專利名稱：液化天然氣生產(chǎn)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用來處理天然氣以生產(chǎn)液化天然氣(LNG)的工藝和設(shè)備，該液化天然 氣具有高甲烷純度。具體地說，本發(fā)明良好地適于從在高壓氣體輸送管線中存在的天然 氣生產(chǎn)LNG。本申請人要求早先的美國臨時申請No. 61/086，702在美國專利法第35條第 119(e)款下的權(quán)益，該美國臨時申請在2008年8月6日提交。
背景技術(shù)：
天然氣典型地從鉆到地下儲氣層中的油氣井回收。它通常具有主要比例的甲烷， 即甲烷占氣體的至少50摩爾百分比。依據(jù)具體的地下儲層，天然氣也包含比較少量的重 烴，如乙烷、丙烷、丁烷、戊烷等，以及水、氫氣、氮氣、二氧化碳以及其它氣體。大多數(shù)天然氣按氣體形式而被處置。用來將天然氣從井口輸送到氣體處理廠并因 此輸送到天然氣消費者的最普通裝置是高壓氣體輸送管線。然而，在很多情況下，已經(jīng)發(fā) 現(xiàn)，或者為了輸送、或者為了使用，將天然氣加以液化是必要的和/或符合期望的。例如，在 邊遠地方，常常沒有管線基礎(chǔ)設(shè)施，該管線基礎(chǔ)設(shè)施允許天然氣到市場的方便輸送。在這樣 的情況下，LNG相對于在氣體狀態(tài)下的天然氣的低得多的比容通過允許使用貨船和運輸卡 車運送LNG，可大大地降低運輸成本。支持天然氣液化的另一種情形是其作為機動車燃料的使用。在大都市地區(qū)，有公 共汽車、出租車以及卡車車隊，如果有可得到的經(jīng)濟的LNG源，則這些車可由LNG供給動力。 這樣的以LNG為燃料的車輛，由于天然氣的清潔燃燒性質(zhì)，當與由汽油和柴油發(fā)動機(它們 燃燒較高分子量的烴)供給動力的類似車輛相比時，產(chǎn)生的空氣污染顯著地少。另外，如果 LNG具有高純度(即，具有95摩爾百分比或更高的甲烷純度)，則產(chǎn)生的二氧化碳(“溫室 氣體”)的量顯著地較少，這是由于，甲烷與全部其它烴燃料相比，其碳氫比值更低。本發(fā)明總體上與天然氣(如在高壓氣體輸送管線中存在的天然氣)的液化有關(guān)。 按照本發(fā)明待被處理的天然氣流的分析按近似摩爾百分比是，89. 4%的甲烷、5. 2%的乙烷 和其它C2成分、2. 的丙烷和其它C3成分、0.5%的異丁烷、0.7%的正丁烷、略大于0.6% 的戊烷以及0.6%的二氧化碳，其余部分由氮氣組成。含硫氣體有時也存在。有多種用來液化天然氣的已知方法。例如，為了多種這樣的工藝的調(diào)查，見Firm， Adrian J.、Grant L. Johnson 以及 Terry R. Tomlinson 的"LNG Technology for Offshore and Mid-Scale Plants (用于近海和中型工廠的 LNG 技術(shù))”，Proceedings of the Seventy-Ninth AnnualConvention of the Gas Processors Association, pp. 429—450, Atlanta, Georgia, 2000 年 3 月 13-15 日。美國專利 No. 5，363，655、No. 5，600，969、 No. 5，615，561、No. 6，526，777以及No. 6，889，523也描述了有關(guān)工藝。這些方法一般包括 其中將天然氣凈化(通過除去水和諸如二氧化碳和硫的化合物之類的麻煩化合物)、冷卻、 凝結(jié)以及膨脹的步驟。天然氣的冷卻和凝結(jié)可按多種不同方式完成?！半A式致冷”采用天 然氣與幾種致冷劑的熱交換，這幾種致冷劑，如丙烷、乙烷以及甲燒，具有順次漸低的沸點。 作為可選擇例，這種熱交換可使用單一致冷劑通過在幾種不同的壓力級下蒸發(fā)致冷劑而完成?！岸喑煞种吕洹辈捎锰烊粴馀c單一致冷流體的熱交換，該致冷流體包括幾種致冷成分，代 替多種單成分致冷劑。天然氣的膨脹可等焓地(例如，使用Joule-Thomson膨脹)和等熵 地(例如，使用做功膨脹渦輪機)完成。盡管這些方法的任一種可用來生產(chǎn)車輛等級的LNG，但與這些方法相關(guān)聯(lián)的資金 和操作成本一般使這樣的設(shè)施的建造是不經(jīng)濟的。例如，在液化之前從天然氣中除去水、二 氧化碳、硫的化合物、等等所需的凈化步驟，代表在這樣的設(shè)施中的顯著資金和操作成本， 如用于采用的致冷循環(huán)的驅(qū)動器那樣。這已經(jīng)導(dǎo)致本發(fā)明人調(diào)查由天然氣生產(chǎn)LNG的可行 性，該天然氣已經(jīng)凈化并且經(jīng)高壓氣體輸送管線輸送到用戶。這樣一種LNG生產(chǎn)方法將消 除對于單設(shè)的氣體凈化設(shè)施的需要。而且，這樣的高壓氣體輸送管線對于大都市地區(qū)常常 是有利的，在該大都市地區(qū)，需要車輛等級的LNG。

發(fā)明內(nèi)容
按照本發(fā)明，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，即使當天然氣包含顯著濃度的二氧化碳時，也可由天然氣 生產(chǎn)具有超過99%的甲烷純度的LNG。本發(fā)明盡管適用于較低壓力和較高溫度，但當在600 至1500psia[4，137至10，342kPa(a)]或更高的范圍中處理進料氣體時特別有利。


為了本發(fā)明的更好理解，參考如下例子和附圖。參考附圖圖1是按照本發(fā)明的LNG生產(chǎn)廠的流程圖；而圖2是流程圖，表明本發(fā)明應(yīng)用于LNG生產(chǎn)廠的一種可選擇方式。
具體實施例方式在以上附圖的如下解釋中，提供表格，這些表格概括對于代表性工藝條件計算的 流量。在這里出現(xiàn)的表格中，用于流量的值(按摩爾每小時)為了方便起見，已經(jīng)圓整到最 近的整數(shù)。在表格中表示的總流束流量包括全部非烴成分，并因此總體上大于對于烴成分 的流束流量的總合。所指示的溫度是圓整到最近度數(shù)的近似值。也應(yīng)該注意，為了比較在 附圖中描繪的工藝的目的所進行的工藝設(shè)計計算，基于沒有從周圍到工藝(或從工藝到周 圍)的熱量泄漏的假定。可買到隔熱材料的質(zhì)量使得這是非常合理的假定，并且是由本領(lǐng) 域的技術(shù)人員典型地進行的假定。為了方便，工藝參數(shù)既按傳統(tǒng)英制單位、也按公制單位(Si)報告。在表格給出的 摩爾流量可以或者按磅摩爾每小時或者按千克摩爾每小時來解釋。按馬力(HP)和/或千 英制熱量單位每小時(MBTU/Hr)報告的能量消耗與按磅摩爾每小時表示的摩爾流量相對 應(yīng)。按千瓦(kW)報告的能量消耗與按千克摩爾每小時表示的摩爾流量相對應(yīng)。按加侖每 天(加侖/D)和/或磅每小時(磅/小時)報告的LNG生產(chǎn)速率與按磅摩爾每小時表示的 摩爾流量相對應(yīng)。按立方米每小時(m3/H)和/或千克每小時(kg/H)報告的LNG生產(chǎn)速率 與按千克摩爾每小時表示的摩爾流量相對應(yīng)。圖1示出的是按照本發(fā)明的工藝的流程圖，該工藝適于生產(chǎn)LNG產(chǎn)品，該LNG產(chǎn)品 具有超過99%的甲烷純度。在圖1工藝的模擬中，從天然氣輸送管線取得的進口氣體在100° F[38°C ]和900pSia[6，205kPa(a)]下作為流束30進入工廠。流束30在熱交換器10中通過與 在-115° F[-82°C ]下的冷LNG閃蒸蒸汽(流束43c)、在-57° F[-49°C ]下的冷膨脹蒸 汽(流束35a)以及在-115° F[-82°C ]下的冷閃蒸蒸汽和液體(流束46)的熱交換而被 冷卻。在-52° F[-470C ]和897psia[6, 185kPa(a)]下的冷卻流束30a被劃分成兩部分 流束31和流束32。包含大約32%的進口氣體的流束32進入分離器11，在該處蒸汽(流束 33)與凝結(jié)液體(流束34)分離。來自分離器11的蒸汽流束33進入做功膨脹機器13，在該做功膨脹機器13 中，從高壓進料的這部分中抽取機械能。機器13將蒸汽基本上等熵地膨脹到稍高于 LNG凈化塔17的操作壓力，435pSia[2，999kPa(a)]，使膨脹流束33a做功膨脹冷卻到近 似-108° F[-78°C]的溫度。典型的可買到的膨脹器能夠在80-85%的量級上回收在理想 等熵膨脹中理論可得到的功?；厥盏墓Τ３Ｓ脕眚?qū)動離心壓縮機(如物體14)，該離心壓縮 機可用來壓縮氣體或蒸汽，像例如用來壓縮流束35b。經(jīng)膨脹和部分地凝結(jié)的流束33a被劃 分成兩部分，流束35和流束36。流束36-它包含來自膨脹機器13的大約35%的出流，在熱交換器18中通過與 在-153° F[-103°C ]下的冷LNG閃蒸蒸汽(流束43b)和在-153° F[_103°C ]下的冷閃 蒸蒸汽和液體(流束45)的熱交換而被進一步冷卻。在-140° F[-96°C ]下的經(jīng)進一步 冷卻的流束36a此后在塔中部進料點處供給到蒸餾塔17。包含來自膨脹機器13的剩余出 流的流束35的第二部分被引導(dǎo)到熱交換器15，在該處，隨著它將冷卻流束30a的剩余部分 (流束31)進一步冷卻，它被加熱到-57° F[-490C ]。在-82° F[-64°C ]下的經(jīng)進一步冷 卻的流束31a然后通過適當膨脹裝置(如膨脹閥16)而被閃脹到分餾塔17的操作壓力，隨 后在-126° F[-88°C ]下的膨脹流束31b在下部塔進料點處被引導(dǎo)到分餾塔17。蒸餾塔17用作LNG凈化塔。它是常規(guī)蒸餾塔，該蒸餾塔包含沿著豎向間隔開的多 個塔盤、一個或多個填料床、或塔盤和填料的某種組合。這個塔回收在其進料流束(流束 36a和31b)中存在的比甲烷重的烴的幾乎全部，作為其底部產(chǎn)物(流束38)，從而在其塔頂 流出物(流束37)中的唯一顯著雜質(zhì)是在進料流束中包含的氮氣。同樣重要地，這個塔也 在其底部產(chǎn)物中捕獲進給到塔的二氧化碳的幾乎全部，從而二氧化碳不進入LNG冷卻段的 下游，在該LNG冷卻段處，極低溫度會引起固體二氧化碳的形成，而產(chǎn)生操作問題。用于LNG 凈化塔17的下部段的汽提用蒸汽由流束31b的蒸汽部分提供，該蒸汽部分從沿塔流下的液 體中汽提甲烷中的一些。用于蒸餾塔17的回流由在熱交換器18中通過與如上所述的流束43b和流束 45的熱交換而冷卻和凝結(jié)頂部蒸汽(在-143° F[-97°C ]下的流束37)而產(chǎn)生?，F(xiàn)在 在-148° F[-100°C ]下的凝結(jié)流束37a，被分成兩部分。一部分(流束40)成為到LNG冷 卻段的進料。另一部分(流束39)進入回流泵19。在泵送之后，在-148° F[-100°C]下的 流束39a在頂部進料點處供給到LNG凈化塔17，以便為塔提供回流液體。這種回流液體精 餾沿塔上升的蒸汽，從而頂部蒸汽(流束37)和到LNG冷卻段的隨后的進料流束40包含最 小量的二氧化碳和比甲烷重的烴。用于LNG冷卻段的進料流束(凝結(jié)液體流束40)在-148 ° F[-100°C ]下進 入熱交換器51，并且通過與在-169° F[-112°C]下的冷LNG閃蒸蒸汽(流束43a)和 在-164° F[-109°C]下的冷閃蒸蒸汽(流束41)的熱交換而被低溫冷卻。來自熱交換器51的在-150° F[-101°C]下的低溫冷卻流束40a通過適當?shù)呐蛎浹b置，如膨脹閥52，而被 閃脹到近似304pSia[2，096kPa(a)]的壓力。在膨脹期間，流束的一部分被汽化，導(dǎo)致總流 束冷卻到-164° F[-109°C ]下(流束40b)。閃脹流束40b進入分離器53，在該處，閃蒸蒸 汽(流束41)與液體(流束42)分離。閃蒸蒸汽(第一閃蒸蒸汽流束41)在如上所述的熱 交換器51中被加熱到-153° F[-103°C ](流束41a)。來自分離器53的液體流束42在熱交換器54中被低溫冷卻 到-168° F[-111°C]。低溫冷卻流束42a通過適當膨脹裝置，如膨脹閥55，被閃脹到 LNG存儲壓力(90pSia[621kPa(a)]。在膨脹期間，流束的一部分被汽化，導(dǎo)致總流束冷卻 到-211° F[-135°C ](流束42b)，它然后被引導(dǎo)到LNG存儲罐56，在該處，由膨脹生成的 LNG閃蒸蒸汽(流束43)與LNG產(chǎn)品(流束44)分離。LNG閃蒸蒸汽(第二閃蒸蒸汽流 束43)隨著它在熱交換器54中將流束42低溫冷卻，而被加熱到-169° F[_112°C ](流束 43a)。冷LNG閃蒸蒸汽流束43a此后在如上所述的熱交換器51、18及10中被加熱，隨后在 95° F[35°C ]下的流束43d然后可用作用于工廠的燃料氣體的一部分。來自LNG凈化塔17的塔底部流束38由膨脹閥20閃脹到冷閃蒸蒸汽流束 41a的壓力。在膨脹期間，流束的一部分被汽化，導(dǎo)致總流束從-133° F[-92°C]冷卻 到-152° F[-102°C](流束38a)。閃脹流束38a然后與離開熱交換器51的冷閃蒸蒸汽流 束41a相結(jié)合，以形成在-153° F[-103°C]下的閃蒸蒸汽和液體的結(jié)合流束(流束45)，該 流束供給到熱交換器18。它隨著對于如上所述的膨脹流束36和頂部蒸汽流束37的冷卻而 被加熱到-119° F [-840C ](流束 45a)。來自分離器11的液體(流束34)由膨脹閥12閃脹到流束45a的壓力，將流束 34a冷卻到-102° F[-74°C]。膨脹流束34a與經(jīng)加熱的閃蒸蒸汽和液體流束45a相結(jié) 合，以形成冷閃蒸蒸汽和液體流束46，該流束46在如上文所述的熱交換器10中被加熱到 94° F[35°C]。經(jīng)加熱的流束46a然后分兩級被重新壓縮-這兩級是由輔助動力源驅(qū)動的 壓縮機23和壓縮機25，在兩級之間由冷卻器24冷卻到120° F[49°C ]，以形成經(jīng)壓縮的第 一殘余氣體(流束46d)。來自熱交換器10的在95° F[35°C ]下的經(jīng)膨脹并加熱的蒸汽(流束35b)是第 二殘余氣體。它分兩級被重新壓縮_這兩級是由膨脹機器13驅(qū)動的壓縮機14和由輔助 動力源驅(qū)動的壓縮機22，在兩級之間由冷卻器21冷卻到120° F[49°C]。經(jīng)壓縮的第二 殘余氣體(流束35e)與經(jīng)壓縮的第一殘余氣體(流束46d)相結(jié)合，以形成殘余氣體流束 47。在排出冷卻器26中冷卻到120° F[490C ]之后，殘余氣體產(chǎn)物(流束47a)返回到在 900psia[6, 205kPa(a)]下的天然氣輸送管線。對于在圖1中所示的工藝的流束流量和能量消耗的概括在如下表格中給出表 I
權(quán)利要求
1.一種用來液化包含甲烷和較重烴成分的天然氣流束的一部分以生產(chǎn)液化天然氣流 束的工藝，其中(a)將所述天然氣流束充分地冷卻以使它部分地凝結(jié)，并且此后至少分成第一氣體流 束和第二氣體流束；(b)將所述第一氣體流束進一步冷卻，并且此后膨脹到中間壓力，隨后將經(jīng)冷卻和膨脹 的所述第一氣體流束在下部進料位置處供給到蒸餾塔，該蒸餾塔產(chǎn)生頂部蒸汽流束和底部 液體流束；(c)將所述第二氣體流束分離成蒸汽流束和液體流束；(d)將所述蒸汽流束膨脹到所述中間壓力，并且此后至少分成第一部分和第二部分；(e)將所述第一部分冷卻，并且此后在塔中部進料位置處供給到所述蒸餾塔；(f)將所述第二部分加熱，所述加熱供給所述天然氣流束和所述第一氣體流束中的一 個或更多個的所述冷卻的至少一部分；(g)將所述頂部蒸汽流束充分地冷卻，以使它至少部分地凝結(jié)并由此形成凝結(jié)流束；(h)將所述凝結(jié)流束至少分成進料流束和回流流束，隨后將所述回流流束在塔頂部進 料位置處供給到所述蒸餾塔；(i)將所述進料流束進一步冷卻，并且此后膨脹到較低壓力；(j)將經(jīng)進一步冷卻和膨脹的所述進料流束分離成第一閃蒸蒸汽流束和閃蒸液體流束；(k)將所述閃蒸液體流束膨脹到更低壓力；(1)將經(jīng)膨脹的所述閃蒸液體流束分離成第二閃蒸蒸汽流束和所述液化天然氣流束； (m)將所述第二閃蒸蒸汽流束加熱，所述加熱供給所述天然氣流束、所述第一部分、所 述頂部蒸汽流束以及所述進料流束中的一個或更多個的所述冷卻的至少一部分；(η)將所述第一閃蒸蒸汽流束加熱，所述加熱供給所述進料流束的所述冷卻的至少一 部分；(ο)將所述底部液體流束膨脹到所述較低壓力，隨后將經(jīng)膨脹的所述底部液體流束與 經(jīng)加熱的所述第一閃蒸蒸汽流束相結(jié)合，以形成第一組合流束；(P)將所述第一組合流束加熱，所述加熱供給所述第一部分和所述頂部蒸汽流束中的 一個或更多個的所述冷卻的至少一部分；(q)將所述液體流束膨脹到所述較低壓力，隨后將經(jīng)膨脹的所述液體流束與經(jīng)加熱的 所述第一組合流束相結(jié)合，以形成第二組合流束；以及(r)將所述第二組合流束加熱，所述加熱供給所述天然氣流束的所述冷卻的至少一部分。
2.一種用來液化包含甲烷和較重烴成分的天然氣流束的一部分以生產(chǎn)液化天然氣流 束的工藝，其中(a)將所述天然氣流束至少分成第一氣體流束和第二氣體流束；(b)將所述第一氣體流束冷卻，并且此后膨脹到中間壓力，隨后將經(jīng)冷卻和膨脹的所述 第一氣體流束在下部進料位置處供給到蒸餾塔，該蒸餾塔產(chǎn)生頂部蒸汽流束和底部液體流 束；(c)將所述第二氣體流束充分地冷卻以使它部分地凝結(jié)，并且此后分離成蒸汽流束和液體流束；(d)將所述蒸汽流束膨脹到所述中間壓力，并且此后至少分成第一部分和第二部分；(e)將所述第一部分冷卻，并且此后在塔中部進料位置處供給到所述蒸餾塔；(f)將所述第二部分加熱，所述加熱供給所述第一氣體流束和所述第二氣體流束中的 一個或更多個的所述冷卻的至少一部分；(g)將所述頂部蒸汽流束充分地冷卻，以使它至少部分地凝結(jié)并由此形成凝結(jié)流束；(h)將所述凝結(jié)流束至少分成進料流束和回流流束，隨后將所述回流流束在塔頂部進 料位置處供給到所述蒸餾塔；(i)將所述進料流束進一步冷卻，并且此后膨脹到較低壓力；(j)將經(jīng)進一步冷卻和膨脹的所述進料流束分離成第一閃蒸蒸汽流束和閃蒸液體流束；(k)將所述閃蒸液體流束膨脹到更低壓力；(1)將經(jīng)膨脹的所述閃蒸液體流束分離成第二閃蒸蒸汽流束和所述液化天然氣流束； (m)將所述第二閃蒸蒸汽流束加熱，所述加熱供給所述第一氣體流束、所述第二氣體流 束、所述第一部分、所述頂部蒸汽流束以及所述進料流束中的一個或更多個的所述冷卻的 至少一部分；(η)將所述第一閃蒸蒸汽流束加熱，所述加熱供給所述進料流束的所述冷卻的至少一 部分；(ο)將所述底部液體流束膨脹到所述較低壓力，隨后將經(jīng)膨脹的所述底部液體流束與 經(jīng)加熱的所述第一閃蒸蒸汽流束相結(jié)合，以形成第一組合流束；(P)將所述第一組合流束加熱，所述加熱供給所述第一部分和所述頂部蒸汽流束中的 一個或更多個的所述冷卻的至少一部分；(q)將所述液體流束膨脹到所述較低壓力，隨后將經(jīng)膨脹的所述液體流束與經(jīng)加熱的 所述第一組合流束相結(jié)合，以形成第二組合流束；以及(r)將所述第二組合流束加熱，所述加熱供給所述第一氣體流束和所述第二氣體流束 中的一個或更多個的所述冷卻的至少一部分。
3. 一種用來液化包含甲烷和較重烴成分的天然氣流束的一部分以生產(chǎn)液化天然氣流 束的工藝，其中(a)將所述天然氣流束充分地冷卻以使它部分地凝結(jié)，并且此后至少分成第一氣體流 束和第二氣體流束；(b)將所述第一氣體流束進一步冷卻，并且此后膨脹到中間壓力，隨后將經(jīng)冷卻和膨脹 的所述第一氣體流束在下部進料位置處供給到蒸餾塔，該蒸餾塔產(chǎn)生頂部蒸汽流束和底部 液體流束；(c)將所述第二氣體流束分離成蒸汽流束和液體流束；(d)將所述蒸汽流束膨脹到所述中間壓力，并且此后至少分成第一部分和第二部分；(e)將所述第一部分冷卻，并且此后在塔中部進料位置處供給到所述蒸餾塔；(f)將所述第二部分加熱，所述加熱供給所述天然氣流束和所述第一氣體流束中的一 個或更多個的所述冷卻的至少一部分；(g)將所述頂部蒸汽流束充分地冷卻，以使它至少部分地凝結(jié)并由此形成凝結(jié)流束；(h)將所述凝結(jié)流束至少分成進料流束和回流流束，隨后將所述回流流束在塔頂部進 料位置處供給到所述蒸餾塔；(i)將所述底部液體流束膨脹到較低壓力，隨后將經(jīng)膨脹的所述底部液體流束加熱，所 述加熱供給所述第一部分和所述頂部蒸汽流束中的一個或更多個的所述冷卻的至少一部 分；(j)將所述進料流束膨脹到更低壓力；(k)將經(jīng)膨脹的所述進料流束分離成閃蒸蒸汽流束和所述液化天然氣流束； (1)將所述閃蒸蒸汽流束加熱，所述加熱供給所述天然氣流束、所述第一部分以及所述 頂部蒸汽流束中的一個或更多個的所述冷卻的至少一部分；(m)將所述液體流束膨脹到所述較低壓力，隨后將經(jīng)膨脹的所述液體流束與經(jīng)膨脹并 加熱的所述底部液體流束相結(jié)合，以形成組合流束；以及(η)將所述組合流束加熱，所述加熱供給所述天然氣流束的所述冷卻的至少一部分。
4.一種用來液化包含甲烷和較重烴成分的天然氣流束的一部分以生產(chǎn)液化天然氣流 束的工藝，其中(a)將所述天然氣流束至少分成第一氣體流束和第二氣體流束；(b)將所述第一氣體流束冷卻，并且此后膨脹到中間壓力，隨后將經(jīng)冷卻和膨脹的所述 第一氣體流束在下部進料位置處供給到蒸餾塔，該蒸餾塔產(chǎn)生頂部蒸汽流束和底部液體流 束；(c)將所述第二氣體流束充分地冷卻以使它部分地凝結(jié)，并且此后分離成蒸汽流束和 液體流束；(d)將所述蒸汽流束膨脹到所述中間壓力，并且此后至少分成第一部分和第二部分；(e)將所述第一部分冷卻，并且此后在塔中部進料位置處供給到所述蒸餾塔；(f)將所述第二部分加熱，所述加熱供給所述第一氣體流束和所述第二氣體流束中的 一個或更多個的所述冷卻的至少一部分；(g)將所述頂部蒸汽流束充分地冷卻，以使它至少部分地凝結(jié)并由此形成凝結(jié)流束；(h)將所述凝結(jié)流束至少分成進料流束和回流流束，隨后將所述回流流束在塔頂部進 料位置處供給到所述蒸餾塔；(i)將所述底部液體流束膨脹到較低壓力，隨后將經(jīng)膨脹的所述底部液體流束加熱，所 述加熱供給所述第一部分和所述頂部蒸汽流束中的一個或更多個的所述冷卻的至少一部 分；(j)將所述進料流束膨脹到更低壓力；(k)將經(jīng)膨脹的所述進料流束分離成閃蒸蒸汽流束和所述液化天然氣流束； (1)將所述閃蒸蒸汽流束加熱，所述加熱供給所述第一氣體流束、所述第二氣體流束、 所述第一部分以及所述頂部蒸汽流束中的一個或更多個的所述冷卻的至少一部分；(m)將所述液體流束膨脹到所述較低壓力，隨后將經(jīng)膨脹的所述液體流束與經(jīng)膨脹并 加熱的所述底部液體流束相結(jié)合，以形成組合流束；以及(η)將所述組合流束加熱，所述加熱供給所述第一氣體流束和所述第二氣體流束中的 一個或更多個的所述冷卻的至少一部分。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的工藝，其中(a)在將所述閃蒸液體膨脹到所述更低壓力之前，將它冷卻；并且(b)所述第二閃蒸蒸汽流束的所述加熱也供給所述閃蒸液體流束的所述冷卻的至少一 部分。
6.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的工藝，其中(a)在將所述進料膨脹到所述更低壓力之前，將它冷卻；并且(b)所述閃蒸蒸汽流束的所述加熱也供給所述進料流束的所述冷卻的至少一部分。
7.一種用來液化包含甲烷和較重烴成分的天然氣流束的一部分以生產(chǎn)液化天然氣流 束的設(shè)備，包括(a)第一熱交換裝置，被連接以接收所述天然氣流束并且將它充分地冷卻以使它部分 地凝結(jié)；(b)第一劃分裝置，被連接以接收部分地凝結(jié)的所述天然氣流束并且將它至少分成第 一氣體流束和第二氣體流束；(c)第二熱交換裝置，連接到所述第一劃分裝置上，以接收所述第一氣體流束并且將它 進一步冷卻；(d)第一膨脹裝置，連接到所述第二熱交換裝置上，以接收經(jīng)進一步冷卻的所述第一氣 體流束，并且將它膨脹到中間壓力，所述第一膨脹裝置還連接到蒸餾塔上，以在下部進料位 置處供給經(jīng)進一步冷卻和膨脹的所述第一氣體流束；(e)第一分離裝置，連接到所述第一劃分裝置上，以接收所述第二氣體流束，并且將它 分離成蒸汽流束和液體流束；(f)第二膨脹裝置，連接到所述第一分離裝置上，以接收所述蒸汽流束，并且將它膨脹 到所述中間壓力；(g)第二劃分裝置，連接到所述第二膨脹裝置上，以接收經(jīng)膨脹的所述蒸汽流束，并且 將它至少分成第一部分和第二部分；(h)第三熱交換裝置，連接到所述第二劃分裝置上，以接收所述第一部分并且將它冷 卻，所述熱交換裝置還連接到所述蒸餾塔上，以在塔中部進料位置處供給經(jīng)冷卻的所述第 一部分；(i)所述第二熱交換裝置還連接到所述第二劃分裝置上，以接收所述第二部分并且將 它加熱，所述加熱供給所述第一氣體流束的所述進一步冷卻的至少一部分；(j)第一抽取裝置，連接到所述蒸餾塔的上部區(qū)域上，以抽取頂部蒸汽流束； (k)所述第三熱交換裝置還連接到所述第一抽取裝置上，以接收所述頂部蒸汽流束并 且將它充分地冷卻，以使它至少部分地凝結(jié)并由此形成凝結(jié)流束；(1)第三劃分裝置，連接到所述第三熱交換裝置上，以接收所述凝結(jié)流束并且將它至少 分成進料流束和回流流束，所述第三劃分裝置還連接到所述蒸餾塔上，以將所述回流流束 在塔頂部進料位置處供給到所述蒸餾塔；(m)第四熱交換裝置，連接到所述第三劃分裝置上，以接收所述進料流束并且將它進一 步冷卻；(η)第三膨脹裝置，連接到所述第四熱交換裝置上，以接收經(jīng)進一步冷卻的所述進料流 束，并且將它膨脹到較低壓力；(ο)第二分離裝置，連接到所述第三膨脹裝置上，以接收經(jīng)進一步冷卻和膨脹的所述進料流束，并且將它分離成第一閃蒸蒸汽流束和閃蒸液體流束；(P)第四膨脹裝置，連接到所述第二分離裝置上，以接收所述閃蒸液體流束，并且將它 膨脹到更低壓力；(q)第三分離裝置，連接到所述第四膨脹裝置上，以接收經(jīng)膨脹的所述閃蒸液體流束， 并且將它分離成第二閃蒸蒸汽流束和所述液化天然氣流束；(r)所述第四熱交換裝置還連接到所述第三分離裝置上，以接收所述第二閃蒸蒸汽流 束并且將它加熱，所述加熱供給所述進料流束的所述進一步冷卻的至少一部分；(S)所述第四熱交換裝置還連接到所述第二分離裝置上，以接收所述第一閃蒸蒸汽流 束并且將它加熱，所述加熱供給所述進料流束的所述進一步冷卻的至少一部分； (t)第二抽取裝置，連接到所述蒸餾塔的下部區(qū)域上，以抽取底部液體流束； (u)第五膨脹裝置，連接到所述第二抽取裝置上，以接收所述底部液體流束，并且將它 膨脹到所述較低壓力；(ν)第一組合裝置，連接到所述第五膨脹裝置上并且連接到所述第四熱交換裝置上，以 分別接收經(jīng)膨脹的所述底部液體流束和經(jīng)加熱的所述第一閃蒸蒸汽流束，并且由此形成第 一組合流束；(w)所述第三熱交換裝置還連接到所述第一組合裝置上，以接收所述第一組合流束并 且將它加熱，所述加熱供給所述第一部分和所述頂部蒸汽流束中的一個或更多個的所述冷 卻的至少一部分；(x)第六膨脹裝置，連接到所述第一分離裝置上，以接收所述液體流束，并且將它膨脹 到所述較低壓力；(y)第二組合裝置，連接到所述第六膨脹裝置上并且連接到所述第三熱交換裝置上， 以分別接收經(jīng)膨脹的所述液體流束和經(jīng)加熱的所述第一組合流束，并由此形成第二組合流 束；并且(ζ)所述第一熱交換裝置還連接到所述第二組合裝置上，以接收所述第二組合流束并 且將它加熱，所述加熱供給所述天然氣流束的所述冷卻的至少一部分。
8. 一種用來液化包含甲烷和較重烴成分的天然氣流束的一部分以生產(chǎn)液化天然氣流 束的設(shè)備，包括(a)第一劃分裝置，被連接以接收所述天然氣流束并且將它至少分成第一氣體流束和 第二氣體流束；(b)第一熱交換裝置，被連接以接收所述第一氣體流束并且將它冷卻；(c)第二熱交換裝置，連接到所述第一熱交換裝置上，以接收經(jīng)冷卻的所述第一氣體流 束并且將它進一步冷卻；(d)第一膨脹裝置，連接到所述第二熱交換裝置上，以接收經(jīng)進一步冷卻的所述第一氣 體流束，并且將它膨脹到中間壓力，所述第一膨脹裝置還連接到蒸餾塔上，以在下部進料位 置處供給經(jīng)進一步冷卻和膨脹的所述第一氣體流束；(e)所述第一熱交換裝置還連接成接收所述第二氣體流束，并且將它充分地冷卻以使 它部分地凝結(jié)；(f)第一分離裝置，連接到所述第一熱交換裝置上，以接收部分地凝結(jié)的所述第二氣體 流束，并且將它分離成蒸汽流束和液體流束；(g)第二膨脹裝置，連接到所述第一分離裝置上，以接收所述蒸汽流束，并且將它膨脹 到所述中間壓力；(h)第二劃分裝置，連接到所述第二膨脹裝置上，以接收經(jīng)膨脹的所述蒸汽流束，并且 將它至少分成第一部分和第二部分；(i)第三熱交換裝置，連接到所述第二劃分裝置上，以接收所述第一部分并且將它冷 卻，所述熱交換裝置還連接到所述蒸餾塔上，以在塔中部進料位置處供給經(jīng)冷卻的所述第 一部分；(j)所述第二熱交換裝置還連接到所述第二劃分裝置上，以接收所述第二部分并且將 它加熱，所述加熱供給經(jīng)冷卻的所述第一氣體流束的所述進一步冷卻的至少一部分； (k)第一抽取裝置，連接到所述蒸餾塔的上部區(qū)域上，以抽取頂部蒸汽流束； (1)所述第三熱交換裝置還連接到所述第一抽取裝置上，以接收所述頂部蒸汽流束并 且將它充分地冷卻，以使它至少部分地凝結(jié)并由此形成凝結(jié)流束；(m)第三劃分裝置，連接到所述第三熱交換裝置上，以接收所述凝結(jié)流束并且將它至少 分成進料流束和回流流束，所述第三劃分裝置還連接到所述蒸餾塔上，以將所述回流流束 在塔頂部進料位置處供給到所述蒸餾塔；(η)第四熱交換裝置，連接到所述第三劃分裝置上，以接收所述進料流束并且將它進一 步冷卻；(ο)第三膨脹裝置，連接到所述第四熱交換裝置上，以接收經(jīng)進一步冷卻的所述進料流 束，并且將它膨脹到較低壓力；(P)第二分離裝置，連接到所述第三膨脹裝置上，以接收經(jīng)進一步冷卻和膨脹的所述進 料流束，并且將它分離成第一閃蒸蒸汽流束和閃蒸液體流束；(q)第四膨脹裝置，連接到所述第二分離裝置上，以接收所述閃蒸液體流束，并且將它 膨脹到更低壓力；(r)第三分離裝置，連接到所述第四膨脹裝置上，以接收經(jīng)膨脹的所述閃蒸液體流束， 并且將它分離成第二閃蒸蒸汽流束和所述液化天然氣流束；(S)所述第四熱交換裝置還連接到所述第三分離裝置上，以接收所述第二閃蒸蒸汽流 束并且將它加熱，所述加熱供給所述進料流束的所述進一步冷卻的至少一部分；(t)所述第四熱交換裝置還連接到所述第二分離裝置上，以接收所述第一閃蒸蒸汽流 束并且將它加熱，所述加熱供給所述進料流束的所述進一步冷卻的至少一部分； (u)第二抽取裝置，連接到所述蒸餾塔的下部區(qū)域上，以抽取底部液體流束； (ν)第五膨脹裝置，連接到所述第二抽取裝置上，以接收所述底部液體流束，并且將它 膨脹到所述較低壓力；(w)第一組合裝置，連接到所述第五膨脹裝置上并且連接到所述第四熱交換裝置上，以 分別接收經(jīng)膨脹的所述底部液體流束和經(jīng)加熱的所述第一閃蒸蒸汽流束，并且由此形成第 一組合流束；(x)所述第三熱交換裝置還連接到所述第一組合裝置上，以接收所述第一組合流束并 且將它加熱，所述加熱供給所述第一部分和所述頂部蒸汽流束中的一個或更多個的所述冷 卻的至少一部分；(y)第六膨脹裝置，連接到所述第一分離裝置上，以接收所述液體流束，并且將它膨脹到所述較低壓力；(ζ)第二組合裝置，連接到所述第六膨脹裝置上并且連接到所述第三熱交換裝置上， 以分別接收經(jīng)膨脹的所述液體流束和經(jīng)加熱的所述第一組合流束，并由此形成第二組合流 束；并且(aa)所述第一熱交換裝置還連接到所述第二組合裝置上，以接收所述第二組合流束并 且將它加熱，所述加熱供給所述第一氣體流束和所述第二氣體流束中的一個或更多個的所 述冷卻的至少一部分。
9. 一種用來液化包含甲烷和較重烴成分的天然氣流束的一部分以生產(chǎn)液化天然氣流 束的設(shè)備，包括(a)第一熱交換裝置，被連接以接收所述天然氣流束并且將它充分地冷卻以使它部分 地凝結(jié)；(b)第一劃分裝置，被連接以接收部分地凝結(jié)的所述天然氣流束并且將它至少分成第 一氣體流束和第二氣體流束；(c)第二熱交換裝置，連接到所述第一劃分裝置上，以接收所述第一氣體流束并且將它 進一步冷卻；(d)第一膨脹裝置，連接到所述第二熱交換裝置上，以接收經(jīng)進一步冷卻的所述第一氣 體流束，并且將它膨脹到中間壓力，所述第一膨脹裝置還連接到蒸餾塔上，以在下部進料位 置處供給經(jīng)進一步冷卻和膨脹的所述第一氣體流束；(e)第一分離裝置，連接到所述第一劃分裝置上，以接收所述第二氣體流束，并且將它 分離成蒸汽流束和液體流束；(f)第二膨脹裝置，連接到所述第一分離裝置上，以接收所述蒸汽流束，并且將它膨脹 到所述中間壓力；(g)第二劃分裝置，連接到所述第二膨脹裝置上，以接收經(jīng)膨脹的所述蒸汽流束，并且 將它至少分成第一部分和第二部分；(h)第三熱交換裝置，連接到所述第二劃分裝置上，以接收所述第一部分并且將它冷 卻，所述熱交換裝置還連接到所述蒸餾塔上，以在塔中部進料位置處供給經(jīng)冷卻的所述第 一部分；(i)所述第二熱交換裝置還連接到所述第二劃分裝置上，以接收所述第二部分并且將 它加熱，所述加熱供給所述第一氣體流束的所述進一步冷卻的至少一部分；(j)第一抽取裝置，連接到所述蒸餾塔的上部區(qū)域上，以抽取頂部蒸汽流束； (k)所述第三熱交換裝置還連接到所述第一抽取裝置上，以接收所述頂部蒸汽流束并 且將它充分地冷卻，以使它至少部分地凝結(jié)并由此形成凝結(jié)流束；(1)第三劃分裝置，連接到所述第三熱交換裝置上，以接收所述凝結(jié)流束并且將它至少 分成進料流束和回流流束，所述第三劃分裝置還連接到所述蒸餾塔上，以將所述回流流束 在塔頂部進料位置處供給到所述蒸餾塔；(m)第二抽取裝置，連接到所述蒸餾塔的下部區(qū)域上，以抽取底部液體流束； (η)第三膨脹裝置，連接到所述第二抽取裝置上，以接收所述底部液體流束，并且將它 膨脹到較低壓力；(ο)所述第三熱交換裝置還連接到所述第三膨脹裝置上，以接收經(jīng)膨脹的所述底部液體流束，并且將它加熱，所述加熱供給所述第一部分和所述頂部蒸汽流束中的一個或更多 個的所述冷卻的至少一部分；(P)第四膨脹裝置，連接到所述第三劃分裝置上，以接收所述進料流束并且將它膨脹到 更低壓力；(q)第二分離裝置，連接到所述第四膨脹裝置上，以接收經(jīng)膨脹的所述進料流束，并且 將它分離成閃蒸蒸汽流束和所述液化天然氣流束；(r)所述第三熱交換裝置還連接到所述第二分離裝置上，以接收所述閃蒸蒸汽流束并 且將它加熱，所述加熱供給所述第一部分和所述頂部蒸汽流束中的一個或更多個的所述冷 卻的至少一部分；(S)第五膨脹裝置，連接到所述第一分離裝置上，以接收所述液體流束，并且將它膨脹 到所述較低壓力；(t)組合裝置，連接到所述第五膨脹裝置上并且連接到所述第三熱交換裝置上，以分 別接收經(jīng)膨脹的所述液體流束和經(jīng)膨脹并加熱的所述底部液體流束，并且由此形成組合流 束；并且(u)所述第一熱交換裝置還連接到所述組合裝置上，以接收所述組合流束并且將它加 熱，所述加熱供給所述天然氣流束的所述冷卻的至少一部分。
10. 一種用來液化包含甲烷和較重烴成分的天然氣流束的一部分以生產(chǎn)液化天然氣流 束的設(shè)備，包括(a)第一劃分裝置，被連接以接收所述天然氣流束并且將它至少分成第一氣體流束和 第二氣體流束；(b)第一熱交換裝置，被連接以接收所述第一氣體流束并且將它冷卻；(c)第二熱交換裝置，連接到所述第一熱交換裝置上，以接收經(jīng)冷卻的所述第一氣體流 束并且將它進一步冷卻；(d)第一膨脹裝置，連接到所述第二熱交換裝置上，以接收經(jīng)進一步冷卻的所述第一氣 體流束，并且將它膨脹到中間壓力，所述第一膨脹裝置還連接到蒸餾塔上，以在下部進料位 置處供給經(jīng)進一步冷卻和膨脹的所述第一氣體流束；(e)所述第一熱交換裝置還連接成接收所述第二氣體流束，并且將它充分地冷卻以使 它部分地凝結(jié)；(f)第一分離裝置，連接到所述第一熱交換裝置上，以接收部分地凝結(jié)的所述第二氣體 流束，并且將它分離成蒸汽流束和液體流束；(g)第二膨脹裝置，連接到所述第一分離裝置上，以接收所述蒸汽流束，并且將它膨脹 到所述中間壓力；(h)第二劃分裝置，連接到所述第二膨脹裝置上，以接收經(jīng)膨脹的所述蒸汽流束，并且 將它至少分成第一部分和第二部分；(i)第三熱交換裝置，連接到所述第二劃分裝置上，以接收所述第一部分并且將它冷 卻，所述熱交換裝置還連接到所述蒸餾塔上，以在塔中部進料位置處供給經(jīng)冷卻的所述第 一部分；(j)所述第二熱交換裝置還連接到所述第二劃分裝置上，以接收所述第二部分并且將 它加熱，所述加熱供給經(jīng)冷卻的所述第一氣體流束的所述進一步冷卻的至少一部分；(k)第一抽取裝置，連接到所述蒸餾塔的上部區(qū)域上，以抽取頂部蒸汽流束； (1)所述第三熱交換裝置還連接到所述第一抽取裝置上，以接收所述頂部蒸汽流束并 且將它充分地冷卻，以使它至少部分地凝結(jié)并由此形成凝結(jié)流束；(m)第三劃分裝置，連接到所述第三熱交換裝置上，以接收所述凝結(jié)流束并且將它至少 分成進料流束和回流流束，所述第三劃分裝置還連接到所述蒸餾塔上，以將所述回流流束 在塔頂部進料位置處供給到所述蒸餾塔；(η)第二抽取裝置，連接到所述蒸餾塔的下部區(qū)域上，以抽取底部液體流束； (ο)第三膨脹裝置，連接到所述第二抽取裝置上，以接收所述底部液體流束，并且將它 膨脹到較低壓力；(P)所述第三熱交換裝置還連接到所述第三膨脹裝置上，以接收經(jīng)膨脹的所述底部液 體流束，并且將它加熱，所述加熱供給所述第一部分和所述頂部蒸汽流束中的一個或更多 個的所述冷卻的至少一部分；(q)第四膨脹裝置，連接到所述第三劃分裝置上，以接收所述進料流束并且將它膨脹到 更低壓力；(r)第二分離裝置，連接到所述第四膨脹裝置上，以接收經(jīng)膨脹的所述進料流束，并且 將它分離成閃蒸蒸汽流束和所述液化天然氣流束；(s)所述第三熱交換裝置還連接到所述第二分離裝置上，以接收所述閃蒸蒸汽流束并 且將它加熱，所述加熱供給所述第一部分和所述頂部蒸汽流束中的一個或更多個的所述冷 卻的至少一部分；(t)第五膨脹裝置，連接到所述第一分離裝置上，以接收所述液體流束，并且將它膨脹 到所述較低壓力；(u)組合裝置，連接到所述第五膨脹裝置上并且連接到所述第三熱交換裝置上，以分 別接收經(jīng)膨脹的所述液體流束和經(jīng)膨脹并加熱的所述底部液體流束，并且由此形成組合流 束；并且(ν)所述第一熱交換裝置還連接到所述組合裝置上，以接收所述組合流束并且將它加 熱，所述加熱供給所述第一氣體流束和所述第二氣體流束中的一個或更多個的所述冷卻的 至少一部分。
11.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的設(shè)備，其中(a)第五熱交換裝置連接到所述第二分離裝置上，以接收所述閃蒸液體流束并且將它 冷卻；(b)所述第四膨脹裝置適于連接到所述第五熱交換裝置上，以接收經(jīng)冷卻的所述閃蒸 液體流束并且將它膨脹到所述更低壓力；(c)所述第三分離裝置適于將經(jīng)冷卻并膨脹的所述閃蒸液體流束分離成所述第二閃蒸 蒸汽流束和所述液化天然氣流束；(d)所述第五熱交換裝置還連接到所述第三分離裝置上，以接收所述第二閃蒸蒸汽流 束并且將它加熱，所述加熱供給所述閃蒸液體流束的所述冷卻的至少一部分；并且(e)所述第四熱交換裝置適于連接到所述第五熱交換裝置上，以接收經(jīng)加熱的所述第 二閃蒸蒸汽流束并且將它進一步加熱，使所述進一步加熱供給所述進料流束的所述進一步 冷卻的至少一部分。
12.根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的設(shè)備，其中(a)第四熱交換裝置連接到所述第三劃分裝置上，以接收所述進料流束并且將它進一 步冷卻；(b)所述第四膨脹裝置適于連接到所述第四熱交換裝置上，以接收經(jīng)進一步冷卻的所 述進料流束并且將它膨脹到所述更低壓力；(c)所述第二分離裝置適于將經(jīng)進一步冷卻并膨脹的所述進料流束分離成所述閃蒸蒸 汽流束和所述液化天然氣流束；(d)所述第四熱交換裝置還連接到所述第二分離裝置上，以接收所述閃蒸蒸汽流束并 且將它加熱，所述加熱供給所述進料流束的所述進一步冷卻的至少一部分；并且(e)所述第三熱交換裝置適于連接到所述第四熱交換裝置上，以接收經(jīng)加熱的所述閃 蒸蒸汽流束并且將它進一步加熱，所述進一步加熱供給所述第一部分和所述頂部蒸汽流束 中的一個或更多個的所述冷卻的至少一部分。
全文摘要
本發(fā)明公開了用來液化天然氣流束的一部分的一種工藝和一種設(shè)備。天然氣流束在壓力下被冷卻，并且分成第一流束和第二流束。第一流束被冷卻，膨脹到中間壓力，及供給到在蒸餾塔上的下部進料點。第二流束膨脹到中間壓力，并且分成兩部分。一部分被冷卻，并且然后供給到在蒸餾塔上的塔中部進料點；其它部分用來冷卻第一流束。來自這個蒸餾塔的底部產(chǎn)物優(yōu)選地包含比甲烷重的任何烴的大部分-這些烴否則會降低液化天然氣的純度，從而來自蒸餾塔的頂部蒸汽基本上僅包含甲烷和較輕成分。
文檔編號F25J3/00GK102112829SQ200980130178
公開日2011年6月29日 申請日期2009年7月28日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月6日
發(fā)明者H·M·赫德森, J·D·威爾金森, K·T·奎拉爾 申請人:奧特洛夫工程有限公司