CN107228526A - 一种lng闪蒸气的提氦、脱氮和再液化装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种LNG闪蒸气的提氦、脱氮和再液化装置，它包括闪蒸气压缩机、预冷换热器、液化换热器、脱甲烷塔、脱氮塔和制冷系统，所述的制冷系统包括冷剂、冷剂压缩机、冷剂冷却器A、增压透平膨胀机组和冷剂冷却器B，预冷换热器包含A、B、C、D四个通道，液化换热器包含A、B、C、D、E五个通道。本发明的有益效果是：工艺流程简单、提氦、脱氮和再液化功能、处理效率高。

Description

一种LNG闪蒸气的提氦、脱氮和再液化装置
技术领域
本发明涉及氦气提取和闪蒸气再液化的技术领域，具体是一种LNG闪蒸气的提氦、脱氮和再液化装置。
背景技术
氦气是一种战略性物质，在航天、国防、医院及检漏等领域具有非常重要的用途。氦气主要存在于天然气中，从天然气中提取氦气，是氦气生产的主要来源。但中国天然气中的氦含量极少，而液化天然气的闪蒸气（BOG）或其它以天然气为原料的化工尾气中更富含氦，从中提氦会更经济高效。
已有技术中，专利“用于在LNG液化设备中脱氮和/或回收氦气的方法（申请号：CN200980153364.0）、专利“改良的天然气提氦的工艺（申请号：CN20（101）0249718.6）、专利“一种天然气提氦的方法（申请号：CN2012（102）55340.X）”等均为从天然气中直接提取氦气，由于中国天然气的氦含量极低，因此提氦过程中需要处理大量的原料天然气，经济效益不高。
已有技术中，专利“天然气超低温提取氦气系统（申请号：CN201520564721.5）”、专利“闪蒸气提取氦气的系统及方法（申请号：CN2016（107）22780.X）”、专利“液化天然气闪蒸气提取高纯氦系统（申请号：CN201620924894.8）”，是从LNG闪蒸气中提氦，但都是采用两个制冷系统，使得工艺和装置复杂程度高。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种工艺流程简单、提氦、脱氮和再液化功能、处理效率高的LNG闪蒸气的提氦、脱氮和再液化装置。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种LNG闪蒸气的提氦、脱氮和再液化装置，它包括闪蒸气压缩机、预冷换热器、液化换热器、脱甲烷塔、脱氮塔和制冷系统，所述的制冷系统包括冷剂、冷剂压缩机、冷剂冷却器A、增压透平膨胀机组和冷剂冷却器B，预冷换热器包含A、B、C、D四个通道，液化换热器包含A、B、C、D、E五个通道，闪蒸气压缩机的进口接闪蒸气，闪蒸气压缩机的出口接入预冷换热器的A通道，紧接着接入液化换热器的A通道，液化换热器的A通道与脱氮塔的再沸器105B连接，闪蒸气管道经过再沸器105B后与脱甲烷塔的中部进口连接，脱甲烷塔包含冷凝器104A和再沸器104B，再沸器104B的出口与换热器的E通道连接，换热器的E通道连接液化天然气LNG收集管道，冷凝器104A的出口与脱氮塔的中部进口连接，再沸器105B的出口依次与液化换热器的C通道、预冷换热器的C通道连接，预冷换热器的C通道与氮气收集管道连接的同时也与冷剂压缩机的进口连接，冷剂压缩机的出口经过冷剂冷却器A107与增压段108A的进口连接，增压段108A的出口经过冷剂冷却器B109与预冷换热器的B通道连接，预冷换热器的B通道接管线26，管线26经过再沸器104B后与管线27连接，管线27同时并联接入膨胀段108B的进口和液化换热器的B通道，膨胀段108B的出口也与液化换热器的C通道连接，液化换热器的B通道接入管线34，管线34同时并分两路分别通过冷凝器104A、冷凝器105A后与管线39连接，管线39也接入液化换热器的C通道；冷凝器105A的出口依次与液化换热器的D通道、预冷换热器的D通道与氦气收集管道连接。
进一步地，所述的管线26与管线27之间也可以直接连通，管线26与管线27之间设有控制阀26A，控制阀26A同时控制再沸器104B的再沸温度。
进一步地，所述的LNG闪蒸气的提氦、脱氮和再液化装置还能处理其他含氦量超过1%mol的各种气体。
进一步地，所述的闪蒸气压缩机为往复机、螺杆机或离心机，其类型为低温进气压缩机或常温进气压缩机，增压范围为1.2~4.0MPa。
进一步地，所述的预冷换热器为板翅式换热器或绕管式换热器，且无论采用那种类型的换热器，预冷换热器至少包含A、B、C、D四个通道。
进一步地，所述的脱甲烷塔、脱氮塔为规整填料塔、散装填料塔或板式塔中的任意一种，根据原料气量的多少，冷凝器104A、冷凝器105A能够组装在塔体上设置或独立分开设置；再沸器104B、再沸器105B也能够组装在塔体上设置或独立分开设置；再沸器104B、再沸器105B为板翅式换热器、管壳式换热器、绕管式换热器或板片式换热器中的任意一种。
进一步地，所述的制冷系统的冷剂为氮气或氮、甲烷、乙烷、乙烯的混合气体。
进一步地，所述的冷凝器104A的出口管道上设有用于控制脱甲烷塔的塔压的控制阀10，脱甲烷塔的精馏压力范围为1.2~4.0Mpa；再沸器105B的出口管道上设有用于控制脱氮塔的塔压的控制阀12，脱氮塔的精馏压力范围为0.2~2.0MPa。
进一步地，所述的冷剂压缩机的吸气压力范围为0.005~0.5MPa、温度范围为-50 ~50℃，冷剂压缩机的排气压力范围为1.0~5.0MPa。
本发明具有以下优点：
1、本发明所述的一种LNG闪蒸气的提氦、脱氮和再液化装置具有工艺流程简单、提氦、脱氮和再液化的特点，本发明的整体工艺流程与现有技术相比，相对简单，原理通俗易懂，适于相关企业技术人员对本装置的系统掌握，同时，本发明同时实现提氦、脱氮和闪蒸气再液化功能和处理工作，综合减少了零部件设备的用量和消耗，实现了生产成本的总体降低。
2、本发明所述的一种LNG闪蒸气的提氦、脱氮和再液化装置还具有处理效率高的特点，本发明将多个工艺流程和设备集中于一起，基本实现了对闪蒸汽的提氦、脱氮和再液化的一步到位处理工作，避免了分散冗杂的处理工作，实现了工作效率的大幅度提升。
附图说明
图1 为本发明的结构示意图；
图中： 5-闪蒸气管道，7-液化天然气LNG收集管道，18-氦气收集管道，32-氮气收集管道，101-闪蒸气压缩机,102-预冷换热器，103-液化换热器,104-脱甲烷塔，105-脱氮塔，106-冷剂压缩机，107-冷剂冷却器A,108-增压透平膨胀机组，109-冷剂冷却器B。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的描述，但本发明的保护范围不局限于以下所述。
如图1所示，一种LNG闪蒸气的提氦、脱氮和再液化装置，它包括闪蒸气压缩机101、预冷换热器102、液化换热器103、脱甲烷塔104、脱氮塔105和制冷系统，所述的制冷系统包括冷剂、冷剂压缩机106、冷剂冷却器A107、增压透平膨胀机组108和冷剂冷却器B109，预冷换热器102包含A、B、C、D四个通道，液化换热器103包含A、B、C、D、E五个通道，闪蒸气压缩机101的进口接闪蒸气，闪蒸气压缩机101的出口接入预冷换热器102的A通道，紧接着接入液化换热器103的A通道，液化换热器103的A通道与脱氮塔105的再沸器105B连接，闪蒸气管道5经过再沸器105B后与脱甲烷塔104的中部进口连接，脱甲烷塔104包含冷凝器104A和再沸器104B，再沸器104B的出口与换热器103的E通道连接，换热器103的E通道连接液化天然气LNG收集管道7，冷凝器104A的出口与脱氮塔105的中部进口连接，再沸器105B的出口依次与液化换热器103的C通道、预冷换热器102的C通道连接，预冷换热器102的C通道与氮气收集管道32连接的同时也与冷剂压缩机106的进口连接，冷剂压缩机106的出口经过冷剂冷却器A107与增压段108A的进口连接，增压段108A的出口经过冷剂冷却器B109与预冷换热器102的B通道连接，预冷换热器102的B通道接管线26，管线26经过再沸器104B后与管线27连接，管线27同时并联接入膨胀段108B的进口和液化换热器103的B通道，膨胀段108B的出口也与液化换热器103的C通道连接，液化换热器103的B通道接入管线34，管线34同时并分两路分别通过冷凝器104A、冷凝器105A后与管线39连接，管线39也接入液化换热器103的C通道；冷凝器105A的出口依次与液化换热器103的D通道、预冷换热器102的D通道与氦气收集管道18连接。
更进一步地，作为本发明的优选实施方式，所述的管线26与管线27之间也可以直接连通，管线26与管线27之间设有控制阀26A，控制阀26A同时控制再沸器104B的再沸温度；所述的LNG闪蒸气的提氦、脱氮和再液化装置还能处理其他含氦量超过1%mol的各种气体；所述的闪蒸气压缩机101为往复机、螺杆机或离心机，其类型为低温进气压缩机或常温进气压缩机，增压范围为1.2~4.0Mpa；所述的预冷换热器102为板翅式换热器或绕管式换热器，且无论采用那种类型的换热器，预冷换热器102至少包含A、B、C、D四个通道；所述的脱甲烷塔104、脱氮塔105为规整填料塔、散装填料塔或板式塔中的任意一种，根据原料气量的多少，冷凝器104A、冷凝器105A能够组装在塔体上设置或独立分开设置；再沸器104B、再沸器105B也能够组装在塔体上设置或独立分开设置；再沸器104B、再沸器105B为板翅式换热器、管壳式换热器、绕管式换热器或板片式换热器中的任意一种；所述的制冷系统的冷剂为氮气或氮、甲烷、乙烷、乙烯的混合气体；所述的冷凝器104A的出口管道上设有用于控制脱甲烷塔104的塔压的控制阀10，脱甲烷塔104的精馏压力范围为1.2~4.0Mpa；再沸器105B的出口管道上设有用于控制脱氮塔105的塔压的控制阀12，脱氮塔105的精馏压力范围为0.2~2.0Mpa；-所述的冷剂压缩机106的吸气压力范围为0.005~0.5MPa、温度范围为-50 ~ 50℃，冷剂压缩机106的排气压力范围为1.0~5.0MPa。
本发明的工作过程如下：将本发明的各个系统和组成设备按照图1所示的连接关系进行安装，本发明安装完成后即可开始使用，下面举例说明本发明的工作过程：
作为原料的LNG闪蒸气参数见表1：
表1 原料LNG闪蒸气参数
LNG闪蒸气（BOG）由管线1进入闪蒸气（BOG）压缩机101中增压~2MPa，从管线2排出并进入预冷换热器102的A通道中冷却，从预冷换热器102的A通道出来的BOG由管线3排出并进入液化换热器103的A通道中冷却和冷凝到~ -130℃，从液化换热器103的A通道出来的BOG由管线4排出并进入脱氮塔105的再沸器105B中继续冷凝，从脱氮塔105的再沸器105B中出来的BOG由管线5排出并进入脱甲烷塔104的中部，在脱甲烷塔104中精馏，脱甲烷塔104底部得到以甲烷为主要成分的LNG，由管线6排出脱甲烷塔104并进入液化换热器103的E通道中继续过冷到-165℃，从液化换热器103的E通道出来的LNG由管线7排出并经阀8节流降压到~0.02MPa而作为产品LNG返回LNG贮槽中。
脱甲烷塔104顶部馏出以氮和氦为主要成分的富氦气体，通过塔压控制阀10和管线10A进入脱氮塔105的中部，在脱氮塔105中精馏，脱氮塔105底部得到以氮为主要成分的液氮，由管线11排出并经液位控制阀12降压到~0.2MPa，降压后由管线13进入管线29的膨胀后的冷剂中。
脱氮塔105顶部馏出以氦为主要成分的氦气，通过管线14到塔压控制阀15，之后由管线16进入液化换热器103的D通道中复热并由管线17排出，管线17的氦气进入预冷换热器102的D通道中复热并由管线18排出而作为氦气产品；
LNG闪蒸气流路的物料平衡数据见表2：
表2 原料LNG闪蒸气流路的物料平衡数据
氮气由管线21进入冷剂压缩机106中增压，从管线22排出并进入冷剂冷却器A107中冷却，冷却后的氮气由管线23排出并进入增压透平膨胀机组108的增压段108A中增压，从管线24排出并进入冷剂冷却器B109中冷却，冷却后的氮气由管线25排出并进入预冷换热器102的B通道中冷却，从预冷换热器102的B通道出来的氮气由管线26排出并进入脱甲烷塔104的再沸器104B中继续冷却，从脱甲烷塔104的再沸器104B中出来的氮气由管线27排出，之后分成两部分，大部分由管线28输送进入增压透平膨胀机组108的膨胀段108B中膨胀制冷，从增压透平膨胀机组108的膨胀段108B中出来的氮气由管线29排出。
从管线27分出来的另一小部分氮气由管线33进入液化换热器103的B通道中继续冷却、冷凝和过冷，液氮由管线34出液化换热器103，并分成两路，一路由阀35节流降压进入脱甲烷塔104的冷凝器104A中作为冷凝器的冷源并由管线36排出而汇入管线29的膨胀后的氮气中，一路由阀37节流降压进入脱氮塔105的冷凝器105A中作为冷凝器的冷源并由管线38排出而汇入管线29的膨胀后的氮气中。管线29的膨胀后的氮气汇集由管线36、管线38和管线13来的氮气后，进入液化换热器103的C通道中复热，复热后的氮气由管线30排出并进入预冷换热器102的C通道中复热，复热后的冷剂由管线31排出，绝大部分由管线21送入冷剂压缩机而实现制冷循环，少量多余的冷剂由管线32排出系统。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (9)

1.一种LNG闪蒸气的提氦、脱氮和再液化装置，其特征在于：它包括闪蒸气压缩机（101）、预冷换热器（102）、液化换热器（103）、脱甲烷塔（104）、脱氮塔（105）和制冷系统，所述的制冷系统包括冷剂、冷剂压缩机（106）、冷剂冷却器A（107）、增压透平膨胀机组（108）和冷剂冷却器B（109），预冷换热器（102）包含A、B、C、D四个通道，液化换热器（103）包含A、B、C、D、E五个通道，闪蒸气压缩机（101）的进口接闪蒸气，闪蒸气压缩机（101）的出口接入预冷换热器（102）的A通道，紧接着接入液化换热器（103）的A通道，液化换热器（103）的A通道与脱氮塔（105）的再沸器105B连接，闪蒸气管道（5）经过再沸器105B后与脱甲烷塔104的中部进口连接，脱甲烷塔104包含冷凝器104A和再沸器104B，再沸器104B的出口与换热器（103）的E通道连接，换热器（103）的E通道连接液化天然气LNG收集管道（7），冷凝器104A的出口与脱氮塔（105）的中部进口连接，再沸器105B的出口依次与液化换热器（103）的C通道、预冷换热器（102）的C通道连接，预冷换热器（102）的C通道与氮气收集管道（32）连接的同时也与冷剂压缩机（106）的进口连接，冷剂压缩机（106）的出口经过冷剂冷却器A（107）与增压段108A的进口连接，增压段108A的出口经过冷剂冷却器B（109）与预冷换热器（102）的B通道连接，预冷换热器（102）的B通道接管线26，管线26经过再沸器104B后与管线27连接，管线27同时并联接入膨胀段108B的进口和液化换热器（103）的B通道，膨胀段108B的出口也与液化换热器（103）的C通道连接，液化换热器（103）的B通道接入管线34，管线34同时并分两路分别通过冷凝器104A、冷凝器105A后与管线39连接，管线39也接入液化换热器（103）的C通道；冷凝器105A的出口依次与液化换热器（103）的D通道、预冷换热器（102）的D通道与氦气收集管道（18）连接。
2.如权利要求1所述的天然气预处理的复合床层吸附装置，其特征在于：所述的管线26与管线27之间也可以直接连通，管线26与管线27之间设有控制阀26A，控制阀26A同时控制再沸器104B的再沸温度。
3.如权利要求1所述的天然气预处理的复合床层吸附装置，其特征在于：所述的LNG闪蒸气的提氦、脱氮和再液化装置还能处理其他含氦量超过1%mol的各种气体。
4.如权利要求1所述的天然气预处理的复合床层吸附装置，其特征在于：所述的闪蒸气压缩机（101）为往复机、螺杆机或离心机，其类型为低温进气压缩机或常温进气压缩机，增压范围为1.2~4.0MPa。
5.如权利要求1所述的天然气预处理的复合床层吸附装置，其特征在于：所述的预冷换热器（102）为板翅式换热器或绕管式换热器，且无论采用那种类型的换热器，预冷换热器（102）至少包含A、B、C、D四个通道。
6.如权利要求1所述的天然气预处理的复合床层吸附装置，其特征在于：所述的脱甲烷塔（104）、脱氮塔（105）为规整填料塔、散装填料塔或板式塔中的任意一种，根据原料气量的多少，冷凝器104A、冷凝器105A能够组装在塔体上设置或独立分开设置；再沸器104B、再沸器105B也能够组装在塔体上设置或独立分开设置；再沸器104B、再沸器105B为板翅式换热器、管壳式换热器、绕管式换热器或板片式换热器中的任意一种。
7.如权利要求1所述的天然气预处理的复合床层吸附装置，其特征在于：所述的制冷系统的冷剂为氮气或氮、甲烷、乙烷、乙烯的混合气体。
8.如权利要求1所述的天然气预处理的复合床层吸附装置，其特征在于：所述的冷凝器（104）A的出口管道上设有用于控制脱甲烷塔（104）的塔压的控制阀10，脱甲烷塔（104）的精馏压力范围为1.2~4.0Mpa；再沸器（105）B的出口管道上设有用于控制脱氮塔（105）的塔压的控制阀12，脱氮塔（105）的精馏压力范围为0.2~2.0MPa。
9.如权利要求1所述的天然气预处理的复合床层吸附装置，其特征在于：所述的冷剂压缩机（106）的吸气压力范围为0.005~0.5MPa、温度范围为-50 ~ 50℃，冷剂压缩机（106）的排气压力范围为1.0~5.0MPa。
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