[实用新型]一种从液化天然气中分离氮气的系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及液化天然气生产领域，特别涉及一种从液化天然气中分离氮气的系统。

背景技术

天然气作为一种清洁、优质的能源，其需求量正随着我国经济的发展和环境保护要求的提高迅速扩大。由于液化天然气(LNG)在天然气存储及运输中具有的巨大优势，液化天然气正逐渐成为天然气需求的首选。

在LNG产业链中，天然气液化、运输和存储是重要的三个环节。在存储和运输过程中，LNG通常以饱和液体的形态储存在绝热罐中。当有热量通过传导或者辐射传递至储罐中时，变回导致部分液体蒸发为气体，这种气体称为挥发气。一般而言，LNG中的氮含量越高，液体越容易蒸发，挥发气的量也就越大。而且，当LNG中氮含量过高时容易发生翻滚事故，此时不同密度层的LNG在储罐内迅速上下翻滚混合，瞬间产生大量的挥发气，气化量约为平时自然蒸发量的10～50倍，导致储罐内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/T19024-2003《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，通常采用汽提的方式对LNG进行脱氮处理从而有效地避免LNG储罐翻滚事故的发生。比如，在专利《一种液化天然气联产液氮的装置及方法》(公开号：CN 102994184B)中，公开了一种两塔深冷精馏分离甲烷和氮气生产LNG并联产液氮的装置和方法，首先将天然气冷却至-120～-100℃减压节流送入脱氮塔，脱氮塔底液相再次深冷后送入LNG闪蒸罐，脱氮塔顶气相再次深冷后进入氮-甲烷分馏塔，氮-甲烷分馏塔底液相经深冷后进入LNG闪蒸罐，氮-甲烷分馏塔顶气相经深冷后得到的液氮送入液氮储罐。

在专利《从液化天然气中两段去除氮》(公开号：CN 101163934B)中，公开了一种从LNG中两段去除氮的方法及装置，LNG首先被部分冷凝后进入分馏塔完成第一次分馏，以提供第一富氮蒸汽流好含氮底部液体流，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为第二富氮蒸汽流。不同浓度的两个含氮蒸汽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含氮浓度范围内。

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，产生的蒸汽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《含氮甲烷气脱氮至天然气/液化天然气的方法》(公开号：CN 102021056B)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到95％以上，作为合成工段的原料气，也可作为工程氮气用。

在专利《在液化天然气的生产中用氮气汽提从天然气气流中分离氮气的方法》(公开号：CN 102220176A)公开的方法中，原料天然气经过预冷后进入汽提塔中脱除氮气，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依然含有摩尔分数为5％的甲烷。

在以上专利中，采用了不同方法脱除LNG产品中的氮气，确保了LNG产品质量，避免了LNG储罐发生翻滚事故。但是，由于LNG脱除氮的过程中所有物料须先经过脱氮汽提塔，导致脱氮能耗极高；并且，脱氮过程中产生的脱氮尾气纯度不高，再利用较为困难，放空时无法避免甲烷气的损失，加之甲烷的温室效应问题，脱氮尾气的放空从经济和环境保护上均不利。

实用新型内容

为了克服现有技术的上述缺点，本实用新型提供了一种从液化天然气中分离氮气的系统，能从富含氮的天然气中生产液化天然气，拓展了LNG原料来源，同时，脱氮尾气中的氮含量可达99.9％，纯度高，放空基本无甲烷损失，也可直接用于工厂氮气或者冷剂补充氮气，提高了天然气液化装置的经济效益和环保效益。