液化包含至少一种可凝固组分的天然气物流的方法技术

本发明专利技术是一种由多组分原料流（１０）生产富含甲烷的加压液体（１９）的方法，该多组分原料流（１０）包含甲烷和一种具有比甲烷低的相对挥发度的可凝固组分。多组分原料流（１０）被加入一个分离系统（３１），该系统有一个在高于大约１，３８０ｋＰａ（２００ｐｓｉａ）的压力下、在使可凝固组分形成固体的条件下操作的凝固段以及一个位于凝固段下方的蒸馏段。分离系统（３１）产生一种富含甲烷的蒸气流（１４）和一种富含可凝固组分的液体流（１２）。至少蒸气流的一部分被冷却以产生一种富含甲烷的液化流来生产一种产品（２０）和一种为分离系统提供制冷的物料流（２１），该液化流富含甲烷并具有高于大约－１１２℃（－１７０°Ｆ）的温度和足以使液体处在等于或低于其泡点的压力。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种天然气液化方法，更具体地说，本专利技术涉及一种由至少含有一种可凝固组分的天然气物流生产加压的液化天然气(PLNG)的方法。由于天然气的清洁燃烧性和便利性，它在近年来已经被广泛地使用。许多天然气资源位于偏远地区，距任何天然气的商业市场都有很长的距离。有时可使用一条管线将所生产的天然气输送到商业市场。当管线输送不可行时，为输送到市场，所生产的天然气通常被加工成液化天然气(它被称为“LNG”)。LNG厂的一个显著特征是工厂需要的大量资金投入。用来液化天然气的设备通常十分昂贵。液化厂由几个基本系统组成，包括气体处理以去除杂质，液化，制冷，电力设备，以及储存和装船设备等。而依据工厂的位置，LNG厂的费用可以有很大的差别，包括场地开发费用，一个典型的常规LNG项目可花费50亿到100亿美元。工厂的制冷系统可达总费用的百分之三十。LNG制冷系统的昂贵是因为需要很多的制冷量来液化天然气。一种典型的天然气物流以从约4,830kPa(700psia)到约7,600kPa(1,100psia)的压力和从约20℃到约40℃的温度进入一个LNG工厂。主要是甲烷的天然气，如同用于能源目的的较重烃的情况一样，不能通过简单地增加压力而被液化。甲烷的临界温度是-82.5℃。这意味着无论所施加的压力是多少，甲烷都只能够在低于那个温度的情况下被液化。因为天然气是一种气体混合物，它在一个温度范围内液化。天然气的临界温度大约在-85℃到-62℃之间。典型地，在大气压力下的天然气混合物将在大约-165℃到-155℃的温度范围内液化。因为制冷设备是LNG设备费用中如此显著的一大部分，所以人们做了很多巨大努力来减少制冷费用。在现有技术中有许多系统用来液化天然气，方法是使天然气以一个高压连续通过数个冷却阶段，于是气体被连续冷却到更低的温度，直到气体液化。常规液化在等于或接近大气压的压力下将气体冷却到大约-160℃的温度。冷却通常通过和一种或多种制冷剂，例如丙烷、丙烯、乙烷、乙烯以及甲烷的热交换来完成。尽管许多制冷循环已经被用来液化天然气，目前LNG厂中最常使用的三种类型是(1)“串联循环”，它在以渐进方式排列的热交换器中使用数倍的单一组分制冷剂，以将气体的温度降低到液化温度，(2)“膨胀循环”，它使气体从高压膨胀至低压，伴随着相应的温度降低，以及(3)“多组分制冷循环”，它在特别设计的交换器中使用一种多组分制冷剂。大多数天然气液化循环使用这三种基本类型的变体或组合。在常规LNG厂中，必须将水、二氧化碳、诸如硫化氢的含硫化合物和其它酸性气体、正戊烷和包括苯的较重烃从天然气加工过程中充分去除，使它们低至百万分之一(ppm)的水平。这些化合物中某些会凝固，在加工设备中造成堵塞问题。其他化合物，例如那些含硫的化合物，通常被去除以满足销售指标的要求。在一个常规LNG厂中，要求气体处理设备除去二氧化碳和酸性气体。气体处理设备通常使用一个化学和/或物理的溶剂回收过程并需要巨大的资金投入。而且，操作费用也较高。需要诸如分子筛的干燥床脱水剂来除去水蒸气。使用一个洗涤塔和分馏设备来除去容易导致堵塞问题的烃。在常规LNG工厂中还要除去汞，因为它会导致铝制设备的故障。另外，可能存在于天然气中的大部分的氮经过加工后被除去，因为在常规LNG的运输过程中氮不会保留在液相中，而且在运输时LNG容器中含有氮蒸气是不符合要求的。在工业上越来越需要一种改进的方法用于液化含有CO2的天然气，所述天然气中CO2的浓度使其在液化过程中会发生凝固，同时要求该方法具有经济的能量需求。本专利技术总体上涉及一种生产加压液化天然气(PLNG)的方法，其中天然气原料流中含有一种可凝固组分。尽管该可凝固组分通常是CO2、H2S或其它酸性气体，它也可以是有可能在分离系统中形成固体的任何组分。在本专利技术的方法中，含有甲烷和一种具有比甲烷低的相对挥发度的可凝固组分的多组分原料流被加入一个分离系统，该系统有一个在高于大约1,380kPa(200psia)的压力下、在使可凝固组分形成固体的条件下操作的凝固段以及一个位于凝固段下方的蒸馏段。包括一个受控凝固区(“CFZ”)的分离系统产生一种富含甲烷的蒸气流和一种富含可凝固组分的液体流。至少蒸气流的一部分被冷却以产生一种具有高于大约-112℃(-170°F)的温度和足以使液体产品处在等于或低于其泡点的压力的富含甲烷的液化流。液化流的第一部分被作为加压液化产品流(PLNG)从过程中取出。液化流的第二部分被返回分离系统以为分离系统提供制冷功能。在一个实施方案中，一股蒸气流被从分离系统的上部区域取出，并被压缩至更高的压力并被冷却。随后，被冷却、压缩后的物料流通过一个膨胀装置而膨胀，产生一股主要为液体的物流。液体流的第一部分被作为回流注入分离系统，从而为分离系统提供开环制冷，而液体流的第二部分被作为产品流取出，它具有高于大约-112℃(-170°F)的温度和足以使液体产品处在等于或低于其泡点的压力。在另一实施方案中，一股蒸气流被从分离系统的上部区域取出并由一个闭环制冷系统冷却以使富含甲烷的蒸气流液化，产生一种液体，它具有高于大约-112℃(-170°F)的温度和足以使液体产品处在等于或低于其泡点的压力。本专利技术的方法既可用于对位于供给源的天然气进行初始液化以储存和运输，也可用于将在储存和船运过程中蒸发的天然气蒸气再次液化。因此，本专利技术的一个目的是提供一种用于含有高浓度CO2(约大于5％)的天然气的液化或再液化的改进的、集成的液化和CO2去除系统。本专利技术的另一个目的是提供一种改进了的液化系统，它比现有技术中的系统需要少得多的压缩功率。本专利技术的一个更进一步的目的是提供一种更为有效的液化方法，作法是保持整个工艺的工艺温度高于大约-112℃，从而使工艺设备可以用与常规LNG工艺所需的材料相比不那么昂贵的材料制成，常规LNG工艺中至少部分工艺在低至大约-160℃的温度下操作。与按照本专利技术的实施生产PLNG所需的相对温和的制冷相比，常规LNG工艺的超低温制冷是非常昂贵的。通过参考下面的详细描述以及附图(即本专利技术具有代表性的实施方案的流程示意图)可以更好地理解本专利技术及其优点。附图说明图1是一个制冷、CFZ工艺略图，它总体上图示了一个根据本专利技术的方法生产加压液化天然气的闭环制冷循环。图2是一个制冷、CFZ工艺略图，它总体上图示了一个根据本专利技术的方法生产加压液化天然气的开环制冷循环。图3是本专利技术另一种实施方案的略图，其中二氧化碳和甲烷在一个具有CFZ的蒸馏塔中被蒸馏分离，在CFZ中一种塔顶产品流是加压液化天然气，另一种塔顶产品流是供出售的产品气。图中所示的流程图代表实施本专利技术方法的各种实施方案。各图无意将其它实施方案排除在专利技术范围以外，所谓其它实施方案是对所述具体实施方案进行正常和可预见的修改的结果。出于使演示简洁清晰的目的，各种所需辅助系统，如泵、阀、流动物流混合器、控制系统以及传感器都被从图中删去。本专利技术的方法在一个分离系统中蒸馏分离一种包含甲烷和至少一种具有比甲烷低的相对挥发度的可凝固组分的多组分原料流，其中分离系统包括一个受控凝固区(“CFZ”)。分离系统产生一种富含甲烷的塔顶蒸气流和一种富含可凝固组分的塔底产物。至少部分塔顶蒸气流随后被液化以生产液化天然气产品，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种由多组分原料流生产富含甲烷的加压液体的方法，该多组分原料流包含甲烷和一种具有比甲烷低的相对挥发度的可凝固组分，该方法包括：（ａ）将多组分原料流加入一个分离系统，该系统有一个在高于大约１，３８０ｋＰａ（２００ｐｓｉａ）的压力下、在使可 凝固组分形成固体的条件下操作的凝固段以及一个位于凝固段下方的蒸馏段，所述分离系统产生一种富含甲烷的蒸气流和一种富含可凝固组分的液体流；（ｂ）将至少一部分的所述蒸气流冷却以产生一种具有高于大约－１１２℃（－１７０°Ｆ）的温度和足以使液体产 品处在等于或低于其泡点的压力的富含甲烷的液化流；（ｃ）将步骤（ｂ）的液化流的第一部分作为一种富含甲烷的液化产品流取出；以及（ｄ）将步骤（ｂ）的液化流的第二部分加入所述分离系统以为所述分离系统提供制冷。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：ET科尔，ER索马斯，RR伯温，
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：US[美国]