CN106536689A - 从各种气体来源生产液化甲烷气(lmg)的方法和布置 - Google Patents

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Abstract

实施方法以从加压混合甲烷气进料流连续生产液化甲烷气(LMG)。所述方法特别好地适于在相对较小的LMG分配生产装备中使用，例如每年从400MT变化至15,000MT和/或当所述混合甲烷气进料流具有宽范围氮含量比例、包括基本上不存在氮时的装备。所提出的构思还可在中等规模和/或大型装备的设计中非常有用，包括其中所述氮含量始终保持高于一定阈的装备。本文所提出的方法和布置可在氮排放入例如大气时减轻甲烷气的损失。

Description

从各种气体来源生产液化甲烷气(LMG)的方法和布置
对先前申请的交叉引用
本案例要求2014年6月27日提交的加拿大专利申请号2,855,383的权益，所述专利申请特此以全文引用方式并入。
技术领域
技术领域大体涉及使用一种或多种气体来源来生产液化甲烷气(LMG)的方法和布置。
背景技术
天然气是主要由甲烷气(CH4)组成的烃气体混合物并且一般用作能量来源。天然气可压缩并且在气体管道中运输，但为便于存储和运输，天然气还可在低温温度下从首要气体形式转换至液体形式。液化天然气(LNG)比气态天然气占显著更小的体积。这使LNG有成本效率地跨不存在管道的长距离运输。
对于生产LNG而言存在各种技术，尤其是可在工业基本负荷生产装备中和调峰装备中使用的技术。这些装备一般具有较大LNG生产能力但需要相当大的前期投资。例如，基本负荷生产装备通常具有每年从约1,500,000MT变化至5,000,000MT的LNG生产能力。这些装备一般用来生产大量LNG，LNG将存储于低温罐中，之后转移至LNG运输深海船或油轮。它们通常用来自气井或管道的天然气直接供应。调峰装备具有每年从约35,000MT变化至150,000MT的LNG生产能力。这些装备用于存储呈液体形式的天然气，以在高峰消耗时段期间满足天然气管道的需求。它们一般供应于管道质量的天然气。
天然气主要包括高浓度、诸如约85％体积的甲烷，气流余量包含包括诸如乙烷、丙烷、高级烃组分、小比例的水蒸气、氮气和/或二氧化碳的气体。还可存在较低浓度的诸如水银、硫化氢和硫醇的其他组分。变型是可能的。
LNG日益用作运输用替代燃料，因为LNG提供超出其他可得种类的燃料的许多优点。例如，LNG是比其他化石燃料更清洁的替代燃料，每等效行进距离具有更低碳排放和更低微粒排放。LNG还大体上更有效并提供发动机使用寿命的显著增长。然而，尽管有所有的优点，LNG在运输中的广泛使用在绝大部分上因可得性缺乏而面临若干限制。存在有限数量的LNG生产装备和对应有限数量的分配点，即加油站，特别在人口稠密区外。仍然，以相对较小的量跨长距离运输LNG来供应偏远加油站降低了LNG的环境和经济效益。
已在过去提出通常称为迷你LNG装备的小型LNG生产设施。它们具有通常每年从约3,500MT变化至35,000MT的LNG生产能力。迷你LNG装备也一般供应具有管道质量的天然气。它们比基本负荷或调峰装备需要稍微更低的资本投资成本，但这些成本相比于它们的LNG生产能力而言可仍为相对较大的。它们还比常见更大的装备能量效率更低。例如，在迷你LNG装备中一般存在初始甲烷气输入约20％体积至35％体积量级的天然气显著损失。这导致经济损失，并且此类大量甲烷气直接释放入大气降低LNG在运输中的环境效益。
天然气是若干不同的甲烷气可能来源中的仅一者。例如，垃圾填埋场和厌氧消化器可在有利运行条件下产生显著量的沼气，沼气含有一般从约40％体积变化至65％体积的浓度的甲烷气。沼气中通常存在的其他气体包括可一般达到约50％气流体积的浓度的二氧化碳，一般从百分之几变化至约30％气流体积的浓度的氮，以及可能以更小浓度，可一般达到约3％气流体积的浓度的氧气和可一般达到约0.5％气流体积的浓度的硫化氢。这些值仅为典型实例。诸如硅氧烷、水银、挥发性有机碳(VOC)和硫醇的其他组分可以甚至更小的浓度存在。
源自垃圾填埋场的沼气一般在发生于捕获点的压力和温度条件下于水中饱和。此外，由于空气渗透的存在，所述沼气有时可具有比通常量更低的甲烷气浓度。如果空气直接从外部集管引进，则氧气和氮气的浓度将基本上保持相同并且空气将仅稀释垃圾填埋场中产生的沼气。然而，当空气在进入沼气集管之前被引入垃圾填埋场自身时，一些或所有氧气可变换成二氧化碳而氮气将不受影响。
沼气中含有的甲烷气部分可变换成液化甲烷气(LMG)。LMG可提供在质量和能含量方面对LNG的等价物。因此，人们在加油站可使用LMG代替LNG。这特别有用，因为沼气可本地获得，特别是从城市垃圾填埋场。然后，将高度期望从小分配生产装备将沼气转化成LMG，因为这将促进加油站数量的增加，特别是在偏远区域。它还可提供优于在火炬气中燃烧沼气和/或将未燃烧沼气直接释放入大气的显著环境和经济效益。
垃圾填埋场和厌氧消化器通常具有每年从约400MT变化至15,000MT的甲烷生产能力。因此，它们比典型的迷你LNG装备能力更小，并且使用现存方法可能难以获得投资回报以及整体运行获利。大多数液化装备经设计以基本上稳定和特定于给定地点的专用布置来使用。修改现存设计以用于各种各样的条件中并不容易实现。还存在与沼气中含有的甲烷气部分变换成对沼气独特的LMG明确相关联的众多挑战。这些挑战中的一者是沼气在流动速率和甲烷气部分比例方面的不可预测性，特别是当沼气捕获于垃圾填埋场中时。收集自垃圾填埋场的沼气的流动速率有时可能不足以使沼气变换成LMG，和/或沼气可能具有因空气渗透而不足以生产所需量LMG的甲烷气部分。
与沼气中含有的甲烷气部分变换成LMG相关联的另一挑战是整体运行的经济性。高资本投资成本可制止商业风投建造小装备。具体而言，成本不能由大量销售额来补偿。进行LMG生产所需设备的高运行成本还将起到重要作用。甚至当装备使用其自身生产的甲烷气以实现其能量需要时，LMG输出将更低。此外，因过程中限制所致的甲烷气损失还将对运行获利有影响。
现存系统的相对较高资本投资和运行成本的大部分与涉及的极高压力相关。约6,800kPag(1,000psig)量级或甚至更高的压力并非罕见。它们可用于产生在约-160℃下以液化形式冷凝和存储甲烷所需的极冷温度，即，低温温度。然而，建造对应装备基础设施所需的高压压缩机和其他相关联设备的购置成本可快速成为主导因素，特别是在较小的装备中。运行这些高压压缩机的能量需要也是极高的。
具有管道质量的LNG和天然气均具有低氮浓度。尽管如此，氮可在液化之前、甚至在进行各种气体处理之后存在于天然气中。例如，氮有时与天然气混合作为从气井提取天然气过程的部分。此氮中的大多数必须随后例如在蒸馏柱中去除。因此，当氮的浓度不可忽略、例如约3％或以上时，低温温度可用于使氮与甲烷分离。
氮一般不认为是极好的制冷剂，但当压缩并然后用极高压降膨胀时，它可产生极低温度并且用作低温制冷剂来液化甲烷。一种方法是使用已与天然气混合的氮作为制冷剂来液化甲烷气和使氮与甲烷气分离。2005年美国专利号6,978,638(Brostow等人)公开了此种方法的实例。然而，此种设备的高资本投资成本、高运行成本和复杂度是非常限制的因素。另一限制是始终需要氮的存在，以及如果进料气流中氮比例变得过低则过程停止工作。
其他现存方法一般遭受类似限制并且可因若干理由而难以实施，特别在相对较小的装备中。
总的来说，现存方法通常：
·难以在相对小的实施方法上实现，例如每年从约400MT变化至15,000MT的LMG生产能力以匹配垃圾填埋场和厌氧消化器的甲烷气通量；
·当进入的进料气流中氮比例降落至相对较低浓度时不能够跨延长时段连续进行；
·在前期投资和能量需要方面代价高；
·难以在各种各样的情形下实施以便不论所使用甲烷气的来源生产具有恒定质量的LMG；和/或
·不能很好地适于通用装备的设计，诸如可在工厂中预组装并且作为在相对短时间内准备运行的预包装单元输送至各种类场所的装备。
因此，仍存在此技术领域中的许多改进空间。
发明内容
所提出的构思可同时解决现存方法的至少许多挑战和限制。它提供在比现存布置低得多的压力下生产LMG的方式，并且可加工具有宽范围氮含量比例、包括氮完全不存在或接近完全不存在的混合甲烷气进料流。它特别好地适于在相对较小的LMG生产装备中使用，例如具有每年从约400MT变化至15,000MT能力的那些，因为前期投资成本和能量需要相对较低。它可用于不论所使用甲烷气的来源生产具有恒定质量的LMG，这是当使用沼气时所期望的。所提出构思还可在中等规模或甚至大型装备的设计中非常有用，包括其中氮含量始终保持在一定阈以上的装备。本文所提出的方法和布置可在氮排放例如进入大气时减轻甲烷气的损失。现在大大促进了通用装备的设计，所述通用装备可在工厂中预组装并且作为在相对短时间内准备运行的预包装单元输送至各种类型的场所。
在一个方面中，提供从加压混合甲烷气进料流连续生产液化甲烷气(LMG)的方法，所述混合甲烷气进料流含有甲烷和可变浓度的氮，所述氮在这样的范围内，其包括基本上不存在于混合甲烷气进料流中的氮，所述方法包括以下的同时步骤：(A)使混合甲烷气进料流穿过第一热交换器并然后穿过第二热交换器以冷凝混合甲烷气进料流中的至少一部分，第一热交换器使用第一低温制冷剂并且第二热交换器使用第二低温制冷剂；(B)将从第二热交换器出来的混合甲烷气进料流送经分馏塔的中层入口；(C)当氮存在于混合甲烷气进料流中时，在分馏塔内将混合甲烷气进料流分离成富甲烷液体馏分和富氮气体馏分；(D)经过底部出口取出积累在分馏塔底部的富甲烷液体馏分，富甲烷液体馏分构成LMG；(E)使LMG从步骤(D)中的底部出口穿过第三热交换器，第三热交换器使用第二低温制冷剂以进一步冷却LMG；(F)当氮存在于步骤(C)中的混合甲烷气进料流中时：(i)在分馏塔顶部处经过顶部出口取出富氮气体馏分以产生富氮气体馏分；(ii)使富氮气体馏分穿过第四热交换器并然后穿过第五热交换器，第四热交换器使用第一低温制冷剂并且第五热交换器使用第二低温制冷剂；(iii)将从第五热交换器出来的富氮气体馏分引入氮相分离器容器，在氮相分离器容器中液相与气相分离；(iv)取出氮相分离器容器内积累的液相并且通过重力将取出的液相作为回流经过分馏塔的塔顶入口而引入分馏塔，塔顶入口垂直位于中层入口上方和顶部出口下方；(v)从氮相分离器容器内取出气相并且将取出的气相直接传入膨胀阀；(vi)将从膨胀阀出来的膨胀气体用作第一低温制冷剂，第一低温制冷剂在开环的第一制冷剂回路中循环，第一制冷剂回路在膨胀阀出口处起源并然后连续穿过第四热交换器和第一热交换器；以及(vii)将来自第一热交换器的第一低温制冷剂排出第一制冷剂回路；以及(G)在闭环的第二制冷剂回路中循环第二低温制冷剂，第二制冷剂回路从独立的低温制冷系统延伸至第五热交换器，从第五热交换器延伸至第三热交换器，从第三热交换器延伸至第二热交换器，并然后从第二热交换器回到独立的低温制冷系统。
在另一个方面中，提供从加压混合甲烷气进料流连续生产液化甲烷气(LMG)的方法，所述混合甲烷气进料流含有甲烷和可变浓度的氮，所述方法包括以下的同时步骤：(A)使混合甲烷气进料流穿过第一热交换器并然后穿过第二热交换器以冷凝混合甲烷气进料流中的至少一部分，第一热交换器使用第一低温制冷剂并且第二热交换器使用第二低温制冷剂；(B)将从第二热交换器出来的混合甲烷气进料流送经分馏塔的中层入口，以将混合甲烷气进料流分离成富甲烷液体馏分和富氮气体馏分；(C)经过底部出口取出积累在分馏塔底部的富甲烷液体馏分，富甲烷液体馏分构成LMG；(D)使从步骤(C)中的底部出口取出的LMG穿过第三热交换器以进一步冷却LMG；(E)在分馏塔顶部处经过顶部出口取出富氮气体馏分以产生富氮气体馏分；(F)使富氮气体馏分穿过第四热交换器并然后穿过第五热交换器，第四热交换器使用第一低温制冷剂并且第五热交换器使用第二低温制冷剂，富氮气体馏分中的至少一部分在第五热交换器内经受相变至液相；(G)将从第五热交换器出来的富氮气体馏分引入氮相分离器容器，在氮相分离器容器中液相与气相分离；(H)取出在氮相分离器容器底部积累的液相并且通过重力将取出的液相作为回流经过位于中层入口上方和顶部出口下方的塔顶入口而引入分馏塔；(I)从氮相分离器容器的顶部取出气相并且将取出的气相直接传入膨胀阀；(J)将从膨胀阀出来的膨胀气体用作第一低温制冷剂，第一低温制冷剂在开环的第一制冷剂回路中循环，第一制冷剂回路在膨胀阀出口处起源并然后连续穿过第四热交换器和第一热交换器；(K)将来自第一热交换器的第一低温制冷剂排出第一制冷剂回路；以及(L)在闭环的第二制冷剂回路中循环第二低温制冷剂，第二制冷剂回路从独立的低温制冷系统延伸至第五热交换器，从第五热交换器延伸至第三热交换器，从第三热交换器延伸至第二热交换器，并然后从第二热交换器回到独立的低温制冷系统。
在另一个方面中，提供从加压混合甲烷气进料流连续生产液化甲烷气(LMG)的布置，所述混合甲烷气进料流含有甲烷和可变浓度的氮，所述布置包括：分馏塔，其具有顶部出口、底部出口、中层入口和塔顶入口，塔顶入口位于中层入口上方和顶部出口下方；用于混合甲烷气进料流的混合甲烷气进料流回路，混合甲烷气进料流回路在混合甲烷气进料流回路的入口、第一热交换器、第二热交换器与分馏塔的中层入口之间连续延伸；用于LMG的液化甲烷气(LMG)回路，LMG回路在分馏塔的底部出口、第三热交换器与LMG回路的出口之间延伸；氮相分离器容器，其具有中层入口、顶部出口和底部出口，底部出口与分馏塔的塔顶入口流体连通并且垂直位于塔顶入口上方；膨胀阀，其与氮相分离器容器的顶部出口直接流体连通；用于第一低温制冷剂的开环第一制冷剂回路，第一制冷剂回路在膨胀阀的出口、第四热交换器、第一热交换器与第一制冷剂回路的排放出口之间连续延伸；用于第二低温制冷剂的闭环第二制冷剂回路，第二制冷剂回路与独立的低温制冷系统的入口和出口流体连通，第二制冷剂回路在独立的低温制冷系统的出口、第五热交换器、第三热交换器、第二热交换器与独立的低温制冷系统的入口之间连续延伸；以及富氮气体馏分回路，其在分馏塔的顶部出口、第四热交换器、第五热交换器与氮相分离器容器的中层入口之间连续延伸。
关于所提出构思的各种方面和特征的另外细节将从以下详述和附图中显而易见。
附图简要说明
图1是根据所提出构思的LMG生产布置的实例的半示意图；
图2是说明提供于图1的LMG生产布置中的气体处理系统的实例细节的放大半示意图；
图3是说明提供于图1的LMG生产布置中的LMG生产和氮脱除系统的实例细节的放大半示意图；
图4是说明提供于图1的LMG生产布置中的独立的低温制冷系统的实例细节的放大半示意图；以及
图5是说明提供于图1的LMG生产布置中的控制系统的实例细节的简化方块图。
详述
图1是根据所提出构思的液化甲烷气(LMG)生产布置10的实例的半示意图。它例示为简化流程图。此布置10由通过多个管线或管互连的五个不同系统整合产生。它设计为使用可为来自不同气体来源的气体混合物的甲烷气进料流来生产LMG。图2至5说明提供于图1的LMG生产布置10中的系统的实例细节。变型也是可能的。
本领域技术人员将认识到图1至5仅显示出见于实际商业装备中的组件的一些。其他组件为清楚起见已省略。它们可包括例如，泵、阀、传感器、致动器马达和/或过滤器，仅举几例。这些其他组件将一般根据标准工程实践被包括在实际实施方法中。它们不必在本文描述以使本领域技术人员获得并领会所提出构思的完全理解。
如本文所使用，术语“沼气”指的是通过生物降解有机质产生的气体，例如来自垃圾填埋场、厌氧消化器、或除了天然气以外的任何其他类似适合的甲烷气来源的气体。
如本文所使用，措辞“甲烷气的替代来源”一般指的是主要包含甲烷、例如85％体积的甲烷气浓度的任何适合气体来源。变型是可能的。
如本文所使用，措辞“混合甲烷气进料流”以及其他相关词语和措辞一般指的是系统入口处来自各种可能来源的甲烷气进料流。然而，这并不意味甲烷气需在任何给定时刻为来自两种或更多种不同来源的气体混合物。可能在一定时间期间具有仅来自来源中一者的甲烷气并且此气流将在该情形下仍被称为“混合甲烷气进料流”。
如本文所使用，措辞“基本上不存在于混合甲烷气进料流中的氮”一般指的是当甲烷气成分变换成LMG时不需要去除氮的混合甲烷气进料流中极低浓度的氮，以及不足以将氮气成分用作制冷剂的这种浓度的氮。当氮浓度低于约4％体积、优选低于约3％体积时，一般认为氮基本上不存在于混合甲烷气进料流中。然而，准确值可因实施方法而稍异。当氮浓度不低于给定阈值时认为氮存在于混合甲烷气进料流中。
从现在起，包括权利要求书中，所有数值必须被视为词语“约”始终置于它们之前。仅为简单起见省略此词语。词语“约”一般意指加或减10％，包括在说明书中的其它地方。这应用于温度值、压力值、浓度值、流动速率值、质量流动速率值等。
图1的布置10包括气体供应系统100。气体供应系统100输出将用于生产LMG的混合甲烷气进料流。气体供应系统100中的气体流经提供各种组件之间流体连通的管线和管的网络。混合甲烷气进料流的成分可来自可得来源中一者或多者。在所例示实例中，这些来源中一者是垃圾填埋场101并且另一者是厌氧消化器102。两者均为捕获点。在垃圾填埋场中，粗沼气和渗滤液的混合物一般进入这些捕获点并且使用跨垃圾填埋场101提供的导管网络来收集。一旦捕获，将沼气送至沼气压缩、控制和初级处理子系统104。此子系统104可包括例如一个或多个流体静力多相分离器，诸如2012年加拿大专利号2,766,355(Tremblay等人)中显示和描述的那些，所述专利特此以全文引用方式并入。加拿大专利号2,766,355公开了混合物的渗滤液部分可如何与气体部分分离。变型也是可能的。
子系统104可包括低压压缩机和对应的气体冷却单元。低压压缩机使沼气压力提高，例如至100kPag。其他压力值也是可能的。在所例示实例中，来自垃圾填埋场101的沼气和来自厌氧消化器102的沼气均通过同一设备压缩和冷却。变型也是可能的。
子系统104可包括吸收式酸性气体去除装置，所述装置在相对较低压力下运行，例如低于100kPag(15psig)的压力。此吸收式酸性气体去除装置可使用含水胺溶剂以去除作为化学反应过程结果的二氧化碳和硫化氢。二氧化碳浓度可保持在2％体积以下。变型也是可能的。
从子系统104出来的预处理沼气可与来自替代来源的甲烷气混合。在所例示实例中，甲烷气的替代来源是天然气管道103，从天然气管道103可获得加压天然气。如果沼气不能满足需求，此甲烷气的替代来源主要用来供应甲烷气。如前述，来自垃圾填埋场的沼气中的甲烷气部分通常连续波动并且可能甚至下降到对于待生产LMG的量而言过低。将一般优先使用沼气，但如果不充足，则甲烷气的替代来源将补偿不足。然后，缺少的甲烷气部分可获得自甲烷气的替代来源直至不再需要替代来源为止。其他可能情况包括LMG的需求突然上升。甲烷气的替代来源可用来供应缺少的甲烷气部分。
需要时，一些实施方法可经设计以利用仅一种沼气的可能来源而不是两种来使用，如显示的。可提供沼气的另外来源和/或甲烷气的另外替代来源。需要时，天然气管道还可被存储罐或类似物替换。
在所例示实例中，天然气管道103的出口连接至天然气控制装置105。装置105控制来自天然气管道103的天然气的供应和流动速率。沼气和/或天然气，取决于来源或所使用的来源，被混合入甲烷气混合容器106。变型也是可能的。
将从甲烷气混合容器106出来的气体供应至气体处理系统200，在其中去除一些不需要的组分。这些组分包括例如，二氧化碳、硫化氢(通常称为酸性气体)，硅氧烷，VOC和水银。变型也是可能的。
图2是说明提供于图1的LMG生产布置10中的气体处理系统200的实例细节的放大半示意图。在此实例中，来自系统100的混合甲烷气进料流经过高压压缩机202来供应。在此压缩机情形下使用的措辞“高压”一般指的是布置10中的最高压力。压力范围将一般为1,380kPag至2,070kPag。其他值是可能的。然而，如可见的，这些压力的量值显著低于许多现存布置中涉及的压力量值。使用在这些更低压力范围内的压力将显著降低压缩机202的成本和其能量消耗。应注意，取决于实施方法，压缩机202可为单压缩机或整合两个或更多个压缩机的单元。两种情况均涵盖在词语“压缩机”的含义内，即使在以单数形式使用的情况下也是如此。
在所例示实例中，混合甲烷气进料流从压缩机202经过位于紧接压缩机202下游的单元203。单元203可为组合式气体冷却器和两相分离器。它降低混合甲烷气进料流的温度，例如降至30℃的温度。其他值是可能的。此较低温度还用于去除其中的大部分水，因为水将因高气体压力而在此温度冷凝。使用整合入单元203的两相分离器，水与混合甲烷气进料流的剩余部分分离。然而，残留水仍可存在。
在所例示实例中，混合甲烷气进料流从单元203去向吸收式酸性气体去除子系统209以去除作为化学反应过程结果的二氧化碳和硫化氢。变型也是可能的。不同于初级处理子系统104中的吸收式酸性气体去除装置，此子系统209在高压下运行。初级处理子系统104中的吸收式酸性气体去除装置是互补的，并且因为它在较低压力下运行，所以运行成本更低。总的来说，一般期望在气体处理系统200的输出处，二氧化碳浓度低于50ppmv并且硫化氢浓度低于2ppmv。变型也是可能的。
在所例示实例中，混合甲烷气进料流从子系统209去向另一组合式气体冷却器和两相分离器210。然后，将实例的混合甲烷气进料流随后送至气体脱水器204以去除残留水(如果存在的话)。气体脱水器204可包括例如，使用分子筛或类似物的多床层再生子系统。变型也是可能的。
仍然，在所例示实例中，混合甲烷气进料流从气体脱水器204的出口去向气体预冷却单元205。在此实例中，气体预冷却单元205具有两个主要功能：第一是提供混合甲烷气进料流的预冷却以进一步降低其温度，例如降至-40℃的温度。其他值是可能的。第二功能是冷凝仍可存在于混合甲烷气进料流中的硅氧烷和一些VOC。然后，将含有冷凝硅氧烷和VOC液滴的已预冷气流送至气相分离器容器206，气相分离器容器206包含例如提供来基本上去除所有冷凝气体液滴的凝聚过滤器。变型也是可能的。
将离开例示系统200的气相分离器容器206的混合甲烷气进料流进料至初级吸收式接收器207。此实例的初级吸收式接收器207可从混合甲烷气进料流中去除任何残留硅氧烷和至少一些VOC。初级吸收式接收器207可包括例如至少一个活性碳的山梨酸床层(sorbic bed)或类似物。变型也是可能的。
随后，将离开例示系统200的初级吸收式接收器207的混合甲烷气进料流然后进料至次级吸收式接收器208以去除任何残留水银。次级吸收式接收器208可包括例如至少一个硫浸渍活性碳的山梨酸床层或类似物。变型也是可能的。
从系统200出来的混合甲烷气进料流现在准备进入LMG生产和氮脱除系统300。此时，加压混合甲烷气进料流主要含有甲烷并且可能含有氮。氮一般具有在完全或几乎完全不存在氮的浓度与50％体积之间的可能浓度。例如当气体仅来自甲烷气的替代来源如天然气管道103时，极低氮浓度将出现。
图3是说明提供于图1的LMG生产布置10中的LMG生产和氮脱除系统300的实例细节的放大半示意图。如可见的，系统300包括各种组件来冷凝甲烷气、将氮与冷凝甲烷气分离(如果需要的话)、并且使在该时构成LMG的冷凝纯化甲烷气产物冷却降至存储温度。系统300与布置10中的其他系统良好整合以便改进全过程的效率。
如可见的，系统300包括分馏塔304。
混合甲烷气进料流在系统300中经过混合甲烷气进料流回路320运输。此回路320包括管线和管的网络。混合甲烷气进料流在回路320的入口处进入系统300并然后连续至少穿过第一热交换器301和第二热交换器303。因此，第二热交换器303位于第一热交换器301下游。回路320从第二热交换器303的出口去向分馏塔304的中层入口。
在进入分馏塔304之前，混合甲烷气进料流冷却降至低温温度。低温温度将使甲烷气在第二热交换器303中冷凝到例如-120℃至-140℃，通常-130℃。氮中的大多数，如果存在于混合甲烷气进料流中的话，将在引入分馏塔304的中层入口之前在第二热交换器303的出口处呈气体形式。因此，分馏塔304进行两种馏分的分离，一种是富甲烷液体馏分并且另一种是富氮气体馏分。富甲烷液体馏分将在分馏塔304的底部积累并且可经过分馏塔304的底部出口取出。此富甲烷液体馏分构成LMG。利用系统300，LMG输出可始终基本上免除氮，例如具有1％体积至3％体积量级的最大浓度。
系统300还包括LMG回路326。此回路326具有若干管线或管来传送LMG。LMG回路326从分馏塔304的底部出口穿过第三热交换器309，提供第三热交换器309以进一步使LMG冷却至其最终条件，例如-160℃的温度。在所例示实例中，LMG回路326在存储罐310处终止，在存储罐310中LMG可被存储并最终泵送至LMG的潜在用户。离开分馏塔304底部出口的LMG的流动受LMG流动控制阀314控制。变型也是可能的。
系统300进一步包括富氮气体馏分回路328。它包括若干管线或管来传送在分馏塔304顶部出口处捕获的富氮气体馏分。回路328从此顶部出口连续穿过第四热交换器305和第五热交换器307。它在氮相分离器容器308的中层入口处终止。此氮相分离器容器308还包括底部出口和顶部出口。底部出口与分馏塔304的塔顶入口流体连通并且垂直位于塔顶入口上方。变型也是可能的。
系统300的各种热交换器使用两个相异的制冷剂回路。在这些热交换器中的每一者中进行间接热交换，因为其中不出现流体混合。系统300的所有热交换器优选属于标准铜焊板型。变型也是可能的。
布置10的第一制冷剂回路322是用于第一低温制冷剂的开环制冷剂回路。从氮相分离器容器308的顶部出口出来的氮构成此第一低温制冷剂。第一低温制冷剂仅穿过第一制冷剂回路322一次。它连续穿过膨胀阀306、第四热交换器305和第一热交换器301。它最终经过排放出口316离开第一制冷剂回路322。
在所例示实例中，排放出口316将氮直接排放入大气，而且氮将在甲烷气中几乎免除，例如小于1％体积。目标是使甲烷气浓度尽可能低，优选在排放出口316中低于2％体积并且甚至更优选1％体积。这将减轻甲烷气的损失并且因此使所生产LMG的量最大化。
回路322的排放出口316处氮气的流动速率受氮排放控制阀315控制。在穿过控制阀315之前，冷氮气流的冷能由氮热回收交换器311回收。氮热回收交换器311的热侧可与冷却系统流体连通，所述冷却系统在氮冷侧的温度条件下需要一些自由冷却，例如用于压缩机冷却应用的乙二醇冷却系统。变型也是可能的。例如，氮气可在装备中用于另一目的而不是直接排放入大气。
如可见的，膨胀阀306与氮相分离器容器308的顶部出口直接流体连通。膨胀阀306可为例如焦耳-汤姆孙(Joule-Thomson)控制阀，其中在膨胀阀306的入口和出口之间压力大大降低。在进料至第四热交换器305的冷侧中之前，出口压力可为例如，70kPag至170kPag之间，一般从100kPag。
第二制冷剂回路324是用于第二低温制冷剂所提供的闭环回路。此第二制冷剂回路324与第一制冷剂回路322分开。如可见的，第二制冷剂回路324与独立的低温制冷系统400的入口和出口流体连通。在其最冷温度下的第二低温制冷剂首先经过第五热交换器307的入口供应。第二低温制冷剂离开第五热交换器307并且供应至第三热交换器309的冷侧。第二低温制冷剂离开第三热交换器309并且供应至第二热交换器303的冷侧。第二低温制冷剂离开第二热交换器303，从而返回独立的低温制冷系统400的入口。
在使用中，从分馏塔304的顶部出口出来的富氮气体馏分中的至少一部分在第五热交换器307内经受相变至液相。富氮气体馏分的一部分还可在第四热交换器305内经受相变至液相。
例示系统300进一步包括第六热交换器302和再沸器回路330，再沸器回路330与分馏塔304的内部流体连通。再沸器回路330穿过第六热交换器302，在第六热交换器302中再沸器回路330与来自旁通回路332的混合甲烷气进料流中的至少一部分处于间接热交换关系。旁通回路332具有入口和出口，所述入口和出口均提供于混合甲烷气进料流回路320上、第一热交换器301下游和第二热交换器303上游。再沸器回路330具有在分馏塔304中的出口垂直上方的入口。在使用中，混合甲烷气进料流的一部分可从分馏塔304内循环经过再沸器回路330。供应至第六热交换器302的主要气流的流动受两个流动控制阀，LMG再沸器控制阀312和LMG旁通控制阀313控制。
在富甲烷液体通过重力流经分馏塔304的内部填料的同时，向上的甲烷气将使氮气与从分馏塔304下来的富甲烷液体馏分分离。上升至分馏塔304中的富氮气体馏分中存在的残留甲烷气使用冷液体回流来液化，所述回流在分馏塔304的顶部处供应并且来自氮相分离器容器308。回流成分包括液态甲烷和液氮。
图4是说明提供于图1的LMG生产布置10中的独立的低温制冷系统400的实例细节的放大半示意图。如前述，系统400提供第二低温制冷剂，其可为通过常规双流板式热交换器和使用常规油润滑压缩机来冷却的多组分制冷剂，例如在2004年美国专利号6,751,984(Neeraas等人)中所公开的，所述专利特此以全文引用方式并入。其他系统或其他种类的系统也可使用。
在例示系统400中，提供压缩机401，制冷剂冷却器402，相分离器容器403，第一次级热交换器404，第二次级热交换器405，初级热回收交换器406，控制阀407、408、409和制冷剂混合器410。变型是可能的。
图5是说明提供于图1的LMG生产布置10中的控制系统500的实例细节的简化方块图。其他种类的配置也是可能的。
如可见的，例示的控制系统500包括LMG需求控制器501、甲烷气供应控制器502、气体处理系统控制器503、LMG生产和氮脱除系统控制器504以及独立的低温制冷系统控制器505。
控制器502可驱使混合甲烷气进料流质量和量符合LMG需求控制器501。控制器502可从不同传感器接收信号并且向诸如压缩机马达、阀等的各种组件产生信号。信号还可在控制器502与其他控制器501、503、504、505之间交换。变型也是可能的。
控制器503提供气体处理质量控制以符合LMG需求控制器501。控制器503可从各种传感器接收信号并且可发送信号至例如高压压缩机202的马达和其他者。信号还可在控制器503与其他控制器501、502、504、505之间交换。变型也是可能的。
控制器504提供LMG生产和氮脱除系统控制以符合LMG需求控制器501。控制器504可从各种传感器接收信号并且可发送信号至例如LMG再沸器控制阀312、LMG再沸器旁通控制阀313、膨胀阀306、LMG流动控制阀314、氮排放控制阀315以及至各种其他控制命令。信号还可在控制器504与其他控制器501、502、503、505之间交换。变型也是可能的。
控制器505可向独立的低温制冷系统400提供一些控制以符合LMG需求控制器501。控制器505可从各种传感器和其他者接收信号。信号还可在控制器505与其他控制器501、502、503、504之间交换。变型也是可能的。
需要时，各种控制器501、502、503、504、505可编程入一个或多个通用计算机、专用印刷电路板和/或另外经配置来实现接收数据和发送命令信号的所需功能的其他适合装置。取决于实施方法，五个控制器501、502、503、504、505可为分开的装置和/或可整合入一个或多个单装置。然后，每个控制器501、502、503、504、505将为例如加载入装置的软件代码的一部分。每个控制器可包括控制/显示界面以接入控制系统500。变型是可能的。
实施例
以下是获得自计算机模拟的非限制性实施例，用来显示加工具有不同甲烷气和氮气含量的混合甲烷气进料流的相同系统。在所有情况下，可生产具有相同质量的LMG同时脱除氮，使氮气在排放出口316处具有仅1％体积的甲烷气或更小。
第一实施例
在此第一实施例中，混合甲烷气进料流包括仅来自诸如天然气管道103的甲烷气替代来源的气体，其中氮气含量小于3％体积。LMG需求控制器501具有每天1.0吨LMG的设定点，并且目标是获得含有氮最大浓度为3％体积的LMG。在-40℃和1,724kPag下将质量流动速率为每小时5,600磅摩尔的混合甲烷气进料供应至系统300。此混合甲烷气进料流经过第二热交换器303，在-135℃和1,586kPag下混合甲烷气进料流从第二热交换器303离开从而在分馏塔304的中层入口处供应。因为此混合甲烷气进料流的氮气含量小于3％体积，所以不发生蒸馏并且不从分馏塔304的顶部出口取出任何物质。因此，不存在气体流入第四热交换器305、膨胀阀306，并且无回流返回分馏塔304。
在中层入口处进入分馏塔304的液化流降落至底部。液化流稍后供应至第三热交换器309，以每小时5,600磅摩尔的质量流动速率从第三热交换器309离开，从而在-160℃和1,538kPag的存储压力下存储至LMG存储罐310中。为了进行此液化过程，第二低温制冷剂在169kPag和-177℃下离开系统400。此第二低温制冷剂在159kPag和-177℃的相同温度下离开第五热交换器307，从而供应至第三热交换器309，在159kPag和-156℃下第二低温制冷剂离开第三热交换器309。第二低温制冷剂离开以供应至第二热交换器303，第二低温制冷剂在149kPag和-107℃下离开第二热交换器303。然后，第二低温制冷剂返回系统400，以在返回系统300之前冷却。
第二实施例
在此第二实施例中，在系统100中使用仅沼气。此沼气具有等同于中等沼气组成的组成。它含有47.9％体积的甲烷气，35.8％体积的二氧化碳，16％体积的氮和0.3％体积的氧气。沼气具有大约每小时146Nm3沼气的流动速率。它供应至系统200，在系统200中去除二氧化碳、氧气、水蒸气和其他次要气体。
在系统200中处理气体之后，供应至系统300的混合甲烷气进料流具有75％体积的甲烷气和25％体积的氮气的组成。LMG需求控制器501具有每天1.0吨LMG的设定点，LMG含有3％体积的最大氮浓度。在-40℃和1,724kPag下将质量流动速率为每小时7,265磅摩尔的混合甲烷气供应至系统300。此气流供应至第二热交换器303，在-135℃和1,586kPag下气流从第二热交换器303离开，从而在中间位置处供应至分馏塔304中。在1,606kPag和-115℃下取出含有97％体积的甲烷和3％体积的氮的纯化LMG产物流。产物流供应至第三热交换器309，以每小时5,600磅摩尔的质量流动速率从第三热交换器309离开，从而在-160℃和1,538kPag或更低的存储压力下存储至LMG存储罐310中。
因为进料气中的氮浓度多于3％体积，所以一些蒸馏将在分馏塔304中自动发生。一些气体将进料至第六热交换器302以将甲烷气供应至分馏塔304中。在1,544kPag和-159℃下从分馏塔304取出含有97.22％体积的氮和2.78％体积的甲烷气的富氮气体馏分。此氮气经过膨胀阀306减压并且在172kPag和-184℃下离开。部分冷凝的富氮气体馏分在第五热交换器307中进一步冷凝，在1,544kPag和-160℃下从第五热交换器307离开。富氮气体馏分进入氮相分离器容器308，其中分离液体和蒸气。在1,544kPag和-160℃下，液体回流返回分馏塔304的顶部中，其具有含96％体积的氮和4％体积的甲烷的混合物。
在第一制冷剂回路322的出口处，将氮气流送至氮热回收交换器311，在103kPag和-45℃下氮流以每小时1,665磅摩尔的流动速率离开氮热回收交换器311，其含有99％体积的氮气和1％体积的甲烷气。
来自系统400的第二低温制冷剂具有与第一实施例中相同的组成。在113kPag和-181℃下将第二低温制冷剂供应于第五热交换器307的入口处。此第二低温制冷剂在103kPag和-171℃下离开第五热交换器307，从而供应至第三热交换器309，在103kPag和-155℃下第二低温制冷剂离开第三热交换器309。然后，第二低温制冷剂经过第二热交换器303，在93kPag和-122℃下离开第二热交换器303。然后，第二低温制冷剂返回系统400，以在返回系统300之前冷却。
第三实施例
在此第三实施例中，在系统100中也使用仅沼气。然而，此沼气具有贫乏的沼气组成。它含有33.1％体积的甲烷气，39.6％体积的二氧化碳，27％体积的氮和0.3％体积的氧气。第三实施例使用流动速率为大约每小时212Nm3沼气以供应至系统200。系统200去除二氧化碳、氧气、水蒸气和其他次要气体。
在系统200中处理气体之后，供应至系统300的混合甲烷气进料流具有55％体积的甲烷气和45％体积的氮气的组成。LMG需求控制器501具有每天1.0吨LMG的设定点，LMG含有3％体积的最大氮浓度。在-40℃和1,724kPag下将质量流动速率为每小时9,956磅摩尔的进料气供应至系统300。将此气体供应至第二热交换器303，在-135℃和1,586kPag下该气体从第二热交换器303离开，从而在中间位置处供应至分馏塔304中。在1,606kPag和-115℃下取出含有97％体积的甲烷和3％体积的氮的纯化LMG产物流，并且供应至第三热交换器309，该产物流以每小时5,600磅摩尔的质量流动速率离开第三热交换器309，从而在-160℃和1,538kPag的存储压力下存储至LMG存储罐310中。
因为混合甲烷气进料流中的氮浓度多于3％体积，所以一些蒸馏将在分馏塔304中自动发生。进行蒸馏过程与对于上文第二实施例的相同。在第一制冷剂回路322的出口处，将富氮气体馏分供应至氮热回收交换器311，在103kPag和-45℃下富氮气体馏分以每小时4,356磅摩尔的流动速率离开氮热回收交换器311，含有99％体积的氮气和1％体积的甲烷气。为了进行液化和氮脱除，具有与上文第一和第二实施例中相同组成的第二低温制冷剂在88kPag和-183℃下从系统400的入口处供应。此第二低温制冷剂在78kPag和-161℃下离开第五热交换器307，从而供应至第三热交换器309，在78kPag和-150℃下第二低温制冷剂离开第三热交换器309。将第二低温制冷剂供应至第二热交换器303，在68kPag和-130.7℃下离开第二热交换器303。然后，第二低温制冷剂返回系统400，以在返回系统300之前冷却。
总的来说，如可理解的，所提出的构思代表非场所特定的通用解决方案。例如，诸如系统300的系统可运行以生产、基本上相同质量的LMG，即使在甲烷和氮的比例变化的情况下也如此，其中例如氮的浓度可从0％体积变化至50％体积。氮排放出口316将仅含有痕量的甲烷气，例如不多于1％体积的甲烷气。从LMG中去除了几乎所有氮。
本详述和附图意为仅示例性的。技术人员将认识到在不脱离所提出构思的情况下，可按照本公开的评论作出变型。
附图标记
10 布置
100 气体供应系统
101 垃圾填埋场
102 厌氧消化器
103 天然气管道
104 沼气压缩、控制和初级处理子系统
105 天然气控制装置
106 甲烷气混合容器
200 气体处理系统
202 高压压缩机
203 组合式气体冷却器和两相分离器单元
204 气体脱水器
205 气体预冷却单元
206 气相分离器容器
207 初级吸附式接收器
208 次级吸附式接收器
209 吸收式酸性气体去除子系统(高压)
210 组合式气体冷却器和两相分离器单元
300 LMG生产和氮脱除系统
301 第一热交换器
302 第六热交换器
303 第二热交换器
304 分馏塔
305 第四热交换器
306 膨胀阀
307 第五热交换器
308 氮相分离器容器
309 第三热交换器
310 LMG存储罐
311 氮热回收交换器
312 LMG再沸器控制阀
313 LMG再沸器旁通控制阀
314 LMG流动控制阀
315 氮排放控制阀
316 排放出口
320 混合甲烷气进料流回路
322 第一制冷剂回路
324 第二制冷剂回路
326 LMG回路
328 富氮气体馏分回路
330 再沸器回路
332 旁通回路
400 独立的低温制冷系统
401 压缩机
402 制冷剂冷却器
403 相分离器容器
404 第一次级热交换器
405 第二次级热交换器
406 初级热回收交换器
407 控制阀
408 控制阀
409 控制阀
410 制冷剂混合器
500 LMG生产整合控制系统
501 LMG需求控制器
502 甲烷气供应控制器
503 气体处理系统控制器
504 LMG生产和氮脱除系统控制器
505 独立的低温制冷系统控制器

Claims (24)

1.一种从加压混合甲烷气进料流连续生产液化甲烷气(LMG)的方法，所述混合甲烷气进料流含有甲烷和可变浓度的氮，所述氮在这样的范围内，其包括基本上不存在于所述混合甲烷气进料流中的氮，所述方法包括以下的同时步骤：
(A)使所述混合甲烷气进料流穿过第一热交换器(301)并然后穿过第二热交换器(303)以冷凝所述混合甲烷气进料流中的至少一部分，所述第一热交换器(301)使用第一低温制冷剂并且所述第二热交换器(303)使用第二低温制冷剂；
(B)将从所述第二热交换器(303)出来的所述混合甲烷气进料流送经分馏塔(304)的中层入口；
(C)当氮存在于所述混合甲烷气进料流中时，在所述分馏塔(304)内将所述混合甲烷气进料流分离成富甲烷液体馏分和富氮气体馏分；
(D)经过底部出口取出积累在所述分馏塔(304)的底部的所述富甲烷液体馏分，所述富甲烷液体馏分构成所述LMG；
(E)使所述LMG从步骤(D)中的所述底部出口穿过第三热交换器(309)，所述第三热交换器(309)使用所述第二低温制冷剂以进一步冷却所述LMG；
(F)当氮存在于步骤(C)中的所述混合甲烷气进料流中时：
(i)在所述分馏塔(304)的顶部处经过顶部出口取出所述富氮气体馏分以产生富氮气体馏分；
(ii)使所述富氮气体馏分穿过第四热交换器(305)并然后穿过第五热交换器(307)，所述第四热交换器(305)使用所述第一低温制冷剂并且所述第五热交换器(307)使用所述第二低温制冷剂；
(iii)将从所述第五热交换器(307)出来的所述富氮气体馏分引入氮相分离器容器(308)，在所述氮相分离器容器(308)中液相与气相分离；
(iv)取出所述氮相分离器容器(308)内积累的液相并且通过重力将所述取出的液相作为回流经过所述分馏塔(304)的塔顶入口而引入所述分馏塔(304)，所述塔顶入口垂直位于所述中层入口上方和所述顶部出口下方；
(v)从所述氮相分离器容器(308)内取出气相并且将所述取出的气相直接传入膨胀阀(306)；
(vi)将从所述膨胀阀(306)出来的膨胀气体用作所述第一低温制冷剂，所述第一低温制冷剂在开环的第一制冷剂回路(322)中循环，所述第一制冷剂回路(322)在所述膨胀阀(306)的出口处起源并然后连续穿过所述第四热交换器(305)和所述第一热交换器(301)；以及
(vii)将来自所述第一热交换器(301)的所述第一低温制冷剂排出所述第一制冷剂回路(322)；以及
(G)在闭环的第二制冷剂回路(324)中循环所述第二低温制冷剂，所述第二制冷剂回路(324)从独立的低温制冷系统(400)延伸至所述第五热交换器(307)，从所述第五热交换器(307)延伸至所述第三热交换器(309)，从所述第三热交换器(309)延伸至所述第二热交换器(303)，并然后从所述第二热交换器(303)回到所述独立的低温制冷系统(400)。
2.根据权利要求1所述的方法，其中从所述第一制冷剂回路(322)出来的所述第一低温制冷剂含有具有小于1％体积的甲烷气含量的氮。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述第一低温制冷剂排出所述第一制冷剂回路(322)包括将所述第一低温制冷剂直接排入大气。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中从步骤(D)中的所述底部出口取出的所述LMG含有小于2％体积的氮，优选小于1％体积的氮。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中进入所述第一热交换器(301)的所述混合甲烷气进料流处在1,380kPag与2,070kPag之间的压力下。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中当氮存在于步骤(C)中的所述混合甲烷气进料流中时，所述富氮气体馏分中的至少一部分在所述第五热交换器(307)内经受相变至液相。
7.根据权利要求6所述的方法，其中当氮存在于步骤(C)中的所述混合甲烷气进料流中时，所述富氮气体馏分中的至少另一部分还在所述第四热交换器(305)内经受相变至液相。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其中在所述分馏塔(304)内分离所述混合甲烷气进料流的步骤包括：从所述分馏塔(304)内循环所述混合甲烷气进料流的一部分经过位于所述分馏塔(304)外的再沸器回路(330)，所述再沸器回路(330)穿过第六热交换器(302)，在所述第六热交换器(302)中所述再沸器回路(330)与来自旁通回路(332)的所述混合甲烷气进料流处于间接热交换关系，所述旁通回路(332)具有均提供在所述第一热交换器(301)下游和所述第二热交换器(303)上游的入口和出口。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其中所述混合甲烷气进料流中的至少一部分是沼气，优选来自垃圾填埋场和厌氧消化器中至少一者的沼气。
10.根据权利要求9所述的方法，其中当所述沼气具有小于阈值的甲烷气含量时，所述混合甲烷气进料流的一部分还包括来自甲烷气的替代来源的气体。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的方法，其中当氮浓度小于3％体积时，认为氮基本上不存在于所述混合甲烷气进料流中。
12.一种从加压混合甲烷气进料流连续生产液化甲烷气(LMG)的方法，所述混合甲烷气进料流含有甲烷和可变浓度的氮，所述方法包括以下的同时步骤：
(A)使所述混合甲烷气进料流穿过第一热交换器(301)并然后穿过第二热交换器(303)以冷凝所述混合甲烷气进料流中的至少一部分，所述第一热交换器(301)使用第一低温制冷剂并且所述第二热交换器(303)使用第二低温制冷剂；
(B)将从所述第二热交换器(303)出来的所述混合甲烷气进料流送经分馏塔(304)的中层入口，以将所述混合甲烷气进料流分离成富甲烷液体馏分和富氮气体馏分；
(C)经过底部出口取出积累在所述分馏塔(304)的底部的所述富甲烷液体馏分，所述富甲烷液体馏分构成所述LMG；
(D)使从步骤(C)中的所述底部出口取出的所述LMG穿过第三热交换器(309)以进一步冷却所述LMG；
(E)在所述分馏塔(304)的顶部处经过顶部出口取出所述富氮气体馏分以产生富氮气体馏分；
(F)使所述富氮气体馏分穿过第四热交换器(305)并然后穿过第五热交换器(307)，所述第四热交换器(305)使用所述第一低温制冷剂并且所述第五热交换器(307)使用所述第二低温制冷剂，所述富氮气体馏分中的至少一部分在所述第五热交换器(307)内经受相变至液相；
(G)将从所述第五热交换器(307)出来的所述富氮气体馏分引入氮相分离器容器(308)，在所述氮相分离器容器(308)中所述液相与气相分离；
(H)取出在所述氮相分离器容器(308)的底部积累的所述液相并且通过重力将所述取出的液相作为回流经过位于所述中层入口上方和所述顶部出口下方的塔顶入口而引入所述分馏塔(304)；
(I)从所述氮相分离器容器(308)的顶部取出所述气相并且将所述取出的气相直接传入膨胀阀(306)；
(J)将从所述膨胀阀(306)出来的膨胀气体用作所述第一低温制冷剂，所述第一低温制冷剂在开环的第一制冷剂回路(322)中循环，所述第一制冷剂回路(322)在所述膨胀阀(306)的出口处起源并然后连续穿过所述第四热交换器(305)和所述第一热交换器(301)；
(K)将来自所述第一热交换器(301)的所述第一低温制冷剂排出所述第一制冷剂回路(322)；以及
(L)在闭环的第二制冷剂回路(322)中循环所述第二低温制冷剂，所述第二制冷剂回路(322)从独立的低温制冷系统(400)延伸至所述第五热交换器(307)，从所述第五热交换器(307)延伸至所述第三热交换器(309)，从所述第三热交换器(309)延伸至所述第二热交换器(303)，并然后从所述第二热交换器(303)回到所述独立的低温制冷系统(400)。
13.根据权利要求12所述的方法，其中从所述第一制冷剂回路(322)出来的所述第一低温制冷剂含有具有小于1％体积的甲烷气含量的氮。
14.根据权利要求12或13所述的方法，其中所述第一低温制冷剂排出所述第一制冷剂回路(322)包括将所述第一低温制冷剂直接排入大气。
15.根据权利要求12至14中任一项所述的方法，其中从步骤(C)中的所述底部出口取出的所述LMG含有小于2％体积的氮，优选小于1％体积的氮。
16.根据权利要求12至15中任一项所述的方法，其中进入所述第一热交换器(301)的所述混合甲烷气进料流处在1,380kPag与2,070kPag之间的压力下。
17.根据权利要求12至16中任一项所述的方法，其中所述富氮气体馏分中的一部分还在所述第四热交换器(305)内经受相变至液相。
18.根据权利要求12至17中任一项所述的方法，其中在所述分馏塔(304)内分离所述混合甲烷气进料流的步骤包括：从所述分馏塔(304)内循环所述混合甲烷气进料流的一部分经过位于所述分馏塔(304)外的再沸器回路(330)，所述再沸器回路(330)穿过第六热交换器(302)，在所述第六热交换器(302)中所述再沸器回路(330)与来自旁通回路(332)的所述混合甲烷气进料流处于间接热交换关系，所述旁通回路(332)具有均提供在所述第一热交换器(301)下游和所述第二热交换器(303)上游的入口和出口。
19.根据权利要求12至18中任一项所述的方法，其中所述混合甲烷气进料流中的至少一部分是沼气，优选来自垃圾填埋场和厌氧消化器中至少一者的沼气。
20.根据权利要求19所述的方法，其中当所述沼气具有小于阈值的甲烷气含量时，所述混合甲烷气进料流的一部分还包括来自甲烷气的替代来源的气体。
21.一种用于从加压混合甲烷气进料流连续生产液化甲烷气(LMG)的布置(10)，所述混合甲烷气进料流含有甲烷和可变浓度的氮，所述布置(10)包括：
分馏塔(304)，其具有顶部出口、底部出口、中层入口和塔顶入口，所述塔顶入口位于所述中层入口上方和所述顶部出口下方；
用于混合甲烷气进料流的混合甲烷气进料流回路(320)，所述混合甲烷气进料流回路(320)在所述混合甲烷气进料流回路(320)的入口、第一热交换器(301)、第二热交换器(303)与所述分馏塔(304)的所述中层入口之间连续延伸；
用于LMG的液化甲烷气(LMG)回路(326)，所述LMG回路(326)在所述分馏塔(304)的所述底部出口、第三热交换器(309)与所述LMG回路(326)的出口之间延伸；
氮相分离器容器(308)，其具有中层入口、顶部出口和底部出口，所述底部出口与所述分馏塔(304)的所述塔顶入口流体连通并且垂直位于所述塔顶入口上方；
膨胀阀(306)，其与所述氮相分离器容器(308)的所述顶部出口直接流体连通；
用于第一低温制冷剂的开环第一制冷剂回路(322)，所述第一制冷剂回路(322)在所述膨胀阀(306)的出口、第四热交换器(305)、所述第一热交换器(301)与所述第一制冷剂回路(322)的排放出口(316)之间连续延伸；
用于第二低温制冷剂的闭环第二制冷剂回路(324)，所述第二制冷剂回路(324)与独立的低温制冷系统(400)的入口和出口流体连通，所述第二制冷剂回路(324)在所述独立的低温制冷系统(400)的所述出口、第五热交换器(307)、所述第三热交换器(309)、所述第二热交换器(303)与所述独立的低温制冷系统(400)的所述入口之间连续延伸；以及
富氮气体馏分回路(328)，其在所述分馏塔(304)的所述顶部出口、所述第四热交换器(305)、所述第五热交换器(307)与所述氮相分离器容器(308)的所述中层入口之间连续延伸。
22.根据权利要求21所述的布置，进一步包括第六热交换器(302)和与所述分馏塔(304)流体连通的再沸器回路(330)，所述再沸器回路(330)穿过所述第六热交换器(302)，在所述第六热交换器(302)中所述再沸器回路(330)与来自旁通回路(332)的所述混合甲烷气进料流中的至少一部分处于间接热交换关系，所述旁通回路(332)具有入口和出口，所述入口和出口均提供于所述混合甲烷气进料流回路(320)上、所述第一热交换器(301)下游和所述第二热交换器(303)上游。
23.根据权利要求21或22所述的布置，其中所述LMG回路(326)的所述出口位于存储罐(310)中。
24.根据权利要求21至23中任一项所述的布置，进一步包括氮热回收交换器(311)，所述氮热回收交换器(311)紧接所述第一制冷剂回路(322)的所述排放出口(316)上游。
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