[发明专利]从浓缩的天然气中除氮

说明书

本申请是申请日为2004年5月21日、发明名称为“从浓缩 的天然气中除氮”的发明专利申请的分案申请，原申请的中国专 利申请号为200410047518.7。

技术领域

本发明涉及一种从浓缩的天然气中除氮的方法。

背景技术

未精制的天然气中主要包含甲烷，也包括多种次要组分例如水、硫 化氢、二氧化碳、汞、氮和一般含有2到6个碳原子的轻质烃。这些组分 中的一些，例如水、硫化氢、二氧化碳和汞，是对下游步骤例如天然气 加工或液化天然气(LNG)的生产有害的污染物，并且必须在这些处理 步骤的上游将这些污染物除去。除去这些污染物之后，将比甲烷重的碳 氢化合物浓缩并作为气体汽油回收，并将主要包括甲烷、氮气和残余轻质 烃的剩余气体冷凝、浓缩，产生最终的LNG产品。

由于粗天然气包含1-10摩尔％氮，因此除氮在许多LNG生产方案 中是必须的。在最终的产品储存以前，可利用除氮单元(NRU)和/或 一个或多个闪蒸步骤从LNG中除去氮。除氮需要额外的冷却，该冷却可 通过除氮系统的进料膨胀、回收的富氮气体的膨胀、利用部分用于液化 的制冷作用或这些方式的组合来提供。依赖于这种除氮过程，除去的氮 可能仍旧包含高浓度甲烷，如果这样，不能将除去的氮流排放，而是必 须送至工厂的燃料系统。

在LNG生产中，一般在升高的500-1000psia(磅/英寸²)压力范围内进行 液化，因此在接近大气压下储存之前，必须降低来自液化过程的LNG 的压力或进行闪蒸。在闪蒸步骤中，将包含剩余氮和汽化甲烷产品的闪 蒸气体回收用作燃料。为了将闪蒸气体的生产最小化，液化过程一般包 括最终的需要额外制冷的过冷步骤。

在某些LNG操作中，液化过程的最终步骤中的燃料气体流的产生 可能是不被期望的。这减少了处理除去的氮的可选择的方案，因为只 有在除去的氮中含有低浓度甲烷，例如低于大约5摩尔％时，排放是可 能的。除氮过程中这样低的甲烷浓度能通过有效的除氮单元获得，并且 这需要充分的冷却以完成氮一甲烷的分离。

在LNG领域中需要使甲烷去除最小化并与LNG制冷系统有效结合 的改进的除氮方法。下面所描述的和所附的权利要求中限定的本发明， 通过提供甲烷损失最小的LNG除氮方法的实施方式来满足这一需求， 其中该方法通过除氮的有效制冷和最终产品的冷却使LNG生产和储存 一体化。

本发明概述

本发明的一个实施方式包括一种从浓缩天然气中除氮的方法，该 方法包括(a)在蒸馏塔的第一位置处将浓缩天然气引入蒸馏塔内，从 蒸馏塔内排出富氮塔顶蒸汽流，从蒸馏塔的底部排出纯化的液化天然 气流；(b)在处于第一位置之上的第二位置处向蒸馏塔内引入冷回流 流体，其中提供冷回流流体的制冷作用通过对含氮的制冷剂流压缩和 做功膨胀来获得；和(c)或者(1)将纯化的液化天然气流冷却或将 浓缩的天然气流冷却，或者(2)将纯化的液化天然气流和浓缩的天然 气流这二者都冷却，其中(1)或(2)的制冷作用通过将含氮的制冷 剂流压缩和做功膨胀来获得。制冷剂流可包含所有或部分来自蒸馏塔 的富氮蒸汽流。富氮塔顶馏出蒸汽流可能包含小于5摩尔％的甲烷，还 可能包含小于2摩尔％的甲烷。

该方法进一步包括在将浓缩天然气引入蒸馏塔之前通过与从蒸馏 塔底部回收的汽化液体的间接热交换将其冷却，以提供汽化的塔底流 和冷却的浓缩天然气流，并将汽化的塔底流引入蒸馏塔中以在那里提 供沸腾蒸汽。可通过蒸馏塔前的膨胀阀或膨胀器降低冷却的浓缩天然 气的压力。

可通过下列方式提供冷回流流体，提供冷回流流体的制冷作用和 为冷却(i)纯化的液化天然气流或浓缩的天然气流或者冷却(ii) 纯化的液化天然气流和浓缩的天然气流这二者的制冷作用：

(1)将来自蒸馏塔的富氮塔顶馏出蒸汽流与从富氮塔顶馏出 蒸汽流获得的做功膨胀的富氮流结合起来，产生复合的冷富氮 流；

(2)将复合的冷富氮流加温，以通过间接热交换的方式向冷 回流流体、(i)纯化的液化天然气流或浓缩的天然气流的冷却 或者(ii)纯化的液化天然气流和浓缩的天然气流这二者的冷却 提供制冷作用；

(3)通过与压缩的富氮流的间接热交换将温热富氮流进一步 加温，进而提供冷却的压缩富氮流和进一步加温的富氮流；