CN101108977A - 在液化天然气制备中的一体化ngl回收 - Google Patents

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Abstract

用于使天然气液化并回收比甲烷重的组分的方法，其中将天然气冷却，并在第一蒸馏塔中分离为富含甲烷的塔顶蒸气和富含比甲烷重的组分的底部物流，其中该第一蒸馏塔使用含液化甲烷的回流物流。该回流物流可以通过塔顶蒸气的冷凝部分或完全冷凝并随后温热的塔顶蒸气的一部分提供。该底部物流可以在一个或多个其它蒸馏塔中分离，提供一种或多种产品物流，将其任意部分或全部取出作为回收烃。未回收的液态烃的物流可以与塔顶蒸气的冷凝部分或完全冷凝并随后温热的塔顶蒸气的一部分混合。

Description

在液化天然气制备中的一体化NGL回收
背景技术
未精制的天然气主要包含甲烷，也包含多种次要组分，其可以包括水、硫化氢、二氧化碳、汞、氮和通常具有2～6个碳原子的轻质烃。这些组分中的一些，例如水、硫化氢、二氧化碳和汞都是对下游步骤(例如天然气加工和制备液化天然气(LNG))有害的污染物，必须在这些工艺步骤的上游将这些污染物除去。通常比甲烷重的烃经过冷凝并作为气体汽油(NGL)回收，并经过分馏产生有价值的烃产品。
NGL回收工艺中的第一步是使用蒸馏塔或洗涤塔从预处理的天然气进料中分离比甲烷重的烃，产生用于液化的纯化甲烷和用于分离并回收的NGL。该工艺使用需要大量致冷的冷却、部分冷凝和分馏步骤。这种致冷可以由加压的天然气进料的作功膨胀和产生的冷凝烃的气化产生。其它的致冷通常由使用致冷剂(例如丙烷和/或混合致冷剂)在主热交换器中使甲烷液化的外部闭合回路致冷装置提供。NGL洗涤塔的回流可以使用来自主热交换器的部分液化的天然气中的一部分。
需要从加压的天然气中回收NGL而不会显著降低天然气进料的压力。这就使得天然气产品(例如管道气或LNG)以进料压力或略低于进料压力的压力提供，使得不需要进料和/或产品的再压缩。也需要当将一部分液化天然气从主加热器中取出用作洗涤塔回流时，消除对洗涤塔顶部压缩的需求，并简化主热交换器的设计。通过下面所述并通过后面的权利要求所限定的本发明的实施方案实现了这些需求。
发明内容
本发明的一种实施方案涉及一种使天然气液化并从天然气中回收比甲烷重的组分的方法。该方法包括
(a)冷却天然气进料，以提供冷却的天然气进料，并将该冷却的天然气进料引入第一蒸馏塔中；
(b)从第一蒸馏塔中取出富含甲烷的塔顶蒸气物流和富含比甲烷重的组分的底部物流；
(c)冷却并冷凝至少一部分塔顶蒸气物流，以提供富含冷凝甲烷的物流；
(d)在一个或多个另外的蒸馏塔中分离该底部物流，以提供一种或多种产品物流，该产品物流选自含甲烷的残余蒸气物流、富含乙烷的液体物流、富含丙烷的液体物流、富含丁烷的液体物流、富含戊烷的液体物流；
(e)取出该一种或多种产品物流的全部或任意一部分作为回收烃；以及
(f)将一种或多种回流物流引入第一蒸馏塔中。
该一种或多种回流物流包括：
(f1)含液化甲烷的回流物流和未回收的液态烃物流，其被泵(pump)到第一蒸馏塔中的压力；或
(f2)组合物流，包含含液化甲烷的回流物流和未回收的液态烃物流，其被泵到第一蒸馏塔中的压力。
该含液化甲烷的回流物流可以通过选自以下的方法提供：
(1)冷却并完全冷凝该塔顶蒸气物流以形成富含冷凝甲烷的物流，并将该富含冷凝甲烷的物流的一部分取出以提供该含液化甲烷的回流物流，
(2)冷却并完全冷凝第一塔顶蒸气物流的一部分以提供该含液化甲烷的回流物流，和
(3)冷却并完全冷凝该塔顶蒸气物流以形成富含冷凝甲烷的物流，并将该富含冷凝甲烷的物流的一部分温热以提供该含液化甲烷的回流物流。
未回收的液态烃的物流可以包括以下中的任一种：(1)一部分富含乙烷的液体物流；(2)一部分富含丙烷的液体物流；(3)一部分富含丁烷的液体物流；(4)一部分富含戊烷的液体物流；(5)溶解在一部分富含丙烷的液体物流和/或一部分富含丁烷的液体物流和/或一部分富含戊烷的液体物流中的全部或一部分残余蒸气物流。
该含液化甲烷的回流物流可以被引入第一蒸馏塔的顶部。该未回收的液态烃物流可以被引入第一蒸馏塔的顶部。可选择地，该包含含液化甲烷的回流物流和未回收的液态烃的物流的组合物流可以被引入第一蒸馏塔的顶部。在另一种可选择的方案中，未回收的液态烃的物流可以在低于塔顶部并高于将冷却的天然气物料引入塔内的位置处引入第一蒸馏塔。
通过与通过降低第一冷却多组分液体致冷剂的压力提供的第一气化致冷剂进行间接热交换，可以在主热交换器中进行冷却并冷凝至少一部分塔顶蒸气物流。通过与通过取出并降低一部分第一冷却多组分液体致冷剂的压力提供的气化致冷剂的物流进行间接热交换，可以在与主热交换器分开的热交换器中冷凝一部分塔顶蒸气物流。
该第一冷却多组分液体致冷剂可以通过将主热交换器中饱和的多组分液体致冷剂进行冷却来提供，其中通过与一部分该饱和的多组分液体致冷剂进行间接热交换，可以在与主热交换器分开的热交换器中为用于提供含液化甲烷的回流物流的该部分富含冷凝甲烷的物流的温热。可以将至少一部分该富含冷凝甲烷的物流进行再冷却(subcool)，提供加压的液化天然气产品，其中该再冷却是通过由降低第二冷却的多组分液体致冷剂的压力提供的第二气化致冷剂进行间接热交换，在主热交换器中实现的。用于提供冷却的天然气进料的天然气进料的冷却可以通过与富含甲烷的塔顶蒸气物流进行间接热交换实现。
未回收的液态烃的物流可以包含大于约50摩尔％的含3个或更多个碳原子的烃。可选择地，该未回收的液态烃的物流可以包含大于约50摩尔％的戊烷。在另一可选择的方案中，该未回收的液态烃的物流可以包含一部分富含丙烷的液体物流和一部分富含丁烷的液体物流。在该可选择的方案中，该未回收的液态烃的物流可以包含一部分富含乙烷的液体物流。该未回收的液态烃的物流可以包含一部分残余蒸气物流，该残余蒸气物流包含溶解在包含比甲烷重的烃的液体中的甲烷。该未回收的液态烃的摩尔流量可以小于该液化甲烷回流物流的摩尔流量的约25％。
本发明的另一种实施方案包括一种用于使天然气液化并从天然气中回收比甲烷重的组分的装置，其中该装置包括
(a)冷却系统，适用于将天然气进料冷却以提供冷却的天然气进料；
(b)第一蒸馏塔，适用于将该冷却的天然气进料分离成富含甲烷的塔顶蒸气物流和富含比甲烷重的组分的底部物流；
(c)主热交换器，适用于冷却并冷凝至少一部分塔顶蒸气物流以提供富含冷凝甲烷的物流；
(d)一个或多个另外的蒸馏塔，适用于将该底部物流分成一种或多种产品物流，该产品物流选自含甲烷的残余蒸气物流、富含乙烷的液体物流、富含丙烷的液体物流、富含丁烷的液体物流、和富含戊烷的液体物流；
(e)管路，适用于取出该一种或多种产品物流的全部或任意一部分作为回收烃；
(f)管路，适用于将一种或多种回流物流引入第一蒸馏塔中，其中该一种或多种回流物流包括(f1)被泵到第一蒸馏塔中的压力的含液化甲烷的回流物流和未回收的液态烃的物流；或(f2)被泵到第一蒸馏塔中的压力的包含含液化甲烷的回流物流和未回收的液态烃的物流的组合物流；以及
(g)管路和一个或多个泵，所述泵适用于将未回收的液态烃从该一个或多个另外的蒸馏塔输送到适用于将该一种或多种回流物流引入第一蒸馏塔的管路中。
该含液化甲烷的回流物流可以通过选自以下的方法提供：(1)冷却并完全冷凝该塔顶蒸气物流以形成富含冷凝甲烷的物流，并将该富含冷凝甲烷的物流的一部分取出以提供该含液化甲烷的回流物流，(2)冷却并完全冷凝第一塔顶蒸气物流的一部分以提供该含液化甲烷的回流物流，和(3)冷却并完全冷凝该塔顶蒸气物流以形成富含冷凝甲烷的物流，并温热该富含冷凝甲烷的物流的一部分以提供该含液化甲烷的回流物流。
该装置也可以包括与主热交换器分开的热交换器，其适用于通过与气化的致冷剂间接热交换将一部分来自第一蒸馏塔的塔顶蒸气物流进行冷凝。该主热交换器可以是缠绕盘管热交换器，可以包括适用于冷却和冷凝至少一部分塔顶蒸气物流以提供富含冷凝甲烷的物流的第一管束和适用于进一步冷却该富含冷凝甲烷的物流以提供再冷却的液体产品的第二管束。
本发明的另一实施方案涉及一种用于天然气的液化方法，包括
(a)冷却天然气进料，以提供冷却的天然气进料，并将该冷却的天然气进料引入第一蒸馏塔中；
(b)从第一蒸馏塔中取出富含甲烷的塔顶蒸气物流和富含比甲烷重的组分的底部物流；
(c)在主热交换器中冷却并冷凝至少一部分塔顶蒸气物流，以提供富含冷凝甲烷的物流；以及
(d)将含液化甲烷的回流物流引入第一蒸馏塔中，其中该含液化甲烷的回流物流是通过选自以下的方法提供的：
(1)将塔顶蒸气物流分成第一蒸气部分和第二蒸气部分，冷却并完全冷凝该第一蒸气部分以提供该含液化甲烷的回流物流，和
(2)冷却并完全冷凝该塔顶蒸气物流以形成富含冷凝甲烷的物流，将该富含冷凝甲烷的物流分成第一部分和第二部分，温热第一部分以提供温热的第一部分，并利用该温热的第一部分以提供该含液化甲烷的回流物流。
塔顶蒸气物流的第一蒸气部分可以在与主热交换器分开的热交换器中通过与气化致冷剂的物流间接热交换进行冷凝。为了提供该含液化甲烷的回流物流而对该富含冷凝甲烷的物流的第一部分的温热可以在与主热交换器分开的热交换器中进行。为提供加压液化天然气产品，对富含冷凝甲烷的物流的至少一部分的再冷却可以在主热交换器中通过与气化致冷剂物流间接热交换而实现。
一种相关的进一步的实施方案包括一种用于液化天然气的装置，包括
(a)冷却系统，适用于冷却天然气进料以提供冷却的天然气进料；
(b)第一蒸馏塔，适用于将冷却的天然气进料分成富含甲烷的塔顶蒸气物流和富含比甲烷重的组分的底部物流；
(c)主热交换器，适用于冷却并冷凝至少一部分塔顶蒸气物流以提供富含冷凝甲烷的物流；以及
(d)管路，适用于将含液化甲烷的回流物流引入第一蒸馏塔中，其中该含液化甲烷的回流物流是通过选自以下的方法提供的：
(1)冷却并完全冷凝一部分塔顶蒸气物流以提供该含液化甲烷的回流物流，和
(2)冷却并完全冷凝该塔顶蒸气物流以形成富含冷凝甲烷的物流，温热一部分富含冷凝甲烷的物流以提供该含液化甲烷的回流物流。
该装置可以包括与主热交换器分开的热交换器，其适用于通过与气化的致冷剂间接热交换将来自第一蒸馏塔的该部分塔顶蒸气物流进行冷凝。该装置可以包括与主热交换器分开的热交换器，其适用于为该富含冷凝甲烷的物流的该部分进行温热以提供含液化甲烷的回流物流。
该主热交换器可以是缠绕盘管热交换器。该主热交换器可以包括适用于冷却和冷凝至少一部分塔顶蒸气物流以提供该富含冷凝甲烷的物流的第一管束，和适用于进一步冷却该至少一部分富含冷凝甲烷的物流以提供再冷却的液体产品的第二管束。
附图简述
图1是本发明的一种实施方案的示意性工艺流程图。
图2是本发明的另一种实施方案的示意性工艺流程图。
图3是本发明的一种可选择的实施方案的示意性工艺流程图。
图4是可以通过采用本发明的任意实施方案的工艺选择方案的示意性工艺流程图。
图5是可以通过采用本发明的任意实施方案的示例性的NGL分馏系统的示意性工艺流程图。
具体实施方案
本发明的实施方案提供了用于在LNG的制备过程中回收NGL的改进的一体化工艺，通过排除对进料膨胀和洗涤塔顶部压缩的需求，简化了装置结构。此外，当该洗涤塔使用包括在缠绕盘管主热交换器中冷凝的洗涤塔塔顶产物的回流物时，不需要将热交换器的热管束分开以部分冷凝塔顶产物，也不需要用相分离器回收回流所需的液体。此外，不需要进行脱乙烷塔顶蒸气的压缩和冷凝来提供洗涤塔的回流。
在下面所述的实施方案中的洗涤塔的回流是由冷凝的洗涤塔顶蒸气和来自NGL回收系统未回收的液态烃的各种组合提供的。在本发明中，术语“回收的烃”与“回收的烃类”是等同的，是指从一体化的LNG制备和NGL回收系统中作为从该一体化系统输出的产物取出的任何烃蒸气。该回收的烃可以以富含天然气进料中任意烃的一种或多种产品物流输出。该输出物流可以包括例如任何富含乙烷的物流、富含丙烷的物流、富含丁烷和异丁烷的物流、富含戊烷和异戊烷的物流、富含乙烷的甲烷-乙烷混合物流中。LNG产物可以被认为是回收的烃。术语“一种未回收的液态烃”和“未回收的液态烃类”是等同的，是指在NGL回收系统中分离的烃的任意液体部分，其并不直接存在于从一体化的LNG制备和NGL回收系统中输出的回收的烃的产品物流中。未回收的液态烃可以被认为是在一体化的LNG制备和NGL回收系统中的内部循环物流。
用于任何从工艺中取出的物流中的术语“富含”表示该取出的物流中包含的特定组分的浓度高于该工艺的进料流中该组分的浓度。回流定义为一种在比进料引入塔内的位置高的任何位置引入蒸馏塔内的物流，其中该回流包括一种或多种之前从塔中取出的组分，回流通常是液体，但也可以是气-液混合物。
此处所用的不定冠词“某个”和“某种”当应用于说明书和权利要求书中所述的本发明的实施方案中的任何特征时表示一个或多个。“某个”和“某种”的使用并不限定于单一特征，除非这种限定是特别指出的。冠以定冠词“该”的单数或复数名词或名词短语是指特别说明的特征或特别说明的多个特征，可以根据所用的上下文关系具有单数或复数的含义。形容词“任意”是指一个、一些或所有不加区别的任意数量。位于第一主体和第二主体之间的术语“和/或”是指(1)第一主体、(2)第二主体和(3)第一主体和第二主体中的一种。
在图1中描述的一体化的LNG制备和NGL回收系统中示出了本发明的第一实施方案。在管线100中的经预处理的加压天然气进料主要包含甲烷和C2～C6范围的较质的烃。在上游的预处理系统(未示出)中通过已知方法除去了包括水、CO2、H2S和汞的杂质。在热交换器110中将通常以600～900psia的压力和环境温度提供的进料气体冷却到-20～-35之间，以在管线112中提供冷却的进料物流。热交换器110可以包括通过在不同压力蒸发丙烷的多个冷却阶段；可选择地或另外地，可以使用其它冷却方式，例如使用在单交换器中的气化的混合致冷剂。通过管116将该物流(可以在非必要的节热器热交换器114中进一步冷却)引入第一蒸馏塔或洗涤塔118中。
洗涤塔118将通过管线116提供的进料分成管线134中的富含比甲烷重的烃的塔底液体产品和在管线120中的富含甲烷的塔顶蒸气产品。通过管线130可以取出一部分塔底液体，在再沸器132中蒸发以提供洗涤塔的沸腾。该再沸器可以冷却物流100的一部分(未示出)，以在其中提供热量用以蒸发管线130中的液体。该洗涤塔也可以在塔底之上和进料管线116的位置之下提供中间再沸器(未示出)，该再沸器也可以由一部分进料物流加热。
管线134中的底部液体流到普通NGL分馏系统136中。该NGL进料物流通常降低压力(未示出)并在或更多附加的蒸馏塔中分离，提供两种或多种烃馏分，该附加的蒸馏塔包括任何脱甲烷塔、脱乙烷塔、脱丙烷塔、脱丁烷塔和脱戊烷塔。在图1中的该示例性的普通NGL分馏系统中，取出三种回收的烃的物流，并从一体化的LNG制备和NGL回收系统中输出，作为分别表示富含乙烷、丙烷和丁烷及异丁烷的C2、C3和C4产品物流。从NGL回收系统中通过管线138取出未回收的液态烃。
从洗涤塔118中通过管线120取出富含甲烷的塔顶蒸气物流，并可以通过与节热器热交换器114中的管线112中的进料流进行间接热交换进行温热。将管线122中形成的经温热的塔顶蒸气物流冷却、完全冷凝，并非必要地在缠绕盘管热交换器124的第一或热(下部)管束的通道123中再冷却，在管线125中提供富含冷凝甲烷的物流。从通道123下游的管线125中取出管线125中的液体的第一部分，用泵127泵送，提供含液化甲烷的回流物流。该含液化甲烷的回流物流与管线138中的未回收的液态烃混合，并作为混合的液体回流物流返回到洗涤塔118的顶部。可选择地，来自泵127的含液化甲烷的回流物流可以被引入洗涤塔118的顶部，而将管线138中的未回收的液态烃在低于塔顶并高于冷却进料通过管线116引入塔内的位置的单独位置(未示出)引入洗涤塔118内。在另一可选择的方案中，该来自泵127的含液化甲烷的回流物流和管线138中的未回收的烃可以作为单独物流(未示出)引入洗涤塔118的顶部。
通常，取决于管线100中的进料的组成，管线138中未回收的液态烃的摩尔流量小于管线126中富含甲烷的物流的摩尔流量的约25％。如果管线100中的天然气进料不包含提供管线138中未回收的液态烃物流所需的足够量的组分，该所需组分可以从任何适当的来源引入。
管线125中的该富含冷凝甲烷的物流的第二部分在缠绕盘管主热交换器124的第二或冷(上部)管束的通道128中进一步冷却，作为LNG产品通过管线129取出。如果需要可以在冷管束中再冷却之前和/或之后降低LNG的压力。如果LNG产品在高压下储存(PLNG)，就不需要再冷却，也不需要冷管束。如果需要，可以使用管线129中的一部分LNG产品作为用于洗涤塔118的富含甲烷的回流物，但这种结构会通过提供温度比所需低得多的回流而造成致冷剂的浪费。
图1中通过管线126和泵127从主热交换器124中取出的含液化甲烷的回流物流的温度可以比基于洗涤塔118顶部的温度所实际需要的温度更低。为了使富含甲烷的回流的温度与洗涤塔118顶部的温度相一致，必须分开主热交换124的热管束，以在中间位置取出富含甲烷的回流物流。此外，当该取出的物流是混合的气-液物流时会需要相分离器。然而，提供比图1的实施方案中所需的温度更低的回流的热力学低效率通过消除对分开主热交换器124的热管束的需求得以补偿。
主热交换器124的致冷可由在LNG的制备中所用的任何已知的致冷系统提供。例如如图1中所述，可以使用单一混合致冷剂(MR)系统，其中通过管线152提供液体致冷剂，通过管线156提供蒸气致冷剂。管线156中的蒸气在主热交换器124中冷凝和冷却，通过节流阀158膨胀以为热交换器的冷(上部)管束并然后为交换器的热(下部)管束提供第一气化致冷剂。液体致冷剂152在主热交换器124中冷却，产生管线153中的再冷却的液体致冷剂，通过节流阀154膨胀，与来自冷(上部)管束的气化致冷剂在接近主热交换器的热管束的冷端的位置混合。作为对节流阀154和/或158以及LNG产品泄压阀的可选择方案，可以通过等熵致密流体扩展装置(水轮机)实现膨胀。
将该致冷物流完全气化，通过管线150作为致冷剂蒸气离开主热交换器124。该混合的致冷剂蒸气流到致冷系统(未示出)中，在其中将其压缩，通过多级气化丙烷对其冷却，分离，以提供液体致冷剂152和较轻质的蒸气致冷剂156。
本领域中已知的任何其它致冷系统或系统的组合可以用于为主热交换器124提供致冷。例如，可以如美国专利6308531中所述使用纯流体级联(cascade)和等熵蒸气膨胀工艺，其被引入本文作为参考。
在图1的实施方案中使用一部分冷凝的洗涤塔顶物作为通过管线126的富含甲烷的回流物，避免了将主热交换器124的热管束分成两个用于取出用作回流的富含甲烷的物流的管束。如果该富含甲烷的物流是气-液混合物，也消除了为了将液体部分用作回流并将蒸气部分再分配用于主热交换器中的进一步冷凝，而将两相的富含甲烷的蒸气在相分离器中分离的潜在需要。可以如下所述在启动时需要较小的相分离器。使用节热器热交换器114确保了管线122中的顶部物流在与通常由丙烷致冷产生的管线152和156中的致冷剂物流大约相同的温度进入主热交换器124中。
使用未回收的液态烃通过管线138作为洗涤塔118的另一回流，消除了用于膨胀该塔进料并对塔顶物再压缩的需要。为使能源消耗最小化，天然气进料的压力应当明显高于甲烷的临界压力。同时，该洗涤塔必须在进料混合物的临界压力之下操作，以实现分离。本领域公知的一种普通的解决方法是使该洗涤塔进料等熵膨胀，然后使塔顶蒸气产品再压缩。可以使用进料等熵膨胀所作的功来至少部分驱动塔顶压缩机(一个和多个)。这种解决方法示于，例如美国专利4065267和2005年4月在AlChE Spring Meeting上提出的由Elliot，Qualls，Huang，Chen，Lee，Yao和Zhang撰写的名称为“Benefits of Integrating NGL Extraction and LNG LiquefactionTechnology”的论文的图2中。
图2中描述了本发明的另一实施方案。在该实施方案中，在管线120中的洗涤塔顶蒸气的一部分通过管线220取出，并在热交换器200中冷凝，制成含液化甲烷的回流物流，将其与管线138中的未回收的液态烃混合并作为混合物流通过管线221引入洗涤塔118的顶部。如果需要，可以泵送该来自热交换器200的含液化甲烷的回流物流。
可选择地，可以将该来自热交换器200的富含液化甲烷的回流物流引入洗涤塔118的顶部，将管线138中的未回收的液态烃在低于塔顶并高于冷却进料通过管线116引入塔内的位置的单独位置(未示出)引入洗涤塔118内。在另一可选择的方案中，该来自热交换器200的含液化甲烷的回流物流和管线138中的未回收的液态烃可以作为独立物流(未示出)引入洗涤塔118的顶部。
以上述参照图1所述相同的方式为主热交换器124提供致冷，以提供液态致冷剂152和蒸气致冷剂156。通过管线252取出管线153中的液体混合致冷剂的一部分，并降低通过节流阀254的该致冷剂的压力，将该压力降低的致冷剂引入到热交换器中，以提供热交换器200的致冷。来自热交换器200的气化的混合致冷剂与来自主热交换器124的气化的混合致冷剂混合，以提供管线150中的气化的致冷剂。可选择地，可以在主热交换器124之前从管线152中取出管线252中的致冷剂，并膨胀到中等压力(一个和多个)，在热交换器200中气化，然后在一个和多个适当阶段位置返回到混合的致冷剂压缩机(未示出)。图2中的所有其它工艺特征与上述参照图1所述的那些相同。
在上述参照图2所述的工艺的可选择性方案中，会出现这样的情况，即需要在底部从洗涤塔118中输出所有的烃，并在NGL分馏系统中分馏。在这种情况中，管线138中的未回收的烃物流的流速将会为零，洗涤塔118会使用通过在热交换器200中冷凝管线220中的该部分洗涤塔118塔顶物流而在管线221中提供的回流。
图3中描述了本发明的一种可选择的实施方案。在该实施方案中，在热交换器300中通过与通过管线352从管线152中取出的混合致冷剂液体的一部分进行间接热交换，温热该来自泵127的含液化甲烷的回流物流。在这种情况中，当该混合的回流物流被引入洗涤塔118中时其更接近最佳温度。来自热交换器300的冷却的致冷剂通过管线302流动，在节流阀154之前与管线153中的致冷剂混合。
可选择地，可以将该来自热交换器300的富含冷凝甲烷的物流引入洗涤塔118的顶部，将管线138中的未回收的烃在低于塔顶并高于冷却进料通过管线116引入塔内的位置的位置(未示出)引入洗涤塔118内。在另一可选择的方案中，该来自热交换器300的含液化甲烷的回流物流和管线138中的未回收的液态烃可以作为独立物流(未示出)引入洗涤塔118的顶部。图3中的所有其它工艺特征与上述参照图1所述的那些相同。
在上述参照图3所述的工艺的可选择性方案中，会出现这样的情况，即需要在底部从洗涤塔118中输出所有的烃，并在NGL分馏系统中分馏。在这种情况中，管线138中的未回收的烃物流的流速将会为零，洗涤塔118会使用通过在热交换器300中对通过泵127提供的来自洗涤塔118的完全冷凝的塔顶物部分进行温热而提供的回流。
图4显示了可以用于将管线126中的该富含冷凝甲烷的物流返回到洗涤塔118中的非必要结构。通过节流阀426将管线126中的该富含冷凝甲烷的物流的压力降低到其泡点，将其引入保持一定的蒸气存量的罐体427中，通过泵127泵至洗涤塔压力。将一部分该泵送的物流通过阀428循环回到罐体427中，以保持该罐体中的液体量，剩余部分通过非必要的阀429流到洗涤塔118中。在设备启动过程中，可以从罐体427的顶部排出(未示出)过量的蒸气，将其放空燃烧(flare)或压缩并回收。由于管线126中的富含冷凝甲烷的物流只是全部LNG物流的一小部分，在正常操作过程中没有纯蒸气流动，因此该罐体127要比通常用在常规设备中用以分离从主热交换器中取出的富含部分冷凝甲烷的物流以给洗涤塔提供回流液体的回流物流罐要小得多。
可以通过监测管线126中的液体(例如用热电偶)并使来自主热交换器124的蒸气或两相流体在启动位置(其为再冷却的液体的正常操作处)改变方向到另一存在的罐体(例如氦回收或燃料气体闪蒸罐)或只是通过使其放空燃烧，而避免使用节流阀426和罐体427。在另一可选方案中，通过使用能够允许在偏离设计条件下的两相流的一种类型的泵127来简化该系统，例如具有高性能导流器的低温齿轮或螺杆泵或离心泵。
图5中示出了一种可采用本发明的实施方案的示例性的NGL回收系统，其包括四个蒸馏塔，包括顺序操作的除甲烷塔501、除乙烷塔503、除丙烷塔505、除丁烷塔507。通过管线134来自洗涤塔118的底部液体在热交换器509中冷却到大约环境温度下，并流到除甲烷塔501中。从除甲烷塔的顶部取出含甲烷和一些乙烷的塔顶蒸气，作为通过管线509的回收烃物流，可以用作燃料或者被液化并再次注入LNG产品中。通过管线511取出富含乙烷和较重质烃的底部液体，在热交换器513中部分气化，通过管线517将沸腾的蒸气返回到塔内，剩余的物流通过管线519和阀521流到除乙烷塔503中。
通过管线523从塔中取出高纯度的乙烷蒸气，并在顶部冷凝器525中将其冷凝。将一部分冷凝的液体作为回流物通过管线527返回，并将另一部分作为回收的烃通过管线529取出，回收的烃包括通常含大于98摩尔％乙烷的高纯度乙烷。将通过管线531来自除乙烷塔的底部液体在热交换器533中部分气化，通过管线535将沸腾的蒸气返回到塔内，剩余的物流通过管线537和阀539流到除丙烷塔505中。通过管线541从塔中取出高纯度的丙烷蒸气，并在塔顶冷凝器543中将其冷凝。将一部分冷凝的液体作为回流通过管线545返回，并将另一部分作为回收的烃通过管线547取出，回收的烃包括通常含大于98摩尔％丙烷的高纯度丙烷。
将通过管线549来自除丙烷塔的底部液体在热交换器551中部分气化，通过管线553将沸腾的蒸气返回到塔内，剩余的物流通过管线555和阀557流到除丁烷塔507中。通过管线559从塔中取出高纯度的丁烷(及异丁烷，如果存在)蒸气，并在塔顶冷凝器561中将其冷凝。将一部分冷凝的液体作为回流通过管线563返回，并将另一部分作为回收的烃通过管线565取出，回收的烃包括通常含大于98摩尔％丁烷及异丁烷的高纯度丁烷(及异丁烷，如果存在)。通过管线567将来自除丁烷塔的底部液体取出，在热交换器569中部分气化，通过管线571将沸腾的蒸气返回到塔内，剩余的物流作为包含戊烷(及异戊烷，如果存在)和较重质烃的回收烃通过管线573取出。
在该描述中，可以分别通过管线575和577将丙烷和丁烷液体物流作为未回收的液态烃取出，并混合在管线579中。在热交换器581中将该混合的未回收的液态烃物流冷却到气化丙烷致冷剂的温度，在泵583中泵到洗涤塔压力，通过管线138流到图1、2和3的任意实施方案中的洗涤塔中。非必要地，可以通过管线585将一部分来自脱乙烷塔的乙烷液体作为未回收的液态烃取出，与管线579中的未回收的丙烷和/或丁烷混合。非必要地，可以通过管线587将一部分来自脱甲烷塔501的管线509中的塔顶蒸气取出，并吸收在管线579中的未回收的液体丙烷和/或丁烷中。在这种选择中不需要对除甲烷塔的塔顶蒸气进行压缩。在一种可选择的方案中，通过管线565回收所有来自除丁烷塔中的丁烷，没有物质通过管线577作为未回收的液态烃取出。在另一种可选择的方案中，通过管线547回收所有来自除丙烷塔中的丙烷，没有物质通过管线575作为未回收的液态烃取出。通常，可以将任意来自除甲烷塔501的溶解的塔顶物和分别来自除乙烷塔503、除丙烷塔505和除丁烷塔507的冷凝的乙烷、丙烷和丁烷塔顶物流作为用于返回到洗涤塔118中的未回收的液态烃全部或部分取出，只要能够满足取出的烃产品的需求即可。
取决于待回收的特定烃，可以使用其它NGL分馏系统。例如，该系统可以使用脱戊烷塔回收高纯度的戊烷和包含比戊烷重的烃的残余产品。戊烷的一部分可以作为未回收的烃返回洗涤塔118中。在另一种可选择的方案中，不使用除甲烷塔，操作除乙烷塔用于在中间阶段取出乙烷液态产物，并从回流罐中取出甲烷和乙烷蒸气的混合物作为回收的烃产品。该蒸气的一部分可以作为未回收的烃产品取出并溶解在如上所述的未回收的液态烃混合物中。
以下实施例描述了本发明的一种实施方案，但本发明的实施方案并不限制于此处所述的任何特定的细节。
实施例
进行工艺模拟对图1的实施方案进行描述。管线100中的预纯化的天然气物流的流速为100,0001bmol/hr，压力为960psia，包含(摩尔％)1.9％氦气、5.8％氮气、83.2％甲烷、7.1％乙烷、2.3％丙烷、0.4％的异丁烷、0.6％丁烷、0.1％异戊烷、0.2％戊烷和0.2％己烷。通过三级丙烷冷却将物流冷却到-29，并在节热器热交换器中进一步冷却到-62.8，并喂入洗涤塔118中。该塔的操作平均压力为886psia。将流速为104,7701bmol/hr的管线120中的塔顶物相对于热交换器114中的进料被温热到-73至-32。管线122中所得物流在主热交换器124的热管束的通道123中冷却并液化，以提供管线125中的富含冷凝甲烷的物流。该液体的一部分通过管线126以10,9431bmol/hr的流速和-197.6的温度取出，在泵127中将该物流泵到洗涤塔压力，由于其液压头通常不足以克服热交换器124中的压降。在管线125中的剩余液体在通道128中再冷却，以93,8271bmol/hr的流速和-228.8的温度从该交换器的冷管束中取出，作为管线129中的液化天然气产品。该产品物流可以进一步处理以回收氦气，然后将其压力降低到储存压力。
通过管线134将洗涤塔塔底物流以18621bmol/hr的流速取出，并送到NGL分馏系统136中，其是图5中所述的一系列蒸馏塔，包括制备甲烷-乙烷混合物作为蒸气塔顶产品的除甲烷塔、制备高纯度乙烷作为液体塔顶产品的除乙烷塔、制备高纯度丙烷作为液体塔顶产品的除丙烷塔、制备高纯度丁烷作为液体塔顶产品的除丁烷塔。该乙烷、丙烷和丁烷液体具有超过98摩尔％的纯度。来自除甲烷塔的甲烷和乙烷混合物被作为回收烃取出，并用作燃料。
将管线575和577中的未回收的液态丙烷和丁烷混合在管线138中，并在热交换器581中通过丙烷致冷冷却到-32.3，在泵583中泵到洗涤塔压力。管线575中的未回收的丙烷是除丙烷塔顶管线541中的塔顶物流的50％，管线577中的未回收的丁烷是除丁烷塔顶管线559中的塔顶物流的60％。管线579中的混合的未回收的烃物流的流速为1116 1bmol/hr，其组成为(摩尔％)39％丙烷、60％丁烷及异丁烷、和1％比丁烷重的组分。被泵送的未回收的液态烃与来自泵127的含液化甲烷的回流物流混合，该混合的物流被引入到洗涤塔118的顶部。

Claims (30)

1.一种用于使天然气液化并从天然气中回收比甲烷重的组分的方法，其中该方法包括：
(a)冷却天然气进料，以提供冷却的天然气进料，并将该冷却的天然气进料引入第一蒸馏塔中；
(b)从第一蒸馏塔中取出富含甲烷的塔顶蒸气物流和富含比甲烷重的组分的底部物流；
(c)冷却并冷凝至少一部分塔顶蒸气物流，以提供富含冷凝甲烷的物流；
(d)在一个或多个另外的蒸馏塔中分离该底部物流，以提供一种或多种产品物流，该产品物流选自含甲烷的残余蒸气物流、富含乙烷的液体物流、富含丙烷的液体物流、富含丁烷的液体物流、和富含戊烷的液体物流；
(e)取出该一种或多种产品物流的全部或任意一部分作为回收烃；以及
(f)将一种或多种回流物流引入第一蒸馏塔中，其中该一种或多种回流物流包括：
(f1)被泵到第一蒸馏塔中的压力的含液化甲烷的回流物流和未回收的液态烃的物流；或
(f2)被泵到第一蒸馏塔中的压力的包含含液化甲烷的回流物流和未回收的液态烃的物流的组合物流，
以及其中该含液化甲烷的回流物流是通过选自以下的方法提供的：
(1)冷却并完全冷凝该塔顶蒸气物流以形成富含冷凝甲烷的物流，并将该富含冷凝甲烷的物流的一部分取出以提供该含液化甲烷的回流物流，
(2)冷却并完全冷凝第一塔顶蒸气物流的一部分以提供该含液化甲烷的回流物流，和
(3)冷却并完全冷凝该塔顶蒸气物流以形成富含冷凝甲烷的物流，并温热该富含冷凝甲烷的物流的一部分以提供该含液化甲烷的回流物流。
2.如权利要求1的方法，其中该未回收的液态烃的物流包括以下任何物流：
(i)一部分富含乙烷的液体物流，
(ii)一部分富含丙烷的液体物流，
(iii)一部分富含丁烷的液体物流，
(iv)一部分富含戊烷的液体物流，和
(v)溶解在一部分富含丙烷的液体物流和/或一部分富含丁烷的液体物流和/或一部分富含戊烷的液体物流中的所有或一部分残余蒸气物流。
3.如权利要求1的方法，其中该含液化甲烷的回流物流被引入第一蒸馏塔的顶部。
4.如权利要求1的方法，其中该未回收的液态烃的物流被引入第一蒸馏塔的顶部。
5.如权利要求1的方法，其中该包含含液化甲烷的回流物流和未回收的液态烃的物流的组合物流被引入第一蒸馏塔的顶部。
6.如权利要求1的方法，其中该未回收的液态烃的物流在低于塔顶的位置并高于冷却的天然气进料引入塔内的位置处引入第一蒸馏塔。
7.如权利要求1的方法，其中通过与通过降低第一冷却多组分液体致冷剂的压力提供的第一气化致冷剂进行间接热交换，在主热交换器中实现至少一部分塔顶蒸气物流的冷却和冷凝。
8.如权利要求7的方法，其中通过与通过取出并降低一部分第一冷却多组分液体致冷剂的压力提供的气化致冷剂的物流进行间接热交换，在与主热交换器分开的热交换器中冷凝一部分塔顶蒸气物流。
9.如权利要求7的方法，其中该第一冷却多组分液体致冷剂通过将主热交换器中饱和的多组分液体致冷剂进行冷却而提供，其中通过与该一部分饱和的多组分液体致冷剂进行间接热交换，在与主热交换器分开的热交换器中进行温热该部分富含冷凝甲烷的物流以提供含液化甲烷的回流物流。
10.如权利要求7的方法，包括将至少一部分该富含冷凝甲烷的物流进行再冷却，以提供加压的液化天然气产品，其中该再冷却是在主热交换器中通过由降低第二冷却的多组分液体致冷剂的压力提供的第二气化致冷剂进行间接热交换实现的。
11.如权利要求1的方法，其中该用于提供冷却的天然气进料的天然气进料的冷却是通过与富含甲烷的塔顶蒸气物流进行间接热交换实现的。
12.如权利要求1的方法，其中该未回收的液态烃的物流包含大于约50摩尔％的具有3个或更多个碳原子的烃。
13.如权利要求1的方法，其中该未回收的液态烃的物流包含大于约50摩尔％的戊烷。
14.如权利要求1的方法，其中该未回收的液态烃的物流包含一部分富含丙烷的液体物流和一部分富含丁烷的液体物流。
15.如权利要求14的方法，其中该未回收的液态烃的物流包含一部分富含乙烷的液体物流。
16.如权利要求14的方法，其中该未回收的液态烃的物流包含一部分残余蒸气物流，该残余蒸气物流包含溶解在包含比甲烷重的烃的液体中的甲烷。
17.如权利要求1的方法，其中该未回收的液态烃的摩尔流量小于(f1)的液化甲烷回流物流的摩尔流量的约25％。
18.一种用于使天然气液化并从天然气中回收比甲烷重的组分的装置，其中该装置包括：
(a)冷却系统，适用于将天然气进料冷却以提供冷却的天然气进料；
(b)第一蒸馏塔，适用于将该冷却的天然气进料分成富含甲烷的塔顶蒸气物流和富含比甲烷重的组分的底部物流；
(c)主热交换器，适用于冷却并冷凝至少一部分塔顶蒸气物流以提供富含冷凝甲烷的物流；
(d)一个或多个另外的蒸馏塔中，适用于将该底部物流分成一种或多种产品物流，该产品物流选自包含甲烷的残余蒸气物流、富含乙烷的液体物流、富含丙烷的液体物流、富含丁烷的液体物流、和富含戊烷的液体物流；
(e)适用于取出该一种或多种产品物流的全部或任意一部分作为回收烃的管路；
(f)适用于将一种或多种回流物流引入第一蒸馏塔中的管路，其中该一种或多种回流物流包括：
(f1)被泵到第一蒸馏塔中的压力的含液化甲烷的回流物流和未回收的液态烃的物流，其中该含液化甲烷的回流物流是通过选自以下的方法提供的：
(1)冷却并完全冷凝该塔顶蒸气物流以形成富含冷凝甲烷的物流，并将该富含冷凝甲烷的物流的一部分取出以提供该含液化甲烷的回流物流，
(2)冷却并完全冷凝第一塔顶蒸气物流的一部分以提供该含液化甲烷的回流物流，和
(3)冷却并完全冷凝该塔顶蒸气物流以形成富含冷凝甲烷的物流，并温热该富含冷凝甲烷的物流的一部分以提供该含液化甲烷的回流物流；或
(f2)被泵到第一蒸馏塔中的压力的包含含液化甲烷的回流物流和未回收的液态烃的物流的组合物流；以及
(g)管路和一个或多个泵，适用于将未回收的液态烃从该一个或多个另外的蒸馏塔输送到适用于将一种或多种回流物流引入第一蒸馏塔的管路中。
19.如权利要求18的装置，包括与主热交换器分开的热交换器，其适用于通过与气化的致冷剂物流间接热交换使一部分来自第一蒸馏塔的塔顶蒸气物流冷凝。
20.如权利要求18的装置，其中该主热交换器是缠绕盘管热交换器。
21.如权利要求20的装置，其中该主热交换器包括适用于冷却和冷凝至少一部分塔顶蒸气物流以提供富含冷凝甲烷的物流的第一管束和适用于进一步冷却该富含冷凝甲烷的物流以提供再冷却的液体产品的第二管束。
22.一种天然气的液化方法，包括
(a)冷却天然气进料，以提供冷却的天然气进料，并将该冷却的天然气进料引入第一蒸馏塔中；
(b)从第一蒸馏塔中取出富含甲烷的塔顶蒸气物流和富含比甲烷重的组分的底部物流；
(c)在主热交换器中冷却并冷凝至少一部分塔顶蒸气物流，以提供富含冷凝甲烷的物流；以及
(d)将含液化甲烷的回流物流引入第一蒸馏塔中，其中该含液化甲烷的回流物流是通过选自以下的方法提供的：
(1)将塔顶蒸气物流分成第一蒸气部分和第二蒸气部分，冷却并完全冷凝该第一蒸气部分以提供该含液化甲烷的回流物流，和
(2)冷却并完全冷凝该塔顶蒸气物流以形成富含冷凝甲烷的物流，将该富含冷凝甲烷的物流分成第一部分和第二部分，温热第一部分以提供被温热的第一部分，并利用该被温热的第一部分以提供该含液化甲烷的回流物流。
23.如权利要求22的方法，其中塔顶蒸气物流的第一蒸气部分是在与主热交换器分开的热交换器中通过与气化致冷剂的物流间接热交换进行冷凝的。
24.如权利要求22的方法，其中在与该主热交换器分开的热交换器中进行该富含冷凝甲烷的物流的第一部分的温热以提供该含液化甲烷的回流物流。
25.如权利要求22的方法，包括将至少一部分富含冷凝甲烷的物流再冷却，以提供加压的液化天然气产品，其中该再冷却是在主热交换器中通过与气化致冷剂物流进行间接热交换而实现的。
26.一种天然气的液化装置，包括：
(a)冷却系统，适用于冷却天然气进料以提供冷却的天然气进料；
(b)第一蒸馏塔，适用于将冷却的天然气进料分成富含甲烷的塔顶蒸气物流和富含比甲烷重的组分的底部物流；
(c)主热交换器，适用于冷却并冷凝至少一部分塔顶蒸气物流以提供富含冷凝甲烷的物流；以及
(d)管路，适用于将含液化甲烷的回流物流引入第一蒸馏塔中，其中该含液化甲烷的回流物流是通过选自以下的方法提供的：
(1)冷却并完全冷凝一部分塔顶蒸气物流以提供该含液化甲烷的回流物流，和
(2)冷却并完全冷凝该塔顶蒸气物流以形成富含冷凝甲烷的物流，温热一部分富含冷凝甲烷的物流以提供该含液化甲烷的回流物流。
27.如权利要求26的装置，包括与主热交换器分开的热交换器，其适用于通过与气化的致冷剂间接热交换将该部分来自第一蒸馏塔的塔顶蒸气物流进行冷凝。
28.如权利要求26的装置，包括与主热交换器分开的热交换器，其适用于温热该部分的富含冷凝甲烷的物流以提供该含液化甲烷的回流物流。
29.如权利要求26的装置，其中该主热交换器是缠绕盘管热交换器。
30.如权利要求29的装置，其中该主热交换器包括适用于冷却和冷凝至少一部分塔顶蒸气物流以提供富含冷凝甲烷的物流的第一管束和适用于进一步冷却该富含冷凝甲烷的物流以提供再冷却的液体产品的第二管束。
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