用于分馏和液化天然气进料流的系统技术方案

本文描述了用于分馏和液化天然气进料流的系统。天然气首先在洗涤塔中分馏。来自洗涤塔的塔顶蒸气经冷却、冷凝并分开以形成液化的第一塔顶物的第一流、第二流和至少一个其它流。液化的第一塔顶物的第一流作为回流流返回至洗涤塔。液化的第一塔顶物的第二流形成LNG产物。液化的第一塔顶物的其它流用来提供或产生脱甲烷塔的回流，所述脱甲烷塔用于分馏来自洗涤塔的底部液体。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用于分馏和液化天然气进料流的方法和系统。从天然气中去除重质烃(HHC)，例如C6+烃(具有6个或更多个碳原子的)，然后通常，天然气的液化基本上是为了将这些成分在天然气中的浓度降低至一定水平，其中这些成分在主换热器中不会发生凝析。C2-C5+烃(具有2-5个或更多个碳原子的烃)在本领域中还称为液化天然气(NGL)，通常也从天然气中分离出来，因为它们具有高的市场价值，且可因此单独销售。此外，由于NGL具有比甲烷更高的热值，可能必需减少NGL成分在天然气中的水平以便使LNG产物满足规定的产品规格。当用于天然气液化过程的制冷剂包含一种或多种烃致冷剂时，例如，特别地当使用乙烷和/或丙烷的级联或混合致泠剂循环用于液化过程时，还可期望使用分离的NGL成分(例如乙烷或丙烷)作为致冷剂补充。传统地，蒸馏塔已用于该目的。
技术介绍
图1示意性地描绘了用于分馏和液化天然气进料流的常规配置。天然气进料流101，已预处理以去除酸性气体、水和汞，且还可任选地在一个或多个换热器中已预冷却，引入至洗涤塔10，在其中分离为富甲烷的塔顶蒸气和富含比甲烷更重的烃的底部液体。从洗涤塔的顶部取出塔顶蒸气流202，和从洗涤塔的底部取出底部液体流103。塔顶蒸气流202发送至绕管式主换热器20的暖束22，其中所述流部分冷凝。然后从暖束取出部分冷凝的流203并在相分离器28中分离为它的液体和蒸气相以产生液体流120和蒸气流207。蒸气流207发送至主换热器的中束24，其中所述流进一步冷却和液化，且所述液化流204然后在主换热器的冷束26中过冷，产生LNG产物流205。LNG产物流205可闪蒸并发送到LNG储槽30中，蒸出气体(BOG)或闪蒸气体401由所述槽发送至燃料集管(header)，经燃烧或再循环(未显示)至塔顶蒸气流202，进料至主换热器。液体流120作为回流流从相分离器28返回至洗涤塔10的顶部，以便提供洗涤塔操作必需的回流。如果产生的回流的量大于洗涤塔所需，一部分液体流120可与流207混合并发送到主换热器的中束24。来自洗涤塔10的底部液体流103富含NGL和HHC，经膨胀以使所述流部分蒸发，然后发送到分馏单元的脱甲烷塔，所述流在其中经受进一步分馏/分离。在图1说明的布置中，分馏单元包含脱甲烷塔(本文也称为DeC1塔)，脱乙烷塔(本文也称为DeC2塔)，脱丙烷塔(本文也称为DeC3塔)，和脱丁烷塔(本文也称为DeC4塔)。通常，这些塔包含多级以提高HHC和NGL与甲烷和天然气的较轻成分的分离。脱甲烷塔12将来自洗涤塔的底部液体103分离为富甲烷的塔顶蒸气和富含比甲烷更重的烃的底部液体。塔顶蒸气在塔顶冷凝器中部分地冷凝以产生返回至脱甲烷塔12的液体回流流，其中剩余的蒸气部分从脱甲烷塔取出作为塔顶蒸气流104。底部液体的一部分在再沸器中加热以提供脱甲烷塔12的上升蒸汽(boil-up)，且底部液体的剩余部分取出作为流105，膨胀以部分地汽化所述流，并发送到脱乙烷塔14。脱乙烷塔14进而将来自脱甲烷塔的底部液体105分离为富乙烷的塔顶蒸气和富含比乙烷更重的烃的底部液体。塔顶蒸气在塔顶冷凝器中冷凝，冷凝的塔顶物的一部分作为回流流返回至脱乙烷塔14，和剩余部分取出作为富乙烷的液化塔顶物流106。底部液体的一部分在再沸器中加热以提供脱乙烷塔14的上升蒸汽，且底部液体的剩余部分取出作为流107，膨胀并发送到脱丙烷塔16。脱丙烷塔16，按与脱乙烷塔类似的方式操作，然后将来自脱乙烷塔的底部液体107分离以提供富丙烷的液化的塔顶物流108和富含比丙烷更重的烃的底部液体流109。同样地，脱丁烷塔18，按与脱乙烷塔类似的方式操作，然后将来自脱丙烷塔的底部液体109分离以提供富丁烷的液化的塔顶物流108和富含比丁烷更重的烃的底部液体流111。来自塔DeC2、DeC3和DeC4的液化的塔顶物流106、108和110各自主要包含乙烷、丙烷和丁烷，且来自塔DeC4的底部液体111为富C5+(戊烷和更重的烃)的流，这些NGL流可如上所述销售或在适当时用作致冷剂补充。在一些情况下，一个或多个这些流的馏分还可再注入至LNG产物流以将LNG产物流的热值调节至最优值。如上所述，塔DeC1、DeC2、DeC3和DeC4各自装备有塔顶冷凝器，其通过将塔顶蒸气的至少一部分冷凝，从而提供返回至塔顶部的液体回流流，产生塔的回流。具有这些塔顶冷凝器增加了安装和维护系统的资本成本。然而，去除塔顶冷凝器将导致不需要的成分携带至塔顶蒸气流。冷凝器提高了分离效率，且在DeC1和DeC2塔中具有这种冷凝器尤其有利。所需的冷回流流的温度取决于天然气流的组成。NGL含量越低，需要回流流越冷，以有效地将所需的NGL和HHC成分分离出至液体冷凝物流中。从DeC1和DeC2塔去除塔顶冷凝器将分别导致乙烷和丙烷携带至来自DeC1和DeC2的塔顶蒸气流中。这将导致乙烷随DeC1塔顶物损失和同样地导致额外的丙烷存在于DeC2塔顶物中，因此对DeC2塔顶物中的乙烷的纯度造成负面影响(同样地对它作为补充致冷剂的用途和/或作为商品的价值造成不利影响)。通常，丙烷用作致冷剂用于提供DeC1塔所用的塔顶冷凝器的冷负荷。特别地，这样的布置考虑用于使用丙烷预冷却的混合致冷剂(C3MR)循环，和因此丙烷致冷在其中容易应用的分馏和液化系统中。US 2012/0090350A1描述了中天然气液化设备中LNG产物的热值控制系统和方法。天然气进料流，在初始预处理之后，引入到洗涤塔以将天然气进料分离为贫C5+的塔顶蒸气和富C3+的底部液体。洗涤塔的回流部分地通过使用低压力丙烷致冷的塔顶冷凝器提供。来自洗涤塔的塔顶蒸气流发送至液化设备用于液化，和底部液体流在NGL分馏单元中分馏以提供富C3的液体流和富C4+的液体流。US 6,662,589和US 2006/0260355A1描述了以下过程，其中天然气进料流在初始的预处理之后引入到洗涤塔以将天然气进料分离为塔顶蒸气和底部液体。从洗涤塔取出的塔顶蒸气流在主换热器的暖区内冷却和部分地冷凝，然后在相分离器中分离为液相，其返回至洗涤塔的顶部作为液体回流流，和剩余的蒸气相在主换热器的冷区进一步冷却和冷凝以提供LNG产物。从洗涤塔取出的底部液体流在NGL分馏单元（包含脱乙烷塔、脱丙烷塔和脱丁烷塔）中分馏以提供富C3、C4和C5+的液体流，和富C1及C2的蒸气流。富C1及C2的蒸气流在主换热器中冷凝以提供另外的LNG产物。US 2008/0115532A1描述了在天然气液化之前用于从天然气流去除较重烃成分的洗涤塔的操作。用于洗涤塔的回流可由塔顶冷凝器的冷凝物和/或LNG流提供。US 2008/0016910A1和US 2013/0061632A1描述了以下过程，其中预处理的天然气进料流引入到洗涤塔中以将天然气进料分离为塔顶蒸气和底部液体。从洗涤塔取出的塔顶蒸气流在主换热器的暖区内冷却和冷凝。然后，冷凝流分成两个流，一个流作为液体回流流返回至洗涤塔的顶部，和另一个在主换热器的冷区内过冷以提供LNG产物流。从洗涤塔取出的底部液体流在NGL分馏系统中分馏以提供C2、C3和C4产物流。US 4,065,278、CA1059425和US 5,659,1本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于分馏和液化天然气进料流的系统，所述系统包含：洗涤塔，所述洗涤塔布置和操作用于接收所述天然气进料流，并将所述流分离为富甲烷蒸气馏分和富含比甲烷更重的烃的液体馏分，所述蒸气馏分在所述洗涤塔顶部收集作为第一塔顶蒸气，所述液体馏分在所述洗涤塔底部收集作为第一底部液体；管道组，一个或多个换热器，和任选地一个或多个分离器，其布置和操作用于将第一塔顶蒸气流从所述洗涤塔的顶部取出并冷却、冷凝和分开以形成液化的第一塔顶物的第一流、液化的第一塔顶物的第二流和液化的第一塔顶物的至少一个其它流；管道，其布置和操作用于将液化的第一塔顶物的所述第一流返回至所述洗涤塔，作为回流流引入到所述洗涤塔的顶部，从而提供用于所述洗涤塔的回流；管道，其布置和操作用于从所述系统中取出由液化的第一塔顶物的第二流形成的液化天然气(LNG)产物流；脱甲烷塔，其布置和操作用于从所述洗涤塔的底部接收第一底部液体流，并将所述流分离为富甲烷蒸气馏分和富含比甲烷更重的烃的液体馏分，所述富甲烷蒸气馏分在所述脱甲烷塔顶部收集作为第二塔顶蒸气，所述富含比甲烷更重的烃的液体馏分在所述脱甲烷塔底部收集作为第二底部液体；管道，其布置和操作用于从所述洗涤塔的底部取出第一底部液体流，并将所述流引入至脱甲烷塔；和以下之一或两者：(1) 管道，其布置和操作用于将液化的第一塔顶物的所述其它流之一作为回流流引入至所述脱甲烷塔的顶部，从而提供所述脱甲烷塔的回流；(2) 换热器，其布置和操作用于通过与液化的第一塔顶物的所述其它流之一间接换热，将所述第二塔顶蒸气的一部分冷凝形成液化的第二塔顶物流，其作为回流流再引入至所述脱甲烷塔的顶部，从而提供所述脱甲烷塔的回流，以及布置和操作用于将液化的第一塔顶物的所述其它流引入至所述换热器的管道。...

【技术特征摘要】
2015.01.23 US 14/6040301.用于分馏和液化天然气进料流的系统，所述系统包含：洗涤塔，所述洗涤塔布置和操作用于接收所述天然气进料流，并将所述流分离为富甲烷蒸气馏分和富含比甲烷更重的烃的液体馏分，所述蒸气馏分在所述洗涤塔顶部收集作为第一塔顶蒸气，所述液体馏分在所述洗涤塔底部收集作为第一底部液体；管道组，一个或多个换热器，和任选地一个或多个分离器，其布置和操作用于将第一塔顶蒸气流从所述洗涤塔的顶部取出并冷却、冷凝和分开以形成液化的第一塔顶物的第一流、液化的第一塔顶物的第二流和液化的第一塔顶物的至少一个其它流；管道，其布置和操作用于将液化的第一塔顶物的所述第一流返回至所述洗涤塔，作为回流流引入到所述洗涤塔的顶部，从而提供用于所述洗涤塔的回流；管道，其布置和操作用于从所述系统中取出由液化的第一塔顶物的第二流形成的液化天然气(LNG)产物流；脱甲烷塔，其布置和操作用于从所述洗涤塔的底部接收第一底部液体流，并将所述流分离为富甲烷蒸气馏分和富含比甲烷更重的烃的液体馏分，所述富甲烷蒸气馏分在所述脱甲烷塔顶部收集作为第二塔顶蒸气，所述富含比甲烷更重的烃的液体馏分在所述脱甲烷塔底部收集作为第二底部液体；管道，其布置和操作用于从所述洗涤塔的底部取出第一底部液体流，并将所述流引入至脱甲烷塔；和以下之一或两者：(1) 管道，其布置和操作用于将液化的第一塔顶物的所述其它流之一作为回流流引入至所述脱甲烷塔的顶部，从而提供所述脱甲烷塔的回流；(2) 换热器，其布置和操作用于通过与液化的第一塔顶物的所述其它流之一间接换热，将所述第二塔顶蒸气的一部分冷凝形成液化的第二塔顶物流，其作为回流流再引入至所述脱甲烷塔的顶部，从而提供所述脱甲烷塔的回流，以及布置和操作用于将液化的第一塔顶物的所述其它流引入至所述换热器的管道。2.根据权利要求1所述的用于分馏和液化天然气进料流的系统，其特征是：所述管道组，一个或多个换热器，和一个或多个分离器布置和操作以将所述第一塔顶蒸气流取出、冷却、冷凝和分开，其包含：布置和操作用于从所述洗涤塔的顶部取出第一塔顶蒸气流的管道；布置和操作用于冷却和部分地冷凝所述流的换热器或换热器部分；布置和操作用于分离得到的液体和蒸气相的分离器；管道组，布置和操作用于分开所述分离的液相以形成液化的第一塔顶物的第一流和液化的第一塔顶物的其它流；...

【专利技术属性】
技术研发人员：T特隆，G克里什纳墨菲，MJ罗伯茨，
申请(专利权)人：气体产品与化学公司，
类型：新型
国别省市：美国;US