CN103031169B - 天然气液化与重烃处理的方法和装置 - Google Patents

Abstract

一种天然气液化与重烃处理工艺，包括低温液化工序和重烃处理工序两部分；低温液化工序包括在重烃处理工序中部分脱重烃后的天然气由混合冷剂提供冷量在冷箱中实现冷却、完全脱重烃及液化得到LNG；重烃处理工序包括富含重烃的天然气在重烃洗涤塔中部分脱重烃，和被脱除的重烃依次进入脱乙烷塔及精馏塔中脱去轻组分并分离为LPG及轻油。本发明所述工艺在生产LNG的同时还副产LPG及轻油，工艺路线先进，经济可靠；可适应原料气中含有苯等芳香烃的情况，将苯等芳香烃随重烃组分脱除，防止冷箱冻堵；操作弹性较大，可以适应较大范围的天然气重烃含量；采用混合冷剂循环流程提供冷量，气相及液相冷剂分别进入冷箱换热，使冷、热流体的换热曲线更为匹配；所采用制冷流程可有效避免冷箱底部积液。

Description

天然气液化与重烃处理的方法和装置

技术领域

本发明提供了一种全新的天然气液化与重烃处理的工艺方法和装置，从富含重烃的天然气中脱除重烃，在液化得到液化天然气（LNG）的同时，还可副产液化石油气及轻油产品。

背景技术

天然气作为一次能源在社会各个领域所占比例正逐渐提升，其应用领域已逐渐扩大到发电、汽车用气、工业用气、城市居民用气等方面，市场需求量迅速增加。但受原料条件及用户分布限制，有相当一部分资源无法采用传统的天然气管输供应方式进行管道长距离输送，而更为便捷合理的方法是采用液化的方式，将甲烷转变为液体再采用灵活的运输方式将其送往用户终端。液化天然气（LNG）体积只有同量气体体积的1/625，液化后可以降低贮存和运输成本，且可以提高单位体积的燃值。

在天然气液化的过程中，重烃尤其是C6⁺烃总是先被冷凝下来，如未把重烃先分离掉，则重烃将可能冻结从而堵塞冷箱，因此要求进入冷箱的天然气中重烃含量降至足够低。目前，现有技术中多采用用耐水硅胶、活性炭等吸附剂脱除天然气中的重烃，但当重烃含量较高时会显著增加设备投资；采用此种技术再生气的获取也较困难，且需考虑再生气的去向。附图1所示为另一种现有工艺技术，其使用的装置包括二段式混合工质压缩机、冷却器、气液分离器、节流装置、一组板翅式换热器组和一台LNG储罐。净化后的原料天然气首先进入板翅式换热器组进行预冷，被冷却至-30℃～-60℃后进入重烃分离器进行气液分离，由重烃分离器顶部分离出的气相流股继续进入换热器组的其余各级换热器，并在其中被冷却至-130℃～-166℃，得到的液化天然气送入液化天然气（LNG）储罐中储存，重烃分离器底部分离出部分重烃；但这一方法对苯等芳香烃的脱除效果不佳，随芳香烃含量增加，脱除效果更差，如原料气含有大量的芳香烃（苯的熔点只有5.51度），将导致冷箱冻堵；且这一工艺的重组分脱除效果也难以控制。针对这一情况，本发明提出了一种新的天然气液化及脱重烃的方法，还得到液化天然气（LNG）的同时，还可副产液化石油气（LPG）及轻油。

发明内容

本发明的目的在于提供一种天然气液化与重烃处理的工艺方法和装置，将富含重烃的净化合格的天然气（经过脱酸如CO₂等、脱汞、脱水合格后的天然气）中的甲烷组分液化生产液化天然气（LNG），不但将其中的重烃组分脱除，并且进一步将重烃组分分离为可利用的液化石油气（LPG）及轻油副产品，经济合理、工艺路线先进；另外，本发明所述工艺可适应原料气中含有苯等芳香烃的情况，将苯等芳香烃随重烃组分脱除，防止冷箱冻堵。

在本申请中，术语“任选”表示有或没有。

在本申请中所使用的原料气是净化后的原料天然气(或称作原料气或称作原料天然气)，例如是经过脱酸(如CO₂等)、脱汞、脱水后的天然气。

在本申请中C1、C2、C3、C4、C5、C6等分别表示相应碳原子数的烃类(或链烷烃类)。

本发明的第一方面涉及一种天然气液化与重烃处理装置，该装置包括：低温液化装置和重烃处理装置；

低温液化装置包括一个冷箱、一个冷剂分离器、一个重烃分离器、一个重烃增压泵、一个氮气闪蒸罐、一个制冷剂压缩系统和四台节流装置；重烃处理装置包括一个重烃洗涤塔、一个脱乙烷塔、一个精馏塔和两台节流装置；

其中，该制冷剂压缩系统包括一台二段式混合冷剂压缩机、分别与所述混合冷剂压缩机的第一段和第二段连接的第一台冷却器和第二台冷却器、分别与所述第一台冷却器和第二台冷却器连接的第一台气液分离器和第二台气液分离器和与所述两台气液分离器当中的第一台连接的一台液体泵，该液体泵的出口端经由管道连接到第二台冷却器的入口端；

其中，制冷剂压缩系统两台气液分离器中的第一台气液分离器的气相端与混合冷剂压缩机的第二压缩段连接，第一台气液分离器的液相端经由液体泵与第二压缩段的出口管道汇合后连接到所述两台冷却器中的第二台冷却器，第二台气液分离器的气相端和液相端经由两根管道分别与所述冷箱的两个换热通道即第一换热通道的一端和第二换热通道的一端连接；

所述氮气闪蒸罐包括入口、气相出口、液相出口；

所述冷剂分离器包括入口端，顶部气相端和，底部液相端；

该重烃分离器包括一个天然气入口通道，一个重烃出口通道，一个天然气出口通道；该重烃洗涤塔包括一个天然气原料气入口通道，一个天然气出口通道，一个重烃入口通道，和与第五节流装置的入口端连接的一个重烃出口通道；该脱乙烷塔包括一个重烃入口通道，一个气相出口通道和与第六节流装置的入口端连接的一个液相出口通道；该精馏塔包括一个液相入口通道，一个气相出口通道和一个轻油出口通道；

该冷箱包括至少七个换热通道，即至少包含第一、第二、第三、第四、第五、第六和第七换热通道；

所述冷箱的第一换热通道的另一端经由第一节流装置与第三换热通道的一端连接，第三换热通道的另一端与冷剂分离器的入口端连接；

第二换热通道的另一端经由第二节流装置也与冷剂分离器入口端连接；

第四换热通道的一端与所述重烃分离器的天然气入口通道连接，第四换热通道的另一端与重烃洗涤塔的顶部天然气出口通道连接；

第五换热通道的一端与重烃分离器的顶部气相端连接，另一端经由第四节流装置后连接到液化天然气储罐；

脱乙烷塔的气相出口通道任选地与来自液化天然气储罐的蒸发天然气(即BOG)通道汇合后，连接至冷箱的第六换热通道的一端，第六换热通道的另一端经由第三节流装置连接于氮气闪蒸罐的入口(或入口端)，氮气闪蒸罐液相出口通过管道也连接至液化天然气储罐；

所述冷剂分离器的顶部气相端和底部液相端汇合后连接第七换热通道的一端，第七换热通道的另一端与混合冷剂压缩机的第一压缩段连接；

所述重烃分离器的重烃出口通道连接到重烃增压泵的输入端；重烃增压泵的输出端连接重烃洗涤塔的重烃入口通道；

所述重烃洗涤塔的天然气原料气入口通道连接到输送净化天然气(即天然气原料气)的管道，重烃洗涤塔的重烃出口通道经由第五节流装置连接脱乙烷塔的重烃入口通道；

所述脱乙烷塔的液相出口经由第六节流装置连接于精馏塔的液相入口通道；

所述精馏塔的气相出口通道经由一个附加冷却器连接至液化石油气产品储罐以及该塔的轻油出口通道连接轻油冷却器后连接到轻油产品储罐。

在一个实施方式中，重烃分离器的顶部气相端依次通过冷箱的第五换热通道后进一步通过冷箱的另外第八换热通道连接到第四节流装置，然后连接到液化天然气储罐。

在另一个实施方式中，所述精馏塔的气相出口通道首先经由所述的附加冷却器和任选地经由一个精馏塔回流罐，然后分出两个支管，一个支管与液化石油气产品储罐连接，而另一个支管，任选经由一台泵，与脱乙烷塔的经过第六节流装置后的液相出口汇合后连接于精馏塔的液相入口通道。

在所述脱乙烷塔和/或所述精馏塔的塔底可采用任意型式的再沸器，例如内置式、釜式、热虹吸式再沸器。

在一个优选实施方式中，在所述冷箱的第四换热通道的-30℃～-80℃的温度区间设置至少一个（优选多个，例如2～10个）天然气预冷抽出口。

在一个优选实施方式中，所述脱乙烷塔的气相出口通道与来自液化天然气储罐的蒸发天然气(即BOG)输出通道汇合后，连接至冷箱的第六换热通道的一端。

本发明涉及的第二方面，一种天然气液化与重烃处理工艺方法，该方法包括低温液化工序和重烃处理工序两部分；低温液化工序包括在重烃处理工序中的重烃洗涤塔中部分脱重烃后的天然气在冷箱中实现冷却、在重烃分离器中完全脱重烃及在冷箱中液化；重烃处理工序包括净化后的天然气在重烃洗涤塔中脱去部分重烃，部分脱重烃的天然气自洗涤塔顶去低温液化工序，和被脱除出来的洗涤塔底重烃依次进入脱乙烷塔中进行汽提而分离出轻组分（主要为C1、C2烃等）和重组分，其中轻组分被输送到冷箱中进行冷却(轻组分在冷却之后流过氮气闪蒸罐，在氮气闪蒸罐的底部获得液化天然气)，和其中重组分进入精馏塔中分离出轻油(副产品)和分离出气相，该气相被冷却成液化石油气（LPG）。

另外，上述方法可适应原料气中含有苯等芳香烃的情况，将苯等芳香烃随重烃组分脱除，防止冷箱冻堵。

净化后的天然气是指经过脱酸如CO₂等、脱汞、脱水合格后的富含重烃的天然气。

优选地，本发明提供的天然气液化与重烃处理工艺的工艺流程如下：

低温液化工序：

在本发明所述低温液化工序中，来自重烃处理工序的重烃洗涤塔中的天然气，即在重烃洗涤塔中脱除了全部C5⁺及部分C3、C4重烃组分的天然气，首先进入冷箱的第四换热通道进行预冷，被冷却至-30℃～-80℃（优选-35℃～-75℃，进一步优选为-40℃～-70℃，更优选为-45℃～-65℃）后进入重烃分离器进行气液分离，从重烃分离器底部分离出天然气中剩余的C3、C4重烃等组分，从重烃分离器顶部分离出的气相流股继续进入冷箱的其余换热通道（例如第五换热通道），并在其中被冷却至-130℃～-166℃（优选为-135℃～-160℃，进一步优选为-140℃～-155℃，更优选为-145℃～-152℃），经第四节流装置节流后得到液化天然气（LNG）；重烃分离器底部液相去所述重烃处理工序的重烃洗涤塔中与原料天然气进行传热传质。

重烃处理工序：

在所述重烃处理工序中，富含重烃的净化后的天然气（例如，经过脱酸如CO₂等、脱汞、脱水后的天然气）作为原料气进入重烃洗涤塔底部天然气入口，与重烃洗涤塔内自上而下的液相逆流接触，充分传热传质后除去天然气中的全部C5⁺及部分C3、C4等重烃组分；重烃洗涤塔塔顶液相来源为所述低温液化工序中经重烃分离器底部分离的C3、C4重烃组分。重烃洗涤塔中的气相自塔顶去所述低温液化工序；重烃洗涤塔底部液相经第五节流装置减压至2.5MPaA～4.0MPaA（优选为2.8～3.7MPaA，更优选为3.0～3.5MPaA），然后进入脱乙烷塔，与塔底再沸器产生的气相逆流接触传质传热，脱除其中的轻组分（主要为C1、C2烃等）；轻组分进入冷箱的第六换热通道冷却、液化、经第三节流装置节流并进入氮气闪蒸罐中闪蒸，将来自液化天然气储罐的BOG（蒸发气）中可能存在的氮气(即原料气液化为LNG进入液化天然气储罐时可能携带的氮气)从氮气闪蒸罐中分出，氮气闪蒸罐底部得到LNG中的氮气含量＜1mol%（优选0.8mol%，进一步优选0.6mol%）；脱乙烷塔塔底液相（主要为C3、C4、C5、C6⁺链烷烃的混合物）经第六节流装置减压至0.5MPaA～2.0MPaA（优选为0.7～1.8MPaA，更优选为1.0～1.5MPaA）后进入精馏塔中部，经精馏从塔顶得到C3、C4链烷烃等组分的混合物(为气相)，部分回流(即与精馏塔的入口管道汇合)，部分采出，即为液化石油气（LPG）产品，塔底分离得到C5、C6⁺等组分的混合物，经轻油冷却器冷却至常温后，即为轻油产品。

在一个优选实施方式中，一般在低温液化工序中，冷箱的冷量由或主要由混合冷剂循环提供：

由C1～C5和N₂组成的混合冷剂（通常选自C1、C2、C3、C4和C5链烷烃和N₂中的四种、五种或六种，它们按照任意体积比例或按照大约等同的体积比例混合）进入混合冷剂压缩机的入口，经第一段压缩至0.6～1.8MPaA，进入第一级冷却器冷却至30℃～45℃，再进入第一级气液分离器进行气液分离，第一级气液分离器顶部分离出的气体继续进入压缩机的第二段入口，经二段压缩至1.2～5.4MPaA，第一级气液分离器底部液相端分离出的液体经液体泵加压后与第二段压缩出口管道的热气体汇合后，再进入第二级冷却器中被冷却至30℃～45℃，在第二级冷却器中冷却后的混合冷剂随后进入第二级气液分离器进行气液分离，第二级气液分离器的顶部气体随后进入冷箱的第一换热通道参与换热，第二级气液分离器底部分离出的液体进入冷箱的第二换热通道参与换热；

由第二级气液分离器底部引出的液体首先进入冷箱的第二换热通道，在其中被预冷至约-30℃～-80℃，经第二节流装置节流至0.2～0.8MPaA后进入冷剂分离器；由所述第二级气液分离器顶部分离出的混合冷剂的气相流股通过冷箱的第一换热通道冷却至-135℃～-169℃，再经第一节流装置节流至0.2～0.8MPaA后反向进入冷箱的第三换热通道换热，复热至一定温度（例如-30℃～-80℃）后引出，与上述出第二节流装置的冷剂汇合，进入冷剂分离器中分离为气液两相，出冷剂分离器的气液两相汇合后返回至冷箱的第七换热通道中为冷箱提供冷量和然后返回到混合冷剂压缩机第一压缩段。

在一个优选实施方式中，所述脱乙烷塔顶的轻组分与来自液化天然气储罐的蒸发天然气(即BOG气体)流股汇合，再进入所述冷箱的第六换热通道冷却、液化、节流并进入氮气闪蒸罐中闪蒸，氮气闪蒸罐底部液化天然气（LNG）中的氮气脱除至＜1mol%。

优选的是，脱乙烷塔和精馏塔的塔底可采用内置式、釜式、热虹吸式等任意型式的再沸器。

在一个优选实施方式中，精馏塔塔顶得到的气相被冷却成液相，该液相的一部分作为液化石油气产品储存，该液相的另一部分，任选经过泵输送，与来自脱乙烷塔的塔底的液相汇合后进入精馏塔的液相入口通道。

这里，压力单位MPaA为兆帕，绝对压力。

为适应不同的原料气重烃组成，本发明所述工艺在冷箱的第四换热通道的-30℃～-80℃的温度区间设置至少一个天然气预冷抽出口，通过调整出第四换热通道的天然气的预冷温度，可调整进入重烃洗涤塔用于天然气洗涤的液相量，即使天然气中重烃含量较低，也可保证重烃洗涤塔的正常操作。

在本申请中，一般而言，一个设备与另一个设备的连接是通过管道来实现的。

在本申请中，“工序”与“过程”可互换使用。所述的“第一段压缩”或“一段压缩”与“第一压缩段”可互换使用，以此类推。

本发明的优点：

1、本发明采用全新的天然气液化及重烃处理的工艺路线，将富含重烃的天然气中的甲烷组分液化，并将重烃组分处理回收，同时得到LNG主产品及LPG及轻油副产品，经济可靠；

2、将原料天然气自身携带的部分重烃组分分离，用于天然气中重组分的洗涤，不需外部引入吸收剂，工艺路线设计合理；

3、通过设置多个天然气预冷抽出口，以调整出冷箱第四换热通道的天然气的预冷温度，可调整进入重烃洗涤塔用于天然气洗涤的液相量，从而可以适应较大的原料气重烃组成范围，操作弹性大；

4、本发明所述工艺可适应原料气中含有苯等芳香烃的情况，将苯等芳香烃随重烃组分脱除，防止冷箱冻堵。

5、采用混合冷剂循环流程提供冷量，且气相及液相冷剂分别进入冷箱换热，使冷、热液体的换热曲线更为匹配；

6、对脱乙烷塔分出的轻组分进行了回收液化，提高了天然气的液化率。

7、第二级气液分离器顶部气相冷剂经节流后的返流复热后进入冷剂分离器，可有效避免冷箱底部积液。

附图说明

以下通过附图来说明本发明，在图1和图2中，相同的部件用相同的附图标记表示。

图1是现有技术的一种工艺流程图；

图2是本发明所述的天然气液化与重烃处理工艺的流程图。）

具体实施方式

本发明的工艺包括低温液化工序和重烃处理工序两部分；低温液化工序包括在重烃处理工序中部分脱重烃后的天然气由混合冷剂提供冷量在冷箱中实现冷却、完全脱重烃及液化得到LNG；重烃处理工序包括富含重烃的净化合格的天然气在重烃洗涤塔中脱去部分重烃，部分脱重烃的天然气自塔顶去低温液化工序，和被脱除的重烃依次进入脱乙烷塔中汽提除去其中的轻组分（主要为C1、C2烃等）、进入精馏塔中分离为LPG及轻油副产品；另外，本发明所述工艺可适应原料气中含有苯等芳香烃的情况，将苯等芳香烃随重烃组分脱除，防止冷箱冻堵。

参照附图2，低温液化装置和重烃处理装置；低温液化装置包括一个冷箱7、一个冷剂分离器9、一个重烃分离器6、一个重烃增压泵8、一个氮气闪蒸罐13、一个制冷剂压缩系统和四台节流装置51、52、53、54，重烃处理装置包括一个重烃洗涤塔10、一个脱乙烷塔11、一个精馏塔12和两台节流装置55、56；

其中，该制冷剂压缩系统包括一台二段式混合冷剂压缩机1、分别与所述混合冷剂压缩机1的第一段和第二段连接的第一台冷却器21和第二台冷却器22、分别与所述第一台冷却器21和第二台冷却器22连接的第一台气液分离器31和第二台气液分离器32和与所述两台气液分离器当中的第一台31连接的一台液体泵4，该液体泵4的出口端经由管道连接到第二台冷却器22的入口端；

其中，制冷剂压缩系统的两台气液分离器中的第一台气液分离器31的气相端与混合冷剂压缩机1的第二压缩段连接，第一台气液分离器31的液相端经由液体泵4与第二压缩段的出口管道汇合后连接到所述两台冷却器中的第二台冷却器22，第二台气液分离器32的气相端和液相端经由两根管道分别与所述冷箱7的两个换热通道即第一换热通道的一端(或第一端)和第二换热通道的一端(或第一端)连接；

该氮气闪蒸罐13包括入口、气相出口、液相出口；

该重烃分离器6包括一个天然气入口通道，一个重烃出口通道，一个天然气出口通道；该重烃洗涤塔10包括一个天然气原料气入口通道，一个天然气出口通道，一个重烃入口通道，和与第五节流装置55的入口端连接的一个重烃出口通道；该脱乙烷塔11包括一个重烃入口通道，一个气相出口通道和与第六节流装置56的入口端连接的一个液相出口通道；该精馏塔12包括一个液相入口通道，气相出口通道(通往一个附加冷却器14)和一个轻油出口通道（通往一个轻油冷却器17）；

该冷箱7包括至少七个换热通道，即至少包含第一第二、第三、第四、第五、第六和第七换热通道；

所述冷箱的第一换热通道的另一端(或第二端)经由第一节流装置51与第三换热通道的一端(或第一端)连接，第三换热通道的另一端(或第二端)与冷剂分离器9的入口端连接；

第二换热通道的另一端(或第二端)经由第二节流装置52也与冷剂分离器入口端连接；

第四换热通道的一端(或第一端)与所述重烃分离器6的天然气入口通道连接，第四换热通道的另一端(或第二端)与重烃洗涤塔10的顶部天然气出口通道连接；

第五换热通道的一端(或第一端)与重烃分离器6的顶部气相端连接，另一端经由第四节流装置54后连接到液化天然气储罐；

脱乙烷塔11的气相出口通道任选地与来自液化天然气储罐的BOG（即蒸发天然气）输出通道汇合后，连接至冷箱7的第六换热通道的一端(或第一端)，第六换热通道的另一端(或第二端)经由第三节流装置53连接于氮气闪蒸罐13的入口，氮气闪蒸罐13的液相出口通过管道也连接至液化天然气储罐；

所述冷剂分离器9的顶部气相端和底部液相端汇合后连接第七换热通道的一端，第七换热通道的另一端与混合冷剂压缩机1的第一压缩段连接；

所述重烃分离器6的重烃出口通道连接到重烃增压泵8的输入端；重烃增压泵8的输出端连接重烃洗涤塔10的重烃入口通道；

所述重烃洗涤塔10的天然气原料气入口通道连接到输送净化天然气(即天然气原料气)的管道，重烃洗涤塔10的重烃出口通道经由第五节流装置55连接到脱乙烷塔11的重烃入口通道；

所述脱乙烷塔11的液相出口经由第六节流装置56连接于精馏塔12的液相入口通道；

所述精馏塔12的(顶部)气相出口通道经由一个附加冷却器14连接至液化石油气产品储罐以及该塔的轻油出口通道连接轻油冷却器17后连接到轻油产品储罐。

其中，重烃分离器6的顶部气相端可依次通过冷箱7的第五换热通道后进一步通过冷箱7的另外第八换热通道连接第四节流装置后连接到液化天然气储罐。

在另一个实施方式中，所述精馏塔12的气相出口通道首先经由所述附加冷却器14和任选经由一个精馏塔回流罐15，然后分出两个支管(或分为两路)，一个支管(或支路)与液化石油气产品储罐连接，而另一个支管(或另一个支路)，任选经由一台泵16，与脱乙烷塔11的经过第六节流装置56后的液相出口汇合后连接于精馏塔12的液相入口通道。

在一个优选实施方式中，在所述冷箱的第四换热通道的-30℃～-80℃的温度区间设置至少一个天然气预冷抽出口，通过调整出第四换热通道的天然气的预冷温度，可调整进入重烃洗涤塔用于天然气洗涤的液相量，即使天然气中重烃含量较低，也可保证重烃洗涤塔的正常操作。

在一个优选实施方式中，所述脱乙烷塔的气相出口通道与来自液化天然气储罐的BOG通道汇合后，连接至冷箱的第六换热通道的一端，在冷箱的第六换热通道实现冷却、液化，再经由第三节流装置53后连接到氮气闪蒸罐13，可保证氮气闪蒸罐底部得到的LNG中的氮气脱除至＜1mol%。

这里所述的“第一段压缩”或“一段压缩”与“第一压缩段”可互换使用，以此类推。

下面参照附图2阐述天然气液化与重烃处理工艺的流程：

本发明所述低温液化工序中，在重烃处理工序的重烃洗涤塔10中脱除了全部C5⁺及部分C3、C4重烃组分的天然气首先进入冷箱7的第四换热通道进行预冷，被冷却至-30℃～-80℃后进入重烃分离器6进行气液分离，从重烃分离器6底部分离出天然气中剩余的C3、C4重烃等组分，从重烃分离器6顶部分离出的气相流股继续进入冷箱7的其余换热通道（例如第五换热通道），并在其中被冷却至-130℃～-166℃，经第四节流装置54节流后得到液化天然气（LNG）；重烃分离器6底部液相被泵输送去所述重烃处理工序的重烃洗涤塔10的液相入口。

在低温液化工序中，冷箱的冷量由混合冷剂循环提供：

由C1～C5和N₂组成的混合冷剂进入混合冷剂压缩机1的入口，经第一段压缩至0.6～1.8MPaA，进入第一级冷却器21冷却至30℃～45℃，再进入第一级气液分离器31进行气液分离，第一级气液分离器31顶部分离出的气体继续进入压缩机的第二段入口，经二段压缩至1.2～5.4MPaA，第一级气液分离器31底部液相端分离出的液体经液体泵4加压后与第二段压缩出口管道的热气体汇合后，再进入第二级冷却器22中被冷却至30℃～45℃，在第二级冷却器中冷却后的混合冷剂随后进入第二级气液分离器32进行气液分离，第二级气液分离器32的顶部气体随后进入冷箱7的第一换热通道参与换热，第二级气液分离器32底部分离出的液体进入冷箱7的第二换热通道参与换热；

由第二级气液分离器32底部引出的液体首先进入冷箱7的第二换热通道，在其中被预冷至约-30℃～-80℃，经第二节流装置52节流至0.2～0.8MPaA后进入冷剂分离器9；由所述第二级气液分离器32顶部分离出的混合冷剂气相流股通过冷箱7的第一换热通道冷却至-135℃～-169℃，再经第一节流装置51节流至0.2～0.8MPaA后反向进入冷箱7的第三换热通道换热，复热至一定温度（例如-30℃～-80℃）后引出，与上述出第二节流装置52的冷剂汇合，进入冷剂分离器9中分离为气液两相，出冷剂分离器9的气液两相汇合后返回至冷箱7的第七换热通道中为冷箱7提供冷量和然后返回到混合冷剂压缩机1第一压缩段。

所述重烃处理工序中，富含重烃的净化后的（例如经过脱酸如CO₂等、脱汞、脱水后的）天然气进入重烃洗涤塔10底部，与重烃洗涤塔10内自上而下的液相逆流接触，充分传热传质后除去天然气中的全部C5⁺及部分C3、C4等重烃组分；重烃洗涤塔10塔顶液相来源为所述低温液化工序中经重烃分离器6底部分离的C3、C4重烃组分。重烃洗涤塔6中的气相自塔顶去所述低温液化工序；重烃洗涤塔10底部液相经第五节流装置55减压至2.5MPaA～4.0MPaA，然后进入脱乙烷塔11，与塔底再沸器产生的气相逆流接触传质传热，脱除其中的轻组分（主要为C1、C2烃等）；轻组分与来自液化天然气储罐的BOG气体汇合后，进入冷箱7的第六换热通道冷却、液化、经第三节流装置53节流并进入氮气闪蒸罐13闪蒸，将来自液化天然气储罐的BOG中可能存在的氮气、即原料气液化为LNG进入液化天然气储罐时可能携带的氮气从氮气闪蒸罐13中分出，氮气闪蒸罐13底部得到LNG中的氮气含量＜1%；脱乙烷塔11塔底液相（主要为C3、C4、C5、C6⁺的混合物）经第六节流装置56减压至0.5MPaA～2.0MPaA后进入精馏塔12中部，经精馏从塔顶得到C3、C4等组分的混合物，部分回流，部分采出，即为LPG产品，塔底分离得到C5、C6⁺等组分的混合物，经轻油冷却器17冷却至常温，即为轻油产品。

脱乙烷塔11和精馏塔12的塔底可采用内置式、釜式、热虹吸式等任意型式的再沸器。

这里，压力单位MPaA为兆帕，绝对压力。

为适应不同的原料气重烃组成，本发明所述工艺在冷箱7的第四换热通道的-30℃～-80℃的温度区间设置多个天然气预冷抽出口，通过调整出第四换热通道的天然气的预冷温度，可调整进入重烃洗涤塔10用于天然气洗涤的液相量，即使天然气中重烃含量较低，也可保证重烃洗涤塔10的正常操作。

Claims (14)

1.一种天然气液化与重烃处理装置，该装置包括：低温液化装置和重烃处理装置；

低温液化装置包括一个冷箱、一个冷剂分离器、一个重烃分离器、一个重烃增压泵、一个氮气闪蒸罐、一个制冷剂压缩系统和四台节流装置；重烃处理装置包括一个重烃洗涤塔、一个脱乙烷塔、一个精馏塔和两台节流装置；

其中，该制冷剂压缩系统包括一台二段式混合冷剂压缩机、分别与所述混合冷剂压缩机的第一段和第二段连接的第一台冷却器和第二台冷却器、分别与所述第一台冷却器和第二台冷却器连接的第一台气液分离器和第二台气液分离器和与所述两台气液分离器当中的第一台连接的一台液体泵，该液体泵的出口端经由管道连接到第二台冷却器的入口端；

其中，制冷剂压缩系统两台气液分离器中的第一台气液分离器的气相端与混合冷剂压缩机的第二压缩段连接，第一台气液分离器的液相端经由液体泵与第二压缩段的出口管道汇合后连接到所述两台冷却器中的第二台冷却器，第二台气液分离器的气相端和液相端经由两根管道分别与所述冷箱的两个换热通道即第一换热通道的一端和第二换热通道的一端连接；

所述氮气闪蒸罐包括入口、气相出口、液相出口；

所述冷剂分离器包括入口端，顶部气相端和，底部液相端；

该重烃分离器包括一个天然气入口通道，一个重烃出口通道，一个天然气出口通道；该重烃洗涤塔包括一个天然气原料气入口通道，一个天然气出口通道，一个重烃入口通道，和与第五节流装置的入口端连接的一个重烃出口通道；该脱乙烷塔包括一个重烃入口通道，一个气相出口通道和与第六节流装置的入口端连接的一个液相出口通道；该精馏塔包括一个液相入口通道，一个气相出口通道和一个轻油出口通道；

该冷箱包括至少七个换热通道，即至少包含第一、第二、第三、第四、第五、第六和第七换热通道；

所述冷箱的第一换热通道的另一端经由第一节流装置与第三换热通道的一端连接，第三换热通道的另一端与冷剂分离器的入口端连接；

第二换热通道的另一端经由第二节流装置也与冷剂分离器入口端连接；

第四换热通道的一端与所述重烃分离器的天然气入口通道连接，第四换热通道的另一端与重烃洗涤塔的顶部天然气出口通道连接；

第五换热通道的一端与重烃分离器的顶部气相端连接，另一端经由第四节流装置后连接到液化天然气储罐；

脱乙烷塔的气相出口通道任选地与来自液化天然气储罐的蒸发天然气即BOG输出通道汇合后，连接至冷箱的第六换热通道的一端，第六换热通道的另一端经由第三节流装置连接于氮气闪蒸罐的入口，氮气闪蒸罐液相出口通过管道也连接至液化天然气储罐；

所述冷剂分离器的顶部气相端和底部液相端汇合后连接第七换热通道的一端，第七换热通道的另一端与混合冷剂压缩机的第一压缩段连接； 

所述重烃分离器的重烃出口通道连接到重烃增压泵的输入端；重烃增压泵的输出端连接重烃洗涤塔的重烃入口通道；

所述重烃洗涤塔的天然气原料气入口通道连接到输送净化天然气即天然气原料气的管道，重烃洗涤塔的重烃出口通道经由第五节流装置连接脱乙烷塔的重烃入口通道；

所述脱乙烷塔的液相出口经由第六节流装置连接于精馏塔的液相入口通道；

所述精馏塔的气相出口通道经由一个附加冷却器连接至液化石油气产品储罐以及该塔的轻油出口通道连接轻油冷却器后连接到轻油产品储罐。

2.根据权利要求1所述的天然气液化与重烃处理装置，其特征在于：所述精馏塔的气相出口通道首先经由所述的附加冷却器和任选地经由一个精馏塔回流罐，然后分出两个支管，一个支管与液化石油气产品储罐连接，而另一个支管，任选经由一台泵，与脱乙烷塔的经过第六节流装置后的液相出口汇合后连接于精馏塔的液相入口通道。

3.根据权利要求1或2所述的天然气液化与重烃处理装置，其特征在于：所述重烃分离器的顶部气相端依次通过冷箱的第五换热通道后进一步通过冷箱的另外第八换热通道连接第四节流装置，然后连接到液化天然气储罐。

4.根据权利要求1或2所述的天然气液化与重烃处理装置，其特征在于：所述脱乙烷塔和/或所述精馏塔的塔底采用内置式、釜式或热虹吸式再沸器。

5.根据权利要求1或2所述的天然气液化与重烃处理装置，其特征在于：在所述冷箱的第四换热通道的-30℃～-80℃的温度区间设置至少一个天然气预冷抽出口。

6.根据权利要求1或2所述的天然气液化与重烃处理装置，其特征在于：所述脱乙烷塔的气相出口通道与来自液化天然气储罐的蒸发天然气即BOG输出通道汇合后，连接至冷箱的第六换热通道的一端。

7.一种天然气液化与重烃处理的方法，该方法包括低温液化工序和重烃处理工序两部分；低温液化工序包括在重烃处理工序中的重烃洗涤塔中部分脱重烃后的天然气在冷箱中实现冷却、在重烃分离器中完全脱重烃及在冷箱中液化得到液化天然气；重烃处理工序包括净化后的原料天然气在重烃洗涤塔中脱去部分重烃，部分脱重烃的天然气自洗涤塔顶去低温液化工序，被脱除出来的洗涤塔底重烃依次进入脱乙烷塔中进行汽提而分离出轻组分和重组分，其中轻组分被输送到冷箱中进行冷却，和其中重组分进入精馏塔中分离出轻油和分离出气相，该气相被冷却成液化石油气。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：在所述低温液化工序中，来自重烃处理工序的重烃洗涤塔中的脱除了全部C5⁺及部分C3、C4重烃组分的天然气首先进入冷箱的第四换热通道预冷至-30℃～-80℃，然后进入重烃分离器进行气液分离，从重烃分离器底部分离出天然气中剩余的C3、C4重烃组分；从重烃分离器顶部分离出的气相流股继续进入冷箱的第五换热通道，并在其中被冷却至-130℃～-166℃，经第四节流装置节流后得到液化天然气；重烃分离器底部分离的液相回到所述重烃处理工序的重烃洗涤塔中与原料天然气传热传质；

在所述重烃处理工序中，来自于重烃分离器底部的液相C3、C4重烃组分在重烃洗涤塔中与所述净化后的原料天然气进行传热传质，脱去天然气中的全部C5⁺及部分C3、C4等重烃组分；重烃洗涤塔中的气相自塔顶去所述低温液化工序；重烃洗涤塔底部液相经第五节流装置减压至2.5 MPaA～4.0 MPaA，然后进入脱乙烷塔中脱除其中的轻组分；脱乙烷塔塔顶的轻组分进入冷箱的第六换热通道冷却、液化、经第三节流装置节流并进入氮气闪蒸罐中闪蒸，氮气闪蒸罐底部得到液化天然气；脱乙烷塔塔底液相经第六节流装置减压至0.5 MPaA～2.0 MPaA后进入精馏塔，经精馏从塔底分离得到轻油产品和从塔顶得到气相，该气相然后被冷却成液化石油气。

9.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于：所述低温液化工序部分中，冷箱的冷量由或主要由混合冷剂循环提供；

由C1～C5和N₂组成的混合冷剂进入混合冷剂压缩机的入口，经第一段压缩至0.6～1.8MPaA，进入第一级冷却器冷却至30℃～45℃，再进入第一级气液分离器进行气液分离，第一级气液分离器顶部分离出的气体继续进入压缩机的第二段入口，经二段压缩至1.2～5.4MPaA，第一级气液分离器底部液相端分离出的液体经液体泵加压后与第二段压缩出口管道的热气体汇合后，再进入第二级冷却器中被冷却至30℃～45℃，在第二级冷却器中冷却后的混合冷剂随后进入第二级气液分离器进行气液分离，第二级气液分离器的顶部气体随后进入冷箱的第一换热通道参与换热，第二级气液分离器底部分离出的液体进入冷箱的第二换热通道参与换热；

由第二级气液分离器底部引出的液体首先进入冷箱的第二换热通道，在其中被预冷至约-30℃～-80℃，经第二节流装置节流至0.2~0.8MPaA后进入冷剂分离器；由所述第二级气液分离器顶部分离出的混合冷剂的气相流股通过冷箱的第一换热通道冷却至-135℃～-169℃，再经第一节流装置节流至0.2～0.8MPaA后反向进入冷箱的第三换热通道换热，复热至一定温度后引出，与上述出第二节流装置的冷剂汇合，进入冷剂分离器中分离为气液两相，出冷剂分离器的气液两相汇合后返回至冷箱的第七换热通道中为冷箱提供冷量和然后返回到混合冷剂压缩机第一压缩段。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于：所述脱乙烷塔顶的轻组分与来自液化天然气储罐的蒸发天然气即BOG气体流股进行汇合，再进入所述冷箱的第六换热通道冷却、液化、节流并进入氮气闪蒸罐中闪蒸，氮气闪蒸罐底部液化石油气中的氮气脱除至＜1mol%。

11.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：在冷箱的第四换热通道的-30℃～-80℃的温度区间设置至少一个天然气预冷抽出口。

12.根据权利要求10所述的方法，其特征在于：在冷箱的第四换热通道的-30℃～-80℃的温度区间设置至少一个天然气预冷抽出口。

13.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于：精馏塔塔顶得到的气相被冷却成液相，该液相的一部分作为液化石油气产品储存，该液相的另一部分，任选经过泵输送，与来自脱乙烷塔的塔底的液相汇合后进入精馏塔的液相入口通道。

14.根据权利要求12所述的方法，其特征在于：精馏塔塔顶得到的气相被冷却成液相，该液相的一部分作为液化石油气产品储存，该液相的另一部分，任选经过泵输送，与来自脱乙烷塔的塔底的液相汇合后进入精馏塔的液相入口通道。

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