专利名称：一种液化天然气的轻烃分离方法
技术领域：
本发明涉及液化天然气(LNG)分离回收轻烃技术领域，具体是指一种液化天然气的轻烃分离方法。
背景技术：
2004年，我国政府制订了以“优化结构、提高效率、重视环保、保障供应、开发西部”为核心的新的能源战略，要求增加天然气在能源构成中的比例。在未来15年间，我国天然气消费预计将从300亿m3/a增长到2200亿m3/a。
天然气矿藏多半与石油和凝析油伴生，在开采时分离出来。凝析油和液化石油气(LPG)主要由C3～C6烃构成，天然气则以甲烷为主，含有10％(mol)左右的C2～C3烃以及极少量的C4烃，一般叫做“湿气”，不与石油和凝析油伴生、只含甲烷的天然气矿藏叫做“干气”。海上运输天然气时需要将其液化成为LNG。目前世界贸易中的LNG大部分都为湿气，其中含有大量的C2、C3，这类C2、C3轻烃是重要的化工原料，能够生产高附加值的化工产品，如果将其分离回收，会有显著的社会及经济效益。例如，通过对天然气的处理，可以回收乙烷和重于乙烷的组分(C2+)；这些组分是优良的石油化工原料，如乙烷和丙烷都是生产乙烯的最适宜的起始原料，丙烷也是一种宝贵的化工原料。
乙烯生产能力通常可以表征一个国家石油化工业的规模和发展水平。我国乙烯工业原料受国内石油偏重，轻烃资源少，使乙烯原料轻质化受到制约，原油中轻烃收率低。我国的乙烯原料构成中轻烃不及10％，乙烯生产成本高达530美元/t，总能耗几乎高出国外乙烯先进能耗水平的一倍。
从LNG中分离出轻烃的工艺，目前国内还没有相关的技术报道，国外的有关技术主要包括1、美国专利US2003/0188996A1、US006604380B1，该专利技术主要用于分离、回收液化天然气(LNG)中的NGL(乙烷、丙烷、丁烷和其它重烃)，其目的是用于调节LNG的热值以及回收NGL作为石化原料。
2、美国专利US2003/0158458A1，该专利技术是将LNG通过泵提压后分别与分馏塔和闪蒸塔中分离出来的气相组分换热，LNG部分汽化后进入分馏塔，分馏塔塔顶的气相出料与LNG进料换热而部分冷凝后进入闪蒸塔。从闪蒸塔塔顶出来的气相物流主要是甲烷，甲烷通过压缩与LNG进料换热后被全部液化，再通过泵提压后进入汽化装置。而闪蒸塔塔底的液相物流通过泵打入分馏塔作为回流，分馏塔塔底的液相物流主要含有乙烷、丙烷等重组分，此物流通过进一步冷却后输出，分馏塔的再沸器需外界供热。
3、美国专利US2005/0061029A1，该专利是将常压下的LNG从储罐里通过进料泵提压后进入换热系统，LNG被加热而部分汽化之后进入分馏塔，从分馏塔的塔顶分离出来的气相主要成分是甲烷，分馏塔的塔底液相出料主要是乙烷和丙烷等重组分。分馏塔的塔顶的气相甲烷在换热系统中先被加热，然后通过压缩机压缩，再用水冷却到303K，然后再进入换热系统而被全部冷凝。被冷凝的甲烷分成两部分，87.55％的甲烷进一步过冷而被移出储存，而另外12.45％的甲烷通过节流阀降压后作为分馏塔塔顶的液相回流进入塔内。
4、美国专利2005/0005636A1，该专利主要是通过外界供应尽可能的热量来分离LNG中的NGL(包括乙烷、乙烯、丙烷、丁烷等重烃)以达到降低LNG热值的目的。
上述专利都存在以下问题1、上述专利的主要目的都是通过分离LNG中的重组分来调节热值，故只需要对LNG进行粗略分离，使其达到要求的热值即可，这些专利未将LNG中的乙烷、丙烷等重组分作进一步的分离。而在乙烯工业中，由于乙烷、丙烷的裂解条件不一样，将乙烷同丙烷等组分分开，有利于提高原料的利用率。
2、在上述专利中，分离出来的全部甲烷都需要用压缩机压缩，压缩机的功耗很大。
3、上述专利分离出来的甲烷压力、温度都比较高，不利于储存。
发明内容
本发明的目的就是为了解决上述现有技术中存在的不足之处，提供一种液化天然气的轻烃分离方法。该方法将乙烷和丙烷进行了进一步的分离，且只需压缩部分甲烷，分离出来的甲烷为低压液体。
本发明的目的通过下述技术方案实现所述一种液化天然气的轻烃分离方法包括如下步骤和工艺条件第一步原料预热常压下的液化天然气通过进料泵提压后，液化天然气进料先后与脱甲烷塔顶和闪蒸塔塔顶分离出来的甲烷气体换热，被加热而部分气化，进入预分离装置；第二步预分离预分离装置包括闪蒸塔和压缩机；被加热而部分气化的液化天然气进料先进入闪蒸塔，从闪蒸塔塔顶分离出来的部分甲烷气相出料通过压缩机压缩，再与液化天然气进料换热而被完全冷凝，闪蒸塔塔底的液相出料由未分离的甲烷以及包括乙烷、丙烷的重组分组成；第三步脱甲烷从闪蒸塔的塔底出来的液相出料由进料泵输入到脱甲烷塔，将其中的甲烷彻底分出，从脱甲烷塔塔顶分离出来的甲烷气体通过同液化天然气进料换热而全部液化，塔底液相出料是包括乙烷和丙烷的重组分；第四步脱乙烷通过进料泵将脱甲烷塔塔底的液相出料输入脱乙烷塔，乙烷从塔顶以气相分离出来，气相乙烷出料可以通过管线输送到乙烯裂解装置，而塔底的液相出料为含有丙烷、丁烷的重组分。
为了更好地实现本发明，所述脱甲烷塔的塔底再沸器可以与脱乙烷塔塔顶的部分冷凝器实现热集成，由脱乙烷塔塔顶的部分乙烷冷凝潜热提供脱甲烷塔塔底物料再沸热源，而脱乙烷塔再沸器则由外界提供热源；此外还可以利用脱甲烷塔塔底的出料来预热脱甲烷塔的进料；所述第一步中液化天然气通过进料泵提压到800～1200Pa；所述脱甲烷塔的压力范围为1800～2500Pa；所述脱乙烷塔的压力范围为2500～3500Pa。
本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果1、LNG湿气中含有10％(mol)左右的C2、C3烃以及极少量C4烃，由于乙烷和丙烷的裂解工艺条件完全不同，通过应用本发明可以从LNG中分别回收乙烷、丙烷等重组分。气相乙烷和液相丙烷分别通过管线输送到裂解装置，能够提高原料的转化率和选择性。
2、在本发明中，只有大约60％的甲烷气体需要压缩，可以降低压缩机的功耗，节约流程的操作费用。
3、本发明通过应用热集成技术，使LNG的冷量得到充分利用，整个系统不需要外界提供冷源，外界只需提供少量的低品位热量即可将LNG中的甲烷、乙烷和丙烷等分离。分离出来的甲烷为液态，而且温度压力较低(-110℃左右)，并且保留了大部分LNG的冷量；仍然可以在再气化时回收利用。
4、由于分离出来的液相甲烷温度已经较低，故可以在稍加进一步冷却后，在较低压力的储罐储中储存，这有利于解决燃气供应中的调峰问题。
5、本发明根据我国乙烯工业的现状，通过从LNG中回收轻烃(乙烷等重组分)作为乙烯工业的优质原料，不仅可以改进我国乙烯原料构成，降低能耗和生产成本，同时也可以缓解我国石油资源的短缺，因而具有显著的社会价值和经济价值。本发明乙烯收率高，分离流程相对简单，设备投资少，运转周期长，操作费用低；可使油气资源得到最优化利用。
图1是本发明的工作流程图；图2是本发明的另一工作流程图。
具体实施例方式
下面结合附图和实施例，对本发明做进一步地详细说明。
如图1所示，本实施例为一个年处理能力为300万吨的LNG接受站，采用本发明回收乙烷和丙烷等重组分，储罐中有101.3KPa、-162℃的LNG，其质量百分比组成分别为甲烷77％、乙烷14％、丙烷6％、丁烷1.4％、戊烷1.5％、氮气0.1％；单元设备包括进料泵、换热器、塔(闪蒸塔、脱甲烷塔和脱乙烷塔)和压缩机，设备的材质选用耐低温的不锈钢，如0Cr18Ni9。具体工作步骤和工艺条件如下第一步原料预热进料泵1从储罐中以340.2t/hr抽出LNG，其压力升高到1000KPa后进入分离流程，LNG进料在换热器2中与脱甲烷塔7塔顶分离出来的甲烷气体换热，温度从-162℃升到-125.2℃，气相分率为0；LNG进料在换热器3中与闪蒸塔5塔顶分离出来的甲烷气体换热，LNG压力降至900KPa，温度上升到-120.8℃，气相分率为0.5，从而被加热而部分气化，被加热的液化天然气进入预分离装置；
第二步预分离预分离装置包括一个闪蒸塔5和一个压缩机4；部分汽化的LNG进料在闪蒸塔5中进行绝热闪蒸，从塔顶分离出来的气体149.46t/hr，其中甲烷的质量百分比含量为99.1％，乙烷0.7％，氮气0.1％。塔顶分出的气相出料通过压缩机4从900KPa压缩到1500KPa，温度由-120.8℃上升到-92℃。压缩气流在换热器3中同LNG换热被完全冷凝，压力降为1450KPa，温度为-118.7℃，故分离出来的甲烷仍是液相。闪蒸塔5塔底出料为190.74t/hr，甲烷的质量百分比含量为59.7％，其它重组分乙烷24.5％，丙烷10.7％，丁烷2.5％，戊烷2.7％，需要进一步分离；第三步脱甲烷从闪蒸塔5塔底出来的液相物流通过进料泵6提压至2000KPa后进入脱甲烷塔7，然后将其中的甲烷彻底分出；脱甲烷塔7无冷凝器，直接从塔顶进料，共12块塔板，塔的操作压降为83KPa；从脱甲烷塔7塔顶分离出气相的甲烷115t/hr，温度-101.1℃，压力2000KPa，其主要组分质量百分比含量为甲烷98.4％、乙烷1.5％；此甲烷气体在换热器2中被LNG全部冷凝成液态，温度降为-108℃，压力1950KPa；脱甲烷塔7塔底出料为75.73t/hr，温度3℃，压力为2083KPa，主要是乙烷和丙烷等重组分；第四步脱乙烷通过进料泵8将脱甲烷塔7塔底的液相出料提压至3000KPa后输入脱乙烷塔9，脱乙烷塔9共25块塔板，回流比为1，塔顶气相温度为8.8℃，在冷凝-再沸器中与脱甲烷塔7塔釜物料换热而部分冷凝回流；乙烷从塔顶以气相出料，其流量为48t/hr，压力为2800KPa，其中乙烷的质量百分比含量为93.4％，甲烷1.5％，丙烷5.2％，气相乙烷通过管线输送到乙烯裂解装置；脱乙烷塔釜温度87℃，压力2800KPa，塔釜再沸器用100℃左右的低温热源加热。塔釜出料中丙烷的质量百分含量为64.3％，丁烷17.2％，戊烷18.4％，这些都是非常好的石化原料。
本实施例只需压缩56.5％的甲烷，比现有技术大大节约压缩机的功耗。
在本实施例中，脱甲烷塔的塔底再沸器可以为脱乙烷塔塔顶的部分冷凝汽提供冷源，此再沸器还需要由外界提供部分热源，脱乙烷塔的再沸器需要的热量全部由外界热源提供。本发明还可以利用脱甲烷塔塔底的出料来预热脱甲烷塔的进料，即加装一个脱甲烷塔进料预热器10，如图2所示，这样可以提高能源的利用效率，降低再沸器的能耗。
实施例二第一步中的液化天然气通过进料泵提压到800Pa；脱甲烷塔的压力为1800Pa；脱乙烷塔的压力为2500Pa，其余条件与实施例一相同。
实施例三第一步中的液化天然气通过进料泵提压到1200Pa；脱甲烷塔的压力为2500Pa；脱乙烷塔的压力为3500Pa，其余条件与实施例一相同。
如上所述，即可较好地实现本发明。
权利要求
1.一种液化天然气的轻烃分离方法，其特征是，包括如下步骤和工艺条件第一步 原料预热常压下的液化天然气通过进料泵提压后，液化天然气进料先后与脱甲烷塔顶和闪蒸塔塔顶分离出来的甲烷气体换热，被加热而部分气化，进入预分离装置；第二步 预分离、预分离装置包括闪蒸塔和压缩机；被加热而部分气化的液化天然气进料先进入闪蒸塔，从闪蒸塔塔顶分离出来的部分甲烷气相出料通过压缩机压缩，再与液化天然气进料换热而被完全冷凝，闪蒸塔塔底的液相出料由未分离的甲烷以及包括乙烷、丙烷的重组分组成；第三步 脱甲烷从闪蒸塔塔底出来的液相出料由进料泵输入到脱甲烷塔，将其中的甲烷彻底分出，从脱甲烷塔塔顶分离出来的甲烷气体通过与液化天然气进料换热而全部液化，塔底液相出料是包括乙烷和丙烷的重组分；第四步 脱乙烷通过进料泵将脱甲烷塔塔底的液相出料输入脱乙烷塔，乙烷从塔顶以气相分离出来，气相乙烷出料通过管线输送到乙烯裂解装置，而塔底的液相出料为含有丙烷、丁烷的重组分。
2.根据权利要求1所述一种液化天然气的轻烃分离方法，其特征是，所述脱甲烷塔的塔底再沸器与脱乙烷塔塔顶的部分冷凝器实现热集成，由脱乙烷塔塔顶的部分乙烷冷凝潜热提供脱甲烷塔塔底物料再沸热源，而脱乙烷塔再沸器则由外界提供热源。
3.根据权利要求1所述一种液化天然气的轻烃分离方法，其特征是，利用脱甲烷塔塔底的出料来预热脱甲烷塔的进料。
4.根据权利要求1所述一种液化天然气的轻烃分离方法，其特征是，所述第一步中液化天然气通过进料泵提压到800～1200Pa。
5.根据权利要求1所述一种液化天然气的轻烃分离方法，其特征是，所述脱甲烷塔的压力范围为1800～2500Pa。
6.根据权利要求1所述一种液化天然气的轻烃分离方法，其特征是，所述脱乙烷塔的压力范围为2500～3500Pa。
全文摘要
本发明是一种液化天然气的轻烃分离方法，包括将液化天然气原料预热，预分离甲烷并使之冷凝，脱甲烷并使之液化，脱乙烷并使气相乙烷通过管线输送到乙烯裂解装置，而最后的液相出料为含有丙烷、丁烷的重组分。本发明利用LNG 的部分冷量从LNG中回收乙烷、丙烷等重组分后，大部分冷量仍热保存在低温液态甲烷中，仍然可以在再气化时利用；本发明的工艺只有60％的甲烷气体需要压缩，降低压缩机的功耗，液态甲烷压力低，便于储存。本发明的乙烷收率高，分离流程相对简单，设备投资少，运转周期长，操作费用低廉。
文档编号C10G5/06GK1737087SQ20051003512
公开日2006年2月22日 申请日期2005年6月10日 优先权日2005年6月10日
发明者华贲, 李亚军, 杨晓梅, 熊永强 申请人:华南理工大学