CN1266884A - 从天然气中除去氮气的方法 - Google Patents

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Abstract

一种从天然气除去氮气的方法,包括:a)在一个吸收装置里用直馏石脑油吸收天然气里的烃组分,排出没有吸收的氮气;b)解吸直馏石脑油里吸收的烃组分;c)解吸中回收的直馏石脑油循环到步骤(a);d)把经过这样处理的天然气供料给分配网。

Description

从天然气中除去氮气的方法
本发明涉及一种从天然气中除去氮气的方法。
更具体地说，本发明涉及一种把天然气中氮气含量降低到其浓度小于10mol％的方法。
众所周知，天然气已经成为一种热能源，其是传统的矿物源燃料，尤其是石油源燃料油的主要替代物之一，而石油源燃料油被认为是影响地球气候趋势的温室效应的主要原因之一。
来自产地的天然气基本上是由甲烷组成，但是，除了明显痕量的高级C2至C7+烃外，也可能含有不等量的惰性气体，如二氧化碳或氮气，必须把这些惰性气体除去或使其含量降低到满足使用规定。
这些规定与沃泊指数(wobbe index)有关，这个指数定义为气体热值(高或底)与其相对于空气的密度的比率。因此，沃泊指数是一个表示为气体在恒压下燃烧时产生的热值的测量参数。
从天然气中除去惰性气体，特别是除去氮气的方法在科学文献中是已知的。但是，这些方法中的大部分方法基本上是基于如US5,505,049，US5,036,671或US4,415,345所描述的低温法除氮气，这些方法是有效的，但不经济。
US5,321,952公开了一种低温法的替代法，它包括将天然气中的烃馏分(基本上是甲烷)吸收进C9-C14的石蜡油并且排出惰性气体(基本上是氮气)，这样就使之分离到大气中或另外的操作单元里。然而，用石蜡油作为吸收液有一系列的缺点，使得这种吸收法作为低温法的替代法，与后者相比缺乏竞争性。
首先，使用石蜡油的吸收法要求特定的操作条件。虽然有可能在室温下操作，在实际上，建议操作在-40--10℃的温度下进行，随后必须对气体进行强制脱水以免设备内出现结冰现象。
第二种缺点比第一种更严重，它发生在回收气体的解吸阶段。这个操作是将石蜡油在按序排列的闪蒸塔中进行膨胀。在膨胀结束时，石蜡油循环回吸收段，而气体部分送到压缩区供料给分配网，部分循环到吸收段。这个压缩阶段本身就明显地使这个方法缺少竞争性。
US5,321,952所描述方法的另一个缺点是在吸收段必须用两个塔操作，一个用来自产地的天然气供作原料，另一个用循环气。
本申请人现在发现简单地用较轻和粘性较小的液体如直馏石脑油替换石蜡油可令人意外地克服上述缺点。同时得到一种分离方法，这和低温系统一样有效却没有那么高的成本。
因此，本发明的主题涉及一种从天然气中除去氮气的方法，这种方法包括：
a)在一个吸收装置里用基本上由C5-C8的烷烃所组成的直馏石脑油吸收天然气里的烃组分，排出没有吸收的氮气；
b)在解吸塔的底部在150-200℃的温度下解吸直馏石脑油里的烃组分；
c)解吸中回收的直馏石脑油循环到步骤(a)；
d)把解吸的烃组分供料给分配网。
供料给吸收步骤的天然气通常要预处理以除去或减少高级烃和其它惰性气体如可能存在的二氧化碳。预处理操作包括将天然气送往过滤单元和加热单元。利用通过膜渗透的方法可以除去CO2和可能痕量存在的湿气。通过膜渗透方面的更详细的信息可在“Polymeric Gas Separation Membranes”(《多组分气体的分离膜》)R.E.Kesting，A.K.Fritzsche，WileyInterscience，1993中得到。
吸收步骤优选为在板式塔或填充塔里进行，将天然气送到底部，直馏石脑油送到顶部。
本说明书和权利要求书中所用的术语“直馏石脑油”指的是基本上由在室温下是液态烃的混合物所组成的石油馏分，其中单组分碳原子的数目主要是5-8，其平均沸点范围从近似于戊烷的35℃到近似于辛烷的125℃。
吸收基本上是在室温下在板式塔或填充塔里进行的，其压力与天然气的生产压力相同，其中填料优选为以有序方式排列而非随意放置。基本上由氮气组成的气流从塔的顶部排出去，而含有基本上是甲烷的天然气中烃组分的吸收液在底部回收。
在解吸塔里回收后者，操作压力低于吸收塔的压力但高于或基本等于分配网中的压力，后者再送往分配网本身。如果在解吸过程中夹带走一些直馏石脑油的组分(较轻组分)，则可包括一个带有冷冻循环的这些产品的回收步骤。
参照附图能更好地理解本发明的从天然气除去氮气的方法，附图是用于说明，而非其限定性的实施方案。
通过预处理除去湿气、二氧化碳及其它可能存在的不需要气体如H2S的含有氮气的天然气(1)送往吸收塔D1的底部。直馏石脑油通过原料管线(2)送往塔D1的顶部。直馏石脑油一般是循环的直馏石脑油(12)。
基本上由氮气组成的气流(4)从塔D1的顶部抽出，通过阀V1膨胀后接着在交换器E1冷却，进入气液分离器S1。剩下的气流(5)在V2膨胀，释放出E1里的千卡后从分离器S1中排出去。
在分离器S1底部收集的液体，基本上是由氮气夹带出的直馏石脑油组成，把它送往控制着随后解吸塔D2回流的分离器S2。
从塔D1底部回收基本上由直馏石脑油和溶解于其中的天然气所组成的液体流(6)。这个物流通过阀V3膨胀，在分离器S3中收集。由于膨胀排出的气体通过管线(7)排出并用作运行这个过程的能源。剩下的液相(8)在V4中进一步膨胀后在E2中加热，然后送往底部用再沸器E3操作的解吸塔D2。
从塔D2顶部回收基本上由甲烷和在解吸过程中甲烷自身夹带出来的直馏石脑油所组成的气流(9)。气流(9)在V5中膨胀，首先在回收交换器E4中冷却，然后在与冷却循环PK1相连接的交换器E5中冷却，接着送往分离器S2。
通过泵P1将分离器S2底部收集的液体循环(10)到塔D2的顶部作为回流。由甲烷和浓度低于10mol％的可能存在的没有吸收的氮气所组成的气体(11)在E4释放出千卡后送往分配网。
从塔D2底部回收直馏石脑油，先在空气交换器E6、再在交换器E2中冷却，然后在与冷却循环PK2相连接的交换器E7中冷却，接着通过泵P2送往吸收塔D1的顶部。因为供料中的气体可能含有积聚在直馏石脑油中的明显痕量的高级C5+烃，所以进行泄流(3)以保持循环中直馏石脑油的恒定流速。
为了说明而非限定的目的，下面提供一个实验例，这是根据所附的示意图进行操作的。
所用的天然气是在60bar下得到的，其组成如下：
                              mol％
C1                            63.98
C2                            2.22
C3                            1.32
C4(i+n)                       1.10
C5(i+n)                       0.87
nC5                           0.88
C7+                           0.48
CO2                           17.42
N2                            11.73
通过膜渗透将天然气预处理除去CO2。得到的气流(1)有以下组成：
                                mol％
C1                            78.64
N2                            14.42
其它                           6.94
把60,000Sm3/g的该气流送往吸收填充塔D1的底部，该塔的操作压力是60bar，顶部温度是25℃，底部温度是29℃。循环直馏石脑油(12)送到(2)同一塔的顶部，其温度为25℃，压力是大约62bar，其中含有大约4mol％的甲烷。所用的直馏石脑油是一种基本上由C5-C8烃所组成的混合物，其平均沸点是大约95℃。
从吸收塔D1顶部回收物流(4)，经过膨胀、冷却，然后从生产环路(5)排出。这个物流的流速大约是8,700Sm3/g，其组成如下：
                           mol％
C1                        34.00
N2                        63.00
其它                       3.00
从塔D1的底部排出由含有大约20mol％甲烷的直馏石脑油和2％的残氮气(1340Sm3/g)组成的液体流(6)。这个物流在55bar下膨胀，在分离器S3收集。从分离器的顶部排出80Sm3/g的气流(7)作为燃气，而从底部回收含有大约19mol％甲烷的直馏石脑油和1.67mol％氮气的液体流(8)。
物流(8)首先预热到45℃，然后送往解吸塔D2，该塔的操作压力是25bar，顶部温度是43℃，底部温度是165℃。
从塔D2顶部回收气流，经过膨胀和冷却后在S2中与冷凝产物分离。从这个容器里回收甲烷(11)，其流速是50,800Sm3/g。这种气体的组成如下：
                              mol％
C1                           86.53
N2                           6.14
其它                          7.33
从塔D2底部回收1200Sm3/g的直馏石脑油，在E6、E2、E7中冷却至25℃，然后在2.62m3/g的泄流(3)后泵入吸收塔。

Claims (5)

1.一种从天然气除去氮气的方法，包括：
a)在一个吸收装置里用基本上由C5-C8的烷烃所组成的直馏石脑油吸收天然气里的烃组分，排出没有吸收的氮气；
b)在解吸塔的底部在150-200℃的温度下解吸直馏石脑油里的烃组分；
c)解吸中回收的直馏石脑油循环到步骤(a)；
d)把解吸的烃组分供料给分配网。
2.根据权利要求1的方法，其中的天然气经过预处理除去二氧化碳。
3.根据权利要求2的方法，其中从天然气中除去二氧化碳是通过膜渗透的方法进行的。
4.根据上述权利要求任一项的方法，其中的吸收步骤是在填充塔里进行的。
5.根据上述权利要求任一项的方法，其中的吸收步骤是在室温下进行的。
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