閃蒸天然氣脫氮再液化系統的製作方法

2023-05-27 19:15:11 1

本實用新型屬於液化天然氣技術領域，尤其涉及一種閃蒸天然氣脫氮再液化系統。

背景技術：

液化天然氣(主要為甲烷)是天然氣氣體經過冷卻至-162℃後冷凝為液體狀態的天然氣，具有熱值大和儲運空間小的優點，但是在液化天然氣的生產和運輸過程中，液化天然氣不可避免地因儲罐產生的漏熱而出現一部分閃蒸氣，即為閃蒸天然氣。由於氮氣的露點低於甲烷的露點，所以LNG(液化天然氣)在閃蒸的過程中會優先閃蒸出較多的氮氣以及部分的甲烷、乙烷等烴類氣體。如果再液化的閃蒸氣不進行脫氮處理，，則會導致液化天然氣內氮含量的不斷累積，影響產品品質。

目前現有技術中，閃蒸天然氣再液化過程中主要通過脫氮塔配合變壓吸附裝置來脫除氮氣，脫氮塔即為精餾脫氮裝置，變壓吸附裝置利用高壓時吸附劑吸附甲烷，低壓時吸附劑解吸甲烷的原理進行吸附和解吸，具體地，脫氮塔利用氮氣和甲烷的物性差異通過精餾的方法將氮氣和天然氣進行分離，低溫液態天然氣位於塔底，塔頂的氮氣和少量天然氣進入高壓狀態的變壓吸附裝置後天然氣被吸附，並將氮氣排出，變壓吸附裝置降壓後解吸天然氣，解吸的天然氣與閃蒸天然氣混合進行再液化。

但是，變壓吸附裝置吸附天然氣時處於高壓狀態，解吸天然氣時處於低壓或者真空狀態，天然氣高壓進入變壓吸附裝置至低壓解吸後需要再次增壓才能進行再液化，存在壓力和能量損失，不利於降低能耗。

中國專利CN204138626U公開了一種提高液化天然氣回收率的系統涉及液化天然氣生產領域，包括原料氣輸送管、壓縮機、甲烷化反應器、液化天然氣提純塔和管道，其特徵在於：還設有變壓吸附裝置，變壓吸附裝置設有變壓吸附塔；原料氣輸送管與壓縮機相連，壓縮機與甲烷化反應器相連，甲烷化反應器與液化天然氣提純塔相連，液化天然氣提純塔與變壓吸附塔相連，變壓吸附塔與原料氣輸送管或液化天然氣提純塔相連，以上各個裝置之間的相連通過相應的管道連接。但是本實用新型的回收液化天然氣系統，同樣是利用變壓吸附裝置對天然氣進行吸附和解吸，存在壓力損失，不利於降低能耗。

因此，設計出一種能夠避免在吸附和解吸過程中天然氣的壓力損失的再液化系統，有利於降低能耗和提高閃蒸氣的再液化率，對本領域技術人員來說是非常必要的。

技術實現要素：

本實用新型針對上述的閃蒸天然氣液化系統對天然氣的吸附和解吸過程中存在壓力損失的技術問題，提出一種閃蒸天然氣脫氮再液化系統，能夠降低變壓吸附過程中壓能損耗，減少裝置能耗。

為了達到上述目的，本實用新型採用的技術方案為：

一種閃蒸天然氣脫氮再液化系統，包括可進行冷熱交換的冷箱，可對閃蒸天然氣壓縮升壓的第一壓縮機，可精餾脫除氮氣的脫氮塔，以及可儲存液化天然氣的儲罐；其中，冷箱內設置有可從冷箱中吸收熱量的製冷劑管道，可從冷箱中吸收熱量的原料氣管道，可向冷箱放出熱量的第一冷凝管道，可向冷箱放出熱量的第二冷凝管道，以及可從冷箱吸收熱量的氮氣混合管道；進一步包括可吸附氮氣的變壓吸附裝置，閃蒸氣管道的出口與第一壓縮機入口相連，第一壓縮機出口與第一冷凝管道入口相連，第一冷凝管道出口與脫氮塔入口相連，脫氮塔的塔底出口與第二冷凝管道入口相連，第二冷凝管道出口與儲罐相連，脫氮塔的塔頂出口與氮氣混合管道入口相連，氮氣混合管道出口與變壓吸附裝置入口相連，變壓吸附裝置的天然氣出口與第二壓縮機的入口相連，第二壓縮機的出口與第一壓縮機出口相連，變壓吸附裝置的氮氣出口與大氣連通。

作為優選，變壓吸附裝置包括並聯設置的多個吸附塔，設置於每個吸附塔進出口的程控閥，以及可控制每個程控閥開閉的控制單元。

與現有技術相比，本實用新型的優點和積極效果在於：

1、本實用新型閃蒸天然氣脫氮再液化系統，其設置有能夠吸附氮氣從而將氮氣與天然氣分離的變壓吸附裝置，天然氣沒有被吸附，避免了天然氣吸附與解吸過程中的壓力變化，降低了變壓吸附過程中天然氣的壓力損耗。

2、本實用新型閃蒸天然氣脫氮再液化系統，其變壓吸附裝置中的吸附劑提高了氮氣與天然氣的分離效率，進而提高了閃蒸天然氣的再液化率。

3、本實用新型閃蒸天然氣脫氮再液化系統，其變壓吸附裝置的天然氣出口排出的是具有較高壓力的天然氣，與現有技術中低壓解吸排出的低壓天然氣相比，能夠減少再液化過程中的能耗。

附圖說明

圖1為本實用新型閃蒸天然氣脫氮再液化系統的系統圖。

以上圖中：1、製冷劑管道；2、閃蒸氣管道；3、第一冷凝管道；4、第二冷凝管道；5、氮氣混合管道。

具體實施方式

下面，通過示例性的實施方式對本實用新型進行具體描述。然而應當理解，在沒有進一步敘述的情況下，一個實施方式中的元件、結構和特徵也可以有益地結合到其他實施方式中。

在本實用新型的描述中，需要說明的是，對於管道而言，附圖1中所示管道流向的起始端為入口，管道流向的末端為出口；對於裝置而言，附圖1中所示管道流向的末端為入口，管道流向的起始端為出口。術語「第一」、「第二」僅用於描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。

參見圖1，圖1為本實用新型閃蒸天然氣脫氮再液化系統的系統圖。如圖1所示，一種閃蒸天然氣脫氮再液化系統，包括可進行冷熱交換的冷箱，可對閃蒸天然氣壓縮升壓的第一壓縮機，可精餾脫除氮氣的脫氮塔，以及可儲存液化天然氣的儲罐；其中，冷箱內設置有可從冷箱中吸收熱量的製冷劑管道1，可從冷箱中吸收熱量的原料氣管道2，可向冷箱放出熱量的第一冷凝管道3，可向冷箱放出熱量的第二冷凝管道4，以及可從冷箱吸收熱量的氮氣混合管道5；進一步包括可吸附氮氣的變壓吸附裝置，閃蒸氣管道2的出口與第一壓縮機入口相連，第一壓縮機出口與第一冷凝管道3入口相連，第一冷凝管道3出口與脫氮塔入口相連，脫氮塔的塔底出口與第二冷凝管道4入口相連，第二冷凝管道4出口與儲罐相連，脫氮塔的塔頂出口與氮氣混合管道5入口相連，氮氣混合管道5出口與變壓吸附裝置入口相連，變壓吸附裝置的天然氣出口與第二壓縮機的入口相連，第二壓縮機的出口與第一壓縮機出口相連，變壓吸附裝置的氮氣出口與大氣連通。

本實用新型閃蒸天然氣脫氮再液化系統，其通過設置可吸附氮氣的變壓吸附裝置，從而將氮氣與天然氣分離，天然氣沒有被吸附，避免了天然氣吸附與解吸過程中的壓力變化，降低了變壓吸附過程中天然氣的壓力損耗。

具體地，繼續參見圖1，如圖1所示，低溫的閃蒸天然氣從閃蒸氣管道2入口進入，在冷箱內吸收熱量升至常溫後，進入第一壓縮機升壓為高壓的閃蒸天然氣，高壓的閃蒸天然氣自第一壓縮機出口進入第一冷凝管道3，在冷箱內放出熱量被冷卻、冷凝，然後輸送至脫氮塔進行閃蒸天然氣的精餾脫氮，脫氮塔塔底的液相天然氣自塔底出口進入第二冷凝管道4，在冷箱放出熱量進一步冷凝到-162℃後進入儲罐，脫氮塔塔頂的氮氣和甲烷混合氣自塔頂出口進入氮氣混合管道5，在冷箱吸收熱量升至常溫後輸送至變壓吸附裝置，其中，氮氣在變壓吸附裝置中被吸附，甲烷與氮氣分離後自變壓吸附裝置的天然氣出口被輸送至第二壓縮機，經過第二壓縮機增壓後與第一壓縮機出口的高壓閃蒸天然氣進行混合，一起進入第一冷凝管道3進行冷卻、冷凝。第二壓縮機能夠將變壓吸附裝置出口排出的天然氣氣體壓縮升壓至與第一壓縮機出口的閃蒸天然氣相同的壓力，進而使混合後的天然氣氣體滿足液化能耗較低的壓力要求。因自變壓吸附裝置排出的天然氣的壓力稍低於第一壓縮機出口的閃蒸天然氣的壓力，因此第二壓縮機選擇為小型壓縮機即可滿足要求。而被變壓吸附裝置吸附的氮氣被低壓解吸後排至大氣環境中。製冷劑管道1與冷源相連通，從而持續不斷地為冷箱提供冷量。

為了實現變壓吸附裝置能夠對氮氣進行吸附，變壓吸附裝置的吸附劑為甲烷濃縮用吸附劑。甲烷濃縮用吸附劑為氮氣選擇型吸附劑，可吸附天然氣、油田伴生氣、頁巖氣、煤層氣等氣體中的氮氣，從而實現甲烷的濃縮。與傳統的活性炭吸附劑相比，甲烷濃縮用吸附劑可實現甲烷在高壓側濃縮，便於高濃度甲烷氣體的進一步壓縮、輸送及利用。

需要說明的是，甲烷濃縮用吸附劑是基於速度分離型的吸附劑，主要利用甲烷濃縮用吸附劑對氮氣吸附的速度大於對甲烷吸附的速度，來實現甲烷在高壓處富集。該吸附劑氮氣對甲烷的動力學選擇性因子為36。與傳統的速度分離型的碳分子篩相比，該吸附劑具有氮氣吸附量大，且氮氣吸附速度更快的優點，因此提高了氮氣與天然氣的分離效率，進而提高了閃蒸天然氣的再液化率。

為了提高變壓吸附裝置的吸附效率，變壓吸附裝置包括並聯設置的多個吸附塔，每個吸附塔進出口均設置有程控閥，程控閥的打開或者關閉受控制單元的控制，控制單元根據設定的時間進行控制每個程控閥的開啟，進而最大限度地提高變壓吸附裝置的吸附效率。具體地，變壓吸附裝置中的多個吸附塔，處於高壓吸附狀態的吸附塔吸附管線進出口處的程控閥為開啟狀態，處於低壓解吸狀態的吸附塔吸附管線進口處的程控閥為關閉狀態，控制單元根據處於吸附狀態吸附塔的程控閥的開啟時間來判定該吸附塔是否已處於飽和狀態，若開啟時間達到了設定時間，則將該吸附塔吸附管線進出口的程控閥關閉，開啟已完全解吸的其他的吸附塔吸附管線進出口的程控閥，並對該吸附塔進行低壓解吸，依次循環，保證變壓吸附裝置一直具備氣體的吸附脫除能力。

為了使本實用新型的閃蒸天然氣脫氮再液化系統更加清楚，下面通過對本實用新型的閃蒸天然氣脫氮再液化系統的流程進行說明。

低溫低壓的閃蒸天然氣由閃蒸氣管道2進入冷箱復熱至常溫後，進入第一壓縮機升壓為高壓的閃蒸天然氣，高壓的閃蒸天然氣由第一冷凝管道3進入冷箱冷卻、冷凝，再進入脫氮塔進行精餾脫氮；塔底的液相天然氣通過第二冷凝管道4再次返回冷箱冷凝到-162℃後，作為LNG(液化天然氣)產品輸送至儲罐，脫氮塔塔頂引出的氮氣和甲烷由氮氣混合管道5進入冷箱復熱至常溫後輸送至變壓吸附裝置；氮氣在變壓吸附裝置中被吸附，與氮氣分離後的天然氣氣體通過第二壓縮機進行升壓後，與第一壓縮機出口處的閃蒸天然氣混合，並通過第一冷凝管道3進入冷箱進行冷卻、冷凝，再經過脫氮塔及第二冷凝管道4輸送至儲罐儲存。

本實用新型的閃蒸天然氣脫氮再液化系統通過設置可吸附氮氣的變壓吸附裝置，避免了天然氣吸附和解吸過程中的壓力損失，並提高了氮氣與天然氣的分離效率，進而提高了閃蒸天然氣的再液化率。同時也降低了為變壓吸附裝置排出的天然氣升壓所需的能量，進一步節能降耗，降低了整個系統的運行成本。