用液氮增强的基于膨胀器的LNG生产方法技术

生产液化天然气(LNG)的方法。将天然气料流引导至机械制冷单元以液化所述天然气料流并形成压力大于50psia(345kPa)且小于500psia(3445kPa)的加压的液化天然气(LNG)料流。在第一位置提供液体制冷剂过冷单元。在与第一位置地理上分开的第二位置产生液体制冷剂。将产生的液体制冷剂输送到第一位置。在液体制冷剂过冷单元中通过在所述加压的LNG料流和至少一个液体制冷剂料流之间交换热量来过冷所述加压的LNG料流，以由此产生LNG料流。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用液氮增强的基于膨胀器的LNG生产方法相关申请的交叉引用本申请要求于2015年12月14日提交的标题为“EXPANDER-BASEDLNGPRODUCTIONPROCESSESENHANCEDWITHLIQUIDNITROGEN”的美国临时专利申请62/266,979的权益，其全部内容通过引用并入本文。本申请与以下专利申请有关：标题为“MethodandSystemforSeparatingNitrogenfromLiquefiedNaturalGasUsingLiquefiedNitrogen”的美国临时专利申请号62/266,976；标题为“MethodofNaturalGasLiquefactiononLNGCarriersStoringLiquidNitrogen”的美国临时专利申请No.62/266,983；以及标题为“Pre-CoolingofNaturalGasbyHighPressureCompressionandExpansion”的美国临时专利申请No.62/622,985，均具有共同的专利技术人和受让人并且与本申请在同一日期提交，其公开的内容通过引用整体并入本文。背景公开领域本公开一般性地涉及天然气液化以形成液化天然气(LNG)的领域。更具体地，本公开涉及从海上和/或偏远天然气源生产和转移LNG。相关技术的描述该部分意在介绍可能与本公开相关的本领域的各个方面。该讨论意在提供有助于更好地理解本公开的特定方面的框架。因此，应当理解，该部分应该从这个角度来阅读，而不一定作为对现有技术的承认。LNG是快速增长的将天然气从天然气供应充足的地点供应到对天然气具有强烈需求的远离地点的手段。常规LNG循环包括：a)初始处理天然气资源以去除污染物，例如水，硫化合物和二氧化碳；b)通过各种可能的方法(包括自制冷，外部制冷，贫油等)分离一些较重质的烃气体，如丙烷，丁烷，戊烷等；c)基本上通过外部制冷来制冷天然气以在处于或接近大气压力和约-160℃下形成液化天然气；d)在设计用于该目的的船舶或油船中将LNG产品运输到销售地点；和e)在再气化厂将LNG再加压和再气化以形成可分配给天然气消费者的加压的天然气料流。常规LNG循环的步骤(c)通常需要使用通常由大型燃气涡轮机驱动器提供动力的大型制冷压缩机，所述大型燃气涡轮机排放大量碳和其他排放物。作为液化厂的一部分，需要数十亿美元的大量资本投资和大规模的基础设施。常规LNG循环的步骤(e)通常包括使用低温泵将LNG再加压至所需的压力，然后通过经由中间流体但最终与海水交换热量或通过燃烧一部分天然气以加热并蒸发LNG而使LNG再气化以形成加压的天然气。通常，可用的低温LNG的有效能未被利用。相对较新的LNG生产技术被称为浮动式LNG(FLNG)。FLNG技术涉及在浮动结构(例如驳船或船舶)上建造气体处理和液化设施。FLNG是在建造通往岸边的天然气管道在经济上不可行的情况下用于海上搁浅天然气货币化的技术解决方案。FLNG也越来越多地被考虑用于位于偏远、环境敏感和/或政治上具有挑战性的地区的陆上和近岸天然气田。与常规的陆上LNG相比，该技术具有一定的优势，因为它在生产现场具有较低的环境占地面积。由于大部分LNG设施是在造船厂以较低的人工费率和降低的执行风险建造的，因此该技术还可以更快地和以更低的成本交付项目。尽管FLNG与常规陆上LNG相比具有若干优势，但在该技术的应用方面仍存在重大技术挑战。例如，FLNG结构必须在通常小于陆上LNG厂可用面积四分之一的面积内提供相同水平的气体处理和液化。因此，需要开发减少FLNG厂占地面积，同时保持液化设施的能力以降低整体项目成本的技术。减少占地面积的一个有前途的手段是改变FLNG厂中使用的液化技术。已知的液化技术包括单一混合制冷剂(SMR)工艺，双重混合制冷剂(DMR)工艺和基于膨胀器的(或膨胀)工艺。基于膨胀器的工艺具有几种优势，使其非常适用于FLNG项目。最显著的优势在于该技术在不需要外部烃制冷剂的情况下提供液化。去除液体烃制冷剂库存(如丙烷储存)显著降低了对FLNG项目特别严重的安全问题。与混合制冷剂工艺相比基于膨胀器的工艺的另外优势在于基于膨胀器的工艺对海上运动不太敏感，因为主要的制冷剂大部分保持处于气相。虽然基于膨胀器的工艺具有其优点，但是已经证明将该技术应用于LNG产量超过200万吨/年(MTA)的FLNG项目比使用混合制冷剂工艺不那么具有吸引力。已知的基于膨胀器的工艺机组(train)的生产能力通常小于1.5MTA。相比之下，混合制冷剂工艺机组(例如丙烷预冷工艺或双重混合制冷剂工艺)可具有大于5MTA的机组生产能力。基于膨胀器的工艺机组的尺寸是有限的，因为其制冷剂在整个工艺中大部分保持处于蒸气状态，并且制冷剂通过其显热吸收能量。由于这些原因，在整个工艺中制冷剂体积流速是大的，并且热交换器和管道的尺寸成比例地大于混合制冷剂工艺中使用的那些。此外，压缩扩展器马力大小的限制导致随着基于膨胀器的工艺机组的生产能力增加的并联旋转机械。如果允许多个基于膨胀器的机组，则可以使得使用基于膨胀器的工艺的FLNG项目的生产率可以大于2MTA。例如，对于6MTA的FLNG项目，六个或更多个并联的基于膨胀器的工艺机组可以足以实现所需的产量。然而，使用多个膨胀器机组时，设备数量、复杂性和成本都会增加。此外，如果基于膨胀器的工艺需要多个机组，而混合制冷剂工艺可以用一个或两个机组获得所需的生产率，则与混合制冷剂工艺相比基于膨胀器的工艺的假定的工艺简单性开始被质疑。由于这些原因，需要开发这样的FLNG液化工艺，其具有基于膨胀器的工艺的优点，同时实现高LNG生产能力。还需要开发FLNG技术解决方案，其更能够应对船舶运动对气体处理所带来的挑战。授予Williams等人的美国专利NO.3,400,547公开了在LNG生产设施内的工艺，其中在不同位置产生的液氮(LIN)被用作制冷剂以液化天然气。该工艺使用丙烷冷却器来冷却天然气，然后通过与蒸发的LIN间接热交换来冷凝天然气。授予Thompson的GB专利NO.1,596,330公开了在LNG生产设施内的工艺，其中在不同位置产生的LIN被用作制冷剂以液化天然气。该工艺使用丙烷和乙烯冷却器连同LIN将天然气液化成LNG。这两个专利公开的工艺具有使用机械制冷系统同时仍需要大量的LIN来生产LNG的缺点。这两种方法估计，对于所生产的每吨LNG，需要大约一吨或更多吨的LIN。在FLNG应用中，在浮动结构的顶部或船壳中用于储存LIN的空间可能是有限的。在FLNG上使用LIN的LNG生产技术是有利的，因为它将显著减少液化工艺所需的顶部空间。此外，对于所生产的每吨LNG使用小于1吨LIN，或更优选小于0.75吨LIN，或更优选小于0.5吨LIN的LNG生产技术将是有利的。授予Foglietta的美国专利NO.6,412,302描述了基于进料气体膨胀器的工艺，其中使用两个独立的闭合制冷回路来冷却进料气体以形成LNG。第一闭合制冷回路使用进料气体或进料气体的组分作为制冷剂。氮气用作第二闭合制冷回路的制冷剂。与基于双回路氮膨胀器的工艺相比，该技术具有需要更小设备和顶部空间的优点。例如，与基于双回路氮膨胀器的工艺相比，该本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.生产液化天然气(LNG)的方法，包括：将天然气料流引导至机械制冷单元以液化天然气料流并形成压力大于50psia(345kPa)且小于500psia(3445kPa)的加压的液化天然气(LNG)料流；在第一位置提供液体制冷剂过冷单元；在地理上与第一位置分开的第二位置产生液体制冷剂；将产生的液体制冷剂输送到第一位置；和通过在加压的LNG料流和至少一个液体制冷剂料流之间交换热量在液体制冷剂过冷单元中过冷加压的LNG料流，以由此产生LNG料流。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.12.14 US 62/266,9791.生产液化天然气(LNG)的方法，包括：将天然气料流引导至机械制冷单元以液化天然气料流并形成压力大于50psia(345kPa)且小于500psia(3445kPa)的加压的液化天然气(LNG)料流；在第一位置提供液体制冷剂过冷单元；在地理上与第一位置分开的第二位置产生液体制冷剂；将产生的液体制冷剂输送到第一位置；和通过在加压的LNG料流和至少一个液体制冷剂料流之间交换热量在液体制冷剂过冷单元中过冷加压的LNG料流，以由此产生LNG料流。2.权利要求1的方法，其中所述机械制冷单元包括基于膨胀器的制冷工艺。3.权利要求2的方法，其中所述基于膨胀器的制冷工艺是基于开环进料气体膨胀器的工艺和基于闭环进料气体膨胀器的工艺中的一种。4.权利要求2的方法，其中所述基于膨胀器的制冷工艺是基于进料气体膨胀器的工艺，其包括：从温端膨胀器排出第一冷却料流；和从冷端膨胀器排出两相料流；其中所述第一冷却料流的温度高于所述两相料流的温度。5.权利要求4的方法，其中所述加压的LNG料流是第一加压的LNG料流，并且所述方法还包括将所述两相料流分离成第二冷却料流和第二加压的LNG料流。6.权利要求3的方法，其中所述基于膨胀器的制冷工艺是基于进料气体膨胀器的工艺，包括：从温端膨胀器排出第一冷却料流；和从冷端膨胀器排出第二冷却料流；其中所述第一冷却料流的温度高于所述第二冷却料流的温度。7.权利要求5或6的方法，其中所述第一冷却料流的压力与所述第二冷却料流的压力相同或基本上相同。8.权利要求7的方法，还包括在将所述加压的LNG料流引导至液体制冷剂过冷单元之前，将所述第二加压的LNG料流与所述第一加压的LNG料流混合。9.权利要求1-8中任一项的方法，其中所述液体制冷剂过冷单元包括：至少一个热交换器，或者至少一个压缩机和/或膨胀器。10.权利要求1-9中任一项的方法，还包括：使用蒸发的液体制冷剂料流液化第二经处理的天然气料流以产生另外的加压的LNG料流；和在用液体制冷剂过冷加压的LNG料流之前，将所述另外的加压的LNG料流与所述加压的LNG料流混合。11.权利要求1-10中任一项的方法，还包括将所述机械制冷单元和所述液体制冷剂过冷单元设置在浮动LNG设施上。12.权利要求1至11中任一项的方法，还包括使用液体制冷剂再液化LNG汽化气体。13.权利要求1至12中任一项的方法，其中液体制冷剂和/或液体制冷剂汽化气体用于在机械制冷单元调节和/或停机期间使机械制冷单元和/或液体制冷剂过冷单元设备保持冷却。14.权利要求1-13中任一项的方法，其中温液体制冷剂蒸气用于解冻用于交换热量的热交换器。15.权利要求1-14中任一项的方法，还包括：将LNG料流在两用运输工具中从第一位置输送到第二位置；和在LNG料流已经从两用运输工具卸载之后，将液体制冷剂在两用运输工具中从第二位置输送到第一位置。16.权利要求1-15中任一项的方法，其中所述机械制冷单元包括单混合制冷剂工艺，纯组分级联制冷剂...

【专利技术属性】
技术研发人员：F·小皮埃尔，M·W·迈尔斯，
申请(专利权)人：埃克森美孚上游研究公司，
类型：发明
国别省市：美国,US