液化贫气去重质烃系统技术方案

在贫气源的液化系统中集成去重质烃的系统和方法。在主低温换热器和回流筒之间设置经济器以提供相对于部分冷凝流的塔顶蒸汽流的冷却。另外，天然气原料流的压力在洗涤塔中被保持。通过位于经济器和回流筒的阀门对从主低温换热器热段冷端回收部分冷凝流提供的压力降。

【技术实现步骤摘要】
液化贫气去重质烃系统
本专利技术涉及从天然气原料流中分离重质烃以及液化天然气原料流的方法和系统。
技术介绍
在天然气液化之前，去除重质烃(也称作“HHCs”)，例如C6+烃(含6个或更多碳原子的烃)以及芳香烃(例如苯、甲苯、乙苯和二甲苯类)，往往是避免这些成分在主低温换热器(也称作“MCHE”)中冻结的理想办法。而C2-C5+烃(含2至5或更多的碳原子的烃)，在本领域中也称作天然气凝液(或“NGLs”)，因为具有相对较高的市场价值，通常也会从天然气中分离出来。天然气原料通常取自常规的天然气藏，以及例如页岩气、致密气和煤层气之类的非常规的天然气藏。“富”天然气原料流是指具有相对高浓度的NGL成分的流体(例如>3mol％)。传统意义上，从富气原料中去除HHCs，要么包含独立的前端NGL萃取，要么包含集成液化流程的洗涤塔系统。由于前端NGL萃取是相对复杂的流程包含很多设备，所以，通常会独立于液化流程实施。图1示意性的描述了，集成对天然气原料流102的液化流程，使用洗涤塔136去除重质烃系统130的常规现有工艺配置。原料流102取自于通常周围温度在0-40摄氏度区间的天然气源101。原料流102在经济器132中预冷至合适的温度(通常为摄氏度以下)，然后，通过J-T阀134将压力减至低于原料流102中的天然气的临界压力。原料流的临界压力根据其成分不同有所不同。比如，甲烷的临界压力是46.4bara，而包含了少量的C2-C5成分(例如小于1mol％)的贫气原料流的临界压力是50bara。C2-C5的含量越高，临界压力值越高。预冷且减压后的天然气，通过位于洗涤塔136中间位置的进口135导入到洗涤塔136中。洗涤塔136将天然气原料分离成，富甲烷塔顶蒸汽流139和富含重于甲烷的重质烃的塔底液体流140。塔顶蒸汽流139从洗涤塔136的上段137(在进口135上方)被回收，塔底液体流140从洗涤塔136的下段138(在进口135下方)被回收。在本领域中，上段137也称作蒸馏塔的精馏段，下段138也称作蒸馏塔的提馏段。上段137与下段138之间的边界取决于进口135的位置。上段137和下段138都可以填充规整填料或者使用塔盘来对洗涤塔136内的液体流和蒸汽流逆流接触。洗涤塔136通常会伴有用来加热来自塔底的液体流141的专用重沸器142，以提供提馏气流143到洗涤塔136下段138。然后，塔顶蒸汽流139在经济器132中相对于原料流102的冷侧被加热。热塔顶蒸汽流144流进绕管式主低温换热器(MCHE)110的热段(热束)114的热端部分冷凝。然后将部分冷凝后的流体145从热段114回收，并在回流筒150中分离成液相和气相从而制成液体流154和蒸汽流151。用液体泵155将液体流154回收，并且作为回流156返回至洗涤塔136的上段137，为洗涤塔136的有效运行以及为从气体原料中洗去重质烃提供必要的回流。蒸汽流151流入MCHE110的中段115后被进一步的冷却和液化。然后，蒸汽流在MCHE110的冷端115过冷处理，制成成品流103。成品流103快速通过减压阀105制成减压成品流106后储存起来。例如图1所示，存储处就是LNG储罐104。来自洗涤塔136的塔底液体流140含有丰富的NGLs和HHCs，可以用作燃料来使用，或使之膨胀为部分气化流体送入可以将单一NGL成分分离出来的分馏流程(未示出)。本实施例中，通过闭环的单极混合制冷剂(SMR)流程160，提供制冷将气体原料102转化为液化成品流103。术语混合制冷剂也被称为“MR”。例如图1所示，热MR流161从MCHE110的热端111中被回收，并收集在抽吸罐162中。热MR流163从抽吸罐162流向低压级MR压缩机164并被压缩成中压MR流165。然后，中压MR流165在后冷却器166中冷却，形成冷却中压MR流167，并在低压MR分相器168中相分离。低压MR分相器168出来的蒸汽流170通过高压级MR压缩机171进一步压缩，排放流172在后冷却器173中冷却。冷却MR流174部分冷凝，并在高压MR分相器175中相分离。从分相器168出来的低压混合制冷液体(或“LPMRL”)流169通过MCHE110的热段114在制冷回路120a中进一步冷却，作为流体121b从热段114冷端移出，然后，通过JT阀122b瞬间变为低压以提供MCHE110的热段114所需要的部分制冷。从热高压MR分离器175出来的高压混合制冷蒸汽(或“HPMRV”)流177和高压混合制冷液体(或“HPMRL”)流176也分别通过MCHE110的热段114的制冷回路118a、119a进一步制冷。HPMRL流176作为流体121a离开热束114的冷端，并且穿过JT阀122a膨胀以提供MCHE110的热段114所需要的部分制冷。HPMRV流177在MCHE的热段被部分冷凝形成流体178，并且在冷MR分离器179中相分离。从冷MR分离器179出来的冷混合制冷液体(或“CMRL”)流181通过MCHE110的中段115在制冷回路119b中过冷。过冷CMRL流作为流体124离开中段115，并通过JT阀125减压。产生的低压MR流126进入MCHE110中段115的壳侧以提供MCHE110中段115所需的部分制冷。从冷MR分离器179出来的冷混合制冷蒸汽(或“CMRV”)流180则在MCHE110的中段115中液化，并通过制冷回路118b、118c在冷段116中过冷。过冷MR流127离开冷段116并通过JT阀128减压。由此产生的低压MR流129在冷段116冷端进入MCHE110的壳侧，并在冷段116上分布以提供MCHE110的冷段116的制冷。在本实施例中，低压MR流123、126和129共同提供了MCHE110的全部制冷。低压MR流161离开MCHE110的底部，作为过热蒸汽被收集在储罐162中，至此闭回路循环完成。从天然气流中去除HHCs的情况下，洗涤塔可以有效地从流体中去除所有重质烃。就如上述所说以及如图1所示，现有工艺去除重质烃系统130的一个缺点：是为了实现气液相分离，系统必须在低于天然气原料临界压力的压力下运行。对于拥有例如包含多余4mol％C2-C5成分的富气原料的系统来说这并不是一个问题，因为，原料天然气的临界压力可能要高于所提供的原料天然气。因此，在将原料天然气导入洗涤塔之前，不必降低其压力。然而，对于例如包含2-4mol％的C2-C5成分的相对贫气原料来说，利用常规的洗涤塔方案去除重质烃就会变得具有挑战性，而且，为了使蒸馏塔低于气体原料的临界压力往往需要大幅降低气体原料的压力。按照惯例，像这样的对气体原料的减压，一般在洗涤塔的进口处(例如图1的134阀门)进行。这种减压往往导致洗涤塔的控压操作，从而减低天然气液化流程的效率。此外，洗涤塔的稳定操作需要充足的液体(即回流)以保持塔内所需的蒸汽比，从而避免塔内“干涸”并确保适当的分相效率。对于例如包含少于2mol％C2-C5成分的极度贫气原料，生成的回流量将急剧减少，并且，塔的设计和操作也会变的非常困难和低效。如图1所示，在SMR流程的情况下，也需注意的是，冷MR分离器179和回流筒150都是从MCHE110热段11本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种天然气原料流液化系统，所述系统包括：与天然气源相连接的天然气原料；制冷压缩系统在运行上配置以压缩和冷却热第一制冷液体流来产生高压蒸汽第一制冷流和高压第一制冷液体流，所述制冷压缩系统包含至少一个压缩机、至少一个后冷却器和至少一个分相器；主换热器包括热端、冷端、热段、冷段、热侧、冷侧、所述热侧位置的第一制冷回路、所述热侧位置的第二制冷回路、所述热侧位置的天然气回路，并且在所述天然气回路热端处有中间出口，其中，所述第一制冷回路与所述高压蒸汽第一制冷流在所述主换热器的所述热端流体连接，而所述第二制冷回路与所述高压第一制冷液体流在所述主换热器热端流体连接，所述主换热器在运行上配置以在所述主换热器所述热侧和所述冷侧之间提供间接换热；洗涤塔包括与所述天然气原料流流体连接的原料流进口和界定内部容积的外壳，内部容积包括原料流进口上方的上段和原料流进口下方的下段，所述洗涤塔具有位于洗涤塔的所述上段的蒸汽出口、位于洗涤塔的所述下段的液体出口、位于洗涤塔的所述上段液体进口以及与所述主换热器所述热端的所述天然气回路流体连接的所述洗涤塔的蒸汽出口；回流筒具有与所述主换热器的所述中间出口流体连接的进口，与所述主换热器的中间进口流体连接的蒸汽出口以及与所述洗涤塔的所述液体进口流体连接的液体出口；泵位于所述回流筒的所述液体出口和所述洗涤塔的所述液体进口之间，并有流体连接；并且第一经济器有热管和冷管，在运行上配置以在所述热管和所述冷管之间提供间接换热，所述热管位于所述主换热器所述中间出口和所述回流筒所述进口之间，并流体连接，所述冷管位于所述回流筒蒸汽的所述出口和所述主换热器的所述中间进口之间，并流体连接。...

【技术特征摘要】
2016.07.21 US 15/2163181.一种天然气原料流液化系统，所述系统包括：与天然气源相连接的天然气原料；制冷压缩系统在运行上配置以压缩和冷却热第一制冷液体流来产生高压蒸汽第一制冷流和高压第一制冷液体流，所述制冷压缩系统包含至少一个压缩机、至少一个后冷却器和至少一个分相器；主换热器包括热端、冷端、热段、冷段、热侧、冷侧、所述热侧位置的第一制冷回路、所述热侧位置的第二制冷回路、所述热侧位置的天然气回路，并且在所述天然气回路热端处有中间出口，其中，所述第一制冷回路与所述高压蒸汽第一制冷流在所述主换热器的所述热端流体连接，而所述第二制冷回路与所述高压第一制冷液体流在所述主换热器热端流体连接，所述主换热器在运行上配置以在所述主换热器所述热侧和所述冷侧之间提供间接换热；洗涤塔包括与所述天然气原料流流体连接的原料流进口和界定内部容积的外壳，内部容积包括原料流进口上方的上段和原料流进口下方的下段，所述洗涤塔具有位于洗涤塔的所述上段的蒸汽出口、位于洗涤塔的所述下段的液体出口、位于洗涤塔的所述上段液体进口以及与所述主换热器所述热端的所述天然气回路流体连接的所述洗涤塔的蒸汽出口；回流筒具有与所述主换热器的所述中间出口流体连接的进口，与所述主换热器的中间进口流体连接的蒸汽出口以及与所述洗涤塔的所述液体进口流体连接的液体出口；泵位于所述回流筒的所述液体出口和所述洗涤...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈飞，MJ罗伯茨，CM奥特，AO韦斯特，
申请(专利权)人：气体产品与化学公司，
类型：新型
国别省市：美国,US