专利名称：液化天然气生产的制作方法
技术领域：
本发明涉及用来处理天然气以生产液化天然气(LNG)的工艺和设备，该液化天然 气具有高甲烷纯度。具体地说，本发明良好地适于从在高压气体输送管线中存在的天然 气生产LNG。本申请人要求早先的美国临时申请No. 61/086，702在美国专利法第35条第 119(e)款下的权益，该美国临时申请在2008年8月6日提交。
背景技术：
天然气典型地从钻到地下储气层中的油气井回收。它通常具有主要比例的甲烷， 即甲烷占气体的至少50摩尔百分比。依据具体的地下储层，天然气也包含比较少量的重 烃，如乙烷、丙烷、丁烷、戊烷等，以及水、氢气、氮气、二氧化碳以及其它气体。大多数天然气按气体形式而被处置。用来将天然气从井口输送到气体处理厂并因 此输送到天然气消费者的最普通装置是高压气体输送管线。然而，在很多情况下，已经发 现，或者为了输送、或者为了使用，将天然气加以液化是必要的和/或符合期望的。例如，在 边远地方，常常没有管线基础设施，该管线基础设施允许天然气到市场的方便输送。在这样 的情况下，LNG相对于在气体状态下的天然气的低得多的比容通过允许使用货船和运输卡 车运送LNG，可大大地降低运输成本。支持天然气液化的另一种情形是其作为机动车燃料的使用。在大都市地区，有公 共汽车、出租车以及卡车车队，如果有可得到的经济的LNG源，则这些车可由LNG供给动力。 这样的以LNG为燃料的车辆，由于天然气的清洁燃烧性质，当与由汽油和柴油发动机(它们 燃烧较高分子量的烃)供给动力的类似车辆相比时，产生的空气污染显著地少。另外，如果 LNG具有高纯度(即，具有95摩尔百分比或更高的甲烷纯度)，则产生的二氧化碳(“温室 气体”)的量显著地较少，这是由于，甲烷与全部其它烃燃料相比，其碳氢比值更低。本发明总体上与天然气(如在高压气体输送管线中存在的天然气)的液化有关。 按照本发明待被处理的天然气流的分析按近似摩尔百分比是，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%的异丁烷、0.7%的正丁烷、略大于0.6% 的戊烷以及0.6%的二氧化碳，其余部分由氮气组成。含硫气体有时也存在。有多种用来液化天然气的已知方法。例如，为了多种这样的工艺的调查，见Firm， Adrian J.、Grant L. Johnson 以及 Terry R. Tomlinson 的"LNG Technology for Offshore and Mid-Scale Plants (用于近海和中型工厂的 LNG 技术)”，Proceedings of the Seventy-Ninth AnnualConvention of the Gas Processors Association, pp. 429—450, Atlanta, Georgia, 2000 年 3 月 13-15 日。美国专利 No. 5，363，655、No. 5，600，969、 No. 5，615，561、No. 6，526，777以及No. 6，889，523也描述了有关工艺。这些方法一般包括 其中将天然气净化(通过除去水和诸如二氧化碳和硫的化合物之类的麻烦化合物)、冷却、 凝结以及膨胀的步骤。天然气的冷却和凝结可按多种不同方式完成。“阶式致冷”采用天 然气与几种致冷剂的热交换，这几种致冷剂，如丙烷、乙烷以及甲烧，具有顺次渐低的沸点。 作为可选择例，这种热交换可使用单一致冷剂通过在几种不同的压力级下蒸发致冷剂而完成。“多成分致冷”采用天然气与单一致冷流体的热交换，该致冷流体包括几种致冷成分，代 替多种单成分致冷剂。天然气的膨胀可等焓地(例如，使用Joule-Thomson膨胀)和等熵 地(例如，使用做功膨胀涡轮机)完成。尽管这些方法的任一种可用来生产车辆等级的LNG，但与这些方法相关联的资金 和操作成本一般使这样的设施的建造是不经济的。例如，在液化之前从天然气中除去水、二 氧化碳、硫的化合物、等等所需的净化步骤，代表在这样的设施中的显著资金和操作成本， 如用于采用的致冷循环的驱动器那样。这已经导致本发明人调查由天然气生产LNG的可行 性，该天然气已经净化并且经高压气体输送管线输送到用户。这样一种LNG生产方法将消 除对于单设的气体净化设施的需要。而且，这样的高压气体输送管线对于大都市地区常常 是有利的，在该大都市地区，需要车辆等级的LNG。
发明内容
按照本发明，已经发现，即使当天然气包含显著浓度的二氧化碳时，也可由天然气 生产具有超过99%的甲烷纯度的LNG。本发明尽管适用于较低压力和较高温度，但当在600 至1500psia[4，137至10，342kPa(a)]或更高的范围中处理进料气体时特别有利。
为了本发明的更好理解，参考如下例子和附图。参考附图图1是按照本发明的LNG生产厂的流程图；而图2是流程图，表明本发明应用于LNG生产厂的一种可选择方式。
具体实施例方式在以上附图的如下解释中，提供表格，这些表格概括对于代表性工艺条件计算的 流量。在这里出现的表格中，用于流量的值(按摩尔每小时)为了方便起见，已经圆整到最 近的整数。在表格中表示的总流束流量包括全部非烃成分，并因此总体上大于对于烃成分 的流束流量的总合。所指示的温度是圆整到最近度数的近似值。也应该注意，为了比较在 附图中描绘的工艺的目的所进行的工艺设计计算，基于没有从周围到工艺(或从工艺到周 围)的热量泄漏的假定。可买到隔热材料的质量使得这是非常合理的假定，并且是由本领 域的技术人员典型地进行的假定。为了方便，工艺参数既按传统英制单位、也按公制单位(Si)报告。在表格给出的 摩尔流量可以或者按磅摩尔每小时或者按千克摩尔每小时来解释。按马力(HP)和/或千 英制热量单位每小时(MBTU/Hr)报告的能量消耗与按磅摩尔每小时表示的摩尔流量相对 应。按千瓦(kW)报告的能量消耗与按千克摩尔每小时表示的摩尔流量相对应。按加仑每 天(加仑/D)和/或磅每小时(磅/小时)报告的LNG生产速率与按磅摩尔每小时表示的 摩尔流量相对应。按立方米每小时(m3/H)和/或千克每小时(kg/H)报告的LNG生产速率 与按千克摩尔每小时表示的摩尔流量相对应。图1示出的是按照本发明的工艺的流程图，该工艺适于生产LNG产品，该LNG产品 具有超过99%的甲烷纯度。在图1工艺的模拟中，从天然气输送管线取得的进口气体在100° F[38°C ]和900pSia[6，205kPa(a)]下作为流束30进入工厂。流束30在热交换器10中通过与 在-115° F[-82°C ]下的冷LNG闪蒸蒸汽(流束43c)、在-57° F[-49°C ]下的冷膨胀蒸 汽(流束35a)以及在-115° F[-82°C ]下的冷闪蒸蒸汽和液体(流束46)的热交换而被 冷却。在-52° F[-470C ]和897psia[6, 185kPa(a)]下的冷却流束30a被划分成两部分 流束31和流束32。包含大约32%的进口气体的流束32进入分离器11，在该处蒸汽(流束 33)与凝结液体(流束34)分离。来自分离器11的蒸汽流束33进入做功膨胀机器13，在该做功膨胀机器13 中，从高压进料的这部分中抽取机械能。机器13将蒸汽基本上等熵地膨胀到稍高于 LNG净化塔17的操作压力，435pSia[2，999kPa(a)]，使膨胀流束33a做功膨胀冷却到近 似-108° F[-78°C]的温度。典型的可买到的膨胀器能够在80-85%的量级上回收在理想 等熵膨胀中理论可得到的功。回收的功常常用来驱动离心压缩机(如物体14)，该离心压缩 机可用来压缩气体或蒸汽，像例如用来压缩流束35b。经膨胀和部分地凝结的流束33a被划 分成两部分，流束35和流束36。流束36-它包含来自膨胀机器13的大约35%的出流，在热交换器18中通过与 在-153° F[-103°C ]下的冷LNG闪蒸蒸汽(流束43b)和在-153° F[_103°C ]下的冷闪 蒸蒸汽和液体(流束45)的热交换而被进一步冷却。在-140° F[-96°C ]下的经进一步 冷却的流束36a此后在塔中部进料点处供给到蒸馏塔17。包含来自膨胀机器13的剩余出 流的流束35的第二部分被引导到热交换器15，在该处，随着它将冷却流束30a的剩余部分 (流束31)进一步冷却，它被加热到-57° F[-490C ]。在-82° F[-64°C ]下的经进一步冷 却的流束31a然后通过适当膨胀装置(如膨胀阀16)而被闪胀到分馏塔17的操作压力，随 后在-126° F[-88°C ]下的膨胀流束31b在下部塔进料点处被引导到分馏塔17。蒸馏塔17用作LNG净化塔。它是常规蒸馏塔，该蒸馏塔包含沿着竖向间隔开的多 个塔盘、一个或多个填料床、或塔盘和填料的某种组合。这个塔回收在其进料流束(流束 36a和31b)中存在的比甲烷重的烃的几乎全部，作为其底部产物(流束38)，从而在其塔顶 流出物(流束37)中的唯一显著杂质是在进料流束中包含的氮气。同样重要地，这个塔也 在其底部产物中捕获进给到塔的二氧化碳的几乎全部，从而二氧化碳不进入LNG冷却段的 下游，在该LNG冷却段处，极低温度会引起固体二氧化碳的形成，而产生操作问题。用于LNG 净化塔17的下部段的汽提用蒸汽由流束31b的蒸汽部分提供，该蒸汽部分从沿塔流下的液 体中汽提甲烷中的一些。用于蒸馏塔17的回流由在热交换器18中通过与如上所述的流束43b和流束 45的热交换而冷却和凝结顶部蒸汽(在-143° F[-97°C ]下的流束37)而产生。现在 在-148° F[-100°C ]下的凝结流束37a，被分成两部分。一部分(流束40)成为到LNG冷 却段的进料。另一部分(流束39)进入回流泵19。在泵送之后，在-148° F[-100°C]下的 流束39a在顶部进料点处供给到LNG净化塔17，以便为塔提供回流液体。这种回流液体精 馏沿塔上升的蒸汽，从而顶部蒸汽(流束37)和到LNG冷却段的随后的进料流束40包含最 小量的二氧化碳和比甲烷重的烃。用于LNG冷却段的进料流束(凝结液体流束40)在-148 ° F[-100°C ]下进 入热交换器51，并且通过与在-169° F[-112°C]下的冷LNG闪蒸蒸汽(流束43a)和 在-164° F[-109°C]下的冷闪蒸蒸汽(流束41)的热交换而被低温冷却。来自热交换器51的在-150° F[-101°C]下的低温冷却流束40a通过适当的膨胀装置，如膨胀阀52，而被 闪胀到近似304pSia[2，096kPa(a)]的压力。在膨胀期间，流束的一部分被汽化，导致总流 束冷却到-164° F[-109°C ]下(流束40b)。闪胀流束40b进入分离器53，在该处，闪蒸蒸 汽(流束41)与液体(流束42)分离。闪蒸蒸汽(第一闪蒸蒸汽流束41)在如上所述的热 交换器51中被加热到-153° F[-103°C ](流束41a)。来自分离器53的液体流束42在热交换器54中被低温冷却 到-168° F[-111°C]。低温冷却流束42a通过适当膨胀装置，如膨胀阀55，被闪胀到 LNG存储压力(90pSia[621kPa(a)]。在膨胀期间，流束的一部分被汽化，导致总流束冷却 到-211° F[-135°C ](流束42b)，它然后被引导到LNG存储罐56，在该处，由膨胀生成的 LNG闪蒸蒸汽(流束43)与LNG产品(流束44)分离。LNG闪蒸蒸汽(第二闪蒸蒸汽流 束43)随着它在热交换器54中将流束42低温冷却，而被加热到-169° F[_112°C ](流束 43a)。冷LNG闪蒸蒸汽流束43a此后在如上所述的热交换器51、18及10中被加热，随后在 95° F[35°C ]下的流束43d然后可用作用于工厂的燃料气体的一部分。来自LNG净化塔17的塔底部流束38由膨胀阀20闪胀到冷闪蒸蒸汽流束 41a的压力。在膨胀期间，流束的一部分被汽化，导致总流束从-133° F[-92°C]冷却 到-152° F[-102°C](流束38a)。闪胀流束38a然后与离开热交换器51的冷闪蒸蒸汽流 束41a相结合，以形成在-153° F[-103°C]下的闪蒸蒸汽和液体的结合流束(流束45)，该 流束供给到热交换器18。它随着对于如上所述的膨胀流束36和顶部蒸汽流束37的冷却而 被加热到-119° F [-840C ](流束 45a)。来自分离器11的液体(流束34)由膨胀阀12闪胀到流束45a的压力，将流束 34a冷却到-102° F[-74°C]。膨胀流束34a与经加热的闪蒸蒸汽和液体流束45a相结 合，以形成冷闪蒸蒸汽和液体流束46，该流束46在如上文所述的热交换器10中被加热到 94° F[35°C]。经加热的流束46a然后分两级被重新压缩-这两级是由辅助动力源驱动的 压缩机23和压缩机25，在两级之间由冷却器24冷却到120° F[49°C ]，以形成经压缩的第 一残余气体(流束46d)。来自热交换器10的在95° F[35°C ]下的经膨胀并加热的蒸汽(流束35b)是第 二残余气体。它分两级被重新压缩_这两级是由膨胀机器13驱动的压缩机14和由辅助 动力源驱动的压缩机22，在两级之间由冷却器21冷却到120° F[49°C]。经压缩的第二 残余气体(流束35e)与经压缩的第一残余气体(流束46d)相结合，以形成残余气体流束 47。在排出冷却器26中冷却到120° F[490C ]之后，残余气体产物(流束47a)返回到在 900psia[6, 205kPa(a)]下的天然气输送管线。对于在图1中所示的工艺的流束流量和能量消耗的概括在如下表格中给出表 I
权利要求
1.一种用来液化包含甲烷和较重烃成分的天然气流束的一部分以生产液化天然气流 束的工艺，其中(a)将所述天然气流束充分地冷却以使它部分地凝结，并且此后至少分成第一气体流 束和第二气体流束；(b)将所述第一气体流束进一步冷却，并且此后膨胀到中间压力，随后将经冷却和膨胀 的所述第一气体流束在下部进料位置处供给到蒸馏塔，该蒸馏塔产生顶部蒸汽流束和底部 液体流束；(c)将所述第二气体流束分离成蒸汽流束和液体流束；(d)将所述蒸汽流束膨胀到所述中间压力，并且此后至少分成第一部分和第二部分；(e)将所述第一部分冷却，并且此后在塔中部进料位置处供给到所述蒸馏塔；(f)将所述第二部分加热，所述加热供给所述天然气流束和所述第一气体流束中的一 个或更多个的所述冷却的至少一部分；(g)将所述顶部蒸汽流束充分地冷却，以使它至少部分地凝结并由此形成凝结流束；(h)将所述凝结流束至少分成进料流束和回流流束，随后将所述回流流束在塔顶部进 料位置处供给到所述蒸馏塔；(i)将所述进料流束进一步冷却，并且此后膨胀到较低压力；(j)将经进一步冷却和膨胀的所述进料流束分离成第一闪蒸蒸汽流束和闪蒸液体流束；(k)将所述闪蒸液体流束膨胀到更低压力；(1)将经膨胀的所述闪蒸液体流束分离成第二闪蒸蒸汽流束和所述液化天然气流束； (m)将所述第二闪蒸蒸汽流束加热，所述加热供给所述天然气流束、所述第一部分、所 述顶部蒸汽流束以及所述进料流束中的一个或更多个的所述冷却的至少一部分；(η)将所述第一闪蒸蒸汽流束加热，所述加热供给所述进料流束的所述冷却的至少一 部分；(ο)将所述底部液体流束膨胀到所述较低压力，随后将经膨胀的所述底部液体流束与 经加热的所述第一闪蒸蒸汽流束相结合，以形成第一组合流束；(P)将所述第一组合流束加热，所述加热供给所述第一部分和所述顶部蒸汽流束中的 一个或更多个的所述冷却的至少一部分；(q)将所述液体流束膨胀到所述较低压力，随后将经膨胀的所述液体流束与经加热的 所述第一组合流束相结合，以形成第二组合流束；以及(r)将所述第二组合流束加热，所述加热供给所述天然气流束的所述冷却的至少一部分。
2.一种用来液化包含甲烷和较重烃成分的天然气流束的一部分以生产液化天然气流 束的工艺，其中(a)将所述天然气流束至少分成第一气体流束和第二气体流束；(b)将所述第一气体流束冷却，并且此后膨胀到中间压力，随后将经冷却和膨胀的所述 第一气体流束在下部进料位置处供给到蒸馏塔，该蒸馏塔产生顶部蒸汽流束和底部液体流 束；(c)将所述第二气体流束充分地冷却以使它部分地凝结，并且此后分离成蒸汽流束和液体流束；(d)将所述蒸汽流束膨胀到所述中间压力，并且此后至少分成第一部分和第二部分；(e)将所述第一部分冷却，并且此后在塔中部进料位置处供给到所述蒸馏塔；(f)将所述第二部分加热，所述加热供给所述第一气体流束和所述第二气体流束中的 一个或更多个的所述冷却的至少一部分；(g)将所述顶部蒸汽流束充分地冷却，以使它至少部分地凝结并由此形成凝结流束；(h)将所述凝结流束至少分成进料流束和回流流束，随后将所述回流流束在塔顶部进 料位置处供给到所述蒸馏塔；(i)将所述进料流束进一步冷却，并且此后膨胀到较低压力；(j)将经进一步冷却和膨胀的所述进料流束分离成第一闪蒸蒸汽流束和闪蒸液体流束；(k)将所述闪蒸液体流束膨胀到更低压力；(1)将经膨胀的所述闪蒸液体流束分离成第二闪蒸蒸汽流束和所述液化天然气流束； (m)将所述第二闪蒸蒸汽流束加热，所述加热供给所述第一气体流束、所述第二气体流 束、所述第一部分、所述顶部蒸汽流束以及所述进料流束中的一个或更多个的所述冷却的 至少一部分；(η)将所述第一闪蒸蒸汽流束加热，所述加热供给所述进料流束的所述冷却的至少一 部分；(ο)将所述底部液体流束膨胀到所述较低压力，随后将经膨胀的所述底部液体流束与 经加热的所述第一闪蒸蒸汽流束相结合，以形成第一组合流束；(P)将所述第一组合流束加热，所述加热供给所述第一部分和所述顶部蒸汽流束中的 一个或更多个的所述冷却的至少一部分；(q)将所述液体流束膨胀到所述较低压力，随后将经膨胀的所述液体流束与经加热的 所述第一组合流束相结合，以形成第二组合流束；以及(r)将所述第二组合流束加热，所述加热供给所述第一气体流束和所述第二气体流束 中的一个或更多个的所述冷却的至少一部分。
3. 一种用来液化包含甲烷和较重烃成分的天然气流束的一部分以生产液化天然气流 束的工艺，其中(a)将所述天然气流束充分地冷却以使它部分地凝结，并且此后至少分成第一气体流 束和第二气体流束；(b)将所述第一气体流束进一步冷却，并且此后膨胀到中间压力，随后将经冷却和膨胀 的所述第一气体流束在下部进料位置处供给到蒸馏塔，该蒸馏塔产生顶部蒸汽流束和底部 液体流束；(c)将所述第二气体流束分离成蒸汽流束和液体流束；(d)将所述蒸汽流束膨胀到所述中间压力，并且此后至少分成第一部分和第二部分；(e)将所述第一部分冷却，并且此后在塔中部进料位置处供给到所述蒸馏塔；(f)将所述第二部分加热，所述加热供给所述天然气流束和所述第一气体流束中的一 个或更多个的所述冷却的至少一部分；(g)将所述顶部蒸汽流束充分地冷却，以使它至少部分地凝结并由此形成凝结流束；(h)将所述凝结流束至少分成进料流束和回流流束，随后将所述回流流束在塔顶部进 料位置处供给到所述蒸馏塔；(i)将所述底部液体流束膨胀到较低压力，随后将经膨胀的所述底部液体流束加热，所 述加热供给所述第一部分和所述顶部蒸汽流束中的一个或更多个的所述冷却的至少一部 分；(j)将所述进料流束膨胀到更低压力；(k)将经膨胀的所述进料流束分离成闪蒸蒸汽流束和所述液化天然气流束； (1)将所述闪蒸蒸汽流束加热，所述加热供给所述天然气流束、所述第一部分以及所述 顶部蒸汽流束中的一个或更多个的所述冷却的至少一部分；(m)将所述液体流束膨胀到所述较低压力，随后将经膨胀的所述液体流束与经膨胀并 加热的所述底部液体流束相结合，以形成组合流束；以及(η)将所述组合流束加热，所述加热供给所述天然气流束的所述冷却的至少一部分。
4.一种用来液化包含甲烷和较重烃成分的天然气流束的一部分以生产液化天然气流 束的工艺，其中(a)将所述天然气流束至少分成第一气体流束和第二气体流束；(b)将所述第一气体流束冷却，并且此后膨胀到中间压力，随后将经冷却和膨胀的所述 第一气体流束在下部进料位置处供给到蒸馏塔，该蒸馏塔产生顶部蒸汽流束和底部液体流 束；(c)将所述第二气体流束充分地冷却以使它部分地凝结，并且此后分离成蒸汽流束和 液体流束；(d)将所述蒸汽流束膨胀到所述中间压力，并且此后至少分成第一部分和第二部分；(e)将所述第一部分冷却，并且此后在塔中部进料位置处供给到所述蒸馏塔；(f)将所述第二部分加热，所述加热供给所述第一气体流束和所述第二气体流束中的 一个或更多个的所述冷却的至少一部分；(g)将所述顶部蒸汽流束充分地冷却，以使它至少部分地凝结并由此形成凝结流束；(h)将所述凝结流束至少分成进料流束和回流流束，随后将所述回流流束在塔顶部进 料位置处供给到所述蒸馏塔；(i)将所述底部液体流束膨胀到较低压力，随后将经膨胀的所述底部液体流束加热，所 述加热供给所述第一部分和所述顶部蒸汽流束中的一个或更多个的所述冷却的至少一部 分；(j)将所述进料流束膨胀到更低压力；(k)将经膨胀的所述进料流束分离成闪蒸蒸汽流束和所述液化天然气流束； (1)将所述闪蒸蒸汽流束加热，所述加热供给所述第一气体流束、所述第二气体流束、 所述第一部分以及所述顶部蒸汽流束中的一个或更多个的所述冷却的至少一部分；(m)将所述液体流束膨胀到所述较低压力，随后将经膨胀的所述液体流束与经膨胀并 加热的所述底部液体流束相结合，以形成组合流束；以及(η)将所述组合流束加热，所述加热供给所述第一气体流束和所述第二气体流束中的 一个或更多个的所述冷却的至少一部分。
5.根据权利要求1或2所述的工艺，其中(a)在将所述闪蒸液体膨胀到所述更低压力之前，将它冷却；并且(b)所述第二闪蒸蒸汽流束的所述加热也供给所述闪蒸液体流束的所述冷却的至少一 部分。
6.根据权利要求3或4所述的工艺，其中(a)在将所述进料膨胀到所述更低压力之前，将它冷却；并且(b)所述闪蒸蒸汽流束的所述加热也供给所述进料流束的所述冷却的至少一部分。
7.一种用来液化包含甲烷和较重烃成分的天然气流束的一部分以生产液化天然气流 束的设备，包括(a)第一热交换装置，被连接以接收所述天然气流束并且将它充分地冷却以使它部分 地凝结；(b)第一划分装置，被连接以接收部分地凝结的所述天然气流束并且将它至少分成第 一气体流束和第二气体流束；(c)第二热交换装置，连接到所述第一划分装置上，以接收所述第一气体流束并且将它 进一步冷却；(d)第一膨胀装置，连接到所述第二热交换装置上，以接收经进一步冷却的所述第一气 体流束，并且将它膨胀到中间压力，所述第一膨胀装置还连接到蒸馏塔上，以在下部进料位 置处供给经进一步冷却和膨胀的所述第一气体流束；(e)第一分离装置，连接到所述第一划分装置上，以接收所述第二气体流束，并且将它 分离成蒸汽流束和液体流束；(f)第二膨胀装置，连接到所述第一分离装置上，以接收所述蒸汽流束，并且将它膨胀 到所述中间压力；(g)第二划分装置，连接到所述第二膨胀装置上，以接收经膨胀的所述蒸汽流束，并且 将它至少分成第一部分和第二部分；(h)第三热交换装置，连接到所述第二划分装置上，以接收所述第一部分并且将它冷 却，所述热交换装置还连接到所述蒸馏塔上，以在塔中部进料位置处供给经冷却的所述第 一部分；(i)所述第二热交换装置还连接到所述第二划分装置上，以接收所述第二部分并且将 它加热，所述加热供给所述第一气体流束的所述进一步冷却的至少一部分；(j)第一抽取装置，连接到所述蒸馏塔的上部区域上，以抽取顶部蒸汽流束； (k)所述第三热交换装置还连接到所述第一抽取装置上，以接收所述顶部蒸汽流束并 且将它充分地冷却，以使它至少部分地凝结并由此形成凝结流束；(1)第三划分装置，连接到所述第三热交换装置上，以接收所述凝结流束并且将它至少 分成进料流束和回流流束，所述第三划分装置还连接到所述蒸馏塔上，以将所述回流流束 在塔顶部进料位置处供给到所述蒸馏塔；(m)第四热交换装置，连接到所述第三划分装置上，以接收所述进料流束并且将它进一 步冷却；(η)第三膨胀装置，连接到所述第四热交换装置上，以接收经进一步冷却的所述进料流 束，并且将它膨胀到较低压力；(ο)第二分离装置，连接到所述第三膨胀装置上，以接收经进一步冷却和膨胀的所述进料流束，并且将它分离成第一闪蒸蒸汽流束和闪蒸液体流束；(P)第四膨胀装置，连接到所述第二分离装置上，以接收所述闪蒸液体流束，并且将它 膨胀到更低压力；(q)第三分离装置，连接到所述第四膨胀装置上，以接收经膨胀的所述闪蒸液体流束， 并且将它分离成第二闪蒸蒸汽流束和所述液化天然气流束；(r)所述第四热交换装置还连接到所述第三分离装置上，以接收所述第二闪蒸蒸汽流 束并且将它加热，所述加热供给所述进料流束的所述进一步冷却的至少一部分；(S)所述第四热交换装置还连接到所述第二分离装置上，以接收所述第一闪蒸蒸汽流 束并且将它加热，所述加热供给所述进料流束的所述进一步冷却的至少一部分； (t)第二抽取装置，连接到所述蒸馏塔的下部区域上，以抽取底部液体流束； (u)第五膨胀装置，连接到所述第二抽取装置上，以接收所述底部液体流束，并且将它 膨胀到所述较低压力；(ν)第一组合装置，连接到所述第五膨胀装置上并且连接到所述第四热交换装置上，以 分别接收经膨胀的所述底部液体流束和经加热的所述第一闪蒸蒸汽流束，并且由此形成第 一组合流束；(w)所述第三热交换装置还连接到所述第一组合装置上，以接收所述第一组合流束并 且将它加热，所述加热供给所述第一部分和所述顶部蒸汽流束中的一个或更多个的所述冷 却的至少一部分；(x)第六膨胀装置，连接到所述第一分离装置上，以接收所述液体流束，并且将它膨胀 到所述较低压力；(y)第二组合装置，连接到所述第六膨胀装置上并且连接到所述第三热交换装置上， 以分别接收经膨胀的所述液体流束和经加热的所述第一组合流束，并由此形成第二组合流 束；并且(ζ)所述第一热交换装置还连接到所述第二组合装置上，以接收所述第二组合流束并 且将它加热，所述加热供给所述天然气流束的所述冷却的至少一部分。
8. 一种用来液化包含甲烷和较重烃成分的天然气流束的一部分以生产液化天然气流 束的设备，包括(a)第一划分装置，被连接以接收所述天然气流束并且将它至少分成第一气体流束和 第二气体流束；(b)第一热交换装置，被连接以接收所述第一气体流束并且将它冷却；(c)第二热交换装置，连接到所述第一热交换装置上，以接收经冷却的所述第一气体流 束并且将它进一步冷却；(d)第一膨胀装置，连接到所述第二热交换装置上，以接收经进一步冷却的所述第一气 体流束，并且将它膨胀到中间压力，所述第一膨胀装置还连接到蒸馏塔上，以在下部进料位 置处供给经进一步冷却和膨胀的所述第一气体流束；(e)所述第一热交换装置还连接成接收所述第二气体流束，并且将它充分地冷却以使 它部分地凝结；(f)第一分离装置，连接到所述第一热交换装置上，以接收部分地凝结的所述第二气体 流束，并且将它分离成蒸汽流束和液体流束；(g)第二膨胀装置，连接到所述第一分离装置上，以接收所述蒸汽流束，并且将它膨胀 到所述中间压力；(h)第二划分装置，连接到所述第二膨胀装置上，以接收经膨胀的所述蒸汽流束，并且 将它至少分成第一部分和第二部分；(i)第三热交换装置，连接到所述第二划分装置上，以接收所述第一部分并且将它冷 却，所述热交换装置还连接到所述蒸馏塔上，以在塔中部进料位置处供给经冷却的所述第 一部分；(j)所述第二热交换装置还连接到所述第二划分装置上，以接收所述第二部分并且将 它加热，所述加热供给经冷却的所述第一气体流束的所述进一步冷却的至少一部分； (k)第一抽取装置，连接到所述蒸馏塔的上部区域上，以抽取顶部蒸汽流束； (1)所述第三热交换装置还连接到所述第一抽取装置上，以接收所述顶部蒸汽流束并 且将它充分地冷却，以使它至少部分地凝结并由此形成凝结流束；(m)第三划分装置，连接到所述第三热交换装置上，以接收所述凝结流束并且将它至少 分成进料流束和回流流束，所述第三划分装置还连接到所述蒸馏塔上，以将所述回流流束 在塔顶部进料位置处供给到所述蒸馏塔；(η)第四热交换装置，连接到所述第三划分装置上，以接收所述进料流束并且将它进一 步冷却；(ο)第三膨胀装置，连接到所述第四热交换装置上，以接收经进一步冷却的所述进料流 束，并且将它膨胀到较低压力；(P)第二分离装置，连接到所述第三膨胀装置上，以接收经进一步冷却和膨胀的所述进 料流束，并且将它分离成第一闪蒸蒸汽流束和闪蒸液体流束；(q)第四膨胀装置，连接到所述第二分离装置上，以接收所述闪蒸液体流束，并且将它 膨胀到更低压力；(r)第三分离装置，连接到所述第四膨胀装置上，以接收经膨胀的所述闪蒸液体流束， 并且将它分离成第二闪蒸蒸汽流束和所述液化天然气流束；(S)所述第四热交换装置还连接到所述第三分离装置上，以接收所述第二闪蒸蒸汽流 束并且将它加热，所述加热供给所述进料流束的所述进一步冷却的至少一部分；(t)所述第四热交换装置还连接到所述第二分离装置上，以接收所述第一闪蒸蒸汽流 束并且将它加热，所述加热供给所述进料流束的所述进一步冷却的至少一部分； (u)第二抽取装置，连接到所述蒸馏塔的下部区域上，以抽取底部液体流束； (ν)第五膨胀装置，连接到所述第二抽取装置上，以接收所述底部液体流束，并且将它 膨胀到所述较低压力；(w)第一组合装置，连接到所述第五膨胀装置上并且连接到所述第四热交换装置上，以 分别接收经膨胀的所述底部液体流束和经加热的所述第一闪蒸蒸汽流束，并且由此形成第 一组合流束；(x)所述第三热交换装置还连接到所述第一组合装置上，以接收所述第一组合流束并 且将它加热，所述加热供给所述第一部分和所述顶部蒸汽流束中的一个或更多个的所述冷 却的至少一部分；(y)第六膨胀装置，连接到所述第一分离装置上，以接收所述液体流束，并且将它膨胀到所述较低压力；(ζ)第二组合装置，连接到所述第六膨胀装置上并且连接到所述第三热交换装置上， 以分别接收经膨胀的所述液体流束和经加热的所述第一组合流束，并由此形成第二组合流 束；并且(aa)所述第一热交换装置还连接到所述第二组合装置上，以接收所述第二组合流束并 且将它加热，所述加热供给所述第一气体流束和所述第二气体流束中的一个或更多个的所 述冷却的至少一部分。
9. 一种用来液化包含甲烷和较重烃成分的天然气流束的一部分以生产液化天然气流 束的设备，包括(a)第一热交换装置，被连接以接收所述天然气流束并且将它充分地冷却以使它部分 地凝结；(b)第一划分装置，被连接以接收部分地凝结的所述天然气流束并且将它至少分成第 一气体流束和第二气体流束；(c)第二热交换装置，连接到所述第一划分装置上，以接收所述第一气体流束并且将它 进一步冷却；(d)第一膨胀装置，连接到所述第二热交换装置上，以接收经进一步冷却的所述第一气 体流束，并且将它膨胀到中间压力，所述第一膨胀装置还连接到蒸馏塔上，以在下部进料位 置处供给经进一步冷却和膨胀的所述第一气体流束；(e)第一分离装置，连接到所述第一划分装置上，以接收所述第二气体流束，并且将它 分离成蒸汽流束和液体流束；(f)第二膨胀装置，连接到所述第一分离装置上，以接收所述蒸汽流束，并且将它膨胀 到所述中间压力；(g)第二划分装置，连接到所述第二膨胀装置上，以接收经膨胀的所述蒸汽流束，并且 将它至少分成第一部分和第二部分；(h)第三热交换装置，连接到所述第二划分装置上，以接收所述第一部分并且将它冷 却，所述热交换装置还连接到所述蒸馏塔上，以在塔中部进料位置处供给经冷却的所述第 一部分；(i)所述第二热交换装置还连接到所述第二划分装置上，以接收所述第二部分并且将 它加热，所述加热供给所述第一气体流束的所述进一步冷却的至少一部分；(j)第一抽取装置，连接到所述蒸馏塔的上部区域上，以抽取顶部蒸汽流束； (k)所述第三热交换装置还连接到所述第一抽取装置上，以接收所述顶部蒸汽流束并 且将它充分地冷却，以使它至少部分地凝结并由此形成凝结流束；(1)第三划分装置，连接到所述第三热交换装置上，以接收所述凝结流束并且将它至少 分成进料流束和回流流束，所述第三划分装置还连接到所述蒸馏塔上，以将所述回流流束 在塔顶部进料位置处供给到所述蒸馏塔；(m)第二抽取装置，连接到所述蒸馏塔的下部区域上，以抽取底部液体流束； (η)第三膨胀装置，连接到所述第二抽取装置上，以接收所述底部液体流束，并且将它 膨胀到较低压力；(ο)所述第三热交换装置还连接到所述第三膨胀装置上，以接收经膨胀的所述底部液体流束，并且将它加热，所述加热供给所述第一部分和所述顶部蒸汽流束中的一个或更多 个的所述冷却的至少一部分；(P)第四膨胀装置，连接到所述第三划分装置上，以接收所述进料流束并且将它膨胀到 更低压力；(q)第二分离装置，连接到所述第四膨胀装置上，以接收经膨胀的所述进料流束，并且 将它分离成闪蒸蒸汽流束和所述液化天然气流束；(r)所述第三热交换装置还连接到所述第二分离装置上，以接收所述闪蒸蒸汽流束并 且将它加热，所述加热供给所述第一部分和所述顶部蒸汽流束中的一个或更多个的所述冷 却的至少一部分；(S)第五膨胀装置，连接到所述第一分离装置上，以接收所述液体流束，并且将它膨胀 到所述较低压力；(t)组合装置，连接到所述第五膨胀装置上并且连接到所述第三热交换装置上，以分 别接收经膨胀的所述液体流束和经膨胀并加热的所述底部液体流束，并且由此形成组合流 束；并且(u)所述第一热交换装置还连接到所述组合装置上，以接收所述组合流束并且将它加 热，所述加热供给所述天然气流束的所述冷却的至少一部分。
10. 一种用来液化包含甲烷和较重烃成分的天然气流束的一部分以生产液化天然气流 束的设备，包括(a)第一划分装置，被连接以接收所述天然气流束并且将它至少分成第一气体流束和 第二气体流束；(b)第一热交换装置，被连接以接收所述第一气体流束并且将它冷却；(c)第二热交换装置，连接到所述第一热交换装置上，以接收经冷却的所述第一气体流 束并且将它进一步冷却；(d)第一膨胀装置，连接到所述第二热交换装置上，以接收经进一步冷却的所述第一气 体流束，并且将它膨胀到中间压力，所述第一膨胀装置还连接到蒸馏塔上，以在下部进料位 置处供给经进一步冷却和膨胀的所述第一气体流束；(e)所述第一热交换装置还连接成接收所述第二气体流束，并且将它充分地冷却以使 它部分地凝结；(f)第一分离装置，连接到所述第一热交换装置上，以接收部分地凝结的所述第二气体 流束，并且将它分离成蒸汽流束和液体流束；(g)第二膨胀装置，连接到所述第一分离装置上，以接收所述蒸汽流束，并且将它膨胀 到所述中间压力；(h)第二划分装置，连接到所述第二膨胀装置上，以接收经膨胀的所述蒸汽流束，并且 将它至少分成第一部分和第二部分；(i)第三热交换装置，连接到所述第二划分装置上，以接收所述第一部分并且将它冷 却，所述热交换装置还连接到所述蒸馏塔上，以在塔中部进料位置处供给经冷却的所述第 一部分；(j)所述第二热交换装置还连接到所述第二划分装置上，以接收所述第二部分并且将 它加热，所述加热供给经冷却的所述第一气体流束的所述进一步冷却的至少一部分；(k)第一抽取装置，连接到所述蒸馏塔的上部区域上，以抽取顶部蒸汽流束； (1)所述第三热交换装置还连接到所述第一抽取装置上，以接收所述顶部蒸汽流束并 且将它充分地冷却，以使它至少部分地凝结并由此形成凝结流束；(m)第三划分装置，连接到所述第三热交换装置上，以接收所述凝结流束并且将它至少 分成进料流束和回流流束，所述第三划分装置还连接到所述蒸馏塔上，以将所述回流流束 在塔顶部进料位置处供给到所述蒸馏塔；(η)第二抽取装置，连接到所述蒸馏塔的下部区域上，以抽取底部液体流束； (ο)第三膨胀装置，连接到所述第二抽取装置上，以接收所述底部液体流束，并且将它 膨胀到较低压力；(P)所述第三热交换装置还连接到所述第三膨胀装置上，以接收经膨胀的所述底部液 体流束，并且将它加热，所述加热供给所述第一部分和所述顶部蒸汽流束中的一个或更多 个的所述冷却的至少一部分；(q)第四膨胀装置，连接到所述第三划分装置上，以接收所述进料流束并且将它膨胀到 更低压力；(r)第二分离装置，连接到所述第四膨胀装置上，以接收经膨胀的所述进料流束，并且 将它分离成闪蒸蒸汽流束和所述液化天然气流束；(s)所述第三热交换装置还连接到所述第二分离装置上，以接收所述闪蒸蒸汽流束并 且将它加热，所述加热供给所述第一部分和所述顶部蒸汽流束中的一个或更多个的所述冷 却的至少一部分；(t)第五膨胀装置，连接到所述第一分离装置上，以接收所述液体流束，并且将它膨胀 到所述较低压力；(u)组合装置，连接到所述第五膨胀装置上并且连接到所述第三热交换装置上，以分 别接收经膨胀的所述液体流束和经膨胀并加热的所述底部液体流束，并且由此形成组合流 束；并且(ν)所述第一热交换装置还连接到所述组合装置上，以接收所述组合流束并且将它加 热，所述加热供给所述第一气体流束和所述第二气体流束中的一个或更多个的所述冷却的 至少一部分。
11.根据权利要求7或8所述的设备，其中(a)第五热交换装置连接到所述第二分离装置上，以接收所述闪蒸液体流束并且将它 冷却；(b)所述第四膨胀装置适于连接到所述第五热交换装置上，以接收经冷却的所述闪蒸 液体流束并且将它膨胀到所述更低压力；(c)所述第三分离装置适于将经冷却并膨胀的所述闪蒸液体流束分离成所述第二闪蒸 蒸汽流束和所述液化天然气流束；(d)所述第五热交换装置还连接到所述第三分离装置上，以接收所述第二闪蒸蒸汽流 束并且将它加热，所述加热供给所述闪蒸液体流束的所述冷却的至少一部分；并且(e)所述第四热交换装置适于连接到所述第五热交换装置上，以接收经加热的所述第 二闪蒸蒸汽流束并且将它进一步加热，使所述进一步加热供给所述进料流束的所述进一步 冷却的至少一部分。
12.根据权利要求9或10所述的设备，其中(a)第四热交换装置连接到所述第三划分装置上，以接收所述进料流束并且将它进一 步冷却；(b)所述第四膨胀装置适于连接到所述第四热交换装置上，以接收经进一步冷却的所 述进料流束并且将它膨胀到所述更低压力；(c)所述第二分离装置适于将经进一步冷却并膨胀的所述进料流束分离成所述闪蒸蒸 汽流束和所述液化天然气流束；(d)所述第四热交换装置还连接到所述第二分离装置上，以接收所述闪蒸蒸汽流束并 且将它加热，所述加热供给所述进料流束的所述进一步冷却的至少一部分；并且(e)所述第三热交换装置适于连接到所述第四热交换装置上，以接收经加热的所述闪 蒸蒸汽流束并且将它进一步加热，所述进一步加热供给所述第一部分和所述顶部蒸汽流束 中的一个或更多个的所述冷却的至少一部分。
全文摘要
本发明公开了用来液化天然气流束的一部分的一种工艺和一种设备。天然气流束在压力下被冷却，并且分成第一流束和第二流束。第一流束被冷却，膨胀到中间压力，及供给到在蒸馏塔上的下部进料点。第二流束膨胀到中间压力，并且分成两部分。一部分被冷却，并且然后供给到在蒸馏塔上的塔中部进料点；其它部分用来冷却第一流束。来自这个蒸馏塔的底部产物优选地包含比甲烷重的任何烃的大部分-这些烃否则会降低液化天然气的纯度，从而来自蒸馏塔的顶部蒸汽基本上仅包含甲烷和较轻成分。
文档编号F25J3/00GK102112829SQ200980130178
公开日2011年6月29日 申请日期2009年7月28日 优先权日2008年8月6日
发明者H·M·赫德森, J·D·威尔金森, K·T·奎拉尔 申请人:奥特洛夫工程有限公司