一种天然气液化脱氮装置及其脱氮工艺的制作方法

1.本发明涉及天然气脱氮技术领域，更具体的是涉及一种天然气液化脱氮装置及其脱氮工艺。


背景技术：

2.随着经济的发展，国家对环境保护要求日益严格，对绿色能源需求日益迫切，液化天然气作为绿色能源之一，具有便于储存与运输的特点，近年来天然气液化工厂在国内的发展如火如荼，随着国家标准《液化天然气》(gb/t38753-2020)的实施，标准要求lng中氮气含量不能超过1％(mol)，而天然气中通常氮气含量超过1％(mol)，因此需要对天然气进行脱氮处理，以便于产品lng满足国家标准，目前已有的天然气脱氮方法主要分为深冷分离法、溶剂吸收法、变压吸附法以及膜分离法。
3.在中国发明专利申请号：cn201010561795.5中公开有含氮甲烷气脱氮制天然气/液化天然气的方法，包括原料气的预冷，高压塔(下塔)精馏，低压塔(上塔)提馏，产品气复热/混合制冷剂循环等步骤。虽然双塔技术，降低了塔的高度，减少了设备尺寸，但是，该含氮甲烷气脱氮制天然气/液化天然气的方法，该工艺设备数量多、工艺复杂、控制回路繁复，工程投资大。
4.因此，提出一种天然气液化脱氮装置及其脱氮工艺来解决上述问题很有必要。


技术实现要素：

5.(一)解决的技术问题
6.本发明的目的在于：为了解决提取高纯氦气的工艺及装置，该工艺设备数量多、工艺复杂、控制回路繁复，工程投资较大的问题，本发明提供一种天然气液化脱氮装置及其脱氮工艺。
7.(二)技术方案
8.本发明为了实现上述目的具体采用以下技术方案：
9.一种天然气液化脱氮装置，包括通过管路依次设置于氮气提取路径上的液化冷箱、脱氮塔和低温分离器；
10.所述脱氮塔包括位于塔顶部的冷凝器和塔顶温度计、位于塔中部的脱氮装置、位于塔底部的再沸器和塔底温度计；
11.所述液化冷箱的顶部通过第一管道和第二管道接入冷剂压缩机制冷系统、通过第三管道接入常温天然气、通过第四管道连接放空系统；
12.所述液化冷箱的底部通过第五管道和第六管道连接冷凝器、通过第七管道连接液化天然气储存罐、通过第八管道连接到脱氮塔的塔顶；
13.所述液化冷箱的中部通过第九管道和第十管道连接低温分离器、通过第十四管道连接再沸器、通过第十三管道连接脱氮塔塔底，所述低温分离器通过第十一管道连接混烃稳定塔，所述再沸器通过第十二管道连接脱氮塔中部的脱氮装置；
14.所述第六管道上设置有用于调节混合试剂流量和压强的第二压力调节阀，所述第十二管道上设置有用于调节天然气压强的第一压力调节阀。
15.进一步地，所述第五管道和第六管道靠近脱氮塔的一端并联设置有用于调节混合试剂数量的第一旁路调节阀，所述第一旁路调节阀与塔顶温度计连通，所述第十二管道和第十四管道靠近脱氮塔的一端并联设置有用于调节天然气数量的第二旁路调节阀，所述第二旁路调节阀与塔底温度计连通。
16.进一步地，所述冷凝器用于经冷却、节流降压后的气相高压混合冷剂与气相氮气换热，所述低温分离器用于对预冷后的天然气的进一步处理，所述再沸器用于对脱氮塔塔釜物料进行加热，所述脱氮塔中部的脱氮装置用于对天然气的分馏。
17.进一步地，所述液化冷箱首先用于对换热后的混合冷剂与天然气换热，其次用于对常温天然气的预冷，然后对天然气的进一步冷却，最后对脱氮后的天然气的冷却。
18.进一步地，所述冷凝器换热后的气相氮气的温度降至-169℃，所述液化冷箱降温后流出的混合冷剂温度为30℃-40℃；
19.所述混合冷剂从冷剂压缩机制冷系统中输出和输入的混合试剂的温度均为30℃-40℃，天然气在所述液化冷箱预冷后温度降至-50℃-60℃，进一步冷却后温度降至-100℃-120℃，对脱氮后的天然气的冷却后的温度为-163℃。
20.一种天然气液化脱氮工艺，包括前述中脱氮装置，包括以下步骤：
21.s1、在经冷却、节流降压后的气相高压混合冷剂与气相氮气换热；
22.s2、对换热后的混合冷剂和常温天然气经液化冷箱冷却换热后，混合冷剂返回冷剂压缩机制冷系统循环利用，天然气进入低温分离器进一步处理；
23.s3、将得到的天然气进一步冷却后，进入脱氮塔再沸器；
24.s4、对再沸器中出来的天然气经调压、分馏后脱出其中氮气；
25.s5、对塔顶的天然气经换热后放空，塔底出来的天然气经冷却后储存。
26.进一步地，步骤s1中混合冷剂经第一管道进入液化冷箱冷却、在第六管道中经第二压力调节阀节流降压后的温度为-160℃-180℃，得到的混合冷剂经第六管道进入冷凝器，与脱氮塔塔顶的气相氮气-151℃进行换热，根据塔顶温度计的数值对第一旁路调节阀的开度进行实时调节，控制第六管道进入冷凝器的混合试剂量；
27.步骤s2换热后的混合冷剂的温度升高至至-150℃-170℃，常温天然气温度为40℃，预冷后的温度降低为-50℃-60℃。
28.进一步地，步骤s3中的天然气通过第十管道返回液化冷箱进一步冷却后温度降至-100℃-120℃。
29.进一步地，步骤s4中的天然气经过再沸器换热后，温度降至-110℃-130℃，经第十二管道上的第一压力调节阀调压后，天然气温度降至-130℃
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140℃，步骤s4根据塔底温度计的数值变化对第二旁路调节阀的开度进行实时调节，控制第十二管道进入再沸器中的天然气数量。
30.进一步地，步骤s5中脱氮塔塔顶出来氮气温度为-170℃，脱氮塔塔底出来的天然气温度降至-120℃-140℃。
31.与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
32.1、本发明通过液化冷箱和第二压力调节阀对混合冷剂制冷+节流，充分利用混合
冷剂的冷量以及压力能，通过在脱氮塔的侧线设置第八管道，用于氮气的回流，充分回收脱氮塔冷量，同时通过使脱氮塔塔顶分出氮气返回液化冷箱，回收氮气冷量。
33.2、本发明充分利用混合冷剂生产液化天然气产生冷量进行分离氮气，采用脱氮塔脱除氮气，该工艺分离氮气效率高，同时设备数量少，在脱氮塔内部集成再沸器与冷凝器，既降低能耗，又降低工程投资，提高企业经济效益，仅设置一座脱氮塔，实现氮气脱除目的，完全解决液化天然气中氮气含量超标的问题，同时分离出低温氮气的冷量回收，降低能耗。
34.3、通过在进入脱氮塔冷凝器的混合冷剂进出管线第五管道和第六管道之间设置第一旁路调节阀，易于控制冷凝效果，通过在进入脱氮塔再沸器的天然气进出管线第十三管道和第十四管道之间设置第二旁路调节阀，易于控制加热效果。
附图说明
35.图1为本发明装置的结构示意图。
36.附图标记：1、第一管道；2、第二管道；3、第三管道；4、第四管道；5、第五管道；6、第六管道；7、第七管道；8、第八管道；9、第九管道；10、第十管道；11、第十一管道；12、第十二管道；13、第十三管道；14、第十四管道；15、液化冷箱；16、低温分离器；17、脱氮塔；18、再沸器；19、冷凝器；20、第一压力调节阀；21、第一旁路调节阀；22、第二旁路调节阀；23、第二压力调节阀。
具体实施方式
37.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
38.实施例1
39.请参阅图1，一种天然气液化脱氮装置，包括通过管路依次设置于氮气提取路径上的液化冷箱1、脱氮塔6和低温分离器11；
40.脱氮塔6包括位于塔顶部的冷凝器19和塔顶温度计、位于塔中部的脱氮装置、位于塔底部的再沸器18和塔底温度计；
41.液化冷箱1的顶部通过第一管道1和第二管道2接入冷剂压缩机制冷系统、通过第三管道3接入常温天然气、通过第四管道4连接放空系统；
42.液化冷箱1的底部通过第五管道5和第六管道6连接冷凝器19、通过第七管道7连接液化天然气储存罐、通过第八管道8连接到脱氮塔17的塔顶；
43.液化冷箱1的中部通过第九管道9和第十管道10连接低温分离器16、通过第十四管道14连接再沸器18、通过第十三管道13连接脱氮塔17塔底，低温分离器16通过第十一管道11连接混烃稳定塔，再沸器18通过第十二管道12连接脱氮塔17中部的脱氮装置；
44.第六管道6上设置有用于调节混合试剂流量和压强的第二压力调节阀23，第十二管道12上设置有用于调节天然气压强的第一压力调节阀20，第五管道5和第六管道6靠近脱氮塔17的一端并联设置有用于调节混合试剂数量的第一旁路调节阀21，第一旁路调节阀21与塔顶温度计连通，第十二管道12和第十四管道14靠近脱氮塔17的一端并联设置有用于调
节天然气数量的第二旁路调节阀22，第二旁路调节阀22与塔底温度计连通，装置整体接入plc控制程序，便于进行控制。
45.本实施例中，通过冷剂压缩机制冷系统使混合冷剂通过第一管道1进入液化冷箱1中，经过液化冷箱1的冷却，使得到的混合冷剂经过第六管道6进入冷凝器19中，与脱氮塔6塔顶的气相氮气进行换热，一部分冷凝下来液相返回脱氮塔17，作为脱氮塔17的液相回流，另一部分气相氮气从脱氮塔17塔顶离开，通过控制第五管道5和第六管道6之间的第二压力调节阀23来调节混合试剂流量和压强，当塔顶温度计的数值有变化时，然后通过控制第五管道5和第六管道6之间的第一旁路调节阀21进行对应的调节，进入冷凝器19中的混合冷剂换热后从第五管道5进入液化冷箱1中进一步冷却，同时常温天然气通过第三管道3进入液化冷箱15中，与混合试剂进行换热，得到的混合试剂通过第二管道2回流至冷剂压缩机制冷系统，得到的天然气将通过第九管道9进入低温分离器16，低温分离器16底部生成低温轻烃，通过第十一管道11进入混烃稳定塔进一步处理，低温分离器16顶部的天然气通过第十管道10返回液化冷箱15进一步冷却后，通过第十四管道14进入再沸器18中，对脱氮塔17塔釜物料进行加热，再沸器18中出来的天然气通过第十二管道12进入脱氮塔17中部的脱氮装置进行分流，通过调节第十二管道12上的第一压力调节阀20，调节天然气压强，同时根据塔底温度计的数值变化对第二旁路调节阀22的开度进行调节，控制进入再沸器18中的天然气数量，然后分馏后的天然气生成的氮气从脱氮塔17塔顶出来，然后通过第八管道8进入液化冷箱15换热，得到的氮气通过第四管道4进入放空系统放空，塔底出来的经过脱氮后的天然气通过第十三管道13返回液化冷箱15进一步冷却，然后通过第七管道7输出至天然气储存罐中。
46.具体的，冷凝器19用于经冷却、节流降压后的气相高压混合冷剂与气相氮气换热，低温分离器16用于对预冷后的天然气的进一步处理，再沸器18用于对脱氮塔17塔釜物料进行加热，脱氮塔17中部的脱氮装置用于对天然气的分馏。
47.具体的，液化冷箱15首先用于对换热后的混合冷剂与天然气换热，其次用于对常温天然气的预冷，然后对天然气的进一步冷却，最后对脱氮后的天然气的冷却。
48.具体的，冷凝器19换热后的气相氮气的温度降至-169℃，换热时的气相氮气的温度为-151℃，液化冷箱15降温后流出的混合冷剂温度为30℃-40℃；
49.混合冷剂从冷剂压缩机制冷系统中输出和输入的混合试剂的温度均为30℃-40℃，天然气在液化冷箱15预冷后温度降至-50℃-60℃，进一步冷却后温度降至-100℃-120℃，对脱氮后的天然气的冷却后的温度为-163℃。
50.实施例2
51.一种天然气液化脱氮工艺，包括实施例1中的脱氮装置，包括以下步骤：
52.s1；在经冷却、节流降压后的气相高压混合冷剂与气相氮气换热；
53.s2；对换热后的混合冷剂和常温天然气经液化冷箱冷却换热后，混合冷剂返回冷剂压缩机制冷系统循环利用，天然气进入低温分离器进一步处理；
54.s3；将得到的天然气进一步冷却后，进入脱氮塔再沸器；
55.s4；对再沸器中出来的天然气经调压、分馏后脱出其中氮气；
56.s5；对塔顶的天然气经换热后放空，塔底出来的天然气经冷却后储存。
57.具体的，步骤s1中，混合冷剂经第一管道1进入液化冷箱15冷却、在第六管道6中经
第二压力调节阀23节流降压后的温度为-160℃-180℃，进入第一管道1时的混合冷剂为气相高压，从冷剂压缩机制冷系统通过第一管道1进入液化冷箱15时的温度为30℃-40℃，经液化冷箱15冷却后的混合冷剂温度为-140℃-160℃，得到的混合冷剂经第六管道6进入冷凝器19，与脱氮塔17塔顶的气相氮气-151℃进行换热，脱氮塔17塔顶的气相氮气经过换热，温度降至-169℃后，一部分冷凝下来液相返回脱氮塔17，作为脱氮塔17的液相回流，另一部分气相氮气从脱氮塔17塔顶离开，为了保证冷却效果，根据塔顶温度计的数值对第一旁路调节阀21的开度进行实时调节，控制第六管道6进入冷凝器19的混合试剂量，当塔顶温度计温度超过设定范围时，第五管道5和第六管道6之间的第一旁路调节阀开度减小，通过第六管道6进入冷凝器19混合冷剂增多，脱氮塔17塔顶温度降低；当塔顶温度计温度低于设定范围时，第一旁路调节阀21开度增大，进入冷凝器19的混合冷剂减少，脱氮塔17塔顶温度升高；
58.步骤s2换热后的混合冷剂的温度升高至-150℃-170℃，通过第二管道2进入液化冷箱15与天然气进行换热后返回至冷剂压缩机制冷系统，温度升高至常温30℃-40℃，常温天然气温度为40℃，通过第三管道3进入液化冷箱15预冷后的温度降低为-50℃-60℃，通过第九管道9进入低温分离器16，对低温分离器16底部的低温轻烃通过第十一管道11至混烃稳定塔进一步处理，低温分离器16顶部的天然气通过第十管道10返回液化冷箱15进一步冷却。
59.具体的，步骤s3中的天然气通过第十管道10返回液化冷箱进一步冷却后温度降至-100℃-120℃，通过第十四管道14进入再沸器18，对脱氮塔17塔釜物料进行加热。
60.具体的，步骤s4中的天然气经过再沸器18换热后，温度降至-110℃-130℃，经第十二管道12上的第一压力调节阀调压后，天然气温度降至-130℃-140℃，通过第十二管道12进入脱氮塔17中部的脱氮装置进行分馏处理，脱除天然气中氮气，步骤s4根据塔底温度计的数值变化对第二旁路调节阀22的开度进行实时调节，控制第十二管道12进入再沸器18中的天然气数量，当塔底温度计温度超过设定范围时，第二旁路调节阀22开度增大，进入再沸器18的天然气数量减少，脱氮塔17塔釜温度降低；当塔底温度计温度低于设定范围时，第二旁路调节阀22开度减小，进入再沸器18的天然气数量增加，脱氮塔17塔釜温度升高，实现稳定生产的目的。
61.具体的，步骤s5中脱氮塔塔顶出来氮气温度为-170℃，为回收氮气低温冷量，氮气通过第八管道8至液化冷箱15进行换热，从液化冷箱15出来的常温氮气，温度升至35℃后，通过第四管道4直接至放空系统进行放空，脱氮塔17塔底出来的天然气温度降至-120℃-140℃，通过第十三管道13至液化冷箱15进一步冷却后，从液化冷箱15的第七管道7出来成为合格产品液化天然气，液化天然气温度降至-163℃，液化天然气至液化天然气储罐进行储存以及装车。
62.需要说明的是，本发明中提到的低温分离器16均采用现有技术中低温换热器即可，仅调整了其中介质的类型，与液化冷箱15配套的冷剂压缩机制冷系统、放空系统为常规配套设置；脱氮塔17、再沸器18、冷凝器19、第一压力调节阀20、第一旁路调节阀21、第二旁路调节阀22、第二压力调节阀23气体分离、提纯领域常用的设备，不再赘述。
63.以上，仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，本发明的专利保护范围以权利要求书为准，凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包
含在本发明的保护范围内。