專利名稱：從烴流除去氮以提供燃料氣體流的方法和用于該方法的設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及從烴流除去氮以提 供燃料氣體流的方法和用于該方法的設(shè)備。本發(fā)明還可以提供液化烴流，例如液化天然氣(LNG)流。
背景技術(shù)：
用于燃料氣體流的普通烴流包含或基本組成為天然氣(NG)。天然氣是有用的燃料來源，也是各種烴化合物的來源。出于許多原因，經(jīng)常需要在位于或接近天然氣流來源的液化天然氣(LNG)裝置中使天然氣物流液化。例如，與氣體形式相比，天然氣作為液體可更易于進行儲存和長途運輸，這是因為其占用更少的體積，并且不需要在高壓下進行儲存。通常，主要含甲烷的天然氣在提高的壓力下進入LNG裝置并經(jīng)過預(yù)處理以生產(chǎn)適合于在低溫下進行液化的純化進料流。使純化氣體經(jīng)多個使用換熱器的冷卻階段處理以逐步降低其溫度直至實現(xiàn)液化。然后將液體天然氣進一步冷卻和膨脹至適合于儲存和運輸?shù)淖罱K大氣壓力。然而，雖然在液化前進行預(yù)處理，但烴流(包括純化天然氣流)可以含有明顯量的氮。如果不采取特殊措施從烴流移除至少部分氮，則燃料氣體和所生產(chǎn)的任何液化烴流可以含有不期望地高的氮含量。許多LNG規(guī)格要求在最終產(chǎn)品中氮小于Imol%。EP I 715 267公開了一種從液化天然氣進料中除去氮的方法，該方法包括對液化天然氣進行第一次分餾，以提供第一富含氮的頂部蒸氣流和含氮的底部液體流。然后對至少部分所述含氮的底部液體流進行第二次分餾，以提供比所述第一頂部蒸氣流純度低的第二富含氮的頂部蒸氣流和純化的液化天然氣流。在EP I 715 267描述的方法中，對于丙烷預(yù)冷卻混合制冷劑主冷卻方法(C3MR)，由冷凝氮回流物流提供第一次分餾中的冷卻負荷。通過與來自主換熱器的經(jīng)膨脹的冷液化天然氣流熱交換提供冷凝氮回流物流，從而提供不期望的過剩燃料氣體。為對此加以防止，用于氮去除的額外冷卻負荷最終由主冷卻段中所用的混合制冷劑回路提供。這提高了施加在混合制冷劑主冷卻循環(huán)上的荷載(load)，從而需要功率更大的較大制冷劑壓縮機、提高的制冷劑冷卻等，產(chǎn)生受有效壓縮機驅(qū)動器尺寸限制的減小的功率容量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是通過提供用于從烴流除去氮的改進方法來解決這些問題。特別地，本發(fā)明尋求提供降低主冷卻循環(huán)荷載的方法。在第一方面，本發(fā)明提供了從烴流除去氮以提供燃料氣體流的方法，該方法包括至少以下步驟(a)在換熱器中使烴流至少部分液化以提供冷卻的烴流；(b)在第一膨脹裝置中使冷卻的烴流的至少一部分膨脹以提供經(jīng)膨脹的烴流；
(c)在分餾塔中將經(jīng)膨脹的烴流進行分餾以提供上部富氮烴流和下部貧氮烴流；(d)在冷凝器中通過專用第一制冷劑回 路中經(jīng)膨脹的第一制冷劑流進行冷卻使上部富氮烴流冷凝以提供部分冷凝的富氮烴流和加熱的第一制冷劑流；(e)在第一分離器將部分冷凝的富氮烴流進行分離以提供上部除氮物流和返回到分餾塔的下部貧氮回流物流；(f)在再沸器中通過第一制冷劑回路中的第一制冷劑進料流加熱來自分餾塔的下部貧氮烴流以提供部分氣化的貧氮烴流和冷卻的第一制冷劑流；(g)在第二分離器將部分氣化的貧氮烴流進行分離以提供返回到分餾塔的上部第二分離器蒸氣流，和下部液化貧氮烴流；(h)在換熱器中將下部液化貧氮烴流過冷(sub-cooling)以提供經(jīng)過冷的貧氮烴流；和由過冷的貧氮烴流生產(chǎn)燃料氣體流。在另一方面，本發(fā)明提供了用于從烴流除去氮的設(shè)備，該設(shè)備包括至少以下-第一換熱器，具有烴流的第一入口和冷卻的烴流的第一出口、換熱器的第一出Π ；-第一膨脹裝置，具有與第一換熱器的第一出口連接的入口，和經(jīng)膨脹的烴流的出Π ；-分餾塔，具有與第一膨脹裝置的出口連接的第一入口，以及上部富氮烴流的第一出口、下部貧氮烴流的第二出口、下部貧氮回流物流的第二入口和上部第二分離器蒸氣流的第三入口；-冷凝器，具有與分餾塔的第一出口連接的第一入口，以及部分冷凝的富氮烴流的第一出口、經(jīng)膨脹的第一制冷劑流的第二入口和加熱的第一制冷劑流的第二出口 ；-第一分離器，具有與冷凝器的第一出口連接的第一入口以及上部除氮物流的第一出口和下部貧氮回流物流的第二出口，所述第二出口與分餾塔的第二入口連接；-再沸器，具有與分餾塔的第二出口連接的第一入口，部分氣化的貧氮烴流的第一出口，第一制冷劑進料流的第二入口和冷卻的第一制冷劑流的第二出口 ；-第二分離器，具有與再沸器的第一出口連接的第一入口，上部第二分離器蒸氣流的第一出口和下部液化貧氮烴流的第二出口，所述第二出口與分餾塔的第三入口連接；以及-第二換熱器，其可以是第一換熱器或不同的換熱器，所述第二換熱器具有與第二分離器的第二出口連接的第一入口和過冷的貧氮烴流的第一出口。在再一方面，本發(fā)明提供了控制燃料氣體流中存在的氮濃度的方法，該方法至少包括如上文所限定從烴流除去氮以提供燃料氣體流的方法步驟，并且還包括以下步驟-在第四換熱器中使冷卻的第一制冷劑流和加熱的第一制冷劑流熱交換以提供膨脹器制冷劑進料流和壓縮機制冷劑進料流；和在第四膨脹裝置中使膨脹器制冷劑進料流膨脹以提供經(jīng)膨脹的第一制冷劑流；-在第一壓縮機中將壓縮機制冷劑進料流進行壓縮以提供壓縮的制冷劑流；-在冷卻裝置中將壓縮的制冷劑流進行冷卻以提供冷卻的壓縮制冷劑流；和在第五換熱器中使冷卻的壓縮制冷劑流熱交換以提供第一制冷劑進流；-提供從冷卻的壓縮制冷劑流到第一制冷劑進料流的第五換熱器旁通管線，該第五換熱器旁通管線含有第五換 熱器旁通管線閥；-旁通第五換熱器；以及-控制第五換熱器旁通閥以影響在第五換熱器中進行冷卻的冷卻壓縮制冷劑流的相對比例。


現(xiàn)在將參照非限制性的附圖以僅僅舉例方式來描述本發(fā)明的實施方案，附圖中圖I是根據(jù)一個實施方案用于除去烴流的氮的方法和設(shè)備的示意圖；以及圖2是根據(jù)第二實施方案用于除去烴流的氮的方法和設(shè)備的示意圖。
具體實施例方式出于本說明書的目的，管線以及該管路所載送的物流將被賦予單一附圖標記。本發(fā)明提供了從烴流除去氮以提供燃料氣體流的方法，其中由專用第一制冷劑回路提供用于氮去除的冷卻負荷。第一制冷劑回路是專用回路，其含義是在第一制冷劑回路中進行循環(huán)的制冷劑或來自其的冷卻負荷均不用于步驟(a)中烴流的冷卻和至少部分液化以及步驟(h)中的過冷。換言之，第一制冷劑回路與用于烴流的冷卻、液化和過冷的其它制冷劑回路是分開的。通過利用專用第一制冷劑回路，減小了施加在產(chǎn)生至少部分液化烴流并且可以是主冷卻步驟的步驟(a)中的換熱器上的冷卻負荷。因此，對于恒定的LNG容量，供給換熱器的主冷卻制冷劑回路的容量與EP I 715 267相比可以得到減小。以另一種方式看，與EP I715 267相比，就等同的主冷卻制冷劑回路而言本發(fā)明的方法提供了提高的液化烴產(chǎn)量。本發(fā)明特別適合于改造已有液化裝置，這是因為其不改變對主冷卻制冷劑回路的要求。本發(fā)明適用于許多方法，例如生產(chǎn)冷卻烴流如由天然氣生產(chǎn)LNG的那些方法。該方法可以適用于例如=AP-X液化方法如美國專利No. 6，308, 531中描述的那些方法，C3MR方法如美國專利No. 4，404, 008中描述的那些方法和雙重混合制冷劑(DMR)方法如美國專利No. 6，370, 910中描述的那些方法。參考附圖，圖I顯示了根據(jù)第一實施方案用于除去烴流10的氮的方法和設(shè)備I。烴流10可以是能夠被冷卻的任何合適烴流例如但不限于含烴氣流。一個實例是從天然氣或石油儲層所獲得的天然氣流。替代地，天然氣流也可以從其它來源獲得，還包括例如費-托方法的合成來源。通常，這樣的烴流10主要包含甲烷。優(yōu)選地，這樣的烴流10包含至少50mOl%的甲烷，更優(yōu)選包括至少SOmol %的甲烷。雖然本文公開的方法適用于各種烴流，但是其特別適合于要液化的天然氣流。烴流根據(jù)來源可以含有一種或多種非烴，例如H20、N2, CO2, Hg、H2S和其它硫化合物。本文公開的方法和設(shè)備可用于包含顯著量的氮(例如超過4mol % )的烴流。例如，如果烴流10包含4-5m0l%的氮，則未采取除氮步驟的常規(guī)方法可以產(chǎn)生氮含量超過40mol%的燃料氣體流。如果該燃料氣體用于給燃氣輪機供以動力則這可導(dǎo)致顯著問題。許多航改式燃氣輪機不能夠容許它們的燃料氣體中氮含量高于15mol%。此夕卜，甚至更加耐受氮的燃氣輪機，例如常規(guī)重型エ業(yè)燃氣輪機，也不能夠依靠氮含量高于40-45mol%的燃料氣體進行工作。因此，需要 從烴流10除去過量的氮以降低燃料氣體和任何液化烴中的氮含量。如果需要的話，烴流可以在使用之前進行作為烴冷卻過程的一部分或単獨地進行預(yù)處理。該預(yù)處理可以包括減少和/或除去非烴酸性氣體例如CO2和H2S,或者其它步驟例如早冷卻、預(yù)加壓。烴流10可以經(jīng)預(yù)壓縮和/或預(yù)冷卻。優(yōu)選使用預(yù)冷卻制冷劑回路，任何預(yù)冷卻段通?？蓪⑽锪骼鋮s至0°c以下，優(yōu)選-20至-50°c的溫度。由于這些步驟為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知，因而它們的機制在此不加以進一歩討論。本文公開的方法和設(shè)備的進ー步優(yōu)點是從烴流除去氮而無需額外的壓縮功率。例如，燃料氣體可以在其生產(chǎn)后送去用于除氮。然而，本文公開的方法和設(shè)備在烴流已被壓縮時處理烴流以在液化過程期間除去氮。例如可在約60巴的壓カ下將烴流10提供到第一換熱器50。本領(lǐng)域技術(shù)人員可理解本申請中的壓カ值被認為是以與表壓值相対的絕對壓カ值
をA屮
S ロ山O因此，本文所使用的術(shù)語“烴流”還包括在經(jīng)過任何處理前的組分(所述處理包括清洗、脫水和/或洗滌)，以及包括已被部分地、基本上或完全地處理用以減少和/或除去一種或多種化合物或物質(zhì)的任意組分，所述化合物或物質(zhì)包括但不限于硫、硫化合物、ニ氧化碳和水。優(yōu)選地，本文待使用的烴流10至少進行在后續(xù)允許烴流液化所需的最低預(yù)處理。液化天然氣的這樣的要求在本領(lǐng)中是已知的。烴流通常還含有變化量的比甲烷重的烴，例如こ烷、丙烷、丁烷和戊烷，以及ー些芳烴。組成根據(jù)烴流例如天然氣的類型和位置而變化。通常需要將比丁烷重的烴從待液化的天然氣除去，這是因為在LNG溫度下它們可以凍析并且導(dǎo)致甲烷液化裝置部件的阻塞。此外，LNG的所需規(guī)格會要求除去或按比例減少某些組分?？商崛2-4烴并且用其作為天然氣液(NGL)和/或制冷劑的來源。為此目的，可以在例如高壓洗滌塔中將待回收的天然氣液與甲烷分離井隨后在多個專用蒸餾塔中分餾以獲得有價值的烴組分。這些作為產(chǎn)物物流本身或者用于液化裝置和方法例如作為制冷劑組分可以具有價值?；氐綀D1，將烴流10傳送至換熱器50的入口 52，所述換熱器可以是第一換熱器，并且優(yōu)選是液化裝置的主冷卻段。在換熱器50中使烴流10至少部分、優(yōu)選完全液化以在出口 54提供冷卻的烴流60。在圖I中換熱器50作為單ー単元象征性地加以顯示，盡管其可以包括ー個或多個串聯(lián)、并聯(lián)或其兩種方式的第一換熱器?？赏ㄟ^ー個或多個主制冷劑回路以本領(lǐng)域中已知的方式滿足ー個或多個換熱器50的冷卻負荷。冷卻的烴流60可以具有-100°C以下，更優(yōu)選-120°C以下的溫度。然后將冷卻的烴流60傳送至第一膨脹裝置100的入口 102，所述膨脹裝置例如閥和/或膨脹器，更優(yōu)選渦輪膨脹器或焦耳-湯姆森(Joule-Thomson)閥，于此使其膨脹以在出口 104提供經(jīng)膨脹的烴流110。優(yōu)選地，膨脹中的壓カ降低大于由穿過常規(guī)導(dǎo)管和管道的流動所產(chǎn)生的最小壓カ降低。壓カ可以降低至少10巴，優(yōu)選至少35巴，以進一歩降低物流的溫度。冷卻烴流60的膨脹，例如達到壓カ小于或等于25巴，優(yōu)選約15-約25巴，更優(yōu)選約20巴，可進ー步冷卻所述物流。此外，小于或等于25巴、特別是約15-約25巴的壓カ被認為對于從物流110分離氮是有益 的。然后將經(jīng)膨脹的烴流110在第一進料位傳送至分餾塔150的第一入口 152，以在第一出ロ 154 (其優(yōu)選位于或接近分餾塔150的頂部)提供上部富氮烴流160，和在第二出ロ156 (其優(yōu)選位于或接近分餾塔150的底部)提供下部貧氮烴流170。上部富氮烴流160從烴流除去至少部分氮。如下文所討論的，上部富氮烴流160還給分餾塔150提供回流物流。將上部富氮烴流160傳送至冷凝器200的第一入ロ 202，在該冷凝器中使其部分冷凝以在冷凝器200的第一出ロ 204提供部分冷凝的富氮烴流210。通過第一專用制冷劑回路中存在的經(jīng)膨脹的第一制冷劑流860進行冷凝。第一專用制冷劑回路與提供ー個或多個換熱器50的冷卻負荷的ー個或多個主制冷劑回路分開。將經(jīng)膨脹的第一制冷劑流860傳送至冷凝器200的第二入口 206，在該冷凝器中其冷卻上部富氮烴流160并且作為加熱的第一制冷劑流870在第二出ロ 208離開冷凝器200。在專用第一制冷劑回路800中提供經(jīng)膨脹的第一制冷劑流860和加熱的第一制冷劑流870?！皩Ｓ谩笔侵冈摶芈放c主制冷劑回路和任何預(yù)冷卻制冷劑回路以及如果存在時的過冷制冷劑回路分開，使得第一制冷劑回路不與任何其它制冷劑回路共享壓縮機和/或壓縮機驅(qū)動器。將結(jié)合圖2更為詳細地討論第一制冷劑回路。然后將部分冷凝的富氮烴流210傳送至可以是氣/液分離器的第一分離器250的入口，該分離器在第一出口 254提供上部除氮物流260和在第二出口 256提供下部氮回流物流270。上部除氮物流260的組成可以變化。當(dāng)上部除氮物流260包含高純度氮時，可將其排放到大氣中。冷凝器200溫度的降低提高了上部除氮物流260中氮的比例。例如，部分冷凝的富氮烴流210在約25巴下約_150°C的溫度可提供包含> 99mol%氮的上部除氮物流260和具有< Imol^氮的液化烴流520。分餾塔150中的壓カ可影響第一分離器250的所需溫度。例如，通過提高分餾塔150中的壓力，可在高至物流臨界點的較高溫度下獲得上部除氮物流260的相同氮含量?；蛘?，如果足夠地升高冷凝器200的溫度，可升高上部除氮物流260的烴含量例如高達80-90mol %氮，使得上部除氮物流260可作為用于能夠容許較高氮含量烴流的設(shè)備例如燃氣鍋爐的燃料氣體使用。在圖I中未顯示的其它實施方案中，可回收上部除氮物流260中存在的冷量(cold)的一部分。例如，可使用上部除氮物流260的冷量來冷卻以下中的ー種或多種烴流10，或者制冷劑流例如第一制冷劑回路800中的制冷劑流或者任何預(yù)冷卻或主冷卻段制冷劑，以及提供烴流10的任選直接預(yù)冷卻。此外，如可在對于圖2的討論中所找到的，可使用來自上部除氮物流260的冷量來進ー步冷卻經(jīng)過冷的貧氮烴流410。使在第二出ロ 256離開第一分離器250的下部貧氮回流物流270在高于第一進料位、優(yōu)選接近塔的頂部的第二進料位返回到分餾塔150。下部貧氮烴流170通過第二出ロ 156 (優(yōu)選接近塔的底部)離開分餾塔150。將下部貧氮烴流170傳送至再沸器300的第一入ロ 302，在該再沸器中通過在第二入ロ 306進入再沸器300的也存在于第一制冷劑回路800中的第一制冷劑進料流810將其加熱。再沸器300在第一出ロ 304提供部分氣化的貧氮烴流310和在第二出ロ 308提供冷卻的第一制冷劑流820。本文公開的再沸器300的作用可與上文討論的現(xiàn)有技術(shù)文獻EP 1715 267的圖2中公開的再沸器47的作用形成對比。為了改變該現(xiàn)有技術(shù)文獻中公開的再沸器47的負荷，如在該文獻
段所討論，必須改變從換 熱器16取出的冷卻高壓進料氣體17的溫度。這種現(xiàn)有技術(shù)配置將負荷推給換熱器的第二部分(section)例如過冷段。所引用的歐洲專利申請在
段宣稱ー個目的是提供從任何LNGエ藝中除去部分氮，具有最小化的附加設(shè)備和對裝置性能的最小影響。該目的不能夠通過現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)得到滿足，這是因為用于除氮塔的冷卻負荷由LNG的氣化提供，從而產(chǎn)生降低的裝置生產(chǎn)率。這種氣化產(chǎn)生必須進行處置或再液化的額外燃料氣體。為了替代已經(jīng)氣化的LNG，必須對換熱器施加提高的荷載，從而對裝置性能產(chǎn)生明顯影響。在本文公開的方法和設(shè)備，再沸器300的負荷完全獨立于施加在換熱器50、400上的負荷進行控制。這是特別有利的，因為可將本文公開的設(shè)備改造為現(xiàn)有液化単元，而不改變影響該單元性能的施加在換熱器上的冷卻負荷。 將部分氣化的貧氮烴流310傳送至第二分離器350例如氣/液分離器的入ロ 352，在該分離器中將其分離成在第一出ロ 354的上部第二分離器蒸氣流360和在第二出ロ 356的下部液化貧氮烴流370。將上部第二分離器蒸氣流360在低于第一進料位、優(yōu)選接近塔的底部的第三進料位傳送至分餾塔150的第三入口 158。將下部液化貧氮烴流370傳送至可以是第二換熱器的換熱器400的第一入口。換熱器400優(yōu)選是圖I中作為單ー単元象征性地顯示的過冷段，盡管其可以包括ー個或多個串聯(lián)、并聯(lián)或其兩種方式的第二換熱器。換熱器400可以與換熱器50相同或不同。例如換熱器50、400可以是存在于相同冷箱或罩殼內(nèi)的相同換熱器、不同換熱器，或者可以是位置彼此分開的不同換熱器。換熱器50、400可以是板翅式或殼管式換熱器，更優(yōu)選蛇管式換熱器?？梢杂嫂`個或多個過冷制冷劑回路以本領(lǐng)域已知的方式向一個或多個換熱器400提供冷卻負荷。這樣的一個或多個過冷制冷劑回路可以與向一個或多個換熱器50提供冷卻負荷的ー個或多個主制冷劑回路共享，或者與其分開。但是ー個或多個過冷制冷劑回路與專用第一制冷劑回路分開。換熱器400可將下部液化貧氮烴流370過冷以在第一出ロ 404提供過冷的貧氮烴流410。優(yōu)選地，將下部液化貧氮烴流370冷卻到-140°C以下的溫度。通過本領(lǐng)域已知的方法使用過冷的貧氮烴流410來產(chǎn)生燃料氣體流510。例如，如圖I中所示，可將過冷的貧氮烴流410傳送至第二膨脹裝置450的入口 462，所述膨脹裝置例如閥和/或膨脹器，優(yōu)選渦輪膨脹器或焦耳-湯姆森閥。第二膨脹裝置450在出口 454提供了經(jīng)膨脹的貧氮烴流460。然后可將經(jīng)膨脹的貧氮烴流460傳送至第三分離器500例如氣/液分離器的入ロ，以在第一出ロ 464、優(yōu)選位于或接近分離器的頂部提供燃料氣體流520和在第二出ロ466、優(yōu)選位于或接近分離器的底部提供液化烴流520例如LNG流。如果需要加壓，例如為了輸出約30-50巴的氣體壓力，則可將燃料氣體流510傳送至一個或多個末端壓縮機(end-compressor)(未示出)。圖2顯示了其中將用于除去氮的 方法和設(shè)備與主低溫換熱器700進行集成的第二實施方案。這樣的換熱器用于本領(lǐng)域已知的AP-X、C3MR和DMR液化天然氣流方法。在該實施方案中還更為詳細地描述了第一制冷劑回路800。通過第一入口 52將烴流10傳送至主低溫換熱器(MCHE) 700。按與圖I的實施方案類似的方式，可以按已知方式將烴流預(yù)冷卻，例如在預(yù)冷卻段中預(yù)冷卻。MCHE 700包括對應(yīng)于圖I的換熱器50的主冷卻段50a，和對應(yīng)于圖I的換熱器400的過冷段400a。MCHE 700可以包括一個或多個有關(guān)(associated)制冷劑回路，其在圖2中未顯示，例如主冷卻制冷劑回路和過冷制冷劑回路，或者單連接(single linked)回路，如當(dāng)使用輕和重的混合制冷劑部分吋。優(yōu)選地，用含有包括氮、甲烷、こ烷、こ烯、丙烷、丙烯、丁烷和戊烷的組中的兩種或更多種組分的混合制冷劑來冷卻MCHE 700。制冷劑回路可以涉及任何數(shù)目的制冷劑壓縮機、冷卻器和分離器以按本領(lǐng)域已知的方式向MCHE 700提供ー個或多個制冷劑流。例如，輕和重的混合制冷劑流710和720可以由混合制冷劑回路分別提供并且使其通過MCHE 700用以進ー步冷卻。然后可將輕和重的混合制冷劑流710、720從MCHE 700取出，在再次進入MCHE 700以在其中提供冷卻之前通過ー個或多個閥和/或膨脹器(未示出)進行膨脹。MCHE 700可以是纏繞線軸式換熱器，能夠冷卻和至少部分、優(yōu)選完全液化烴流10以在主冷卻段50a的液化管束和過冷段400a的過冷管束之間提供冷卻的烴流60。使冷卻的烴流60膨脹并將其傳送至如對于圖I所描述的分餾塔150。可提供具有旁通第一減壓裝置64的旁通管線62以通過合并器372將冷卻的烴流60的至少一部分輸送至下部液化貧氮烴流370。旁通管線62使得能夠改變所傳送的用于除氮的冷卻烴流60的比例。圖2中所示的第一制冷劑回路800提供了用于氮去除的冷卻負荷。第一制冷劑回路800中的制冷劑優(yōu)選包含氮，更優(yōu)選> 90mol%的氮，余量由輕烴例如甲烷、こ烷和丙烷中的ー種或多種提供。在第一制冷劑回路800中，可將壓縮機制冷劑進料流880傳送至第一壓縮機890的入口 892。第一壓縮機890壓縮該壓縮機制冷劑進料流880以在出口 892提供壓縮的制冷劑流900?？蓪嚎s的制冷劑流900傳送至冷卻裝置910例如空氣或水冷卻器的入口 912，以在出口 914提供冷卻的壓縮制冷劑流920。然后可將冷卻的壓縮制冷劑流920傳送至第五換熱器930的第一入口 932。第五換熱器930進ー步冷卻該冷卻的壓縮制冷劑流920以在出ロ 934提供第一制冷劑進料流810。將第一制冷劑進料流810傳送至再沸器300的第二入口 306。在第五換熱器930中，可將冷卻的壓縮制冷劑流920與第二制冷劑回路中的第二制冷劑例如主冷卻回路中的混合制冷劑或預(yù)冷卻制冷劑熱交換?；蛘?，可將冷卻的壓縮制冷劑流920與上部除氮物流260的至少一部分熱交換。在圖2中未顯示的備選實施方案中，可提供部分開式的第一制冷劑回路800，在該回路中可將冷卻的壓縮制冷劑流920與上部除氮物流260的至少一部分合并以提供第一制冷劑流810。
第五換熱器930可配設(shè)有從冷卻的壓縮制冷劑流920到第一制冷劑進料流810的第五換熱器旁通管線940。第五換熱器旁通管線940配設(shè)有第五換熱器旁通管線減壓裝置950，例如閥。分餾塔150的再沸器負 荷由第五換熱器旁通管線940控制，從而通過下部液化貧氮烴流370中剩余氮的量調(diào)整(set)在上部除氮物流260中排出的氮和燃料氣體流510的氮含量。例如，如果再沸器300提供較高的加熱負荷，則因為成比例地更多較輕組分例如氮將被氣化，在第二分離器350中將除去更多氮到達上部第二分離器蒸氣流360。更多氮蒸氣將因此上升通過分餾塔150，從而提高上部富氮烴流160的氮含量?？稍诶淠?00中將上部富氮烴流160中存在的任何甲烷再次冷凝并且使其在來自第一分離器250的下部貧氮回流物流270中之后返回到分餾塔150。相應(yīng)地，如果再沸器300提供較低的加熱負荷，這將導(dǎo)致上部富氮烴流160中除去的氮較少，因此上部除氮物流260中氮含量較低。第五換熱器旁通管線減壓裝置950可由控制器Q進行操作，該控制器置于燃料氣體流510上并且監(jiān)測該物流的氮含量?？刂破鱍可向第五換熱器旁通管線減壓裝置950發(fā)出信號以改變第五換熱器旁通管線940中的流量，因此改變再沸器300的負荷和貧氮烴流370的量。再沸器300在第二出ロ 308提供冷卻的第一制冷劑流820?？蓪⒗鋮s的第一制冷劑流820傳送至第四換熱器830的第一入口 832。第四換熱器830通過傳送至第四換熱器830的第二入ロ的加熱的第一制冷劑流870進ー步冷卻該冷卻的第一制冷劑流820，以在第一出口 834提供膨脹器制冷劑進料流840和在第二出ロ 838提供壓縮機制冷劑進料流880。將膨脹器制冷劑進料流840傳送至第四膨脹裝置850的入口，所述膨脹裝置例如閥和/或膨脹器，優(yōu)選渦輪膨脹器或焦耳-湯姆森閥，于此使其膨脹以在出ロ 854提供經(jīng)膨脹的第一制冷劑流860。將經(jīng)膨脹的第一制冷劑流860傳送至冷凝器200的第二入口 206，于此可隨著其冷卻來自分餾塔150的上部富氮烴流160而使其部分氣化以提供混合的液體和蒸氣流。加熱的第一制冷劑流860在第二出ロ 208作為加熱的第一制冷劑流870離開冷凝器200，將其傳送至第四換熱器830的第二入口 836以在熱交換后提供壓縮機制冷劑進料流880，因此完成第一制冷劑回路800。關(guān)于除氮方法和設(shè)備的其余部分，圖2中的附圖標記與就圖I所討論的相同編號的那些數(shù)字具有相同的名稱和目的?；氐綀D2，將第二分離器350提供的下部液化貧氮烴流370傳送至MCHE 700的第ニ入ロ 402，于此在對應(yīng)于圖I換熱器400的過冷段400a中將其過冷。過冷段400a在MCHE700的第二出ロ 404提供過冷的貧氮烴流410。將過冷的貧氮烴流410傳送至第三換熱器550的第一入口 552，于此通過從末端閃蒸單元650取出的貧氮烴流660的中間餾分將其冷卻，以在第三換熱器550的第一出ロ554提供預(yù)冷卻貧氮烴流560。在圖2中未顯示的其它實施方案中，第三換熱器550或者可以給進有至少部分上部除氮物流260，該物流可用于進一歩冷卻過冷的貧氮烴流410。然后將預(yù)冷卻貧氮烴流560傳送至第三膨脹裝置600的入口 602，所述膨脹裝置例如閥和/或膨脹器，更優(yōu)選渦輪膨脹器或焦耳-湯姆森閥，于此使其膨脹以在出ロ 604提供經(jīng)膨脹的貧氮烴流610。然后可任選使經(jīng)膨脹的貧氮烴流610在第四進料位傳送至末端閃蒸單元650的第一入口 652之前通過另外的第二減壓 裝置620。燃料氣體流510從第一出ロ 654、優(yōu)選位于或接近該單元的頂部離開末端閃蒸單元650，液化烴流520例如LNG流在第二出ロ 656、優(yōu)選位于或接近該單元的底部離開末端閃蒸單元650?？蓪⑷剂蠚怏w流510傳送至燃料氣體管網(wǎng)(未示出)用以分配到燃料氣體用戶例如燃氣輪機和燃氣鍋爐。替代地和/或另外地，可任選在ー個或多個燃料氣體壓縮機中將燃料氣體流510壓縮并送去輸出?？蓪⒁夯療N流520送去儲存或運輸?？蓪⒇毜獰N流660的中間餾分從末端閃蒸單元650在第三出ロ 657取出，并傳送至第三換熱器550的第二入口 556，在該換熱器中可用其冷卻過冷的貧氮烴流410。貧氮烴流660的中間餾分在第二出口 558作為經(jīng)加熱的中間餾分貧氮烴流670離開第三換熱器550，然后在低于第四進料位、優(yōu)選接近該單元底部的第五進料位使其返回到最后閃蒸650的第二入口 658。加熱的中間餾分貧氮烴流670可裝配有連接到第三減壓裝置680的流量控制器FIC，其可以是閥，存在于加熱的中間餾分貧氮烴流670中。流量控制器FIC與監(jiān)測液化烴流520氮含量的氮傳感器Ql連通。該流量控制器可調(diào)節(jié)給進到末端閃蒸單元650的經(jīng)加熱的中間餾分貧氮烴流670相比于由經(jīng)膨脹的貧氮烴流610在穿過第二減壓裝置620后產(chǎn)生的并且給進到末端閃蒸單元650的末端閃蒸單元中的回流物流的比率。當(dāng)通過第三減壓裝置680降低經(jīng)加熱的中間餾分貧氮烴流670的流量吋，貧氮烴流660的中間餾分在第三換熱器550中的停留時間將増加。因此第三換熱器550可將貧氮烴流660的中間餾分加熱到較高溫度，從而提供較熱的經(jīng)加熱中間餾分貧氮烴流670。當(dāng)將較熱的經(jīng)加熱中間餾分貧氮烴流670傳送至末端閃蒸單元650時，其將提供更多的汽提蒸氣，蒸煮去更多的氮且因此從降落通過末端閃蒸單元的液體汽提去更多的氮。因此，通過改變回流與汽提蒸氣的比率，可改變液化烴流例如LNG的品質(zhì)。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解本發(fā)明可通過許多不同方式進行而不背離所附權(quán)利要求書的范圍。例如，可使用圖I的實施方案的第二膨脹裝置450和第三分離器500來處理圖2的實施方案的過冷的貧氮烴流410，或者可使用圖2的第三熱交換550，第三膨脹裝置600和末端閃蒸單元650來處理圖I的實施方案的過冷的貧氮烴流410。
權(quán)利要求
1.一種從烴流除去氮以提供燃料氣體流的方法，該方法包括至少以下步驟 (a)在換熱器中使烴流至少部分液化以提供冷卻的烴流； (b)在第一膨脹裝置中使冷卻的烴流的至少一部分膨脹以提供經(jīng)膨脹的烴流； (c)在分餾塔中將經(jīng)膨脹的烴流進行分餾以提供上部富氮烴流和下部貧氮烴流； (d)在冷凝器中通過專用第一制冷劑回路中經(jīng)膨脹的第一制冷劑流進行冷卻使上部富氮烴流冷凝以提供部分冷凝的富氮烴流和加熱的第一制冷劑流； (e)在第一分離器將部分冷凝的富氮烴流進行分離以提供上部除氮物流和返回到分餾塔的下部貧氮回流物流； (f)在再沸器中通過第一制冷劑回路中的第一制冷劑進料流加熱來自分餾塔的下部貧氮烴流以提供部分氣化的貧氮烴流和冷卻的第一制冷劑流； (g)在第二分離器將部分氣化的貧氮烴流進行分離以提供返回到分餾塔的上部第二分離器蒸氣流，和下部液化貧氮烴流； (h)在換熱器中將下部液化貧氮烴流過冷以提供經(jīng)過冷的貧氮烴流；以及 (i)由過冷的貧氮烴流生產(chǎn)燃料氣體流。
2.權(quán)利要求I的方法，其中步驟(a)包括在第一換熱器中使烴流完全液化以提供冷卻的烴流。
3.權(quán)利要求I或權(quán)利要求2的方法，其中在步驟(i)中包括 (1)在第二膨脹裝置中使過冷的貧氮烴流膨脹以提供經(jīng)膨脹的貧氮烴流；和 (2)在第三分離器將經(jīng)膨脹的貧氮烴流進行分離以提供燃料氣體流和液化烴流。
4.權(quán)利要求I或權(quán)利要求2的方法，其中步驟⑴包括 (1)在第三換熱器中冷卻過冷的貧氮烴流以提供預(yù)冷卻貧氮烴流； (2)在第三膨脹裝置中使預(yù)冷卻貧氮烴流膨脹以提供經(jīng)膨脹的貧氮烴流；和 (3)在末端閃蒸單元中將經(jīng)膨脹的貧氮烴流進行分離以提供燃料氣體流和液化烴流，優(yōu)選LNG流。
5.權(quán)利要求4的方法，其中步驟(i)還包括 (4)從末端閃蒸單元取出貧氮烴流的中間餾分并且使其穿過第三換熱器； (5)通過過冷的貧氮烴流加熱貧氮烴流的中間餾分以提供預(yù)冷卻貧氮烴流和加熱的中間餾分貧氮烴流；和 (6)使經(jīng)加熱的中間餾分貧氮烴流穿過末端閃蒸單元。
6.前述權(quán)利要求中任一項的方法，該方法還包括使來自第一分離器的除氮物流與下面中的一種或多種熱交換的步驟過冷的貧氮烴流，烴流和來自第一或第二換熱器的制冷劑流。
7.前述權(quán)利要求中任一項的方法，其中第一制冷劑回路中的第一制冷劑流包含氮。
8.前述權(quán)利要求中任一項的方法，其中第一制冷劑回路為部分開式回路，包含從上部除氮物流取出的第一制冷劑。
9.前述權(quán)利要求中任一項的方法，該方法還包括步驟在第四換熱器中使冷卻的第一制冷劑流和加熱的第一制冷劑流熱交換以提供膨脹器制冷劑進料流和壓縮機制冷劑進料流；和在第四膨脹裝置中使膨脹器制冷劑進料流膨脹以提供經(jīng)膨脹的第一制冷劑流。
10.權(quán)利要求9的方法，該方法還包括步驟在第一壓縮機中將壓縮機制冷劑進料流進行壓縮以提供壓縮的制冷劑流。
11.權(quán)利要求10的方法，該方法還包括在冷卻裝置中將壓縮的制冷劑流進行冷卻以提供第一制冷劑進料流。
12.權(quán)利要求10的方法，該方法還包括在冷卻裝置中將壓縮的制冷劑流進行冷卻以提供冷卻的壓縮制冷劑流；和在第五換熱器中使冷卻的壓縮制冷劑流熱交換以提供第一制冷劑進料流。
13.權(quán)利要求12的方法，其中使冷卻的壓縮制冷劑流與第二制冷劑回路中的第二制冷劑熱交換。
14.權(quán)利要求12或權(quán)利要求13的方法，該方法還包括提供從冷卻的壓縮制冷劑流到第一制冷劑進料流的第五換熱器旁通管線，該第五換熱器旁通管線含有第五換熱器旁通管線閥。
15.一種控制燃料氣體流中存在的氮濃度的方法，該方法包括至少以下步驟 -旁通權(quán)利要求14方法中的第五換熱器；和 -控制第五換熱器旁通閥以影響在第五換熱器中進行冷卻的冷卻壓縮制冷劑流的相對比例。
16.一種用于從烴流除去氮以提供燃料氣體流的設(shè)備，該設(shè)備至少包括 -第一換熱器，具有烴流的第一入口和冷卻的烴流的第一出口、換熱器的第一出口 ； -第一膨脹裝置，具有與第一換熱器的第一出口連接的入口，和經(jīng)膨脹的烴流的出口 ； -分餾塔，具有與第一膨脹裝置的出口連接的第一入口，以及上部富氮烴流的第一出口、下部貧氮烴流的第二出口、下部貧氮回流物流的第二入口和上部第二分離器蒸氣流的第三入口 ； -冷凝器，具有與分餾塔的第一出口連接的第一入口，以及部分冷凝的富氮烴流的第一出口、經(jīng)膨脹的第一制冷劑流的第二入口和加熱的第一制冷劑流的第二出口 ； -第一分離器，具有與冷凝器的第一出口連接的第一入口以及上部除氮物流的第一出口和下部貧氮回流物流的第二出口，所述第二出口與分餾塔的第二入口連接； -再沸器，具有與分餾塔的第二出口連接的第一入口，部分氣化的貧氮烴流的第一出口，第一制冷劑進料流的第二入口和冷卻的第一制冷劑流的第二出口 ； -第二分離器，具有與再沸器的第一出口連接的第一入口，上部第二分離器蒸氣流的第一出口和下部液化貧氮烴流的第二出口，所述第二出口與分餾塔的第三入口連接；以及-第二換熱器，其可以是第一換熱器或不同的換熱器，所述第二換熱器具有與第二分離器的第二出口連接的第一入口和過冷的貧氮烴流的第一出口。
17.權(quán)利要求16的設(shè)備，該設(shè)備還包括 -第四換熱器，具有與再沸器的第二出口連接的第一入口，膨脹器制冷劑進料流的第一出口，與冷凝器的第二出口連接的第二入口，和壓縮機制冷劑進料流的第二出口 ； -第一壓縮機，具有與第四換熱器的第二出口連接的入口和壓縮的制冷劑流的出口 ； -冷卻裝置，具有與第一壓縮機的出口連接的入口和冷卻的壓縮制冷劑流的出口 ； -第五換熱器，具有與冷卻裝置的出口連接的入口和與再沸器的第二入口連接的出口 ；以及 -第四膨脹裝置，具有與第四換熱器的第一出口連接的入口和與冷凝器的第二入口連接的出口 。
全文摘要
從烴流(10)除去氮以提供燃料氣體流(510)的方法和設(shè)備(1)。使烴流(10)至少部分液化并隨后膨脹。在分餾塔(150)中將經(jīng)膨脹的烴流(110)分餾以提供富氮烴流(160)和貧氮烴流(170)。在冷凝器(200)中通過在專用第一制冷劑回路(800)中循環(huán)的制冷劑進行冷卻使富氮烴流(160)部分冷凝，并且將其進行相分離以提供除氮物流(260)和返回到分餾塔(150)的貧氮回流物流(270)。使貧氮烴流(170)部分氣化和相分離以提供返回到分餾塔(150)的蒸氣流(360)和經(jīng)受過冷的液化貧氮烴流(370)。由過冷的貧氮烴流(410)產(chǎn)生燃料氣體流(510)。
文檔編號F25J1/02GK102713479SQ200980142822
公開日2012年10月3日 申請日期2009年11月2日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月3日
發(fā)明者M·D·賈格, S·卡爾特 申請人:國際殼牌研究有限公司