CN105043014A - 使用专用再喷射回路的液化天然气生产中的集成的除氮 - Google Patents

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Abstract

一种用于液化天然气进料流并且从其除去氮来产生氮排尽LNG产品的方法和设备，其中天然气进料流穿过主热交换器来产生第一LNG流，其分离来形成氮排尽LNG产品和由氮富集天然气蒸气构成的再循环流，并且其中再循环流与天然气进料流分开且平行地穿过主热交换器来产生第一LNG流，以产生第一至少部分地液化的氮富集天然气流，其分离来提供富氮蒸气产品。

Description

使用专用再喷射回路的液化天然气生产中的集成的除氮
技术领域
本发明涉及一种用于液化天然气进料流和从其除去氮来产生氮排尽的液化天然气(LNG)产品的方法。本发明还涉及用于液化天然气进料流和从其除去氮来产生氮排尽的LNG产品的设备(如，例如天然气液化站或其它形式的处理设施)。
背景技术
在用于液化天然气的过程中，经常合乎需要或必要的是(例如由于纯度和/或回收要求)从进料流除去氮同时使产品(甲烷)损失最小化。除去的氮产品可用作燃料气体或排放至大气。如果用作燃料气体，则氮产品必须包含大量甲烷(典型地＞30mol%)来保持其热值。在该情况下，氮分离由于氮产品的纯度的宽松规格而没那么困难，并且目标在于选定以最少附加装备和功率消耗的最有效的过程。然而，在由电动机驱动的许多小型和中型LNG设施中，存在对燃料气体的非常小需求，并且氮产品必须排放到大气。如果排放，则由于环境问题和/或由于甲烷回收要求，故氮产品必须满足严格纯度规格(例如，＞95mol%，或＞99mol%)。该纯度要求提出了分离的挑战。在天然气进料中的非常高氮浓度(典型地大于10mol%，在一些情况下高达或甚至高于20mol%)的情况下，专用脱氮单元(NRU)证明是用以有效除去氮且产生纯(＞99mol%)氮产品的稳健方法。然而，在大多数情况下，天然气包含大约1mol%到10mol%的氮。当进料中的氮浓度在该范围内时，NRU的适用性由于与附加装备相关联的复杂性而被高资本成本阻碍。一定数量的现有技术文献提出了用以从天然气除去氮的备选解决方案，包括将氮循环流添加于NRU或使用专用精馏塔。然而，这些过程经常非常错综，需要大量装备(以及相关联资本成本)，难以操作并且/或者低效，尤其是对于较低氮浓度(＜5%)的进料流。此外，经常的情况在于天然气进料中的氮浓度有时将变化，这意思是即使人们处理目前氮含量高的进料，人们也不可确保这将仍是该情况。因此，将合乎需要的是开发出简单、有效且能够从具有低氮浓度的天然气进料有效除去氮的过程。
US3,721,099公开了一种用于液化天然气和通过精馏来从液化天然气分离氮的过程。在该过程中，天然气进料预先冷却，并且在一系列热交换器单元中部分地液化，并且在分相器中分成液相和汽相。天然气蒸气流接着在双重精馏塔的底部中的盘管中液化和过冷，向高压塔提供滚沸负荷。来自盘管的液化天然气流接着在热交换器单元中进一步过冷，在膨胀阀中膨胀，并且引入到高压塔中并且在高压塔中分离。从高压精馏塔的底部吸收的富甲烷液体流和从分相器获得的富甲烷液体流在另外的热交换器单元中过冷，通过膨胀阀膨胀，并且引入到低压塔中并且分离到低压塔中。至低压塔的逆流由通过在热交换器单元中液化从高压塔的顶部获得的氮流而获得的液氮流提供。包含大约0.5%的氮的氮排尽LNG(主要是液体甲烷)产品从低压塔的底部获得，并且发送至LNG储存罐。富氮流从低压塔的顶部(包含大约95mol%的氮)和从高压塔的顶部获得。富氮流和来自LNG罐的煮沸气体在各种热交换器单元中加热来提供其制冷。
US7,520,143公开了一种其中包含98mol%的氮的氮排出流由脱氮塔分离的过程。天然气进料流在主热交换器的第一(热)区段中液化来产生LNG流，其从热交换器的中间位置抽取，在膨胀阀中膨胀，并且发送至脱氮塔的底部。来自脱氮塔的底部液体在主热交换器的第二(冷)区段中过冷，并且通过阀膨胀到闪蒸罐中来提供氮排尽LNG产品(小于1.5mol%的氮)，以及氮富集流，其纯度(30mol%的氮)低于氮排出流并且用于燃料气体。来自脱氮塔的塔顶蒸气分开，其中蒸气的一部分抽取为氮排出流，并且其余部分在闪蒸鼓中的热交换器中冷凝来提供逆流至脱氮塔。用于主热交换器的制冷由使用混合制冷剂的闭环制冷系统提供。
US2011/0041389公开了一种过程，其略微类似于US7,520,143中所述的，其中高纯度氮排出流(典型地90%到100%体积的氮)在精馏塔中与天然气进料流分离。天然气进料流在主热交换器的热区段中冷却来产生冷却的天然气流。该流的一部分从主热交换器的第一中间位置抽取，膨胀并且发送至精馏塔的底部作为汽提气。流的其余部分在主热交换器的中间区段中进一步冷却和液化，以形成LNG流，其从热交换器的第二(较冷)中间位置抽取，膨胀并且发送至精馏塔的中间位置。来自精馏塔的底部液体抽取为氮排尽LNG流，在主热交换器的冷区段中过冷，并且膨胀到分相器中来提供氮排尽LNG产品，以及压缩并且循环回到天然气进料流中的氮富集流。来自精馏塔的塔顶蒸气分开，其中蒸气的一部分抽取为高纯度氮排出流，而其余部分在分相器中的热交换器中冷凝来提供逆流至精馏塔。
ip.com数据库上的文献IPCOM000222164D公开了一种过程，其中独立脱氮单元(NRU)用于产生氮排尽天然气流和纯氮排出流。天然气进料流冷却并且在热的热交换器单元中部分地液化，并且在分相器中分离成天然气蒸气和液流。蒸气流在冷的热交换器单元中液化，并且发送至蒸馏塔的顶部或中间位置。液流与蒸气流分开且平行地在冷的热交换器单元中进一步冷却，并且接着发送至蒸馏塔的中间位置(在引入蒸气流的位置下方)。蒸馏塔的滚沸通过在冷的热交换器单元中加热和气化来自蒸馏塔的氮排尽底部液体的一部分来提供，从而还提供了单元的制冷。氮排尽底部液体的其余部分泵送至热的热交换器单元，并且在热的热交换器单元中加热和气化，从而提供该单元的制冷，并且留下热的交换器作为完全气化的蒸气流。从蒸馏塔抽取的氮富集塔顶蒸气在冷的和热的热交换器单元中加热，以向所述单元提供进一步制冷。在蒸气流引入到蒸馏塔的中间位置中的情况下，塔的附加逆流可通过冷凝塔顶蒸气的一部分并且使其返回到塔来提供。这可通过在节约器热交换器中加热塔顶蒸气、分开加热的塔顶蒸气，以及在节约器热交换器中冷凝加热的塔顶蒸气的一部分并且使冷凝部分返回到蒸馏塔的顶部来完成。没有外部制冷用于该过程。
US2011/0289963公开了一种过程，其中氮汽提塔用于将氮与天然气流分开。在该过程中，天然气进料流经由与单个混合制冷剂热交换器来在主热交换器的热区段中冷却和部分地液化。部分地冷凝的天然气从主热交换器抽取，并且在分相器或蒸馏容器中分离成天然气蒸气和液流。液流在膨胀和引入到氮汽提塔中之前在主热交换器的冷区段中进一步冷却。氮排尽LNG产品(包含1体积%到3体积%的氮)从汽提塔的底部抽取，并且氮富集蒸气流(包含小于10体积%甲烷)从汽提塔的顶部抽取。来自分相器或蒸馏容器的天然气蒸气流在单独的热交换器中膨胀和冷却，并且引入到汽提塔的顶部中来提供逆流。对附加热交换器的制冷通过气化来自汽提塔的底部液体的一部分(从而还提供来自塔的滚沸)和通过加热从汽提塔的顶部抽取的氮富集蒸气流来提供。
US8,522,574公开了另一种过程，其中氮从液化天然气除去。在该过程中，天然气进料流首先在主热交换器中冷却和液化。液流接着在副热交换器中冷却，并且膨胀到闪蒸容器中，其中，富氮蒸气与富甲烷液体分离。蒸气流进一步膨胀并且发送至分馏塔的顶部。来自闪蒸容器的液流分开，其中一部分引入到分馏塔的中间位置中，而另一部分在副热交换器中加热并且引入到分馏塔的底部中。从分馏塔获得的富氮塔顶蒸气穿过副热交换器并且在副热交换器中加热，以向所述热交换器提供附加制冷。产物液化天然气从分馏塔的底部回收。
US2012/019883公开了一种用于液化天然气流和从其除去氮的过程。天然气进料流在主热交换器中液化，膨胀并且引入到分离塔的底部中。用于主热交换器的制冷由循环混合制冷剂的闭环制冷系统提供。从分离塔的底部抽取的氮排尽LNG膨胀并且在分相器中进一步分离。来自分相器的氮排尽LNG发送至LNG储存罐。来自分相器的蒸气流与来自LNG储存罐的煮沸气体组合，在主热交换器中加热来提供附加制冷至主热交换器，压缩并且再循环到天然气进料流中。从分离塔的顶部抽取的氮富集蒸气(90体积%到100体积%的氮)也在主热交换器中加热来向主热交换器提供附加制冷。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供了一种用于产生氮排尽LNG产品的方法，该方法包括：
(a)使天然气进料流穿过主热交换器来冷却天然气进料流并且液化所述流的全部或部分，从而产生第一LNG流；
(b)从主热交换器抽取第一LNG流；
(c)膨胀、部分地气化和分离第一LNG流或由第一LNG流的部分形成的LNG流，以形成氮排尽LNG产品和由氮富集天然气蒸气构成的再循环流；
(d)将再循环流压缩来形成压缩的再循环流；
(e)与天然气进料流分开且平行地使压缩再循环流穿过主热交换器，以冷却压缩的再循环流并且至少部分地液化其全部或部分，从而产生第一至少部分地液化的氮富集天然气流；
(f)从主热交换器抽取第一至少部分地液化的氮富集天然气流；以及
(g)膨胀、部分地气化和分离第一至少部分地液化的氮富集天然气流来形成富氮蒸气产品。
根据本发明的第二方面，提供了一种用于产生氮排尽LNG产品的设备，设备包括：
具有冷却通路的主热交换器，其用于接收天然气进料流并且使所述流穿过热交换器来冷却流和液化流的全部或部分，以便产生第一LNG流，并且用于接收由氮富集天然气蒸气构成的压缩的再循环流并且使所述流穿过热交换器来冷却流并且至少部分地液化流的全部或部分，以便产生第一至少部分地液化的氮富集天然气流，其中所述冷却通路布置成以便使压缩的再循环流与天然气进料流分开且平行地穿过热交换器；
用于将制冷剂供应至主热交换器用于冷却冷却通路的制冷系统；
与主热交换器流体流动连通的第一分离系统，其用于接收、膨胀、部分地气化和分离第一LNG流或由第一LNG流的部分形成的LNG流，以形成氮排尽LNG产品和由氮富集天然气蒸气构成的再循环流；
与第一分离系统和主热交换器流体流动连通的压缩机，其用于接收再循环流、压缩再循环流来形成压缩的再循环流，并且使压缩的再循环流返回至主热交换器；以及
与主热交换器流体流动连通的第二分离系统，其用于接收、膨胀、部分地气化和分离第一至少部分地液化的氮富集天然气流来形成富氮蒸气产品。
本发明的优选方面包括以下方面，标号#1到#28：
#1.一种用于产生氮排尽LNG产品的方法，该方法包括：
(a)使天然气进料流穿过主热交换器来冷却天然气进料流并且液化所述流的全部或部分，从而产生第一LNG流；
(b)从主热交换器抽取第一LNG流；
(c)膨胀、部分地气化和分离第一LNG流或由第一LNG流的部分形成的LNG流，以形成氮排尽LNG产品和由氮富集天然气蒸气构成的再循环流；
(d)将再循环流压缩来形成压缩的再循环流；
(e)与天然气进料流分开且平行地使压缩再循环流穿过主热交换器，以冷却压缩的再循环流并且至少部分地液化其全部或部分，从而产生第一至少部分地液化的氮富集天然气流；
(f)从主热交换器抽取第一至少部分地液化的氮富集天然气流；以及
(g)膨胀、部分地气化和分离第一至少部分地液化的氮富集天然气流来形成富氮蒸气产品。
#2.根据方面#1的方法，其中，步骤(c)包括使第一LNG流或从其形成的LNG流膨胀，将膨胀流传递到其中LNG的一部分气化的LNG储存罐中，从而形成氮富集天然气蒸气和氮排尽LNG产品，以及从罐抽取氮富集天然气蒸气来形成再循环流。
#3.根据方面#1或#2的方法，其中，步骤(g)包括膨胀和部分地气化第一至少部分地液化的氮富集天然气流，并且在分相器中将所述流分成汽相和液相，以形成富氮蒸气产品和第二LNG流。
#4.根据方面#3的方法，其中，步骤(c)包括膨胀、部分地气化和分离第一LNG流来形成氮排尽LNG产品和由氮富集天然气蒸气构成的再循环流，并且其中该方法还包括：
(h)膨胀、部分地气化和分离第二LNG流来产生再循环流的附加氮富集天然气蒸气和附加氮排尽LNG产品。
#5.根据方面#1或#2的方法，其中，步骤(g)包括膨胀和部分地气化第一至少部分地液化的氮富集天然气流、将所述流引入到蒸馏塔中来将流分成汽相和液相，以及由从蒸馏塔抽取的塔顶蒸气形成富氮蒸气产品。
#6.根据方面#5的方法，其中，步骤(c)包括膨胀、部分地气化和分离第一LNG流来形成氮排尽LNG产品和由氮富集天然气蒸气构成的再循环流。
#7.根据方面#5的方法，其中：
步骤(c)包括(i)膨胀、部分地气化和分离第一LNG流来形成氮排尽LNG流和由氮富集天然气蒸气构成的汽提气流，以及(ii)进一步膨胀、部分地气化和分离氮排尽LNG流来形成氮排尽LNG产品和由氮富集天然气蒸气构成的再循环流；并且
步骤(g)还包括将汽提气流引入到蒸馏塔的底部中。
8.根据方面#6或#7的方法，其中，步骤(g)还包括由从蒸馏塔抽取的底部液体形成第二LNG流，并且其中该方法还包括：
(h)膨胀、部分地气化和分离第二LNG流来产生再循环流的附加氮富集天然气蒸气和附加氮排尽LNG产品。
#9.根据方面#5的方法，其中，步骤(c)包括(i)使第一LNG流膨胀和部分地气化，并且将所述流引入到蒸馏塔中来将流分成汽相和液相，第一LNG流在第一至少部分地液化的氮富集天然气流引入到塔中的位置下方的位置处引入到蒸馏塔中，(ii)由从蒸馏塔抽取的底部液体来形成第二LNG流，以及(iii)膨胀、部分地气化和分离第二LNG流来形成氮排尽LNG产品和由氮富集天然气蒸气构成的再循环流。
#10.根据方面#9的方法，其中，第一LNG流在塔的中间位置处引入到蒸馏塔中，并且蒸馏塔的滚沸通过经由在将第一LNG流引入到蒸馏塔中之前与第一LNG流间接热交换来加热和气化重沸器热交换器中的底部液体的一部分来提供。
#11.根据方面#9的方法，其中，第一LNG流引入到蒸馏塔的底部中。
#12.根据方面#5至#10中的任一个的方法，其中，蒸馏塔的滚沸通过经由在将所述流引入到蒸馏塔中之前与第一至少部分地液化的氮富集天然气流的全部或一部分间接热交换来加热和气化重沸器热交换器中的底部液体的一部分来提供。
#13.根据方面#5至#12中的任一个的方法，其中，步骤(e)包括将压缩的再循环流引入到主热交换器中、冷却压缩的再循环流、从主热交换器的中间位置抽取冷却的压缩再循环流的一部分来形成汽提气流，以及进一步冷却和至少部分地液化冷却的压缩再循环流的另一部分来形成第一至少部分地液化的氮富集天然气流；并且其中步骤(g)还包括将汽提气流引入到蒸馏塔的底部中。
#14.根据方面#5至#13中的任一个的方法，其中，第一至少部分地液化的氮富集天然气流引入到蒸馏塔的顶部中。
#15.根据方面#5至#13中的任一个的方法，其中，第一至少部分地液化的氮富集天然气流在引入到蒸馏塔之前膨胀，部分地液化并且分成单独的蒸气流和液流，液流在中间位置处引入到蒸馏塔中，并且蒸气流经由与从塔抽取的塔顶蒸气间接热交换来在冷凝器热交换器中冷却和至少部分地冷凝，并且接着引入到塔的顶部中。
#16.根据方面#5至#13中的任一个的方法，其中，蒸馏塔的逆流由在冷凝器热交换器中冷凝来自蒸馏塔的塔顶蒸气的一部分来提供。
#17.根据方面#16的方法，其中，用于冷凝器热交换器的制冷通过加热从蒸馏塔抽取的塔顶蒸气来提供。
#18.根据方面#16或#17的方法，其中，用于冷凝器热交换器的制冷由闭环制冷系统提供，该闭环制冷系统同样提供用于主热交换器的制冷，由闭环制冷系统循环的制冷剂穿过冷凝器热交换器并且在其中加热。
#19.根据方面#1至#18中的任一个的方法，其中，该方法还包括通过在于步骤(d)中压缩再循环流之前将富氮蒸气产品的一部分添加至步骤(c)中获得的再循环流来再循环富氮蒸气产品的一部分。
#20.根据方面#1至#19中的任一个的方法，其中，主热交换器包括热端，天然气进料流和压缩的再循环流平行地引入到该热端中，以及冷端，第一LNG流和第一至少部分液化的氮富集天然气流平行地从该冷端抽取。
#21.根据方面#1至#19中的任一个的方法，其中，主热交换器包括天然气进料流引入到其中的热端，以及第一LNG流和第一至少部分地液化的氮富集天然气流平行地从其抽取的冷端，压缩的再循环流在热交换器的热端与冷端之间的中间位置处引入到主热交换器中。
#22.根据方面#21的方法，其中，再循环流在于步骤(d)中压缩之前在节约器热交换器中加热，并且其中压缩的再循环流在后冷却器中冷却，并且在于步骤(e)中引入到主热交换器中之前在节约器热交换器中进一步冷却。
#23.根据方面#1至#22中的任一个的方法，其中，主热交换器包括天然气进料流引入到其中的热端，以及第一LNG流从其抽取的冷端；
其中步骤(a)包括(i)将天然气进料流引入到主热交换器的热端中、冷却和至少部分地液化天然气进料流，以及从主热交换器的中间位置抽取冷却和至少部分地液化的流，(ii)膨胀、部分地气化和分离冷却和至少部分地液化的流来形成氮富集天然气蒸气流和氮排尽天然气液流，以及(iii)将蒸气和液流单独地再引入到主热交换器的中间位置中并且进一步平行地冷却蒸气流和液流，液流进一步冷却成形成第一LNG流，并且蒸气流进一步冷却并且至少部分地液化来形成第二至少部分地液化的氮富集天然气流；并且
其中步骤(b)包括从主热交换器的冷端抽取第一LNG流和第二至少部分地液化的氮富集天然气流。
#24.根据方面#23的方法，当取决于方面#1、#2和#5到#21中的任一个时，其中，步骤(g)包括膨胀和部分地气化第一至少部分地液化的氮富集天然气流和第二至少部分地液化的氮富集天然气流、将流引入到蒸馏塔中来将流分成汽相和液相，以及由从蒸馏塔抽取的塔顶蒸气形成富氮蒸气产品。
#25.根据方面#24的方法，其中，第一至少部分地液化的氮富集天然气流在第二至少部分地液化的氮富集天然气流引入到蒸馏塔中的位置上方的位置处引入到蒸馏塔中。
#26.根据方面#1至#25中的任一个的方法，其中，用于主热交换器的制冷由闭环制冷系统提供，由闭环制冷系统循环的制冷剂穿过主热交换器并且在主热交换器中加热。
#27.一种用于产生氮排尽LNG产品的设备，设备包括：
具有冷却通路的主热交换器，其用于接收天然气进料流并且使所述流穿过热交换器来冷却流和液化流的全部或部分，以便产生第一LNG流，并且用于接收由氮富集天然气蒸气构成的压缩的再循环流并且使所述流穿过热交换器来冷却和至少部分地液化流，以便产生第一至少部分地液化的氮富集天然气流，其中所述冷却通路布置成以便使压缩的再循环流与天然气进料流分开且平行地穿过热交换器；
用于将制冷剂供应至主热交换器用于冷却冷却通路的制冷系统；
与主热交换器流体流动连通的第一分离系统，其用于接收、膨胀、部分地气化和分离第一LNG流或由第一LNG流的部分形成的LNG流，以形成氮排尽LNG产品和由氮富集天然气蒸气构成的再循环流；
与第一分离系统和主热交换器流体流动连通的压缩机，其用于接收再循环流、压缩再循环流来形成压缩的再循环流，并且使压缩的再循环流返回至主热交换器；以及
与主热交换器流体流动连通的第二分离系统，其用于接收、膨胀、部分地气化和分离第一至少部分地液化的氮富集天然气流来形成富氮蒸气产品。
#28.根据方面#27的设备，其中，制冷系统为闭环制冷系统，第一分离系统包括膨胀装置和LNG罐，并且第二分离系统包括膨胀装置和分相器或蒸馏塔。
附图说明
图1为绘出根据本发明的一个实施例的用于液化和除去来自天然气流的氮来产生氮排尽LNG产品的方法及设备的示意性流程图。
图2为绘出根据本发明的另一个实施例的方法和设备的示意性流程图。
图3为绘出根据本发明的另一个实施例的方法和设备的示意性流程图。
图4为绘出根据本发明的另一个实施例的方法和设备的示意性流程图。
图5为绘出根据本发明的另一个实施例的方法和设备的示意性流程图。
图6为绘出根据本发明的另一个实施例的方法和设备的示意性流程图。
图7为绘出根据本发明的另一个实施例的方法和设备的示意性流程图。
图8为绘出根据本发明的另一个实施例的方法和设备的示意性流程图。
图9为绘出根据本发明的另一个实施例的方法和设备的示意性流程图。
图10为绘出根据本发明的另一个实施例的方法和设备的示意性流程图。
图11为示出图10中绘出的方法和设备中使用的冷凝器热交换器的冷却曲线的图表。
具体实施方式
除非另外指出，否则如本文使用的冠词"一"和"一个"在应用于说明书和权利要求中描述的本发明的实施例中的任何特征时意思是一个或更多个。使用"一"和"一个"并未限制为意指单个特征，除非此类限制明确指出。单数或复数名词或名词短语之前的冠词"该"表示特定指定特征或特定指定的多个特征，并且可取决于其中其使用的上下文具有单数或复数含义。
如上文提到的，根据本发明的第一方面，提供了一种用于产生氮排尽LNG产品的方法，其包括：
(a)使天然气进料流穿过主热交换器来冷却天然气进料流并且液化(并且典型地过冷)所述流的全部或部分，从而产生第一LNG流；
(b)从主热交换器抽取第一LNG流；
(c)膨胀、部分地气化和分离第一LNG流或由第一LNG流的部分形成的LNG流，以形成氮排尽LNG产品和由氮富集天然气蒸气构成的再循环流；
(d)将再循环流压缩来形成压缩的再循环流；
(e)与天然气进料流分开且平行地使压缩再循环流穿过主热交换器，以冷却压缩的再循环流并且至少部分地液化其全部或部分，从而产生第一至少部分地液化的氮富集天然气流；
(f)从主热交换器抽取第一至少部分地液化的氮富集天然气流；以及
(g)膨胀、部分地气化和分离第一至少部分地液化的氮富集天然气流来形成富氮蒸气产品。
如本文使用的，用语"天然气"还包含合成和替代天然气。天然气进料流包括甲烷和氮(其中甲烷典型地为主要成分)。典型地，天然气进料流具有从1到10mol%的氮浓度，并且本文所述的方法和设备可从天然气进料流有效地除去氮，甚至在天然气进料流中的氮浓度相对低，如5mol%或更低的情况下。天然气流通常将还包含其它成分，如，例如一种或更多种其它碳氢化合物和/或其它成分，如氦、二氧化碳、氢等。然而，不应当包含在流的冷却和液化期间将在主热交换器中冻结的浓度下的任何附加成分。因此，在引入到主热交换器中之前，天然气进料流可预处理(如果需要并且按需要)来从天然气进料流除去水、酸性气体、汞和重烃，以便将天然气进料流中的任何此类成分的浓度降低至将不导致任何冻结问题的此类水平。
如本文使用并且除非另外指出，如果流中的氮的浓度高于天然气进料流中的氮的浓度，则流为"氮富集的"。如果流中的氮浓度低于天然气进料流中的氮的浓度，则流为"氮排尽的"。在根据如上文所述的本发明的第一方面的方法中，富氮蒸气产品具有高于第一至少部分地液化的氮富集天然气流的氮浓度(并且因此可描述为相对于天然气进料流而氮进一步富集)。在天然气进料流包含除甲烷和氮之外的其它成分的情况下，"氮富集"的流还可富集其它轻成分(例如，具有类似或低于氮的沸点的其它成分，如，例如，氦)，并且"氮排尽"的流还可排尽其它重成分(例如，具有类似于或高于甲烷的沸点的其它成分，如，例如较重的碳氢化合物)。
如本文使用的，用语"主热交换器"是指负责冷却和液化天然气流的全部或一部分来产生第一LNG流的热交换器。如下文更详细描述的，热交换器可由串联和/或并联布置的一个或更多个冷却区段构成。各个此类区段可构成具有其自身壳体的单独的热交换器单元，但同样地区段可组合成共用公共壳体的单个热交换器单元。(多个)热交换器单元可为任何适合的类型，如但不限于壳管、卷绕盘管或板和翅片类型的热交换器单元。在此类单元中，各个冷却区段典型地将包括其自身的管束(其中单元为壳管或卷绕盘管类型)或板和翅片束(其中单元为板和翅片类型)。如本文使用的，主热交换器的"热端"和"冷端"为相对用语，是指(分别)具有最高温度和最低温度的主热交换器的端部，并且不旨在暗示任何特定的温度范围，除非另外指出。用语主热交换器的"中间位置"是指典型地在串联的两个冷却区段之间的热端与冷端之间的位置。
典型地，用于主热交换器的制冷中的一些或全部由闭环制冷系统提供，由闭环制冷系统循环的制冷剂穿过主热交换器并且在主热交换器中加热。闭环制冷系统(或多个闭环制冷系统，其中一个以上用于向主热交换器提供制冷)可为任何适合的类型。可根据本发明使用的包括一个或更多个闭环系统的示例性制冷系统包括单混合制冷剂(SMR)系统、双混合制冷剂(DMR)系统、混合丙烷混合制冷剂(C3MR)系统、氮膨胀循环(或其它气体膨胀循环)系统和串联制冷系统。
在本文所述的方法和设备中，并且除非另外指出，系统可膨胀，并且/或者在液体或两相流的情况下，通过使流穿过任何适合的膨胀装置来膨胀和部分地气化。例如，流可通过穿过膨胀阀或J-T阀或用于实现流的(基本上)等焓膨胀(和因此闪蒸)的任何其它装置来膨胀和部分地气化。此外或作为备选，流例如可通过穿过和工作膨胀穿过功提取装置来膨胀和部分地气化，如，例如，液压涡轮或涡轮膨胀器，从而实现流的(基本上)等熵膨胀。
在优选实施例中，方法的步骤(c)使用LNG储存罐来分离第一LNG流，或由第一LNG流的部分形成的LNG流，以形成氮排尽LNG产品和再循环流。因此，步骤(c)优选包括膨胀第一LNG流或从其形成的LNG流，将膨胀流传递到其中LNG的一部分气化的LNG储存罐中，从而形成氮富集天然气蒸气和氮排尽LNG产品，以及从罐抽取氮富集天然气蒸气来形成再循环流。
在一个实施例中，方法的步骤(g)使用分相器来分离第一至少部分地液化的氮富集天然气流来形成富氮蒸气产品。因此，步骤(g)可包括膨胀和部分地气化第一至少部分地液化的氮富集天然气流，并且在分相器中将所述流分成汽相和液相，以形成富氮蒸气产品和第二LNG流。
如本文使用的，用语"分相器"是指装置如鼓或其它形式的容器，其中两相流可引入成以便将流分成其组分的汽相和液相。相比于蒸馏塔(下文所述)，容器并不包含设计成实现逆流液体与容器内的蒸气流之间的物质传递的任何分离区段。在流在分离之前膨胀(或膨胀和部分地气化)的情况下，用于使流膨胀的膨胀装置和用于分离流的分相器可组合到单个装置中，如，例如闪蒸鼓(其中鼓的入口结合膨胀阀)。
在步骤(g)使用如上文所述的分相器的情况下，方法的步骤(c)优选包括膨胀、部分地气化和分离第一LNG流(与由第一LNG流的部分形成的LNG流相对)，以形成氮排尽LNG产品和由氮富集天然气蒸气构成的再循环流。此外，该方法还可包括步骤(h)：膨胀、部分地气化和分离第二LNG流来产生再循环流的附加氮富集天然气蒸气和附加氮排尽LNG产品。在其中第二LNG流也膨胀、部分地气化并且分离来产生附加的氮富集天然气蒸气和附加的氮排尽LNG产品的该实施例和其它实施例中，该步骤可通过以下来执行：组合第一LNG流和第二LNG流并且接着膨胀、部分地气化和分离组合的流；通过单独地膨胀和部分地气化流，组合膨胀流并且接着分离组合的流；或通过独立地膨胀、部分地气化和分离各流。
在备选实施例中，方法的步骤(g)使用蒸馏塔来分离第一至少部分地液化的氮富集天然气流来形成氮富集蒸气产品。因此，步骤(g)可包括膨胀和部分地气化第一至少部分地液化的氮富集天然气流、将所述蒸汽引入到蒸馏塔中来将流分成汽相和液相，以及由从蒸馏塔抽取的塔顶蒸气形成富氮蒸气产品。
如本文使用的，用语"蒸馏塔"是指包含一个或更多个分离区段的塔(或成组的塔)，各个分离区段由插入件构成，如，包装和/或一个或更多个托盘，其增大接触并且因此加强上升蒸气与流过塔内的区段的向下流动的液体之间的物质传递。以该方式，塔顶蒸气(即，收集在塔顶部处的蒸气)中的较轻成分(如氮)的浓度提高，并且底部液体(即，收集在塔的底部处的液体)中的较重成分(如，甲烷)的浓度提高。塔的"顶部"是指高于分离区段的塔的部分。塔的"底部"是指低于分离区段的塔的部分。塔的"中间位置"是指塔的顶部与底部之间的位置，典型地在串联的两个分离区段之间。
在其中步骤(g)使用如上文所述的蒸馏塔的那些实施例中，方法的步骤(c)可包括膨胀、部分地气化和分离第一LNG流以形成氮排尽LNG产品和由氮富集天然气蒸气构成的再循环流。步骤(g)还可包括由从蒸馏塔抽取的底部液体形成第二LNG流。此外，该方法还可包括上文所述的步骤(h)。
作为备选，方法的步骤(c)可包括(i)膨胀、部分地气化和分离第一LNG流来形成氮排尽LNG流和由氮富集天然气蒸气构成的汽提气流，以及(ii)进一步膨胀、部分地气化和分离氮排尽LNG流来形成氮排尽LNG产品和由氮富集天然气蒸气构成的再循环流。方法的步骤(g)还可包括将汽提气流引入到蒸馏塔的底部中。步骤(g)还可包括由从蒸馏塔抽取的底部液体形成第二LNG流。此外，该方法还可包括上文所述的步骤(h)。
作为备选，方法的步骤(c)可包括(i)使第一LNG流膨胀和部分地气化，并且将所述流引入到蒸馏塔中来将流分成汽相和液相，第一LNG流在第一至少部分地液化的氮富集天然气流引入到塔中的位置下方的位置处引入到蒸馏塔中，(ii)由从蒸馏塔抽取的底部液体形成第二LNG流，以及(iii)膨胀、部分地气化和分离第二LNG流来形成氮排尽LNG产品和由氮富集天然气蒸气构成的再循环流。第一LNG流可在塔的中间位置处引入到蒸馏塔中。第一LNG流可引入到蒸馏塔的底部中。
蒸馏塔的滚沸可通过经由在将第一LNG流引入到蒸馏塔中之前与第一LNG流间接热交换来加热和气化重沸器热交换器中的底部液体的部分来提供。
蒸馏塔的滚沸可通过经由在将所述流引入到蒸馏塔中之前与第一至少部分地液化的氮富集天然气流的全部或部分间接热交换来加热和气化重沸器热交换器中的底部液体的一部分来提供。
蒸馏塔的滚沸可通过相对于外部热源(例如如但不限于电热器)加热和气化重沸器热交换器中的底部液体的一部分来提供。
方法的步骤(e)可包括将压缩的再循环流引入到主热交换器中、冷却压缩的再循环流、从主热交换器的中间位置抽取冷却的压缩再循环流的一部分来形成汽提气流，以及进一步冷却和至少部分地液化冷却的压缩再循环流的另一部分来形成第一至少部分地液化的氮富集天然气流。步骤(g)甚至还可包括将汽提气流引入到蒸馏塔的底部中。
方法的步骤(g)还可包括将由任何适合的源生成的汽提气流引入到蒸馏塔的底部中。除由上述源生成的汽提气流之外，附加或备选的源可包括在其余压缩再循环气体作为压缩再循环气流引入到主热交换器中之前由压缩的再循环气体的一部分形成汽提气流；由从主热交换器的中间位置抽取的冷天然气进料流的一部分形成汽提气流；以及由天然气进料的一部分形成汽提气流。
作为优选，第一至少部分地液化的富氮天然气流引入到蒸馏塔的顶部中或在塔的中间位置处引入到蒸馏塔中。
第一至少部分地液化的氮富集天然气流可在引入到蒸馏塔之前膨胀，部分地液化并且分成单独的蒸气流和液流，液流在中间位置处引入到蒸馏塔中，并且蒸气流经由与从塔抽取的塔顶蒸气间接热交换来冷却和至少部分地在冷凝器热交换器中冷凝，并且接着引入到塔的顶部中。第一至少部分地液化的氮富集天然气流优选在分相器中分成单独的蒸气和液流。在第一至少部分地液化的氮富集天然气流已经为两相流的情况下，可需要流的最小附加膨胀和气化，在该情况下，可不必要的是在将流引入到分相器中之前使流穿过膨胀装置(任何膨胀和气化需要由将不可避免地在将两相流引入到鼓或其它此类容器中时发生的膨胀和气化实现)。
蒸馏塔的逆流可通过在冷凝器热交换器中冷凝来自蒸馏塔的塔顶蒸气的一部分来提供。冷凝器热交换器的制冷可通过加热从蒸馏塔抽取的塔顶蒸气来提供。用于冷凝器热交换器的制冷可由闭环制冷系统提供，该闭环制冷系统同样提供用于主热交换器的制冷，由闭环制冷系统循环的制冷剂穿过冷凝器热交换器并且在冷凝器热交换器中加热。
根据本发明的第一方面(包括上文所述的其实施例中的任一个)的方法还可包括通过在于步骤(d)中压缩再循环流之前将再循环富氮蒸气产品的一部分添加于步骤(c)中获得的再循环流来再循环富氮蒸气产品的一部分。
在一些实施例中，天然气进料流和压缩的再循环流可平行地引入到主热交换器的热端中，并且第一LNG流和第一至少部分地液化的氮富集天然气流可从主热交换器的冷端平行地抽取。
在其它实施例中，天然气进料流可引入到主热交换器的热端中，压缩再循环流可引入到主热交换器的中间位置中，并且第一LNG流和第一至少部分地液化的氮富集天然气流可从主热交换器的冷端平行地抽取。在这些实施例中，循环流可在于方法的步骤(d)中压缩之前在节约器热交换器中加热，并且压缩的再循环流可在后冷却器中冷却，并且在于方法的步骤(e)中引入到主热交换器中之前在节约器热交换器中进一步冷却。
在一些实施例中，方法的步骤(a)和(b)可包括(i)将天然气进料流引入到主热交换器的热端中，冷却和至少部分地液化天然气进料流，并且从主热交换器的中间位置抽取冷却和至少部分地液化的流，(ii)膨胀、部分地气化和分离冷却和至少部分地液化的流来形成氮富集天然气蒸汽流和氮排尽天然气液体流，(iii)将蒸汽流和液流分别再引入到主热交换器的中间位置中，并且进一步冷却平行的蒸气流和液流，液流进一步冷却来形成第一LNG流，并且蒸气流进一步冷却并且至少部分地液化来形成第二至少部分地液化的氮富集天然气流；以及从主热交换器的冷端抽取第一LNG流和第二至少部分地液化的氮富集天然气流。
在以上段落中描述的实施例中，方法的步骤(g)可包括膨胀和部分地气化第一至少部分地液化的氮富集天然气流和第二至少部分地液化的氮富集天然气流，将流引入到蒸馏塔中来将流分成汽相和液相，以及由从蒸馏塔抽取的塔顶蒸气形成富氮蒸气产品。第一至少部分液化的氮富集天然气流可在高于第二至少部分地液化的氮富集天然气流引入到蒸馏塔中的位置上方的位置处引入到蒸馏塔中。
还如上文提到的，根据本发明的第二方面，提供了一种用于产生氮排尽LNG产品的设备，设备包括：
具有冷却通路的主热交换器，其用于接收天然气进料流并且使所述流穿过热交换器来冷却流和液化流的全部或部分，以便产生第一LNG流，并且用于接收由氮富集天然气蒸气构成的压缩的再循环流并且使所述流穿过热交换器来冷却和至少部分地液化流，以便产生第一至少部分地液化的氮富集天然气流，其中所述冷却通路布置成以便使压缩的再循环流与天然气进料流分开且平行地穿过热交换器；
用于将制冷剂供应至主热交换器用于冷却冷却通路的制冷系统；
与主热交换器流体流动连通的第一分离系统，其用于接收、膨胀、部分地气化和分离第一LNG流或由第一LNG流的部分形成的LNG流，以形成氮排尽LNG产品和由氮富集天然气蒸气构成的再循环流；
与第一分离系统和主热交换器流体流动连通的压缩机，其用于接收再循环流、压缩再循环流来形成压缩的再循环流，并且使压缩的再循环流返回至主热交换器；以及
与主热交换器流体流动连通的第二分离系统，其用于接收、膨胀、部分地气化和分离第一至少部分地液化的氮富集天然气流来形成富氮蒸气产品。
如本文使用的，用语"流体流动连通"是指所讨论的装置或系统以如下方式连接于彼此，使得提到的流可由所讨论的装置或系统发送和接收。例如，装置或系统可由适合的管、通路或其它形式的导管连接用于传递所讨论的流。
根据本发明的第二方面的设备适合于执行根据本发明的第一方面的方法。因此，根据第二方面的设备的各种优选或可选的特征和实施例将从根据第一方面的方法的各种优选或可选的实施例和特征的前述描述显而易见。例如，在根据第二方面的设备中，制冷系统优选包括闭环制冷系统。第一分离系统优选包括膨胀装置和LNG罐。第二分离系统可包括膨胀装置和分相器、膨胀装置和蒸馏塔，或它们的一些组合。
仅经由示例，本发明的各种优选实施例现在将参照图1到11来描述。在这些图中，在特征对于一个以上的图共有的情况下，为了清楚和简短，该特征在各个图中标有相同的附图标记。
参照图1，示出了根据本发明的一个实施例的、用于液化和除去来自天然气流的氮来产生氮排尽LNG产品的方法和设备。
天然气进料流100首先穿过主热交换器中的冷却通路或一组冷却通路来冷却、液化天然气进料流和(典型地)使其过冷，从而产生第一LNG流112。天然气进料流包括甲烷和氮。典型地，天然气进料流具有1到10mol%的氮浓度，并且本文所述的方法和设备可从天然气有效地除去氮，甚至在天然气进料流中的氮浓度相对低，如5mol%或以下的情况下。如本领域中公知的，天然气进料流不应当包含在流的冷却和液化期间将在主热交换器中冻结的浓度下的任何附加成分。因此，在引入到主热交换器中之前，天然气进料流可预处理(如果需要并且按需要)来从天然气进料流除去水、酸性气体、汞和重烃，以便将天然气进料流中的任何此类成分的浓度降低至将不导致任何冻结问题的此类水平。用于有效脱水、除酸性气体、除汞和除重烃的适合的装备和技术是公知的。天然气流还必须处于高于环境压力，并且因此可在引入到主交换器中之前在一个或更多个压缩机和后冷却器(未示出)中压缩和冷却(如果需要并且按需要)。
在图1中绘出的实施例中，主热交换器由串联的三个冷却区段构成，即，其中天然气进料流100预先冷却的热区段102、其中冷却的天然气进料流104液化的中部或中间区段106，以及其中液化天然气进料流108过冷的冷区段110，天然气进料流100引入到其中的热区段102的端部因此构成主热交换器的热端，并且第一LNG流112从其抽取的冷区段110的端部因此构成主热交换器的冷端。如将认识到的，用语'热'和'冷'在该背景下仅表示冷区段内的相对温度，并且不暗示任何特定的温度范围。在图1中绘出的布置中，这些区段中的各个构成具有其自身的壳、外壳或其它形式的壳体的单独的热交换器单元，但同样地区段中的两个或所有三个可组合到共用公共壳体的单个热交换器单元中。(多个)热交换器单元可为任何适合的类型，如但不限于壳管、卷绕盘管或板和翅片类型的热交换器单元。在此类单元中，各个冷却区段典型地将包括其自身的管束(其中单元为壳管或卷绕盘管类型)或板和翅片束(其中单元为板和翅片类型)。
用于主热交换器的制冷中的一些或所有可由任何适合的闭环制冷系统(未示出)提供。可使用的示例性制冷系统包括单混合制冷剂(SMR)系统、双混合制冷剂(DMR)系统、混合丙烷混合制冷剂(C3MR)系统、氮膨胀循环(或其它气态膨胀循环)系统以及串联制冷系统。在SMR和氮膨胀循环系统中，制冷通过单混合制冷剂(在SMR系统的情况下)或通过由闭环制冷系统循环的氮(在氮膨胀循环系统的情况中)供应至主热交换器的所有三个区段102,106,110。在DMR和C3MR系统中，使两种单独的制冷剂(在DMR系统的情况中是两种不同的混合制冷剂，而在C3MR系统的情况中是丙烷制冷剂和混合制冷剂)循环的两个单独的闭环制冷系统用于将制冷剂供应至主热交换器，使得主热交换器的不同区段可由不同闭环系统冷却。SMR、DMR、C3MR、氮膨胀循环和其它此类闭环制冷系统的操作是公知的。
从主热交换器的冷端抽取的第一(过冷)LNG流112接着膨胀、部分地气化并且分离来形成氮排尽(和因此甲烷富集)LNG流122和由氮富集天然气蒸气构成的汽提气流120。流120在本文中称为汽提气流，因为该流用于向蒸馏塔提供汽提气，如将在下文进一步详细描述的。在图1中绘出的布置中，第一LNG流112通过使流穿过J-T(焦耳-汤姆逊)阀114进入分相器118中来膨胀、部分地气化和分离。然而，任何备选类型的膨胀装置如功提取装置(例如，液压涡轮或涡轮膨胀器)和其它形式的分离装置同样可使用。
氮排尽的LNG流122接着进一步膨胀，例如，通过使流穿过J-T阀124或涡轮膨胀器(未示出)，以形成引入到LNG储存罐128中的膨胀的氮排尽LNG流126。在LNG储存罐128内，由于初始膨胀和将LNG引入到罐中和/或由于在一定时间内的环境加热(因为储存罐不可完美隔离)，故LNG的一部分气化，产生氮富集天然气蒸气，其收集在罐的顶部空间中并且从该顶部空间抽取来作为再循环流192,130，并且留下氮排尽LNG产品，其储存在罐中并且可作为产品流196抽取。在备选实施例(未绘出)中，LNG储存罐128可由分相器(如闪蒸鼓)或其它形式的分离装置替换，其中膨胀的氮排尽LNG流122分成液相和汽相，分别形成氮排尽LNG产品196和由氮富集天然气蒸气构成的再循环流192,130。在其中使用LNG储存罐的情况中，收集在罐的顶部空间中且从该顶部空间抽取的氮富集天然气蒸气还可称为罐闪蒸气体(TFG)或煮沸气体(BOG)。在其中使用分相器的情况下，形成在分相器中且从分相器抽取的氮富集天然气蒸气还可称为端部闪蒸气体(EFG)。
由氮富集天然气蒸气构成的再循环流192,130接着在一个或更多个压缩机132中再压缩，并且在一个或更多个后冷却器136中冷却来形成再循环至主热交换器(因此是该流称为再循环流的原因)的压缩再循环流138。后冷却器可使用任何适合形式的冷却剂，如，例如环境温度下的水或空气。由于在(多个)后冷却器136中冷却，故压缩的再循环流138在与天然气进料流100大致相同的温度(例如，环境)下，但其并未添加至天然气进料流和与天然气进料流混合。相反，压缩的再循环流单独地引入到主热交换器的热端中，并且穿过单独的冷却通路或成组冷却通路，该冷却通路平行于其中冷却天然气进料流的冷却通路延伸，以便在主热交换器的热区段102、中部区段106和冷区段110中单独地冷却压缩的再循环流，压缩的再循环流冷却并且至少部分地液化来形成第一至少部分地液化(即，部分或完全液化)的氮富集天然气流144。
第一至少部分地液化的氮富集天然气流144从主热交换器的冷端抽取，并且接着膨胀、部分地气化和引入到其中其分成汽相和液相的蒸馏塔162中。更具体而言，第一至少部分地液化的氮富集天然气流144膨胀，例如，穿过J-T阀146或涡轮膨胀器(未示出)，在分相器150中部分地气化和分离成单独的蒸气流152和液流172。蒸气流152在热交换器154中冷却并且至少部分地冷凝，在膨胀装置(如，J-T阀)158中进一步膨胀，并且作为流160引入到蒸馏塔162中用于分成液相和汽相。液流172在重沸器热交换器174中冷却，在膨胀装置(如，J-T阀)178中进一步膨胀，并且作为流180引入到蒸馏塔162中用于分成液相和汽相。
在图1中绘出的实施例中，蒸馏塔162包括两个分离区段，各个由插入件如包装和/或一个或更多个托盘构成来增大接触，并且因此加强上升蒸气与塔内向下流动的液体之间的物质传递。由第一至少部分地液化的氮富集天然气流144的液体部分形成的冷却和进一步膨胀的流180在两个分离区段之间的塔的中间位置处引入到蒸馏塔162中。由第一至少部分地液化的氮富集天然气流144的蒸气部分形成的冷却的至少部分地冷凝且进一步膨胀的蒸气流160在两个分离区段上方引入到蒸馏塔162的顶部中，向塔提供逆流。如上文所述地在分相器118中与第一LNG流112分离的汽提气流120也在塔的底部处引入到蒸馏塔162中，因此向塔提供汽提气。塔的滚沸和因此附加的汽提气也通过在重沸器热交换器174中加热和气化来自塔的底部液体的一部分182(经由与第一至少部分地液化的氮富集天然气流144的液体部分172间接热交换)并且使气化底部液体184返回到蒸馏塔的底部来提供。
来自蒸馏塔162的塔顶蒸气进一步富集氮(即，其关于第一至少部分地液化的氮富集天然气流144富集氮，并且因此关于天然气进料流100进一步富集氮)，并且从蒸馏塔162的顶部抽取来作为富氮蒸气产品流164。该流在热交换器154中加热(经由与第一至少部分地液化的氮富集天然气流144的蒸气部分152间接热交换)，以提供加热的富氮蒸气产品流166，其穿过控制阀169(其控制蒸馏塔的操作压力)，以形成最终的富氮蒸气产品流170。取决于进料流100的氮浓度和富氮产品的规格，加热的富氮产品流166的一部分165,168可通过与再循环流192组合来再循环，以便调整和保持再循环流130中的稳定氮浓度水平、天然气进料成分的偏移波动、再循环成由阀167控制的加热富氮产品流166的量。具有流165和阀167的益处在于它们实现在进料气体成分或流动波动时保持液化系统和蒸馏塔的稳定操作。最终的富氮蒸气产品流170可由与其它制冷剂流热集成来进一步加热以恢复制冷(未示出)。
未在重沸器热交换器174中加热和气化的来自蒸馏塔的底部液体的其余部分从蒸馏塔的底部抽取，形成第二LNG流186。第二LNG流186接着膨胀，例如通过使流穿过J-T阀188或涡轮膨胀器(未示出)，以形成具有与由第一LNG流112形成的膨胀的氮排尽LNG流126大致相同的压力的膨胀流190。膨胀的第二LNG流同样引入到LNG储存罐188中，其中如上文所述，LNG的一部分气化，提供从罐的顶部空间抽取的氮富集天然气蒸气作为再循环流192,130，并且留下氮排尽LNG产品，其储存在罐中，并且可作为产品流196抽取。以该方式，第二LNG流186和由第一LNG流112形成的氮排尽LNG流122膨胀、组合和一起分成再循环流192,130和LNG产品196。然而，在备选实施例(未绘出)中，第二LNG流186和由第一LNG流112形成的氮排尽的LNG流122可膨胀并且引入到不同的LNG储存罐(或其它形式的分离系统)中，以产生接着组合的单独的再循环流，和单独的LNG产品流。同样地，在又一个实施例(未绘出)中，第二LNG流186和氮排尽LNG流122可(如果具有或调整至类似压力)在膨胀穿过J-T阀、涡轮膨胀器或其它形式的膨胀装置之前组合，并且接着组合的膨胀流引入到LNG储存罐(或其它形式的分离系统)中。
在图1中绘出的实施例中，最终氮产品170中的甲烷含量可达到小于1mol%，并且储存在LNG罐中且从LNG罐抽取的LNG产品包含小于1mol%的氮。因此，实施例提供了液化天然气和除去氮来产生高纯度LNG产品和可排放同时满足环境纯度要求的高纯度氮流两者的简单且有效的手段，并且不导致显著的甲烷损失。具体而言，与天然气进料平行但分开地使用主热交换器来冷却和至少部分地液化再循环流提供了清楚的优点。在最终氮排尽LNG产品的生产中分离并且在本发明中形成再循环流的蒸气如BOG/TFG/EFG等仍包含合乎需要地回收的显著量的氮和甲烷两者。如一些现有技术的过程中完成的，这可通过使BOG/TFG/EFG再循环回到天然气进料自身中来实现。然而，再循环流相比于天然气进料流而富集氮，并且因此与天然气进料分开来液化或部分地液化该流并且接着分离所得的至少部分地冷凝的氮富集流提供了比如果再循环流再循环回到天然气进料流中并且与其一起分离更有效的分离再循环流的氮和甲烷成分的过程。保持再循环流与天然气进料流分开的附加益处包括再循环流不必压缩至与进料相同的压力，并且不必经历任何天然气进料预处理系统(因此减小了任何此类系统上的负载)。同样地，当再循环流可通过以下来冷却和至少部分地液化：添加专用热交换器和制冷系统用于进行这一切、使用主热交换器和其相关联的现有制冷系统来冷却和至少部分地液化再循环流，以使该再循环流接着可分成富氮产品和附加的LNG产品时，提供了更紧凑且成本有效的过程和设备。
现在参照图2到10，这些图绘出了根据本发明的备选实施例的各种另外的方法和设备，其用于液化和除去来自天然气流的氮，以产生氮排尽LNG产品。
图2中绘出的方法和设备与图1中绘出的不同在于从主热交换器的冷端抽取的第一至少部分地液化的氮富集天然气流144在分相器中而非在蒸馏塔中分成汽相和液相，以形成富氮蒸气产品和第二LNG流。更具体而言，第一至少部分地液化的氮富集天然气流144例如膨胀穿过J-T阀146或涡轮膨胀器(未示出)，在分相器262中部分地气化和分离来形成富氮蒸气产品170和第二LNG流186。此外，当第一至少部分地液化的氮富集天然气流144在分相器而非蒸馏塔中分离时，不存在由从主热交换器的冷端抽取的第一LNG流112生成汽提气流的益处，并且因此第一LNG流112膨胀，例如，通过使流穿过J-T阀114或涡轮膨胀器(未示出)，并且膨胀的氮排尽LNG流116直接地引入到LNG储存罐128中，膨胀的第二LNG流190也引入到LNG储存罐128中，并且氮排尽LNG产品196和再循环流130从LNG储存罐128抽取。
图3中绘出的方法和设备与图1中绘出的不同在于从主热交换器的冷端抽取的第一至少部分地液化的氮富集天然气流144在引入到蒸馏塔中和在蒸馏塔中分成汽相和液相来形成富氮蒸气产品和第二LNG流之前并未分成单独的蒸气流和液流，并且在于没有从自主热交换器的冷端抽取的第一LNG流112获得汽提气。因此，在该方法和设备中，第一至少部分地液化的氮富集天然气流144在重沸器热交换器374中冷却，膨胀并且部分地气化，例如，穿过J-T阀358或涡轮膨胀器(未示出)，并且作为冷却、膨胀和部分气化的流360引入到蒸馏塔362中用于分成液相和汽相。在该情况下，蒸馏塔362包括单个分离区段。冷却、膨胀和部分地气化的流360引入到分离区段上方的蒸馏塔162的顶部中，提供了塔的逆流。塔的滚沸通过在重沸器热交换器374中加热和气化来自塔的底部液体的部分382来提供。底部液体的其余部分从蒸馏塔的底部抽取，形成第二LNG流186。第一LNG流112和第二LNG流186膨胀，例如，通过使流穿过J-T阀114,118或涡轮膨胀器(未示出)并且引入到LNG储存罐128中，氮排尽LNG产品196和再循环流130从LNG储存罐128抽取。在备选实施例(未示出)中，附加或备选的热源可用于将热供应至重沸器热交换器374。例如，替代冷却重沸器热交换器中的第一至少部分地液化的氮富集天然气流144或除此之外，可使用外部热源(如，电热器)。
图4中绘出的方法和设备与图3中绘出的不同在于没有使用向蒸馏塔362提供滚沸的重沸器热交换器374。实际上，用于蒸馏塔362的汽提气由从主热交换器的中间位置抽取的冷却的压缩再循环流142的一部分形成的汽提气流331提供。更具体而言，在图4中绘出的实施例中，如之前，压缩的再循环流138引入到主热交换器的热端中，并且在主热交换器的热区段102和中部区段106中冷却，以形成冷却的压缩再循环流142(其在该阶段优选仍至少主要所有都是蒸气)。该流142接着分开，其中一部分从主热交换器抽取来形成汽提气流331，并且流的其余部分321进一步冷却并且在主热交换器的冷区段110中至少部分地液化，以形成从主热交换器的冷端抽取的第一至少部分地液化的氮富集天然气流144。汽提气流331接着膨胀，例如，穿过J-T阀332或涡轮膨胀器(未示出)，并且作为流333引入到蒸馏塔362的底部中，从而将汽提气提供至塔。第一至少部分地液化的氮富集天然气流144膨胀并且部分地气化，例如，穿过J-T阀146或涡轮膨胀器(未示出)，并且作为膨胀和部分地气化的流348引入到蒸馏塔362的顶部中，用于分成液相和汽相，并且从而还提供塔的逆流。
还应当注意的是，备选实施例(未示出)，蒸馏塔的汽提气可此外或作为备选由其它位置和/或过程流生成。例如，取决于过程条件，汽提气流可此外或作为备选从以下获得：从主热交换器的热区段102与中部区段106之间的冷却压缩再循环流140；从离开后冷却器136的压缩再循环气体(所述气体的其余部分接着形成引入到主热交换器的热端中的压缩的再循环流138)；从主热交换器的中部区段106与冷区段110之间的冷天然气进料流108(如果仍是蒸气)；或从天然气进料(进料的其余部分接着形成天然气进料流100，其引入到主热交换器的热端中)。
图5中绘出的方法和设备与图3中绘出的不同在于蒸馏塔462具有两个分离区段，并且冷却、膨胀和部分地气化的流360在两个分离区段之间的塔的中间位置处引入到蒸馏塔462中。用于蒸馏塔的逆流通过在冷凝器热交换器中冷凝来自蒸馏塔的塔顶蒸气的一部分来提供。更具体而言，从蒸馏塔462的顶部抽取的塔顶蒸气164首先在冷凝器热交换器454中加热。加热的塔顶馏出物的一部分接着在压缩机466中压缩，在后冷却器468中冷却(在环境温度下使用冷却剂，如，例如空气或水)，进一步冷却并且至少部分地在冷凝器热交换器454中液化，膨胀，例如，穿过J-T阀476，并且返回到蒸馏塔462的顶部来提供逆流。加热的塔顶馏出物的其余部分形成富氮蒸气产品170。通过使用该氮加热泵循环(涉及冷凝器热交换器454、压缩机466和后冷却器468)来使蒸馏塔462的顶部甚至更冷，可获得甚至更高纯度(例如，具有大约99.9mol%的氮浓度)的富氮产品170。
图6中绘出的方法和设备与图1中绘出的不同在于蒸馏塔562具有一个分离区段，从主热交换器的冷端抽取的第一至少部分地液化的氮富集天然气流144在引入到蒸馏塔中和在蒸馏塔中分离之前并未分成单独的蒸气流和液流，并且从主热交换器的冷端抽取的第一LNG流112也引入到蒸馏塔中并且在蒸馏塔中分离。更具体而言，在该方法和设备中，第一LNG流112膨胀并且部分地气化，例如，通过穿过J-T阀114或涡轮膨胀器(未示出)，并且作为部分地气化的流116引入到蒸馏塔562的底部中用于分成汽相和液相，从而还提供塔的汽提气。第一至少部分地液化的氮富集天然气流144膨胀和部分地气化，例如，通过穿过J-T阀146或涡轮膨胀器(未示出)，并且作为部分地气化的流148引入到蒸馏塔562的顶部中用于分成汽相和液相，从而也向塔提供逆流。氮排尽底部液体从蒸馏塔562的底部抽取，形成第二LNG流186，其如之前膨胀并且引入到LNG储存罐128中，氮排尽LNG产品196和再循环流130接着从LNG储存罐128抽取(在该情况下，膨胀的第二LNG流190为引入到LNG储存罐128或其它分离系统中的唯一LNG流)。从蒸馏塔的顶部抽取的塔顶蒸气再次形成富氮蒸气产品170。
图7中绘出的方法和设备与图6中绘出的不同在于蒸馏塔662具有两个分离区段，第一LNG流112通过引入到两个分离区段之间的蒸馏塔662的中间位置中来在蒸馏塔中分成汽相和液相。更具体而言，第一LNG流112在重沸器热交换器654中冷却，膨胀和部分地气化，例如，通过穿过J-T阀616或涡轮膨胀器(未示出)，并且作为部分地气化的流618引入到蒸馏塔662的中间位置中。在该实施例中，第一至少部分地液化的氮富集天然气流144在膨胀和部分地气化之前也在重沸器热交换器654中冷却，例如，通过穿过J-T阀658或涡轮膨胀器(未示出)，并且作为部分地气化的流660引入到蒸馏塔662的顶部中。塔的滚沸通过在重沸器热交换器654中加热和气化来自塔的底部液体的部分682来提供，底部液体的其余部分从蒸馏塔的底部抽取来形成第二LNG流186。
图8中绘出的方法和设备与图1中绘出的不同在于压缩的循环流并未引入到主热交换器的热端中，而是改为在主热交换器的冷却区段之间的中间位置处引入。通过图示，在该情况下，主热交换器还包括仅两个冷却区段。因此，在该方法和设备中，天然气进料流100引入到热区段706中并且在热区段706中冷却，并且所得的冷却天然气进料流708接着在冷区段710中液化和过冷，以产生第一LNG流112。从LNG罐128抽取的再循环流192首先在节约器热交换器794中加热，并且加热的再循环流接着在压缩机732中压缩，在后冷却器736中冷却(相对于适合的冷却介质，如，例如，环境温度的水或空气)，并且接着在节约器热交换器中进一步冷却(经由与最初抽取的再循环流192的热交换)来提供冷却和压缩的再循环流740。由于节约器热交换器中的冷却而处于与冷却的天然气进料流708相似的温度的该冷却和压缩的再循环流在两个冷却区段之间的中间位置处引入到主热交换器中，绕过主热交换器的热区段706并且穿过冷区段710并且在冷区段710中冷却和至少部分地液化，以提供第一至少部分地液化的氮富集天然气流144。
图9中绘出的方法和设备与图6(和其它前述实施例)中绘出的不同在于天然气进料流的仅一部分液化和从主热交换器抽取来作为第一LNG流，天然气进料流的另一部分抽取作为第二至少部分地液化的氮富集天然气流。更具体而言，在图9中绘出的实施例中，从主热交换器的中部或中间区段106抽取的液化天然气进料流108并未向主热交换器的冷区段110发送。相反，流膨胀并且部分地气化，例如，通过穿过J-T阀850(或任何其它适合的膨胀装置，如，例如涡轮膨胀器)，并且引入到分相器854中，其中，其分成氮富集天然气蒸气流856和氮排尽天然气液流858。两种流接着穿过主热交换器的冷区段110中的单独的冷却通路，以使两种流进一步单独但平行地冷却，以便由氮排尽天然气液流858形成第一LNG流112，并且由氮富集天然气蒸气流856形成第二至少部分地液化的氮富集天然气流812。
第一LNG流112、第二至少部分地液化的氮富集天然气流812和第一至少部分地液化的氮富集天然气流144在从主热交换器的冷端抽取之后，接着所有都发送至蒸馏塔862来分成汽相和液相。蒸馏塔862在该情况下包括两个分离区段。第一LNG流112(在该实例中具有流112,812和144的最低氮浓度)膨胀并且部分地气化，例如，通过穿过J-T阀114或涡轮膨胀器(未示出)，并且作为部分地气化的流116引入到蒸馏塔862的底部中，从而还向塔提供汽提气。第二至少部分地液化的氮富集天然气流812膨胀并且部分地气化，例如，通过穿过J-T阀814或涡轮膨胀器(未示出)，并且作为部分地气化的流816引入到两个分离区段之间的蒸馏塔862的中间位置中。第一至少部分地液化的氮富集天然气流144(在该实例中其具有流112,812和144的最高氮浓度)在热交换器846中冷却，膨胀并且部分地气化，例如，通过穿过J-T阀848或涡轮膨胀器(未示出)，并且作为部分地气化的流860引入到蒸馏塔862的顶部中，从而还向塔提供逆流。氮排尽底部液体从蒸馏塔862的底部抽取，形成第二LNG流186，其如之前膨胀并且引入到LNG储存罐128中，氮排尽LNG产品196和再循环流130接着从LNG储存罐128抽取(在该情况下，膨胀的第二LNG流190为引入到LNG储存罐128或其它分离系统中的唯一LNG流)。从蒸馏塔的顶部抽取的塔顶蒸气再次形成富氮蒸气产品流164，在该情况下，其在热交换器846中加热(经由与第一至少部分地液化的氮富集天然气流144的间接热交换)，以提供加热的富氮蒸气产品流170。在该实施例中，从蒸馏塔的顶部获得的富氮蒸气产品流164,170可为几乎纯的氮气蒸气流。
图10中绘出的方法和设备与图5中绘出的不同在于在该方法和设备中，冷凝器热交换器454的附加制冷由向主热交换器提供制冷的闭环制冷系统提供。图10大体上还用于示出一个可能的闭环制冷系统，其可用于在本发明的任何前述实施例中向主热交换器提供制冷。
更具体而言，并且如图10中所示，例如，主热交换器的制冷可由单混合制冷剂(SMR)系统提供。在该类型的闭环系统中，循环的混合制冷剂由成分混合物构成，如，氮、甲烷、乙烷、丙烷、丁烷和2-甲基丁烷的混合物。另外，通过图示，主热交换器的冷却区段102,106和110中的各个在该实例中为卷绕盘管类型的热交换器单元。离开主热交换器的热端的加热的混合制冷剂950在压缩机952中压缩来形成压缩流956。压缩流接着穿过后冷却器来冷却和部分地冷凝流，并且接着在分相器中分成蒸汽流958和液流906。蒸气流958在压缩机960中进一步压缩，并且冷却和部分地冷凝来在环境温度下形成高压混合制冷剂流900。后冷却器可使用任何适合的环境热沉，如，空气、淡水、海水或来自蒸发冷却塔的水。
高压混合制冷剂流900在分相器中分成蒸气流904和液流902。液流902和906接着在压力降低并且组合来形成冷制冷剂流928之前在主热交换器的热区段102中过冷，冷制冷剂流928穿过主热交换器的热区段102的壳侧，在该处其气化并且加热来向所述区段提供制冷。蒸气流904在主热交换器的热区段102中冷却和部分地液化，作为流908而离开。流908接着在分相器中分成蒸气流912和液流910。液流910在主热交换器的中部区段106中过冷，并且接着压力降低来形成冷制冷剂流930，其穿过主热交换器的中部区段106的壳侧，在该处其气化并且加热来向所述区段提供制冷。蒸气流912在主热交换器的中部区段106和冷区段110中冷凝和过冷，作为流914离开。流914膨胀来提供至少冷的制冷剂流932，其穿过主热交换器的冷区段110的壳侧，在该处，其气化并且加热来向所述区段提供制冷。离开冷区段110的壳侧的加热制冷剂(源自流932)与中部区段106的壳侧中的制冷剂流930组合，在该处，其进一步加热和气化，向该区段提供附加制冷剂。离开中部区段106的壳侧的组合的加热制冷剂与热区段102的壳侧中的制冷剂流928组合，在该处，其进一步加热和气化，向该区段提供附加的制冷剂。离开热区段102的壳侧的组合的加热制冷剂已经完全气化并且过热大约5℃，并且作为加热的混合制冷剂流950离开，因此完成制冷环。
如上文提到的，在图10中所绘的实施例中，闭环制冷系统还向冷凝器热交换器454提供制冷，冷凝器热交换器454冷凝来自蒸馏塔462的塔顶蒸气164的部分472，以便向所述塔提供逆流。这通过分开离开主热交换器的冷却的混合制冷剂并且在返回至主热交换器并且在主热交换器中进一步加热之前发送待在冷凝器热交换器454中加热的所述制冷剂的一部分来实现。更具体而言，离开主热交换器的冷端的混合制冷剂流914分成两个部分，次要部分918(典型地小于10%)和主要部分916。主要部分膨胀来提供冷制冷剂流932，如上文所述，其用于向主热交换器的冷区段110提供制冷剂。次要部分918例如通过使流穿过J-T阀920、另一适合形式的膨胀装置(如，例如涡轮膨胀器)来膨胀，以形成冷制冷剂流922。流922接着在冷凝器热交换器454中加热和至少部分地气化，通过与离开冷区段110的壳侧并且与制冷剂流930一起进入中部区段106的壳侧的加热制冷剂(源自流932)组合而产生接着返回至主热交换器的流924。作为备选，流924还可与流930直接地混合(未示出)。
使用闭环制冷系统来还向冷凝器热交换器454提供制冷通过使冷凝器热交换器454中的内部温差最小化而改进了过程的总体效率，其中混合制冷剂在适合温度下提供冷却，其中发生再循环的氮的冷凝。这由图11中绘出的冷却曲线示出，其在根据图10中所绘和上文所述的实施例操作时对于冷凝器热交换器454获得。作为优选，压缩机466的排出压力选择成使得待在冷凝器热交换器454中冷却的塔顶蒸气472的压缩部分和加热部分在仅高于混合制冷剂气化的温度的温度下冷凝。从蒸馏塔462抽取的塔顶蒸气164可在其露点(大约-159℃)下进入冷凝器热交换器454，并且加热至接近环境条件。如前文所述，在抽取富氮蒸气产品170之后，其余塔顶蒸气接着在压缩机466中压缩，在后冷却器468中冷却至接近环境温度，并且返回至冷凝器热交换器454来冷却和冷凝，向蒸馏塔462提供逆流。
示例
为了示出本发明的操作，遵循了图1中描述和绘出的过程，以便获得仅具有1mol%的甲烷的氮排出流和仅具有1mol%的氮的液化天然气产品。表1中示出了进料气体成分。表2中给出了主流的成分。数据使用ASPENPlus软件生成。如可从表2中的数据看到的，过程能够从液化天然气流有效地除去氮，并且提供可出售的LNG产品以及可排出的氮流。
表1考虑的进料条件和成分
表2.流成分
将认识到的是，本发明不限于上文参照优选实施例描述的细节，而是可在不脱离如以下权利要求中限定的本发明的精神或范围的情况下作出各种改型和变型。

Claims (28)

1.一种用于产生氮排尽LNG产品的方法，所述方法包括：
(a)使天然气进料流穿过主热交换器来冷却所述天然气进料流并且液化所述流的全部或部分，从而产生第一LNG流；
(b)从所述主热交换器抽取所述第一LNG流；
(c)膨胀、部分地气化和分离所述第一LNG流或由所述第一LNG流的部分形成的LNG流，以形成氮排尽LNG产品和由氮富集天然气蒸气构成的再循环流；
(d)将所述再循环流压缩来形成压缩的再循环流；
(e)与所述天然气进料流分开且平行地使所述压缩再循环流穿过所述主热交换器，以冷却所述压缩的再循环流并且至少部分地液化其全部或部分，从而产生第一至少部分地液化的氮富集天然气流；
(f)从所述主热交换器抽取所述第一至少部分地液化的氮富集天然气流；以及
(g)膨胀、部分地气化和分离所述第一至少部分地液化的氮富集天然气流来形成富氮蒸气产品。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(c)包括使所述第一LNG流或从其形成的LNG流膨胀，将所述膨胀流传递到其中所述LNG的一部分气化的LNG储存罐中，从而形成氮富集天然气蒸气和所述氮排尽LNG产品，以及从所述罐抽取氮富集天然气蒸气来形成所述再循环流。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(g)包括膨胀和部分地气化所述第一至少部分地液化的氮富集天然气流，并且在分相器中将所述流分成汽相和液相，以形成所述富氮蒸气产品和第二LNG流。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤(c)包括膨胀、部分地气化和分离所述第一LNG流来形成所述氮排尽LNG产品和由氮富集天然气蒸气构成的所述再循环流，并且其中所述方法还包括：
(h)膨胀、部分地气化和分离所述第二LNG流来产生所述再循环流的附加氮富集天然气蒸气和附加氮排尽LNG产品。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(g)包括膨胀和部分地气化所述第一至少部分地液化的氮富集天然气流、将所述流引入到蒸馏塔中来将所述流分成汽相和液相，以及由从所述蒸馏塔抽取的塔顶蒸气形成所述富氮蒸气产品。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤(c)包括膨胀、部分地气化和分离所述第一LNG流来形成所述氮排尽LNG产品和由氮富集天然气蒸气构成的所述再循环流。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：
步骤(c)包括(i)膨胀、部分地气化和分离所述第一LNG流来形成氮排尽LNG流和由氮富集天然气蒸气构成的汽提气流，以及(ii)进一步膨胀、部分地气化和分离所述氮排尽LNG流来形成所述氮排尽LNG产品和由氮富集天然气蒸气构成的所述再循环流；并且
步骤(g)还包括将所述汽提气流引入到所述蒸馏塔的底部中。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤(g)还包括由从所述蒸馏塔抽取的底部液体形成第二LNG流，并且其中所述方法还包括：
(h)膨胀、部分地气化和分离所述第二LNG流来产生所述再循环流的附加氮富集天然气蒸气和附加氮排尽LNG产品。
9.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤(c)包括(i)使所述第一LNG流膨胀和部分地气化，并且将所述流引入到所述蒸馏塔中来将所述流分成汽相和液相，所述第一LNG流在所述第一至少部分地液化的氮富集天然气流引入到所述塔中的位置下方的位置处引入到所述蒸馏塔中，(ii)由从所述蒸馏塔抽取的底部液体来形成第二LNG流，以及(iii)膨胀、部分地气化和分离所述第二LNG流来形成所述氮排尽LNG产品和由氮富集天然气蒸气构成的所述再循环流。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述第一LNG流在所述塔的中间位置处引入到所述蒸馏塔中，并且所述蒸馏塔的滚沸通过经由在将所述第一LNG流引入到所述蒸馏塔中之前与所述第一LNG流间接热交换来加热和气化重沸器热交换器中的所述底部液体的一部分来提供。
11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述第一LNG流引入到所述蒸馏塔的底部中。
12.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述蒸馏塔的滚沸通过经由在将所述流引入到所述蒸馏塔中之前与所述第一至少部分地液化的氮富集天然气流的全部或一部分间接热交换来加热和气化重沸器热交换器中的所述底部液体的一部分来提供。
13.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤(e)包括将所述压缩的再循环流引入到所述主热交换器中、冷却所述压缩的再循环流、从所述主热交换器的中间位置抽取冷却的压缩再循环流的一部分来形成汽提气流，以及进一步冷却和至少部分地液化所述冷却的压缩再循环流的另一部分来形成所述第一至少部分地液化的氮富集天然气流；并且其中步骤(g)还包括将所述汽提气流引入到所述蒸馏塔的底部中。
14.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述第一至少部分地液化的氮富集天然气流引入到所述蒸馏塔的顶部中。
15.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述第一至少部分地液化的氮富集天然气流在引入到所述蒸馏塔之前膨胀，部分地液化并且分成单独的蒸气流和液流，所述液流在中间位置处引入到所述蒸馏塔中，并且所述蒸气流经由与从所述塔抽取的所述塔顶蒸气间接热交换来在冷凝器热交换器中冷却和至少部分地冷凝，并且接着引入到所述塔的顶部中。
16.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述蒸馏塔的逆流由在冷凝器热交换器中冷凝来自所述蒸馏塔的所述塔顶蒸气的一部分来提供。
17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，用于所述冷凝器热交换器的制冷通过加热从所述蒸馏塔抽取的塔顶蒸气来提供。
18.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，用于所述冷凝器热交换器的制冷由闭环制冷系统提供，所述闭环制冷系统同样提供用于所述主热交换器的制冷，由所述闭环制冷系统循环的制冷剂穿过所述冷凝器热交换器并且在其中加热。
19.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括通过在于步骤(d)中压缩所述再循环流之前将所述富氮蒸气产品的一部分添加至步骤(c)中获得的所述再循环流来再循环所述富氮蒸气产品的一部分。
20.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述主热交换器包括热端，所述天然气进料流和压缩的再循环流平行地引入到所述热端中，以及冷端，所述第一LNG流和所述第一至少部分液化的氮富集天然气流平行地从所述冷端抽取。
21.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述主热交换器包括所述天然气进料流引入到其中的热端，以及所述第一LNG流和第一至少部分地液化的氮富集天然气流平行地从其抽取的冷端，所述压缩的再循环流在所述热交换器的所述热端与所述冷端之间的中间位置处引入到所述主热交换器中。
22.根据权利要求21所述的方法，其特征在于，所述再循环流在于步骤(d)中压缩之前在节约器热交换器中加热，并且其中所述压缩的再循环流在后冷却器中冷却，并且在于步骤(e)中引入到所述主热交换器中之前在所述节约器热交换器中进一步冷却。
23.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述主热交换器包括所述天然气进料流引入到其中的热端，以及所述第一LNG流从其抽取的冷端；
其中步骤(a)包括(i)将所述天然气进料流引入到所述主热交换器的所述热端中、冷却和至少部分地液化所述天然气进料流，以及从所述主热交换器的中间位置抽取所述冷却和至少部分地液化的流，(ii)膨胀、部分地气化和分离所述冷却和至少部分地液化的流来形成氮富集天然气蒸气流和氮排尽天然气液流，以及(iii)将所述蒸气和液流单独地再引入到所述主热交换器的中间位置中并且进一步平行地冷却所述蒸气流和液流，所述液流进一步冷却成形成所述第一LNG流，并且所述蒸气流进一步冷却并且至少部分地液化来形成第二至少部分地液化的氮富集天然气流；并且
其中步骤(b)包括从所述主热交换器的所述冷端抽取所述第一LNG流和所述第二至少部分地液化的氮富集天然气流。
24.根据权利要求23所述的方法，其特征在于，步骤(g)包括膨胀和部分地气化所述第一至少部分地液化的氮富集天然气流和所述第二至少部分地液化的氮富集天然气流、将所述流引入到蒸馏塔中来将所述流分成汽相和液相，以及由从所述蒸馏塔抽取的塔顶蒸气形成所述富氮蒸气产品。
25.根据权利要求24所述的方法，其特征在于，所述第一至少部分地液化的氮富集天然气流在所述第二至少部分地液化的氮富集天然气流引入到所述蒸馏塔中的位置上方的位置处引入到所述蒸馏塔中。
26.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，用于所述主热交换器的制冷由闭环制冷系统提供，由所述闭环制冷系统循环的制冷剂穿过所述主热交换器并且在所述主热交换器中加热。
27.一种用于产生氮排尽LNG产品的设备，所述设备包括：
具有冷却通路的主热交换器，其用于接收天然气进料流并且使所述流穿过所述热交换器来冷却所述流和液化所述流的全部或部分，以便产生第一LNG流，并且用于接收由氮富集天然气蒸气构成的压缩的再循环流并且使所述流穿过所述热交换器来冷却和至少部分地液化所述流，以便产生第一至少部分地液化的氮富集天然气流，其中所述冷却通路布置成以便使压缩的再循环流与所述天然气进料流分开且平行地穿过所述热交换器；
用于将制冷剂供应至所述主热交换器用于冷却所述冷却通路的制冷系统；
与所述主热交换器流体流动连通的第一分离系统，其用于接收、膨胀、部分地气化和分离所述第一LNG流或由所述第一LNG流的部分形成的LNG流，以形成氮排尽LNG产品和由氮富集天然气蒸气构成的再循环流；
与所述第一分离系统和主热交换器流体流动连通的压缩机，其用于接收所述再循环流、压缩所述再循环流来形成所述压缩的再循环流，并且使所述压缩的再循环流返回至所述主热交换器；以及
与所述主热交换器流体流动连通的第二分离系统，其用于接收、膨胀、部分地气化和分离所述第一至少部分地液化的氮富集天然气流来形成富氮蒸气产品。
28.根据权利要求27所述的设备，其特征在于，所述制冷系统为闭环制冷系统，所述第一分离系统包括膨胀装置和LNG罐，并且所述第二分离系统包括膨胀装置和分相器或蒸馏塔。
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