用于液化天然气进料流并且从其中去除氮的系统技术方案

公开了用于液化天然气进料流并且从其中去除氮的系统，该系统包括：主热交换器，其具有热侧和冷侧，热侧包括用于接收含氮天然气进料流的通道，冷侧包括用于接收第一制冷剂流的通道，热侧和冷侧构造成由含氮天然气进料流产生第一LNG流；第一制冷剂回路，用于将冷却的第一制冷剂流供应到主热交换器的冷侧并提取加热的第一制冷剂流；膨胀装置，其与主热交换器流体流动连通，以用于接收和膨胀第一LNG流；蒸馏塔，其与膨胀装置流体流动连通，以用于接收来自膨胀装置的第一LNG流，第一LNG流在蒸馏塔内部部分地气化并分离成富氮的塔顶蒸气和贫氮的塔底液体；塔顶热交换器，用于加热富氮的塔顶蒸气；回流回路，用于向蒸馏塔提供回流；以及导管。导管。导管。

【技术实现步骤摘要】
用于液化天然气进料流并且从其中去除氮的系统


[0001]本专利技术涉及一种用于液化天然气进料流并且从其中去除氮的方法。本专利技术还涉及一种用于液化天然气进料流并且从其中去除氮的系统(诸如例如天然气液化厂或其他形式的处理设施)。

技术介绍

[0002]在用于液化天然气的工艺中，例如由于纯度和/或回收要求，通常期望或需要从进料流中去除氮，同时最小化产物(甲烷)损失。典型的商业液态天然气(LNG) 产物规格通常包含氮含量为约1％或更低的要求，使得LNG可以在对储罐倾翻的担心减少的情况下被储存。
[0003]传统上，已经在使用直接连接到制冷剂压缩机的燃气或蒸汽涡轮机来为液化提供动力的工厂中生产LNG。在这种情况下，可以通过在低压下将LNG从液化器中闪蒸成蒸气相和液相来从产物LNG中排出氮，使得所得到的富氮的蒸气被用作用于蒸汽生成或燃气涡轮机的燃料，并且所得到的贫氮的液体满足LNG产物规格。
[0004]然而，随着越来越多地使用更高效的燃气涡轮机和使用电动机来驱动制冷压缩机，用于较新的LNG工厂的燃料需求通常相当低。在这种情形下，天然气进料中的过量的氮必须被排出到大气中，或者以其他方式作为氮产物使用或输出。如果被排出的话，由于对环境的关心和/或由于甲烷回收要求，氮典型地必须满足严格的纯度规格(例如，>95mol％，或>99mol％)。如果氮作为高纯度氮产物使用或输出，那么当然同样如此。这种纯度要求提出了分离的挑战。在天然气进料中的非常高的氮浓度(典型地大于10mol％，在某些情况下高达或甚至高于20mol％)的情况下，专用的氮排出单元(NRU)证明是用于有效去除氮并且生产纯(>99mol％)氮产物的稳健方法。然而，在大多数情况下，天然气含有约1mol％至10mol％的氮。当进料中的氮浓度在这个范围内时，由于与附加设备相关联的复杂性，高资本成本阻碍了NRU的适用性。
[0005]美国专利9,945,604公开了一种简单、有效的工艺，该工艺甚至能够从具有相对低的氮浓度的天然气进料中去除氮。在本文献的图1中公开的工艺中，天然气进料流在主热交换器中依靠气化的混合的制冷剂被冷却并且液化，所得到的LNG流在约
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240
°
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150℃)的温度下离开主热交换器。LNG流然后在所述塔的中间位置处被引入到蒸馏塔中并且被分离成富氮的塔顶蒸气和贫氮的塔底液体之前，在再沸器热交换器中进一步冷却，该再沸器热交换器为蒸馏塔的沸腾提供热量。塔底液体流作为贫氮LNG产物提取。塔顶蒸气流在塔顶热交换器中被加热到接近环境温度，然后被分成两部分，即排出到大气中的排出的氮流和被压缩到高压并且然后在塔顶热交换器中冷却和冷凝以向蒸馏塔提供回流的再循环流。为了改善塔顶热交换器中的冷却曲线，并且因此改善工艺的效率，在主热交换器中使用的混合的制冷剂的一部分也被用于向塔顶热交换器提供制冷。
[0006]美国专利9,816,754的图10描绘了与美国专利9,945,604的图1中示出的布置类似的布置，其中塔顶氮气被再循环到蒸馏塔以向蒸馏塔提供回流，其中到塔顶热交换器的附
加的制冷由在主热交换器中使用的混合的制冷剂的一部分提供。美国专利 9,816,754的图10和美国专利9,945,604的图1之间的主要区别是：在美国专利 9,816,754的图10中，到蒸馏塔的进料从来自LNG储存罐的气化气流提供，该气化气流首先被压缩并且通过主交换器再循环，在该主交换器中其在被送到蒸馏塔之前冷凝。
[0007]美国专利9,816,754的图3描绘了替代性工艺，其中来自LNG储存罐的气化气体在主交换器中冷凝，并且用于向蒸馏塔提供回流。虽然这种布置允许来自蒸馏塔的塔顶流的以氮形式的一些富集，但是这种工艺的可获得的氮纯度受到回流物流具有与气化气体流相同的成分的事实的限制。这种蒸气与罐中的LNG处于平衡状态，并且将必然含有大量甲烷。
[0008]虽然美国专利9,816,754图10和美国专利9,945,604的构型可以产生高纯度的排出氮，但是这些图中示出的布置也表现出与在塔顶热交换器中使用两相制冷剂和多个制冷剂流有关的某些设计和操作的困难和复杂性。
[0009]相应地，在本领域中仍然需要可以以简单和有效的方式从天然气进料流中去除氮并且将其液化以产生贫氮的LNG产物的方法和系统。

技术实现思路

[0010]本文公开了一些方法和系统，这些方法和系统液化含氮的天然气同时以简单有效的方式从其中分离和去除氮，使得LNG产物可以含有少量的氮(通常为1％或更低的氮)，并且使得排出的氮可以足够纯净以排出到大气中或用作高纯度氮产物(通常为99％或更纯)。所述方法和系统允许以低成本从LNG产物中有效地排出氮，并且对于存在较低的内部或外部燃料需求的工厂(经由该工厂可以以其他方式排出氮) 是特别有用的。
[0011]根据本专利技术的系统和方法的几个优选方面在下文进行概述。
[0012]方面1：一种用于液化天然气进料流并且从其中去除氮的方法，所述方法包括：
[0013](a)使含氮的天然气进料流通过主热交换器，并且在所述主热交换器中经由与第一制冷剂的间接热交换来冷却和液化所述天然气流，从而产生第一LNG流；
[0014](b)从所述主热交换器提取所述第一LNG流；
[0015](c)膨胀所述第一LNG流并且将所述流引入到蒸馏塔中，在所述蒸馏塔中所述流部分地气化并且被分离成富氮的塔顶蒸气和贫氮的塔底液体；
[0016](d)从所述蒸馏塔提取贫氮的塔底液体流，以形成第二贫氮LNG流；
[0017](e)在塔顶热交换器中加热富氮的塔顶蒸气流，以形成加热的塔顶蒸气；
[0018](f)压缩、冷却和液化、过冷和膨胀由所述加热的塔顶蒸气的第一部分形成的再循环流，以形成液体或两相再循环流，并且将所述液体或两相再循环流引入到所述蒸馏塔中，以向所述蒸馏塔提供回流；
[0019](h)由所述加热的塔顶蒸气的第二部分形成一种或多种氮产物流或排出物流；
[0020]其中在步骤(f)中，通过使所述再循环流的至少一部分与所述天然气进料流分离地通过所述主热交换器，经由与所述第一制冷剂的间接热交换来液化所述再循环流的所述至少一部分；
[0021]其中在步骤(f)中，通过使所述再循环流的至少一部分通过所述塔顶热交换器，经由与所述富氮的塔顶蒸气的间接热交换来过冷所述再循环流；并且
[0022]其中所述塔顶热交换器与所述主热交换器分离，并且用于所述塔顶热交换器的冷
却负荷的全部通过在步骤(e)中的所述富氮的塔顶蒸气流的所述加热来提供。
[0023]方面2：根据方面1所述的方法，其中所述塔顶热交换器是线圈卷绕式热交换器，所述线圈卷绕式热交换器包括一个或多个管束，所述一个或多个管束容纳在外壳内并且限定所述热交换器的管侧和外壳侧，其中在步骤(e)中，所述富氮的塔顶蒸气流通过所述塔顶热交换器的所述外壳侧并且在其中被加热，并且其本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于液化天然气进料流并且从其中去除氮的系统，其特征在于，所述系统包括：主热交换器，所述主热交换器具有热侧和冷侧，所述热侧包括用于接收含氮天然气进料流的一个或多个通道，所述冷侧包括用于接收第一制冷剂流的一个或多个通道，所述热侧和所述冷侧构造成使得当所述含氮天然气进料流通过所述热侧时，它由与通过所述冷侧的所述第一制冷剂流的间接热交换来冷却和液化，从而产生第一LNG流；第一制冷剂回路，所述第一制冷剂回路用于将冷却的第一制冷剂流供应到所述主热交换器的所述冷侧，并从所述主热交换器的所述冷侧提取加热的第一制冷剂流；膨胀装置，所述膨胀装置与所述主热交换器流体流动连通，以用于接收和膨胀所述第一LNG流；蒸馏塔，所述蒸馏塔与所述膨胀装置流体流动连通，以用于接收来自所述膨胀装置的所述第一LNG流，所述第一LNG流在所述蒸馏塔内部部分地气化并分离成富氮的塔顶蒸气和贫氮的塔底液体；导管，所述导管用于从所述蒸馏塔提取贫氮的塔底液体流，以形成第二贫氮LNG流；塔顶热交换器，所述塔顶热交换器具有冷侧和热侧，所述冷侧包括用于接收富氮的塔顶蒸气流的一个或多个通道，所述热侧包括一个或多个通道，所述热侧和所述冷侧构造成使得通过所述冷侧的富氮的塔顶蒸气由与通过所述热侧的流体的间接热交换来加热，从而产生加热的塔顶蒸气；回流回路，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：S，
申请(专利权)人：气体产品与化学公司，
类型：新型
国别省市：