CN101506606B - 用于处理烃物流的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及处理烃物流的方法，所述方法至少包括以下步骤：(a)将部分冷凝的进料物流(10)供应至第一气/液分离器(2)并分离成气体物流(20)和液体物流(30)；膨胀液体物流(30)和气体物流(20)，和随后将它们分别在第一进料点(31)和第二进料点(32)加入第二气/液分离器(3)中，其中第二进料点(32)的位置比第一进料点(31)高；在位置比第二进料点(32)高的第三进料点(33)将液化天然气物流(70，70b)加入第二气/液分离器(3)中；从第二气/液分离器(3)的顶部移除贫C2+气体物流(60)和从第二气/液分离器(3)的底部移除液体物流(80，80a)；其中从来自单独装置的液化天然气源(4)获得液化天然气物流(70，70b)。

Description

用于处理烃物流的方法和设备
技术领域
本发明涉及处理烃物流例如天然气物流的方法和/或设备。
背景技术
已知多种用于处理烃物流的方法和设备。US 2005/0268649A1给出了一个实例，其中涉及一种用于处理天然气或其它富甲烷气体物流以生产具有高甲烷纯度的液化天然气(LNG)物流和主要含比甲烷重的烃的液体物流的方法。
已知方法的一个问题是太复杂，因此导致高额的资本性支出(CAPEX)，而且同时它也没有获得令人满意的收率，特别是乙烷的收率。而且，所生产的燃料气体的量不是最理想的，因为US 2005/0268649A1的主要目的是在于使天然气液化，而不是生产“残液物流”和从其中回收乙烷。
US 2005/0268649A1的另一个问题是所述方法或用于实施所述方法的装置的开车需要花费大量的时间。
发明内容
本发明的一个目的是最小化一个或多个上述问题，同时维持或甚至改进从烃物流回收乙烷和更重的烃、特别是乙烷的收率。
本发明的另一个目的是提供用于处理天然气物流的替代方法。
本发明提供在工厂中处理烃物流例如天然气物流的方法，所述方法至少包括以下步骤：
(a)将部分冷凝的进料物流供应至第一气/液分离器；
(b)在第一气/液分离器中将进料物流分离成气体物流和液体物流；
(c)膨胀步骤(b)中获得的液体物流和将其在第一进料点加入第二气/液分离器；
(d)膨胀步骤(b)中获得的气体物流，从而获得至少部分冷凝的物流，和随后将其在第二进料点加入第二气/液分离器中，其中第二进料点位置比第一进料点高；
(e)将液化天然气物流在第三进料点加入第二气/液分离器中，其中第三进料点位置比第二进料点高；
(f)从第二气/液分离器顶部移除贫C2+气体物流；和
(g)从第二气/液分离器底部移除液体物流；其中步骤(e)中加入的液化天然气物流从来自单独装置的液化天然气源获得。
在另一方面，本发明涉及在工厂中用于处理烃物流例如天然气物流的设备，所述设备至少包括：
-第一气/液分离器，具有用于部分冷凝的进料物流的入口、用于气体物流的第一出口和用于液体物流的第二出口；
-第二气/液分离器，至少具有用于气体物流的第一出口和用于液体物流的第二出口及第一进料点、第二进料点和第三进料点，所述气/液分离器中第三进料点的位置比第二进料点高，所述气/液分离器中所述第二进料点的位置比第一进料点高；
-第一膨胀器，用于膨胀从第一气/液分离器的第一出口获得的气体物流，所述第一膨胀器具有与第二气/液分离器的第二进料点相连的出口；和
-第二膨胀器，用于膨胀从第一气/液分离器的第二出口获得的液体物流，所述第二膨胀器具有与第二气/液分离器的第一进料点相连的出口；
其中所述第三进料点与来自单独装置的液化天然气源相连。
附图说明
下文将通过实施例和参照所附非限定附图进一步说明本发明。在附图中，
图1图示了本发明的工艺流程图。
具体实施方式
用于本说明书的目的，单个的附图标记将被分配用于一条管线以及该管线中载带的物流。相同的附图标记指相似的部件。
本发明的实施方案涉及处理天然气物流，和可包括从天然气回收至少一些乙烷、丙烷、丁烷和更重的烃，例如戊烷。出于多种目的对烃进行回收。一个目的可以是生产主要由比甲烷重的烃产品组成的烃物流例如天然气液体(NGL；通常由乙烷、丙烷和丁烷组成)、液化石油气(LPG；通常由丙烷和丁烷组成)或冷凝物(通常由丁烷和更重的烃组分组成)。另一目的可以是调整例如烃物流的热值，以对应市售气体的所需规格。
已发现使用本发明公开的令人意想不到的简单方法，可以明显降低CAPEX。例如，无需从第二气/液分离器(部分)回流气态顶部物流。
另外，也因为其简单的特点，本文描述的方法和设备预期非常耐用和与已知流程相比可实现快速开车。
此外，已发现使用本文描述的方法可以获得高的乙烷回收率，从而获得更贫的富甲烷天然气物流。所述方法也预期适用于压力远低于70巴的进料物流，同时维持相对高的乙烷收率。
另一优点是本发明的方法适用于较宽范围的进料物流组成。
另一优点是生产更多的市售气体，特别是当顶部气体没有随后进行液化或回流至第二气/液分离器时(这与例如US 2005/0268649A1不同)。
烃进料物流可以是任意适合的待处理的含烃物流，但通常是可从天然气储层或石油储层获得的天然气物流。作为替代，天然气物流也可以从其它来源获得，也包括合成来源例如费-托法。
通常，进料物流基本由甲烷组成。优选进料物流包含至少60mol％甲烷，更优选至少80mol％甲烷。
根据来源，进料物流可含有变化量的比甲烷重的烃例如乙烷、丙烷、丁烷和戊烷以及一些芳族烃。进料物流也可含有非烃例如H2O、N2、CO2、H2S和其它化合物等。
本发明的实施方案包括将进料物流供应至第一气/液分离器；将进料物流分离成气体物流和液体物流；和将这些气体物流和液体物流加入第二气/液分离器中。
必要时，可在将含天然气的进料物流加入第一气/液分离器之前对其进行预处理。该预处理可包括除去不需要的组分例如CO2和H2S、或其它步骤例如预冷却、预加压等。因为这些步骤为本领域技术人员所熟知，所以本文不对它们进行进一步的讨论。优选烃进料物流含有＜(小于)1mol％CO2。
第一气/液分离器和第二气/液分离器可以是任意适用于获得至少气体物流和液体物流的装置，例如洗涤器、蒸馏塔等。必要时，可以存在三个或更多个气/液分离器。优选第二气/液分离器是脱甲烷塔，即与烃进料物流相比，第二气/液分离器的顶部物流富含甲烷和第二气/液分离器的底部物流富含乙烷。
在加入第二气/液分离器中之前，可使气体物流和液体物流膨胀。本领域技术人员将理解到可以多种方式使用任意的膨胀装置实施膨胀步骤(例如使用节流阀、闪蒸阀或通用膨胀器)。
另外，本领域技术人员将容易理解到必要时可对处理的烃物流进行进一步的处理。同样，在第一气/液分离器和第二气/液分离器之间也可实施另外的中间处理步骤。
本发明提供的方法和设备中，在一个装置中生产贫C2+气体物流，由此从来自单独装置的液化天然气源获得所使用的液化天然气(LNG)物流。在下文可称为步骤(e)的步骤中，可将LNG物流加入第二气/液分离器中。
优选LNG物流的温度低于-100℃和是至少部分冷凝的，和包含大于60mol％甲烷，优选大于80mol％甲烷。术语“来自单独装置的液化天然气源”表示在与其中生产贫C2+气体物流的装置分开的单独装置中生产LNG。不使用本发明的烃处理装置中生成的LNG物流，例如在处理LNG物流期间或在处理下游(例如第二气/液分离器的下游)期间生成的任意LNG物流。因此，这与例如US 2005/0268649A1不同，US
2005/0268649A1中利用了在其它位置生产的已存在的LNG物流，例如在单独的液化装置中生产的LNG物流。单独的来源可以是储罐或来自附近液化装置的物流。同样，也可从正在卸载的LNG运输容器获得LNG物流。优选从LNG输入中转油库处的单独装置获得LNG物流，例如LNG输入中转油库处的LNG储罐
在步骤(f)中，从第二气/液分离器的顶部移除气体物流。步骤(f)中获得的气体物流是贫C2+气体物流。术语“贫C2+”表示气体物流中含有少量的具有两个或更多个碳原子的烃，包括富含甲烷的物流，其中仅含有少量的具有两个或更多个碳原子的烃。这样一来，步骤(f)中获得的气体物流提供用作市售气体所需的组成和/或热值。例如，步骤(f)中从第二气/液分离器的顶部移除的贫C2+气体物流可含有＜(小于)10mol％的具有两个或更多个碳原子的烃，优选＜5mol％，更优选＜2mol％和甚至更优选＜1mol％。
根据本文描述的一个实施方案，将步骤(f)中获得的气体物流送至气网和没有使其液化以获得富甲烷LNG物流。
另外，可以将步骤(f)中获得的气体物流与进料物流进行换热。
此外，步骤(e)中加入的LNG物流可以之前已与进料物流进行过换热。
在步骤(g)中，从第二气/液分离器的底部移除液体物流。可对该液体物流进行进一步处理。优选地，在该进一步处理期间，对该液体物流进行分馏从而获得两种或更多种产品，包括乙烷。
优选在从第二气/液分离器获得的液体物流中回收部分冷凝的进料物流中存在的＞(大于)75mol％的具有两个或更多个碳原子的烃，优选＞80mol％，更优选＞85mol％，甚至更优选＞90mol％，最优选＞95mol％。另一方面，优选部分冷凝的进料物流中存在的≤(小于或等于)25mol％的具有两个或更多个碳原子的烃转移至步骤(f)中获得的气体物流，优选≤20mol％，更优选≤15mol％，甚至更优选≤10mol％，最优选≤5mol％。
例如，优选在步骤(g)中获得的液体物流中回收部分冷凝的进料物流中存在的＞(大于)75mol％的乙烷，优选＞80mol％，更优选＞85mol％，甚至更优选＞90mol％，最优选＞95mol％。另一方面，优选部分冷凝的进料物流中存在的≤(小于或等于)25mol％的乙烷转移至步骤(f)中从第二气/液分离器获得的气体物流，优选≤20mol％，更优选≤15mol％，甚至更优选≤10mol％，最优选≤5mol％。
根据本文描述的一个实施方案，步骤(d)中膨胀从第一气/液分离器获得的气体物流期间的压降小于15巴，更优选小于10巴，甚至更优选小于5巴。因此可以降低处理过程中的能量消耗。
同样，优选第二气/液分离器中的压力为15-40巴，优选20-30巴。实例包括23-27巴和约25巴。
图1图示了用于处理烃进料物流例如天然气从而在一定程度上回收乙烷和更重的烃的工艺流程图(通常用附图标记1表示)。
图1的工艺流程图包括第一气/液分离器2、第二气/液分离器3、第一膨胀器6、第二膨胀器7(节流阀形式)、来自单独装置的LNG的单独来源4(图1的实施方案中为在LNG输入中转油库处的LNG储罐)、气网11和分馏装置9。第二气/液分离器3可以以蒸馏塔3的形式提供，例如在当前的图1的实施方案中的情况下的脱甲烷塔。本领域技术人员将容易理解到必要时可以存在另外的元件。
使用期间，在一定入口压力和入口温度下，将含天然气的部分冷凝的进料物流10供应至第一气/液分离器2的入口21。通常，至第一气/液分离器2的入口压力是10-100巴，优选高于30巴和优选低于90巴，更优选低于70巴。温度通常是0至-80℃。为获得部分冷凝的进料物流10，可以以多种方式对其进行预冷却。在图1的实施方案中，进料物流已经在换热器12中与贫C2+气体物流60(下文也称为气体顶部物流60或仅用顶部物流60表示，和将在下文中进行论述)进行过换热，随后在换热器5中与LNG物流进行换热，在图1的实施方案中为源自单独装置的LNG物流70(表示为物流70a和70b)。作为与物流60和70换热的替代或补充，也可使用通用的外部制冷剂例如丙烷或其它冷却器例如空气冷却器或水冷却器以冷却进料物流10。
必要时，可在加入第一气/液分离器2中之前对进料物流10进行进一步的预处理。例如，在进入第一分离器2之前，也可从进料物流10至少部分移除H2O、CO2、H2S和具有等于或大于戊烷的分子量的烃组分。
在第一气/液分离器2中，将进料物流10(在入口21加入)分离成气体物流20(在第一出口22移除)和液体物流30(在第二出口23移除)。与进料物流10相比，气体物流20(下文也可以称为气体顶部物流20)富含甲烷。
液体物流30(下文也可以称为液体底部物流30)通常是液体和通常含有当冷却至甲烷发生液化的温度下可冻结的一些组分。底部物流30也可含有可经单独处理形成液化石油气(LPG)产品的烃。在第二膨胀器7中将物流30膨胀至蒸馏塔3的操作压力(通常约25巴)和作为物流40在第一进料点31加入蒸馏塔3中。必要时，也可在管线40上存在另外的换热器(未显示)以加热物流40。第二膨胀器7可以是任意的膨胀装置，例如液体膨胀器及闪蒸阀。
在第一分离器2的第一出口22移除的气体顶部物流20在第一膨胀器6中至少部分冷凝，和随后在第二进料点32作为至少部分冷凝的物流50加入蒸馏塔3中。第二进料点32位置比第一进料点31高。必要时，在第一膨胀器6和第二进料点32之间可存在另外的换热步骤。因为通过使用冷物流70而无需对物流50进行额外的冷却(在下文中进行论述)，所以通过膨胀器6的压降可以低于15巴，甚至低于10巴。
必要时(如图1中的虚线所示)，可以将气体顶部物流20分成两个物流；可在膨胀器6a中膨胀“另外的”物流20a，和将其在另外的进料点37加入蒸馏塔中。
在换热器5中冷却进料物流10之后，将LNG物流70在第三进料点33作为物流70b加入蒸馏塔3中，第三进料点33的位置比第二进料点32高。优选第三进料点33位于或靠近蒸馏塔3的顶部。
优选地，蒸馏塔3中的压力为15-40巴，优选20-30巴。
优选地，在换热器5中(作为物流70a)与物流10换热之前，LNG物流70的温度低于-150℃；和在第三进料点33(作为物流70b)加入第二气/液分离器3中之前，LNG物流70的温度低于-100℃但通常高于-150℃。因此，无需顶部物流60至蒸馏塔3的回流就可以实现在底部产品物流80中回收进料物流10中存在的乙烷的主要部分。其结果是明显降低了资本性支出。
使第二气/液分离器3的顶部(从第一出口34)获得的气体顶部物流60在换热器12中与进料物流10进行换热和任选在压缩机8(其可以与第一膨胀器6功能性连接)中压缩后被送至气网11(以用作市售气体)。优选地，随后没有使气体物流60液化。
从蒸馏塔3的第二出口35移除液体物流80(下文也可以称为液体底部物流80)。可以使液体底部物流80在环境冷却器81中冷却和通常在例如分馏装置9中进行一个或多个分馏步骤，以收集多种天然气液体产品。例如，如图1所示，分馏装置9可以生产至少两个液体物流(100，110)，例如液化石油气(LPG)物流和冷凝物物流。通常也从分馏装置9产出乙烷物流(未显示)。
必要时，如图1所示，可使一部分液体底部物流80作为物流90返回蒸馏塔3的底部，物流80的剩余部分用物流80a表示。
本领域技术人员将理解底部物流中回收的乙烷量也取决于源自来源4的LNG物流70的组成。当LNG物流70含有大量乙烷时，该乙烷将基本在底部物流80中进行回收。
表I给出了在图1的一个实例方法中的不同部分的物流的压力和温度的概况。图1的管线10中的进料物流基本包含以下组成：79mol％甲烷、10mol％乙烷、6mol％丙烷、3mol％丁烷和戊烷、和2mol％N2。之前已经移除了其它组分，例如H2S和H2O。
表I
  管线   压力(巴)   温度(℃)   Mole％乙烷
  10   35.5   -70.0   10.0
  20   35.4   -69.6   3.4
  30   35.4   -69.6   20.8
  40   20.2   -83.7   20.8
  50   20.2   -91.6   3.4
  60   20.0   -104.7   0.4
  70a   20.0   -155   8.5
  80   20.2   -19.0   51.4
已发现与使用与图1中相似、但其中使用回流塔以将一部分顶部物流60回流至蒸馏塔3的流程相比，根据本发明的流程的顶部气体物流60(这可用作市售气体)的量相对更高。
本领域技术人员将容易理解到可在不偏离本发明范围的情况下进行多种调整。例如，压缩机可包括两个或更多个压缩阶段。另外，每个换热器可以包括换热器队列。

Claims (20)

1.在工厂中处理烃物流的方法，所述方法至少包括以下步骤：
(a)将部分冷凝的进料物流供应至第一气/液分离器，其中所述进料物流包含至少60mol％甲烷；
(b)在第一气/液分离器中将进料物流分离成气体物流和液体物流；
(c)膨胀步骤(b)中获得的液体物流和将其在第一进料点加入第二气/液分离器；
(d)膨胀步骤(b)中获得的气体物流，从而获得至少部分冷凝的物流，和随后将其在第二进料点加入第二气/液分离器中，其中第二进料点位置比第一进料点高；
(e)将液化天然气物流在第三进料点加入第二气/液分离器中，其中第三进料点位置比第二进料点高；
(f)从第二气/液分离器顶部移除贫C2+气体物流；和
(g)从第二气/液分离器底部移除液体物流；
其中步骤(e)中加入的液化天然气物流从来自单独装置的液化天然气源获得。
2.权利要求1的方法，其中所述液化天然气物流的温度低于-100℃。
3.权利要求1的方法，其中将步骤(f)中获得的气体物流送至气网以用作市售气体。
4.权利要求3的方法，其中在步骤(d)中气体物流在第一膨胀器中膨胀，和其中在第二气/液分离器顶部获得的贫C2+气体物流在与进料物流换热和在压缩机中压缩后被送至气网，所述压缩机与第一膨胀器功能性连接。
5.权利要求1的方法，其中步骤(f)中获得的气体物流未被液化。
6.权利要求1的方法，其中使步骤(f)中获得的气体物流与进料物流进行换热。
7.权利要求1的方法，其中步骤(e)中加入的液化天然气物流之前已经与进料物流进行过换热。
8.权利要求1的方法，其中对从第二气/液分离器底部移除的液体物流进行分馏从而获得两种或更多种产品，包括乙烷。
9.权利要求1的方法，其中在步骤(g)中获得的液体物流中回收部分冷凝的进料物流中存在的＞75mol％的乙烷。
10.权利要求1的方法，其中在步骤(d)中膨胀期间的压降小于15巴。
11.权利要求1的方法，其中第二气/液分离器中的压力为15-40巴。
12.权利要求1的方法，其中在步骤(f)中从第二气/液分离器的顶部移除的贫C2+气体物流是含＜(小于)10mol％的具有两个或更多个碳原子的烃的气体物流。
13.权利要求1的方法，其中在步骤(f)中获得的贫C2+气体物流提供用作市售气体的组成和/或热值。
14.权利要求1-13任一项的方法，其中来自单独装置的液化天然气源是在液化天然气输入中转油库处的液化天然气储罐。
15.权利要求1-13任一项的方法，其中不使用权利要求1的在装置中生成的液化天然气物流，包括在处理期间或处理下游期间生成的任意液化天然气物流。
16.权利要求1-13任一项的方法，其中加入步骤(e)的液化天然气物流是在其它位置生产的已存在的液化天然气物流。
17.权利要求1-13任一项的方法，其中所述烃物流为天然气物流。
18.权利要求1-13任一项的方法，其中部分冷凝的进料物流含天然气。
19.在工厂中处理烃物流的设备，所述设备至少包括：
-第一气/液分离器，具有用于部分冷凝的进料物流的入口、用于气体物流的第一气/液分离器的第一出口和用于液体物流的第一气/液分离器的第二出口，其中所述进料物流包含至少60mol％甲烷；
-第二气/液分离器，至少具有用于气体物流的第二气/液分离器的第一出口和用于液体物流的第二气/液分离器的第二出口及第一进料点、第二进料点和第三进料点，所述气/液分离器中第三进料点的位置比第二进料点高，所述气/液分离器中所述第二进料点的位置比第一进料点高；
-第一膨胀器，用于膨胀从第一气/液分离器的第一出口获得的气体物流，所述第一膨胀器具有与第二气/液分离器的第二进料点相连的出口；和
-第二膨胀器，用于膨胀从第一气/液分离器的第二出口获得的液体物流，所述第二膨胀器具有与第二气/液分离器的第一进料点相连的出口；
其中所述第三进料点与来自单独装置的液化天然气源相连。
20.权利要求19的设备，其中来自单独装置的液化天然气源是在液化天然气输入中转油库处的液化天然气储罐。
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