CN115930549A - 用于液化天然气的集成脱氮 - Google Patents

用于液化天然气的集成脱氮 Download PDF

Info

Publication number
CN115930549A
CN115930549A CN202211063814.0A CN202211063814A CN115930549A CN 115930549 A CN115930549 A CN 115930549A CN 202211063814 A CN202211063814 A CN 202211063814A CN 115930549 A CN115930549 A CN 115930549A
Authority
CN
China
Prior art keywords
stream
fuel
nitrogen
nitrogen concentration
lng
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202211063814.0A
Other languages
English (en)
Inventor
C·M·奥特
M·J·罗伯茨
A·O·韦斯特
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Air Products and Chemicals Inc
Original Assignee
Air Products and Chemicals Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Air Products and Chemicals Inc filed Critical Air Products and Chemicals Inc
Publication of CN115930549A publication Critical patent/CN115930549A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/0002—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the fluid to be liquefied
    • F25J1/0022—Hydrocarbons, e.g. natural gas
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/0204—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream characterised by the feed stream
    • F25J3/0209—Natural gas or substitute natural gas
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C5/00—Methods or apparatus for filling containers with liquefied, solidified, or compressed gases under pressures
    • F17C5/02—Methods or apparatus for filling containers with liquefied, solidified, or compressed gases under pressures for filling with liquefied gases
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/0204—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream characterised by the feed stream
    • F25J3/0209—Natural gas or substitute natural gas
    • F25J3/0214—Liquefied natural gas
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/0228—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream characterised by the separated product stream
    • F25J3/0233—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream characterised by the separated product stream separation of CnHm with 1 carbon atom or more
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/0228—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream characterised by the separated product stream
    • F25J3/0257—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream characterised by the separated product stream separation of nitrogen
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2221/00—Handled fluid, in particular type of fluid
    • F17C2221/03—Mixtures
    • F17C2221/032—Hydrocarbons
    • F17C2221/033—Methane, e.g. natural gas, CNG, LNG, GNL, GNC, PLNG
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2227/00—Transfer of fluids, i.e. method or means for transferring the fluid; Heat exchange with the fluid
    • F17C2227/01—Propulsion of the fluid
    • F17C2227/0128—Propulsion of the fluid with pumps or compressors
    • F17C2227/0157—Compressors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2227/00—Transfer of fluids, i.e. method or means for transferring the fluid; Heat exchange with the fluid
    • F17C2227/03—Heat exchange with the fluid
    • F17C2227/0337—Heat exchange with the fluid by cooling
    • F17C2227/0341—Heat exchange with the fluid by cooling using another fluid
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2265/00—Effects achieved by gas storage or gas handling
    • F17C2265/01—Purifying the fluid
    • F17C2265/015—Purifying the fluid by separating
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2265/00—Effects achieved by gas storage or gas handling
    • F17C2265/02—Mixing fluids
    • F17C2265/025—Mixing fluids different fluids
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2265/00—Effects achieved by gas storage or gas handling
    • F17C2265/06—Fluid distribution
    • F17C2265/066—Fluid distribution for feeding engines for propulsion
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2200/00—Processes or apparatus using separation by rectification
    • F25J2200/02—Processes or apparatus using separation by rectification in a single pressure main column system
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2200/00—Processes or apparatus using separation by rectification
    • F25J2200/30—Processes or apparatus using separation by rectification using a side column in a single pressure column system
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2200/00—Processes or apparatus using separation by rectification
    • F25J2200/70—Refluxing the column with a condensed part of the feed stream, i.e. fractionator top is stripped or self-rectified
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2200/00—Processes or apparatus using separation by rectification
    • F25J2200/76—Refluxing the column with condensed overhead gas being cycled in a quasi-closed loop refrigeration cycle
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2205/00—Processes or apparatus using other separation and/or other processing means
    • F25J2205/02—Processes or apparatus using other separation and/or other processing means using simple phase separation in a vessel or drum
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2205/00—Processes or apparatus using other separation and/or other processing means
    • F25J2205/02—Processes or apparatus using other separation and/or other processing means using simple phase separation in a vessel or drum
    • F25J2205/04—Processes or apparatus using other separation and/or other processing means using simple phase separation in a vessel or drum in the feed line, i.e. upstream of the fractionation step
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2210/00—Processes characterised by the type or other details of the feed stream
    • F25J2210/06—Splitting of the feed stream, e.g. for treating or cooling in different ways
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2215/00—Processes characterised by the type or other details of the product stream
    • F25J2215/02—Mixing or blending of fluids to yield a certain product
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2215/00—Processes characterised by the type or other details of the product stream
    • F25J2215/04—Recovery of liquid products
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2230/00—Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure of gaseous process streams
    • F25J2230/08—Cold compressor, i.e. suction of the gas at cryogenic temperature and generally without afterstage-cooler
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2235/00—Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure or for conveying of liquid process streams
    • F25J2235/60—Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure or for conveying of liquid process streams the fluid being (a mixture of) hydrocarbons
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2245/00—Processes or apparatus involving steps for recycling of process streams
    • F25J2245/42—Processes or apparatus involving steps for recycling of process streams the recycled stream being nitrogen
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2260/00—Coupling of processes or apparatus to other units; Integrated schemes
    • F25J2260/20—Integration in an installation for liquefying or solidifying a fluid stream
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2260/00—Coupling of processes or apparatus to other units; Integrated schemes
    • F25J2260/60—Integration in an installation using hydrocarbons, e.g. for fuel purposes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2270/00—Refrigeration techniques used
    • F25J2270/18—External refrigeration with incorporated cascade loop
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2270/00—Refrigeration techniques used
    • F25J2270/66—Closed external refrigeration cycle with multi component refrigerant [MCR], e.g. mixture of hydrocarbons

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Separation By Low-Temperature Treatments (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)

Abstract

一种用于将来自闪蒸气体的LNG产品和燃料中的氮浓度控制在优选范围内的方法和系统。使用多个相分离装置诸如闪蒸罐或精馏塔将冷却的LNG流分离成富氮蒸气流、燃料流和LNG产品流。将所述蒸气流的一部分作为回流循环至所述精馏塔。将具有较高浓度氮气的流的一部分与所述燃料流结合以使所述燃料流保持在所需的氮浓度范围内。

Description

用于液化天然气的集成脱氮
背景技术
液化天然气(LNG)液化过程的燃料通常来自液化装置冷端产生的闪蒸气体。过冷LNG以防止在储罐中产生闪蒸需要大量的制冷功率。允许一些闪蒸有助于降低制冷功率。此外，闪蒸提供了一种从原料气中除去氮气以将氮气含量保持在或低于LNG储存规格的简易方法。与原料气相比，闪蒸气将含有更高浓度的氮气。因此，天然气进料中氮气含量的变化也会影响闪蒸气体中的氮气浓度。
由于闪蒸气用作燃气轮机的燃料，因此希望限制闪蒸气中的氮气浓度。在许多应用中，如果要使用闪蒸气来为某些燃气轮机提供燃料，则需要15-50％的最大氮气含量。如果闪蒸气体中的氮气含量超过该燃气轮机的最大氮气含量，则可能需要可排放到大气中并以纯组分的形式脱除多余的氮气。
有许多已知的从天然气流中排除氮气的解决方案，包括闪蒸罐、氮气汽提塔、集成的氮气精馏塔和独立的脱氮装置(NRU)。这些解决方案通常会产生符合规格的LNG流和燃气轮机燃料流。在某些情况下，燃料流将含有相对高浓度的氮气。如果氮气浓度太高(燃料质量太低)，则需要排除额外的氮气，产生待排放的高纯度氮气流和贫氮燃料流。
一种现有的解决方案是使用氮气汽提塔和回流装置来生产符合规格的LNG产品和高纯度氮气。当LNG工厂由利用电网电力的电动机驱动并且不需要燃料驱动时，这是一个令人满意的解决方案。然而，这种解决方案相对不灵活，并且可能导致比满足LNG产品规格所需的、更高的脱氮率。
其他现有解决方案包含用于多组分分离过程的膨胀过程、使用LNG提供制冷的氮气塔，以及生产LNG和排放氮气的NRU。这些解决方案都不能控制LNG产品和燃料流中的氮气含量。因此，这些解决方案通常产生的燃料流的氮含量远低于最大允许值，这导致不必要的功率消耗、燃气轮机功率输出降低，并且需要更大和更复杂的装备。因此，需要一种改进的系统和方法来控制燃料流和储存的LNG产品中的氮气浓度。
发明内容
提供本发明内容，以简化形式介绍了一些概念，这些概念将在下面的详细描述中进一步描述。本发明内容并非旨在识别所要求保护的主题的关键特征或基本特征，也不旨在用于限制所要求保护的主题的范围。
本发明的实施例提供了一种综合解决方案以在LNG液化过程中仅从一部分闪蒸气体中脱除氮气。来自氮汽提塔或末端闪蒸罐的第一部分闪蒸气体被送到精馏塔。从精馏塔的顶部抽出仅含有痕量烃的富氮蒸气相流。富氮蒸气相流在热交换器中被高压循环蒸气和温热的原料气加热以产生加热的富氮蒸气相流。将加热的富氮蒸气相流分离成之后将被再压缩以成为用于精馏塔的循环/回流流的第一部分，以及被排放到大气中的第二部分。第一部分被压缩以形成高压蒸气流，该高压蒸气流被循环、冷却并在来自精馏塔底部的冷低压富氮蒸气流和冷液体流作用下液化。然后将液化的高压循环流回流到精馏塔。在前面提到的热交换器中由高压循环蒸气流和温热的进料气流加热之前，将来自精馏塔底部的液体与来自氮气汽提塔或末端闪蒸罐的第二部分闪蒸气体(闪蒸气体旁通流)结合，然后将这种加热的结合流送至末端闪蒸压缩机，用作燃气轮机驱动器的燃料。
调节循环高压流的流量和精馏塔的闪蒸气体旁通允许对排放到大气的氮气和燃气流进行严格的组分控制。
替代地，来自塔的液体可以被泵送以减少所需的末端闪蒸压缩机功率并为交换器中的冷却曲线提供更严格的匹配。
下面概述了系统和方法的几个方面。
方面1：一种用于液化天然气进料流并从中除去氮的方法，所述方法包括：
(a)冷却和至少部分地液化天然气进料流以形成具有冷却的LNG氮浓度的冷却的LNG流；
(b)在与所述冷却的LNG流的下游流体流动连通中进行多个相分离以产生具有蒸气流氮浓度的氮蒸气流、具有燃料流氮浓度的燃料流和具有LNG产品流氮浓度的LNG产品流，其中所述蒸气流氮浓大于所述冷却的LNG氮浓度、所述燃料流氮浓度以及所述LNG产品流氮浓度；
(c)将所述燃料流与混合流结合以产生具有燃料产品流氮浓度的燃料产品流，所述燃料产品流氮浓度大于所述燃料流氮浓度，所述混合流与所述冷却的LNG流下游流体流动连通；以及
(d)循环包括所述氮蒸气流的一部分的循环流作为精馏塔的回流；
从而步骤(c)能够使所述燃料产品流氮浓度独立于所述LNG产品流氮浓度被控制。
方面2：根据方面1所述的方法，其中步骤(c)进一步包括控制所述混合流的流动以产生在预定燃料产品流氮浓度范围内的燃料产品流氮浓度。
方面3：根据方面1至2中任一项所述的方法，其中步骤(b)的所述多个相分离中的至少一个在精馏塔中进行，并且所述燃料流作为液体从所述精馏塔底端抽出。
方面4：根据方面1至3中任一项所述的方法，其进一步包括：
(e)用所述氮蒸气流和所述燃料流冷却所述循环流。
方面5：根据方面4所述的方法，其中步骤(e)进一步包括蒸发所述燃料流以冷却所述循环流。
方面6：根据方面1至5中任一项所述的方法，其进一步包括：
(d1)在进行步骤(e)之前对所述循环流进行压缩和环境热交换。
方面7：根据方面1至6中任一项所述的方法，其进一步包括：
(f)使用所述燃料产品流为至少一台燃气轮机提供动力。
方面8：根据方面7所述的方法，其进一步包括：
(g)使用所述燃料产品流驱动至少一台压缩机，所述压缩机适于压缩用于进行步骤(a)的制冷剂。
方面9：根据方面1至8中任一项的方法，其中所述多个相分离进一步包括相分离所述冷却的LNG流以产生闪蒸气流和所述LNG产品流。
方面10：根据方面9所述的方法，其中使用闪蒸罐相分离所述冷却的LNG流。
方面11：根据方面1至10中任一项所述的方法，其中使用精馏塔相分离所述冷却的LNG流。
方面12：根据方面1至11中任一项所述的方法，其中所述多个相分离进一步包括将所述闪蒸气流的至少第一部分引入所述精馏塔以产生所述氮蒸气流和所述燃料流。
方面13：根据方面12所述的方法，其中所述混合流包括所述闪蒸气流的第二部分。
方面14：根据方面1至13中任一项所述的方法，其中所述混合流与步骤(e)下游的所述燃料结合
方面15：根据方面1至14中任一项所述的方法，其中在与所述燃料流结合之前压缩并冷却所述混合流。
方面16：根据方面1至15的方法，其进一步包括：
(h)排出所述氮蒸气流。
方面17：根据方面1至16中任一项所述的方法，其进一步包括：
(h)储存所述氮蒸气流。
方面18：一种用于液化天然气进料流并从中除去氮的方法，所述方法包括：
(a)在主低温热交换器中至少部分地液化天然气进料流以形成具有冷却的LNG氮浓度的冷却的LNG流；
(b)在闪蒸罐或精馏塔中将所述冷却的LNG流分离成具有LNG产品流氮浓度的LNG产品流和具有闪蒸气流氮浓度的闪蒸气流；
(c)在精馏塔中分离至少所述闪蒸气流的至少第一部分以产生具有蒸气流氮浓度的氮蒸气流以及具有燃料流氮浓度的燃料流；
(d)将所述燃料流与混合流结合以形成具有燃料产品流氮浓度的燃料产品流，所述燃料产品流氮浓度高于所述燃料流氮浓度，所述混合流包括所述闪蒸气流的第二部分；
(e)将所述氮蒸气流分成循环流和排放流；
(f)压缩并冷却所述循环流；以及
(g)通过与所述燃料流和所述氮蒸气流的间接热交换进一步冷却所述循环流。
方面19：根据方面19所述的方法，其中所述蒸气流氮浓大于所述冷却的LNG氮浓度、所述燃料流氮浓度以及所述LNG产品流氮浓度。
方面20：根据方面19至19所述的方法，其中步骤(d)能够使所述燃料产品流氮浓度独立于所述LNG产品流氮浓度被控制。
方面21：根据方面18至20任一项所述的方法，其中步骤(d)进一步包括控制所述混合流的流动以产生在预定燃料产品流氮浓度范围内的燃料产品流氮浓度。
附图说明
本发明将结合下文附图描述，其中相同的数字表示相同的元件。
图1是描绘根据本发明的第一实施例的用于从天然气流中液化并除去氮的方法和装置的示意性流程图。
图2是描绘根据本发明第二实施例的方法和装置的示意流程图。
图3是描述根据本发明第三实施例的方法和装置的示意流程图。
图4是描述根据本发明第四实施例的方法和装置的示意流程图。
图5是描述根据本发明第五实施例的方法和装置的示意流程图。
图6是描述根据本发明第六实施例的方法和装置的示意流程图。
图7是描绘根据本发明第七实施例的方法和装置的示意流程图。
图8是描述根据本发明第八实施例的方法和装置的示意流程图。
图9是描述根据本发明第九实施例的方法和装置的示意流程图。
具体实施方式
随后的详细描述仅提供优选的示例性实施例，并不旨在限制本发明的范围、适用性或配置。相反，优选示例性实施例的随后的详细描述将为本领域技术人员提供用于实现本发明的优选示例性实施例的有效描述。在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对元件的功能和布置进行各种改变。
为了帮助描述本发明，可以在说明书和权利要求书中使用方向性术语来描述本发明的部分(例如，上、下、左、右等)。这些方向性术语仅旨在帮助描述和要求保护本发明，而不旨在以任何方式限制本发明。此外，在说明书中结合附图引入的附图数字可以在一个或多个后续附图中重复，而无需在说明书中进行额外描述以提供其他特征的上下文。
除非另有说明，如本文所用的冠词“一个”和“一种”在应用于说明书和权利要求中描述的本发明实施例中的任何特征时表示一个或多个。“一个”和“一种”的使用并不将含义限制为单个特征，除非特别说明了这种限制。在单数或复数名词或名词短语之前的冠词“所述”表示特别的特定特征或特定特征，并且取决于使用它的上下文可以具有单数或复数含义。
如在说明书和权利要求中使用的术语“导管”是指一个或多个结构，流体可以通过该一个或多个结构在系统的两个或多个组件之间传输。例如，导管可以包含输送液体、蒸气和/或气体的管道、导管、通道以及它们的组合。
如在说明书和权利要求中使用的，术语“流动连通”或“流体流动连通”旨在表示两个或多个元件以使流体能够在元件之间流动的方式连接(直接或间接)，包括可能含有阀、闸门、三通或其他可以选择性地限制、合并或分离流体流动的设备的连接。
如在说明书和权利要求中使用的术语“天然气”是指主要由甲烷组成的烃气体混合物。如本文所用，术语“天然气”还涵盖合成和替代天然气。天然气进料流包括甲烷和氮气(甲烷通常是主要成分)。通常，天然气进料流具有1至10摩尔％的氮浓度，并且本文所描述的方法和装置可以有效地从天然气进料流中除去氮，即使天然气进料流中的氮浓度相对低，诸如5摩尔百分比或以下。
天然气流通常还将含有其他组分，诸如例如一种或多种其他碳氢化合物和/或诸如氦气、二氧化碳、氢气等其他组分。但是，它不应含有会在流的冷却和液化期间并在主热交换器中将会冻结的浓度下的任何其他成分。因此，在被引入主热交换器之前，如果需要的话，可以对天然气进料流进行预处理，以从天然气进料流中除去水、酸性气体、汞和重质烃，从而降低在天然气进料流中的任何此类组分降至不会导致任何冻结问题的浓度水平。
如在说明书和权利要求中使用的术语“烃”、“烃气体”或“烃流体”是指包括至少一种烃并且烃占至少80摩尔％的气体/流体，并且更优选地在气体/流体总成分的至少90摩尔％。
除非本文另有说明，否则说明书、附图和权利要求中确定的任何和所有百分比均应理解为以摩尔％为基础。除非本文另有说明，否则在说明书、附图和权利要求书中标识的任何和所有压力都应理解为平均表压。
如在说明书和权利要求中使用的，术语“压缩系统”被定义为一个或多个压缩级。例如，压缩系统可以在单个压缩机内包括多个压缩级。在替代实例中，压缩系统可以包括并联或串联的多个压缩机。
除非本文另有说明，在一个位置引入流意指在该位置基本引入所有的流。在说明书中所讨论和在附图中所示出的所有流(通常由带有箭头的线表示，该箭头显示在正常操作期间流体流动的总体方向)应被理解为容纳有在相应的管道内。每个导管应理解为具有至少一个入口和至少一个出口。此外，每件装备应理解为具有至少一个入口和至少一个出口。
在权利要求中，字母用于识别要求保护的步骤(例如(a)、(b)和(c))。这些字母用于帮助提及方法步骤并且不旨在指示要求保护的步骤的进行顺序，除非并且仅在权利要求中具体记载这种顺序的范围内。
应当注意，即使本文公开的示例性天然气液化系统实施例都具有闭环制冷，本文公开的发明构思同样适用于使用开环或闭环压缩的天然气液化系统。
如本文所用，并且除非另有说明，如果流中的氮浓度高于天然气进料流中的氮浓度，则流是“富氮的”。如果流中的氮浓度低于天然气进料流中的氮浓度，则流为“贫氮的”。
在本文所述的方法和设备中，除非另有说明，否则流在液体或两相流的情况下可以膨胀和/或通过使流经过任何合适的膨胀装置而膨胀和部分蒸发。例如，可以通过使流经过膨胀阀或J-T阀或用于影响流的(基本上)等焓膨胀(并因此闪蒸)的任何其他装置而膨胀和部分蒸发。另外地或替代地，例如可以通过使流经过功提取装置(work-extractingdevice)(诸如例如液压装置)且功膨胀而膨胀和部分蒸发。
如本文所用，术语“相分离”旨在包括将一种或多种输入流分离成气体和液体输出流的任何过程，诸如蒸馏、精馏、汽提和简单闪蒸分离。
如本文所用，术语“精馏塔”旨在指仅具有精馏的塔，以及包含精馏和汽提两者的塔。
如本文所用，术语“主热交换器”是指负责冷却和液化天然气流的全部或部分以产生冷却的LNG流的热交换器。热交换器可以由串联和/或并联布置的一个或多个冷却段构成。每个这样的段可以构成具有其自己单独外壳的热交换器单元，但同样地，段可以组合成共享公共外壳的单个热交换器单元。热交换器单元可以是任何合适的类型，诸如但不限于壳管式、缠绕盘管或板翅式热交换器单元。在这样的单元中，每个冷却段通常包括其自己的管束(其中该单元为壳管式或缠绕盘管型)或板翅片束(其中该单元为板翅式)。
主热交换器的部分或全部制冷由闭环制冷系统提供，闭环制冷系统的循环制冷剂经过主热交换器并在主热交换器中被加热，并经过冷凝器热交换器并在冷凝器热交换器中被加热。闭环制冷系统可以是任何合适的类型。可根据本发明使用的包括一个或多个闭环系统的示例性制冷系统包含单一混合制冷剂(SMR)系统、双重混合制冷剂(DMR)系统、混合丙烷混合制冷剂(C3MR)系统、
Figure BDA0003827449380000071
系统(具有氮气膨胀循环过冷的C3MR或DMR)、使用氮气、甲烷、其他气体或混合物的蒸气膨胀循环，以及其他多级复叠制冷系统，包括ConocoPhillipsOptimized
Figure BDA0003827449380000072
工艺。
参考图1，示出了根据本发明的一个实施例的用于从天然气液化系统100中的天然气进料流中除去氮的装置和方法。将天然气进料流101引入主低温热交换器(MCHE)102的热端。冷却的LNG流111从MCHE 102的冷端抽出。在图1所描绘的实施例中，MCHE 102由两个串联的冷却段构成，即在其中被预冷的天然气进料流101的热段103和在其中被化和过冷的天然气进料流101的冷段105。引入天然气进料流101的热段103的端部因此构成MCHE 102的热端，并且从中抽出冷却的LNG流111的冷段105的端部因此构成MCHE 102的冷端。
正如将要认识到的，本文中的术语“热”和“冷”仅指冷却段内的相对温度，并不意味着任何特定的温度范围。这些段中的每一个都可以构成具有其自己单独的的壳体、套管或其他形式的外壳热交换器单元，但是所有的部分可以组合成共享公共外壳的单个热交换器单元。热交换器可以是任何合适的类型，诸如但不限于壳管式、缠绕盘管或板翅式热交换器单元。在这样的单元中，每个冷却段通常包括其自己的管束(其中该单元为壳管式或缠绕盘管型)或板翅片束(其中该单元为板翅式)。
在图1中描绘的实施例中，用于MCHE 102的制冷由热束制冷剂104提供，该热束制冷剂被减压以形成第一冷制冷剂流106，该第一冷制冷剂流经过热段103的壳体侧，并在那里给热段提供制冷。将冷束制冷剂108减压以形成第二冷束制冷剂流110，该第二冷束制冷剂流经过冷段104的壳体侧以向冷段提供制冷。第一和第二制冷剂可以是相同或不同的制冷剂，并且可以是相同或不同的开环或闭环制冷系统的一部分。
冷却的LNG流111从MCHE 102的冷端抽出并通过JT阀112膨胀以产生膨胀的冷却的LNG流113，然后在闪蒸罐114中减压。来自闪蒸罐114底部的液相LNG产品流115通过泵126被泵送并经由导管128被送到LNG储罐(未示出)。优选地，LNG流115具有小于1摩尔％的氮含量。
闪蒸气流116从闪蒸罐114的顶部抽出，闪蒸气流116的第一部分123被送到精馏塔130。闪蒸气流116相对于冷却的LNG流111富含氮。优选地，闪蒸气流116具有10至50摩尔％之间的氮含量。在该实例中，闪蒸气流116的氮含量在30至35摩尔％之间。闪蒸气流116的第二部分117形成旁通流117，将在本文中更详细地讨论。
来自精馏塔130的塔顶流131在末端闪蒸交换器121中被加热以产生适合通过阀134排放到大气135中的氮蒸气流132。氮蒸气流132优选具有大于90摩尔％，并且，更优选地，大于99摩尔％的氮浓度。氮蒸气流132优选具有不超过1000ppm的甲烷摩尔浓度，并且优选在0.1ppm至1000ppm的范围内。
精馏塔液体流，也称为燃料流119，从精馏塔130的底部抽出，与闪蒸气流116的第二部分117任选地结合以形成燃料产品流120，然后在末端闪蒸交换器121中加热和蒸发产生汽化燃料流122。汽化燃料流122相对于冷却的LNG流111是贫氮的，并且优选具有非常接近但不大于被加燃料的装备所需的最大燃料气体氮浓度。
将闪蒸气流116的第二部分117引导至精馏塔130上游的精馏塔液体流119并提供控制第二部分117的流量的构件(在该实例中，阀118)使得能够独立于闪蒸气流116的氮含量控制汽化燃料流122的氮含量，闪蒸气流116的第二部分117用作混合流，其可用于控制汽化燃料流122的氮含量。这使得能够使用更低容量的精馏塔130，降低进行精馏所需的功率，并且当闪蒸气流116的氮含量高于燃料中允许的最大值时，使燃气轮机的功率输出最大化。例如，如果燃料流122的最大可接受氮浓度为15摩尔％，则可以控制闪蒸气流116的第二部分117的流速，以将燃料流122的氮浓度维持在13和15摩尔％之间，优选地在燃气轮机燃料中最大氮浓度的5％以内，或2％以内，或1％以内。
优选地，氮蒸气流132的仅第一部分133通过阀134排放到大气135中。氮蒸气流132的第二部分136在压缩机137中再压缩以产生压缩的氮流138。压缩的氮流138在冷却器139中冷却以产生冷却的、压缩的氮气流140。冷却的、压缩的氮气流140在末端闪蒸交换器121中进一步冷却和液化以产生液化的氮气流141。液化的氮气流141在J-T阀142中膨胀以产生回流流143，该回流流返回到精馏塔130的顶部以向精馏塔130提供回流。如果冷却的LNG流111中的氮浓度下降到预定值以下，则如果/当冷却的LNG流111中的氮浓度增加时阀134可以关闭，然后重新打开。换句话说，当不需要除氮时，除氮子系统可以“闲置”，并准备好如果/当氮浓度增加时快速反应。
替代地，混合流可包括流133的一部分而不是闪蒸气流116的第二部分117。这将使混合流能够从末端闪蒸交换器121的下游抽出，使混合流成为单相(而不是第二部分117的潜在双相)。
图2示出了天然气液化系统200的另一个示例性实施例。该实施例的元件也参照图1示出和描述的在图2中参考标识数字增加了100。例如，图1中的MCHE 102对应于图2中的MCHE 202。图2中标识的与图1中的相应元件没有区别的元件可能不会结合图2在说明书中讨论。
在图2所示的实施例中，图1所示的闪蒸罐114被再沸器205和氮汽提塔224代替，目的是增加被送到精馏塔230中的富氮气相流(闪蒸气体)216中的氮浓度，将来自MCHE的冷却的LNG流211在再沸器205中与来自相对氮汽提塔224的底部流209过冷。将来自氮汽提塔215的底部液体流215由泵226和导管228送到储存器。
图3示出了天然气液化系统300的另一个示例性实施例，其中精馏塔330设置在闪蒸罐314的上游。也参照图1示出和描述的该实施例的元件在图3参考标识数字增加了200。例如，图1中的MCHE 102对应于图3中的MCHE 302。图3中标识的与图1中的相应元件没有区别的元件可能不会结合图3在说明书中讨论。从MCHE 302抽出的冷却的LNG流311通过阀312减压以形成进入精馏塔330的膨胀的冷却的LNG流313。富含氮的精馏塔的塔顶流331在NRU交换器321中被加热以形成氮蒸气流332。氮蒸气流333的第一部分被排放到大气335中。氮蒸气流332的第二部分336在压缩机337中被再压缩，在冷却器339中冷却并在NRU交换器321中液化以用作在精馏塔330回流。在该实例中，精馏塔330的操作压力比闪蒸罐314更高。改变精馏塔330和闪蒸罐314之间的压差能够控制流355和306，并因此最终提供对该燃料产品流361的氮浓度的独立控制。
精馏塔液体流319从精馏塔330的底部抽出。精馏塔液体流319的第一部分379通过泵305泵送以变成流306并在NRU交换器321中蒸发以最终用作燃料361。精馏塔液体流319的第二部分343在JT阀312中膨胀并在闪蒸罐314中闪蒸。来自闪蒸罐314的塔顶的蒸气流355在末端闪蒸交换器351中由天然气进料流350加热以形成加热的蒸气流356和LNG流352。LNG流352在其通过膨胀阀353时膨胀以形成膨胀的LNG流354，该LNG流被引入闪蒸罐314中。加热的蒸气流356在压缩机357中被压缩以形成压缩的加热的蒸气流358。压缩的加热的蒸气流358在冷却器359中冷却以形成冷却的压缩的蒸气流360。冷却的压缩的蒸气流360与来自精馏塔330的汽化液体324结合以形成结合的燃料产品流361。类似于图1的流160，燃料产品流361的氮浓度略低于适合用作燃气轮机的燃料的氮浓度。例如，如果燃气轮机的最大可接受的燃料气体氮含量为30摩尔％，则燃料产品流361的氮含量优选地在28和30摩尔％之间。流350由在NRU交换器321中的塔顶蒸气流冷却并被送到闪蒸罐314。
将精馏塔液体流319的第二部分343引导至闪蒸罐314以产生塔顶蒸气流355并提供控制第二部分343的流量的构件(在该实例中，阀312)使得能够独立于精馏塔液体流319的第一部分379的氮含量控制汽化燃料流361的氮浓度。第二部分343用作混合流，其可用于控制汽化燃料流361的氮含量。这使得能够使用更低容量的精馏塔330并降低进行精馏所需的功率。例如，如果汽化燃料流361的最大可接受氮浓度为15摩尔％，则可以控制精馏塔液体流的第二部分343的流速以将燃料流361的氮浓度维持在10和15摩尔％之间。
图4示出了天然气液化系统400的另一个替代实施例。同样参照图1示出和描述的该实施例的元件在图4中参考标识数字增加了300。例如，图1中的MCHE 102对应于图4中的MCHE 402。图4中标识的与图1中的相应元件没有区别的元件可能不会结合图4在说明书中讨论。在图4的实施例中，使用高压闪蒸罐414以提高氮气精馏塔430的效率。来自MCHE 402的冷却的LNG流411通过JT阀412膨胀并在高压闪蒸罐414中减压。闪蒸气流416从高压闪蒸罐414顶部抽出并被进料至精馏塔430以进一步从闪蒸气和燃料气中除去氮气。从精馏塔430的顶部抽出塔顶流431并在NRU/末端闪蒸交换器421中加热以形成氮气流432。氮气流433的第一部分被排放到大气435中。氮气流436的第二部分在压缩机437中被再压缩，在冷却器439中冷却并在NRU/末端闪蒸交换器421中液化以作为氮气精馏塔430的回流443。
精馏塔液体流419从精馏430的底部抽出并通过泵泵送到NRU/末端闪蒸交换器421以最终用作燃料461。
液相LNG流415从高压闪蒸罐414的底部抽出。来自高压闪蒸罐414的液相LNG流415通过JT阀462膨胀，然后在LNG闪蒸罐463中闪蒸和分离。塔顶蒸气流465从LNG闪蒸罐463的顶部抽出。塔顶蒸气流465在NRU/末端闪蒸交换器中加热以形成加热的蒸气流456。加热的蒸气流456在压缩机457中压缩以形成压缩的加热的蒸气流455。压缩的加热的蒸气流455在冷却器459中冷却以形成冷却的压缩的蒸气流460。冷却的压缩的蒸气流460与来自精馏塔424的汽化液体结合以形成结合燃料流461。优选地，结合燃料流461具有小于15摩尔％的氮浓度并且适合用作燃气轮机中的燃料。
液相LNG流464从LNG闪蒸罐463的底部抽出并通过泵426泵送到储存器428。
图5示出了天然气液化系统500的另一个替代实施例。同样参照图1示出和描述的该实施例的元件在图5中参考数字标识增加了400，图1中的102对应于与图5中的MCHE 502相同。图5中标识的与图1中的对应元件没有区别的元件可能不会结合图5在说明书中讨论。在图5的实施例中，高压闪蒸罐514用于产生闪蒸气流516，该闪蒸气流被加热然后压缩至燃料压力以提供混合流560。混合流560与燃料流524混合以控制结合燃料流561中的氮浓度。
参考图5，来自MCHE 502的冷却的LNG流511在高压闪蒸罐514中减压。液相LNG流515从高压闪蒸罐514的底部抽出。将高压闪蒸罐514的液相LNG流515通过进料至精馏塔530的JT阀562膨胀以进一步从LNG中去除氮气。
从精馏塔530的顶部抽出精馏塔塔顶蒸气流531。与液相LNG流515相比，精馏塔塔顶蒸气流531富含氮。精馏塔塔顶蒸气流531在NRU中/末端闪蒸交换器521中被加热以形成氮气流532。氮气流533的第一部分被排放到大气535中，氮气流536的第二部分在压缩机537中被再压缩，在冷却器539中冷却并在NRU/末端闪蒸交换器521中液化以作为塔543的回流。
精馏塔液体流563的第一部分579从精馏塔530的底部抽出并通过泵505泵送到NRU/末端闪蒸交换器521，在此处该精馏塔液体流的第一部分被加热和蒸发以形成气流，该气流最终用作燃料561。精馏塔液体流563的第二部分564通过泵526转移到储存器528。
来自高压闪蒸罐514的闪蒸气流516在NRU/末端闪蒸交换器521中被加热以形成加热的蒸气流556。加热的蒸气流556在压缩机557中被压缩以形成压缩的加热的蒸气流558。压缩的加热的蒸气流558在冷却器559中冷却以形成冷却的压缩的蒸气流560。冷却的压缩的蒸气流560与来自精馏塔524的汽化液体混合以形成结合燃料流561。优选地，结合燃料流561的氮浓度低于燃料中的最大氮浓度(例如，如果燃料中的最大氮浓度为15％，则为13-15摩尔％)并且适合用作燃气轮机中的燃料。
图6示出了天然气液化系统600的另一个替代实施例。同样参照图1示出和描述的该实施例的元件在图6中参考数字标识增加了500，图1中的MCHE 102对应于图6中的MCHE602。图6中标识的与图1中的对应元件没有区别的元件可能不会结合图6在说明书中讨论。在图6的实施例中，使用高压闪蒸罐614以提高氮气精馏塔630的效率。
参考图6，来自MCHE 602的冷却的LNG流611在高压闪蒸罐614中减压。
闪蒸气流616从高压闪蒸罐614的顶部抽出。闪蒸气流616在热交换器666中由来自LNG闪蒸罐663的闪蒸气流665冷却以形成冷却的富氮蒸气流668。冷却的富氮蒸气流668通过JT阀669膨胀并进料至精馏塔630。
从精馏塔630的顶部抽出精馏塔塔顶蒸气流631。精馏塔塔顶蒸气流631在NRU/末端闪蒸交换器621中被加热以形成氮气流632。氮气流633的第一部分被排放到大气635。氮气流636的第二部分在压缩机637中被再压缩，在冷却器639中冷却并且在NRU/末端闪蒸交换器621中液化以作为精馏塔643的回流。
精馏塔液体流619从精馏塔630的底部抽出并通过泵转移到NRU/末端闪蒸交换器621，在此处该精馏塔液体流形成汽化流624，最终用作燃料661。
液相LNG流615从高压闪蒸罐614的底部抽出。液相LNG流615通过JT阀662膨胀，然后在LNG闪蒸罐663中闪蒸和分离。来自LNG闪蒸罐663的蒸气流665首先在热交换器666中由进料至精馏塔616的蒸气加热，然后在NRU/末端闪蒸交换器621中进一步加热以形成加热的蒸气流656。加热的蒸气流656在压缩机中被压缩657以形成压缩的加热的蒸气流658。压缩的加热的蒸气流658在冷却器659中冷却以形成冷却的压缩的蒸气流660。冷却的压缩的蒸气流660与来自精馏塔630的汽化液结合以形成结合燃料流661。优选地，结合燃料流661具有小于15摩尔％的氮浓度并且适合用作燃气轮机中的燃料。
液态LNG流664从LNG闪蒸罐663的底部移出并通过泵626转移到储存器628。
图7示出了天然气液化系统700的替代实施例。也参照图1示出和描述的该实施例的元件在图7中参考数字标识增加了600。例如，图1中的MCHE 102对应于图7中的MCHE 702。图7中标识的与图1中相应元件没有区别的元件可能不会结合图7在说明书中讨论。在图7的实施例中，高压氮汽提塔705代替图4的高压闪蒸罐414。
参考图7，来自MCHE 702的冷却的LNG流711由来自氮汽提塔714底部的再沸器流709过冷。来自高压氮汽提塔714的塔顶蒸气流716被进料至精馏塔730以从闪蒸/燃料气中除去氮。来自塔731的氮蒸气在NRU/末端闪蒸交换器721中被加热以形成氮气流732。氮气流733的第一部分被排放到大气735。氮气流736的第二部分被再压缩(在压缩机737中)，冷却(在热交换器739中)并在NRU/末端闪蒸交换器721中液化以作为塔730的回流743。
来自精馏塔730的液体719被泵送705并在NRU/末端闪蒸交换器721中蒸发以用作燃料761。来自氮汽提塔714的液体流715在LNG闪蒸罐763中闪蒸和分离。来自LNG闪蒸罐763的蒸气流765用于产生混合流，以用于控制燃料产品流761中的氮浓度。来自LNG闪蒸罐763的蒸气流765在NRU/末端闪蒸交换器721中被加热，并且与来自精馏塔730的汽化液体混合。结合燃料流761具有降低的氮含量(小于15％的氮)，适用于燃气轮机中的燃料。将LNG产品流725从LNG闪蒸罐763中抽取并送至储存器728。
图8示出了天然气液化系统800的另一个替代实施例。参照图1示出和描述的该实施例的元件在图8中参考数字标识增加了700。例如，图1中的MCHE 102对应于图8中的MCHE802。图8中标识的与图1中的对应元件没有区别的元件可能不会结合图8在说明书中讨论。在图8的实施例中，图4的系统被修改成使得NRU/末端闪蒸交换器821在比排放到大气835的氮更低的温度下压缩用于回流843的再循环氮836。
图9示出了天然气液化系统900的另一个替代实施例。也参照图1示出和描述的该实施例的元件在图8中参考数字标识增加了800。例如，图1中的MCHE 102对应于图9中的MCHE 902。图9中标识的与之前图中描述的对应元件没有区别的元件可能不会结合图9在说明书中讨论。图9的实施例与图2所示的实施例非常相似。在该实施例900中，用于独立控制燃料气体流993的氮含量的混合流是从压缩的氮流940分离的流995。这种布置提供了以泵从精馏塔930泵送液体919的能力，以减少或消除对燃油压缩机的要求。任选地，可通过从氮蒸气流932分离的流994来控制燃料气体流993的氮含量。
实例
表1是图2所示实施例的天然气液化和脱氮系统的操作模型实例。该实例基于具有标称2.5％氮的进料气流201。该工艺经过优化可生产含氮量低于0.65％的LNG、含氮量低于23.5％的燃料、排放到大气中的含800ppm甲烷的氮。
表1
Figure BDA0003827449380000141
Figure BDA0003827449380000151
因此，已经根据示例性实施例及其替代实施例公开了本发明。当然，本领域的技术人员可以在不背离其预期精神和范围的情况下根据本发明的教导进行各种改变、修改和变更。本发明旨在仅受所附权利要求书的条款限制。

Claims (21)

1.一种用于液化天然气进料流并从中除去氮的方法，所述方法包括：
(a)冷却和至少部分地液化天然气进料流以形成具有冷却的LNG氮浓度的冷却的LNG流；
(b)在与所述冷却的LNG流的下游流体流动连通中进行多个相分离以产生具有蒸气流氮浓度的氮蒸气流、具有燃料流氮浓度的燃料流和具有LNG产品流氮浓度的LNG产品流，其中所述蒸气流氮浓度大于所述冷却的LNG氮浓度、所述燃料流氮浓度以及所述LNG产品流氮浓度；
(c)将所述燃料流与混合流结合以产生具有燃料产品流氮浓度的燃料产品流，所述燃料产品流氮浓度大于所述燃料流氮浓度，所述混合流与所述冷却的LNG流下游流体流动连通；以及
(d)循环包括所述氮蒸气流的一部分的循环流作为精馏塔的回流；
从而步骤(c)能够使所述燃料产品流氮浓度独立于所述LNG产品流氮浓度被控制。
2.根据权利要求1所述的方法，其中步骤(c)进一步包括控制所述混合流的流动以产生在预定燃料产品流氮浓度范围内的燃料产品流氮浓度。
3.根据权利要求1所述的方法，其中步骤(b)中的所述多个相分离的至少一个在精馏塔中进行，并且所述燃料流作为液体从所述精馏塔的底端抽出。
4.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括：
(e)用所述氮蒸气流和所述燃料流冷却所述循环流。
5.根据权利要求4所述的方法，其中步骤(e)进一步包括蒸发所述燃料流以冷却所述循环流。
6.根据权利要求4所述的方法，其进一步包括：
(d1)在进行步骤(e)之前对所述循环流进行压缩和环境热交换。
7.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括：
(f)使用所述燃料产品流为至少一台燃气轮机提供动力。
8.根据权利要求7所述的方法，其进一步包括：
(g)使用所述燃料产品流驱动至少一台压缩机，所述压缩机适于压缩用于进行步骤(a)的制冷剂。
9.根据权利要求1所述的方法，其中所述多个相分离进一步包括相分离所述冷却的LNG流以产生闪蒸气流和所述LNG产品流。
10.根据权利要求9所述的方法，其中使用闪蒸罐相分离所述冷却的LNG流。
11.根据权利要求9所述的方法，其中使用精馏塔相分离所述冷却的LNG流。
12.根据权利要求9所述的方法，其中所述多个相分离进一步包括将所述闪蒸气流的至少第一部分引入所述精馏塔以产生所述氮蒸气流和所述燃料流。
13.根据权利要求12所述的方法，其中所述混合流包括所述闪蒸气流的第二部分。
14.根据权利要求1所述的方法，其中所述混合流与步骤(e)下游的所述燃料结合。
15.根据权利要求1所述的方法，其中在与所述燃料流结合之前压缩并冷却所述混合流。
16.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括：
(h)排出所述氮蒸气流。
17.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括：
(h)储存所述氮蒸气流。
18.根据权利要求1所述的方法，其中步骤(d)进一步包括控制所述混合流的流动以产生在预定燃料产品流氮浓度范围内的燃料产品流氮浓度。
19.一种用于液化天然气进料流并从中除去氮的方法，所述方法包括：
(a)在主低温热交换器中至少部分地液化天然气进料流以形成具有冷却的LNG氮浓度的冷却的LNG流；
(b)在闪蒸罐或精馏塔中将所述冷却的LNG流分离成具有LNG产品流氮浓度的LNG产品流和具有闪蒸气流氮浓度的闪蒸气流；
(c)在精馏塔中分离至少所述闪蒸气流的至少第一部分以产生具有蒸气流氮浓度的氮蒸气流以及具有燃料流氮浓度的燃料流；
(d)将所述燃料流与混合流结合以形成具有燃料产品流氮浓度的燃料产品流，所述燃料产品流氮浓度高于所述燃料流氮浓度，所述混合流包括所述闪蒸气流的第二部分；
(e)将所述氮蒸气流分成循环流和排放流；
(f)压缩并冷却所述循环流；以及
(g)通过与所述燃料流和所述氮蒸气流的间接热交换进一步冷却所述循环流。
20.根据权利要求19所述的方法，其中所述蒸气流氮浓度大于所述冷却的LNG氮浓度、所述燃料流氮浓度以及所述LNG产品流氮浓度。
21.根据权利要求19所述的方法，其中步骤(d)能够使所述燃料产品流氮浓度独立于所述LNG产品流氮浓度被控制。
CN202211063814.0A 2021-09-02 2022-09-01 用于液化天然气的集成脱氮 Pending CN115930549A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US17/464773 2021-09-02
US17/464,773 US20230076428A1 (en) 2021-09-02 2021-09-02 Integrated nitrogen rejection for liquefaction of natural gas

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN115930549A true CN115930549A (zh) 2023-04-07

Family

ID=83192139

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202211063814.0A Pending CN115930549A (zh) 2021-09-02 2022-09-01 用于液化天然气的集成脱氮

Country Status (7)

Country Link
US (1) US20230076428A1 (zh)
EP (1) EP4145076A3 (zh)
JP (1) JP7439195B2 (zh)
KR (1) KR20230034899A (zh)
CN (1) CN115930549A (zh)
AU (1) AU2022221579A1 (zh)
CA (1) CA3171659A1 (zh)

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1915218B2 (de) * 1969-03-25 1973-03-29 Linde Ag, 6200 Wiesbaden Verfahren und vorrichtung zum verfluessigen von erdgas
FR2682964B1 (fr) * 1991-10-23 1994-08-05 Elf Aquitaine Procede de deazotation d'un melange liquefie d'hydrocarbures consistant principalement en methane.
US6743829B2 (en) 2002-01-18 2004-06-01 Bp Corporation North America Inc. Integrated processing of natural gas into liquid products
US6978638B2 (en) 2003-05-22 2005-12-27 Air Products And Chemicals, Inc. Nitrogen rejection from condensed natural gas
US7234322B2 (en) * 2004-02-24 2007-06-26 Conocophillips Company LNG system with warm nitrogen rejection
US9528759B2 (en) * 2008-05-08 2016-12-27 Conocophillips Company Enhanced nitrogen removal in an LNG facility
DE102008056196A1 (de) * 2008-11-06 2010-05-12 Linde Ag Verfahren zum Abtrennen von Stickstoff
US8627681B2 (en) 2009-03-04 2014-01-14 Lummus Technology Inc. Nitrogen removal with iso-pressure open refrigeration natural gas liquids recovery
EP2796818A1 (en) * 2013-04-22 2014-10-29 Shell Internationale Research Maatschappij B.V. Method and apparatus for producing a liquefied hydrocarbon stream
FR3075939B1 (fr) * 2017-12-21 2020-06-19 L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Procede de production d'azote pur a partir d'un courant de gaz naturel contenant de l'azote

Also Published As

Publication number Publication date
AU2022221579A1 (en) 2023-03-16
EP4145076A2 (en) 2023-03-08
US20230076428A1 (en) 2023-03-09
JP2023036552A (ja) 2023-03-14
KR20230034899A (ko) 2023-03-10
CA3171659A1 (en) 2023-03-02
JP7439195B2 (ja) 2024-02-27
EP4145076A3 (en) 2023-05-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9528759B2 (en) Enhanced nitrogen removal in an LNG facility
KR100750578B1 (ko) 농축 천연 가스로부터 질소 제거 방법 및 시스템
AU2019268173B2 (en) Multiple pressure mixed refrigerant cooling process and system
EA013234B1 (ru) Полузакрытый способ получения сжиженного природного газа
CN106123485B (zh) 用于单混合制冷剂过程的混合塔
CN211041576U (zh) 产生lng产物并从闪蒸气体中回收制冷的设备和系统
US20100175423A1 (en) Methods and apparatus for liquefaction of natural gas and products therefrom
EP1929227A1 (en) Natural gas liquefaction process for lng
US10082331B2 (en) Process for controlling liquefied natural gas heating value
CA2980042C (en) Mixed refrigerant cooling process and system
WO2018169437A9 (ru) Установка и способ сжижения природного газа
CN110411146B (zh) 使用气相制冷剂来冷却烃流的改进的方法和系统
RU2764820C1 (ru) Производство спг с удалением азота
AU2019326291B9 (en) Managing make-up gas composition variation for a high pressure expander process
CN217483101U (zh) 盘管式换热器单元
US20230076428A1 (en) Integrated nitrogen rejection for liquefaction of natural gas

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination