RU2797978C9

RU2797978C9 - Method for obtaining pure nitrogen from natural gas stream containing nitrogen

Info

Publication number: RU2797978C9
Application number: RU2020121255A
Authority: RU
Inventors: Анри Парадовски; Себастьен ЛИХТЛЕ; Мари МЮР
Original assignee: Л'Эр Ликид, Сосьете Аноним Пур Л'Этюд Э Л'Эксплуатасьон Де Проседе Жорж Клод
Priority date: 2017-12-21
Filing date: 2018-12-17
Publication date: 2023-07-19

Abstract

FIELD: gas industry.

SUBSTANCE: invention relates to a process for liquefying a natural gas stream, comprising the following steps: a) cooling an incoming gas stream to obtain a liquefied natural gas stream at a temperature T1; b) injecting the stream obtained in step a) into a denitration column at a pressure P2 and at a temperature T2 which is lower than T1, producing a denitrated liquefied natural gas stream at the bottom of said column and at the top a nitrogen-enriched vapour stream; c): condensing the nitrogen-enriched vapour stream obtained in step b) in a heat exchanger; d): injecting the stream obtained in step c) into a phase separation vessel to obtain a liquid stream and a gas stream enriched in nitrogen; e): injection of the gas stream obtained in step d) into the distillation column at pressure P2, obtaining at the top a nitrogen-enriched stream containing less than 1% methane and at the bottom a liquid stream containing less than 10% nitrogen. At least one part of the liquid stream obtained in step b) is used in step c) to cool the nitrogen-enriched vapour stream obtained in step b) in said heat exchanger; step f): the portion of the liquid stream obtained in step b) that is not used in step c) is cooled by indirect heat exchange with the second gaseous fraction obtained in step g) to obtain a cooled liquid fraction and a second heated gaseous fraction. The method also includes step g): the cooled liquid fraction obtained in step f) is expanded and then introduced into the second phase separation vessel (B1) to obtain liquefied natural gas and a second gaseous fraction; step h): at least a portion of the second heated gaseous fraction obtained in step g) is compressed to a pressure P1; step i): at least a portion of the liquid stream obtained in step e) is cooled by indirect heat exchange; step j): the stream obtained in step i) is mixed with the expanded mixture obtained in step g) before being introduced into said second phase separation vessel (B1).

EFFECT: reduction in capital costs and energy costs.

12 cl, 1 dwg, 1 tbl

Description

Настоящее изобретение относится к области сжижения природного газа. Сжижение природного газа заключается в конденсации природного газа и его переохлаждении до температуры, которая является достаточно низкой для обеспечения сохранения его в жидком состоянии при атмосферном давлении. Затем его транспортируют в танкерах-метановозах.The present invention relates to the field of natural gas liquefaction. Liquefaction of natural gas consists of condensing natural gas and subcooling it to a temperature that is low enough to keep it in a liquid state at atmospheric pressure. Then it is transported in methane tankers.

В настоящее время международный рынок сжиженного природного газа (LNG) быстро растет, однако вся производственная цепочка LNG требует значительных инвестиций. Таким образом, снижение уровня этих инвестиций на тонну полученного LNG является главной целью. Также важно уменьшить углеродный след за счет уменьшения расхода топлива.At present, the international liquefied natural gas (LNG) market is growing rapidly, but the entire LNG production chain requires significant investment. Thus, reducing the level of these investments per tonne of LNG received is the main goal. It is also important to reduce your carbon footprint by reducing fuel consumption.

В документе US 6105389 предложен способ сжижения, включающий две охлаждающие смеси, циркулирующие в двух независимых замкнутых контурах. Каждый из контуров работает посредством компрессора, передающего охлаждающей смеси мощность, необходимую для охлаждения природного газа. Каждый компрессор приводится в действие газовой турбиной, которую выбирают из стандартного ассортимента, представленного на рынке. Однако мощность газовых турбин, доступных в настоящее время, ограничена.US 6,105,389 proposes a liquefaction process involving two refrigerant mixtures circulating in two independent closed circuits. Each of the circuits works by means of a compressor, which transfers the power necessary for cooling the natural gas to the cooling mixture. Each compressor is driven by a gas turbine selected from a standard range available on the market. However, the power of the gas turbines currently available is limited.

В документе US 6763680 описан способ сжижения, в котором сжиженный природный газ под давлением расширяют за по меньшей мере два этапа с получением по меньшей мере двух газообразных фракций. Сжиженный природный газ под давлением охлаждают, в то же время обеспечивая повторное испарение в колонне для деазотизации. На выходе колонны получают первую обедненную азотом жидкую фракцию и первую обогащенную азотом газообразную фракцию. Эту жидкую фракцию снова расширяют для образования сжиженного природного газа, обедненного азотом, и второй газообразной фракции. По меньшей мере одну газообразную фракцию повторно сжимают и затем смешивают с природным газом до конденсации.US 6,763,680 describes a liquefaction process in which pressurized liquefied natural gas is expanded in at least two stages to produce at least two gaseous fractions. The pressurized liquefied natural gas is cooled while allowing re-evaporation in the denitrification tower. At the outlet of the column, a first nitrogen-depleted liquid fraction and a first nitrogen-enriched gaseous fraction are obtained. This liquid fraction is again expanded to form nitrogen-depleted liquefied natural gas and a second gaseous fraction. At least one gaseous fraction is recompressed and then mixed with natural gas prior to condensation.

Кроме того, способ сжижения природного газа, как описано в существующем уровне техники, является неподходящим, когда указанный природный газ, который должен быть сжижен, имеет чрезмерное содержание азота.In addition, the method for liquefying natural gas as described in the prior art is not suitable when said natural gas to be liquefied has an excessive nitrogen content.

Более того, не всегда является желательным использование газа, который имеет слишком высокую концентрацию азота, для сети, в частности для обеспечения хорошего функционирования газовых турбин.Moreover, it is not always desirable to use a gas that has too high a concentration of nitrogen for the network, in particular to ensure the good functioning of gas turbines.

Одна из целей настоящего изобретения заключается в обеспечении возможности снижения капитальных затрат, необходимых для установок для сжижения. Другая цель настоящего изобретения заключается в достижении при лучших условиях отделения азота, который может содержаться в газе, и удаления некоторого количества азота, содержащегося в природном газе, в атмосферу в форме чистого азота. Термин «чистый азот» относится к азоту, содержащему от 50 ppm до 1% метана в соответствии с действующим законодательством.One of the objectives of the present invention is to enable the reduction of capital costs required for liquefaction plants. Another object of the present invention is to achieve, under better conditions, separation of nitrogen that may be contained in the gas and removal of some of the nitrogen contained in natural gas to the atmosphere in the form of pure nitrogen. The term "pure nitrogen" refers to nitrogen containing between 50 ppm and 1% methane in accordance with current legislation.

Таким образом, авторы настоящего изобретения разработали решение, обеспечивающее получение сжиженного природного газа, обедненного азотом, из подаваемого потока природного газа, который может содержать более 4 мол.% азота, в то же время экономя энергию и сводя к минимуму затраты, требуемые для внедрения процессов такого типа.Thus, the present inventors have developed a solution to produce nitrogen-depleted liquefied natural gas from a natural gas feed stream that may contain more than 4 mol% nitrogen, while saving energy and minimizing the costs required to implement these types of processes.

Одним объектом настоящего изобретения является способ сжижения подаваемого потока природного газа, включающий следующие этапы:One aspect of the present invention is a process for liquefying a natural gas feed stream, comprising the steps of:

этап а): охлаждение подаваемого потока газа с получением потока сжиженного природного газа при температуре Т1 и при давлении P1b;step a): cooling the feed gas stream to obtain a liquefied natural gas stream at a temperature T1 and a pressure P1b;

этап b): введение потока, полученного на этапе а), в колонну для деазотизации при давлении Р2 и при температуре Т2, которая ниже Т1, с получением в кубе колонны указанной колонны деазотизированного потока сжиженного природного газа и в верхней части указанной колонны потока пара, обогащенного азотом;step b): introducing the stream obtained in step a) into a denitrogenization column at a pressure P2 and at a temperature T2, which is lower than T1, to obtain a denitrogenated liquefied natural gas stream at the bottom of said column and a nitrogen-enriched vapor stream at the top of said column;

этап с): по меньшей мере частичная конденсация по меньшей мере части потока пара, обогащенного азотом, полученного на этапе b), в теплообменнике с получением двухфазного потока;step c): at least partially condensing at least a portion of the nitrogen-enriched vapor stream obtained in step b) in a heat exchanger to obtain a two-phase stream;

этап d): введение двухфазного потока, полученного на этапе с), в емкость разделения фаз с получением по меньшей мере двух фаз, включающих поток жидкости и поток газа, обогащенного азотом;step d): introducing the two-phase stream obtained in step c) into a phase separation vessel to obtain at least two phases, including a liquid stream and a gas stream enriched with nitrogen;

этап е); введение потока газа, полученного на этапе d), в дистилляционную колонну при давлении Р2, получая в верхней части поток, обогащенный азотом, содержащий менее 1 мол.% метана, и в кубе колонны поток жидкости, содержащий менее 10 мол.% азота;step e); introducing the gas stream obtained in step d) into a distillation column at a pressure of P2, obtaining at the top a stream enriched in nitrogen containing less than 1 mol.% methane, and at the bottom of the column a liquid stream containing less than 10 mol.% nitrogen;

характеризующийся тем, что по меньшей мере часть потока жидкости, полученного на этапе b), используют на этапе с) для Охлаждения указанной по меньшей мере части потока пара, обогащенного азотом, полученного на этапе Ь), в указанном теплообменнике.characterized in that at least a portion of the liquid stream obtained in step b) is used in step c) to cool said at least a portion of the nitrogen-enriched vapor stream obtained in step b) in said heat exchanger.

Согласно другим вариантам осуществления объектом настоящего изобретения также является:According to other embodiments, the subject of the present invention is also:

- Способ, как описан выше, характеризующийся тем, что во время выполнения этапа а) указанный подаваемый поток природного газа и вторую охлаждающую смесь охлаждают посредством косвенного теплообмена с по меньшей мере одной первой охлаждающей смесью с получением охлажденного природного газа и второй охлажденной охлаждающей смеси, и затем охлажденный природный газ конденсируют и охлаждают посредством косвенного теплообмена со второй охлажденной охлаждающей смесью и с по меньшей мере некоторым количеством потока газа, полученного на этапе d), с получением сжиженного природного газа.- The method as described above, characterized in that during step a) said natural gas feed stream and the second quench mixture are cooled by indirect heat exchange with at least one first quench mixture to obtain a chilled natural gas and a second chilled quench mixture, and then the cooled natural gas is condensed and cooled by indirect heat exchange with the second chilled quench mixture and at least some of the gas stream obtained in step d), obtaining c liquefied natural gas.

- Способ, как описан выше, характеризующийся тем, что поток, обогащенный азотом, полученный на этапе е), содержит менее 100 молярных ppm метана, и поток жидкости, полученный на этапе е), содержит менее 4 мол.% азота.- The process as described above, characterized in that the nitrogen-rich stream obtained in step e) contains less than 100 molar ppm of methane and the liquid stream obtained in step e) contains less than 4 mole % nitrogen.

- Способ, как описан выше, характеризующийся тем, что до этапа b) поток, полученный на этапе а), охлаждают в приспособлении для повторного испарения указанной колонны для деазотизации до температуры Т2.- A process as described above, characterized in that, before step b), the stream obtained in step a) is cooled in the reevaporator of said denitrification column to a temperature T2.

- Способ, как описан выше, характеризующийся тем, что поток, охлажденный до температуры Т2, расширяют в приспособлении для расширения до введения в колонну для деазотизации.- The method as described above, characterized in that the stream, cooled to a temperature of T2, is expanded in an expander before being introduced into the denitrification column.

- Способ, как описан выше, характеризующийся тем, что по меньшей мере часть потока жидкости, полученного на этапе d), используют в качестве возвратного потока в верхней части колонны для деазотизации.- The method as described above, characterized in that at least part of the liquid stream obtained in step d) is used as a return stream at the top of the denitrification column.

- Способ, как описан выше, характеризующийся тем, что он включает следующие этапы:- The method as described above, characterized in that it includes the following steps:

этап f): часть потока жидкости, полученного на этапе b), которую не используют на этапе с), охлаждают посредством косвенного теплообмена со второй газообразной фракцией, полученной на этапе g), с получением охлажденной жидкой фракции и второй нагретой газообразной фракции;step f): a portion of the liquid stream obtained in step b) which is not used in step c) is cooled by indirect heat exchange with the second gaseous fraction obtained in step g) to obtain a cooled liquid fraction and a second heated gaseous fraction;

этап g): охлажденную жидкую фракцию, полученную на этапе f), расширяют и затем ее вводят во вторую емкость (В1) разделения фаз с получением сжиженного природного газа и второй газообразной фракции;step g): the cooled liquid fraction obtained in step f) is expanded and then introduced into the second phase separation vessel (B1) to obtain liquefied natural gas and a second gaseous fraction;

этап h): по меньшей мере часть второй нагретой газообразной фракции, полученной на этапе g), сжимают до давления Р1;step h): at least a portion of the second heated gaseous fraction obtained in step g) is compressed to a pressure P1;

этап i): по меньшей мере часть потока жидкости, полученного на этапе е), охлаждают посредством косвенного теплообмена;step i): at least a portion of the liquid stream obtained in step e) is cooled by indirect heat exchange;

этап j): поток, полученный на этапе i), смешивают с расширенной смесью, полученной на этапе g), до введения в указанную вторую емкость (В1) разделения фаз.step j): the stream obtained in step i) is mixed with the expanded mixture obtained in step g) before being introduced into said second phase separation vessel (B1).

- Способ, как описан выше, характеризующийся тем, что содержание азота в потоке газа, обогащенном азотом, полученном на этапе е), составляет более 50 мол. %.- The method as described above, characterized in that the nitrogen content in the gas stream enriched with nitrogen obtained in step e) is more than 50 mol. %.

- Способ, как описан выше, характеризующийся тем, что Т1 составляет от -140°С до -120°С.- The method as described above, characterized in that T1 is from -140°C to -120°C.

- Способ, как описан выше, характеризующийся тем, что Р2 составляет от 3 бар абсолютного давления до 10 бар абсолютного давления.- The method as described above, characterized in that P2 is from 3 bar absolute pressure to 10 bar absolute pressure.

- Способ, как описан выше, в котором на этапе а) смесь природного газа и вторую охлаждающую смесь охлаждают до температуры от -70°С до -35°С посредством теплообмена с первой охлаждающей смесью.- The method as described above, in which in step a) the natural gas mixture and the second cooling mixture are cooled to a temperature of -70°C to -35°C by heat exchange with the first cooling mixture.

- Способ, как описан выше, в котором первая охлаждающая смесь содержит в качестве мольной доли следующие компоненты:- The method as described above, in which the first cooling mixture contains, as a mole fraction, the following components:

этан: от 30% до 70% ethane: 30% to 70%

пропан: от 30% до 70% propane: 30% to 70%

бутан: от 0% до 20%. butane: 0% to 20%.

Способ, как описан выше, в котором вторая охлаждающая смесь содержит в качестве мольной доли следующие компоненты:The method as described above, wherein the second cooling mixture contains the following components as a mole fraction:

азот: от 0% до 20% nitrogen: 0% to 20%

метан: от 30% до 70% methane: 30% to 70%

этан: от 30% до 70% ethane: 30% to 70%

пропан: от 0% до 10%. propane: 0% to 10%.

Способ согласно настоящему изобретению эффективно обеспечивает возможность значительного увеличения производительности при добавлении ограниченного количества дополнительных единиц оборудования.The method according to the present invention effectively allows a significant increase in productivity with the addition of a limited number of additional pieces of equipment.

Способ согласно настоящему изобретению является особенно преимущественным, когда каждый из охлаждающих контуров использует охлаждающую смесь, которая является полностью конденсированной, расширенной и испаренной.The method according to the present invention is particularly advantageous when each of the cooling circuits uses a cooling mixture that is fully condensed, expanded and evaporated.

В контексте настоящей заявки на патент термин «подаваемый поток» относится к любой композиции, содержащей углеводороды, включая по меньшей мере метан.In the context of this patent application, the term "feed stream" refers to any composition containing hydrocarbons, including at least methane.

Теплообменник может представлять собой любой теплообменник, любую установку или другое устройство, подходящее для обеспечения возможности прохождения определенного количества потоков и, таким образом, обеспечения возможности прямого или косвенного теплообмена между одной или несколькими линиями охлаждающей текучей среды и одним или несколькими подаваемыми потоками.The heat exchanger may be any heat exchanger, any plant, or other device suitable to allow a certain number of streams to pass and thus allow direct or indirect heat exchange between one or more refrigerant fluid lines and one or more feed streams.

Другие признаки и преимущества настоящего изобретения будут лучше понятны и станут более ясными при чтении описания, приведенного ниже со ссылкой на фигуру, на которой схематически представлен процесс сжижения согласно настоящему изобретению.Other features and advantages of the present invention will be better understood and become clearer upon reading the description below with reference to the figure, which is a schematic representation of the liquefaction process according to the present invention.

На фигуре подаваемый поток 1 природного газа вводят в блок S1 теплообменника при температуре Т1.In the figure, the natural gas feed stream 1 is introduced into the heat exchanger unit S1 at temperature T1.

Этот блок S1 может содержать один или несколько теплообменников E1, Е2 и один или несколько охлаждающих компрессоров K1, K2.This block S1 may contain one or more heat exchangers E1, E2 and one or more refrigerant compressors K1, K2.

Как правило, подаваемый поток 1 может содержать метан, этан, пропан, углеводороды, содержащие по меньшей мере четыре атома углерода. Этот поток может содержать следы загрязняющих веществ, например от 0 до 1 ppm Н₂О, 4 ppm H₂S, 50 ppm СО₂ и т.д. Молярное процентное содержание азота в этом подаваемом потоке может составлять более 4%.Typically, the feed stream 1 may contain methane, ethane, propane, hydrocarbons containing at least four carbon atoms. This stream may contain trace contaminants, such as 0 to 1 ppm H ₂ O, 4 ppm H ₂ S, 50 ppm CO ₂ , etc. The molar percentage of nitrogen in this feed stream may be greater than 4%.

В соответствии со способом сжижения природного газа, схематично представленным на фигуре, поток 1 природного газа вводят при давлении Р1, составляющим от 4 МПа до 7 МПа, и при температуре от 0°С до 60°С в блок S1. Главный поток 1 природного газа смешивают с газом 50 с образованием смеси природного газа, циркулирующей в блоке S1. Смесь, образованная таким образом, выходит из блока S1 в сжиженном состоянии через трубу 10 при температуре предпочтительно на по меньшей мере 10°С выше, чем температура образования пузырьков сжиженного природного газа, полученного при атмосферном давлении (температура образования пузырьков обозначает температуру, при которой первые пузырьки пара образуются в сжиженном природном газе при заданном давлении) и при давлении P1b, идентичном давлению Р1 на входе природного газа, без учета потерь давления.According to the process for liquefying natural gas schematically shown in the figure, natural gas stream 1 is introduced at a pressure P1 of 4 MPa to 7 MPa and a temperature of 0°C to 60°C into block S1. The main natural gas stream 1 is mixed with gas 50 to form a natural gas mixture circulating in unit S1. The mixture thus formed exits unit S1 in a liquefied state through pipe 10 at a temperature preferably at least 10° C. higher than the bubble formation temperature of the liquefied natural gas produced at atmospheric pressure (the bubble formation temperature means the temperature at which the first vapor bubbles form in the liquefied natural gas at a given pressure) and at a pressure P1b identical to the pressure P1 at the inlet of natural gas, without regard to pressure losses.

Например, природный газ выходит из блока S1 при температуре от -105°С до -145°С и при давлении от 4 МПа до 7 МПа. При таких температурных условиях и условиях давления природный газ не остается полностью жидким после расширения до атмосферного давления.For example, natural gas exits block S1 at a temperature of -105°C to -145°C and a pressure of 4 MPa to 7 MPa. Under these temperature and pressure conditions, natural gas does not remain completely liquid after expansion to atmospheric pressure.

Природный газ, циркулирующий в трубе 10, охлаждают в испарителе Е4 повторного испарения колонны С1 для деазотизации.The natural gas circulating in the pipe 10 is cooled in the re-evaporator E4 of the denitrogenization column C1.

Природный газ 12 охлаждают посредством нагрева нижней части (25, 26) колонны С1 за счет косвенного теплообмена и затем расширяют в расширительном элементе VI. Двухфазную смесь 13, полученную на выходе элемента VI, вводят в колонну С1 на уровне N1. Обогащенную азотом газообразную фракцию 100 извлекают в верхней части колонны С1. Газообразную фракцию 100 разделяют на две части 38 и 22. Одну часть 22 нагревают, сжимают посредством компрессора K4 и отправляют в сеть; она может служить в качестве топливного газа, источника энергии для работы установки для сжижения.The natural gas 12 is cooled by heating the lower part (25, 26) of the column C1 by indirect heat exchange and then expanded in the expansion element VI. The biphasic mixture 13 obtained at the outlet of element VI is introduced into column C1 at the N1 level. The nitrogen-rich gaseous fraction 100 is recovered at the top of column C1. The gaseous fraction 100 is divided into two parts 38 and 22. One part 22 is heated, compressed by the compressor K4 and sent to the network; it can serve as a fuel gas, a source of energy for the operation of a liquefaction plant.

Другую часть 38 отправляют для охлаждения 39 в теплообменнике Е5 и затем разделяют в емкости В2 разделения фаз в форме газообразной фракции 21 и жидкой фракции 40. Жидкую фракцию 40, удаленную из емкости В2, используют в качестве возвратного потока в верхней части колонны С1.The other part 38 is sent to be cooled 39 in heat exchanger E5 and then separated in the phase separation tank B2 in the form of a gaseous fraction 21 and a liquid fraction 40. The liquid fraction 40 removed from the tank B2 is used as a return stream in the upper part of the column C1.

Обедненную азотом жидкую фракцию 31, удаленную из куба колонны С1, разделяют на две части 32 и 34. Первую часть 32 охлаждают в теплообменнике Е3 и затем расширяют в расширительном элементе 33' до давления от 0,05 МПа до 0,5 МПа. Вторую часть 34 жидкой фракции 31 расширяют 35 в расширительном элементе 34', и затем она питает теплообменник Е5. Испарение этого потока 35 приводит к образованию потока 36 и обеспечивает большую часть охлаждения, необходимого для охлаждения потока 38 газа, полученного из верхней части колонны С1 в теплообменнике Е5.The nitrogen-depleted liquid fraction 31 removed from the bottom of column C1 is divided into two parts 32 and 34. The first part 32 is cooled in the heat exchanger E3 and then expanded in the expansion element 33' to a pressure of 0.05 MPa to 0.5 MPa. The second part 34 of the liquid fraction 31 is expanded 35 in the expansion element 34' and then it feeds the heat exchanger E5. Evaporation of this stream 35 results in stream 36 and provides most of the cooling required to cool the gas stream 38 obtained from the top of column C1 in heat exchanger E5.

Расширительные элементы, такие как VI, 33' и 34', могут представлять собой расширительную турбину, расширительный клапан или сочетание турбины и клапана. Двухфазную смесь, полученную на выходе расширительного элемента 33, разделяют в емкости В1 разделения фаз в форме газообразной фракции 41 и жидкой фракции 61. Газообразную фракцию 41 вводят в теплообменник Е3. В теплообменнике Е3 газообразная фракция 41 охлаждает жидкую фракцию 32, полученную из потока 31 жидкости, извлеченного в кубе колонны С1, и ее затем отправляют посредством трубы 42 в компрессор K3. Смесь 49 газа, покидающую компрессор K3, отправляют в теплообменник Е103 для охлаждения воздухом или водой. Смесь 50 газа, покидающую теплообменник Е103, затем смешивают с потоком 1 природного газа, циркулирующим в блоке S1.Expansion elements such as VI, 33' and 34' may be an expansion turbine, an expansion valve, or a combination of turbine and valve. The two-phase mixture obtained at the outlet of the expansion element 33 is separated in the phase separation vessel B1 in the form of a gaseous fraction 41 and a liquid fraction 61. The gaseous fraction 41 is introduced into the heat exchanger E3. In the heat exchanger E3, the gaseous fraction 41 cools the liquid fraction 32 obtained from the liquid stream 31 recovered in the bottom of column C1 and is then sent via pipe 42 to compressor K3. The gas mixture 49 leaving compressor K3 is sent to heat exchanger E103 for air or water cooling. The gas mixture 50 leaving heat exchanger E103 is then mixed with natural gas stream 1 circulating in unit S1.

Жидкая фракция 61, удаленная из резервуара В1, образует полученный сжиженный природный газ (LNG).The liquid fraction 61 removed from reservoir B1 forms the resulting liquefied natural gas (LNG).

Более конкретно, деазотизированный поток 31 LNG, полученный в нижней части колонны СО, делят на две части:More specifically, the denitrogenated LNG stream 31 obtained at the bottom of the CO column is divided into two parts:

Первую меньшую часть, поток 34, расширяют в клапане 34' до низкого давления РЗ от 0,05 МПа до 0,5 МПа для образования потока 35, и она питает теплообменник Е5. Испарение этого потока, которое приводит к образованию потока 36, обеспечивает большую часть охлаждения, необходимого для охлаждения верхнего пара в теплообменнике Е5. The first smaller part, stream 34, is expanded in valve 34' to a low pressure P3 of 0.05 MPa to 0.5 MPa to form stream 35 and feeds heat exchanger E5. The evaporation of this stream, which results in the formation of stream 36, provides most of the cooling required to cool the overhead vapor in heat exchanger E5.

Вторую большую часть, поток 32, охлаждают против течения относительно газа мгновенного испарения, потока 41, для образования потока 33, который расширяют до давления Р3 для смешивания с потоком 36, и для образования потока 37, который питает испарительный резервуар В1 LNG. The second major portion, stream 32, is cooled upstream against the flash gas, stream 41, to form stream 33, which is expanded to pressure P3 for mixing with stream 36, and to form stream 37, which feeds LNG flash tank B1.

Газообразную фракцию 21, удаленную из емкости В2, вводят при давлении Р2 в дистилляционную колонну С2, получая в верхней части чистый азот 411, а в нижней части жидкость 421 с низким содержанием азота, т.е. содержащую менее 10 мол. % азота, предпочтительно менее 4%.The gaseous fraction 21 removed from vessel B2 is introduced at pressure P2 into distillation column C2, producing pure nitrogen 411 at the top and low nitrogen liquid 421 at the bottom, i. containing less than 10 mol. % nitrogen, preferably less than 4%.

Верхний газ этой колонны С2, поток 411, состоящий из чистого азота, например содержащий менее 1 мол. % метана, предпочтительно менее 100 молярных ppm метана, нагревают в теплообменнике E11 до температуры, близкой комнатной температуре.The top gas of this column C2 stream 411, consisting of pure nitrogen, for example containing less than 1 mol. % methane, preferably less than 100 molar ppm methane, is heated in heat exchanger E11 to a temperature close to room temperature.

Часть, поток 414, сжимают до высокого давления Р4 в многоступенчатом компрессоре K5 с образованием потока 418 после охлаждения до комнатной температуры. Р4, как правило, составляет больше 15 бар абсолютного давления. Р2 составляет, например, от 3 бар абсолютного давления до 10 бар абсолютного давления.The portion, stream 414, is compressed to high pressure P4 in a multi-stage compressor K5 to form stream 418 after cooling to room temperature. P4 is typically greater than 15 bar absolute pressure. P2 is, for example, from 3 bar absolute pressure to 10 bar absolute pressure.

Затем поток 418 расширяют, например в клапане V2 (или в гидравлической турбине), и он затем питает колонну С2 на верхнем плато. Он составляет возвратный поток.Stream 418 is then expanded, for example in valve V2 (or in a hydraulic turbine), and it then feeds column C2 on the upper plateau. It makes up the return stream.

Очень небольшую часть потока 1 отводят для образования потока 452, который охлаждают в теплообменнике E11. Этот поток 452 обеспечивает возможность сохранения в теплообменнике Е11 температурных условий, совместимых с использованием пластинчатого теплообменника. При запуске установки обеспечивают дополнительное охлаждение за счет расширения части этого потока 452.A very small portion of stream 1 is diverted to form stream 452, which is cooled in heat exchanger E11. This stream 452 allows heat exchanger E11 to maintain temperature conditions compatible with the use of a plate heat exchanger. When the unit is started, additional cooling is provided by expanding part of this stream 452.

Поток 421 расширяют посредством клапана V3. Расширенный поток 422 вводят в теплообменник Е11 против течения относительно потока 418, затем удаляют 423 и наконец смешивают с потоком 37, который вводят в резервуар В1.Stream 421 is expanded through valve V3. Expanded stream 422 is introduced into heat exchanger E11 upstream of stream 418, then removed 423 and finally mixed with stream 37 which is introduced into tank B1.

Таким образом, способ согласно настоящему изобретению обеспечивает возможность получения сжиженного природного газа, обедненного азотом, в то же время экономя энергию, начиная с потока природного газа, содержащего намного большее количество азота, чем количество, допустимое в соответствии с техническими требованиями.Thus, the process of the present invention makes it possible to produce nitrogen-depleted liquefied natural gas while saving energy by starting with a natural gas stream containing much more nitrogen than the amount allowed by the specification.

В дополнение, способ согласно настоящему изобретению обеспечивает возможность получения топливного газа, в котором содержание азота соответствует техническим требованиям для различных единиц оборудования и для чистого азота. Термин «чистый азот» относится к азоту, содержащему от 50 молярных ppm до 1 мол.% метана в соответствии с действующим законодательством.In addition, the method according to the present invention makes it possible to obtain a fuel gas in which the nitrogen content meets the specifications for various pieces of equipment and for pure nitrogen. The term "pure nitrogen" refers to nitrogen containing from 50 molar ppm to 1 mole % methane in accordance with current legislation.

Для дальнейшей иллюстрации реализации способа, как схематически представлено на фигуре и как описано выше, данные для реализации указанного способа согласно настоящему изобретению проиллюстрированы посредством следующего примера с числовыми значениями.To further illustrate the implementation of the method as schematically represented in the figure and as described above, data for implementing said method according to the present invention is illustrated by means of the following numerical example.

Эти данные собраны в представленной ниже таблице.This data is collected in the table below.

Природный газ поступает по линии 01 при давлении 60 бар и при температуре 15°С. Состав этого газа в мольных долях является следующим:Natural gas enters through line 01 at a pressure of 60 bar and at a temperature of 15°C. The composition of this gas in mole fractions is as follows:

метан: 90% methane: 90%

этан: 2,5% ethane: 2.5%

метан: 90%пропан: 1% methane: 90% propane: 1%

изобутан: 0,3% isobutane: 0.3%

н-бутан: 0,2% n-butane: 0.2%

азот: 6%. nitrogen: 6%.

Охлаждающая смесь контура (PR) предварительного охлаждения состоит на 50% из этана и на 50% из пропана, расходы скорректированы согласно необходимости.The pre-cooling circuit (PR) refrigerant mixture is 50% ethane and 50% propane, rates adjusted as needed.

Поток 22, отправленный в сеть газопровода, предназначен для питания турбин. Содержание азота в газе в сети должно соответствовать работе газовых турбин. Поток 22 в вышеприведенном примере с числовыми значениями содержит 44 мол. % азота. Способ согласно настоящему изобретению имеет преимущество, заключающееся в обеспечении большей гибкости в отношении выбора расхода потока 22, чтобы получить требуемое содержание азота в сети за счет смешивания с подаваемым газом или другими источниками газов, предназначенными для сети.Stream 22, sent to the gas pipeline network, is intended to power the turbines. The content of nitrogen in the gas in the network must correspond to the operation of gas turbines. Thread 22 in the above example with numerical values contains 44 mol. % nitrogen. The method according to the present invention has the advantage of providing greater flexibility in choosing the flow rate 22 to obtain the desired nitrogen content in the network by mixing with feed gas or other gas sources intended for the network.

Claims

1. A method for liquefying a natural gas feed stream (1), comprising the following steps:

step a): cooling the gas feed stream (1) to obtain a liquefied natural gas stream (10) at a temperature T1 and a pressure P1b;

step b): introducing the stream obtained in step a) into a denitrogenization column (C1) at a pressure P2 and at a temperature T2 that is lower than T1, to obtain a denitrogenated liquefied natural gas stream (31) in the bottom of said column and a nitrogen-enriched steam stream (100) in the upper part of said column;

step c): at least partial condensation of at least a portion (38) of the nitrogen-enriched steam stream (100) obtained in step b) in a heat exchanger (E5) to obtain a two-phase stream (39);

step d): introducing the two-phase stream (39) obtained in step c) into the phase separation vessel (B2) to obtain at least two phases, comprising a liquid stream (40) and a nitrogen-enriched gas stream (21);

step e): introducing at least a part of the gas stream (21) obtained in step d) into the distillation column (C2) at pressure P2, obtaining at the top a stream (411) enriched with nitrogen containing less than 1 mol.% methane, and at the bottom of the column a liquid stream (421) containing less than 10 mol.% nitrogen;

wherein at least a portion (34) of the liquid stream (31) obtained in step b) is used in step c) to cool said at least a portion (38) of the nitrogen-enriched vapor stream (100) obtained in step b) in said heat exchanger (E5);

characterized in that it includes the following steps:

step f): a portion of the liquid stream obtained in step b) which is not used in step c) is cooled by indirect heat exchange with the second gaseous fraction obtained in step g) to obtain a cooled liquid fraction and a second heated gaseous fraction;

step g): the cooled liquid fraction obtained in step f) is expanded and then introduced into the second phase separation vessel (B1) to obtain liquefied natural gas and a second gaseous fraction;

step h): at least a portion of the second heated gaseous fraction obtained in step g) is compressed to a pressure P1;

step i): at least a portion of the liquid stream obtained in step e) is cooled by indirect heat exchange;

step j): the stream obtained in step i) is mixed with the expanded mixture obtained in step g) before being introduced into said second phase separation vessel (B1).

2. The method according to the previous paragraph, characterized in that during step a) said natural gas feed stream and the second refrigeration mixture are cooled by indirect heat exchange with at least one first refrigeration mixture to obtain a cooled natural gas and a second cooled refrigeration mixture, and then the cooled natural gas is condensed and cooled by indirect heat exchange with at least a second cooled refrigeration mixture to produce liquefied natural gas.

3. Process according to the previous claim, characterized in that the nitrogen-enriched stream (411) obtained in step e) contains less than 100 molar ppm of methane and the liquid stream (421) obtained in step e) contains less than 4 mole % nitrogen.

4. Process according to the preceding claim, characterized in that before step b), the stream obtained in step a) is cooled in the reevaporator of said denitrification column to a temperature T2.

5. Process according to the preceding claim, characterized in that the stream, cooled to a temperature T2, is expanded in an expander before being introduced into the denitrification column.

6. The method according to one of paragraphs. 3-5, characterized in that at least a portion of the liquid stream (40) obtained in step d) is used as a return stream at the top of the denitrification column.

7. The method according to one of paragraphs. 3-6, characterized in that the nitrogen content in the gas stream enriched with nitrogen obtained in step e) is more than 50 mol.%.

8. The method according to one of paragraphs. 3-7, characterized in that T1 is from -140 to -120°C.

9. The method according to one of paragraphs. 3-8, characterized in that P2 is from 3 to 10 bar absolute pressure.

10. The method according to one of paragraphs. 3-9, characterized in that in step a) the natural gas mixture and the second cooling mixture are cooled to a temperature of -70 to -35°C by heat exchange with the first cooling mixture.

11. The method according to the previous paragraph, characterized in that the first cooling mixture contains the following components as a mole fraction:

- ethane: from 30 to 70%;

- propane: from 30 to 70%;

butane: 0 to 20%.

12. The method according to any one of paragraphs. 10 and 11, characterized in that the second cooling mixture contains the following components as a mole fraction:

- nitrogen: from 0 to 20%;

- methane: from 30 to 70%;

- ethane: from 30 to 70%;

- propane: from 0 to 10%.