脱氮气塔再沸器构造.pdf

上传人:r5 文档编号:971213 上传时间:2018-03-22 格式:PDF 页数:13 大小:482.99KB
返回 下载 相关 举报
摘要
申请专利号:

CN200880020926.X

申请日:

2008.06.16

公开号:

CN102084199A

公开日:

2011.06.01

当前法律状态:

撤回

有效性:

无权

法律详情:

发明专利申请公布后的视为撤回IPC(主分类):F25J 3/02申请公布日:20110601|||实质审查的生效IPC(主分类):F25J 3/02申请日:20080616|||公开

IPC分类号:

F25J3/02

主分类号:

F25J3/02

申请人:

气体产品与化学公司

发明人:

A·A·布罗斯托

地址:

美国宾夕法尼亚州

优先权:

2007.06.19 US 11/764,975

专利代理机构:

中国专利代理(香港)有限公司 72001

代理人:

段晓玲;林森

PDF下载: PDF下载
内容摘要

将膨胀的(102)并冷却的(106)粗制LNG物流(108)在脱氮气塔(150)中分离成氮气富集的顶部蒸气物流(130)和氮气减少的底部液体物流(110)。将该底部物流(110)泵压(112)到更高的压力,分成第一和第二物流(114和116),然后将该第二物流减压,并且通过与粗制LNG原料物流(104)的热交换(106)来至少部分的进行蒸发(118),从而冷却所述原料物流和将沸腾物提供(120)到脱氮气塔(150)。

权利要求书

1: 用于对液体天然气 (LNG) 原料物流进行脱氮气的方法, 其包含 : (a) 使该 LNG 原料物流膨胀, 并且在所述膨胀之前或者之后, 在热交换器中冷却该 LNG 原料物流来形成冷却的、 膨胀的 LNG 物流 ; (b) 将所述冷却的、 膨胀的 LNG 物流引入到脱氮气塔中 ; (c) 将氮气富集的顶部蒸气物流从所述塔中抽出 ; (d) 将氮气减少的底部液体物流从所述塔中抽出 ; (e) 将来自步骤 (d) 的底部物流通过泵来提高其的压力 ; (f) 将该底部物流划分成第一物流和第二物流 ; (g) 通过减低压力然后穿过所述热交换器, 来至少部分蒸发所述第二物流 ; (h) 将所述部分蒸发的第二物流注射到所述塔中, 来为该塔提供沸腾物。
2: 权利要求 1 的方法, 其中所述 LNG 原料物流是等熵膨胀的。
3: 任何一个前述权利要求的方法, 其中收集该第一物流作为 LNG 产物。
4: 权利要求的方法, 其进一步包含在将所述冷却的、 膨胀的 LNG 物流引入到所述脱氮 气塔之前, 等焓膨胀所述冷却的、 膨胀的 LNG 物流。
5: 任何一个前述权利要求的方法, 其中在冷却 LNG 原料物流之前, 对所述物流进行膨 胀。
6: 权利要求 1-5 中任何一个的方法, 其中在膨胀该 LNG 原料物流之前, 对所述物流进行 冷却。
7: 任何一个前述权利要求的方法, 其中第二物流的流速小于第一物流流速的大约 20%。
8: 任何一个前述权利要求的方法, 其中将所述部分蒸发的第二物流在所述脱氮气塔的 最低分离段的下方注射到所述塔中。
9: 任何一个前述权利要求的方法, 其中步骤 (b) 的所述冷却的、 膨胀的 LNG 物流被引入 到所述脱氮气塔的顶部。
10: 设备, 其用于通过权利要求 1 的方法来从液体天然气 (LNG) 原料物流中脱氮气, 所 述设备包含 : 膨胀器, 其用于膨胀该 LNG 原料物流 ; 位于所述膨胀器之前或者之后的热交换器, 其用于冷却该 LNG 原料物流 ; 脱氮气塔, 其用于将所述冷却的、 膨胀的 LNG 原料物流分离成氮气富集的顶部蒸气物 流和氮气减少的底部液体物流 ; 泵, 其用于增加至少所述底部物流的压力 ; 划分装置, 其用于将所述底部物流分成第一物流和第二物流 ; 减压装置, 其用于减压第二物流 ; 管道装置, 其用于将减压的第二物流通入到所述热交换器来在其中至少部分进行蒸 发; 和 管道装置, 其用于将该部分蒸发的第二物流供给到所述脱氮气塔中, 以为该塔提供再 沸腾。
11: 权利要求 10 的设备, 其中所述膨胀器是稠密流体膨胀器。
12: 权利要求 10 或者权利要求 11 的设备, 其中所述减压装置是焦耳 - 汤姆森阀。 2
13: 权利要求 10-12 中任何一个的设备, 其进一步包含用于在将所述冷却的、 膨胀的 LNG 物流引入到所述脱氮气塔之前, 用来膨胀该 LNG 物流的阀。
14: 权利要求 10-13 中任何一个的设备, 其中该膨胀器位于所述热交换器的上游。
15: 权利要求 10-13 中任何一个的设备, 其中该膨胀器位于所述热交换器的下游。
16: 权利要求 10-15 中任何一个的设备, 其中该热交换器是板翅式热交换器。

说明书


脱氮气塔再沸器构造

    发明背景
     本发明涉及从液体天然气物流中分离氮气的方法, 该液体天然气物流包含氮气、 甲烷和可能的更重质烃。
     通常对粗制天然气进行液化, 以使得能够将其以液体天然气 (LNG) 的形式进行更 大量的存储。因为天然气可以受到氮气的污染, 因此有利的是从 LNG 中除去氮气来生产氮 气减少的 LNG 产品, 该产品满足所期望的产品规格。现有技术中已经公开了数种从 LNG 中 进行除氮气的方法。
     一 种 用 于 将 氮 气 与 LNG 物 流 分 离 的 简 单 的 方 法 是 在 涡 轮 机 中 等 熵 (isentropically) 膨胀该粗制 LNG 物流, 然后将该物流注入闪蒸分离器中。从该闪蒸分离 器中除去的液体产物包含比粗制 LNG 物流少的氮气, 而蒸气产物将包含更高比例的氮气。
     US 专利 No.5421165( “165 专利” ) 中公开了不同的方法。所公开的是这样的方法, 在其中, 参考其图 1, 该图 1 复制作为本发明的图 1, 粗制 LNG(1) 在涡轮机 (21) 中等熵膨胀 和在再沸器热交换器 (21) 中冷却。然后使该冷却的并膨胀的 LNG 物流通过阀 (3), 在这里 它经历了静态减压, 然后将它注射到脱氮气塔 (5) 中。在该塔中, 氮气通过上升的蒸气从下 落的液体中进行汽提, 因此从该塔顶部排出的蒸气物流 (10) 富含着氮气。将液态 LNG 物流 (11) 从塔 (5) 的底部作为氮气减少的产物抽出。在该塔中, 在冷却的、 膨胀的 LNG 原料物 流 (4) 的注射水平线以下的水平线处, 将液物流 (6 ; 8) 抽出并通过热交换器 (2) 来冷却该 原料, 然后在低于它抽出位置的水平线处注射到塔 (5) 中, 来为该塔提供沸腾物 (boilup)。 实际上, 抽出的物流通过该热交换器提供了另外的分离平衡阶段。
     类似的用于分离氮气和 LNG 物流的方法是用静止减压的阀来代替涡轮机驱动的 动态减压, 这样膨胀是等焓发生的, 而非等熵。在 ‘165 专利的方法中所用的等熵膨胀据说 允许更大的甲烷回收率。
     另外一种从 LNG 物流中除去氮气的方法描述在 US 专利 No.5041149( “ ‘149 专利” ) 中。 该专利公开了从粗制天然气物流中除去氮气的方法, 该方法首先冷却所述物流, 然后将 它通过相分离器, 来产生液体物流和蒸气物流。该液体物流进一步冷却并注射到脱氮气塔 中。将蒸气物流冷凝和进一步冷却来产生第二液体物流, 然后在高于第一液体物流的水平 线处注射到所述脱氮气塔中。从塔顶除去氮气富集的蒸气, 并且用于冷却进来的第二液体 物流。该塔的池通过挡板来划分, 其的一侧用来自所述塔的最低塔板的液体来填充。抽出 这种底部液体, 并且在热交换器中至少部分蒸发, 同时冷凝来自相分离器的蒸气物流, 并将 其作为回流物流返回到所述塔来提供沸腾物。 该回流物流中残留的液体落入到所述池的挡 板的另一侧。 该回流液体然后作为氮气减少的产物物流除去, 泵压到更高的压力, 加热和蒸 发, 然后动力学膨胀来降低该蒸气产物的温度和压力。类似于 ‘165 专利的再沸器热交换, 底部液体的回流充当了分离的另外平衡阶段。
     另外一种类似的、 但是热力学不同的氮气分离方法包括在涡轮机中等熵膨胀粗制 LNG 物流, 在再沸器热交换器中冷却该膨胀的物流, 然后将冷却的、 膨胀的物流注射到热虹 吸系统中。抽出塔底部的液体, 并且将它的一部分抽出和作为 LNG 产物进行泵送。将第二
     部分通过再沸器热交换器进行再循环, 在这里它至少部分蒸发。该部分蒸发的物流然后重 新注射到所述塔中, 在这里该物流的蒸气部分提供了沸腾物 ; 该物流的液体部分与离开底 部塔板的液体混合, 来提供所抽出底部物流的来源。这种方法与 ‘165 和 ‘149 专利的方法 是热动力学不同的 - 在这种情况中, 液体底部产物是来自塔的底部塔板的液体与来自再沸 腾物流的液体混合的结果, 而非纯的另外的分离平衡阶段。这种差异导致了热动力混合损 失。
     这些现有技术的氮气分离方法的缺点是它们每个依赖于液压头 (liquid head) 来 驱动再沸器物流的流动。这种属性具有限制整个方法设计的灵活性的不利影响。例如, 可 利用的塔头将直接影响再沸器热交换器的设计, 其中在该热交换器中的压力降不能大到抑 制所获得的流动。这种设计局限倾向于导致使用更大的、 更昂贵的热交换器 ( 其将具有更 低的压力降 ), 因此允许该塔头驱动再沸器的流动。 该实现除氮气所需的加工装置的大的资 本成本会对生产 LNG 的收益性产生明显的影响。
     因此, 本发明的目标是提供方法, 其允许在从 LNG 物流中除去氮气所需的装置的 设计中具有更大的灵活性。这种更大的灵活性允许设计相对不昂贵的加工装置, 因此降低 了与加工相关的资本成本。 发明内容
     本发明提供了改进的方法, 该方法用于氮气污染的 LNG 物流的脱氮气化。这种方 法通过在方法设计中允许更大的灵活性来获得经济效益。
     根据本发明的方法, 将粗制 LNG 物流在膨胀装置中进行膨胀, 并且在热交换器中 进行冷却, 该粗制 LNG 物流包含大约 1% -10%的氮气, 剩余的是甲烷和更重质烃。将所得 到的粗制 LNG 物流引入到脱氮气塔中, 其中该 LNG 的氮气含量随着液体流下所述塔而降低。 从该塔顶部抽出氮气富集的蒸气物流, 从该塔的底部抽出氮气减少的液体物流。
     将该氮气减少的底部 LNG 物流泵压到更高的压力, 然后分成第一和第二物流, 并 且如果期望, 则该第一物流可以作为 LNG 产物来进行收集。将第二物流减压, 然后通过再沸 器热交换器, 因此冷却该粗制 LNG 物流, 所述降压至这样的程度 : 即, 使得第二物流在热交 换器中至少部分蒸发。 该部分蒸发的第二物流在这样的水平线处再注射到所述塔中来为该 塔提供沸腾物 : 该水平线等于或者高于所述氮气减少的底部 LNG 物流被抽取的水平线并低 于所述粗制 LNG 原料物流被引入的水平线。优选的, 对板式塔而言, 该部分蒸发的第二物流 被注射到最低的分离段 ( 即, 最低的塔板 ) 下方, 或者对于填充塔而言, 注射到填充材料的 下方。
     因此, 在一方面, 本发明提供了用于对液体天然气 (LNG) 原料物流进行脱氮气的 方法, 其包含 :
     (a) 使该 LNG 原料物流膨胀, 并且在所述膨胀之前或者之后, 在热交换器中冷却该 LNG 原料物流来形成冷却的、 膨胀的 LNG 物流 ;
     (b) 将所述冷却的、 膨胀的 LNG 物流引入到脱氮气塔中 ;
     (c) 将氮气富集的顶部蒸气物流从所述塔中抽取 ;
     (d) 将氮气减少的底部液体物流从所述塔中抽取 ;
     (e) 将来自步骤 (d) 的底部物流通过泵来提高其压力 ;(f) 将该底部物流分成第一物流和第二物流 ;
     (g) 通过减压然后通过所述热交换器, 来至少部分蒸发所述第二物流 ;
     (h) 将所述部分蒸发的第二物流注射到所述塔中, 来为该塔提供沸腾物。
     在第二方面, 本发明提供设备, 其用于通过本发明的方法来从液体天然气 (LNG) 原料物流中脱氮气, 所述设备包含 :
     膨胀器, 其用于膨胀该 LNG 原料物流 ;
     位于所述膨胀器之前或者之后的热交换器, 其用于冷却该 LNG 原料物流 ;
     脱氮气塔 (nitrogen rejection column), 其用于将冷却的、 膨胀的 LNG 原料物流 分离成氮气富集的顶部蒸气物流和氮气减少的底部液体物流 ;
     泵, 其用于增加至少所述底部物流的压力 ;
     划分装置, 其用于将底部物流分成第一物流和第二物流 ;
     减压装置, 其用于减压第二物流 ;
     管道装置, 其用于将减压的第二物流通入到热交换器来在其中至少部分进行蒸 发; 和
     管道装置, 其用于将该部分蒸发的第二物流供给到脱氮气塔中, 来提供重沸腾物 到该塔。 显然, 这个方法的数种变体处于本发明的范围内。例如, 在一种实施方案中, 将 初始的粗制 LNG 物流在粘稠流体膨胀器中进行膨胀, 该膨胀器可以位于再沸器热交换器 的上游或者下游。在另外一种实施方案中, 第二物流的减压可以通过使用焦耳 - 汤姆森 (Joule-Thomson) 阀来完成。 阀也可以位于脱氮气塔的紧上游, 以使得粗制 LNG 物流通过该 阀进行节流, 然后注入所述塔中。
     附图说明 图 1 是示意图, 其复制了 ‘165 专利的图 1, 并且说明了根据该专利从 LNG 物流中除 去氮气的方法。
     图 2 是示意图, 说明了根据本发明一种实施方案从 LNG 物流中除去氮气的方法。
     具体实施方式
     本发明实现了在 LNG 脱氮气操作中设计的灵活性和方法经济性的优势, 这是通过 部分使用泵来驱动再沸器物流, 因此允许在该再沸器热交换器中有更大的压力降来实现 的。这进而允许再沸器物流具有更高的速度, 并因此能够实现在热交换器中更高的传热系 数, 从而允许使用更小的热交换器。
     如下面的说明书中所阐述的, 实现这样的灵活性 ( 而无需另外装置 ) 并且保持了 输出量和能量需求, 会涉及到引入了小的热力学失效。 但是, 本发明所提供的初始资本节约 大于这种热动力失效的代价, 特别是考虑到可以补偿所述动力学失效的容易性和低费用。
     此处所用的术语 “氮气富集的物流” 表示含有比初始原料物流更高浓度氮气的物 流。
     此处所用的术语 “氮气减少的物流” 表示含有比初始原料物流更低浓度氮气的物 流。此处所用的术语 “在 ... 下方” 表示处于较低高度的位置, 即, 更接近于地面。
     此处所用的术语 “在 ... 上方” 表示处于较高高度的位置, 即, 距离地面更远。
     此处所用的术语 “沸腾物 (boilup)” 表示在塔中上升的蒸气。
     现在将参考图 2 来更详细描述本发明优选的实施方案。下面的实施方案目的不是 限制本发明的范围, 并且本领域技术人员应该认识到存在着处于权利要求范围内的其他实 施方案。
     如图 2 所示, 将高压 LNG 物流 100( 典型的压力是大约 700psi(4.8MPa)) 通过用于 膨胀该 LNG 物流的装置 102 进行膨胀, 来产生低压 LNG 物流 104, 所述高压 LNG 物流 100 含 有大约 1mol% - 大约 10mol%的氮气, 剩余部分是甲烷和可能的更重质烃。该膨胀优选是 等熵进行的, 并且用于膨胀 LNG 物流的装置优选是粘稠流体膨胀器 ( 也称作水力涡轮机 ), 但是也可以是阀或者其他已知的用于膨胀流体的装置。将低压 LNG 物流 104 在再沸器热交 换器 106 中冷却来产生冷却的、 膨胀的 LNG 物流 108。再沸器热交换器 106 优选是板翅式热 交换器, 但是可以是壳和管 (shell-and-tube) 设计, 或者可以是用于使得两种物流彼此处 于热交换关系而不混合所述流体的其它装置。 冷却的、 膨胀的 LNG 物流 108 然后通过阀 109 基本上等焓膨胀, 并且注射到脱氮气塔 150 中, 该注射优选在塔顶进行。脱氮气塔 150 优选 是板式塔, 但是可以是填充塔或者任何其他适于分馏的物质传递装置。将氮气富集的蒸气 物流 130 从塔 150 的顶部抽出。这个物流典型的包含大于大约 30% N2 和小于大约 70%甲 烷。 将氮气减少的液体物流 110 从塔 150 的底部抽出, 并且通过泵 112 来泵压到期望 的压力。在将该底部液体物流 110 泵压之后, 将它分成第一物流 114 和第二物流 116。物流 114 可以作为产物 LNG 物流来回收。物流 116 通过焦耳 - 汤姆森阀 117 来进行基本上等焓 膨胀, 来产生低压再沸器物流 118。阀 117 可以位于物流 114 和 116 的分离点与再沸器热 交换器 106 之间的任何位置处。低压再沸器物流 118 在再沸器热交换器 106 中至少部分蒸 发, 来产生部分蒸发的再沸器物流 120, 然后将其注射到塔 150 的底部, 注入位置在板式塔 的情况中在最低的塔板下方, 或者在填充塔的情况中在填充材料下方, 来提供沸腾物。
     在可替换的实施方案中, 用于膨胀 LNG 物流 102 的装置可以位于再沸器热交换器 106 的下游。在这种方式中, 将高压物流 100 在再沸器热交换器 106 中进行冷却, 然后在用 于膨胀 LNG 物流 102 的装置中进行膨胀。
     在每个所述实施方案中, 阀 109 是任选的, 并且可替换性地, 冷却的 LNG 物流 108 可以直接注射到脱氮气塔 150 中。
     这里提供了特别优选的实施方案, 其中粗制 LNG 物流 100 在粘稠流体膨胀器 102 中基本等熵膨胀, 并且在再沸器热交换器 106 中冷却。这种冷却的、 膨胀的 LNG 物流 108 通 过阀 109 进行基本上等焓膨胀, 并且注射到脱氮气塔 150 中。在该塔中, 上升的蒸气从下落 的液体中汽提氮气, 并且将氮气富集的物流 130 从塔顶抽出。 将氮气减少的液体物流 110 从 塔底抽出, 并且穿过泵 112 来提高它的压力。在泵压之后, 将该液体物流分成第一物流 114 和第二物流 116。 将第二物流 116 通过阀 117 减压到这样的压力, 该压力允许低压再沸器物 流 118 在它随后通过再沸器热交换器 106 的过程中至少部分蒸发。在该再沸器热交换器中 至少部分蒸发之后, 将再沸器物流 120 重新注射到脱氮气塔 150 中来提供沸腾物。
     一旦重新注射后, 将该再沸器物流的液体部分与来自最低的塔段的液体混合, 以
     使得氮气减少的液体物流 110 不全是来自脱氮气塔 150 的底部段的液体或者来自再沸器 106 的液体, 而是这二者的混合物。 存在着与混合所述液体物流来提供所述抽出的氮气减少 的物流 110 相关的热力学损失。但是, 这能够容易地和便宜地通过将脱氮气塔 150 增加一 个或多个段来补偿。
     通过在泵 112 之后将第二物流 116 与第一物流 114 分离, 通过再沸器热交换器 106 的流动则通过泵 112 驱动, 该泵 112 会已经能用于泵送 LNG 产物 : 第一物流 114。基于例如 资本成本这样的考虑, 可以将再沸器热交换器 106 针对宽范围的压降进行涉及 ; 并且可以 通过调整再沸器热交换器 106 上游的阀 117 来获得再沸器物流 118 适当的压力。
     第二物流 116 的流速可以是至多到所述氮气减少的液体物流 110 的总流量的任何 量, 但是其优选小于第一物流 114 流速的大约 20%, 并且可以针对具体的方法来进行优化。 这与 ‘165 专利的方法形成了对照, ‘165 专利需要 100%的从塔板流出的液体引导通过再沸 器。比现有技术小的再沸器物流的流速使得再沸器热交换器 106 的尺寸可以降低。
     同样, 当与许多现有技术的方法相比较时, 本发明具有取消了从所述塔中抽出再 沸器液体物流所需的喷嘴这样的另外优点, 这是因为总之会作为 LNG 产物被抽出的底部液 体被用于塔的再沸腾。 通过使用和现有技术的这些方法在液压上不同的方法, 本发明提供了在 LNG 脱氮 气方法的适应性和灵活性中明显的进步。通过允许泵 112 来驱动再沸器热交换器 106 而 非依靠塔压头 (column head), 并且包括了阀 117 来控制物质流动, 可以对所述方法进行设 计, 来与所选择的再沸器热交换器 106 设计一起最佳运行。这种灵活性会导致以对较小热 力学损失的可挽回的代价来实现较小的资本花费。
     实施例
     为了更具体地验证本发明的方法与现有技术之间的重要的差异中的一些, 使用 ASPEN 方法模拟器进行了方法模拟, 来比较本发明的实施方案 (“本发明的方法” )与 ‘165 专利所公开的方法。比较基础是相等的 LNG 生产和满意的燃料平衡 ( 驱动气体涡轮机所需 的 LNG 产物闪蒸的量, 该涡轮机用于驱动所述方法 )。
     本发明的方法
     参 考 图 2,在 稠 密 流 体 膨 胀 器 102 中 膨 胀 之 后,低 压 LNG 物 流 104 的 流 速 是 125450lbmol/h(56900kgmol/h), 压 力 是 71.62psi(493.8kPa), 温 度 是 -243 ° F(-152.8 ℃ ), 并 且 含 有 2.96 % 的 N2, 95.47 % 的 甲 烷, 1.10 % 的 C2 烃 和 0.47 %的更重质烃, 将该低压 LNG 物流 104 在再沸器热交换器 106 中冷却来产生温度 为 -252.5° F(-158.06℃ ) 的冷却的、 膨胀的 LNG 物流 108。将冷却的、 膨胀的物流 108 通 过阀 109 进行节流, 并且引入包含 6 个塔板的压力为 18psi(124kPa) 的脱氮气塔 150 中。 将 顶部蒸气物流 130 从塔 150 顶部以 8123lbmol/h(3685kgmol/h) 的流速、 18psi(124kPa) 的 压力和 -261.9° F(-163.28℃ ) 的温度抽出, 并且该蒸气物流包含了 31.06%的 N2, 68.94% 的甲烷和痕量的更重质烃。将底部物流 110 从塔 150 中以 136071lbmol/h(61720kgmol/h) 的流速、 19.45psi(134.1kPa) 的压力、 -256.8° F(-160.44℃ ) 的温度抽取, 并且该底部物 流 110 包含了 1.01%的 N2, 97.31%的甲烷, 1.17%的 C2 烃和 0.51%的更重质烃。将底部 物流 110 泵压到 75psi(517kPa) 的压力, 并且分成第一物流 114 和第二物流 116。将第一物 流 114 作为最终的 LNG 产物进行回收, 该第一物流的流速是 117327lbmol/h(53219kgmol/
     h), 压 力 是 75psi(517kPa), 温 度 是 -256.6 ° F(-160.33 ℃ ), 并 且 其 含 有 1.01 % 的 N2, 97.31%的甲烷, 1.17%的 C2 烃和 0.51%的更重质烃。 将流速为 18744lbmol/h(8502kgmol/ h) 的第二物流 116 通过阀 117 节流到 19.74psi(136.17kPa) 的压力, 来产生低压再沸器 物流 118, 然后将该物流 118 引入到温度为 -256.4° F(-160.22 ℃ ) 的再沸器热交换器 106 中, 在这里它部分蒸发来产生蒸发的再沸器物流 120。蒸发的再沸器物流 120 的温度 是 -252.7° F(-158.17℃ ), 压力是 19.45psi(134.17kPa), 并且其具有 23.7%的蒸气分数, 将该再沸器物流 120 注射到塔 150 的底部来提供沸腾物。 这种方法需要大约 229MW 的功率。
     现有技术的方法
     参 考 图 1, 在 涡 轮 机 21 中 膨 胀 之 后, 将 半 减 压 的 LNG 物 流 22 在 间 接 热 交 换 器 2 中 冷 却 到 -252.6 ° F(-158.11 ℃ ) 的 温 度, 其 中 所 述 半 减 压 的 LNG 物 流 22 的 流 速 是 125451lbmol/h(56903kgmol/h),压 力 是 71.76psi(494.77kPa),温 度 是 -243° F(-152.8 ℃ ), 并且含有 2.96 %的 N2, 95.47 %的甲烷, 1.10 %的 C2 烃和 0.47 % 的更重质烃。将这个冷却的、 膨胀的物流通过阀 3 进行节流, 并且引入到包含 6 个塔板的 压力为 18psi(124kPa) 的脱氮气塔 5 中。将顶部蒸气物流 10 从塔 5 的顶部以 8122lbmol/ h(3684kgmol/h) 的 流 速、 18psi(124kPa) 的 压 力 和 -261.9 ° F(-163.28 ℃ ) 的 温 度 抽 出, 该 顶 部 蒸 气 物 流 10 包 含 31.17 % 的 N2, 68.83 % 的 甲 烷 和 痕 量 的 更 重 质 烃。 将 底 部 物 流 11 从 塔 5 以 117329lbmol/h(53220kgmol/h) 的 流 速、 19.45psi(134.1kPa) 的 压 力、 -256.8 ° F(-160.44 ℃ ) 的 温 度 抽 取, 并 且 该 底 部 物 流 11 包 含 了 1.01 % 的 N2, 97.32 %的甲烷, 1.17 %的 C2 烃和 0.50 %的更重质烃。将第一 LNG 部分 6 从所述塔的最 低 的 塔 板 以 121047lbmol/h(54906kgmol/h) 的 流 速、 -259.7 ° F(-162.06 ℃ ) 的 温 度、 19.74psi(136.17kPa) 的压力抽出, 并且该部分 6 包含了 1.56 %的 N2, 96.81 %的甲烷, 1.14%的 C2 烃和 0.49%的更重质烃。使这个第一 LNG 部分 6 通过间接热交换器 2 来产生 物流 7, 其的温度是 -256.8° F(-160.44℃ ), 压力是 19.45psi(134.1kPa), 并且具有 3.1% 的蒸气分数。将物流 7 在最低的塔板下方返回到塔 5, 来提供沸腾物。这种方法也需要大约 229MW 的功率。
     表 1 表示了这两种方法相应的物流的数据, 目的是更清楚显示该比较。各自的原 料物流, 104 和 22, 和各自的产物物流, 114 和 11, 以及 130 和 10, 在全部相关的性能方面基 本相同。原料物流和产物物流的这种等同性使得能够有效比较所述两种方法。
     如表 1 所证实的那样, 两种方法之间显著的差异是本发明方法的再沸器物流 118 的流速是 18744lbmol/h(8502kgmol/h), 其仅仅是 ‘165 专利方法的再沸器物流 6 的流速 121047lbmol/h(54906kgmol/h) 的 15.5%。这种差异可归因于这样的事实, 即, ‘165 专利 方法要求从塔板流出的整个液体通过再沸器热交换器进行再循环, 而本发明的方法优化了 实现所期望的分离所必需的流量, 所以仅仅再循环了产生所需的产物所必需的量的底部 液体。在这些方法之间另外一种值得注意的差异是, 虽然对于本发明而言流过再沸器的 总流体明显少于 ‘165 专利的方法, 但是因为同样量的热量被传递到每个再沸器中, 因此 本发明的方法中更大百分比的再沸器物流被蒸发, 本发明的方法为 23.7%, 现有技术的方 法为 3.1%。因此就实际上返回到所述塔来用作沸腾物的蒸气的量而言, 本发明方法的量 (4442lbmol/h ; 2015kgmol/h) 大于 ‘165 专利方法的量 (3752lbmol/h, 1702kgmol/h)。
     在这两种方法之间有数种其他重要的差异。首先, 因为本发明的方法将部分的抽 出的底部产物用于再沸器物流, 而不像 ‘165 专利的方法那样, 从所述塔抽出另外的物流,因此取消了 ‘165 专利方法所需用的喷嘴。这是令人合意的改进, 因为喷嘴增加了所述塔的 尺寸, 需要使用另外的装置, 并且产生了热泄漏。
     另外一种重要的差异是在划分成两个物流之前使用泵来转移底部物流, 以使得再 沸器热交换器能够通过该泵驱动, 而不像 ‘165 专利方法的情况中通过液压头驱动。这提供 了额外的自由度, 并且允许更大的设计和使用所述方法的灵活性。例如, 可以调整阀 117 来 补偿在热交换器中更大的压力降。 这种额外的灵活性不但可以反映在初始的热交换器的设 计中, 而且可以有利地用于补偿不期望的方法条件。
     我们还注意到虽然每个方法的整体能耗实质是相同的 - 本发明的方法是 229.3MW, 现有技术的方法是 229.1MW- 目的是提供处于对存储而言足够压力的 LNG 产 物物流, 但是本发明方法泵压底部液体物流需要比现有技术方法泵压底部液体物流几 乎高出 16 %的功率 ( 本发明的方法是 293kW, 现有技术的方法是 253kW)。因为本发明 方法中的泵不仅提供产物 LNG 物流, 而且还驱动了再沸器, 在本发明的方法中必须泵送 136071lbmol/h(61720kgmol/h) 的底部液体, 而现有技术方法仅仅需要泵送 117329lbmol/ h(53220kgmol/h) 的产物 LNG。但是, 本发明方法所允许的增加的灵活性大于对这种微小增 加的能耗的补偿。 虽然已经参考某些实施方案对本发明进行了详细描述, 但是本领域技术人员将认 可这里存在着处于下面的权利要求范围中的其他实施方案。
    

脱氮气塔再沸器构造.pdf_第1页
第1页 / 共13页
脱氮气塔再沸器构造.pdf_第2页
第2页 / 共13页
脱氮气塔再沸器构造.pdf_第3页
第3页 / 共13页
点击查看更多>>
资源描述

《脱氮气塔再沸器构造.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《脱氮气塔再沸器构造.pdf(13页珍藏版)》请在专利查询网上搜索。

1、10申请公布号CN102084199A43申请公布日20110601CN102084199ACN102084199A21申请号200880020926X22申请日2008061611/764,97520070619USF25J3/0220060171申请人气体产品与化学公司地址美国宾夕法尼亚州72发明人AA布罗斯托74专利代理机构中国专利代理香港有限公司72001代理人段晓玲林森54发明名称脱氮气塔再沸器构造57摘要将膨胀的102并冷却的106粗制LNG物流108在脱氮气塔150中分离成氮气富集的顶部蒸气物流130和氮气减少的底部液体物流110。将该底部物流110泵压112到更高的压力,分成第。

2、一和第二物流114和116,然后将该第二物流减压,并且通过与粗制LNG原料物流104的热交换106来至少部分的进行蒸发118,从而冷却所述原料物流和将沸腾物提供120到脱氮气塔150。30优先权数据85PCT申请进入国家阶段日2009121886PCT申请的申请数据PCT/IB2008/0017422008061687PCT申请的公布数据WO2008/155653EN2008122451INTCL19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书2页说明书8页附图2页CN102084208A1/2页21用于对液体天然气LNG原料物流进行脱氮气的方法,其包含A使该LNG原料物流膨胀,并且。

3、在所述膨胀之前或者之后,在热交换器中冷却该LNG原料物流来形成冷却的、膨胀的LNG物流;B将所述冷却的、膨胀的LNG物流引入到脱氮气塔中;C将氮气富集的顶部蒸气物流从所述塔中抽出;D将氮气减少的底部液体物流从所述塔中抽出;E将来自步骤D的底部物流通过泵来提高其的压力;F将该底部物流划分成第一物流和第二物流;G通过减低压力然后穿过所述热交换器,来至少部分蒸发所述第二物流;H将所述部分蒸发的第二物流注射到所述塔中,来为该塔提供沸腾物。2权利要求1的方法,其中所述LNG原料物流是等熵膨胀的。3任何一个前述权利要求的方法,其中收集该第一物流作为LNG产物。4权利要求的方法,其进一步包含在将所述冷却的、。

4、膨胀的LNG物流引入到所述脱氮气塔之前,等焓膨胀所述冷却的、膨胀的LNG物流。5任何一个前述权利要求的方法,其中在冷却LNG原料物流之前,对所述物流进行膨胀。6权利要求15中任何一个的方法,其中在膨胀该LNG原料物流之前,对所述物流进行冷却。7任何一个前述权利要求的方法,其中第二物流的流速小于第一物流流速的大约20。8任何一个前述权利要求的方法,其中将所述部分蒸发的第二物流在所述脱氮气塔的最低分离段的下方注射到所述塔中。9任何一个前述权利要求的方法,其中步骤B的所述冷却的、膨胀的LNG物流被引入到所述脱氮气塔的顶部。10设备,其用于通过权利要求1的方法来从液体天然气LNG原料物流中脱氮气,所述。

5、设备包含膨胀器,其用于膨胀该LNG原料物流;位于所述膨胀器之前或者之后的热交换器,其用于冷却该LNG原料物流;脱氮气塔,其用于将所述冷却的、膨胀的LNG原料物流分离成氮气富集的顶部蒸气物流和氮气减少的底部液体物流;泵,其用于增加至少所述底部物流的压力;划分装置,其用于将所述底部物流分成第一物流和第二物流;减压装置,其用于减压第二物流;管道装置,其用于将减压的第二物流通入到所述热交换器来在其中至少部分进行蒸发;和管道装置,其用于将该部分蒸发的第二物流供给到所述脱氮气塔中,以为该塔提供再沸腾。11权利要求10的设备,其中所述膨胀器是稠密流体膨胀器。12权利要求10或者权利要求11的设备,其中所述减。

6、压装置是焦耳汤姆森阀。权利要求书CN102084199ACN102084208A2/2页313权利要求1012中任何一个的设备,其进一步包含用于在将所述冷却的、膨胀的LNG物流引入到所述脱氮气塔之前,用来膨胀该LNG物流的阀。14权利要求1013中任何一个的设备,其中该膨胀器位于所述热交换器的上游。15权利要求1013中任何一个的设备,其中该膨胀器位于所述热交换器的下游。16权利要求1015中任何一个的设备,其中该热交换器是板翅式热交换器。权利要求书CN102084199ACN102084208A1/8页4脱氮气塔再沸器构造0001发明背景0002本发明涉及从液体天然气物流中分离氮气的方法,该。

7、液体天然气物流包含氮气、甲烷和可能的更重质烃。0003通常对粗制天然气进行液化,以使得能够将其以液体天然气LNG的形式进行更大量的存储。因为天然气可以受到氮气的污染,因此有利的是从LNG中除去氮气来生产氮气减少的LNG产品,该产品满足所期望的产品规格。现有技术中已经公开了数种从LNG中进行除氮气的方法。0004一种用于将氮气与LNG物流分离的简单的方法是在涡轮机中等熵ISENTROPICALLY膨胀该粗制LNG物流,然后将该物流注入闪蒸分离器中。从该闪蒸分离器中除去的液体产物包含比粗制LNG物流少的氮气,而蒸气产物将包含更高比例的氮气。0005US专利NO5421165“165专利”中公开了不。

8、同的方法。所公开的是这样的方法,在其中,参考其图1,该图1复制作为本发明的图1,粗制LNG1在涡轮机21中等熵膨胀和在再沸器热交换器21中冷却。然后使该冷却的并膨胀的LNG物流通过阀3,在这里它经历了静态减压,然后将它注射到脱氮气塔5中。在该塔中,氮气通过上升的蒸气从下落的液体中进行汽提,因此从该塔顶部排出的蒸气物流10富含着氮气。将液态LNG物流11从塔5的底部作为氮气减少的产物抽出。在该塔中,在冷却的、膨胀的LNG原料物流4的注射水平线以下的水平线处,将液物流6;8抽出并通过热交换器2来冷却该原料,然后在低于它抽出位置的水平线处注射到塔5中,来为该塔提供沸腾物BOILUP。实际上,抽出的物。

9、流通过该热交换器提供了另外的分离平衡阶段。0006类似的用于分离氮气和LNG物流的方法是用静止减压的阀来代替涡轮机驱动的动态减压,这样膨胀是等焓发生的,而非等熵。在165专利的方法中所用的等熵膨胀据说允许更大的甲烷回收率。0007另外一种从LNG物流中除去氮气的方法描述在US专利NO5041149“149专利”中。该专利公开了从粗制天然气物流中除去氮气的方法,该方法首先冷却所述物流,然后将它通过相分离器,来产生液体物流和蒸气物流。该液体物流进一步冷却并注射到脱氮气塔中。将蒸气物流冷凝和进一步冷却来产生第二液体物流,然后在高于第一液体物流的水平线处注射到所述脱氮气塔中。从塔顶除去氮气富集的蒸气,。

10、并且用于冷却进来的第二液体物流。该塔的池通过挡板来划分,其的一侧用来自所述塔的最低塔板的液体来填充。抽出这种底部液体,并且在热交换器中至少部分蒸发,同时冷凝来自相分离器的蒸气物流,并将其作为回流物流返回到所述塔来提供沸腾物。该回流物流中残留的液体落入到所述池的挡板的另一侧。该回流液体然后作为氮气减少的产物物流除去,泵压到更高的压力,加热和蒸发,然后动力学膨胀来降低该蒸气产物的温度和压力。类似于165专利的再沸器热交换,底部液体的回流充当了分离的另外平衡阶段。0008另外一种类似的、但是热力学不同的氮气分离方法包括在涡轮机中等熵膨胀粗制LNG物流,在再沸器热交换器中冷却该膨胀的物流,然后将冷却的。

11、、膨胀的物流注射到热虹吸系统中。抽出塔底部的液体,并且将它的一部分抽出和作为LNG产物进行泵送。将第二说明书CN102084199ACN102084208A2/8页5部分通过再沸器热交换器进行再循环,在这里它至少部分蒸发。该部分蒸发的物流然后重新注射到所述塔中,在这里该物流的蒸气部分提供了沸腾物;该物流的液体部分与离开底部塔板的液体混合,来提供所抽出底部物流的来源。这种方法与165和149专利的方法是热动力学不同的在这种情况中,液体底部产物是来自塔的底部塔板的液体与来自再沸腾物流的液体混合的结果,而非纯的另外的分离平衡阶段。这种差异导致了热动力混合损失。0009这些现有技术的氮气分离方法的缺点。

12、是它们每个依赖于液压头LIQUIDHEAD来驱动再沸器物流的流动。这种属性具有限制整个方法设计的灵活性的不利影响。例如,可利用的塔头将直接影响再沸器热交换器的设计,其中在该热交换器中的压力降不能大到抑制所获得的流动。这种设计局限倾向于导致使用更大的、更昂贵的热交换器其将具有更低的压力降,因此允许该塔头驱动再沸器的流动。该实现除氮气所需的加工装置的大的资本成本会对生产LNG的收益性产生明显的影响。0010因此,本发明的目标是提供方法,其允许在从LNG物流中除去氮气所需的装置的设计中具有更大的灵活性。这种更大的灵活性允许设计相对不昂贵的加工装置,因此降低了与加工相关的资本成本。发明内容0011本发。

13、明提供了改进的方法,该方法用于氮气污染的LNG物流的脱氮气化。这种方法通过在方法设计中允许更大的灵活性来获得经济效益。0012根据本发明的方法,将粗制LNG物流在膨胀装置中进行膨胀,并且在热交换器中进行冷却,该粗制LNG物流包含大约110的氮气,剩余的是甲烷和更重质烃。将所得到的粗制LNG物流引入到脱氮气塔中,其中该LNG的氮气含量随着液体流下所述塔而降低。从该塔顶部抽出氮气富集的蒸气物流,从该塔的底部抽出氮气减少的液体物流。0013将该氮气减少的底部LNG物流泵压到更高的压力,然后分成第一和第二物流,并且如果期望,则该第一物流可以作为LNG产物来进行收集。将第二物流减压,然后通过再沸器热交换。

14、器,因此冷却该粗制LNG物流,所述降压至这样的程度即,使得第二物流在热交换器中至少部分蒸发。该部分蒸发的第二物流在这样的水平线处再注射到所述塔中来为该塔提供沸腾物该水平线等于或者高于所述氮气减少的底部LNG物流被抽取的水平线并低于所述粗制LNG原料物流被引入的水平线。优选的,对板式塔而言,该部分蒸发的第二物流被注射到最低的分离段即,最低的塔板下方,或者对于填充塔而言,注射到填充材料的下方。0014因此,在一方面,本发明提供了用于对液体天然气LNG原料物流进行脱氮气的方法,其包含0015A使该LNG原料物流膨胀,并且在所述膨胀之前或者之后,在热交换器中冷却该LNG原料物流来形成冷却的、膨胀的LN。

15、G物流;0016B将所述冷却的、膨胀的LNG物流引入到脱氮气塔中;0017C将氮气富集的顶部蒸气物流从所述塔中抽取;0018D将氮气减少的底部液体物流从所述塔中抽取;0019E将来自步骤D的底部物流通过泵来提高其压力;说明书CN102084199ACN102084208A3/8页60020F将该底部物流分成第一物流和第二物流;0021G通过减压然后通过所述热交换器,来至少部分蒸发所述第二物流;0022H将所述部分蒸发的第二物流注射到所述塔中,来为该塔提供沸腾物。0023在第二方面,本发明提供设备,其用于通过本发明的方法来从液体天然气LNG原料物流中脱氮气,所述设备包含0024膨胀器,其用于膨胀。

16、该LNG原料物流;0025位于所述膨胀器之前或者之后的热交换器,其用于冷却该LNG原料物流;0026脱氮气塔NITROGENREJECTIONCOLUMN,其用于将冷却的、膨胀的LNG原料物流分离成氮气富集的顶部蒸气物流和氮气减少的底部液体物流;0027泵,其用于增加至少所述底部物流的压力;0028划分装置,其用于将底部物流分成第一物流和第二物流;0029减压装置,其用于减压第二物流;0030管道装置,其用于将减压的第二物流通入到热交换器来在其中至少部分进行蒸发;和0031管道装置,其用于将该部分蒸发的第二物流供给到脱氮气塔中,来提供重沸腾物到该塔。0032显然,这个方法的数种变体处于本发明的。

17、范围内。例如,在一种实施方案中,将初始的粗制LNG物流在粘稠流体膨胀器中进行膨胀,该膨胀器可以位于再沸器热交换器的上游或者下游。在另外一种实施方案中,第二物流的减压可以通过使用焦耳汤姆森JOULETHOMSON阀来完成。阀也可以位于脱氮气塔的紧上游,以使得粗制LNG物流通过该阀进行节流,然后注入所述塔中。附图说明0033图1是示意图,其复制了165专利的图1,并且说明了根据该专利从LNG物流中除去氮气的方法。0034图2是示意图,说明了根据本发明一种实施方案从LNG物流中除去氮气的方法。具体实施方式0035本发明实现了在LNG脱氮气操作中设计的灵活性和方法经济性的优势,这是通过部分使用泵来驱动。

18、再沸器物流,因此允许在该再沸器热交换器中有更大的压力降来实现的。这进而允许再沸器物流具有更高的速度,并因此能够实现在热交换器中更高的传热系数,从而允许使用更小的热交换器。0036如下面的说明书中所阐述的,实现这样的灵活性而无需另外装置并且保持了输出量和能量需求,会涉及到引入了小的热力学失效。但是,本发明所提供的初始资本节约大于这种热动力失效的代价,特别是考虑到可以补偿所述动力学失效的容易性和低费用。0037此处所用的术语“氮气富集的物流”表示含有比初始原料物流更高浓度氮气的物流。0038此处所用的术语“氮气减少的物流”表示含有比初始原料物流更低浓度氮气的物流。说明书CN102084199ACN。

19、102084208A4/8页70039此处所用的术语“在下方”表示处于较低高度的位置,即,更接近于地面。0040此处所用的术语“在上方”表示处于较高高度的位置,即,距离地面更远。0041此处所用的术语“沸腾物BOILUP”表示在塔中上升的蒸气。0042现在将参考图2来更详细描述本发明优选的实施方案。下面的实施方案目的不是限制本发明的范围,并且本领域技术人员应该认识到存在着处于权利要求范围内的其他实施方案。0043如图2所示,将高压LNG物流100典型的压力是大约700PSI48MPA通过用于膨胀该LNG物流的装置102进行膨胀,来产生低压LNG物流104,所述高压LNG物流100含有大约1MO。

20、L大约10MOL的氮气,剩余部分是甲烷和可能的更重质烃。该膨胀优选是等熵进行的,并且用于膨胀LNG物流的装置优选是粘稠流体膨胀器也称作水力涡轮机,但是也可以是阀或者其他已知的用于膨胀流体的装置。将低压LNG物流104在再沸器热交换器106中冷却来产生冷却的、膨胀的LNG物流108。再沸器热交换器106优选是板翅式热交换器,但是可以是壳和管SHELLANDTUBE设计,或者可以是用于使得两种物流彼此处于热交换关系而不混合所述流体的其它装置。冷却的、膨胀的LNG物流108然后通过阀109基本上等焓膨胀,并且注射到脱氮气塔150中,该注射优选在塔顶进行。脱氮气塔150优选是板式塔,但是可以是填充塔或。

21、者任何其他适于分馏的物质传递装置。将氮气富集的蒸气物流130从塔150的顶部抽出。这个物流典型的包含大于大约30N2和小于大约70甲烷。0044将氮气减少的液体物流110从塔150的底部抽出,并且通过泵112来泵压到期望的压力。在将该底部液体物流110泵压之后,将它分成第一物流114和第二物流116。物流114可以作为产物LNG物流来回收。物流116通过焦耳汤姆森阀117来进行基本上等焓膨胀,来产生低压再沸器物流118。阀117可以位于物流114和116的分离点与再沸器热交换器106之间的任何位置处。低压再沸器物流118在再沸器热交换器106中至少部分蒸发,来产生部分蒸发的再沸器物流120,然。

22、后将其注射到塔150的底部,注入位置在板式塔的情况中在最低的塔板下方,或者在填充塔的情况中在填充材料下方,来提供沸腾物。0045在可替换的实施方案中,用于膨胀LNG物流102的装置可以位于再沸器热交换器106的下游。在这种方式中,将高压物流100在再沸器热交换器106中进行冷却,然后在用于膨胀LNG物流102的装置中进行膨胀。0046在每个所述实施方案中,阀109是任选的,并且可替换性地,冷却的LNG物流108可以直接注射到脱氮气塔150中。0047这里提供了特别优选的实施方案,其中粗制LNG物流100在粘稠流体膨胀器102中基本等熵膨胀,并且在再沸器热交换器106中冷却。这种冷却的、膨胀的L。

23、NG物流108通过阀109进行基本上等焓膨胀,并且注射到脱氮气塔150中。在该塔中,上升的蒸气从下落的液体中汽提氮气,并且将氮气富集的物流130从塔顶抽出。将氮气减少的液体物流110从塔底抽出,并且穿过泵112来提高它的压力。在泵压之后,将该液体物流分成第一物流114和第二物流116。将第二物流116通过阀117减压到这样的压力,该压力允许低压再沸器物流118在它随后通过再沸器热交换器106的过程中至少部分蒸发。在该再沸器热交换器中至少部分蒸发之后,将再沸器物流120重新注射到脱氮气塔150中来提供沸腾物。0048一旦重新注射后,将该再沸器物流的液体部分与来自最低的塔段的液体混合,以说明书CN。

24、102084199ACN102084208A5/8页8使得氮气减少的液体物流110不全是来自脱氮气塔150的底部段的液体或者来自再沸器106的液体,而是这二者的混合物。存在着与混合所述液体物流来提供所述抽出的氮气减少的物流110相关的热力学损失。但是,这能够容易地和便宜地通过将脱氮气塔150增加一个或多个段来补偿。0049通过在泵112之后将第二物流116与第一物流114分离,通过再沸器热交换器106的流动则通过泵112驱动,该泵112会已经能用于泵送LNG产物第一物流114。基于例如资本成本这样的考虑,可以将再沸器热交换器106针对宽范围的压降进行涉及;并且可以通过调整再沸器热交换器106上。

25、游的阀117来获得再沸器物流118适当的压力。0050第二物流116的流速可以是至多到所述氮气减少的液体物流110的总流量的任何量,但是其优选小于第一物流114流速的大约20,并且可以针对具体的方法来进行优化。这与165专利的方法形成了对照,165专利需要100的从塔板流出的液体引导通过再沸器。比现有技术小的再沸器物流的流速使得再沸器热交换器106的尺寸可以降低。0051同样,当与许多现有技术的方法相比较时,本发明具有取消了从所述塔中抽出再沸器液体物流所需的喷嘴这样的另外优点,这是因为总之会作为LNG产物被抽出的底部液体被用于塔的再沸腾。0052通过使用和现有技术的这些方法在液压上不同的方法,。

26、本发明提供了在LNG脱氮气方法的适应性和灵活性中明显的进步。通过允许泵112来驱动再沸器热交换器106而非依靠塔压头COLUMNHEAD,并且包括了阀117来控制物质流动,可以对所述方法进行设计,来与所选择的再沸器热交换器106设计一起最佳运行。这种灵活性会导致以对较小热力学损失的可挽回的代价来实现较小的资本花费。0053实施例0054为了更具体地验证本发明的方法与现有技术之间的重要的差异中的一些,使用ASPEN方法模拟器进行了方法模拟,来比较本发明的实施方案“本发明的方法”与165专利所公开的方法。比较基础是相等的LNG生产和满意的燃料平衡驱动气体涡轮机所需的LNG产物闪蒸的量,该涡轮机用于。

27、驱动所述方法。0055本发明的方法0056参考图2,在稠密流体膨胀器102中膨胀之后,低压LNG物流104的流速是125450LBMOL/H56900KGMOL/H,压力是7162PSI4938KPA,温度是243F1528,并且含有296的N2,9547的甲烷,110的C2烃和047的更重质烃,将该低压LNG物流104在再沸器热交换器106中冷却来产生温度为2525F15806的冷却的、膨胀的LNG物流108。将冷却的、膨胀的物流108通过阀109进行节流,并且引入包含6个塔板的压力为18PSI124KPA的脱氮气塔150中。将顶部蒸气物流130从塔150顶部以8123LBMOL/H3685。

28、KGMOL/H的流速、18PSI124KPA的压力和2619F16328的温度抽出,并且该蒸气物流包含了3106的N2,6894的甲烷和痕量的更重质烃。将底部物流110从塔150中以136071LBMOL/H61720KGMOL/H的流速、1945PSI1341KPA的压力、2568F16044的温度抽取,并且该底部物流110包含了101的N2,9731的甲烷,117的C2烃和051的更重质烃。将底部物流110泵压到75PSI517KPA的压力,并且分成第一物流114和第二物流116。将第一物流114作为最终的LNG产物进行回收,该第一物流的流速是117327LBMOL/H53219KGMOL。

29、/说明书CN102084199ACN102084208A6/8页9H,压力是75PSI517KPA,温度是2566F16033,并且其含有101的N2,9731的甲烷,117的C2烃和051的更重质烃。将流速为18744LBMOL/H8502KGMOL/H的第二物流116通过阀117节流到1974PSI13617KPA的压力,来产生低压再沸器物流118,然后将该物流118引入到温度为2564F16022的再沸器热交换器106中,在这里它部分蒸发来产生蒸发的再沸器物流120。蒸发的再沸器物流120的温度是2527F15817,压力是1945PSI13417KPA,并且其具有237的蒸气分数,将该。

30、再沸器物流120注射到塔150的底部来提供沸腾物。这种方法需要大约229MW的功率。0057现有技术的方法0058参考图1,在涡轮机21中膨胀之后,将半减压的LNG物流22在间接热交换器2中冷却到2526F15811的温度,其中所述半减压的LNG物流22的流速是125451LBMOL/H56903KGMOL/H,压力是7176PSI49477KPA,温度是243F1528,并且含有296的N2,9547的甲烷,110的C2烃和047的更重质烃。将这个冷却的、膨胀的物流通过阀3进行节流,并且引入到包含6个塔板的压力为18PSI124KPA的脱氮气塔5中。将顶部蒸气物流10从塔5的顶部以8122L。

31、BMOL/H3684KGMOL/H的流速、18PSI124KPA的压力和2619F16328的温度抽出,该顶部蒸气物流10包含3117的N2,6883的甲烷和痕量的更重质烃。将底部物流11从塔5以117329LBMOL/H53220KGMOL/H的流速、1945PSI1341KPA的压力、2568F16044的温度抽取,并且该底部物流11包含了101的N2,9732的甲烷,117的C2烃和050的更重质烃。将第一LNG部分6从所述塔的最低的塔板以121047LBMOL/H54906KGMOL/H的流速、2597F16206的温度、1974PSI13617KPA的压力抽出,并且该部分6包含了15。

32、6的N2,9681的甲烷,114的C2烃和049的更重质烃。使这个第一LNG部分6通过间接热交换器2来产生物流7,其的温度是2568F16044,压力是1945PSI1341KPA,并且具有31的蒸气分数。将物流7在最低的塔板下方返回到塔5,来提供沸腾物。这种方法也需要大约229MW的功率。0059表1表示了这两种方法相应的物流的数据,目的是更清楚显示该比较。各自的原料物流,104和22,和各自的产物物流,114和11,以及130和10,在全部相关的性能方面基本相同。原料物流和产物物流的这种等同性使得能够有效比较所述两种方法。0060如表1所证实的那样,两种方法之间显著的差异是本发明方法的再沸。

33、器物流118的流速是18744LBMOL/H8502KGMOL/H,其仅仅是165专利方法的再沸器物流6的流速121047LBMOL/H54906KGMOL/H的155。这种差异可归因于这样的事实,即,165专利方法要求从塔板流出的整个液体通过再沸器热交换器进行再循环,而本发明的方法优化了实现所期望的分离所必需的流量,所以仅仅再循环了产生所需的产物所必需的量的底部液体。在这些方法之间另外一种值得注意的差异是,虽然对于本发明而言流过再沸器的总流体明显少于165专利的方法,但是因为同样量的热量被传递到每个再沸器中,因此本发明的方法中更大百分比的再沸器物流被蒸发,本发明的方法为237,现有技术的方法。

34、为31。因此就实际上返回到所述塔来用作沸腾物的蒸气的量而言,本发明方法的量4442LBMOL/H;2015KGMOL/H大于165专利方法的量3752LBMOL/H,1702KGMOL/H。说明书CN102084199ACN102084208A7/8页1000610062在这两种方法之间有数种其他重要的差异。首先,因为本发明的方法将部分的抽出的底部产物用于再沸器物流,而不像165专利的方法那样,从所述塔抽出另外的物流,说明书CN102084199ACN102084208A8/8页11因此取消了165专利方法所需用的喷嘴。这是令人合意的改进,因为喷嘴增加了所述塔的尺寸,需要使用另外的装置,并且产。

35、生了热泄漏。0063另外一种重要的差异是在划分成两个物流之前使用泵来转移底部物流,以使得再沸器热交换器能够通过该泵驱动,而不像165专利方法的情况中通过液压头驱动。这提供了额外的自由度,并且允许更大的设计和使用所述方法的灵活性。例如,可以调整阀117来补偿在热交换器中更大的压力降。这种额外的灵活性不但可以反映在初始的热交换器的设计中,而且可以有利地用于补偿不期望的方法条件。0064我们还注意到虽然每个方法的整体能耗实质是相同的本发明的方法是2293MW,现有技术的方法是2291MW目的是提供处于对存储而言足够压力的LNG产物物流,但是本发明方法泵压底部液体物流需要比现有技术方法泵压底部液体物流。

36、几乎高出16的功率本发明的方法是293KW,现有技术的方法是253KW。因为本发明方法中的泵不仅提供产物LNG物流,而且还驱动了再沸器,在本发明的方法中必须泵送136071LBMOL/H61720KGMOL/H的底部液体,而现有技术方法仅仅需要泵送117329LBMOL/H53220KGMOL/H的产物LNG。但是,本发明方法所允许的增加的灵活性大于对这种微小增加的能耗的补偿。0065虽然已经参考某些实施方案对本发明进行了详细描述,但是本领域技术人员将认可这里存在着处于下面的权利要求范围中的其他实施方案。说明书CN102084199ACN102084208A1/2页12图1说明书附图CN102084199ACN102084208A2/2页13图2说明书附图CN102084199A。

展开阅读全文
相关资源
猜你喜欢
相关搜索

当前位置:首页 > 机械工程;照明;加热;武器;爆破 > 制冷或冷却;加热和制冷的联合系统;热泵系统;冰的制造或储存;气体的液化或固化


copyright@ 2017-2020 zhuanlichaxun.net网站版权所有
经营许可证编号:粤ICP备2021068784号-1