一種從lng中提取乙烷和重烴的方法

2023-04-29 06:39:11

專利名稱：一種從lng中提取乙烷和重烴的方法
頁一種從LNG中提取乙烷和重烴的方法對相關申請的交叉引用本申請要求2004年8月27日遞交的美國臨時申請60/605,182的權益。發明背景天然氣是一種清潔燃燒的烴燃料，其與重烴如汽油、柴油、燃油 和煤的燃燒相比，完全燃燒時產生較少的"溫室氣體"。因此，天然 氣被看作"環境友好"燃料。近年來，對天然氣的需求已經超過了其 來源的供應，所述來源可用於直接連接和遞送入遍及世界的氣體管道 輸送和分配系統，特別地是在美國和歐洲如此。因此，天然氣供應商， 管道輸送商，經銷商和動力設施轉向液化天然氣(LNG)作為傳統天 然氣供應的補充。環天平洋地區對LNG的需求也在以顯著的速度增加， 對LNG需求的加速尤以韓國、日本、中國和印度較為突出。LNG正成為一種用於交通和車輛燃料市場的有吸引力的替換性燃 料。新技術和政府支持項目已使LNG成為相對於更多傳統燃料形式的 可行性替換選擇。LNG和CNG預期可取代汽油和柴油，在接下來的十 年佔有更大的市場份額。LNG主要的是液化甲烷，並含有不同量乙垸、丙垸和丁烷，以及 微量戊垸和重烴組分。當在或接近大氣壓力下儲藏或運輸時，LNG是 非常冷的液體，其溫度範圍依其組成而處於-245。F -265下之間。當LNG進入商業市場時必須滿足某些商業質量規格。例如，天然 氣管道和動力設施公司在他們的商業合同中規定，遞送到其設施中的 天然氣必須遵守熱值，或在某些情況下遵守沃伯(Wobbie)指數質量規格
以及烴露點參數。當LNG被分配和用作動力汽車，快速車輛，私人車輛或其他設備的燃料時，它必須遵守某些質量規格以確保燃料在消費者發動機中獲得清潔，全部和完全燃燒的特性。在燃料市場上，LNG 也可作為製造壓縮天然氣(CNG)的天然氣源使用，在此種情況下， CNG質量規格將適用於LNG。取決於製造LNG中所用天然氣的組成，某些LNG源比其他LNG 源含有更多的乙烷和重烴。取決於LNG中所含乙垸和重烴的質量，可 能須對LNG進行處理和調節，以減少乙烷和重烴的含量，使其滿足其 應用所需的特定商業質量規格。有時，乙烷、丙烷、丁烷和重烴液體產物的價格反映出溢價 (premium),即超過其留在LNG中以佔主要的天然氣價格出售時獲得的 價格。因此，從LNG中提取這些產物能提高LNG源實現的總收入， 具有商業吸引力。許多年來，乙烷和重烴一直是從天然氣井產生的粗天然氣中提取 和回收，和與原油製造結合而產生。各種設計和構造的氣體處理設施， 包括渦輪膨脹機、機械製冷、貧油吸收、使用乾燥劑吸附和其組合應 用已被用於此目的。從LNG中回收乙烷和重烴(NGL)的最常見現有 技術基於如下概念，將LNG泵至高壓，蒸發LNG，並用最廣泛使用的 常規低溫渦輪膨脹機和/或低溫J-T膨脹過程以常規氣體處理技術處理 所得氣體。此實踐沒有抓住並充分使用可從LNG得到低溫條件的益處。在美國專利Nos.5114451、 5588308和6604380中公開了其他三種 從LNG中回收NGL的已知方法，其使用了 LNG的有益低溫條件和性專利5114451公開了從LNG中回收NGL的方法，其中通過暖氣 流的熱交換將LNG進料暖熱，所述暖氣流是來自分餾單元(一般指脫
甲烷塔)的、被再壓縮的塔頂再循環流。NGL產物作為液體產物從脫甲烷塔底部回收。但是，輸出的氣體(來自脫甲烷塔的塔頂蒸汽)必 須在遞送到管道系統之前加熱並壓縮。壓縮和加熱增加了此方法的資 本費用和燃料消耗。專利5588308公開了通過冷卻和部分冷凝淨化天然氣進料而回收 NGL的方法，其中一部分必需的進料冷卻和冷凝任務在甲垸汽提後、 通過冷凝的進料液體的膨脹和蒸發而提供，由此產生氣體形式的NGL 產物。在市場上，NGL作為液體產物出售和輸送。要製造液體NGL需 要另外的冷卻和壓縮，這增加了製造最終NGL產物的資本費用和的消 耗。專利6604380公開了使用部分LNG進料作為分離過程中的外回流 從LNG中回收NGL的方法，其無需加熱或其他處理。此方法中使用 分餾塔從塔底部回收NGL液體產物，塔頂蒸汽產物為富含甲烷的殘餘 氣體，其隨後被壓縮、再液化、泵作用、蒸發並送入接收管道。但是， 為再液化，此方法要求來自分餾塔的全部塔頂蒸汽產物流通過低壓頭 壓縮機壓縮。此方法要求低壓頭(75到115psi)壓縮，但是要求全部 輸出的氣流被壓縮。例如，如果設施被設計為處理如每天1,000百萬標 準立方英尺(MMscfd)輸出氣的容量，則壓縮制動馬力(Bhp)可為 約5到7 Bhp/MMscfd級，其要求5,000到7,000 Bhp的壓縮機。此壓 縮機和它相關的燃料消耗增加了資本費用和設施操作費用。發明簡述新處理技術的開發和優化是LNG工業持續增長和擴展的"基石"。 此工業需要更加有效的方法，用以從LNG中提取和除去乙烷和重烴 (NGL)。此處公開的系統和方法在提高從LNG中有效提取NGL產 物的技術上為該工業邁出了一步。此處公開的方法在從LNG中提取乙垸和重烴方面反映了顯著的
優於以前專利和現有技術的進步。與現有專利技術的實踐相比，此處 公開的實施方式的方法將減少資本費用，並提高燃料效率。此處實施 方式的方法使用獨特排列的熱交換設備和處理參數而最大限度的利用了LNG的有益低溫熱性能，其根本消除(或大大減少)了在本領域其 他專利技術中對氣體壓縮設備的需求。消除或最小化氣體壓縮設備減 少了資本費用，燃料消耗或電力消耗，其降低了操作費用。當處理富 含乙垸和重烴的LNG時，在用於處理l，OOO MMscfd輸出氣體的設備 中使用本方法僅要求150到550馬力的氣體壓縮。對更貧的LNG組成， 本方法的氣體壓縮馬力增加，但與此處參考的美國專利No. 6604380中 公開的競爭對手方法所需的5,000到7,000馬力相比，對1，000MMscfd 的輸出容量，其仍然保持少於1，000馬力。將此比較翻譯成經濟術語， 基於1，000 MMscfd的吞吐容量，此方法將導致當前的節約資本費用範 圍在$4.5到$5.5百萬之間，每年節約燃料消耗範圍在335,000到480,000 MMBtus。在當前天然氣價格上(假設平均S5.00/MMBtu)，此燃料花 費節約範圍在每年$1.7到$2.4百萬之間。此處公開的實施方式涉及從處於任何接收、儲藏、運輸、分配或 蒸發LNG的設施中的LNG中回收乙烷和/或重烴(NGL)的方法。為 該應用的目的，包含多於2.5摩爾％和少於25.0摩爾％乙垸和重烴的 LNG被定義為"富LNG"。在提取乙垸和/或重烴後，隨後的殘餘富甲 烷產物被定義為"貧LNG"。從富LNG中提取的乙垸和/或重烴被定 義為"NGL產物"。本文中所述乙烷和重烴被稱為"C2+"。所述丙 烷和重烴被稱為"C3+"。此處公開的實施方式特別涉及為如下一個或多個目的而從富LNG 中提取或去除C2+或C3+的方法a) 調節富LNG，從而使由LNG接收和再氣化終端遞送的輸出氣 體滿足商業天然氣質量規格；b) 調節富LNG用於製造滿足LNG動力車輛和其他LNG燃料設 備要求的燃料質量規格和標準的貧LNG; 'c) 調節富LNG用於製造能用於製造滿足商業CNG燃料規格和標 準的CNG的貧LNG;d) 從富LNG中回收乙烷，丙烷和/或比甲烷重的其他烴，以增加 收入、利潤或其他商業原因。此方法具有在"高乙垸提取"或者在"低乙垸提取"模式中操作的靈活性。當在"高乙烷提取"模式中操作時，此方法的乙垸回收水 平範圍在92%到80%之間，丙垸回收水平範圍在99%到90%之間。 當在"低乙烷提取"模式中操作時，此方法的乙烷回收水平範圍僅在1 %到2%之間，但丙烷回收水平範圍在95%到S0 ^之間。此方法的這 一特性提供了在貧LNG流中留下幾乎全部或任何比例乙垸的靈活性， 如果商業規格，價格和其它經濟因素要求需要這種操作的話。此處公開的實施方式利用了幾個處理步驟從富LNG中提取和去 除乙垸和重烴，其在下文詳細說明部分被公開。簡言之，低壓富LNG 被泵至處理壓力(380 psig到550 psig)，預熱，蒸發，並在底部配備 有一個塔側再沸器和主再沸器的回流低溫分餾塔中分餾。預熱LNG液 體的分流用於為低溫分餾塔提供冷卻回流。剩餘的預熱LNG進料被蒸 發，並作為蒸發流供給至分餾塔，進入頂部以下5到IO理論平衡級。 低溫分餾塔要求15到20的理論平衡級，並被設計從底部獲得液體烴 產物，從頂部獲得富甲垸的冷氣產物。底部液體產物是NGL產物。此低溫分餾塔設計包含了生產脫甲垸或脫乙垸NGL產物的靈活 性。低溫分餾塔的操作參數和相關設備(即操作壓力，進料溫度，回 流/進料分流，底部溫度等)可在本方法內調整和控制，從而使貧LNG 和NGL都符合各自的商業規格要求。來自塔頂餾出物的冷卻氣體產物通過與在預熱步驟中的富LNG 熱交換而被再液化。此再液化的冷卻氣體塔頂產物是貧LNG。取決於 LNG組成， 一小部分冷卻氣體產物可不冷凝，此處稱其為"尾氣"。
需要有小低溫壓縮機來將沒有被預熱交換步驟再液化的尾氣壓縮 至氣體管道輸出壓力。如果總設施對燃料氣體存在需求，則尾氣能被 用作燃料氣體源，其減少了要求壓縮的氣體量。本方法中尾氣的體積非常小，當富LNG進料組成包含多於8摩爾X的C2+時，尾氣範圍在 總氣體吞吐容量的0到5摩爾％。富LNG進料中更低的、C2+含量導致 本方法中尾氣餾分增加。對僅包含2.5摩爾XC2+的進料，本方法的尾 氣將高至總氣體吞吐容量的7到10摩爾％ 。貧LNG被泵至氣體管道輸出壓力，然後壓縮尾氣和貧LNG在輸 出壓力(通常1,000到1,100 psig，但可升高或降低)下再混合。在輸 出壓力下與貧LNG混合時，壓縮尾氣被吸收並壓縮進入液體LNG相。 然後，所得貧LNG流被蒸發和加熱，用於遞送入天然氣管道。本方法操作的設定值(set point)能根據要求調整，以使貧LNG符合 氣體管道市場遞送，在LNG車輛燃料市場中作為LNG燃料使用，或 在製造高壓CNG燃料中使用的質量規格。當此方法用於服務LNG車 輛燃料市場或者任何其它要求貧LNG處於或接近大氣壓的本地市場 時，則要求附加設備處理和再液化閃蒸氣體，其當貧LNG壓力減少到 大氣儲藏壓力時被輸出。附圖簡述此處公開的實施方式和它的優點通過如下所述圖可被更好理解。

圖1是此方法一個實施方式的示意流程圖。此圖說明了實踐此方法的一個特定實施方式。此圖無意從本發明 範圍內排除對所公開特定實施方式的正常和預期修改而得到的其他實 施方式，所述修改容納了對組成，商業規格和操作條件不同於此圖所 述的應用和實踐。
具體實施方式
此方法的一個實施方式用於調節富LNG，從而使由LNG接收和 再氣化終端遞送來的輸出氣體滿足商業天然氣質量規格，如圖l所示。 接下來的設計描述基於富LNG進料中C2 +含量範圍在25.0到2.5摩 爾％，並以"高乙烷提取"模式操作。所報告的處理條件為某一範圍， 這反映了此方法定義的組分範圍。流1 (來自LNG儲存罐的富LNG)進入泵2 (罐內泵)，在泵內 其被泵至壓力約100psig，並從泵2作為流3輸出。圖1示出一部分流3被送入帶有至流3的迴路的去過熱器冷凝器 系統。圖1所示煮出氣體壓縮機、運輸蒸汽返回壓縮機和去過熱冷凝 器系統並非本發明的實施方式，因此不做討論。流3進入泵4 (LP輸出泵)，其被泵作用並提高至範圍在380到 550 psig的處理壓力，從泵4輸出流5。然後，流5 (從泵4輸出的富LNG)被進料至熱交換器6 (LNG/ 氣體交換器)，在此處其被加熱至溫度接近其泡點溫度，並從熱交換 器6作為流7輸出。熱交換器6 (LNG/氣體交換器)的熱源通過與來 自塔12 (低溫分餾塔)的塔頂冷卻氣體產物流13交叉換熱而提供。熱 交換器6 (LNG/氣體交換器)具有雙重功用，它加熱流5 (富LNG流) 至接近泡點溫度(流7)，並再液化幾乎全部(100%到卯％)流13 (來自低溫分餾塔的塔頂冷卻氣體產物)，其輸出流14。熱交換器6 (LNG/氣體交換器)有相對大的傳熱任務，其要求小 的最小接近溫度以獲得此方法要求的效率。熱交換器6 (LNG/氣體交 換器)的設計性能規格要求在流13和7之間的最小接近溫度大約為3 下到5下，以最大限度再液化輸出熱交換器的流14。殼和管形交換器 能潛在地用於此功用，但其會十分巨大並相當昂貴。更具有經濟效益
的設計可通過使用銅焊鋁製板翅式交換器或者印刷電路式交換器獲得 此功用。來自熱交換器6 (LNG/氣體交換器)的流7分成兩個流(流8和 流9)。流8作為冷卻回流進入塔12 (低溫分餾塔)，並使用流量比控制 儀保持其流量在流7總流量的65%到45%範圍內。流8對流7總流量 的流量比是此方法用來控制從富LNG中提取和回收乙垸水平的參數之 一。概括地說，偏流更高的流量至流8可增加富LNG中乙烷的提取， 而降低流8流量則可減少乙烷的提取。流8流量比設定點的選擇取決 於設施和富LNG組成所需要的特定操作性能期望的乙烷提取水平。流9進料至蒸發器10 (第一級蒸發器)，此處其被蒸發並加熱而 產生流11，然後流11進入塔12 (低溫分餾塔)。從蒸發器10 (第一 級蒸發器)輸出的流11溫度範圍為30。F到70°F，幾乎全部是蒸汽而 沒有液體。流11通過位於塔12頂部之下4到8理論平衡級的入口進 入塔12。蒸發器10 (第一級蒸發器)或者是使用海水作為暖流體的開 架蒸發器(ORV)，或者是在浸沒式水浴中使用氣體-空氣燃燒用於加 熱的浸沒燃燒式蒸發器(SCV)，或者是其他種類加熱器或者交換器的 組合，其可利用此處可用的工業用熱或廢熱。如果有適用的海水資源， 推薦使用開架蒸發器(ORV)，其可顯著提高該方法中總體燃料效率。塔12 (低溫分餾塔)是再沸分餾塔，其被設計成從底部獲得NGL 產物，從頂部獲得具有高甲垸含量的冷卻氣體塔頂產物。塔12 (低溫 分餾塔)由三部分構成，並在額定壓力350到520 psig之間操作。頂部 要求比下面兩部分更大的直徑，因為此部分具有相對高的混合塔進料 蒸氣裝載(流8加流11)。每部分包含內部設備(未示出)以獲得分 餾塔通常要求的平衡級傳熱和傳質。內件類型可包括泡罩塔盤，篩板， 散裝填料，或結構填料。為此功用，具有合適液體分配器和填料載體
的合適幾何設計的散裝填料或結構填料，都可為塔內低溫流體流通提 供更好的傳質。應該諮詢專業經營分餾塔內件的經銷商或廠商決定此 功用所需內件的最佳選擇。工藝計算表明塔12 (低溫分餾塔)共需16個理論平衡級，在塔三個部分中的劃分如下頂部5個理論平衡級，中部7個理論平衡級， 底部4個理論平衡級。但是，理論平衡級的總數目可在15到20級之 間變化，這取決於所需富LNG組成和特定回收性能。塔12的實際設 計需依許多因素而進行改變，包括例如富LNG的組成，乙烷提取水平 的期望範圍。流S作為塔的冷液體回流被供給至塔12 (低溫分餾塔)的頂部。 流8液體通過內部分配器(未示出)均勻分配在填充的頂部12a，並向 下流經頂部12a潤溼填充內件並接觸向上的蒸汽流。幾乎全部為蒸汽的 流11進入塔12的頂部12a和中部12b之間。流11的蒸汽和來自塔12 填充的中部12b的其他向上蒸汽流混合，混合的蒸汽流向上流經填充 的頂部12a並接觸向下的冷液體回流。冷卻回流液體起到吸收和冷凝來 自向上流經填充的頂部12a的蒸汽流中的乙烷和重烴的作用。來自填充 的頂部12a的蒸汽從塔12 (低溫分餾塔)作為流13 (塔頂冷氣體產物) 輸出。流11中的液體(如有的話)在進入塔12後，和來自填充的頂部 12a向下的液體混合，混合液通過位於中填充部12b頂部的內部分配器 (未示出)均勻分配在中填充部12b。均勻分配的液體持續向下流經填 充的中部12b，潤溼填充內件並接觸向上的蒸汽流。通過這樣，在塔 12中實現蒸餾操作，液體中較輕的易揮發成分(即甲烷和氮)被轉換 成氣相，蒸汽中較重的不易揮發成分(即乙烷和重徑)被轉換成液相。在塔12填充的中部12b的底部，需要有液體洩流板(未示出)。 離開填充的中部12b底部的液體被收集在此洩流板，並從塔12 (低溫
分餾塔)作為流36輸出。交換器34 (側再沸器)加熱和部分蒸發流 36，然後其作為流37重新進料至塔12，進入填充的底部12c的液體分 配器(未示出)。來自此分配器的液體被均勻分配在填充的底部12c上，向下流經 填充的底部12c，潤溼填充內件並接觸向上的蒸汽流。通過這樣，在塔 12中再次實現蒸餾操作，液體中較輕的易揮發成分(即氮，甲烷和少 量乙烷)被轉換成氣相，蒸汽中較重的不易揮發成分(即乙烷和重烴) 被轉換成液相。來自填充的底部12c中的液體從塔12 (低溫分餾塔) 作為流26輸出，並進入熱交換器27 (再沸器)。熱交換器27 (再沸器)加熱和部分蒸發流26。來自熱交換器27 (再沸器)的流26蒸發部分作為流28流回塔12 (低溫分餾塔)，進 入塔12填充的底部12c的下面。流26的液體部分作為流29 (NGL產 物)從熱交換器27 (再沸器)輸出，並被送至罐30 (可選的NGL產 物緩衝罐)。罐30 (其可選)是保存為泵32進料用的NGL產物的緩衝罐，以 提供操作靈活性。流29是包含乙烷和重烴以及少量甲烷餾分(通常少 於1摩爾％甲垸)的混合物的NGL產物，其從罐30作為流31輸出， 並任選地通過泵32 (NGL增壓泵)增加大約50 psig的壓力，從該泵 作為流33輸出。取決於特定應用，可使用儲藏和泵作用的交替排列。然後，流33在熱交換器34 (側再沸器)中冷卻，並作為流35輸 出。熱交換器34 (側再沸器)執行雙重功用，並提高了總工藝的燃料 效率。從流33回收的熱能用於提供側再沸熱，作為流37進入塔12 (低 溫分餾塔)填充的中部12b和底部12c之間，相應的，流35 (NGL產 物流)被冷卻。從熱交換器34 (側再沸器)中的流33回收熱減少了熱 交換器27 (再沸器)的加熱負載，其進而減少了總工藝的加熱要求， 導致了操作此系統所需總燃料量的減少。當富LNG中的C2+含量高時
(02+>10摩爾％)，從來自熱交換器34 (側再沸器)的NGL產物中 回收的熱減少了 15°%到30。^的工藝加熱系統負載。如果富LNG中的 C2+含量低(C2+ < 10摩爾％)，則工藝加熱系統負載減少2%到15 %。在特定設計方案和市場選擇中，可能需要輔助冷卻器在運輸或儲 藏前冷卻NGL產物。NGL產物輔助冷卻器在圖1中未示出，其將位於 熱交換器34 (側再沸器)的下遊以冷卻流35。然後，流35 (離開側再沸器的冷卻NGL產物流)被泵38 (HP運 輸泵)泵至管道運輸壓力，計量並遞送至NGL產物管道。取決於特定 應用，可利用儲藏和泵的交替排列。其他替代圖1中所示管道運輸方 法的移動NGL產物的運輸方法包括，但不僅限於卡車、鐵路和海運(冷 凍運貨船)。此類替換性方案不再需要HP運輸泵38。從熱交換器6(LNG/氣體交換器)輸出的流14為再液化的"貧" LNG，其可包含稱為尾氣的少部分未冷凝氣體(0%到10%，以摩爾為 尺度)。流14被送入罐15 (LNG閃蒸罐)以從貧LNG中分離出任何 未冷凝尾氣。來自罐15的流20 (貧LNG)通過泵21 (HP輸出泵)被 泵至管道輸出壓力，並從泵21作為流22輸出。未冷凝的尾氣從罐15作為流16和流17輸出。流16代表了來自 罐15的部分未冷凝尾氣，用作高壓燃料氣體源。流17代表了來自罐 15的部分未冷凝尾氣，其超過了用作高壓燃料氣體的部分。流17 (尾 氣)通過壓縮機18 (尾氣壓縮機)壓縮至管道輸出壓力，並從壓縮機 作為流19輸出。在某些情況下，取決於再液化LNG的組成，流H可 全部被冷凝，而不需要壓縮機18。流19 (壓縮尾氣)和流22再混合。氣體流19 (壓縮尾氣)和液 體流22 (處於輸出壓力的貧LNG)的混合引起流19 (壓縮尾氣)被冷 凝，並被吸收進入貧LNG中，得到為100%液體的流23。然後，流23 (包含再液化尾氣的貧LNG)在蒸發器24 (第二級蒸發器)中蒸發，並作為流25 (管道輸出氣體)輸出，然後，其被計量並遞送至氣體管 道。蒸發器24 (第二級蒸發器)或是使用海水作為暖液的開架蒸發器 (ORV)，或是使用在浸沒式水浴中使用氣體-空氣燃燒作為熱源的浸 沒燃燒式蒸發器(SCV)，或為其他種類加熱器或者交換器的組合，其 可利用此處可用的工業用熱或廢熱。如果有適用的海水資源，推薦使 用開架蒸發器(ORV)，其可顯著提高該工藝中總體燃料效率。實施例使用稱為HYSYS (由AspenTech of Calgary, Alberta Canada提供)的市售工藝模擬程序模擬如圖1所示的一個工藝實施方 式。HYSYS通常被石油和天然氣工業用於評估和設計此類的工藝系統。 使用本方法的HYSYS模型評估範圍廣泛的LNG進料組成。此方法的 HYSYS模型計算結果總結在表1中，之下的表2為評估的其中一個 LNG進料組成。表1和2給出的實施例結果旨在說明在"高乙烷回收" 模式下操作用於典型LNG進料組成的此方法的性能。表1和2中的流 編號和圖1所述相一致。工藝工程領域的任何受訓或熟練人員，特別 是受益於這些公開的實施例的人員，從應用的角度，將意識到改變在 表1和2中公開的工藝條件的可能性。例如，此方法中溫度，壓力和 流速的組合不同於表2所述，其取決於LNG進料組成，流速，NGL產 物規格，輸出氣體規格和期望的乙烷和重烴回收水平。此專利公開的 方法特別靈活，並已經被HYSYS模型計算所確認，對範圍廣泛的LNG 進料組成，產物規格和期望的C2 +回收水平均表現出滿意的結果。在 表1和2給出的實例結果將不被用於限制或約束本發明的範圍，而僅 用於例示為假設性應用本發明實施方式的工藝條件。表1-組成和NGL回收水平 成分 LNG進料燃料氣體 流1 流16摩爾％ 摩爾％ 氮 0.131 0.404二氧化碳 0.000 0.000輸出氣體NGL產物 NGL%流25 流39 回收摩爾％ 摩爾％0.145 0.000 0,000.000 0.000 0.00
甲垸89.06699.46698.9262.2990.26乙烷7.0350.1280.86561.35289.05丙垸2.4120.0020.05723.12497.89I一丁烷0.4020.0000.0033.91199.34N—丁烷O據0.0000.0047.84099.56I一戊烷0.080O細o細0.786100.00N—戊烷0.0700.000O細0.688100.00'E、100.00100.00100.00100.00N/A表2-料流條件和流速料流編 號溫度下壓力psia流速lb 摩爾/小時1—25615.747,5303—25511547,5305—25348547,5307—13647047,5308一13646028,0439一13647019,487115044519,48713一13343542,67714一14143042,67716—14142025517—14142038519一22115038520一14143042,03722—125115042,03723-124115042，4222540111542，42226564408，7762881440 173,99329 81 440 4,85331 81 440 4，85333 84 585 4，85335 40 565 4,85336 -39 439 8,15237 -17 438 8,152 39 42 1015 4，85權利要求
1.一種從液化天然氣(LNG)中提取和回收乙烷和重烴(C2+)的方法，其減少或在某些設計方案內完全消除了對氣體壓縮的需求，包括如下步驟a)將LNG從接近大氣壓力泵至壓力範圍高達380到550psig之間；b)在所述泵作用之後，通過與下文e)中所述的低溫分餾塔頂部產生的富甲烷的塔頂冷蒸汽流直接交叉換熱，將LNG預熱至接近其泡點溫度；c)在所述預熱之後，將LNG分成兩流，其一被稱為LNG冷卻回流，另一被稱為LNG殘流；d)加熱和蒸發LNG殘流以產生進料氣流；e)使用操作壓力範圍在350到520psig之間的低溫分餾塔，從低溫分餾塔頂部產生富甲烷的塔頂冷蒸汽流，和從低溫分餾塔底部產生NGL產物流；f)將來自步驟c)的LNG冷卻回流進料至低溫分餾塔內，其入口位於低溫分餾塔的頂部理論平衡級；g)將來自步驟d)的進料氣流進料至低溫分餾塔內，其入口位於低溫分餾塔的頂部理論平衡級之下三到八個理論平衡級；h)使用至少一個具有液體洩流板和連接至低溫分餾塔進料氣流入口之下、底部平衡級之上的迴路的熱交換器給低溫分餾塔加熱，通過直接交叉換熱，把來自NGL產物回收的熱提供給所述熱交換器作為熱源；i)使用另一熱交換器給低溫分餾塔的底部加熱，產生的煮沸蒸汽返回至低溫分餾塔，並將低溫分餾塔的底部溫度保持在控制NGL產物質量所需要的溫度；j)通過利用LNG預熱步驟b)中、在LNG和富甲烷的塔頂冷蒸汽流之間使用一個或多個熱交換器交叉換熱而回收的製冷作用，將90％到100％自低溫分餾塔頂部產生的富甲烷的塔頂冷蒸汽流再液化；k)使用氣體-液體分離設備將從步驟j)所得的氣體和液體分離成為尾氣流和貧LNG流；l)使用尾氣作為源供給設施燃料氣體系統；m)使用適合在低溫操作的常規壓縮機將比設施燃料氣體系統中所用更多的尾氣壓縮至管道輸出壓力；n)把貧LNG泵至管道輸出壓力，並將貧LNG和壓縮的過量尾氣在管道輸出壓力下混合，作為再液化和冷凝尾氣的方法；和o)將包含過量的再液化尾氣的貧LNG蒸發和加熱，從而所得氣流可被遞送至輸出氣體管道。
2. 根據權利要求1所述的方法，所述蒸發步驟d)和o)進一步特徵 在於包括，使用或是海水加熱的常規幵架LNG蒸發器，在浸沒式水浴 中通過氣體-空氣燃燒加熱的常規浸沒燃燒式LNG蒸發器，或者在這些 功用中能夠蒸發LNG的其他任何種類的蒸發器或者熱交換器的組合。
3. 根據權利要求1所述的方法，步驟i)的熱交換器進一步特徵在 於，其被外部熱源供給熱，所述外部熱源包括但不僅限於蒸汽，載 熱介質流體，熱油，直接火焰加熱，溫海水，回收自輪機/發動機排空 燃燒氣體的廢熱，電熱元件，太陽能，或任何其他可適於此功用的熱 源。
4. 根據權利要求1所述的方法，b)， h)和i)要求的傳熱功用的進 一步特徵在於，使用或者銅焊鋁製板翅式交換器，印刷電路式交換器， 殼和管形熱交換器，或者能夠獲得3下 5下最小接近溫度的其他類型熱 交換器。
5. 使用權利要求l所述的方法用於a) 調節LNG，從而由LNG接收和再氣化終端遞送的輸出氣體滿 足商業天然氣質量規格；b) 調節LNG，從而滿足LNG動力車輛和其他LNG燃料設備要求 的燃料質量規格和標準；c) 調節LNG，從而使其能被用於製造滿足商業CNG燃料規格和 標準的CNG;和d) 處理LNG，從而由LNG中回收乙烷，丙烷和/或比甲烷更重的 其他烴。
6. 使用權利要求1所述的方法，用於具有各種烴組成、C2+含量 範圍從低至2.5摩爾％至高達25.0摩爾％的LNG。
7. 使用權利要求1所述的方法，用於C2+含量在權利要求6的範 圍內、"高乙垸回收模式"中的LNG，從而a) 獲得的乙垸回收範圍從80%到92%;b) 獲得的丙垸回收範圍在95%到99%之間；和c) 獲得比丙烷更重的烴的回收基本上為100%。
8. 使用權利要求1所述的方法，用於處理C2+含量在權利要求6 的範圍內、"低乙烷回收模式"中的LNG，其通過改變低溫分餾塔的 操作條件，包括降低壓力、增加底部溫度和改變回流速率等的各種組 合，從而將乙烷回收率降低至任何期望的低水平，低至最小2%的乙垸 回收，從而a) 獲得的丙烷回收範圍在95%到80%之間；禾口b) 獲得的丁烷和重烴回收範圍在99%到95%之間。
全文摘要
一種從LNG中提取和回收乙烷和重烴(C2+)的方法。本發明包括的方法最大限度利用了LNG的有益低溫熱性能從LNG中提取和回收C2+，其用獨特排列的熱交換設備，低溫分餾塔，工藝參數基本消除(或大大減少)了對氣體壓縮設備的需求，使資本費用，燃料消耗和電力需求量減少到最小。此發明可用於如下目的中的一項或多項調節LNG，從而由LNG接收和再蒸發站輸送的輸出氣滿足商業天然氣質量規格；調節LNG，從而製造滿足LNG動力車輛和其他LNG燃料設備要求的燃料質量規格和標準的貧LNG；調節LNG，從而製造能用於製備滿足商業CNG燃料規格和標準的CNG的貧LNG；從LNG中回收乙烷，丙烷和/或比甲烷更重的其他烴，以實現增加收入、利潤或其他商業原因。
文檔編號F25J3/00GK101160498SQ200580028926
公開日2008年4月9日 申請日期2005年8月26日 優先權日2004年8月27日
發明者霍勒斯·G·溫寧哈姆 申請人:阿梅克帕拉貢公司;Pi技術合作公司