一種天然氣提純液化方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及氣體凈化領域，更具體地，提供了一種天然氣提純液化方法，包括如下步驟：利用冷箱（1）對原料氣進行冷卻，并將冷卻后的原料氣節(jié)流至中間壓力，然后送入精餾塔（2）進行甲烷提純分離；精餾塔（2）中用于部分蒸發(fā)液態(tài)產(chǎn)物的再沸器（3）所需的熱量，來自于從原料氣中直接或間接取出的熱量。本發(fā)明的目的在于提供一種可提高液化天然氣純度、并對天然氣提純液化過程中能量進行充分利用的天然氣提純液化方法。
【專利說明】一種天然氣提純液化方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及氣體凈化領域，更具體地，涉及一種天然氣提純液化方法。
【背景技術】
[0002]天然氣作為一種清潔能源在社會各個領域所占比例正逐漸提升，市場需求量迅速增加。傳統(tǒng)的天然氣管輸供應方式仍為主流，但受原料條件及用戶分布限制，需選擇液化的方式，將甲烷轉變?yōu)橐后w再采用靈活的運輸方式將其送往用戶終端。另外，對于某些合成天然氣，需將其中的氫氣等雜質(zhì)脫除到一定程度，才能作為液化天然氣產(chǎn)品產(chǎn)出。
[0003]液化天然氣工業(yè)的不斷發(fā)展，對天然氣液化工藝在能耗、投資和效率等方面提出了更高的要求?，F(xiàn)有的天然氣提純液化工藝在產(chǎn)品純度或能量利用方面都存在不同程度的局限性，如CN102620521A中提到的技術方案，利用在精餾塔塔頂設置冷凝器對天然氣進行液化，且冷凝器所需冷量由系統(tǒng)外氮氣經(jīng)冷箱低溫液化后轉化為液氮供給，增加了冷箱等設備的復雜性和系統(tǒng)能耗；CN102620522A中揭示的技術方案利用閃蒸技術對天然氣提純液化，這種技術無法滿足保證較高液化率的同時獲得高純度的產(chǎn)品(小于等于lOOOppm)，因此這種分離方式適用于氫氣的初步分離，無法滿足獲得高純度產(chǎn)品的需要；另有關于利用低溫液化含氫天然氣并實現(xiàn)氫分離的工藝技術公開，此種技術方案采用常壓精餾，要求進入精餾塔前原料氣被液化達到溫度較低，否則無法滿足達到理想的液化率的要求，因此對液化流程的有效性提出了較高的要求并導致綜合能耗的增加。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對相關技術中存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種可提高液化天然氣純度、并對天然氣提純液化過程中能量進行充分利用的天然氣提純液化方法。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種天然氣提純液化方法，包括如下步驟:利用冷箱對原料氣進行冷卻，并將冷卻后的原料氣節(jié)流至中間壓力，然后送入精餾塔進行甲烷提純分離；精餾塔中用于部分蒸發(fā)液態(tài)產(chǎn)物的再沸器所需的熱量，來自于從原料氣中直接或間接取出的熱量。
[0006]根據(jù)本發(fā)明，冷箱具有第一管路，原料氣流經(jīng)第一管路時向冷箱中的冷源放熱，其中第一管路具有位于冷箱的外側的外管段，從流經(jīng)外管段中的原料氣提取熱量送入再沸器，以實施上述的從原料氣中直接取出熱量進行對液態(tài)產(chǎn)物的部分蒸發(fā)。
[0007]根據(jù)本發(fā)明，冷箱還具有第二管路，第二管路中通入有對流經(jīng)冷箱的原料氣進行吸熱的制冷劑，從經(jīng)過吸熱的制冷劑中提取熱量送入再沸器，以實施上述的從原料氣中間接取出熱量進行對液態(tài)產(chǎn)物的部分蒸發(fā)。
[0008]根據(jù)本發(fā)明，還包括如下步驟:液態(tài)產(chǎn)物送入再沸器后，所得氣相產(chǎn)物返回精餾塔，同時將獲得的液相產(chǎn)物排出。
[0009]根據(jù)本發(fā)明，還包括如下步驟:將液相產(chǎn)物送回冷箱進行冷卻后經(jīng)由第一節(jié)流閥節(jié)流至常壓排出。[0010]根據(jù)本發(fā)明，在送回冷箱進行冷卻之前的液相產(chǎn)物為0.31-2.0lMPa壓力下的飽和液相產(chǎn)品。
[0011]根據(jù)本發(fā)明，還包括如下步驟:在上述的將冷卻后的原料氣送入精餾塔進行提純分離之前，利用第二節(jié)流閥對冷卻后的原料氣進行上述的節(jié)流至中間壓力，冷卻后的原料氣被節(jié)流到0.3?2Mpa壓力范圍中。
[0012]根據(jù)本發(fā)明，在原料氣送入冷箱進行冷卻之前，利用第一壓縮機和第一水冷器依次對原料氣進行壓縮和水冷。
[0013]根據(jù)本發(fā)明，在制冷劑通入冷箱之前，利用第二壓縮機和第二水冷器依次對制冷劑進行壓縮和水冷。
[0014]根據(jù)本發(fā)明，還包括將精餾塔中分離出的氣態(tài)產(chǎn)物排出的步驟。
[0015]本發(fā)明的有益技術效果在于:
[0016]在本發(fā)明的天然氣提純液化方法中，由于其采用了精餾塔對諸如含氫天然氣進行提純，從而可以實現(xiàn)提高液化天然氣產(chǎn)品的純度。此外，由于利用再沸器對從精餾塔中分離出的液態(tài)產(chǎn)物進行部分蒸發(fā)所用的熱量來自于原料氣中直接或間接取出的熱量，因此可以實現(xiàn)對天然氣提純液化過程中能量進行充分利用。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1是本發(fā)明天然氣提純液化方法的工藝流程圖；
[0018]圖2是實施本發(fā)明天然氣提純液化方法的一個實施例的示意圖；
[0019]圖3是實施本發(fā)明天然氣提純液化方法的另一個實施例的示意圖。
【具體實施方式】
[0020]結合圖1描述本發(fā)明方法的工藝流程。本發(fā)明的天然氣提純液化方法包括如下步驟:利用冷箱I對原料氣進行冷卻，并將冷卻后的原料氣節(jié)流至中間壓力，然后送入精餾塔2進行提純分離；將精餾塔2中分離出的液態(tài)產(chǎn)物送入再沸器3，以對其進行部分蒸發(fā)，其中，再沸器3對液態(tài)產(chǎn)物進行部分蒸發(fā)時所用的熱量，來自于從原料氣中直接或間接取出的熱量。在上述步驟中，對冷卻后的原料氣進行節(jié)流至0.3?2Mpa壓力范圍中。通過這種方式，可以使得經(jīng)冷卻后的原料氣形成帶壓原料氣并進入精餾塔2，因此在精餾塔2中進行的提純分離為帶壓操作。此外應當理解，在上述步驟中，將冷卻后的原料氣節(jié)流至中間壓力可通過本領域技術人員所知的方式進行，例如，通過節(jié)流閥進行。并且應當理解，該中間壓力可根據(jù)后續(xù)反應的具體情況由用戶設定。
[0021]現(xiàn)參照圖2和圖3具體描述本發(fā)明方法從原料氣中直接或間接取出熱量的過程。如圖2所示，是本發(fā)明方法的一個實施例，在該實施例中，冷箱I具有第一管路4，原料氣流經(jīng)第一管路4時會向冷箱I中的冷源放熱。此處所謂的冷源指的是與原料氣進行熱交換的制冷回路中的制冷劑，制冷劑與原料氣進行換熱后溫度升高，而原料氣放熱后溫度降低。此夕卜，第一管路4具有位于冷箱I的外側的外管段5。然后，從流經(jīng)外管段5中的原料氣提取熱量送入再沸器3，即實現(xiàn)了從原料氣中直接取出熱量進行上述對液態(tài)產(chǎn)物的部分蒸發(fā)。如圖3所示是本發(fā)明方法的另一個實施例，在該實施例中，冷箱I具有第二管路6，第二管路6中通入有對流經(jīng)冷箱I的原料氣進行吸熱的制冷劑(即，相當于圖2實施例中的冷源)。然后，從經(jīng)過吸熱的制冷劑中提取熱量送入再沸器3，即實現(xiàn)了從原料氣中間接取出熱量進行上述對液態(tài)產(chǎn)物的部分蒸發(fā)。換句話說，在圖2的實施例中，進行對液態(tài)產(chǎn)物部分蒸發(fā)的熱量來源是直接從原料氣的部分輸送管段中提取出的，即，上述的外管段5 ;而在圖3的實施例中，進行對液態(tài)產(chǎn)物部分蒸發(fā)的熱量來源是部分制冷劑輸送管段(即，上述的第二管路6)中的制冷劑與原料氣進行熱交換從而獲得熱量，然后從吸熱的制冷劑中提取熱量，即，利用制冷劑與原料氣的熱交換實現(xiàn)對原料氣熱量的間接提取。
[0022]但是應當理解，無論通過何種方式提取，該熱量都是來源于天然氣提純液化過程中的能量。
[0023]因此，在本發(fā)明的天然氣提純液化方法中，由于其采用了精餾塔2進行提純分離，從而可以實現(xiàn)提高液化天然器產(chǎn)品的純度。此外，由于利用再沸器3對從精餾塔2中分離出的液態(tài)產(chǎn)物進行部分蒸發(fā)所用的熱量來自于原料氣中取出的熱量，因此可以實現(xiàn)對天然氣提純液化過程中能量進行充分利用。
[0024]此外，繼續(xù)參照圖2和圖3，在本發(fā)明的天然氣提純液化方法中，當液態(tài)產(chǎn)物送入再沸器3后，所獲得的氣相產(chǎn)物會返回至精餾塔2中繼續(xù)反應，同時獲得的液相產(chǎn)物由再沸器3排出。
[0025]進一步，由再沸器3排出的液相產(chǎn)物被再次送回至冷箱I中進行冷卻，然后經(jīng)冷卻后的液相產(chǎn)物經(jīng)第一節(jié)流閥71節(jié)流至常壓后排出。
[0026]此外，如圖2和圖3所示，在將冷卻后的原料氣送入精餾塔2進行氣液分離之前，利用第二節(jié)流閥72對冷卻后的原料氣進行節(jié)流。
[0027]更具體地，在原料氣送入冷箱I進行冷卻之前利用第一壓縮機81和第一水冷器91進行壓縮和水冷，此外制冷劑通入冷箱I之前，利用第二壓縮機82和第二水冷器92對制冷劑進行壓縮和水冷。另外，精餾塔2中分離出的氣態(tài)產(chǎn)物會從精餾塔2中排出。
[0028]現(xiàn)結合圖1、以及圖2和圖3所示的兩個實施例，舉例對本發(fā)明的天然氣提純液化方法的實施過程進行具體描述。
[0029]在圖2所示實施例中，所使用的制冷劑例如可以為:由氮氣、甲燒、乙燒、丙燒、異丁烷等組成的混和制冷劑。原料氣為含氫天然氣，例如，原料氣組分可以為體積百分比為5%H2+95%CH4組成。制冷劑在冷箱I中流動吸熱，從而充當冷箱I中冷源。相應地，原料氣在進入第一管路4之前經(jīng)壓縮、冷卻至一定壓力，其中，該壓力優(yōu)選為4.5MPa。然后原料氣流經(jīng)第一管路4時，向冷箱I中放出熱量，這部分熱量被充當冷源的制冷劑吸收。然后原料氣通過外管段5被引出至冷箱I外側，進而從被引出的原料氣中提取熱量送至再沸器3。然后原料氣再次回到冷箱I中進行放熱，進一步原料氣經(jīng)過第二節(jié)流閥72節(jié)流到0.3?2MPa壓力范圍內(nèi)送至精餾塔2。優(yōu)選地，原料氣可被節(jié)流到0.7MPa，該壓力可根據(jù)原料氣中含氫量作出調(diào)整。在精餾塔2中對原料氣進行氣液分離，所得氣態(tài)產(chǎn)物由精餾塔2的頂部排出，此處的氣態(tài)產(chǎn)物為氫氣。分離出的液態(tài)產(chǎn)物由精餾塔2底部進入再沸器3，然后再沸器3利用所提取的熱量對液態(tài)產(chǎn)物進行部分蒸發(fā)，所得的氣相產(chǎn)物返回精餾塔2繼續(xù)進行反應，同時將獲得的液相產(chǎn)物排出。此時所獲得的液相產(chǎn)物為具有一定壓力的飽和液相產(chǎn)品，其中，該壓力可以在0.3IMPa?2.0lMPa范圍內(nèi)，優(yōu)選的為0.7IMPa。進一步，所獲得的液相產(chǎn)物被送至冷箱I中再次進行冷卻并節(jié)流到常壓狀態(tài)(0.1lMPa)后，所得產(chǎn)品即為高純度的液化天然氣。此時，所獲得的產(chǎn)品為常壓狀態(tài)下液化天然氣，在優(yōu)選情況下所得液化天然氣溫度可以達到-161.3°C、含氫量可降至IOOppm (濃度)、甲烷回收率可提升至0.9475并且單位能耗可降低至0.3275kWh/Nm3。當然應當理解，在不同條件和環(huán)境條件下，上述數(shù)據(jù)可能會有所不同，下表示出了在本實施例中不同條件下所獲數(shù)據(jù):
[0030]
【權利要求】
1.一種天然氣提純液化方法，其特征在于，包括如下步驟: 利用冷箱(I)對原料氣進行冷卻，并將冷卻后的原料氣節(jié)流至中間壓力，然后送入精餾塔(2)進行甲烷提純分離； 所述精餾塔(2)中用于部分蒸發(fā)液態(tài)產(chǎn)物的再沸器(3)所需的熱量，來自于從所述原料氣中直接或間接取出的熱量。
2.根據(jù)權利要求1所述的天然氣提純液化方法，其特征在于， 所述冷箱(I)具有第一管路(4)，所述原料氣流經(jīng)所述第一管路(4)時向冷箱(I)中的冷源放熱，其中所述第一管路(4)具有位于所述冷箱(I)的外側的外管段(5)， 從流經(jīng)所述外管段(5)中的原料氣提取熱量送入所述再沸器(3)，以實施所述的從原料氣中直接取出熱量進行所述對液態(tài)產(chǎn)物的部分蒸發(fā)。
3.根據(jù)權利要求1所述的天然氣提純液化方法，其特征在于， 所述冷箱(I)還具有第二管路(6)，所述第二管路(6)中通入有對流經(jīng)所述冷箱(I)的原料氣進行吸熱的制冷劑， 從經(jīng)過所述吸熱的制冷劑中提取熱量送入所述再沸器(3)，以實施所述的從原料氣中間接取出熱量進行所述對液態(tài)產(chǎn)物的部分蒸發(fā)。
4.根據(jù)權利要求1所述的天然氣提純液化方法，其特征在于，還包括如下步驟: 所述液態(tài)產(chǎn)物送入再沸器(3)后，所得氣相產(chǎn)物返回所述精餾塔(2)，同時將獲得的液相產(chǎn)物排出。
5.根據(jù)權利要求4所述的天然氣提純液化方法，其特征在于，還包括如下步驟: 將液相產(chǎn)物送回所述冷箱(I)進行冷卻后經(jīng)由第一節(jié)流閥(71)節(jié)流至常壓排出。
6.根據(jù)權利要求5所述的天然氣提純液化方法，其特征在于， 在送回所述冷箱(I)進行冷卻之前的所述液相產(chǎn)物為0.31-2.0lMPa壓力下的飽和液相產(chǎn)品。
7.根據(jù)權利要求1所述的天然氣提純液化方法，其特征在于，還包括如下步驟: 在所述的將冷卻后的原料氣送入精餾塔(2)進行提純分離之前，利用第二節(jié)流閥(72)對冷卻后的原料氣進行所述的節(jié)流至中間壓力，所述冷卻后的原料氣被節(jié)流到0.3?2Mpa壓力范圍中。
8.根據(jù)權利要求1所述的天然氣提純液化方法，其特征在于， 在所述原料氣送入所述冷箱(I)進行冷卻之前，利用第一壓縮機(81)和第一水冷器(91)依次對所述原料氣進行壓縮和水冷。
9.根據(jù)權利要求3所述的天然氣提純液化方法，其特征在于， 在所述制冷劑通入所述冷箱(I)之前，利用第二壓縮機(82 )和第二水冷器(92 )依次對所述制冷劑進行壓縮和水冷。
10.根據(jù)權利要求1所述的天然氣提純液化方法，其特征在于，還包括將所述精餾塔(2)中分離出的氣態(tài)產(chǎn)物排出的步驟。
【文檔編號】F25J1/02GK103673502SQ201310671576
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年12月10日 優(yōu)先權日:2013年12月10日
【發(fā)明者】林文勝, 李金來, 胡敏斐, 張 林 申請人:新奧科技發(fā)展有限公司, 上海交通大學