專利名稱：用于液化烴流的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于液化烴流例如天然氣流的方法和設(shè)備。
背景技術(shù)：
天然氣為有用的燃料源，并且是眾多烴化合物的來源。由于多種原因，通常期望在天然氣流源處或附近的液化天然氣(LNG)站中將天然氣液化。例如，天然氣以液態(tài)形式比以氣態(tài)形式可能更易于存儲(chǔ)或長(zhǎng)途運(yùn)輸，因?yàn)橐夯烊粴庹紦?jù)的體積小，并且不必在高壓下存儲(chǔ)。通常，天然氣，主要包括甲烷，在高壓下進(jìn)入LNG站，并且經(jīng)預(yù)處理產(chǎn)生適于在低溫下液化的純化進(jìn)料流。純化的氣體使用換熱器經(jīng)多個(gè)冷卻步驟進(jìn)行處理，以逐漸降低其 溫度，直到實(shí)現(xiàn)液化。然后液體天然氣進(jìn)一步冷卻并且膨脹到適于存儲(chǔ)和運(yùn)輸?shù)淖罱K大氣壓力。除了甲烷之外，天然氣通常包括一些較重的烴類和雜質(zhì)，包括但不限于二氧化碳、硫、硫化氫和其他硫化合物、氮?dú)?、氦氣、水、其他非烴酸性氣體、乙烷、丙烷、丁烷、C5+烴和芳香烴。這些和任何其他常見或已知的重?zé)N和雜質(zhì)防礙或阻礙液化甲烷的常見已知方法，特別是最有效的液化甲烷的方法。大多數(shù)已知的或已提出的液化烴類的方法，特別是液化天然氣的方法是基于在液化過程之前盡可能降低至少大部分重?zé)N和雜質(zhì)含量水平。比甲烷并且通常比乙烷更重的烴類常常從天然氣流冷凝并且回收為天然氣液體(NGLs)。甲烷通常在高壓洗滌塔中從NGLs分離，然后NGLs隨后在多個(gè)專用精餾塔中分餾，來生產(chǎn)有價(jià)值的烴產(chǎn)品，或者以產(chǎn)品蒸氣本身的形式，或者用于液化，例如作為冷卻劑的組分。同時(shí)，來自洗滌塔的甲烷隨后液化來提供LNG。通過液化后減小壓力并且分離，例如進(jìn)行“終端閃蒸(end flash)”，能提供氣態(tài)甲烷再循環(huán)流。US 4，541，852描述了用于液化和低溫冷卻天然氣的系統(tǒng),其中，通過低溫冷卻LNG、減小壓力和閃蒸LNG來回收氣相天然氣，從封閉的循環(huán)冷卻液重新分配壓縮功率。然后將氣相天然氣再壓縮和再循環(huán)到系統(tǒng)的進(jìn)料。US 4，541，852的系統(tǒng)要求將通過對(duì)LNG進(jìn)行減壓和閃蒸而得到的氣相天然氣再壓縮到815磅/平方英寸的進(jìn)料流壓力。因此需要高功率再壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)器。US 4，541，852的系統(tǒng)不包括NGL提取系統(tǒng)。因而不可能通過將NGLs從進(jìn)料流去除來改變LNG產(chǎn)品的規(guī)格。進(jìn)料流中的在液化過程中可能固化的任何烴組分可能在系統(tǒng)中造成阻塞。

發(fā)明內(nèi)容
在第一方面，本發(fā)明提供了一種液化烴流的方法，包括至少以下步驟(a)提供液化系統(tǒng)，其包括至少NGL回收系統(tǒng)、主冷卻劑回路和第一冷卻劑回路以及減壓裝置，減壓裝置之后為氣/液分離器，所述主冷卻劑回路包括至少一個(gè)或多個(gè)主冷卻劑壓縮機(jī)，并且所述第一冷卻劑回路包括一個(gè)或多個(gè)第一冷卻劑壓縮機(jī)；(b)將烴進(jìn)料流傳送經(jīng)過所述NGL回收系統(tǒng)，以從所述烴進(jìn)料流產(chǎn)生富含甲烷的上部流(overhead stream)；(c)將所述富含甲烷的上部流傳送經(jīng)過至少一第一壓縮機(jī)，以形成壓縮甲烷的流；(d)借助于所述第一冷卻劑回路中的第一冷卻劑冷卻所述壓縮甲烷的流， 隨后借助于所述主冷卻劑回路中的主冷卻劑液化所述壓縮甲烷的流，以形成第一液化流；(e)減小所述第一液化流的壓力，以形成混合相流；(f)將所述混合相流傳送經(jīng)過終端氣/液分離器，以形成終端氣態(tài)流和液化的烴廣品流;(g)將所述終端氣態(tài)流的至少再循環(huán)餾分進(jìn)給到所述富含甲烷的上部流中或進(jìn)給到在借助于所述第一冷卻劑回路中的所述第一冷卻劑進(jìn)行的所述冷卻的至少一部分上游的壓縮甲烷的流中；(h)通過調(diào)節(jié)第一液化流的溫度(Tx)來改變來自終端氣/液分離器的終端氣態(tài)流的量和控制步驟(g)中進(jìn)給的終端氣態(tài)流的再循環(huán)餾分的量，將所述一個(gè)或多個(gè)主冷卻劑壓縮機(jī)和所述一個(gè)或多個(gè)第一冷卻劑壓縮機(jī)的負(fù)載功率最大化到其最大負(fù)載。在第二方面，本發(fā)明提供了一種用于液化烴流的設(shè)備，所述設(shè)備至少包括-NGL回收系統(tǒng)，用于從烴進(jìn)料流提取C2+流，以至少形成富含甲烷的上部流和富含C2+的下部流；-至少一第一壓縮機(jī)，用于從所述富含甲烷的上部流形成壓縮甲烷的流；-第一冷卻級(jí)，用于冷卻所述壓縮甲烷的流，以形成冷卻的壓縮甲烷的流，隨后是主冷卻級(jí)，用于液化所述冷卻的壓縮甲烷的流，以形成第一液化流；-減壓裝置，用于減小所述第一液化流的壓力，以形成混合相流；-終端氣/液分離器，用于將所述混合相流分離為終端氣態(tài)流和液化的烴產(chǎn)品流；以及-再循環(huán)餾分管路，用于將所述終端氣態(tài)流的至少再循環(huán)餾分進(jìn)給到所述富含甲烷的上部流中；和-控制系統(tǒng)，布置用于通過調(diào)節(jié)所述第一液化流的溫度(Tx)來改變來自所述終端氣/液分離器的所述終端氣態(tài)流的量和控制所述再循環(huán)餾分管路中所述終端壓縮流的再循環(huán)餾分的量，而將所述一個(gè)或多個(gè)主冷卻劑壓縮機(jī)和所述一個(gè)或多個(gè)第一冷卻劑壓縮機(jī)的負(fù)載功率最大化到其最大負(fù)載。


現(xiàn)在將僅以舉例的方式并且參照非限制性附圖描述本發(fā)明的實(shí)施例和示例，附圖中圖I是一種液化烴流的方法的示意圖；圖2是一種液化烴流的方法的更詳細(xì)的示意圖；圖3是另一個(gè)實(shí)施例的更詳細(xì)的示意圖；圖4是顯示出控制器的一個(gè)實(shí)施例的示意圖。
具體實(shí)施例方式對(duì)于本說明書而言，每條管路和該管路中運(yùn)送的氣流標(biāo)注為單個(gè)附圖標(biāo)記。在整個(gè)本申請(qǐng)全文中，單位巴的使用應(yīng)理解為指絕對(duì)壓力。本文描述了控制烴進(jìn)料流液化的方法和用于此的設(shè)備，和/或最大化液化的烴流的生產(chǎn)的方法和用于此的設(shè)備。這些 方法的實(shí)施例基于調(diào)節(jié)第一液化流的溫度(Tx)，以改變來自終端氣/液分離器的終端氣態(tài)流的量；和控制進(jìn)給到富含甲烷的上部流中的終端壓縮流的再循環(huán)餾分的量。這樣允許在第一和第二冷卻劑回路之間變換壓縮功率，并且提高第一和第二冷卻劑回路兩者的壓縮功率(優(yōu)選達(dá)滿載)，以產(chǎn)生更多的液化的烴產(chǎn)品流。因而，Tx的調(diào)節(jié)和再循環(huán)餾分的量的控制可允許在主冷卻劑壓縮機(jī)和第一冷卻劑壓縮機(jī)的最大負(fù)載下驅(qū)動(dòng)主冷卻劑壓縮機(jī)和第一冷卻劑壓縮機(jī)中的每一個(gè)。由于第一液化流的溫度調(diào)節(jié)，代替提高壓縮功率或除了提高壓縮功率之外，根據(jù)本發(fā)明的方法和設(shè)備還可用于允許控制生產(chǎn)的液化的烴產(chǎn)品流的規(guī)格，有時(shí)稱為質(zhì)量。有利地，本發(fā)明的實(shí)施例提供了使用NGL回收來液化烴流的方法，以改進(jìn)C2+烴類從烴流分離，并且還提供了終端壓縮流返回到液化過程的更有效的位置。參照附圖，圖I顯示了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的用于液化烴流的設(shè)備。該設(shè)備包括-NGL回收系統(tǒng)12，用于從烴進(jìn)料流10提取C2+流，以提供至少富含甲烷的上部流20和富含C2+的下部流30 ；-至少一第一壓縮機(jī)24，用于從富含甲烷的上部流20形成壓縮甲烷的流40；-主冷卻級(jí)42，用于液化富含甲烷的壓縮流40，以形成第一液化流50；-減壓裝置52，用于減小第一液化流50的壓力，以形成混合相流60；-終端氣/液分離器62，用于將混合相流分離為終端氣態(tài)流70和液化的烴產(chǎn)品流80 ；-一個(gè)或多個(gè)終端壓縮機(jī)72，用于壓縮終端氣態(tài)流70，以形成終端壓縮流90 ;和-再循環(huán)餾分管路90b，將終端壓縮流90與富含甲烷的上部流20連接在一起，以將至少終端壓縮上部流90的再循環(huán)餾分進(jìn)給到富含甲烷的上部流20。圖I可還用于示出根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的液化烴流的方法。該方法至少包括以下步驟-提供烴進(jìn)料流10；-將烴進(jìn)料流10傳送經(jīng)過NGL回收系統(tǒng)12，以將烴進(jìn)料流10分離為至少富含甲烷的上部流20和富含C2+的下部流30 ；-將富含甲烷的上部流20傳送經(jīng)過至少一第一壓縮機(jī)24，以形成壓縮甲烷的流40 ；-將壓縮甲烷的流40液化，以形成第一液化流50；-減小第一液化流50的壓力，以形成混合相流60；-將混合相流60傳送經(jīng)過終端氣/液分離器62，以形成終端氣態(tài)流70和液化的烴產(chǎn)品流80 ；-將終端氣態(tài)流70傳送經(jīng)過一個(gè)或多個(gè)終端壓縮機(jī)72，以形成終端壓縮流90;和
-將終端壓縮流72的至少再循環(huán)餾分90b進(jìn)給到富含甲烷的上部流20中。烴流可以是任何合適的烴流，例如但是不限于能夠被冷卻的含烴氣流。一個(gè)示例是從天然氣或油藏獲得的天然氣流。作為替代，天然氣流也可從另一種源獲得，還包括合成源，例如費(fèi)托工藝。通常這樣的烴流主要包括甲烷。優(yōu)選地，這樣的烴流包括至少50mOl%甲烷，更優(yōu)選地包括至少80mol %甲燒。雖然本文所公開的方法可適用于多種烴流，但是其特別適用于待液化的天然氣 流。由于本領(lǐng)域技術(shù)人員易于理解怎樣液化烴流，因此本文對(duì)此不詳細(xì)討論。根據(jù)所述源的情況而定，烴流可包含一種或多種非烴類，例如H2O, N2, CO2, Hg，H2S和其他硫化合物。如果需要，烴流可在使用之前作為烴冷卻工藝的一部分進(jìn)行預(yù)處理，或單獨(dú)進(jìn)行預(yù)處理。該預(yù)處理可包括減少和/或去除非烴類，例如CO2和H2S,或可包括其他步驟，例如早期冷卻和預(yù)加壓。由于這些步驟為本領(lǐng)域技術(shù)人員眾所周知，在此不對(duì)它們的機(jī)理進(jìn)行進(jìn)一步討論。因而，本文所用的術(shù)語“烴流”還包括在任何處理之前的組成，這樣的處理包括清潔、脫水和/或洗漆，以及包括已經(jīng)部分、基本上或全部處理以減少和/或去除一種或多種化合物或物質(zhì)(包括但不限于硫、硫化合物、二氧化碳和水)的任何組成。優(yōu)選地，本文所用的烴流至少經(jīng)受隨后允許烴流液化所需的最少的預(yù)處理。將天然氣液化所需的預(yù)處理是本領(lǐng)域已知的。烴流通常還包含比甲烷更重的不同含量的烴類，例如乙烷、丙烷、丁烷和戊烷，以及一些芳香烴。組成根據(jù)烴流的類型和位置改變。由于若干原因，例如具有不同的凝固溫度或液化溫度，而這可能造成其將甲烷液化設(shè)備的部件阻塞，因此比甲烷更重的烴類通常需要從待液化的天然氣去除。c2_4烴可用作天然氣液體(NGLs)源和/或冷卻劑。液化工藝(其按常規(guī)在40到70巴的壓力下進(jìn)行)中使用的在高壓下運(yùn)行的洗滌塔可用于從烴流去除C5+烴，例如提供具有小于0. Imol^的C5+烴的經(jīng)洗滌的流。但是，甲烷和NGLs的在例如洗滌塔中的高壓分離不像在低壓下進(jìn)行分離工藝那樣有效，但是為了避免膨脹和然后再壓縮主烴流所需的CAPEX和0PEX，按照常規(guī)保持高壓是有利的。因此，在一些情況下，洗滌塔可以不提供所需的LNG規(guī)格。例如，美國(guó)要求的LNG規(guī)格應(yīng)包括不超過I. 3511101%的(；+，不超過3. 25mol%的丙烷，和不超過9. 2mol%的乙烷。提供這樣的規(guī)格的一種方法是在低壓下，例如在15巴到45巴范圍內(nèi)，更優(yōu)選地在20巴到35巴范圍內(nèi)進(jìn)行NGLs分離。例如，C3+烴從烴流分離優(yōu)選在30巴到35巴的壓力范圍內(nèi)，更優(yōu)選在33巴下進(jìn)行，而C2+烴的分離優(yōu)選在20巴到25巴的更低的壓力范圍內(nèi)，更優(yōu)選在23巴下進(jìn)行。在在這些壓力下進(jìn)行NGL提取之后，烴流于是必須在液化之前進(jìn)一步壓縮。圖I顯示了根據(jù)本文公開的一個(gè)實(shí)施例的液化烴流的方法，其中，烴進(jìn)料流10被傳送到NGL回收系統(tǒng)12中。烴進(jìn)料流10從如上限定的烴流提供，并且在NGL回收系統(tǒng)12之前可經(jīng)受一種或多種進(jìn)一步的工藝或處理。例如，烴進(jìn)料流10可通過如后文所討論的一個(gè)或多個(gè)換熱器冷卻。
烴進(jìn)料流10可以作為準(zhǔn)備傳送到為NGL回收系統(tǒng)12 —部分的NGL回收塔14(圖2中所示)中的低壓混合相進(jìn)料流提供。替代地和/或另外，NGL回收系統(tǒng)12可包括至少一第一膨脹器15(圖2中所示)，其能夠使烴進(jìn)料流10膨脹，以形成用于NGL回收塔14的混合相進(jìn)料流16。NGL回收系統(tǒng)12以本領(lǐng)域已知的方式提供富含甲烷的上部流20和富含C2+的下部流30。通過在低壓下操作，例如在彡35巴下操作，NGL回收系統(tǒng)12的NGL回收塔14提供比常規(guī)洗滌塔更有效的甲烷和C2+烴的分離。富含C2+的下部流30可傳送到可任選的分餾系統(tǒng)(未顯示)，該分餾系統(tǒng)包括一個(gè)或多個(gè)分離器，例如一個(gè)或多個(gè)蒸餾塔或分餾塔，以提供單獨(dú)的烴流，例如乙烷流、丙烷 流和丁烷流，或其組合，用于單獨(dú)使用或至少部分用作本文所公開的液化烴流方法的一種或多種冷卻劑的一種或多種組分。富含甲烷的上部流20可仍包括微少量(< IOmol %)的C2+烴，和優(yōu)選> 80mol %，更優(yōu)選> 90mol%的甲烷和氮?dú)?。富含甲烷的上部?0被傳送經(jīng)過第一壓縮機(jī)24，以形成壓縮甲烷的流40。第一壓縮機(jī)24可以按本領(lǐng)域已知的方式包括一個(gè)或多個(gè)壓縮機(jī)、級(jí)和/或段，并且用于提供壓力在30到80巴范圍內(nèi)，優(yōu)選從35巴或40巴到80巴，更優(yōu)選從45巴到80巴壓力的壓縮甲烷的流40。該壓力或該壓力范圍的下限可根據(jù)富含甲烷的上部流20從NLG回收系統(tǒng)排出時(shí)具有的壓力選擇。然后將壓縮甲烷的流40液化，以形成第一液化流50。壓縮甲烷的流40的液化可通過包括一個(gè)或多個(gè)換熱器的一個(gè)或多個(gè)冷卻級(jí)進(jìn)行，其中，壓縮甲烷的流可與蒸發(fā)的冷卻劑進(jìn)行熱交換。圖I以舉例的方式顯示了能夠?qū)嚎s甲烷的流40冷卻到至少-100°C的溫度的“主”冷卻級(jí)42。主冷卻級(jí)42可包括一個(gè)或多個(gè)主冷卻劑回路。至少一個(gè)主冷卻劑回路可包括混合冷卻劑，該混合冷卻劑包括包含氮?dú)?、甲烷、乙烷、乙烯、丙烷、丙烯、丁烷和戊烷的組中的兩種或更多種。在主冷卻級(jí)42中進(jìn)行該液化之前，烴進(jìn)料流10和/或壓縮甲烷的流40可通過包括一個(gè)或多個(gè)第一冷卻劑回路壓縮機(jī)的一個(gè)或多個(gè)第一冷卻劑回路冷卻。第一冷卻齊U回路的冷卻劑可主要包括包含氮?dú)?、甲烷、乙烷、乙烯、丙烷、丙烯、丁烷和戊烷的組中的一種或多種。然后將第一液化流50的壓力減小，以形成混合相流60。液化流的壓力的減小可通過本領(lǐng)域已知的任何適當(dāng)?shù)脑O(shè)備、單元或裝置進(jìn)行，例如膨脹裝置，例如一個(gè)或多個(gè)閥和/或一個(gè)或多個(gè)膨脹器。圖I顯示了使用閥52的示例。然后將混合相流60傳送到終端氣/液分離器62中，例如傳送到本領(lǐng)域已知的終端閃蒸容器中，其中，在那里形成液化的烴產(chǎn)品流80和終端氣態(tài)流70，例如終端閃蒸氣流。液化的烴產(chǎn)品流80的壓力和/或終端氣態(tài)流70的壓力可接近大氣壓，例如小于I. 5巴。液化的烴產(chǎn)品流80可然后通過一個(gè)或多個(gè)泵(未顯示)傳送到存儲(chǔ)和/或運(yùn)輸設(shè)備。在烴進(jìn)料流10為天然氣的情況下，液化的烴產(chǎn)品流80為L(zhǎng)NG。然后來自終端氣/液分離器62的終端氣態(tài)流70例如終端閃蒸氣體傳送經(jīng)過一個(gè)或多個(gè)終端壓縮機(jī)72，以形成終端壓縮流90。一個(gè)或多個(gè)終端壓縮機(jī)72可以是本領(lǐng)域已知的具有一級(jí)或多級(jí)和/或一段或多段的任何合適的壓縮機(jī)，并且用于形成壓力> 20巴的終端壓縮流90。終端壓縮流90由本領(lǐng)域已知的流分流器91分離，以形成再循環(huán)餾分90b和燃料氣體餾分90a。終端壓縮流90也可用于一種或多種其他用途，例如給一個(gè)或多個(gè)換熱器提供冷卻，并且可提供一種或多種用于除了再循環(huán)和燃料流之外的其他餾分。終端壓縮流90的其他用途在本領(lǐng)域是已知的。由流分流器91對(duì)終端壓縮流90的分離可根據(jù)如下討論的對(duì)再循環(huán)餾分90b的需要在0-100%范圍內(nèi)的任何位置處進(jìn)行。方便地，再循環(huán)餾分90b處于與富含甲烷的上部流20相同或相似的壓力下，以使得其可能通過第一壓縮機(jī)24上游的組合器21容易地進(jìn)給到富含甲烷的上部流20中。圖2顯示了根據(jù)本文公開的第二實(shí)施例的液化烴流的方法。
圖2中，烴進(jìn)料流10在傳送到NGL回收系統(tǒng)12中之前，傳送經(jīng)過第一換熱器110、第二換熱器112和第三換熱器114，所述第二換熱器112優(yōu)選為低壓釜式(kettle)換熱器。以這種方式，烴進(jìn)料流10的溫度可降到低于0°C。壓力可以是在40巴到80巴范圍內(nèi)，優(yōu)選在45巴到80巴范圍內(nèi)的任何壓力。圖2中，NGL回收系統(tǒng)12包括預(yù)NGL分離器17，其能夠形成下部液流18，該下部液流18傳送經(jīng)過閥13，并且傳送到NGL回收塔14中；并且能夠形成上部氣態(tài)流19，該上部氣態(tài)流19傳送到NGL膨脹器15中，以形成混合相進(jìn)料流16，該混合相進(jìn)料流16在高于下部液流18的高度處傳送到NGL回收塔14中。NGL回收塔14形成富含C2+的下部流30，和上部流31，該上部流31傳送經(jīng)過第一和第三換熱器110，114，以提供對(duì)烴進(jìn)料流10的一些冷卻。之后，上部流31可傳送通過渦輪壓縮機(jī)32，其優(yōu)選以機(jī)械方式與NGL膨脹器15相互連接，并且由NGL膨脹器15直接驅(qū)動(dòng)，以獲取由NGL膨脹器以本領(lǐng)域已知的方式產(chǎn)生的作用能。渦輪壓縮機(jī)形成富含甲烷的上部流20，該富含甲烷的上部流20從NGL回收系統(tǒng)12提供。如上所述，富含甲烷的上部流20可由組合器21與終端壓縮流90的再循環(huán)餾分90b混合，以將進(jìn)料流供給到一個(gè)或多個(gè)第一壓縮機(jī)24中?？扇芜x地，中間冷卻器25可與一個(gè)或多個(gè)第一壓縮機(jī)24 —起設(shè)置。形成的壓縮甲烷的流40可由第一冷卻器26冷卻。中間冷卻器25和第一冷卻器26可以是本領(lǐng)域已知的水和/或空氣冷卻器。壓縮甲烷的流40可傳送經(jīng)過第四換熱器或換熱器系統(tǒng)116，該第四換熱器或換熱器系統(tǒng)116優(yōu)選為高壓釜式換熱器116a、中壓換熱器116b和低壓換熱器116c，其中，壓縮甲烷的流40可與在上面指出的多個(gè)相對(duì)壓力水平下蒸發(fā)的冷卻劑換熱，以在進(jìn)入主冷卻級(jí)42之前形成冷卻的壓縮甲烷的流40a。根據(jù)本文公開的一個(gè)實(shí)施例，設(shè)置第一冷卻劑回路100，其包括由第一冷卻劑壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)器D2驅(qū)動(dòng)的第一冷卻劑壓縮機(jī)101 (為一個(gè)或多個(gè)壓縮機(jī))，該第一冷卻劑壓縮機(jī)101提供加壓的冷卻劑流108。加壓的冷卻劑流108傳送經(jīng)過一個(gè)或多個(gè)冷卻器102和閥103，以將冷卻的膨脹的冷卻劑流104供給到一個(gè)或多個(gè)換熱器中。圖2僅以舉例的方式顯示了第一冷卻劑回路100，其將冷卻劑供給分流到兩個(gè)平行的第一高壓(HP)釜式換熱器105a, 105b。然后第一高壓換熱器105a, 105b中的每一個(gè)經(jīng)由膨脹裝置(未顯不)將冷卻劑傳送到中壓(MP)釜式換熱器106a，106b。來自中壓釜式換熱器106a的冷卻劑供給到低壓(LP)釜式換熱器107a。在圖2中所示的實(shí)施例中，來自中壓(MP)釜式換熱器106b的冷卻劑被分流，以供給兩個(gè)低壓換熱器107b，107c?？扇芜x地，低壓換熱器107c可對(duì)應(yīng)于第二換熱器112，用于冷卻烴進(jìn)料流10。然后將來自低壓釜式換熱器107a，107b，112的冷卻劑通過第一冷卻劑壓縮機(jī)101再壓縮。還可任選地，HP換熱器105a，105b中的一個(gè)可對(duì)應(yīng)于第四HP換熱器116a，第四HP換熱器116a能夠在第一壓縮機(jī)14之后給壓縮甲烷的流40提供冷卻。類似地，MP換熱器106a，106b中的一個(gè)可對(duì)應(yīng)于第四MP換熱器116b，并且LP換熱器107a，107b中的一個(gè)可對(duì)應(yīng)于第四LP換熱器116c。在用于液化烴流的工藝中設(shè)置第一冷卻劑回路在本領(lǐng)域中是已知的，并且有時(shí)稱為“預(yù)冷卻冷卻劑回路”。第一冷卻劑回路可還對(duì)一種或多種其他流提供一些冷卻，所述其他流包括烴液化工藝中一個(gè)或多個(gè)其他冷卻劑回路中的冷卻劑，例如主冷卻劑回路中的主冷卻劑。第一冷卻劑回路中的第一冷卻劑可以是單組份冷卻劑，例如主要包含丙烷或丙 烯，優(yōu)選為丙烷，或可以是包含一種或多種組分的冷卻劑，所述一種或多種組分選自包括氮?dú)狻⒓淄?、乙烷、乙烯、丙烷、丙烯、丁烷和戊烷的組。第一壓縮機(jī)24可由專用驅(qū)動(dòng)器Dl (例如圖I中標(biāo)示的)驅(qū)動(dòng)。但是，第一冷卻劑壓縮機(jī)101的第一冷卻劑壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)器D2也可驅(qū)動(dòng)第一壓縮機(jī)24。例如，在圖2中所示的實(shí)施例中，第一壓縮機(jī)24和至少一個(gè)冷卻劑壓縮機(jī)101以機(jī)械方式相互連接，并且通常通過使用共用的驅(qū)動(dòng)軸27被共同地驅(qū)動(dòng)。這樣的共同驅(qū)動(dòng)方案的優(yōu)點(diǎn)是，來自第一冷卻劑回路的過多的可用功率因而可不僅用于給第一冷卻劑提供更多的冷卻任務(wù)(這是提高產(chǎn)量所需的)，而且可用于再壓縮由于較高的溫度Tx產(chǎn)生的另外的再循環(huán)氣體。來自第四換熱器系統(tǒng)116的冷卻的壓縮甲烷的流40a傳送到主冷卻級(jí)42中。第四換熱器系統(tǒng)可包括一個(gè)或多個(gè)第四高壓釜式換熱器116a、一個(gè)或多個(gè)第四中壓換熱器116b和一個(gè)或多個(gè)第四低壓換熱器116c。圖2中僅分別顯示了一個(gè)第四HP、MP和LP釜式換熱器 116a，116b，116c。主冷卻級(jí)42可包括串聯(lián)、并聯(lián)或串聯(lián)并聯(lián)都存在的一個(gè)或多個(gè)換熱器和一個(gè)或多個(gè)冷卻劑回路。圖2顯示了主冷卻級(jí)42具有主低溫?fù)Q熱器(MCHE) 54，例如纏繞管式換熱器，其能夠通過與主冷卻劑熱交換而冷卻并且至少部分液化冷卻的壓縮甲烷的流40a，以形成第一液流50。圖2還顯示了主冷卻級(jí)42具有主冷卻回路44，該主冷卻回路44可使用任何冷卻齊U，優(yōu)選為包括包含氮?dú)狻⒓淄?、乙烷、乙烯、丙烷、丙烯、丁烷、戊烷的組中的兩種或更多種的混合冷卻劑。主冷卻劑回路44可包含任意數(shù)量的冷卻劑壓縮機(jī)、冷卻器和分離器，用于以本領(lǐng)域已知的方式向MCHE 54提供一個(gè)或多個(gè)冷卻劑流。圖2僅以舉例的方式顯示了主冷卻劑回路44具有第一和第二主冷卻劑壓縮機(jī)45a, 45b,所述第一和第二主冷卻劑壓縮機(jī)45a, 45b共同由主冷卻劑壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)器D3驅(qū)動(dòng)，以形成傳送經(jīng)過一個(gè)或多個(gè)冷卻器47的加壓的冷卻劑流46，所述一個(gè)或多個(gè)冷卻器47例如為一個(gè)或多個(gè)水和/或空氣冷卻器，其后為第五換熱器系統(tǒng)118,第五換熱器系統(tǒng)118包括一個(gè)或多個(gè)第五HP釜式換熱器118a、一個(gè)或多個(gè)第五MP釜式換熱器118b和一個(gè)或多個(gè)LP釜式換熱器118c。圖2中僅顯示了一個(gè)第五HP、MP和LP釜式換熱器118a，118b，118c。第五HP、MP和LP釜式換熱器118a，118b，118c可對(duì)應(yīng)于第一冷卻劑回路100中的第一 HP、MP和LP換熱器105a, 105b, 106a, 106b, 107a, 107b, 107c中的一個(gè)或多個(gè)。因而形成冷卻的，優(yōu)選部分冷凝并且加壓的冷卻劑流48，其被傳送到冷卻劑分離器55。冷卻劑分離器55適于以本領(lǐng)域已知的方式提供輕冷卻劑流56和重冷卻劑流57，所述冷卻劑流56，57傳送經(jīng)過MCHE 54，以進(jìn)一步冷卻形成低溫冷卻的冷凝冷卻劑流，其在重新進(jìn)入MCHE 54來在其中提供冷卻之前，由一個(gè)或多個(gè)閥和/或膨脹器58a，58b膨脹。MCHE 54形成溫的冷卻劑流59，以在第一和第二冷卻劑壓縮機(jī)45a，45b中再壓縮。第二主冷卻劑壓縮機(jī)45b可裝配有一個(gè)或多個(gè)中間冷卻器43，例如一個(gè)或多個(gè)水和/或空氣冷卻器。如上所述，來自MCHE 54的第一液化流50傳送經(jīng)過減壓裝置，例如閥52，進(jìn)入終端氣-液分離器62，例如終端閃蒸容器，以形成終端氣態(tài)流70，例如終端閃蒸氣體，和液化的烴產(chǎn)品流80。替代地，減壓裝置可以是膨脹器或閥和膨脹器的組合。終端氣態(tài)流70傳送經(jīng)過由終端壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)器D4驅(qū)動(dòng)的圖2中所示的一個(gè)或多個(gè)終端壓縮機(jī)72，以形成終端壓縮流90。終端壓縮流90的再循環(huán)餾分90b由分流器91提供，以進(jìn)給到富含甲烷的流20中。圖3顯示了根據(jù)第三實(shí)施例的液化烴流的方法的替代布置。圖3使用與圖2中所·述的實(shí)施例相同的裝置，但是由第一冷卻劑回路100提供的冷卻采用不同的布置。圖3顯示了烴進(jìn)料流10傳送經(jīng)過NGL回收系統(tǒng)12，以形成富含甲烷的上部流20，該富含甲烷的上部流20經(jīng)過至少一第一壓縮機(jī)24，以形成壓縮甲烷的流40。圖3顯示了第一冷卻劑回路100包括由第一冷卻劑壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)器D2驅(qū)動(dòng)的第一冷卻劑壓縮機(jī)101,和一個(gè)或多個(gè)冷卻器102及其后的閥103。圖3示出了換熱系統(tǒng)120，作為對(duì)通過第一冷卻劑回路100給該液化方法中的其他流提供冷卻的示意性圖示。換熱系統(tǒng)120的虛線方塊122代表一個(gè)或多個(gè)實(shí)際的換熱器，例如釜式，第一冷卻劑回路100的第一冷卻劑可傳送經(jīng)過所述換熱器來給所示的傳送經(jīng)過換熱系統(tǒng)120的其他流提供冷卻。第一冷卻劑回路100以圖2中第四換熱器系統(tǒng)116的方式給壓縮甲烷的流40提供冷卻，從而形成冷卻的壓縮甲烷的流40a，并且以圖2中所示的第五換熱器系統(tǒng)118的方式給主冷卻劑回路44的主冷卻劑提供冷卻(在其傳送經(jīng)過由主冷卻劑壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)器D3驅(qū)動(dòng)的一個(gè)或多個(gè)主壓縮機(jī)45，和一個(gè)或多個(gè)冷卻器47，以形成冷卻的加壓冷卻劑流48之后)。在換熱系統(tǒng)120中對(duì)冷卻的加壓冷卻劑流48的冷卻形成進(jìn)一步冷卻的加壓的冷卻劑流49，該冷卻劑流49傳送到閥41，然后傳送到主冷卻級(jí)42。管路124代表可由換熱系統(tǒng)120冷卻的其他流，以形成冷卻的其他流124a。這樣的冷卻可例如以與圖2中所示的與第二換熱器112相關(guān)的方式提供給通過管路126和126a的烴進(jìn)料流10。圖3顯示在冷卻的壓縮甲烷的流40a傳送經(jīng)過主冷卻級(jí)階段42之后，形成了溫度為Tx的第一液化流50。本文公開的實(shí)施例提供了液化烴流的有利方法，其中，終端壓縮流90的壓力與在NGL回收之后的富含甲烷的上部流20的壓力相同或相似，以使至少終端壓縮流90的至少一部分可能直接再循環(huán)回到該液化工藝中。本文公開的實(shí)施例還提供了控制烴進(jìn)料流10液化的方法，包括以下步驟(i)如上所述將烴進(jìn)料流10液化；
(ii)調(diào)節(jié)圖3中所示的第一液化流50的溫度Tx，以改變來自終端氣/液分離器62的終端氣態(tài)流70的量；和(iii)控制作為再循環(huán)餾分進(jìn)給到富含甲烷的流20中的終端壓縮流90的再循環(huán)餾分90b的量。調(diào)節(jié)第一液化流50的溫度Tx允許有利地調(diào)節(jié)和/或變換液化工藝中所用的壓縮機(jī)的驅(qū)動(dòng)器中的一個(gè)或多個(gè)的功率要求。例如，將第一液化流50的溫度Tx升高幾攝氏度，例如從- 144. 5°C升高到_140°C或_130°C，就增加了終端氣/液分離器62中提供的終端氣態(tài)流70，從而需要來自終端壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)器D4的更多的功率以壓縮增加的終端氣態(tài)流70，并且因此用于同樣的再循環(huán)餾分90b體積的第一壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)器Dl和第一冷卻劑壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)器D2需要更多的功率。但是主冷卻劑壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)器D3需要更少的功率(因?yàn)橹骼鋮s級(jí)42中的液化溫度更高)。相反地，降低溫度Tx就減少了提供的終端氣態(tài)流70，減小了壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)器D4、Dl和D2的功率負(fù)載(用于相同的再循環(huán)餾分90b體積)，但是增加了主冷卻劑壓縮機(jī)D3功率負(fù)載(以降低液化溫度)。圖2和3中所示的壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)器D1-4的功率負(fù)載可進(jìn)一步通過控制再循環(huán)餾分90b和燃料餾分90a的量來改變。一個(gè)或多個(gè)用戶對(duì)燃料餾分90a的需求可能會(huì)改變，這決定再循環(huán)餾分90b的量。圖3顯示了四個(gè)壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)器D1-4和終端流分流器91之間的相互關(guān)系，這使得能夠理解其間的改變。以這種方式，本文提供的控制烴進(jìn)料流10液化的方法允許用戶通過在用于給定烴進(jìn)料流的壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)器之間變換功率負(fù)載來控制液化工藝。例如，在一個(gè)或多個(gè)壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)器被抑制的情況下，即已經(jīng)滿載，并且不能給流經(jīng)的流提供任何進(jìn)一步的壓縮，則可通過改變最終液化流50的溫度Tx和控制再循環(huán)餾分90a的量來改變一個(gè)或多個(gè)其他壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)器來適應(yīng)，并且如果需要，緩解受抑制的驅(qū)動(dòng)器。通常，受抑制的第一冷卻劑壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)器D2或主冷卻劑壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)器D3在液化工藝中是較大的驅(qū)動(dòng)器。本文公開的實(shí)施例還提供最大化液化烴流80產(chǎn)量的方法，包括至少以下步驟-如上所述控制烴進(jìn)料流10的液化，包括主冷卻劑回路44、一個(gè)或多個(gè)主冷卻劑壓縮機(jī)45、第一冷卻劑回路100和一個(gè)或多個(gè)第一冷卻劑壓縮機(jī)101 ;和-將一個(gè)或多個(gè)主冷卻劑壓縮機(jī)45和第一冷卻劑壓縮機(jī)101中的每一個(gè)在其最大負(fù)載下驅(qū)動(dòng)。以這種方式，可通過使所有冷卻劑驅(qū)動(dòng)器D1-4滿載來提高液化烴流的產(chǎn)量，否則的話，一個(gè)或多個(gè)所述驅(qū)動(dòng)器可能不需要滿載。例如，驅(qū)動(dòng)器D1-4中的一個(gè)或多個(gè)，特別是第一冷卻劑驅(qū)動(dòng)器D2和主冷卻劑壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)器D3可具有多余的容量，同時(shí)，相對(duì)于其他壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)器，仍能夠提供期望或“正?！绷康囊夯療N產(chǎn)品。液化的烴流可以是液化的天然氣流。在目前公開的實(shí)施例中，控制第一液化流50的溫度Tx和終端壓縮流90的再循環(huán)餾分90的量允許至少將第一冷卻劑壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)器D2和主冷卻劑壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)器D3最大化到全功率，以增加液化烴產(chǎn)品流80。下面的表I提供了與涉及無終端壓縮流的再循環(huán)(即無再循環(huán)餾分90b)的工藝相比較，本文公開的工藝的一個(gè)示例(例如圖2和3種所示)的各部分處驅(qū)動(dòng)器和一些流的功率負(fù)載和其他數(shù)據(jù)。表I
權(quán)利要求
1.一種液化烴流的方法，包括至少以下步驟 (a)提供液化系統(tǒng)，其包括至少NGL回收系統(tǒng)、主冷卻劑回路和第一冷卻劑回路以及減壓裝置，減壓裝置之后為氣/液分離器，所述主冷卻劑回路包括至少一個(gè)或多個(gè)主冷卻劑壓縮機(jī)，并且所述第一冷卻劑回路包括一個(gè)或多個(gè)第一冷卻劑壓縮機(jī)； (b)將烴進(jìn)料流傳送經(jīng)過所述NGL回收系統(tǒng)，以從所述烴進(jìn)料流產(chǎn)生富含甲烷的上部流； (C)將所述富含甲烷的上部流傳送經(jīng)過至少一第一壓縮機(jī)，以形成壓縮甲烷的流； (d)借助于所述第一冷卻劑回路中的第一冷卻劑冷卻所述壓縮甲烷的流，隨后借助于所述主冷卻劑回路中的主冷卻劑液化所述壓縮甲烷的流，以形成第一液化流； (e)減小所述第一液化流的壓力，以形成混合相流； (f)將所述混合相流傳送經(jīng)過終端氣/液分離器，以形成終端氣態(tài)流和液化的烴產(chǎn)品流； (g)將所述終端氣態(tài)流的至少再循環(huán)餾分進(jìn)給到所述富含甲烷的上部流中或進(jìn)給到在借助于所述第一冷卻劑回路中的所述第一冷卻劑進(jìn)行的所述冷卻的至少一部分上游的甲烷壓縮流中； (h)通過調(diào)節(jié)第一液化流的溫度(Tx)來改變來自終端氣/液分離器的終端氣態(tài)流的量和控制步驟(g)中進(jìn)給的終端氣態(tài)流的再循環(huán)餾分的量，而將所述一個(gè)或多個(gè)主冷卻劑壓縮機(jī)和所述一個(gè)或多個(gè)第一冷卻劑壓縮機(jī)的負(fù)載功率最大化到其最大負(fù)載。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中，在步驟(b)中產(chǎn)生富含甲烷的上部流包括從烴進(jìn)料流提取C2+流和形成富含C2+的下部流。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述NGL回收系統(tǒng)包括膨脹器、NGL回收塔和一個(gè)或多個(gè)與所述膨脹器以機(jī)械方式相互連接以由所述膨脹器驅(qū)動(dòng)的渦輪壓縮機(jī)，并且其中，步驟(b)包括將烴進(jìn)料流的至少一部分傳送經(jīng)過所述膨脹器，以形成混合相進(jìn)料流；將所述混合相進(jìn)料流傳送到所述NGL回收塔中，產(chǎn)生上部流，并且將所述上部流傳送經(jīng)過所述渦輪壓縮機(jī)，以產(chǎn)生富含甲烷的上部流。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中，所述NGL回收塔中的壓力小于40巴，更優(yōu)選<35巴。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中，所述NGL回收塔中的壓力在從15巴到45巴的范圍內(nèi)，優(yōu)選在從20巴到35巴的范圍內(nèi)。
6.根據(jù)權(quán)利要求I到5中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述第一冷卻劑回路包括用于冷卻烴進(jìn)料流的至少一個(gè)換熱器，和用于冷卻壓縮甲烷的流的至少一個(gè)換熱器。
7.根據(jù)權(quán)利要求I到6中任一項(xiàng)所述的方法，還包括將所述終端氣態(tài)流傳送經(jīng)過一個(gè)或多個(gè)終端壓縮機(jī)，以在步驟(g)之前形成終端壓縮流，并且其中，所述終端氣態(tài)流的再循環(huán)餾分從所述終端壓縮流提取。
8.根據(jù)權(quán)利要求I到7中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述富含甲烷的上部流的壓力和所述終端壓縮流的再循環(huán)餾分的壓力在15巴到45巴的范圍內(nèi)。
9.根據(jù)權(quán)利要求I到8中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述第一壓縮機(jī)與至少一個(gè)所述第一冷卻劑壓縮機(jī)被共同地驅(qū)動(dòng)。
10.根據(jù)權(quán)利要求I到9中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述烴進(jìn)料流為天然氣流，并且所述液化的烴產(chǎn)品流為液化的天然氣流。
11.根據(jù)權(quán)利要求I到10中任一項(xiàng)所述的方法，其中，步驟(h)中對(duì)第一液化流的溫度(Tx)的調(diào)節(jié)和對(duì)步驟(g)中進(jìn)給的所述終端氣態(tài)流的再循環(huán)餾分的量的控制提高了所述液化的烴產(chǎn)品流的產(chǎn)量，優(yōu)選使得所述液化的烴產(chǎn)品流的產(chǎn)量最大化。
12.根據(jù)權(quán)利要求I到11中任一項(xiàng)所述的方法，其中，步驟(h)中負(fù)載功率的最大化包括在所述第一冷卻劑壓縮機(jī)和所述主冷卻劑壓縮機(jī)之間變換功率負(fù)載。
13.一種用于液化烴流的設(shè)備，所述設(shè)備至少包括 -NGL回收系統(tǒng)，用于從烴進(jìn)料流提取C2+氣流，以至少形成富含甲烷的上部流和富含C2+的下部流； -至少一第一壓縮機(jī)，用于從所述富含甲烷的上部流形成壓縮甲烷的流； -第一冷卻級(jí)，用于冷卻所述壓縮甲烷的流，以形成冷卻的壓縮甲烷的流，隨后為主冷卻級(jí)，用于液化所述冷卻的壓縮甲烷的流，以形成第一液化流，其中，所述第一冷卻級(jí)包括第一冷卻劑回路，所述第一冷卻劑回路包括一個(gè)或多個(gè)第一冷卻劑壓縮機(jī)，并且其中，所述主冷卻級(jí)包括主冷卻劑回路，所述主冷卻劑回路包括一個(gè)或多個(gè)主冷卻劑壓縮機(jī)； -減壓裝置，用于減小所述第一液化流的壓力，以形成混合相流； -終端氣/液分離器，用于將所述混合相流分離為終端氣態(tài)流和液化的烴產(chǎn)品流； -再循環(huán)餾分管路，用于將所述終端氣態(tài)流的至少再循環(huán)餾分進(jìn)給到所述富含甲烷的上部流中；和 -控制系統(tǒng)，布置用于通過調(diào)節(jié)所述第一液化流的溫度(Tx)來改變來自所述終端氣/液分離器的所述終端氣態(tài)流的量和控制所述再循環(huán)餾分管路中所述終端壓縮流的再循環(huán)餾分的量，而將所述一個(gè)或多個(gè)主冷卻劑壓縮機(jī)和所述一個(gè)或多個(gè)第一冷卻劑壓縮機(jī)的負(fù)載功率最大化到其最大負(fù)載。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的設(shè)備，其中，所述NGL回收系統(tǒng)包括 -膨脹器，布置用于將至少一部分烴進(jìn)料流膨脹，以形成混合相進(jìn)料流； -NGL回收塔，用于接收所述混合相進(jìn)料流，并且用于產(chǎn)生上部流；和 -一個(gè)或多個(gè)渦輪壓縮機(jī)，以機(jī)械方式與所述膨脹器相互連接以由所述膨脹器驅(qū)動(dòng)，用于接收所述上部流并且產(chǎn)生所述富含甲烷的上部流。
15.根據(jù)權(quán)利要求13或14所述的設(shè)備，還包括一個(gè)或多個(gè)終端壓縮機(jī)，用于壓縮所述終端氣態(tài)流，以形成終端壓縮流，其中，所述再循環(huán)餾分管路將所述終端壓縮流與所述富含甲烷的上部流連接。
16.根據(jù)權(quán)利要求13到15中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中，所述一個(gè)或多個(gè)第一壓縮機(jī)中的至少一個(gè)和所述第一壓縮機(jī)以機(jī)械方式相互連接并且被共同地驅(qū)動(dòng)。
全文摘要
本發(fā)明公開了用于液化烴流的方法和設(shè)備。液化系統(tǒng)包括至少NGL回收系統(tǒng)12、主冷卻劑回路42和第一冷卻劑回路100、減壓裝置52，其后為終端氣/液分離器62。主冷卻劑回路42包括至少一個(gè)或多個(gè)主冷卻劑壓縮機(jī)45、45a、45b，并且所述第一冷卻劑回路包括一個(gè)或多個(gè)第一冷卻劑壓縮機(jī)101。將烴進(jìn)料流10傳送經(jīng)過所述NGL回收系統(tǒng)12，以產(chǎn)生富含甲烷的上部流20，其隨后由所述第一和第二冷卻劑回路冷卻并液化。減小液化流的壓力，并且將形成的混合相流60傳送經(jīng)過終端氣/液分離器62，以形成終端氣態(tài)流70和液化的烴產(chǎn)品流80。通過調(diào)節(jié)液化流的溫度來改變終端氣態(tài)流的量和通過控制以再循環(huán)流90b進(jìn)給到富含甲烷的上部流20中的終端氣態(tài)流的量，而將所述一個(gè)或多個(gè)主冷卻劑壓縮機(jī)和所述一個(gè)或多個(gè)第一冷卻劑壓縮機(jī)的負(fù)載功率最大化到其最大負(fù)載。
文檔編號(hào)F25J1/00GK102762944SQ200980111401
公開日2012年10月31日 申請(qǐng)日期2009年4月7日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月9日
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