專利名稱：在液化天然氣中減少低沸點(diǎn)組分含量的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在液化天然氣中減少低沸點(diǎn)組分含量的方法。液化天然氣中低沸點(diǎn)組分一般包括氮?dú)?、氦和氫氣，這些組分也叫“輕組分”。本方法先將液化天然氣在液化壓力下液化，然后降低液化天然氣的壓力并進(jìn)行氣液分離，得到降低了低沸點(diǎn)組分含量的低壓液化天然氣，這種液化天然氣可以進(jìn)一步處理，也可以直接儲(chǔ)存。因此，本方法要達(dá)到兩個(gè)目的，第一，將液化天然氣從液化壓力降至低壓，第二，從液化天然氣中分離出含有低沸點(diǎn)組分的氣體，從而保證剩余的液化天然氣中低沸點(diǎn)組分含量足夠低。一般來說，低沸點(diǎn)組分的含量，特別是氮?dú)?，可以?到大于15mol％降低到小于1mol％。這種方法有時(shí)稱為末端閃蒸(end flash)方法。
天然氣的液化壓力范圍一般在3.0～6.0Mpa之間。低壓是指低于液化壓力，如小于0.3MPa，適宜的低壓應(yīng)接近大氣壓力，在0.10～0.15MPa之間。
公開號(hào)為No.WO 93/08 436的國際專利申請(qǐng)涉及一種在液化天然氣中減少低沸點(diǎn)組分含量的方法，這種方法包括以下步驟(a)讓液化壓力或中間壓力下的液化天然氣流過外換熱器的熱端被冷卻，冷卻的液化天然氣膨脹到低壓得到膨脹的流體，然后將膨脹的流體引入到內(nèi)部安裝了接觸段的分餾塔上部，接觸段安裝在分餾塔的上部和下部之間；(b)從分餾塔中抽出液化天然氣餾分，使其流入外換熱器的冷端，經(jīng)換熱器加熱后，成為熱兩相流體；(c)將熱兩相流體引入到分餾塔下部，并使蒸汽向上流過接觸段；(e)使膨脹的流體中的液體向下流過接觸段；和(f)從分餾塔底部抽出降低了低沸點(diǎn)組分含量的液體產(chǎn)品，從分餾塔頂部抽出富含低沸點(diǎn)組分的氣體，其中，從液化壓力膨脹到中間壓力是動(dòng)態(tài)膨脹，從中間壓力膨脹到低壓是靜態(tài)膨脹。
中間壓力是指壓力在液化壓力和低壓之間，中間壓力的選擇原則是基本避免在動(dòng)態(tài)膨脹過程中液化天然氣蒸發(fā)。
在已知的方法中，是從分餾塔中抽出一部分餾分，送入外換熱器中進(jìn)行加熱，以便提供汽提所需的蒸汽。該餾分是從分餾塔接觸段之內(nèi)抽出的正常側(cè)線，接觸段安裝在分餾塔上部的膨脹流體引入口之下。例如，如果接觸段是由接觸塔板組成的，該餾分則是在兩塊相鄰的塔板之間抽出的。因此，該餾分在從分餾塔抽出之前，已經(jīng)與從分餾塔上升的蒸汽直接接觸。這種直接接觸的結(jié)果就是液體和蒸汽之間進(jìn)行了物質(zhì)和熱量交換，所以，不僅液體的組成發(fā)生了變化，而且液體也被加熱了。
在本說明書中，術(shù)語“氣體”和“蒸汽”所代表的含義不同。
申請(qǐng)人尋求對(duì)以上方法進(jìn)行改進(jìn)，試圖提供一種方法，使進(jìn)入外換熱器冷端的流體是可獲得的最冷的流體。
因此，按照本發(fā)明，在液化天然氣中減少低沸點(diǎn)組分含量的方法包括以下步驟(a)液化壓力或中間壓力下的液化天然氣流過外換熱器熱端時(shí)被冷卻，冷卻的液化天然氣膨脹到低壓，得到膨脹的流體，然后將膨脹的流體引入到內(nèi)部安裝了接觸段的分餾塔上部，接觸段安裝在分餾塔的上部和下部之間；(b)低壓直接側(cè)線流過外換熱器冷端時(shí)被加熱，得到熱兩相流體；(c)將熱兩相流體引入到分餾塔的下部，并使蒸汽向上流過接觸段；(d)使膨脹的流體中的液體向下流過接觸段；和(e)從分餾塔底部抽出降低了低沸點(diǎn)組分含量的液體產(chǎn)品，從分餾塔頂部抽出富含低沸點(diǎn)組分的氣體，其中，從液化壓力膨脹到中間壓力是動(dòng)態(tài)膨脹，從中間壓力膨脹到低壓是靜態(tài)膨脹。
在說明書和權(quán)利要求書中，詞語“直接側(cè)線(direct side stream)”是指從分餾塔內(nèi)接觸段上游某一點(diǎn)分離出的液化天然氣中的液體部分，適宜的抽出點(diǎn)在外換熱器的下游、分餾塔內(nèi)接觸段的上游。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是降低了分餾塔接觸段的液體負(fù)荷，因而增加了汽提因子(stripping factor)，提高了汽提(stripping)效率。
下面將參照附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更詳細(xì)的描述，其中

圖1是本發(fā)明的第一個(gè)實(shí)施例；圖2是本發(fā)明的第二個(gè)實(shí)施例；圖3是本發(fā)明的第三個(gè)實(shí)施例；圖4是圖3Ⅳ-Ⅳ剖面的放大圖。
參考圖1，壓力為液化壓力的液化天然氣經(jīng)由導(dǎo)管1進(jìn)入到外部換熱器3的熱端2。在外換熱器3中，液化天然氣通過間接熱交換被冷卻，得到冷卻的液化天然氣。冷卻的液化天然氣通過導(dǎo)管6輸送到膨脹器8。膨脹器8由如形式如渦輪膨脹機(jī)9的動(dòng)態(tài)膨脹液體裝置和節(jié)流閥10組成，渦輪膨脹機(jī)9通過動(dòng)力膨脹將冷卻的液化天然氣從液化壓力膨脹到中間壓力，節(jié)流閥10通過靜態(tài)膨脹將冷卻的液化天然氣從中間壓力膨脹到低壓，以便得到膨脹的流體。渦輪膨脹機(jī)9和節(jié)流閥10通過連接導(dǎo)管13連接。膨脹的流體通過導(dǎo)管15進(jìn)入到在低壓下操作的分餾塔20。
膨脹的流體通過入口裝置21被引入到分餾塔20的上部22。分餾塔20內(nèi)安裝了一個(gè)接觸段25。接觸段25安裝在分餾塔20的上部22和下部28之間。接觸段25可由許多塊在軸向有一定間距、分開的塔板組成，也可以采用向塔內(nèi)填加填料的方式使汽液直接接觸。塔板數(shù)和填料高度的選擇應(yīng)該使分餾塔的分餾效果與至少一個(gè)理論平衡級(jí)的分餾效果相當(dāng)，適宜的理論平衡級(jí)數(shù)為3～10級(jí)。
在外換熱器3中，液化天然氣通過與流過外換熱器3的冷端30的低壓直接側(cè)線進(jìn)行間接換熱而得到冷卻，直接側(cè)線則獲得熱量，被加熱為熱兩相流體。
直接側(cè)線是通過從中間壓力下的冷卻液化天然氣中抽出一部分，使其膨脹到低壓而獲得的。這部分冷卻的液化天然氣是從連接點(diǎn)31處的冷卻液化天然氣中抽出的，通過裝有節(jié)流閥34的導(dǎo)管32將其輸送到換熱器3的冷端30。
熱兩相流體在低壓下通過導(dǎo)管36進(jìn)入到分餾塔20，并且通過入口裝置40引入到分餾塔20的下部28。熱兩相流體中的蒸汽向上流過接觸段25。
膨脹的流體中的液體向下流過接觸段25，與蒸汽逆向接觸。
降低了低沸點(diǎn)組分含量的液體產(chǎn)品通過導(dǎo)管45從分餾塔的底部抽出，富含低沸點(diǎn)組分的氣體通過導(dǎo)管47從分餾塔20頂部抽出。
由于直接側(cè)線是在連接點(diǎn)13處從冷卻的液化天然氣中抽出的，這部分液化天然氣沒有經(jīng)過分餾處理，因此未被加熱。此外，由于向下流過分餾塔的液體量等于液化天然氣中液體的量減掉直接側(cè)線的量，分餾塔中液體負(fù)荷降低，所以，汽提效率增加。
如圖1所示，渦輪膨脹機(jī)9安裝在外換熱器3的下游，以便使液化天然氣在液化壓力下通過外換熱器3的熱端2。在另一個(gè)實(shí)施例(文中未說明)中，渦輪膨脹機(jī)安裝在直接換熱器的上游，以使液化天然氣在中間壓力下通過外換熱器3熱端2。
圖2為本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例。與圖1一致的部分具有相同的標(biāo)記。
圖2所示的實(shí)施例與圖1所示的實(shí)施例只是獲得直接側(cè)線的方式不同，其它均相同，所以對(duì)正常操作不再進(jìn)行詳細(xì)說明。在圖2所示的實(shí)施例中，直接側(cè)線是按照如下所述的方式獲得的。在連接點(diǎn)31處抽出一部分中間壓力下的冷卻液化天然氣，通過裝有節(jié)流閥34的導(dǎo)管32送至分離器50。在分離器50中，將蒸汽從這部分液化天然氣中分離出去，液體通過導(dǎo)管51進(jìn)入換熱器3冷端30。
蒸汽經(jīng)由導(dǎo)管52，在膨脹的流體進(jìn)入分餾塔20之前，在連接點(diǎn)53處，加入到膨脹的流體中。
參照?qǐng)D3和圖4，對(duì)圖2所示實(shí)施例的改進(jìn)進(jìn)行說明。與圖1所示相同的部分具有相同的標(biāo)記，只對(duì)具有不同特性的操作進(jìn)行說明。
在改進(jìn)的實(shí)施例中，直接側(cè)線是從分餾塔20的上部22抽出的側(cè)線。為此，在分餾塔20的上部22膨脹流體入口之下、接觸段25之上，安裝了一個(gè)部分側(cè)線抽出塔板60。部分側(cè)線抽出塔板由一個(gè)中心槽62(見圖4)和許多通向中心槽61的支槽62組成。分餾塔20安裝了抽出部分側(cè)線抽出塔板60所收集液體的出口管(圖中未顯示出來)。
在正常操作過程中，膨脹的流體通過入口裝置21進(jìn)入到分餾塔20中，一部分向下流動(dòng)的液體被部分側(cè)線抽出塔板60收集，并作為直接側(cè)線經(jīng)導(dǎo)管65流入到外換熱器。在標(biāo)記為60的部分側(cè)線抽出塔板中，汽液不進(jìn)行直接接觸，因而從塔板抽出的液體與進(jìn)入塔板的液體有相同的組成，離開塔板的蒸汽和液體沒有達(dá)到平衡狀態(tài)，所以，這種部分側(cè)線抽出塔板不是一個(gè)理論平衡級(jí)。
直接側(cè)線的量為液化天然氣量的10～60mol％。
本發(fā)明所提供的方法與其它方法相比，其優(yōu)點(diǎn)在于，直接側(cè)線是從外換熱器的下游、接觸段的上游抽出的液化天然氣的液體部分，沒有經(jīng)過分餾過程，因此，是可獲得的最冷流體。
本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是降低了分餾塔接觸段的液體負(fù)荷，使汽提因子增加，汽提效率也增加。
權(quán)利要求
1．在液化天然氣中減少低沸點(diǎn)組分含量的方法，該方法包括以下步驟(a)液化壓力或中間壓力下的液化天然氣流過外換熱器熱端時(shí)被冷卻；冷卻的液化天然氣膨脹到低壓，得到膨脹的流體；和，膨脹的流體進(jìn)入內(nèi)部安裝了接觸段的分餾塔上部，接觸段安裝在分餾塔的上部和下部之間；(b)低壓直接側(cè)線流過外換熱器時(shí)被加熱，成為熱兩相流體；(c)熱兩相流體引入到分餾塔下部，并使蒸汽向上流過接觸段；(d)使膨脹的流體中的液體向下流過接觸段；和(e)從分餾塔底部抽出降低了低沸點(diǎn)組分含量的液體產(chǎn)品，從分餾塔頂部抽出富含低沸點(diǎn)組分的氣體，其中，從液化壓力膨脹到中間壓力是動(dòng)態(tài)膨脹，從中間壓力膨脹到低壓是靜態(tài)膨脹。
2．如權(quán)利要求1所述的方法，其中，直接側(cè)線的獲得方式是從中間壓力下的冷卻液化天然氣中抽出一部分，并使其靜態(tài)膨脹到低壓。
3．如權(quán)利要求1中所述的方法，其中，直接側(cè)線的獲得方式是從中間壓力下的冷卻液化天然氣中抽出一部分，使其靜態(tài)膨脹到低壓，得到兩相流體，從兩相流體中分離出蒸汽，剩下的液體作為直接側(cè)線。
4．如權(quán)利要求3所述的方法，其中，在膨脹的流體進(jìn)入到分餾塔之前，將蒸汽加入到膨脹的流體中。
5．如權(quán)利要求1所述的方法，其中，直接側(cè)線是通過從分餾塔上部抽出側(cè)線而獲得的。
全文摘要
在液化天然氣(1)中減少低沸點(diǎn)組分含量的方法,包括:讓在液化壓力下的液化天然氣流過外換熱器(3)的熱端(2),得到冷卻的液化天然氣(6),冷卻的液化天然氣動(dòng)態(tài)膨脹(9)到中間壓力,然后再靜態(tài)膨脹(10)到低壓,以便得到膨脹的流體(15),膨脹的流體流入到內(nèi)部安裝了接觸段的分餾塔(20)的上部,接觸段安裝在分餾塔的上部和下部之間;低壓直接側(cè)線(32)流過外換熱器(3)冷卻(30)被加熱,得到熱兩相流體(36);熱兩相流體進(jìn)入分餾塔(20)的下部(28),并且使蒸汽向上流過接觸段(25);使膨脹的流體中的液體向下流過接觸段(25);并從分餾塔(20)的底部抽出降低了低沸點(diǎn)組分含量的液體產(chǎn)品(45),從分餾塔頂部抽出富含低沸點(diǎn)組分的氣體(47)。
文檔編號(hào)F25J3/02GK1212756SQ97192677
公開日1999年3月31日 申請(qǐng)日期1997年2月27日 優(yōu)先權(quán)日1996年2月29日
發(fā)明者維韋卡·J·埃利翁, 羅伯特·克萊因·內(nèi)格爾伍特, 科內(nèi)利斯·J·溫克 申請(qǐng)人:國際殼牌研究有限公司