CN212299663U - 一种天然气单塔深冷提氦装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种天然气单塔深冷提氦装置，所述装置包括冷箱、提氦塔以及冷剂制冷循环单元，所述冷箱与天然气进气管道连接，经预冷后的天然气分为两路，其中一路与提氦塔重沸器连接，另一路经冷箱冷凝后，通过管道与提氦塔连接，所述提氦塔顶部气相出口通过管道与提氦塔冷凝器连接，所述冷剂制冷循环单元与冷箱连接。本实用新型通过采用一个提氦塔在低温下对天然气中氦气进行精馏提浓，对一部分低温天然气进一步冷凝后进入提氦塔上部，避免了天然气中氦气含量低造成的提氦塔气液负荷剧烈变化，保证了提氦塔操作稳定；同时，设置氮气冷剂制冷循环为塔顶冷凝器提供冷量，大大降低了提氦塔回流温度，提高了提氦塔顶气中氦气含量。
Description
技术领域
本实用新型属于天然气回收氦气技术领域，特别涉及一种天然气单塔深冷提氦装置，适用于含有氦气的天然气等烃类混合物的一种或多种。
背景技术
氦气是一种无色无味的惰性气体，化学性质不活泼，一般状态下很难和其它物质发生反应，常压下液化温度为-268.9℃。由于氦气的独特性质在医疗、超低温、光纤等领域有着重要的用途。目前含有氦气的天然气是工业上生产氦气的唯一来源。利用氦气液化温度远低天然气液化温度的性质，设置精馏塔，在低温下采用精馏方式从天然气中将氦气提取出来；天然气从精馏塔塔底以液相的形式分离出来。
由于天然气中氦气含量较少，工业上提氦原料天然气中的氦气含量最低仅有0.05％，最高也不过8％。中国专利CN201210513423.4中采用两个精馏塔，期首先利用第一个精馏塔将大部分天然气组成分离出去，然后再通过第二个精馏塔将氦气进一步提浓，保证了操作平稳运行，工艺流程较复杂，投资较大。但是采用一个精馏塔分离提取氦气，由于天然气中氦气含量低导致精馏塔上部负荷和下部负荷变化大，运行操作不稳定，影响氦气收率和浓度。
实用新型内容
本实用新型的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种能够保证提氦塔操作稳定，并有效提高提氦塔顶气中氦气含量的天然气单塔深冷提氦装置。
本实用新型采用的技术方案是：一种天然气单塔深冷提氦装置，其特征在于：包括冷箱、提氦塔以及冷剂制冷循环单元；
所述冷箱内的预冷段进口端与天然气进气管道连接，其出口端经预冷后的天然气分为两路，其中一路通过管道与提氦塔底部的提氦塔重沸器连接，所述提氦塔重沸器通过管道与冷箱内的冷却段进口端连接，所述冷箱内的冷却段出口端通过设置有第一节流阀的管道与提氦塔连接，另一路通过管道与冷箱内的冷凝段进口端连接，所述冷箱内的冷凝段出口端通过设置有第二节流阀的管道与提氦塔连接；
所述提氦塔顶部气相出口通过管道与提氦塔冷凝器连接，经冷凝后的气液两相分别通过管道至后工序；
所述冷剂制冷循环单元与冷箱连接，用于为冷箱和提氦塔冷凝器提供冷量。
本实用新型所述的天然气单塔深冷提氦装置，其所述冷剂制冷循环单元包括冷却器和冷剂制冷压缩机，所述冷却器与冷箱内对应的冷却段连接，所述冷箱内对应的冷却段通过设置有第四节流阀的管道与提氦塔冷凝器连接，所述提氦塔冷凝器通过与冷箱内的冷剂复热段进口端连接，所述冷箱内的冷剂复热段出口端通过管道与冷剂制冷压缩机连接，所述冷剂制冷压缩机与冷却器连接，形成冷剂制冷循环回路。
本实用新型所述的天然气单塔深冷提氦装置，其所述提氦塔顶部气相经提氦塔冷凝器冷凝后分为两路，一路液相通过管道与提氦塔顶部连接，用于塔内液相回流，另一路气相通过管道与冷箱内的气相复热段进口端连接，所述冷箱内的气相复热段出口端通过管道至后工序。
本实用新型所述的天然气单塔深冷提氦装置，其所述提氦塔底部液相出口通过设置有第三节流阀的管道与冷箱内的液相复热段进口端连接，所述冷箱内的液相复热段出口端通过管道至后工序。
本实用新型所述的天然气单塔深冷提氦装置，其所述冷箱内的预冷段出口端通过管道与脱重烃塔连接，所述脱重烃塔的顶部气相出口通过管道与冷箱内的二次预冷段进口端连接，所述冷箱内的二次预冷段出口端通过管道与脱重烃塔回流罐连接，所述脱重烃塔回流罐的气相分为两路，其中一路通过管道与提氦塔底部的提氦塔重沸器连接，另一路通过管道与冷箱内的冷凝段连接。
本实用新型所述的天然气单塔深冷提氦装置，其所述脱重烃塔回流罐的底部液相出口通过设置有脱重烃塔回流泵的管道与脱重烃塔上部连接，所述脱重烃塔底部液烃通过管道至后工序。
与现有技术相比，本实用新型的积极效果是：通过采用一个提氦塔在低温下对天然气中氦气进行精馏提浓，对一部分低温天然气进一步冷凝后进入提氦塔上部，避免了天然气中氦气含量低造成的提氦塔气液负荷剧烈变化，保证了提氦塔操作稳定；同时，设置氮气冷剂制冷循环为塔顶冷凝器提供冷量，大大降低了提氦塔回流温度，提高了提氦塔顶气中氦气含量。
附图说明
本实用新型将通过具体实施例并参照附图的方式说明，其中
图1为本实用新型实施例1的原理示意图。
图2为本实用新型实施例2的原理示意图。
图中标记：1为天然气进气管道，2为冷箱，4为脱重烃塔，7为脱重烃塔回流罐，9为脱重烃塔回流泵，13为提氦塔，14为提氦塔重沸器，17为第一节流阀，21为第二节流阀，24为提氦塔冷凝器，29为第三节流阀，32为冷剂制冷压缩机，34为冷却器，37为第四节流阀。
具体实施方式
为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本实用新型实施例的描述中，需要说明的是，指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本实用新型实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义；实施例中的附图用以对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
实施例1：
如图1所示，一种天然气单塔深冷提氦装置，包括冷箱2、提氦塔13以及冷剂制冷循环单元。
其中，所述冷箱2内的预冷段进口端与天然气进气管道1连接，其出口端经预冷后的天然气分为两路，其中一路通过管道与提氦塔13底部的提氦塔重沸器14连接，所述提氦塔重沸器14通过管道与冷箱2内的冷却段进口端连接，所述冷箱2内的冷却段出口端通过设置有第一节流阀17的管道与提氦塔13连接，另一路通过管道与冷箱2内的冷凝段进口端连接，所述冷箱2内的冷凝段出口端通过设置有第二节流阀21的管道与提氦塔13连接。
所述提氦塔13顶部气相出口通过管道与提氦塔冷凝器24连接，经冷凝后的气液两相分别通过管道至后工序；具体地，所述提氦塔13顶部气相经提氦塔冷凝器24冷凝后分为两路，一路液相通过管道与提氦塔13顶部连接，用于塔内液相回流，另一路气相通过管道与冷箱2内的气相复热段进口端连接，所述冷箱2内的气相复热段出口端通过管道至后工序；所述提氦塔13底部液相出口通过设置有第三节流阀29的管道与冷箱2内的液相复热段进口端连接，所述冷箱2内的液相复热段出口端通过管道至后工序。
所述冷剂制冷循环单元与冷箱2连接，用于为冷箱2和提氦塔冷凝器24提供冷量；在本实施例中，所述冷剂制冷循环单元包括冷却器34和冷剂制冷压缩机32，所述冷却器34与冷箱2内对应的冷却段连接，所述冷箱2内对应的冷却段通过设置有第四节流阀37的管道与提氦塔冷凝器24连接，所述提氦塔冷凝器24通过与冷箱2内的冷剂复热段进口端连接，所述冷箱2内的冷剂复热段出口端通过管道与冷剂制冷压缩机32连接，所述冷剂制冷压缩机32与冷却器34连接，形成冷剂制冷循环回路。
基于上述天然气单塔深冷提氦装置，其天然气单塔深冷提氦方法，具体包括如下步骤：
第一步，来自天然气进气管道的4000kPa.a～6000kPa.a，30～40℃的天然气进入冷箱预冷后分为两路，其中：一路50％～95％通过管道进入提氦塔重沸器，然后经管道送入至冷箱内，在冷却至-90～-110℃后，经第一节流阀节流至600kPa.a～3000kPa.a进入提氦塔中部；另一股5％～50％进入冷箱进一步冷凝至-100～-150℃后，经第二节流阀节流，并进入提氦塔上部，将天然气分为两股冷凝至不同温度分别进入提氦塔，避免提氦塔顶部和底部气液负荷变化过大，实现提氦塔平稳运行。
第二步，经过提氦塔精馏提浓的氦气从提氦塔塔顶进入提氦塔冷凝器冷凝至-180℃～-182℃，经冷凝后的气液两相分别通过管道至后工序。
具体地，提氦塔塔顶的氦气在经提氦塔冷凝器冷凝后，其液相进入提氦塔顶部作为回流，气相进入冷箱复热至20～30℃后至后工序处理，天然气作为液烃从提氦塔塔底经过第四节流阀节流至300kPa.a～1000kPa.a，再送至冷箱复热至20～30℃后，送至后工序处理。
第三步，自冷却器来的氮气冷剂进入冷箱冷却至-170～-182℃，经第四节流阀节流至200kPa.a～500kPa.a进入提氦塔冷凝器复热至-175～-185℃，经过管道进入冷箱进一步复热至20～30℃后，进入冷剂制冷压缩机增压至800kPa.a～4000kPa.a，进入冷却器冷却至30～40℃后至冷箱，形成冷剂制冷循环为提氦塔冷凝器和冷箱提供所需冷量。
实施例2：
如图2所示，实施例2与实施例1基本相同，其主要的区别在于：所述冷箱2内的预冷段出口端通过管道与脱重烃塔4连接，所述脱重烃塔4的顶部气相出口通过管道与冷箱2内的二次预冷段进口端连接，所述冷箱2内的二次预冷段出口端通过管道与脱重烃塔回流罐7连接，所述脱重烃塔回流罐7的气相分为两路，其中一路通过管道与提氦塔13底部的提氦塔重沸器14连接，另一路通过管道与冷箱2内的冷凝段连接；所述脱重烃塔回流罐7的底部液相出口通过设置有脱重烃塔回流泵9的管道与脱重烃塔4上部连接，所述脱重烃塔4底部液烃通过管道至后工序。
基于上述结构设计的不同，其天然气单塔深冷提氦方法的主要区别在于：来自天然气进气管道的天然气进入冷箱预冷至-25～-45℃后进入脱重烃塔下部进行分离，脱重烃塔底部液烃进入后工序处理，脱重烃塔顶部气相进入冷箱进一步预冷至-50～-65℃后，进入脱重烃塔回流罐进行气液分离，分离后的气相分两路，其具体与实施例1的第一步中经冷箱预冷后的两路走向一致；经脱重烃塔回流罐气液分离后的液相通过脱重烃塔回流泵增压后进入脱重烃塔顶部，脱重烃塔底部的液烃通过管道至后工序，通过设置脱重烃塔，将天然气中重烃脱除，避免天然气在冷凝过程中冻堵设备或管道。
本实用新型并不局限于前述的具体实施方式。本实用新型扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。
Claims (6)
1.一种天然气单塔深冷提氦装置，其特征在于：包括冷箱(2)、提氦塔(13)以及冷剂制冷循环单元；
所述冷箱(2)内的预冷段进口端与天然气进气管道(1)连接，其出口端经预冷后的天然气分为两路，其中一路通过管道与提氦塔(13)底部的提氦塔重沸器(14)连接，所述提氦塔重沸器(14)通过管道与冷箱(2)内的冷却段进口端连接，所述冷箱(2)内的冷却段出口端通过设置有第一节流阀(17)的管道与提氦塔(13)连接，另一路通过管道与冷箱(2)内的冷凝段进口端连接，所述冷箱(2)内的冷凝段出口端通过设置有第二节流阀(21)的管道与提氦塔(13)连接；
所述提氦塔(13)顶部气相出口通过管道与提氦塔冷凝器(24)连接，经冷凝后的气液两相分别通过管道至后工序；
所述冷剂制冷循环单元与冷箱(2)连接，用于为冷箱(2)和提氦塔冷凝器(24)提供冷量。
2.根据权利要求1所述的天然气单塔深冷提氦装置，其特征在于：所述冷剂制冷循环单元包括冷却器(34)和冷剂制冷压缩机(32)，所述冷却器(34)与冷箱(2)内对应的冷却段连接，所述冷箱(2)内对应的冷却段通过设置有第四节流阀(37)的管道与提氦塔冷凝器(24)连接，所述提氦塔冷凝器(24)通过与冷箱(2)内的冷剂复热段进口端连接，所述冷箱(2)内的冷剂复热段出口端通过管道与冷剂制冷压缩机(32)连接，所述冷剂制冷压缩机(32)与冷却器(34)连接，形成冷剂制冷循环回路。
3.根据权利要求1所述的天然气单塔深冷提氦装置，其特征在于：所述提氦塔(13)顶部气相经提氦塔冷凝器(24)冷凝后分为两路，一路液相通过管道与提氦塔(13)顶部连接，用于塔内液相回流，另一路气相通过管道与冷箱(2)内的气相复热段进口端连接，所述冷箱(2)内的气相复热段出口端通过管道至后工序。
4.根据权利要求1所述的天然气单塔深冷提氦装置，其特征在于：所述提氦塔(13)底部液相出口通过设置有第三节流阀(29)的管道与冷箱(2)内的液相复热段进口端连接，所述冷箱(2)内的液相复热段出口端通过管道至后工序。
5.根据权利要求1至4中任意一项所述的天然气单塔深冷提氦装置，其特征在于：所述冷箱(2)内的预冷段出口端通过管道与脱重烃塔(4)连接，所述脱重烃塔(4)的顶部气相出口通过管道与冷箱(2)内的二次预冷段进口端连接，所述冷箱(2)内的二次预冷段出口端通过管道与脱重烃塔回流罐(7)连接，所述脱重烃塔回流罐(7)的气相分为两路，其中一路通过管道与提氦塔(13)底部的提氦塔重沸器(14)连接，另一路通过管道与冷箱(2)内的冷凝段连接。
6.根据权利要求5所述的天然气单塔深冷提氦装置，其特征在于：所述脱重烃塔回流罐(7)的底部液相出口通过设置有脱重烃塔回流泵(9)的管道与脱重烃塔(4)上部连接，所述脱重烃塔(4)底部液烃通过管道至后工序。
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| CN202021757087.4U CN212299663U (zh) | 2020-08-20 | 2020-08-20 | 一种天然气单塔深冷提氦装置 |
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| CN111981767A (zh) * | 2020-08-20 | 2020-11-24 | 中国石油工程建设有限公司 | 一种天然气单塔深冷提氦装置和方法 |
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