CN101443616A - 液化烃物流的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

一种从进料物流液化烃物流例如天然气的方法，所述方法至少包括以下步骤：(a)提供进料物流(10)；(b)对步骤(a)的进料物流(10)进行分割，以至少提供含至少90质量％的初始进料物流(10)的第一进料物流(20)以及第二进料物流(30)；(c)在20－100巴的压力下液化步骤(b)的第一进料物流(20)，以提供第一液化天然气(LNG)物流(40)；(d)冷却步骤(b)的第二进料物流(30)，以提供冷却后的进料物流(50)；(e)将步骤(c)的第一LNG物流(40)与步骤(d)的冷却后的进料物流(50)组合，以提供组合后的LNG物流(60)；(f)降低步骤(e)的组合后的LNG物流(60)的压力；和(g)使步骤(f)的组合后的LNG物流(60)流经闪蒸容器(12)，以提供产品LNG物流(70)和气态物流(80)。

Description

液化烃物流的方法和设备
技术领域
本发明涉及液化烃物流例如天然气的方法和设备。
背景技术
已知多种用于液化天然气物流从而获得液化天然气(LNG)的方法。出于多种原因，期望对天然气物流进行液化。例如，与气体形式相比，天然气更易于以液体形式进行储存和长途运输，因为其占用更少的体积，且不需要在高压下进行储存。
通常主要含甲烷的天然气在高压下加入LNG装置并经过预处理以生产适用于在低温下进行液化的纯化原料。将纯化气体经多个使用换热器的冷却阶段处理以逐步降低其温度直至完成液化。随后将液体天然气进一步冷却(通过一个或多个膨胀阶段以减少闪蒸蒸气)至适用于储存和运输的最终大气压力。来自每个膨胀阶段的闪蒸蒸气可用作装置用燃料气的来源。
制造和运行液化天然气(LNG)的装置或系统的成本通常很高，其中很多成本花费在冷却装置上。因此装置或系统的能量需求的任何降低均具有显著的经济效益。减少冷却装置的成本是特别有利的。
US 4,541,852涉及基本负荷的LNG系统，和显示了在液化天然气物流通过阀减压后，再次加入液化天然气物流的进料天然气的滑流。其问题在于没有充分使用进料天然气的可用功效。
发明内容
本发明的目的是最小化上述问题，和改进液化装置或系统的效率。
本发明的另一个目的是简化对闪蒸罐的蒸气的使用，和因此降低液化装置或系统的能量需求。
通过本发明提供一种从进料物流液化烃物流例如天然气的方法可以实现上述目的的一个或多个或其它目的，该方法至少包括以下步骤：
(a)提供进料物流；
(b)对步骤(a)的进料物流进行分割，以至少提供含至少90质量％的初始进料物流(10)的第一进料物流以及第二进料物流；
(c)在20-100巴的压力下液化步骤(b)的第一进料物流，以提供第一液化天然气(LNG)物流；
(d)通过换热器冷却步骤(b)的第二进料物流，以提供冷却后的进料物流；
(e)将步骤(c)的第一LNG物流与步骤(d)的冷却后的进料物流组合，以提供组合后的LNG物流；
(f)降低步骤(e)的组合后的LNG物流的压力；和
(g)使步骤(f)的组合后的LNG物流经过闪蒸容器，以提供产品LNG物流和气态物流。
本发明的一个优点是通过降低组合后的LNG物流的压力增大可用功效能量。
本发明的另一个优点是通过在降低第一LNG物流和冷却后的进料物流的压力和将它们加入闪蒸容器之前将二者组合，降低闪蒸容器的能量需求。
此外，至今为止，来自膨胀或最后闪蒸阶段的闪蒸蒸气的冷量(能量)通常仅在一个或多个换热器中通过冷却一部分制冷剂物流(通常情况是在逆流换热器中的轻质混合制冷剂(LMR)物流)进行回收。通过这种方式，最后闪蒸气的温度从约-160℃的温度升高至仅约-40℃，使得最后闪蒸气的全部冷量未完全回收。随后将冷却后的LMR物流在一个或多个其它换热器中进行使用，以冷却装置或系统中的另一物流。
烃物流可以是任意适合进行处理的气态物流，但通常是从天然气储层或石油储层获得的天然气物流。作为替代，天然气物流也可从其它来源获得，还包括合成来源例如费-托合成工艺。
通常，烃物流基本由甲烷组成。优选地，进料物流包含至少60mol％甲烷，更优选至少80mol％甲烷。
取决于来源，天然气可以含有变化量的比甲烷更重的烃，例如乙烷、丙烷、丁烷和戊烷以及一些芳香烃。天然气物流还可以含有非-烃，例如H2O、N2、CO2、H2S和其它硫化合物等。
必要时，在本发明中使用进料物流之前可以对进料物流进行预处理。该预处理可以包括除去不需要的组分例如CO2和H2S，或者其它步骤例如预冷却、预加压或类似步骤。因为这些步骤为本领域技术人员所公知，因此本文不对它们进行进一步论述。
进料物流的分割可通过任意适合的分割器例如物流分流器来提供。优选通过分割产生两个具有相同组成和相的物流。
闪蒸容器可以是任意适用于获得产品LNG物流和气态物流的容器。本领域中已知这样的容器。
本领域技术人员将理解降压步骤可使用任意膨胀设备(例如使用闪蒸阀或通用膨胀器)或者这些膨胀设备的任意组合以多种方式进行。降压通过两相膨胀器进行。
虽然本发明方法适用于多种烃进料物流，但该方法特别适用于待液化的天然气物流。因为本领域技术人员容易理解如何液化烃物流，因此本文不对其进行进一步论述。
第一进料物流的液化优选在40-80巴下进行。同样优选地，在第一进料物流和第二进料物流进行分离和再组合之间不存在实质上的或明显的压力变化(排除任意微小或正常操作变化，例如10巴或更小)。
产品LNG物流优选处于低压下，例如1-10巴，更优选1-5巴，甚至更优选环境压力。本领域技术人员容易理解到，必要时在液化后可对液化天然气进行另外的处理。例如，可通过焦耳-汤姆孙阀或通过低温涡轮-膨胀器使所得的LNG降压。同样，第一气液分离器中的气液分离和液化之间可进行另外的中间处理步骤。
在本发明中，步骤(g)的气态物流可直接用于向液化装置或系统的任意的部分、物流、单元、阶段或过程提供部分、大部分或全部的冷却。这可通过作为一个冷却物流或作为多个冷却物流并联或串连地进行。这可包括至少部分液化第一进料物流，或实际上液化任意的进料物流。这也可包括冷却制冷剂。这可通过将步骤(g)的气态物流流经一个或多个换热器进行。
因此，来自闪蒸容器的气态物流可有利地提供对进料物流的直接冷却，而不需要任意的中间制冷剂处理或物流。
本发明的另外优点是可从气态物流回收更多的冷量，这增大了冷量回收的效率和因此另外降低了整个液化装置的能量需求。
在本发明的一个实施方案中，该方法另外包括以下步骤：
(h)使第二进料物流和气态物流流经换热器以至少部分提供对步骤(d)中的第二进料物流的冷却。
该实施方案的优点是第二进料物流不需要单独的冷却系统或设备，从而减少了装置安装和降低了能量需求。
优选地，本发明的方法另外包括以下步骤：
(i)将由输入气体物流通过所述的换热器或任意换热器提供的向外流出的气态物流用作燃料气物流。
该实施方案的优点是所述气态物流仍然是整个装置可用的产品，不用再循环至进料物流。
通常，将第二物流冷却至足以在将冷却后的进料物流与第一LNG物流组合后提供组合后的LNG物流的温度。
通常，第二物流通过步骤(d)中的换热冷却至至少-100℃的温度，和优选冷却至与第一LNG物流相同或相似的温度。
含天然气的进料物流的分割可以是通过步骤(b)形成的两个或更多个物流之间的任意比例，前提是其中一个物流包含至少90质量％的进料物流。通常产生两个进料物流，和较小的物流可称为“旁路物流”。在本发明的一个实施方案中，第一进料物流包含至少95质量％、优选至少97质量％的初始进料物流。替代地，第二进料物流是含天然气的进料物流的1-5质量％，优选2-3质量％。
来自LNG生产工艺的最后闪蒸的气态物流(该物流也可称为废弃气态物流)的温度通常为-150℃至-170℃，通常为约-160℃至-162℃。流经换热器后的气态物流的温度优选变成高于0℃，随后优选与第二进料物流进行任意的换热。
优选地，通过任意的换热将气态物流加热至30-50℃、更优选35-45℃的温度。当气态物流用作燃料气时，其温度并不重要，例如+40℃的温度是可接受的。
通过可以将气态物流的温度升高至超出现有技术-40℃的温度(这是使用现有技术制冷剂物流例如LMR物流进行换热时可实现的最大冷量回收)，带来了两个其它的有益效果。首先，用于来自最后闪蒸容器的废弃气体的换热器(特别是冷量回收换热面积)可以更小，可能比现有技术通常的换热器设计小20％或30％。因此，典型换热器中换热面积可以小于2500m2，优选小于2000m2。
其次，通过流经换热器能够将气态物流的所得温度从现有技术的-40℃最大值(基于所用的制冷剂)升高至通常大于+20℃、优选+30℃、更优选+40℃或更高的温度，该能量可用于降低装置或系统中其它位置的冷却或制冷的能量需求，例如装置中用于一个或多个其它进料物流或LNG物流的制冷剂压缩机功率。预计对于具有约5Mtpa容量的LNG装置，用于来自最后闪蒸容器的气态物流的常规换热器的冷量回收换热器的负荷可以倍增，导致主制冷剂压缩机功率降低1％或更多。对于工业液化装置例如那些1Mt pa输出或更大输出的工业液化装置，主压缩功率1％的降低是显著的。
步骤(c)中的液化可包括一个或多个冷却和/或液化阶段。这可包括预冷却阶段和主冷却阶段。预冷却阶段可包括在制冷剂环路中用制冷剂冷却进料物流。
通常，主冷却阶段包括单独的制冷环路，和通常包括一个或多个单独的制冷剂压缩机。典型的主制冷剂的非限定性实例是具有不同沸点的化合物的混合物，以获得良好分布的换热。一种混合物是氮气、乙烷和丙烷。
在另外的方面，本发明提供用于从进料物流生产液化后的烃物流例如天然气物流的设备，该设备包括：
物流分流器，用于将进料物流至少分割成含至少90质量％的初始进料物流的第一进料物流以及第二进料物流；
液化系统，包括至少一个用于在20-100巴压力下液化第一进料物流的换热器，以提供第一液化天然气(LNG)物流；
换热器，以至少部分冷却第二进料物流从而提供冷却后的进料物流；
组合器，以组合第一LNG物流和冷却后的进料物流；
膨胀器，以降低组合后的LNG物流的压力；和
闪蒸容器，以提供产品LNG物流和气态物流。
优选地，将来自闪蒸容器的气态物流经导管通向换热器。在通过换热器后，所述气态物流可用作燃料气物流。
组合器可以是任意适合的配置，通常包括联管节或管接头或管道或导管，任选包括一个或多个阀。
附图说明
下面将参考所附的非限定性附图仅通过实施例描述本发明的实施方案，其中：
图1是根据本发明的一个实施方案的LNG装置的一部分的一般流程图。
具体实施方式
图1显示了液态天然气(LNG)装置的一部分的通用配置。该图显示了含天然气的初始进料物流10。除去甲烷之外，天然气还包含一些更重的烃和杂质例如二氧化碳、氮气、氦气、水、硫醇、汞和非烃酸性气体。进料物流通常通过本领域中已知的方法进行预处理以分离出这些杂质直至满足LNG质量规格；防止下游装置的结垢/损坏和防止在进料物流10下游装置中形成冰。优选地，至少从进料物流10去除二氧化碳、水、硫醇、汞和非烃酸性气体，以提供适用于在低温下液化的纯化后的进料。
通过物流分流器16分割进料物流10，以将进料物流10分割成至少两个具有全部或基本上相同组成(即相同组分和相)的其它的进料物流20、30。在需要时或必要时，可将进料物流(10)分割成两个以上进料物流。
在图1中，90质量％或更多的进料物流10提供第一进料物流20，通常为进料物流10的至少95质量％，优选大于97质量％。该第一进料物流20通过液化系统在20-100巴和优选50-60巴例如55巴的压力下进行液化。液化系统在本领域中是已知的，和可包括一个或多个冷却和/或制冷过程，通常包括至少一个换热器18。这些装置在本领域中是公知的，本文将不对它们进行另外的描述。液化系统提供第一LNG物流40，该第一LNG物流40优选具有与第一进料物流20相同或相似的压力。
其间，通过物流分流器16产生的第二进料物流30流经另一个换热器14。换热器为本领域所公知和通常包括通过其中的至少两个物流的通道，其中回收来自一个物流的冷量和/或对与第一物流并流或逆流流动的至少一个其它物流进行制冷。图1中，换热器14冷却第二进料物流30以产生冷却后的进料物流50。通常，冷却后的进料物流50是LNG。
换热器14可包括1个以上换热器以冷却第二进料物流30。第二进料物流30的冷却也可通过与图1中示出的LNG装置流程图相关的和/或不相关的一个或多个其它换热器或冷却器或制冷剂加以辅助(图1中未示出)。
冷却后的进料物流50与第一LNG物流40在组合器例如管接头或驱动器中组合，以产生组合后的LNG物流60。随后通过流经膨胀器22、优选两相膨胀器降低组合后的物流60的压力。膨胀器在本领域中已公知和进行过调整以降低流经其中的流体物流的压力，从而从其中产生液态物流和气态或蒸气物流。可将来自膨胀器22的物流60a流经闪蒸阀(未示出)和随后流至最后闪蒸容器12中，在最后闪蒸容器12中液态物流通常作为产品LNG物流70和气态物流80进行回收。随后将压力为1-10巴(例如环境压力)的产品LNG物流70通过一个或多个泵泵送至储存和/或运输装置。
来自最后闪蒸容器12的所得气态物流80可流经换热器14，第二进料物流30通常以逆流方式流经换热器14。随后可将来自换热器14的气态物流90输出用作燃料气和/或用于LNG装置的其它部分中。
表I给出了图1的实施例方法中多个部分处的物流的压力和温度的多个数据的汇总。
Figure A200780017632D00121
可通过一个或多个另外的换热器、例如使用一个或多个另外的换热器从来自换热器14的输出物流90回收另外的冷量。
图1中的配置具有多个优点。一个优点是减少了所需换热器的数目。现今将单独的换热器用于废弃气体和第二进料物流，这将包括另外的安装和装置器械以及另外的能量需求。在图1中，第二进料物流30和气态物流80的直接相互作用仅需要一个换热器14。
另一个优点是可将气态物流80中的冷量回收至多至高于+0℃、可能多至+20℃、+30℃或甚至+40℃或以上的温度，而现今用标准液态制冷剂从废弃气态物流仅回收多至最大-40℃或仅-50℃的冷量。更宽温度的方法可用于总体上减小冷量回收换热器14，例如减小换热器面积。从换热器14获得的燃料气90可在+0℃、+20℃、+30℃或+40℃或以上温度下用作装置的能量来源。
因此，通过可在气态物流80的整个温度范围内从中回收冷量，和通过可从所述气态物流向进料物流直接传递冷量而不是通过一个或多个中间制冷剂物流向进料物流传递冷量(每次换热将伴随回收能量的损失)，使整个LNG装置的效率(即总体能量运行需求)受益。
该效率可通过将图1中所示的流程中膨胀器22所产生的功效能量的增加与例如直接将第二进料气体线路加入最后闪蒸容器12相比加以证明。在用于图1流程图的典型配置中，膨胀器22产生170KW用于流程其它位置的功效能量，而通过直接将第二进料气态物流加入最后闪蒸容器时通过膨胀器22产生的功效能量仅为166KW。图1的流程因此更加有效。
在第一替换方案中，将物流80流经作为替换的一个或多个换热器以从其中回收冷量，所述换热器优选为LNG液化系统的一部分例如图1中所示的液化换热器18。
本领域技术人员将理解可在不偏离所附权利要求的范围的情况下以多种不同方式实施本发明。

Claims (12)

1.一种从进料物流液化烃物流例如天然气的方法，所述方法至少包括以下步骤：
(a)提供进料物流(10)；
(b)对步骤(a)的进料物流(10)进行分割，以至少提供含至少90质量％的初始进料物流(10)的第一进料物流(20)以及第二进料物流(30)；
(c)在20-100巴的压力下液化步骤(b)的第一进料物流(20)，以提供第一液化天然气(LNG)物流(40)；
(d)冷却步骤(b)的第二进料物流(30)，以提供冷却后的进料物流(50)；
(e)将步骤(c)的第一LNG物流(40)与步骤(d)的冷却后的进料物流(50)组合，以提供组合后的LNG物流(60)；
(f)降低步骤(e)的组合后的LNG物流(60)的压力；和
(g)使步骤(f)的组合后的LNG物流(60)流经闪蒸容器(12)，以提供产品LNG物流(70)和气态物流(80)。
2.权利要求1的方法，另外包括使气态物流(80)流经一个或多个换热器的步骤。
3.权利要求2的方法，另外包括以下步骤：
(h)使第二进料物流(30)和气态物流(80)流经换热器(14)以至少部分提供对步骤(d)中的第二进料物流(30)的冷却。
4.权利要求2或3的方法，另外包括以下步骤：
(i)将从换热器输出的气态物流(80)用作燃料气物流(90)。
5.前述权利要求中一项或多项的方法，其中第一进料物流(20)占初始进料物流(10)的至少95质量％，优选至少97质量％。
6.前述权利要求中一项或多项的方法，其中在步骤(d)中将第二进料物流(30)冷却至至少-100℃的温度，优选冷却至与第一LNG物流(40)相同或相似的温度。
7.权利要求2-6的方法，其中气态物流(80)流经换热器后的温度高于0℃。
8.权利要求3-7中一项或多项的方法，其中气态物流(80)流经用于步骤(d)的换热器(14)后的温度为30-50℃，优选35-45℃。
9.前述权利要求中一项或多项的方法，其中第二进料物流(30)是含天然气的进料物流(10)的1-5质量％，优选为进料物流(10)的2-3质量％。
10.前述权利要求中一项或多项的方法，其中产品LNG物流(70)的压力为1-10巴。
11.用于从进料物流(10)生产液化烃气例如LNG的设备，所述设备至少包括：
物流分流器(16)，用于将进料物流(10)至少分割成含至少90质量％的初始进料物流(10)的第一进料物流(20)以及第二进料物流(30)；
液化系统，包括至少一个用于在20-100巴压力下液化第一进料物流(20)的换热器(18)，以提供第一液化天然气(LNG)物流(40)；
换热器(14)，以至少部分冷却第二进料物流(30)从而提供冷却后的进料物流(50)；
组合器，以组合第一LNG物流(40)和冷却后的进料物流(50)；
膨胀器(22)，以降低组合后的LNG物流(60)的压力；和
闪蒸容器(12)，以提供产品LNG物流(70)和气态物流(80)。
12.权利要求11的设备，其中所述设备另外包括导管以使气态物流(80)流经换热器(14)。
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