CN105733721B - 一种从天然气中脱除重烃的方法和系统 - Google Patents

一种从天然气中脱除重烃的方法和系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种从天然气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冷却后送入脱甲烷塔2进行精馏分离重烃，精馏分离后的气相进入脱甲烷塔冷凝器4，在脱甲烷塔冷凝器4气相部分冷凝，冷凝的液相返回脱甲烷塔2，未冷凝的气相返回冷箱1进一步深冷得到LNG产品I。从脱甲烷塔2塔底引出的液相减压后送入脱乙烷塔3再次进行精馏进一步分离。脱乙烷塔3顶部气相物流满足深冷要求后返回冷箱1进一步深冷得到LNG产品II。分离的液相从脱乙烷塔底再沸器5的液相出口引出，经过重烃冷却器6冷却并减压后得到重烃产品。本发明的方法将冷箱1出口LNG产品I抽出一股为脱重烃过程提供冷量，并使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及脱乙烷塔和/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中脱除重烃的方法，该方法不仅从富含重烃的天然气中回收了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。
本发明的方法通过设置两个深冷精馏塔将富含重烃天然气的脱重烃过程与液化过程耦合从而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-45～-80℃，得到天然气II；
2)天然气II经过第一阀门V1减压至3.4～6MPa后从脱甲烷塔2的底部进料口进入塔中精馏，底部得到温度为-45～-82℃的液相I，顶部精馏分离后的气相经脱甲烷塔冷凝器4部分冷凝后，冷凝得到的液相返回到脱甲烷塔2作为回流，脱甲烷塔冷凝器4顶部得到温度为-50～-85℃的天然气III；
3)天然气III返回冷箱(1)的第二流道(A2)进一步深冷至-153～-167℃得到LNG产品I：
4)将步骤3)得到的LNG产品I分出1％～10％经第二阀门V2减压后送入脱甲烷塔冷凝器4的管程，换热提供冷量后得到-55～-90℃的天然气IV；
5)步骤2)得到的液相I经第三阀门V3减压至3.3～5.9MPa后从脱乙烷塔3中部的第一进料口进入塔中精馏，将步骤4)得到的天然气IV送入脱乙烷塔3顶部的第二进料口作为冷凝和回流，从脱乙烷塔3顶部的气相出口得到-51～-72℃的天然气V，底部液相经脱乙烷塔再沸器5加热再沸后由液相出口引出得到温度为50～160℃的重烃I；
6)天然气V返回冷箱1的第三流道A3进一步深冷得到LNG产品II，与步骤3)得到的LNG产品I混合后送入LNG储罐；
7)步骤5)得到的重烃I经过重烃冷却器6冷却后再经第四阀门V4减压至0.15～1.2MPa得到重烃产品送入重烃收集罐。
上述的技术方案中，步骤5)中脱乙烷塔3的操作压力比脱甲烷塔2的操作压力高0.1～2.5MPa。
上述的技术方案中，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。
上述的技术方案中，步骤2)得到的天然气III和步骤5)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。
上述的技术方案中，步骤7)得到的重烃产品中甲烷的含量不大于0.1％，乙烷的含量不大于2％，天然气收率不小于99.5％，重烃回收率不小于99.9％。
本发明还提供了一种从天然气中脱除重烃的系统，该系统包括：冷箱1的第一流道A1、第二流道A2、第三流道A3、脱甲烷塔2、脱乙烷塔3、脱甲烷塔冷凝器4、脱乙烷塔再沸器5、重烃冷却器6、第一阀门V1至第四阀门V4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、出口经第一阀门V1与脱甲烷塔2的底部进料口连接；冷箱1的第二流道A2入口与脱甲烷塔冷凝器4的壳侧气相出口连接、出口与LNG产品管线连接；冷箱1的第三流道A3入口与脱乙烷塔3的气相出口连接、出口与LNG产品管线连接；脱甲烷塔冷凝器4的管程入口经第二阀门V2与冷箱1的第二流道A2出口的LNG产品管线连接、管程出口与脱乙烷塔3的第二进料口相连；脱甲烷塔2塔底液相出口经第三阀门(V3)与脱乙烷塔3第一进料口相连；脱乙烷塔再沸器5液相出口与重烃冷却器6入口相连；重烃冷却器6出口经第四阀门V4与重烃产品管线连接。
上述的脱甲烷塔冷凝器4安装在脱甲烷塔2上，两者通过法兰直接连接。
上述的脱甲烷塔2和脱乙烷塔3为填料塔或板式塔。
上述的脱甲烷塔2和脱乙烷塔3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冷却后设置脱甲烷塔和脱乙烷塔，利用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，从而实现重烃的分离，使天然气所含重烃在液化过程中得以深度分离和提纯，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)采用天然气一段冷却后设置脱甲烷塔和脱乙烷塔的分离工艺实现重烃的分离，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)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，脱重烃单位能耗小于0.018kW/(h·NM3原料天然气)，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合格的重烃产品，符合商用LPG产品规格要求，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.脱甲烷塔
3.脱乙烷塔
4.脱甲烷塔冷凝器
5.脱乙烷塔再沸器
6.重烃冷却器
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、脱甲烷塔2、脱乙烷塔3、脱甲烷塔冷凝器4、脱乙烷塔再沸器5、重烃冷却器6、第一阀门V1至第四阀门V4以及相应连接管道，其中，脱甲烷塔2与脱乙烷塔3均为填料塔，且均有两段填料。冷箱1的第一流道A1入口与原料气天然气管道连接、出口经第一阀门与脱甲烷塔2底部进料口连接，该进料口位于脱甲烷塔2填料的下方；冷箱1的第二流道A2入口与脱甲烷塔冷凝器4的壳侧气相出口连接、出口与LNG产品管线连接；冷箱1的第三流道A3入口与脱乙烷塔3的气相出口连接、出口与LNG产品管线连接；脱甲烷塔冷凝器4安装在脱甲烷塔2上，两者通过法兰直接连接；脱甲烷塔冷凝器4的管程入口经第二阀门V2与冷箱1的第二流道A2出口的LNG产品管线连接、管程出口与脱乙烷塔3第二进料口相连，该第二进料口位于脱乙烷塔3的塔顶除沫器下方；脱甲烷塔2塔底液相出口经第三阀门V3与脱乙烷塔3第一进料口相连，该进料口位于脱乙烷塔3的两段填料之间；脱乙烷塔再沸器5液相出口与重烃冷却器6入口相连；重烃冷却器6出口经第四阀门V4与重烃产品管线连接。以上构成从天然气中脱除重烃的系统。
将来自外部的原料天然气I通入冷箱1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31584kg/h，压力为4.9MPa，温度为45℃，重烃总含量为800ppmv，其中新戊烷含量为100ppmv，苯含量为150ppmv，C6及以上烃类含量为550ppmv，经冷箱1第一流道A1冷却后温度降至-71℃得到气液两相状态的天然气II，天然气II经第一阀门V1减压至4.5MPa后进入脱甲烷塔2的底部进料口，经脱重烃精馏提纯，塔底得到温度为-74℃、流量为2386kg/h的液相I，塔顶得到温度为-77℃的天然气III，其中新戊烷含量为3ppmv，苯含量为1ppmv，C6及以上烃类含量为10ppmv，满足深冷要求。天然气III经第二流道A2入口进入冷箱1继续冷却至-162℃即得到合格的LNG产品I。脱甲烷塔2顶部设置脱甲烷塔冷凝器4，从LNG产品I中抽出4％经过第二阀门V2减压至4.8MPa后进入脱甲烷塔冷凝器4的管程入口。脱甲烷塔冷凝器4的管程出口为气液两相的天然气IV，其温度为-55℃，之后进入脱乙烷塔3的第二进料口。液相I经过第三阀门V3减压至4.4MPa后进入脱乙烷塔3的第一进料口。脱乙烷塔3操作压力为4.4MPa，经脱重烃精馏提纯，塔底得到温度为160℃、流量为606kg/h的重烃I，塔顶得到温度为-61℃的天然气V，其中新戊烷含量为3ppmv，苯含量为2ppmv，C6及以上烃类含量为10ppmv，满足深冷要求。天然气V经第三流道A3入口进入冷箱1继续冷却至-162℃即得到合格的LNG产品II。重烃I经过重烃冷却器6冷却，再经过第四阀门V4减压至1.2MPa后得到重烃产品。重烃产品中甲烷的含量为0.1％，乙烷的含量为2％，天然气收率为99.8％，重烃回收率为99.98％，脱重烃单位能耗为0.018kW/(h·NM3原料天然气)。
实施例2
本实施例的具体工艺流程请参见图1。
将来自外部的原料天然气I通入冷箱1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1265kg/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，经冷箱1第一流道A1冷却后温度降至-80℃得到气液两相状态的天然气II，天然气II经第一阀门V1减压至6MPa后进入脱甲烷塔2的底部进料口，经脱重烃精馏提纯，塔底得到温度为-82℃、流量为146kg/h的液相I，塔顶得到温度为-85℃的天然气III，其中新戊烷含量为5ppmv，苯含量为4ppmv，C6及以上烃类含量为5ppmv，满足深冷要求。天然气III经第二流道A2入口进入冷箱1继续冷却至-153℃即得到合格的LNG产品I。脱甲烷塔2顶部设置脱甲烷塔冷凝器4，从LNG产品I中抽出1％经过第二阀门V2减压至5.9MPa后进入脱甲烷塔冷凝器4的管程入口。脱甲烷塔冷凝器4的管程出口为气液两相的天然气IV，其温度为-90℃，之后进入脱乙烷塔3的第二进料口。液相I经过第三阀门V3减压至4.5MPa后进入脱乙烷塔3的第一进料口。经脱重烃精馏提纯，塔底得到温度为120℃、流量为35kg/h的重烃I，塔顶得到温度为-72℃的天然气V，其中新戊烷含量为5ppmv，苯含量为4ppmv，C6及以上烃类含量为6ppmv，满足深冷要求。天然气V经第三流道A3入口进入冷箱1继续冷却至-153℃即得到合格的LNG产品II。重烃I经过重烃冷却器6冷却，再经过第四阀门V4减压至0.5MPa后得到重烃产品。重烃产品中甲烷含量为0.05％，乙烷含量为1.5％，天然气收率为99.5％，重烃回收率为99.92％，脱重烃单位能耗为0.015kW/(h·NM3原料天然气)。
实施例3
本实施例的具体工艺流程请参见图1。
将来自外部的原料天然气I通入冷箱1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14570kg/h，压力为3.5MPa，温度为35℃，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，经冷箱1第一流道A1冷却后温度降至-45℃得到气液两相状态的天然气II，天然气II经第一阀门V1减压至3.4MPa后进入脱甲烷塔2的底部进料口，经脱重烃精馏提纯，塔底得到温度为-45℃、流量为6500kg/h的液相I，塔顶得到温度为-50℃的天然气III，其中新戊烷含量为0.5ppmv，苯含量为0.03ppmv，C6及以上烃类含量为1ppmv，满足深冷要求。天然气III经第二流道A2入口进入冷箱1继续冷却至-167℃即得到合格的LNG产品I。脱甲烷塔2顶部设置脱甲烷塔冷凝器4，从LNG产品I中抽出10％经过第二阀门V2减压至3.3MPa后进入脱甲烷塔冷凝器4的管程入口。脱甲烷塔冷凝器4的管程出口为气液两相的天然气IV，其温度为-55℃，之后进入脱乙烷塔3的第二进料口。液相I经过第三阀门V3减压至3.3MPa后进入脱乙烷塔3的第一进料口。经脱重烃精馏提纯，塔底得到温度为50℃、流量为4250kg/h的重烃I，塔顶得到温度为-51℃的天然气V，其中新戊烷含量为0.05ppmv，苯含量为0.1ppmv，C6及以上烃类含量为0.5ppmv，满足深冷要求。天然气V经第三流道A3入口进入冷箱1继续冷却至-167℃即得到合格的LNG产品II。重烃I经过重烃冷却器6冷却，再经过第四阀门V4减压至0.15MPa后得到重烃产品。重烃产品中甲烷的含量为0.08％，乙烷的含量为1％，天然气收率为99.9％，重烃回收率为99.9％，脱重烃单位能耗为0.012kW/(h·NM3原料天然气)。

Claims (4)

1.一种从天然气中脱除重烃的方法，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-45～-80℃，得到天然气II；
2)天然气II经过第一阀门(V1)减压至3.4～6MPa后从脱甲烷塔(2)的底部进料口进入塔中精馏，底部得到温度为-45～-82℃的液相I，顶部精馏分离后的气相经脱甲烷塔冷凝器(4)部分冷凝后，冷凝得到的液相返回到脱甲烷塔(2)作为回流，脱甲烷塔冷凝器(4)顶部得到温度为-50～-85℃的天然气III；
3)天然气III返回冷箱(1)的第二流道(A2)进一步深冷至-153～-167℃得到LNG产品I；
4)将步骤3)得到的LNG产品I分出1％～10％经第二阀门(V2)减压后送入脱甲烷塔冷凝器(4)的管程，换热提供冷量后得到-55～-90℃的天然气IV；
5)步骤2)得到的液相I经第三阀门(V3)减压至3.3～5.9MPa后从脱乙烷塔(3)中部的第一进料口进入塔中精馏，将步骤4)得到的天然气IV送入脱乙烷塔(3)顶部的第二进料口作为冷凝和回流，从脱乙烷塔(3)顶部的气相出口得到-51～-72℃的天然气V，底部液相经脱乙烷塔再沸器(5)加热再沸后由液相出口引出得到温度为50～160℃的重烃I；
6)天然气V返回冷箱(1)的第三流道(A3)进一步深冷得到LNG产品II，与步骤3)得到的LNG产品I混合后送入LNG储罐；
7)步骤5)得到的重烃I经过重烃冷却器(6)冷却后再经第四阀门(V4)减压至0.15～1.2MPa得到重烃产品送入重烃收集罐；
其中，步骤7)得到的重烃产品中甲烷的含量不大于0.1％，乙烷的含量不大于2％，天然气收率不小于99.5％，重烃回收率不小于99.9％；
其中，所述的一种从天然气中脱除重烃的方法实现了天然气脱重烃过程与液化过程耦合，脱重烃单位能耗小于0.018kW/(h·NM3原料天然气)；
其中，实现所述的一种从天然气中脱除重烃的方法的从天然气中脱除重烃的系统，该系统包括：冷箱(1)的第一流道(A1)、第二流道(A2)、第三流道(A3)、脱甲烷塔(2)、脱乙烷塔(3)、脱甲烷塔冷凝器(4)、脱乙烷塔再沸器(5)、重烃冷却器(6)、第一阀门(V1)至第四阀门(V4)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、出口经第一阀门(V1)与脱甲烷塔(2)的底部进料口连接；冷箱(1)的第二流道(A2)入口与脱甲烷塔冷凝器(4)的壳侧气相出口连接、出口与LNG产品管线连接；冷箱(1)的第三流道(A3)入口与脱乙烷塔(3)的气相出口连接、出口与LNG产品管线连接；脱甲烷塔冷凝器(4)的管程入口经第二阀门(V2)与冷箱(1)的第二流道(A2)出口的LNG产品管线连接、管程出口与脱乙烷塔(3)的第二进料口相连；脱甲烷塔(2)塔底液相出口经第三阀门(V3)与脱乙烷塔(3)第一进料口相连；脱乙烷塔再沸器(5)液相出口与重烃冷却器(6)入口相连；重烃冷却器(6)出口经第四阀门(V4)与重烃产品管线连接。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤5)中脱乙烷塔(3)的操作压力比脱甲烷塔(2)的操作压力高0.1～2.5MPa。
3.实现权利要求1或2所述的一种从天然气中脱除重烃的方法的从天然气中脱除重烃的系统，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)、脱甲烷塔(2)、脱乙烷塔(3)、脱甲烷塔冷凝器(4)、脱乙烷塔再沸器(5)、重烃冷却器(6)、第一阀门(V1)至第四阀门(V4)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、出口经第一阀门(V1)与脱甲烷塔(2)的底部进料口连接；冷箱(1)的第二流道(A2)入口与脱甲烷塔冷凝器(4)的壳侧气相出口连接、出口与LNG产品管线连接；冷箱(1)的第三流道(A3)入口与脱乙烷塔(3)的气相出口连接、出口与LNG产品管线连接；脱甲烷塔冷凝器(4)的管程入口经第二阀门(V2)与冷箱(1)的第二流道(A2)出口的LNG产品管线连接、管程出口与脱乙烷塔(3)的第二进料口相连；脱甲烷塔(2)塔底液相出口经第三阀门(V3)与脱乙烷塔(3)第一进料口相连；脱乙烷塔再沸器(5)液相出口与重烃冷却器(6)入口相连；重烃冷却器(6)出口经第四阀门(V4)与重烃产品管线连接。
4.根据权利要求3所述的从天然气中脱除重烃的系统，其特征在于，脱甲烷塔冷凝器(4)安装在脱甲烷塔(2)上，两者通过法兰直接连接。
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