[實用新型]一種液化天然氣聯產液氮的裝置

有效

• 申請號: 201220652685.4
• 申請日: 2012-12-03
• 公開（公告）號: CN202968508U
• 公開（公告）日: 2013-06-05
• 發明（設計）人: 劉家洪;蒲黎明;陸永康;汪貴;陳運強;李瑩珂;諶天兵;宋光紅;劉紅清;龍增兵;許建新;孫林;許克軍;張甜;郭成華;宋德琦;法玉曉
• 申請（專利權）人: 中國石油集團工程設計有限責任公司
• 主分類號: C10L3/10
• 分類號: C10L3/10;C01B21/04
• 代理公司: 成都九鼎天元知識產權代理有限公司 51214
• 代理人: 鄧世燕

技術領域

本實用新型涉及從含有氮氣的天然氣中生產液化天然氣和液氮的冷凝分離工藝，尤其是涉及一種液化天然氣聯產液氮的裝置。

背景技術

液化天然氣（LNG）是以甲烷為主要組分的烴類混合物，其中含有通常存在于天然氣中少量的乙烷、丙烷、氮等，其常壓沸點約為-160℃，低溫、無色、無味、無毒且無腐蝕性，體積約為同量氣態天然氣的1/600，具有運輸靈活、儲存效率高、清潔環保以及燃燒熱值高等優點。LNG作為優質的車船用燃料,與汽、柴油相比，具有辛烷值高、抗爆性好、清潔環保、發動機壽命長、成本低廉等優點；LNG與壓縮天然氣(CNG)相比，具有續駛里程長，儲存效率高，儲瓶壓力低、重量輕、建站不受供氣管網限制等優點；LNG在城鎮供氣及調峰等方面,與地下儲氣庫、儲氣柜相比，具有建設投資少、建設周期短以及受外部影響小等優點。

近幾年來，LNG產業在我國得到了迅猛發展。LNG的廣泛使用對于優化能源結構，保護生態環境，提高人民生活質量，促進國民經濟和社會可持續發展，具有十分重要的意義。

在LNG產業鏈中，天然氣液化和LNG儲存是重要的兩個環節。由于LNG通常以飽和液體形態儲存于絕熱儲罐中，任何傳導至儲罐中的熱量都會導致一些液體蒸發為氣體，這種氣體稱為蒸發氣。一般情況下，蒸發氣包括20%的氮，80%的甲烷和微量的乙烷，蒸發氣中的含氮量約是液體LNG中含氮量的20倍。當LNG中氮氣含量過高時，容易引發LNG儲罐內的翻滾事故，不同密度層的LNG在儲罐內迅速上下翻動混合,?瞬間產生大量氣化氣的現象。此時罐內LNG?的氣化量為平時自然蒸發量的10～50倍,將導致儲罐內的氣壓迅速上升并超過設定的安全壓力,?使儲罐出現超壓現象。如果不及時通過安全閥排放,?就可能造成儲罐的機械損傷,?帶來經濟上的損失及環境污染。因此，在GB/T?19024-2003《液化天然氣的一般特性》中指出“預防此類型翻滾的最好方法是保持LNG的含氮量低于1%，并且密切監測氣化速率”。

鑒于此，含氮氣的天然氣（特別是高含氮天然氣）生產LNG一直是天然氣液化技術的難點，通常采取汽提的方式對LNG進行脫氮處理，將LNG中的含氮量控制在1%以下，從而有效地避免LNG儲罐翻滾事故的發生。同時，對LNG進行脫氮處理也是提高LNG產品質量的重要手段。

在專利《從液化天然氣中兩段去除氮》（公開號：CN?101163934A）中，公開了一種從LNG中兩段去除氮的方法及裝置，在兩段分離中，LNG首先被部分冷凝，后進入分餾塔完成第一次分餾，以提供第一富氮蒸氣流和含氮底部液體流，隨后底部液體經過換熱、減壓后返回至設置在分餾塔頂部的回流冷卻器完成第二次分餾，回流冷卻器底部的液體物流送回至分餾塔頂部作為回流液，而回流冷卻器頂部的氣體流為第二富氮蒸氣流。不同濃度的兩個含氮蒸氣流的供應允許控制在天然氣液化裝置中使用的燃料氣體的氮濃度。

在專利《從液化天然氣中除去氮氣的方法》（公開號：CN?1098447C）中，公開了使用散熱片式回流熱交換器從液化天然氣（LNG）中去除氮的方法。一個溫度較高LNG流在熱交換器中被預冷，后減壓閃蒸，產生低壓LNG流，低壓LNG流回到熱交換器中為溫度較高的LNG預冷提供冷量，低壓LNG流在立式的熱交換器換熱通道中同時發生了傳質和傳熱，產生的蒸氣回到閃蒸罐中與高壓LNG閃蒸氣混合即為高含氮氣體流，而從熱交換器換熱通道的底部得到貧含氮的產品液化天然氣。

在專利《含氮甲烷氣脫氮制天然氣/液化天然氣的方法》（公開號：CN?102021056?A）中公開了一種甲烷和氮氣的深冷雙塔精餾工藝，其目的是針對煤層氣和合成氨馳放氣中的氮氣和甲烷分離，得到的產品氮氣純度可以達到95%以上，作為合成工段的原料氣，也可作為工廠氮氣用。

在專利《在液化天然氣的生產中用氮氣汽提從天然氣流中分離氮氣的方法》（申請號：201010232444.X）公開的方法中，原料天然氣經過預冷后進入汽提塔中脫出氮氣，汽提塔的底部得到LNG產品，汽提塔頂部得到高含氮氣體流，該流體在理想情況下中依然包含有體積分數為5%的甲烷氣體。

在以上的專利中，采用了不同方法脫除LNG產品中的氮氣，確保LNG產品質量，避免LNG儲罐發生翻滾事故。但是，由于LNG脫除氮的過程中無法避免甲烷氣體的損失，由于甲烷是除二氧化碳以外的第二種溫室氣體，溫室效應是二氧化碳的21倍，甲烷氣的放空從經濟和環境保護上均不利。