CN203096015U - 用于自天然气进料流去除重烃的设备 - Google Patents

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M.J.罗伯茨
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Abstract

一种用于自天然气进料流去除重烃的设备，所述设备包含第一重烃去除系统和第二重烃去除系统，其用于处理天然气进料流，以产生贫重烃的天然气流，其中所述第一和第二系统以彼此流体流动连通的方式连接并且串联排列，使得在使用中，第一系统处理天然气进料流，以产生贫重烃的天然气流；和第二系统处理至少一部分来自第一系统的贫重烃的天然气流，以产生贫重烃的天然气流，并且其中所述系统中的一个为吸附系统，其包含一个或更多个用于吸附的吸附剂床，并从而自含有重烃的天然气去除重烃，和所述系统中的另一个为气液分离系统，其用于将含有重烃的天然气分离为贫重烃的天然气蒸气和富含重烃的液体。

Description

用于自天然气进料流去除重烃的设备
技术领域
本发明涉及用于自天然气流去除重烃(即总计具有6或更多个碳原子的脂肪族烃和芳香烃-本文也分别称为C6+烃类和芳香族化合物)的方法和设备。在某些优选的实施方案中，本发明涉及用于自天然气流去除重烃并使天然气流液化的方法和设备。所述天然气流可为这样的流，其总计具有3-5个碳原子的脂肪族烃(本文也称为C3-C5烃类)已贫乏(lean)。
背景技术
在使天然气流液化之前自天然气流去除重烃是重要的，因为否则重烃可在液化天然气(LNG)流中冻结。也已知在天然气进料流中含有的重烃组分可使用变温吸附(TSA)或通过使用洗涤塔(scrub column)来去除。
如同本领域熟知的那样，洗涤塔为用于自进料流去除不易挥发性组分，以产生所述不易挥发性组分贫乏的气流的一类分离装置。将进料流引入到(作为气流或作为两相气液流)洗涤塔中，在洗涤塔中进料流与液体回流(reflux stream)接触。这种回流在高于引入进料流的位置的位置被引入到塔中，使得下降的液体流与来源于进料流的上升的蒸气流逆流接触，从而“洗涤”所述蒸气流(即自蒸气流除去至少一些不易挥发性组分)。通常，洗涤塔含有一个或更多个分离级(separation stage)，这些分离级位于低于引入回流的位置和高于引入进料流的位置，并且包含塔盘、填料或一些其它形式的插入物，其作用是增加上升的蒸气与下降的回流之间的接触的量和/或持续时间，从而在这些流之间增加传质。
在处理天然气流的情况下，洗涤塔可自该流有效去除所有的重烃组分，但是必须在低于混合物的临界压力的压力下操作，以实现气液相分离。该塔的操作压力低于最佳天然气液化压力，其导致液化过程能量效率较低。而且，稳定的洗涤塔操作需要足够的液体(即回流)与蒸气流量比率，以避免塔干透。该塔的回流通常通过冷凝来自塔顶部的一部分气流来提供，并且如果天然气进料中特别地C3-C5烃类过分贫乏(即这些组分的浓度太低)，那么在塔内保持需要的液体与蒸气流量比率变得能量效率非常低下。因此，如果天然气进料中C3-C5烃类贫乏并且含有高浓度的重烃类，那么常规的洗涤塔技术为能量效率低下的。
如同本领域熟知的那样，TSA包括至少两个步骤。在第一步骤(通常称为“吸附步骤”)期间，在第一段时间内，使气态进料流以第一温度通过一个或更多个吸附剂床，期间所述吸附剂选择性吸附所述进料中的一种或更多种组分，从而提供所吸附组分贫乏的气态蒸汽。在所述吸附步骤结束时(其可通常为当吸附剂接近饱和时)，停止向目的床引入进料流。然后，在随后的步骤(通常称为“解吸步骤”或“再生步骤”)中，所述床通过在第二段时间内，以第二较高温度自所述床解吸所吸附的组分来再生，该时间足以解吸足够的所吸附的组分，以使得一个或多个目的床可用于另一吸附步骤。通常，在再生步骤期间，使另一种气流(称为“再生气体”)通过所述床，以助于解吸和去除所解吸的组分。在一些TSA方法(通常称为变温变压吸附，或TPSA方法)中，再生步骤也在比吸附步骤期间的压力更低的压力下进行。在大多数TSA方法中，情况也可为并联使用两个或更多个吸附剂床，且吸附步骤的时间安排在所述床之间交错，使得在任何时点，总是存在至少一个床经历吸附步骤，从而允许连续处理进料流。每一个吸附剂床可含有单一类型的吸附材料，或者可含有多于一种类型的吸附材料，并且当存在多于一个床时，不同的床可含有不同的材料(特别是当存在串联的两个或更多个床时)。用于选择性吸附重烃的合适类型的吸附材料为熟知的。
TSA可用于在对随后的流液化最适的压力下自天然气流有效去除重烃，以使液化过程的能量效率高。然而，如果重烃的浓度太高，那么TSA容器尺寸和再生气体需求变得在经济上不可行。因此，仅当重烃的浓度相对低时，TSA才可有效去除天然气液化过程中的重烃。另外，更复杂的是，用于烃去除的TSA吸附剂床需要在高温(即450-600°F, 232-315℃)下再生。在这些高温下，所吸附的重烃存在裂解并产生焦炭的风险，这将使吸附剂失活并且不利于生产率。
本领域的现有技术包括文献WO 2009/074737、WO 2007/018677、US 3841058和US 5486227 (它们描述了其中使用吸附系统的方法)；和US 7600395、US 5325673、WO 2006/061400、US 2006/0042312和US 2005/0072186 (它们描述了其中采用洗涤塔的方法)。
因此，本领域需要用于自天然气流去除重烃的改进方法和设备，特别是当天然气流具有相对高浓度的重烃，或者是当天然气流的确切组成易于变化和/或可另外为未知，使得所述流存在具有(至少有时)相对高浓度重烃的风险时。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供了自天然气进料流去除重烃的方法，所述方法包括以下步骤：使用第一重烃去除系统和第二重烃去除系统以处理天然气进料流并产生贫重烃的(heavy hydrocarbon depleted)天然气流，其中所述第一和第二系统串联使用，使得第一系统处理天然气进料流，以产生贫重烃的天然气流，和第二系统处理至少一部分来自第一系统的贫重烃的天然气流，以产生贫重烃的天然气流，并且其中所述系统中的一个为吸附系统，其包含一个或更多个用于吸附的吸附剂床，并从而自含有重烃的天然气去除重烃，所述系统中的另一个为气液分离系统，用于将含有重烃的天然气分离为贫重烃的天然气蒸气和富含重烃的液体。
气液分离系统可为任何类型的系统，其适合于将含有重烃的天然气(一般为含有部分冷凝的重烃的天然气)分离为贫重烃的天然气蒸气和富含重烃的液体。例如，气液分离系统可包含汽提塔、洗涤塔或相分离器。然而，优选地，气液分离系统包含汽提塔或相分离器。
吸附系统可为任何类型的系统，其包含一个或更多个适合于吸附的吸附剂床，并从而自含有重烃的天然气去除重烃。然而，优选地，吸附系统包含变温吸附(TSA)系统。
本文关于流使用的术语“部分”，除非另外指明，指的是优选地为分开的部分的一部分流。分开的流部分为通过将所述流分为两个或更多个部分而得到的一部分流，其保持与已由此分离的所述流具有相同的分子组成(即具有以相同的摩尔分数的相同组分)。因此，例如，在本发明的第一方面，优选地情况是第二重烃去除系统处理来自第一重烃去除系统的全部贫重烃的天然气流，或者处理来自第一重烃去除系统的贫重烃的天然气流的分开部分。
存在于天然气进料流中待去除的重烃组分包括一种或更多种选自以下的烃类：总计具有6或更多个碳原子的脂肪族烃；和芳香烃。自第二重烃去除系统得到的贫重烃的天然气流，相对于天然气进料流，这些重烃组分中的每一种被耗减，使得贫重烃的天然气流中的这些组分中的每一种的摩尔分数小于天然气进料流中的这些组分中的每一种的摩尔分数。自第一重烃去除系统得到的贫重烃的天然气流，相对于天然气进料流，这些重烃组分中的至少一些组分被耗减，使得贫重烃的天然气流中的这些组分的总浓度(即这些组分的联合摩尔分数)小于天然气进料流中的这些组分的总浓度，但当然没有低至自第二重烃去除系统(通过自贫重烃的天然气流去除重烃)得到的贫重烃的天然气流中的这些组分的总浓度。优选地，自第一重烃去除系统得到的贫重烃的天然气流，相对于天然气进料流，这些重烃组分中的每一种组分被耗减。
在某些实施方案中，所述方法可用于自天然气进料流去除重烃，所述天然气进料流具有这样的组成，其使用单独的TSA系统或单独的洗涤塔处理可产生问题。例如，天然气进料流中总计具有3-5个碳原子的脂肪族烃可贫乏，例如其中进料流中的任何和全部C3-C5烃类的总浓度(即当合计时进料流中的任何和全部C3-C5烃类的浓度)为10摩尔%或者更少，或者5摩尔%或者更少，或者3摩尔%或者更少。同样地，天然气进料流，备选地或另外地，可具有重烃组分的总浓度为100 ppm或者更多，或者250 ppm或者更多(即进料流中全部芳香烃和C6+脂肪族烃的浓度加起来可为总计100 ppm或者更多，或者250 ppm或者更多)。
在某些优选的实施方案中，所述方法进一步包括使至少一部分贫重烃的天然气流液化，以产生液化的天然气流。
在优选的实施方案中，贫重烃的天然气流的组成是这样的，使得仍然存在于所述流中的任何和全部重烃，在液化的天然气流的温度下以低于(并且最优选地为远低于)其各自固体溶解度极限的浓度存在于所述流中。
在一个实施方案中，气液分离系统为第一重烃去除系统，并且所述方法包括以下步骤：向气液分离系统中引入天然气进料流，并将天然气进料流分离为贫重烃的天然气蒸气流和富含重烃的液体流；和使至少一部分贫重烃的天然气蒸气流通过吸附系统的一个或更多个床，以从中吸附重烃，从而产生贫重烃的天然气流。所述方法可进一步包括在将所述流引入到气液分离系统之前冷却天然气进料流，和在使所述流或其部分通过吸附系统的一个或更多个床之前，温热贫重烃的天然气蒸气流，其中在经济型换热器(economizer heat exchanger)中，通过天然气进料流与贫重烃的天然气蒸气流之间的间接换热，天然气进料流被冷却和贫重烃的天然气蒸气流被温热。或者，所述方法可进一步包括在使所述流或其部分通过吸附系统的一个或更多个床之前，温热贫重烃的天然气蒸气流，和冷却至少一部分贫重烃的天然气流，以产生贫重烃的冷却的天然气流，其中在经济型换热器中，通过贫重烃的天然气蒸气流和至少一部分贫重烃的天然气流之间的间接换热，贫重烃的天然气蒸气流被温热和至少一部分贫重烃的天然气流被冷却。
在一个备选实施方案中，吸附系统为第一重烃去除系统，并且所述方法包括以下步骤：使天然气进料流通过吸附系统的一个或更多个床，以从中吸附重烃，从而产生贫重烃的天然气流；和将至少一部分贫重烃的天然气流引入到气液分离系统中，并将所述流或其部分分离为天然气蒸气流，其重烃被进一步耗减，从而提供贫重烃的天然气流；和富含重烃的液体流。
根据本发明的第二方面，提供了用于自天然气进料流去除重烃的设备，所述设备包含第一重烃去除系统和第二重烃去除系统，其用于处理天然气进料流以产生贫重烃的天然气流，其中所述第一和第二系统以彼此流体流动连通的方式连接并串联排列，使得在使用中，第一系统处理天然气进料流，以产生贫重烃的天然气流，和第二系统处理至少一部分来自第一系统的贫重烃的天然气流，以产生贫重烃的天然气流，并且其中所述系统中的一个为吸附系统，其包含一个或更多个用于吸附的吸附剂床，并从而自含有重烃的天然气去除重烃，和所述系统中的另一个为气液分离系统，其用于将含有重烃的天然气分离为贫重烃的天然气蒸气和富含重烃的液体。
本发明第二方面的设备适合于实施本发明的第一方面的方法。因此第二方面的设备的优选实施方案根据第一方面的方法的优选实施的以上论述可为清楚明了的。特别是：
优选地，气液分离系统包含汽提塔或相分离器。
优选地，吸附系统包含变温吸附系统。
优选地，所述设备进一步包含与第二重烃去除系统以流体流动连通的方式连接的液化器，其用于接收并液化至少一部分贫重烃的天然气流，以产生液化的天然气流。
在一个实施方案中，气液分离系统为第一重烃去除系统，并且所述设备包含：气液分离系统，其用于接收天然气进料流并将其分离为贫重烃的天然气蒸气流和富含重烃的液体流；和与气液分离系统流体流动连通的吸附系统，其用于接收至少一部分贫重烃的天然气蒸气流，并且吸附系统包含一个或更多个吸附剂床，其用于自所述至少一部分贫重烃的天然气蒸气流吸附重烃，从而产生贫重烃的天然气流。所述设备可进一步包含经济型换热器，其用于在将所述流引入到气液分离系统之前冷却天然气进料流，和在使所述流或其部分通过吸附系统的一个或更多个床之前，通过天然气进料流与贫重烃的天然气蒸气流之间的间接换热，温热所述贫重烃的天然气蒸气流。或者，所述设备可进一步包含经济型换热器，其用于在使所述流或其部分通过吸附系统的一个或更多个床之前，温热贫重烃的天然气蒸气流，和通过贫重烃的天然气蒸气流与至少一部分贫重烃的天然气流之间的间接换热，冷却至少一部分贫重烃的天然气流。
在一个备选实施方案中，吸附系统为第一重烃去除系统，并且所述设备包含：用于接收天然气进料流的吸附系统，并且吸附系统包含一个或更多个吸附剂床，其用于自所述天然气进料流吸附重烃，从而产生贫重烃的天然气流；和与吸附系统流体流动连通的气液分离系统，其用于接收至少一部分贫重烃的天然气流并将所述流或其部分分离为富含重烃的液体流和重烃进一步被耗减的天然气蒸气流，后者提供贫重烃的天然气流。
根据本发明的第三方面，提供了用于自天然气流去除重烃和使天然气流液化的方法，所述方法包括：使天然气流通过吸附系统(其包含一个或更多个用于吸附的吸附剂床)并从而自所述天然气流去除重烃，从而提供贫重烃的天然气流；使贫重烃的天然气流液化，以产生液化的天然气流；和通过将得自液化天然气的闪蒸或蒸发气体通过所述一个或更多个床使变温吸附系统的一个或更多个床再生。优选吸附系统为变温吸附系统，再生期间一个或更多个床的温度高于在自天然气流吸附重烃期间一个或更多个床的温度。
本发明的优选方面包括编号为#1-#33的以下方面：
#1. 一种自天然气进料流去除重烃的方法，所述方法包括以下步骤：使用第一重烃去除系统和第二重烃去除系统以处理天然气进料流并产生贫重烃的天然气流，其中所述第一和第二系统串联使用，使得第一系统处理天然气进料流，以产生贫重烃的天然气流，和第二系统处理至少一部分来自第一系统的贫重烃的天然气流，以产生贫重烃的天然气流，并且其中所述系统中的一个为吸附系统，其包含一个或更多个用于吸附的吸附剂床，并从而自含有重烃的天然气去除重烃，和所述系统中的另一个为气液分离系统，其用于将含有重烃的天然气分离为贫重烃的天然气蒸气和富含重烃的液体。
#2. 方面#1的方法，其中所述气液分离系统包括汽提塔或相分离器。
#3. 方面#1或#2的方法，其中所述方法进一步为产生液化的天然气流的方法，并且所述方法进一步包括使至少一部分贫重烃的天然气流液化，以产生液化的天然气流。
#4. 方面#1-#3中任何一个的方法，其中所述气液分离系统为第一重烃去除系统，所述方法包括以下步骤：
将天然气进料流引入到气液分离系统并将所述天然气进料流分离为贫重烃的天然气蒸气流和富含重烃的液体流；和
使至少一部分所述贫重烃的天然气蒸气流通过吸附系统的一个或更多个床以从中吸附重烃，从而产生贫重烃的天然气流。
#5. 方面#4的方法，其中所述方法进一步包括在将所述流引入到气液分离系统之前冷却天然气进料流，和在使所述流或其部分通过吸附系统的一个或更多个床之前温热贫重烃的天然气蒸气流。
#6. 方面#5的方法，其中在经济型换热器中，通过天然气进料流与贫重烃的天然气蒸气流之间的间接换热，天然气进料流被冷却和贫重烃的天然气蒸气流被温热。
#7. 方面#6的方法，其中天然气进料流在被引入到气液分离系统之前，通过天然气进料流的膨胀(expansion)和/或通过与一种或更多种其它流的直接或间接换热，来进一步冷却。
#8. 方面#6或#7的方法，其中所述方法进一步包括使至少一部分贫重烃的天然气流液化。
#9. 方面#5的方法，其中所述方法进一步包括冷却至少一部分贫重烃的天然气流，以产生冷却的贫重烃的天然气流，和其中在经济型换热器中，通过贫重烃的天然气蒸气流和至少一部分贫重烃的天然气流之间的间接换热，贫重烃的天然气蒸气流被温热和至少一部分贫重烃的天然气流被冷却。
#10. 方面#9的方法，其中所述方法进一步包括使冷却的贫重烃的天然气流液化。
#11. 方面#10的方法，其中在液化器中，天然气进料流被冷却和冷却的贫重烃的天然气流被液化，所述天然气进料流被引入到液化器的温热端并自液化器的中间位置抽出，和冷却的贫重烃的天然气流被引入到液化器的中间位置并自液化器的冷端抽出。
#12. 方面#4-#11中任何一个的方法，其中所述气液分离系统为汽提塔，所述方法进一步包括在低于天然气进料流被引入到汽提塔中的位置的位置，将汽提气体引入到汽提塔中。
#13. 方面#6-#8中任何一个的方法，其中所述气液分离系统为汽提塔，所述方法进一步包括在低于天然气进料流被引入到汽提塔中的位置的位置，将汽提气体引入到汽提塔中，并且其中汽提气体包含一种或更多种选自以下的气体：在所述流被冷却和引入到汽提塔中之前取自天然气进料流的天然气；已在经济型换热器中被温热的一部分贫重烃的天然气流；一部分贫重烃的天然气流；得自再沸腾全部或一部分富含重烃的液体流的气体；和得自液化的天然气的闪蒸或蒸发气体。
#14. 方面#9-#11中任何一个的方法，其中所述气液分离系统为汽提塔，所述方法进一步包括在低于天然气进料流被引入到汽提塔中的位置的位置，将汽提气体引入到汽提塔中，并且其中汽提气体包含一种或更多种选自以下的气体：在所述流被冷却和引入到汽提塔中之前取自天然气进料流的天然气；未在经济型换热器中被冷却的一部分贫重烃的天然气流；已在经济型换热器中被温热的一部分贫重烃的天然气流；得自再沸腾全部或一部分富含重烃的液体流的气体；和得自液化的天然气的闪蒸或蒸发气体。
#15. 方面#4-#14中任何一个的方法，其中所述吸附系统为变温吸附系统，并且所述方法进一步包括通过将选自以下的气体通过一个或更多个床使变温吸附系统的一个或更多个床再生：一部分贫重烃的天然气流或者得自液化天然气的闪蒸或蒸发气体；一个或更多个床在再生期间的温度高于一个或更多个床在自贫重烃的天然气蒸气流或其部分吸附重烃期间的温度。
#16. 方面#15的方法，其中所述方法进一步包括将在所述一个或更多个床再生期间，得自变温吸附系统的一个或更多个床的气体冷却并分离为液体和蒸气相，并且将该蒸气相回收到天然气进料流中，然后将其引入到气液分离系统。
#17. 方面#15的方法，其中所述气液分离系统为汽提塔，并且所述方法进一步包括将在所述一个或更多个床再生期间，得自变温吸附系统的一个或更多个床的气体冷却并分离为液体和蒸气相，并在低于天然气进料流被引入到汽提塔中的位置的位置，将该蒸气相作为汽提气体引入到汽提塔中。
#18. 方面#1-#3中任何一个的方法，其中所述吸附系统为第一重烃去除系统，所述方法包括以下步骤：
使天然气进料流通过吸附系统的一个或更多个床以从中吸附重烃，从而产生贫重烃的天然气流；和
将至少一部分贫重烃的天然气流引入到气液分离系统，并将所述流或其部分分离为重烃进一步耗减的天然气蒸气流，从而提供贫重烃的天然气流；和富含重烃的液体流。
#19. 方面#18的方法，其中所述方法进一步包括在所述流或其部分被引入到气液分离系统之前，冷却被引入到气液分离系统的贫重烃的天然气流或其部分。
#20. 方面#19的方法，其中所述方法进一步包括使贫重烃的天然气流液化。
#21. 方面#20的方法，其中在液化器中，贫重烃的天然气流或其部分被冷却和贫重烃的天然气流被液化，贫重烃的天然气流或其部分被引入到液化器的温热端并自液化器的中间位置抽出，和贫重烃的天然气流被引入到液化器的中间位置并自液化器的冷端抽出。
#22. 方面#18-#21中任何一个的方法，其中所述气液分离系统为汽提塔，所述方法进一步包括在低于贫重烃的天然气流或其部分被引入到汽提塔中的位置的位置，将汽提气体引入到汽提塔中。
#23. 方面#22的方法，其中所述汽提气体包含一种或更多种选自以下的气体：在使所述流通过吸附系统的一个或更多个床之前取自天然气进料流的天然气；一部分贫重烃的天然气流；得自再沸腾全部或一部分富含重烃的液体流的气体；和得自液化天然气的闪蒸或蒸发气体。
#24. 方面#18-#23中任何一个的方法，其中所述吸附系统为变温吸附系统，并且所述方法进一步包括通过将选自以下的气体通过一个或更多个床使变温吸附系统的一个或更多个床再生：一部分贫重烃的天然气流或者得自液化天然气的闪蒸或蒸发气体；一个或更多个床在再生期间的温度高于一个或更多个床在自天然气进料流吸附重烃期间的温度。
#25. 方面#24的方法，其中所述方法进一步包括将在所述一个或更多个床再生期间，得自变温吸附系统的一个或更多个床的气体冷却并分离为液体和蒸气相，并且将该蒸气相循环回收到天然气进料流，然后使所述流通过变温吸附系统的一个或更多个床。
#26. 方面#24的方法，其中所述气液分离系统为汽提塔，并且所述方法进一步包括在低于贫重烃的天然气流或其部分被引入到汽提塔中的位置的位置，将汽提气体引入到汽提塔中，其中所述汽提气体包括：在所述一个或更多个床再生期间，得自变温吸附系统的一个或更多个床的气体；或者将在所述一个或更多个床再生期间，得自变温吸附系统的一个或更多个床的气体冷却并分离为液体和蒸气相而得到的蒸气相。
#27. 方面#1-#26中任何一个的方法，其中所述天然气进料流中总计具有3-5个碳原子的脂肪族烃贫乏。
#28. 一种用于自天然气进料流去除重烃的设备，所述设备包含第一重烃去除系统和第二重烃去除系统，其用于处理天然气进料流，以产生贫重烃的天然气流，其中所述第一和第二系统以彼此流体流动连通的方式连接并且串联排列，使得在使用中，第一系统处理天然气进料流，以产生贫重烃的天然气流；和第二系统处理至少一部分来自第一系统的贫重烃的天然气流，以产生贫重烃的天然气流，并且其中所述系统中的一个为吸附系统，其包含一个或更多个用于吸附的吸附剂床，并从而自含有重烃的天然气去除重烃，和所述系统中的另一个为气液分离系统，其用于将含有重烃的天然气分离为贫重烃的天然气蒸气和富含重烃的液体。
#29. 方面#28的设备，其中所述气液分离系统包括汽提塔或相分离器。
#30. 方面#28或#29的设备，其中所述设备进一步用于产生液化的天然气流，并且所述设备进一步包含液化器，其以与第二重烃去除系统流体流动连通的方式连接，用于接受并液化至少一部分贫重烃的天然气流，以产生液化的天然气流。
#31. 方面#28-#30中任何一个的设备，其中所述气液分离系统为第一重烃去除系统，所述设备包含：
气液分离系统，其用于接收天然气进料流并将天然气进料流分离为贫重烃的天然气蒸气流和富含重烃的液体流；
与气液分离系统流体流动连通的吸附系统，其用于接收至少一部分贫重烃的天然气蒸气流，并且所述吸附系统包含一个或更多个吸附剂床，其用于自所述至少一部分贫重烃的天然气蒸气流吸附重烃，从而产生贫重烃的天然气流；和
经济型换热器，其用于通过天然气进料流与贫重烃的天然气蒸气流之间的间接换热，在将所述流引入到气液分离系统之前冷却天然气进料流，和在使所述流或其部分通过吸附系统的一个或更多个床之前，温热贫重烃的天然气蒸气流。
#32. 方面#28-#30中任何一个的设备，其中所述气液分离系统为第一重烃去除系统，所述设备包含：
气液分离系统，其用于接收天然气进料流并将天然气进料流分离为贫重烃的天然气蒸气流和富含重烃的液体流；
与气液分离系统流体流动连通的吸附系统，其用于接收至少一部分贫重烃的天然气蒸气流，并且所述吸附系统包含一个或更多个吸附剂床，其用于自所述至少一部分贫重烃的天然气蒸气流吸附重烃，从而产生贫重烃的天然气流；和
经济型换热器，用于通过贫重烃的天然气蒸气流与至少一部分贫重烃的天然气流之间的间接换热，在使所述流或其部分通过吸附系统的一个或更多个床之前，温热贫重烃的天然气蒸气流，和冷却至少一部分贫重烃的天然气流。
#33. 方面#28-#30中任何一个的设备，其中所述吸附系统为第一重烃去除系统，所述设备包含：
用于接收天然气进料流的吸附系统，并且所述吸附系统包含一个或更多个吸附剂床，其用于自天然气进料流吸附重烃，从而产生贫重烃的天然气流；和
与吸附系统流体流动连通的气液分离系统，其用于接收至少一部分贫重烃的天然气流，并将所述流或其部分分离为富含重烃的液体流和重烃被进一步耗减的天然气蒸气流，后者提供贫重烃的天然气流。
附图说明
图1(a)-(f)描绘了本发明的第一组实施方案，其中使用气液分离系统并且将气液分离系统排列在吸附系统的上游且与吸附系统串联排列，以自天然气进料流去除重烃；
图2(a)-(d)描绘了本发明的第二组实施方案，其中使用气液分离系统并且将气液分离系统排列在吸附系统的上游且与吸附系统串联排列，以自天然气进料流去除重烃；
图3(a)-(d)描绘了本发明的第三组实施方案，其中使用吸附系统并且将其排列在气液分离系统的上游且与气液分离系统串联排列，以自天然气进料流去除重烃；和
图4为绘制与使用单独的洗涤塔自天然气进料流去除重烃相比较，使用串联排列的吸附系统和气液分离系统自天然气进料流去除重烃的结果的图表。
具体实施方式
在某些方面，本发明涉及方法和设备，其中吸附系统与气液分离系统组合使用，使得自天然气流有效去除重烃(即一种或更多种C6+烃类和/或芳香族化合物)。
当天然气流具有这样的组成(C3-C5组分贫乏并且含有高水平的重烃)时，采用单独的TSA系统或洗涤塔的任何重烃去除方案为无效的或者能量效率低下。本发明人已经发现，该问题可通过使用与气液分离系统(优选地包含相分离器或汽提塔)组合的吸附系统(优选地为TSA系统)得到解决。
特别是，本发明的方法和设备可通过使相分离器或汽提塔(或其它气液分离系统)在比常规洗涤塔更高的压力下操作，来改进液化过程的能量效率。
另外，当LNG生产厂具有来自不同气田或污染有重烃组分的天然气进料时，LNG厂面临重烃的水平不确定的挑战。本发明的方法和设备可防止LNG厂免于在广泛范围的重烃浓度内具有冻结问题，因此当处理不确定或变化的气体组成时给工厂提供操作弹性。
另外，在本发明的方法和设备中，在TSA (或其它吸附)系统的吸附床上的载荷由于以下事实而减少：一些重烃在气液分离系统中被去除，这减轻了在所述一个或多个床的高温(例如450-600°F, 232-315℃)再生期间，在TSA系统的一个或多个床发生重烃裂解的风险，该裂解否则可导致床失活。
在本发明的方法和设备中，吸附系统和气液分离系统串联使用，以处理天然气流并从中去除重烃。
吸附系统可被置于气液分离系统的下游，使得所述气液分离系统去除大部分的重烃，并控制吸附系统入口处的重烃的量，所述吸附系统然后将其余部分的重烃去除至这样的水平，该水平对于防止随后在天然气液化期间的冻结必要或可接受。
或者，吸附系统可被置于气液分离系统的上游，使得所述吸附系统去除大部分的重烃，并且所述气液分离系统将其余部分的重烃去除至这样的水平，该水平对于防止随后在天然气液化期间的冻结必要或可接受。在这种情况下，至气液分离系统的天然气流的组成通过吸附系统设计和容量进行控制。
吸附系统和气液分离系统可安装成为前端重烃去除装置，其在天然气流进入单独的液化装置之前处理天然气。或者，吸附系统和气液分离系统可集成为液化装置。
通常(并且部分取决于诸如天然气流的起始温度以及气液分离系统在吸附系统的上游还是下游等因素)，气液分离系统可需要制冷，以部分冷凝被进料至气液分离系统的流。如以下进一步详细讨论的那样，该制冷可以以多种方式提供，包括但不限于：经焦耳-汤姆逊效应(即经由流的等焓或基本上等焓膨胀)提供制冷、经由在一部分天然气液化器中的间接换热来使流冷却、经由在另一个换热器(针对另一过程流和/或针对单独的制冷剂比如混合制冷剂)中的间接换热来使流冷却、或加入LNG以经由直接换热来使流冷却。
仅作为实例，现将参照附图对本发明的各种优选实施方案进行描述，第一组描绘于图1(a)-(f)中，第二组描绘于图2(a)-(d)中，和第三组描绘于图3(a)-(d)中。在这些附图中，当特征为多于一个附图所共有时，为了清晰和简洁，在每一附图中该特征已被指定相同的引用数字。
图1(a)-(f)
在图1(a)-(f)中描绘的第一组实施方案中，气液分离系统在吸附系统的上游，使得所述气液分离系统处理天然气进料流(将从中去除重烃)，以产生贫重烃的天然气流，和所述吸附系统处理至少一部分来自气液分离系统的贫重烃的天然气流，以产生需要的贫重烃的天然气流。
更具体地讲，在第一组实施方案中，天然气进料流在经济型换热器中进行冷却，然后引入到气液分离系统中并分离为贫重烃的天然气蒸气流和富含重烃的液体流。该贫重烃的天然气蒸气流然后在经济型换热器中，通过与天然气进料流的间接换热进行温热。所得温热的贫重烃的天然气蒸气流或其部分，然后通过吸附系统的一个或更多个床，以从中吸附重烃并从而进一步减少在所述流或其部分中的重烃的浓度(从而提供所需贫重烃的天然气流)。
现参照图1(a)，显示了一个具体实施方案，其中汽提塔和变温吸附系统串联使用，用于自天然气进料流去除重烃。富含甲烷的天然气进料流(100)首选通过经济型换热器(10)，其中所述进料流通过与贫重烃的天然气蒸气流(104)的间接换热进行冷却，下文将进一步详细描述。冷却的天然气进料流(101)然后经减压通过焦耳-汤姆逊(J-T)阀(20)进一步冷却。该进一步冷却的和现在部分冷凝的天然气进料流(102)然后被引入到汽提塔(30)中。
汽提塔(30)可具有任何合适的设计。如本领域熟知的那样，在汽提塔中，冷凝或部分冷凝的进料流(在这种情况下为部分冷凝的天然气进料流)被引入到汽提塔中，其中所述进料流与汽提气体接触。在高于引入汽提气体的位置的位置将进料流引入到汽提塔中，使得来自进料流的下降的液体流与上升的汽提气体流逆流接触，从而“汽提”所述不易挥发性组分的液体。通常，汽提塔含有一个或更多个分离级，其位于引入进料流的位置和引入汽提气体的位置之间，并且包括塔盘、填料或一些其它形式的插入物，其作用是增加进料液体与汽提气体流之间的接触的量和/或持续时间，从而在这些流之间增加传质。通常，在高于向汽提塔引入进料流的位置没有分离级。
在图1(a)中描绘的实施方案中，进一步冷却并部分冷凝的天然气进料流(102)然后被引入到汽提塔(30)的顶部，并且汽提气体(109)被引入到汽提塔的底部，所述汽提塔包含位于天然气进料流和汽提气体的进料位置之间的一个或更多个分离级。用于汽提塔的汽提气体可来自各种不同来源中的任何一种来源，如参照图1(c)将进一步详细描述的那样，但是在图1(a)中描绘的具体实施方案中，其包含取自在经济型换热器(10)上游的天然气进料流(100)的天然气流(109)。
汽提塔(30)将部分冷凝的天然气进料流(102)分离为贫重烃的天然气蒸气流(104)，其自汽提塔的顶部抽出；和富含重烃的液体流(103)，其自汽提塔的底部去除。任选地，如果需要升高富含重烃的液体流(103)的温度或减少所述料流中的甲烷含量，可使用加热器(未显示)调整进入汽提塔(30)的汽提气体(109)的温度。
自汽提塔(30)的顶部抽出的贫重烃的天然气蒸气流(104)，然后如以上描述的那样通过经济型换热器(10)，以从中回收制冷，并冷却天然气进料流(100)。来自经济型换热器(10)的刚刚温热的贫重烃的天然气蒸气流(105)然后被传送至变温吸附系统(40)，该变温吸附系统包含对天然气流的重烃组分具有选择性(即其优先吸附所述流的重烃组分)的一个或更多个吸附剂床。当存在多个床时，这些床可并联和/或串联排列。使贫重烃的天然气蒸气流(105)通过所述床中的一个或更多个床，以进一步减少(减少至至可接受的水平)所述流中的重烃浓度，并提供所需贫重烃的天然气流(107)。
贫重烃的天然气流(107)然后可作为天然气进料(107)供给天然气液化系统(90)并液化，以提供LNG流(110)。由吸附剂吸附的重烃可随后在吸附剂再生步骤(在图1(a)中未显示)去除。
现参照图1(b)，在一个备选实施方案中，可用相分离器(31) (替代在图1(a)中描绘的实施方案中使用的汽提塔)将部分冷凝的天然气进料流(102)分离为贫重烃的天然气蒸气(104)，其自相分离容器的顶部抽出；和富含重烃的液体(103)，其自该容器的底部抽出。
如本领域已知的那样，相分离器与汽提塔的不同之处在于，在相分离器中，部分冷凝的进料仅可被分离(例如经重力)为其液相和大部分气相，而不与任何另外的汽提气体或回流接触。因此，与图1(a)中的汽提塔(30)相比较，图1(b)中的相分离器(31)不含分离级(即塔盘或填料，以提高逆流的流之间的传质)，并且不产生汽提气体和供给相分离器。与在图1(a)中描绘的实施方案相比较，图1(b)中的实施方案具有投资成本较低的优势，但是不利条件是在富含重烃的液体流(103)中失去更多的甲烷。
如以上描述的那样，在图1(a) (和图1(b))中描绘的实施方案使用J-T阀(20)以提供另外的制冷(即除了由经济型换热器(10)提供的制冷以外的制冷)，用于部分冷凝至汽提塔(30) (或相分离器(31))的天然气进料流(102)。然而，其它选择为另外或者备选可用的。另外，并且如上所述，情况也可能是替代或者除了将取自在经济型换热器(10)上游的天然气进料流(100)的天然气(109)用作汽提塔(30)的汽提气体，也可使用其它汽提气体来源。这些变化在图1(c)中进一步说明。
因此，现参照图1(c)，在其它的实施方案中，用于部分冷凝至汽提塔(30)的天然气进料流(102)的另外的制冷，可通过比离开经济型换热器(10)的冷却的天然气进料流(101)更冷的另一种流来提供。例如，天然气进料流可通过与制冷剂流(130, 131)，比如换热器(21)中的混合制冷剂流的间接换热来冷却。该换热器可作为与经济型换热器(10)装置和天然气液化器(90)装置分开的装置排列，如在图1(c)中显示的那样，或者其可与作为单个装置的经济型换热器(10)和天然气液化器(90)中的一个或两者组合。备选或另外，天然气进料流可通过比如向天然气流(101, 102)中直接注入冷流(133)进行直接换热来冷却。在直接注入的情况下，冷流(133)本身可得自流(132)，其通过经J-T阀(82)使压力下降被进一步冷却。用于直接注入到天然气进料流的冷流(132, 133)的合适来源可为例如得自液化器(90)的LNG的一部分，其压力已用液体泵(未显示)升高。
同样地，参照图1(c)，在其它的实施方案中，供给汽提塔(30)的汽提气体(129)可包含以下的一种或更多种：取自在经济型换热器(10)上游的天然气进料流(100)的天然气流(109) (如关于图1(a)已描述的那样)、来自经济型换热器(10)的温热的贫重烃的天然气流(105)的一部分(119)、或来自变温吸附系统(40)的贫重烃的天然气流(106)的一部分(108) (在此情况下仅有所述贫重烃的天然气流(106)的一部分(107)被传送至液化器(90)用于液化)。当贫重烃的天然气流(105)的一部分(119)和/或贫重烃的天然气流(106)的一部分(108)用作汽提气体(129)时，在用作汽提气体(129)之前，这些气体可首先需要在压缩机(75)中进行压缩。优选汽提气体(或至少一些汽提气体)为取自天然气进料流(100)的天然气(109)，因为天然气进料流通常在比汽提塔的底部压力更高的压力下，并且因此取自该流的天然气通常不需要任何压缩以用作汽提气体。
参照图1(d)和(e)，在其中使用汽提塔(30)的实施方案中，也可通过汽提塔回收一些在吸附系统(40)的一个或多个床再生期间产生的气体。如在图1(d)和1(e)中显示的那样，吸附系统例如可包含两个或更多个并联的床(40A和40B)，其中当这些床中的一个(40A)经历吸附步骤，即自贫重烃的天然气蒸气流(105)吸附重烃时，另一个床(40B)进行再生，使再生气体在该再生步骤期间通过该床，以助于自该床解吸和去除在先前的吸附步骤吸附的重烃(该床在再生步骤期间的温度高于该床在吸附步骤期间的温度)。
通过经历再生步骤的床(40B)的再生气体例如可包括得自经历吸附步骤的床(40A)的出口的贫重烃的天然气(106)的一部分(120)。备选或另外，再生气体例如可包括自例如在LNG储存设施(91)中处理或储存LNG流(110)而得到的闪蒸或蒸发气体流(111)，并且其已用压缩机(92)进行压缩。应该指出的是，如在图1(d)中图解说明的那样，所述压缩的闪蒸或蒸发气体可另外或备选用作汽提塔(30)的全部或部分汽提气体(112)，除了以上论述的汽提气体的任何和全部来源外，可使用该压缩的闪蒸或蒸发气体，或者该压缩的闪蒸或蒸发气体可用作以上论述的汽提气体的任何和全部来源的备选。
在其再生期间离开吸附系统的床(40B)或多个床的解吸的气体流(121)，其可通常在比至汽提塔(30)的天然气进料流(102)的压力更低的压力下，然后可用冷却器(60)冷却下来并部分冷凝，并在相分离器(70)中相分离为含有大部分重烃的冷凝物流(124)和天然气蒸气流(125)。
如在图1(d)中显示的那样，该回收的天然气蒸气流(125)可用压缩机(50)再次压缩，并用另一个冷却器(80)冷却，然后可通过在低于天然气进料流(102)的位置再次引入到汽提塔(30)而循环利用，从而提供又另一个另外的或备选汽提气体来源。在压缩机(50)之后的冷却器(80)为任选的，并可用于控制进入汽提塔的回收的天然气流(125)的温度。或者，如在图1(e)中显示的那样，该回收的天然气蒸气流(125)可通过例如在进料气体增压式压缩机(boost compressor) (51)的上游，循环进入天然气进料流(100)来回收。在进料气体增压式压气机(51)和经济型换热器(10)之间可存在各种设备(通常表示为装置55)，比如干燥器、冷却器等。
尽管图1(d)和1(e)仅描绘了两个并联的吸附床(40A和40B)，这仅仅是为了简洁起见，并且实际上在这些图中描绘的方法可使用串联或串联排列的单个或多个吸附床进行。
还应该指出，以上描述的方法和设备，其中使用包含得自LNG流的闪蒸或蒸发气体的气体，使TSA系统的一个或多个床再生，可同样应用于其它形式的再生吸附系统(比如PSA系统)，并且确实应用于用于自天然气流去除重烃的方法和设备，其中吸附系统单独使用(即不与气液分离系统组合)或与任何其它系统联用。
最后，参照图1(f)，显示了另一个实施方案，其与图1(d)中描绘的实施方案的不同之处在于，汽提塔(30)包含至少两个分离级，使得高于和低于回收的天然气流(125)进入汽提塔的进入点两者存在分离级(两个分离级因此低于天然气进料流(101)的进入点)。
也如在该图中说明的那样，至汽提塔(30)的汽提气体的又另一个来源可通过在塔的底部使用重沸器(90)，以使自汽提塔底部的富含重烃的液体流(103)的一部分再煮沸来提供，该再煮沸的部分然后作为汽提气体再次被引入到底部。用于重沸器的热源可为蒸汽、热油、电力或比返回到该塔需要的蒸气温度更热的任何流。这类重沸器的这种用途可同样应用于其中使用汽提塔的任何先前实施方案。
图2(a)-(d)
在图2(a)-(d)中描绘的第二组实施方案中，气液分离系统也在吸附系统的上游，使得气液分离系统处理天然气进料流(将由此去除重烃)，以产生贫重烃的天然气流；和吸附系统处理至少一部分来自气液分离系统的贫重烃的天然气流，以产生需要的贫重烃的天然气流。然而，与第一组实施方案(描绘于图1(a)-(f)中)相比较，第二组实施方案(描绘于图2(a)-(d)中)的方式不同，其中至气液分离系统的天然气进料流被冷却和来自气液分离系统的贫重烃的天然气蒸气流被温热。
更具体地讲，在第二组实施方案中，天然气进料流也被引入到气液分离系统中，并分离为贫重烃的天然气蒸气流和富含重烃的液体流，并且使贫重烃的天然气蒸气流或其部分通过吸附系统的一个或更多个床，以从中吸附重烃，并从而进一步减少所述流中重烃的浓度(从而提供需要的贫重烃的天然气流)。然而，在第二组实施方案中，贫重烃的天然气蒸气流在经济型换热器中，在所述流或其部分通过吸附系统的一个或更多个床之前，通过与至少一部分得自吸附系统的贫重烃的天然气流的间接换热，被温热(至少一部分贫重烃的天然气流因此也在所述经济型换热器中被冷却，以提供冷却的贫重烃的天然气流)。
由于以下事实：在第二组实施方案中，自贫重烃的天然气蒸气流回收的制冷在经济型换热器中被转移给至少一部分贫重烃的天然气流，而不是(如在第一组实施方案中那样)转移给天然气进料流，因此在第二组实施方案中，得到更冷温度的贫重烃的天然气流(与在第一组实施方案中得到的贫重烃的天然气流相比较)，但是需要用于天然气进料流的另外的制冷源(以“替代”在第一组实施方案中通过经济型换热器供给天然气进料流的制冷)。
因此，与第一组实施方案(其中优选地情况是贫重烃的天然气流通过引入到天然气液化器的温热端并自冷端抽出进行液化)大不相同，在第二组实施方案中，优选地情况是天然气进料流在引入到气液分离系统之前，通过引入到天然气液化器的温热端并自中间位置抽出进行冷却，和得自经济型换热器的冷却的贫重烃的天然气流通过引入到液化器的中间位置并自冷端抽出进行液化。
现参照图2(a)，显示了一个实施方案，其中富含甲烷的天然气进料流(100, 201)被引入到天然气液化器(90)的温热端，在液化器的温热级(warm stage)冷却，并作为冷却的天然气流(202)，自中间位置(即液化器的两个冷却级之间的位置，并且因此既不在液化器的温热端也不在冷端)抽出。离开液化器(90)的中间位置的该冷却的天然气流(202)可为部分冷凝的流(即其可能已在液化器的温热级被冷却并部分冷凝)。或者，离开液化器(90)的中间位置的天然气流(202)也可减压(例如使用J-T阀, 未显示)，以进一步冷却和部分冷凝天然气流(202)。
在图2(a)-(d)中，将液化器描绘为具有两个冷却级的单一装置。例如，当液化器为缠绕线圈(wound-coil)换热器时，其可包含两束，每一个束代表一个冷却级。然而，同样地情况是液化器可包含更多的冷却级，并且冷却级不是全部包含在单一装置中，而是液化器可包含串联排列的多于一个装置，且冷却级分布于这些装置当中。
冷却和部分冷凝的天然气流(202)然后被引入到汽提塔(30)的顶部，其中如在以上关于图1(a)描述的实施方案中，其被分离为自汽提塔的顶部抽出的贫重烃的天然气蒸气(204)和自汽提塔的底部去除的富含重烃的液体(203)。汽提气体(209)也在其底部被引入到汽提塔中，并且汽提塔也可包含一个或更多个分离级，其将天然气进料流和汽提气体的进料位置分开。
自汽提塔(30)的顶部抽出的贫重烃的天然气蒸气流(204)然后通过经济型换热器(10)，以从中回收制冷。通常，经济型换热器(10)将贫重烃的天然气蒸气流(204)温热至最多(0-40℃)的温度。
来自经济型换热器(20)的温热的贫重烃的天然气蒸气流(205)然后被输送至变温吸附系统(40)，该系统也包含对天然气流的重烃组分具有选择性的一个或更多个吸附剂床，使贫重烃的天然气蒸气流(205)通过所述床中的一个或更多个，以进一步降低(降低至可接受的水平)所述流中的重烃浓度，并提供需要的贫重烃的天然气流(206)。此外，当吸附系统(40)包含多个床时，这些床可串联和/或并联排列，而且由吸附剂吸附的重烃也可随后在吸附剂再生步骤(图中未显示)去除。
得自吸附系统(40)的出口的贫重烃的天然气流(206)然后通过经济型换热器(10)，其中该天然气流经由与贫重烃的天然气蒸气流(204)的间接换热冷却下来，从而如先前描述的那样由此回收制冷。离开经济型换热器(30)的冷却的贫重烃的天然气流(208)然后返回至天然气液化器(90)的中间位置，优选地为与冷却和部分冷凝的天然气流(202)被抽出的中间位置相同的中间位置，并在液化器的冷级(cold stage) (或更冷的级)冷却并液化，以提供自液化器的冷端抽出的LNG流(110)。
现参照图2(b)，在一个备选实施方案中，可使用相分离器(31)(替代在图2(a)中描绘的实施方案中使用的汽提塔)将部分冷凝的天然气进料流(202)分离为自相分离容器的顶部抽出的贫重烃的天然气蒸气(204)，和自容器的底部抽出的富含重烃的液体(203)。如以上关于在图1(b)中描绘的相分离器的操作描述的那样，相分离器(31)不含任何分离级或使用汽提气体，并且因此在该实施方案中不产生或使用汽提气体。与在图2(a)中描绘的实施方案相比较，图2(b)中的实施方案具有投资成本较低的优势，但是不利条件是在富含重烃的液体流(203)中失去更多的甲烷。
与在图1(d)-(f)中描绘的第一组实施方案中的各实施方案类似，在其中使用汽提塔(30)的第二组实施方案中的那些实施方案中，可自多种来源得到用于汽提塔的汽提气体，并且也可通过汽提塔回收一些在吸附系统(40)的一个或多个床再生期间产生的气体。这些变化在图2(c)和(d)中进一步说明。
因此，参照图2(c)，尽管优选供给汽提塔(30)的汽提气体(或至少其一部分)为取自在液化器(90)上游的天然气进料流(100)的天然气流(209) (如同也在图2(a)中描绘的那样，多种另外的和/或备选来源为可利用的。例如，汽提气体可另外或者备选包含以下的一种或更多种：来自经济型换热器(10)的温热的贫重烃的天然气流(205)中的一部分(219)、来自变温吸附系统(40)的贫重烃的天然气流(206)中的一部分(208) (在此情况下仅所述贫重烃的天然气流(106)中的一部分(107)然后在经济型换热器(10)中冷却，并输送至液化器(90)用于液化)、或自例如在LNG储存设施(91)中处理或储存LNG流(110)而得到的闪蒸或蒸发气体(111, 112)。这类另外/备选汽提气体来源可通常在用作汽提气体之前需要压缩(用例如在图2(c)中描绘的压缩机75或92)。
关于图2(c)和(d)，吸附系统例如可包含一、二或更多个床(40A和40B)，它们以如以上关于图1(d)-(f)所描述的任何方式排列和操作，且再生气体在其再生期间通过所述床，并且在所述一个或多个床的再生期间产生的一些气体通过汽提塔回收。特别是，再生气体可包含得自经历吸附步骤的床(40A)的出口的贫重烃的天然气(106)中的一部分(120)，或者闪蒸或蒸发气体流(111)。离开正被再生的一个或多个床(40B)的解吸的气流(121)然后可在冷却器(60)中冷却下来并部分冷凝，并且在相分离器(70)中相分离为含有大部分重烃的冷凝物流(124)和天然气蒸气流(125)。
如在图2(c)中显示的那样，回收的天然气蒸气流(125)然后可用压缩机(50)再次压缩，并用另一个冷却器(80)冷却，然后通过在低于天然气进料流(102)的位置再次引入到汽提塔(30)而循环利用，从而提供又另一个另外的或备选汽提气体来源。在压缩机(50)之后的冷却器为任选的，并可用于控制进入汽提塔的回收的天然气流(125)的温度。或者，如在图2(d)中显示的那样，该回收的天然气蒸气流(125)可通过例如在进料气体增压式压缩机(51)的上游，循环进入天然气进料流(100)而回收。在进料气体增压式压缩机(51)和经济型换热器(10)之间可存在各种设备(通常表示为装置55)，比如干燥器、冷却器等。
图3(a)-(d)
在图3(a)-(d)中描绘的第三组实施方案中，吸附系统在气液分离系统的上游，使得吸附系统处理天然气进料流(将从中去除重烃)，以产生贫重烃的天然气流；和气液分离系统处理至少一部分来自吸附系统的贫重烃的天然气流，以产生需要的贫重烃的天然气流。
更具体地讲，在第三组实施方案中，天然气进料流通过吸附系统的一个或更多个床，以从中吸附重烃，从而产生贫重烃的天然气流。至少一部分贫重烃的天然气流被冷却，然后引入到气液分离系统中，并分离为重烃被进一步耗减的天然气蒸气流(从而提供需要的贫重烃的天然气流)，和富含重烃的液体流。优选地，在天然气液化器中，贫重烃的天然气流或其部分被冷却和贫重烃的天然气流被液化，贫重烃的天然气流或其部分被引入到液化器的温热端并自液化器的中间位置抽出，和贫重烃的天然气流被引入到液化器的中间位置并自液化器的冷端抽出。
第三组实施方案中的吸附系统的床必须大于第一和第二组实施方案(描绘在图1(a)-(f)和图2(a)-(d)中)中的吸附系统的床，因为在第一和第二组实施方案中，气液分离系统塔去除天然气进料流中的大部分重烃。换句话说，对于相同大小的吸附剂床，第一和第二组实施方案(描绘在图1(a)-(f)和图2(a)-(d)中)的方法和设备可容许在天然气进料中更高浓度的重烃，并且如果天然气来源变化或者重烃的浓度在广泛范围内波动，则提供更好的操作弹性。用于第一和第二组实施方案的较小的吸附床也意味着这些实施方案对于再生气体使用具有较低的需求和关于进料气体压缩具有较低的动力费用。然而，第三组实施方案中的实施方案(如在图3(a)-(d)中描绘的那样)不需要经济型换热器用于自得自气液分离塔的蒸气流回收制冷，从而节省投资成本。
关于图3(a)，在一个实施方案中，富含甲烷的天然气进料流(100)被引入到吸附系统(40)，该吸附系统也包含对天然气流的重烃组分具有选择性的一个或更多个吸附剂床，使天然气进料流(100)通过所述床中的一个或更多个，以从中吸附重烃，从而产生贫重烃的天然气流(301)。如以上关于在图1和2中描绘的实施方案描述的那样，当吸附系统(40)包含多个床时，这些床可串联和/或并联排列，而且由吸附剂吸附的重烃也可随后在吸附剂再生步骤(在图3(a)中未显示)去除。
贫重烃的天然气流(301)中的至少一部分(302)然后被引入到天然气液化器(90)的温热端，在液化器的温热级冷却，并作为冷却的贫重烃的天然气流(303)自液化器的中间位置抽出。离开液化器(90)的中间位置的该冷却的流(303)可为部分冷凝的流(即其可能已在液化器的温热级被冷却并部分冷凝)。或者，离开液化器(90)的中间位置的该冷却的流(303)也可减压(例如使用J-T阀, 未显示)，以进一步冷却和部分冷凝流。此外，尽管液化器在图3(a)-(d)中作为具有两个冷却级的单一装置被描绘，同样地情况是液化器可包含更多的冷却级，并且液化器可包含串联排列的多于一个装置，且冷却级分布于这些装置当中。
冷却并部分冷凝的贫重烃的天然气流(303)被引入到汽提塔(30)的顶部，其中该天然气流被分离为天然气蒸气流(305)，其自塔的顶部抽出并且重烃被进一步耗减(该流为需要的贫重烃的天然气流)；和自塔的底部去除的富含重烃的液体(304)。汽提气体也在其底部引入到汽提塔中，该汽提塔包含一个或更多个分离级，其分开天然气进料流和汽提气体的进料位置。汽提气体可来自多种不同来源的任一种，但是在图3(a)中描绘的实施方案中，其包括：在贫重烃的天然气流(301)的其余部分(302)于天然气液化器(90)中冷却并部分冷凝之前，取自所述流的贫重烃的天然气的一部分(306)；和/或在吸附系统(40)中处理天然气进料流(100)之前取自天然气进料流(100)的天然气流(307)。
得自汽提塔的顶部的贫重烃的天然气流(305)然后返回至天然气液化器的中间位置(优选地为与冷却并部分冷凝的贫重烃的天然气流(303)被抽出的中间位置相同的中间位置)，并在液化器的冷级(或更冷的级)冷却并液化，以提供自液化器的冷端抽出的LNG流(110)。
与第一和第二组实施方案一样，在第三组实施方案中，可使用相分离器而不是汽提塔，这将节省投资成本，但是增加在富含重烃的液体流(304)中甲烷的损失。
因此，现参照图3(b)，在一个备选实施方案中，使用相分离器(31) (替代在图3(a)中描绘的实施方案中使用的汽提塔)，以将部分冷凝的贫重烃的天然气流(303)分离为自相分离容器顶部抽出的重烃被进一步耗减的天然气蒸气流(305) (需要的贫重烃的天然气流)；和自容器的底部抽出的富含重烃的液体(304)。如以上关于在图1(b)中描绘的相分离器的操作描述的那样，相分离器(31)不含任何分离级或使用汽提气体，并且因此在该实施方案中不产生或使用汽提气体。
与在图1(d)-(f)中描绘的第一组实施方案中的各实施方案类似，在其中使用汽提塔(30)的第三组实施方案中的那些实施方案中，也可通过汽提塔回收一些在吸附系统(40)的一个或多个床再生期间产生的气体。
离开正被再生的一个或多个床(40B)的解吸的气体流(121)然后可在冷却器(60)中冷却下来并部分冷凝，并且在相分离器(70)中相分离为含有大部分重烃的冷凝物流(124)和天然气蒸气流(125)。
因此，关于图3(c)和(d)，吸附系统例如可包含一、二或更多个床(40A和40B)，它们以如以上关于图1(d)-(f)所描述的任何方式排列和操作，且再生气体在其再生期间通过所述床，并且在所述一个或多个床的再生期间产生的一些气体通过汽提塔回收。特别是，再生气体可包含得自经历吸附步骤的床(40A)的出口的贫重烃的天然气流(301)中的一部分(320)，或者闪蒸或蒸发气体流(111)。离开正被再生的一个或多个床(40B)的解吸的气体流(321)然后可在冷却器(60)中冷却下来并部分冷凝，并且在相分离器(70)中相分离为含有大部分重烃的冷凝物流(323)和天然气蒸气流(324)。
如在图3(c)中显示的那样，回收的天然气蒸气流(324)然后可用压缩机(50)再次压缩，并用另一个冷却器(80)冷却，然后通过在低于贫重烃的天然气流(303)的位置再次引入到汽提塔(30)而循环利用，从而提供又另一个另外的或备选汽提气体来源(326)。在压缩机(50)之后的冷却器为任选的，并可用于控制进入汽提塔的回收的天然气流(324)的温度。压缩机(50)也为任选的，并且如果吸附系统在高于塔的底部压力的压力下再生，则压缩机(50)可不需要。在另一个变体中，相分离器(70)也可省略，使得离开冷却器(60)的所有冷却的解吸的气体流(321)被输送至汽提塔。也如在图3(c)中说明的那样，汽提塔(30)可包含至少两个分离级，使得高于和低于回收的天然气流(324)进入汽提塔的进入点两者存在分离级，并且至汽提塔(30)的汽提气体也可通过在塔的底部使用重沸器(95)，以使获自汽提塔底部的富含重烃的液体流(304)的一部分再煮沸来提供。
或者，如在图3(d)中显示的那样，回收的天然气蒸气流(324)可例如在进料气体增压式压缩机(51)的上游，循环进入天然气进料流(100)。在进料气体增压式压缩机(51)和经济型换热器(10)之间可存在各种设备(通常表示为装置55)，比如干燥器、冷却器等。也如在图3(d)中图解说明的那样，闪蒸或蒸发气体也可另外或者备选用作汽提塔(30)的汽提气体(112)。
实施例
为了证明根据本发明组合使用TSA系统和气液分离系统自天然气流去除重烃的效果，将在图1(a)、1(e)、2(a)、2(b)、2(c)、3(a)、3(b)和3(c)中描绘的实施方案自天然气流去除重烃的性能，与仅使用洗涤塔自天然气流去除重烃的现有技术方法(并非根据本发明)的性能进行比较。在使用传统(仅有洗涤塔)方法的第一种运行中，用于洗涤塔的操作条件可导致洗涤塔干透的风险(并且造成重烃去除方法失效)。因此，也进行使用传统(仅有洗涤塔)方法的第二种运行，使用不同的操作条件(即更冷的塔温)防止任何塔干透的风险。对于所有运行的数据，即采用以上提及的本发明实施方案的那些运行和采用现有技术(仅有洗涤塔)方法的那些运行两者的数据，使用ASPENTM Plus软件(© Aspen Technology, Inc.)和内吸附模拟工具SIMPAC (一种详细的吸附过程模拟器，其考虑多组分吸附等温线、各种传质模式、众多吸附剂层、一般过程流程模拟-这种模拟器的更多细节提供于Kumar et al., Chemical Engineering Science, 第49卷, Number 18, 第3115-3125页)产生。
以下在表1中给出所使用的天然气进料流的起始组成(对于所有情况相同)，并且以下在表2中给出得自每一个实施方案(即得自在图1(a)、1(e)、2(a)、2(b)、2(c)、3(a)、3(b)和3(c)中描绘的每一个实施方案)和得自传统(仅有洗涤塔)方法(两种运行)的产物流(即需要贫重烃的天然气流，在表2中称为“贫重烃的流”)的组成。在表2中，采用现有技术(仅有洗涤塔)方法的第一运行(其中存在洗涤塔干透的风险)通过注释“塔盘可干透”来表示，和采用现有技术(仅有洗涤塔)方法的第二种运行(其中去除此风险)通过注释“无塔盘干透”来表示。
表2也列出：气液分离系统操作条件(即洗涤塔/汽提塔/相分离容器温度和压力)；得自气液分离系统的富含重烃的液体作为进料至所述系统的天然气流的流速的百分数的流速(在表中称为“LPG作为进料的%”)；和每一运行产生的总LNG流速，表示为自使用现有技术方法的第一种运行中得到的总LNG生产流速的百分数(在表中称为“相对LPG生产”)。关于在表2中提供的数据，如本领域熟知的那样，字母E当用作数字的部分时，代表指数-因此，例如在表2中，数字9.9E-01指的是9.9x10-1，或0.99。
如自表2中的数据可看出的，本发明的实施方案能够自NG气流有效去除重烃，并且与现有技术(仅有洗涤塔)方法所提供的相比较可提供增加的LNG生产，尽管本发明实施方案中的气液分离系统在比现有技术方法(甚至在现有技术方法运行中，其中洗涤塔在存在塔干透风险的温度下操作)中的洗涤塔的温度和压力更高的温度或更高的压力下操作(从而消耗更少的能量)。
这些结果也显示在图4中，其中相对LNG生产(即由每一运行产生的总LNG流速，表示为使用现有技术方法得到的最佳总LNG生产流速的分数)对作为进料流速(Feed Flow)的%的LPG流速(即得自气液分离系统的富含重烃的液体作为进料至所述系统的天然气流的流速百分数的流速)绘图。也如显示的那样，本发明的实施方案与现有技术方法相比较提供改进的LNG生产率，甚至当现有技术方法在存在塔干透风险的条件下运行时亦如此，并且与其在防止任何塔干透风险的操作条件下运行的现有技术方法的那些运行(即作为进料流速的%的足够高的LPG流速，如通过在较低温度下操作洗涤塔以增加所产生的富含重烃的液体量提供的那样)相比较，这些益处甚至更显著。
表1-进料组成
Figure 2012205012552100002DEST_PATH_IMAGE001
表2
Figure 440273DEST_PATH_IMAGE002
应意识到，本发明不限于以上关于优选实施方案的详细描述，而是可进行多种修改和变化，而不背离如在以下权利要求书中限定的本发明的精神和范围。

Claims (1)

1. 一种用于自天然气进料流去除重烃的设备，所述设备包含第一重烃去除系统和第二重烃去除系统，其用于处理天然气进料流，以产生贫重烃的天然气流，其中所述第一和第二系统以彼此流体流动连通的方式连接并且串联排列，使得在使用中，第一系统处理天然气进料流，以产生贫重烃的天然气流；和第二系统处理至少一部分来自第一系统的贫重烃的天然气流，以产生贫重烃的天然气流，并且其中所述系统中的一个为吸附系统，其包含一个或更多个用于吸附的吸附剂床，并从而自含有重烃的天然气去除重烃，和所述系统中的另一个为气液分离系统，其用于将含有重烃的天然气分离为贫重烃的天然气蒸气和富含重烃的液体。
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