专利名称：从液化天然气中两段去除氮的制作方法
从液化天然气中两段去除氮本发明涉及液化天然气(LNG)流中氮的去除。尤其(但不是唯一 的)适用于仅仅使用燃料气体中的部分氮含量，同时将剩余的氮含量排 到大气中。提供了一种在不同浓度下和相应装置中在两段中去除氮的方 法，该方法用于天然气液化以提供不含氮的LNG产物。燃气涡轮通常用于提供L N G设备的轴功和电力。这些燃气涡轮的燃 料通常是LNG工艺的废气产生的。在传统LNG方法中，通常避免在进料 气体中存在的氮进入这些燃料气体流中。然而，这些涡轮机的更加环境 友好的低氮氧化物(N0X)燃烧装置具有比在先使用的燃烧装置更低的 燃料气体中氮的容限。因此，在一些具有高氮含量的进料气体的装置场 合中，需要从LNG工艺中除去比可以被燃气涡轮燃料系统接受的更多的已经有很多现有技术建议了通过分馏法从具有相对高浓度氮的LNG 流中除去氮气，其中制冷剂或热泵流被用来冷凝来自分馏塔中的顶部馏 出蒸气或提供塔的回流。US-A-2500118( 1950年3月7日授权)公开了 一种天然气液化方法， 其中含杂质的LNG进料在分离塔中分离，以生成LNG底部液流和顶部馏 出的氮。 一部分氮顶部馏出物被冷凝以提供分离塔的回流，而其它部分 被排出。没有对分离塔生成的底部LNG中的氮进行进一步去除。US-A-3205669 ( 1965年9月14日授权)公开了从天然气中回收氦 和氮的方法。在图3的实施方案中，来自"第一"分离塔的含杂质LNG 底部液流在"第二"分离塔中分离成顶部馏出蒸气和底部液体。部分顶l基本纯净;丁贞^悔出氮气:来(第二l离i^和氮;塔的:;液l结合在一起并被蒸发，以提供进一步处理的"残余气"。来自第一分离塔的 塔顶馏出物被冷却并被进料到氦分离塔中以提供顶部馏出的氦产物和 循环物流。在参考图4和5描述的修改方案中，氮气塔被去除，来自第 二分离塔的顶部馏出物进料到氦分离塔中而氮作为氦分离塔的底部液
体获得。在参考图6和11/11a描述的另一改进方案中，保留氮气塔但 是从氦分离塔向第二分离塔进料。在参考图7、 8和10描迷的另一修改 方案中，氮气塔被去除并且从氦分离塔向第二分离塔进料，由此氮气并 没有从燃料气体中分离。在所有示例性实施方案中，氦分离塔的氮含量 小于第二分离塔，而如果存在氮气塔，第二分离塔的氮含量依次小于氮 气塔的含量。US-A-355947 ( 1971年2月2日授权)公开了在精馏塔中分离LNG 进料中的氮的方法，参见
图1和2，提供了作为底部液体的纯净LNG产 物和氮气顶部馏出物。部分底部液体在塔顶部提供了冷凝负荷，但是其 组成并没有改变。US-A-3721 099 ( 197 3年3月20日授权)7>开了对天然气进行分凝 的方法，参考图1,在该方法中，预冷却的天然气被进料被分离成"第 一，，蒸气部分和"第一，，LNG部分。蒸气部分被进一步冷却和分离，以 提供含有大约25%氮的"第二"蒸气和含有大约5%氮的"第二" LNG 部分。第二蒸气在再沸器/冷凝器中冷凝，以在双精馏塔的高压(HP) 塔中提供再沸负荷。部分冷凝的混合物进料到HP塔中，而剩余部分与"第一"LNG部分一起循环以提供冷负荷。HP塔提供了含有大约95%氮 的顶部馏出蒸气和含有大约5%氮的底部液体。部分顶部馏出物向低压 (LP)塔提供了再沸负荷，而产生的冷凝的顶部馏出物提供了塔的回 流。HP塔底部液体和第二LNG部分在LP塔中分离，以提供大约95%氮 的顶部流馏出蒸气和含有大约0. 5%氮气的LNG底部液体，该底部液体 被低温冷却并运送储存。HP和LP塔的顶部馏出物结合一起并被用于提 供冷负荷。在改进方案中，LP塔没有回流，并且来自该塔的顶部蒸气含 有大约20%氮气并提供了燃料气体(图2)和，任选地(i )全部的来 自HP塔再沸器/冷凝器的冷凝蒸气进料到HP塔(图3 )或(i i )全部预 冷却天然气进料流过HP塔再沸器/冷凝器并被进料到HP塔(图4)。US-A-3874184 ( 1975年4月1日授权)公开了液化天然气的方法， 其中将通过天然气部分液化得到的两相物流快速送入分馏塔中以提供 富氮的顶部馏出蒸气和含杂质的底部LNG。顶部馏出物用作燃料气体而 底部产物被闪蒸并进料到分离塔中以提供顶部馏出蒸气和底部液体。分 馏塔使用蒸发的底部液体再沸腾，而使用低温冷却的底部液体作为分离 塔的回流。底部液体随后被闪蒸并在两个连续的分离塔中分离，以提供
L N G产物。来自这些分离塔的顶部镏出物提供了热交换负荷。EP-A-0090469 ( 1983年10月5曰授权,对应的US-A-4415345,于 1983年11月5日授权)公开了一种从气态天然气中除去氮气的方法， 该方法通过使用开环氮气热泵冷却和低压分馏，以产生分馏的液体回 流。在单一塔的实施方案中，只对来自部分冷凝的天然气进料的蒸气部 分进行分馏。通过冷凝开环氮气制冷剂来提供分馏塔的再沸，并且通过 冷凝的氮制冷剂提供塔的回流。在示例性双塔实施方案中，高压塔被部 分冷凝的天然气进料再沸，并且开环氮气热泵接收来自两个塔的氮气， 并向低压塔提供了再沸负荷和双塔的回流。净化的LNG被天然气进料加 热并作为蒸气接收。在方法中没有产生LNG最终产物。EP-A-01 31 128 ( 1985年1月16日授权，对应的US-A-4504295,于 1 985年3月12日授权)公开了一种通过分馏部分冷凝的天然气流将天 然气流分离成氮气流和曱烷流的方法，该方法使用闭合循环热泵循环来 提供再沸和回流热交换负荷。在该方法中没有产生LNG最终产物。US-A-47 01200 ( 1987年10月20日公开)公开了从天然气中分离氦 的方法，该方法使用双塔氮去除单元，其中HP塔顶馏出物分离成富含 氦气体和富氮液体部分。前者进一步分离以提供产物氦气体，而后者提 供了 HP和LPJt荅的回流，而HP》荅底部液体在U^荅中分离成LNG底部液 体和氮气顶部馏出蒸气。进料到HP塔的天然气为气态。WO-A-93/08436 ( 1993年4月29日乂/^开，对应的US-A-5421 165,于 1 995年6月6日授权)公开了一种从LNG流中去除氮气的方法，在该方 法中LNG在分馏之前被冷却并被动态和静态膨胀。通过与从塔的中间位 置排出的再沸物流进行热交换，冷却至少:被部分实施，而再沸物流在低 于中间位置的高度回流。来自分馏塔的顶部馏出蒸气可以被压缩和用作 燃料气体。任选地部分压缩的顶部馏出蒸气#皮离开塔的顶部馏出蒸气部分冷凝，并且其压力降低并作为回流进料到塔中。部分冷凝的顶部馏出 蒸气可以在辅助塔中分馏，以提供高纯度氮气顶部馏出蒸气和底部液 体，其中底部液体压力降低并在进料到分馏塔之前与剩余部分结合。辅 助塔底部液体可以用来在辅助塔顶部提供冷凝功能。EP-A-0725256 ( 1996年8月7日公开)公开了一种方法，在该方法 中气态天然气进料被冷却和分馏以除去氮气。通过在塔再沸器中冷却开 环氮气制冷剂来提供分馏塔的再沸蒸气。通过使得冷却的氮制冷气体膨
胀从而提供少量(4-5% )的液体来提供塔顶部的回流，至少一种来自 塔的中间蒸气流被顶部馏出蒸气流部分冷凝，并作为中间回流返回到塔 中，该中间回流是;f艮大部分的塔回流。天然气在加热之前净皮泵压到高 压，并作为蒸气产物回收。在该方法中没有产生LNG最终产物。GB-A-2298034 ( 1996年8月21日公开，对应的US-A-5617741 ，于 1 997年4月8日授权)公开了一种从天然气进料流中除去氮气的方法， 该方法使用双塔低温蒸馏系统，该系统具有第一塔和第二塔，其中第二 塔在与第 一塔基本相同的压力下进料和操作。至少部分来自笫 一塔的底 部液体与来自该塔的富氮蒸气进行热交换而膨胀并且至少部分蒸发，以 提供回流到第 一塔的至少部分冷凝的富氮流，从而提供较高的温度回 流。来自第二塔的底部液体与来自双塔之一的顶部馏出蒸气进行热交换 而至少部分蒸发，从而提供回流到第一或第二塔的至少部分冷凝的物 流，以提供较低温度回流。通过与天然气进料进行热交换来提供双塔的 再沸。在该方法中没有产生LNG最终产物。WO-A-0023164 ( 2000年4月27日^>开，对应的US-A-6199403，于 2001年3月13日授权)公开了一种方法，在该方法中天然气流进4亍液 化、膨胀，随后在相分离塔中分离，所述分离塔可以是除氮塔。该塔的 回流可以通过使用制冷系统冷凝部分顶部馏出物来提供。所述制冷系统 可以包括闭环制冷系统、开环制冷系统、和/或与产物流进行间接热交 换。冷凝顶部馏出蒸气的部分热交换负荷可以通过从i荅中排出和回流到 该塔的底部液体流提供。分离的LNG产物液体被泵压到更高压力并被加 热。US-A-6070429 ( 2000年6月6曰授权,对应的WO-A-0058674，于 2000年10月5日公开)公开了一种方法，其中由^:加压的LNG物流得 到的压缩气体流在压力连续降低的串联的3个解析塔中分离，以从第三 解析塔中产生富氮的气体流和富含甲烷的液体流，其中后者适合循环到断开的甲烷循环液化工艺中和/或用作燃料气体。在每个解析塔中，通 过部分冷凝第 一 部分气体流得到的含有液体的物流与每个气流的第二部分并流接触，以提供顶部馏出蒸气和底部液体。第一和第二解析塔的 顶部馏出物分别提供了第二和第三解析塔的进料流。第二和第三解析塔 进料流的冷负荷通过来自第三解析塔的顶部馏出蒸气和底部液体提 供。在示例性实施方案中，来自第二解析塔的底部液体被进料到第三解
析塔中而来自第 一解析塔的底部液体可以被用来提供热交换负荷，从而 向第 一解析塔提供部分冷凝进料部分的热交换功能。US-A-6449984 ( 2002年9月17日授权，对应的W0-A-03004951,于 2003年1月16日公开)公开了一种方法，其中天然气气流被液化，随 后被分镏以产生富氮的顶部馏出蒸气和LNG底部液体。通过冷凝部分顶 部馏出蒸气来分馏塔的回流。在示例性实施方案中，通过制冷剂流提供 冷负荷并且与最后的LNG低温冷却热交换器结合一起。还是在这些实施 方案中，液体从分馏塔中间区域排出，并被进料到塔的液化气流加热， 然后在较低区域回流到塔中。WO-A-02088612 ( 2002年11月7日公开)公开了一种通过在液化过 程中从富含碳氢化合物物流，尤其是天然气中除去氮的方法，在该方法 中部分冷凝的物流进料到双塔除氮系统中。高压塔提供了富氮的顶部馏 出蒸气，其被来自低压塔的顶部馏出蒸气冷凝并作为回流进料到低压塔 中。来自高压塔的底部液体被冷却并进料到低压塔中，液化产物作为底 部液体从低压塔中排出。高压塔被高压塔部分冷凝的进料提供的热负荷 再沸。US2003/01 36146 ( 2 003年7月24日公开，对应的WO-A-03062724, 于2003年7月31日公开)公开了一种用于生产LNG和GTL (气变液技 术)产物的集成方法，其中LNG进料在连续的闪蒸罐或其它分离塔中分 离，以分别提供顶部馏出蒸气和更加纯净的LNG底部产物。分离塔顶部 馏出物用作燃料、GTL进料或循环物流。优选每个连续的分离至少比在 前的分离小15psig ( lbarg )。US2004231 359 ( 2004年11月25日公开，对应的WO200410414 3,于 2004年12月2日/>开P^开了一种方法，在该方法中天然气流;波液化， 然后在蒸馏塔中分馏以除去作为顶部馏出蒸气产物的氮，和作为底部液 体的被净化的LNG。通过冷凝的氮气流提供塔的回流。通过压缩和膨胀 含有氮的制冷剂流来获得回流物流的制冷和冷却纯净LNG流和/或液化 的天然气进料，其中制冷剂流可以包括全部和部分来自蒸馏塔的顶部馏 出蒸气。在示例性实施方案中，通过进料到塔的液化天然气流来提供分 馏塔再沸的热交换负荷。WO-A-2005/061978 ( 2005年7月7日公开)公开了/人LNG进料流中除去氮的方法，该方法通过第一次分馏提供富氮的顶部馏出物("第一
蒸气流")和贫氮的底部液体("第一液体流，，)，并且底部液体进行 第二次分馏，以提供比第一蒸气流纯度更低的富氮顶部馏出物("第二蒸气流，，)和净化的LNG ("第二液体流，，)。可以在塔和闪蒸罐中进 行分馏。第二次分馏在比第一次分馏更低的压力下进行，并且第一液体 流可以通过膨胀冷却，优选膨胀到或接近大气压力。第一蒸气流被作为 例如燃起涡轮燃料消费，并且产量不会超过可以在相关装置中消耗的 量。第二蒸气流的指定的用途仅仅用作家用燃气。优选地，第一蒸气流 具有1 0-30mo 1 %的氮含量而第二蒸气流具有小于5. 5mo 1 %的氮含量。本发明的目的是提供从任何LNG工艺中除去部分氮的方法，该方法 具有最小化的附加设备和对装置属性最小的影响。可以通过本发明达到 以上效果，并且生产LNG的热传递设备的结构不会发生任何变化，和具 有有限的附加装置。具体而言，本发明免去了必需的附加热泵压缩机， 并且允许最终产物LNG用来作用于氮分离塔冷凝器。在第一和最宽的方面，本发明提供了 一种从液化天然气进料中除去 氮的方法，包括对液化天然气进行第一次分馏，以提供第一富氮顶部馏 出蒸气和含氮的底部液体流，并且对至少部分所述底部液体流进行第二 次分馏，以提供比所述第 一 顶部馏出蒸气流纯度低的第二富氮顶部馏出 蒸气流和净化的液化天然气流。第 一富氮顶部馏出蒸气流可以具有超过8 0mo 1 %的氮气浓度，优选 超过90mo1。/。，更优选超过95mol % 。通常，至少部分第一富氮顶部馏出蒸气流被排到大气中，而第二富 氮顶部馏出蒸气流被用作燃料气体或添加到燃料气体中，尤其是提供 与天然气进料液化相关的功的燃气涡轮的燃料气体。优选地，第一次分馏在蒸镏塔中进行，其中该蒸馏塔由部分冷凝的 第一富氮顶部镏出蒸气提供回流。合适地，通过低温冷却的液化天然气 流提供冷凝的热交换负荷，其中所述低温冷却的液化天然气流包括或来 自至少部分的含氮底部液体流。低温冷却(sub-cooling )的液化天然 气流可以是全部或部分低温冷却和降压后的含氮底部液体流。可以通过 液化天然气进料提供的热交换负荷来使得蒸馏塔再沸。还优选第二次分馏在闪蒸罐中进行。当在蒸馏塔中进行第 一次分馏 时，通常使用全部或部分在位于闪蒸罐中的冷凝器中冷凝的富氮顶部馏 出蒸气提供蒸馏塔的回流。当仅需要部分含氮底部液体流提供冷负荷
时，剩余部分可以进料到第二闪蒸罐中，以分离出纯度比所述第一顶部 馏出蒸气流低的第三富氮顶部馏出蒸气流和第二净化的液化天然气 流。通常，所述第三富氮顶部馏出蒸气流与第二富氮顶部馏出蒸气流相 结合，而且所述第二净化的液化天然气流与来自第二次分馏的净化的液 化天然气流结合。如果液化天然气进料流中含有氦，可以通过例如部分冷凝和分离来 提供富含氦的蒸气和富氮的液体，以从含有或来自第 一 富氮顶部馏出蒸 气中分离出富含氦气流。可以通过被分离的富含氦的蒸气和/或富氮的 液体来提供所述部分冷凝的热交换负荷。在第二方面，本发明提供了一种制备不含氮的液化天然气进料流的 方法，该方法包括液化含氮天然气，以提供含氮液化天然气流，和根 据在前描述的第一方面脱除所述液化天然气流的氮气。在该方面的优选实施方案中，制备不含氮液化天然气流的方法包括将含氮天然气流进料到具有液化和低温冷却部分的盘管热交换器 中，其中热交换器的冷负荷通过循环制冷系统提供，通过燃料气体驱动 的燃气涡轮向制冷系统提供涡轮；在经过所述液化部分后排出液化气体流；在精馏塔中对所述液化气体流进行第一次分馏，以提供第一富氮顶 部馏出蒸气流和含氮的底部液体流；在所述4氐温冷却部分^f氏温冷却至少部分所述底部液体流，并对所述 部分降压；将所述降压的部分在闪蒸罐中进行第二次分馏，以提供纯度低于所 述第 一 顶部馏出蒸气流的第二富氮顶部馏出蒸气流和净化的液化天然 气流；在所述闪蒸罐中冷凝部分第一富氮顶部馏出蒸气流，以提供其中的 热量并产生冷凝的富氮顶部蒸气；将至少部分所述冷凝的富氮的顶部馏出物流作为回流液回流到蒸 馏塔中；将所述第二富氮顶部馏出蒸气流用作燃料气体的至少一部分。 本发明还提供了通过所述第二方面的方法制备不含氮的液化天然 气流的装置；所述装置包括
液化含氮天然气进料的制冷系统；第一分馏塔； 第二分馏塔；用于将含氮的液化天然气从制冷系统进料到第一分馏塔的导管； 用于从所述第 一 分馏塔中排出第 一 富氮的顶部馏出蒸气流的导管；用于将来自第一分馏塔的含氮底部液体流传送到第二分馏塔的导官，用于将第二富氮的顶部馏出蒸气流从第二分馏塔中排出的导管；和 用来从第二分馏塔排出净化的液化天然气流的导管。 根据本发明的优选实施方案，在加压下液化但是并没有完全冷却到 其储存条件的天然气被降低到某一 中间压力，并被进料到第 一氮分离塔 中。LNG流迅速进入该塔中产生了具有降低的氮含量的底部液体流。根 据降低的最终燃料气体氮含量来确定需要降低的量。从该塔底部排出的 LNG被进一步冷却到最终闪蒸系统需要的温度，以生产具有最终需要的 氮含量的LNG和必须的热量值的燃料气体。该最终冷却的LNG被送到末 端的闪蒸罐中。末端闪蒸罐包括用来冷凝氮分离塔顶部馏出蒸气流并提 供该塔回流的热交换器。该塔的顶部蒸气是可以直接排向大气的氮气流。塔的顶部馏出蒸气冷凝器可以结合到该方法的末端闪蒸罐内，在这 种情况下所有的产物LNG都流过该室。任选地仅有部分LNG产物可以流 过该室。氮分离塔可以具有再沸器，通过进料到塔的LNG在降压之前提供该 再沸器的再沸，任选通过流体膨胀器降压。来自塔顶部的氮产物可以被膨胀，并从氮产物中回收对在LNG处理 中冷却或液化的物流的制冷。本发明尤其用于使用LNG液化的盘管热交换器设备的LNG装置。仅 仅需要在经过液化部分后排出含氮LNG,并将其在更低压力和贫氮下回 流到低温冷却部分并进入到用于冷却的最终产物LNG中。对于C3MR方 法，可以简单地通过在倒数第二个和最后冷凝阶段之间将LNG排出和回 流并使用衰竭的LNG来实现。类似地对于AP-X , LNG可以在主j氐温热 交换器和在冷却器之间排出和回流并使用衰竭(rundown)的LNG。
的氮气流排出。行描述。在附图;:、、- 、'乡、'、穴、、、'，图1显示了应用到丙烷预冷却混合制冷剂(C3MR) LNG装置的基本 原理，所述装置采用用于液化和低温冷却的单 一 盘管热交换器。图2显示了图1实施方案的一种改进，其结合了除氮塔的再沸器、 膨胀塔进料的膨胀器、和用于从顶部馏出蒸气中回收制冷的热交换器。图3显示了图l的实施方案的一种改进，其中仅有部分LNG流被用 来提供冷负荷。图4显示了图1的实施方案的一种改进，其中盘管热交换器的第二 部分被单独的热交换器60替代；和图5显示了用于从LNG中回收氦的图1实施方案的改进。 本发明的示例性实施方案可以应用在任何LNG液化方法中，其中具 有液化部分，在该部分后具有低温冷却部分。例如，本发明可以应用于 双重混合制冷(DMR)和混合C3MR预冷却和液化中，其具有氮膨胀器循 环LNG低温(AP-X )工艺以及图示的C3MR工艺。LNG在液化和低温部 分之间取出，并被进料到氮分离塔中，在该塔中氮被排除"净化"。在 产物LNG中的部分冷负荷被用于运行氮分离塔冷凝器之后，LNG返回到 低温部分。参考图l，进料天然气流1在预处理单元2中预处理，以除去另外 在装置低温部分中冷冻的杂质，例如水和二氧化碳。得到的去除杂质的 进料气流3在一个和多个热交换器4中预冷却，之后进入分离塔7中。 热交换器可以是一系列的热交换器(4、 5,参见图2和3),其中例如 丙烷制冷剂在连续压力降低下蒸发成为冷却物流3,或单个热交换器(4-参见图1和4),混合制冷剂在其中蒸发。塔7将蒸发的物流6分离成 轻质的顶部馏出蒸气部分10和重质的底部液体部分9,该液体部分9含 有在LNG产物中不需要的重质组分。顶部馏出蒸气10在冷凝器11中被 制冷剂部分冷凝。部分冷凝物流13在分离塔40中分离，以提供通过泵 12作为回流返回到分离塔7中的液态冷凝物14和进料到盘管热交换器 16中的顶部馏出蒸气15。顶部馏出蒸气在热交换器16的第一部分中被 进一步冷却到一定温度，其中在该温度下，当冷却物流17通过膨胀阀
和膨胀涡轮18降低到中间压力时仍然可以完全保持液态。热交换器16 的冷却通过作为物流27排出热交换器16的混合制冷剂物流得到。混合制冷剂在一个和多个压缩机28、 30中压缩。被压缩的混合制 冷剂首先在冷却器31中被冷却介质冷却，然后在冷却器32-35中被第 一级预冷却制冷剂进一步冷却和部分冷凝。部分冷凝的制冷剂在分离塔 37中分离，而蒸气和液体部分都供应到液化热交换器16中。在降压后，物流41在除氮塔23中分离，以提供底部液体19和顶部 馏出蒸气46。底部液体19与进料到塔23的进料流41相比具有降低的 氮气含量，并在热交换器16的第二部分中被混合制冷剂进一步冷却到 一定温度，在该温度下，当底部液体19被降低到LNG产品需要的压力 下仍然保持完全液态。低温LNG流20通过膨胀阀21降压，而低压物流 42进入到闪蒸罐25中，在其中低压物流42被部分蒸发，以提供液体产 物LNG部分5 0和蒸气燃料部分36。闪蒸罐25内的热交换负荷通过热交 换器24提供，在该热交换器24中来自除氮塔23的顶部馏出蒸气流46 的一部分43被冷凝。顶部镏出蒸气流46的剩余部分26,其具有相对高 纯度的氮气，被排到大气中。来自热交换器24的冷凝氮44作为回流到 返回到除氮塔23中。任选地，液态氮流22可以从离开冷凝器24的冷 凝物流44中排出。图2的实施方案与图1不同之处在于向除氮塔23添加了再沸器47、 添加了膨胀器49以膨胀塔23的进料、添加了热交换器57以从来自塔 23的顶部馏出蒸气部分26和/或来自闪蒸罐25的顶部蒸气部分中回收 制冷。然而，每一个这些特征都可以分别使用或以任何与除氮塔23相 关的结合使用。再沸器47设置在塔23的底部，以增加该塔除去的氮的量。来自热 交换器16的第一部分的冷却高压进料气体17被用来提供再沸器47的 热负荷，而离开再沸器47的产生的物流48在进入塔23之前，在膨胀 涡轮49中膨胀。可以从来自塔23和闪蒸罐25的顶部馏出蒸气26和36中的其一和 两者回收制冷。可以通过将相应物流流向热交换器57，和如果需要在涡 轮膨胀机59中膨胀来自除氮塔的被加热的顶部馏出蒸气58，来实现回 收制冷。在热交换器57中通过回收的制冷冷却的物流61可以是进料气 体的侧流或循环制冷剂。图3的实施方案与图1的不同之处在于并不是所有的低温LNG流20 流过闪蒸罐25。而是分成进入到第二闪蒸罐52的第一物流53和进入闪 蒸罐25的第二物流54。离开闪蒸罐25和52的蒸气被收集并合并成物 流56,该物流56被送到燃料气系统。离开闪蒸罐25和52的LNG液体 流50和51合并在一起，并作为物流65送到LNG储存罐中。图4的实施方案与图1的实施方案的不同之处在于热交换器16的第 二部分被单独的热交换器60替代。每个热交换器16和60都使用不同 的冷凝流体。来自除氮塔23的底部液体19流向热交换器60,并在热交 换器60中被合适的第三级制冷剂62、 63冷却，其中第三级制冷剂可以 是混合制冷剂或例如氮的纯净流体。来自热交换器60的低温LNG流20 提供了闪蒸罐25的进料。本发明的另 一 实施方案涉及从除氮塔2 3的顶部馏出蒸气46中回收 富含粗氦的气流。在例如图1的实施方案中顶部馏出蒸气46的排出部 分26通常在220psia ( 1. 5MPa )的压力和-258。F ( -161°C )的温度下。 如果进料气体含有氦，那么进料气体中的氦的主要部分都包含在物流26 中，并且可以在图5的处理方案中容易地从物流26中提取出。物流26 在热交换器70中^f皮回流氮气流76和氦气流73冷却。物流71离开热交 换器70并被部分冷凝，并且在分离釜72中被分离成液体部分75和蒸 气蒸气部分73。基本上是氦的物流73在热交换器70中加热，而得到的 粗氦气流78排出用来进一步净化。基本上是氮的物流75通过阀74降 压，而得到的冷却物流76在热交换器70中加热，得到的物流77可以 被进一步加热以在排到大气之前进一步回收制冷。实施例1该实施例基于图l的实施方案的基础上。在环境温度和900 psia (6. 2MPa )压力下向LNG工艺供应88000 lbmol/h ( 40000 kgmol/h)的 进料天热气，其中进料天然气中含有4.8mol。/。氮，剩余的主要为甲烷。 进料气体被干燥和预冷却，并在分离塔7中预处理，使得进料气体在-38°F (-39。C)的温度和大约850 psia ( 5. 8MPa )的压力下进入到热交 换器16中。物流17在-178°F (-116. 5°C )的温度下离开热交换器16 并在进料到除氮塔23之前降压到220psia (1.5MPa)，其中除氮塔在 220psia ( 1. 5MPa )的压力下操作。物流19从塔23的底部排出并进一 步在热交换器16中冷却到-247°F (-155。C)。离开热交换器16的物流20随后降低到低压进入闪蒸罐25中。产物LNG流50在-261。F (-163 °C)温度时从闪蒸罐25中排出，并且具有小于1.5mol。/o的氮含量。燃 料流36从闪蒸罐25中排出，流率为7900 lbmol/h ( 3600 kgmol/h), 具有30mol。/。的氮含量。氮排空气流26从塔23的顶部排出，流率为600 lbmol/h ( 272kgmol/h)，氮含量为98. Omol %和温度为-257°F (-160. 5 °C )。实施例2该实施例基于图1的实施方案的基础上，增加了图5的粗氦提取。 在环境温度和900 psia( 6. 2MPa )压力下向LNG工艺供应88000 lbmol/h(40000 kgmol/h)的进料天热气，其中进料天然气中含有4. 8mo1 %氮 和600ppmv的氦，剩余的主要为甲烷。进料气体被干燥和预冷却，并在 分离塔7中预处理，使得进料气体在-38°F(-39°C )的温度和大约850psia(5.詣Pa)的压力下进入到热交换器16中。物流:n在-l 8。F (-116.5 。C)的温度下离开热交换器16，并在进料到除氮塔23之前降压到 220psia ( 1. 5MPa)的压力，其中除氮塔在220psia ( 1, 5MPa )的压力下 操作。物流19从塔23的底部排出并进一步在热交换器16中冷却到-247 °F (-155°C)。离开热交换器16的物流20随后降低到低压进入闪蒸罐 25中。产物LNG流50在-261。F (-163。C)温度时从闪蒸罐25中排出， 并且具有小于1. 5mol。/o的氮含量。燃料流36从闪蒸罐25中排出，流率 为7900 lbmol/h ( 3600 kgmol/h),具有30mol %的氮含量。氮排空气 流26从塔23的顶部排出，流率为710 lbmol/h ( 322 kgmol/h),氮含 量为98. 0mol%,温度为-259°F (-161. 5°C )，和压力为220psia(1.5MPa)。参考图5,物流26在热交换器70中被回流73和76冷却 到-298下(-183. 5°C)的温度，并在分离塔72中分离成液体和蒸气流。 液体流被释放到低压，提供了物流76的Joule Thomson制冷，其中物 流76的温度达到-310°F (-190°C)。液体流76和蒸气流73都在热交 换器70中加热。物流77为氮排空气流，流率为6561braol/h(297. 5kgmol/h)和氮含量为97. 5% 。物流78为粗氦产物流，流率为 541bmol/h ( 24. 5kgmol/h)和氦含量为74mol % 。的详细;葛述中，而在不背离如下权利要求定义的本发明范围^l情况下， 可以作出多种改进和变化。
权利要求
1、一种从液化天然气进料(41)中除去氮的方法，包括在蒸馏塔(23)中对液化天然气进行第一次分馏，以提供第一富氮顶部馏出蒸气流(46)和含氮的底部液体流(19)；低温冷却(16)和降压(21)至少部分所述底部液体流(19)，并且对所述部分进行第二次分馏(25)，以提供比所述第一顶部馏出蒸气流(46)纯度低的第二富氮顶部馏出氮气流(36)和净化的液化天然气流，其中用在第二次分馏(25)中提供热交换负荷而被冷凝的部分第一富氮顶部馏出蒸气流(46)对所述蒸馏塔进行回流，特征在于在闪蒸罐(25)中进行第二次分馏。
2、 如权利要求l的方法，其中所述低温冷却(16)的冷负荷通过制 冷剂流体(39)提供，所迷制冷剂流体并不是来自液化天然气进料流。
3、 如权利要求1或2的方法，其中第二富氮顶部馏出蒸气(36)被 用作或添加到燃气涡轮中使用的燃料气体中，所述燃气涡轮提供了与天 然气进料(41)液化相关使用的功。
4、 如前述任一项权利要求的方法，其中全部的含氮底部液体流(19) 被进料到闪蒸罐(25)中。
5、 如权利要求l-3任一项所述的方法，其中只有部分(54)的低温 冷却含氮底部液体流(20)进料到闪蒸罐(52)中，而剩余部分(53) 进料到第二闪蒸罐(52)中，以分离成纯度低于所述第一顶部馏出蒸气 流(46)的第三富氮顶部馏出蒸气流(55)和第二净化的液体天然气流(51)。
6、 如前述任一项权利要求的方法，其中第一富氮顶部馏出蒸气流 (46)具有超过80mol。/。的氮浓度。
7、 如权利要求6所述的方法，其中第一富氮顶部馏出蒸气流(46) 具有超过9f)mo1 %的氮浓度。
8、 如权利要求7所述的方法，其中第一富氮顶部馏出蒸气流(46) 具有超过95mol %的氮浓度。
9、 一种制备不含氮的液化天然气流(5G)的方法，包括使含氮天然 气(15 )液化(16 ),以提供含氮液化天然气流(17, 41 );和将所述 液化气流进行如前述任一项权利要求限定的氮去除。
10、 权利要求9所述的方法，其中含氮天然气(15 )在盘管热交换器(16)中液化，所述盘管热交换器(16)具有液化和低温冷却部分，含 氮液化天然气流在经过液化部分后排出，而来自蒸馏塔(23)的底部液 体流在所述^f氐温冷却部分中^皮低温冷却。
11、 如权利要求9或IO所述的方法，其中第二富氮顶部馏出蒸气流 (36)被用作在燃气涡轮中使用的燃料气体或加入其中，所述燃气涡流提供了与天然气进料(41)液化相关使用的功
12、 如权利要求ll的方法，包括将含氮天然气流(15 )进料到具有液化和低温冷却部分的盘管热交 换器(16)中，其中通过循环制冷系统(27-89 )提供热交换器(16) 的热交换负荷，通过燃料气体提供动力的气体涡轮向循环制冷系统提供 功；液化气体流(17 )在经过所述液化部分后排出；将所述液化的气体流在蒸馏塔(23)中进行第一次分馏，以提供富 氮的顶部馏出蒸气流(46)和含氮底部液体流(19);在热交换器(16)的所述低温冷却部分中对至少部分所述底部液体 流(19)进行低温冷却，并且降低所述部分的压力(21 );在闪蒸罐(25)中对所述降压的部分进行第二次分馏，以提供比所 述第一顶部馏出蒸气流(46)纯度低的第二富氮顶部馏出蒸气流(36) 和净化的液化天然气流(50);在所述闪蒸罐中冷凝部分第 一富氮顶部馏出蒸气流，以提供其中的 热负荷，并且产生冷凝的富氮顶部馏出流(44);将所述冷凝的富氮顶部馏出流作为回流返回到蒸馏塔(23)中；和使用所述第二富氮顶部镏出蒸气流(36)作为燃料气体的至少一部分。
13、 一种通过如权利要求9所述的方法制备不含氮的液化天然气流的 装置，所述装置包括用于液化含氮天然气进料(15)的制冷系统(16); 蒸馏塔(23); 闪蒸罐(25 );位于所述闪蒸罐(25)内的冷凝器(24); 用于接收来自制冷剂流体冷负荷的热交换器(16); 用于将含氮的液化天然气从制冷系统U6)进料到蒸馏塔(23)的导管装置(17， 41);用来从蒸馏塔U3)中排出第一富氮的顶部馏出蒸气流的导管装置 (46);用来将第一富氮顶部馏出蒸气流传送到冷凝器(25)的导管装置 (43);用来将冷凝的第 一富氮顶部馏出蒸气流作为回流液从冷凝器(25 ) 回流到蒸馏塔(23)的导管装置(44,;用于将来自蒸馏塔的含氮底部液体流传送到热交换器(24)的导管 装置(19);用于将来自热交换器的低温冷却的含氮底部液体流在传送到降压 的闪蒸罐(")中的导管装置(20);用于将第二富氮的顶部馏出蒸气流从闪蒸罐(25)中排出的导管装 置(36);和用来从闪蒸罐中排出净化的液化天然气流的导管装置(50)。 M、如权利要求13的装置，进一步包括提供与天然气进料(41 )液 化相关使用的功的燃气涡轮，和用来将第二富氮的顶部馏出蒸气流另夕卜 作为燃料气体流进料到所述燃气涡轮的导管装置(36)。l5、如权利要求13或M的装置，其中制冷系统包括具有液化和低温 冷却部分的盘管热交换器(16);用于将含氮液化天然气进料到蒸馏塔 (")中的导管装置(17, 41)将所述物流经过液化部分后从所述热交 换器中排出；和所述低温冷却部分构成了热交换器(16),来自蒸馏塔 (23)的含氮底部液体流在该热交换器中被低温冷却。
全文摘要
通过两段分离从液化天然气进料(41)中除去氮，在两段分离中，液化天然气(41)被第一次分馏，以提供第一富氮的顶部馏出蒸气流(46)和含氮底部液体流(19)，随后分馏至少部分所述底部液体流(19)，以提供比所述第一顶部馏出蒸气流(46)纯度低的第二富氮顶部馏出氮气流(36)和净化的液化天然气流(50)。在蒸馏塔(23)中进行第一次分馏，使用位于闪蒸罐(25)内的冷凝器(24)中冷凝的氮顶部馏出物作为该蒸馏塔的回流，在所述闪蒸罐(25)中进行第二次分馏。不同浓度的两个含氮物流(26，36)的供应允许控制在天然气液化装置中使用的燃料气体的氮浓度。
文档编号F25J3/02GK101163934SQ200680013438
公开日2008年4月16日 申请日期2006年4月18日 优先权日2005年4月22日
发明者C·G·斯皮尔斯伯里 申请人:气体产品与化学公司