技术领域
本发明涉及用于处理包括甲烷的烃流的方法和设备。
背景技术：
包括甲烷的烃流可以来自于例如天然气或石油储层的许多来源或者来自于例如费-托法的合成来源。在本发明中，烃流优选地包括天然气或基本上由天然气组成。出于许多原因，处理和冷却这种烃流是有用的。使烃流液化尤为有用。
天然气是有用的燃料源，以及各种烃化合物的来源。出于许多原因，人们通常希望在位于天然气流来源地处或附近的液化天然气（LNG）工厂中使天然气液化。举例来说，与气态形式相比，由于占用容积更小，并且无需在高压下进行储存，天然气更易于以液态形式进行储存和长途输送。
美国专利6,370,910公开了一种用于使富含甲烷的流液化的方法和设备。天然气流预先冷却并供应给萃取塔，重质烃类在萃取塔从天然气中去除。气态塔顶流从萃取塔顶部流出，并且流到布置在辅助热交换器中的第三管程。主多组分致冷剂流也流到辅助热交换器，但是流到布置于其中的第一管程。最后，辅助多组分致冷剂流也流到辅助热交换器，但是流到第二管程。全部三个流在辅助热交换器中由已经经由膨胀装置流到辅助热交换器壳程的冷却过的辅助多组分致冷剂进行冷却。
美国专利6,370,910的方法和设备的一个缺陷在于，在主多组分致冷剂流和从萃取塔顶部流出的气态塔顶流进入辅助热交换器时，它们之间可能存在相当大的温差。这继而可能在辅助热交换器中引起热应力（尤其是绕管式热交换器中）和内部箍缩，从而可能导致冷却过程中不稳定的行为和热交换器的损坏。
在美国专利申请公开No.2008/016910中描述了在液化天然气开采中的集成式NGL回收。比甲烷重的组分在蒸馏塔中回收，其中，冷却过的天然气分离成富含甲烷的塔顶蒸气和富含较重组分的塔底流。蒸馏塔使用液化的含甲烷的回流，其由来自于蒸馏塔的塔顶蒸气的冷凝部分或者随后加热的总体冷凝的塔顶蒸气的一部分提供。流向蒸馏塔的冷却过的进料流在可选的节约装置型热交换器中通过塔顶蒸气进一步冷却。
技术实现要素：
本发明提供了一种处理包括甲烷的烃流的方法，所述方法包括：
通过与预冷却致冷剂进行间接热交换使烃流的至少一部分和主致冷剂流冷却，从而提供预冷却过的烃流和预冷却过的主致冷剂流；
使预冷却过的烃流流向萃取塔的第一入口；
从萃取塔经由在重力方向上布置成高于通入萃取塔的第一入口的蒸气出口排出形式为富含甲烷的烃流的流出物流，并且从萃取塔经由在重力方向上布置成低于通入萃取塔的第一入口的液体出口排出液态的贫乏甲烷的烃流；
使流出物流流向另一热交换器；
使预冷却过的主致冷剂流的至少一部分流向所述另一热交换器；和
在所述另一热交换器中使所述流出物流和所述预冷却过的主致冷剂流的至少一部分冷却，从而提供冷却过的富含甲烷的烃流和至少一股冷却过的主致冷剂流；
其中，使流出物流流向所述另一热交换器的步骤和使预冷却过的烃流流向萃取塔的第一入口的步骤包括使流出物流与预冷却过的烃流进行间接热交换。
在另一个方面，本发明提供了一种用于处理包括甲烷的烃流的设备，所述设备包括：
至少一个预冷却热交换器，其布置成通过与预冷却致冷剂进行间接热交换使烃流的至少一部分和主致冷剂流冷却，从而在预冷却热交换器的第一出口提供预冷却过的烃流，在第三出口提供预冷却过的主致冷剂流；
萃取塔，其设置有第一入口，在重力方向上布置成高于通入萃取塔的第一入口的蒸气出口和在重力方向上布置成低于通入萃取塔的第一入口的液体出口；
第一连接装置，其将萃取塔的第一入口流体连接至预冷却热交换器的第一出口；
另一热交换器，其设置有用于接收来自于萃取塔的蒸气出口的流出物的第一入口和用于接收来自于所述第三出口的预冷却过的主致冷剂流的至少一连续部分的至少一个第二入口，所述另一热交换器还设置有用于排出冷却过的富含甲烷的烃流的第一出口和用于排出至少一股冷却过的主致冷剂流的至少一个第二出口；
第二连接装置，其将萃取塔的蒸气出口与所述另一热交换器的第一入口流体连接；
致冷剂循环装置，其布置成给所述另一热交换器提供冷却致冷剂并且在所述另一热交换器中的冷却区下游从该另一热交换器抽出冷却致冷剂；
第一管装置和至少第二管装置，所述第一管装置穿过所述另一热交换器中的冷却区并且使第一入口与第一出口流体连接，所述第二管装置穿过所述另一热交换器中的冷却区并且使至少一个第二入口与至少一个第二出口流体连接；和
萃取塔热交换器，其设置在第一连接装置和第二连接装置中，并且布置成在预冷却过的烃流和来自于萃取塔的蒸气出口的流出物之间进行间接热交换。
附图说明
下面将利用实例和参考附图对本发明进行进一步描述，其中：
图1示意性地显示了根据本发明一个实施例的方法和设备的工艺流程图；
图2示意性地显示了根据本发明另一实施例的方法和设备的工艺流程图；
图3示意性地显示了根据本发明又一实施例的方法和设备的工艺流程图。
在这些附图中，相同的参考数字用于表示相同或相似的部件。此外，单个参考数字用于表示管道或管线以及由该管线输送的流。
具体实施方式
在本技术的范围内，“富含甲烷”是指比正处理的烃流具有相对更高的甲烷含量。同样，“贫乏甲烷”是指比正处理的烃流具有相对更低的甲烷含量。
本发明涉及产生冷却过的富含甲烷的烃流，包括预冷却、萃取重组分和随后在另一热交换器中进行冷却。本发明提出使烃流的至少一部分和主致冷剂流预冷却以提供预冷却过的烃流和预冷却过的主致冷剂流，以及在允许预冷却过的烃流进入萃取塔之前，在来自于萃取塔的富含甲烷的蒸气流出物和预冷却过的烃流之间进行间接热交换。以此，可以实现，在萃取塔热交换器的温度差（热交换器的加热（冷却）介质进口侧与被加热（被冷却）介质出口侧的温度差，approachtemperature）的范围内，使富含甲烷的蒸气流出物流的温度恢复成与预冷却过的烃流的温度达到更好地匹配。
这样，富含甲烷的蒸气流出物和预冷却过的主致冷剂流之间的温差大体上相同，例如在萃取塔热交换器的温度差范围内（例如，在10℃范围内）与原始预冷却过的烃流和预冷却过的主致冷剂流之间的温差相同，与萃取塔中的温度条件无关。
因此，当富含甲烷的流出物和预冷却过的主致冷剂流进入另一热交换器时在该另一热交换器中引起的任何箍缩和热应力不会比预冷却过的烃流在不经过萃取塔流到所述另一热交换器中的情形显著更差。
优选地，预冷却过的烃流和预冷却过的主致冷剂流在其从预冷却热交换器排出时可以具有大体上相同的预冷却温度，例如在彼此相差10℃范围内，优选地在彼此相差5℃范围内。例如，这可以通过使部分烃流和主致冷剂流在分开的热交换器中彼此分开地进行预冷却，通过与在相同温度水平下蒸发的一或多股预冷却致冷剂进行热交换，而得以实现。但是优选地，烃流的部分和主致冷剂流在至少一个共用热交换器，例如管壳式热交换器中，进行预冷却，其中，烃流的部分和主致冷剂流在相互分开的预冷却管束中流过共用壳体。
预冷却过的烃流的预冷却温度可例如为-20℃到-80℃。
在优选实施例中，流出物流在其利用预冷却过的烃流进行所述间接热交换之前具有比预冷却过的烃流的温度低的温度。但也不是始终如此，例如在向萃取塔增加热量时。如果情况不是这样和/或为了辅助实现这种情况，可以从至少下列之一获取热量：
未处于与来自萃取塔的富含甲烷的蒸气流出物进行间接热交换的上游的预冷却过的烃流；
完成与预冷却过的烃流进行间接热交换之前的来自于萃取塔的富含甲烷的蒸气流出物；
萃取塔内位于进入萃取塔的第一入口和萃取塔的蒸气出口处或其间区域内的蒸气和/或液体，除了来自于萃取塔的富含甲烷的蒸气流出物和预冷却过的烃流之间的间接热交换，通过与辅助致冷剂流进行热交换，适当地通过进行间接热交换。因此，预冷却过的烃流进一步冷却，和/或其温度下降。在给萃取塔增加热量的情况下，所增加热量的至少一部分通过辅助致冷剂去除，适当地在增加热量期间同时去除。
优选地，辅助致冷剂包含液体馏分，其通过所述热交换至少部分地蒸发。蒸发的部分，例如作为用过的辅助致冷剂流的一部分，可被压缩以便在适当的致冷剂压缩机中再使用，例如在致冷剂回路的主致冷剂压缩机中再使用。
烃流包含甲烷。烃流可以从天然气或石油储层或煤床中获得。作为替代方式，烃流还可以从其它来源例如包括诸如费-托法的合成来源获得。优选地，烃流包括至少50mol%甲烷，更优选地，至少80mol%甲烷。
根据来源而定，烃流可以包含不同数量的其它组分，包括一或多种非烃组分，例如H20、N2、CO2、Hg、H2S和其它硫化物；以及一或多种比甲烷重的烃，例如特别地是乙烷、丙烷和丁烷，可能有更少量戊烷和芳香族烃。分子质量至少为第n链烷（其是基于n个碳原子的链烷）的分子质量的烃称作Cn+。例如，C5+是指分子质量至少为戊烷的分子质量的烃。分子质量至少为丙烷的分子质量的烃在此可称作C3+烃，分子质量至少为乙烷的分子质量的烃在此可称作C2+烃。
如果希望的话，烃流可以进行预处理以减少和/或去除一或多种不希望的组分，例如CO2和H2S，或者进行其它步骤，例如提前冷却、预加压等。由于这些步骤对本领域技术人员来说众所周知，它们的原理在此不再进一步讨论。
因此，烃流的组分根据气体类型和位置以及所施加的预处理而变化。
图1示意性地显示了可在用于处理烃流110以提供冷却过的富含甲烷的烃流180的方法和设备中所实施的工艺流程图。该设备包括萃取塔125，其设置有第一入口151、蒸气出口159和液体出口189。蒸气出口159布置成在重力方向上高于第一入口151，液体出口189在重力方向上低于第一入口151。第一入口可以包括位于萃取塔125内部的入口分配器（未显示），如现有技术中已知的那样。
烃流110可以包括天然气（可选地基本上由天然气组成）并且可以已经进行了预处理。烃流110在进给温度和进给压力下提供。
对于典型的烃进给气体组成来说，进给压力可为10到120巴绝对压力（bara）之间的任何值，更典型地为25到80bara之间的任何值。进给温度可典型地为环境温度或接近环境温度，其中环境温度为进给管线110外面的空气的温度。例如，进给温度可典型地处于环境温度上下10℃的范围内。环境温度通常根据一天的时间和季节发生波动，但是典型地可为-10℃到+50℃之间的任何值。
萃取塔125可设置为适于从烃流中提取丙烷和丁烷及可选地乙烷的任意类型的低温蒸馏塔的形式。适当地，萃取塔125可为所谓的洗涤塔的形式，其可以在与一些其它类型萃取塔相比相对更高的压力下工作。典型地，萃取塔设置有为托盘和/或填料形式的液体蒸气接触区126。可选地，如图1所示，萃取塔125可以具有其它入口，例如第二入口121。
萃取塔125中优选的操作压力取决于烃进给流110的组分和蒸气出口159处排出的蒸气的目标规格。然而，该压力通常低于临界点压力，临界点压力为与烃进给流的具体组分相关的相位图的临界冷凝压力处的压力。天然气液态产物可以在低至临界点温度以下50巴的压力下在萃取塔中提取。然而，如果最终的目标是生产液化烃流，优选的压力为临界点压力以下2到15巴，更优选地为临界点压力以下2到10巴，该压力允许较少的（再）压缩。这些压力范围可以在洗涤塔中实现。如果压力高于该范围，萃取塔125的工作将变得效率极低，如果压力低于该范围，则富含甲烷的烃流随后液化的能量效率变低。
提供预冷却热交换器135来通过与预冷却致冷剂230间接热交换而使烃流110的至少一部分130和主致冷剂流310冷却。预冷却致冷剂可以在预冷却致冷剂回路200（部分显示）中循环。预冷却热交换器135至少排出预冷却过的烃流140和预冷却过的主致冷剂流320。
如图1所示的预冷却热交换器135包括第一预冷却管束，其通过预冷却热交换器135中的预冷却冷却区连接第一入口131与第一出口139；第二预冷却管束，其通过预冷却冷却区连接第三入口311与第三出口319；和第三预冷却管束，其通过预冷却冷却区连接第二入口211与第二出口219。另外，预冷却热交换器135设置有壳入口231以提供通向预冷却冷却区的通路且设置有壳出口239以将用过的预冷却致冷剂从预冷却冷却区排出。
预冷却致冷剂可以是例如丙烷的单组分致冷剂，或多组分致冷剂。例如，多组分致冷剂可以包含烃组分的混合物，所述烃组分包括戊烷、丁烷、丙烷、丙烯、乙烷和乙烯中的一或多种。
预冷却致冷剂回路200可以包括预冷却致冷剂压缩机（未显示）和可选的蓄积器（未显示），可选地所述预冷却致冷剂压缩机之前为吸入鼓（未显示），其后为一或多个冷却器（未显示），在冷却器中，压缩过的预冷却致冷剂可以通过环境而冷却。该设备在管线210中提供压缩过的通过环境冷却的预冷却致冷剂流，所述管线连接至预冷却热交换器中的第二入口211。第二出口219经由管线220和230连接至壳入口231，所述管线经由膨胀装置彼此连接，所述膨胀装置在这里显示为焦耳-汤姆逊阀225的形式。壳出口239排放至管线240，所述管线用于将用过的致冷剂输送返回预冷却致冷剂压缩机（可选地，经由吸入鼓），用过的致冷剂可在所述预冷却致冷剂压缩机中被再压缩以在管线210中提供压缩过的通过环境冷却的预冷却致冷剂。
预冷却热交换器的第一出口139将预冷却过的烃流排放到管线140中。预冷却热交换器135的第三出口319将预冷却过的主致冷剂流排放到管线320中。
预冷却热交换器135的第一出口139经由第一连接装置155而流体连接至萃取塔125的第一入口151。在图1所示实施例中，更详细地，预冷却热交换器135的第一出口139排放至管线140，管线140继而经由萃取塔热交换器145连接至管线150。因此，管线140连接至萃取塔热交换器145的第一入口141，其在内部连接至排放到管线150中的第一出口149。管线150连接至萃取塔125的第一入口151并且排放至萃取塔125中。萃取塔热交换器145可以设置为管壳式热交换器或者管套管式热交换器的形式，但是优选地为板式换热器，例如板翅式热交换器和/或印刷电路板式热交换器，可选地位于低温箱中。
优选地，在预冷却热交换器135和萃取塔热交换器145之间基本上没有单独的热交换器。因此，除了经由用于预冷却热交换器135下游和萃取塔热交换器145上游的管线140的管件与环境发生微量的不可避免的热交换外，不会与另一介质发生热交换。因此，预冷却过的烃流140在其进入萃取塔热交换器145时的温度基本上等于预冷却过的烃流140从预冷却热交换器135排出时具有的温度。实际上，这意味着预冷却过的烃流140在其进入萃取塔热交换器145时的温度与预冷却过的烃流140从预冷却热交换器135排出时具有的温度之差小于5℃，优选地小于2℃。
萃取塔125的液体出口189优选地位于或接近萃取塔125的底部和/或在接触区126的下面，排放至管线190，管线190可以输送萃取塔125的液体流出物以便进行进一步处理，典型地包括稳定和/或分馏处理。萃取塔125的蒸气出口159优选地位于或接近萃取塔125的顶部和/或接触区126的顶部，排放至管线160。从该蒸气出口159排出的流出物最终输送至另一热交换器175的第一入口171。
在图1所示实施例中，该另一热交换器175设置成绕管式热交换器的形式。提供该另一热交换器175以进一步冷却来自于萃取塔125的流出物160和来自于预冷却热交换器135的预冷却过的主致冷剂流320的至少一部分，从而提供冷却过的富含甲烷的烃流180和至少一股冷却过的主致冷剂流410，430。这通过利用与在致冷剂回路300（部分显示）中循环的冷却致冷剂（420，440）进行间接热交换来完成。冷却过的富含甲烷的烃流180从该另一热交换器175中的第一出口179排出，并且，在图1所示实施例中，第一部分冷却过的主致冷剂流410从该另一热交换器175的第一个第二出口409排出，而第二部分冷却过的主致冷剂流430从该另一热交换器175的第二个第二出口429排出。
如图1所示的该另一热交换器175包括形式为第一冷却管束172的第一管装置，其通过该另一热交换器175中的冷却区使第一入口171与第一出口179相连；和形式为第一个第二冷却管束332和第二个第二冷却管束382的第二管装置，所述第一个第二冷却管束通过冷却区使第一个第三入口331与第一个第二出口409相连，所述第二个第二冷却管束通过冷却区使第二个第二入口381与第二个第二出口429相连。
第二连接装置165使萃取塔125的蒸气出口159与该另一热交换器175的第一入口171流体连接。在图1所示实施例中，更详细地，萃取塔125的蒸气出口159排放至管线160，该管线160继而经由萃取塔热交换器145连接至管线170，所述萃取塔热交换器还连接管线140和150，如上所述。因此，管线160连接至萃取塔热交换器145的第二入口161，所述第二入口在内部连接至排放到管线170的第二出口169。优选地，萃取塔热交换器145可以按照逆流操作模式安装。特别地，第二出口169可以位于萃取塔热交换器145上与第一入口141相同的一侧，而第二入口161可以位于萃取塔热交换器145上与第一出口149相同的一侧。管线170连接至该另一热交换器175的第一入口171，并且排放至第一冷却管束。
因此，萃取塔热交换器145设置在第一连接装置155和第二连接装置165中，用于在预冷却过的烃流140和来自于萃取塔125的蒸气出口159的流出物160之间进行间接热交换。
另外，该另一热交换器175设置有第一壳入口421和第二壳入口441，两者都用于提供通向该另一热交换器175中的冷却区的通路，并且设置有壳出口389以从冷却区排出用过的冷却致冷剂。
从萃取塔通过蒸气出口159排出的流出物流160的压力可为大约25bara到大约80bara范围内的任何值。如果最终目标是生产液化烃流，这个范围内的较高压力是优选的。在随后的液化期间，压力优选地为40bara到100bara，更优选地在60bara以上。
在一组实施例中，流出物流160的压力在从蒸气出口159排出之后且在液化之前和液化期间不会被有意地改变。由于流出物流160流过管道、连接部和热交换器所产生的微量压降并不认为是有意的压力变化。在这样的实施例中，冷却过的富含甲烷的烃流180的压力典型地比蒸气流出物在其从蒸气出口159排出时具有的压力低5到大约15巴。
在另一组实施例中，流出物流160的压力在从蒸气出口159排出之后以及优选地在液化之前被增加，例如使用布置在位于萃取塔热交换器145和该另一热交换器175之间的管线170中的增压压缩机（未显示）来增加，可选地与联接至涡轮膨胀机的涡轮压缩机结合使用。
致冷剂回路300包括致冷剂循环装置，其布置成给该另一热交换器175中的冷却区供应冷却致冷剂（420，440）以及在该另一热交换器175中的冷却区下游将用过的冷却致冷剂390从该另一热交换器175排出。致冷剂回路300可以包括主致冷剂压缩机（未显示）和可选的蓄积器（未显示），可选地所述主致冷剂压缩机之前为吸入鼓（未显示），其后为一或多个冷却器（未显示），在冷却器中，压缩过的主致冷剂可以通过环境而冷却。该设备在管线310中提供压缩过的通过环境冷却的主致冷剂流，所述管线连接至预冷却热交换器135中的第三入口311。第三出口319经由管线320、330和380连接至该另一热交换器175的第一和第二个第二入口331、381，所述管线经由主致冷剂气体/液体分离器325彼此连接。主致冷剂气体/液体分离器325具有入口321（其中管线320排放至该入口321中）、排放至管线330中的蒸气流出物出口329和排放至管线340中的液体流出物出口339。
然而，主致冷剂气体/液体分离器325为可选的——在其它实施例中，预冷却热交换器135中的第三出口319可以连接到通入该另一热交换器175中的单个第二入口。在上述其它实施例中，通过该另一热交换器175进一步处理主致冷剂可以非常类似上文针对预冷却热交换器135中的预冷却致冷剂所描述的那样。
尽管如此，在图1所示实施例中，第一个第二出口409经由管线410和420连接至第一壳入口421，所述管线经由第一膨胀装置彼此相连，所述第一膨胀装置在这里显示为焦耳-汤姆逊阀415的形式。第二个第二出口429经由管线430和440连接至第二壳入口441，所述管线经由至少第二膨胀装置彼此相连，所述第二膨胀装置在这里显示为焦耳-汤姆逊阀435的形式。可选地，焦耳-汤姆逊阀前面是形式为（小型）涡轮机（未显示）的膨胀器。壳出口389排放至管线390，该管线用于将用过的主冷却致冷剂输送回主致冷剂压缩机（可选地，经由吸入鼓），用过的主冷却致冷剂可在主致冷剂压缩机处被再压缩以在管线310中提供压缩过的通过环境冷却的主致冷剂流。这完成了主冷却致冷剂回路300。
优选地，在预冷却热交换器135中的第三出口319和该另一热交换器175的第一和第二个第二入口331、381中任意一个之间不有意设置附加的热交换器。因此，优选地，除了经由用作管线320、330和380的管件以及经由可选的主致冷剂气体/液体分离器325与环境发生微量的不可避免的热交换外，不会与另一介质发生热交换。因此，湿烃流在其进入该另一热交换器175时的温度优选地基本上等于预冷却过的主致冷剂流320经由第三出口319从预冷却热交换器135排出时的温度。实际上，这意味着预冷却过的主致冷剂流320在其进入该另一热交换器175时的温度与预冷却过的主致冷剂流320经由第三出口319从预冷却热交换器135排出时的温度之差小于5℃，优选地小于2℃。
可选地，从预冷却热交换器135中的第三出口319流出的流出物没有全部流到该另一热交换器175，而只有流出物的连续的部分流到该另一热交换器175。在图1所示实施例中，来自于可选的主致冷剂气体/液体分离器325的蒸气流出物流330和来自于可选的主致冷剂气体/液体分离器325的液体流出物流340的部分380代表这样的连续的部分。可选的主致冷剂分流装置345设置在管线340中以使液体流出物流340分流成连续的第二部分液体预冷却过的主致冷剂流380和第三部分预冷却过的主致冷剂流350。该第三部分预冷却过的主致冷剂流350可以在除了该另一热交换器175之外的其它位置提供冷却功能，如随后解释的那样。
在操作中，图1所示工艺流程图所包含的方法和设备可按如下方式工作。烃流110的至少部分130和主致冷剂流310在预冷却热交换器135中通过与已经经由壳入口231从管线230流入预冷却热交换器135的预冷却冷却区中的预冷却致冷剂进行间接热交换而被预冷却。预冷却致冷剂利用从烃流110的至少部分130、主致冷剂流310和流过预冷却管束的压缩过的通过环境冷却的预冷却致冷剂流210中获取的热量进行蒸发。因此，预冷却热交换器135提供具有大体上相同预冷却温度的预冷却过的烃流140和预冷却过的主致冷剂流320。
预冷却过的烃流140流到萃取塔125的第一入口151。预冷却过的烃流140典型地处于部分冷凝相。形式为气态的富含甲烷的烃流160的流出物流和液态的贫乏甲烷的烃流190从萃取塔125排出。在烃进给流110由天然气组成的情况下，贫乏甲烷的烃流190典型地包含液化天然气（NGL），其包括乙烷、丙烷和丁烷。还可以存在C5+组分。贫乏甲烷的烃流190典型地供应给分馏系统以回收各个组分，这里将不对其进行进一步解释。
预冷却过的烃流140从第一入口141流入萃取塔热交换器145，以与流出物流160间接热交换的方式流过萃取塔热交换器145，流到萃取塔热交换器145的第一出口149。流出物流160从第二入口161流入萃取塔热交换器145，以与预冷却过的烃流140间接热交换的方式流过萃取塔热交换器145，流到萃取塔热交换器145的第二出口169。优选地，流出物流160以相对于预冷却过的烃流140逆流的方式流过萃取塔热交换器145。
可以给萃取塔125增加热量以产生通过接触区的向上的蒸气流量。例如，热源可以布置成在沿重力方向低于第一入口151的位置，优选地在低于接触区126的位置，给萃取塔125增加热量。随后将对此公开更多内容。
可选地，给萃取塔中的高区域，例如接触区上方的区域，提供冷却能力以产生通过接触区的向下的液体流量。例如，这可以利用辅助热交换装置来实现，该辅助热交换装置通过使下列流之一与辅助致冷剂流360进行热交换而从一或多个下列流获取热量：
位于萃取塔热交换器145的第一入口141和萃取塔125的第一入口151之间的预冷却过的烃流140；
位于萃取塔125的蒸气出口159和萃取塔热交换器145的第二出口169之间的流出物流160；
萃取塔125内处于在重力方向上最低与进入萃取塔125的第一入口151一样高并且最高与萃取塔125的蒸气出口159一样高的区域内的蒸气和/或液体。
例如，作为从萃取塔获取和/或增加热量的结果，从蒸气出口159流出的来自萃取塔的蒸气流出物（典型地为富含甲烷的烃流160）通常可具有与预冷却过的主致冷剂流320的温度不同的温度。
为了在将富含甲烷的烃流160和预冷却过的主致冷剂流320两者的至少部分供给到该另一热交换器175之前使富含甲烷的烃流160的温度更接近预冷却过的主致冷剂流320的温度，富含甲烷的烃流160与预冷却过的烃流140进行间接热交换。这样做的效果是萃取塔125中的温度与在萃取塔热交换器145另一侧排出的富含甲烷的烃流170和预冷却过的烃流140的温度或多或少地“脱离”或“隔离”。
如上所述地增加和获取热量可有助于在稳定的运转状态下在萃取塔125中实现正确的温度分布。
与富含甲烷的烃流160从萃取塔125的蒸气出口159直接流到该另一热交换器175的第一入口171的情况相比，预冷却过的主致冷剂流320的至少一部分和从萃取塔热交换器145排出的富含甲烷的烃流170随后能够以更小得多的温差，例如小于10℃，流到该另一热交换器175。根据与富含甲烷的烃流160的希望组成相比的烃流110的组成和/或根据就萃取塔125中的压力和温度分布而言的萃取塔125的运转情况，富含甲烷的烃流160可以在萃取塔热交换器145中冷却或加热。
因此，优选地，富含甲烷的烃流170在经由第一入口171进入该另一热交换器175时的温度与预冷却过的主致冷剂流320的至少一部分进入该另一热交换器175（例如，经由第二入口331和381中的至少一个）时的温度之差处于小于10℃的范围内。
尽管有可能将富含甲烷的烃流170中的另一热交换器安装在萃取塔热交换器145和该另一热交换器175之间以便在允许富含甲烷的烃流170和预冷却过的主致冷剂流320进入该另一热交换器175时更好地匹配富含甲烷的烃流170和被允许进入该另一热交换器175时的预冷却过的主致冷剂流320之间的温度，但出于资本支出控制和操作简单性考虑，优选地，第一入口171中的富含甲烷的烃流170的温度与富含甲烷的烃流170通过与萃取塔热交换器145中的预冷却过的烃流140进行间接热交换所达到的温度基本相同。为此，优选地，管线170在萃取塔热交换器145和该另一热交换器175的第一入口171之间基本上不包含任何单独的热交换器。因此，从萃取塔热交换器145排出的富含甲烷的烃流170优选地不流过任何有意准备的热交换器，而是优选地，除了经由用于连接萃取塔热交换器145和该另一热交换器175的第一入口171之间连接的管道和可选的其它非热交换器设备而与环境发生不可避免的微量热交换之外，不会与其它介质发生热交换。实际上，这意味着流过第一入口171的富含甲烷的烃流170的温度与富含甲烷的烃流170在从萃取塔热交换器145排出时的温度之差小于5℃，优选地小于2℃。
发生过热交换的富含甲烷的烃流170，和预冷却过的主致冷剂流320的至少一部分，在该另一热交换器175中进一步冷却，从而提供冷却过的富含甲烷的烃流180和至少一股冷却过的主致冷剂流410，430。冷却过的富含甲烷的烃流180可以如本领域已知那样在终端闪蒸系统中或减压阶段减压，随后在1到2巴的绝对压力下储存在低温液体储罐中。这里不再对此进行更详细的描述。
预冷却过的主致冷剂流320可以在主气体/液体分离器325中部分地冷凝和分离成经由蒸气流出物出口329从主气体/液体分离器325以蒸气相排出的第一主致冷剂部分流330和经由液体流出物出口339从主气体/液体分离器325以液相排出的第二主致冷剂部分流340。第一主致冷剂部分流330经由第一个第二入口331流入该另一热交换器175。第二主致冷剂部分流340被分流，因此，只有连续的第二部分液态的预冷却过的主致冷剂流380经由第二个第二入口381流入该另一热交换器175。
如果目的是最终使蒸气流出物流160液化，它可以在被进给到萃取塔热交换器145中之前可选地被压缩到例如60或70巴绝对压力或更高。为此，可以在管线160中设置塔顶压缩机（未显示）。通过这样压缩，为使蒸气流出物流液化而需要从蒸气流出物流160提出的潜热值将变小。在例如专利申请公开US2009/0064712和US2009/0064713中显示和描述了这样的实例。
如上所述，可以使用辅助致冷剂流360以从萃取塔125中的高区域获取热量。这可以通过使用直接热交换来实现，例如通过将温度比萃取塔顶部温度低的较冷冲洗液体形式的辅助致冷剂流注入萃取塔来实现。或者，这可以通过使用间接热交换实现，其中，辅助致冷剂流与萃取塔125中的液体和蒸气（其中液体和蒸气与蒸气出口159和第一入口151流体连通）保持分离（不与之混合）。
后一选择在辅助致冷剂流在致冷剂回路中循环的实施例中尤为有用，但并不排他。这可以是专用致冷剂回路，在这种情况下，辅助致冷剂可以具有任何适当的组成。然而，优选地，辅助致冷剂360包括预冷却过的主致冷剂流320的至少一部分。这样，需要更少的其它设备，因为压缩机等已经设置在主致冷剂回路中。
在一个实例中，预冷却过的主致冷剂流320在主致冷剂气体/液体分离器325中分离成气态轻馏分主致冷剂流330和液态第二部分预冷却过的主致冷剂流340。液态第二部分预冷却过的主致冷剂流340随后使用可选的主致冷剂分流装置345分流成连续的第二部分预冷却过的主致冷剂流380和第三部分预冷却过的主致冷剂流350。
辅助致冷剂流随后可从第三部分预冷却过的主致冷剂流350中获得。适当地，第三部分预冷却过的主致冷剂流350在图1中显示为焦耳汤普森阀355的可选的膨胀装置中膨胀，从而形成膨胀的第三部分预冷却致冷剂流360，使得富含甲烷的烃流160与膨胀的第三部分预冷却过的致冷剂流360进行热交换。
在其热交换之后，膨胀的第三部分预冷却过的致冷剂流360以用过的第三部分预冷却过的致冷剂流370的形式从间接热交换排出，并且返回致冷剂回路300的主致冷剂压缩机（未显示）的吸入端。
在图1所示实施例中，与来源于第三部分预冷却过的主致冷剂流350的流的附加热交换在萃取塔热交换器145中进行，这通过使其从辅助入口361通过萃取塔热交换器145流到辅助出口369而进行。如果萃取塔热交换器145设置为板式热交换器的形式，辅助入口361和辅助出口369可以与萃取塔热交换器145的附加的一组通道或腔室连通。替代地，单独的辅助热交换器（未显示）可以设置在管线160和/或管线150中，布置成与来源于第三部分预冷却过的主致冷剂流350的流进行附加的间接热交换。
不管如何和/或是否使用各种可选的附加热交换，萃取塔125可以按照多种方式运转。
在本发明的实施例中，例如图1所示实施例中，萃取塔125设置成洗涤塔的形式。进给分流器115可以设置在位于萃取塔125和预冷却热交换器135上游的进给管线110中。这允许烃流110分流成第一部分烃流130和第二部分烃流120，所述第一部分烃流形成在预冷却热交换器135中通过与所述预冷却致冷剂230进行间接热交换而经受所述冷却的烃流110的至少一部分。第一部分烃流130和第二部分烃流120具有彼此相同的组分。
萃取塔125在大体上等于烃流110的进给压力减去因烃流110的所述第一部分烃流130与所述预冷却致冷剂230进行所述间接热交换引起的压力损失以及因预冷却过的烃流140与富含甲烷的烃流160进行所述间接热交换引起的压力损失的压力下运转。因此，萃取塔125中的压力可大体上等于进给压力减去因烃流110的所述第一部分烃流130与所述预冷却致冷剂230进行所述间接热交换引起的压力损失以及因预冷却过的烃流140与富含甲烷的烃流160进行所述间接热交换引起的压力损失。在经由预冷却热交换器135和萃取塔热交换器145将进给分流器115与萃取塔125的第一入口151相连的管线中不存在专用的减压装置。
这具有下列优点，在进给到该另一热交换器175之前对来自萃取塔的蒸气流出物流进行的再压缩量可以保持在最小程度，甚至可以取消再压缩，同时仍然具有并未单单为了萃取塔125中的蒸馏或分离过程而有意进行降低的压力。因此，蒸馏在不显著降低压力的情况下进行，这在气态流出物流160要液化的情况下极为有利。预冷却热交换器135和萃取塔热交换器145每个中的压力损失典型地在每个热交换器1到5巴，以使得总压力损失为大致2到10巴。
第二部分烃流120流到萃取塔125的第二入口121。第二入口121在重力方向上低于萃取塔125的第一入口151。预冷却热交换器135被绕过，因此，第二部分烃流120不会在进给分流器115和第二入口121之间流过预冷却热交换器135。利用设置在管线120中，优选地位于分流器115和第二入口121之间的第一流量控制阀117来调节分流比。跨过流量控制阀117的压降保持为允许第一部分烃流130流过预冷却热交换器135和萃取塔热交换器145所需的最小压降。
因此，第二部分烃流120可以在基本等于进给温度或至少与之接近的温度下通过第二入口121流入萃取塔125。第二部分流120在其流过萃取塔125的第二入口121时的温度与进给温度之间的温差可以小于大约5℃。
第二部分流120在其流过萃取塔125的第二入口121时的温度优选地高于预冷却过的烃流在其流过萃取塔125的第一入口151时的温度。
通过将进给分流器115中的分流比（限定为第二部分烃流120的质量流速除以第一部分烃流130的质量流速）选择地足够高（利用流量控制阀117的设置进行调节），通常不需要向萃取塔底部增加附加加热功率（除了存在于第二部分烃流120中的可感测的热量之外）以控制底部温度。
已经发现，可以选择分流比以使蒸馏塔底部的温度能够例如保持在-10℃或更高。可以通过调节分流比控制蒸馏塔底端的温度。例如参考专利申请公开US2008/0115532，其中早已经提出了通过控制进给流分流比进行温度控制。
供应第二部分烃流120给萃取塔125增加热量。如果可能的话，第二部分烃流120不额外进行加热，并且没有外部加热提供给萃取塔125的底部。这样做的一个优点是较少的额外加热功率（通常例如经由重沸器提供给蒸馏过程）需要注入蒸馏塔底端以避免它变得过冷。然而，根据烃流110的与最低设计温度相比的进给温度而定，可能必须施加可选加热以便使第二部分烃流120的温度达到最低设计温度以上。为此，可以在管线120中设置可选的外部加热器（未显示）。
预冷却致冷剂和主致冷剂可以在相互分离的致冷剂回路中循环，例如美国专利6,370,910中所述，这些循环之一使用一或多个预冷却致冷剂压缩机，另一个使用一或多个主致冷剂压缩机。在这种情况下，预冷却致冷剂和主致冷剂可以各自由混合致冷剂组成。这里所称的混合致冷剂或混合致冷剂流包括至少5mol%的两种不同组分。更优选地，任何混合致冷剂都包括甲烷、乙烷、乙烯、丙烷、丙烯、丁烷和戊烷中的两或多种。适当地，预冷却致冷剂具有比主致冷剂更高的平均分子量。
更具体地，预冷却致冷剂回路中的预冷却致冷剂可以由下列组成的两或多种的组分的混合物形成：0-20mol%甲烷，20-80mol%乙烷和/或乙烯，20-80mol%丙烷和/或丙烯，<20mol%丁烷，<10mol%戊烷；总计100%。主致冷剂回路中的主冷却致冷剂可以由下列组成的两或多种的组分的混合物形成：<10mol%氮气，30-60mol%甲烷，30-60mol%乙烷和/或乙烯，<20mol%丙烷和/或丙烯和<10%丁烷；总计100%。
替代地，预冷却致冷剂和主致冷剂可以从共用致冷剂回路提取，使用共用致冷剂压缩机系执行相结合的预冷却致冷剂压缩机和主冷却致冷剂压缩机的功能，例如为所谓的单一混合致冷剂工艺的特征。美国专利5,832,745中描述了单一混合致冷剂工艺的一个实例。在这种单一混合致冷剂工艺中，在致冷剂回路中循环的致冷剂可以由下列组成的两或多种的组分的混合物形成：<20mol%氮气，20-60mol%甲烷，20-60mol%乙烷和/或乙烯，<30mol%丙烷和/或丙烯，<15%丁烷和<5%戊烷；总计100%。
图2和3显示的本发明的实施例中，使用共用致冷剂压缩机500压缩至少一部分预冷却致冷剂以及至少一部分主致冷剂。在这些附图中，从预冷却热交换器135排出的用过的预冷却致冷剂240输送回共用致冷剂压缩机（可选地，经由吸入鼓）并且经由中间压力入口501进入共用致冷剂压缩机500以进行再压缩。从该另一热交换器175排出的用过的主致冷剂390可以输送回共用致冷剂压缩机（可选地，经由吸入鼓）并且经由吸入口502在比用过的预冷却致冷剂240低的压力下进入共用致冷剂压缩机500以进行再压缩。共用致冷剂压缩机500显示为经由驱动轴506通过适当的驱动装置505进行驱动。典型的适当驱动装置包括燃气轮机、蒸气涡轮机、电动机、双燃料柴油机及其组合。
共用致冷剂压缩机500的排出口507连接至排出管线510，其中，压缩的混合致冷剂流到一系列的一或多个冷却器520。一或多个冷却器520用来使来自管线510的压缩的混合致冷剂降温和部分地冷凝，这优选地通过环境冷却来实现，例如通过使空气流或水流通过一系列的一或多个冷却器520来实现。部分地冷凝的致冷剂流经由管道530流到预冷却致冷剂气体/液体分离器525，在其中，它分离成气态主致冷剂流310a和液态预冷却致冷剂流210a。具有液态预冷却致冷剂流的管线210a连接到通入预冷却热交换器135的第二入口211，具有气态主致冷剂流的管线310a连接到通入预冷却热交换器135的第三入口311。从这点开始，流的路线可以与上文参考图1所述相同。
然而，图2和3显示了图1所示致冷剂流动的变型，这些变型使可能实现的，原因在于主致冷剂和预冷却致冷剂都源于共用致冷剂源——这里显示为压缩的混合致冷剂管线510的形式。预冷却主致冷剂320的一部分现在可以可选地循环返回预冷却热交换器135以补充预冷却致冷剂。
举例来说，图2显示了设置在管线350中的可选的第二分流器315，其经由管线352与设置在管线230中的可选组合器357相连。以此，第三部分预冷却过的主致冷剂流350的一部分352可以加入到预冷却致冷剂230中。再循环控制阀353可以设置在管线352中以控制允许进入预冷却致冷剂230中的第三部分预冷却过的主致冷剂流350的部分352的流动。
图3显示了使用设置有冷管束136和热管束137的预冷却热交换器135a的另一实例，所述冷管束布置在壳中在重力方向上高于壳入口231的位置，所述热管束布置在壳中在重力方向上低于壳入口231的位置。预冷却冷却区分成高温预冷却冷却区和低温预冷却冷却区，冷管束穿过低温预冷却冷却区，热管束穿过高温预冷却冷却区。预冷却热交换器135a的第一入口131通过高温预冷却冷却区和低温预冷却冷却区与第一出口139相连，预冷却热交换器135a的第三入口311和第三出口319的情况相同。第二入口211通过高温预冷却冷却区与第二出口219相连并且不穿过低温预冷却冷却区。
就图3而言，设置在管线350中的可选第二分流器315与通入预冷却热交换器135a的第三壳入口356相连。因此，第三部分预冷却过的主致冷剂流350的被允许流过管线325的部分352加入到位于预冷却热交换器135a的壳内的预冷却致冷剂中。再循环控制阀353可以设置在管线352中以控制第三部分预冷却过的主致冷剂流350的被允许进入预冷却热交换器135a的部分352的流动。第三壳入口356在重力方向上高于低温预冷却冷却区。
图3显示了对图1和2所示实施例的另一变型，其中，除了相应的第一和第二入口151、121之外，萃取塔125a设置有第三入口123。第三入口布置成接收从第一部分烃流130进给的第三部分烃流122。第一部分烃流130和第三部分烃流122具有彼此相同的组分。利用设置在管线122中的第二流量控制阀127调节第三部分烃流122的流速。
第三部分烃流122在其通过第三入口120流入萃取塔125a时的温度优选地位于第二部分烃流120在其通过第二入口121流入萃取塔125a时的温度和预冷却过的烃流在其经由第一入口151流入萃取塔125a时的温度之间。图3所示实例显示了获得这种条件的一种方法。第三部分烃流122从预冷却热交换器135a中位于高温预冷却冷却区和低温预冷却冷却区之间的第一部分烃流130抽取。
然而，根据进给流110的组分以及来自于萃取塔125a的蒸气流出物流160的希望组分而定，其他方案也是可能的。例如，在第二部分烃流120额外被加热到进给流温度以上的温度的实施例中，第三部分烃流可以可选地从位于预冷却热交换器135或135a上游的第一部分烃流130抽取。在这种情况下，第三部分烃流122可以在基本等于进给温度或至少与之接近的温度下通过第三入口123流入萃取塔125a。在这种情况下，第三部分流122在其流过萃取塔125a的第三入口123时的温度与进给温度之间的温差可以小于大约5℃。
萃取塔的液体蒸气接触区126可以分成上部接触区126a和在重力方向上布置于上部接触区126a下方的下部接触区126b。第三入口123可以在重力方向上位于上部接触区126a下方，但是在下部接触区126b上方。
图3所示实施例中的蒸气流出物160以与上文参考图1所述相同的方式进行处理。
这里所称的混合致冷剂或混合致冷剂流包括至少5mol%的两种不同组分。更优选地，混合致冷剂包括甲烷、乙烷、乙烯、丙烷、丙烯、丁烷和戊烷中的两或多种。
本领域技术人员应当理解，本发明可以多种不同的方式实施而不脱离所附权利要求书的范围。