一种液化天然气生产中回收重烃的方法和系统与流程

本发明涉及液化天然气生产领域，特别涉及一种液化天然气生产中回收重烃的方法和系统。

背景技术：

鉴于液化天然气在储存、运输和使用中的诸多优势，液化天然气(LNG)已成为天然气行业发展和利用的趋势，液化天然气需求快速上升。我国液化天然气近十几年来取得了长足进展。但由于液化天然气产业起步晚，技术储备不足，加之我国天然气来源多样，诸多前期已建成工厂对天然气原料变化，特别是对重烃中易冻堵组分含量估计不足，出现了脱重烃装置缺失或能力不足亦或不起作用的情况，导致很多工厂无法正常运行甚至处于停产状态。新建或计划中的液化天然气工厂非常重视天然气脱重烃环节。因而，在全面综合考虑液化天然气重烃分离行为的基础上构建稳定、可靠、经济的天然气重烃分离工艺将是市场需求之趋势。

目前，天然气脱重烃的方法有：(1)吸附法：该方法利用固体吸附的原理脱除天然气中重烃，其优点是装置简单，重烃脱除率高，同时还可以脱除天然气中的水分，但该方法受到固体吸附剂饱和吸附容量的限制，不适于处理重烃含量高的天然气，况且固体吸附剂再生温度高达220℃，燃料气量达到所处理天然气量的5％，工艺能耗高，且重烃无法有效回收。(2)吸收法：该方法采用“相似相溶”原理以有机溶剂吸收天然气中的重烃，尤其适合于处理量小或苯含量低的天然气装置。但这种方法流程复杂，吸收剂再生时也消耗大量能量。(3)冷凝分离法：该方法将天然气预冷至-30～-60℃后经重烃分离器一级或多级分离，该方法对苯等芳香烃分离效果不佳，仅适用于处理芳香烃含量很低的天然气，且分离后的重烃品质差，附加值低。中国专利CN103031169A和CN103351896A均在该此基础上提出了改进方案，通过设置重烃洗涤塔及脱乙烷塔和/或精馏塔分离重烃，改进后的方案提高了工艺脱重烃性能，但由于需增设三个以上分离塔，大大增加工艺的复杂性。综上所述，现有液化天然气重烃脱除工艺性能存在能耗高、分离不彻底、适用性差、工艺流程复杂、回收后的重烃品质差、附加值低等缺点，随着我国液化天然气产业的迅速壮大，市场亟需一种更完善的从天然气液化中脱除回收重烃新技术。

技术实现要素：

本发明的目的是克服现有技术的不足，降低液化用天然气(已脱酸性气、脱水、脱汞的天然气)脱重烃过程的能耗，简化天然气脱重烃工艺；从而提供一种从天然气中脱除回收重烃的方法，该方法不仅从富含重烃的天然气中回收了高品质重烃产品，增加工艺附加值，而且满足了重烃组分和含量变化大的天然气对重烃脱除的需求，增强了工艺的适应性。

本发明的方法通过设置一个深冷精馏塔将富含重烃天然气的脱重烃过程与液化过程耦合从而将天然气中的重烃脱除，该方法包括以下步骤：

1)原料气天然气I首先进入冷箱1第一流道A冷却至-40～-80℃，得到天然气II，天然气II经过第二阀门V2减压至3.0～6.0MPa后从脱重烃塔2的中部进料口进入塔中精馏；

2)天然气II中的气相在脱重烃塔2中上升并在精馏段逐步精馏分离重组分，顶部经精馏分离后的气相在塔顶冷凝器3中部分冷凝，冷凝得到的液相坠落返回到脱重烃塔2作为回流，塔顶冷凝器3顶部得到温度为-45～-85℃的天然气III；

3)天然气III返回冷箱1的第二流道B进一步深冷至-150～-167℃得到LNG产品I，将LNG产品I分出1％～15％经第三阀门V3减压后送入塔顶冷凝器3的管程，换热提供冷量后得到-50～-90℃的天然气IV；

4)步骤3)得到的天然气IV返回冷箱1的第三流道C进一步深冷至-150～-167℃得到LNG产品II，之后经第四阀门V4减压后与步骤3剩余的LNG产品I混合后送入LNG储罐；

5)天然气II中的液相在脱重烃塔2中下降并在提馏段逐步提纯分离轻组分，再经塔底再沸器4加热再沸后，在脱重烃塔2底部得到温度为20～160℃的重烃I，重烃I经过重烃冷却器5冷却后再经第五阀门V5减压至0.4～1.8MPa得到重烃产品送入重烃储罐6。

上述的技术方案中，步骤1)中原料气天然气I的压力为3.5～6.5MPa，温度为-30～45℃，重烃的含量为40～10000ppmv，其中新戊烷含量为10～400ppmv，苯含量为10～600ppmv，C6及以上烃类含量为20～9000ppmv。

上述的技术方案中，步骤2)得到的天然气III和步骤3)得到的天然气IV中新戊烷含量不大于5ppmv，苯含量不大于4ppmv，C6及以上烃类含量不大于10ppmv。

上述的技术方案中，步骤5)得到的重烃产品中甲烷的含量不大于0.1％，乙烷的含量不大于2％，天然气收率不小于99.5％，重烃回收率不小于99.9％。

本发明还提供了一种液化天然气生产中回收重烃的系统，包括：冷箱1的第一流道A、第二流道B、第三流道C、脱重烃塔2、塔顶冷凝器3、塔底再沸器4、重烃冷却器5、重烃储罐6、第一阀门V1至第六阀门V6以及相应连接管道，其中，冷箱1的第一流道A入口与原料气天然气管道连接、出口经第二阀门V2与脱重烃塔2的进料口连接；冷箱1的第二流道B入口与塔顶冷凝器3的壳侧气相出口连接、出口经第六阀门V6与LNG产品管线连接；冷箱1的第三流道C入口与塔顶冷凝器3管程出口连接、出口经第四阀门V4与LNG产品管线连接；塔顶冷凝器3管程入口经第三阀门V3与冷箱1的第二流道B出口的LNG产品管线连接；塔底再沸器4入口与脱重烃塔2侧面液相出口连接、出口与脱重烃塔2塔底进料口连接；重烃冷却器5进口与脱重烃塔2塔底液相出口连接、出口经第五阀门V5与重烃储罐6连接；重烃储罐6的顶部气相出口与燃料气管线连接、底部液相出口与重烃产品管线连接。

本发明的技术方案通过在冷箱天然气侧一段冷却后设置带有塔顶冷凝器和塔底再沸器的脱重烃塔，利用天然气液化冷凝过程重烃冷凝点比天然气高而先液化的原理，从而实现重烃的分离和提纯，使天然气所含重烃在液化过程中得以深度分离，工艺性能稳定；同时本发明的技术方案使天然气脱重烃过程与液化过程耦合，工艺简便，可操作性强。

本发明的优点和积极作用在于：

(1)采用天然气一段冷却后设置脱重烃塔的分离工艺实现重烃的分离，能够满足重烃组分和含量变化大的天然气脱重烃需求，工艺性能稳定。

(2)实现了天然气脱重烃过程与液化过程耦合，简化了天然气液化工艺流程，投资省，脱重烃单位能耗小于0.018kW/(h·NM³原料天然气)，操作费用低，节约成本，从而产生明显的经济效益。

(3)将天然气中的重烃全部回收并得到合格的重烃产品，基本符合商用LPG产品规格要求，提高了资源利用效率，增加了工艺附加值。

附图说明

图1为本发明的工艺流程示意图。

a.本发明的脱重烃系统；b.制冷系统。

图中代号含义如下：

1.冷箱

2.脱重烃塔

3.塔顶冷凝器

4.塔底再沸器

5.重烃冷却器

6.重烃储罐

D.冷箱的第四流道

E.冷箱的第五流道

TC.温度检测和控制点

PC.压力检测和控制点

具体实施方式

以下结合实施例和附图对本发明做详细地说明

实施例1

本实施例的具体工艺流程请参见图1。

一种液化天然气生产中回收重烃的系统，包括：冷箱1的第一流道A、第二流道B、第三流道C、脱重烃塔2、塔顶冷凝器3、塔底再沸器4、重烃冷却器5、重烃储罐6、第一阀门V1至第六阀门V6以及相应连接管道，其中，冷箱1的第一流道A入口与原料气天然气管道连接、出口经第二阀门V2与脱重烃塔2的进料口连接；冷箱1的第二流道B入口与塔顶冷凝器3的壳侧气相出口连接、出口经第六阀门V6与LNG产品管线连接；冷箱1的第三流道C入口与塔顶冷凝器3管程出口连接、出口经第四阀门V4与LNG产品管线连接；塔顶冷凝器3管程入口经第三阀门V3与冷箱1的第二流道B出口的LNG产品管线连接；塔底再沸器4入口与脱重烃塔2侧面液相出口连接、出口与脱重烃塔2塔底进料口连接；重烃冷却器5进口与脱重烃塔2塔底液相出口连接、出口经第五阀门V5与重烃储罐6连接；重烃储罐6的顶部气相出口与燃料气管线连接、底部液相出口与重烃产品管线连接。以上构成从液化天然气生产中回收重烃的系统。

将来自外部的原料天然气I通入冷箱1的第一流道A入口，该原料天然气为已脱酸性气、脱水、脱汞、富含重烃的天然气，流量为3426kg/h，压力为4.9MPa，温度为-30℃，重烃总含量为570ppmv，其中新戊烷含量为100ppmv，苯含量为30ppmv，C6及以上烃类含量为440ppmv，经冷箱1第一流道A冷却后温度降至-68℃得到气液两相状态的天然气II，天然气II经第二阀门V2减压至4.5MPa后进入脱重烃塔2的中部进料口，经脱重烃精馏提纯，塔底得到温度为89℃、流量为92.93kg/h的重烃I，塔顶冷凝器壳侧气相出口得到温度为-73℃的天然气III，其中新戊烷含量为2ppmv，苯含量为1ppmv，C6及以上烃类含量为8ppmv，满足深冷要求。天然气III经第二流道B入口进入冷箱1继续冷却至-162℃即得到合格的LNG产品I。脱重烃塔2顶部设置塔顶冷凝器3，从LNG产品I中抽出4％经过第三阀门V3减压至2.3MPa后进入塔顶冷凝器3的管程入口。塔顶冷凝器3的管程出口为气液两相的天然气IV，其温度为-80℃，之后进入冷箱1的第三流道C冷却至-162℃即得到合格的LNG产品II，其减压后与其余96％的LNG产品1一起送往LNG储罐。重烃I经过重烃冷却器5冷却，再经过第五阀门V5减压至1.8MPa后进入重烃储罐6。重烃储罐6的底部液相出口得到重烃产品，重烃产品中甲烷的含量为0.1％，乙烷的含量为2％。该过程天然气收率为99.9％，重烃回收率为99.9％，脱重烃单位能耗为0.013kW/(h·NM³原料天然气)。

实施例2

本实施例的具体工艺流程请参见图1。

将来自外部的原料天然气I通入冷箱1的第一流道A入口，该原料天然气为已脱酸性气、脱水、脱汞、富含重烃的天然气，流量为1500kg/h，压力为6.5MPa，温度为38℃，重烃总含量为40ppmv，其中新戊烷含量为10ppmv，苯含量为10ppmv，C6及以上烃类含量为20ppmv，经冷箱1第一流道A冷却后温度降至-80℃得到气液两相状态的天然气II，天然气II经第二阀门V2减压至6.0MPa后进入脱重烃塔2的中部进料口，经脱重烃精馏提纯，塔底得到温度为160℃、流量为60.2kg/h的重烃I，塔顶冷凝器壳侧气相出口得到温度为-85℃的天然气III，其中新戊烷含量为5ppmv，苯含量为4ppmv，C6及以上烃类含量为10ppmv，满足深冷要求。天然气III经第二流道B入口进入冷箱1继续冷却至-167℃即得到合格的LNG产品I。脱重烃塔2顶部设置塔顶冷凝器3，从LNG产品I中抽出1％经过第三阀门V3减压至4.0MPa后进入塔顶冷凝器3的管程入口。塔顶冷凝器3的管程出口为气液两相的天然气IV，其温度为-90℃，之后进入冷箱1的第三流道C冷却至-167℃即得到合格的LNG产品II，其减压后与其余99％的LNG产品1一起送往LNG储罐。重烃I经过重烃冷却器5冷却，再经过第五阀门V5减压至1.0MPa后进入重烃储罐6。重烃储罐6的底部液相出口得到重烃产品，重烃产品中甲烷的含量为0.06％，乙烷的含量为1.6％。该过程天然气收率为99.5％，重烃回收率为99.92％，脱重烃单位能耗为0.014kW/(h·NM³原料天然气)。

实施例3

本实施例的具体工艺流程请参见图1。

将来自外部的原料天然气I通入冷箱1的第一流道A入口，该原料天然气为已脱酸性气、脱水、脱汞、富含重烃的天然气，流量为15000kg/h，压力为3.5MPa，温度为45℃，重烃总含量为10000ppmv，其中新戊烷含量为400ppmv，苯含量为600ppmv，C6及以上烃类含量为9000ppmv，经冷箱1第一流道A冷却后温度降至-40℃得到气液两相状态的天然气II，天然气II经第二阀门V2减压至3.0MPa后进入脱重烃塔2的中部进料口，经脱重烃精馏提纯，塔底得到温度为20℃、流量为1100.2kg/h的重烃I，塔顶冷凝器壳侧气相出口得到温度为-45℃的天然气III，其中新戊烷含量为0.5ppmv，苯含量为0.03ppmv，C6及以上烃类含量为1ppmv，满足深冷要求。天然气III经第二流道B入口进入冷箱1继续冷却至-150℃即得到合格的LNG产品I。脱重烃塔2顶部设置塔顶冷凝器3，从LNG产品I中抽出15％经过第三阀门V3减压至1.0MPa后进入塔顶冷凝器3的管程入口。塔顶冷凝器3的管程出口为气液两相的天然气IV，其温度为-50℃，之后进入冷箱1的第三流道C冷却至-150℃即得到合格的LNG产品II，其减压后与其余85％的LNG产品1一起送往LNG储罐。重烃I经过重烃冷却器5冷却，再经过第五阀门V5减压至0.4MPa后进入重烃储罐6。重烃储罐6的底部液相出口得到重烃产品，重烃产品中甲烷的含量为0.07％，乙烷的含量为1％。该过程天然气收率为99.8％，重烃回收率为99.98％，脱重烃单位能耗为0.016kW/(h·NM³原料天然气)。