CN107726731B - 一种防冻堵的液化天然气生产装置及其生产工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种防冻堵的液化天然气生产装置及其生产工艺。在冷却洗涤塔中使用以丙烷为主体的低温吸收冷却剂直接对气态天然气进行喷淋降温，使用初馏塔和重烃塔对吸收剂中吸收的重烃进行分离，分离所得的吸收冷却剂降温后经吸收冷却剂缓冲罐送回冷却洗涤塔重复使用，重烃塔的塔底得到重烃组分，天然气通过联合换热装置进一步降温，然后经过气液分离器将天然气中的大部分氢气分离出去，接着经过氢回收塔、氮回收塔和丙烷回收塔分别分离出氢气、氮气和丙烷，丙烷经过换热后送入冷却洗涤塔重复使用。本发明避免了冻结堵塞生产装置、频繁造成事故性停车的问题，节约了能源，有效的减少了火炬的使用量，减少了对环境的污染。
Description
技术领域
本发明涉及石油与天然气加工领域，尤其涉及一种防冻堵的液化天然气生产装置及其生产工艺。
背景技术
液化天然气生产是通过对气态天然气进行降温处理，将气态天然气冷凝为液态的工艺，天然气经过液化后，其体积大约只有原来的1/620，与气态天然气相比，液态天然气具有运输方使的优点，尤其对于远洋运输，具有气态天然气运输不可比拟的优势，近年来越来越受到天然气领域的重视。
天然气在降温液化的过程中，一些冰点较高的组分，比如重烃、水等，容易冻结在换热装置内壁上，导致生产装置压力降升高，设备的换热效率下降，设备一旦冻堵以后，只能停车复温，即用高温气吹扫设备，使设备的温度回升，冻结的物质气化，这样一来，造成了生产效率的下降，设备反复的降温和升温，也带来了能源的浪费，并且，停车复温的过程，吹扫气一般被认为是带有高浓度易冻堵组分的有害气，以至于很多企业将其送入火炬处理，这样增加了碳排放，也对环境造成了危害。
为了缓解设备冻堵的问题，天然气在降温处理之前，很多液化工艺将天然气中的易堵组分降到很低的程度，比如重烃，都降到十几ppm级别，但是这仍然无法从根本上解决问题，因为液化天然气的温度通常都要到达很低的程度，一般为-162℃，甚至更低，在天然气降的过程中，天然气中的主体成分甲烷，要极低的温度下才开始液化，这样在降温的初始阶段，随着重烃逐渐达到饱和状态，这些组分将会提前冷凝成液相附着于设备的内壁，随着温度的降低，这些组分会冷冻成固相，造成设备的冻堵。
发明内容
本发明的目的在于提供一种防冻堵的液化天然气生产装置及其生产工艺，以解决上述技术问题。
为实现上述目的本发明采用以下技术方案：
一种防冻堵的液化天然气生产装置，气态天然气从冷却洗涤塔的底部入口进，沿着冷却洗涤塔向上流动，冷却洗涤塔的顶部气相出口管线与换热器D 的出口管线汇合后与联合换热装置相连，联合换热装置的出口与气液分离装置的中部入口相连，气液分离装置的底部液相出口与氢回收塔的入口相连，氢回收塔的顶部气相出口与冷凝器C 的入口相连，冷凝器C 的出口与储罐C 的入口相连，储罐C 的底部液相出口与氢回收塔顶部回流液入口相连，氢回收塔的底部液相出口与氮回收塔相连，氮回收塔顶部气相出口与冷凝器D入口相连，冷凝器D 的出口与储罐D 的入口相连，储罐D 的底部液相出口与氮回收塔顶部回流液入口相连，氮回收塔的底部液相出口与丙烷回收塔相连，丙烷回收塔的顶部气相出口与冷凝器E 相连，冷凝器E 的出口与储罐E 的入口相连，储罐E 的底部液相出口分成两路，一路与丙烷回收塔的顶部回流液入口相连，另一路取出液化天然气产品，丙烷回收塔底部的液相出口与换热器A 的入口相连，换热器A 的出口与吸收冷却剂缓冲罐入口相连，吸收冷却剂缓冲罐的出口与冷却洗涤塔的顶部液相入口相连；冷却洗涤塔顶部液相入口与塔内顶部的液相分布器相连，冷却洗涤塔的底部液相出口与吸收冷却剂储罐的入口相连，吸收冷却剂储罐的出口工艺管线分成两路，一路与吸收冷却剂换热器的入口相连，另一路与初馏塔的入口相连，吸收冷却剂换热器的出口与吸收冷却剂缓冲罐的入口相连，初馏塔的底部液相出口与重烃塔的入口相连，初馏塔的顶部气相出口与冷凝器A 的入口相连，冷凝器A 的出口与储罐A 的入口相连，储罐A 的底部液相出口工艺管线分成两路，一路与初馏塔的顶部回流液入口相连，另一路与换热器B 的入口相连，换热器B 的出口工艺管线与换热器C 的出口工艺管线汇合后与吸收冷却剂缓冲罐的入口相连，储罐A 的顶部气相出口与不凝气缓冲罐入口相连，不凝气缓冲罐的出口与换热器D 的入口相连；重烃塔底部输出重烃，重烃塔的顶部气相出口与冷凝器B 的入口相连，冷凝器B 的出口与储罐B 的入口相连，储罐B 的底部液相出口工艺管线分成两路，一路与重烃塔的顶部回流液入口相连，另一路与换热器C 的入口相连，换热器C 的出口工艺管线与换热器B的出口工艺管线汇合后与吸收冷却剂缓冲罐的入口相连，换热器D的出口工艺管线与冷却洗涤塔的顶部气相出口工艺管线汇合后与联合换热装置的入口相连。
作为本发明进一步的方案，冷却洗涤塔为一填料塔，塔内填充有填料，填料为拉西环填料、贝尔鞍型填料、阶梯环填料或鲍尔环填料，填料的材料为陶瓷、不锈钢或玻璃，填料分为上下两层堆放，在两层填料之间设有挡板，挡板上有导气管，导气管上方有防液帽，导气管让穿过下层填料的天然气进入上层填料，防液帽用于防止穿过上层填料的吸收冷却剂直接进入下层填料，在两层填料之间的挡板上存有吸收冷却剂，吸收冷却剂的液层高度控制在50～70cm，此处吸收冷却剂抽出后送入下层填料上方的液相分布器中，冷却洗涤塔的底部有塔釜，塔釜内有吸收冷却剂存液，存液液位控制在65%～75%。
作为本发明进一步的方案，丙烷回收塔为一精馏塔，选择板式塔或填料塔，选择板式塔时，精馏段塔板数不少于2块，提馏段塔板数不少于4块。
作为本发明进一步的方案，吸收冷却剂储罐为球型罐或圆筒型储罐，选择单一储罐或选择多个储罐并联共同使用。
作为本发明进一步的方案，初馏塔为一精馏塔，选择板式塔或填料塔，选择板式塔时，精馏段塔板数不少于5块，提馏段塔板数不少于2块。
作为本发明进一步的方案，重烃塔为一精馏塔，选择板式塔或填料塔，选择板式塔时，精馏段塔板数不少于6块，提馏段塔板数不少于4块。
利用上述防冻堵的液化天然气生产装置的生产工艺，包括如下步骤：气态天然气由冷却洗涤塔的底部进入，进入冷却洗涤塔的气态天然气含有甲烷75%～92%、氢气0.2%～20%、重烃0.3%～0.7%、氮气0.2%～0.8%，压力为1.0～2.3 MPa，温度为10～18℃，穿过冷却洗涤塔的填料层由下而上流动，在向上流动的过程中，与来自冷却洗涤塔顶部液相分布器喷淋的吸收冷却剂相接触，气态天然气被冷却，同时气态天然气中的重烃被吸收冷却剂所吸收，吸收冷却剂的液层高度控制在50～70cm，此处吸收冷却剂抽出后送入下层填料上方的液相分布器中，冷却洗涤塔的底部有塔釜，塔釜内有吸收冷却剂存液，存液液位控制在65%～75%，冷却净化后的气态天然气由冷却洗涤塔的顶部气相出口输出，含有甲烷73%～90%、氢气0.19%～18%、丙烷2%～4%、重烃≤0.7ppm、氮气0.18%～0.7%，压力为0.95～2.25MPa，温度为-55～-45℃，然后由联合换热装置的入口送入，气态天然气温度进一步降低，在联合换热装置中，天然气中的组分逐步冷凝为液相，离开联合换热装置的天然气大部分都成为了液相，联合换热装置出口物料温度为-162～-146℃，然后送入气液分离装置中，气液分离装置顶部气相出口所得氢气的含量≥90%，在气液分离器中，少数不凝气（其主要成分为氢气）由气液分离器装置的顶部气相出口输出，气液分离装置中的液相组分由气液分离器底部液相出口输出后送入氢回收塔，氢回收塔的操作压力为1.27～2.0MPa，气相物料由氢回收塔的顶部气相出口输出，送入冷凝器C，冷凝器C将物料冷却至-179.5～-177℃，然后送入储罐C中，由储罐C的顶部气相出口输出高纯氢气，高纯氢气中氢气的含量≥99%，其余液相组分做为回流液由氢回收塔的顶部回流液入口返回氢回收塔，液相物料由氢回收塔底部液相出口输出，送入氮回收塔，氮回收塔的操作压力为0.9～1.2MPa，气相物料由氮回收塔的顶部气相出口输出，送入冷凝器D，冷凝器D将物料冷却至-168～-159℃，然后送入储罐D中，由储罐D的顶部气相出口输出氮气，其中氮气的含量≥97.6%，其余液相组分做为回流液由氮回收塔的顶部回流液入口返回氮回收塔，液相物料由氮回收塔的底部液相出口输出，送入丙烷回收塔，丙烷回收塔的操作压力为0.107～0.15MPa，气相物料由丙烷回收塔的顶部气相出口输出，送入冷凝器E，冷凝器E将物料冷却至-168～-155℃，然后送入储罐E中，储罐E的底部液相出口工艺管线分成两路，一路与丙烷回收塔顶部回流液入口相连，另一路取出为液化天然气，液化天然气中甲烷的含量≥98%、丙烷含量≤100ppm,由丙烷回收塔的底部液相出口输出丙烷，其中丙烷中丙烷的含量≥93.7%，然后送入换热器A的入口，经换热器换热后，送入吸收冷却剂缓冲罐，吸收冷却剂缓冲罐内物料温度为-70～-60℃，吸收冷却剂由吸收冷却剂缓冲罐的底部出口输出，送至冷却洗涤塔的顶部液相入口，完成对天然气的冷却和重烃吸收的吸收冷却剂由冷却洗涤塔底部液相出口输出，送入吸收冷却剂储罐，吸收冷却剂储罐中含有丙烷70%～88%、甲烷10%～22%、重烃0.1%～7%，物料温度为-15～0℃，吸收冷却剂储罐的液位高度为总高度为65%～75%，当吸收冷却剂储罐中的液位低于65%时，向吸收冷却剂储罐中补充一定量的新鲜丙烷，吸收冷却剂由吸收冷却剂储罐底部出口输出，然后工艺管线分成两路，一路送至吸收冷却剂换热器入口，另一路送至初馏塔的入口，送入吸收冷却剂换热器入口的吸收冷却剂被降温至-70～-60℃后由出口输出，送至吸收冷却剂缓冲罐，吸收冷却剂缓冲罐中含有丙烷76%～90%、甲烷9%～21%、重烃≤200ppm，送入初馏塔的吸收冷却剂在初馏塔中得到分离，气相物料由初馏塔的顶部输出，送入冷凝器A，气相物料在冷凝器A中冷却至温度-75～-68℃，大部分气相物料冷凝成液相，然后送入储罐A，少数不凝气由储罐A的顶部气相出口输出，物料温度为-75～-68℃，然后送入不凝气缓冲罐中，液相由储罐A的底部采出，然后工艺管线分成两路，一路经初馏塔顶部回流液入口送回初馏塔，另一路送至换热器B的入口，进入换热器B入口的物料组成为甲烷18%～31%、丙烷67%～78%、重烃<0.02ppm，温度为-75～-68℃，其中送回初馏塔的物料和送至换热器B的物料比例为1:1～5:1，初馏塔的底部为塔釜，液相物料由初馏塔底部液相出口输出，物料中含有甲烷≤0.3%、丙烷≥74.5%、重烃4%～21%，温度为51～63℃，然后送入重烃塔，在重烃塔中，重烃得到进一步分离，气相物料由重烃塔的顶部气相出口输出，送入冷凝器B，气相物料在冷凝器B中冷却至温度15～46℃，大部分气相物料冷凝成液相，然后送入储罐B，少数不凝气由储罐B的顶部气相出口输出，物料温度为15～46℃，然后送入不凝气缓冲罐中，不凝气缓冲罐中的气体送入换热器D，换热器D入口物料温度为-9～30℃，经过换热器D换热后，换热器D出口物料温度为-55～-45℃，与冷却洗涤塔顶部气相出口输出的天然气一同送入联合换热装置的入口，液相由储罐B的底部液相出口采出，然后工艺管线分成两路，一路经重烃塔顶部回流液入口送回重烃塔，另一路送至换热器C的入口，进入换热器C的物料组成为甲烷≤0.3%、丙烷≥96%、重烃<5ppm，温度为15～46℃，其中送回重烃塔的物料和送至换热器C的物料比例为1.5:1～4.5:1，从重烃塔底部液相出口中输出的重烃主要组成满足条件：重烃≥85%、丙烷≤14%。
作为本发明进一步的方案，所述重烃指的是C6以及C6+的烃类组分。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：本发明选用以丙烷为主体的低温吸收冷却剂对天然气进行降温与洗涤的综合过程，选择的是直接喷淋法，让天然气与吸收冷却剂直接接触，本发明对重烃的洗涤效果好，可将天然气中的重烃洗涤至≤0.7ppm，并且经过冷却洗涤后的天然气中含有2%～4%的丙烷，在后续的降温过程中，丙烷会随着少量的重烃共同析出，由于丙烷的冰点较低，可以有效的避免重烃的冻结，避免了传统液化工艺中天然气降温过程冰点较高的组分冻结堵塞生产装置、频繁造成事故性停车的问题，节约了能源，有效的减少了火炬的使用量，减少了对环境的污染，本工艺使用的吸收冷却剂经过分离后循环使用，避免了原料的浪费，节能环保，
附图说明
图1为本发明防冻堵的液化天然气生产工艺示意图。
1、冷却洗涤塔，2、吸收冷却剂储罐，3、初馏塔，4、吸收冷却剂缓冲罐，5、吸收冷却剂换热器，6、储罐A，7、冷凝器A，8、换热器B，9、重烃塔，10、储罐B，11、冷凝器B，12、换热器A，13、换热器C，14、换热器D，15、联合换热装置，16、气液分离装置，17、氢回收塔，18、储罐C，19、冷凝器C，20、氮回收塔，21、储罐D，22、冷凝器D，23、丙烷回收塔，24、储罐E，25、冷凝器E，26、不凝气缓冲罐。
图2为本发明冷却洗涤塔结构示意图；
图中：27、填料，28、挡板，29、导气管，30、防液帽，31、液相分布器，32、塔釜。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细阐述。
如图1所示，一种防冻堵的液化天然气生产装置，气态天然气从冷却洗涤塔的底部入口进，沿着冷却洗涤塔向上流动，冷却洗涤塔1的顶部气相出口管线与换热器D 14的出口管线汇合后与联合换热装置15相连，联合换热装置15的出口与气液分离装置16的中部入口相连，气液分离装置16的底部液相出口与氢回收塔17的入口相连，氢回收塔17的顶部气相出口与冷凝器C 19的入口相连，冷凝器C 19的出口与储罐C 18的入口相连，储罐C 18的底部液相出口与氢回收塔17顶部回流液入口相连，氢回收塔17的底部液相出口与氮回收塔20相连，氮回收塔20顶部气相出口与冷凝器D 22入口相连，冷凝器D 22的出口与储罐D 21的入口相连，储罐D 21的底部液相出口与氮回收塔20顶部回流液入口相连，氮回收塔20的底部液相出口与丙烷回收塔23相连，丙烷回收塔23的顶部气相出口与冷凝器E 25相连，冷凝器E 25的出口与储罐E 24的入口相连，储罐E 24的底部液相出口分成两路，一路与丙烷回收塔23的顶部回流液入口相连，另一路取出液化天然气产品，丙烷回收塔23底部的液相出口与换热器A 12的入口相连，换热器A 12的出口与吸收冷却剂缓冲罐4入口相连，吸收冷却剂缓冲罐4的出口与冷却洗涤塔1的顶部液相入口相连；冷却洗涤塔1顶部液相入口与塔内顶部的液相分布器相连，冷却洗涤塔1的底部液相出口与吸收冷却剂储罐2的入口相连，吸收冷却剂储罐2的出口工艺管线分成两路，一路与吸收冷却剂换热器5的入口相连，另一路与初馏塔3的入口相连，吸收冷却剂换热器5的出口与吸收冷却剂缓冲罐4的入口相连，初馏塔3的底部液相出口与重烃塔9的入口相连，初馏塔3的顶部气相出口与冷凝器A 7的入口相连，冷凝器A 7的出口与储罐A 6的入口相连，储罐A 6的底部液相出口工艺管线分成两路，一路与初馏塔3的顶部回流液入口相连，另一路与换热器B 8的入口相连，换热器B 8的出口工艺管线与换热器C 13的出口工艺管线汇合后与吸收冷却剂缓冲罐4的入口相连，储罐A 6的顶部气相出口与不凝气缓冲罐26入口相连，不凝气缓冲罐26的出口与换热器D 14的入口相连；重烃塔9底部输出重烃，重烃塔9的顶部气相出口与冷凝器B 11的入口相连，冷凝器B11的出口与储罐B 10的入口相连，储罐B 10的底部液相出口工艺管线分成两路，一路与重烃塔9的顶部回流液入口相连，另一路与换热器C 13的入口相连，换热器C 13的出口工艺管线与换热器B8的出口工艺管线汇合后与吸收冷却剂缓冲罐4的入口相连，换热器D14的出口工艺管线与冷却洗涤塔1的顶部气相出口工艺管线汇合后与联合换热装置15的入口相连。
如图2所示，冷却洗涤塔1为一填料塔，塔内填充有填料27，填料27为拉西环填料、贝尔鞍型填料、阶梯环填料或鲍尔环填料，材料为陶瓷、不锈钢或玻璃，填料27分为上下两层堆放，在两层填料之间设有挡板28，挡板28上有导气管29，导气管29上方有防液帽30，导气管29让穿过下层填料的天然气进入上层填料，防液帽30用于防止穿过上层填料的吸收冷却剂直接进入下层填料，在两层填料之间的挡板28上存有吸收冷却剂，吸收冷却剂的液层高度控制在50～70cm，此处吸收冷却剂抽出后送入下层填料上方的液相分布器31中，冷却洗涤塔的底部有塔釜32，塔釜32内有吸收冷却剂存液，存液液位控制在65%～75%。
丙烷回收塔为23为一精馏塔，选择板式塔或填料塔，选择板式塔时，精馏段塔板数不少于2块，提馏段塔板数不少于4块。吸收冷却剂储罐为球型罐或圆筒型储罐，选择单一储罐或选择多个储罐并联共同使用。初馏塔3为一精馏塔，选择板式塔或填料塔，选择板式塔时，精馏段塔板数不少于5块，提馏段塔板数不少于2块。重烃塔9为一精馏塔，选择板式塔或填料塔，选择板式塔时，精馏段塔板数不少于6块，提馏段塔板数不少于4块。
利用防冻堵的液化天然气生产装置的生产工艺，包括如下步骤：气态天然气由冷却洗涤塔的底部进入，进入冷却洗涤塔的气态天然气含有甲烷75～92%、氢气0.2%～20%、重烃0.3%～0.7%、氮气0.2%～0.8%，压力为1.0～2.3 MPa，温度为10～18℃，穿过冷却洗涤塔的填料层由下而上流动，在向上流动的过程中，与来自冷却洗涤塔液相分布器喷淋的吸收冷却剂相接触，气态天然气被冷却，同时气态天然气中的重烃被吸收冷却剂所吸收，挡板上方的吸收冷却剂的液层高度控制在50～70cm，此处吸收冷却剂抽出后送入下层填料上方的液相分布器中，冷却洗涤塔的底部有塔釜，塔釜内有吸收冷却剂存液，存液液位控制在65%～75%，冷却净化后的气态天然气由冷却洗涤塔的顶部气相出口输出，含有甲烷73%～90%、氢气0.19%～18%、丙烷2%～4%、重烃≤0.7ppm、氮气0.18%～0.7%，压力为0.95～2.25MPa，温度为-55～-45℃，然后由联合换热装置的入口送入，气态天然气温度进一步降低，在联合换热装置中，天然气中的组分逐步冷凝为液相，离开联合换热装置的天然气大部分都成为了液相，联合换热装置出口物料温度为-162～-146℃，然后送入气液分离装置中；气液分离装置顶部气相出口所得氢气的含量≥90%，在气液分离器中，少数不凝气（其主要成分为氢气）由气液分离器装置的顶部气相出口输出，气液分离装置中的液相组分由气液分离器底部液相出口输出后送入氢回收塔，氢回收塔的操作压力为1.27～2.0MPa，气相物料由氢回收塔的顶部气相出口输出，送入冷凝器C，冷凝器C将物料冷却至-179.5～-177℃，然后送入储罐C中，由储罐C的顶部气相出口输出高纯氢气，高纯氢气中氢气的含量≥99%，其余液相组分做为回流液由氢回收塔的顶部回流液入口返回氢回收塔，液相物料由氢回收塔底部液相出口输出，送入氮回收塔，氮回收塔的操作压力为0.9～1.2MPa，气相物料由氮回收塔的顶部气相出口输出，送入冷凝器D，冷凝器D将物料冷却至-168～-159℃，然后送入储罐D中，由储罐D的顶部气相出口输出氮气，其中氮气的含量≥97.6%，其余液相组分做为回流液由氮回收塔的顶部回流液入口返回氮回收塔，液相物料由氮回收塔的底部液相出口输出，送入丙烷回收塔，丙烷回收塔的操作压力为0.107～0.15MPa，气相物料由丙烷回收塔的顶部气相出口输出，送入冷凝器E，冷凝器E将物料冷却至-168～-155℃，然后送入储罐E中，储罐E的底部液相出口工艺管线分成两路，一路与丙烷回收塔顶部回流液入口相连，另一路取出为液化天然气，液化天然气中甲烷的含量≥98%、丙烷含量≤100ppm,由丙烷回收塔的底部液相出口输出丙烷，其中丙烷的含量≥93.7%，然后送入换热器A的入口，经换热器换热后，送入吸收冷却剂缓冲罐，吸收冷却剂缓冲罐内物料温度为-70～-60℃，吸收冷却剂由吸收冷却剂缓冲罐的底部出口输出，送至冷却洗涤塔的顶部液相入口，完成对天然气的冷却和重烃吸收的吸收冷却剂由冷却洗涤塔底部液相出口输出，送入吸收冷却剂储罐，吸收冷却剂储罐中含有丙烷70%～88%、甲烷10%～22%、重烃0.1%～7%，物料温度为-15～0℃，吸收冷却剂储罐的液位高度为总高度为65%～75%；当吸收冷却剂储罐中的液位低于65%时，向吸收冷却剂储罐中补充一定量的新鲜丙烷，吸收冷却剂由吸收冷却剂储罐底部出口输出，然后工艺管线分成两路，一路送至吸收冷却剂换热器入口，另一路送至初馏塔的入口，送入吸收冷却剂换热器入口的吸收冷却剂被降温至-70～-60℃后由出口输出，送至吸收冷却剂缓冲罐，吸收冷却剂缓冲罐中含有丙烷76%～90%、甲烷9%～21%、重烃≤200ppm，送入初馏塔的吸收冷却剂在初馏塔中得到分离，气相物料由初馏塔的顶部输出，送入冷凝器A，气相物料在冷凝器A中冷却至温度-75～-68℃，大部分气相物料冷凝成液相，然后送入储罐A，少数不凝气由储罐A的顶部气相出口输出，物料温度为-75～-68℃，然后送入不凝气缓冲罐中，液相由储罐A的底部采出，然后工艺管线分成两路，一路经初馏塔顶部回流液入口送回初馏塔，另一路送至换热器B的入口，进入换热器B入口的物料组成为甲烷18%～31%、丙烷67%～78%、重烃<0.02ppm，温度为-75～-68℃，其中送回初馏塔的物料和送至换热器B的物料比例为1:1～5:1，初馏塔的底部为塔釜，液相物料由初馏塔底部液相出口输出，物料中含有甲烷≤0.3%、丙烷≥74.5%、重烃4%～21%，温度为51～63℃，然后送入重烃塔，在重烃塔中，重烃得到进一步分离，气相物料由重烃塔的顶部气相出口输出，送入冷凝器B，气相物料在冷凝器B中冷却至温度15～46℃，大部分气相物料冷凝成液相，然后送入储罐B，少数不凝气由储罐B的顶部气相出口输出，物料温度为15～46℃，然后送入不凝气缓冲罐中，不凝气缓冲罐中的气体送入换热器D，换热器D入口物料温度为-9～30℃，经过换热器D换热后，换热器D出口物料温度为-55～-45℃，与冷却洗涤塔顶部气相出口输出的天然气一同送入联合换热装置的入口，液相由储罐B的底部液相出口采出；然后工艺管线分成两路，一路经重烃塔顶部回流液入口送回重烃塔，另一路送至换热器C的入口，进入换热器C的物料组成为甲烷≤0.3%、丙烷≥96%、重烃<5ppm，温度为15～46℃，其中送回重烃塔的物料和送至换热器C的物料比例为1.5:1～4.5:1，从重烃塔底部液相出口中输出的重烃主要组成满足条件：重烃≥85%、丙烷≤14%，所述重烃指的是C6以及C6+的烃类组分。
下面以25万吨/年液化天然气厂为例进行详细说明，气态天然气的流量为2700kmol/h，气态天然气中含有81%甲烷、15%氢气、0.74%氮气，气态天然气中重烃（C6以及C6+的烃类组分）的含量为0.7%，气态天然气的露点温度≤-70℃，气态天然气中二氧化碳含量≤50ppm，温度为10℃、压力为2.16MPa的气态天然气由冷却洗涤塔的底部进入，穿过冷却洗涤塔的填料层由下而上流动，在向上流动的过程中，与来自冷却洗涤塔顶部液相分布器喷淋的吸收冷却剂相接触，气态天然气被冷却，同时气态天然气中的重组分（C6以及C6+组分）被吸收冷却剂所吸收，冷却洗涤塔中填充有填料，填料选择拉西环填料，填料的材质为为陶瓷，乱堆填放，填料分为上下两层堆放，在两层填料之间设有挡板，挡板上有导气管，导气管上方有防液帽，两层填料间的挡板上存有吸收冷却剂，吸收冷却剂的液层高度控制在55cm，将吸收冷却剂抽出后送入下层填料上方的液相分布器B中，冷却洗涤塔的操作压力为2.1MPa，冷却洗涤塔的底部有塔釜，塔釜内有吸收冷却剂存液，存液液位控制在68%。由冷却洗涤塔顶部气相出口离开的天然气温度为-50.3℃，压力为2.03 MPa，重烃的组成为0.69ppm，含有3%丙烷，由冷却洗涤塔的顶部气相出口输出的天然气，由联合换热装置的入口送入，气态天然气温度进一步降低，在联合换热装置中，天然气中的组分逐步冷凝为液相，离开联合换热装置的天然气大部分都成为了液相，离开联合换热装置的物料温度为-161℃，压力为1.87MPa，然后送入气液分离器中，在气液分离器中，少数不凝气（主要成分为氢气）由气液分离器装置的顶部气相出口输出，由气液分离装置的顶部气相出口输出的氢气含量为91.7%，气液分离装置中的液相组分由气液分离器底部液相出口输出后送入氢回收塔，氢回收塔的操作压力为1.43MPa，气相物料由氢回收塔的顶部气相出口输出，送入冷凝器C，冷凝器C将物料冷却至-177℃，然后送入储罐C中，由储罐C的顶部气相出口输出高纯氢气，高纯氢气中氢气的含量为99.3%，其余液相组分做为回流液由氢回收塔的顶部回流液入口返回氢回收塔。
液相物料由氢回收塔底部液相出口输出，送入氮回收塔，氮回收塔的操作压力为1.03MPa，气相物料由氮回收塔的顶部气相出口输出，送入冷凝器D，冷凝器D将物料冷却至-167℃，然后送入储罐D中，由储罐D的顶部气相出口输出氮气，所得氮气中氮气的含量98.9%，其余液相组分做为回流液由氮回收塔的顶部回流液入口返回氮回收塔，液相物料由氮回收塔的底部液相出口输出，送入丙烷回收塔，丙烷回收塔为板式塔，精馏段3块塔板，提馏段4块塔板。丙烷回收塔的操作压力为0.116MPa，气相物料由丙烷回收塔的顶部气相出口输出，送入冷凝器E，冷凝器E将物料冷却至-161.7℃，然后送入储罐E中，储罐E的底部液相出口工艺管线分成两路，一路作为回流液返回丙烷回收塔中，另一路取出为液化天然气，液化天然气中甲烷的含量99.1%,丙烷含量3ppm，由丙烷回收塔的底部液相出口输出丙烷，其中丙烷中丙烷的含量96%，然后送入换热器A的入口，经换热器换热后，送入吸收冷却剂缓冲罐，吸收冷却剂由吸收冷却剂缓冲罐的底部出口输出，送至冷却洗涤塔的顶部液相入口。吸收冷却剂由冷却洗涤塔底部液相出口输出，送入吸收冷却剂储罐，吸收冷却剂储罐中含有丙烷74.9%、甲烷20.5%、重烃4%，温度为-5.3℃，吸收冷却剂储罐选择三个圆筒型储罐并联共同使用，吸收冷却剂储罐的液位高度为总高度为65%～75%，当吸收冷却剂储罐中的液位低于65%时，向吸收冷却剂储罐中补充一定量的新鲜丙烷。吸收冷却剂由吸收冷却剂储罐底部出口输出，然后工艺管线分成两路，一路送至吸收冷却剂换热器入口，其流量为765kmol/h，另一路送至初馏塔的入口，流量为455kmol/h，送入吸收冷却剂换热器入口的吸收冷却剂被降温至-68.9℃后由出口输出，送至吸收冷却剂缓冲罐，吸收冷却剂缓冲罐中含有丙烷78.3%、甲烷21%、重烃150ppm，温度为-67℃。初馏塔选择板式塔，精馏段6块塔板，提馏段2块塔板，送入初馏塔的吸收冷却剂在初馏塔中得到分离，气相物料由初馏塔的顶部输出，送入冷凝器A，气相物料在冷凝器A中冷却至温度-73.7℃，大部分气相物料冷凝成液相，然后送入储罐A，少数不凝气由储罐A的顶部气相出口输出，不凝气温度为-73.7℃，然后送入不凝气缓冲罐中，液相由储罐A的底部采出，然后工艺管线分成两路，一路经初馏塔顶部回流液入口送回初馏塔，另一路送至换热器B的入口，其中送回初馏塔的物料和送至换热器B的物料比例为3.4:1，进入换热器B入口的物料组成为甲烷28.4%、丙烷68.56%、重烃0.017ppm，温度为-73.7℃。液相物料由初馏塔底部液相出口输出，输出的物料中含有0.0023%甲烷、82.9%丙烷、16.3%重烃，温度为58.3℃，然后送入重烃塔，重烃塔选择板式塔，精馏段6块塔板，提馏段5块塔板。在重烃塔中，重烃得到进一步分离，气相物料由重烃塔的顶部气相出口输出，送入冷凝器B，气相物料在冷凝器B中冷却至温度43℃，大部分气相物料冷凝成液相，然后送入储罐B，少数不凝气由储罐B的顶部气相出口输出，不凝气温度为42.7℃，然后送入不凝气缓冲罐中，液相由储罐B的底部采出，然后工艺管线分成两路，一路经重烃塔顶部回流液入口送回重烃塔，另一路送至换热器C的入口，其中送回重烃塔的物料和送至换热器C的物料比例为3.5:1，进入换热器C的物料含有甲烷0.024%、丙烷98.1%、重烃0.48ppm，温度为42.7℃，由重烃塔的底部液相输出重烃，其中重烃的含量为90.8%，丙烷7.6%。不凝气缓冲罐中的不凝气一同送入换热器D，换热器D入口物料温度为9.6℃，经过换热器D换热后，换热器D出口物料温度为-49.7℃，与冷却洗涤塔顶部气相出口输出的天然气一同送入联合换热装置的入口。
运行效果：经过冷却洗涤塔以后，气态天然气中的重烃由0.7%降低至0.69ppm，温度由10℃降至-50.3℃，离开冷却洗涤塔的天然气中含有3%的丙烷，因为天然气中的重烃已经降至非常低的程度，再加上气态天然气中含有一定量的丙烷，所以后续的降温液化工序中不再出现冻堵问题，设备运行稳定。吸收冷却剂由初馏塔和重烃塔联合回收，循环使用，避免了浪费，残余的丙烷由丙烷回收塔回收。本工艺生产的液化天然气中的甲烷含量高，同时副产氢气和氮气。
以上所述为本发明较佳实施例，对于本领域的普通技术人员而言，根据本发明的教导，在不脱离本发明的原理与精神的情况下，对实施方式所进行的改变、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种防冻堵的液化天然气生产装置，其特征在于，气态天然气从冷却洗涤塔的底部入口进，沿着冷却洗涤塔向上流动，冷却洗涤塔的顶部气相出口管线与换热器D 的出口管线汇合后与联合换热装置入口相连，联合换热装置的出口与气液分离装置的中部入口相连，气液分离装置的底部液相出口与氢回收塔的入口相连，氢回收塔的顶部气相出口与冷凝器C的入口相连，冷凝器C的出口与储罐C的入口相连，储罐C 的底部液相出口与氢回收塔顶部回流液入口相连，氢回收塔的底部液相出口与氮回收塔相连，氮回收塔顶部气相出口与冷凝器D入口相连，冷凝器D的出口与储罐D的入口相连，储罐D的底部液相出口与氮回收塔顶部回流液入口相连，氮回收塔的底部液相出口与丙烷回收塔相连，丙烷回收塔的顶部气相出口与冷凝器E 相连，冷凝器E的出口与储罐E的入口相连，储罐E 的底部液相出口工艺管线分成两路，一路与丙烷回收塔的顶部回流液入口相连，另一路取出液化天然气产品，丙烷回收塔底部的液相出口与换热器A 的入口相连，换热器A 的出口与吸收冷却剂缓冲罐入口相连，吸收冷却剂缓冲罐的出口与冷却洗涤塔的顶部液相入口相连；
冷却洗涤塔顶部液相入口与塔内顶部的液相分布器相连，冷却洗涤塔的底部液相出口与吸收冷却剂储罐的入口相连，吸收冷却剂储罐的出口工艺管线分成两路，一路与吸收冷却剂换热器的入口相连，另一路与初馏塔的入口相连，吸收冷却剂换热器的出口与吸收冷却剂缓冲罐的入口相连，初馏塔的底部液相出口与重烃塔的入口相连，初馏塔的顶部气相出口与冷凝器A的入口相连，冷凝器A 的出口与储罐A 的入口相连，储罐A 的底部液相出口工艺管线分成两路，一路与初馏塔的顶部回流液入口相连，另一路与换热器B 的入口相连，换热器B 的出口工艺管线与换热器C的出口工艺管线汇合后与吸收冷却剂缓冲罐的入口相连，储罐A 的顶部气相出口与不凝气缓冲罐入口相连，不凝气缓冲罐的出口与换热器D 的入口相连；
重烃塔底部输出重烃，重烃塔的顶部气相出口与冷凝器B 的入口相连，冷凝器B 的出口与储罐B 的入口相连，储罐B 的底部液相出口工艺管线分成两路，一路与重烃塔的顶部回流液入口相连，另一路与换热器C 的入口相连，换热器C 的出口工艺管线与换热器B的出口工艺管线汇合后与吸收冷却剂缓冲罐的入口相连，换热器D的出口工艺管线与冷却洗涤塔的顶部气相出口工艺管线汇合后与联合换热装置的入口相连。
2.根据权利要求1所述的一种防冻堵的液化天然气生产装置，其特征在于，冷却洗涤塔为一填料塔，塔内填充有填料，填料为拉西环填料、贝尔鞍型填料、阶梯环填料或鲍尔环填料，填料的材料为陶瓷、不锈钢或玻璃，填料分为上下两层堆放，在两层填料之间设有挡板，挡板上有导气管，导气管上方有防液帽，导气管让穿过下层填料的天然气进入上层填料，防液帽用于防止穿过上层填料的吸收冷却剂直接进入下层填料，在两层填料之间的挡板上存有吸收冷却剂，吸收冷却剂的液层高度控制在50～70cm，此处吸收冷却剂抽出后送入下层填料上方的液相分布器中，冷却洗涤塔的底部有塔釜，塔釜内有吸收冷却剂存液，存液液位控制在65%～75%。
3.根据权利要求1所述的一种防冻堵的液化天然气生产装置，其特征在于，丙烷回收塔为一精馏塔，选择板式塔或填料塔，选择板式塔时，精馏段塔板数不少于2块，提馏段塔板数不少于4块。
4.根据权利要求1所述的一种防冻堵的液化天然气生产装置，其特征在于，吸收冷却剂储罐为球型罐或圆筒型储罐，选择单一储罐或选择多个储罐并联共同使用。
5.根据权利要求1所述的一种防冻堵的液化天然气生产装置，其特征在于，初馏塔为一精馏塔，选择板式塔或填料塔，选择板式塔时，精馏段塔板数不少于5块，提馏段塔板数不少于2块。
6.根据权利要求1所述的一种防冻堵的液化天然气生产装置，其特征在于，重烃塔为一精馏塔，选择板式塔或填料塔，选择板式塔时，精馏段塔板数不少于6块，提馏段塔板数不少于4块。
7.根据权利要求1-6任一所述防冻堵的液化天然气生产装置的生产工艺，其特征在于，包括如下步骤：气态天然气由冷却洗涤塔的底部进入，进入冷却洗涤塔的气态天然气含有甲烷75%～92%、氢气0.2%～20%、重烃0.3%～0.7%、氮气0.2%～0.8%，压力为1.0～2.3 MPa，温度为10～18℃，穿过冷却洗涤塔的填料层由下而上流动，在向上流动的过程中，与来自冷却洗涤塔顶部液相分布器喷淋的吸收冷却剂相接触，气态天然气被冷却，同时气态天然气中的重烃被吸收冷却剂所吸收，挡板上吸收冷却剂的液层高度控制在50～70cm，此处吸收冷却剂抽出后送入下层填料上方的液相分布器中，冷却洗涤塔的底部有塔釜，塔釜内有吸收冷却剂存液，存液液位控制在65%～75%，冷却净化后的气态天然气由冷却洗涤塔的顶部气相出口输出，含有甲烷73%～90%、氢气0.19%～18%、丙烷2%～4%、重烃≤0.7ppm、氮气0.18%～0.7%，压力为0.95～2.25MPa，温度为-55～-45℃，然后由联合换热装置的入口送入，气态天然气温度进一步降低，在联合换热装置中，天然气中的组分逐步冷凝为液相，离开联合换热装置的天然气大部分都成为了液相，联合换热装置出口物料温度为-162～-146℃，然后送入气液分离装置中，气液分离装置顶部气相出口所得氢气的含量≥90%，在气液分离器中，少数不凝气，其主要成分为氢气，由气液分离器装置的顶部气相出口输出，气液分离装置中的液相组分由气液分离器底部液相出口输出后送入氢回收塔，氢回收塔的操作压力为1.27～2.0MPa，气相物料由氢回收塔的顶部气相出口输出，送入冷凝器C，冷凝器C将物料冷却至-179.5～-177℃，然后送入储罐C中，由储罐C的顶部气相出口输出高纯氢气，高纯氢中氢气的含量≥99%，其余液相组分做为回流液由氢回收塔的顶部回流液入口返回氢回收塔，液相物料由氢回收塔底部液相出口输出送入氮回收塔，氮回收塔的操作压力为0.9～1.2MPa，气相物料由氮回收塔的顶部气相出口输出，送入冷凝器D，冷凝器D将物料冷却至-168～-159℃，然后送入储罐D中，由储罐D的顶部气相出口输出氮气，其中氮气的含量≥97.6%，其余液相组分做为回流液由氮回收塔的顶部回流液入口返回氮回收塔，液相物料由氮回收塔的底部液相出口输出，送入丙烷回收塔，丙烷回收塔的操作压力为0.107～0.15MPa，气相物料由丙烷回收塔的顶部气相出口输出，送入冷凝器E，冷凝器E将物料冷却至-168～-155℃，然后送入储罐E中，储罐E的底部液相出口工艺管线分成两路，一路与丙烷回收塔顶部回流液入口相连，另一路取出为液化天然气，液化天然气中甲烷的含量≥98%、丙烷含量≤100ppm，由丙烷回收塔的底部液相出口输出丙烷，其中丙烷中丙烷的含量≥93.7%，然后送入换热器A的入口，经换热器换热后，送入吸收冷却剂缓冲罐，吸收冷却剂缓冲罐内物料温度为-70～-60℃，吸收冷却剂由吸收冷却剂缓冲罐的底部出口输出，送至冷却洗涤塔的顶部液相入口，完成对天然气的冷却和重烃吸收的吸收冷却剂由冷却洗涤塔底部液相出口输出，送入吸收冷却剂储罐，吸收冷却剂储罐中含有丙烷70%～88%、甲烷10%～22%、重烃0.1%～7%，物料温度为-15～0℃，吸收冷却剂储罐的液位高度为总高度为65%～75%，当吸收冷却剂储罐中的液位低于65%时，向吸收冷却剂储罐中补充一定量的新鲜丙烷，吸收冷却剂由吸收冷却剂储罐底部出口输出，然后工艺管线分成两路，一路送至吸收冷却剂换热器入口，另一路送至初馏塔的入口，送入吸收冷却剂换热器入口的吸收冷却剂被降温至-70～-60℃后由出口输出，送至吸收冷却剂缓冲罐，吸收冷却剂缓冲罐中含有丙烷76%～90%、甲烷9%～21%、重烃≤200ppm，送入初馏塔的吸收冷却剂在初馏塔中得到分离，气相物料由初馏塔的顶部输出，送入冷凝器A，气相物料在冷凝器A中冷却至温度-75～-68℃，大部分气相物料冷凝成液相，然后送入储罐A，少数不凝气由储罐A的顶部气相出口输出，物料温度为-75～-68℃，然后送入不凝气缓冲罐中，液相由储罐A的底部采出，然后工艺管线分成两路，一路经初馏塔顶部回流液入口送回初馏塔，另一路送至换热器B的入口，进入换热器B入口的物料组成为甲烷18%～31%、丙烷67%～78%、重烃<0.02ppm，温度为-75～-68℃，其中送回初馏塔的物料和送至换热器B的物料比例为1:1～5:1，初馏塔的底部为塔釜，液相物料由初馏塔底部液相出口输出，物料中含有甲烷≤0.3%、丙烷≥74.5%、重烃4%～21%，温度为51～63℃，然后送入重烃塔，在重烃塔中，重烃得到进一步分离，气相物料由重烃塔的顶部气相出口输出，送入冷凝器B，气相物料在冷凝器B中冷却至温度15～46℃，大部分气相物料冷凝成液相，然后送入储罐B，少数不凝气由储罐B的顶部气相出口输出，物料温度为15～46℃，然后送入不凝气缓冲罐中，不凝气缓冲罐中的气体送入换热器D，换热器D入口物料温度为-9～30℃，经过换热器D换热后，换热器D出口物料温度为-55～-45℃，与冷却洗涤塔顶部气相出口输出的天然气一同送入联合换热装置的入口，液相由储罐B的底部液相出口采出，然后工艺管线分成两路，一路经重烃塔顶部回流液入口送回重烃塔，另一路送至换热器C的入口，进入换热器C的物料组成为甲烷≤0.3%、丙烷≥96%、重烃<5ppm，温度为15～46℃，其中送回重烃塔的物料和送至换热器C的物料比例为1.5:1～4.5:1，从重烃塔底部液相出口中输出的重烃主要组成满足条件：重烃≥85%、丙烷≤14%。
8.根据权利要求7所述防冻堵的液化天然气生产装置的生产工艺，其特征在于，所述重烃指的是C6以及C6+的烃类组分。
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