自冷却的LNG工艺制造技术

本发明专利技术涉及一种生产ＬＮＧ的方法，包括将含有天然气的进料物流（１１）导入冷却段，所述的冷却段（ａ）在至少一个冷却步骤（１２）中冷却进料物流生产冷却的进料物流（１３），（ｂ）通过减少冷却进料物流的压力在至少一个膨胀步骤中膨胀冷却进料物流生产冷却的蒸气组分和液体组分，和（ｃ）从液体组分（１７）中分离（１６）至少一部分冷却的蒸气组分（１８、２１），其中至少一部分工艺的冷却来自于至少一部分冷却的蒸气组分（１８），重复步骤（ａ）～（ｃ）一次或多次，直到第一冷却段的至少显著部分的进料物流被加工为ＬＮＧ（３７），其中步骤（ａ）的进料物流包括至少一部分来自先前冷却段产生的液体组分。（*该技术在2022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的方法，更特别地涉及天然气液化为LNG(常压)的方法，该方法不需要使用外部的制冷剂。
技术介绍
天然气是遍及世界日益增加使用的燃料源。因此，在世界上不能将天然气安全输送到边远的市场或需要大量成本费用输送的遥远的地区，生产天然气的努力一直在继续增长。在没有天然气管道输送或官倒输送不现实的情况下，天然气液化是目前实际中作为一种节约成本的选择，用于将天然气输送到世界各地的市场。如在本专利技术整个说明书中所使用的，天然气应理解为是指粗天然气或处理的天然气。粗天然气基本上包括轻质烃例如甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、戊烷、己烷和例如苯的杂质，但也可包括少量的非烃杂质例如氮、硫化氢、二氧化碳和痕量的氦、硫化羰、各种硫醇或水。处理的天然气基本上包括甲烷、乙烷，但也可包括少量的较重的烃例如丙烷、丁烷和戊烷。如本专利技术整个说明书中所使用的，液化天然气(LNG)应理解为是指这样的天然气，其被减压到液化的状态或接近大气压。如本专利技术所使用，接近大气压一般应理解为是指不超过约25psia，通常不大于约20psia，经常不大于约15psia。天然气液化通常通过将天然气的温度减少到约-240°F～约-260°F的液化温度下进行。对于许多的天然气物流液化温度通常是典型的，因为甲烷在大气压的沸点为约-259°F。为生产、储藏和输送LNG，现有技术中熟知的常规工艺需要大量的致冷剂以减少并保持天然气所处的液化温度。这些最通常的致冷工艺是(1)级联工艺；(2)单一混合致冷剂工艺；和(3)丙烷预冷混合致冷剂工艺。级联工艺通过使用几个闭环的冷却环路而生产LNG，每一个使用单一的纯致冷剂，它们以逐渐降低温度的顺序构造在一起。第一冷却环路通常使用丙烷或丙烯作为致冷剂，第二环路可使用乙烷或乙烯，而第三环路通常利用甲烷作为致冷剂。单一混合致冷剂工艺通过使用单一的闭环冷却环路生产LNG，该环路使用由氮、甲烷、乙烷、丙烷、丁烷和戊烷组分组成的多组分致冷剂。混合的致冷剂工艺经历冷凝、膨胀和再压缩步骤以通过使用熟知的“冷箱”热交换器的单元收集而使天然气温度降低。丙烷预冷的混合致冷剂工艺通过使用除单一闭环冷却环路之外的起始系列的丙烷冷却的热交换器生产LNG，该方法使用由氮、甲烷、乙烷和丙烷组分组成的多组分致冷剂。天然气开始通过一种或多种丙烷冷却的热交换器，然后通过由多组分致冷剂冷却的主热交换器，因此之后被膨胀以生产LNG。大多数的液化装置使用这些天然气液化工艺中的其中之一。不幸的是，这种装置的建造和维护很昂贵，因为建造、操作和维护一种或多种外部、单一或混合致冷剂闭环冷却环路成本很高。与外部闭环冷却环路相关的另外的不利之处是这样的环路使用和储藏非常易爆的致冷剂，这样的致冷剂引起对安全当面的忧虑。致冷剂例如丙烷、乙烯和丙烯是易爆的，而丙烷和丙烯特别是比空气重，万一在泄漏或其他设备故障的情况下会使这些气体的扩散劣化。在通过远洋轮船或其他浮动平台近海生产和输送LNG期间，这一点特别令人担忧，因为(1)必须储藏大量的致冷剂以维持天然气的液化温度；和(2)这些致冷剂与船员紧邻。因此，需要一种节约成本的方法，用于安全地生产、储藏和并将LNG输送到世界各地的商业市场。目前的方法在提供安全而又成本节约的工艺中仅取得了部分的成功。授予Foglietta的US 5,755,114已进行了这样的努力，其公开了一种用于生产LNG的混合液化循环。Foglietta工艺使加压的天然气原料流进入热交换器与闭环丙烷或丙烯致冷循环接触，之后使天然气原料流导入涡轮膨胀机循环中以提供辅助致冷。与目前使用的生产大气压LNG的级联型混合致冷剂系统相比，Foglietta的工艺可通过仅用一个闭环致冷循环就可以实现。但是，Foglietta工艺仍需要至少一个包括丙烷或丙烯的闭环致冷循环，这两种致冷剂都是昂贵的，不容易分散，而且必须储藏在输送Foglietta工艺产品的轮船上。授予Knapp等的US 3,360,944通过如下步骤生产LNG，将天然气原料流分离为主物流和子物流，冷却主物流和子物流以产生液体组分，之后使用大部分的液体组分作为工艺的致冷剂。液体组分被蒸发同时经历热交换，从工艺中压缩并排出。Knapp的工艺导致仅少部分的天然气原料流加工为LNG。授予Thomas等的US 6,023,942公开了一种生产富甲烷产品的方法，所述产品的温度在液体产品足以处于或低于其始沸点压力下大于约-112℃(-170°F)。得到的产品是加压的液态天然气(PLNG)，其压力基本上高于大气压的压力。尽管Thomas等的方法可以在没有外部致冷的情况下实施，但产品的加压需要使用特别设计的庞大厚壁的容器和输送设备(如PLNG轮船、卡车或铁路车)。这种较高的压力、较重壁厚的设备给任何商业项目增加了相当大的重量和费用。PLNG消费者也将需要另外的液化、输送和储藏设备以使用PLNG，这给供应和需求价值链增添了额外的成本。授予Engal的US 3,616,652公开了一种方法，用于在一段中生产LNG，包括压缩天然气进料物流，冷却压缩的天然气进料物流以生产液化的物流，剧烈地将压缩的天然气进料物流膨胀为中等压力的液体，然后在单一的分布步骤中闪蒸和分离中等压力的液体以生产LNG和低压的闪蒸气体。尽管Engal的方法在不使用外部制冷剂的情况下可生产LNG，但该方法在不结合使用多个分离步骤以抵消这种苛刻制冷要求的情况下，利用其有限的作用于整个工艺物流制冷能力的效率很低。而且，Engal的方法效率低下地将其工艺物流压力膨胀到这样的水平，其导致工艺闪蒸气体基本上效率极其低下的再压缩。结果，Engal方法与其生产所需工作量相比产生了很少体积的LNG，因此减少了工艺成本的持久(竞争)性。尽管这样的方法在现有技术中具有巨大的进步，但没有任何一种方法可满足这样的需要，即对于生产LNG是安全而且节约成本的方法。我们现在发现，与通过将进料物流分离为主和次天然气物流，并生产其制冷要求的液体组分的生产LNG方法相比，将单一的天然气物流加工为LNG，同时从多个顺序分离步骤中分离的闪蒸气体中得到工艺制冷剂，导致LNG生产的提高和设备费用的减少。我们也发现，与大幅减少越过单一膨胀步骤或冷却步骤的高压天然气进料物流压力的LNG工艺相比，使越过多个冷却/膨胀/分离步骤或冷却段的高压天然气进料物流膨胀度分级，可提高LNG的产生同时减少其生产的功率消耗。我们也发现，通过使用包括两个或多个分离步骤，并结合至少同样数量膨胀步骤的多个冷却段，将单一的天然气物流加工为LNG可基本上减少工艺的制冷要求，与不使用这样连接的多个膨胀和分离步骤生产LNG的工艺相比，因此提高了LNG的生产，同时减少了设备费用。
技术实现思路
因此，本专利技术涉及一种生产LNG的方法，包括将含有天然气的进料物流导入冷却段，所述的冷却段(a)可在至少一个冷却步骤中冷却进料物流生产冷却的进料物流，(b)通过减少冷却进料物流的压力在至少一个膨胀步骤中膨胀冷却进料物流生产制冷的蒸气组分和液体组分，和(c)从所述的液体组分中分离至少一部分冷却的蒸气组分，其中至少一部分工艺的冷却来自于至少一部分冷却蒸气组分；重复步骤(a)～(c)一次或多次，直到第一冷却段的至少基本上明显部分的进料物流被加工为LNG，其中步本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种生产ＬＮＧ的方法，包括：　　　　（ａ）将含有天然气的进料物流导入冷却段，所述的冷却段包括如下步骤：（ｉ）在至少一个冷却步骤中冷却进料物流生产冷却的进料物流，（ｉｉ）通过减少冷却进料物流的压力在至少一个膨胀步骤中膨胀冷却进料物流生产冷却的蒸气组分和液体组分，和（ｉｉｉ）从液体组分中分离至少一部分冷却的蒸气组分，和　　　　（ｂ）重复步骤（ａ）一次或多次，直到第一冷却段的至少显著部分的进料物流被加工为ＬＮＧ，其中步骤（ａ）的进料物流包括至少一部分来自先前冷却段步骤（ｉｉｉ）的液体组分；　　　　其中至少一个冷却段的步骤（ｉ）的至少一部分冷却来自于在至少一个冷却段产生的至少一部分冷却的蒸气组分。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：埃内斯托费希尔卡尔代罗内，
申请(专利权)人：BP北美公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]