[发明专利]一种液化天然气联产液氮的装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及从含有氮气的天然气中生产液化天然气和液氮的冷凝分离工艺，尤其是涉及一种液化天然气联产液氮的装置及方法。

背景技术

液化天然气（LNG）是以甲烷为主要组分的烃类混合物，其中含有通常存在于天然气中少量的乙烷、丙烷、氮等，其常压沸点约为-160℃，低温、无色、无味、无毒且无腐蚀性，体积约为同量气态天然气的1/600，具有运输灵活、储存效率高、清洁环保以及燃烧热值高等优点。LNG作为优质的车船用燃料,与汽、柴油相比，具有辛烷值高、抗爆性好、清洁环保、发动机寿命长、成本低廉等优点；LNG与压缩天然气(CNG)相比，具有续驶里程长，储存效率高，储瓶压力低、重量轻、建站不受供气管网限制等优点；LNG在城镇供气及调峰等方面,与地下储气库、储气柜相比，具有建设投资少、建设周期短以及受外部影响小等优点。

近几年来，LNG产业在我国得到了迅猛发展。LNG的广泛使用对于优化能源结构，保护生态环境，提高人民生活质量，促进国民经济和社会可持续发展，具有十分重要的意义。

在LNG产业链中，天然气液化和LNG储存是重要的两个环节。由于LNG通常以饱和液体形态储存于绝热储罐中，任何传导至储罐中的热量都会导致一些液体蒸发为气体，这种气体称为蒸发气。一般情况下，蒸发气包括20%的氮，80%的甲烷和微量的乙烷，蒸发气中的含氮量约是液体LNG中含氮量的20倍。当LNG中氮气含量过高时，容易引发LNG储罐内的翻滚事故，不同密度层的LNG在储罐内迅速上下翻动混合, 瞬间产生大量气化气的现象。此时罐内LNG 的气化量为平时自然蒸发量的10～50倍,将导致储罐内的气压迅速上升并超过设定的安全压力, 使储罐出现超压现象。如果不及时通过安全阀排放, 就可能造成储罐的机械损伤, 带来经济上的损失及环境污染。因此，在GB/T 19024-2003《液化天然气的一般特性》中指出“预防此类型翻滚的最好方法是保持LNG的含氮量低于1%，并且密切监测气化速率”。

鉴于此，含氮气的天然气（特别是高含氮天然气）生产LNG一直是天然气液化技术的难点，通常采取汽提的方式对LNG进行脱氮处理，将LNG中的含氮量控制在1%以下，从而有效地避免LNG储罐翻滚事故的发生。同时，对LNG进行脱氮处理也是提高LNG产品质量的重要手段。

在专利《从液化天然气中两段去除氮》（公开号：CN 101163934A）中，公开了一种从LNG中两段去除氮的方法及装置，在两段分离中，LNG首先被部分冷凝，后进入分馏塔完成第一次分馏，以提供第一富氮蒸气流和含氮底部液体流，随后底部液体经过换热、减压后返回至设置在分馏塔顶部的回流冷却器完成第二次分馏，回流冷却器底部的液体物流送回至分馏塔顶部作为回流液，而回流冷却器顶部的气体流为第二富氮蒸气流。不同浓度的两个含氮蒸气流的供应允许控制在天然气液化装置中使用的燃料气体的氮浓度。

在专利《从液化天然气中除去氮气的方法》（公开号：CN 1098447C）中，公开了使用散热片式回流热交换器从液化天然气（LNG）中去除氮的方法。一个温度较高LNG流在热交换器中被预冷，后减压闪蒸，产生低压LNG流，低压LNG流回到热交换器中为温度较高的LNG预冷提供冷量，低压LNG流在立式的热交换器换热通道中同时发生了传质和传热，产生的蒸气回到闪蒸罐中与高压LNG闪蒸气混合即为高含氮气体流，而从热交换器换热通道的底部得到贫含氮的产品液化天然气。

在专利《含氮甲烷气脱氮制天然气/液化天然气的方法》（公开号：CN 102021056 A）中公开了一种甲烷和氮气的深冷双塔精馏工艺，其目的是针对煤层气和合成氨驰放气中的氮气和甲烷分离，得到的产品氮气纯度可以达到95%以上，作为合成工段的原料气，也可作为工厂氮气用。

在专利《在液化天然气的生产中用氮气汽提从天然气流中分离氮气的方法》（申请号：201010232444.X）公开的方法中，原料天然气经过预冷后进入汽提塔中脱出氮气，汽提塔的底部得到LNG产品，汽提塔顶部得到高含氮气体流，该流体在理想情况下中依然包含有体积分数为5%的甲烷气体。

在以上的专利中，采用了不同方法脱除LNG产品中的氮气，确保LNG产品质量，避免LNG储罐发生翻滚事故。但是，由于LNG脱除氮的过程中无法避免甲烷气体的损失，由于甲烷是除二氧化碳以外的第二种温室气体，温室效应是二氧化碳的21倍，甲烷气的放空从经济和环境保护上均不利。