具有侧吸式热泵回流系统的单塔脱氮装置和方法制造方法及图纸

一种用于从天然气流体进料物流中去除氮的系统，包括接收天然气流体进料物流的主换热器。蒸馏塔接收来自主换热器的冷却的流体物流，并且特征在于返回蒸汽出口和侧蒸汽出口端口。返回蒸汽出口向主换热器提供氮蒸汽，所述氮蒸汽在主换热器中被加热。侧蒸汽出口端口向主换热器提供蒸汽，回流压缩机接收并压缩来自主换热器的所得的物流体。回流后冷却器接收并冷却来自回流压缩机的流体，将冷却的流体引导至主换热器，并且将所得的物流体引导至回流分离装置。回流分离装置具有蒸汽出口和液体出口。回流分离装置的蒸汽出口将流体引导至主换热器，从而将流体引导至蒸馏塔的第一回流入口端口。回流分离装置的液体出口将流体引导至蒸馏塔的第二回流入口端口。馏塔的第二回流入口端口。馏塔的第二回流入口端口。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有侧吸式热泵回流系统的单塔脱氮装置和方法
[0001]优先权权益
[0002]本申请要求于2019年4月23日提交的第62/837,439号美国临时申请的权益，该申请的内容通过引用并入本文。


[0003]本专利技术总体上涉及用于从天然气或液体天然气物流中去除氮的系统和方法，更具体地，涉及使用热泵系统提供额外制冷来从天然气或液体天然气流中去除氮的系统和方法。

技术介绍

[0004]在天然气液化过程期间、之前或之后，通常需要从天然气或液体天然气的进料物流中去除氮。这可能是由于纯化或氮回收要求而完成的。从进料物流去除的氮可用作燃料或用于其他应用或排放到大气中。将脱氮单元(nitrogen rejection unit，NRU)用于此类天然气或液体天然气进料物流的处理在本领域中是已知的，但希望提高效率并降低功率需求。

技术实现思路

[0005]本主题的多个方面可以单独或共同地在下面描述和要求保护的设备和系统中实施。这些方面可以单独地或与在此描述的主题的其他方面结合使用，并且这些方面的共同描述并非旨在排除单独使用这些方面或单独或以与在所附权利要求中提出不同的组合的方式来要求保护这些方面。
[0006]在一个方面，用于从天然气流体进料物流去除氮的系统包括主换热器，该主换热器包括主进料冷却通道、抽取蒸汽加热通道、主回流物流冷却通道、回流蒸汽冷却通道和氮蒸汽返回通道，所述主进料冷却通道包括入口和出口，其中主进料冷却通道的入口被构造成接收天然气流体进料物流。蒸馏塔包括进料入口、返回蒸汽出口、侧蒸汽出口端口、第一和第二回流入口端口以及底部液体出口，其中侧蒸汽出口端口和第一和第二回流入口端口位于进料入口和返回蒸汽出口之间。蒸馏塔的进料入口被构造成接收来自主换热器的主进料冷却通道的出口的流体物流。蒸馏塔的侧蒸汽出口被构造成向主换热器的抽取蒸汽加热通道提供蒸汽。蒸馏塔的返回蒸汽出口被构造成向主换热器的所述氮蒸汽返回通道提供氮蒸汽。蒸馏塔的第一回流入口端口与主换热器的回流蒸汽冷却通道成流体连通。回流压缩机被构造成接收和压缩来自主换热器的抽取蒸汽加热通道的流体。回流后冷却器构造成接收和冷却来自回流压缩机的流体并将冷却的流体引导至主换热器的主回流物流冷却通道。回流分离装置被构造成接收来自主换热器的主回流物流冷却通道的流体，回流分离装置具有蒸汽出口和液体出口，其中回流分离装置的蒸汽出口被构造成将流体引导至主换热器的回流蒸汽冷却通道，回流分离装置的液体出口被构造成将流体引导至蒸馏塔的第二回流入口端口。
[0007]在另一方面，用于从天然气流体进料物流去除氮的系统包括主换热器，该主换热器包括主进料冷却通道、抽取蒸汽加热通道、主回流物流冷却通道、回流蒸汽冷却通道和蒸汽返回通道，所述主进料冷却通道包括入口和出口，其中主进料冷却通道的入口被构造成接收天然气流体进料物流。蒸馏塔包括进料入口、返回蒸汽出口、侧蒸汽出口端口、第一和第二回流入口端口和底部液体出口，其中侧蒸汽出口端口和第一和第二回流入口端口位于进料入口和返回蒸汽出口之间。蒸馏塔的进料入口被构造成接收来自主换热器的主进料冷却通道的出口的流体物流。蒸馏塔的侧蒸汽出口端口被构造成向主换热器的抽取蒸汽加热通道提供蒸汽。蒸馏塔的返回蒸汽出口被构造成向主换热器的所述氮气蒸汽返回通道提供氮蒸汽。蒸馏塔的第一回流入口端口与主换热器的回流蒸汽冷却通道成流体连通。回流压缩机被构造成接收和压缩来自主换热器的抽取蒸汽加热通道的流体。回流后冷却器构造成接收和冷却来自回流压缩机的流体并将冷却的流体引导至主换热器的主回流物流冷却通道。回流分离装置被构造成接收来自主换热器的主回流物流冷却通道的流体，回流分离装置具有蒸汽出口和液体出口，其中回流分离装置的蒸汽出口被构造成将流体引导至主换热器的回流蒸汽冷却通道和回流分离装置的液体出口被构造成将流体引导至蒸馏塔的第二回流入口端口。主换热器的氮蒸汽返回通道和抽取蒸汽加热通道被构造成冷却主换热器的主进料冷却通道、主回流物流冷却通道和回流蒸汽冷却通道。
[0008]在另一方面，从天然气流体进料物流去除氮的方法包括以下步骤：在主换热器中冷却天然气流体进料物流；将冷却的天然气流体进料物流引导至蒸馏塔；从蒸馏塔侧抽取蒸汽；使用主换热器加热抽取的蒸汽，从而在主换热器中提供制冷；压缩加热的抽取蒸汽；冷却并部分地冷凝压缩的抽取蒸汽以形成第一混合相回流；将第一混合相回流分离成第一液体回流和第一蒸汽回流；将第一液体回流引导至蒸馏塔；冷却第一蒸汽回流以形成第二回流；将第二回流引导至蒸馏塔；将氮蒸汽返回物流从蒸馏塔引导至主换热器；使用主换热器加热氮蒸汽返回物流，从而在主换热器中提供制冷；从蒸馏塔底部抽取液体。
附图说明
[0009]图1为本公开的系统和方法的第一实施方式的流程示意图；
[0010]图2为本公开的系统和方法的第二实施方式的流程示意图；
[0011]图3为本公开的系统和方法的第三实施方式的流程示意图；
[0012]图4为本公开的系统和方法的第四实施方式的流程示意图；
[0013]图5为本公开的系统和方法的第五实施方式的流程示意图。
具体实施方式
[0014]本文公开了用于利用热泵系统和方法提供额外的制冷来从天然气流去除氮的脱氮单元(NRU)系统和方法。本公开的系统和方法的实施方式在图1
‑
5中示出并在下文中描述。
[0015]在本文中应注意，通道和物流有时都由图中列出的相同元件编号来指代。此外，如本文所用和本领域已知的，换热器是其中在不同温度的两个或多个物流之间或在物流与环境之间发生间接热交换的装置或装置内区域。如本文所用，除非另有说明，否则术语“连通”等通常是指流体连通。此外，尽管连通的两种流体可以在混合时交换热量，但是这种交换不
会被认为与换热器中的热交换相同，尽管这种交换可以在换热器中发生。如本文所用，术语“降低
……
的压力(reducing the pressure of)”(或其变体)不涉及相变，而术语“闪蒸(flashing)”(或其变体)涉及相变，甚至包括部分相变。如本文所用，术语“高”、“中”、“中间”、“热”等是相对于可比较的物流而言的，如本领域惯用的。
[0016]图1所示的本公开的系统和方法的第一实施方式接收液体天然气进料(LNG)进料，并且特征在于对于主制冷系统、LNG膨胀器、主进料预分离容器、三级回流(带有两个预分离或预分离容器)和热虹吸式再沸器循环的制冷回收。更具体地，参考图1，液体天然气进料10由主换热器12中的主进料冷却通道11接收并在其中被冷却。仅作为示例，换热器12(以及下面讨论的进一步实施方式中的所有主换热器)可以是钎焊铝换热器(BAHX)或其他换热器类型。然后将所得的冷物流14减压并通过液体膨胀器16部分蒸发，并将所得的物流18进料至主进料分离装置，例如分离容器22。应该注意的是，可以使用JT阀或本领域已知的其他膨胀装置或布置来代替液体膨胀器16。
[0017]离开分离容器22的蒸汽物流24在换热器12中的进料蒸汽本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于从天然气流体进料物流去除氮的系统，包括：a.主换热器，所述主换热器包括主进料冷却通道、抽取蒸汽加热通道、主回流物流冷却通道、回流蒸汽冷却通道和氮蒸汽返回通道，所述主进料冷却通道包括入口和出口，其中所述主进料冷却通道的入口被构造成接收天然气流体进料物流；b.蒸馏塔，所述蒸馏塔包括进料入口、返回蒸汽出口、侧蒸汽出口端口、第一和第二回流入口端口和底部液体出口，其中所述侧蒸汽出口端口和所述第一和第二回流入口端口位于进料入口和返回蒸汽出口之间；c.所述蒸馏塔的进料入口被构造成接收来自主换热器的主进料冷却通道的出口的流体物流，所述蒸馏塔的侧蒸汽出口端口被构造成向主换热器的抽取蒸汽加热通道提供蒸汽，所述蒸馏塔的返回蒸汽出口被构造成向所述主换热器的氮蒸汽返回通道提供氮蒸汽，并且所述蒸馏塔的第一回流入口端口与主换热器的回流蒸汽冷却通道成流体连通；d.回流压缩机，所述回流压缩机被构造成接收和压缩来自主换热器的抽取蒸汽加热通道的流体；e.回流后冷却器，所述回流后冷却器被构造成接收和冷却来自回流压缩机的流体并将冷却的流体引导至主换热器的主回流物流冷却通道；f.回流分离装置，所述回流分离装置被构造成接收来自主换热器的主回流物流冷却通道的流体，所述回流分离装置具有蒸汽出口和液体出口，其中回流分离装置的蒸汽出口被构造成将流体引导至主换热器的回流蒸汽冷却通道，并且回流分离装置的液体出口被构造成将流体引导至蒸馏塔的第二回流入口端口。2.如权利要求1所述的系统，其中所述主换热器进一步包括蒸汽部分冷却通道，并且所述蒸馏塔的进料入口包括第一进料入口和第二进料入口，并且所述系统进一步包括：g.膨胀装置，所述膨胀装置被构造成接收并部分地冷凝来自主换热器的主进料冷却通道的冷却的天然气流体进料物流；h.主进料分离装置，所述主进料分离装置被构造成接收来自膨胀装置的混合相物流，所述主进料分离装置包括蒸汽出口和液体出口，其中所述液体出口被构造成将液体物流引导至蒸馏塔的第一进料入口；i.所述蒸汽部分冷却通道被构造成接收和冷却来自主进料分离装置的蒸汽出口的蒸汽物流并将所得冷却的物流引导至蒸馏塔的第二进料入口。3.如权利要求1所述的系统，其中所述回流分离装置是热回流分离装置，并且所述主换热器的回流蒸汽冷却通道是热回流蒸汽冷却通道，并且其中所述主换热器进一步包括冷回流蒸汽冷却通道，并且所述蒸馏塔进一步包括第三回流入口端口并进一步包括具有蒸汽出口和液体出口的冷回流分离装置；其中所述冷回流分离装置被构造成接收来自主换热器的热回流蒸汽冷却通道的混合相流体物流，所述冷回流分离装置的蒸汽出口被构造成将蒸汽物流引导至冷回流蒸汽冷却通道，所述冷回流蒸汽冷却通道被构造成对蒸汽物流进行冷凝以在主换热器中提供冷却并将液体物流引导至蒸馏塔的第三回流入口端口，并且所述冷回流分离装置的液体出口被构造成将液体物流引导至蒸馏塔的第一回流入口端口。4.如权利要求1所述的系统，其中所述蒸馏塔包括再沸器入口端口并且所述主换热器包括再沸器通道，所述再沸器通道被构造成接收和至少部分地蒸发来自蒸馏塔的底部液体
出口的液体物流，从而在主换热器中提供冷却，所述再沸器通道还被构造成将流体物流返回到蒸馏塔的再沸器入口端口。5.如权利要求1所述的系统，其中所述主换热器进一步包括底部液体加热通道并且进一步包括泵，所述泵被构造成接收来自蒸馏塔的底部液体出口的液体物流并将液体物流泵送到底部液体加热通道，在那里液体物流被加热以在主换热器中提供冷却。6.如权利要求1所述的系统，其中所述主换热器进一步包括蒸汽部分冷却通道和氦制冷回收通道，并且所述蒸馏塔的进料入口包括第一进料入口和第二进料入口，并且所述系统进一步包括：g.膨胀装置，所述膨胀装置被构造成接收并部分地冷凝来自主换热器的主进料冷却通道的冷却的天然气流体进料物流；h.主进料分离装置，所述主进料分离装置被构造成接收来自膨胀装置的混合相物流，所述主进料分离装置包括蒸汽出口和液体出口，其中所述液体出口被构造成将液体物流引导至蒸馏塔的第一进料入口；i.所述蒸汽部分冷却通道被构造成接收和冷却来自主进料分离装置的蒸汽出口的蒸汽物流；j.氦分离装置，所述氦分离装置被构造成接收来自主换热器的蒸汽部分冷却通道的混合相物流，所述氦分离装置包括蒸汽出口和液体出口，其中所述液体出口与蒸馏塔成流体连通，并且所述蒸汽出口被构造成将氦蒸汽引导至氦制冷回收通道，在那里氦蒸汽被加热从而在主换热器中提供冷却。7.如权利要求1所述的系统，其中所述主换热器进一步包括底部液体加热通道，并且所述系统进一步包括：g.泵，所述泵被构造成接收来自蒸馏塔的底部液体出口的液体物流并将液体物流泵送到底部液体加热通道，在那里液体物流被加热以在主换热器中提供冷却；h.甲烷压缩机，所述甲烷压缩机被构造成接受来自主换热器的底部液体加热通道的流体物流；和i.甲烷压缩机后冷却机，所述甲烷压缩机后冷却机被构造成接收来自甲烷压缩机的压缩流体物流。8.一种用于从天然气流体进料物流去除氮的系统，包括：a.主换热器，所述主换热器包括主进料冷却通道、抽取蒸汽加热通道、主回流物流冷却通道、回流蒸汽冷却通道和氮蒸汽返回通道，所述主进料冷却通道包括入口和出口，其中所述主进料冷却通道的入口被构造成接收天然气流体进料物流；b.蒸馏塔，所述蒸馏塔包括进料入口、返回蒸汽出口、侧蒸汽出口端口、第一和第二回流入口端口和底部液体出口，其中所述侧蒸汽出口端口以及第一和第二回流入口端口位于进料入口和返回蒸汽出口之间；c.所述蒸馏塔的进料入口被构造成接收来自主换热器的主进料冷却通道的出口的流体物流，所述蒸馏塔的侧蒸汽出口端口被构造成向主换热器的抽取蒸汽加热通道提供蒸汽，所述蒸馏塔的返回蒸汽出口被构造成向所述主换热器的氮蒸汽返回通道提供氮蒸汽，并且所述蒸馏塔的第一回流入口端口与主换热器的回流蒸汽冷却通道成流体连通；d.回流压缩机，所述回流压缩机被构造成接收和压缩来自主换热器的抽取蒸汽加热通
道的流体；e.回流后冷却器，所述回流后冷却器被构造成接收和冷却来自回流压缩机的流体并将冷却的流体引...

【专利技术属性】
技术研发人员：PJ特纳，DA小杜科特，TP古沙纳斯，
申请(专利权)人：查特能源化工股份有限公司，
类型：发明
国别省市：