[发明专利]一种天然气干燥及液化工艺方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及富含烃类气体的净化及液化生产，具体涉及一种天然气干燥及液化工艺方法和装置。

背景技术

天然气由于其环保性而成为取代其他燃料的最佳物质，其应用领域已逐渐扩大到发电、汽车用气、工业用气、城市居民用气、化工用气等方面。随着天然气消费量的增长，作为天然气最有效的供用形式之一，液化天然气的贸易量也已成为能源市场增长最快的领域之一。液化天然气工业的不断发展，则对天然气液化方法和装置以及前期的天然气净化方法和装置在能耗、投资和效率等方面提出了更高的要求。

目前，在比较成熟的天然气净化及液化工艺中，采用较多的是如图1所示的工艺方法。为保证液化工艺及设备安全稳定运行，在原料气进行深冷液化之前需将其中所含酸性气体组分、水等脱除至液化所需精度。如图1中所示，原料气首先进入脱酸系统，在其中脱除酸性气体如CO₂，H₂S等，酸性气体含量合格后，出脱酸系统且含有饱和水的混合气体直接去脱水系统进行深度脱水，达到所需精度后的干燥天然气去冷箱系统液化。

上述传统工艺中，进脱水系统的天然气中因为出脱酸系统时携带了饱和水，原料气处理量较大时如直接进入脱水系统会给脱水系统造成比较大的负荷。针对这一问题，本发明做了相应的改进，在混合气体进入脱水系统之前进行预脱水，从而显著降低脱水系统负荷，减小脱水设备的尺寸并减少脱水吸附剂用量。

发明内容

本发明提供了一种天然气干燥及液化工艺方法和装置，将上述现有工艺流程加以改进，采用一种全新的流程将原料气脱水并液化。其装置包括吸附干燥系统、制冷剂压缩系统和冷箱系统。该制冷剂压缩系统产生的气相制冷剂及液相制冷剂为冷箱系统提供冷量后通过冷剂返回通道返回冷剂压缩系统入口；冷箱系统包含一组板翅式换热器组、与所述板翅式换热器组的换热通道连接的两台节流装置、与所述板翅式换热器组的一个换热通道连接的一台天然气分水罐和与所述板翅式换热器组的另一换热通道连接的一台天然气重烃分离器。本发明所采用工艺流程首先将待干燥天然气送入冷箱中预冷，可脱去其中70wt％以上(优选80wt％以上，更优选85wt％以上，特别优选90wt％以上)的水分，从而显著降低天然气干燥系统的负荷，减小干燥设备尺寸并减少吸附剂消耗量。

在第一个方面，本发明提供一种天然气干燥及液化工艺方法，其包括如下工艺流程：

脱酸后(即脱酸性气体后)的原料天然气首先进入冷箱中的板翅式换热器组进行预冷，被冷却至5℃～20℃后出换热器组，进入天然气分水罐从罐底部脱去水分，天然气分水罐顶部气相继续进入吸附干燥系统脱水，脱水后的天然气返回换热器组(例如后一级换热器)中冷却至-30℃～-60℃后，出板翅式换热器组而进入重烃分离器进行气液分离，重烃分离器底部获得重烃(C6和C6以上重烃组分)，由重烃分离器顶部分离出的气相流股继续进入换热器组，并在其中被冷却至-130℃～-166℃后出冷箱，得到液化天然气(LNG)。

在一个优选实施方式中，板翅式换热器组采用如下制冷剂循环工艺流程来为冷箱提供冷量：

从制冷剂压缩系统来的液相制冷剂首先进入换热器组的第一换热通道，在其中被预冷至约-30℃～-80℃，经节流阀节流至0.2～0.8MPaA后进入冷剂返回通道(即第三换热通道)，与从换热器组后续换热器返回的制冷剂流股汇合，为换热器组提供冷量后出冷箱；由制冷剂压缩系统来的的气相制冷通过换热器组的第二换热通道冷却至-135℃～-169℃，再经节流阀节流至0.2～0.8MPaA后进入换热器组冷剂返回通道，为换热器提供冷量后返回制冷剂压缩系统。

这里，压力单位MPaA为兆帕，绝对压力。在本申请中“任选”表示有或没有。在本申请中“吸附干燥”与“干燥吸附”可互换使用。“干燥塔”与“吸附塔”可互换使用。

吸附干燥系统可以采用本领域常用的吸附干燥系统(例如变压吸附干燥系统)，优选采用两塔或三塔等压吸附干燥流程，采用分子筛吸附脱水，可将水分脱除至常压露点≤-76℃。

优选地，当吸附干燥系统采用两塔等压吸附干燥流程时：

来自天然气分水罐顶部的预脱水后的天然气，经吸附干燥系统的入口通道，首先分成两路气流；其中第一路气体作为工艺气直接去处于干燥过程的第一吸附塔或第二吸附塔，其中第一吸附塔和第二吸附塔交替进行吸附过程和再生过程，处于干燥过程的吸附塔中装填的吸附剂将气体中的水分吸附下来，未被吸附的气体去吸附干燥系统的出口通道；