液化天然气的改进方法技术

本发明专利技术涉及一种液化富含甲烷、压力高于约３１０３ｋＰａ（４５０ｐｓｉａ）的气流的方法。气流被膨胀到较低的压力，产生气相和液体产品，其温度高于约－１１２℃（－１７０°Ｆ），压力足以使液体产品处于或低于其泡点。气相和液体产品在合适的相分离器中相分离，液体产品引入储存装置以在高于约－１１２℃（－１７０°Ｆ）的温度下储存。（*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，具体地说，涉及一种生产加压液体天然气(PLNG)的方法。
技术介绍
由于天然气的干净的燃烧性质和便利性，近年来已被广泛使用。许多天然气源位于遥远的地区，距气体的工业市场有很长的距离。有时，可以利用管线将生产的天然气输送到工业市场。当管线输送不可行时，所生产的天然气通常被加工成液化天然气(以下称“LNG”)以输送到市场。LNG工厂的一个区别特征是需要大的设备投资。用于液化天然气的设备通常十分昂贵。液化工厂是由几个基本系统组成的，包括处理气体以除去杂质、液化、致冷、动力设备、储存和装载设备。LNG工厂的成本可能随工厂的位置不同变化很大，通常，常规LNG工程可能花费50至100亿美元，包括土地开发成本。工厂的致冷系统可能占到总成本的30％。在设计LNG工厂时，要考虑的三个主要方面是(1)选择液化循环，(2)用于容器、管线和其它设备的材料，(3)将天然气进料物流转化成LNG的处理步骤。由于液化天然气需要很大的制冷量(refrigeration)，所以LNG致冷系统是昂贵的。天然气通常是在约4,830kPa(700psia)至约7,600kPa(1,100psia)的压力和约20℃(68°F)至约40℃(104°F)的温度下进入LNG工厂。天然气主要是甲烷，与用作燃料的重质烃不同，简单加压是不能液化的。甲烷的临界温度是-82.5℃(-116°F)。这意味着不管施加的压力有多高，甲烷只有在这一温度以下才能液化。因为天然气是一种混合物，将在一个温度范围内液化。天然气的临界温度在约-85℃(-121°F)至-62℃(-80°F)之间。通常，在常压下，天然气组合物在约-165℃(-265°F)至-155℃(-247°F)液化。因为致冷设备占据了LNG设备成本中很重要的一部分，所以，人们致力于降低致冷成本。尽管已有许多致冷循环用于液化天然气，但目前用于LNG工厂的三种典型循环是(1)“串级(cascade)循环”，在依次设置的换热器中使用多个单组分致冷剂以将气体温度降低到液化温度，(2)“多组分致冷循环”，在特殊设计的换热器中使用多组分致冷剂，(3)“膨胀机循环”，将气体从高压膨胀到低压，相应地降低温度。大多数天然气液化循环使用这三种基本循环的改进或结合。压缩机膨胀系统的操作原理是气体被压缩到选择的压力，冷却，然后通过膨胀透平膨胀，因此做功并降低气体的温度。以这种膨胀方式，可以液化一部分气体。然后，低温气体换热以现实进料的液化。膨胀所获得的功通常供应了致冷循环中使用的压缩机所需功率的大部分。生产LNG膨胀方法公开在US 3724226、4456459、4698081和WO97/13109中。用于常规LNG工厂的材料也计算在工厂的成本内。用于LNG工厂的容器、管线、其它设备通常至少一部分是由铝、不锈钢、或高镍含量的钢构成，以在低温下提供必要的强度和断裂韧性。在常规LNG工厂中，水、二氧化碳、如硫化氢和其它酸性气体的含硫化合物、正戊烷和包括苯的重质烃必须从天然气加工过程中除去，以达到百万分之几(ppm)的水平。这些化合物中的某些物质会冻结，从而在处理设备中引起堵塞问题。其它化合物，如含硫化合物，通常被除去以满足出售的规定。在常规的LNG工厂中，需要气体处理设备以除去二氧化碳和酸性气体。气体处理设备通常是使用化学和/或物理溶剂再生方法，需要投资大量资金。此外，操作费用也高。需要如分子筛的干燥床脱水器以除去水蒸汽。通常使用洗涤塔和分馏设备以除去可能产生堵塞问题的烃。由于汞会引起由铝构造的设备的故障，因此，在常规LNG工厂中也要除去。此外，在处理后，可能存在于天然气中的大部分氮气也要除去，因为在传统LNG输送过程中，氮气不会保留在液相中，从输送的观点看，在LNG容器中存在氮蒸汽是所不希望的。在工业上需要一种改进的天然气液化方法，以使致冷设备和所需的能耗最小。专利技术概述从整体上看，本专利技术涉及一种富含甲烷的气流的液化方法。进料气流的压力高于约3,100kPa(450psia)。如果压力太低，可以先压缩气体。通过利用合适的膨胀装置经膨胀液化气体，以产生温度高于约-112℃(-117°F)和压力足以使液体产品处于或低其泡点的液体产品。在膨胀之前，优选用通过膨胀装置的循环蒸汽冷却气体，但不液化。用相分离器将液体产品和膨胀装置未能液化的气体分离。然后，在高于约-112℃(-117°F)的温度下将来自相分离装置的液体产品引入产品储罐或输送装置。在本专利技术的另一方案中，如果进料气体含有重于甲烷的组分，可以压力膨胀液化之前，通过分馏方法除去重质烃。在本专利技术的再一方案中，由液化天然气蒸发所产生的煮沸气体可以加入到进料气体中，通过压力膨胀来液化，以产生加压液体天然气(PLNG)。本专利技术方法可以用于在供应储存或输送天然气的源地最初液化天然气，也可以用于储存和装载时产生的天然气蒸汽的再液化。因此，本专利技术的一个目的是液化或再液化天然气的改进液化系统。本专利技术的另一目的是提供一种改进的液化系统，所需的压缩能量比现有系统少得多。本专利技术的再一目的是提供一种操作经济而有效的改进液化系统。与本专利技术的生产PLNG的相对中等温度致冷相比，在非常低的温度下致冷的常规LNG方法是十分昂贵的。附图简述参照下面的详细说明和附图，可以更好地理解本专利技术的优点，其中附图是说明本专利技术实施方案的流程示意图。附图说明图1是本专利技术生产PLNG的第一方案的流程示意图。图2是本专利技术第二方案的示意流程图，其中，在压力膨胀液化天然气之前，用封闭循环致冷系统预冷却天然气。图3是本专利技术第三方案的流程示意图，其中，在液化成PLNG之前，进料天然气被分馏。图4是本专利技术第四方案的示意流程图，类似于图3所示方法，其中使用封闭循环致冷系统和压力膨胀来生产PLNG。附图中的流程图代表了实施本专利技术方法的不同方案。附图不排除本专利技术范围内的其它实施方案，它们可以是这些特定方案的正常或预期改进的结果。为了简化和清楚的目的，从附图中省略了所需的各种次级系统，如泵、阀、物流混合器、控制系统、传感器等。优选方案的描述本专利技术涉及一种通过压力膨胀液化天然气以产生富含甲烷的液体产品，其温度高于约-112℃(-170°F)，压力足以使液体产品处于或低于泡点。在本专利技术的描述中，富含甲烷的产品有时被称之为加压液体天然气(PLNG)。术语“泡点”是指液体开始转变成气体的温度和压力。例如，如果一定体积的PLNG保持在恒定的压力下，当其温度升高时，开始在PLNG中形成气泡的温度就是其泡点。类似地，如果一定体积的PLNG保持在恒定的温度下，当压力下降时，开始形成气泡的压力定义为泡点。在泡点下，混合物是饱和液体。本专利技术的气体液化方法液化天然气所需要的能量比现用方法少，用于本专利技术的设备可以用较便宜的材料制成。与此相反，现有方法在常压下生产温度低至-160℃(-256°F)的LNG，要求处理设备由昂贵的材料制成以保证安全。相对于常规LNG工厂所需的总能量，在本专利技术的实施中，液化天然气所需能量大大减少。本专利技术方法所需致冷能量的下降导致了资金成本的大幅度下降，成比例地降低了操作费用，提高了效率和可靠性，因此，大大增强了生产液化天然气的经济性能。在本专利技术的操作压力和温度下，在液化过程的最冷操作区域的管线和设备中，可以使本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种液化富含甲烷气流的方法，包括如下步骤：（ａ）在高于约３１０３ｋＰａ（４５０ ｐｓｉａ）的压力下提供气流；（ｂ）将气流膨胀到较低的压力，以产生气相和液体产品，其温度高于约－１１２℃（－１７０°Ｆ），压力足以使液体产品处于或低于其泡 点；（ｃ）将气相和液体产品进行相分离；（ｄ）将液体产品引入储存装置，在高于约－１１２℃（－１７０°Ｆ）的温度下储存。

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