本申請(qǐng)要求2014年3月14日提交的美國(guó)臨時(shí)專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)?1/953,355的優(yōu)先權(quán)。

背景

需要除去高冰點(diǎn)組分以避免天然氣液化設(shè)備中的冷凍。液化設(shè)備的進(jìn)料氣體的示例性規(guī)格含有小于1體積百萬(wàn)分率(ppmv)苯、及小于0.05摩爾%戊烷和較重(C5+)組分。高冰點(diǎn)烴組分除去設(shè)備通常位于預(yù)處理設(shè)備下游以除去汞、酸性氣體如CO2和H2S、以及水。

用于預(yù)處理LNG進(jìn)料氣體以除去高冰點(diǎn)烴的簡(jiǎn)單和常用系統(tǒng)涉及使用入口氣體冷卻器、用于除去冷凝液的第一分離器、進(jìn)一步冷卻來(lái)自第一分離器的蒸氣的膨脹器(或焦耳湯姆森閥或制冷機(jī))、用于除去額外的冷凝液的第二分離器、以及用于加熱來(lái)自第二分離器的冷蒸氣的再熱器。再熱器和入口氣體冷卻器通常將構(gòu)成單個(gè)熱交換器。來(lái)自第一和第二分離器的液流含有進(jìn)料氣體的苯和C5+組分，連同也已冷凝的進(jìn)料氣體中的一部分輕烴一起。這些液流可通過(guò)與入口氣體熱交換被再加熱。也可進(jìn)一步分離這些液流以濃縮來(lái)自可送入LNG設(shè)備的組分的高冰點(diǎn)組分而不會(huì)冷凍。

送入現(xiàn)有LNG設(shè)施中的進(jìn)料氣體組成可隨時(shí)間變化。液體回收裝置可安裝在LNG設(shè)施上游的管道上用于除去C5+冷凝物以便送到精煉廠或除去丙烷和丁烷以用于局部加熱要求或化工廠原料。額外的氣田可投入運(yùn)行，或者來(lái)自各種氣田的氣體混合物可變化。多種情形可導(dǎo)致含有較高濃度的苯的LNG設(shè)施進(jìn)料氣體。

如果送入現(xiàn)有LNG設(shè)備的進(jìn)料氣體變?yōu)楹斜阮A(yù)期更多的苯，那么高冰點(diǎn)烴除去設(shè)備將不能滿足為了避免液化設(shè)備中的冷凍所需的苯去除。另外，高冰點(diǎn)組分除去設(shè)備中的特定位置歸因于苯的增加可冷凍。LNG設(shè)施不得不通過(guò)不再接收具有較高苯濃度的氣體源來(lái)減少生產(chǎn)，或者如果苯濃度不能降低的話將完全停產(chǎn)。開(kāi)發(fā)一種克服這些問(wèn)題的方法和系統(tǒng)將是有用的。

發(fā)明概述

本文所述的第一實(shí)施方案包括一種用于從混合進(jìn)料氣流中除去包括苯化合物的高冰點(diǎn)烴的方法。所述方法包括：在第一熱交換器中冷卻混合進(jìn)料氣流以冷凝至少一部分C3、C4及C5組分和高冰點(diǎn)烴，在第一分離器中分離冷凝的C3、C4、C5組分和高冰點(diǎn)烴以形成第一液流和第一氣流，在第二熱交換器中冷卻第一氣流以冷凝至少一部分第一氣流，以及在第二分離器中分離第一氣流的冷凝部分以形成富甲烷的第二氣流作為頂部物流和第二液流。然后將第一和第二液流進(jìn)料到第一分餾器中，并且在頂部物流和第三液流中除去甲烷氣體作為底部物流。所述方法還包括從第二分離器頂部的下游處除去富甲烷的產(chǎn)物氣流，在分餾系中分餾第三液流以獲得包含C3組分和C4組分中的至少一種的再循環(huán)物流和高冰點(diǎn)烴物流，以及將包含C3組分和C4組分中的至少一種的再循環(huán)物流進(jìn)料到第一分餾器上游位置處的過(guò)程中以降低在引入再循環(huán)物流的位置處的物流的冰點(diǎn)。

另一實(shí)施方案為一種用于從混合進(jìn)料氣流中除去包括苯化合物的高冰點(diǎn)烴的方法，所述方法包括：在第一熱交換器中冷卻混合進(jìn)料氣流以冷凝至少一部分C3、C4及C5組分和高冰點(diǎn)烴，在第一分離器中分離冷凝的C3、C4、C5組分和高冰點(diǎn)烴以形成第一液流和第一氣流，在第二熱交換器中冷卻第一氣流以冷凝至少一部分第一氣流，以及在第二分離器中分離第一氣流的冷凝部分以形成富甲烷的第二氣流作為頂部物流和第二液流。所述方法還包括將第一和第二液流進(jìn)料到第一分餾器中，并且除去頂部物流中的甲烷氣體并除去第三液流作為底部物流，從第二分離器頂部的下游處除去富甲烷的產(chǎn)物氣流，在分餾系中分餾第三液流以獲得烴產(chǎn)物流，以及將包含C3組分和C4組分中的至少一種的溶劑物流進(jìn)料到在第一分餾器上游位置處的過(guò)程中以降低在引入溶劑物流的位置處的物流的冰點(diǎn)，由此使得能夠使用較低過(guò)程溫度。

另一實(shí)施方案為一種用于預(yù)處理含有甲烷和苯組分的混合進(jìn)料氣流以除去所述苯組分的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：第一熱交換器，用于部分冷凝所述混合進(jìn)料氣體；第一分離器，被配置來(lái)從第一含有甲烷的氣流中分離混合進(jìn)料氣體以形成含有C3+組分的第一液態(tài)烴流；第二熱交換器，被配置來(lái)至少部分冷凝第一富甲烷的氣流；第二分離器，被配置來(lái)從第二液態(tài)烴流中分離第二含有甲烷的氣流；分餾器，被配置來(lái)從第一液態(tài)烴流和第二液態(tài)烴流中除去甲烷；以及溶劑入口，被配置來(lái)將包含C3組分和C4組分中的至少一種的溶劑物流進(jìn)料到系統(tǒng)中。所述溶劑入口位于第一或第二分離器的上游，或第二分離器的下游和分餾器的上游。

又一實(shí)施方案為一種用于從混合烴進(jìn)料氣流中除去包括苯化合物的高冰點(diǎn)烴的方法，所述方法包括：在第一熱交換器中冷卻混合進(jìn)料氣流以冷凝至少一部分C3、C4及C5組分和高冰點(diǎn)烴，在第一分離器中分離冷凝的C3、C4、C5組分和高冰點(diǎn)烴以形成第一液流和第一氣流，通過(guò)在第二熱交換器中冷卻第一氣流或降低第一氣流的壓力來(lái)部分冷凝第一氣流，以及在第二分離器中分離第一氣流的冷凝部分以形成富甲烷的第二氣流和第二液流。所述方法還包括從第二分離器頂部的下游處除去富甲烷的產(chǎn)物氣流，將第一液流進(jìn)料到分餾系中，并且分餾第一液流以獲得烴產(chǎn)物流和包含苯組分的高冰點(diǎn)烴；以及抽取至少一部分第二液流，提高抽取部分的壓力，并且將至少一些抽取和壓縮的部分再循環(huán)至第一分離器上游位置或第一分離器處的過(guò)程中以防止過(guò)程物流和過(guò)程組分的冷凍。

另一實(shí)施方案為一種用于預(yù)處理含有甲烷和苯組分的混合進(jìn)料氣流以除去所述苯組分的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：第一熱交換器，用于冷卻和部分冷凝混合進(jìn)料氣體；第一分離器，被配置來(lái)分離所冷卻和部分冷凝的混合進(jìn)料氣流以形成含有C3+組分的第一液態(tài)烴流和第一含甲烷的氣流；膨脹器，被配置來(lái)膨脹和部分冷凝第一含有甲烷的氣流；第二分離器，被配置來(lái)分離第一含有甲烷的氣流以形成第二含有甲烷的氣流和第二液態(tài)烴流；增壓裝置，被配置來(lái)增加第一液態(tài)烴流和第二液態(tài)烴流中的至少一個(gè)的壓力；以及再循環(huán)入口，被配置來(lái)將第一液態(tài)烴流和第二液態(tài)烴流中的至少一個(gè)的再循環(huán)部分送回到位于第一分離器上游處或第一分離器處的系統(tǒng)。

附圖簡(jiǎn)述

圖1示意性地描繪了根據(jù)第一實(shí)施方案從混合烴氣流中提取高冰點(diǎn)烴的系統(tǒng)和工藝。

圖2示意性地描繪了分餾從圖1中所示的工藝獲得的混合烴流的系統(tǒng)和工藝。

圖3示意性地描繪了從氣流中提取高冰點(diǎn)烴的系統(tǒng)和工藝的第二實(shí)施方案。

圖4示意性地描繪了根據(jù)第三實(shí)施方案從氣流中提取高冰點(diǎn)烴的系統(tǒng)和工藝。

發(fā)明詳述

本文描述了一種新型低溫方法，所述方法將冷凍組分(重?zé)N，包括但不一定限于苯、甲苯、乙苯及二甲苯(BTEX))在液化之前從預(yù)處理的天然氣流中提取。

在液化之前首先處理原料進(jìn)氣以除去冷凍組分如CO2、水及重?zé)N。CO2和水的除去通過(guò)幾個(gè)可商購(gòu)獲得的工藝實(shí)現(xiàn)。然而，冷凍烴組分通過(guò)低溫過(guò)程的除去取決于有待除去的組分的類(lèi)型和量。對(duì)于如C2、C3、C4的組分含量低但含有將在液化期間冷凍的烴的進(jìn)料氣體，冷凍組分的分離將更加困難。

下表3示出了可用于液化的典型氣體組成。所述氣體是非常貧的，但是具有大量重質(zhì)冷凍組分。冷凍組分的分離是困難的，因?yàn)樵诶鋮s過(guò)程期間，在液流中不存在足量的C2、C3或C4來(lái)稀釋冷凍組分的濃度并保護(hù)其免于冷凍。當(dāng)在不存在C2至C4組分下從氣體中冷凝的第一組分是重質(zhì)餾分時(shí)，此問(wèn)題在工藝啟動(dòng)期間被極大地放大。為了克服這個(gè)問(wèn)題，已經(jīng)開(kāi)發(fā)了將在啟動(dòng)和正常運(yùn)行期間消除冷凍問(wèn)題的方法和系統(tǒng)。

定義：

如本文所用，術(shù)語(yǔ)“高冰點(diǎn)烴”是指苯、甲苯、乙苯、二甲苯及其他化合物，包括大多數(shù)具有至少六個(gè)碳原子的烴。如本文所用，術(shù)語(yǔ)“苯化合物”是指苯，以及甲苯、乙苯、二甲苯和/或其他取代的苯化合物。如本文所用，術(shù)語(yǔ)“富甲烷的氣流”意指具有大于50體積%甲烷的氣流。如本文所用，術(shù)語(yǔ)“增壓裝置”是指增加氣流或液流的壓力的組件，包括壓縮機(jī)和/或泵。

下表1示出了所選烴的冰點(diǎn)。

表1

(表2中的物理性質(zhì)數(shù)據(jù)來(lái)自于the Gas Processors Suppliers Association Engineering Data Book)

參看表1，苯具有類(lèi)似于正己烷和正庚烷的沸點(diǎn)和蒸氣壓。然而，苯的冰點(diǎn)為約175°F更高。正辛烷、對(duì)二甲苯及鄰二甲苯尤其還具有導(dǎo)致在上述的溫度下冷凍的物理性質(zhì)，其中天然氣中常見(jiàn)的其他組分基本上不會(huì)冷凝為液體。

在實(shí)施方案中，本文所述的方法通常具有混合烴進(jìn)料物流，其具有在100至20,000 ppm摩爾或10至500 ppm摩爾范圍內(nèi)的高冰點(diǎn)烴含量、在80至98摩爾%或90至98摩爾%范圍內(nèi)的甲烷含量。富甲烷的產(chǎn)物流通常具有在0至500 ppm摩爾C5+或0至1 ppm摩爾苯范圍內(nèi)的高冰點(diǎn)烴含量以及在85至98摩爾%或95至98摩爾%范圍內(nèi)的甲烷含量。

在實(shí)施方案中，本文所述的方法通常在第一分離器中利用在10至-50 F和400至1000 psia范圍內(nèi)的溫度和壓力，且在第二分離器中利用-10至-150 F和400至1000 psia的溫度和壓力。如果使用第三分離器，溫度和壓力通常在-50至-170 F和300至700 psia的范圍內(nèi)。

送入液化設(shè)備的入口氣體的典型規(guī)格是 < 1 ppm摩爾苯及<500 ppm摩爾戊烷和較重組分。

第一實(shí)施方案

首先參看圖1，示出了部分C2+回收工藝。所述方法使用熱交換器和相分離器以除去不是天然氣產(chǎn)物部分的混合進(jìn)料氣體的組分。最初，可分析進(jìn)料氣體的冷卻曲線以測(cè)定混合物的冰點(diǎn)。然后添加足量的非冷凍溶劑如丙烷或丁烷以將重冷凍組分保持為液相。在天然氣產(chǎn)物分離期間產(chǎn)生的液體被送入脫甲烷塔中。可在冷卻系中的一個(gè)或多個(gè)位置處進(jìn)行溶劑注入，任選地使用不同量的溶劑，這取決于進(jìn)料氣體的組成和引入再循環(huán)物流的位置。

包括將液體從分離器送入脫甲烷塔中(通過(guò)預(yù)加熱)的工藝包括橫跨控制閥的壓降。此壓力下降可導(dǎo)致閃蒸，冷卻，及在過(guò)程管線內(nèi)可能的冷凍條件。為了防止冷凍，溶劑可僅在控制閥上游處添加，或添加到另一合適的位置處。在壓力降下來(lái)之前，也可通過(guò)預(yù)加熱分離器液體來(lái)防止烴的冷凍。溶劑添加的選擇和/或預(yù)加熱水平將取決于冷凍組分的量和類(lèi)型。

脫甲烷塔在頂部除去甲烷和較輕組分，并且在底部回收一部分C2+組分。來(lái)自塔底的C2+物流被送入用來(lái)分離C2、C3、C4及C5+組分的分餾系。一部分C3和/或C4物流被再循環(huán)回到低溫設(shè)備用于冷凍預(yù)防。圖2示出了包括脫乙烷塔、脫丙烷塔及脫丁烷塔的分餾系的實(shí)施方案。一種、兩種或三種不同溶劑可再循環(huán)到氣體純化系統(tǒng)中，只要所述溶劑基本上不含冷凍組分。在實(shí)施方案中，溶劑包含C3和C4組分。在一些情況下，使用C2組分或者也包括在混合烴溶劑再循環(huán)物流中。

本文所述的方法的一個(gè)附加優(yōu)點(diǎn)是用于防止冷凍的溶劑如丙烷或丁烷可從進(jìn)料氣體中回收。操作所述方法以便添加的所有溶劑都被回收并且在此情況下不需要連續(xù)外部補(bǔ)充。如果設(shè)備需要回收存在于進(jìn)料中的額外的C2、C3或C4，那么可在適于產(chǎn)生適銷(xiāo)的C2、C3和/或C4產(chǎn)物的條件下運(yùn)行所述方法。

表2示出了在其中可能發(fā)生冷凍的過(guò)程中的所選點(diǎn)處的兩組數(shù)據(jù)。標(biāo)記為“有溶劑”的數(shù)據(jù)組顯示丙烷溶劑的注入和10攝氏度的冰點(diǎn)近似值。標(biāo)記為“無(wú)溶劑”的數(shù)據(jù)組是相同的工藝，但沒(méi)有丙烷溶劑注入。此數(shù)據(jù)組顯示-23攝氏度的冰點(diǎn)，使得工藝不能實(shí)行。表3提供顯示來(lái)自工藝的進(jìn)料和產(chǎn)物的正常運(yùn)行的物料平衡。

在圖1中所示的系統(tǒng)啟動(dòng)期間，產(chǎn)物氣流仍含有苯和較重組分，并且由于其不滿足液化進(jìn)料規(guī)格而需要閃蒸。然而，作為閃蒸所有產(chǎn)物氣體直到其符合規(guī)格的代替，可將啟動(dòng)期間的一部分產(chǎn)物氣體再循環(huán)回到液化過(guò)程的前端，由此減少閃蒸。另外，再循環(huán)氣體中的冷凍組分比進(jìn)料中要少，并且傾向于稀釋通入低溫設(shè)備的進(jìn)料，由此有助于在冷卻過(guò)程期間保護(hù)以免冷凍。再循環(huán)還加速設(shè)備的初始冷卻，因?yàn)楦鄽怏w將通過(guò)設(shè)備減壓裝置。產(chǎn)物氣體在表中也被稱(chēng)為殘余氣體。

表4示出了啟動(dòng)期間殘余氣體再循環(huán)和溶劑注入的條件。所示步驟是典型的啟動(dòng)并且列出如下：

1. 開(kāi)始冷卻入口氣體，在分離器中開(kāi)始形成液體。膨脹器被旁通，氣體穿過(guò)JT閥。脫甲烷塔塔頂閃蒸。

2. 開(kāi)始?xì)堄辔镌傺h(huán)

3. 添加新鮮丙烷。增強(qiáng)殘余物再循環(huán)。

4. 繼續(xù)冷卻設(shè)備。

5. 膨脹器打開(kāi)。

6. 脫甲烷塔塔頂產(chǎn)物殘留。分餾系打開(kāi)。脫丙烷塔塔頂產(chǎn)物再循環(huán)回到入口，開(kāi)始減少新鮮丙烷。

7. 繼續(xù)冷卻設(shè)備，減少新鮮丙烷。

8. 繼續(xù)冷卻設(shè)備，減少新鮮丙烷。

9. 來(lái)自分餾系的所有溶劑注入。

10. 減少殘余物再循環(huán)。

11. 沒(méi)有殘余物再循環(huán)。減少溶劑的量。

在初始階段期間，來(lái)自存儲(chǔ)器的新鮮丙烷被用于防止冷凍。然而，一旦丙烷在系統(tǒng)中產(chǎn)生，來(lái)自儲(chǔ)存器的新鮮丙烷的注入便逐漸遞減。表4還顯示在步驟2期間開(kāi)始?xì)堄辔镌傺h(huán)，并且持續(xù)直到步驟10。

表5示出了在無(wú)殘余氣體再循環(huán)或溶劑注入的啟動(dòng)期間的條件。該表顯示從步驟4開(kāi)始發(fā)生冷凍，并且對(duì)于此過(guò)程來(lái)說(shuō)啟動(dòng)是不可能的。

圖1-2中所示的實(shí)施例是針對(duì)C2+回收過(guò)程。溶劑注入和殘余物再循環(huán)方案可聯(lián)合其他C2+回收方案一起實(shí)施。所述工藝也可用于C3+或C4+回收過(guò)程。設(shè)備配置以及C2+、C3+和C4+組分的量根據(jù)每個(gè)應(yīng)用所需而變化。

在較低溫度下，冷凍組分的濃度必須降低以防止冷凍。多個(gè)液體分離點(diǎn)的使用導(dǎo)致需要較少溶劑。多個(gè)分離點(diǎn)的使用還由此減少除去高冰點(diǎn)組分所需的總冷卻能量。此外，多個(gè)分離點(diǎn)的使用通過(guò)減少總液體冷凝來(lái)減少或消除熱交換器的加熱/冷卻曲線中的夾點(diǎn)。

比除去的所有冷凍組分揮發(fā)性更大的溶劑的使用允許供重新使用的溶劑的完全分離而不會(huì)有被冷凍組分污染的可能性。此外，比冷凍組分揮發(fā)性更大的溶劑的使用允許一些溶劑在一個(gè)以上連續(xù)分離點(diǎn)中的液化。

在實(shí)施方案中，溶劑包含C3和/或C4烴，如丙烷和丁烷。丙烷和/或丁烷溶劑的使用提供在工藝內(nèi)的液體溶劑，其具有低冷凝熱/摩爾，從而使得負(fù)荷(duty)和由冷凝溶劑所致的熱交換器冷卻曲線偏移最小化。

重要的是，足量的溶劑組分在冷卻物流(包括熱交換器和壓降裝置)的本發(fā)明的每個(gè)步驟中在冷凍組分的冷凝和潛在冷凍時(shí)或之前作為液體存在。同樣重要的是，溶劑在整個(gè)冷卻過(guò)程中的每個(gè)點(diǎn)作為液體以足夠的量存在以防止冷凍。

物流組成、溫度和壓力連同冰點(diǎn)算法一起可用于預(yù)測(cè)冷凍條件，并且可用于控制啟動(dòng)和穩(wěn)態(tài)運(yùn)行期間的溶劑注入速率和位置。可監(jiān)測(cè)顯示包括高于正常壓降和低于正常熱交換的冷凍的可能性的操作條件，并用作對(duì)于控制溶劑注入速率和位置的反饋。

本文所述的用于除去氣體液化設(shè)施上游的高冰點(diǎn)組分的實(shí)施方案的應(yīng)用要求除去所有可能在液化設(shè)備中冷凍的組分。在一些情況下，戊烷和較重組分不適用作溶劑，因?yàn)閷?duì)于進(jìn)入液化設(shè)備的這些組分的量存在嚴(yán)格限制。

圖1-2中所示的工藝在氣體液化設(shè)施上游的使用提供以下益處：在分餾系中溶劑組分的回收還將提供用于通常在液化設(shè)施中使用的混合制冷劑的組分。通常在進(jìn)料氣體中可獲得并且還在下游過(guò)程中可容許的溶劑組分的使用是本文所述的某些實(shí)施方案的額外特征和益處。

溶劑的添加增加液相的密度，由此增強(qiáng)包括所含冷凍組分的液體從蒸氣中的分離。溶劑的添加增加液體的表面張力，由此進(jìn)一步增強(qiáng)液體的分離和回收。溶劑的添加允許冷凍組分在更高溫度下冷凝和回收，其中蒸氣和液體的相對(duì)物理性質(zhì)對(duì)于分離更為有利。

冷凍組分稀釋到溶劑當(dāng)中減少在分離器中未在液相中回收的任何液滴中攜帶的冷凍組分液的體積，從而減小液滴遺留的消極影響。

有時(shí)可能需要設(shè)計(jì)和操作用于BTEX和C5+除去以避免冷凍的設(shè)備，其中進(jìn)料組成在C3+組分方面可在極貧與極富之間變化，有一種或多種不同的平均氣體組成。當(dāng)進(jìn)料氣體是貧C3+烴時(shí)，為了避免冷凍，可能需要溶劑組分的再循環(huán)。在富C3+進(jìn)料氣體情況中未必需要再循環(huán)。富C3和/或C4情況可能需要最大的設(shè)備，這是由于液體的更高回收率。當(dāng)被設(shè)計(jì)來(lái)接納富氣體情況時(shí)，分離器和塔將更大(參見(jiàn)下文)。高載荷情況可針對(duì)固定設(shè)備設(shè)置最小尺寸，并且這些尺寸可比貧氣情況所需的更大。

為了所有設(shè)備都運(yùn)行良好，需要所有設(shè)備在適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)運(yùn)行點(diǎn)下運(yùn)行以確保適當(dāng)?shù)男阅?。為防止貧氣情況中的冷凍而進(jìn)行的液體再循環(huán)具有增強(qiáng)設(shè)備載荷的繼發(fā)效應(yīng)，可能增至富C3+氣體情況的相同載荷。避免冷凍的此意外結(jié)果對(duì)設(shè)備性能具有積極效果。再循環(huán)可用于防止冷凍且同時(shí)平衡對(duì)于不同進(jìn)料氣體情況的設(shè)備載荷。丙烷和丁烷物流的再循環(huán)可允許進(jìn)料氣體組成接近未改變的；不僅避免了冷凍，而且驚人地產(chǎn)生對(duì)于所有設(shè)備具有幾乎相同的操作條件和載荷的極其類(lèi)似的進(jìn)料氣體。

通常，調(diào)整設(shè)備操作條件以實(shí)現(xiàn)在不同進(jìn)料氣體下的所需結(jié)果。在本文所述的實(shí)施方案中，為了避免冷凍的再循環(huán)使用還造成顯著的簡(jiǎn)化操作。當(dāng)進(jìn)料氣體變化時(shí)，再循環(huán)速率可改變，并且所有其他操作條件不需要顯著調(diào)整，使得操作以改變進(jìn)料組成變得更容易。此方案僅需要一個(gè)項(xiàng)目改變，而非多個(gè)項(xiàng)目。

在液化之前從極貧的天然氣中除去重?zé)N和BTEX的一種新型設(shè)備設(shè)計(jì)包括至少兩個(gè)分離容器、至少一個(gè)熱交換器、至少一個(gè)減壓裝置、以及在設(shè)備的兩個(gè)或更多個(gè)這些部分上游的溶劑注入點(diǎn)。丙烷和丁烷可容易獲得，可運(yùn)輸并保存在設(shè)施場(chǎng)所的儲(chǔ)罐中，并且可轉(zhuǎn)移到固定設(shè)施中以便當(dāng)進(jìn)料氣體被引入設(shè)備中至高達(dá)工作壓力的壓力時(shí)根據(jù)添加溶劑組分的順序啟動(dòng)使用。一部分氣體可使用壓縮機(jī)再循環(huán)穿過(guò)設(shè)備而無(wú)閃蒸，使用壓降裝置冷卻設(shè)備，添加溶劑組分直到溶劑已經(jīng)建立正常運(yùn)行所需的所有液體水平，并且冷卻該過(guò)程至正常的工作溫度。在此系統(tǒng)下，如果有一點(diǎn)延遲、消耗或閃蒸的話，那么在啟動(dòng)期間排放?？捎扇肟跉怏w獲得并且也容易商購(gòu)獲得的溶劑的使用允許此低排放啟動(dòng)方法，并且還允許溶劑現(xiàn)場(chǎng)儲(chǔ)存的再填充以供任何未來(lái)需要。

一個(gè)說(shuō)明性實(shí)施方案詳細(xì)示于圖1中。進(jìn)料氣流2，通常是管道級(jí)天然氣，變成物流3的一部分并且穿過(guò)入口熱交換器4，由此冷卻并液化至少一部分進(jìn)料氣體以形成冷卻的進(jìn)料氣體6。冷卻的進(jìn)料氣體6被送入熱分離器8，其中重?zé)N液體(即C2+烴)與較輕氣體組分分離，主要是甲烷及其他不可冷凝的氣體，如氮?dú)狻⒍趸?、氦氣等，其可在進(jìn)料氣體中。熱分離器塔頂氣流10是由富甲烷的烴加上由熱分離器8產(chǎn)生的任何殘留的非冷凝重?zé)N構(gòu)成，該氣流10隨后穿過(guò)低溫氣體/氣體熱交換器18并且進(jìn)一步冷卻以形成冷分離器進(jìn)料20用于冷分離器22。包含冷凝的重?zé)N液體的熱分離器底部物流12被從熱分離器8的底部抽出并穿過(guò)熱分離器底部物流控制閥14并且然后被指定為物流15。物流15與其他物流合并以形成合并的貧甲烷烴物流16。

回到冷分離器22，將在冷分離器進(jìn)料20中的可冷凝的烴在冷分離器22中從富甲烷的氣相中分離。該富甲烷的氣相隨著冷分離器塔頂物流24一起離開(kāi)冷分離器22。從冷分離器22中除去可冷凝的烴以形成冷分離器底部物流26，該底部物流26穿過(guò)冷分離器底部物流加熱器28并且隨后穿過(guò)冷分離器底部物流控制閥30。在穿過(guò)冷分離器底部物流控制閥30之后，在低溫氣體/氣體熱交換器18中利用減壓冷分離器底部物流31作為冷卻介質(zhì)，吸收熱分離器塔頂物流10中的熱量。這形成烴的貧甲烷物流32，該物流32與熱分離器底部物流12合并以形成合并的貧甲烷烴16。

冷分離器塔頂物流24被送到膨脹器/壓縮機(jī)34并同時(shí)膨脹和冷卻以形成膨脹的和冷卻的富甲烷的烴物流36。膨脹的和冷卻的富甲烷的烴物流36導(dǎo)向膨脹器分離器38，其中任何未冷凝的、富甲烷的氣體被從任何剩余的可冷凝的烴中分離以形成膨脹器分離器塔頂物流40。在膨脹器分離器中的可冷凝烴被抽取作為膨脹器分離器底部物流42，其穿過(guò)膨脹器分離器底部物流控制閥44，離開(kāi)控制閥作為低壓膨脹器分離器底部物流45。在冷分離器底部物流31穿過(guò)冷分離器底部物流控制閥30之后但在進(jìn)入到低溫氣體/氣體熱交換器18中之前，物流45與減壓冷分離器底部物流31合并。

膨脹器分離器塔頂物流40穿過(guò)脫甲烷塔回流冷凝器46作為冷卻介質(zhì)，由此吸收壓縮的脫甲烷塔塔頂氣體74中的熱量。生成的富甲烷的烴物流48保持極冷并且因此被送到低溫氣體/氣體熱交換器18和入口熱交換器4作為冷卻介質(zhì)，由此吸收相應(yīng)的進(jìn)料中的熱量。在離開(kāi)入口熱交換器4之后，富甲烷的烴物流48通過(guò)膨脹器/壓縮機(jī)34在第一階段中被壓縮，然后是第二階段殘余氣體壓縮機(jī)50，之后通過(guò)空氣冷卻器52冷卻以形成富甲烷的進(jìn)料氣體54用于LNG設(shè)備?？砂ǜ绷骷淄樵傺h(huán)回路56和甲烷再循環(huán)回路控制閥58以允許用于LNG設(shè)備54的一部分富甲烷的進(jìn)料氣體再循環(huán)回到進(jìn)料氣體2物流。上面描述了這種再循環(huán)的目的并且將在下文中更詳細(xì)地說(shuō)明。

合并的貧甲烷的烴物流16被送到脫甲烷塔60并經(jīng)歷進(jìn)一步的分餾并且除去任何殘留的甲烷。除去任何殘留甲烷作為脫甲烷塔塔頂物流62并且除去來(lái)自貧甲烷餾份的任何可冷凝的烴作為脫甲烷塔底部物流64。脫甲烷塔底部物流64的第一部分穿過(guò)脫甲烷塔再沸器66并回到脫甲烷塔作為脫甲烷塔再沸器進(jìn)料68。然而，利用脫甲烷塔底部物流64的第二部分以形成C2+烴物流70。在脫甲烷塔塔頂氣體壓縮機(jī)72中壓縮脫甲烷塔塔頂物流62以形成壓縮的脫甲烷塔塔頂氣體物流74，該物流74隨后在脫甲烷塔回流冷凝器46中冷卻。冷卻的脫甲烷塔塔頂氣體76穿過(guò)脫甲烷塔回流儲(chǔ)液器78，其中除去任何液化部分作為脫甲烷塔回流儲(chǔ)液器底部物流80并且作為回流物流被送回到脫甲烷塔60。冷卻的脫甲烷塔塔頂物流76的氣態(tài)部分被從脫甲烷塔回流儲(chǔ)液器78中取走作為脫甲烷塔回流儲(chǔ)液器塔頂物流82，送到脫甲烷塔回流冷凝器46中，其中脫甲烷塔回流儲(chǔ)液器塔頂物流82被進(jìn)一步冷卻，之后脫甲烷塔回流儲(chǔ)液器塔頂物流82被送到膨脹器分離器38中作為高純度甲烷氣體。

當(dāng)啟動(dòng)上述過(guò)程時(shí)，進(jìn)料氣體2在中間范圍烴、C3、C4及C5烴方面可為貧的，但具有顯著濃度的較重?zé)N，例如C6+烴，如環(huán)己烷、苯、甲苯等。這種可冷凝的重?zé)N，尤其是苯，對(duì)于操作者是一個(gè)非常嚴(yán)重的挑戰(zhàn)。也就是說(shuō)，設(shè)備的冷態(tài)是如此以使得那些重?zé)N可凍干并形成固體烴，這些固體烴阻礙和/或堵塞進(jìn)料氣體穿過(guò)到設(shè)備中。在這種情況下，在常規(guī)方法中，操作者必須停止操作并允許設(shè)備緩慢預(yù)熱，由此允許固體烴熔化并排除堵塞。這產(chǎn)生了代價(jià)高的非有效工時(shí)和費(fèi)用，而不得不重新冷卻設(shè)備至處理進(jìn)料氣體所需的溫度。操作該設(shè)備的風(fēng)險(xiǎn)不僅存在于啟動(dòng)期間，而且存在于進(jìn)料氣體的組成改變時(shí)的持續(xù)性操作期間。也就是說(shuō)，如果進(jìn)料氣體在重?zé)N(尤其是苯)含量上突然增加僅幾個(gè)百分點(diǎn)，該變化可能導(dǎo)致冷凍的固體烴的積聚和入口交換器4、熱分離器8及低溫氣體/氣體熱交換器18的堵塞。

為了解決這個(gè)問(wèn)題，已經(jīng)出人意料地發(fā)現(xiàn)，C3丙烷、C4丁烷或其混合物注入到另外的貧進(jìn)料氣體中顯著地減少并實(shí)際上消除冷凍重?zé)N的形成。據(jù)信C3丙烷、C4丁烷或其混合物充當(dāng)針對(duì)固體重?zé)N形成的原位“溶劑”或“防凍劑”。如圖1所示，C3丙烷、C4丁烷或其混合物“防凍劑”可在進(jìn)料氣體2以物流86和/或87被引入入口熱交換器4中之前的點(diǎn)處以物流84被注入進(jìn)料氣體中。在實(shí)施方案中，在低溫氣體/氣體熱交換器18之前將C3丙烷、C4丁烷或其混合物“防凍劑”注入熱分離器塔頂物流10中可為有利的。然而，不希望受到限制，C3丙烷、C4丁烷或其混合物“防凍劑”的注入或使用可被注入可經(jīng)受重?zé)N凍結(jié)的許多其他位置處，舉例來(lái)說(shuō)，在冷分離器22之前以防止冷分離器的堵塞，作為冷分離器底部物流26或膨脹器分離器底部物流42的一部分；在低溫氣體/氣體熱交換器之前以防止流的堵塞；或甚至注入合并的貧甲烷的烴物流16中以防止凍結(jié)并堵塞那條管線。

還出人意料地發(fā)現(xiàn)，C3丙烷、C4丁烷或其混合物注入到進(jìn)料氣體及如上所述的其他位置中顯著地縮短啟動(dòng)該設(shè)備所需的時(shí)間。需要操作者進(jìn)行系統(tǒng)的和連續(xù)的設(shè)備冷卻處理的時(shí)間可顯著地減少，這是由于C3丙烷、C4丁烷或其混合物的注入有助于冷卻設(shè)備并防止由在另外的貧進(jìn)料氣體中的冷凍重?zé)N所引起的堵塞形成。至操作穩(wěn)定性的此較短時(shí)間不僅節(jié)省了操作者的時(shí)間，而且得到實(shí)質(zhì)上的環(huán)保益處。因?yàn)樵O(shè)備更快地冷卻且具有基本上降低的重?zé)N凍結(jié)或堵塞的風(fēng)險(xiǎn)，所以需要不合格的甲烷氣體的較少排放或閃蒸。也就是說(shuō)，不宜用作LNG設(shè)備的進(jìn)料烴甲烷氣體可經(jīng)由甲烷再循環(huán)回路56被再循環(huán)和再使用，而不會(huì)擔(dān)心進(jìn)料氣體在中間范圍烴方面甚至更貧且甚至更易受重?zé)N凍結(jié)。甲烷再循環(huán)回路56與C3丙烷、C4丁烷或其混合物注入到進(jìn)料氣體及如上所述的其他位置中的組合利用允許操作者實(shí)現(xiàn)設(shè)備的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行且由此從進(jìn)料閥的第一開(kāi)口向LNG設(shè)備供給更高質(zhì)量的合格進(jìn)料。將理解運(yùn)行LNG設(shè)備的這種益處，從開(kāi)始運(yùn)行時(shí)便具有高質(zhì)量的、合格的富甲烷的進(jìn)料氣體。此益處通過(guò)以下事實(shí)進(jìn)一步增強(qiáng)：本發(fā)明方法利用管道質(zhì)量天然氣作為主要進(jìn)料源，從而為操作者實(shí)質(zhì)上節(jié)約了成本。

C3丙烷、C4丁烷或其混合物“防凍劑”的一個(gè)來(lái)源是儲(chǔ)存的或可商購(gòu)獲得的丙烷或丁烷。然而，相當(dāng)多的益處可通過(guò)使用在上述過(guò)程中生成的C2+烴物流70作為所述C3丙烷、C4丁烷或其混合物的來(lái)源而實(shí)現(xiàn)。因此，參看圖2，另一說(shuō)明性實(shí)施方案包括利用所說(shuō)明的過(guò)程方案生成C3丙烷、C4丁烷或其混合物“防凍劑”。來(lái)自脫甲烷塔60(圖1中)的C2+烴物流70被送到脫乙烷塔202中。在脫乙烷塔202內(nèi)，C2烴氣體(在本文中一般稱(chēng)為“乙烷氣體”)被從進(jìn)料中分餾出來(lái)并且除去作為脫乙烷塔塔頂物流210。從脫乙烷塔202中取走剩余的C3+可冷凝的烴作為脫乙烷塔底部物流204。脫乙烷塔底部物流204的第一部分被送到脫乙烷塔再沸器206并且回到脫乙烷塔202中作為脫乙烷塔再沸器物流208。由C3+烴構(gòu)成的脫乙烷塔塔底餾份222的第二部分被送到并且充當(dāng)進(jìn)料被供應(yīng)到脫丙烷塔224中?；氐矫撘彝樗斘锪?10，此富乙烷的物流穿過(guò)脫乙烷塔冷凝器212，冷卻，然后到脫乙烷塔回流儲(chǔ)液器214中。在脫乙烷塔回流儲(chǔ)液器214內(nèi)，除去液化的高純度乙烷作為脫乙烷塔回流儲(chǔ)液器底部物流215并且經(jīng)由脫乙烷塔回流泵216泵回到脫乙烷塔202作為脫乙烷塔回流物流218。一部分脫乙烷塔回流物流可被除去作為高純度乙烷脫乙烷塔產(chǎn)物流-乙烷220。雖然乙烷組分從C3丙烷、C4丁烷或其混合物“防凍劑”中的除去可能不是必需的，但其向操作者提供了生成有價(jià)值的高純度乙烷物流的機(jī)會(huì)，該高純度乙烷可被出售或在精煉廠或工廠的別處使用。

來(lái)自脫乙烷塔202的C3+烴222被送到脫丙烷塔224中。在脫丙烷塔202內(nèi)，C3烴氣體(在本文中一般稱(chēng)為丙烷)被從進(jìn)料中分餾出來(lái)并且除去作為脫丙烷塔塔頂物流232。從脫丙烷塔224中取走剩余的C4+可冷凝的烴作為脫丙烷塔底部物流226。脫丙烷塔底部物流226的第一部分被送到脫丙烷塔再沸器228并且回到脫丙烷脫丙烷塔224中作為脫丙烷塔再沸器物流230。由C4+烴構(gòu)成的脫丙烷塔塔底餾份246的第二部分被送到并且充當(dāng)進(jìn)料被供應(yīng)到脫丁烷塔248中?；氐矫摫樗斘锪?32，此富丙烷的物流穿過(guò)脫丙烷塔冷凝器234，冷卻，然后到脫丙烷塔回流儲(chǔ)液器236中。在脫丙烷塔回流儲(chǔ)液器236內(nèi)，液化的高純度丙烷被除去作為脫丙烷塔回流儲(chǔ)液器底部物流238并且經(jīng)由脫丙烷塔回流泵240泵回到脫丙烷塔224作為脫丙烷塔回流物流242。一部分所述脫丙烷塔回流物流可以脫丙烷塔產(chǎn)物流-丙烷244被除去作為高純度C3烴物流。

來(lái)自脫丙烷塔224的C4+烴物流246被送到脫丁烷塔248。在脫丁烷塔248內(nèi)，C4烴氣體(在本文中一般稱(chēng)為丁烷)被從進(jìn)料中分餾出來(lái)并且除去作為脫丁烷塔塔頂物流256。從脫丁烷塔248中取走剩余的C5+可冷凝的烴作為脫丁烷塔底部物流250。脫丁烷塔底部物流250的第一部分被送到脫丁烷塔再沸器252并且回到脫丁烷塔248作為脫丁烷塔再沸器物流254。由C5+烴及其他高冰點(diǎn)組分構(gòu)成的脫丁烷塔塔底餾份250的第二部分被送到并且充當(dāng)進(jìn)料供應(yīng)到工廠或精煉廠中的其他單元作為天然氣冷凝物流270?；氐矫摱⊥樗斘锪?56，此富丁烷的物流穿過(guò)脫丁烷塔冷凝器258，冷卻，然后到脫丁烷塔回流儲(chǔ)液器260中。在脫丁烷塔回流儲(chǔ)液器260內(nèi)，液化的高純度丁烷被除去作為脫丁烷塔回流儲(chǔ)液器底部物流262并且經(jīng)由脫丁烷塔回流泵264泵回到脫丁烷塔248中作為脫丁烷塔回流物流266。一部分所述脫丁烷塔回流物流可以脫丁烷塔產(chǎn)物流-丁烷268被除去作為高純度C4烴物流。

來(lái)自脫丙烷塔產(chǎn)物流-丙烷244的高純度C3烴物流和來(lái)自脫丁烷塔產(chǎn)物流-丁烷268的高純度C4烴物流可單獨(dú)和/或組合使用并且用作如上所述的C3丙烷、C4丁烷或其混合物“防凍劑”。因此，通過(guò)這種操作，可在本文所述的LNG設(shè)備進(jìn)料預(yù)處理工藝的持續(xù)性操作過(guò)程中生成實(shí)質(zhì)上降低風(fēng)險(xiǎn)或防止冷凍重?zé)N堵塞物形成所需的材料。

第二實(shí)施方案

圖3示出了冷凍組分去除工藝的另一實(shí)施方案，其利用過(guò)程中回收的C3和C4并在分餾部分塔中分離以通過(guò)將這些C3和/或C4再循環(huán)到設(shè)備中的點(diǎn)處稀釋冷凍組分在過(guò)程物流的液體部分中的濃度來(lái)防止冷凍。在過(guò)程中最經(jīng)受冷凍的點(diǎn)包括其中液體通過(guò)橫跨控制閥的壓降自動(dòng)制冷的點(diǎn)，以及在其中冷凍與非冷凍組分的比率在液相中較高的冷卻期間的任何點(diǎn)，包括當(dāng)離開(kāi)分離器的蒸氣流進(jìn)一步被冷卻時(shí)初期液體形成的點(diǎn)。

圖3中的分餾單元包括工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)蒸餾塔并且通常將包括至少一個(gè)脫乙烷塔以從回收的液體中除去甲烷和乙烷，和脫丁烷塔以將C3和C4組分與可在主過(guò)程中冷凍的C5+、苯及其他較重組分分離?；厥盏腃3和C4組分可完全被再循環(huán)以用于防凍，或者可替代地作為產(chǎn)物被出售或被送到純化的主氣流的液化中。

圖3還描繪了一個(gè)實(shí)施方案，其中在冷分離器中回收的所有或一部分液體被再循環(huán)以進(jìn)入冷分離器上游的一個(gè)或多個(gè)點(diǎn)，包括進(jìn)入熱交換器中的進(jìn)料氣流。以虛線示出的設(shè)備是包括第二實(shí)施方案的額外的設(shè)備。

表6，冷凍抑制，呈現(xiàn)了在其中可能發(fā)生冷凍的過(guò)程中的所選點(diǎn)處的數(shù)據(jù)組?！暗谝粚?shí)施方案”數(shù)據(jù)組利用完全再循環(huán)以及來(lái)自分餾的C3和C4物流的注入，并且顯示冰點(diǎn)。“第二實(shí)施方案”數(shù)據(jù)組包括第一實(shí)施方案的再循環(huán)并且還利用第二實(shí)施方案的工藝。

表6. 冷凍抑制

“(L)”表示物流的“液相”部分?！白?”：當(dāng)檢測(cè)到部分冷卻時(shí)交換器中的冰點(diǎn)；冷凍的攝氏度是第一個(gè)數(shù)字，且第二個(gè)是冷凍發(fā)生的溫度。負(fù)數(shù)表示冷凍。正數(shù)表示超過(guò)冰點(diǎn)的度數(shù)，且在交換器的情況下，表示交換器中冷凍的最接近的近似值。

表7. 進(jìn)料、產(chǎn)物及循環(huán)物料平衡

表7是第二實(shí)施方案的總物料平衡加上再循環(huán)物流。還包括第一實(shí)施方案物流26以便與第二實(shí)施方案物流208的組成比較，第二實(shí)施方案物流208是冷分離器循環(huán)泵下游的冷分離器底部液的一部分。

下表8提供第一實(shí)施方案和第二實(shí)施方案的所選物流和分離器條件。

表8. 分離器條件和再循環(huán)速率

配置和操作條件可根據(jù)由第二實(shí)施方案構(gòu)成的每個(gè)應(yīng)用而變化。

至少，第二實(shí)施方案包括實(shí)現(xiàn)以下操作所必需的設(shè)備：將一部分冷凝液從一個(gè)分離器再循環(huán)到上游的分離器，造成上游分離器中較大量的冷凍組分的除去，其中在上游分離器和再循環(huán)液來(lái)源的分離器兩者的液體中有較低濃度的冷凍組分。

第二實(shí)施方案可包括一部分冷分離器底部物流再循環(huán)到冷分離器上游過(guò)程中的一點(diǎn)所必需的設(shè)備。

冷分離器液體再循環(huán)物流可被送到以下一個(gè)或多個(gè)位置處：設(shè)備入口氣體、進(jìn)入第一交換器的入口氣體、離開(kāi)第一交換器的入口氣體、熱分離器上單獨(dú)的噴嘴、及其他上游位置。冷分離器液體再循環(huán)物流可在一個(gè)或多個(gè)入口氣體熱交換器中再加熱。熱交換器通常是由釬焊鋁制成的高效多物流熱交換器或其他高效設(shè)計(jì)和構(gòu)造。

從分餾部分再循環(huán)的物流不限于C3/C4混合物；可使用含有來(lái)自C2至C4的任何或所有組分的物流，并且也可使用一部分C5，只要所用的濃度不導(dǎo)致冷凍。

第一實(shí)施方案的說(shuō)明性實(shí)施方案示于圖3中。進(jìn)料氣體302，通常是管道級(jí)天然氣，被送過(guò)入口閥380，作為物流304離開(kāi)。此物流穿過(guò)熱交換器382，冷卻并液化至少一部分進(jìn)料氣體以形成冷卻的進(jìn)料物流氣體306。冷卻的進(jìn)料氣體物流306被送入熱分離器384，其中較重的烴類(lèi)液體(即C2+烴)被從較輕氣體組分中分離，主要是甲烷及其他不可冷凝的氣體如氮?dú)?，其可在進(jìn)料氣體中。熱分離器塔頂物流308由富甲烷的輕烴加上由熱分離器384產(chǎn)生的任何殘留的非冷凝重?zé)N構(gòu)成，該物流308隨后穿過(guò)冷交換器388并且進(jìn)一步冷卻以形成冷分離器進(jìn)料物流310，進(jìn)料物流310進(jìn)入冷分離器390中。包含冷凝的重?zé)N液體的熱分離器底部物流335被從熱分離器384的底部抽出并穿過(guò)熱分離器底部物流閥386，作為物流336離開(kāi)。

回到冷分離器390，將在冷分離器進(jìn)料物流310中的可冷凝的烴在冷分離器390中從富甲烷氣相中分離。該富甲烷氣相隨著冷分離器塔頂物流312一起從冷分離器390抽出。從冷分離器390中除去可冷凝的烴以形成冷分離器底部物流326，其一部分穿過(guò)冷分離器底部物流控制閥392。在穿過(guò)冷分離器底部物流控制閥392之后，減壓冷分離器底部物流閥出口物流328與一部分膨脹器出口分離器液流318在物流318穿過(guò)膨脹器出口溫度控制閥400之后混合。在冷交換器388中利用混合物流330作為冷卻介質(zhì)并且由此吸收熱分離器塔頂物流308中所包含的熱量。由此形成烴的貧甲烷物流，該物流與熱分離器底部物流閥出口336合并以形成熱交換器液體入口337。在熱交換器382中加熱物流337，作為熱交換器液體出口物流338離開(kāi)，并且被送到分餾區(qū)408。

剩余部分的冷分離器底部物流326進(jìn)入冷分離器循環(huán)泵402，增壓并且作為冷分離器循環(huán)泵出口物流403離開(kāi)。然后物流403流過(guò)冷分離器再循環(huán)流量控制閥404，在冷交換器388中再加熱并被送到上游的某些點(diǎn)，其可包括冷分離器再循環(huán)至熱分離器物流406，和或被送過(guò)熱交換器并被送到進(jìn)料氣體作為冷分離器再循環(huán)至進(jìn)料氣體物流408。冷分離器進(jìn)料(氣體)物流310可流過(guò)冷分離器入口減速閥412以提供冷分離器中的額外液體的自動(dòng)制冷和生成以用于在啟動(dòng)期間再循環(huán)。

冷分離器塔頂物流312被送到膨脹器394且同時(shí)膨脹并冷卻以形成膨脹器出口物流314。此物流進(jìn)入膨脹器出口分離器396，其中任何未冷凝的、富甲烷的氣體被從任何剩余的可冷凝的烴中分離以形成膨脹器分離器塔頂物流316和膨脹器分離器底部物流318。一部分底部物流318穿過(guò)該膨脹器出口分離器液位控制閥398，作為冷物流420離開(kāi)，將其送到分餾部分408。

物流320和物流338進(jìn)入分餾部分408。通常最少兩個(gè)蒸餾塔安裝在分餾區(qū)域中。此區(qū)域利用標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備以便將進(jìn)料氣流分離到設(shè)施所希望的任何餾份中。至少，C5+和苯的重冷凍組分被分離以便不再循環(huán)到過(guò)程中，且這些組分作為來(lái)自分餾物流364的苯和C5+離開(kāi)分餾部分408。還必須生成適于再循環(huán)到過(guò)程中以抑制冷凍的物流，其通常由如本發(fā)明實(shí)施例中所用的丙烷、丁烷或丙烷/丁烷混合物制成。在本發(fā)明實(shí)施方案中再循環(huán)的C3和C4混合物作為C3和C4物流362離開(kāi)。一部分物流362可被出售或供在設(shè)施的別處使用，或用于補(bǔ)充儲(chǔ)存器中的C3和C4作為物流366，其可用于啟動(dòng)。來(lái)自儲(chǔ)存器的補(bǔ)給C3和C4可在物流368中供應(yīng)。C3和C4進(jìn)料氣流372是來(lái)自物流362(或368)的液體，其被再循環(huán)到設(shè)備入口。一部分C3和C4還可被送到其他設(shè)備，如由C3和C4至熱分離器塔頂物流374以及C3和C4至冷分離器塔頂物流376所示。

膨脹器分離器塔頂物流316穿過(guò)冷交換器388和熱交換器382作為冷卻介質(zhì)，變成再加熱的膨脹器分離器塔頂物流343。來(lái)自分餾物流360的C1和C2也在冷交換器388和熱交換器382中再加熱并且和物流343一起變成物流344。物流361可在被再加熱之后使用壓縮機(jī)來(lái)增壓。物流344進(jìn)入膨脹器壓縮機(jī)402，作為壓力更高的再壓縮機(jī)入口物流348離開(kāi)，并且被送到再壓縮機(jī)404，作為物流405在更高壓力下離開(kāi)。然后在空氣冷卻器406中冷卻并且作為冷卻的再壓縮機(jī)出口物流352離開(kāi)?？砂▊?cè)流甲烷再循環(huán)回路356以允許一部分冷卻的再壓縮機(jī)出口物流352的再循環(huán)，從而使得進(jìn)料氣體再循環(huán)用于在低進(jìn)氣速率之時(shí)裝載固定設(shè)備，或者有助于設(shè)備的初始冷卻。

圖3的實(shí)施方案可結(jié)合圖1-2的實(shí)施方案來(lái)使用。對(duì)可供設(shè)備中的再循環(huán)和積累利用的C3和C4的量存在嚴(yán)格限制。一個(gè)是進(jìn)料氣體中的C3和C4的量。第二是在純化蒸氣達(dá)到除去高冰點(diǎn)組分的規(guī)格的點(diǎn)處在平衡條件下的這些組分的損耗。第二個(gè)限制點(diǎn)是膨脹器出口分離器蒸氣，其中塔頂蒸氣產(chǎn)物滿足LNG進(jìn)料氣體規(guī)格。這同樣也是冷凍組分去除過(guò)程中最冷的、最低壓力的位置。物流316中的C3和C4組分被送到LNG過(guò)程中并且不再可用于再循環(huán)。在來(lái)自分餾的C1和C2物流360中也存在相對(duì)較小的C3和C4組分損耗并且來(lái)自分餾部分408有甚至更小的C5+物流損耗。

如表6和8所示，即使當(dāng)來(lái)自分餾部分408的基本上所有可利用的C3和C4都已再循環(huán)，冷凍仍將在過(guò)程中發(fā)生。C3和C4的再循環(huán)增加了這些組分在進(jìn)料中的量至其逸出膨脹器出口分離器并已達(dá)到平衡點(diǎn)的程度。注意含有少量C3和C4的來(lái)自分餾的再循環(huán)物流360實(shí)質(zhì)上不影響這些結(jié)果。

發(fā)現(xiàn)一部分冷分離器底部物流326至熱分離器384上游的再循環(huán)可具有一些價(jià)值。一部分冷分離器底部物流326再循環(huán)的結(jié)果是令人驚訝的。一部分含有大量苯的此低質(zhì)量液體再循環(huán)至熱分離器384的上游產(chǎn)生了一個(gè)內(nèi)循環(huán)回路，該回路(1)允許高再循環(huán)速率，這增加了熱分離器塔底液體335中回收的苯量；(2)同時(shí)降低熱分離器塔底液體335中的苯濃度；(3)減小熱分離器塔頂物流308中的苯量和濃度；(4)減小冷分離器底部物流326中的苯量和濃度；(5)減小冷分離器塔頂物流312中的苯量和濃度；(6) 減少冷分離器塔頂物流312之后所有點(diǎn)中的苯；(7)增加熱分離器入口物流和冷分離器入口物流中的液體百分比，從而允許更佳的分離，且最重要的是(8)改變使用第一實(shí)施方案已經(jīng)是冰點(diǎn)的過(guò)程中的所有位置至不再是冰點(diǎn)。冷分離器底部物流326對(duì)于再循環(huán)的使用還可有助于啟動(dòng)，因?yàn)樾麻y在冷分離器390上游處的使用將允許壓降、自動(dòng)制冷并且生成液體，而不用下游膨脹器。在分離器中的更高液體濃度還允許在更高壓力下操作，而不會(huì)接近送入分離器中的蒸氣/液體混合物的關(guān)鍵點(diǎn)。所有C5+組分都以與苯相同的方式受到此新再循環(huán)的影響；在熱分離器塔底液流335中除去所有這些潛在冷凍組分中的大部分，并且濃度在過(guò)程中的下游的所有點(diǎn)處降低。

概括地說(shuō)，低質(zhì)量的、苯污染的、冷分離器底部物流326作為再循環(huán)的使用造成了上游的苯去除的增加，這又通過(guò)降低所有C5+組分的濃度提高了冷分離器底部物流的質(zhì)量。

表7包括第一和第二實(shí)施方案的冷分離器塔底液流326的流速和組成。第二實(shí)施方案再循環(huán)此物流的大部分；然而，至分餾的凈流速未改變。這證明了此物流作為再循環(huán)的使用不會(huì)以第一實(shí)施方案的C3和C4再循環(huán)的方式經(jīng)受最大可能的速度。第二實(shí)施方案的再循環(huán)也不會(huì)影響分餾部分408中的設(shè)備定型，如同第一實(shí)施方案的再循環(huán)一樣。輕組分至分餾的量通過(guò)使用第二實(shí)施方案而減少。

表8也示出了第二實(shí)施方案再循環(huán)的使用提高了進(jìn)入所示三個(gè)分離器(具體說(shuō)來(lái)，冷分離器)中的物流中的液體百分比。液體百分比和液體體積的增加使得分離器蒸氣流中的液體的任何遺留風(fēng)險(xiǎn)減至最低，因?yàn)樵诿總€(gè)分離器中的每個(gè)液滴還含有較少的C5+冷凍組分。

表6示出了有和沒(méi)有第二實(shí)施方案的再循環(huán)的冷凍溫度近似值的變化。顯然，第二實(shí)施方案的使用消除了當(dāng)僅利用第一實(shí)施方案時(shí)存在的所有冰點(diǎn)。

表8還示出了熱分離器、冷分離器及膨脹器分離器操作溫度和壓力從第一實(shí)施方案到第二實(shí)施方案幾乎未改變。

在第二實(shí)施方案的實(shí)際實(shí)施方式中存在許多變型，其中幾個(gè)非限制性實(shí)施例如下簡(jiǎn)單描述：

熱分離器384可用多級(jí)塔代替，其中冷分離器液體再循環(huán)物流408作為送至塔中的塔頂進(jìn)料并且熱分離器進(jìn)料物流406作為塔底進(jìn)料來(lái)運(yùn)送。冷分離器液體再循環(huán)物流408可被送到所連接和堆疊的兩個(gè)或更多個(gè)熱分離器的最高壓力分離器以便作為多級(jí)塔來(lái)操作，其中熱分離器進(jìn)料物流被送到最低壓力分離器。

膨脹器出口分離器396操作壓力可增加以降低氣體再壓縮要求，只要操作條件產(chǎn)生氣相中的C3和C4溶劑的可接受的損耗。熱交換器382和熱分離器384壓力可高達(dá)是有利的，只要液體的物理性質(zhì)允許熱分離器中的蒸氣和液體的充分分離。增加操作壓力可降低再壓縮要求。

冷分離器液體再循環(huán)物流408可被送到高壓進(jìn)料氣體中以便提供混合物流的物理性質(zhì)充分允許在熱分離器384中的蒸氣/液體分離。有時(shí)，冷分離器液體再循環(huán)物流408的使用可允許所有分離器在比無(wú)再循環(huán)的情況下下將可能達(dá)到的更高的壓力下操作，從而通過(guò)減小設(shè)施中的壓降來(lái)降低總體工作功率要求。

冷分離器入口減壓閥412可用于降低冷凍的可能性并且增加操作的靈活性，尤其是在啟動(dòng)期間。此閥門(mén)可僅僅用作焦耳-湯姆森(JT)閥，或者聯(lián)合膨脹器394或膨脹器旁通JT閥。以此方式，初始啟動(dòng)冷卻可包括使用冷分離器322作為冷卻期間的初始液體形成點(diǎn)，并且冷分離器液體再循環(huán)物流408可用于加速冷卻。

分離器液體再循環(huán)可用交換器中的入口氣流冷卻，或者作為單獨(dú)的物流和交換器路徑。分離器再循環(huán)液體可引入交換器中的中間點(diǎn)。

增加交換器中實(shí)現(xiàn)的最低溫度同時(shí)冷卻進(jìn)料氣體可造成分離器液體再循環(huán)不為交換器通道中所需。這可使得再循環(huán)可用于其他位置。

第二實(shí)施方案可增強(qiáng)C5+和BETX(包括苯)組分在設(shè)施的暖區(qū)中的去除，并且可使冷分離器390和膨脹器分離器396中的C5+和苯的濃度減至最低。再循環(huán)可施加于一個(gè)以上位置處。

第二實(shí)施方案的兩個(gè)或更多個(gè)應(yīng)用可以是連續(xù)的。以此方式，來(lái)自膨脹器分離器396的一部分液體在壓力上可增加并且再循環(huán)到冷分離器390或上游冷交換器388，并且來(lái)自冷分離器390的一部分液體在壓力上可增加并且再循環(huán)到熱分離器384或上游熱交換器382。

實(shí)施方案的兩個(gè)或更多個(gè)應(yīng)用可以是嵌套的。以此方式，來(lái)自膨脹器分離器396的一部分液體在壓力上增加并且再循環(huán)到熱分離器384或熱交換器382，并且來(lái)自冷分離器390的一部分液體在壓力上也增加并且再循環(huán)到熱分離器384或熱交換器382。

較輕組分物流，如物流C1和C2分餾物流360可再循環(huán)到膨脹器出口分離器396上游過(guò)程中的任一點(diǎn)。

在如上所述的所有應(yīng)用中，壓力增加并且再循環(huán)的液體可在熱交換器382、冷交換器388或添加到系統(tǒng)中以提供有效的熱回收的任何其他交換器中加熱。

第三實(shí)施方案

已發(fā)現(xiàn)一個(gè)新型改型，用于當(dāng)現(xiàn)有高冰點(diǎn)組分除去設(shè)施的進(jìn)料氣體的組成改變以含有更多苯時(shí)。驚人地，泵的加入或改變物流的路線允許操作繼續(xù)采用比原始設(shè)計(jì)中顯著更高的入口苯含量，同時(shí)處理能力的降低程度最小。

在此實(shí)施方案中，實(shí)施例A是一個(gè)對(duì)照，其示出了如果進(jìn)料物流中的苯濃度相對(duì)較低時(shí)將奏效的方法。在實(shí)施例A中，進(jìn)料物流中的苯濃度是60 ppmv。實(shí)施例B是一個(gè)對(duì)照，其示出了當(dāng)進(jìn)料具有更高的苯濃度時(shí)實(shí)施例A的方法和系統(tǒng)的問(wèn)題。在實(shí)施例B中，進(jìn)料物流中的苯濃度是91 ppmv并且該方法由于系統(tǒng)中的高冰點(diǎn)烴的冷凍而不能操作。實(shí)施例C示出了新的實(shí)施方案，其能夠針對(duì)現(xiàn)有系統(tǒng)進(jìn)行改型，并且其可在進(jìn)料物流中的高濃度苯的情況下使用。實(shí)施例C的實(shí)施方案是多用途的，因?yàn)槠湟部捎糜谶M(jìn)料物流中的中等或低濃度苯的情況下。在本文所述的實(shí)施例C的型式中，進(jìn)料物流中的苯濃度是91 ppmv并且系統(tǒng)中沒(méi)有發(fā)生冷凍。

實(shí)施例C的實(shí)施方案示于圖4中。為了便于理解對(duì)照實(shí)施例A和對(duì)照實(shí)施例B，圖4的某些部分將在對(duì)照實(shí)施例A和B的描述中提及。

實(shí)施例A – 對(duì)照

所選的材料物流提供于表9中。對(duì)于所選物流的苯冷凍的近似值也示于表9中。在實(shí)施例A中，進(jìn)料氣體的苯組成是60 ppmv。

參看圖4，含有60 ppmv苯的進(jìn)料氣流501進(jìn)入并在交換器550中冷卻，形成部分冷凝的物流502，其進(jìn)入第一分離器551。(在實(shí)施例A中沒(méi)有物流512)物流503作為來(lái)自第一分離器551的蒸氣進(jìn)入減壓裝置552(膨脹器或JT閥)，其降低進(jìn)料氣體的壓力并從物流中提取能量。離開(kāi)減壓裝置552的溫度降低的物流514已經(jīng)部分冷凝，并且被送到第二分離器553。來(lái)自第二分離器553的蒸氣流515在交換器550中再加熱以提供進(jìn)料氣流501的冷卻，并且作為物流516離開(kāi)。在實(shí)施方案中，物流516被送到LNG液化設(shè)施中。

物流516滿足進(jìn)入液化設(shè)備的苯和C5+烴的規(guī)格。典型規(guī)格是1 ppmv苯或更少，和0.05摩爾% C5+或更少。

來(lái)自第一分離器551的液流517在橫跨液位控制閥555上的壓力降低，作為物流518離開(kāi)。此部分汽化和自動(dòng)制冷的物流在交換器550中通過(guò)針對(duì)進(jìn)料氣流510的交換被再加熱，作為物流513離開(kāi)。

來(lái)自第二分離器553的液流559在橫跨液位控制閥554上的壓力降低，作為物流504離開(kāi)。在對(duì)照實(shí)施例A中，沒(méi)有泵556。此部分汽化和自動(dòng)制冷的物流在交換器550中通過(guò)針對(duì)進(jìn)料氣流510的交換被再加熱，然后與物流518合并，作為一部分物流513離開(kāi)該過(guò)程。物流513含有除去的高冰點(diǎn)烴。表9示出了對(duì)照實(shí)施例A的過(guò)程條件和苯濃度。實(shí)施例A中冷凍的最接近的近似值在物流518中是7華氏度。表10示出了對(duì)照實(shí)施例A的總物料平衡，包括進(jìn)料和出口物流的組成。還示出了分離器底部物流的組成和過(guò)程條件。純化氣流516含有< 1 ppm苯和< 0.05% C5+，滿足了用于供給LNG設(shè)施的典型純度規(guī)格。

表10-實(shí)施例A的總物料平衡

實(shí)施例B

對(duì)于實(shí)施例B，進(jìn)料氣體的苯組成是91 ppmv。其他組分被歸一化以適應(yīng)此苯變化。條件提供于表11中并且總物料平衡示于表12中。工作壓力與實(shí)施例A中相同。結(jié)果是：冷凍的近似值對(duì)于一些物流是負(fù)的，其中物流514和518現(xiàn)低于液體中的苯冰點(diǎn)。物流518的冰點(diǎn)在其中形成第一液體的入口噴嘴附近的膨脹器之內(nèi)。如為實(shí)施例A設(shè)計(jì)的設(shè)備將在實(shí)施例B的更高苯含量下冷凍。還注意到，在物流516中的苯濃度，純化氣體高于實(shí)施例A中的并且現(xiàn)在是0.7 ppm(表11，苯速率除以總速率)。

表12-實(shí)施例B的總物料平衡

實(shí)施例C

此實(shí)施例解決了實(shí)施例B中存在的問(wèn)題。參看圖4，此實(shí)施方案將泵556加入第二分離器553的液體出口處。泵出口物流520遵循圖4中所示的路徑，穿過(guò)閥554以變成物流504并穿過(guò)交換器550。然而，所有或一部分物流504不匯合物流518以變成物流513，如先前實(shí)施例中。在此實(shí)施例中，含有按照實(shí)施例B的摩爾量的苯的所有物流512都再循環(huán)回去以匯合入口物流510，需要將苯從其中除去的入口氣體。

參看圖4，含有91 ppmv苯的進(jìn)料氣流501進(jìn)入并在交換器550中冷卻，形成部分冷凝的物流502，其進(jìn)入第一分離器551。物流503作為來(lái)自第一分離器551的蒸氣進(jìn)入減壓裝置552(膨脹器或JT閥)，其降低進(jìn)料氣體的壓力并從物流中提取能量。離開(kāi)減壓裝置552的溫度降低的物流514已經(jīng)部分冷凝，并且被送到第二分離器553。來(lái)自第二分離器553的蒸氣流515在交換器550中再加熱以提供進(jìn)料氣流501的冷卻，并且作為物流516離開(kāi)。在實(shí)施方案中，物流516被送到LNG液化設(shè)施中。物流516滿足進(jìn)入液化設(shè)備的苯和C5+烴的規(guī)格。

來(lái)自第一分離器551的液流517在橫跨液位控制閥555上的壓力降低，作為物流518離開(kāi)。此部分汽化和自動(dòng)制冷的物流在交換器550中通過(guò)針對(duì)進(jìn)料氣流510的交換被再加熱，作為物流513離開(kāi)。

來(lái)自第二分離器553的液流559在泵556中在壓力上增加，作為物流520離開(kāi)泵。此物流穿過(guò)液位控制閥554，作為物流504離開(kāi)。此部分汽化和自動(dòng)制冷的物流在交換器550中通過(guò)針對(duì)進(jìn)料氣流510的交換被再加熱，然后再循環(huán)并且與進(jìn)料氣流501混合以形成氣流510。

物流513含有除去的高冰點(diǎn)烴。在某些實(shí)施方案中，物流504可被分開(kāi)并且物流504的第一部分在物流512中再循環(huán)，而第二部分與物流518合并以形成物流513。

表13示出了實(shí)施例C的所選物流，以及此新的物流路線的意外結(jié)果。通過(guò)再循環(huán)第二分離器液，實(shí)施例B中的是13%入口氣體苯和24%回到入口的入口C5+，避免了冷凍。雖然再循環(huán)物流512含有顯著的冷凍組分，但乙烷、丙烷和丁烷的中間揮發(fā)性組分至入口的再循環(huán)對(duì)該過(guò)程比再循環(huán)冷凍組分有更大影響。額外的中間組分允許物流510進(jìn)料氣體的更高冷凝百分比，從而使得苯和C5+去除的完全要求在第一分離器551的液體出口中出現(xiàn)。額外的中間組分還允許冷凍組分去除在冷卻期間在交換器中在沒(méi)有冷凍的情況下發(fā)生，或者橫跨液位控制閥555在減壓下冷凍。這會(huì)發(fā)生是因?yàn)橹虚g組分與冷凍組分的比率在第二分離器液中比在第一分離器液中更高。與冷凍組分的再循環(huán)相比，中間組分的再循環(huán)對(duì)入口交換器和第一分離器中的冷凍可能性具有更大影響。注意到冷凍的近似值現(xiàn)在比在對(duì)照實(shí)施例A中更低，即使是實(shí)施例C的高得多的進(jìn)料氣體苯含量。

對(duì)于實(shí)施例C，在初始過(guò)程中進(jìn)行的唯一添加是添加泵并且納入再循環(huán)系用于再循環(huán)物流512。這對(duì)于否則將不能操作的設(shè)備來(lái)說(shuō)是非常經(jīng)濟(jì)的安裝。如表13中所示，最接近冷凍的近似值現(xiàn)在在物流18中是10華氏度。注意到在實(shí)施例B中物流518含有5.68 Ib-mol/hr的苯。在實(shí)施例C下，苯的Ib-mol在物流518中增至6.55中，但該濃度在實(shí)施例B中從4.45%減少到3.17%的物流。-2華氏度的冰點(diǎn)現(xiàn)在是冰點(diǎn)以上10華氏度。所有所需的苯去除都在此時(shí)發(fā)生。物流518中的苯濃度現(xiàn)在在實(shí)施例C中比其在實(shí)施例A中的要低，當(dāng)進(jìn)料中的苯濃度是實(shí)施例C中的苯的2/3時(shí)。

表14

實(shí)施例C確認(rèn)了用于從液化設(shè)備的進(jìn)料氣體中回收高冰點(diǎn)組分如苯的方法的可行性和新穎性，所述方法包括一個(gè)或多個(gè)交換器、至少一個(gè)減壓裝置、以及兩個(gè)或更多個(gè)分離器，其中來(lái)自低壓分離器的一部分液體被再循環(huán)到更高壓力的分離器以防止冷凍。

在一些情況下，所用的熱交換器路徑可能不針對(duì)抽吸液體以便能夠再循環(huán)至入口氣體所需的壓力進(jìn)行設(shè)定。如果是這樣的話，不安裝泵，并且再加熱的和部分汽化的物流在額外的容器中被分離，并且液體被從容器中泵至入口。額外的分離器蒸氣也可被壓縮至入口(如果需要的話)以實(shí)現(xiàn)完全可能的結(jié)果?；蛘?，用于此路徑的新交換器可作為單獨(dú)的組件被添加。

實(shí)施例D

在另一實(shí)施方案中，如果設(shè)施的入口氣體在冷凍組分去除設(shè)施的上游被壓縮，那么不需要泵并且再加熱的蒸氣和液流512可只是下降至入口壓縮機(jī)壓力以便在沒(méi)有額外設(shè)備的情況下再循環(huán)。如果需要的話，可添加外部熱以確保汽化成進(jìn)料氣體。

實(shí)施例E

在另一實(shí)施方案中，來(lái)自任何分離器的液體被再循環(huán)到任何上游分離器以便促成早先在過(guò)程中和在額外的液態(tài)烴存在下的額外的高冷凍組分的回收，并且以此方式避免了在過(guò)程中的任何點(diǎn)處的冷凍。

實(shí)施例F

在又一實(shí)施方案中，圖4的方法未改變。物流513，包含所除去的高冰點(diǎn)組分和共同回收的輕烴的回收的烴物流，可被分為C5+和苯組分物流以及丁烷和較輕組分的物流。這可能已在根據(jù)實(shí)施例C改型的現(xiàn)有設(shè)施的原始設(shè)計(jì)中實(shí)現(xiàn)。不管分餾設(shè)施是新的抑或現(xiàn)有的，丁烷和較輕組分物流至設(shè)備入口的再循環(huán)將促成額外的液體在回收設(shè)備中的形成并且降低冷凍的可能性。

所公開(kāi)的所有方法和裝置均無(wú)需過(guò)度實(shí)驗(yàn)即可根據(jù)本公開(kāi)來(lái)制作并實(shí)施。雖然本發(fā)明的方法已根據(jù)說(shuō)明性實(shí)施方案進(jìn)行了描述，但對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見(jiàn)的是，可在沒(méi)有背離本發(fā)明的原理和范圍下對(duì)方法和裝置以及本文所述的方法步驟或步驟順序做出改變。為本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見(jiàn)的所有這種相似取代和修改被認(rèn)為是在如所附權(quán)利要求書(shū)所定義的本發(fā)明的范圍和原理內(nèi)。