[发明专利]使用专用再喷射回路的液化天然气生产中的集成的除氮

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于液化天然气进料流和从其除去氮来产生氮排尽的液化天然气(LNG)产品的方法。本发明还涉及用于液化天然气进料流和从其除去氮来产生氮排尽的LNG产品的设备(如，例如天然气液化站或其它形式的处理设施)。

背景技术

在用于液化天然气的过程中，经常合乎需要或必要的是(例如由于纯度和/或回收要求)从进料流除去氮同时使产品(甲烷)损失最小化。除去的氮产品可用作燃料气体或排放至大气。如果用作燃料气体，则氮产品必须包含大量甲烷(典型地＞30mol%)来保持其热值。在该情况下，氮分离由于氮产品的纯度的宽松规格而没那么困难，并且目标在于选定以最少附加装备和功率消耗的最有效的过程。然而，在由电动机驱动的许多小型和中型LNG设施中，存在对燃料气体的非常小需求，并且氮产品必须排放到大气。如果排放，则由于环境问题和/或由于甲烷回收要求，故氮产品必须满足严格纯度规格(例如，＞95mol%，或＞99mol%)。该纯度要求提出了分离的挑战。在天然气进料中的非常高氮浓度(典型地大于10mol%，在一些情况下高达或甚至高于20mol%)的情况下，专用脱氮单元(NRU)证明是用以有效除去氮且产生纯(＞99mol%)氮产品的稳健方法。然而，在大多数情况下，天然气包含大约1mol%到10mol%的氮。当进料中的氮浓度在该范围内时，NRU的适用性由于与附加装备相关联的复杂性而被高资本成本阻碍。一定数量的现有技术文献提出了用以从天然气除去氮的备选解决方案，包括将氮循环流添加于NRU或使用专用精馏塔。然而，这些过程经常非常错综，需要大量装备(以及相关联资本成本)，难以操作并且/或者低效，尤其是对于较低氮浓度(＜5%)的进料流。此外，经常的情况在于天然气进料中的氮浓度有时将变化，这意思是即使人们处理目前氮含量高的进料，人们也不可确保这将仍是该情况。因此，将合乎需要的是开发出简单、有效且能够从具有低氮浓度的天然气进料有效除去氮的过程。

US 3,721,099公开了一种用于液化天然气和通过精馏来从液化天然气分离氮的过程。在该过程中，天然气进料预先冷却，并且在一系列热交换器单元中部分地液化，并且在分相器中分成液相和汽相。天然气蒸气流接着在双重精馏塔的底部中的盘管中液化和过冷，向高压塔提供滚沸负荷。来自盘管的液化天然气流接着在热交换器单元中进一步过冷，在膨胀阀中膨胀，并且引入到高压塔中并且在高压塔中分离。从高压精馏塔的底部吸收的富甲烷液体流和从分相器获得的富甲烷液体流在另外的热交换器单元中过冷，通过膨胀阀膨胀，并且引入到低压塔中并且分离到低压塔中。至低压塔的逆流由通过在热交换器单元中液化从高压塔的顶部获得的氮流而获得的液氮流提供。包含大约0.5%的氮的氮排尽LNG(主要是液体甲烷)产品从低压塔的底部获得，并且发送至LNG储存罐。富氮流从低压塔的顶部(包含大约95mol%的氮)和从高压塔的顶部获得。富氮流和来自LNG罐的煮沸气体在各种热交换器单元中加热来提供其制冷。

US 7,520,143公开了一种其中包含98mol%的氮的氮排出流由脱氮塔分离的过程。天然气进料流在主热交换器的第一(热)区段中液化来产生LNG流，其从热交换器的中间位置抽取，在膨胀阀中膨胀，并且发送至脱氮塔的底部。来自脱氮塔的底部液体在主热交换器的第二(冷)区段中过冷，并且通过阀膨胀到闪蒸罐中来提供氮排尽LNG产品(小于1.5mol%的氮)，以及氮富集流，其纯度(30mol%的氮)低于氮排出流并且用于燃料气体。来自脱氮塔的塔顶蒸气分开，其中蒸气的一部分抽取为氮排出流，并且其余部分在闪蒸鼓中的热交换器中冷凝来提供逆流至脱氮塔。用于主热交换器的制冷由使用混合制冷剂的闭环制冷系统提供。

US2011/0041389公开了一种过程，其略微类似于US 7,520,143中所述的，其中高纯度氮排出流(典型地90%到100%体积的氮)在精馏塔中与天然气进料流分离。天然气进料流在主热交换器的热区段中冷却来产生冷却的天然气流。该流的一部分从主热交换器的第一中间位置抽取，膨胀并且发送至精馏塔的底部作为汽提气。流的其余部分在主热交换器的中间区段中进一步冷却和液化，以形成LNG流，其从热交换器的第二(较冷)中间位置抽取，膨胀并且发送至精馏塔的中间位置。来自精馏塔的底部液体抽取为氮排尽LNG流，在主热交换器的冷区段中过冷，并且膨胀到分相器中来提供氮排尽LNG产品，以及压缩并且循环回到天然气进料流中的氮富集流。来自精馏塔的塔顶蒸气分开，其中蒸气的一部分抽取为高纯度氮排出流，而其余部分在分相器中的热交换器中冷凝来提供逆流至精馏塔。