天然气提氦联产多产品的系统及方法与流程

本发明涉及天然气加工与处理，具体涉及一种天然气提氦联产多产品的系统及方法。

背景技术：

1、目前在天然气提氦领域，深冷工艺仍是工业化的主要选择方法。天然气提氦系统作为深冷加工中制冷分离温度最低的典型深冷过程，随着制冷温度的不断降低，单位制冷量的能量消耗急剧增加。现有工业化的天然气提氦技术虽然可依靠联产乙烷等产品提升整体项目收益，但其受限于制冷温度低，需要额外的制冷系统提供能量，导致投资高、能耗大。

2、因此，在当今节能降耗的形势下，亟需研发一种能够显著降低能耗的天然气提氦系统及方法。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了克服现有技术存在的天然气提氦投资高且能耗大的问题，提供一种天然气提氦联产多产品的系统及方法。本发明所述的系统和方法能够显著降低能耗，从而实现节能降碳、减少能耗和投资的目的。

2、为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种天然气提氦联产多产品的系统，其中，所述系统包括连通原料天然气的净化单元，用于将原料天然气净化，和用于天然气提氦的提氦塔；

3、所述提氦塔的塔顶设有提氦塔塔顶冷凝器，塔底设有提氦塔塔底重沸器；

4、所述系统还设有包括混合冷剂压缩机和混合冷剂换热器的热泵系统；

5、设置所述热泵系统与提氦塔塔底重沸器和提氦塔塔顶冷凝器为间接换热，用于通过所述热泵系统中流动的混合冷剂向提氦塔塔底重沸器提供热源，再向提氦塔塔顶冷凝器提供冷源。

6、本发明第二方面提供天然气提氦联产多产品的方法，其中，所述方法包括以下步骤：

7、(1)将原料天然气进行净化，得到净化后的天然气；

8、(2)将净化后的天然气进行提氦处理得到氦气和产品天然气；

9、其中，将混合冷剂进行增压并降温后，为所述提氦处理得到的液相提供热源，得到的冷却后混合冷剂为所述提氦处理得到的气相提供冷源，再经升温回收冷量。

10、通过上述技术方案，本发明所取得的有益技术效果如下：

11、(1)本发明通过在提氦塔外设置热泵系统，以混合冷剂为循环介质，实现提氦塔塔顶塔底能量梯级利用，最终实现了天然气提氦联产系统降低能耗和投资的目的。

12、(2)本发明避免了设置额外的制冷系统，相比常规精馏工艺，热力学效率提高了30％以上，年操作费用减少三分之一，能耗约为231×104kw/a。

13、(3)由于天然气中氦气含量极低，单独建设提氦装置经济效益差，本发明通过同时分离天然气中的乙烷、氦气等产品实现多产品的经济高效回收，同时副产lng、液化石油气和稳定轻烃等产品，对于推动节能降碳目标的实现，提高企业竞争力及促进经济社会发展具有重大现实意义。

技术特征：

1.一种天然气提氦联产多产品的系统，其特征在于，所述系统包括连通原料天然气的净化单元，用于将原料天然气净化，和用于天然气提氦的提氦塔(25)；

2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述热泵系统还包括管线，用于输送所述混合冷剂在混合冷剂压缩机(32)、混合冷剂换热器(31)、提氦塔塔底重沸器(30)和提氦塔塔顶冷凝器(21)之间流动；

3.根据权利要求1或2所述的系统，其中，所述净化单元包括依次连接的冷箱(18)、分离器(14)和脱甲烷塔(13)；

4.根据权利要求1-3中任意一项所述的系统，其中，所述提氦塔(25)塔顶还设有与提氦塔塔顶冷凝器(21)连接的回流罐(28)，所述回流罐(28)的顶部气相出口连接至精氦装置(23)，底部液相出口经回流泵(29)连接至提氦塔(25)塔顶。

5.根据权利要求1-4中任意一项所述的系统，其中，所述提氦塔(25)的底部液相出口依次连接至脱甲烷塔塔顶冷凝器(20)、冷箱(18)、膨胀机(10)和产品天然气压缩机(7)。

6.根据权利要求3-5中任意一项所述的系统，其中，所述脱甲烷塔(13)中部设有至少两条侧线连接至冷箱(18)再回连至脱甲烷塔(13)；

7.一种天然气提氦联产多产品的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述混合冷剂循环进行增压、降温、为所述提氦处理得到的液相提供热源、为所述提氦处理得到的气相提供冷源和升温的步骤；

9.根据权利要求7或8所述的方法，其中，所述混合冷剂以摩尔百分数包括以下组分：甲烷87-93mol％，乙烷1-7mol％和氮气1-7mol％；

10.根据权利要求7-9中任意一项所述的方法，其中，步骤(1)所述的净化包括：将原料天然气进行冷却后得到冷却后的天然气，将冷却后的天然气进行气液分离，将得到的气相分为两路，一路经减压降温后进行脱甲烷处理，另一路经冷却后进行脱甲烷处理；将得到的液相进行脱甲烷处理；

11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述原料天然气的温度为15-30℃，压力为4-7mpa，甲烷含量为85-93mol％，氮气含量为0.13-0.73mol％，氦气含量为0.01-0.07mol％。

12.根据权利要求10或11所述的方法，其中，所述冷却后的天然气的温度为-60℃至-40℃；

13.根据权利要求7-12中任意一项所述的方法，其中，提氦处理得到的气相经冷凝后进行气液分离，得到粗制氦气，将粗制氦气进行精氦处理得到精制氦气；

14.根据权利要求10-13中任意一项所述的方法，其中，提氦处理得到的液相经重沸处理后得到重沸液相，所述重沸液相为脱甲烷处理后得到的气相提供冷凝冷量后，继续为原料天然气提供冷却冷量，然后经减压降温后进行压缩得到产品天然气；

15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述产品天然气的一部分外输，另一部分为原料天然气提供冷量后回流至脱甲烷处理步骤；

16.根据权利要求7-15中任意一项所述的方法，其中，所述方法还包括冷剂提供步骤，以向原料天然气提供冷却冷量；

技术总结本发明涉及天然气加工与处理技术领域，公开了一种天然气提氦联产多产品的系统及方法。所述系统包括连通原料天然气的净化单元和用于天然气提氦的提氦塔。所述系统还设有包括混合冷剂压缩机和混合冷剂换热器的热泵系统。所述方法将原料天然气进行净化，得到净化后的天然气；将净化后的天然气进行提氦处理得到氦气和产品天然气；其中，将混合冷剂进行增压并降温后，为所述提氦处理得到的液相提供热源，得到的冷却后混合冷剂为所述提氦处理得到的气相提供冷源，再经升温回收冷量。本发明通过在提氦塔外设置热泵系统，以混合冷剂为循环介质，实现提氦塔塔顶塔底能量梯级利用，最终实现了天然气提氦联产系统降低能耗和投资的目的。技术研发人员：蔺海川,邱鹏,张文超,张祥光,苏海平,常志波,王登海,赵玉君,梁璇玑,卢鹏飞,马勇,冯波,周妮妮,郝洁,李颖琪受保护的技术使用者：长庆工程设计有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/26