本發明公開了一種含氮天然氣雙塔深冷脫氮的工藝裝置和方法，工藝裝置包括通過管道連接的脫氮冷箱和高壓脫氮塔，所述高壓脫氮塔底部出口、脫氮冷箱、低壓脫氮塔依次連接；所述高壓脫氮塔上部出口、換熱器、脫氮冷箱、低壓脫氮塔依次連接；所述低壓脫氮塔頂部出口、脫氮冷箱、氮氣壓縮機、冷卻器、脫氮冷箱、低壓脫氮塔頂部進料口依次連接；所述低壓脫氮塔底部出口、第四節流閥、脫氮冷箱、產品氣壓縮機、冷卻器依次連接。與現有技術相比，本發明的積極效果是：本發明極大減少了脫除氮氣中烴類含量，脫除的氮氣純度≥99mol％。同時利用脫氮液烴節流后為系統提供冷量，取消外部冷劑制冷循環，降低了裝置能耗。

技術領域

本發明涉及天然氣處理技術領域，特別涉及一種含氮天然氣雙塔深冷脫除氮氣的工藝裝置和方法，具體是將天然氣中氮氣脫除，提高天然氣熱值的工藝，適用于天然氣、煤層氣、焦爐煤氣等含氮氣的烴類混合物的一種或多種。

背景技術

天然氣以其優質、高效、清潔等優勢在整個能源結構中正逐步的進入鼎盛時期，開發和利用天然氣是當今世界能源發展的主要潮流。天然氣的主要成分是甲烷、乙烷等烴類，但是很多油氣田產出的天然氣中含有較高濃度的氮氣。近年來在全球范圍內形成了頁巖氣開采熱，并取得了顯著成就，但是很多頁巖氣是高含氮天然氣。由于氮氣是惰性氣體，不支持燃燒，當天然氣中含氮量較高時，不僅熱值降低、集輸過程中能耗增大，而且不能直接用作某些天然氣汽車和燃料化工原料。在液化天然氣廠中，液化天然氣中高含氮氣會造成液化能耗增大并增加液化天然氣儲罐中的蒸發氣體。

因此脫除高含氮天然氣中的氮氣，是提高天然氣綜合利用價值的重要途徑。國內外脫氮方法主要有三種：深冷脫氮工藝、溶劑吸收工藝和變壓吸附工藝。其中，由于深冷脫氮工藝具有處理量大、氮氣脫除率高、技術更加成熟，普遍應用于含氮天然氣中氮氣的脫除。

中國專利CN201010561795.5公開了一種用于煤層氣、合成氨馳放氣、甲醇馳放氣等含甲烷氣體的雙塔深冷精餾脫氮制取天然氣/液化天然氣的方法，將高壓精餾塔頂不凝氣進一步冷凝后作為低壓精餾塔的頂部回流。當原料氣中氮氣含量低時，脫除的氮氣中含有較多的甲烷等烴類，導致天然氣收率降低。因此應當控制脫除的氮氣中甲烷等烴類的含量，提高天然氣收率，增強經濟效益。

發明內容

為了克服現有技術的缺點，本發明提供了一種含氮天然氣雙塔深冷脫氮的工藝裝置和方法。

本發明所采用的技術方案是：一種含氮天然氣雙塔深冷脫氮的工藝裝置，包括通過管道連接的脫氮冷箱和高壓脫氮塔，所述高壓脫氮塔底部出口、脫氮冷箱、低壓脫氮塔依次連接；所述高壓脫氮塔上部出口、換熱器、脫氮冷箱、低壓脫氮塔依次連接；所述低壓脫氮塔頂部出口、脫氮冷箱、氮氣壓縮機、冷卻器、脫氮冷箱、低壓脫氮塔頂部進料口依次連接；所述低壓脫氮塔底部出口、第四節流閥、脫氮冷箱、產品氣壓縮機、冷卻器依次連接。

本發明還公開了一種含氮天然氣雙塔深冷脫氮的工藝方法，包括如下步驟：

第一步、2500kPa.a～6000kPa.a，30～60℃的含氮氣原料氣進入脫氮冷箱預冷至-75～-110℃后進入高壓脫氮塔下部；高壓脫氮塔塔底液從底部出口進入脫氮冷箱預冷至-90～-130℃后經第一節流閥節流至500kPa.a～2000kPa.a后，從中部進入低壓脫氮塔；高壓脫氮塔塔頂氣從頂部出口進入換熱器冷卻為-100～-135℃的氣液兩相后，液相返回至高壓脫氮塔頂部入口作為回流，氣相進入脫氮冷箱冷凝至-140～-160℃后，再經第二節流閥節流至500kPa.a～2000kPa.a，然后從上部進入低壓脫氮塔；