CN114085689A - 一种混合冷剂制冷天然气脱氮与回收乙烷的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种混合冷剂制冷天然气脱氮与回收乙烷的装置及方法，解决了现有技术中天然气中氮气的含量较高时，会影响其燃烧的热值，还会造成集输过程中能耗偏高，且不能直接作为某些化工产品的原料和车用燃料的技术问题。它包括通过保冷管线依次连接的主换热器（1）和低温分离器（2）；所述低温分离器（2）的顶部和底部分别设有气相出口和液相出口，所述低温分离器（2）的气相出口和液相出口上分别连接有气相处理线路和液相处理线路。本发明提供了一种混合冷剂制冷天然气脱氮与回收乙烷的装置及方法，具有系统操作简单，系统操作弹性大，能适应不同的负荷工况，能耗低，投资合理，不仅可以提高天然气热值，还可以回收液态的乙烷和液化石油气，具有较大经济效益。
Description
技术领域
本发明涉及天然气处理工艺技术领域，具体涉及一种混合冷剂制冷天然气脱氮与回收乙烷的装置及方法。
背景技术
天然气在居民生活与工业生产中扮演着越来越重要的角色，对天然气进行高效利用已成为许多国家调整能源结构的重要措施。天然气除了含有甲烷，还有乙烷、丙烷、C4 +和氮气等组分。
当天然气中氮气的含量较高时，具体来说有下述影响：①会影响其燃烧的热值，常规管输天然的热值一般在8500-9000Kcal/Nm3，当氮气含量大于10%，热值则会低于7800Kcal/Nm3,相比常规的管输天然低于13%；②会造成管道集输过程中能耗偏高，在管道集输过程中往往需要对天然气进行加压，当氮气含量增加至10%，相对能耗会增加3-5%；③不能直接作为某些化工产品的原料和车用燃料。
另一方面，在天然气长输管道中，随着技术的进步，输送压力较高；在高压力和一定温度条件下，管道中的天然气有可能析出液态烃，因此GB50251规定：进入输气管道的气体必须清除机械杂质；一般烃露点应低于最低输送环境温度等。当管输气中的重组分C4+上升5%，其烃露点一般会上升1-5℃；因此，天然气中含有较多的丙烷和C4 +时，会影响其管输的烃露点，在输送管道中凝结影响安全输送。
为了提高天然气的品质，满足管输气对烃露点的要求，需要将天然气中氮气进行脱除，对乙烷、丙烷和C4 +进行回收再利用，提高天然气利用的整体经济效益。
发明内容
本发明的目的在于提供一种混合冷剂制冷天然气脱氮与回收乙烷的装置及方法，以解决现有技术中天然气中氮气的含量较高时，会影响其燃烧的热值，还会造成集输过程中能耗偏高，且不能直接作为某些化工产品的原料和车用燃料的技术问题。
为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：
本发明提供的一种混合冷剂制冷天然气脱氮与回收乙烷的装置，包括通过保冷管线依次连接的主换热器和低温分离器；所述低温分离器的顶部和底部分别设有气相出口和液相出口，所述低温分离器的气相出口和液相出口上分别连接有气相处理线路和液相处理线路；其中，
所述主换热器内设有原料气通道I、天然气通道Ⅰ、原料气通道Ⅱ（A3）、富氮气通道、天然气通道Ⅱ、高压冷剂通道Ⅰ、高压冷剂通道Ⅱ、返流冷剂通道和液态乙烷过冷通道；
所述主换热器的原料气通道I的入口连接有原料天然气的进气管；
所述气相处理线路包括沿着进气方向依次通过保冷管线连接的脱氮塔、脱氮塔冷凝器、脱氮塔回流罐；所述低温分离器的气相出口与原料气通道Ⅱ的入口相接，所述脱氮塔的进口与原料气通道Ⅱ的出口相接；所述脱氮塔回流罐的气相出口与富氮气通道的入口相接，所述富氮气通道的出口与外界的富氮燃料管线连接；所述脱氮塔底部的液相出口与天然气通道Ⅱ的入口相接，所述天然气通道Ⅱ的出口与外界的产品天然气管线连接；
所述液相处理管路包括沿着进液方向依次通过保冷管线连接的脱甲烷塔、脱乙烷塔、脱乙烷塔冷凝器、脱乙烷塔回流罐；所述脱甲烷塔的液相出口与脱乙烷塔中部的入口相接，所述脱乙烷塔的气相出口与脱乙烷塔冷凝器相接，所述脱乙烷塔回流罐的气相出口与主换热器的液态乙烷过冷通道的入口相接，所述液态乙烷过冷通道的出口与外界的液体乙烷储存装置相接；所述脱甲烷塔的气相出口与天然气通道I的入口相接，所述天然气通道I的出口与外界的产品天然气管线连接；
还包括为脱氮塔和脱甲烷塔提供热源的混合冷剂制冷循环回路以及为脱乙烷塔提供冷源的丙烷压缩冷凝机组；
还包括控制装置，所述主换热器、低温分离器、脱氮塔、脱氮塔冷凝器、脱氮塔回流罐、脱甲烷塔、脱乙烷塔、脱乙烷塔冷凝器、脱乙烷塔回流罐分别与控制装置电连接。
进一步的，所述脱乙烷塔的液相出口通过保冷管线与液化石油气储存装置连接，且在该保冷管线上连接有液化石油气冷却器。
进一步的，所述气相处理线路还包括用于控制脱氮塔塔釜内氮含量的脱氮塔再沸器，所述脱氮塔下部内置有液体收集器一，所述液体收集器一的出口与脱氮塔再沸器的入口相接，所述脱氮塔再沸器的出口与脱氮塔下部的入口相接；所述脱氮塔再沸器与控制装置电连接。
进一步的，所述液相处理线路还包括用于控制脱甲烷塔塔釜中与塔釜液相中甲烷含量的脱甲烷塔侧沸器，所述脱甲烷塔的中部和下部均内置有液体收集器二，两个所述液体收集器二的出口均与脱甲烷塔侧沸器的入口相接，所述脱甲烷塔侧沸器的出口分别与脱甲烷塔中部和下部的入口相接，所述脱甲烷塔侧沸器与控制装置电连接。
进一步的，所述液相处理线路还包括用于控制脱乙烷塔塔釜内乙烷含量的脱乙烷塔再沸器，所述脱乙烷塔的下部内置有液体收集器三，所述液体收集器三的出口与脱乙烷塔再沸器的入口相接，所述脱乙烷塔再沸器的出口与脱乙烷塔下部的入口相接，所述脱乙烷塔再沸器与控制装置电连接。
进一步的，所述混合冷剂制冷循环回路包括沿着冷剂循环方向依次相接的混合冷剂压缩机组、脱甲烷塔侧沸器、高压冷剂通道Ⅰ、脱氮塔再沸器、高压冷剂通道Ⅱ、脱氮塔冷凝器、返流冷剂通道，所述返流冷剂通道的出口与混合冷剂压缩机组的入口相接；所述脱甲烷塔侧沸器内设有高压冷剂通道Ⅴ、混烃通道Ⅰ和混烃通道Ⅱ；所述脱氮塔再沸器内设有天然气通道和高压冷剂通道Ⅲ；所述脱氮塔冷凝器内设有富氮气通道和混合冷剂通道；所述脱乙烷塔冷凝器内设有乙烷冷凝通道和丙烷蒸发通道。
进一步的，所述脱甲烷塔顶部气相出口的管线上设置有压力数字控制器Ⅰ和压力调节阀a，所述压力数字控制器Ⅰ、压力调节阀a分别与控制装置电连接；
所述低温分离器上设置有液位数字控制器Ⅱ，低温分离器底部液相出口的管线上设置有液位调节阀b，所述液位数字控制器Ⅱ、液位调节阀b分别与控制装置电连接；
所述脱甲烷塔上设置有液位数字控制器Ⅲ，脱甲烷塔底部液相出口的管线上设置有液位调节阀c；所述液位数字控制器Ⅲ、液位调节阀c分别与控制装置电连接；
所述脱氮塔上设置有液位数字控制器Ⅳ，脱氮塔底部液相出口的管线上设置有液位调节阀e；所述数字控制器Ⅳ、液位调节阀分别与控制装置电连接；
所述高压冷剂通道II出口的管线上设置有调节脱氮塔顶部温度的手动调节阀，所述调节阀与控制装置电连接；
所述脱氮塔回流罐顶部气相出口的管线上设有压力数字控制器Ⅴ，脱氮塔回流罐顶部气相出口的管线上设有压力调节阀f，所述压力数字控制器Ⅴ和压力调节阀f电连接；
所述脱乙烷塔上设置有液位数字控制器Ⅶ，所述脱乙烷塔液相出口的管线上设有液位调节阀h，所述液位数字控制器Ⅶ和液位调节阀h电连接；
所述脱乙烷塔回流罐顶部气相出口的管线上设置压力数字控制器Ⅷ，所述脱乙烷塔回流罐顶部气相出口的管线上设置压力调节阀j，所述压力数字控制器Ⅷ和压力调节阀j电连接。
进一步的，所述脱氮塔、脱甲烷塔和脱乙烷塔为填料塔或板式塔。
本发明提供的混合冷剂制冷天然气脱氮与回收乙烷的方法，应用前述的混合冷剂制冷天然气脱氮与回收乙烷的装置进行，具体包括下述步骤：
S1、经净化的含有甲烷、乙烷、丙烷、氮气和少量C4+的原料天然气进入原料气通道Ⅰ，在原料气通道Ⅰ里净化的天然气被冷却并部分冷凝，进入低温分离器气液分离；顶部分离的气相进入原料气通道Ⅱ进行冷却和冷凝后，进入脱氮塔进行脱氮；低温分离器底部的液相进入脱甲烷塔，脱甲烷塔内的液体引出至脱甲烷塔侧沸器进行加热，控制脱甲烷塔塔中与塔釜液相中的甲烷含量，脱甲烷塔侧沸器的热源来自混合冷剂制冷循环回路，脱甲烷塔顶部得到气相进入天然气通道I进行复热至常温后作为产品外输天然气，通过产品天然气管线输出；脱甲烷塔底部得到液相进入脱乙烷塔的中部进行精馏；
S2、经过脱乙烷塔进行精馏，在其顶部得到富含乙烷气相，在脱乙烷塔冷凝器被冷却和部分冷凝后，进入脱乙烷塔回流罐进行气液分离，气相为体积百分含量大于95%的乙烷，进入液态乙烷过冷通道，在液态乙烷过冷通道冷却、冷凝和过冷后，去液体乙烷储存装置储存；脱乙烷塔回流罐分离的液相作为脱乙烷塔的回流液，脱乙烷塔塔顶的冷量来自丙烷压缩冷凝机组；脱乙烷塔底部内的液体引出至脱乙烷塔的脱乙烷塔再沸器进行加热，控制脱乙烷塔塔釜的乙烷含量，塔釜的热源由外界提供，塔釜得到的液化石油气产品，经液化石油气冷却器冷却至常温后去液化石油气储存装置储存；
S3、来自原料气通道Ⅱ的含氮原料气，在脱氮塔进行精馏脱氮，在其顶部得到的富氮气，其组分为甲烷和氮气，依次经富氮气通道、脱氮塔回流罐、富氮气通道复热后作为富氮燃料气，通过富氮燃料管线输出；脱氮塔底部的液体引出至脱氮塔的脱氮塔再沸器进行加热，控制脱氮塔塔釜的氮含量低于1%，塔釜的热源由混合冷剂制冷循环回路提供，脱氮塔塔釜产生的液化天然气，其组分主要为甲烷，进入天然气通道Ⅱ复温后，与步骤S1中复温后脱甲烷塔顶部气一起作为脱氮后的产品外输天然气，通过产品天然气管线输出。
进一步的，天然气脱氮与回收甲烷的冷量来自混合冷剂制冷循环，具体为：首先，来自返流冷剂通道的低压混合冷剂经过混合冷剂压缩机组压缩和冷却，进入高压冷剂通道Ⅴ为脱甲烷塔提供热源，再进入高压冷剂通道Ⅰ被冷却部分冷凝后，进入高压冷剂通道Ⅲ为脱氮塔提供热源，再进入高压冷剂通道Ⅱ被冷却、冷凝和液化，通过手动调节阀d减压节流后，进入混合冷剂通道为脱氮塔塔顶提供冷源后，进入返流冷剂通道为主换热器正流通道提供冷量复温后，返回混合冷剂压缩机组，完成闭式循环。
基于上述技术方案，本发明实施例至少可以产生如下技术效果：
本发明提供了一种混合冷剂制冷天然气脱氮与回收乙烷的装置及方法，具有系统操作简单，系统操作弹性大，能适应不同的负荷工况，能耗低，投资合理，不仅可以提高天然气热值，还可以回收液态的乙烷和液化石油气，具有较大经济效益，具体来说：
（1）能耗低：天然气的脱氮和C2+的回收，采用多组份混合冷剂的制冷循环来提供冷量，多组份混合冷剂的制冷循环具有流程简单、适应性强、操作运行比较容易，且功耗相对较低等优点，另外，C2+的分离，采用丙烷压缩冷凝机组提供冷量，该工艺实现了不同温度段，不同冷量分配，降低了整个装置能耗；
（2）具有较高的经济效益与实用价值：本工艺不仅提高了天然气的品质，还可以回收液态的乙烷和液化石油气，解决了含氮高富气的外输问题；
（3）流程简单、操作性强，本工艺采用了闭式多组份混合冷剂的制冷循环和丙烷压缩冷凝机组制冷循环，两个系统相对独立，操作简单，易启动；
（4）维护方便、工作可靠，本装置采用的动力设备较少，便于设备的维护，减少设备故障；
（5）此外，该装置还具有安全可靠、实用性广等优点。
附图说明
图1是本发明实施例的连接示意图；
图中： 1、主换热器；2、低温分离器；3、脱氮塔；4、脱氮塔冷凝器；5、脱氮塔回流罐；6、脱氮塔再沸器；7、脱甲烷塔；8、脱甲烷塔侧沸器；9、脱乙烷塔；10、脱乙烷塔冷凝器；11、脱乙烷塔回流罐；11、脱乙烷塔再沸器；13、液化石油气冷却器； 14、混合冷剂压缩机组； 15、压力数字控制器Ⅰ；16、压力调节阀a；17、液位数字控制器Ⅱ；18、液位调节阀b；19、液位数字控制器Ⅲ；20、液位调节阀c；21、液位数字控制器Ⅳ；22、液位调节阀e；23、手动调节阀d；24、压力数字控制器Ⅴ；25、压力调节阀f；26、液位数字控制器Ⅶ；27、液位调节阀h；28、压力数字控制器Ⅷ；29、压力调节阀j； 30、液体乙烷储存装置；31、丙烷压缩冷凝机组；32、液化石油气储存装置；33、富氮燃料管线；34、产品天然气管线；35、进气管； 36、温度数字控制器Ⅵ； 37、调节阀g；
A1、原料气通道Ⅰ；A2、天然气通道Ⅰ；A3、原料气通道Ⅱ；A4、富氮气通道；A5、天然气通道Ⅱ；A6、高压冷剂通道Ⅰ；A7、高压冷剂通道Ⅱ；A8、返流冷剂通道；A9、液态乙烷过冷通道；B1、富氮气通道；B2、混合冷剂通道；C1、天然气通道；C2、高压冷剂通道Ⅲ；D1、高压冷剂通道Ⅴ；D2、混烃通道Ⅰ；D3、混烃通道Ⅱ；E1、乙烷冷凝通道；E2、丙烷蒸发通道。
具体实施方式
如图1所示：
实施例1：
一种混合冷剂制冷天然气脱氮与回收乙烷的装置，包括通过保冷管线依次连接的主换热器1和低温分离器2；所述低温分离器2的顶部和底部分别设有气相出口和液相出口，所述低温分离器2的气相出口和液相出口上分别连接有气相处理线路和液相处理线路；其中，
所述主换热器1内设有原料气通道ⅠA1、天然气通道ⅠA2、原料气通道ⅡA3、富氮气通道A4、天然气通道ⅡA5、高压冷剂通道ⅠA6、高压冷剂通道ⅡA7、返流冷剂通道A8和液态乙烷过冷通道A9；
所述主换热器的原料气通道Ⅰ的入口连接有原料天然气的进气管；
所述气相处理线路包括沿着进气方向依次通过保冷管线连接的脱氮塔3、脱氮塔冷凝器4、脱氮塔回流罐5；所述低温分离器2的气相出口与原料气通道ⅡA3的入口相接，所述脱氮塔3的进口与原料气通道ⅡA3的出口相接；所述脱氮塔回流罐5的气相出口与富氮气通道A4的入口相接，所述富氮气通道A4的出口与外界的富氮燃料管线33连接；所述脱氮塔3底部的液相出口与天然气通道ⅡA5的入口相接，所述天然气通道ⅡA5的出口与外界的产品天然气管线33连接；
所述液相处理管路包括沿着进液方向依次通过保冷管线连接的脱甲烷塔7、脱乙烷塔9、脱乙烷塔冷凝器10、脱乙烷塔回流罐11；所述脱甲烷塔7的液相出口与脱乙烷塔9中部的入口相接，所述脱乙烷塔9的气相出口与脱乙烷塔冷凝器10相接，所述脱乙烷塔回流罐11的气相出口与主换热器1的液态乙烷过冷通道A9的入口相接，所述液态乙烷过冷通道A9的出口与外界的液体乙烷储存装置相接；所述脱甲烷塔7的气相出口与天然气通道IA2的入口相接，所述天然气通道A2I的出口与外界的产品天然气管线33连接；
还包括为脱氮塔3和脱甲烷塔7提供热源的混合冷剂制冷循环回路以及为脱乙烷塔9提供冷源的丙烷压缩冷凝机组31；
还包括控制装置，所述主换热器1、低温分离器2、脱氮塔3、脱氮塔冷凝器4、脱氮塔回流罐5、脱甲烷塔7、脱乙烷塔9、脱乙烷塔冷凝器10、脱乙烷塔回流罐11分别与控制装置电连接。
本发明提供了一种混合冷剂制冷天然气脱氮与回收乙烷的装置及方法，具有系统操作简单，系统操作弹性大，能适应不同的负荷工况，能耗低，投资合理，不仅可以提高天然气热值，还可以回收液态的乙烷和液化石油气，具有较大经济效益，具体来说：能耗低：天然气的脱氮和C2+的回收，采用多组份混合冷剂的制冷循环来提供冷量，多组份混合冷剂的制冷循环具有流程简单、适应性强、操作运行比较容易，且功耗相对较低等优点，另外，C2+的分离，采用丙烷压缩冷凝机组提供冷量，该工艺实现了不同温度段，不同冷量分配，降低了整个装置能耗；具有较高的经济效益与实用价值：本工艺不仅提高了天然气的品质，还可以回收液态的乙烷和液化石油气，解决了含氮高富气的外输问题；流程简单、操作性强，本工艺采用了闭式多组份混合冷剂的制冷循环和丙烷压缩冷凝机组制冷循环，两个系统相对独立，操作简单，易启动；维护方便、工作可靠，本装置采用的动力设备较少，便于设备的维护，减少设备故障；此外，该装置还具有安全可靠、实用性广等优点。
作为可选的实施方式，所述脱乙烷塔9的液相出口通过保冷管线与液化石油气储存装置连接，且在该保冷管线上连接有液化石油气冷却器13。
作为可选的实施方式，所述气相处理线路还包括用于控制脱氮塔3塔釜内氮含量的脱氮塔再沸器6，所述脱氮塔3下部内置有液体收集器一，所述液体收集器一的出口与脱氮塔再沸器6的入口相接，所述脱氮塔再沸器6的出口与脱氮塔3下部的入口相接；所述脱氮塔再沸器6与控制装置电连接。
作为可选的实施方式，所述液相处理线路还包括用于控制脱甲烷塔7塔釜中与塔釜液相中甲烷含量的脱甲烷塔侧沸器8，所述脱甲烷塔7的中部和下部均内置有液体收集器二，两个所述液体收集器二的出口均与脱甲烷塔侧沸器8的入口相接，所述脱甲烷塔侧沸器8的出口分别与脱甲烷塔7中部和下部的入口相接，所述脱甲烷塔侧沸器8与控制装置电连接。
作为可选的实施方式，所述液相处理线路还包括用于控制脱乙烷塔9塔釜内乙烷含量的脱乙烷塔再沸器12，所述脱乙烷塔9的下部内置有液体收集器三，所述液体收集器三的出口与脱乙烷塔再沸器12的入口相接，所述脱乙烷塔再沸器12的出口与脱乙烷塔9下部的入口相接，所述脱乙烷塔再沸器12与控制装置电连接。
作为可选的实施方式，所述混合冷剂制冷循环回路包括沿着冷剂循环方向依次相接的混合冷剂压缩机组14、脱甲烷塔侧沸器8、高压冷剂通道IA6、脱氮塔再沸器6、高压冷剂通道IIA7、脱氮塔冷凝器4、返流冷剂通道A8，所述返流冷剂通道A8的出口与混合冷剂压缩机组14的入口相接；所述脱甲烷塔侧沸器8内设有高压冷剂通道ⅤD1、混烃通道ⅠD2和混烃通道ⅡD3；所述脱氮塔再沸器6内设有天然气通道C1和高压冷剂通道ⅢC2；所述脱氮塔冷凝器4内设有富氮气通道B1和混合冷剂通道B2；所述脱乙烷塔冷凝器10内设有乙烷冷凝通道E1和丙烷蒸发通道E2。
作为可选的实施方式，所述脱甲烷塔7顶部气相出口的管线上设置有压力数字控制器Ⅰ15和压力调节阀a16，所述压力数字控制器Ⅰ15、压力调节阀a16分别与控制装置电连接；
所述低温分离器2上设置有液位数字控制器Ⅱ17，低温分离器2底部液相出口的管线上设置有液位调节阀b18，所述液位数字控制器Ⅱ17、液位调节阀b18分别与控制装置电连接；
所述脱甲烷塔7上设置有液位数字控制器Ⅲ19，脱甲烷塔7底部液相出口的管线上设置有液位调节阀c20；所述液位数字控制器Ⅲ19、液位调节阀c20分别与控制装置电连接；
所述脱氮塔3上设置有液位数字控制器Ⅳ21，脱氮塔3底部液相出口的管线上设置有液位调节阀e22；所述数字控制器Ⅳ21、液位调节阀22分别与控制装置电连接；
所述高压冷剂通道ⅡA7出口的管线上设置有调节脱氮塔3顶部温度的手动调节阀d，所述调节阀d与控制装置电连接；
所述脱氮塔回流罐5顶部气相出口的管线上设有压力数字控制器Ⅴ24，脱氮塔回流罐5顶部气相出口的管线上设有压力调节阀f26，所述压力数字控制器Ⅴ24、压力调节阀f26分别与控制装置电连接；
所述脱乙烷塔9上设置有液位数字控制器Ⅶ26，所述脱乙烷塔9液相出口的管线上设有液位调节阀h27，所述液位数字控制器Ⅶ26、液位调节阀h27分别与控制装置电连接；
所述脱乙烷塔回流罐11顶部气相出口的管线上设置压力数字控制器Ⅷ28，所述脱乙烷塔回流罐11顶部气相出口的管线上设置压力调节阀j29，所述压力数字控制器Ⅷ28、压力调节阀j29分别与控制装置电连接。
所述乙烷冷凝通道E1的出口管线上设有温度数字控制器Ⅵ36，所述丙烷蒸发通道E2的进口管线上设有调节阀g，所述温度数字控制器Ⅵ36、调节阀g分别与控制装置电连接；通过温度数字控制器Ⅵ测量乙烷冷凝通道E1出口的富含乙烷气相温度，来控制调节阀g开度，进而控制乙烷冷凝通道E1出口的富含乙烷气相温度，即调节阀g控制丙烷进入丙烷蒸发通道E2量来控制富含乙烷气相的温度。
作为可选的实施方式，所述脱氮塔3、脱甲烷塔7和脱乙烷塔9为填料塔或板式塔。
各部件件的连接均采用保冷管线，具体的连接方式为：
所述的原料气通道ⅠA1的进口与外界净化后的原料天然气的进气管35连接，原料气通道ⅠA1的出口与低温分离器2的进料口2-A连接，所述的低温分离器2的液相出口2-B与脱甲烷塔7的进料口7-A连接；
所述的天然气通道ⅠA2的进口与脱甲烷塔7顶部的气相出口7-B连接，所述的天然气通道ⅠA2的出口与外界的产品天然气管线34连接；
所述的原料气通道ⅡA3的进口与低温分离器2的气相出口2-C连接，所述的原料气通道ⅡA3的出口与脱氮塔3的进料口3-A连接；
所述的富氮气通道A4的进口与脱氮塔回流罐5的气相出口5-B连接，所述的富氮气通道A4的出口与外界的富氮燃料管线33连接；
所述的天然气通道ⅡA5的进口与脱氮塔3的液相出口3-B连接，所述的天然气通道ⅡA5的出口与外界的产品天然气管线34连接；
所述的高压冷剂通道ⅠA6的进口与高压冷剂通道ⅤD1的出口连接，所述的高压冷剂通道ⅠA6的出口与高压冷剂通道ⅢC2的进口连接；
所述的高压冷剂通道ⅡA7的进口与高压冷剂通道ⅢC2的出口连接，所述的高压冷剂通道ⅡA7的出口与混合冷剂通道B2入口连接；
所述的返流冷剂通道A8的入口与混合冷剂通道B2出口连接，所述的返流冷剂通道A8的出口与混合冷剂压缩机组14的入口连接；
所述的液态乙烷过冷通道A9的入口与脱乙烷塔回流罐11的气相出口11-B连接，所述的液态乙烷过冷通道A9的出口与外界的液态乙烷去储存管线连接，将液态乙烷回收至液体乙烷储存装置30储存；
所述的富氮气通道B1进口与脱氮塔3的气相出口3-C连接，所述的富氮气通道B1出口与脱氮塔回流罐5的进料口5-A连接，所述的脱氮塔回流罐5的液相出口5-C与脱氮塔3的进料口3-D连接；
所述的天然气通道C1的入口与脱氮塔3的出口3-E连接，所述的天然气通道C1的出口与脱氮塔3的进口3-F连接；
所述的高压冷剂通道ⅤD1的入口与混合冷剂压缩机组14的出口连接，所述的混烃通道ⅠD2的入口与脱甲烷塔7的出口7-F连接，所述的混烃通道ⅠD2的出口与脱甲烷塔7的进口7-G连接，所述的混烃通道ⅡD3的入口与脱甲烷塔7的出口7-D连接，所述的混烃通道ⅡD3的出口脱甲烷塔7的出口7-E连接，所述的脱甲烷塔7的液相出口7-C与脱乙烷塔9的进料口9-A连接；
所述的乙烷冷凝通道E1的入口与脱乙烷塔9的气相出口9-B连接，所述的乙烷冷凝通道E1的出口与脱乙烷塔回流罐11的进料口11-A连接；
所述的丙烷蒸发通道E2入口与丙烷压缩冷凝机组31的出口连接，所述的丙烷蒸发通道E2出口与丙烷压缩冷凝机组31的入口连接；
所述的脱乙烷塔回流罐11液相出口11-C与脱乙烷塔9的进口9-C连接，所述的脱乙烷塔再沸器12进口与脱乙烷塔9的出口9-E连接，所述的脱乙烷塔再沸器12出口与脱乙烷塔9的进口9-F连接，脱乙烷塔9的出口9-D与液化石油气冷却器13入口连接，液化石油气冷却器13出口与液化石油气去储存管线连接，将液化石油回收至液化石油气储存装置32储存。
实施例2：
一种混合冷剂制冷天然气脱氮与回收乙烷的方法，应用实施例1中所述的混合冷剂制冷天然气脱氮与回收乙烷的装置进行，包括下述步骤：
S1、经净化的含有甲烷、乙烷、丙烷、氮气和少量C4+的原料天然气进入原料气通道ⅠA1，在原料气通道ⅠA1里净化的天然气被返流的混合冷剂冷却并部分冷凝，进入低温分离器2气液分离；顶部分离的气相进入原料气通道ⅡA3进行冷却和冷凝后，进入脱氮塔3进行脱氮；低温分离器2底部的液相经液位调节阀b后进入进入脱甲烷塔7，脱甲烷塔7中部和底部均内置液体收集器，将脱甲烷塔7中部和底部的液体引出至脱甲烷塔侧沸器8进行加热，控制脱甲烷塔7塔中与塔釜液相中的甲烷含量，脱甲烷塔侧沸器8的热源来自混合冷剂压缩机组14出口的高压混合冷剂，脱甲烷塔7顶部得到的气相主要是甲烷和少量乙烷，经压力调节阀a减压后进入天然气通道ⅠA2进行复热至常温后作为产品外输天然气，通过产品天然气管线34输出；脱甲烷塔7底部得到液相的主要组分为乙烷、丙烷和C4+，经液位调节阀c22减压后进入脱乙烷塔9的中部进行精馏；
S2、经过脱乙烷塔9进行精馏，在其顶部得到富含乙烷气相，在脱乙烷塔冷凝器10的乙烷冷凝通道E1被冷却和部分冷凝后，进入脱乙烷塔回流罐11进行气液分离，气相为体积百分含量大于95%的乙烷，进入液态乙烷过冷通道A9，在液态乙烷过冷通道A9冷却、冷凝和过冷后，去液体乙烷储存装置30储存；脱乙烷塔回流罐11分离的液相作为脱乙烷塔9的回流液，脱乙烷塔9塔顶的冷量来自丙烷压缩冷凝机组31；脱乙烷塔9底部内置液体收集器，将脱乙烷塔9底部的液体引出至脱乙烷塔9的脱乙烷塔再沸器12进行加热，控制脱乙烷塔9塔釜的乙烷含量低于1.5%，脱乙烷塔9塔釜的热源由外界提供，如：0.5Mpag饱和蒸汽或者180℃导热油，塔釜得到的液化石油气产品，经液化石油气冷却器13冷却至常温后去液化石油气储存装置32储存；
S3、来自原料气通道ⅡA3的含氮原料气，在脱氮塔3进行精馏脱氮，在其顶部得到的富氮气，其组分为甲烷和氮气，依次经富氮气通道B1、脱氮塔回流罐5、富氮气通道A4复热后作为富氮燃料气，通过富氮燃料管线33输出；脱氮塔3底部内置液体收集器，将脱氮塔3底部的液体引出至脱氮塔3的脱氮塔再沸器6进行加热，控制脱氮塔3塔釜的氮含量低于1%，塔釜的热源由混合冷剂制冷循环回路提供，脱氮塔3塔釜产生的液化天然气，其组分主要为甲烷，经液位调节阀e减压后，进入天然气通道IIA5复温后，与步骤S1中复温后脱甲烷塔顶部气一起作为脱氮后的产品外输天然气，通过产品天然气管线34输出；
S4、天然气脱氮与回收乙烷的冷量来自混合冷剂制冷循环，首先，来自返流冷剂通道A8的低压混合冷剂，其组分主要为甲烷、乙烷（或者乙烯）、丙烷、丁烷、异戊烷和氮气（比如：按体积比，甲烷为45%，乙烷（或乙烯）为20%，丙烷为18%，异丁烷为2%、异戊烷为8%，氮气为7%），经过混合冷剂压缩机组14压缩和冷却，进入高压冷剂通道ⅤD1为脱甲烷塔7提供热源，再进入高压冷剂通道ⅠA6被冷却部分冷凝后，进入高压冷剂通道ⅢC2为脱氮塔3提供热源，再进入高压冷剂通道ⅡA7被冷却、冷凝和液化，通过手动调节阀d减压节流后，进入混合冷剂通道B2为脱氮塔3塔顶提供冷源后，进入返流冷剂通道A8为主换热器1正流通道提供冷量复温后，返回混合冷剂压缩机组，完成闭式循环。
Claims (10)
1.一种混合冷剂制冷天然气脱氮与回收乙烷的装置，其特征在于：包括通过保冷管线依次连接的主换热器（1）和低温分离器（2）；所述低温分离器（2）的顶部和底部分别设有气相出口和液相出口，所述低温分离器（2）的气相出口和液相出口上分别连接有气相处理线路和液相处理线路；其中，
所述主换热器（1）内设有原料气通道Ⅰ（A1）、天然气通道Ⅰ（A2）、原料气通道Ⅱ（A3）、富氮气通道（A4）、天然气通道Ⅱ（A5）、高压冷剂通道Ⅰ（A6）、高压冷剂通道Ⅱ（A7）、返流冷剂通道（A8）和液态乙烷过冷通道（A9）；
所述主换热器（1）的原料气通道Ⅰ（A1）的入口连接有原料天然气的进气管（35）；
所述气相处理线路包括沿着进气方向依次通过保冷管线连接的脱氮塔（3）、脱氮塔冷凝器（4）、脱氮塔回流罐（5）；所述低温分离器（2）的气相出口与原料气通道Ⅱ（A3）的入口相接，所述脱氮塔（3）的进口与原料气通道Ⅱ（A3）的出口相接；所述脱氮塔回流罐（5）的气相出口与富氮气通道（A4）的入口相接，所述富氮气通道（A4）的出口与外界的富氮燃料管线（33）连接；所述脱氮塔（3）底部的液相出口与天然气通道Ⅱ（A5）的入口相接，所述天然气通道Ⅱ（A5）的出口与外界的产品天然气管线（33）连接；
所述液相处理管路包括沿着进液方向依次通过保冷管线连接的脱甲烷塔（7）、脱乙烷塔（9）、脱乙烷塔冷凝器（10）、脱乙烷塔回流罐（11）；所述脱甲烷塔（7）的液相出口与脱乙烷塔（9）中部的入口相接，所述脱乙烷塔（9）的气相出口与脱乙烷塔冷凝器（10）相接，所述脱乙烷塔回流罐（11）的气相出口与主换热器（1）的液态乙烷过冷通道（A9）的入口相接，所述液态乙烷过冷通道（A9）的出口与外界的液体乙烷储存装置相接；所述脱甲烷塔（7）的气相出口与天然气通道I（A2）的入口相接，所述天然气通道（A2）I的出口与外界的产品天然气管线（33）连接；
还包括为脱氮塔（3）和脱甲烷塔（7）提供热源的混合冷剂制冷循环回路以及为脱乙烷塔（9）提供冷源的丙烷压缩冷凝机组（31）；
还包括控制装置，所述主换热器（1）、低温分离器（2）、脱氮塔（3）、脱氮塔冷凝器（4）、脱氮塔回流罐（5）、脱甲烷塔（7）、脱乙烷塔（9）、脱乙烷塔冷凝器（10）、脱乙烷塔回流罐（11）分别与控制装置电连接。
2.根据权利要求1所述的混合冷剂制冷天然气脱氮与回收乙烷的装置，其特征在于：所述脱乙烷塔（9）的液相出口通过保冷管线与液化石油气储存装置连接，且在该保冷管线上连接有液化石油气冷却器（13）。
3.根据权利要求1所述的混合冷剂制冷天然气脱氮与回收乙烷的装置，其特征在于：所述气相处理线路还包括用于控制脱氮塔（3）塔釜内氮含量的脱氮塔再沸器（6），所述脱氮塔（3）下部内置有液体收集器一，所述液体收集器一的出口与脱氮塔再沸器（6）的入口相接，所述脱氮塔再沸器（6）的出口与脱氮塔（3）下部的入口相接；所述脱氮塔再沸器（6）与控制装置电连接。
4.根据权利要求1所述的混合冷剂制冷天然气脱氮与回收乙烷的装置，其特征在于：所述液相处理线路还包括用于控制脱甲烷塔（7）塔釜中与塔釜液相中甲烷含量的脱甲烷塔侧沸器（8），所述脱甲烷塔（7）的中部和下部均内置有液体收集器二，两个所述液体收集器二的出口均与脱甲烷塔侧沸器（8）的入口相接，所述脱甲烷塔侧沸器（8）的出口分别与脱甲烷塔（7）中部和下部的入口相接，所述脱甲烷塔侧沸器（8）与控制装置电连接。
5.根据权利要求1所述的混合冷剂制冷天然气脱氮与回收乙烷的装置，其特征在于：所述液相处理线路还包括用于控制脱乙烷塔（9）塔釜内乙烷含量的脱乙烷塔再沸器（12），所述脱乙烷塔（9）的下部内置有液体收集器三，所述液体收集器三的出口与脱乙烷塔再沸器（12）的入口相接，所述脱乙烷塔再沸器（12）的出口与脱乙烷塔（9）下部的入口相接，所述脱乙烷塔再沸器（12）与控制装置电连接。
6.根据权利要求1所述的混合冷剂制冷天然气脱氮与回收乙烷的装置，其特征在于：所述混合冷剂制冷循环回路包括沿着冷剂循环方向依次相接的混合冷剂压缩机组（14）、脱甲烷塔侧沸器（8）、高压冷剂通道Ⅰ（A6）、脱氮塔再沸器（6）、高压冷剂通道Ⅱ（A7）、脱氮塔冷凝器（4）、返流冷剂通道（A8），所述返流冷剂通道（A8）的出口与混合冷剂压缩机组（14）的入口相接；所述脱甲烷塔侧沸器（8）内设有高压冷剂通道Ⅴ（D1）、混烃通道Ⅰ（D2）和混烃通道Ⅱ（D3）；所述脱氮塔再沸器（6）内设有天然气通道（C1）和高压冷剂通道Ⅲ（C2）；所述脱氮塔冷凝器（4）内设有富氮气通道（B1）和混合冷剂通道（B2）；所述脱乙烷塔冷凝器（10）内设有乙烷冷凝通道（E1）和丙烷蒸发通道（E2）。
7.根据权利要求1所述的混合冷剂制冷天然气脱氮与回收乙烷的装置，其特征在于：所述脱甲烷塔（7）顶部气相出口的管线上设置有压力数字控制器Ⅰ（15）和压力调节阀a（16），所述压力数字控制器Ⅰ（15）、压力调节阀a（16）分别与控制装置电连接；
所述低温分离器（2）上设置有液位数字控制器Ⅱ（17），低温分离器（2）底部液相出口的管线上设置有液位调节阀b（18），所述液位数字控制器Ⅱ（17）、液位调节阀b（18）分别与控制装置电连接；
所述脱甲烷塔（7）上设置有液位数字控制器Ⅲ（19），脱甲烷塔（7）底部液相出口的管线上设置有液位调节阀c（20）；所述液位数字控制器Ⅲ（19）、液位调节阀c（20）分别与控制装置电连接；
所述脱氮塔（3）上设置有液位数字控制器Ⅳ（21），脱氮塔（3）底部液相出口的管线上设置有液位调节阀e（22）；所述数字控制器Ⅳ（21）、液位调节阀（22）分别与控制装置电连接；
所述高压冷剂通道II（A7）出口的管线上设置有调节脱氮塔（3）顶部温度的手动调节阀（d），所述调节阀（d）与控制装置电连接；
所述脱氮塔回流罐（5）顶部气相出口的管线上设有压力数字控制器Ⅴ（24），脱氮塔回流罐（5）顶部气相出口的管线上设有压力调节阀f（26），所述压力数字控制器Ⅴ（24）和压力调节阀f（26）电连接；
所述脱乙烷塔（9）上设置有液位数字控制器Ⅶ（26），所述脱乙烷塔（9）液相出口的管线上设有液位调节阀h（27），所述液位数字控制器Ⅶ（26）和液位调节阀h（27）电连接；
所述脱乙烷塔回流罐（11）顶部气相出口的管线上设置压力数字控制器Ⅷ（28），所述脱乙烷塔回流罐（11）顶部气相出口的管线上设置压力调节阀j（29），所述压力数字控制器Ⅷ（28）和压力调节阀j（29）电连接。
8.根据权利要求1所述的混合冷剂制冷天然气脱氮与回收乙烷的装置，其特征在于：所述脱氮塔（3）、脱甲烷塔（7）和脱乙烷塔（9）为填料塔或板式塔。
9.一种混合冷剂制冷天然气脱氮与回收乙烷的方法，其特征在于：应用权利要求1-8中任意一项所述的混合冷剂制冷天然气脱氮与回收乙烷的装置进行，包括下述步骤：
S1、经净化的含有甲烷、乙烷、丙烷、氮气和少量C4+的原料天然气进入原料气通道I（A1），在原料气通道I（A1）里净化的天然气被冷却并部分冷凝，进入低温分离器（2）气液分离；顶部分离的气相进入原料气通道II（A3）进行冷却和冷凝后，进入脱氮塔（3）进行脱氮；低温分离器（2）底部的液相进入脱甲烷塔（7），脱甲烷塔（7）内的液体引出至脱甲烷塔侧沸器（8）进行加热，控制脱甲烷塔（7）塔中与塔釜液相中的甲烷含量，脱甲烷塔侧沸器（8）的热源来自混合冷剂制冷循环回路，脱甲烷塔（7）顶部得到气相进入天然气通道I（A2）进行复热至常温后作为产品外输天然气，通过产品天然气管线（34）输出；脱甲烷塔（7）底部得到液相进入脱乙烷塔（9）的中部进行精馏；
S2、经过脱乙烷塔（9）进行精馏，在其顶部得到富含乙烷气相，在脱乙烷塔冷凝器（10）被冷却和部分冷凝后，进入脱乙烷塔回流罐（11）进行气液分离，气相为体积百分含量大于95%的乙烷，进入液态乙烷过冷通道（A9），在液态乙烷过冷通道（A9）冷却、冷凝和过冷后，去液体乙烷储存装置（30）储存；脱乙烷塔回流罐（11）分离的液相作为脱乙烷塔（9）的回流液，脱乙烷塔（9）塔顶的冷量来自丙烷压缩冷凝机组（31）；脱乙烷塔（9）底部内的液体引出至脱乙烷塔（9）的脱乙烷塔再沸器（12）进行加热，控制脱乙烷塔（9）塔釜的乙烷含量，塔釜的热源由外界提供，塔釜得到的液化石油气产品，经液化石油气冷却器（13）冷却至常温后去液化石油气储存装置（32）储存；
S3、来自原料气通道II（A3）的含氮原料气，在脱氮塔（3）进行精馏脱氮，在其顶部得到的富氮气，其组分为甲烷和氮气，依次经富氮气通道（B1）、脱氮塔回流罐（5）、富氮气通道（A4）复热后作为富氮燃料气，通过富氮燃料管线（33）输出；脱氮塔（3）底部的液体引出至脱氮塔（3）的脱氮塔再沸器（6）进行加热，控制脱氮塔（3）塔釜的氮含量低于1%，塔釜的热源由混合冷剂制冷循环回路提供，脱氮塔（3）塔釜产生的液化天然气，其组分主要为甲烷，进入天然气通道II（A5）复温后，与步骤S1中复温后脱甲烷塔顶部气一起作为脱氮后的产品外输天然气，通过产品天然气管线（34）输出。
10.根据权利要求9所述的混合冷剂制冷天然气脱氮与回收乙烷的方法，其特征在于：天然气脱氮与回收甲烷的冷量来自混合冷剂制冷循环，具体为：首先，来自返流冷剂通道（A8）的低压混合冷剂经过混合冷剂压缩机组（14）压缩和冷却，进入高压冷剂通道Ⅴ（D1）为脱甲烷塔（7）提供热源，再进入高压冷剂通道Ⅰ（A6）被冷却部分冷凝后，进入高压冷剂通道Ⅲ（C2）为脱氮塔（3）提供热源，再进入高压冷剂通道Ⅱ（A7）被冷却、冷凝和液化，通过手动调节阀d（23）减压节流后，进入混合冷剂通道（B2）为脱氮塔（3）塔顶提供冷源后，进入返流冷剂通道（A8）为主换热器（1）正流通道提供冷量复温后，返回混合冷剂压缩机组（14），完成闭式循环。
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