一种基于绕管式换热器的天然气脱氮方法

摘要

本发明涉及一种基于绕管式换热器的天然气脱氮工艺方法；原料天然气经过脱二氧化碳、脱水、脱汞，进入绕管式冷箱一段入口，冷却分离重烃后进入绕管式冷箱二段，冷却后，进入深冷精馏塔；得到分离氮气后的LNG产品，塔顶氮气经过板翅式换热器分别同塔底LNG、混合冷剂、重混合制冷剂换热后，经过降压后排空；精馏塔塔顶冷凝器由绕管式换热器三段出口过冷LNG提供，塔底重沸器热源由脱重烃后天然气提供；本方法采用深冷精馏的方式，在LNG进入储罐之前，将氮气分离，得到含氮量<0.7（mol%）的LNG产品，有利于储运，同时根据绕管式换热器的特点，充分利用了过冷LNG冷量，降低了精馏能耗。

说明书

技术领域

本发明涉及一种天然气液化过程中通过深冷精馏分离N₂的方法。利用天然气自身和绕管式换热器冷箱的冷量，将天然气中的氮气较为充分的分离，有利于LNG的储存和装运。 

背景技术

天然气是一种优质、高效、清洁、方便的能源。LNG是天然气的液态形式，由于其特性，又比天然气有更广泛的应用：可以作为调峰的备用气源、车用燃料，也可用于发电、陶瓷玻璃等行业。我国有较为丰富的天然气储备，天然气液化技术在我国也有较为广泛的应用。目前，国内常见的生产LNG的工艺主要有级联式工艺和混合制冷式工艺，其中混合制冷工艺包括板翅式冷箱和绕管式冷箱两种。 

氮气沸点比甲烷低，在液化储存及装运过程中更易挥发，所以分离液化天然气中的氮气有利于LNG储运。现有天然气液化工艺中，很多技术对于天然气的净化仅限于分离二氧化碳、脱水、脱汞过程，并未分离天然气中氮气；也有部分工艺在BOG处理过程中闪蒸分离氮气，但分离后的天然气含氮量仍然较高。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于绕管式换热器的天然气脱氮方法，采用深冷精馏的方法，从原料天然气中分离出氮气的工艺，使绕管式换热器液化LNG过程中，能充分将氮气从LNG产品中分离出来。根据绕管式换热器的特点，本发明能够充分利用液化过程中的冷量，以及低温氮气的冷量，在得到净化效果更好的LNG产品同时，降低了深冷精馏的能耗。 

本发明提供一种绕管式换热流程生产LNG的特点，深冷精馏分离LNG中氮气的工艺。 

本发明所述精馏塔进料口与绕管式换热器二段LNG出口连通；塔顶冷凝器与所述精馏塔为一体设备，冷凝剂入口与绕管式换热器三段LNG出口连通，冷凝剂出口作为LNG产品送出装置；塔底产品出口与绕管式换热器三段LNG入口连通；塔底重沸器热源入口与脱重烃后天然气管线连通，出口回到天然气管线并与绕管式换热器二段LNG入口连通。 

本发明塔顶冷凝器为全焊板式换热器，同精馏塔为一体式设备。 

本发明精馏塔塔顶氮气分别进入三个板翅式换热器，与不同物流换热，以充分利用冷量。 

本发明所述深冷精馏工艺适用于各种三段换热的绕管式换热器流程。 

与现有技术相比，本发明首次采用深冷精馏的方式，在LNG进入储罐之前，将氮气分离，得到含氮量<0.7%的LNG产品，有利于储运，同时根据绕管式换热器的特点，充分利用了过冷LNG冷量，降低了精馏能耗。 

具体实施方式

下面对本发明做进一步说明，但本发明不局限与以下实施例。 

所述精馏工艺中，原料天然气经过预处理（脱二氧化碳、脱水、脱汞），进入绕管式冷箱一段1入口，冷却到-50～-70℃分离重烃后，进入绕管式冷箱二段2入口，经绕管式冷箱二段冷箱冷却至-110℃～-132℃，压力1.3MPa（g）～1.7MPa（g）后，进入深冷精馏塔4，进料塔板为第14～19块塔板。 

精馏塔塔板数范围为25～31,所述精馏塔操作温度和压力范围分别是-90℃～-172℃，1.64MPa（g）～1.67MPa（g）。精馏塔塔顶冷凝器5与精馏塔为一体设备， 属于全焊式板换热器，回流液温度范围-153℃～-172℃，冷凝器冷量由绕管式换热器三段3出口过冷LNG提供，过冷LNG温度范围-154℃～-178℃，塔底重沸器6热源由脱重烃后天然气提供，热源温度范围-50～-70℃，以100×10⁴Nm³/d天然气液化工厂计算，塔顶冷凝器和塔底重沸器热负荷分别为-0.47～-0.54M*Kcal/h，0.87～0.92M*Kcal/h。 

所述精馏工艺，得到分离氮气后的LNG产品温度范围-90～-118℃，含氮量<0.7%(mol)，塔顶产品为氮气，温度范围-150℃～-175℃，氮纯度>99%(mol)。塔顶氮气经过板翅式换热器A7,板翅式换热器B8,板翅式换热器C9，分别同塔底LNG、混合冷剂、重混合制冷剂换热后，经过节流阀降压至0.12MPa（g）后排空，每个换热器氮气出口温度范围分别是-118℃～-132℃，-79℃～-95℃，18℃～26℃。