專利名稱：對(duì)液態(tài)天然氣進(jìn)行脫氮的熱虹吸式再沸器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于從包含氮、甲烷及可能是較重的烴的液態(tài)天然氣流中分離氮的方法。
背景技術(shù)：
原始天然氣通常被液化使得能夠以液態(tài)天然氣(LNG)的形式被較大量地儲(chǔ)存。因?yàn)樘烊粴饪赡鼙坏廴?，有利的是將氮去除以生產(chǎn)滿足要求的產(chǎn)品用途的減少氮的LNG產(chǎn)品。在現(xiàn)有技術(shù)中已經(jīng)公開了實(shí)現(xiàn)從LNG中去除氮的若干方法。一種從LNG流中分離氮的簡(jiǎn)單方法是，在透平中將原始LNG流等熵膨脹，然后將該 LNG流注入閃蒸分離器。從該閃蒸分離器排出的液態(tài)產(chǎn)物包含比原始LNG流較少的氮，而排出的蒸汽產(chǎn)品則包含較高比例的氮。US-A-5421165中公開了一種不同的方法。在公開的該方法中，將原始LNG流在透平中等熵膨脹，并在再沸器的熱交換器中冷卻。然后使該冷卻和膨脹的LNG流通過閥，使該冷卻和膨脹的LNG流在其注入脫氮塔之前先在該閥處進(jìn)行靜態(tài)減壓。在該塔內(nèi)部，由于升起的蒸汽，將氮從落下的液體中汽提，使得存在于塔頂部的蒸汽流富氮。液體LNG流從塔底部被排出，作為減少氮的產(chǎn)品。在該塔內(nèi)部，在低于LNG進(jìn)料流注入的高度的位置，液流被排出并流過該熱交換器，使該進(jìn)料流冷卻，然后在低于該進(jìn)料流先前被排出的高度的位置將該進(jìn)料流再注入該塔中，對(duì)該塔提供沸騰(boilup)。實(shí)際上，排出的液流通過熱交換器的該通道提供了附加的分離平衡狀態(tài)。一種用于從LNG流中分離氮的類似方法，將該透平驅(qū)動(dòng)的動(dòng)力減壓器用一種用于靜態(tài)減壓的閥來替代，使得發(fā)生的膨脹是等焓膨脹而不是等熵膨脹。在US-A-5421165公開的方法中使用的等熵膨脹據(jù)說可以允許更多的甲烷的回收。US-A-5041149中描述了另一種用于從LNG流中去除氮的方法。該專利公開了一種從原始天然氣流中去除氮的方法，通過首先將原始天然氣流冷卻，然后將其通過相分離器， 以生成液流和蒸汽流。將該液流進(jìn)一步冷卻并注入脫氮塔。將該蒸汽流進(jìn)一步冷凝并冷卻以生成第二液流，然后才將其在高于該第一液流的水位處注入該脫氮塔。從塔頂部取出富氮蒸汽用于冷卻該進(jìn)來的第二液流。該塔的貯液槽用隔板分隔，其一側(cè)填充有來自該塔的最低層盤的液體。該底部液體被排出，并且其在熱交換器中在將來自該相分離器的蒸汽流冷凝的同時(shí)至少被局部蒸發(fā)，然后將其返回至該塔中，作為回流的流以提供沸騰。在該回流的流中剩下的液體落下至該隔板的另一側(cè)的貯液槽中。然后將液體回流取出作為減少氮的產(chǎn)品流，將其泵至高壓、加熱并蒸發(fā)，接著使其動(dòng)態(tài)膨脹以減少蒸汽產(chǎn)品的溫度和壓力。與 US-A-5421165中的再沸器的熱交換相同，底部液體的回流起附加的分離平衡狀態(tài)的作用。這些現(xiàn)有技術(shù)的氮分離方法的缺點(diǎn)在于，它們每個(gè)都要求使流出一個(gè)塔盤的整個(gè)液體都流過再沸器再循環(huán)。另一個(gè)缺點(diǎn)在于，它們每個(gè)都完全依靠塔內(nèi)的液頭來驅(qū)動(dòng)熱交換器。這些特點(diǎn)限制了這些方法的靈活性，因?yàn)檎麄€(gè)過程必須設(shè)計(jì)成能夠適應(yīng)大量的流。與現(xiàn)有技術(shù)相關(guān)的另外的缺點(diǎn)在于，所述方法往往要求用于放置設(shè)備的大面積。
因此，本發(fā)明的一個(gè)目的在于提供一種工藝方法，其在用于從LNG流去除氮的設(shè)備的設(shè)計(jì)上可以提供更大的靈活性。該更大的靈活性便于較廉價(jià)的過程設(shè)備的設(shè)計(jì)，從而降低與該工藝方法相關(guān)的投資費(fèi)。本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種氮分離工藝方法，其能夠低費(fèi)用并能夠通過省略現(xiàn)有技術(shù)方法所要求的某些設(shè)備來節(jié)省有價(jià)值的空間。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種對(duì)被氮污染的LNG流進(jìn)行脫氮的改進(jìn)的工藝方法，在LNG流膨脹之前或之后將其進(jìn)料給氮排除塔，使用熱虹吸式再沸器，通過只局部蒸發(fā)一部分氮底部流體逆著該LNG流，對(duì)氮排除塔提供再沸騰。該工藝方法通過允許過程設(shè)計(jì)有更大的靈活性和省略對(duì)某些設(shè)備的需求，可以有經(jīng)濟(jì)效益。本發(fā)明提供一種對(duì)液態(tài)天然氣(LNG)進(jìn)料流進(jìn)行脫氮的工藝方法，其包括(a)將所述LNG進(jìn)料流通過設(shè)置的用于膨脹所述LNG進(jìn)料流的裝置進(jìn)行膨脹，并將所述LNG進(jìn)料流在熱虹吸式再沸器中進(jìn)行冷卻以形成冷卻、膨脹的LNG流，其中所述膨脹是在所述冷卻之前進(jìn)行的，或者所述冷卻是在所述膨脹之前進(jìn)行的；(b)將所述冷卻、膨脹的LNG流導(dǎo)入氮排除塔，所述氮排除塔包括分餾段和貯液槽，以提供富氮的頭頂蒸汽和減少氮的底部液體；(c)將富氮的頭頂蒸汽流從所述塔排出；(d)將所述減少氮的底部液體的至少一部分從所述塔排出；(e)通過將減少氮的底部液體的一部分流過步驟(a)的所述熱虹吸式再沸器來將其至少局部蒸發(fā)，以形成局部蒸發(fā)流；以及(f)將所述局部蒸發(fā)流在塔的一個(gè)位置注入所述塔中，以對(duì)所述塔提供沸騰，當(dāng)所述熱虹吸式再沸器是放置在所述塔的所述貯液槽的外部時(shí)，所述一個(gè)位置是位于步驟(e) 的所述底部液體部分被排出之處的上方，或者當(dāng)所述熱虹吸式再沸器是放置在所述塔的所述貯液槽內(nèi)時(shí)，所述一個(gè)位置是位于步驟(e)的所述底部液體部分進(jìn)入所述熱虹吸式再沸器之處的上方，并且，所述一個(gè)位置是位于接收步驟(b)的LNG進(jìn)料流之處的下方。根據(jù)本發(fā)明工藝方法的一種實(shí)施例，原始LNG流包含-10%氮，其余為甲烷及較重的烴，將所述原始LNG流在用于膨脹的裝置中進(jìn)行膨脹，并在熱虹吸式再沸器中進(jìn)行冷卻。生成的原始LNG流被導(dǎo)入氮排除塔，其中，當(dāng)液體落下所述塔時(shí)LNG的氮含量被減少。 富氮的蒸汽流從塔頂部被排出，第一減少氮的液流從塔的底部被排出。所述減少氮的液流可以被回收作為L(zhǎng)NG產(chǎn)品。第二減少氮的液流也從塔的底部被排出。所述第二減少氮的液流被流過所述熱虹吸式再沸器，從而冷卻所述原始LNG流并且至少局部蒸發(fā)所述第二減少氮的液流。所述局部蒸發(fā)的第二減少氮的液流，在塔的排出減少氮的底部LNG流的高度的上方位置和導(dǎo)入原始LNG進(jìn)料流的高度的下方位置被再注入所述塔中以對(duì)所述塔提供沸騰。在本發(fā)明的工藝方法的一個(gè)可替換的實(shí)施例中，第一和第二減少氮的液流是從所述塔通過同一個(gè)導(dǎo)管一起被排出的，并且在被排出之后被分開。在本發(fā)明的工藝方法的另一個(gè)可替換的實(shí)施例中，所述熱虹吸式再沸器是被放置在所述塔的所述貯液槽的內(nèi)部，使得只有一個(gè)減少氮的液流從所述塔被排出。正如會(huì)明顯地看到的那樣，這些工藝方法的若干變型是落入本發(fā)明的范圍之內(nèi)
4的。在一個(gè)實(shí)施例中，初始的原始LNG流是在致密流體膨脹器中被膨脹的，所述致密流體膨脹器可以被放置在所述熱虹吸式再沸器的上游或下游。閥也可以被緊接放置在氮排除塔的上游，使原始LNG流在被注入塔內(nèi)時(shí)通過所述閥被節(jié)流。本發(fā)明獲得設(shè)計(jì)的靈活性和在LNG脫氮操作中的過程經(jīng)濟(jì)效益，這是因?yàn)槠洳糠值赝ㄟ^使用熱虹吸式再沸器，使流過所述熱虹吸式再沸器的流是由輸入流和輸出流之間的密度差連同塔的液頭一起來驅(qū)動(dòng)，而不是僅僅由塔的液頭來驅(qū)動(dòng)，從而允許整個(gè)過程設(shè)計(jì)有更大的靈活性。本發(fā)明還允許流過所述再沸器的流體量的改變，其進(jìn)一步增加過程靈活性。另外，根據(jù)本發(fā)明的工藝方法允許省略某些設(shè)備，包括收集盤、噴嘴及大的再沸器，這些是現(xiàn)有技術(shù)工藝方法所要求的，因此本發(fā)明能夠獲得節(jié)省費(fèi)用和空間的附加效益。正如在下面的說明中會(huì)澄清的那樣，獲得這種靈活性，同時(shí)可以除去過程設(shè)備并保持輸出水平和能量要求，包含著引入小的熱力無效。但是，本發(fā)明提供的靈活性和費(fèi)用及空間的節(jié)省要大于對(duì)所述熱力無效的補(bǔ)償，特別是給出簡(jiǎn)易性及低費(fèi)用，使熱力無效得以補(bǔ)救。術(shù)語“富氮的流”在這里是用來表示，當(dāng)與初始進(jìn)料流相比較時(shí)包含較高濃度的氮的流。術(shù)語“減少氮的流”在這里是用來表示，當(dāng)與初始進(jìn)料流相比較時(shí)包含較低濃度的氮的流。術(shù)語“下方”在這里是用來表示，在一個(gè)較小高度的位置，S卩，在較接近地面的位置。術(shù)語“上方”在這里是用來表示，在一個(gè)較大高度的位置，S卩，在遠(yuǎn)離地面的位置。


圖1是一示意圖，示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的一種用于從LNG流中去除氮的工藝方法；圖2是一示意圖，示出根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的一種用于從LNG流中去除氮的工藝方法；圖3是經(jīng)修改的US-A-5421165的圖1，其將介于熱交換器和閥之間的(第二)透平除去(參見US-A-5421165中的說明和母案PCT申請(qǐng)PCT/FR92/00991 ；WO 93/08436的圖 1)。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)參照?qǐng)D1來詳細(xì)說明本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。下述的各實(shí)施例并不打算限定本發(fā)明，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，還有在權(quán)利要求范圍內(nèi)的其它許多實(shí)施例。如圖1中所示，高壓LNG流100，典型地其壓力為約700psia(4. 8Mpa)，含有1至 IOmol % (克分子百分?jǐn)?shù))的氮，其余為甲烷及可能是較重的烴，將該高壓LNG流100通過用于膨脹LNG流的裝置102進(jìn)行膨脹以生成低壓LNG流104。所述的膨脹最好是以等熵方式進(jìn)行的；所述用于膨脹LNG流的裝置最好是致密流體膨脹器(dense fluidexpander)(還稱為水輪機(jī))，但也可以是一種閥或其它用于膨脹流體的已知裝置。低壓LNG流104在熱虹吸式再沸器106中被冷卻以生成冷卻、膨脹的LNG流108。該冷卻、膨脹的LNG流108然后通過閥109基本上被等焓膨脹并被注入氮排除塔(nitrogen rejection column) 150。氮排除塔150最好是盤式塔，但可以是填充塔或其它適于進(jìn)行分餾的物質(zhì)傳遞裝置。富氮的蒸汽流130從塔150的頂部被排出。此處可以理解，“富氮的”指的是包含比高壓LNG流100 具有的氮濃度更高的氮濃度，并且典型地包含多于30%的N2和少于70%的甲烷。第一減少氮的液流110從塔150的底部被排出，并且可以作為產(chǎn)品流被回收。此處可以理解，“減少氮的”指的是包含比高壓LNG流100具有的氮濃度更低的氮濃度。第二減少氮的液流，再沸器流112也從塔150的底部被排出。再沸器流112的流率典型地是在液流110的流率的15%和100%之間。再沸器流112在熱虹吸式再沸器106中至少被局部蒸發(fā)以生成局部蒸發(fā)的再沸器流114，該至少被局部蒸發(fā)的再沸器流114然后被注入塔150 的底部，在盤式塔的情況下是在最低層塔盤的下方被注入，而在填充塔的情況下是在填充物料的下方被注入，以便提供沸騰。在設(shè)計(jì)階段，再沸器流112的流率可按需要被調(diào)節(jié)，以提供不同的再循環(huán)率(即，出口液流對(duì)蒸汽流之比)。在一個(gè)可替換的實(shí)施例中，用于膨脹LNG流102的裝置可以被放置在熱虹吸式再沸器106的下游。按此方式，高壓LNG流100，當(dāng)其在用于膨脹LNG流102的裝置中進(jìn)行膨脹之前，在熱虹吸式再沸器106中被冷卻。在另一個(gè)可替換的實(shí)施例中，減少氮的液流110和再沸器流112可以從塔150的底部，通過單一管道作為單一流被排出。按照此實(shí)施例，減少氮的液流110其后會(huì)從聯(lián)合流中被分離，并可選擇性的作為產(chǎn)品流被回收。剩下的流是再沸器流112，其會(huì)如前所述通過熱虹吸式再沸器被處理。在上述的各實(shí)施例中，閥109是任意的，在可替換的實(shí)施例中，冷卻的LNG流108 可被直接注入氮排除塔150。其中不存在閥109，用于膨脹LNG流102的裝置最好是一種雙相致密流體膨脹器。提供了特別優(yōu)選的實(shí)施例，其中，原始LNG流100在致密流體膨脹器102中基本上被等熵膨脹并在熱虹吸式再沸器106中被冷卻。該冷卻、膨脹的LNG流108通過閥109基本上被等焓膨脹并被注入氮排除塔150。在該塔內(nèi)，升起的蒸汽將氮從落下的液體中汽提， 富氮的蒸汽流130從塔150的頂部被排出。減少氮的液流110從塔150的底部被排出，并且可以作為產(chǎn)品流被回收。再沸器流112也從塔150的底部被排出。再沸器流112在熱虹吸式再沸器106中至少被局部蒸發(fā)以生成局部蒸發(fā)的再沸器流114，該至少被局部蒸發(fā)的再沸器流114然后被注入塔150的底部，在盤式塔的情況下是在最低層塔盤的下方被注入， 而在填充塔的情況下是在填充物料的下方被注入，以便提供沸騰。在設(shè)計(jì)階段，再沸器106 的再循環(huán)率最好是至少為4。該局部蒸發(fā)的再沸器流114的液體部分在其再注入塔150內(nèi)時(shí)與來自塔的最低級(jí)的液體混合，使減少氮的液流110不僅僅是來自該氮排除塔150的液體，或來自該熱虹吸式再沸器106的液體，而是二者的混合。與將液流混合來提供排出的減少氮的液流110相關(guān)聯(lián)，存在有熱力損失。但是，這可以通過對(duì)氮排除塔150增加一級(jí)或多級(jí)來簡(jiǎn)單及廉價(jià)地進(jìn)行補(bǔ)償。熱虹吸式再沸器的再循環(huán)率可以是由熱交換器的幾何條件確定的任何希望的速率，因此，再沸器流112的流率與減少氮的液流110的流率之比能夠靈活地被限定，并且可以容易地使特定的工藝方法最佳化。
圖2中示出另一個(gè)實(shí)施例。如圖1中所示，高壓LNG流100通過用于膨脹LNG流 100的裝置102進(jìn)行膨脹以生成低壓LNG流104。該低壓LNG流104在熱虹吸式再沸器106 中被冷卻以生成冷卻、膨脹的LNG流108。該冷卻、膨脹的LNG流108然后通過閥109基本上被等焓膨脹并被注入氮排除塔150。但是，在本實(shí)施例中，該熱虹吸式再沸器106是被放在塔150的貯液槽內(nèi)，使該再沸器106的頂部是位于液體的高度的上方。在該貯液槽內(nèi)的液體借助再沸器106內(nèi)建立的壓力梯度流過該熱虹吸式再沸器106，該壓力梯度以一個(gè)由再循環(huán)率限定的比例強(qiáng)制液體進(jìn)入再沸器106的底部并且將液體和蒸汽從再沸器106的頂部擠出。這種取向消除了將再沸器流從塔150排出和將再沸器流再注入塔150的需要。富氮的蒸汽流130從塔150的頂部被排出。減少氮的液流110從塔150的底部被排出，并且可以作為產(chǎn)品被回收。如同上面所述的實(shí)施例，在設(shè)計(jì)階段，再循環(huán)率可被調(diào)節(jié)至任何數(shù)值，以提供希望的沸騰量。本發(fā)明通過在現(xiàn)有技術(shù)的那些工藝方法中實(shí)施不同的液壓過程，提供了對(duì)LNG脫氮工藝方法的適應(yīng)性和靈活性的顯著改善。通過允許熱虹吸式再沸器106來幫助驅(qū)動(dòng)再沸器流112/114的流而不是僅僅依靠塔頭，并且通過允許在選擇設(shè)計(jì)的再循環(huán)率方面的變化性，可以實(shí)現(xiàn)更大的設(shè)計(jì)靈活性。該靈活性能夠?qū)е略谛〉臒崃p失的可補(bǔ)救費(fèi)用方面的較小的投資支出。例如，通過改變?cè)傺h(huán)率(從而改變流過再沸器的液流)，與工藝方法相關(guān)聯(lián)的再沸器及管道要求能夠被調(diào)節(jié)，使投資費(fèi)用減至最小。采用對(duì)LNG流脫氮的熱虹吸式再沸器還能夠?qū)е赂纳普麄€(gè)工藝過程的可控制性。在本發(fā)明的內(nèi)熱虹吸式和外熱虹吸式的工藝方法中，不需要設(shè)在塔的分餾段下方的集液盤，其會(huì)要求流出該盤的所有的液體流過再沸器。另外，當(dāng)采用本發(fā)明的內(nèi)熱虹吸式的工藝方法時(shí)，要求的用于排出再循環(huán)流的各噴嘴也可以省去。并且，通過將熱虹吸式再沸器放置在塔的內(nèi)部，可以節(jié)省有價(jià)值的空間，這是因?yàn)椴辉傩枰阉獠康目臻g用在再沸器及其相連的管道。當(dāng)采用外熱虹吸式再沸器時(shí)，仍然可以節(jié)省空間，這是因?yàn)榕c其它的再沸器類型相比時(shí)，本發(fā)明要求簡(jiǎn)單化的管道，較小的熱傳遞表面積以及與熱虹吸式再沸器相關(guān)聯(lián)的較小的軌跡(footprint)。各種實(shí)例實(shí)例1為了更詳細(xì)地論證本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)之間的某些重要的區(qū)別，使用ASPEN過程模擬器，進(jìn)行整個(gè)天然氣液化過程的運(yùn)轉(zhuǎn)，對(duì)本發(fā)明的兩個(gè)實(shí)施例(“本工藝方法”)和 US-A-5421165中公開的工藝方法進(jìn)行比較。比較的基礎(chǔ)是同樣的LNG產(chǎn)品和滿足的燃料平衡(驅(qū)動(dòng)用于驅(qū)動(dòng)工藝過程的燃?xì)廨啓C(jī)所要求的LNG產(chǎn)品閃煮量)。用于本實(shí)例的相應(yīng)參考號(hào)涉及前面所述的圖1及US-A-5421165(見其中的圖1)。本工藝方法A.再循環(huán)率2. 9參照?qǐng)D1，隨著在致密流體膨脹器102內(nèi)的膨脹，低壓LNG流104，其流率為 125, 4701bmol/h(56,912kgmol/h),其壓力為 71. 78psia(494. 9kPa),其溫度為-M2. 9 0F (-152. 70C )，并包含 2. 96% N2,95. 47% 甲烷，1. 10% C2 烴及 0. 47%較重的烴， 該低壓LNG流104在熱虹吸式再沸器106中被冷卻以生成溫度為-252. 5 0F (-158. 1°C )、 壓力為64. 52psia(444. 8kPa)的冷卻、膨脹的LNG流108。冷卻、膨脹的LNG流108通過閥109被節(jié)流并被注入包括6個(gè)塔盤、壓力為ISpsia(IMkPa)的氮排除塔150。頭上的蒸汽流130從塔150的頂部被排出，蒸汽流130的流率為8，1411bmol/h(3, 692kgmol/ h)，并包含31. 06% N2,68. 94 %甲烷及微量的較重的烴，其壓力為18psia(IMkPa)，溫度為-261. 9°F (-163. 3°C )。底部的液流110從塔150的底部被排出，其流率為117，3291bmol/ h (53，220kgmol/h)，其壓力為 19. 45psia (134. IkPa)，其溫度為-256. 8 0F (-160. 4°C )，并且包含1. 01 % N2,97. 31 %甲烷，1. 17% C2烴及0. 51 %較重的烴。再沸器流112從塔150的底部被排出，其流率為 17，7041bmol/h (8，030kgmol/h)，其溫度為-256. 8 0F (-160. 4°C )，其壓力為 19. 74psia(136. lkPa)，并且包含 1. 01% N2,97. 31% 甲烷，1. 17% C2 烴及 0. 51%較重的烴。再沸器流112被流過熱虹吸式再沸器106，在該處至少被局部蒸發(fā)以生成局部蒸發(fā)的再沸器流114，其溫度為-252. 7 0F (-158. 2V )，其壓力為19. 45psia(134. IkPa)，并具有 25. 3%的蒸汽餾分，被注入塔150的底部。此液化過程要求大致為2四麗的能量。B.再循環(huán)率26. 0參照?qǐng)D1，隨著在致密流體膨脹器102內(nèi)的膨脹，低壓LNG流104，其流率為 125, 4741bmol/h(56, 914kgmol/h),其壓力為 71. 84psia(495. 3kPa),其溫度為-M2. 9 0F (-152. 70C )，并包含 2. 96% N2,95. 47% 甲烷，1. 10% C2 烴及 0. 47%較重的烴， 該低壓LNG流104在熱虹吸式再沸器106中被冷卻以生成溫度為-253. 15 0F (-158. 4°C )、 壓力為64. 59psia(445. 3kPa)的冷卻、膨脹的LNG流108。冷卻、膨脹的LNG流108通過閥109被節(jié)流并被注入包括6個(gè)塔盤、壓力為ISpsia(IMkPa)的氮排除塔150。頭上的蒸汽流130從塔150的頂部被排出，蒸汽流130的流率為8，1211bmol/h(3,684kgmol/ h)，并包含31. 54% N2,68. 46 %甲烷及微量的較重的烴，其壓力為18psia(IMkPa)，溫度為-261. 9°F (-163. 3°C )。底部的液流110從塔150的底部被排出，其流率為117，3531bmol/ h (53，230kgmol/h)，其壓力為 19. 45psia (134. IkPa)，其溫度為-256. 7 0F (-160. 4°C )，并且包含0. 98% N2,97. 34%甲烷，1. 17% C2烴及0. 51%較重的烴。再沸器流112從塔150的底部被排出，其流率為 117, 3531bmol/h (53，230kgmol/h)，其溫度為-256. 7 0F (-160. 4°C )， 其壓力為 19. 74psia(136. IkPa)，并且包含 0. 98% N2,97. 34% 甲烷，1. 17% C2 烴及 0. 51% 較重的烴。再沸器流112被流過熱虹吸式再沸器106，在該處至少被局部蒸發(fā)以生成局部蒸發(fā)的再沸器流114，其溫度為-254. 8 0F (-159. 3°C )，其壓力為19. 45psia(134. IkPa)，并具有3. 7%的蒸汽餾分，被注入塔150的底部。此液化過程也要求大致為2四麗的能量。現(xiàn)有技術(shù)工藝方法參照本圖3(US-A-5421165的圖1)，隨著在透平21內(nèi)的膨脹，半減壓LNG流22， 其流率為 125, 4511bmol/h(56, 904kgmol/h),其壓力為 71. 70psia (494. 8kPa)，其溫度為-M2. 9 0F (-152. 70C )，并包含 2. 96% N2,95. 47% 甲烷，1. 10% C2 烴及 0. 47%較重的烴， 該半減壓LNG流22在間接熱交換器2中被冷卻至溫度為-252. 6 T (-158. 1°C )、壓力為 64. 50psia(444. 7kPa)。冷卻、膨脹的LNG流108通過閥3被節(jié)流并被注入包括6個(gè)塔盤、 壓力為ISpsia(IMkPa)的脫氮塔5。頭上的蒸汽流10從塔5的頂部被排出，蒸汽流10的流率為8，1221bmol/h(3，684kgmol/h)，并包含31. 17% N2,68. 4683%甲烷及微量的較重的烴，其壓力為18psia(IMkPa)，溫度為461. 9 0F (-163. 3°C )。底部的液流11從塔5被排出，其流率為 117，3291bmol/h (53，220kgmol/h)，其壓力為 19. 45psia (134. IkPa)，其溫度為-256. 8 0F (-160. 4°C )，并且包含 1. 01% N2,97. 32% 甲烷，1. 17% C2 烴及 0. 50%較重的
8烴。第一LNG餾分6從塔的最低塔盤被排出，其流率為121，0471bmol/h(54, 9(^kgmol/h)，其溫度為-259. 7F (-162. 1 C)，其壓力為 19. 74psia(136. IkPa)，并且包含 1. 56% N2,96. 81% 甲烷，1. 14% C2烴及0. 49%較重的烴。該第一餾分6被流過間接熱交換器2，以生成流7， 其溫度為-256. 8 0F (_160.4°C )，其壓力為19. 45psia(134. IkI3a)，并具有3. 的蒸汽餾分。流7被返回塔5的最低塔盤的下面以提供沸騰。此液化過程也要求大致為229MW的能量。表1列出再循環(huán)率為2. 9的本工藝方法和現(xiàn)有技術(shù)工藝方法的各相應(yīng)流的數(shù)據(jù)， 以便更清楚地示出所述比較。首先指出，相應(yīng)的進(jìn)料流104和22，相應(yīng)的產(chǎn)品流110和11 以及產(chǎn)品流130和10，在所有的有關(guān)特性方面是大體上相同的。進(jìn)料流和產(chǎn)品流的等效性使得可以進(jìn)行上述兩種工藝方法的有價(jià)值的比較。如表1中所表明的，該兩種工藝方法之間的顯著區(qū)別在于本工藝方法的再沸器流112的流率為17，7041bmol/h(8, 030kgmol/h)，其僅僅是US-A-5421165的工藝方法的再沸器流6的流率的121, 0471bmol/h(54, 906kgmol/h)的14.6%。這一區(qū)別可歸因于以下的事實(shí)US-A-5421165的工藝方法要求流出塔盤的整個(gè)液體要流過再沸器熱交換器進(jìn)行再循環(huán)，而本工藝方法可以設(shè)計(jì)成在不同的再循環(huán)率下運(yùn)行，使達(dá)到希望的分離所需要的流量最佳化，從而只要使生產(chǎn)要求的產(chǎn)品所需要的底部液體的量進(jìn)行再循環(huán)。該兩種工藝方法之間的其它值得指出的區(qū)別在于對(duì)于流過再沸器的全部流體流來說，本工藝方法要顯著小于US-A-5421165的工藝方法，因?yàn)樵诟髟俜衅髦型康臒岜粋鬟f，在本工藝方法中，更大百分比的再沸器流被蒸發(fā)，25. 3%對(duì)3. 1%。因此，實(shí)際上返回塔的用于沸騰的蒸汽量,本工藝方法(44791bmol/h (2, 032kgmol/h))比 US-A-5421165 的工藝方法(37521bmol/ h(l,702kgmol/h))更大。表1-本工藝方法(再循環(huán)率=2. 9)與US-A-5421165工藝方法的比較
權(quán)利要求
1.一種對(duì)液態(tài)天然氣(LNG)進(jìn)料流進(jìn)行脫氮的工藝方法，包括(a)將所述LNG進(jìn)料流通過設(shè)置的用于膨脹所述LNG進(jìn)料流的裝置進(jìn)行膨脹，并將所述 LNG進(jìn)料流在熱虹吸式再沸器中進(jìn)行冷卻以形成冷卻、膨脹的LNG流，其中所述膨脹是在所述冷卻之前進(jìn)行的，或者所述冷卻是在所述膨脹之前進(jìn)行的；(b)將所述冷卻、膨脹的LNG流導(dǎo)入氮排除塔，所述氮排除塔包括分餾段和貯液槽，以提供富氮的頭上蒸汽和減少氮的底部液體；(c)將富氮的頭上蒸汽流從所述塔排出；(d)將所述減少氮的底部液體的至少一部分從所述塔排出；(e)通過將減少氮的底部液體的一部分流過步驟(a)的所述熱虹吸式再沸器來將其至少局部蒸發(fā)，以形成局部蒸發(fā)流；以及(f)將所述局部蒸發(fā)流在塔的一個(gè)位置注入所述塔中，以對(duì)所述塔提供沸騰，當(dāng)所述熱虹吸式再沸器是放置在所述塔的所述貯液槽的外部時(shí)，所述一個(gè)位置是位于步驟(e)的所述底部液體部分被排出之處的上方，或者當(dāng)所述熱虹吸式再沸器是放置在所述塔的所述貯液槽內(nèi)時(shí)，所述一個(gè)位置是位于步驟(e)的所述底部液體部分進(jìn)入所述熱虹吸式再沸器之處的上方，并且，所述一個(gè)位置是位于接收步驟(b)的LNG進(jìn)料流之處的下方。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝方法，其中，所述熱虹吸式再沸器是放置在所述塔的所述貯液槽的外部，步驟(e)的所述減少氮的底部液體部分是在步驟(d)的所述減少氮的底部液體已經(jīng)從所述塔被排出之后從步驟(d)的所述減少氮的底部液體分出的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝方法，其中，所述熱虹吸式再沸器是放置在所述塔的所述貯液槽的外部，步驟(e)的所述減少氮的底部液體部分是從所述塔與步驟(d)的所述減少氮的底部液體分別地排出的。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝方法，其中，所述熱虹吸式再沸器是位于所述塔的所述貯液槽的內(nèi)部。
5.根據(jù)前面權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的工藝方法，其中，設(shè)置的用于膨脹所述LNG進(jìn)料流的所述裝置是致密流體膨脹器。
6.根據(jù)前面權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的工藝方法，其中，不送進(jìn)所述熱虹吸式再沸器的所述減少氮的底部液體被收集作為L(zhǎng)NG產(chǎn)品。
7.根據(jù)前面權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的工藝方法，其中，還包括在將步驟(a)的所述冷卻、膨脹的LNG流導(dǎo)入所述氮排除塔之前將所述冷卻、膨脹的LNG流通過閥進(jìn)行節(jié)流。
8.根據(jù)前面權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的工藝方法，其中，步驟(a)的所述膨脹是在步驟 (a)的所述冷卻之前進(jìn)行的。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述的工藝方法，其中，步驟(a)的所述冷卻是在步驟 (a)的所述膨脹之前進(jìn)行的。
10.根據(jù)前面權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的工藝方法，其中，設(shè)置的用于膨脹所述LNG進(jìn)料流的所述裝置是致密流體膨脹器。
11.根據(jù)前面權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的工藝方法，其中，所述LNG進(jìn)料流包含 l-10mol% 氮。
全文摘要
本發(fā)明涉及對(duì)液態(tài)天然氣進(jìn)行脫氮的熱虹吸式再沸器。膨脹的原始LNG流(104)的脫氮是在氮排除塔(150)中進(jìn)行的。通過只將底部液體的一部分(112)在熱虹吸式再沸器(106)中局部蒸發(fā)而再沸騰。熱虹吸式再沸器將原始LNG流在膨脹(102)之前或之后進(jìn)行冷卻。該熱虹吸式再沸器能夠被放置在塔的貯液槽的外部或內(nèi)部。
文檔編號(hào)F25J3/02GK102439384SQ200880118944
公開日2012年5月2日 申請(qǐng)日期2008年11月28日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月4日
發(fā)明者A·A·布羅斯托, M·J·羅伯茨 申請(qǐng)人:氣體產(chǎn)品與化學(xué)公司