專利名稱:天然氣的液化方法
相關(guān)申請(qǐng)本申請(qǐng)被給予并要求提交于2004年8月6日的美國臨時(shí)專利申請(qǐng)第60/599,753號(hào)的權(quán)益，其教導(dǎo)被全部引入本文以供參考。
發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明涉及一種液化富甲烷的氣流如天然氣的方法，并涉及更有效地生產(chǎn)這種液化流。
發(fā)明背景天然氣通常是指發(fā)現(xiàn)于地球內(nèi)部的稀薄或氣態(tài)的烴(由甲烷和輕質(zhì)烴組成，所述輕質(zhì)烴為例如乙烷、丙烷、丁烷等)。地球內(nèi)部存在的不燃?xì)怏w如二氧化碳、氦和氮，通常是依據(jù)它們固有的化學(xué)名稱來稱呼的。但是，不燃?xì)怏w經(jīng)常結(jié)合易燃?xì)怏w一起被發(fā)現(xiàn)，由于不想用易燃?xì)怏w和不燃?xì)怏w來區(qū)分該混合物，所以它通常被稱作“天然氣”。參見Priutt，“Mineral Terms-Some Problems in Their Use andDefinition，”Rocky Mt.Min.L.Rev.1，16(1966)。
天然氣常常在某些地方很豐富，但是由于那里缺乏天然氣的本地市場或者處理和運(yùn)輸該天然氣至遠(yuǎn)方市場的成本很高，開發(fā)那些儲(chǔ)量是不經(jīng)濟(jì)的。
通常的做法是，低溫下使天然氣液化，以產(chǎn)生更便于儲(chǔ)存和運(yùn)輸?shù)囊夯烊粴猱a(chǎn)品(“LNG”)。天然氣液化的根本理由是液化導(dǎo)致體積減少為約1/600，因此有可能在低壓或甚至大氣壓下在容器中儲(chǔ)存和運(yùn)輸液化氣。在供應(yīng)源和市場相隔很遠(yuǎn)，并且管道運(yùn)輸不可用或經(jīng)濟(jì)上不可行時(shí)的情況下，天然氣的液化甚至更為重要，它能將氣體從供應(yīng)源運(yùn)輸至市場。在一些情況下，運(yùn)輸?shù)姆椒ㄊ抢眠h(yuǎn)洋船舶。如果氣體原料沒有被高度壓縮，那么運(yùn)輸這些氣體原料是不經(jīng)濟(jì)的。即使那樣，由于必須要提供適當(dāng)強(qiáng)度和容量的容器，運(yùn)輸也將是不經(jīng)濟(jì)的。
為了儲(chǔ)存和運(yùn)輸液態(tài)的天然氣，典型地，天然氣被冷卻至-240(-151℃)至-260(-162℃)，在這個(gè)范圍內(nèi)，在接近大氣壓的壓力下天然氣可以作為液體存在。許多LNG液化設(shè)備利用機(jī)械制冷循環(huán)來進(jìn)行入口氣流的冷卻，例如級(jí)聯(lián)或混合制冷劑型，它們?cè)诿绹鴮＠?,548,606號(hào)中被廣泛公開，該文獻(xiàn)的教導(dǎo)被引入本文以供參考。對(duì)于液化天然氣，存在各種其它的方法和/或系統(tǒng)，由此，通過順序地將高壓氣體通過多個(gè)冷卻階段，并將氣體冷卻至相繼較低的溫度，直至實(shí)現(xiàn)液化，從而可使氣體液化。通常，在封閉回路或開放回路的結(jié)構(gòu)中，通過與一種或多種制冷劑的換熱來實(shí)現(xiàn)冷卻，所述制冷劑為例如丙烷、丙烯、乙烷、乙烯、氮?dú)?、甲烷、或其混合物。為了降低制冷劑的沸點(diǎn)，可以將它們以級(jí)聯(lián)方式排列。例如，在美國專利4,445,917、5,537,827、6,023,942、6,041,619、6,062,041、6,248,794和英國專利申請(qǐng)GB2,357,140A中廣泛公開了制備LNG的方法。所有前述專利的教導(dǎo)被全部引入本文以供參考。
另外，將液化的天然氣通過一個(gè)或多個(gè)膨脹階段，可以使液化的氣體膨脹至大氣壓。在膨脹過程中，氣體被進(jìn)一步冷卻至適當(dāng)?shù)膬?chǔ)存或運(yùn)輸溫度，并且其壓力減少至近似大氣壓。在這個(gè)膨脹至大氣壓的過程中，天然氣的體積急速地發(fā)生顯著變化?？梢詮呐蛎涬A段收集急驟蒸氣(flashed vapor)，將其循環(huán)或燃燒，以產(chǎn)生用于液態(tài)天然氣生產(chǎn)設(shè)施的能量。
典型地，級(jí)聯(lián)制冷循環(huán)型設(shè)備在建造和操作方面相對(duì)昂貴，混合制冷劑循環(huán)設(shè)備也可能需要密切關(guān)注操作過程中的流組合物。由于組分需要低溫冶金術(shù)，所以制冷裝置特別昂貴。但是，天然氣的液化是一種日益重要且廣泛應(yīng)用的技術(shù)，該技術(shù)將氣體轉(zhuǎn)變?yōu)榭扇菀浊医?jīng)濟(jì)地運(yùn)輸和儲(chǔ)存的形態(tài)。被花費(fèi)用于使氣體液化的成本和能量必須最小化，以得到一種成本有效的方式，用于生產(chǎn)氣體并將氣體從氣田運(yùn)輸至最終用戶。降低液化成本的工藝技術(shù)又降低了氣體產(chǎn)品至終端用戶的成本。
歷史上，天然氣液化用的工藝循環(huán)利用等熵膨脹閥或JouleThomson(J-T)閥來產(chǎn)生使氣體液化所需的制冷。為了這個(gè)目的而使用膨脹閥的典型工藝循環(huán)在例如美國專利第3,763,658、4,065,276、4,404,008、4,445,916、4,445,917和4,504,296號(hào)中被描述。
當(dāng)工藝流體流過這樣的閥時(shí)所產(chǎn)生的膨脹功基本上損失了。為了回收至少一部分通過這些工藝流體膨脹而產(chǎn)生的功，可以利用膨脹機(jī)器，如往復(fù)式膨脹機(jī)或渦輪膨脹機(jī)。例如，美國專利4,445,916、4,970,867和5,755,114描述了與生產(chǎn)LNG有關(guān)的渦輪膨脹機(jī)的使用。
本文使用的術(shù)語“膨脹機(jī)”或“膨脹機(jī)/壓縮設(shè)備”通常是指這些渦輪膨脹機(jī)或往復(fù)式膨脹機(jī)。在天然氣液化的領(lǐng)域內(nèi)，術(shù)語“膨脹機(jī)”經(jīng)常被用于表示渦輪膨脹機(jī)，并且在本公開內(nèi)容中也如此使用。
申請(qǐng)人:未找到任何以前的方法，該方法使用富甲烷氣的原料流如天然氣流的超壓作為LNG方法用的制冷源，以在天然氣被引導(dǎo)至液化區(qū)之前，提供用于預(yù)冷天然氣的制冷循環(huán)用的壓縮，或者提供在液化區(qū)用于使天然氣液化的一個(gè)或多個(gè)制冷循環(huán)用的壓縮。雖然大部分液化方法利用富甲烷原料，該富甲烷原料典型地以650psig(44.8巴)至1000psig(69.0巴)壓力被輸送，但是在許多情況下，提供的天然氣可用的壓力更高，例如從約1000psig(69.0巴)至高達(dá)2500psig(172.4巴)，或者更高。在這種壓力下產(chǎn)生的氣體可能來自地下地質(zhì)構(gòu)造；或者在由于與產(chǎn)地要求相關(guān)的許多原因而生產(chǎn)天然氣之后，它可以被壓縮至這種壓力；或者由于鄰近產(chǎn)地的局部管道或氣體運(yùn)輸系統(tǒng)的要求，它可以被壓縮。在液化前使用這種預(yù)備步驟可能會(huì)導(dǎo)致并不昂貴的液化設(shè)備的建造和/或操作，和/或?qū)τ诮o定的設(shè)備設(shè)計(jì)，可能會(huì)考慮更大量的LNG生產(chǎn)?；蛘?，超壓可以被轉(zhuǎn)化成機(jī)械功，該機(jī)械功可被用于產(chǎn)生電能，該電能還可產(chǎn)生更有效的方法。
可以看出，希望以一種能導(dǎo)致更有效和/或潛在地不昂貴的LNG液化方法的方式，利用在這種可得到的氣流中固有的額外能量。
發(fā)明概述依照本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)前述的目的和優(yōu)點(diǎn)，這在一方面涉及一種用于液化受壓的天然氣流的方法。該方法包括如下步驟(a)提供在第一壓力和第一溫度下的受壓天然氣流；(b)通過將受壓天然氣流與冷的制冷劑流間接換熱來冷卻該受壓天然氣流，以產(chǎn)生在比第一溫度更冷的第二溫度下的冷卻的受壓天然氣流；(c)在膨脹設(shè)備中使冷卻的受壓天然氣流膨脹，其中來自膨脹設(shè)備的膨脹功被用于發(fā)動(dòng)壓縮機(jī)，該壓縮機(jī)壓縮制冷劑流以產(chǎn)生受壓制冷劑流，該膨脹導(dǎo)致冷凍的原料流，該冷凍原料流被引導(dǎo)至天然氣液化區(qū)；(d)將受壓制冷劑流冷卻以產(chǎn)生冷卻的、至少部分冷凝的受壓制冷劑流；(e)使冷卻的、至少部分冷凝的受壓制冷劑流膨脹，以產(chǎn)生在(b)中使用的冷的制冷劑流；和(f)在天然氣液化區(qū)將冷凍原料流液化。
在實(shí)施方案中，本發(fā)明涉及一種用于液化受壓天然氣流的方法，該方法包括如下步驟(a)提供在第一壓力和第一溫度下的受壓天然氣流；(b)通過將受壓天然氣流與冷的制冷劑流間接換熱來冷卻該受壓天然氣流，以產(chǎn)生在比第一溫度更冷的第二溫度下的冷卻的受壓天然氣流；
(c)在膨脹設(shè)備中使冷卻的受壓天然氣流膨脹，以產(chǎn)生冷凍原料流，其中來自膨脹設(shè)備的膨脹功被用于提供制冷，以產(chǎn)生冷的制冷劑流；和(d)在液化區(qū)將冷凍原料流液化。
在其他方面，本發(fā)明涉及一種制備冷凍天然氣原料流的方法，該方法包括(a)提供在第一壓力和第一溫度下的受壓天然氣流；(b)通過將受壓天然氣流與冷的制冷劑流間接換熱來冷卻該受壓天然氣流，以產(chǎn)生在比第一溫度更冷的第二溫度下的冷卻的受壓天然氣流；(c)在膨脹設(shè)備中使冷卻的受壓天然氣流膨脹以產(chǎn)生冷凍原料流，其中來自膨脹設(shè)備的膨脹功被用于產(chǎn)生冷的制冷劑流。
在另一個(gè)方面，本發(fā)明涉及一種用于液化受壓天然氣流的方法，該方法包括(a)提供在第一壓力和第一溫度下的受壓天然氣流；(b)在膨脹設(shè)備中使受壓天然氣流膨脹，以產(chǎn)生冷凍原料流，其中來自膨脹設(shè)備的膨脹功被用于提供制冷，以生產(chǎn)LNG；和(c)在液化區(qū)將冷凍原料流液化。
在還一個(gè)方面，本發(fā)明涉及一種用于液化受壓天然氣流的方法。該方法包括如下步驟(a)提供在第一壓力和第一溫度下的受壓天然氣流；(b)在膨脹設(shè)備中使受壓天然氣流膨脹，以產(chǎn)生冷凍原料流和膨脹功；和(c)在液化區(qū)將冷凍原料流液化。
附圖簡述圖1是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的簡化工藝流程圖，其中來自受壓天然氣流的超壓在膨脹機(jī)/壓縮機(jī)設(shè)備中膨脹以產(chǎn)生機(jī)械功，該機(jī)械功(1)發(fā)動(dòng)設(shè)備的壓縮機(jī)，并由此提供閉環(huán)丙烷制冷循環(huán)用的壓縮，以預(yù)冷天然氣流，(2)產(chǎn)生用于液化方法的膨脹的冷凍天然氣原料。
發(fā)明詳述本發(fā)明涉及一種從富甲烷的氣流中生產(chǎn)LNG的方法，所述氣流為例如上面所定義的術(shù)語天然氣。本文預(yù)期的天然氣通常包括至少50摩爾％的甲烷，優(yōu)選至少75摩爾％的甲烷，更優(yōu)選至少90摩爾％的甲烷。天然氣的余量通常包括其它可燃烴，例如但不限于較少量的乙烷、丙烷、丁烷和戊烷，和重質(zhì)烴，以及不燃組分，例如二氧化碳、硫化氫、氦和氮。
通常，通過氣液分離步驟，降低了天然氣中重質(zhì)烴如乙烷、丙烷、丁烷、戊烷，以及沸點(diǎn)高于丙烷的烴的存在量。沸點(diǎn)高于戊烷或己烷的烴通常是指原油。為本發(fā)明的目的，沸點(diǎn)基本上高于乙烷、并低于戊烷或己烷的烴通常被除去，并被認(rèn)為是天然氣液體或“NGL”。這種NGL可以從本發(fā)明所用的天然氣原料流中、在本文公開的工藝的上游或下游處進(jìn)行回收。
對(duì)于大部分市場來說，還希望將LNG中的不燃物和污染物如二氧化碳、氦、氮和硫化氫的存在量減到最小。根據(jù)所給天然氣儲(chǔ)蓄器(該儲(chǔ)蓄器可包含多達(dá)50％至70％的二氧化碳)的性質(zhì)，可以在天然氣設(shè)備內(nèi)預(yù)處理天然氣以預(yù)先除去上述這些組分，或可以在生產(chǎn)LNG之前將天然氣直接運(yùn)送至該設(shè)備進(jìn)行預(yù)處理。
通常在高達(dá)2800psig(193.1巴)的高壓或更高的壓力下，利用或運(yùn)輸天然氣。根據(jù)本發(fā)明，合適的天然氣原料所具有的壓力通常比那些典型地提供給LNG設(shè)施的壓力更高，例如比典型LNG液化方法的設(shè)計(jì)壓力高至少約200psig(13.8巴)的壓力，原料壓力典型地設(shè)計(jì)為約650psig(44.8巴)至1000psig(69.0巴)。希望在本發(fā)明方法中使用的原料壓力為約1000psig(69.0巴)或更高，例如從約1300psig(89.6巴)至約2500psig(172.4巴)或更高。天然氣的溫度取決于它的起始源。當(dāng)天然氣是管道氣時(shí)，它的溫度可接近周圍條件，例如0(-17.8℃)至120(48.9℃)，更典型地從50(10℃)至100(37.8℃)。如果天然氣條件的測定接近運(yùn)送設(shè)備如天然氣壓縮機(jī)，那么出口和壓縮后裝置就可以指示或影響天然氣原料的溫度和壓力。
適用于本發(fā)明的預(yù)處理步驟通常始于如下步驟，該步驟一般被確認(rèn)和已知與LNG生產(chǎn)有關(guān)，包括但不限于從天然氣流中除去酸性氣體(例如H2S和CO2)、硫醇、汞和濕氣。酸性氣體和硫醇一般通過吸附方法來除去，該吸附方法采用含胺的水溶液或其它類型的已知物理或化學(xué)溶劑。通常在天然氣液化區(qū)的上游實(shí)施這個(gè)步驟。通常，通過在低水平冷卻之前或之后進(jìn)行兩相氣液分離，大部分水作為液體被除去，接著用分子篩處理來除去微量水。除水步驟通常發(fā)生在如本文預(yù)期的任意膨脹的上游。通過使用汞吸附床來除去汞。剩余量的水和酸性氣體最經(jīng)常通過使用特別選擇的吸附床如可再生分子篩而除去。通常，這種特別選擇的吸附床也被安置于大多數(shù)的天然氣液化步驟的上游。
參考圖1描述本發(fā)明，該圖描繪了本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，其中來自受壓天然氣流的超壓通過在膨脹機(jī)/壓縮機(jī)設(shè)備中的氣流膨脹而被利用，從而產(chǎn)生機(jī)械功，該機(jī)械功例如(1)發(fā)動(dòng)設(shè)備的壓縮機(jī)，由此提供閉環(huán)丙烷制冷循環(huán)用的壓縮來預(yù)冷天然氣流，和(2)產(chǎn)生用于液化方法的膨脹的冷凍天然氣原料。制冷循環(huán)也可使用本領(lǐng)域所知的任何其它制冷劑，例如雙混合制冷劑。
參考圖1，天然氣原料處于相對(duì)高的壓力下，例如從約1000psig(69.0巴)至2500psig(172.4巴)，更希望從1300psig(89.6巴)至2500psig(172.4巴)，該天然氣原料通過管道10被引導(dǎo)至工藝中。這種原料可以處于室溫下，例如前面提到的約50(10℃)至100(37.8℃)。管道10將天然氣原料引導(dǎo)至冷凍器15，其中原料通過與制冷劑如丙烷的間接換熱而被冷卻，所述制冷劑通過閉環(huán)系統(tǒng)被運(yùn)送。制冷劑可以以兩相(蒸氣和液體)的形式被引導(dǎo)至冷凍器15，但是，優(yōu)選的是，蒸氣量被減至最少，使得制冷劑基本上處于液相。通過管道120將制冷劑引導(dǎo)至冷凍器15。在冷凍器15中，制冷劑被蒸發(fā)，并通過管道50離開冷凍器15。天然氣原料在冷凍器15中被冷卻，并通過管道20離開。如果原料以前述的溫度和壓力范圍被引導(dǎo)至本發(fā)明的工藝中，那么在基本上與施加于冷凍器15的壓力相同的壓力下，在約-30(-34.4℃)至50(10℃)的溫度下，冷卻的天然氣原料離開。
然后，將冷卻的天然氣原料通過管道20運(yùn)送至渦輪膨脹機(jī)25，其中該原料被引導(dǎo)至其膨脹機(jī)部分30內(nèi)。在膨脹機(jī)部分30內(nèi)，可使天然氣原料膨脹，以調(diào)整其壓力基本上為在LNG生產(chǎn)中使用的液化方法的設(shè)計(jì)壓力。典型地，使天然氣的壓力膨脹至約650psig(44.8巴)至1000psig(69.0巴)。通過管道140離開膨脹機(jī)部分30的冷凍天然氣原料的溫度可處于相對(duì)低的溫度，例如-100(-73.3℃)至-60(-51.1℃)溫度，使得該天然氣原料可有利地用作NGL回收單元(如果需要)和/或液化區(qū)的原料。如果需要，還可以將冷凍天然氣原料引導(dǎo)至工藝單元，以除去酸性氣體或汞污染物，不過在前述的預(yù)冷步驟之前除去這些污染物可能是更有利的。
從冷凍器15通過管道50運(yùn)送的制冷劑蒸氣在渦輪膨脹機(jī)25的壓縮機(jī)部分40中被壓縮。在壓縮機(jī)部分40中壓縮后，受壓的制冷劑蒸氣通過管道60運(yùn)送至冷凝器70。冷凝器70可以是空氣冷卻的換熱器，但是也可以使用在本領(lǐng)域已知的任意換熱儀器。冷凝器70被用于至少部分地將制冷劑冷凝至液相，優(yōu)選基本上將大部分制冷劑冷凝至液相，更優(yōu)選將全部制冷劑冷凝至液相。此外，盡管在圖1中沒有顯示，優(yōu)選使用在冷凝器70下游的附加冷卻器來過冷該冷凝的、至少部分(優(yōu)選全部)液態(tài)的制冷劑流，使得在制冷劑離開減壓設(shè)備90后，如在下文中描述的，制冷劑流的蒸氣分?jǐn)?shù)被減到最小，也就是說，該蒸氣分?jǐn)?shù)優(yōu)選小于0.5，更優(yōu)選小于0.35。此后，冷卻的制冷劑通過減壓設(shè)備90如Joule-Thompson閥被引導(dǎo)，制冷劑在其中被進(jìn)一步冷卻。其后，冷卻的制冷劑可任選地被管道100引導(dǎo)至分離器110，該分離器110分離并回收蒸氣形式的制冷劑，并通過管道130和50將所述制冷劑引導(dǎo)回到壓縮機(jī)部分40。然后，將制冷劑從分離器110通過管道120引導(dǎo)至冷凍器15。有利地，通常更方便的是，簡單地省略管道100、分離器110和管道130，如下文描述的實(shí)施例所說明的那樣，使得在所得制冷劑流被引導(dǎo)到減壓設(shè)備90之后，該制冷劑流通過管道120被直接輸送至冷凍器15。這樣，基本上全部冷凍制冷劑流在冷凍器15中被使用，在這點(diǎn)上該制冷劑流可能是兩相(蒸氣和液體)。
冷凍的天然氣原料被引導(dǎo)至生產(chǎn)LNG用的液化區(qū)，該液化區(qū)可包括在本領(lǐng)域已知的任意液化方法。在美國專利4,172,711、5,537,827、5,669,234和6,158,240中公開了級(jí)聯(lián)型液化方法的例子，所述專利的教導(dǎo)以其全部引入本文以供參考?；旌现评鋭┬鸵夯椒ǖ睦庸_于美國專利4,901,533(單級(jí)混合制冷劑循環(huán))；美國專利4,545,795和6,119,479(雙混合制冷劑循環(huán))；和美國專利6,253,574(三級(jí)混合制冷劑循環(huán))。這些專利的教導(dǎo)也被全部引入本文以供參考。
如前文所述，通過使用在這樣的天然氣原料中可獲得的超壓，只需要僅提供必需的制冷，以將冷凍原料的溫度降低至產(chǎn)生液化的溫度，例如從約-90(-67.8℃)至-260(-162.2℃)，而不是從室溫如75(23.9℃)至-260(-162.2℃)。結(jié)果，在常規(guī)LNG工藝中，對(duì)于相同量的安裝設(shè)備馬力(制冷)，可以產(chǎn)生體積增加的LNG。對(duì)于同樣的安裝馬力，這種產(chǎn)量的增加可以為約15％至20％?；蛘?，通過降低對(duì)于生產(chǎn)給定量的LNG所必需的安裝馬力，可以使用這種超壓來減少工藝用的資本成本和/或操作成本。
另外，通過在膨脹設(shè)備如渦輪膨脹機(jī)中使受壓的天然氣原料流膨脹而獲得的膨脹功，可被用于提供在液化區(qū)使用的其它制冷劑流用的壓縮，例如前述在級(jí)聯(lián)型液化方法中使用的級(jí)聯(lián)制冷劑流用的壓縮，該方法被引入本文以供參考，或者如前述的混合制冷劑型方法(該方法可使用一種或多種混合制冷劑循環(huán))，所述方法被引入本文以供參考。膨脹功也可被用于發(fā)動(dòng)產(chǎn)生電力用的發(fā)電機(jī)，其或者用于液化方法中或者輸出至局部電力網(wǎng)。
通過以下實(shí)施例進(jìn)一步描述了本發(fā)明，應(yīng)理解該實(shí)施例僅僅作為提供說明目的的例子，而不是限制所附權(quán)利要求
書的范圍。
本發(fā)明的具體實(shí)施方案在這個(gè)實(shí)施例中，在實(shí)施本發(fā)明中所使用的方法和儀器被用于先冷凍該天然氣原料流，然后再回收其中的NGL組分，以及在天然氣液化設(shè)備中進(jìn)一步用于生產(chǎn)LNG，例如級(jí)聯(lián)型或雙混合制冷劑方法，被設(shè)計(jì)用于每年生產(chǎn)約5百萬噸LNG。
所用的天然氣原料首先被處理以除去污染物、水和酸性氣體組分，例如CO2和含硫化合物，在這種預(yù)處理后，它具有如下摩爾百分比的組成甲烷(94.12％)、乙烷(3.34％)、丙烷(1.23％)、異丁烷(0.31％)、正丁烷(0.38％)、異戊烷(0.20％)、正戊烷(0.20％)和己烷(0.22％)。在圖1的管道10內(nèi)的位置，天然氣原料的溫度為23.9℃，壓力為137.9巴。管道10內(nèi)的天然氣原料的摩爾流量和質(zhì)量流量如下表I所示。
所用的儀器參照?qǐng)D1所示(為了方便，在本文中保留了裝置和管道的附圖標(biāo)記)，除非下文另有指出。丙烷用作制冷劑。在丙烷制冷劑回路和冷凝器70的下游，在丙烷制冷劑在冷凝器70中被冷凝后，另一個(gè)冷卻器如空氣冷卻的換熱器(圖1中沒有顯示)，被用于使液態(tài)丙烷制冷劑過冷，使得在制冷劑離開Joule-Thompson閥90后，制冷劑流仍基本上處于液相。丙烷制冷劑在冷凝器70中被冷卻后、但在被過冷前的條件顯示于表I中工藝流75(該流未示于圖1中)欄下；制冷劑在被過冷后、但在被引導(dǎo)至Joule-Thompson閥90前的條件顯示于表I中工藝流80欄下。而且，所用的儀器不使用如圖1所示的管道100、分離器110或管道130。相反，在所得的冷丙烷制冷劑流離開Joule-Thompson閥90后，它(此刻為兩相流-蒸氣分?jǐn)?shù)為0.305)通過管道120被直接運(yùn)送至冷凍器15。離開Joule-Thompson閥90的制冷劑流的條件顯示于表I中工藝流120欄下。
在這個(gè)實(shí)施例的儀器中使用的其它工藝流如表I所示，在其他情況下對(duì)應(yīng)于圖1的工藝流。此外，渦輪膨脹機(jī)25的膨脹機(jī)部分30中的冷卻天然氣原料的膨脹導(dǎo)致產(chǎn)生10,430千瓦(kw)機(jī)械功，它被用于在渦輪膨脹機(jī)25的壓縮機(jī)部分40中壓縮丙烷制冷劑。
在摩爾流量49,807kmol/hr和質(zhì)量流量872,832kg/hr下，生產(chǎn)在管道140中得到的冷凍天然氣原料，然后將它引導(dǎo)至常規(guī)儀器，用于回收一部分NGL，所述NGL在冷卻的天然氣流20于渦輪膨脹機(jī)25的膨脹機(jī)部分30中膨脹后冷凝。在回收NGL后，所述冷凍天然氣原料流的剩余部分被輸送至液化設(shè)備以制備LNG。
表I
本文參考的所有專利或其它文獻(xiàn)都以其全部引入本文以供參考。
通過考慮本說明書或?qū)嵤┍疚墓_的發(fā)明，本發(fā)明的其它實(shí)施方案和優(yōu)點(diǎn)對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是顯而易見的。申請(qǐng)人的目的在于，本說明書僅被認(rèn)為是示例性的，本發(fā)明的真正范圍和精神通過下面的權(quán)利要求
書來表明。
權(quán)利要求
1.一種用于液化受壓天然氣流的方法，包括如下步驟(a)提供在第一壓力和第一溫度下的受壓天然氣流；(b)通過將受壓天然氣流與冷的制冷劑流間接換熱來冷卻該受壓天然氣流，以產(chǎn)生在比第一溫度更冷的第二溫度下的冷卻的受壓天然氣流；(c)在膨脹設(shè)備中使冷卻的受壓天然氣流膨脹，其中來自膨脹設(shè)備的膨脹功被用于發(fā)動(dòng)壓縮機(jī)，該壓縮機(jī)壓縮制冷劑流以產(chǎn)生受壓的制冷劑流，所述膨脹導(dǎo)致冷凍原料流，該冷凍原料流被引導(dǎo)至天然氣液化區(qū)；(d)將受壓制冷劑流冷卻，以產(chǎn)生冷卻的、至少部分冷凝的受壓制冷劑流；(e)使冷卻的、至少部分冷凝的受壓制冷劑流膨脹，以產(chǎn)生在(b)中使用的冷制冷劑流；和(f)在天然氣液化區(qū)將冷凍原料流液化。
2.如權(quán)利要求
1所述的方法，其中第一壓力為約1000psig(69.0巴)或更高。
3.如權(quán)利要求
1所述的方法，其中第一壓力為約1300psig(89.6巴)或更高。
4.如權(quán)利要求
1所述的方法，其中第一壓力為從約1300psig(89.6巴)至2500psig(172.4巴)。
5.如權(quán)利要求
2所述的方法，其中第一溫度為從約50(10℃)至100(37.8℃)。
6.如權(quán)利要求
1所述的方法，其中制冷劑流包括丙烷。
7.如權(quán)利要求
5所述的方法，其中第二溫度為從約-30(-34.4℃)至50(10℃)。
8.如權(quán)利要求
1所述的方法，其中膨脹設(shè)備是渦輪膨脹機(jī)。
9.如權(quán)利要求
1所述的方法，其中冷凍原料流的壓力為650psig(44.8巴)至1000psig(69.0巴)。
10.如權(quán)利要求
7所述的方法，其中冷凍原料流的溫度為從-100(-73.3℃)至-60(-51.1℃)。
11.如權(quán)利要求
1所述的方法，其中液化區(qū)包括級(jí)聯(lián)型液化方法。
12.如權(quán)利要求
1所述的方法，其中液化區(qū)包括混合制冷劑型液化方法。
13.一種用于液化受壓天然氣流的方法，包括如下步驟(a)提供在第一壓力和第一溫度下的受壓天然氣流；(b)通過將受壓天然氣流與冷的制冷劑流間接換熱來冷卻該受壓天然氣流，以產(chǎn)生在比第一溫度更冷的第二溫度下的冷卻的受壓天然氣流；(c)在膨脹設(shè)備中使冷卻的受壓天然氣流膨脹以產(chǎn)生冷凍原料流，其中來自膨脹設(shè)備的膨脹功被用于提供制冷，以產(chǎn)生冷的制冷劑流；和(d)在液化區(qū)將冷凍原料流液化。
14.如權(quán)利要求
13所述的方法，其中第一壓力為約1000psig(69.0巴)或更高。
15.如權(quán)利要求
13所述的方法，其中第一壓力為約1300psig(89.6巴)或更高。
16.如權(quán)利要求
13所述的方法，其中第一壓力為從約1300psig(89.6巴)至2500psig(172.4巴)。
17.如權(quán)利要求
14所述的方法，其中第一溫度為從約50(10℃)至100(37.8℃)。
18.如權(quán)利要求
13所述的方法，其中制冷劑流包括丙烷。
19.如權(quán)利要求
17所述的方法，其中第二溫度為從約-30(-34.4℃)至50(10℃)。
20.如權(quán)利要求
13所述的方法，其中膨脹設(shè)備是渦輪膨脹機(jī)。
21.如權(quán)利要求
13所述的方法，其中冷凍原料流的壓力為650psig(44.8巴)至1000psig(69.0巴)。
22.如權(quán)利要求
19所述的方法，其中冷凍原料流的溫度為從-100(-73.3℃)至-60(-51.1℃)。
23.如權(quán)利要求
13所述的方法，其中液化區(qū)包括級(jí)聯(lián)型液化方法。
24.如權(quán)利要求
13所述的方法，其中液化區(qū)包括混合制冷劑型液化方法。
25.一種制備冷凍天然氣原料流的方法，包括(a)提供在第一壓力和第一溫度下的受壓天然氣流；(b)通過將受壓天然氣流與冷的制冷劑流間接換熱來冷卻該受壓天然氣流，以產(chǎn)生在比第一溫度更冷的第二溫度下的冷卻的受壓天然氣流；和(c)在膨脹設(shè)備中使冷卻的受壓天然氣流膨脹以產(chǎn)生冷凍原料流，其中來自膨脹設(shè)備的膨脹功被用于產(chǎn)生冷的制冷劑流。
26.一種用于液化受壓天然氣流的方法，包括(a)提供在第一壓力和第一溫度下的受壓天然氣流；(b)在膨脹設(shè)備中使受壓天然氣流膨脹以產(chǎn)生冷凍原料流，其中來自膨脹設(shè)備的膨脹功被用于提供制冷，以生產(chǎn)LNG；和(c)在液化區(qū)將冷凍原料流液化。
27.如權(quán)利要求
26所述的方法，還包括在所述膨脹步驟之前，通過將受壓天然氣流與冷的制冷劑流間接換熱來冷卻該受壓天然氣流，以產(chǎn)生在比第一溫度更冷的第二溫度下的冷卻的受壓天然氣流。
28.如權(quán)利要求
27所述的方法，其中至少一部分膨脹功被用于提供制冷，以產(chǎn)生冷的制冷劑流。
29.如權(quán)利要求
26所述的方法，其中至少一部分膨脹功被用于提供液化區(qū)用的制冷。
30.如權(quán)利要求
26所述的方法，其中液化區(qū)是級(jí)聯(lián)型方法。
31.如權(quán)利要求
26所述的方法，其中液化區(qū)是混合制冷劑型方法。
32.一種用于液化受壓天然氣流的方法，包括(a)提供在第一壓力和第一溫度下的受壓天然氣流；(b)在膨脹設(shè)備中使受壓天然氣流膨脹，以產(chǎn)生冷凍原料流和膨脹功；和(c)在液化區(qū)將冷凍原料流液化。
33.如權(quán)利要求
32所述的方法，還包括在所述膨脹步驟之前，通過將受壓天然氣流與冷制冷劑流間接換熱來冷卻該受壓天然氣流，以產(chǎn)生在比第一溫度更冷的第二溫度下的冷卻的受壓天然氣流。
34.如權(quán)利要求
33所述的方法，其中至少一部分膨脹功被用于提供制冷，以產(chǎn)生冷的制冷劑流。
35.如權(quán)利要求
32所述的方法，其中至少一部分膨脹功被用于提供液化區(qū)用的制冷。
36.如權(quán)利要求
32所述的方法，其中一部分膨脹功被用于發(fā)動(dòng)發(fā)電機(jī)，以產(chǎn)生電能。
37.如權(quán)利要求
32所述的方法，其中液化區(qū)是級(jí)聯(lián)型方法。
38.如權(quán)利要求
32所述的方法，其中液化區(qū)是混合制冷劑型方法。
專利摘要
本發(fā)明公開了一種用于液化天然氣的方法，其中使在超壓下可用的富甲烷原料即天然氣膨脹，以提供膨脹功，該膨脹功可以通過許多新的方式而被利用，以在用于冷卻原料的制冷劑循環(huán)中或在一個(gè)或多個(gè)用于液化區(qū)中的制冷劑循環(huán)中提供制冷以液化該原料，或產(chǎn)生電能，用于液化方法或輸出。在一個(gè)實(shí)施方案中，通過使用膨脹機(jī)/壓縮機(jī)裝置(渦輪膨脹機(jī)30)而獲得膨脹功，所述裝置使原料膨脹，以(1)發(fā)動(dòng)裝置(25)的壓縮機(jī)(40)，從而提供閉環(huán)丙烷制冷循環(huán)(60)用的壓縮，以預(yù)冷(15)天然氣流(10)，和(2)產(chǎn)生膨脹的冷凍天然氣原料(140)用于液化方法。用于液化方法的冷凍天然氣原料的生產(chǎn)，或者可以增加在給定量的安裝馬力用的LNG生產(chǎn)的體積，或者可被用于降低與給定量LNG的生產(chǎn)有關(guān)的資本成本和/或操作成本。
文檔編號(hào)F25J1/02GK1993593SQ200580026729
公開日2007年7月4日 申請(qǐng)日期2005年8月4日
發(fā)明者瑞安·歐文, 小理查德·瓊斯, 杰弗里·H·索楚克 申請(qǐng)人:Bp北美公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan