从各种气体来源生产液化甲烷气(LMG)的方法和布置与流程

文档序号:12140250阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种从加压混合甲烷气进料流连续生产液化甲烷气(LMG)的方法,所述混合甲烷气进料流含有甲烷和可变浓度的氮,所述氮在这样的范围内,其包括基本上不存在于所述混合甲烷气进料流中的氮,所述方法包括以下的同时步骤:

(A)使所述混合甲烷气进料流穿过第一热交换器(301)并然后穿过第二热交换器(303)以冷凝所述混合甲烷气进料流中的至少一部分,所述第一热交换器(301)使用第一低温制冷剂并且所述第二热交换器(303)使用第二低温制冷剂;

(B)将从所述第二热交换器(303)出来的所述混合甲烷气进料流送经分馏塔(304)的中层入口;

(C)当氮存在于所述混合甲烷气进料流中时,在所述分馏塔(304)内将所述混合甲烷气进料流分离成富甲烷液体馏分和富氮气体馏分;

(D)经过底部出口取出积累在所述分馏塔(304)的底部的所述富甲烷液体馏分,所述富甲烷液体馏分构成所述LMG;

(E)使所述LMG从步骤(D)中的所述底部出口穿过第三热交换器(309),所述第三热交换器(309)使用所述第二低温制冷剂以进一步冷却所述LMG;

(F)当氮存在于步骤(C)中的所述混合甲烷气进料流中时:

(i)在所述分馏塔(304)的顶部处经过顶部出口取出所述富氮气体馏分以产生富氮气体馏分;

(ii)使所述富氮气体馏分穿过第四热交换器(305)并然后穿过第五热交换器(307),所述第四热交换器(305)使用所述第一低温制冷剂并且所述第五热交换器(307)使用所述第二低温制冷剂;

(iii)将从所述第五热交换器(307)出来的所述富氮气体馏分引入氮相分离器容器(308),在所述氮相分离器容器(308)中液相与气相分离;

(iv)取出所述氮相分离器容器(308)内积累的液相并且通过重力将所述取出的液相作为回流经过所述分馏塔(304)的塔顶入口而引入所述分馏塔(304),所述塔顶入口垂直位于所述中层入口上方和所述顶部出口下方;

(v)从所述氮相分离器容器(308)内取出气相并且将所述取出的气相直接传入膨胀阀(306);

(vi)将从所述膨胀阀(306)出来的膨胀气体用作所述第一低温制冷剂,所述第一低温制冷剂在开环的第一制冷剂回路(322)中循环,所述第一制冷剂回路(322)在所述膨胀阀(306)的出口处起源并然后连续穿过所述第四热交换器(305)和所述第一热交换器(301);以及

(vii)将来自所述第一热交换器(301)的所述第一低温制冷剂排出所述第一制冷剂回路(322);以及

(G)在闭环的第二制冷剂回路(324)中循环所述第二低温制冷剂,所述第二制冷剂回路(324)从独立的低温制冷系统(400)延伸至所述第五热交换器(307),从所述第五热交换器(307)延伸至所述第三热交换器(309),从所述第三热交换器(309)延伸至所述第二热交换器(303),并然后从所述第二热交换器(303)回到所述独立的低温制冷系统(400)。

2.根据权利要求1所述的方法,其中从所述第一制冷剂回路(322)出来的所述第一低温制冷剂含有具有小于1%体积的甲烷气含量的氮。

3.根据权利要求1或2所述的方法,其中所述第一低温制冷剂排出所述第一制冷剂回路(322)包括将所述第一低温制冷剂直接排入大气。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法,其中从步骤(D)中的所述底部出口取出的所述LMG含有小于2%体积的氮,优选小于1%体积的氮。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法,其中进入所述第一热交换器(301)的所述混合甲烷气进料流处在1,380kPag与2,070kPag之间的压力下。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法,其中当氮存在于步骤(C)中的所述混合甲烷气进料流中时,所述富氮气体馏分中的至少一部分在所述第五热交换器(307)内经受相变至液相。

7.根据权利要求6所述的方法,其中当氮存在于步骤(C)中的所述混合甲烷气进料流中时,所述富氮气体馏分中的至少另一部分还在所述第四热交换器(305)内经受相变至液相。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法,其中在所述分馏塔(304)内分离所述混合甲烷气进料流的步骤包括:从所述分馏塔(304)内循环所述混合甲烷气进料流的一部分经过位于所述分馏塔(304)外的再沸器回路(330),所述再沸器回路(330)穿过第六热交换器(302),在所述第六热交换器(302)中所述再沸器回路(330)与来自旁通回路(332)的所述混合甲烷气进料流处于间接热交换关系,所述旁通回路(332)具有均提供在所述第一热交换器(301)下游和所述第二热交换器(303)上游的入口和出口。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法,其中所述混合甲烷气进料流中的至少一部分是沼气,优选来自垃圾填埋场和厌氧消化器中至少一者的沼气。

10.根据权利要求9所述的方法,其中当所述沼气具有小于阈值的甲烷气含量时,所述混合甲烷气进料流的一部分还包括来自甲烷气的替代来源的气体。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的方法,其中当氮浓度小于3%体积时,认为氮基本上不存在于所述混合甲烷气进料流中。

12.一种从加压混合甲烷气进料流连续生产液化甲烷气(LMG)的方法,所述混合甲烷气进料流含有甲烷和可变浓度的氮,所述方法包括以下的同时步骤:

(A)使所述混合甲烷气进料流穿过第一热交换器(301)并然后穿过第二热交换器(303)以冷凝所述混合甲烷气进料流中的至少一部分,所述第一热交换器(301)使用第一低温制冷剂并且所述第二热交换器(303)使用第二低温制冷剂;

(B)将从所述第二热交换器(303)出来的所述混合甲烷气进料流送经分馏塔(304)的中层入口,以将所述混合甲烷气进料流分离成富甲烷液体馏分和富氮气体馏分;

(C)经过底部出口取出积累在所述分馏塔(304)的底部的所述富甲烷液体馏分,所述富甲烷液体馏分构成所述LMG;

(D)使从步骤(C)中的所述底部出口取出的所述LMG穿过第三热交换器(309)以进一步冷却所述LMG;

(E)在所述分馏塔(304)的顶部处经过顶部出口取出所述富氮气体馏分以产生富氮气体馏分;

(F)使所述富氮气体馏分穿过第四热交换器(305)并然后穿过第五热交换器(307),所述第四热交换器(305)使用所述第一低温制冷剂并且所述第五热交换器(307)使用所述第二低温制冷剂,所述富氮气体馏分中的至少一部分在所述第五热交换器(307)内经受相变至液相;

(G)将从所述第五热交换器(307)出来的所述富氮气体馏分引入氮相分离器容器(308),在所述氮相分离器容器(308)中所述液相与气相分离;

(H)取出在所述氮相分离器容器(308)的底部积累的所述液相并且通过重力将所述取出的液相作为回流经过位于所述中层入口上方和所述顶部出口下方的塔顶入口而引入所述分馏塔(304);

(I)从所述氮相分离器容器(308)的顶部取出所述气相并且将所述取出的气相直接传入膨胀阀(306);

(J)将从所述膨胀阀(306)出来的膨胀气体用作所述第一低温制冷剂,所述第一低温制冷剂在开环的第一制冷剂回路(322)中循环,所述第一制冷剂回路(322)在所述膨胀阀(306)的出口处起源并然后连续穿过所述第四热交换器(305)和所述第一热交换器(301);

(K)将来自所述第一热交换器(301)的所述第一低温制冷剂排出所述第一制冷剂回路(322);以及

(L)在闭环的第二制冷剂回路(322)中循环所述第二低温制冷剂,所述第二制冷剂回路(322)从独立的低温制冷系统(400)延伸至所述第五热交换器(307),从所述第五热交换器(307)延伸至所述第三热交换器(309),从所述第三热交换器(309)延伸至所述第二热交换器(303),并然后从所述第二热交换器(303)回到所述独立的低温制冷系统(400)。

13.根据权利要求12所述的方法,其中从所述第一制冷剂回路(322)出来的所述第一低温制冷剂含有具有小于1%体积的甲烷气含量的氮。

14.根据权利要求12或13所述的方法,其中所述第一低温制冷剂排出所述第一制冷剂回路(322)包括将所述第一低温制冷剂直接排入大气。

15.根据权利要求12至14中任一项所述的方法,其中从步骤(C)中的所述底部出口取出的所述LMG含有小于2%体积的氮,优选小于1%体积的氮。

16.根据权利要求12至15中任一项所述的方法,其中进入所述第一热交换器(301)的所述混合甲烷气进料流处在1,380kPag与2,070kPag之间的压力下。

17.根据权利要求12至16中任一项所述的方法,其中所述富氮气体馏分中的一部分还在所述第四热交换器(305)内经受相变至液相。

18.根据权利要求12至17中任一项所述的方法,其中在所述分馏塔(304)内分离所述混合甲烷气进料流的步骤包括:从所述分馏塔(304)内循环所述混合甲烷气进料流的一部分经过位于所述分馏塔(304)外的再沸器回路(330),所述再沸器回路(330)穿过第六热交换器(302),在所述第六热交换器(302)中所述再沸器回路(330)与来自旁通回路(332)的所述混合甲烷气进料流处于间接热交换关系,所述旁通回路(332)具有均提供在所述第一热交换器(301)下游和所述第二热交换器(303)上游的入口和出口。

19.根据权利要求12至18中任一项所述的方法,其中所述混合甲烷气进料流中的至少一部分是沼气,优选来自垃圾填埋场和厌氧消化器中至少一者的沼气。

20.根据权利要求19所述的方法,其中当所述沼气具有小于阈值的甲烷气含量时,所述混合甲烷气进料流的一部分还包括来自甲烷气的替代来源的气体。

21.一种用于从加压混合甲烷气进料流连续生产液化甲烷气(LMG)的布置(10),所述混合甲烷气进料流含有甲烷和可变浓度的氮,所述布置(10)包括:

分馏塔(304),其具有顶部出口、底部出口、中层入口和塔顶入口,所述塔顶入口位于所述中层入口上方和所述顶部出口下方;

用于混合甲烷气进料流的混合甲烷气进料流回路(320),所述混合甲烷气进料流回路(320)在所述混合甲烷气进料流回路(320)的入口、第一热交换器(301)、第二热交换器(303)与所述分馏塔(304)的所述中层入口之间连续延伸;

用于LMG的液化甲烷气(LMG)回路(326),所述LMG回路(326)在所述分馏塔(304)的所述底部出口、第三热交换器(309)与所述LMG回路(326)的出口之间延伸;

氮相分离器容器(308),其具有中层入口、顶部出口和底部出口,所述底部出口与所述分馏塔(304)的所述塔顶入口流体连通并且垂直位于所述塔顶入口上方;

膨胀阀(306),其与所述氮相分离器容器(308)的所述顶部出口直接流体连通;

用于第一低温制冷剂的开环第一制冷剂回路(322),所述第一制冷剂回路(322)在所述膨胀阀(306)的出口、第四热交换器(305)、所述第一热交换器(301)与所述第一制冷剂回路(322)的排放出口(316)之间连续延伸;

用于第二低温制冷剂的闭环第二制冷剂回路(324),所述第二制冷剂回路(324)与独立的低温制冷系统(400)的入口和出口流体连通,所述第二制冷剂回路(324)在所述独立的低温制冷系统(400)的所述出口、第五热交换器(307)、所述第三热交换器(309)、所述第二热交换器(303)与所述独立的低温制冷系统(400)的所述入口之间连续延伸;以及

富氮气体馏分回路(328),其在所述分馏塔(304)的所述顶部出口、所述第四热交换器(305)、所述第五热交换器(307)与所述氮相分离器容器(308)的所述中层入口之间连续延伸。

22.根据权利要求21所述的布置,进一步包括第六热交换器(302)和与所述分馏塔(304)流体连通的再沸器回路(330),所述再沸器回路(330)穿过所述第六热交换器(302),在所述第六热交换器(302)中所述再沸器回路(330)与来自旁通回路(332)的所述混合甲烷气进料流中的至少一部分处于间接热交换关系,所述旁通回路(332)具有入口和出口,所述入口和出口均提供于所述混合甲烷气进料流回路(320)上、所述第一热交换器(301)下游和所述第二热交换器(303)上游。

23.根据权利要求21或22所述的布置,其中所述LMG回路(326)的所述出口位于存储罐(310)中。

24.根据权利要求21至23中任一项所述的布置,进一步包括氮热回收交换器(311),所述氮热回收交换器(311)紧接所述第一制冷剂回路(322)的所述排放出口(316)上游。

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