專利名稱：自冷卻的lng工藝的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種天然氣液化的方法，更特別地涉及天然氣液化為LNG(常壓)的方法，該方法不需要使用外部的制冷劑。
背景技術：
天然氣是遍及世界日益增加使用的燃料源。因此，在世界上不能將天然氣安全輸送到邊遠的市場或需要大量成本費用輸送的遙遠的地區(qū)，生產天然氣的努力一直在繼續(xù)增長。在沒有天然氣管道輸送或官倒輸送不現實的情況下，天然氣液化是目前實際中作為一種節(jié)約成本的選擇，用于將天然氣輸送到世界各地的市場。
如在本發(fā)明整個說明書中所使用的，天然氣應理解為是指粗天然氣或處理的天然氣。粗天然氣基本上包括輕質烴例如甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、戊烷、己烷和例如苯的雜質，但也可包括少量的非烴雜質例如氮、硫化氫、二氧化碳和痕量的氦、硫化羰、各種硫醇或水。處理的天然氣基本上包括甲烷、乙烷，但也可包括少量的較重的烴例如丙烷、丁烷和戊烷。
如本發(fā)明整個說明書中所使用的，液化天然氣(LNG)應理解為是指這樣的天然氣，其被減壓到液化的狀態(tài)或接近大氣壓。如本發(fā)明所使用，接近大氣壓一般應理解為是指不超過約25psia，通常不大于約20psia，經常不大于約15psia。
天然氣液化通常通過將天然氣的溫度減少到約-240°F～約-260°F的液化溫度下進行。對于許多的天然氣物流液化溫度通常是典型的，因為甲烷在大氣壓的沸點為約-259°F。為生產、儲藏和輸送LNG，現有技術中熟知的常規(guī)工藝需要大量的致冷劑以減少并保持天然氣所處的液化溫度。這些最通常的致冷工藝是(1)級聯(lián)工藝；(2)單一混合致冷劑工藝；和(3)丙烷預冷混合致冷劑工藝。
級聯(lián)工藝通過使用幾個閉環(huán)的冷卻環(huán)路而生產LNG，每一個使用單一的純致冷劑，它們以逐漸降低溫度的順序構造在一起。第一冷卻環(huán)路通常使用丙烷或丙烯作為致冷劑，第二環(huán)路可使用乙烷或乙烯，而第三環(huán)路通常利用甲烷作為致冷劑。
單一混合致冷劑工藝通過使用單一的閉環(huán)冷卻環(huán)路生產LNG，該環(huán)路使用由氮、甲烷、乙烷、丙烷、丁烷和戊烷組分組成的多組分致冷劑?；旌系闹吕鋭┕に嚱洑v冷凝、膨脹和再壓縮步驟以通過使用熟知的“冷箱”熱交換器的單元收集而使天然氣溫度降低。
丙烷預冷的混合致冷劑工藝通過使用除單一閉環(huán)冷卻環(huán)路之外的起始系列的丙烷冷卻的熱交換器生產LNG，該方法使用由氮、甲烷、乙烷和丙烷組分組成的多組分致冷劑。天然氣開始通過一種或多種丙烷冷卻的熱交換器，然后通過由多組分致冷劑冷卻的主熱交換器，因此之后被膨脹以生產LNG。
大多數的液化裝置使用這些天然氣液化工藝中的其中之一。不幸的是，這種裝置的建造和維護很昂貴，因為建造、操作和維護一種或多種外部、單一或混合致冷劑閉環(huán)冷卻環(huán)路成本很高。
與外部閉環(huán)冷卻環(huán)路相關的另外的不利之處是這樣的環(huán)路使用和儲藏非常易爆的致冷劑，這樣的致冷劑引起對安全當面的憂慮。致冷劑例如丙烷、乙烯和丙烯是易爆的，而丙烷和丙烯特別是比空氣重，萬一在泄漏或其他設備故障的情況下會使這些氣體的擴散劣化。在通過遠洋輪船或其他浮動平臺近海生產和輸送LNG期間，這一點特別令人擔憂，因為(1)必須儲藏大量的致冷劑以維持天然氣的液化溫度；和(2)這些致冷劑與船員緊鄰。
因此，需要一種節(jié)約成本的方法，用于安全地生產、儲藏和并將LNG輸送到世界各地的商業(yè)市場。目前的方法在提供安全而又成本節(jié)約的工藝中僅取得了部分的成功。
授予Foglietta的US 5,755,114已進行了這樣的努力，其公開了一種用于生產LNG的混合液化循環(huán)。Foglietta工藝使加壓的天然氣原料流進入熱交換器與閉環(huán)丙烷或丙烯致冷循環(huán)接觸，之后使天然氣原料流導入渦輪膨脹機循環(huán)中以提供輔助致冷。與目前使用的生產大氣壓LNG的級聯(lián)型混合致冷劑系統(tǒng)相比，Foglietta的工藝可通過僅用一個閉環(huán)致冷循環(huán)就可以實現。但是，Foglietta工藝仍需要至少一個包括丙烷或丙烯的閉環(huán)致冷循環(huán)，這兩種致冷劑都是昂貴的，不容易分散，而且必須儲藏在輸送Foglietta工藝產品的輪船上。
授予Knapp等的US 3,360,944通過如下步驟生產LNG，將天然氣原料流分離為主物流和子物流，冷卻主物流和子物流以產生液體組分，之后使用大部分的液體組分作為工藝的致冷劑。液體組分被蒸發(fā)同時經歷熱交換，從工藝中壓縮并排出。Knapp的工藝導致僅少部分的天然氣原料流加工為LNG。
授予Thomas等的US 6,023,942公開了一種生產富甲烷產品的方法，所述產品的溫度在液體產品足以處于或低于其始沸點壓力下大于約-112℃(-170°F)。得到的產品是加壓的液態(tài)天然氣(PLNG)，其壓力基本上高于大氣壓的壓力。盡管Thomas等的方法可以在沒有外部致冷的情況下實施，但產品的加壓需要使用特別設計的龐大厚壁的容器和輸送設備(如PLNG輪船、卡車或鐵路車)。這種較高的壓力、較重壁厚的設備給任何商業(yè)項目增加了相當大的重量和費用。PLNG消費者也將需要另外的液化、輸送和儲藏設備以使用PLNG，這給供應和需求價值鏈增添了額外的成本。
授予Engal的US 3,616,652公開了一種方法，用于在一段中生產LNG，包括壓縮天然氣進料物流，冷卻壓縮的天然氣進料物流以生產液化的物流，劇烈地將壓縮的天然氣進料物流膨脹為中等壓力的液體，然后在單一的分布步驟中閃蒸和分離中等壓力的液體以生產LNG和低壓的閃蒸氣體。
盡管Engal的方法在不使用外部制冷劑的情況下可生產LNG，但該方法在不結合使用多個分離步驟以抵消這種苛刻制冷要求的情況下，利用其有限的作用于整個工藝物流制冷能力的效率很低。而且，Engal的方法效率低下地將其工藝物流壓力膨脹到這樣的水平，其導致工藝閃蒸氣體基本上效率極其低下的再壓縮。結果，Engal方法與其生產所需工作量相比產生了很少體積的LNG，因此減少了工藝成本的持久(競爭)性。
盡管這樣的方法在現有技術中具有巨大的進步，但沒有任何一種方法可滿足這樣的需要，即對于生產LNG是安全而且節(jié)約成本的方法。
我們現在發(fā)現，與通過將進料物流分離為主和次天然氣物流，并生產其制冷要求的液體組分的生產LNG方法相比，將單一的天然氣物流加工為LNG，同時從多個順序分離步驟中分離的閃蒸氣體中得到工藝制冷劑，導致LNG生產的提高和設備費用的減少。
我們也發(fā)現，與大幅減少越過單一膨脹步驟或冷卻步驟的高壓天然氣進料物流壓力的LNG工藝相比，使越過多個冷卻/膨脹/分離步驟或冷卻段的高壓天然氣進料物流膨脹度分級，可提高LNG的產生同時減少其生產的功率消耗。
我們也發(fā)現，通過使用包括兩個或多個分離步驟，并結合至少同樣數量膨脹步驟的多個冷卻段，將單一的天然氣物流加工為LNG可基本上減少工藝的制冷要求，與不使用這樣連接的多個膨脹和分離步驟生產LNG的工藝相比，因此提高了LNG的生產，同時減少了設備費用。

發(fā)明內容
因此，本發(fā)明涉及一種生產LNG的方法，包括將含有天然氣的進料物流導入冷卻段，所述的冷卻段(a)可在至少一個冷卻步驟中冷卻進料物流生產冷卻的進料物流，(b)通過減少冷卻進料物流的壓力在至少一個膨脹步驟中膨脹冷卻進料物流生產制冷的蒸氣組分和液體組分，和(c)從所述的液體組分中分離至少一部分冷卻的蒸氣組分，其中至少一部分工藝的冷卻來自于至少一部分冷卻蒸氣組分；重復步驟(a)～(c)一次或多次，直到第一冷卻段的至少基本上明顯部分的進料物流被加工為LNG，其中步驟(a)的進料物流包括至少一部分來自先前冷卻段產生的液體組分。
在另一實施方式中，本發(fā)明涉及一種生產LNG的方法，包括將含有天然氣的進料物流導入冷卻段，所述的冷卻段(a)可在至少一個冷卻步驟中冷卻進料物流生產冷卻的進料物流，(b)通過減少冷卻進料物流的壓力在至少一個膨脹步驟中膨脹冷卻進料物流生產制冷的蒸氣組分和液體組分，和(c)從所述的液體組分中分離至少一部分冷卻的蒸氣組分，其中至少一部分工藝的冷卻來自于至少一部分冷卻蒸氣組分；重復步驟(a)～(c)一次或多次，其中步驟(a)的進料物流包括至少一部分來自先前冷卻段產生的液體組分，其中步驟(b)如果所述步驟(a)進料物流的入口壓力為至少150psia時，以psia測量的步驟(b)進料物流的入口壓力為以psia測量的緊靠前述冷卻段步驟(a)進料物流入口壓力的至少1/2。
本發(fā)明提供一種節(jié)約成本的生產LNG的方法，該方法不需要用于封閉制冷環(huán)路昂貴的資本投入。
本發(fā)明也涉及一種節(jié)約成本的生產LNG的方法，該方法不需要用于處理高度加壓LNG產品的高壓容器和輸送設備，也不需要消費者建立用以使用高壓LNG需要的特別處理設施和設備。
本發(fā)明也提供一種生產LNG的方法，該方法不需要在生產、儲藏或輸送LNG過程中易爆炸的外部制冷劑。
本發(fā)明也涉及一種簡單緊湊用于生產LNG的設計選擇方案，在土地空間非常昂貴或不能得到的地點可加速實施本發(fā)明的方法。
本發(fā)明也涉及一種用于生產內部工藝消耗燃料氣體的方法，同時保持高速LNG生產，而且保持高效的工藝功率消耗。
本發(fā)明也涉及生產具有低濃度惰性組分例如氮的高質量LNG產品的方法，而且能夠除去原料中NGL組分例如乙烷、丙烷、丁烷、戊烷和較重的組分和苯。
附圖
簡述附圖是包括三個冷卻段的本發(fā)明方法的一個實施方式。
優(yōu)選實施方式的描述更詳細地說，本發(fā)明涉及從含有天然氣進料物料生產LNG的方法。如本發(fā)明上述所限定，天然氣應理解為是指粗天然氣和處理的天然氣，其二者都是適當的工藝進料物流。
天然氣基本上包括輕質烴例如甲烷、乙烷、丙烷和丁烷，但也可包括少量的非烴雜質例如氮、硫化氫、二氧化碳和痕量的氦、硫化羰、各種硫醇或水。粗天然氣精確的百分含量組成取決于其儲藏源和氣體裝置中進行的預處理步驟。例如，天然氣可含有少到55摩爾％的甲烷。但是，優(yōu)選的是適合該方法的天然氣含有至少約75摩爾％的甲烷，更優(yōu)選至少約85摩爾％的甲烷，最優(yōu)選為至少約90摩爾％的甲烷得到最好的結果。同樣，非烴雜質精確的組成也取決于天然氣儲藏源。結果，通常有必要預處理天然氣以除去高濃度的非烴雜質例如酸性氣體、汞和水，這些雜質能損害、冷凍并堵塞工藝中使用的管線和加熱器或其他的設備。適當的除去這些非烴雜質的預處理方法包括胺提取或通過使用分子篩進行干燥。
工藝的天然氣進料物流的入口壓力包括寬范圍內的壓力。在天然氣是管道氣體的情況下，天然氣進料物流的入口壓力通常取決于輸送天然氣管線的壓力。管線輸送壓力為約500psia～約1,800psia，但可高到2800psia。優(yōu)選的是，天然氣進料物流的內部壓力至少為約600psia，更優(yōu)選為至少約800psia，再更優(yōu)選至少為約1000psia，最優(yōu)選至少為約1200psia得到最好的結果。用于工藝的天然氣進料物流的入口溫度包括寬范圍的溫度，但通常取決于輸送天然氣管線的輸送溫度，其通常為約0°F～120°F。
附圖描述了優(yōu)選的實施方式，其使用三個冷卻段。單一冷卻段的工藝包括在至少一個冷卻步驟中冷卻含有天然氣的進料物流，生產冷卻的進料物流；通過減少冷卻進料物流的壓力在至少一個膨脹步驟中膨脹冷卻的進料物流，生產冷卻的蒸氣組分和液體組分；在至少一個分離步驟中從液體組分中分離至少一部分冷卻的蒸氣組分。優(yōu)選的是，用于至少一個冷卻段的至少一部分冷卻來自于在工藝中使用的至少一個冷卻段中產生的至少一部分冷卻的蒸氣組分。單一冷卻段可進一步包括壓縮冷卻蒸氣組分的步驟以生產壓縮的蒸氣組分并將壓縮的蒸氣組分循環(huán)回一個或多個冷卻段中的進料物流。
參考附圖，含有天然氣的進料物流引入到工藝冷卻段的管線11中。一旦將進料物流引入到管線11中，其被導入但熱交換器12，其中進料物流通過熱交換器與來自管線18引入到熱交換器12的冷卻蒸氣組分接觸進行冷卻產生冷卻的進料物流。這種初始的熱交換優(yōu)選將進料物流冷卻到約0°F或更低，優(yōu)選到約-12.5°F或更低，更優(yōu)選到約-31°F或更低，最優(yōu)選到約-50°F或更低的中間溫度。該進料物流可被初始冷卻到任何適合工藝需要的溫度。但是，為得到最好的結果，優(yōu)選進料物流在初始熱交換中不能被冷卻到低于約-116°F，因為這樣的冷卻將需要效率低下地利用在工藝至少下游冷卻段內部產生的制冷劑(即，使更冷的制冷劑效率低下地用于初始冷卻負荷)。
本發(fā)明方法適當的熱交換器包括但不限制于，管殼式熱交換器、釜中芯熱交換器和銅焊鋁散熱片熱交換器。對于工藝中使用的一種或多種熱交換器，優(yōu)選的熱交換器是銅焊鋁散熱片熱交換器。
在初始的冷卻步驟后，冷卻的進料物流通入管線13，其中管線注入膨脹設備14中，其中冷卻的進料物流以等熵或等焓方式膨脹到較低的壓力產生冷卻的蒸氣組分和和液體組分。盡管沒有在圖中說明，但冷卻的進料物流可以多個膨脹步驟進行膨脹而不干擾分離步驟。但是，優(yōu)選的是這樣設計使用多個膨脹步驟的冷卻段要使每一個膨脹步驟單獨地連接到分離步驟。
適當的等焓膨脹設備可以是本領域中熟知的任何常規(guī)的各種設備，包括但不限制于閥、控制閥、Joules-Thompson閥、文丘里閥等。但是，優(yōu)選的等焓膨脹設備是自動啟動的膨脹閥或Joule-Thompson閥。用于本發(fā)明適當的等熵膨脹設備包括但不限制于膨脹機或渦輪膨脹機，從這樣的膨脹中進行獲得、回收或提取工作。
等焓或等熵膨脹可在全液相、全蒸氣相、混合中相進行，或這樣進行以有利于從液相到蒸氣相的相變化。如本發(fā)明預期可控制等焓或等熵膨脹以在從膨脹設備或冷卻步驟的一端到另一端保持恒定的壓降或溫度下降，以保持LNG產品相和體積，或提供適當的工藝進料物流壓力以將其液流導入到特定的下游用途中。
已經發(fā)現特別是在整個膨脹設備或冷卻段的膨脹度進行分段導致生產LNG的總能量需求和設備成本明顯下降。這樣新穎的工藝構造協(xié)同地將眾多的膨脹/分離步驟或冷卻步驟和壓縮要求和比例結合在一起用以內部生產蒸氣組分，所述的蒸氣組分引入到工藝的各個上游點作為循環(huán)氣體或被壓縮作為燃料氣體內部使用。
因此，優(yōu)選的是以psia測量的進料物流壓力在整個單一膨脹步驟或冷卻步驟之間不能減少到低于其入口壓力(如1200psia到400psia)的約1/3，更優(yōu)選在整個單一膨脹步驟或冷卻步驟之間不低于其入口壓力(如1200psia到600psia)的約1/2。但是相信當進料物流處于高壓時，進料物流的這種以增加方式的壓力降低是最有利的。因此，當進料物流處于低的入口壓力時，優(yōu)選150psia或更低，更優(yōu)選為100psia或更低，及為得到最好的結果最優(yōu)選75psia或更低，在整個膨脹步驟或冷卻段進料物流的壓降可低到大氣壓或接近大氣壓。
在優(yōu)選實施方式中，在工藝中使用的多個冷卻段或膨脹步驟與在每一個冷卻段或膨脹步驟之間進料物流特定程度的壓力降低整體相關。例如，初始進料物流入口壓力為約1200psia優(yōu)選的工藝構造將優(yōu)選使用至少四個冷卻段以處理LNG，條件是以psia測量的在每一個單獨的冷卻段之間進料物流入口壓力增量式壓降不超過1/2。
在一個或多個膨脹步驟后，分離器16分離冷卻的蒸氣組分和液體組分。至少一部分冷卻的蒸氣組分通過管線18送入熱交換器12直接冷卻進料物流。剩余的冷卻蒸氣組分可送入到一個或多個另外的順序冷卻段用以進一步加工為LNG。一經離開熱交換器12，冷卻蒸氣組分優(yōu)選在壓縮機19中被壓縮并通過管線20引入到進料物流中。在引入到進料物流之前，冷卻的蒸氣組分優(yōu)選被壓縮到至少約與被輸送進入的進料物流相同的壓力。另外，冷卻的蒸氣組分可用作設備的燃料氣體，例如用于LNG生產、儲藏和輸送的壓縮機，被送去放空火炬，或被送到一個或多個另外下游的冷卻段以進一步加工為LNG。冷卻的蒸氣組分可直接提供到燃料中，或被壓縮然后用作燃料氣體。來自分離器16的液體組分可送到NGL回收中或通過管線17送到一個或多個另外順序冷卻段中用以進一步加工。
盡管在圖中沒有顯示，但優(yōu)選使用至少兩個分離步驟，每一個步驟與至少相同數量的膨脹步驟結合以增強LNG的生產，與不使用這樣構造的其他工藝相比同時可減少工藝的總能耗。相信使用這樣的工藝構造可促進不同溫度和壓力冷卻的蒸氣組分的生產。較低壓力和溫度的冷卻的蒸氣組分可有效地首先被導入較低溫度冷卻負荷中，同時較高壓力和溫度的冷卻蒸氣壓力被有效地首先導入到中等和高溫冷卻負荷中。另外，這樣設計選擇冷卻組分(和該組分的壓力)以使減少輸送冷卻的蒸氣組分需要的能量，因此減少了工藝的總能耗。
在優(yōu)選的實施方式中，使用至少兩個順序冷卻段生產LNG。參考附圖，進入第二冷卻段的進料物流進入熱交換器22以產生第二冷卻進料物流23。第一冷卻段之后每一個冷卻段的進料物流優(yōu)選包括在先前冷卻段產生的液體組分或在先前冷卻段產生的冷卻的蒸氣組分，或兩者。
第二冷卻進料物流23被送到膨脹機24中，其中第二冷卻進料物流膨脹到較低的壓力同時對應溫度下降，產生液體組分和冷卻的蒸氣組分。在一個或多個膨脹步驟之后，分離器26分離冷卻的蒸氣組分和液體組分。至少一部分冷卻的蒸氣組分通過管線28被送到熱交換器22，通過管線29送到熱交換器12以冷卻先前冷卻段的一種或多種進料物流。一經離開熱交換器12(或熱交換器22)，冷卻的蒸氣組分通過中間壓縮機30(通過壓縮機19補充或不進行補充)進行壓縮產生壓縮的蒸氣組分20。壓縮的蒸氣組分20然后可通過管線11或17循環(huán)回一個或多個先前冷卻段的進料物流中。冷卻的蒸氣組分壓縮到與循環(huán)進入的進料物流至少大約相同的壓力。另外，冷卻的蒸氣組分或壓縮的蒸氣組分可用作燃料氣體。液體組分可送去儲藏或優(yōu)選通過管線27送入一個或多個另外的冷卻段進行進一步的處理。
在又一個實施方式中，使用至少三個順序冷卻段以生產LNG。參考附圖，第三冷卻段的進料物流進入熱交換器32以生產第三冷卻的進料物流。第三冷卻的進料物流通過管線33被送到膨脹機34中，其中第三冷卻的進料物流膨脹到較低的壓力同時對應溫度降低，生產液體組分和冷卻的蒸氣組分。
在一個或多個膨脹步驟后，分離器36分離冷卻的蒸氣組分和液體組分。至少一部分冷卻的蒸氣組分通過管線38送入熱交換器32、通過管線39送入熱交換器22、通過管線40送入熱交換器12或所有上述的熱交換器以冷卻先前冷卻段的一種或多種進料物流。一經離開熱交換器12、熱交換器22或熱交換器32，冷卻蒸氣組分優(yōu)選通過一個或多個壓縮機被壓縮產生壓縮的蒸氣組分20。壓縮的蒸氣組分20然后可循環(huán)回一個或多個先前冷卻段的進料物流中。冷卻的蒸氣組分被壓縮丁到與循環(huán)進入的進料物流至少大約相同的壓力。盡管沒有在附圖中描述，但通常優(yōu)選在一個或多個冷卻步驟中冷卻壓縮的蒸氣組分，然后其用作循環(huán)物流。另外，冷卻的蒸氣組分可用作燃料氣體。液體組分作為LNG可送去儲藏，或優(yōu)選通過管線37送入一個或多個另外的冷卻段進行進一步的處理。本發(fā)明預期由工藝的一個或多個冷卻段產生的任何工藝物流可利用壓縮機19、30和/或42進行壓縮，循環(huán)回工藝中進行進一步的加工或用作燃料氣體。
總的來說，與不使用多個冷卻段或多個分離階段及至少相同數量膨脹步驟的閉環(huán)冷卻LNG工藝和開路冷卻LNG工藝相比，本發(fā)明具有顯著的優(yōu)點。與開路冷卻工藝相比本發(fā)明的LNG工藝可實現可比或優(yōu)異的能量效率，而比典型的開路冷卻LNG工藝可保持更高的LNG產量。另外，本發(fā)明可生產燃料氣體即刻用于設備中，例如用于LNG的生產、輸送及儲藏所需的壓縮機，而同時保持與典型開路冷卻LNG工藝可比的生產率。
本發(fā)明也提供顯著的資本費用節(jié)省，例如消除了昂貴的閉環(huán)冷卻環(huán)路、處理LNG產品的高壓容器和輸送設備和生產高壓LNG工藝所需的處理設施和設備。
由于不使用爆炸性的外部制冷劑生產、儲藏或輸送LNG，本發(fā)明也涉及可提供操作人員和財產顯著安全的優(yōu)點。
本發(fā)明也提供一種簡單和緊湊生產LNG的設計選擇(方案)，在裝置空間成本昂貴或不能得到的地點有利于工藝的實施。
本發(fā)明也提供一種高質量的由生產LNG得到的LNG產品，所述產品具有低濃度的惰性組分例如氮。
盡管本發(fā)明進行了特別詳細的描述，如下的實施例進一步說明本發(fā)明，而且應理解不限制本發(fā)明的范圍。
實施例基本上根據本發(fā)明及附圖，使用四個冷卻段和分離步驟的生產LNG模擬工藝A與開路系統(tǒng)中使用單一冷卻段和單一分離步驟的生產LNG的模擬工藝B進行比較。使用詳細的計算機模擬進行比較，比較的結果列于表1中。
表1

參考表1，本發(fā)明的模擬工藝A令人驚奇地僅消耗58.4MW的功率以1.22×105kg/hr的速率生產LNG，而模擬工藝B，單一階段的開路系統(tǒng)，消耗64.1MW的功率以1.22×105kg/hr生產LNG，表明模擬工藝A比模擬工藝B具有操作成本上的優(yōu)勢。另外，模擬工藝A在壓力為504.7psia的情況下以2.05×104可獲得的速度生產燃料，而模擬工藝B不能生產燃料，而且必須引入外部燃料源并在水壓作用下輸送到操作設備中，例如壓縮機以生產LNG。另外，模擬工藝A具有比1.22×105kg/hr燃料生產率更高的生產率。
除了上述顯著的成本和功率優(yōu)勢之外，模擬工藝A還生產比模擬工藝B生產的LNG產品更加優(yōu)異的LNG產品。如表1所示，模擬工藝A生產的LNG僅含有0.7％的氮，而模擬工藝B生產的LNG含有5.3％的氮。消費公眾對于LNG中這樣高的氮和惰性組分的組成是不希望的，因為氮不能被用作燃料源。進一步說，氮大幅增加了LNG的蒸氣壓需要另外的費用將其儲藏并輸送到遠處的市場。
模擬工藝A猶優(yōu)于模擬工藝B的性能歸因于本發(fā)明新穎的設計特點，包括但不限制于使多個冷卻段之間的工藝進料物流壓降程度進行分段，并利用多個分離步驟并結合多個膨脹步驟在整個工藝中從多個點處產生的冷卻蒸氣組分中得到需要的工藝制冷。本發(fā)明高效的設計構造也可生產即可用于設備使用的燃料氣體，例如壓縮機，其需要用于生產、輸送和儲藏LNG，而同時保持高的適合于銷售給消費公眾的LNG生產率。
權利要求
1.一種生產LNG的方法，包括(a)將含有天然氣的進料物流導入冷卻段，所述的冷卻段包括如下步驟(i)在至少一個冷卻步驟中冷卻進料物流生產冷卻的進料物流，(ii)通過減少冷卻進料物流的壓力在至少一個膨脹步驟中膨脹冷卻進料物流生產冷卻的蒸氣組分和液體組分，和(iii)從液體組分中分離至少一部分冷卻的蒸氣組分，和(b)重復步驟(a)一次或多次，直到第一冷卻段的至少顯著部分的進料物流被加工為LNG，其中步驟(a)的進料物流包括至少一部分來自先前冷卻段步驟(iii)的液體組分；其中至少一個冷卻段的步驟(i)的至少一部分冷卻來自于在至少一個冷卻段產生的至少一部分冷卻的蒸氣組分。
2.如權利要求1的方法，其中步驟(a)中用于每一個連續(xù)冷卻段的進料物流還包括來自先前冷卻段步驟(iii)的至少一部分冷卻的蒸氣組分。
3.如權利要求1的方法，其中步驟(a)重復至少另外兩次。
4.如權利要求1的方法，其中步驟(a)重復至少另外三次。
5.如權利要求1的方法，其中至少一個冷卻段還包括壓縮冷卻蒸氣組分的步驟以生產壓縮的蒸氣組分。
6.如權利要求5的方法，其中至少一個冷卻段還包括從至少一個冷卻段中將壓縮的蒸氣組分循環(huán)進入進料物流中的步驟。
7.一種生產LNG的方法，包括(a)將進料物流導入冷卻段，所述的冷卻段包括如下步驟(i)在至少一個冷卻步驟中冷卻進料物流生產冷卻的進料物流，(ii)通過減少冷卻進料物流的壓力在至少一個膨脹步驟中膨脹冷卻進料物流生產冷卻的蒸氣組分和液體組分，和(iii)從液體組分中分離至少一部分冷卻的蒸氣組分；和(b)重復步驟(a)一次或多次，其中進料物流包括來自至少一個冷卻段步驟(iii)的液體組分；其中至少一個冷卻段步驟(i)的至少一部分冷卻來自于在至少一個冷卻段產生的至少一部分冷卻的蒸氣組分，和其中步驟(b)以psia測量的進料物流的入口壓力為以psia測量的緊鄰先前冷卻段步驟(a)進料物流入口壓力的至少1/3，條件是所述步驟(a)進料物流的入口壓力為至少150psia。
8.如權利要求7的方法，其中步驟(b)以psia測量的進料物流的入口壓力為以psia測量的緊鄰先前冷卻段步驟(a)進料物流入口壓力的至少1/3，條件是所述步驟(a)進料物流的入口壓力為至少75psia。
9.如權利要求7的方法，其中步驟(b)以psia測量的進料物流的入口壓力為以psia測量的緊鄰先前冷卻段步驟(a)進料物流入口壓力的至少1/2，條件是所述步驟(a)進料物流的入口壓力為至少150psia。
10.如權利要求7的方法，其中步驟(b)以psia測量的進料物流的入口壓力為以psia測量的緊鄰先前冷卻段步驟(a)進料物流入口壓力的至少1/2，條件是所述步驟(a)進料物流的入口壓力為至少75psia。
11.如權利要求7的方法，其中第一冷卻段的進料物流的壓力至少為約1000psia，步驟(a)重復至少另外兩次。
12.如權利要求8的方法，其中第一冷卻段的進料物流的壓力至少為約1000psia，步驟(a)重復至少另外三次。
13.如權利要求9的方法，其中第一冷卻段的進料物流的壓力至少為約1000psia，步驟(a)重復至少另外三次。
14.如權利要求7的方法，其中至少一個冷卻段還包括從至少一個先前的冷卻段中將壓縮蒸氣組分循環(huán)進入進料物流中的步驟。
15.一種生產LNG的方法，包括(a)將含有天然氣的進料物流送入冷卻段，所述的冷卻段包括如下步驟(i)在至少一個冷卻步驟中冷卻進料物流生產冷卻的進料物流，(ii)通過減少冷卻進料物流的壓力在至少一個膨脹步驟中膨脹冷卻進料物流生產冷卻的蒸氣組分和液體組分，和(iii)在至少一個分離步驟中從液體組分中分離至少一部分冷卻的蒸氣組分；(b)重復步驟(a)一次或多次，其中步驟(a)進料物流包括來自先前冷卻段步驟(iii)的至少一部分液體組分；其中至少一個冷卻段的步驟(i)的至少一部分冷卻來自于在至少一個冷卻段產生的至少一部分冷卻的蒸氣組分，和其中至少一個冷卻段使用多個膨脹步驟，所述的膨脹步驟與至少相同數量的分離步驟一體化操作。
16.如權利要求15的方法，其中步驟(a)重復至少兩次。
17.如權利要求15的方法，其中步驟(a)重復至少三次。
18.如權利要求15的方法，其中至少一個冷卻段還包括壓縮冷卻蒸氣組分的步驟以生產壓縮的蒸氣組分。
19.如權利要求15的方法，其中至少一個冷卻段還包括從至少一個冷卻段中將壓縮蒸氣組分循環(huán)進入進料物流中的步驟。
20.如權利要求19的方法，其中壓縮的蒸氣組分被循環(huán)回第一冷卻段的進料物流中。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種生產LNG的方法，包括將含有天然氣的進料物流(11)導入冷卻段，所述的冷卻段(a)在至少一個冷卻步驟(12)中冷卻進料物流生產冷卻的進料物流(13)，(b)通過減少冷卻進料物流的壓力在至少一個膨脹步驟中膨脹冷卻進料物流生產冷卻的蒸氣組分和液體組分，和(c)從液體組分(17)中分離(16)至少一部分冷卻的蒸氣組分(18、21)，其中至少一部分工藝的冷卻來自于至少一部分冷卻的蒸氣組分(18)，重復步驟(a)～(c)一次或多次，直到第一冷卻段的至少顯著部分的進料物流被加工為LNG(37)，其中步驟(a)的進料物流包括至少一部分來自先前冷卻段產生的液體組分。
文檔編號F25J1/00GK1615421SQ02827201
公開日2005年5月11日 申請日期2002年12月18日 優(yōu)先權日2002年1月18日
發(fā)明者埃內斯托·費希爾·卡爾代羅內 申請人:Bp北美公司