级联式制备液化天然气的方法

摘要

本发明公开一种级联式制备液化天然气的方法，具有以下步骤：①预处理；脱除原料气中的二氧化碳、硫化氢和水；②使原料气经过第一制冷循环系统中的第一多级换热和分离装置，对原料气进行一级降温处理；③使原料气依次经过第二制冷循环系统中的第二多级换热和分离装置，对原料气进行二级降温处理；④使原料气依次经过第三制冷循环系统中的第三多级换热和分离装置，以对原料气进行三级降温处理；⑤使原料气膨胀，使原料气降温至零下162℃～163℃而成为含有液化天然气和气态天然气的混合物料，然后使物料经过气液分离塔，从而得到成品液化天然气。本发明的优点是在使天然气液化的过程中还可获得有益副产品。

说明书

技术领域

本发明属于生产制备液化天然气的技术领域，具体涉及一种制备液化天然气的方法。

背景技术

液化天然气(LNG)的体积是气态时的1/600，储存效率高，运输灵活，在用作城市输配气系统扩容、调峰等方面，与地下储气库、储气柜等其他方式相比更具优势，并且具有建设投资小、建设周期短、见效快、受外部影响因素小等优点。此外，液化天然气还可作为优质的车用燃料，与汽车燃油相比，液化天然气具有辛烷值高、抗爆性好、燃烧完全、排气污染少、发动机寿命长、运行成本低等优点；与压缩天然气(CNG)相比，液化天然气则具有储存效率较高、续驶里程长、储瓶压力低、建站不受供气管网的限制等优点。

天然气的主要成分是甲烷，它与天然气中少量的丙烷、丁烷不同，不能在常温下加压变成液体，只能用低温、制冷的方法将其液化。现有的天然气的液化装置中，大型装置主要采用复叠式制冷的天然气液化装置和采用混合制冷机制冷的天然气液化装置，这两种装置的特点是产量大、能耗较低，但机组庞大、设备复杂，操作维修都不方便，中小型的天然气液化装置主要有利用天然气主管道和支管道的压差，采用膨胀机将天然气膨胀制冷的液化装置，这种装置结构简单，并由于利用了天然气本身的压力，所以几乎不需要消耗电能，但产液率较低，通常只有10％左右。

天然气的液化属于深度冷冻，靠一段制冷达不到液化的目的。传统液化天然气的方法是采用三段式降温来获得超低温，但是传统的液化天然气的方法的目的多是单纯为了得到液化天然气，没有能够充分利用多段制冷的过程获得有益副产品。

发明内容

本发明的目的是提供一种在使天然气液化的过程中还可获得有益副产品的一种级联式制备液化天然气的方法。

实现本发明目的的技术方案是：一种级联式制备液化天然气的方法，具有以下步骤：

①预处理；脱除原料气中的二氧化碳、硫化氢和水；

②一级降温处理；使预处理后的原料气经过第一制冷循环系统中的第一多级换热和分离装置，以对预处理后的原料气进行一级降温处理，使原料气降温至零下35～零下41℃，气压为3.8MPa至4.1MPa；

③二级降温处理；使经过步骤②处理后的原料气依次经过第二制冷循环系统中的第二多级换热和分离装置，以对经过步骤②处理后的原料气进行二级降温处理，使原料气降温至零下95～零下100℃，气压为3.8MPa至4.1MPa；

④三级降温处理；使经过步骤③处理后的原料气依次经过第三制冷循环系统中的第三多级换热和分离装置，以对经过步骤③处理的原料气进行三级降温处理，使原料气降温至零下155～零下161℃，气压为3.8MPa至4.1MPa；

⑤节流降压处理：使经过步骤④处理后的原料气膨胀，使原料气降温至零下162℃～163℃而成为含有液化天然气和气态天然气的混合物料，然后使物料经过气液分离塔，使得液态天然气和气态天然气分离，从而得到成品液化天然气。

进行预处理的目的主要是脱除二氧化碳、硫化氢和水，使原料气的露点达到零下70℃，以免当气态的原料气液化为液态的液化天然气时，过多的二氧化碳和水形成同化物而堵塞设备和管道。

上述步骤①中，在气压为3.5MPa至6MPa和温度为5℃至40℃的条件下对原料气进行脱除二氧化碳、硫化氢和水的预处理。

上述步骤①中进行脱除二氧化碳、硫化氢和水的预处理的优选方案是使原料气在气压为4MPa至5MPa和温度为10℃至25℃的条件下，依次通过装有用于脱除二氧化碳及硫化氢的乙醇胺溶液的第一吸收塔、装有乙二醇和铝胶的第二吸收塔和装有用于脱除水分的分子筛吸附剂的填料塔。

上述步骤②中，所述第一多级换热和分离装置包括依次串连的第一换热器、第一气液分离塔、第二换热器和第二气液分离塔；所述第一制冷循环系统中的制冷剂为丙烷、或丙烷和丁烷的混合物。

使预处理后的原料气经过第一换热器的温度为零下30℃～零下35℃，优选为零下32℃～零下34℃，将从第一气液分离塔中分离出的液态物料作为汽油或柴油；经过第二换热器的温度为零下40℃～零下41℃，优选为零下40℃，将从第二气液分离塔中分离出的液态物料作为第一制冷循环中的制冷剂。

上述步骤③中，所述第二多级换热和分离装置包括依次串连的第三换热器、第三气液分离塔、第四换热器、第四气液分离塔、第五换热器和第五气液分离塔；所述第二制冷循环系统中的制冷剂为乙烯。

上述步骤③中，使原料气经过第三换热器的温度为零下65℃～零下70℃，优选为零下68℃～零下70℃；经过第四换热器的温度为零下80℃～零下85℃，优选为零下84℃～零下85℃；经过第五换热器的温度为零下95～零下100℃，优选为零下98℃～零下100℃，将从第五气液分离塔中分离出的液态物料作为第二制冷循环系统中的制冷剂。

上述步骤④中，所述第三多级换热和分离装置包括依次串连的第六换热器、第六气液分离塔、第七换热器、第七气液分离塔、第八换热器和第八气液分离塔；所述第三制冷循环系统中的制冷剂为甲烷或液化天然气。

上述步骤④中，使原料气经过第六换热器的温度为零下120℃～零下130℃，优选为零下128℃～零下130℃；经过第七换热器的温度为零下140℃～零下145℃，优选为零下144℃～零下145℃；经过第八换热器的温度为零下155℃～零下161℃，优选为零下160℃～零下161℃。

上述步骤⑤中，使经过步骤④处理后的原料气通过节流塔，使原料气的气压下降为0.09MPa至0.11MPa；所制得的液化天然气可作为第三制冷循环系统中制冷剂。

本发明具有积极的效果：(1)本发明级联式制备液化天然气的方法，通过设置多个换热器，使气态的原料气经历了多段式低温过程，并在适当的温度段分别设置了气液分离塔，从而得到多种有益的副产物，具有较好的经济效益。(2)本发明方法中，每一级制冷循环中的制冷剂可为单一的纯物料，也可以为精心配制的混合制冷剂，适用范围广；当选用单一纯物料时，无配比问题，且由于制冷技术较为成熟，整个工艺流程较为稳定，可靠性高。(3)本发明方法的能耗较低，且获得的部分副产物可直接作为制冷剂，补充到各自的循环系统中，从而降低了制冷成本。

附图说明

图1为本发明方法的工艺流程图。

附图所示标记为：第一制冷循环系统1，冷凝器11，制冷剂12，节流阀13，节流阀14；

第一多级换热和分离装置2，第一换热器21，第一气液分离塔22，第二换热器23，第二气液分离塔24；

第二制冷循环系统3，第二多级换热和分离装置4，第三换热器41，第三气液分离塔42，第四换热器43，第四气液分离塔44，第五换热器45，第五气液分离塔46；

第三制冷循环系统5，第三多级换热和分离装置6，第六换热器61，第六气液分离塔62，第七换热器63，第七气液分离塔64，第八换热器65，第八气液分离塔66；节流塔7，气液分离塔8；预处理系统9，第一吸收塔91，第二吸收塔92，填料塔93。

具体实施方式

(实施例1)

见图1，本实施例为一种级联式制备液化天然气的方法，具有以下步骤：

①预处理；本实施例中的原料气为从管道输送的油田天然气，其气压为3.24MPa，温度为37.8℃；组分摩尔分数是83％甲烷，10％C₂+以上的烷烃，7％氮。原料气先经离心压缩机压缩到4.1MPa，用海水进行冷却，使其温度降为20℃，然后使原料气依次通过装有用于脱除二氧化碳及硫化氢的乙醇胺溶液的第一吸收塔91、装有乙二醇和铝胶的第二吸收塔92和装有用于脱除水分的分子筛吸附剂的填料塔93。

本实施例中预处理系统9具有第一吸收塔91、第二吸收塔92和填料塔93。

在其他实施例中，原料气经压缩机压缩时，要使其气压达到3.8～4.1MPa为宜，因为过低的气压将造成后续处理中的压力不足，而过高的压力则对设备要求很高，导致成本昂贵。

在其他实施例中用海水对原料气级进行冷却时，使其温度为5℃至40℃，优选为10℃至25℃。

本实施例所用乙醇胺溶液的质量浓度为10％，其他实施例中可选用8～12％的乙醇胺溶液。

本实施例所用分子筛吸附剂的表面积为800m²/g，孔直径为0.42nm，孔体积为0.27cm³/g。在其他实施例中可选用表面积为700～900m²/g，孔直径为0.38～0.45nm，孔体积为0.25～0.35cm³/g的分子筛吸附剂。

经过预处理后的原料气的气压为4.0MPa，其露点温度降至零下73℃。

②一级降温处理；使预处理后的原料气经过第一制冷循环系统1中的第一多级换热和分离装置2，以对预处理后的原料气进行一级降温处理；

第一级制冷循环系统1包括冷凝器11、制冷剂12、第一换热器21、第二换热器23、节流阀13和节流阀14。所述第一制冷循环系统中1的制冷剂为丙烷；在其他实施例中，也可采用丙烷和丁烷的混合物。

第一多级换热和分离装置2包括第一换热器21、第一气液分离塔22、第二换热器23和第二气液分离塔24。

通过温度控制，使预处理后的原料气经过第一换热器21的温度为零下33℃，将从第一气液分离塔22中分离出的液态物料作为汽油或柴油；经过第二换热器23的温度为零下40.5℃，可将从第二气液分离塔24中分离出的液态物料作为第一制冷循环中的制冷剂补充到第一制冷循环系统1中，也可以另行处理用于生产丙烷。

从第二气液分离塔24分离得到的原料气的气压为3.9MPa，温度为零下41℃。

③二级降温处理；使经过步骤②处理后的原料气依次经过第二制冷循环系统3中的第二多级换热和分离装置4，以对经过步骤②处理后的原料气进行二级降温处理；

第二级制冷循环系统3包括冷凝器31、制冷剂32、第三换热器41、第四换热器43、第五换热器45、节流阀33、节流阀34和节流阀35。所述第二制冷循环系统3中的制冷剂为乙烯，在其他实施例中也可选用主要成分为乙烯的混合制冷剂。

所述第二多级换热和分离装置4包括依次串连的第三换热器41、第三气液分离塔42、第四换热器43、第四气液分离塔44、第五换热器45和第五气液分离塔46。

通过温度控制，使原料气经过第三换热器41的温度为零下65℃～零下70℃；经过第四换热器43的温度为零下83℃；经过第五换热器45的温度为零下98℃；将从第三气液分离塔42、第四气液分离塔44中分理出的液态物料收集起来，另行处理，以用于制造生产烯类产品；从第五气液分离塔46中分离出的液态物料可作为制冷剂补充到第二制冷循环系统3中，也可另行处理，以用于生产丙稀。

从第五气液分离塔24分离得到的原料气的气压为3.85MPa，温度为零下95℃～零下100℃。

④三级降温处理；使经过步骤③处理后的原料气依次经过第三制冷循环系统5中的第三多级换热和分离装置6，以对经过步骤③处理的原料气进行三级降温处理；

第三制冷循环系统5包括冷凝器51、制冷剂52、第三换热器61、第四换热器63、第五换热器65、节流阀53、节流阀54和节流阀55。所述第三制冷循环系统5中的制冷剂为甲烷，在其他实施例中也可采用以本发明方法制得的液化天然气。

所述第三多级换热和分离装置6包括依次串连的第六换热器61、第六气液分离塔62、第七换热器63、第七气液分离塔64、第八换热器65和第八气液分离塔66。

通过温度控制，使原料气经过第六换热器61的温度为零下125℃；经过第七换热器63的温度为零下143℃；经过第八换热器65的温度为零下160℃。将从第六气液分离塔62、第七气液分离塔64和第八气液分离塔66中分理出的液态物料收集起来，另行处理。

从第八气液分离塔66中出来的气态物料的气压为3.8MPa，温度为零下155℃～零下161℃。

⑤节流降压处理：使经过步骤④处理后的原料气通过节流塔7，以使原料气在近似绝热的条件下膨胀降温，原料气的气压下降为0.10MPa，温度降至零下162℃而成为含有液化天然气和气态天然气的混合物料，然后使物料经过气液分离塔8，使得液态天然气和气态天然气分离，从而得到成品液化天然气。

(实施例2)

本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于：步骤②中，通过温度控制，使预处理后的原料气经过第一换热器21的温度为零下30℃；经过第二换热器23的温度为零下40℃。步骤③中，通过温度控制，使原料气经过第三换热器41的温度为零下65℃；经过第四换热器43的温度为零下80；经过第五换热器45的温度为零下95℃。步骤④中，通过温度控制，使原料气经过第六换热器61的温度为零下120℃；经过第七换热器63的温度为零下140℃；经过第八换热器65的温度为零下155℃。步骤⑤中，原料气通过节流塔7后温度降至零下162℃而成为含有液化天然气和气态天然气的混合物料。

(实施例3)

本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于：步骤②中，通过温度控制，使预处理后的原料气经过第一换热器21的温度为零下35℃；经过第二换热器23的温度为零下41℃。步骤③中，通过温度控制，使原料气经过第三换热器41的温度为零下70℃；经过第四换热器43的温度为零下85℃；经过第五换热器45的温度为零下100℃。步骤④中，通过温度控制，使原料气经过第六换热器61的温度为零下130℃；经过第七换热器63的温度为零下145℃；经过第八换热器65的温度为零下161℃。步骤⑤中，原料气通过节流塔7后温度降至零下163℃而成为含有液化天然气和气态天然气的混合物料。

(实施例4)

本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于：步骤②中，通过温度控制，使预处理后的原料气经过第一换热器21的温度为零下32℃；经过第二换热器23的温度为零下40℃。步骤③中，通过温度控制，使原料气经过第三换热器41的温度为零下68℃；经过第四换热器43的温度为零下84℃；经过第五换热器45的温度为零下98℃。步骤④中，通过温度控制，使原料气经过第六换热器61的温度为零下128℃；经过第七换热器63的温度为零下144℃；经过第八换热器65的温度为零下160℃。步骤⑤中，原料气通过节流塔7后温度降至零下162℃而成为含有液化天然气和气态天然气的混合物料。

(实施例5)

本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于：步骤②中，通过温度控制，使预处理后的原料气经过第一换热器21的温度为零下34℃；经过第二换热器23的温度为零下40℃。步骤③中，通过温度控制，使原料气经过第三换热器41的温度为零下68℃；经过第四换热器43的温度为零下84℃；经过第五换热器45的温度为零下98℃。步骤④中，通过温度控制，使原料气经过第六换热器61的温度为零下128℃；经过第七换热器63的温度为零下144℃；经过第八换热器65的温度为零下160℃。步骤⑤中，原料气通过节流塔7后温度降至零下162℃而成为含有液化天然气和气态天然气的混合物料。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而这些属于本发明的精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。