CN104087357A - 一种从天然气液化过程中脱除重烃的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种从天然气液化过程中脱除重烃的方法和系统。本发明的方法首先将天然气经冷箱1冷却至-40～-80℃，然后送入脱重烃塔2进行精馏分离重烃，液相重烃经脱重烃塔2后从脱重烃塔底再沸器3的液相出口引出后减压送入重烃收集罐6。重烃收集罐6顶部的气体引出用作燃料气，重烃收集罐6底部液相出口得到LPG产品。脱重烃塔2顶部气相物流返回冷箱1继续冷却至-45～-82℃，之后进入冷分离器4气液分离，分离后的液相经冷液泵5输送或通过重力流返回至脱重烃塔2顶部作为回流，满足深冷要求的气相再次返回冷箱进一步深冷得到LNG产品。本发明的方法将脱重烃工艺耦合在天然气液化过程中，工艺集成度高，本发明的方法稳定性好，适用性广泛，具有很强的可操作性。

Description

一种从天然气液化过程中脱除重烃的方法和系统
技术领域
本发明涉及液化天然气生产领域，特别涉及一种从天然气液化过程中脱除重烃的方法和系统。
背景技术
液化天然气领域中，重烃通常是指C5及以上烃类。由于烃类分子量自小到大时其沸点也由低到高变化，因而在液化天然气过程中，重烃总是先被冷凝下来。若是未把重烃预先分离出来，则在天然气深冷过程中将存在重烃冻结而堵塞设备的风险。为保证天然气液化系统特别是冷箱的正常工作，必需采取措施在天然气进入冷箱或冷箱深冷工段前将其中的重烃脱除。
目前，天然气脱重烃的方法有：(1)吸附法：该方法利用固体吸附的原理脱除天然气中重烃，中国专利CN101508923B提出一种吸附法天然气脱水脱重烃的装置和工艺，其优点是装置简单，重烃脱除率高，同时还可以脱除天然气中的水分，但该方法受到固体吸附剂饱和吸附容量的限制，不适于处理重烃含量高的天然气，况且固体吸附剂再生温度高达220℃，燃料气量达到所处理天然气量的5％，工艺能耗高。(2)吸收法：该方法采用“相似相溶”原理以有机溶剂吸收天然气中的重烃，专利CN1209448C中提出了以异戊烷脱除天然气中苯的方法，净化后的天然气中苯含量能够降低至10ppm以下，尤其适合于处理量小或苯含量低的天然气装置。但这种方法流程复杂，吸收剂再生时也消耗大量能量。(3)冷凝分离法：该方法将天然气预冷至-30～-60℃后经重烃分离器一级或多级分离，该方法对苯等芳香烃分离效果不佳，仅适用于处理芳香烃含量很低的天然气。中国专利CN103031169A和CN103351896A均在该此基础上提出了改进方案，通过设置重烃洗涤塔脱及乙烷塔和/或精馏塔分离重烃，改进后的方案提高了工艺脱重烃性能，但由于需增设三个以上分离塔，大大增加工艺的复杂性。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，降低液化用天然气(已脱酸性气、脱水、脱汞的天然气)脱重烃过程的能耗，简化天然气脱重烃工艺，并将富含重烃的脱重烃过程与天然气液化过程耦合；从而提供一种从天然气液化过程中脱除重烃的方法，该方法不仅从富含重烃的天然气中的回收了LPG产品，增加工艺附加值，而且满足了重烃组分和含量变化大的天然气对重烃脱除的需求，增强了工艺的适应性。
本发明的方法通过富含重烃天然气的脱重烃过程与液化过程耦合从而在液化过程中将天然气中的重烃脱除，该方法包括以下步骤：
1)原料气天然气I首先进入冷箱1第一流道A1冷却至-40～-80℃，得到天然气II；
2)天然气II从脱重烃塔2的第一进料口进入塔中精馏，顶部得到温度为-41～-81℃的天然气III，底部由塔底再沸器3的液相口引出得到温度为20～120℃的重烃I；
3)天然气III返回冷箱1进入第二流道A2继续冷却至-45～-82℃，得到天然气IV；
4)天然气IV进入冷液分离器4，顶部得到天然气V，底部得到天然气冷凝液I；
5)天然气V返回冷箱1进入第三流道A3进一步深冷得到LNG产品；
6)步骤4)得到的天然气冷凝液I经冷液泵5输送或通过重力流返回脱重烃塔2的回流进料口作为回流；
7)步骤2)得到的重烃经第三阀门V3减压至150～500kPa进入重烃收集罐6，重烃收集罐6的顶部气体引出作为燃料气，底部液相即为LPG产品。
上述的技术方案中，步骤1)中原料气天然气I的压力为3～6MPa，温度为-30～45℃，重烃的含量为40～10000ppmv，其中新戊烷含量为10～400ppmv，苯含量为10～600ppmv，C6及以上烃类含量为20～9000ppmv。
上述的技术方案中，步骤2)中脱重烃塔2的操作压力为4～5.5MPa。
上述的技术方案中，步骤2中脱重烃塔2的理论塔板数为8～15块，第一进料口位于第3～7块。
上述的技术方案中，步骤4得到的天然气V中新戊烷含量不大于5ppmv，苯含量不大于4ppmv，C6及以上烃类含量不大于10ppmv。
本发明还提供了一种从天然气液化过程中脱除重烃的系统，该系统包括：冷箱1的第一流道A1、第二流道A2、第三流道A3、脱重烃塔2、塔底再沸器3、重烃收集罐6、冷分离器4、冷液泵5、第一阀门V1至第三阀门V3以及相应连接管道，其中，冷箱1的第一流道A1入口与原料气天然气管道连接、出口与脱重烃塔2第一进料口连接；冷箱1的第二流道A2入口与脱重烃塔2塔顶气相出口连接、出口与冷分离器4的入口连接；冷箱1的第三流道A3的入口与冷分离器4的气相出口连接、出口与LNG产品管线连接；脱重烃塔底再沸器3液相出口经第三阀门V3与重烃收集罐6连接，重烃分离罐6的顶部气相出口与燃料气管线连接、底部液相出口与LPG产品管线连接；冷液泵5入口与冷分离器4底部液相出口连接、出口与脱重烃塔2回流进料口连接，或者将冷分离器4底部液相出口和脱重烃塔2回流进料口直接连接。
上述的脱重烃塔2为填料塔或板式塔。
上述的冷箱1的第一流道A1设有旁路，且旁路上装有第一阀门V1。
上述的冷液泵5被采用时其出口设有回流线，且回流上装有第二阀门V2。
上述的脱重烃塔2和冷分离器4中均设置有除沫器。
本发明的技术方案通过在冷箱天然气侧一段预冷后设置脱重烃塔和二段预冷后设置冷分离器，借助天然气液化冷凝过程重烃冷凝点比天然气高而先液化的原理，从而实现重烃的两级分离，使天然气所含重烃在液化过程中得以深度分离，工艺性能稳定；同时本发明的技术方案将天然气脱重烃过程与液化过程耦合，工艺简便，可操作性强。
本发明的优点和积极作用在于：
(1)采用天然气一段预冷后设置脱重烃塔和二段预冷后设置冷分离器的两级分离工艺实现重烃的深度分离，能够满足重烃组分和含量变化大的天然气脱重烃需求，工艺性能稳定。
(2)采用的两级分离工艺实现了天然气脱重烃过程与液化过程耦合，简化了天然气液化工艺流程，投资省，操作费用低，节约成本，从而产生明显的经济效益。
(3)将天然气中的重烃全部回收并得到LPG产品，提高了资源利用效率，增加了工艺附加值。
附图说明
图1为本发明的工艺流程示意图。
a.本发明的脱重烃系统；b.制冷系统。
图中代号含义如下：
1.冷箱
2.脱重烃塔
3.脱重烃塔底再沸器
4.冷分离器
5.冷液泵
6.重烃收集罐
具体实施方式
以下结合实施例和附图对本发明做详细地说明
实施例1
本实施例的具体工艺流程请参见图1。
一种从天然气液化过程中脱除重烃的系统，包括：冷箱1的第一流道A1、第二流道A2、第三流道A3、脱重烃塔2、塔底再沸器3、重烃收集罐6、冷分离器4、冷液泵5、第一阀门V1至第三阀门V3以及相应连接管道，其中：
冷箱1的第一流道A1入口与原料气天然气管道连接、出口与脱重烃塔2第一进料口连接，该进料口位于脱重烃塔2的第3块理论塔板处，脱重烃塔选用填料塔，共8块理论塔板，塔内设有除沫器；冷箱1的第一流道A1设有旁路，且旁路上装有第一阀门V1；冷箱1的第二流道A2入口与脱重烃塔2塔顶气相出口连接、出口与冷分离器4的入口连接；冷箱1的第三流道A3的入口与冷分离器4的气相出口连接、出口与LNG产品管线连接，冷分离器4内设有丝网除沫器；脱重烃塔底再沸器3液相出口经第三阀门V3与重烃收集罐6连接，重烃分离罐6的顶部气相出口与燃料气管线连接、底部液相出口与LPG产品管线连接；冷液泵5入口与冷分离器4底部液相出口连接、出口与脱重烃塔回流进料口连接，该进料口位于脱重塔2的塔顶第1块理论塔板处；冷液泵5出口设有回流线，且回流上装有第二阀门V2，以上构成从天然气液化过程中脱除重烃的系统。
将来自外部的原料天然气I通入冷箱2的第一流道A1入口，该原料天然气为已脱酸性气、脱水、脱汞、富含重烃的天然气，流量为30000kg/h，压力为6MPa，温度为20℃，重烃总含量为400ppmv，其中新戊烷含量为50ppmv，苯含量为50ppmv，C6及以上烃类含量为300ppmv，经第一流道冷却后温度降至-55℃得到气液两相状态的天然气II，之后进入脱重烃塔2第一进料口，脱重烃塔操作压力为5.5MPa，经脱重烃精馏提纯，塔底得到温度为60℃、流量为120kg/h的重烃I，塔顶得到温度为-57℃的天然气III。重烃I经第三阀门V3减压至150kPa进入重烃收集罐6，重烃收集罐6顶部引出气相得到40kg/h的燃料气，底部液相引出得到80kg/h的LPG产品。天然气III经第二流道A2入口进入冷箱继续冷却至-70℃得到天然气IV，之后进入冷分离器4中气液分离，冷分离器4底部液相经冷液泵5打回脱重烃塔2回流进料口，部分经第二阀门回流用于维持冷分离器2的液位；冷分离器顶部得到天然气V，其中新戊烷含量为1ppmv，苯含量为1ppmv，C6及以上烃类含量为10ppmv，满足深冷要求。天然气V从第三流道A3返回冷箱2中继续冷却至-160℃即得到合格的LNG产品。
实施例2
本实施例的具体工艺流程请参见图1。
一种从天然气液化过程中脱除重烃的系统，其中，脱重烃塔2为板式塔，共15块塔板，第一进料口位于第7块塔板处，回流进料口位于塔顶。
将来自外部的原料天然气I通入冷箱2的第一流道A1入口，该原料天然气为已脱酸性气、脱水、脱汞、富含重烃的天然气，流量为600kg/h，压力为3.5MPa，温度为45℃，重烃总含量为10000ppmv，其中新戊烷含量为400ppmv，苯含量为600ppmv，C6及以上烃类含量为9000ppmv，经第一流道冷却后温度降至-80℃得到气液两相状态的天然气II，之后进入脱重烃塔2第一进料口，脱重烃塔操作压力为3.4MPa，经脱重烃精馏提纯，塔底得到温度为20℃、流量为50kg/h的重烃I，塔顶得到温度为-81℃的天然气III。重烃I经第三阀门V3减压至500kPa进入重烃收集罐6，重烃收集罐6顶部引出气相得到流量为5kg/h的燃料气，底部液相引出得到流量为45kg/h的LPG产品。天然气III经第二流道A2入口进入冷箱继续冷却至-82℃得到天然气IV，之后进入冷分离器4中气液分离，冷分离器4底部液相经通过重力流返回脱重烃塔2回流进料口，部分经第二阀门回流用于维持冷分离器2的液位；冷分离器顶部得到天然气V，其中新戊烷含量为2ppmv，苯含量为4ppmv，C6及以上烃类含量为3ppmv，满足深冷要求。天然气V从第三流道A3返回冷箱2中继续冷却至-150℃即得到合格的LNG产品。
实施例3
本实施例的具体工艺流程请参见图1。
一种从天然气液化过程中脱除重烃的系统，其中，脱重烃塔2为板式塔，共10块塔板，第一进料口位于第4块塔板处，回流进料口位于塔顶。
将来自外部的原料天然气I通入冷箱2的第一流道A1入口，该原料天然气为已脱酸性气、脱水、脱汞、富含重烃的天然气，流量为5000kg/h，压力为6.5MPa，温度为-30℃，重烃总含量为40ppmv，其中新戊烷含量为10ppmv，苯含量为10ppmv，C6及以上烃类含量为20ppmv，经第一流道冷却后温度降至-40℃得到气液两相状态的天然气II，之后进入脱重烃塔2第一进料口，脱重烃塔操作压力为6MPa，经脱重烃精馏提纯，塔底得到温度为120℃、流量为10kg/h的重烃I，塔顶得到温度为-41℃的天然气III。重烃I经第三阀门V3减压至200kPa进入重烃收集罐6，重烃收集罐6顶部引出气相得到流量为8kg/h的燃料气，底部液相引出得到2kg/h的LPG产品。天然气III经第二流道A2入口进入冷箱继续冷却至-45℃得到天然气IV，之后进入冷分离器4中气液分离，冷分离器4底部液相经冷液泵5打回脱重烃塔2回流进料口，部分经第二阀门回流用于维持冷分离器2的液位；冷分离器顶部得到天然气V，其中新戊烷含量为4ppmv，苯含量为2ppmv，C6及以上烃类含量为5ppmv，满足深冷要求。天然气V从第三流道A3返回冷箱2中继续冷却至-140℃即得到合格的LNG产品。

Claims (9)

1.一种从天然气液化过程中脱除重烃的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
1)原料气天然气I首先进入冷箱(1)第一流道(A1)冷却至-40～-80℃，得到天然气II：
2)天然气II从脱重烃塔(2)的第一进料口进入塔中精馏，顶部得到温度为-41～-81℃的天然气III，底部由塔底再沸器(3)的液相口引出得到温度为20～120℃的重烃I；
3)天然气III返回冷箱(1)进入第二流道(A2)继续冷却至-45～-82℃，得到天然气IV；
4)天然气IV进入冷液分离器(4)，顶部得到天然气V，底部得到天然气冷凝液I；
5)天然气V返回冷箱(1)进入第三流道(A3)进一步深冷得到LNG产品；
6)步骤4)得到的天然气冷凝液I经冷液泵(5)输送或通过重力流返回脱重烃塔(2)的回流进料口作为回流；
7)步骤2)得到的重烃经第三阀门(V3)减压至150～500kPa进入重烃收集罐(6)，重烃收集罐(6)的顶部气体引出作为燃料气，底部液相即为LPG产品。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1)中原料气天然气I的压力为3.5～6.5MPa，温度为-30～45℃，重烃的含量为40～10000ppmv，其中新戊烷含量为10～400ppmv，苯含量为10～600ppmv，C6及以上烃类含量为20～9000ppmv。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2)中脱重烃塔(2)的操作压力为3.4～6MPa。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤4)得到的天然气V中新戊烷含量不大于5ppmv，苯含量不大于4ppmv，C6及以上烃类含量不大于10ppmv。
5.一种从天然气液化过程中脱除重烃的系统，其特征在于，该系统包括：冷箱(1)的第一流道(A1)、第二流道(A2)、第三流道(A3)、脱重烃塔(2)，塔底再沸器(3)、重烃收集罐(6)、冷分离器(4)、冷液泵(5)、第一阀门(V1)至第三阀门(V3)以及相应连接管道，其中，冷箱(1)的第一流道(A1)入口与原料气天然气管道连接、出口与脱重烃塔(2)第一进料口连接；冷箱(1)的第二流道(A2)入口与脱重烃塔(2)塔顶气相出口连接、出口与冷分离器(4)的入口连接；冷箱(1)的第三流道(A3)的入口与冷分离器(4)的气相出口连接、出口与LNG产品管线连接；脱重烃塔底再沸器(3)液相出口经第三阀门(V3)与重烃收集罐(6)连接，重烃分离罐(6)的顶部气相出口与燃料气管线连接、底部液相出口与LPG产品管线连接；冷液泵(5)入口与冷分离器(4)底部液相出口连接、出口与脱重烃塔(2)回流进料口连接，或者将冷分离器(4)底部液相出口和脱重烃塔(2)回流进料口直接连接。
6.根据权利要求6所述的从天然气液化过程中脱除重烃的系统，其特征在于，脱重烃塔(2)为填料塔或板式塔。
7.根据权利要求6所述的从天然气液化过程中脱除重烃的系统，其特征在于，冷箱(1)的第一流道(A1)设有旁路，且旁路上装有第一阀门(V1)。
8.根据权利要求6所述的从天然气液化过程中脱除重烃的系统，其特征在于，采用冷液泵(5)时其出口设有回流线，且回流上装有第二阀门(V2)。
9.根据权利要求6所述的从天然气液化过程中脱除重烃的系统，其特征在于，脱重烃塔(2)和冷分离器(4)中均设置有除沫器。
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