一种高含氮天然气两塔脱氮的装置和方法与流程

本发明涉及天然气处理技术领域，特别涉及一种高含氮天然气两塔脱除氮气的装置和方法。

背景技术

随着天然气行业的发展，很多油气田产出的天然气中含有较高浓度的氮气，天然气中含氮量较高时，不仅热值降低、集输过程中能耗增大，而且不能直接用作某些天然气汽车和燃料化工原料。深冷脱氮工艺是目前提高天然气综合利用价值的有效手段，并且具有处理量大、氮气脱除率高、技术更加成熟的特点。中国专利cn201010561795.5公开了一种含甲烷气体的双塔深冷精馏脱氮制取天然气/液化天然气的方法，中国专利201611044602.2公开了一种天然气液化过程中氮气脱除并提纯装置及方法。目前缺少针对高含氮的天然气脱除氮气的工艺装置和方法。

技术实现要素：

为了克服现有技术的缺点，本发明提供了一种高含氮天然气两塔脱氮的装置和方法。

本发明所采用的技术方案是：一种高含氮天然气两塔脱氮的装置，包括液化冷箱、第一节流阀、高压脱氮塔、外输气压缩机、脱氮冷箱、第二节流阀、分离器、第三节流阀、低压脱氮塔、第四节流阀及第五节流阀；

液化冷箱、第一节流阀、高压脱氮塔依次连接；高压脱氮塔下部出口、液化冷箱、高压脱氮塔下部入口依次连接；高压脱氮塔底部出口、液化冷箱、外输气压缩机依次连接；高压脱氮塔顶部出口、脱氮冷箱、第二节流阀、分离器依次连接；分离器顶部出口、脱氮冷箱、第三节流阀、低压脱氮塔上部入口依次连接；分离器底部出口、第四节流阀、低压脱氮塔中部入口依次连接；低压脱氮塔顶部出口、脱氮冷箱、液化冷箱依次连接；低压脱氮塔下部出口、脱氮冷箱、低压脱氮塔下部入口依次连接；低压脱氮塔底部出口、第五节流阀、脱氮冷箱、液化冷箱、外输气压缩机依次连接。

本发明还公开了一种高含氮天然气两塔脱氮的方法，包括如下步骤：

第一步、将压力3500kpa.a~5000kpa.a、温度30~50℃、含氮气25mol%~75mol%的天然气输入液化冷箱预冷至-110~-130℃，经第一节流阀节流至2700kpa.a~3500kpa.a后进入高压脱氮塔上部进行气液分离；液相从高压脱氮塔下部出口进入液化冷箱复热至-70~-95℃后返回高压脱氮塔下部入口进行气液分离；液相从高压脱氮塔底部出口进入液化冷箱复热至25~45℃后进入外输气压缩机增压至3700kpa.a~5200kpa.a；

第二步，气相从高压脱氮塔顶部出口进入脱氮冷箱冷却至-140~-160℃，经第二节流阀节流至800kpa.a~1500kpa.a后进入分离器进行气液分离，其中：液相经第四节流阀节流至500kpa.a~2000kpa.a后进入低压脱氮塔中部；气相进入脱氮冷箱冷凝至-140~-160℃后，经第三节流阀节流至500kpa.a~2000kpa.a进入低压脱氮塔上部进行气液分离；液相从低压脱氮塔下部出口进入脱氮冷箱复热至-130~-145℃后返回低压脱氮塔下部入口进行气液分离；液相从低压脱氮塔底部出口通过第五节流阀节流至350kpa.a~500kpa.a，依次进入脱氮冷箱复热至-120~-145℃、液化冷箱复热至25~45℃后，经外输气压缩机增压至3700kpa.a~5200kpa.a至下一工序；脱除的氮气从低压脱氮塔顶部出口依次经过脱氮冷箱复热至-120~-145℃，后进入液化冷箱复热至25~45℃至下一工序。

本发明的基本原理是：利用天然气和氮气的冷凝温度不一样，经过高压脱氮塔、低压脱氮塔的精馏分离，将高含氮天然气中的氮气脱除。主要为将含氮气25mol％~75mol％的天然气经过冷却进入高压脱氮塔进行气液分离，实现塔顶的天然气中氮气含量提高至60mol％~85mol％，然后再经过冷却，进入低压脱氮塔进行气液分离，将氮气提浓至97mol％以上。

与现有技术相比，本发明的积极效果是：针对高含氮天然气采用两塔精馏有效脱除氮气，提高天然气的热值；利用液化冷箱和脱氮冷箱实现装置内能量的充分交换，不需要外加冷源，降低了装置能耗。

附图说明

图1是本发明高含氮天然气两塔脱氮的装置的系统原理示意图；

图中：1、管道；2、液化冷箱；3、管道；4、第一节流阀；5、管道；6、高压脱氮塔；7、管道；8、管道；9、管道；10、外输气压缩机；11、管道；12、管道；13、脱氮冷箱；14、管道；15、第二节流阀；16、管道；17、分离器；18、管道；19、管道；20、第三节流阀；21、管道；22、低压脱氮塔；23、管道；24、第四节流阀；25、管道；26、管道；27、管道；28、管道；29、管道；30、管道；31、管道；32、第五节流阀；33、管道；34、管道；35、管道；36、管道。

具体实施方式

如图1所示，本发明高含氮天然气两塔脱氮的装置，包括液化冷箱2、第一节流阀4、高压脱氮塔6、外输气压缩机10、脱氮冷箱13、第二节流阀15、分离器17、第三节流阀20、低压脱氮塔22、第四节流阀24、第五节流阀32；

所述液化冷箱2通过管道1外接上一工序，通过管道1输入天然气；所述液化冷箱2通过管道30外接下一工序；

所述液化冷箱2、第一节流阀4、高压脱氮塔6依次通过管道3、5连接；

所述高压脱氮塔6下部出口、液化冷箱2、高压脱氮塔6下部入口依次通过管道11、12连接；所述高压脱氮塔6底部出口、液化冷箱2、外输气压缩机10依次通过管道8、9连接；

所述高压脱氮塔6顶部出口、脱氮冷箱13、第二节流阀15、分离器17依次通过管道7、14、16连接；

所述分离器17顶部出口、脱氮冷箱13、第三节流阀20、低压脱氮塔22上部入口依次通过管道18、19、21连接；

所述分离器17底部出口、第四节流阀24、低压脱氮塔22中部入口依次通过管道23、25连接；

所述低压脱氮塔22顶部出口、脱氮冷箱13、液化冷箱2依次通过管道28、29连接；

所述低压脱氮塔22下部出口、脱氮冷箱13、低压脱氮塔22下部入口依次通过管道26、27连接；

所述低压脱氮塔22底部出口、第五节流阀32、脱氮冷箱13、液化冷箱2、外输气压缩机10依次通过管道31、33、34、35连接；外输气压机10通过管道36外接天然气管网或者天然气用户。

本发明还公开了高含氮天然气两塔深冷脱氮的工艺方法，包括如下步骤：

第一步、将来自管道1含氮气25mol%~75mol%的天然气（3500kpa.a~5000kpa.a，30~50℃）输入液化冷箱2预冷至-110~-130℃，依次通过管道3、第一节流阀4节流至2700kpa.a~3500kpa.a，通过管道5进入高压脱氮塔6上部进行气液分离；液相从高压脱氮塔6下部出口经管道11进入液化冷箱2复热至-70~-95℃，经管道12返回高压脱氮塔6下部入口进行气液分离；液相从高压脱氮塔6底部出口经管道8进入液化冷箱2复热至25~45℃后通过管道9进入外输气压缩机10增压至3700kpa.a~5200kpa.a；

第二步，气相从高压脱氮塔6顶部出口通过管道7进入脱氮冷箱13冷却至-140~-160℃，经管道14、第二节流阀15节流至800kpa.a~1500kpa.a通过管道16进入分离器17进行气液分离，其中：液相通过管道23经第四节流阀24节流至500kpa.a~2000kpa.a，管道25进入低压脱氮塔22中部；气相经管道18进入脱氮冷箱13冷凝至-140~-160℃后通过管道19经第三节流阀20节流至500kpa.a~2000kpa.a，经管道25进入低压脱氮塔22上部进行气液分离；液相从低压脱氮塔22下部出口经管道26进入脱氮冷箱13复热至-130~-145℃，经管道27返回低压脱氮塔22下部入口进行气液分离；液相从低压脱氮塔22底部出口通过管道31经第五节流阀32节流至350kpa.a~500kpa.a后，通过管道33进入脱氮冷箱13复热至-120~-145℃，通过管道34进入液化冷箱2复热至25~45℃、通过管道35进入外输气压缩机10增压至3700kpa.a~5200kpa.a，通过管道36至下一工序；脱除的氮气从低压脱氮塔22塔顶出口依次通过管道28进入脱氮冷箱13复热至-120~-145℃、通过管道29进入液化冷箱2复热至25~45℃、通过管道30至下一工序。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下还可以做出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。