控制混合物开度控制阀121的开度，从而防止脱重烃罐109中的气压过大影响重烃的分离。

气态天然气输出管道上设有气态天然气流量控制器116；过冷LNG输入管道130上设有过冷LNG温度控制器114和二号节流阀115。气态天然气流量控制器116根据气态天然气输出管道中的气态天然气的流量，与过冷LNG温度控制器114根据过冷LNG输入管道130中的过冷LNG的温度，来共同控制二号节流阀115的开度。设置二号节流阀115，可以使过冷通道1041输出的过冷LNG进一步降温降压，从而更大程度地降低沿过冷LNG输入管道130进入塔身内的过冷LNG的温度，进一步提高本发明的脱氮效率。但是，进入塔身的过冷LNG的温度并不是越低越好，其温度越低，则对其进行降温所消耗的冷量也就越多，在脱氮效率相差不大且都能满足要求的情况下，可以控制过冷LNG输入管道130中的过冷LNG的温度，使其保持在预定的范围内，以同时达到脱氮和降耗的目的。基于这样的考虑，本发明设置了过冷LNG温度控制器114和气态天然气流量控制器116，二者根据不同的指标来控制二号节流阀115的开度，从而控制过冷LNG的温度。当然，由于过冷LNG温度控制器114检测得到的指标即为过冷LNG输入管道130中的过冷LNG的温度，因而相对于气态天然气流量控制器116而言，过冷LNG温度控制器114为二号节流阀115的主控制器。

含氮BOG输出管道128上也可以设置含氮BOG压力控制器110和含氮BOG压力控制阀111。含氮BOG压力控制器110根据含氮BOG输出管道128内的氮气与气相的天然气的混合物的压力来控制含氮BOG压力控制阀111的开度，从而保持塔身内的压力恒定或基本恒定。

值得指出的是，本发明中，冷箱105可以采用真空钎焊铝制板翅式换热器的形式，一号节流阀113和二号节流阀115除了用节流阀来实现之外，还可以分别用膨胀机来实现。

利用现有技术和本发明分别对含氮量为7.67%的天然气进行液化过程中的脱氮处理，得到表1所示的一些特征比对。

表1

可以看出，采用现有技术，LNG出冷箱温度至少为-125℃。现有技术必须采用的较高的LNG出冷箱温度导致了LNG节流闪蒸后闪蒸气量的显著增加，排放气量为液化系统进料气量的24.7%至32.2%；而且排放气中甲烷含量高，超过70%，造成很大的甲烷损失，因而LNG产品收率很低，液化比功耗高。而采用本发明，LNG出冷箱温度可控制在-148℃至-158℃范围内，并且所得LNG产品送入LNG储罐，储罐压力与现有技术相同（110kPa）,但排放气量显著降低，排放气中甲烷含量也显著降低，为56.4%；进而致使LNG产品收率显著增加，液化比功耗显著降低。

此外，由表1很明显地看出，本发明排放气中氮气的含量比现有技术高得多，也就是说，本发明的脱氮效果要好得多。

由此可见，本发明具有以下优点：

（1）本发明中，LNG被冷却至饱和后得到的饱和冷却LNG在过冷通道内吸收冷量而进一步降温为过冷LNG，这提高了本发明的脱氮效率；气相的天然气在塔身内自下而上流动，在各塔盘的底面气液接触装置处与该底面上方的过冷LNG接触，从而使其中的氮扩散出来；由于塔盘的数量超过3个，过冷LNG在塔身内由上到下依次从各塔盘溢出，因而本发明大大延长了过冷LNG在塔身内的脱氮时间，进一步提高了脱氮效率。此外，本发明从第1-3号塔盘中任一个内将一部分过冷LNG输送到冷量供应通道，向过冷通道中的饱和冷却LNG释放冷量，一方面有利于使饱和冷却LNG降温为过冷LNG，从而提高脱氮效率，另一方面还提高了这部分释放冷量的过冷LNG的温度，既脱出了其中的氮，又向塔身内提供了温度较高的气相的天然气来对其中的过冷LNG进行脱氮处理。因此，本发明在高含氮量（如超过8%）的原料天然气液化为产品LNG的过程中进行脱氮处理，该脱氮处理的脱氮效率相对于现有技术大大提高，可以使生成的产品LNG的含氮量降至1%以下，同时，脱氮处理过程中甲烷的损失量并不大，从而节约了资源。

（2）本发明利用部分过冷LNG来对饱和冷却LNG进行降温处理，生成的气相的天然气可以用于脱氮，因而本发明可以减少对饱和冷却LNG进行降温的冷剂使用量，从而达到节约资源、降低成本的目的。

（3）本发明将排放气补充到用于冷却LNG的冷剂中，从而达到节约资源和保护环境的目的，另外，还使冷剂的补充操作更加便捷。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。