CN100513536C - 从浓缩的天然气中除氮 - Google Patents

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Abstract

从浓缩天然气中除氮的方法，包括a)在蒸馏塔的第一位置处将浓缩天然气引入蒸馏塔内，从蒸馏塔内排出富氮塔顶蒸汽流，从蒸馏塔的底部排出纯化的液化天然气流；(b)在第一位置之上的第二位置处将冷回流流体引入蒸馏塔内，其中提供冷回流流体的制冷作用通过对含氮的制冷剂流压缩和做功膨胀来获得；和(c)或者(1)将纯化的液化天然气流或浓缩的天然气流冷却，或者(2)将纯化的液化天然气流和浓缩的天然气流这二者都冷却，其中(1)或(2)的制冷作用通过将含氮的制冷剂流压缩和做功膨胀获得。制冷剂流可包含所有或部分来自蒸馏塔的富氮蒸汽流。

Description

从浓缩的天然气中除氮
背景技术
未精制的天然气中主要包含甲烷，也包括多种次要组分例如水、硫化氢、二氧化碳、汞、氮和一般含有2到6个碳原子的轻质烃。这些组分中的一些，例如水、硫化氢、二氧化碳和汞，是对下游步骤例如天然气加工或液化天然气(LNG)的生产有害的污染物，并且必须在这些处理步骤的上游将这些污染物除去。除去这些污染物之后，将比甲烷重的碳氢化合物浓缩并作为气体汽油回收，并将主要包括甲烷、氮气和残余轻质烃的剩余气体冷凝、浓缩，产生最终的LNG产品。
由于粗天然气包含1～10摩尔％氮，因此除氮在许多LNG生产方案中是必须的。在最终的产品储存以前，可利用除氮单元(NRU)和/或一个或多个闪蒸步骤从LNG中除去氮。除氮需要额外的冷却，该冷却可通过除氮系统的进料膨胀、回收的富氮气体的膨胀、利用部分用于液化的制冷作用或这些方式的组合来提供。依赖于这种除氮过程，除去的氮可能仍旧包含高浓度甲烷，如果这样，不能将除去的氮流排放，而是必须送至工厂的燃料系统。
在LNG生产中，一般在升高的500～1000psia(磅/英寸2)压力范围内进行液化，因此在接近大气压下储存之前，必须降低来自液化过程的LNG的压力或进行闪蒸。在闪蒸步骤中，将包含剩余氮和汽化甲烷产品的闪蒸气体回收用作燃料。为了将闪蒸气体的生产最小化，液化过程一般包括最终的需要额外制冷的过冷步骤。
在某些LNG操作中，液化过程的最终步骤中的燃料气体流的产生可能是不被期望的。这减少了处理除去的氮的可选择的方案，因为只有在除去的氮中含有低浓度甲烷，例如低于大约5摩尔％时，排放是可能的。除氮过程中这样低的甲烷浓度能通过有效的除氮单元获得，并且这需要充分的冷却以完成氮—甲烷的分离。
在LNG领域中需要使甲烷去除最小化并与LNG制冷系统有效结合的改进的除氮方法。下面所描述的和所附的权利要求中限定的本发明，通过提供甲烷损失最小的LNG除氮方法的实施方式来满足这一需求，其中该方法通过除氮的有效制冷和最终产品的冷却使LNG生产和储存一体化。
本发明概述
本发明的一个实施方式包括一种从浓缩天然气中除氮的方法，该方法包括(a)在蒸馏塔的第一位置处将浓缩天然气引入蒸馏塔内，从蒸馏塔内排出富氮塔顶蒸汽流，从蒸馏塔的底部排出纯化的液化天然气流；(b)在处于第一位置之上的第二位置处向蒸馏塔内引入冷回流流体，其中提供冷回流流体的制冷作用通过对含氮的制冷剂流压缩和做功膨胀来获得；和(c)或者(1)将纯化的液化天然气流冷却或将浓缩的天然气流冷却，或者(2)将纯化的液化天然气流和浓缩的天然气流这二者都冷却，其中(1)或(2)的制冷作用通过将含氮的制冷剂流压缩和做功膨胀来获得。制冷剂流可包含所有或部分来自蒸馏塔的富氮蒸汽流。富氮塔顶馏出蒸汽流可能包含小于5摩尔％的甲烷，还可能包含小于2摩尔％的甲烷。
该方法进一步包括在将浓缩天然气引入蒸馏塔之前通过与从蒸馏塔底部回收的汽化液体的间接热交换将其冷却，以提供汽化的塔底流和冷却的浓缩天然气流，并将汽化的塔底流引入蒸馏塔中以在那里提供沸腾蒸汽。可通过蒸馏塔前的膨胀阀或膨胀器降低冷却的浓缩天然气的压力。
可通过下列方式提供冷回流流体，提供冷回流流体的制冷作用和为冷却(i)纯化的液化天然气流或浓缩的天然气流或者冷却(ii)纯化的液化天然气流和浓缩的天然气流这二者的制冷作用：
(1)将来自蒸馏塔的富氮塔顶馏出蒸汽流与从富氮塔顶馏出蒸汽流获得的做功膨胀的富氮流结合起来，产生复合的冷富氮流；
(2)将复合的冷富氮流加温，以通过间接热交换的方式向冷回流流体、(i)纯化的液化天然气流或浓缩的天然气流的冷却或者(ii)纯化的液化天然气流和浓缩的天然气流这二者的冷却提供制冷作用；
(3)通过与压缩的富氮流的间接热交换将温热富氮流进一步加温，进而提供冷却的压缩富氮流和进一步加温的富氮流；
(4)将进一步加温的富氮流的第一部分作为除氮流回收，并压缩进一步加温的富氮流的第二部分以提供(3)的压缩富氮流；
(5)将冷却的压缩富氮流的第一部分回收，并将这部分冷却的压缩富氮流做功膨胀以提供(1)的做功膨胀的富氮流；并
(6)通过与冷富氮流的间接热交换将冷压缩富氮流的第二部分冷却以提供冷压缩富氮流，并降低冷压缩富氮流的压力以提供冷回流流体。
纯化的液化天然气可通过与来自蒸馏塔的富氮塔顶馏出蒸汽流和冷富氮制冷剂流的间接热交换而冷却，以此提供过冷的液化天然气产品。
可替代地，可通过下列方式提供冷回流流体，提供冷回流流体的制冷作用和为冷却(i)纯化的液化天然气流或浓缩的天然气流或者冷却(ii)纯化的液化天然气流和浓缩的天然气这二者流的制冷作用：
(1)将来自蒸馏塔的富氮塔顶馏出蒸汽流加热以通过间接热交换来提供产生冷回流流体并冷却(i)纯化的液化天然气流或浓缩的天然气流或者(ii)纯化的液化天然气流和浓缩的天然气流这二者的第一部分冷却作用，由此提供加温的富氮蒸汽流；
(2)将加温的富氮流的第一部分作为除氮流回收，并压缩加温的富氮流的第二部分以提供压缩的富氮流；
(3)将压缩的富氮流与做功膨胀的加温富氮流相结合以提供复合富氮流，并将复合富氮流压缩以提供复合压缩富氮流；
(4)将复合压缩富氮流冷却以产生冷却压缩富氮流，将冷却压缩富氮流的第一部分做功膨胀以产生冷富氮制冷剂流，并将冷富氮制冷剂流加温以通过间接热交换的方式为产生冷回流流体和为冷却(i)纯化的液化天然气流或浓缩的天然气流或者(ii)纯化的液化天然气流和浓缩的天然气流这二者提供第二部分制冷作用，由此提供加温的做功膨胀的富氮流；和
(5)通过与来自蒸馏塔的富氮塔顶馏出蒸汽流和冷富氮制冷剂流的间接热交换，将冷却的压缩富氮流的第二部分冷却，以提供冷压缩富氮流，并降低冷压缩富氮流的压力以提供冷回流流体。
纯化的液化天然气可通过与来自蒸馏塔的富氮塔顶馏出蒸汽流和冷富氮制冷剂流的间接热交换进行过冷，以提供过冷的液化天然气产品。
本方法可进一步包括降低冷压缩富氮流的压力以提供冷的两相富氮流，将冷的两相富氮流分离以提供冷的富氮液体流和冷的富氮蒸汽流，降低冷富氮液体流的压力以提供冷回流流体，并将冷富氮蒸汽流与(4)的冷富氮制冷剂流相结合。本方法还可进一步包括降低冷富氮蒸汽流的压力以提供降压的蒸汽流并将降压的蒸汽流与(4)的冷富氮制冷剂流或(1)的来自蒸馏塔的富氮塔顶馏出蒸汽流相结合。
如果需要，冷富氮液体流的一部分可以在位于第一和第二位置之间的蒸馏塔的中间冷凝器中进行汽化，以形成汽化的富氮流，并将汽化的富氮流与冷富氮蒸汽流相结合。
本方法可进一步包括降低浓缩天然气流的压力以形成两相流，将两相流分离成为富甲烷的液体流和富氮的蒸汽流，通过与来自蒸馏塔的富氮塔顶馏出蒸汽流和冷富氮制冷剂流间接热交换的方式将富甲烷液体流冷却，以提供过冷的浓缩天然气进料流，进一步通过与从蒸馏塔底部回收的汽化液体间接热交换的方式，将过冷的浓缩天然气进料流冷却以提供汽化塔底流，将汽化塔底流引入到蒸馏塔内以在那里提供沸腾蒸汽，通过与来自蒸馏塔的富氮塔顶馏出蒸汽流和冷富氮制冷剂流的间接热交换将富氮蒸汽流冷却，以提供冷却的天然气进料流，并将冷却的天然气流引入到位于第一和第二位置中间的蒸馏塔内。
可选择地，纯化的液化天然气流可通过与来自蒸馏塔的富氮塔顶馏出蒸汽流和冷富氮制冷剂流的间接热交换进行过冷。
将冷却的压缩富氮流的第二部分通过与来自蒸馏塔的富氮塔顶馏出蒸汽流和冷富氮制冷剂流的间接热交换冷却之后，并在降低冷压缩富氮蒸汽的压力以提供冷回流流体之前，冷压缩富氮蒸汽可通过与从蒸馏塔底部回收的汽化液体的间接热交换进一步冷却，因此提供了汽化的塔底流，并将汽化的塔底流引入到蒸馏塔内以在那里提供沸腾蒸汽。
可替代地，可通过下列方式提供冷回流流体，提供冷回流流体的制冷作用和冷却(i)纯化的液化天然气流或浓缩的天然气流或者冷却(ii)纯化的液化天然气流和浓缩的天然气流这二者的制冷作用：
(1)将冷富氮蒸汽流加温以提供第一部分的制冷作用来产生冷回流流体，并为冷却(i)纯化的液化天然气流或浓缩的天然气流或者冷却(ii)纯化的液化天然气流和浓缩的天然气流这二者提供制冷作用，由此提供加温的富氮蒸汽流；
(2)将加温的富氮蒸汽流压缩以提供压缩的富氮流；
(3)将压缩富氮流与加温的做功膨胀富氮流相结合以提供复合富氮流并将复合富氮流压缩以提供复合压缩富氮流；
(4)将复合压缩富氮流冷却以产生冷却的压缩富氮流，将冷却的压缩富氮流的第一部分做功膨胀以产生冷富氮制冷剂流，并将冷富氮制冷剂流加温以提供冷却(i)纯化的液化天然气流或浓缩的天然气流或者冷却(ii)纯化的液化天然气流和浓缩的天然气流这二者的第二部分制冷作用，由此提供(3)的加温的做功膨胀的富氮流；
(f)将冷却的压缩富氮流的第二部分通过与冷富氮塔顶馏出的蒸汽流和冷富氮制冷剂流的间接热交换而冷却，以提供冷的压缩富氮流，并降低冷的压缩富氮流的压力以提供冷的富氮制冷剂流；并
(g)通过与冷富氮制冷剂流的间接热交换而将来自蒸馏塔的塔顶馏出蒸汽在塔顶冷凝器内部分浓缩以形成两相塔顶馏出流和(1)的富氮蒸汽流，将两相塔顶馏出流分离成为蒸汽部分和液体部分，将液体部分作为冷回流流体返回到蒸馏塔，并将蒸汽部分作为除氮流回收。
本发明的另一个实施方式包括从浓缩天然气中除氮的方法，该方法包括：
(a)将浓缩天然气原料引入处于第一位置的蒸馏塔内，从蒸馏塔内回收富氮塔顶馏出蒸汽流，从蒸馏塔的底部回收纯化的液化天然气流；并
(b)在位于第一位置之上的第二位置的蒸馏塔内引入冷回流流体，其中冷回流流体和提供冷回流流体的制冷作用通过以下步骤获得，该步骤包括将所有或部分富氮塔顶馏出蒸汽流压缩以提供压缩的富氮流，将部分压缩富氮流做功膨胀以产生提供冷回流流体的制冷作用，并冷却并降低另一部分压缩富氮流的压力以提供冷回流流体。
可通过与从蒸馏塔底部回收的汽化液体的间接热交换以提供汽化塔底流的方式将浓缩天然气冷却，并以此提供进料至蒸馏塔的浓缩的天然气原料，并将汽化的塔底流引入到蒸馏塔内以在那里提供沸腾蒸汽。
可替代地，可通过下列方式提供冷回流流体和提供冷回流流体的制冷作用：
(a)将来自蒸馏塔的富氮塔顶馏出蒸汽流加温，以提供第一部分制冷作用来产生冷回流流体，以此提供加温的富氮蒸汽流；
(b)将第一部分加温的富氮蒸汽流作为除氮流回收，并将第二部分加温的富氮蒸汽流压缩，以提供压缩富氮流；
(c)将压缩富氮流与加温的做功膨胀的富氮流结合以提供复合富氮流，并将复合富氮流压缩以提供复合压缩富氮流；
(d)将复合压缩富氮流冷却以产生冷却的压缩富氮流，将第一部分冷却的压缩富氮流做功膨胀以产生冷的富氮制冷剂流，并将冷的富氮制冷剂流加温以提供产生冷回流流体的第二部分制冷作用，由此提供加温的做功膨胀的富氮流；和
(e)通过与来自蒸馏塔的富氮塔顶馏出蒸汽流和冷富氮制冷剂流间接热交换的方式将冷却的压缩富氮流的第二部分冷却，以提供冷的压缩富氮流，降低冷的压缩富氮流的压力以提供压力降低的冷富氮流，并将压力降低的冷富氮流引入到蒸馏塔内作为冷回流流体。
可通过使冷却的液化天然气原料经过浓稠液体膨胀器来在蒸馏塔之前降低浓缩天然气的压力。
本发明的另一个实施方式涉及从浓缩天然气中除氮的系统，该系统包括：
(a)具有引入浓缩天然气的第一位置、引入冷回流流体的第二位置(其中第二位置在第一位置之上)、排出来自蒸馏塔顶部的富氮塔顶馏出蒸汽流的塔顶管线和排出来自蒸馏塔底部的纯化的液化天然气流的管线的蒸馏塔；
(b)将含氮制冷剂压缩以提供压缩的含氮制冷剂的压缩装置；
(c)将含氮压缩制冷剂的第一部分做功膨胀以提供冷的做功膨胀的制冷剂的膨胀器；
(d)将冷做功膨胀的制冷剂加温并通过与冷做功膨胀制冷剂的间接热交换，将第二部分压缩含氮制冷剂和(1)纯化的液化天然气流或浓缩的天然气流或者(2)纯化的液化天然气流和浓缩的天然气流冷却的热交换装置；和
(e)降低从热交换装置回收的冷却的第二部分压缩含氮制冷剂的压力以提供蒸馏塔的制冷作用的装置。
该系统也可包括将富氮塔顶馏出蒸汽流和冷做功膨胀富氮气体相结合以形成冷的复合富氮流的管道装置，其中热交换装置包括一个或多个将冷复合富氮流加温以提供加温的复合富氮流的流体管道。压缩装置可包括用于加温的复合富氮流压缩的单级压缩器。
热交换装置可包括用于将富氮塔顶馏出蒸汽流加温以形成加温的富氮塔顶馏出蒸汽流的第一组流体管道和将冷的做功膨胀的制冷剂加温以形成加温的做功膨胀的制冷剂的第二组流体管道。压缩装置可包括具有第一和第二级的压缩器，其中该系统包括将来自热交换装置的加温的富氮塔顶馏出蒸汽流转移到压缩器第一级入口的管道装置，和将来自热交换装置的加温的做功膨胀的制冷剂转移到压缩器第二级入口的管道装置。
本发明的另一个实施方式包括从浓缩天然气中除氮的系统，该系统包括：
(a)蒸馏塔，其具有引入浓缩天然气到蒸馏塔的第一位置；引入冷回流流体到蒸馏塔的第二位置，其中第二位置在第一位置之上；排出来自蒸馏塔的富氮塔顶馏出蒸汽流的塔顶管线；以及排出来自蒸馏塔底部的纯化的液化天然气流的管线；
(b)压缩装置，其用于将所有或部分富氮塔顶馏出蒸汽流压缩以提供压缩的富氮蒸汽流；
(c)膨胀器，其用于使第一冷却的压缩富氮蒸汽流做功膨胀以提供冷的做功膨胀的富氮流；
(d)热交换装置，包括
(d1)将冷的做功膨胀的富氮流加温以提供加温的做功膨胀富氮流的第一组流体管道；
(d2)将来自蒸馏塔的富氮塔顶馏出蒸汽流加温以提供加温的富氮塔顶馏出蒸汽流的第二组流体管道；
(d3)通过与冷的做功膨胀富氮流和来自蒸馏塔的富氮塔顶馏出蒸汽流间接热交换的方式将压缩的富氮蒸汽流冷却，以提供第一冷却压缩的富氮蒸汽流和第二冷却压缩的富氮蒸汽流的第三组流体管道；和
(e)用于降低第二冷却压缩的富氮蒸汽流的压力以提供冷回流流体的装置，和将冷回流流体引入到位于第二位置的蒸馏塔的装置。
该系统进一步包括将浓缩天然气引入蒸馏塔之前将其通过与从蒸馏塔底部回收的蒸汽流的间接热交换而冷却，从而形成汽化流的重沸器装置，和将蒸汽流引入到蒸馏塔底部以在那里提供沸腾蒸汽的装置。压缩装置可包括具有第一和第二级的压缩器，该系统可包括将来自热交换装置的加温的富氮塔顶馏出蒸汽流转移到压缩器第一级入口的管道装置，和将来自热交换装置的加温的做功膨胀的富氮流转移到压缩器第二级入口的管道装置。
几个角度的附图简述
图1是本发明实施方式的简要流程图；
图2是本发明一个备择的实施方式的简要流程图；
图3是简要流程图2中所示的实施方式的第一种变形；
图4是简要流程图2中所示的实施方式的第二种变形；
图5是简要流程图2中所示的实施方式的第三种变形；
图6是简要流程图2中所示的实施方式的第四种变形；
图7是简要流程图2中所示的实施方式的第五个变形；
图8是本发明又一个备择的实施方式的简要流程图。
本发明的详细描述
本发明的实施方式包括用完整的除氮制冷法，在甲烷损失最小的情况下从浓缩天然气中除氮以生产纯化的液化天然气(LNG)的方法。
冷却(1)纯化的LNG或浓缩的天然气或者(2)纯化的LNG和浓缩的天然气这二者的制冷作用通过利用从浓缩天然气中除去的氮的压缩和做功膨胀的循环制冷系统来提供。用于除氮蒸馏塔的冷回流流体也从循环制冷系统中获得。
下列给出这里使用的术语的定义。浓缩天然气被定义为已被冷却而形成浓的或浓缩的富甲烷相的天然气。浓缩天然气可在低于临界压力的压力下以部分浓缩的两相蒸汽—液体态、充分浓缩的饱和液体态或充分浓缩的过冷态存在。另外，浓缩天然气可在临界压力之上的压力下以具有类似液体性质的浓流体状态存在。
浓缩天然气是从经处理以除去在液化所需的低温下冻结的杂质或对液化设备有害的杂质的未精制天然气中获得的。这些杂质包括水、汞和酸性气体例如二氧化碳、硫化氢和可能的其他含硫杂质。将纯化的未精制天然气进一步处理除去比所含甲烷重的一些碳氢化合物。在这些预处理步骤之后，浓缩天然气中可含有浓度范围在1～10摩尔％的氮。
纯化的LNG是将其中部分最初含有的氮除去的浓缩天然气。纯化的LNG可包含，例如，大于95摩尔％的碳氢化合物和可能大于99摩尔％的碳氢化合物，主要是甲烷。间接热交换是在流动流体之间的热交换，这些流动流体在单个热交换器或多个热交换器中是物理分离的。氮弃流或废氮流是包含从浓缩天然气中除去的氮的流体。富氮流是含氮超过50摩尔％、可能含氮超过90摩尔％、和可能含氮超过99摩尔％的流体。
封闭循环制冷系统是包括压缩装置、热交换装置和压力降低装置的制冷系统，其中制冷剂在没有连续有意的制冷剂排出的条件下进行再循环。由于从系统中的小量泄漏损失，因此一般需要小量的制冷剂补给。开放循环制冷系统是包括压缩装置、热交换装置和压力降低设备的制冷系统，其中制冷剂是再循环的，使部分制冷剂从制冷循环中连续排出，而额外的制冷剂连续地引入到制冷循环中。如下面即将描述的，连续引入到制冷循环的制冷剂可以从由制冷系统正在冷却的处理流中获得。
本发明的第一个非限制性实施例在图1所示的实施方式中举例说明。已通过任何制冷方式液化的浓缩天然气原料经管线1进入系统中。用于液化的制冷方法包括，例如，甲烷/乙烷(或乙烯)/丙烷级联、单一混合制冷剂、丙烷预冷却/混合制冷剂、双混合制冷剂或任何形式的骤冷器循环制冷作用，或它们的组合。经济上可行时，蒸汽和/或液体骤冷器也能作为全部制冷系统的一部分结合进来。管线1中的浓缩天然气温度一般是—150到—220℉，压力是500到1000psia。
浓缩天然气可选择性地在重沸热交换器3中通过将由除氮蒸馏塔7经管线5供应来的液体蒸发的方式进行冷却。蒸汽流经管线9返回以提供蒸馏塔7内的沸腾蒸汽。如果需要，也可使用冷却浓缩天然气或向蒸馏塔7提供沸腾蒸汽的其他方法。可选择地经膨胀阀13降低压力的管线11内冷却的浓缩天然气在其中间位置引入到蒸馏塔7内。可替代地，水压膨胀涡轮机或骤冷器可代替膨胀阀13使用以降低冷却的浓缩天然气的压力。另一个选择方式中，管线1内的浓缩天然气可通过膨胀阀(未示出)或水压膨胀涡轮机(未示出)降低压力，以替代降低管线11内的冷却的浓缩天然气的压力或将其进一步降低。
冷却的浓缩天然气在一般操作压力为50～250pisa的蒸馏塔7内进行分离以在管线15内产生富氮塔顶馏出蒸汽流和管线17内产生纯化的LNG产品。管线17内纯化的LNG在热交换器19内通过与冷的制冷剂(后面将描述)的间接热交换被过冷却到—230℉到—260℉的温度范围，并经管线20流到LNG产品存储器中。过冷的LNG产品的压力一般在存储前被降低到接近大气压(未示出)，如果需要这一过程可提供额外的除氮。
管线15内的富氮塔顶馏出蒸汽流与管线21内的冷的做功膨胀的富氮流混合(后面将描述)以提供管线23内的复合的冷富氮流。该流体在热交换器19内加温以提供将上面描述的管线17内的纯化的LNG过冷的制冷作用。富氮流经管线25从热交换器19流过，并在热交换器27和29内进一步加温以在那里提供制冷作用。进一步加温的富氮流经管线31从热交换器29排出。管线31内的第一部分流体经管线33排出并作为除氮流除去。该除氮流一般包含1～5摩尔％甲烷，并可选择将其排放至大气中，而不是送至工厂的燃料系统。管线31内的第二部分流体在一般100～400psia的压力下经管线35流至压缩器37内，在该压缩器内将其压缩到大约600～1400psia以提供管线39内的压缩富氮流。该流体在热交换器29内被冷却并被分离成为大量的管线41内的冷却压缩富氮流和小量的管线42内的冷却压缩富氮流。
压缩器37一般是包括一个或多个连续操作的叶轮的离心压缩器，并可包括本领域已知的中间冷却器和/或后置冷却器。单个压缩器37具有一个吸入流和一个排出流，并在叶轮之间没有附加的吸入流。
另外，除了经管线33排出加温的废氮之外，与管线33内的废流相等的部分可从管线15、管线23、管线25或管线28排出，做功膨胀到较低压力并作为分离的流(未示出)被加温以提供该过程的额外制冷作用。
管线41内的冷却的压缩富氮流通过膨胀器43做功膨胀以提供如上所述的管线21内的冷的做功膨胀的富氮流。将管线42内的冷却的压缩富氮流进一步在热交换器27和19内冷却以提供过冷液体(如果在亚临界条件下)或冷的浓液体(如果在超临界条件下)，并且得到的管线45内的冷压缩富氮流经膨胀阀47降低压力并引入到除氮蒸馏塔7的顶部以在那里提供冷回流液。可替代地，通过做功膨胀使管线45内的压力降低更有效。虽然热交换器19、27和29已表示为分离的热交换器，但如果需要，这些热交换器可结合成一个或两个热交换器。本发明的任何实施方式中，压缩富氮流在热交换器29内冷却之前可用制冷剂例如丙烷预冷却。
图1的实施例是一个完整的工艺，该工艺使用氮膨胀器型再循环制冷系统以提供制冷作用来使纯化的LNG产品流过冷，并使将氮从浓缩天然气进料流中除去的蒸馏塔运转。压缩再循环氮的一部分不被膨胀，而是被液化并用作除氮蒸馏塔的回流液。该实施例是一个开放循环型工艺，也就是，将从蒸馏塔除去的含小量甲烷，一般是1～5摩尔％甲烷的氮与制冷剂氮相混合。因此，再循环氮流包含平衡水平的甲烷，其与管线15内的来自蒸馏塔的除氮流内的甲烷水平相等。管线1内的浓缩天然气进料流的氮向再循环制冷系统提供补给氮以补偿经管线33除去的净氮量。管线33内的除氮流是足够纯的，也就是具有非常低的甲烷量，该除氮流可排放到大气中，不需用作燃料。
本发明的另一个非限制型实施例在图2所示的实施方式中举例说明。在这个实施方式中，二级压缩器被用以压缩富氮制冷剂流。这允许蒸馏塔7在低于膨胀器219的排放压力的压力下操作。图2实施例的实施方式中，管线15内的富氮塔顶馏出蒸汽流不像图1的实施方式那样，与管线21内的冷的做功膨胀的富氮流相结合。而是将这两个流体在热交换器201、203和205中分开地加温以分别产生管线207和209内的不同压力下的进一步加温的富氮流。管线207内的低压加温富氮流的一部分作为除氮流经管线211排出。该除氮流一般含有1～5摩尔％甲烷，并且可选择地排放到大气中而不是送至工厂燃料系统。管线207内剩余的流体部分在一级压缩器213内压缩到一般100～400psia的压力范围内，并与管线209内的加温的做功膨胀的中间压力的流体相结合。将该复合流进一步在二级压缩器215内压缩到一般600～1400psia的压力范围内以提供管线217内的压缩富氮流。
压缩器213和215以两个吸入流和一个排放流连续操作。每个压缩器一般是包括一个或多个连续操作的叶轮的离心压缩器，并可包括本领域已知的中间冷却器和/或后置冷却器。复合压缩器213和215可作为单个具有普通驱动器的多叶轮机器运作，其中最低压力的吸力通过废弃流211从流体207中排出后剩余的流体提供，并且中间压力的吸力通过流体209提供。
将管线217内的压缩富氮流在热交换器205内冷却，并将管线229内冷却的流体分成两部分。第一主要部分在膨胀器219内做功膨胀以产生管线21内的冷的做功膨胀的富氮流，管线221内的第二次要部分在热交换器203和201内进一步被冷却以生产管线45内的过冷液体(如果在亚临界条件下)或冷浓稠流体(如果在超临界条件下)。如上述图1的实施方式描述的那样，将管线45内的冷压缩富氮流经膨胀阀47降低压力，并引入到除氮蒸馏塔7的顶部以在这里提供冷的回流液。另外，做功膨胀会使管线45内的流体的压力降低更有效。虽然热交换器201、203和205已作为分离的交换器表示，但如果需要，它们可结合成一个或两个热交换器。将管线17内的纯化的LNG在热交换器201内通过与经管线15和21进入的冷制冷剂流的间接热交换一般过冷到—230到—260℉。最终的过冷LNG产品经管线20流入到LNG产品存储器中。存储之前过冷LNG产品的压力一般降低到接近大气压(未示出)。
另外，除了加温的废弃氮经管线211被排出之外，与管线211内废弃流相等的部分可从管线15、管线223或管线227排出，将排出的气体可做功膨胀至接近大气压并作为分离流(未示出)加温以提供该工艺额外的制冷作用。
在一个相关的实施方式中，来自蒸馏塔7的管线15内的富氮塔顶馏出蒸汽流可在分开的热交换器(未示出)中加温，压缩，并在该分开的热交换器中冷却，并与管线21内的冷的做功膨胀富氮流结合以在热交换器201、203和205内再加温。这比图2所示的过程的有效性稍差，但是对现有工厂的制冷系统的更新或扩展方面有益。
上述未讨论的图2的实施方式的其他特点与图1实施方式的相应特点相似。
本发明的另一个非限制性实施例在图3所示的实施方式中举例说明。在这个为图2实施方式的变换的实施方式中，将管线45内的冷的压缩富氮流经膨胀阀301降低压力，引入到分离器容器303中，并分离成为管线305内的蒸汽流和管线307内的液体流。管线305内的蒸汽与管线21内的冷做功膨胀富氮流结合以在热交换器201、203和205内再加温。如上述图2实施方式所述，管线307内的液体进一步经膨胀阀47降低压力并引入到除氮蒸馏塔7的顶部以在那里提供冷回流流体。
另外，分离器容器303可在比膨胀器219的排放料和管线21内的冷做功膨胀富氮流的排放料更低的压力下操作，并且管线305内的蒸汽可在热交换器201、203和205的附加通道中分开地加温。在这种选择方式中，管线305内的蒸汽可做功膨胀，并例如，在热交换器201、203和205内加温前与管线15内的富氮塔顶馏出蒸汽流结合。
在又一个选择方式中，分离器容器303可在比膨胀器219的排放料和管线21内的冷做功膨胀富氮流更高的压力下操作。管线305内的蒸汽可做功膨胀并在热交换器201、203和205内加温前，与管线21内的冷做功膨胀富氮流或与管线15内的富氮塔顶馏出蒸汽流结合。
上述未讨论的图3的实施方式的其他特点与图2实施方式的相应特点相似。
本发明的又一个非限制性实施例在图4所示的实施方式中举例说明。在这个为图3实施方式的变换的实施方式中，来自分离器容器303的部分液体经管线405排出并在除氮蒸馏塔403的中间冷凝器中汽化，得到的蒸汽经管线407返回到分离器容器303。来自分离器容器303的剩余部分液体经管线409流动，经膨胀阀411降低压力，降压流作为回流液引入到蒸馏塔403内。中间冷凝器401的使用降低了蒸馏塔顶部需要的回流液的量，从而增加了分馏过程的可逆性和效率。来自中间冷凝器的管线内的汽化液体可选择性地做功膨胀至更低压力，例如蒸馏塔压力，并在热交换器201、203和205内加温，并压缩用以再循环。未讨论的图4的实施方式的其他特点与图3实施方式的相应特点相似。
本发明的又一个非限制性实施例在图5所示的实施方式中举例说明。在这个为图2的实施方式的变换的实施方式中，浓缩天然气原料经膨胀阀501降低压力，得到的两相流体在分离器容器503中分离成为管线505内的富氮蒸汽和管线507内的富甲烷液体。将管线505内的蒸汽冷却并部分或全部在热交换器201中冷凝，管线509内的冷却流可选择地经膨胀阀511降低压力并在蒸馏塔513内的中间处作为不纯的回流液引入。
管线507内的液体在热交换器508和/或重沸热交换器3内过冷，管线11内的液体可选择地经膨胀阀13降低压力并在蒸馏塔513的较低中间点处引入。当管线507内的液体在热交换器508和/或重沸热交换器3内过冷时，蒸馏塔513可在接近LNG产品存储压力的压力下操作，并在这种情况下，不要求对从蒸馏塔513经管线517排出的纯化LNG产品进行过冷。
可选择地，蒸馏塔513可在较高压力下操作并且来自蒸馏塔底部的纯化LNG产品可在热交换器201内过冷。再循环制冷系统然后将提供制冷作用以将上述流向蒸馏塔的浓缩天然气原料过冷并将来自蒸馏塔的纯化LNG产品过冷。
未讨论的图5的实施方式的其他特点与图2实施方式的相应特点相似。
本发明的又一个非限制性实施例在为图2实施方式的变换的图6所示实施方式中举例说明。在图6中，通过在热交换器203和改进的重沸热交换器601中将管线221内的第二部分压缩富氮流冷却，来提供回流和除氮蒸馏塔7的制冷作用以产生部分和全部冷凝的管线603内的再循环流。该流体经膨胀阀605降低压力并作为回流液引入到蒸馏塔7内。
来自膨胀器912的管线219的排放流一般处于中间压力水平，并在热交换器605、203和205内与管线15内的低压富氮塔顶馏出蒸汽流的加温相分离地进行加温。管线1内的浓缩天然气原料在重沸热交换器601内过冷并选择性地通过膨胀阀13或在有两相排放料的浓稠相膨胀器中(未示出)降低压力。
管线1内的浓缩天然气原料和管线603内的蒸馏塔回流流体可选择性地在分开的重沸器中冷却，分开的重沸器一个是侧面重沸器，另一个是底部重沸器(未示出)。这将通过加热来源于蒸馏塔7的由蒸馏塔板分开的位置上的两个不同液体流来提供处于两个不同温度水平的沸腾蒸汽。另外，管线1内的浓缩天然气原料或管线603内的回流流体可在两个重沸器中使用。蒸馏塔的回流流体能选择性地从中间压力水平获得，例如从管线21内的膨胀器排放料获得。这个中间压力回流流体能在柱状重沸器中冷凝。
上述未讨论的图6的实施方式所示的其他特点与图2实施方式的相应特点相似。
本发明进一步的非限制性实施例在为图2的又一个变换的图7所示的实施方式中举例说明。在图7所示的实施方式中，蒸馏塔701使用间接的塔顶冷凝器703，其是通过将经管线45和膨胀阀47提供的冷压缩富氮流体汽化的方式将进行制冷的。来自蒸馏塔701的富氮蒸汽经管线705流动并在塔顶冷凝器703中部分冷凝。部分冷凝的流体在分离器706中被分离为管线707内的液体流和管线709内的蒸汽流。液体流经管线707作为回流液返回至蒸馏塔，将蒸汽流经管线709作为废弃氮排出。当甲烷含量低于大约5摩尔％时，该流体可选择性地排放，如果需要，该废弃氮流可在排放前在热交换器201、203和205内加温。
已经任何制冷方法液化的浓缩天然气进料经管线1进入该工艺。用以液化的制冷方法包括，例如，甲烷/乙烷(或乙烯)/丙烷级联、单一混合制冷剂、丙烷预冷却/混合制冷剂、双混合制冷剂或任何形式的膨胀器循环制冷作用，或它们的组合。经济上可行时，蒸汽和/或液体膨胀器也能作为全部制冷系统的一部分结合进来。管线1中的浓缩天然气一般在—150到—220℉和500到1000psia之间。
浓缩天然气原料可在重沸热交换器3中通过将经管线5的来自除氮蒸馏塔701的液体汽化的方式进行冷却。汽化流经管线9返回以在蒸馏塔701内提供沸腾蒸汽。如果需要，可使用冷却浓缩天然气或向蒸馏塔701提供沸腾蒸汽的其他方式。可选择性地经膨胀阀13降低压力的管线11内的冷却浓缩天然气可在中间位置处引入到蒸馏塔701内。另外，水压膨胀涡轮机或浓稠相膨胀器可以代替膨胀阀13使用以降低冷却浓缩天然气的压力。在另一个选择方式中，管线1内的浓缩天然气可经膨胀阀(未示出)或水压膨胀涡轮机(未示出)降低压力，以替代降低管线11内的冷却浓缩天然气的压力或将其进一步降低。
蒸馏塔701的制冷通过封闭循环制冷系统提供，该系统是图2的开放循环制冷系统的变型。在图7的实施方式中，将管线15内的汽化的低压富氮制冷剂流在热交换器201、203和205中加温，管线207内的最终加温流在第一级压缩器213内一般压缩到100～400psia，并与管线209内的加温的膨胀的中间压力的富氮流结合，并在第二级压缩器215内压缩到大约600～1400psia。与图2的实施方式相比，非除氮流从管线207内的富氮制冷剂流中排出。管线217内的压缩流在热交换器205中冷却，并且管线229中的冷却流的第一部分在膨胀器219内做功膨胀以提供管线21内的冷做功膨胀富氮流。经管线221的该流体的剩余部分在热交换器203和201中被冷却以提供管线45内的冷压缩富氮流体。
上述封闭循环制冷系统中使用的富氮制冷剂可从管线709中的除氮流中获得，在这种情况下，制冷剂将包含大约90～99摩尔％氮，剩余的为甲烷。另外，高于99摩尔％纯度的氮可用作制冷剂，并在这种情况下其可从外部来源获得。
可替代地，来自塔顶冷凝器703出口的管线709内的除氮流可与管线15内的汽化的富氮制冷剂流相结合，并在热交换器201、203和205内加温。将从管线207内的复合的加温的低压流中排出净废弃氮，并且将剩余部分送至第一级压缩器216以供再循环。在这个选择方式中，制冷系统将成为与图2实施方式相似的开放循环型系统，但将利用间接的塔顶回流冷凝器代替来自制冷系统的直接回流加入量。
可选择地，处于中间压力的液体富氮流能在封闭循环制冷系统中使用以向间接塔顶冷凝器703提供制冷作用。管线15内的汽化富氮制冷剂流，例如，可与管线21内的中间压力的做功膨胀的富氮流结合以在热交换器201、203和205内加温，从而省去第一级压缩器213。这将提供是图1的开放循环制冷系统的变形的封闭循环制冷系统。来自塔顶冷凝器703出口的管线709内的除氮流也能在热交换器201、203和205内分开地加温以在排放前恢复制冷作用。
本发明最后一个非限制性实施例在图8所示的实施方式中举例说明。已通过任何合适制冷方法液化的浓缩天然气原料经管线1进入该系统。该浓缩天然气在重沸热交换器3中通过将从除氮蒸馏塔7经管线5供应来的液体汽化的方式进行冷却，并将该气化流经管线9返回以在蒸馏塔7内提供沸腾蒸汽。可经水压膨胀涡轮机或膨胀器801降低压力的管线11内的冷却浓缩天然气在中间位置处引入到蒸馏塔7内。另外，膨胀阀可代替水压膨胀涡轮机801使用以降低冷却浓缩天然气的压力。在另一个选择方式中，管线1内的浓缩天然气可经膨胀阀(未示出)或水压膨胀涡轮机(未示出)降低压力，以代替降低管线11内的冷却浓缩天然气的压力或将其进一步降低。
在接近LNG产品存储压力，即15～20psia的压力下操作的蒸馏塔7内，将冷却浓缩天然气分离，以产生管线15内的富氮塔顶蒸汽流和管线803内的纯化LNG产品。管线803内的纯化LNG产品一般不需要过冷，并直接送至LNG产品存储器中。
管线15内的低压富氮塔顶蒸汽流在热交换器805和807内加温以产生管线809内的进一步加温的富氮流。管线809内的加温富氮流的一部分作为除氮流经管线811排放。该除氮流一般含有1～5摩尔％甲烷，并可选择地排放到大气中而不是送至工厂燃料系统。管线809内的该流体的剩余部分在第一级压缩器813内压缩至一般的100～400psia，然后与管线815内的加温做功膨胀的中间压力流体相结合。复合流体在第二级压缩器817内进一步压缩至大约600～1400psia的压力以提供管线819内的压缩富氮流。
管线819内的压缩富氮流在热交换器807内被冷却，并被分成两部分。将第一主要部分在膨胀器821中做功膨胀以产生管线823内的冷的做功膨胀的富氮流，将管线825内的第二次要部分在热交换器805内进一步冷却以产生管线827内的过冷液体(如果在亚临界条件下)或冷浓稠流体(如果在超临界条件下)。管线827内的冷压缩富氮流经膨胀阀849降低压力并引入到蒸馏塔7顶部以在那里提供冷回流流体。另外，做功膨胀可使管线827内的压力降低更有效。虽然已将热交换器805和807作为分离的交换器表示，但如果需要它们可结合成为单个交换器。
在任何上述实施方式中，节流阀或膨胀器均可使处理流体的压力降低更有效；膨胀器可以是旋转叶膨胀器(也就是涡轮机)或交互膨胀发动机。由膨胀器产生的膨胀功可用于驱动其他旋转设备例如压缩器。通常称为水压涡轮机或浓稠流体膨胀器的膨胀器会使液体或浓稠流体流的压力降低更有效。
实施例
参照图1描述的本发明的一个实施方式可通过下列非限制性实施例来举例说明。在—165℉和741psia下，经管线1以100lb摩尔每小时的流速提供含有(以摩尔％计)4.0％氮、88.0％甲烷、5.0％乙烷和3.0％丙烷和较重的碳氢化合物的浓缩天然气原料流，并在重沸热交换器3中冷却至—190℉。将来自重沸器的管线11内的冷却的LNG进料流经膨胀阀13闪蒸至144psia并在中间位置引入到蒸馏塔7内。在—190℉和147psia下，将含有(以摩尔％计)1.00％氮、90.75％甲烷、5.16％乙烷和3.09％丙烷和较重碳氢化合物的纯化LNG产品流经管线17以96.94lb摩尔每小时的流速排出。将该LNG产品流在热交换器19内过冷到—235℉并经管线20送至存储器。
富氮塔顶蒸汽流经管线15以34.48lb摩尔每小时的流速从蒸馏塔7排出，其在—272℉和141psia下含有99.00摩尔％氮和1.00摩尔％甲烷。将该流体与来自轮机膨胀器43的管线21内的冷的做功膨胀的富氮流结合以提供管线23内的复合冷富氮流。将该复合流在热交换器19、27和29内加温以提供过冷管线17内纯化的LNG和冷却管线42内的压缩富氮流的制冷作用，从而产生管线31内的加温的低压氮流。
现在，处于97℉和131psia下并含有99.00摩尔％氮和1.00摩尔％甲烷的管线31内的低压富氮流被分成流速为3.06lb摩尔每小时的管线33的废弃流和流速为135.49lb摩尔每小时的管线35内的主处理流。将该主处理流在压缩器37内压缩到1095psia，将得到的管线39内的100℉下的高压富氮流在热交换器29内冷却到—123℉。来自热交换器29的冷却流的主要部分经管线41以104.07lb摩尔每小时的流速排出，并在轮机膨胀器43内做功膨胀。来自热交换器29的流速为31.42lb摩尔每小时的冷却流的剩余部分经管线42通过热交换器27和19流动，在热交换器内它被冷却形成—235℉的浓稠的冷的超临界流体。该冷流体经管线45流动，并经膨胀阀47被闪蒸到141psia，然后作为回流液被引入到蒸馏塔7顶部。
从蒸馏塔7经管线15排出的富氮塔顶蒸汽流与管线21内的来自轮机膨胀器43的冷的做功膨胀的富氮流，在—270℉和141psia下结合以提供管线23内的流速为138.55lb摩尔每小时的复合的冷的富氮流。然后在热交换器19和27内将该富氮流加温到—162℉以提供将管线17内的纯化LNG产品流过冷和如上所述将管线42内的流体浓缩并过冷的制冷作用。将该复合的低压氮流在热交换器29内进一步加温到97℉以冷却管线39内的压缩的高压富氮流。
该实施例的工艺除去了大约76％的进料至蒸馏塔7内的浓缩天然气中的氮，从而在管线20中提供了含氮1.00摩尔％的纯化LNG产品，该产品在大多数情况下充分满足了产品LNG的要求。如果需要纯化的LNG产品中的含氮量更低，就要向蒸馏塔7提供额外的重沸和回流以提供更高水平的除氮。存储前，一般将管线20内的过冷的LNG产品流降低到较低压力，即15～17psia。如果允许LNG产品中的含氮量较高，可以减少蒸馏塔7的重沸和回流流体以提供较低水平的除氮。
该实施例也提供了经管线33的富氮废弃流，该流体仅含1.00摩尔％甲烷。在废弃流中的较高或较低水平的甲烷可通过适当的调整蒸馏塔7内的重沸和回流流体的流速来产生。富氮废弃流具有足够低的甲烷浓度，因此可将它排放至大气中，不需用作燃料。

Claims (22)

1.从浓缩天然气中除氮的方法，其包括：
(a)在蒸馏塔的第一位置处将浓缩天然气引入蒸馏塔内，从蒸馏塔中排出富氮的塔顶蒸汽流，并从蒸馏塔的底部排出纯化的液化天然气流；
(b)在第一位置之上的第二位置处将冷的回流流体引入蒸馏塔内，其中提供冷的回流流体的制冷作用通过对含氮的制冷剂流压缩和做功膨胀来获得；和
(c)或者(1)将纯化的液化天然气流或浓缩的天然气流之一冷却，或者(2)将纯化的液化天然气流和浓缩的天然气流这二者都冷却，其中(1)或(2)的制冷作用通过将含氮的制冷剂流压缩和做功膨胀获得。
2.如权利要求1的方法，其中制冷剂流包括全部或部分来自蒸馏塔的富氮蒸汽流。
3.如权利要求1的方法，其中富氮塔顶蒸汽流包含小于5摩尔％的甲烷。
4.如权利要求3的方法，其中富氮塔顶蒸汽流包含小于2摩尔％的甲烷。
5.如权利要求1的方法，其进一步包括在将浓缩天然气引入到蒸馏塔之前通过与从蒸馏塔底部排出的汽化液体的间接热交换将所述的浓缩天然气冷却，以提供汽化塔底流和冷却的浓缩天然气流，并将汽化塔底流引入到蒸馏塔内以在那里提供沸腾蒸汽。
6.如权利要求1的方法，其进一步包括在蒸馏塔之前通过膨胀阀或膨胀器降低冷却的浓缩天然气的压力。
7.如权利要求1的方法，其中通过下列方式提供冷回流流体，提供冷回流流体的制冷作用和冷却(i)纯化的液化天然气流或浓缩的天然气流或者冷却(ii)纯化的液化天然气流和浓缩的天然气
流这二者的制冷作用：
(1)将来自蒸馏塔的富氮塔顶蒸汽流与从富氮塔顶蒸汽流获得的做功膨胀的富氮流结合起来，产生复合的冷的富氮流；
(2)将复合的冷的富氮流加温，以通过间接热交换提供用于冷回流流体的制冷作用和冷却(i)纯化的液化天然气流或浓缩的天然气流或者(ii)纯化的液化天然气流和浓缩的天然气流这二者的制冷作用，因此产生温热的富氮流；
(3)通过与压缩的富氮流的间接热交换，将温热的富氮流进一步加温，进而提供冷却的压缩富氮流和进一步加温的富氮流；
(4)将进一步加温的富氮流的第一部分作为除氮流排出，并压缩进一步加温的富氮流的第二部分以提供(3)的压缩富氮流；
(5)将冷却的压缩富氮流的第一部分排出，并将冷却的压缩富氮流的该部分做功膨胀以提供(1)的做功膨胀的富氮流；并
(6)通过与冷的富氮流的间接热交换，将冷的压缩富氮流的第二部分冷却以提供冷的压缩富氮流，并降低冷的压缩富氮流的压力以提供冷回流流体。
8.如权利要求7的方法，其中将纯化的液化天然气流通过与来自蒸馏塔的富氮塔顶蒸汽流和冷的富氮制冷剂流的间接热交换而冷却，从而提供过冷的液化天然气产品。
9.如权利要求1的方法，其中通过下列方式提供冷回流流体，提供冷回流流体的制冷作用和冷却(i)纯化的液化天然气流或浓缩的天然气流或者冷却(ii)纯化的液化天然气流和浓缩的天然气流这二者的制冷作用；
(1)将来自蒸馏塔的富氮塔顶蒸汽流加温以通过间接热交换提供产生冷回流流体，以及冷却(i)纯化的液化天然气流或浓缩的天然气流或者(ii)纯化的液化天然气流和浓缩的天然气流这二者的制冷作用的第一部分，由此提供加温的富氮蒸汽流；
(2)将加温的富氮蒸汽流的第一部分作为除氮流排出，并压缩加温的富氮蒸汽流的第二部分以提供压缩的富氮流；
(3)将压缩的富氮流与做功膨胀的加温的富氮流相结合以提供复合的富氮流，并将该复合的富氮流压缩以提供复合的压缩富氮流；
(4)将复合的压缩富氮流冷却以产生冷却的压缩富氮流，将冷却的压缩富氮流的第一部分做功膨胀以产生冷的富氮制冷剂流，并将该冷的富氮制冷剂流加温以通过间接热交换的方式提供产生冷的回流流体和冷却(i)纯化的液化天然气流或浓缩的天然气流或者(ii)纯化的液化天然气流和浓缩的天然气流这二者的制冷作用的第二部分，由此提供加温的做功膨胀的富氮流；和
(5)通过与来自蒸馏塔的富氮塔顶蒸汽流和冷的富氮制冷剂流的间接热交换，将冷却的压缩富氮流的第二部分冷却，以提供冷的压缩富氮流，并降低冷的压缩富氮流的压力以提供冷的回流流体。
10.如权利要求9的方法，其中将纯化的液化天然气流通过与来自蒸馏塔的富氮塔顶蒸汽流和冷的富氮制冷剂流的间接热交换来过冷，以提供过冷的液化天然气产品。
11.如权利要求9的方法，其进一步包括降低冷的压缩富氮流的压力以提供冷的两相富氮流，将冷的两相富氮流分离以产生冷的富氮液体流和冷的富氮蒸汽流，降低冷富氮液体流的压力以提供冷的回流流体，并将冷的富氮蒸汽流与(4)的冷的富氮制冷剂流结合。
12.如权利要求11的方法，其进一步包括降低冷的富氮蒸汽流的压力以提供降压的蒸汽流，将降压蒸汽流与(4)的冷的富氮制冷剂流或来自(1)的蒸馏塔的富氮塔顶蒸汽流结合。
13.如权利要求11的方法，其中将冷的富氮液体流的一部分在位于蒸馏塔内的第一和第二位置之间的中间冷凝器内汽化以形成汽化的富氮流，将该汽化富氮流与冷的富氮蒸汽流结合。
14.如权利要求9的方法，其进一步包括降低浓缩天然气流的压力以形成两相流，将两相流分离成为富甲烷的液体流和富氮蒸汽流，通过与来自蒸馏塔的富氮塔顶蒸汽流和冷的富氮制冷剂流的间接热交换将富甲烷液体流冷却，以提供过冷的浓缩天然气进料流，通过与从蒸馏塔底部排出的汽化液体的间接热交换，进一步冷却该过冷的浓缩天然气进料流以提供汽化塔底流，将汽化塔底流引入到蒸馏塔内以在那里提供沸腾蒸汽，通过与来自蒸馏塔的富氮塔顶蒸汽流和冷的富氮制冷剂流的间接热交换，将富氮蒸汽流冷却以提供冷却的天然气进料流，并在位于第一和第二位置中间点处将冷却的天然气进料流引入到的蒸馏塔内。
15.如权利要求14的方法，其进一步包括通过与来自蒸馏塔的富氮塔顶蒸汽流和冷的富氮制冷剂流的间接热交换，将纯化的液化天然气过冷。
16.如权利要求9的方法，其中在通过与来自蒸馏塔的富氮塔顶蒸汽流和冷的富氮制冷剂流的间接热交换将冷却的压缩富氮流的第二部分冷却之后，并在降低冷的压缩富氮流的压力以提供冷的回流流体之前，将冷的压缩富氮流通过与从蒸馏塔底部排出的汽化液体的间接热交换进一步冷却，从而提供汽化的塔底流体，并将汽化的塔底流体引入到蒸馏塔内以在那里提供沸腾蒸汽。
17.如权利要求1的方法，其中通过下列方式提供冷的回流流体，提供冷的回流流体的制冷作用和冷却(i)纯化的液化天然气流或浓缩的天然气流或者冷却(ii)纯化的液化天然气流和浓缩的天然气流这二者的制冷作用：
(1)将冷的富氮蒸汽流加温以提供用于产生冷回流流体的制冷作用的第一部分，提供冷却(i)纯化的液化天然气流或浓缩的天然气流或者冷却(ii)纯化的液化天然气流和浓缩的天然气流这二者的制冷作用，由此提供加温的富氮蒸汽流；
(2)将加温的富氮蒸汽流压缩以提供压缩的富氮流；
(3)将压缩富氮流与加温的做功膨胀的富氮流相结合以提供复合富氮流并将复合富氮流压缩以提供复合的压缩富氮流；
(4)将复合的压缩富氮流冷却以产生冷却的压缩富氮流，将冷却的压缩富氮流的第一部分做功膨胀以产生冷的富氮制冷剂流，并将冷的富氮制冷剂流加温以提供冷却(i)纯化的液化天然气流或浓缩的天然气流或者冷却(ii)纯化的液化天然气流和浓缩的天然气流这二者的制冷作用的第二部分，由此提供(3)的加温的做功膨胀的富氮流；
(5)将冷却的压缩富氮流的第二部分通过与冷的富氮塔顶蒸汽流和冷的富氮制冷剂流的间接热交换而冷却，以提供冷的压缩富氮流，并降低冷的压缩富氮流的压力以提供冷的富氮制冷剂流；和
(6)在塔顶冷凝器内将来自蒸馏塔的塔顶蒸汽通过与冷的富氮制冷剂流的间接热交换而部分浓缩以形成两相塔顶流体和(1)的富氮蒸汽流，将两相塔顶流体分离为蒸汽部分和液体部分，将液体部分作为冷回流流体返回到蒸馏塔，并将蒸汽部分作为除氮流排出。
18.一种从浓缩天然气中除氮的系统，其包括；
(a)蒸馏塔，其具有引入浓缩天然气的第一位置、引入冷回流流体的第二位置、排出来自蒸馏塔顶部的富氮塔顶蒸汽流的塔顶管道和排出来自蒸馏塔底部的纯化的液化天然气流的管线，其中第二位置在第一位置之上；
(b)将含氮制冷剂压缩以提供压缩的含氮制冷剂的压缩装置；
(c)将第一部分压缩的含氮制冷剂做功膨胀以提供冷的做功膨胀的制冷剂的膨胀器；
(d)热交换装置，其用于将冷的做功膨胀的制冷剂加温，并用于通过与冷的做功膨胀制冷剂的间接热交换，将第二部分压缩的含氮制冷剂和(1)纯化的液化天然气流或浓缩的天然气流或者(2)纯化的液化天然气流和浓缩的天然气流这二者冷却；和
(e)降低从热交换器排出的冷却的第二部分压缩的含氮制冷剂的压力以提供给蒸馏塔制冷作用的装置。
19，如权利要求18的系统，其包括将富氮塔顶蒸汽流和冷的做功膨胀富氮气体相结合以形成冷的复合富氮流的管道装置，并且其中热交换装置包括一个或多个将冷复合富氮流加温以提供加温的复合富氮流的流体管道。
20.如权利要求19的系统，其中压缩装置包括用于加温的复合富氮流的压缩的单级压缩器。
21.如权利要求18的系统，其中热交换装置包括用于将富氮塔顶蒸汽流加温以形成加温的富氮塔顶蒸汽流的第一组流体管道，和用于将冷的做功膨胀的制冷剂加温以形成加温的做功膨胀制冷剂的第二组流体管道。
22.如权利要求21的系统，其中压缩装置包括具有第一和第二级的压缩器，其中该系统包括将来自热交换装置的加温的富氮塔顶蒸汽流转移到压缩器第一级入口的管道装置，和将来自热交换装置的加温的做功膨胀的制冷剂转移到压缩器第二级入口的管道装置。
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