CN100565061C - 柔性液态天然气工艺和方法 - Google Patents

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Abstract

设想的设备包括吸收器，其中吸收器的多条供给流的分流比被用以控制蒸馏塔的底部产物中所需组分的回收率，所述蒸馏塔接收所述吸收器的所述底部产物。在特别优选的方面中，所述设备是液态天然气设备且所述供给流的所述分流比被用以控制所需乙烷回收水平。

Description

柔性液态天然气工艺和方法
本申请要求于2003年11月3日提交的序号为60/516,120的美国临时专利申请的权利，且所述临时专利申请在此作为参考被引用。
技术领域
本发明涉及气体处理，且尤其是涉及用于柔性乙烷回收/排出的气体处理。
背景技术
膨胀工艺已经广泛用于气体处理工业中的液态烃的回收且通常优选用于乙烷和丙烷的高回收。在供给气体包含相当大量的丙烷和更重组分的情况下，这种工艺通常需要外部制冷。例如，在典型的涡轮膨胀机设备中，供给气体通过与工艺流和/或外部丙烷冷却剂进行热交换而受到冷却和部分冷凝。包含更少挥发性组分的冷凝液体随后被分离且供给至在中压或低压下进行作业的分馏塔。剩余蒸汽部分在涡轮膨胀机中降低压力至更低的压力，导致进行进一步冷却并形成液体。在膨胀机排放压力通常处于脱甲烷塔压力的情况下，双相流被供给至脱甲烷塔的顶部，且冷却液体用作顶部回流以吸收更重的烃。剩余蒸汽与塔的塔顶馏出物组合作为残余气体，所述残余气体随后被加热且重新压缩至管线压力。
然而，在多种膨胀机设备构型中，来自分馏塔的残余蒸汽仍包含相当大量的乙烷或丙烷加上烃，所述乙烷或丙烷加上烃如果致冷(chilled)至更低的温度或经历精馏阶段则可被回收。尽管可在涡轮膨胀机上获得更低的温度和更高的膨胀比，但存在多个缺点。尤其是，更高的膨胀通常导致更低的塔压力和更高的残余气体压缩装置的马力需求，使得实现高回收不经济。因此，多种液态天然气回收构型采用附加精馏塔，且将更冷且更贫化的回流物用于分馏塔的塔顶馏出物蒸汽(见下文)。此外，大多数已公知的液态天然气回收构型被最优化以进行单模式作业(即乙烷回收或丙烷回收)。因此，当这种液态天然气设备需要切换回收模式(即从乙烷至丙烷回收)时，效率和回收水平倾向于明显下降。更进一步地，在大多数设备中，大体上进行重构且改变作业条件是必要的从而获得可接受的结果。例如，大多数已公知的设备构型在乙烷回收过程中回收超过98％的C3和更重的烃，但在乙烷排出过程中通常不能保持相同的高丙烷回收率。在乙烷排出作业中，这种工艺的丙烷回收水平通常下降至约90％，由此导致产品收入的明显损失。
目前的液态天然气(NGL)回收系统可被分成单塔构型或双塔构型，且下面总结了一些作业差异。美国专利No.4,854,955中描述了一种典型的用于进行乙烷回收的单塔构型(所述构型还适用于进行乙烷排出)。这种构型由于分馏塔具有相对较低的作业温度和压力而因此可用于进行中等水平的乙烷回收。在这种设备中，使用由供给气体致冷器产生的冷却剂通过塔顶馏出物交换器对塔的塔顶馏出物蒸汽进行冷却和冷凝。该附加的冷却步骤对来自塔的塔顶馏出物气体的丙烷和更重的组分进行冷凝，所述丙烷和更重的组分在下游分离器中进行回收且返回塔作为回流。对于乙烷排出而言，该塔作为脱乙烷塔进行作业，且压力通常被降低至约350psig从而由涡轮膨胀产生充分的冷却剂并进行乙烷/丙烷分离。然而，更低的塔压力通常导致增加的残余气体压缩装置的马力需求。美国专利No.6,453,698中描述了采用单塔进行乙烷回收和乙烷排出的其它液态天然气回收构型。此处，从塔中收回中间流以产生贫化蒸汽，所述贫化蒸汽进一步受到冷却和冷凝以产生到达塔的贫化回流物。尽管热整合、回流构型和工艺复杂性在多种这些设计中产生改变，但所有或几乎所有构型受到高耗能的困扰(例如，由于冷却和分馏需要更低的塔压力)。
另一种可选方式是，典型的双塔液态天然气设备采用回流吸收器和作为脱甲烷塔或脱乙烷塔进行作业的蒸馏塔，蒸馏塔通常允许在不同压力下操作吸收器和蒸馏塔过程中存在更大的柔性。然而，常规的双塔设备通常仅对于乙烷回收或丙烷回收是经济的，但并非对于二者都是经济的，且切换回收模式通常导致明显的丙烷损失(例如，提供小于98％+的C3回收率)。
例如，在美国专利Nos.5,953,935和5,771,712中，来自蒸馏塔的塔顶馏出物蒸汽或液体再循环至吸收器作为贫化回流物。尽管这种设备提供了相对较高的乙烷和丙烷回收率，但在大多数作业条件下具有高产量的丙烷回收的乙烷排出通常存在问题。另一种可选方式是，如美国专利No.6,363,744所示，来自残余气体压缩机排放物的残余气体流的一部分进行再循环作为脱甲烷塔中的贫化回流物。然而，使用残余气体产生用于脱甲烷塔的冷回流消耗了大量的马力，且残余气体压缩装置的成本高得惊人且通常不经济。此外，几乎所有上述构型需要用于吸收器和蒸馏塔的低温作业温度以进行乙烷回收作业，由此增加安装的投资成本。
因此，已经进行了多种尝试以增加从天然气中分离和回收乙烷和更重的液态天然气的工艺的效率和经济性。然而，当需要进行乙烷排出时，所有或几乎所有尝试不能实现经济操作。此外，目前已公知的构型不能提供仅暂时需要乙烷回收的作业柔性。因此，仍需要提供改进的方法和构型以进行柔性液态天然气回收。
发明内容
本发明人已经发现可在设备构型中实现高且柔性的液态天然气回收(例如，至少99％的C3，和高于至少90％的C2)，在所述设备构型中多条吸收器供给流之间的分流比确定出蒸馏塔底部产物中C2和C3组分的所需回收程度。
在本发明主题的一个预想方面中，一种用于液态天然气柔性乙烷回收/排出的设备，所述设备包括：吸收器，所述吸收器被构造用以独立地接收供给气体蒸汽的第一部分和第二部分、供给气体液体的第一部分和第二部分以及蒸馏塔的塔顶馏出物的第一部分和第二部分；其中所述供给气体蒸汽的所述第一部分和所述蒸馏塔的塔顶馏出物的所述第一部分为所述吸收器提供回流，所述供给气体蒸汽的所述第二部分、蒸馏塔的塔顶馏出物的第二部分、供给气体液体的第一部分和第二部分被供给至所述吸收器；和控制单元，所述控制单元控制所述供给气体蒸汽的所述第一部分与所述第二部分的比率、所述供给气体液体的所述第一部分与所述第二部分的比率以及所述蒸馏塔的塔顶馏出物的所述第一部分与所述第二部分的比率中的至少一个比率作为所述蒸馏塔的底部产物中的所需产物的所需回收率的函数。应该认识到，优点尤其在于分流比确定出所述吸收器的塔顶馏出物的温度。
最优选地，所述蒸馏塔被构造用以作为脱甲烷塔和脱乙烷塔中的至少一种进行作业且在与所述吸收器相比相同或更低的压力下进行作业，所述底部产物中的所述供给气体组分为乙烷。在吸收器在高于所述蒸馏塔的压力下进行作业的情况下，通常优选采用所述吸收器底部产物的膨胀以提供冷却(最优选提供所述供给气体的冷却)。此外，所述蒸馏塔的塔顶馏出物的所述第二部分通常优选被供给至所述吸收器的所述底部由此形成汽提气体。因此，在优选的构型中，当所述供给气体蒸汽的所述第一部分相对于所述供给气体蒸汽的所述第二部分增加时，和/或当所述蒸馏塔的塔顶馏出物的所述第一部分相对于所述蒸馏塔的塔顶馏出物的所述第二部分减少时，所述底部产物中的所述乙烷回收率增加。
在所述设备中，所述至少一个比率确定吸收器塔顶馏出物的温度。
在所述设备中，所述吸收器被构造用以在吸收器压力下进行作业，所述蒸馏塔被构造用以在蒸馏塔压力下进行作业，且所述吸收器压力大于所述蒸馏塔压力。
在所述设备中，吸收器底部产物产生膨胀从而实现对供给气体的至少一部分致冷。
在所述设备中，所述蒸馏塔塔顶馏出物的所述第二部分被供给至所述吸收器的底部以由此形成汽提气体流。
在所述设备中，所述控制单元控制所述供给气体蒸汽的所述第一部分与所述第二部分的比率、所述供给气体液体的所述第一部分与所述第二部分的比率以及所述蒸馏塔的塔顶馏出物的所述第一部分与所述第二部分的比率中的至少两个比率。
在所述设备中，所述控制单元控制所述供给气体蒸汽的所述第一部分与所述第二部分的比率、所述供给气体液体的所述第一部分与所述第二部分的比率以及所述蒸馏塔的塔顶馏出物的所述第一部分与所述第二部分的比率。
因此，在本发明主题的另一方面中，一种操作设备的方法，所述方法包括：提供吸收器和蒸馏塔，其中所述吸收器接收多条供给流且为所述蒸馏塔提供底部产物，其中所述多条供给流为(i)供给气体蒸汽流，(ii)供给气体液体流，以及(iii)蒸馏塔的塔顶馏出物流；将至少一条所述供给流分流形成第一部分和第二部分，且在不同位置处将所述第一部分和所述第二部分引至所述吸收器，并且(i)所述供给气体蒸汽流的第一部分和第二部分分别作为回流物和吸收器供给物被供给至所述吸收器，(ii)所述供给气体液体流的第一部分和第二部分分别被供给至所述吸收器的底部部分，(iii)蒸馏塔的塔顶馏出物流的第一部分和第二部分分别作为回流物和吸收器供给物被供给至所述吸收器；并且利用所述第一部分与所述第二部分间的流量比控制所述蒸馏塔的底部产物中所需产物的回收率。这种方法中尤其优选的供给流包括可由高压分离器提供的以蒸汽和/或液体形式存在的液态天然气。
优选地，所述方法进一步包括将另一条所述供给流分流形成第一部分和第二部分，且在不同位置处将所述第一部分和所述第二部分引至所述吸收器，并且分别利用所述供给流的所述第一部分与所述第二部分间的流量比控制所述蒸馏塔的所述底部产物中的所需产物的回收率的步骤。
在所述方法中，所述多条供给流包括液态天然气蒸汽和液态天然气液体。
在所述方法中，通过高压分离器提供所述液态天然气蒸汽和所述液态天然气液体。
在所述方法中，所述蒸馏塔的所述底部产物中的所需产物是乙烷。
在所述方法中，所述吸收器在高于所述蒸馏塔中压力的压力下进行作业。
从另一个角度看，一种操作液态天然气设备的方法，所述方法包括：提供被流体联接至蒸馏塔的吸收器，其中所述吸收器接收供给气体蒸汽、供给气体液体和来自所述蒸馏塔的塔顶馏出产物；并且将(a)供给气体蒸汽中作为回流物被供给至吸收器的部分，(b)供给气体液体中作为供给物被供给至所述吸收器的部分，和(c)塔顶馏出产物中作为第二回流物被供给至吸收器的部分中的至少两种以有效地控制吸收器塔顶馏出物温度从而使得当所述吸收器塔顶馏出物温度降低时所述蒸馏塔的底部产物中的乙烷含量增加。通常优选地，在这种方法中，所述吸收器在等于或高于所述蒸馏塔中压力的压力下进行作业。
通过附图和对本发明的优选实施例的以下详细描述将更易于理解本发明的多个目的、特征、方面和优点。
附图说明
图1是根据本发明主题的一种液态天然气设备的示意构型，其中吸收器在高于蒸馏塔的压力下进行作业；
图2是根据本发明主题的另一种液态天然气设备的示意构型，其中吸收器在与蒸馏塔相同的压力下进行作业；和
图3是根据本发明主题的又一种液态天然气设备的示意构型，其中吸收器在高于蒸馏塔的压力下进行作业。
具体实施方式
本发明的发明人已经发现，当设备包括接收至少两股回流物流的吸收器时，可实现较高且柔性的液态天然气回收(例如，根据需要，至少99％的C3，和高于至少90％的C2)。在一个优选方面中，该设备被构造为双塔设备，其中第一塔作为回流吸收器进行作业，且其中蒸馏塔作为脱甲烷塔或脱乙烷塔进行作业。这种构型将有利地允许通过改变工艺温度、分流比和/或到达吸收器的至少一条供给流的供给位置而改变组分回收率。
在一种特别优选的构型中，吸收器在高于蒸馏塔的压力下进行作业，且来自吸收器的底部液体受到J-T处理(即通过Joule-Thompson阀降低压力)或要不然进行膨胀并供给至蒸馏塔。尤其应该意识到，吸收器底部的J-T效应供应一部分冷却剂以进行供给气体致冷。来自蒸馏塔的塔顶馏出物蒸汽在再循环压缩机中进行压缩且返回第一塔。
在另一种特别优选的构型中，吸收器在与蒸馏塔大约相同的压力(例如，压力差不超过25psi，更典型地不超过15psi)下进行作业，且来自吸收器的底部液体被泵送至蒸馏塔。吸收器底部的制冷剂被用于在供给蒸馏塔之前对供给气体进行致冷。在又一种特别优选的构型中，其中蒸馏塔在低于吸收器的压力下进行作业，使用受由涡轮膨胀机产生的动力驱动的再循环压缩机，使得消除了对于附加残余气体压缩装置的需要。
此外，来自蒸馏塔的塔顶馏出物蒸汽通常优选被分流形成两个部分，其中通过来自吸收器的塔顶馏出物蒸汽在回流交换器中对第一部分进行致冷，由此形成到达吸收器顶部的冷回流。塔顶馏出物蒸汽的第二部分被供给至吸收器底部以形成汽提气体。因此，来自蒸馏塔的第一蒸汽部分与第二蒸汽部分的分流比将设备的作业确定为乙烷回收(在10％至90％的范围内变化)或乙烷排出。此外，还优选通过对来自高压分离器的冷蒸汽的第一部分进行致冷而产生的第二回流物对第一塔进行供给。该第二回流被供给至恰位于顶部回流下面的位置。来自高压分离器的冷蒸汽的第二部分通过涡轮膨胀机(或其它膨胀装置)降低压力并进入吸收器的中部内，其中来自高压分离器的第一蒸汽部分与第二蒸汽部分的分流比将设备的作业确定为乙烷回收(在10％至90％的范围内变化)或乙烷排出。
在尤其优选的方面中，应该认识到，来自蒸馏塔的贫化蒸汽流和来自高压分离器的贫化蒸汽流通过与来自吸收器的塔顶馏出物蒸汽进行热交换而至少部分(且更优选全部)受到冷凝并随后被供给至吸收器的顶部作为贫化回流物。与目前已公知设备中的单条回流构型相比，这两股回流物流明显增加了分离效率。例如，来自蒸馏塔的大多数塔顶馏出物蒸汽在乙烷回收过程中绕过回流交换器且按一定路线直接到达吸收器底部。该流可有利地用作吸收器的汽提蒸汽，由此进一步增强吸收器的分离效率和汽提蒸汽中乙烷组分的再吸收。因此，预想的设备将在双塔工艺中获得甚至更高的乙烷或丙烷回收率。
对于来自高压分离器的液体而言，液体通常优选被分流形成两个部分且独立地供给至吸收器。供给气体液体的分流比再次将乙烷回收确定为所需水平或总体乙烷排出。在尤其优选的方面中，供给气体液体的第一部分按一定路线直接到达吸收器底部上面的塔盘；而第二部分通过入口气体交换器中的入口气体受到加热且被供给至吸收器的底部。使用受到J-T处理后的来自高压分离器的冷液体可有效地对来自蒸馏塔的再循环蒸汽进行精馏。因此，借助分流比控制装置则允许对于不同回收作业而言具有一定的柔性。术语“高压分离器”指的是接收在约500psig至约2000psig、且更典型在约700psig至约1300psig之间的压力下的供给气体的分离器。此外，在术语“约”与数字结合使用时，预想的数字包括该数字及其+/-10％的绝对偏差(包括端点)。
在如图1所示的特别优选的构型中，设备包括被流体联接至蒸馏塔60的吸收器58。为了减少残余气体压缩装置71的能量消耗，吸收器58在高于蒸馏塔60的压力下进行作业。采用压缩机66对蒸馏塔的塔顶馏出物蒸汽进行再压缩从而使所希望的组分再循环至吸收器以进行回收。通常，吸收器在约400psig与约650psig之间的压力下进行作业，而用作脱甲烷塔(在乙烷回收过程中)或脱乙烷塔(在乙烷排出过程中)的蒸馏塔在约400psig至约500psig之间的压力下进行作业。尽管更高的压力将进一步减少残余气体压缩机的功率消耗，但由于在更高的压力下组分的相对挥发性降低而使得难以进行所希望产物的分离。最佳的塔压力通常由供给气体成分、作业条件和项目的经济性确定。应该注意到，当吸收器在相对较低的压力(最通常在蒸馏塔的压力)下进行作业的情况下，可省去再循环压缩机。
典型的供给气体成分(摩尔百分比)用于下列实例：1％ CO2、86％ C1、5％ C2、4％ C3、3％ C4和2％ C5+。在换热器51中使用残余气体流19、膨胀分离器液体流8、膨胀吸收器底部液体流18和可选的补充丙烷制冷剂流41中的冷却剂含量对在110°F和1000psig下的供给气体流1进行冷却。供给气体通常被冷却至-15°F至-55°F以形成冷却流2，所述冷却流在分离器52中被分离成蒸汽部分3和液体部分4(所述液体部分进一步分流形成流5和流6)。流5与流6之间的分流比根据需要进行调节以分馏成所需产物成分。
例如，当需要高乙烷回收时，流6的流速相对于流5增加。流6的压力通过J-T阀54被降低至约600psia从而形成膨胀流7，所述膨胀流7被供给进入吸收器58的精馏部分内。在乙烷回收过程中，主要包含C3和更重的组分的流6作为用于吸收且冷凝出现在吸收器底部处的流32中的乙烷的液体。在乙烷排出过程中，流5的流速相对于流6增加。流5的压力通过J-T阀53被降低至约600psia以形成流8。流8的冷却剂含量被用以冷却交换器51中的供给气体以形成温度为约-10°F至约-40°F的流9。流9按一定路线到达吸收器底部且在乙烷排出作业过程中提供至少一部分汽提蒸汽。
借助利用J-T和涡轮膨胀机作业而产生的来自高压分离器52的蒸汽流3实现对供给气体的低温致冷。此处，蒸汽流3被分流形成两个部分，流11和流10。第一部分流11在涡轮膨胀机55中膨胀以形成膨胀流14(通常在约-75°F至约-115°F)，所述膨胀流被引入吸收器58的中部附近。第二部分流10在换热器56中被冷却至约-80°F至约-130°F且通过J-T阀57降低压力由此形成冷回流物13(通常在约-115°F至约-140°F)。流13被供给进入吸收器58内作为第二回流物。流10与流11之间的分流比也可根据需要进行调节从而实现所需分馏。
例如，当需要高乙烷回收率时，流10与流3的流量比增加(例如增加至约0.2至0.4)，导致到达交换器56的流10的流速增加。在交换器56中使用来自吸收器塔顶馏出物蒸汽流16的冷却剂含量对流10进行冷却且使其部分或全部冷凝，由此形成流12。该冷流进一步受到J-T处理，且被用作冷且贫化回流物以对吸收器中的乙烷和更重的组分进行精馏和回收。在乙烷排出过程中，流10与流3的流量比被降低或甚至消除(例如达约0.0至0.2)，导致流10的流速更低。在这种条件下，乙烷组分的再冷凝被减少或甚至完全避免，这降低了乙烷排出作业过程中的内部回流。吸收器精馏部分随后根据需要在更高的温度下进行作业以进行乙烷排出作业。例如，与乙烷回收作业过程中的-135°F相比，吸收器在乙烷排出过程中通常在约-95°F下进行作业。
为了进一步提高液体回收效率，吸收器58还接收通过冷却一部分来自蒸馏塔60的压缩蒸汽流30而形成的第一回流物15。可选地对于乙烷排出而言，一部分来自蒸馏塔的馏出物，流42，在J-T阀70中受到J-T处理且在交换器56中受到致冷之后可用以提供附加回流。当对富含乙烷的供给气体进行处理时，其中供给气体中的乙烷含量优选超过15％摩尔百分比，使用来自塔的馏出物液体是特别有利的。
压缩流30被分流形成流31和流32，其中分流比确定乙烷回收水平。例如，在乙烷排出过程中，流31相对于流30的流量比增加(例如至约0.8至1.0)。因此，大多数或所有再循环流与要在交换器56中受到致冷和冷凝的流31的路线相同，形成回流物15(通常在约-80°F至约-100°F之间)。应该注意到，回流物15中富含乙烷且因此作为贫化回流物进行丙烷回收特别有效。在乙烷回收过程中，流31相对于流30的流量比降低(例如至约0.0至0.2)。因此，回流物31的流量减少且流32的流量增加。流32的温度通常在20°F至-20°F之间(即，处于压缩之后的过热状态)。
通常在400psig至650psig之间的压力下进行作业的吸收器产生塔顶馏出物流16和底部流17。应该认识到，流16和17的温度将根据乙烷回收水平产生改变。例如，在高乙烷回收过程中，塔顶馏出物温度通常被保持在约-110°F至约-145°F。在乙烷排出过程中，塔顶馏出物的温度增加至约-80°F至约-100°F。通过分别为第一回流物31和第二回流物10提供冷却而在换热器56中对吸收器塔顶馏出回流物15中的冷却剂含量进行回收。残余冷却剂随后用于换热器51中以对供给气体进行致冷。通过J-T阀59使吸收器底部流17的压力降低且受到冷却(形成流18)以供应附加冷却剂从而对供给气体进行致冷。通常在约20°F至约-40°F的流18在进入蒸馏塔60的上部之前在交换器51中被加热至约60°F至约100°F从而形成流23。
蒸馏塔60(通常在约400至约500psig下进行作业)在乙烷回收作业过程中用作脱甲烷塔且使流23分馏成乙烷和更重的底部产物25以及富甲烷塔顶馏出物流24。另一方面，蒸馏塔60在乙烷排出作业过程中用作脱乙烷塔，产生富丙烷底部产物和富乙烷塔顶馏出物蒸汽。在回流交换器61中使用丙烷制冷流40对塔顶馏出物蒸汽进行冷凝，形成约-10°F至约-40°F的流26。流26在回流鼓62中被分离成液体流28和蒸汽流27。液体流28由回流泵63进行泵送以形成流29并返回蒸馏塔顶部作为回流。一部分馏出物可如前所述用作吸收器中的回流。还应该意识到，蒸馏塔60在允许使用低成本碳钢的温度(例如约-40°F或更高)下进行作业。相反，特别是在乙烷回收过程中，常规构型通常需要蒸馏塔在低温温度(例如低于约-40°F)下进行作业，这使得有必要使用低温级钢。
蒸汽流27受到压缩机66的压缩形成流30，所述流被分流形成流31(且通过J-T阀67降低压力)和32(且通过J-T阀68降低压力)。因此，一部分流27被用于回流而另一部分被用于在吸收器58底部进行乙烷再吸收。通过使用来自供给气体或来自底部产物的热含量的侧部再沸器64(可选)供应蒸馏塔60中的加热需求，或可进一步通过使用外部热源的底部再沸器65补充所述加热需求。根据具体供给气体成分和作业条件，液态天然气底部产物25的温度处于约100°F至约250°F范围内。
残余气体流20在约370psig至约600psig下离开供给交换器51且被膨胀压缩机55压缩至约420psig至约650psig，由此形成压缩残余气体流21。如果需要，可使用通过压缩机71进行的附加再压缩以使残余气体压力升高至销售气体管线压力。可选地，压缩机排放蒸汽流38在到达销售气体管线之前在交换器72中受到冷却以形成流39。
下表示出了关键工艺特征，即在获得多种水平(0％-90％)的乙烷回收和97％或更高的丙烷回收过程中的分流比和制冷功率消耗。更高的乙烷回收作业需要降低分离器和吸收器塔顶馏出物温度，因此使由制冷压缩机供应的制冷需求增加和/或需要通过降低吸收器压力而在涡轮膨胀机上获得更高的膨胀比。在所有作业中，蒸馏塔在约-40°F或更高的温度下进行作业，使得仅需要碳钢材料的构造。
作业情况                     1     2     3      4      5
C2回收率                     0％   40％  60％   80％   90％
C3回收率                     98％  98％  97％   98％   99％
关键工艺条件：
分离器52，°F                -35   -40   -52    -52    -54
交换器56出口(流12)，°F      -80   -100  -103   -116   -129
分离器52蒸汽比(流10与流3)    0.20  0.32  0.37   0.37   0.37
分离器52液体比(流5与流4)     1.00  1.00  0.80   0.60   0.25
再循环蒸汽比(流31与流30)     0.83  0.35  0.00   0.00   0.00
吸收器塔顶馏出物(流16)，°F  -83   -104  -107   -121   -134
吸收器塔顶馏出物(流16)，psia 588   588   588    498    418
再循环压缩机66，HP           665   693   705    612    不要求
制冷压缩机，HP               7,817 7,026 10,656 11,751 14,390
在如图2所示的第二种特别优选的构型中，设备包括被流体联接至蒸馏塔60的吸收器58，且吸收器在与蒸馏塔大约相同的压力下进行作业。在这种构型中，吸收器在约400psig至约500psig下进行作业，且蒸馏塔在约410psig至约510psig下进行作业。在蒸馏塔在略微更高的压力下进行作业的情况下，不需要图1所示的再循环压缩机66。当需要90％的高乙烷回收率时，这种情况被示作表1中的作业情况5。应该注意到，工艺条件，具体而言为用于不同水平的乙烷回收的分流比，与前面的设计相似。然而，不需要再循环压缩机66，且塔顶馏出物蒸汽30可按一定路线到达交换器56以受到致冷形成到达吸收器的回流和/或按一定路线到达吸收器的底部作为汽提蒸汽。此外，需要吸收器底部泵69以升高吸收器底部压力从而对蒸馏塔进行供给。对于剩余部件和标记而言，应用与图1相同的标记和考虑因素。
在如图3所示的第三种特别优选的构型中，设备包括被流体联接至蒸馏塔60的吸收器58，且吸收器在高于蒸馏塔的压力下进行作业。在这种构型中，吸收器在高于约510psig至约610psig的销售气体压力的压力下进行作业，而不需要图1和图2所示的独立的残余气体压缩机71。蒸馏塔在更低的压力，通常在约300psig至约400psig之间的压力下进行作业，且受到由涡轮膨胀机55驱动的再循环气体压缩机66压缩的塔顶馏出物蒸汽在交换器56中进行致冷后返回吸收器。再次地，其余工艺参数和部件与图1所示的构型相似，且对于其余部件和标记而言，应用与图1相同的标记和考虑因素。
对于适当的供给气体流而言，预想到多种供给气体流是适当的，且尤其适当的供给气体流可包括不同分子质量的多种烃。对于预想烃的分子质量而言，供给气体流通常优选主要包括C1-C6烃。然而，适当的供给气体流可附加地包括酸性气体(例如，二氧化碳，硫化氢)和其它气体组分(例如氢)。因此，特别优选的供给气体流是天然气和液态天然气。
在本发明主题的进一步优选的方面中，供给气体流受到冷却以使至少一部分供给气体流中更重的组分冷凝，且在尤其优选的构型中，供给气体流受到冷却且被分离成蒸汽部分和液体部分，其中蒸汽部分被进一步冷却且分离成第二蒸汽部分和第二液体部分。尽管不限于在此示出的发明概念，但特别优选使用吸收器塔顶馏出产物和/或吸收器底部产物的冷却剂含量实现这些冷却步骤。
此外，或另一种可选方式是，从供给气体流中分离出的液体进一步优选在下部被供给进入吸收器内以进行精馏。对于蒸汽部分而言，应该意识到，第二蒸汽部分被分流形成旁通流和涡轮膨胀机流，其中涡轮膨胀机流被供给进入涡轮膨胀机内且随后进入吸收器内，且其中优选使用吸收器塔顶馏出产物的冷却剂含量对旁通流进行进一步冷却，且所述旁通流随后在进入吸收器的上部作为回流物之前通过除涡轮膨胀机以外的装置降低压力。尤其适当的装置包括焦耳-汤姆生(Joule-Thomson)阀，然而，降低压力的所有其它已公知装置和方法也被认为适用于此。例如，适当的其它可选装置可包括功率回收涡轮机和膨胀喷嘴装置。
此外，来自蒸馏塔的塔顶馏出物蒸汽优选被分流形成两个部分，且一个部分被供给进入吸收器内作为到达吸收器的第一回流或到达下部以在乙烷组分的回收过程中进行精馏。对于蒸汽部分而言，应该意识到，回流蒸汽部分被供给进入塔顶馏出物交换器内，所述回流蒸汽部分在被用作进入吸收器内的回流之前受到吸收器塔顶馏出物蒸汽的冷却和冷凝，且其中底部部分按一定路线直接到达吸收器底部以进行乙烷回收。
吸收器塔顶馏出物和底部产物优选被用作换热器中的制冷剂，其中换热器为第一回流物和第二回流物提供冷却。此外，吸收器塔顶馏出产物优选可用作在至少一个且优选至少两个附加换热器中的制冷剂，其中在供给气体的分离蒸汽部分和供给气体流被再压缩达到残余气体压力之前，吸收器塔顶馏出产物对供给气体的分离蒸汽部分和供给气体流进行冷却。相似地，吸收器底部产物被用作制冷剂从而在供给气体流作为塔供给物进入蒸馏塔之前对供给气体流进行冷却。适当的吸收器可根据具体构型进行改变。然而，吸收器通常优选是塔盘或填充床型吸收器。
吸收器底部产物在蒸馏塔中进行分离以形成所需底部产物(例如C2/C3+或C3/和C4+)。因此，根据所需底部产物，适当的蒸馏塔包括脱甲烷塔和脱乙烷塔。在所需底部产物为C3和C4+的情况下，蒸馏塔塔顶馏出产物预想在冷却器(例如使用外部制冷剂)中受到冷却且分离成蒸馏塔回流部分和蒸汽部分。因此，尤其应该意识到来自蒸馏塔的蒸汽塔顶馏出产物被进一步分裂且可用作吸收器的回流物，其中回流物是被供给至吸收器的顶部塔盘的贫化回流物。相似地，在所需底部产物为C2/C3+的情况下，蒸馏塔塔顶馏出产物预想绕过冷却器且蒸汽部分被用作吸收器的底部供给物。还应该尤其意识到，在这种乙烷回收构型中，来自蒸馏塔的蒸汽塔顶馏出产物再循环回吸收器以对C2+组分进行再吸收，从而导致高的乙烷回收率。
对于所需C2/C3+底部产物的中等水平而言，蒸馏塔塔顶馏出产物预想部分地绕过冷却器且蒸汽部分被用作吸收器的底部供给物。还应该尤其意识到，在这种乙烷回收构型中，仅一部分来自蒸馏塔的蒸汽塔顶馏出产物再循环回吸收器以对C2+组分进行再吸收，从而导致高的乙烷回收率。
因此，应该尤其认识到，在预想构型中，由回流物(通过吸收器底部和塔顶馏出产物的冷却)至少部分地提供吸收器的冷却需求，且通过采用第一回流物和第二回流物而明显提高了C2/C3回收率。对于C2回收而言，预想这种构型提供至少85％、更典型至少88％且最典型至少90％的回收率，而预想C3回收率将达到至少95％、更典型至少98％且最典型至少99％。
由此，已经披露了柔性液态天然气工艺和方法的具体实施例和应用。然而，本领域的技术人员应该易于理解，在不偏离本文的发明概念的情况下可能作出除已经描述的那些变型外的更多变型。因此，除所附权利要求的精神外，本发明主题不受任何限制。此外，在解释说明书和权利要求的过程中，所有术语应该以与上下文一致的尽可能广义的方式进行解释。具体而言，术语“包含(comprises)”和“包括(comprising)”应该被解释为以非排他方式提及的元件、部件或步骤，意味着所提及的元件、部件或步骤可能存在或利用或与未公开提及的其它元件、部件或步骤组合使用。此外，在引用中对术语的定义或使用与本文中提供的术语定义不一致或相反的情况下，所述术语在此作为参考被引用，本文中提供的该术语的定义和引用中该术语的定义不适用。

Claims (18)

1、一种用于液态天然气柔性乙烷回收/排出的设备，所述设备包括：
吸收器，所述吸收器被构造用以独立地接收供给气体蒸汽的第一部分和第二部分、供给气体液体的第一部分和第二部分以及蒸馏塔的塔顶馏出物的第一部分和第二部分；
其中所述供给气体蒸汽的所述第一部分和所述蒸馏塔的塔顶馏出物的所述第一部分为所述吸收器提供回流，所述供给气体蒸汽的所述第二部分、蒸馏塔的塔顶馏出物的第二部分、供给气体液体的第一部分和第二部分被供给至所述吸收器；和
控制单元，所述控制单元控制所述供给气体蒸汽的所述第一部分与所述第二部分的比率、所述供给气体液体的所述第一部分与所述第二部分的比率以及所述蒸馏塔的塔顶馏出物的所述第一部分与所述第二部分的比率中的至少一个比率作为所述蒸馏塔的底部产物中的所需产物的所需回收率的函数。
2、根据权利要求1所述的设备，其中所述蒸馏塔被构造用以作为脱甲烷塔和脱乙烷塔中的至少一种进行作业，且所述底部产物中的所述供给气体组分为乙烷。
3、根据权利要求1所述的设备，其中所述至少一个比率确定吸收器塔顶馏出物的温度。
4、根据权利要求1所述的设备，其中所述吸收器被构造用以在吸收器压力下进行作业，所述蒸馏塔被构造用以在蒸馏塔压力下进行作业，且所述吸收器压力大于所述蒸馏塔压力。
5、根据权利要求4所述的设备，其中吸收器底部产物产生膨胀从而实现对供给气体的至少一部分致冷。
6、根据权利要求1所述的设备，其中所述蒸馏塔塔顶馏出物的所述第二部分被供给至所述吸收器的底部以由此形成汽提气体流。
7、根据权利要求1所述的设备，其中所述控制单元控制所述供给气体蒸汽的所述第一部分与所述第二部分的比率、所述供给气体液体的所述第一部分与所述第二部分的比率以及所述蒸馏塔的塔顶馏出物的所述第一部分与所述第二部分的比率中的至少两个比率。
8、根据权利要求1所述的设备，其中所述控制单元控制所述供给气体蒸汽的所述第一部分与所述第二部分的比率、所述供给气体液体的所述第一部分与所述第二部分的比率以及所述蒸馏塔的塔顶馏出物的所述第一部分与所述第二部分的比率。
9、根据权利要求2所述的设备，其中当所述供给气体蒸汽的所述第一部分相对于所述供给气体蒸汽的所述第二部分增加时，所述底部产物中的乙烷回收率增加。
10、根据权利要求2所述的设备，其中当所述蒸馏塔的塔顶馏出物的所述第一部分相对于所述蒸馏塔的塔顶馏出物的所述第二部分减少时，所述底部产物中的乙烷回收率增加。
11、一种操作设备的方法，所述方法包括：
提供吸收器和蒸馏塔，其中所述吸收器接收多条供给流且为所述蒸馏塔提供底部产物，其中所述多条供给流为(i)供给气体蒸汽流，(ii)供给气体液体流，以及(iii)蒸馏塔的塔顶馏出物流；
将至少一条所述供给流分流形成第一部分和第二部分，且在不同位置处将所述第一部分和所述第二部分引至所述吸收器，并且(i)所述供给气体蒸汽流的第一部分和第二部分分别作为回流物和吸收器供给物被供给至所述吸收器，(ii)所述供给气体液体流的第一部分和第二部分分别被供给至所述吸收器的底部部分，(iii)蒸馏塔的塔顶馏出物流的第一部分和第二部分分别作为回流物和吸收器供给物被供给至所述吸收器；并且
利用所述第一部分与所述第二部分间的流量比控制所述蒸馏塔的底部产物中所需产物的回收率。
12、根据权利要求11所述的方法，进一步包括将另一条所述供给流分流形成第一部分和第二部分，且在不同位置处将所述第一部分和所述第二部分引至所述吸收器，并且分别利用所述供给流的所述第一部分与所述第二部分间的流量比控制所述蒸馏塔的所述底部产物中的所需产物的回收率的步骤。
13、根据权利要求11所述的方法，其中所述多条供给流包括液态天然气蒸汽和液态天然气液体。
14、根据权利要求13所述的方法，其中通过高压分离器提供所述液态天然气蒸汽和所述液态天然气液体。
15、根据权利要求13所述的方法，其中所述蒸馏塔的所述底部产物中的所需产物是乙烷。
16、根据权利要求11所述的方法，其中所述吸收器在高于所述蒸馏塔中压力的压力下进行作业。
17、一种操作液态天然气设备的方法，所述方法包括：
提供被流体联接至蒸馏塔的吸收器，其中所述吸收器接收供给气体蒸汽、供给气体液体和来自所述蒸馏塔的塔顶馏出产物；并且
将(a)供给气体蒸汽中作为回流物被供给至吸收器的部分，(b)供给气体液体中作为供给物被供给至所述吸收器的部分，和(c)塔顶馏出产物中作为第二回流物被供给至吸收器的部分中的至少两种以有效地控制吸收器塔顶馏出物温度从而使得当所述吸收器塔顶馏出物温度降低时所述蒸馏塔的底部产物中的乙烷含量增加。
18、根据权利要求17所述的方法，其中所述吸收器在高于所述蒸馏塔中压力的压力下进行作业。
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