[发明专利]从液化天然气中除去氮气的方法

说明书

本发明涉及用回流或散热片式热交换器来从液化天然气(LNG)中除去氮气的方法。

大家已知多种处理液化天然气中氮气的方法和技术。其例子包括下列的美国专利：Laverty等的2500129；Eakin等的2823523；Hoffman的3559418；Harper等的3874184；Bailey等的4225329和Nelson等的5036671。其大多数涉及分馏和/或部分冷凝的天然气流中的富氮气流的分离。

在散热片式热交换器的生产中的最新进展已使这种设备在包括空气分离；氢气、乙烯、天然气液体和液化石油气的回收；和二氧化碳的纯化等一些低温方法中代替常规的蒸馏塔使用。该设备也称为回流交换器，传热和传质操作均可同时高效地实现。由于其轻便、设计紧凑，回流热交器一般具有高的表面积/体积比，优选仅以2至3℃的最低温度驱动力来操作。

回流交换器包括相邻通道用于导入原料和传热流体。最好液体原料流通过重力向下流过原料通道而加热的流体通过相邻的传热通道向上流动，因此它们是彼此逆流的。热传递到向下流动的流体中使其至少部分气化。如此形成的蒸气通过同一原料流通道上升而将最轻组分的液相汽提。然后原料蒸气相从原料通道的顶部收回。

在这种布置中，回流交换器相当于蒸馏塔的汽提部分。但是其明显存在重大的区别。沿单元全线的同时热交换和分离由于增大了热力效率而允许传热和传质的驱动力维持在小的水平。由于驱动力小，气液相间的温度和组成差异差更近于代表可逆的热力学过程。因此回流交换器相当于每级均有再沸器的多级汽提塔。

作为多级汽提塔的回流交换器也提供了超过常规蒸馏塔一些其它优点。在常规的部分气化(汽提)过程中，原料被加热到足够高的温度以确保大部分较轻组分汽化和回收。这可能导致较大量不想要的较重组分被气化进入气相。相反，用较低平均再沸温度的回流交换器具有较少量的被气化的较重组分。结果，由于重沸用的热负载降低而使加热负荷下降。换句话说，对同样的重沸负荷，可获得更好的回收率。

可以看出对于气态原料流，类似的交换器也同样地用作多级精馏器。在每级同时发生的致冷源将原料冷凝、将气体回流。

有关散热片式热交换器的综述及其在天然气加工中的使用由Finn，A公开于Chemical Engineering，1994年5月出版的101卷第5期142至147页中。

Costain Oil，Gas & Process，Ltd.Plate Fin Exchanger Bulletin of1989，P5-9描述了用于设计散热片式热交换器的尺寸计算方法。

French的美国专利3203191描述了使用骤冷器来降低需能的气体液化方法。

Paradowski的美国专利4334902描述了通过用来自在液态条件下其膨胀后低温冷却的液体致冷剂的蒸气冷却气体而液化天然气的方法，其中蒸气同时也将液化的致冷剂低温冷却。低温冷却后的高压液体致冷剂在水轮机中膨胀。

通过用回流散热片式交换器替代常规氮分离塔完成从液化天然气(LNG)中去除氮气，达到了节能和减少了基本投资。

作为一个实施方案，本发明提供了用于天然气液化工厂的除氮方法，以从含至少80％(摩尔)甲烷和至多20％(摩尔)氮气的较温的高压液流中去除氮气。作为步骤(a)，较温的高压液流在增强的表面热交换器中逆着较低压的液化天然气流冷却而形成较冷的高压液流并将低压液化的天然气流部分气化。作为步骤(b)，步骤(a)的较冷的高压液流被膨胀而形成深冷却的液气混合物。作为步骤(c)，当步骤(b)的混合物被送到分离器形成液流和气流。作为步骤(d)，步骤(c)的液流作为较低压流供应到步骤(a)的热交换器中，其被部分气化而形成增浓了氮含量的流体和贫氮的液态产物流。作为步骤(e)，低压液化的天然气流在热交换器中和在其中气化的流体逆流接触而从中汽提氮。作为步骤(f)，在热交换器中气化的流体被供到步骤(c)中的分离器。作为步骤(g)，增浓了氮含量的蒸气流从分离器回收。

在优选的实施方案中，在步.骤(a)、(d)和(e)中的热交换器包含一散热片式交换器。较温的高压液流具有约-165至约-130℃的温度和约1MPa至5MPa的压力，来自分离器的液态产物流蒸气流具有约0.1MPa至0.5MPa的压力。液态产物流被收集于贮存罐中。低压液化天然气流靠重力向下流过处于经调整便于气化流体向上流动的通道中的热交换器。