冷却天然气物流并分离冷却的物流成各种馏分的方法与系统技术方案

冷却天然气物流（Ｃ↓［ｘ］Ｈ↓［ｙ］）并将冷却的气体物流分离成沸点不同的各种馏分例如甲烷、乙烷、丙烷、丁烷和冷凝物的方法，该方法包括：冷却气体物流（１，２）；和在入口分离罐（４）内分离冷却的气体物流；分离富含甲烷的流体馏分（ＣＨ↓［４］）与贫含甲烷的流体馏分（Ｃ↓［２］＋Ｈ↓［ｚ］）的分馏塔（７）；将来自入口分离罐（４）的至少一部分富含甲烷的流体馏分加入等熵膨胀效率为至少８０％的旋风膨胀与分离装置（８），例如跨音速或超音速旋风分离器中；将来自旋风膨胀与分离装置（８）的贫含甲烷的流体馏分加入分馏塔（７）内以供进一步分离。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及冷却天然气物流并分离冷却的气体物流成各种馏分例 如曱烷、乙烷、丙烷、丁烷和冷凝物的方法与系统。技术背景在油气工业中将天然气生产、加工并运输到其最终用户。 气体加工可包括液化至少一部分天然气物流。若天然气物流被液化，则获得一定范围的所谓天然气液体(NGL)，所述天然气液体包括液 化天然气或LNG(它主要包括曱烷或(d或CH4)、乙烷(C》)、液化石油 气体或LPG(它主要包括丙烷和丁烷或G和。和冷凝物(它主要包括 Cs+馏分)。若产生气体并借助管线(管网)运输到区域消费者处，则气体的热 值受限于技术规格。对于较富集的气体物流来说，这要求中间物流加 工以回收作为残余产物销售的C2+液体。若区域性气体生产超过了区域性气体消费，则昂贵的气体输送管 网不能被证明是合理的，因此可液化气体成LNG，所述LNG可以批量 运输。在生产d液体过程中，C2+液体同时产生并作为副产物销售。常规的NGL回收装置以低温冷却工艺为基础以便冷凝气体物流的 轻组分。这些冷却工艺包括机械制冷(MR)、焦耳汤姆逊(JT)膨胀和 涡轮膨胀机(TE)、或组合(例如MR-JT)。过去数十年来已经针对比压 缩负荷(即MW/吨NGL/hr)来优化这些NGL回收工艺。这些优化常常包 括l)不同工艺物流之间灵敏的换热、2)在分馏塔内不同的进料塔板 和3)贫油精馏(即塔回流)。对于比压缩负荷最敏感的是分馏塔的实际操作压力。操作压力越 高，比压缩负荷越低，但分馏组分(例如脱甲烷塔的d-C2+,脱乙烷塔的C2- - C3+等)之间的相对挥发度也越低，这导致更多的塔板，因此更大的塔和/或塔顶物流中更低的纯度。授予Ortloff Corporation的欧洲专利0182643和美国专利 4061481、 4140504、 4157904、 4171964和4278457 /〉开了加工天然气 物流的各种方法，其中使气体物流冷却并将其分离成各种馏分例如甲 烷、乙烷、丙烷、丁烷和冷凝物。已知的冷却和分离方法的缺点在于它们包括具有高能耗的庞大且昂贵的冷却和制冷装置。这些已知方法基于等焓冷却方法(即焦耳汤姆 逊冷却、机械制冷)或者近等熵冷却方法(即涡轮膨胀机、旋风膨胀与 分离装置)，近等熵方法是最能量有效的，尽管当使用涡轮膨胀机时通 常是最昂贵的。但是，旋风膨胀与分离装置是最成本有效的，同时维 持高的能量效率，但不如涡轮膨胀机那么有效。使用成本有效的旋风 膨胀与分离装置并结合等焓冷却循环(例如外部制冷循环)可恢复最大 可获得的能量效率.因此，本专利技术的目的是提供冷却与分离天然气物流的方法与系统， 所述方法和系统与已知方法相比是更加能量有效的、不那么庞大且更 便宜。
技术实现思路
根据本专利技术，提供冷却天然气物流并将冷却的气体物流分离成沸 承不同的各种镏分例如曱烷、乙烷、丙烷、丁烷和冷凝物的方法，该矛法包括-在至少一个换热器组件内冷却所述气体物流；-在入口分离罐内使冷却的气体物流分离成富含甲烷的流体馏分 和贫含甲烷的流体馏分；-将来自所述入口分离罐的所述贫含甲烷的流体馏分加入分馏塔， 在其中分离富含曱烷的流体馏分与贫含甲烷的流体馏分；-将至少一部分来自所述入口分离罐的所述富含甲烷的流体馏分 加入旋风膨胀与分离装置，在其中使所述流体馏分膨胀并进而进一步 冷却和分离成富含甲烷的基本上为气体的流体馏分和贫含甲烷的基本上为液体的流体馏分，和-将来自所述旋风膨胀与分离装置的所述贫含曱烷的流体馏分加 入分馏塔以进行进一步的分离，-其中所述旋风膨胀与分离装置包括a) 用于对所述富含曱烷的流体馏分施加涡流运动的涡流赋予叶片 组件，所述叶片设置在喷嘴上游，其中在所述喷嘴内使所述富含甲烷 的流体馏分加速并膨胀及进而进一步冷却，以便离心力将涡流的流体 物流分离成富含甲烷的流体馏分和贫含甲烷的流体馏分，或者b) 具有出口部分的节流阀，所述出口部分装配有对流经流体出口通道的所述流体物流施加涡流运动的涡流赋予设施，从而诱导液滴朝 所述流体出口通道的外周产生涡流并聚结。优选地，在含第一换热器和制冷器的换热器组件内冷却所述天然 气物流，以便供应到所述旋风膨胀与分离装置入口的所述富含曱烷的 流体馏分的温度介于-20至-60iC，和使通过所述旋风膨胀与分离装置 排放的冷却的富含甲烷的馏分被导引而流经第一换热器以冷却所述气 体物流。还优选所述换热器组件进一步包括第二换热器，其中在将所述天 然气物流加入制冷器之前使由第一换热器排放的所述冷却的天然气物 流进一步冷却，和将来自所述分馏塔底部的冷流体供应到笫二换热器 以冷却第二换热器内的天然气物流。此外优选使用由Twister B. V. 乂^司制造并以商标"Twister"销 售的旋风膨胀与分离装置。在国际专利申请WO03029739、欧洲专利 1017465和美国专利6524368和6776825中公开了这一旋风膨胀与分 离装置的各种实施方案。可通过加速喷嘴内原料物流到跨音速或超音 速从而在旋风膨胀与分离装置内部实现冷却。在跨音速或超音速条件 下，压力典型地下降到原料压力的1/3，同时温度典型地下降到原料 温度的3/4。采用等熵膨胀效率(它为至少80%)，确定对于给定的原 料组成来说单位P下降的T下降之比。等熵效率表达了在旋风膨胀与 分离装置内部的摩擦和热损耗。本专利技术方法和系统的这些和其它实施方案、特征和优点在附图中 公开，并描述于所附的权利要求、摘要和本专利技术方法与系统的优选实 施方案的下述参考附图的详细说明中。附图说明图1是本专利技术的冷却和分离天然气物流的方法和系统的流程图。图2A描绘了通过JT节流阀提供的旋风膨胀与分离装置(它配有流 体涡流i殳施)的纵向剖视图；图2B以放大的比例描绘了图1A的节流阀的出口通道的截面剖视图；图2C描述了图2A和2B的节流阀的出口通道内流体物流的涡流运动；图2D描述了图2A和2B的节流阀的出口通道的外周内的液滴富集。具体实施方式图1描述了本专利技术的冷却和分离天然气物流的方法与系统的流程图。使天然气物流CJy在原料压缩机20内从约60bar压缩到大于 P0bar并最初在空气冷却器21内冷却，以便当天然气物流进入第一 气气换热器1内时，它的压力为约100bar。随后在第二换热器2内和 ^L后在制冷器3内冷却天然气物流。使通过第二换热器2排放的冷却 的天然气物流在入口分离器4内分离成富含甲烷的馏分5和贫含甲烷 的馏分6。贫含甲烷的馏分6被加入分馏塔7，而富含甲烷的馏分5被加入 教风膨胀与分离装置8。旋风膨胀与分离装置8包括涡流赋予叶片9、涡流的流体混合物 在其内加速到跨音速或超音速的喷嘴10、从分离器8中排放富含曱烷 的流体馏分CH4的中心主要流体出口 11和将富含可冷凝物且贫含甲烷 的次要流体馏分排放到导管13内的外部辅助流体出口。次要流体馏分 缉过导管U加入分馏塔7。第一换热器1是气气换热器，其中利用从旋风膨胀与分离装置8 的中心主要出口 ll排放的贫化主要气体物流CH,冷却天然气物流CH" 杈通过第一换热器1排放的预冷却的原料物流在第二换热器2内进一 步冷却，所述第二换热器2可以是气液换热器，所述气液换热器通过 加入分馏塔7的一块或更多块底部塔板的液体而冷却，正如箭头14 和15所示。然后在通过冷却机(机械制冷器本文档来自技高网...

【技术保护点】
冷却天然气物流并将冷却的气体物流分离成沸点不同的各种馏分例如甲烷、乙烷、丙烷、丁烷和冷凝物的方法，该方法包括：－在至少一个换热器组件内冷却所述气体物流；－在入口分离罐内使冷却的气体物流分离成富含甲烷的流体馏分和贫含甲烷的流体 馏分；－将来自所述入口分离罐的所述贫含甲烷的流体馏分加入分馏塔，在其中分离富含甲烷的流体馏分与贫含甲烷的流体馏分；－将至少一部分来自所述入口分离罐的所述富含甲烷的流体馏分加入旋风膨胀与分离装置，在其中使所述流体馏分膨胀并进而 进一步冷却和分离成富含甲烷的基本上为气体的流体馏分和贫含甲烷的基本上为液体的流体馏分，和－将来自所述旋风膨胀与分离装置的所述贫含甲烷的流体馏分加入分馏塔以进行进一步的分离，－其中所述旋风膨胀与分离装置包括：ａ）用于对 所述富含甲烷的流体馏分施加涡流运动的涡流赋予叶片组件，所述叶片设置在喷嘴上游，其中在所述喷嘴内使所述富含甲烷的流体馏分加速并膨胀及进而进一步冷却，以便离心力将涡流的流体物流分离成富含甲烷的流体馏分和贫含甲烷的流体馏分，或者ｂ）具有出 口部分的节流阀，所述出口部分装配有对流经流体出口通道的所述流体物流施加涡流运动的涡流赋予设施，从而诱导液滴朝所述流体出口通道的外周产生涡流并聚结。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：M贝廷，JM布劳沃，P梵埃克，CA詹克威林克，
申请(专利权)人：缠绕机公司，
类型：发明
国别省市：NL[荷兰]