專利名稱：：用于液化天然氣物流的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種使烴物流例如天然氣物流液化的方法。
背景技術(shù)：
：已知多種用于液化天然氣物流從而獲得液化天然氣(LNG)的方法。出于多種原因，期望對天然氣物流進(jìn)行液化。例如，與氣體形式相比，天然氣更易于以液體形式進(jìn)行儲存和長途運(yùn)輸，因?yàn)槠湔加酶俚捏w積，且不需要在高壓下進(jìn)行儲存。通常，待液化的天然氣物流(主要包含曱烷)含有在天然氣液化前將要去除至一定程度的乙烷、較重的烴以及其它可能組分。為此，對天然氣物流進(jìn)行處理。其中一種處理方法包括去除至少部分乙烷、丙烷和較重的烴例如丁烷和丙烷(通常稱為"NGL提取"和"NGL回收")。US5291736公開了天然氣液化的已知方法，包括去除比甲烷更重的烴。US2005/0247078中給出了已知方法的另一實(shí)例。已知方法中的問題是如果要處理相對貧的進(jìn)料物流(即含相對少的乙烷、丙烷和其它烴)，無法最佳利用可用的冷卻容量。換句話說，用相同的冷卻負(fù)荷只生產(chǎn)出較少的LNG。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的一個目的是最小化上述問題。本發(fā)明的進(jìn)一步目的是提供一種液化天然氣物流的替代方法，同時回收進(jìn)料物流中的部分乙烷、丙烷和較更重的烴。根據(jù)本發(fā)明，通過提供一種液化烴物流如天然氣物流的方法實(shí)現(xiàn)了上述一個或多個或其它目的，該方法至少包括以下步驟(a)向第一氣/液分離器提供部分冷凝的烴進(jìn)料物流；(b)在第一氣/液分離器中將進(jìn)料物流分離成氣體物流和液體物流；(C)膨脹步驟(b)中獲得的氣體物流，從而獲得膨脹物流并將其在第一進(jìn)料點(diǎn)加入第二氣/液分離器中；(d)將步驟(b)中獲得的液體物流在第二進(jìn)料點(diǎn)加入第二氣/液分離器中；(e)從第二氣/液分離器底部移出液體物流，并將其加入分餾塔中；(f)從第二氣/液分離器頂部移出氣體物流，并將其導(dǎo)入壓縮機(jī)中，從而獲得具有50巴以上壓力的壓縮物流；(g)冷卻步驟(f)中獲得的壓縮物流，從而獲得冷卻的壓縮物流；(h)使步驟(g)中獲得的冷卻的壓縮物流與第一氣/液分離器下游和分餾塔上游的物流換熱；和(i)在步驟(h)中的換熱之后，液化冷卻的壓縮物流，從而獲得液化物流。已經(jīng)令人意想不到地發(fā)現(xiàn)，根據(jù)本發(fā)明可提高LNG的產(chǎn)量，盡管使用相同的可用外部冷卻負(fù)荷。本發(fā)明的附加優(yōu)點(diǎn)是本方法相對簡單，從而導(dǎo)致更低的CAPEX(資本投入)。關(guān)于此方面，應(yīng)注意在US4689063和US6116050中建議了使幾個物流相互換熱。然而，US4689063和US6116050的目的不是液化(通常是富含甲烷的)烴物流，因此沒有教導(dǎo)提供至少50巴的高壓物流(如本發(fā)明方法的步驟(f)中的情況)。此外，因?yàn)閁S4689063和US6116050的目的不是液化，所以在這兩篇出版物(以及任選的其它相似出版物)中有關(guān)效率的考慮不能自動有效應(yīng)用到目的在于液化(通常是富含甲烷的)烴物流的配置中。根據(jù)本發(fā)明，烴物流可為任意適合的待液化含烴物流，但通常是從天然氣或石油儲層中獲得的天然氣物流。替代地，天然氣物流也可從其它來源獲得，還包括合成來源，例如費(fèi)-托合成法。通常，天然氣物流基本由甲烷構(gòu)成。優(yōu)選進(jìn)料物流包含至少60mol。/。的曱烷，更優(yōu)選至少80mol。/。的曱烷。取決于來源，天然氣可含有不同量的比曱烷重的烴，例如乙烷、丙烷、丁烷和戊烷以及一些芳烴。天然氣物流也可含有非爛類，例如H20、N2、C02、H2S和其它硫化合物及類似物。必要時，進(jìn)料物流可在加入第一氣/液分離器之前進(jìn)行預(yù)處理。該預(yù)處理可包括去除不需要的組分例如C02和H2S，或其它步驟例如預(yù)冷卻、預(yù)加壓或類似步驟。因?yàn)檫@些步驟已為本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知，所以本文不對它們進(jìn)行進(jìn)一步論述。第一和第二氣/液分離器可為任意適用于獲得氣體物流和液體物流的裝置，例如洗滌器、分餾塔、蒸餾塔等。必要時，也可存在兩個或更多個并聯(lián)的第一氣/液分離器。優(yōu)選第二氣/液分離器是塔例如蒸餾塔。同樣，本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解膨脹、冷卻和換熱可以以多種方式進(jìn)行。因?yàn)楸绢I(lǐng)域技術(shù)人員已經(jīng)理解如何使用這些步驟，所以本文不對它們進(jìn)行進(jìn)一步論述。此外，本領(lǐng)域技術(shù)人員將易于理解，必要時可對獲得的物流進(jìn)行進(jìn)一步處理。同樣，換熱后步驟(h)中獲得的冷卻的壓縮物流將被液化，從而獲得液化物流，例如LNG。該液化可以以多種方式進(jìn)行。同樣，在第一氣/液分離器中的氣/液分離和液化之間可進(jìn)行進(jìn)一步的中間處理步驟。優(yōu)選在步驟(h)中進(jìn)行直接換熱，即其中兩個(或更多個)待換熱的物流在至少一個共用的換熱器中一起通過(并流或逆流)。因此，可避免使用例如中間換熱流體(如例如US2005/0247078中所用)。此外，優(yōu)選在步驟(h)中，冷卻的壓縮物流與在步驟e)中從第二氣/液分離器移出的液體物流進(jìn)行換熱。因此，用于對冷卻的壓縮物流進(jìn)行冷卻的所用致冷劑的負(fù)荷(例如在丙烷冷卻循環(huán)中)降低，從而可提高液化物流的產(chǎn)量。此外，優(yōu)選在步驟(h)中，冷卻的壓縮物流與至少部分在步驟c)中獲得的膨脹物流進(jìn)行換熱。因此，用于對冷卻的壓縮物流進(jìn)行冷卻的所用致冷劑(例如在丙烷冷卻循環(huán)中)的負(fù)荷可進(jìn)一步降低。有利地，從分餾塔頂部移出的氣體物流與至少部分來自第二氣/液分離器的塔底物流進(jìn)行換熱。此外，優(yōu)選在將步驟f)中從第二氣/液分離器頂部移出的氣體物流加入壓縮機(jī)之前，使其與進(jìn)料物流進(jìn)行換熱。同樣，也優(yōu)選在從分餾塔移出的氣體物流與至少部分來自第二氣/液分離器的塔底物流進(jìn)行換熱之后，使其與從第二氣/液分離器移出的氣體物流進(jìn)行換熱。在進(jìn)一步的方面，本發(fā)明提供適用于實(shí)施本發(fā)明方法的裝置，所述裝置至少包括-第一氣/液分離器，具有用于部分冷凝的烴進(jìn)料物流的入口、用于氣體物流的第一出口和用于液體物流的第二出口；-第二氣/液分離器，至少具有用于氣體物流的第一出口和用于液體物流的第二出口以及第一和第二進(jìn)料點(diǎn)；-膨脹器，用于膨脹從第一氣/液分離器第一出口獲得的氣體物流，從而獲得膨脹物流；-分餾塔，至少具有用于氣體物流的第一出口和用于液體物流的第二出口以及第一進(jìn)料點(diǎn)；-壓縮機(jī)，用于壓縮從第二氣/液分離器的第一出口移出的氣體物流，從而獲得具有50巴以上壓力的壓縮物流；-冷卻器，用于冷卻從壓縮機(jī)獲得的壓縮物流，從而獲得冷卻的壓縮物流；-第一換熱器，用于將冷卻的壓縮物流與第一氣/液分離器下游和分餾塔上游的物流進(jìn)行換熱；和-液化裝置，用于在第一換熱器的下游對冷卻的壓縮物流進(jìn)行液化，該液化裝置包括至少一個低溫?fù)Q熱器。在下文中，本發(fā)明將進(jìn)一步通過下列非限定性附圖進(jìn)行說明。這里給出圖1示意性給出了本發(fā)明的工藝流程圖；和圖2示意性給出了本發(fā)明的另一個實(shí)施方案的工藝流程圖。為用于本說明書的目的，將指定一個參考標(biāo)記給一條管線以及該管線中攜帶的物流。相同的參考標(biāo)記指類似的部件。具體實(shí)施例方式圖1示意性給出了用于烴物流例如天然氣液化的工藝流程圖(通常用參考標(biāo)記1表示)，其中在實(shí)際液化進(jìn)行之前將乙烷和更重的烴除去("NGL回收")至一定的程度。圖l的工藝流程圖包括第一氣/液分離器2、第二氣/液分離器3(在圖l和圖2的實(shí)施方案中為蒸餾塔例如吸收塔)、膨脹器4、分餾塔5、壓縮機(jī)6(其可為包括一個或多個壓縮機(jī)的序列)、冷卻器7、第一換熱器8、第二換熱器9、第三換熱器11和液化裝置16。本領(lǐng)域技術(shù)人員將易于理解，必要時可存在其它元件。使用過程中，在一定的入口壓力和入口溫度下，將含有天然氣的部分冷凝的進(jìn)料物流10加入第一氣/液分離器2的入口21。典型地，第一氣/液分離器2的入口壓力為10至80巴，溫度通常為0至-60。C。在笫一氣/液分離器2中，進(jìn)料物流10分離成氣態(tài)塔頂物流20(在第一出口22處移出)和塔底物流30(在第二出口23處移出)。相對于進(jìn)料物流IO,塔頂物流20富含曱烷(和通常也富含乙烷)。在分離器2的第一出口22處移出的氣體物流20于膨脹器4中進(jìn)行膨脹，并隨后作為物流40在第一進(jìn)料點(diǎn)33處加入第二氣/液分離器3中。通常第二氣/液分離器3是吸收塔。第一氣/液分離器2的塔底物流30通常為液體且通常含有一些當(dāng)處于曱烷被液化的溫度下可凍凝的組分。塔底物流30也可含有可單獨(dú)處理形成液化石油氣(LPG)產(chǎn)品的烴。在第二進(jìn)料點(diǎn)34將物流30加入第二氣/液分離器3中，第二進(jìn)料點(diǎn)34通常比第一進(jìn)料點(diǎn)33低。在笫一出口31處從第二氣/液分離器3的頂部移出氣態(tài)塔頂物流50，并將其導(dǎo)入壓縮4幾序列6。在第二出口32處從第二氣/液分離器3底部移出液體物流60，將其導(dǎo)入分餾塔5，通過第一進(jìn)料點(diǎn)53加入其中。優(yōu)選分餾塔5在與吸收塔3相等或者更高的壓力下進(jìn)行操作。在壓縮機(jī)6中進(jìn)行壓縮，從而獲得壓縮物流70;典型地，壓縮物流70的壓力為50-95巴，優(yōu)選60巴以上，更優(yōu)選70巴以上?？蓪⒁粋€(和多個)用于獲得物流70的壓縮機(jī)與膨脹器4功能上耦連(如圖1所示)。隨后在冷卻器7中冷卻壓縮物流70(例如空氣或水冷卻器或者其中循環(huán)外部致冷劑的換熱器)，從而獲得冷卻的壓縮物流80，隨后將其與第一氣/液分離器2下游和分餾塔5上游的物流進(jìn)行換熱，即介于第一氣/液分離器2的第二出口23和分餾塔5的第一進(jìn)料點(diǎn)53之間的物流。在根據(jù)圖l的實(shí)施方案中，將冷卻的壓縮物流80與從第二氣/液分離器3移出的液體物流60進(jìn)行換熱，并隨后作為物流180導(dǎo)入液化裝置(通常用附圖標(biāo)記16表示)，以獲得液化物流190，例如LNG。為此，液化裝置16包括至少一個主低溫?fù)Q熱器(未示出)。本領(lǐng)域技術(shù)人員將易于理解該液化過程如何進(jìn)行，因此本文不對它進(jìn)行進(jìn)一步論述。如圖1所示，液體物流60在第二氣/液分離器3的第二出口32處移出，并作為物流90泵送至第一換熱器8用于與冷卻的壓縮物流80進(jìn)行換熱，之后，將其作為物流IIO在第一進(jìn)料點(diǎn)53處加入分餾塔5中。在圖l所示的實(shí)施方案中，在進(jìn)入第一換熱器8之前，將部分物流90(即物流90a)導(dǎo)入另外的換熱器('第二換熱器9，)。從分餾塔5的頂部移出氣體物流130(在第一出口51處)，其與物流90a在第二換熱器9中進(jìn)行換熱，并隨后作為物流140加入罐18。將罐18的頂部部分(物流150)導(dǎo)入換熱器14(用于與物流50進(jìn)行換熱)，并隨后作為物流160在第三進(jìn)料點(diǎn)35處加入第二氣/液分離器3中，第三進(jìn)料點(diǎn)35通常比第一進(jìn)料點(diǎn)33位置高。此外，將罐18的底部物流170移出，并作為例如燃料物流排除。必要時，物流170可在換熱器11和12中進(jìn)行換熱。在第二進(jìn)料點(diǎn)54處，可將部分物流170作為物流170a加入分餾塔中，第二進(jìn)料點(diǎn)54通常比第一進(jìn)料點(diǎn)53位置高。此外，可存在再沸器17以將物流200作為物流210在第三進(jìn)料點(diǎn)55處循環(huán)至分餾塔5。從分餾塔5的底部移出液體物流120(在第二出口52處)，其可被進(jìn)一步處理以從中獲得特定組分。如圖l的實(shí)施方案中所示，為獲得部分冷凝的進(jìn)料物流10，其可以以多種方式進(jìn)行預(yù)冷卻，例如在換熱器12、13和11中分別作為物流10c、10b和10a進(jìn)行換熱。在換熱器11和12中，進(jìn)料物流(作為物流10a和10c)與從第二氣/液分離器3的第一出口31移出的塔頂物流50進(jìn)行換熱，所述物流50導(dǎo)入壓縮機(jī)6。在換熱器13中，進(jìn)料物流10作為物流10b與外部致冷劑例如在丙烷("C3")致冷劑線路中循環(huán)的致冷劑進(jìn)行換熱。此外，如圖1中所示，在換熱器11和12中進(jìn)行換熱之前，在換熱器14中使塔頂物流50進(jìn)行換熱(與從罐18移出的頂部物流即物流150換熱)。必要時，可在將進(jìn)料物流10加入第一氣/液分離器2之前，已經(jīng)對進(jìn)料物流IO進(jìn)行了進(jìn)一步的預(yù)處理。作為實(shí)例，也可在進(jìn)入分離器2之前，從進(jìn)料物流10至少部分去除C02、H2S和具有與戊烷一樣或者更高分子量的烴組分。此外，冷卻的壓縮物流80可在第一換熱器8中與物流90進(jìn)行換熱之前，進(jìn)行進(jìn)一步冷卻。為此，圖1顯示了液化裝置16上游的3個換熱器15a、15b和15c，其中可循環(huán)一種或多種外部致冷劑(在這種情況下為丙烷；"C3")。在換熱器15a和15b中冷卻后，物流80(作為物流80b)在第一換熱器8中進(jìn)行換熱，之后將其作為物流80c在換熱器15c中進(jìn)行進(jìn)一步冷卻以獲得物流180。典型地，物流80c的溫度低于Q。C，且優(yōu)選在-35。C以上。必要時，可在液化裝置16中進(jìn)行液化前對物流180進(jìn)行進(jìn)一步的處理步驟。圖2示意性給出了本發(fā)明的替代實(shí)施方案，其中冷卻的壓縮物流80與至少部分從膨脹器4獲得的膨脹物流40(物流40a)進(jìn)行換熱。在圖2中示出的實(shí)施方案中，膨脹物流40分流成分物流40a和40b，其中物流40b旁路通過第一換熱器8。不用說，必要時，可組合圖1和2中的實(shí)施方案。表I和II概述了圖1的實(shí)例方法中不同部位物流的壓力和溫度。還給出了甲烷的mol%。圖1的管線10中的進(jìn)料物流近似包括下列組成91%甲烷，4%乙烷，3°/。丙烷，差不多2%的丁烷和戊烷以及0.1%的N2。之前已經(jīng)去除了其它組分，例如H2S，C02和H20。表I<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>作為對比，使用與圖l相同的配置，但與本發(fā)明不同，冷卻的壓縮物流80未與第一氣/液分離器2下游和分餾塔5上游的物流換熱(特別是未與從第二氣/液分離器3移出的液體物流60換熱)。如表II中所示，使用相同的可用外部冷卻負(fù)荷時，當(dāng)與對比相比時，本發(fā)明使LNG產(chǎn)量提高2.83%。表II<table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>本領(lǐng)域技術(shù)人員將易于理解，在不偏離本發(fā)明范圍的情況下，可以作出多種調(diào)整。例如，每個換熱器可以包括序列換熱器。權(quán)利要求1、一種液化烴物流如天然氣物流的方法，所述方法至少包括以下步驟(a)向第一氣/液分離器(2)提供部分冷凝的烴進(jìn)料物流(10)；(b)在第一氣/液分離器(2)中將進(jìn)料物流(10)分離成氣體物流(20)和液體物流(30)；(c)膨脹步驟(b)中獲得的氣體物流(20)，從而獲得膨脹物流(40)，并將其(40)在第一進(jìn)料點(diǎn)(33)加入第二氣/液分離器(3)中；(d)將步驟(b)中獲得的液體物流(30)在第二進(jìn)料點(diǎn)(34)加入第二氣/液分離器(3)中；(e)從第二氣/液分離器底部移出液體物流(60)，并將其加入分餾塔(5)中；(f)從第二氣/液分離器(3)頂部移出氣體物流(50)，并將其導(dǎo)入壓縮機(jī)(6)中，從而獲得具有50巴以上壓力的壓縮物流(70)；(g)冷卻步驟(f)中獲得的壓縮物流(70)，從而獲得冷卻的壓縮物流(80)；(h)使步驟(g)中獲得的冷卻的壓縮物流(80)與第一氣/液分離器(2)下游和分餾塔(5)上游的物流換熱，優(yōu)選直接換熱；和(i)在步驟(h)中的換熱之后，液化冷卻的壓縮物流，從而獲得液化物流(190)。2、權(quán)利要求l的方法，其中在步驟(h)中冷卻的壓縮物流(80)與步驟e)中從第二氣/液分離器(3)移出的液體物流(60)進(jìn)行換熱。3、權(quán)利要求1或2的方法，其中在步驟(h)中冷卻的壓縮物流(80)與至少部分步驟c)中獲得的膨脹物流(4Ob)進(jìn)行換熱。4、前述權(quán)利要求中一項(xiàng)或多項(xiàng)的方法，其中從分餾塔(5)頂部移出的氣體物流(130)與至少部分來自第二氣/液分離器(3)的塔底物流(90a)進(jìn)行換熱。5、前述權(quán)利要求中一項(xiàng)或多項(xiàng)的方法，其中步驟f)中從第二氣/液分離器(3)頂部移出的氣體物流(50)在加入壓縮機(jī)(6)之前與進(jìn)料物流(10a，10c)進(jìn)行換熱。6、權(quán)利要求5或6的方法，其中從分餾塔(5)移出的氣體物流(130)在與至少部分來自第二氣/液分離器(3)的塔底物流(90a)進(jìn)行換熱后與從第二氣/液分離器(3)移出的氣體物流(50)進(jìn)行換熱。7、一種用于液化烴物流(IO)如天然氣物流的裝置(l)，所述裝置(l)至少包括-第一氣/液分離器(2)，具有用于部分冷凝的烴進(jìn)料物流(10)的入口(21)、用于氣體物流(20)的第一出口(22)和用于液體物流(30)的第二出口(23);-第二氣/液分離器(3),至少具有用于氣體物流(50)的第一出口(31)和用于液體物流(60)的第二出口(32)以及第一和第二進(jìn)料點(diǎn)(32，33);-膨脹器(4)，用于膨脹從第一氣/液分離器(2)的第一出口(22)獲得的氣體物流(20),從而獲得膨脹物流(40)，膨脹器(4)的出口連接至第二氣/液分離器(3)的進(jìn)料點(diǎn)(33);-分餾塔(5)，至少具有用于氣體物流(130)的第一出口(51)和用于液體物流(120)的第二出口(52)以及第一進(jìn)料點(diǎn)(53)，所述第一進(jìn)料點(diǎn)(53)用于接收從第二氣/液分離器(3)的第二出口(32)移出的液體物流(60);-壓縮機(jī)(6)，用于壓縮從第二氣/液分離器(3)的第一出口(50)移出的氣體物流，從而獲得壓縮物流(70);-冷卻器(7)，用于冷卻從壓縮機(jī)(6)獲得的壓縮物流(70)，從而荻得冷卻的壓縮物流(80);-第一換熱器(8)，用于將冷卻的壓縮物流(80)與第一氣/液分離器(2)下游和分餾塔(5)上游的物流換熱，優(yōu)選直接換熱；和-液化裝置(16)，用于在第一換熱器(8)的下游對冷卻的壓縮物流(80)進(jìn)行液化，該液化裝置(16)包括至少一個低溫?fù)Q熱器。8、權(quán)利要求7的裝置(1)，其中冷卻的壓縮物流(80)可在第一換熱器(8)中與從第二氣/液分離器(3)移出的液體物流(60)進(jìn)行換熱。9、權(quán)利要求7或8的裝置(l)，其中冷卻的壓縮物流(80)可在第一換熱器(8)中與至少部分膨脹物流(40)進(jìn)行換熱。10、權(quán)利要求7-9中一項(xiàng)或多項(xiàng)的裝置(l)，進(jìn)一步包括在第二氣/液分離器(3)的第二出口(32)與分餾塔(5)的第一進(jìn)料點(diǎn)(53)之間的第二換熱器(9)，在第二換熱器(9)中，從分餾塔(5)頂部移出的氣體物流(130)可與至少部分來自第二氣/液分離器(3)的塔底物流(60)進(jìn)行換熱o11、權(quán)利要求7-10中一項(xiàng)或多項(xiàng)的裝置(l)，進(jìn)一步包括第三換熱器(ll)，其中從第二氣/液分離器(3)頂部移出的氣體物流(50)可在加入壓縮機(jī)(6)之前與進(jìn)料物流(10)進(jìn)行換熱。12、權(quán)利要求10或11中的裝置(1)，進(jìn)一步包括換熱器(14)，用于使從分餾塔(5)移出的氣體物流(130)在第二換熱器(9)中換熱之后與從第二氣/液分離器(3)移出的氣體物流(50)進(jìn)行換熱。全文摘要本發(fā)明涉及一種液化烴物流如天然氣物流的方法，所述方法至少包括以下步驟向第一氣/液分離器(2)提供部分冷凝的烴進(jìn)料物流(10)；在其中，進(jìn)料物流(10)分離成氣體物流(20)和液體物流(30)；膨脹氣體物流(20)，并將其(40)加入第二氣/液分離器(3)中；將液體物流(30)加入第二氣/液分離器(3)中；從第二氣/液分離器底部移出液體物流(60)，并將其加入分餾塔(5)中；從第二氣/液分離器(3)頂部移出氣體物流(50)，將其導(dǎo)入壓縮機(jī)(6)中，并對其(70)進(jìn)行冷卻從而獲得冷卻的壓縮物流(80)；使冷卻的壓縮物流(80)與第一氣/液分離器(2)下游和分餾塔(5)上游的物流進(jìn)行換熱(8)，用于對進(jìn)一步冷卻的壓縮物流(80c)進(jìn)行更進(jìn)一步的冷卻和液化(16)。文檔編號F25J3/02GK101421574SQ200780013103公開日2009年4月29日申請日期2007年4月10日優(yōu)先權(quán)日2006年4月12日發(fā)明者C·K·博赫,M·A·凱文內(nèi)爾申請人:國際殼牌研究有限公司