CN101975503A - 改良的天然气提氦的工艺 - Google Patents
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Abstract
一种改良的天然气提氦的工艺，包括在深冷条件下使净化后的天然气液化，低温精馏分离得到粗氦，其特征是：净化后的天然气经过换热器液化后进入精馏塔内精馏，精馏塔塔顶获得一次粗氦；塔底的液体再经过换热器节流换热汽化后再进入膨胀机膨胀并复热到常温后对外输送。相对常规工艺，本发明提高了精馏塔的分离压力和温度，从而减少制冷液化分离所需要的功耗；同时随着外输天然气压力的降低，有利于提高膨胀比，从而增加制冷量。还解决了前膨胀工艺膨胀机膨胀后需要带液从而降低膨胀机制冷效率的问题(后膨胀工艺膨胀机不需要带液)。故节能效果明显，可推广应用。
Description
技术领域
本发明涉及化工分离方法技术，特别涉及一种改良的天然气提氦的工艺。
背景技术
从天然气中提取氦气，目前广泛工业应用的是深冷分离法，其基本原理是利用氦液化温度极低，难于液化的原理，通过制冷不断降低气体温度，将天然气中的甲烷、氧、氮等组分液化、低温精馏，从而获得粗氦，将粗氦经过进一步精制获得A级氦(HE浓度大于99.995％)。目前常规工艺步骤如图1所示，净化后的天然气经脱碳、干燥等净化处理后，获得干净、干燥的净化后的天然气，净化后的天然气经过换热器换热后通过膨胀机膨胀液化，再进入精馏塔内分离，塔顶获得一次粗氦，塔底的液体经过换热器节流复热到常温气化后对外输送。然而，现有工艺均存在以下不足：1.净化后的天然气是先经膨胀机膨胀减压后再进入精馏塔，此时进精馏塔进行低温分离的气流压力相应变小，而为了满足分离的所需要温度降低，在一定程度上又必须得增大制冷和分离功，这样无形中就增大能耗(主要是压缩功耗和冷损失)。2同时为满足液化分离的要求，膨胀机膨胀后流体必须一定程度的带液.，由于净化后的天然气膨胀前温度不能很好调节和控制，使低温深阶冷量和普冷温度下的冷量不能很好匹配，严重时使装置天然气不能液化和正常生产。3。当外输天然气压力降低时，精馏塔内的压力温度需要相对稳定，不能同时增加膨胀比来增加制冷量。
发明内容
针对上述不足之处，本发明的目的在于提供一种能合理利用低温冷量和有效降低制冷能耗节能效果明显的改良的天然气提氦的工艺。
为了达到上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种改良的天然气提氦的工艺，包括在深冷条件下使净化后的天然气液化，低温精馏分离得到粗氦，其中，净化后的天然气经过换热器液化后进入精馏塔内精馏，精馏塔塔顶获得一次粗氦；塔底的液体再经过换热器节流换热汽化后再进入膨胀机膨胀并复热到常温后对外输送。
本发明的有益效果在于：
(1)现有生产工艺中，净化后的天然气是先经膨胀机膨胀减压后再进入精馏塔(简称“前膨胀”工艺)，而本发明生产工艺则是净化后的天然气在膨胀减压前直接进入精馏塔进行低温分离(简称“后膨胀”工艺)，故“后膨胀”进精馏塔进行低温分离的压力较“前膨胀”更高，从而提高了分离的所需要温度，有利于降低制冷和分离功，同时，“后膨胀”的低压尾气压力相应也高，则将尾气增压后压回管网所需的功相应就降低，从而有效达到节能效果。
例如，以进冷箱压力为2.5Mpa，出装置压力为1.0Mpa，节流需要的压力降为0.5Mpa，则前膨胀精馏塔的压力为1.5Mpa(对应的精馏塔顶的冷凝温度为-148℃)，膨胀比约为2.5/1.5＝1.67；而后膨胀则精馏塔的压力为2.5Mpa(对应的精馏塔顶的冷凝温度为-136℃)，膨胀比约为2.0/1.0＝2。
用HYSYS模拟计算的现有生产工艺和本发明的生产工艺的参数如表2，可以看出后膨胀膨胀机增加制冷量15KW，同时膨胀后温度降低约5℃，低压尾气压缩因进口压力增加节约能耗约82KW。
表1 现有生产工艺/本发明生产工艺的工艺参数模拟比较
*实际采用降低进精馏塔汽化分率的方法，进一步降低了精馏塔的冷凝负荷，减低了低压压缩功耗。
(2).操作、运行方面：操作控制更稳定
“前膨胀”生产工艺：由于气田原料气量不断减少，而天然气使用量又不断增加，天然气供气矛盾日益突出，管网原料气压力波动较大，加之不同季节原料气温度差异也较大，从而膨胀前气流温度、压力不稳定，造成装置的冷量平衡不易控制，前膨胀工艺存在膨胀前温度不能很好调节和控制，使低温深阶冷量和普冷温度下的冷量不能很好匹配。严重时装置甚至无法进行正常调节，操作十分困难。
“后膨胀”生产工艺：可通过调节进膨胀机的流量大小的方法，使膨胀前温度可调。使装置的可操作调节性能提高。
由于进入膨胀机的气流为精馏塔塔釜液体经节流换热后的气流，该气流的量及温度经过精馏塔操作，均可实现稳定控制，从而可确保装置的冷量平衡，使操作简便、稳定。
(3)膨胀机工作效率制冷量大：
由于后膨胀对膨胀机出口带液量的有无多少无要求，而一般采用的透平膨胀机在膨胀后带液量增多时一般效率下降，故现有工艺有利于提高膨胀机的效率。同时由于“后膨胀”的膨胀比比“前膨胀”要高，相应制冷量增加，参见 表1。一般设计时选用最高外输压力来设计，当实际外输压力降低时，改良后的工艺可通过增加膨胀比来增加制冷量，而常规工艺因需要稳定精馏塔的压力温度则不能。
附图说明
图1现有生产工艺流程图
图2本发明工艺流程图
图3不同制冷温度对制冷系数的影响示意图
具体实施方式
如图2所示，净化后的天然气经过换热器液化后进入精馏塔内精馏，精馏塔塔顶获得一次粗氦；塔底的液体再经过换热器节流换热汽化后再进入膨胀机膨胀并复热到常温后对外输送。
本发明一方面主要是提高了精馏塔的分离压力，从而提高了分离的所需要温度，有利于降低功(不同温度下制冷所需要的制冷系数见图3，可以看出，适当提高制冷液化温度可明显节约制冷能耗)。另一方面，有利于增加膨胀机的膨胀比，从而提高膨胀机的制冷能力，特别适合于目前出装置天然气压力比分离塔压力低的情况。
Claims (1)
1.一种改良的天然气提氦的工艺，包括在深冷条件下使净化后的天然气液化，低温精馏分离得到粗氦，其特征是：净化后的天然气经过换热器液化后进入精馏塔内精馏，精馏塔塔顶获得一次粗氦；塔底的液体再经过换热器节流换热汽化后再进入膨胀机膨胀并复热到常温后对外输送。
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2010
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