СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОХЛАЖДЕНИЯ ПОТОКА УГЛЕВОДОРОДОВ Российский патент 2012 года по МПК F25J1/02 

Настоящее изобретение относится к способу охлаждения, при желании также и сжижения, потока углеводородов, такого как поток природного газа.

Известны различные способы сжижения потока углеводородов с получением в результате сжиженного природного газа (СПГ). Сжижение потока природного газа желательно по ряду причин. К примеру, природный газ можно легче хранить и транспортировать на большие расстояния в виде жидкости, чем в газообразном состоянии, поскольку он занимает меньший объем и отсутствует необходимость его хранения при высоком давлении.

Обычно природный газ, содержащий преимущественно метан, поступает в установку для сжижения природного газа при повышенных давлениях, и предварительно его обрабатывают для получения очищенного исходного сырья, подходящего для сжижения при криогенных температурах. Очищенный газ обрабатывают при его прохождении через ряд ступеней охлаждения, используя теплообменники для последовательного снижения температуры газа до достижения состояния сжижения. Сжиженный природный газ затем дополнительно охлаждают и расширяют до конечного атмосферного давления, подходящего для хранения и транспортирования. Выделяемый из каждой ступени расширения пар может быть использован в установке в качестве источника топливного газа.

В дополнение к метану природный газ обычно содержит некоторые более тяжелые углеводороды и примеси, включающие, не в качестве ограничения, двуокись углерода, серу, сероводород и другие сернистые соединения, азот, гелий, воду и другие неуглеводородные кислотные газы, этан, пропан, бутаны, углеводороды С5+ и ароматические углеводороды. Эти и какие-либо другие широко распространенные или известные более тяжелые углеводороды и примеси препятствуют осуществлению обычных известных способов сжижения метана, в особенности, осуществлению наиболее эффективных способов сжижения метана или ограничивают их применение. Большинство, если не все, из известных или предложенных способов сжижения углеводородов, в частности сжижения природного газа, основано на снижении, насколько это возможно, уровней содержания, по меньшей мере, большинства из более тяжелых углеводородов и примесей до проведения процесса сжижения.

Следует отметить, что производительность установки для сжижения обычно определяется наличием сырьевого потока газа и рыночной ценой или ожидаемыми рыночными ценами на продукты, обеспечиваемые этой установкой. Поэтому может быть желательным обеспечить гибкость в отношении производительности установки для сжижения. До настоящего времени дополнительная производительность в установке сжижения достигалась просто за счет дублирования всех аппаратов, задействованных для сырьевого потока газа, от его источника до хранения. Все вместе эти аппараты часто называют «технологической линией (цепочкой)». При этом предполагалась некоторая унифицированность некоторых или основных аппаратов одной технологической линии, например холодильных агрегатов, но не предусматривалась гибкость при проведении предварительной обработки газа.

Затраты при создании и эксплуатации установки или системы для сжижения природного газа (СПГ), конечно, являются высокими. Поэтому какая-либо гибкость и, как результат, уменьшение энергетических требований установки или системы приносит значительные выгоды с точки зрения затрат.

В статье, озаглавленной «Large Capacity LNG Plant Development», Paper PS5-3, J.J.B. Pek et al., представленной на международной конференции: 14^th International Conference & Exhibition on Liquided Natural Gas (Doha, Qatar), on 21 March 2004, описан обычный процесс сжижения природного газа, включающий общепринятые стадии, осуществляемые посредством ступени приема газа, ступени обработки газа и ступени предварительного охлаждения, которая питает две отдельные, но параллельные ступени сжижения, и конечную ступень испарения с подачей СПГ в резервуар для СПГ.

Патентный документ WO 2006/009646 A2 относится к установке для обработки углеводородного флюида, содержащей большое количество технологических аппаратов модульного типа, включающих первый и второй технологический аппарат модульного типа, имеющий модули, размеры которых соответствуют их по существу максимальной эффективности для технологического процесса, в котором они используются. В упомянутом документе WO 2006/009646 A2 описан ряд схем установки, но существующая проблема для этих схем заключается в том, что для обработки и сжижения углеводородных флюидов во всех случаях используют завершенные «технологические линии» при отсутствии эксплуатационной гибкости между ними.

Задача настоящего изобретения заключается в повышении эффективности установки для обработки или способа обработки потока углеводородов.

Еще одна задача настоящего изобретения заключается в лучшей организации потока или потоков углеводородов при их прохождении через установку или при осуществлении способа.

Настоящее изобретение обеспечивает способ охлаждения потока углеводородов, такого как поток природного газа, включающий, по меньшей мере, стадии:

(a) обеспечения сырьевого потока;

(b) прохождения указанного сырьевого потока через ступень обработки газа, включающую один или большее количество (количество: X) параллельных аппаратов для обработки газа, при этом в случае использования более чем одного аппарата для обработки газа сырьевой поток разделяют на два или большее количество частичных сырьевых потоков с получением в результате одного или большего количества первых обработанных потоков;

(c) прохождения первого обработанного потока или потоков стадии (b) через ступень извлечения жидких углеводородов из природного газа (ЖПГ), содержащую один или большее количество (количество: Y) параллельных экстракционных аппаратов для извлечения ЖПГ, при этом первый обработанный поток или потоки разделяют с согласованием разделения с количеством аппаратов для извлечения ЖПГ, с получением одного или более вторых обработанных потоков; и

(d) прохождения второго обработанного потока или потоков стадии (с) через ступень охлаждения, содержащую одну или более (количество: Z) параллельных систем охлаждения, при этом второй обработанный поток или потоки разделяют с согласованием разделения с количеством систем охлаждения, с получением охлажденного потока или потоков углеводородов;

при этом количество параллельных экстракционных аппаратов превышает количество параллельных систем охлаждения.

В соответствии с другим аспектом настоящее изобретение обеспечивает устройство для охлаждения потока углеводородов, например потока природного газа, по меньшей мере, содержащее:

(i) ступень обработки газа, в которую поступает сырьевой поток, включающую один или большее количество (количество: X) параллельных аппаратов для обработки газа, при этом сырьевой поток разделяют, если имеется более чем один аппарат для обработки газа; и

(ii) ступень извлечения ЖПГ, в которую поступает обработанный сырьевой поток или сырьевые потоки из указанной ступени обработки газа, включающую один или большее количество (количество: Y) параллельных экстракционных аппаратов для извлечения ЖПГ; и

(iii) ступень охлаждения, в которую поступает поток или потоки, подвергнутые извлечению ЖПГ, включающую одну или большее количество (количество: Z) параллельных систем охлаждения, с получением потока или потоков обработанных углеводородов;

при этом количество экстракционных параллельных аппаратов для извлечения ЖПГ превышает количество параллельных систем охлаждения.

Изобретение далее будет иллюстрировано лишь с помощью примера и со ссылками на воплощения, примеры и сопровождающие схематические и не ограничивающие изобретение чертежи.

Фиг.1 - блок-схема части установки для сжижения природного газа в соответствии с одним воплощением настоящего изобретения.

Фиг.2 - блок-схема части установки для сжижения природного газа в соответствии со вторым воплощением настоящего изобретения.

Фиг.3 - блок-схема части установки для сжижения природного газа в соответствии с третьим воплощением настоящего изобретения.

Для целей настоящего описания единым ссылочным номером позиции будет обозначен как трубопровод (трубопроводная линия), так и поток, транспортируемый по этому трубопроводу. Одинаковые элементы схемы обозначены на чертежах одинаковыми номерами позиций.

Описанные здесь способ и устройство включают ступень обработки газа, ступень извлечения ЖПГ и ступень охлаждения. Ступень обработки газа включает один или большее количество параллельных аппаратов для обработки газа; ступень извлечения ЖПГ включает один или большее количество параллельных экстракционных аппаратов для извлечения ЖПГ; и ступень охлаждения включает один или большее количество параллельных систем охлаждения. Количество аппаратов для обработки газа далее будет обозначено буквой X; количество экстракционных аппаратов для извлечения ЖПГ - буквой Y; и количество систем охлаждения - буквой Z.

Для целей настоящего описания термин «параллельные» означает размещенные или работающие параллельно относительно других аппаратов или систем одинакового типа в случае использования более чем одного (одной) из этого типа аппаратов или систем или «единственный», если используют один аппарат или одну систему определенного типа.

В соответствии с изложенным в настоящем описании обеспечивается асимметрия между количеством аппаратов для обработки газа, количеством экстракционных аппаратов для извлечения ЖПГ и количеством систем охлаждения. Асимметричная конфигурация обеспечивает выгоды с точки зрения полной технической готовности и согласования ограничений расчетной производительности отдельных единиц оборудования, связанных с их размерами.

В предпочтительной группе воплощений количество экстракционных аппаратов для извлечения ЖПГ превышает количество систем охлаждения (т.е. Y>Z). Такой предпочтительный выбор соотношения связан с представлением о том, что с точки зрения производительности пределы размеров устройства для расширения пара, как правило, ограничивают производительность в большей степени, чем размеры системы охлаждения. Функционирование экстракционных аппаратов для извлечения ЖПГ обычно связано с работой расширительного устройства. Поэтому производительность может быть увеличена за счет параллельного использования большего количества аппаратов для извлечения ЖПГ, использующих расширительное устройство, чем количество систем охлаждения.

Кроме того, выполнение условия Y>Z предполагает возможность обеспечения избытка производительности экстракционных аппаратов для извлечения ЖПГ относительно производительности охлаждающих аппаратов. Генерирование избытка газа, полученного после извлечения ЖПГ, может быть использовано для получения бытового газа из места размещения устройства для охлаждения потока углеводородов.

В другой группе воплощений величина X или Y, предпочтительно как X, так и Y, не равны Z, при этом, по меньшей мере, одна из величин X и Y превышает Z.

Обеспечиваемая здесь асимметрия, кроме того, позволяет лучше сбалансировать потребность в энергии оборудования или установки для сжижения.

Кроме того, асимметричная конфигурация предлагает пользователю установки варианты выбора и гибкость в том случае, если аппарат для обработки газа или экстракционный аппарат для извлечения ЖПГ выходит из строя или находится в нерабочем состоянии, случайно или преднамеренно, с целью ремонта или технического обслуживания и.т.п. Несмотря на то что может иметь место некоторое снижение производительности установки или одного или более потоков, установка, в целом, может продолжать функционировать за счет использования других аппаратов для обработки газа и экстракционных аппаратов для извлечения ЖПГ.

В ступени обработки газа может быть уменьшен уровень или уровни определенных примесей, обычно не являющихся углеводородами. Двумя часто встречающимися примесями являются двуокись углерода и сера (и соединения на основе серы), обычно присутствующие вместе с водой в виде «кислого газа». Многие технологические процессы, производимые с целью извлечения кислого газа из сырьевого потока, известны специалистам в данной области техники. Один общеизвестный способ заключается в использовании водного раствора амина, часто применяемого в экстракционной колонне, называемой «скруббером». Водный амин может быть одним или большим количеством веществ из известных, включающих, например, DGA (диглюкольамин), DEA (диэтаноламин), MDEA (метилдиэтиламин), МЕА (моноэтаноламин) и SULFINOLTM (Shell) и их комбинации. Как правило, извлечение кислого газа может привести к снижению содержания двуокиси углерода до уровней менее чем приблизительно 60 промилле, в то время как содержание серы может быть уменьшено до уровней менее чем приблизительно 4 промилле. Ступень обработки газа включает один или большее количество параллельных аппаратов для обработки газа. Термин «аппарат для обработки газа» означает аппарат, включающий одну или большее количество колонн для экстракции, работающих с подачей растворителя, в которых производят удаление из потока углеводородов кислого газа при повышенном давлении (относительно давления регенерации растворителя) с получением обогащенного растворителя и потока обработанных углеводородов. Обогащенный растворитель затем направляют в аппарат для обработки газа к одному или большему количеству устройств для снижения давления и затем к одному или более нагревателей или колонн регенерации, в которых от кислого газа отделяют растворитель, и, по меньшей мере, часть растворителя направляют на рециркуляцию в одну или более экстракционных колонн. Экстракционные колонны и нагреватели или колонны регенерации аппарата для обработки газа представляют собой оборудование, которое предназначено для единственного аппарата для обработки газа, так что они не используются совместно какими-либо другими аппаратами для обработки газа.

Ступень для извлечения ЖПГ включает один или более параллельных экстракционных аппаратов для извлечения ЖПГ. Термин «экстракционный аппарат для извлечения ЖПГ» означает аппарат, включающий один или большее количество газожидкостных сепараторов, из которых поток углеводородов направляют, с прохождением стадии расширения, к одному или более устройств для разделения ЖПГ, производящих поток или потоки ЖПГ, каждый из которых содержит, например, менее чем 5 мол.% метана. Указанные газожидкостные сепараторы и устройства для разделения ЖПГ, входящие в состав аппарата для экстракции ЖПГ, представляют собой оборудование, которое предназначено для использования в единственном аппарате для извлечения ЖПГ, так что они не являются общими с какими-либо другими аппаратами для извлечения ЖПГ. Однако последующее разделение потока ЖПГ на потоки отдельных углеводородов, часто называемое фракционированием, может быть осуществлено в оборудовании, общем для аппаратов извлечения ЖПГ.

Аппараты для извлечения ЖПГ как таковые известны специалистам в данной области техники. Обычно они предназначены для снижения уровня или уровней содержания углеводородных соединений, иных, чем метан, находящихся в сырьевом потоке. Один общеизвестный экстракционный аппарат для извлечения ЖПГ включает разделительное устройство или разделительный резервуар, способный обеспечить газообразный поток, богатый метаном, и один или более других потоков. Такой другой поток или потоки обычно, но не всегда, включает отдельные или объединенные потоки более тяжелых углеводородов. Богатый метаном поток может протекать через ступень охлаждения.

В одном примере экстракционный аппарат для извлечения ЖПГ обеспечивает получение единственного потока, богатого более тяжелыми углеводородами, который после этого используют или непосредственно как таковой или разделяют затем, в некотором месте разделения или аппарате для разделения, на потоки, богатые определенными более тяжелыми углеводородами. Разделение потока, богатого более тяжелыми углеводородами, может быть осуществлено с помощью одного или более разделительных устройств, известных в уровне техники, например с помощью аппарата для фракционирования (ректификации). Аппарат для фракционирования, включающий одну или большее количество колонн, может обеспечивать получение отдельных потоков определенных более тяжелых углеводородов. Например, при использовании нескольких колонн, каждая колонна может быть спроектирована для получения потока определенного углеводорода, например потока, богатого этаном, потока, богатого пропаном, потока, богатого бутаном, и потока, богатого углеводородом С5+, при этом последний иногда также называют «потоком легкого конденсата». Пропан, бутан и углеводороды С5+, иногда в совокупности называемые «жидкие углеводороды из природного газа (ЖПГ)», имеют известное использование.

Пример башни для фракционирования в виде обычной ректификационной колонны, используемой для извлечения ЖПГ, описан в патентном документе US 2004/0079107 A1.

Согласно другому примеру экстракционный аппарат для извлечения ЖПГ включает колонну фракционирования, которая в целом обеспечивает получение отдельных потоков определенных более тяжелых углеводородов, таких как указаны выше.

Системы охлаждения, используемые для ступени охлаждения, известны в уровне техники. Система охлаждения может представлять собой систему сжижения. Системы охлаждения и системы сжижения могут быть воплощены различными путями и обычно включают один или более теплообменников и контуров циркуляции хладагента.

Ступень охлаждения включает одну или более параллельных систем охлаждения. Термин «система охлаждения» означает систему охлаждения, содержащую один или более замкнутых, независимых контуров циркуляции хладагента. При нормальной работе замкнутый контур циркуляции не обменивается хладагентом с другим контуром охлаждения. Замкнутый независимый контур или контуры циркуляции хладагента предназначены для единственной системы охлаждения, так что они не являются общими с другими системами охлаждения.

Система сжижения, которая может быть использована в настоящем изобретении, может включать ряд отдельных последовательно проводимых стадий охлаждения, и определенная или каждая стадия охлаждения может использовать один или более теплообменников, энергетических уровней или секций. Одна из схем включает ступень охлаждения, имеющую первую стадию охлаждения для предварительного охлаждения, за которой следует вторая стадия охлаждения, обеспечивающая основное криогенное охлаждение и сжижение.

Первая стадия или стадия предварительного охлаждения может включать снижение температуры сырьевого потока ниже 0°С, например, в интервале от -10°С до -30°С.

Вторая или основная стадия криогенного охлаждения может включать охлаждение сырьевого потока до температуры ниже -90°С или ниже -100°С, например, в интервале от -100°С до -130°С, при котором обычно получают сжиженный поток углеводородов, например поток сжиженного природного газа.

Каждый аппарат или система ступеней, соответствующих настоящему изобретению, может работать при одинаковых или различных рабочих параметрах, таких как расход, температура, давление и т.п.

За счет использования аппаратов и систем, которые могут работать независимо, один аппарат или система могут быть выключены из работы с целью ремонта без прекращения работы всей установки для охлаждения углеводородов.

Настоящее изобретение включает комбинацию каких-либо или всех описанных здесь способов.

Как было отмечено, количество потоков для каждой ступени выбрано таким, чтобы разделение потока соответствовало количеству аппаратов или систем в каждой ступени. Это может, следовательно, потребовать деления, распределения или объединения сырьевого потока или потоков, полученных на предшествующей ступени. Такое деление, распределение и/или объединение может включать или может не включать полное перемешивание полученных ранее потоков или их полное разделение.

Какое-либо деление, распределение и/или объединение сырьевого потока или потоков, полученных в предшествующей ступени, может быть произведено неодинаковым образом. Предпочтительно потоки распределяют одинаковым образом, то есть в виде одинакового распределения потока или потоков по трубопроводам к аппаратам или системам, в которые предусмотрено направлять этот поток или эти потоки.

Деление или распределение каких-либо сырьевых потоков или каких-либо затем обработанных или охлажденных потока или потоков может быть произведено с помощью подходящего делителя, например с помощью делителя потока. Предпочтительно какое-либо деление или распределение создает два или большее количество потоков с одинаковым составом и одинаковыми фазами компонент.

Для изменения количества потоков до или после каждой ступени принимаются во внимание все возможные схемы. Например, если X=1, Y=2 и Z=1, первый обработанный поток, полученный посредством ступени обработки газа, разделяют на два первых обработанных потока для каждого из экстракционных аппаратов для извлечения ЖПГ в ступени извлечения ЖПГ. Два вторых обработанных потока, полученные в результате обработки, затем объединяют в единственный второй обработанный поток для единственной системы охлаждения в ступени охлаждения.

В другом примере X может быть равным 2, Y может быть равным 3, a Z может быть равным 2. В этом примере сырьевой поток распределяют или разделяют на два частичных сырьевых потока для двух аппаратов обработки газа в ступени обработки газа. Полученные в результате два первых обработанных потока затем распределяют с получением трех первых обработанных потоков, по одному для каждого из экстракционных аппаратов для извлечения ЖПГ в ступени извлечения ЖПГ. Изменение количества первых обработанных потоков от двух до трех может быть осуществлено с помощью общего коллекторного трубопровода или может быть выполнено посредством какого-либо другого распределительного устройства (схемы деления), не имеющего общего объединения, или посредством соединения всех потоков. Подобным образом, три вторых обработанных потока, полученных в ступени извлечения ЖПГ, затем делят с созданием двух вторых обработанных потоков для двух систем охлаждения. Это распределение вторых обработанных потоков может быть осуществлено посредством общего коллектора или с помощью какого-либо другого устройства (схемы), не предусматривающего общности или объединения всех вторых обработанных потоков.

Настоящее изобретение может быть также использовано для создания оборудования или установки, в которой Х=2, Y=2 и Z=1. При желании или необходимости увеличить производительность оборудования или установки, могут быть добавлены один или более дополнительных аппаратов для обработки газа, экстракционных аппаратов для извлечения ЖПГ и/или систем охлаждения, принимая во внимание расчетную производительность имеющихся аппаратов, тем самым не прибегая к используемому до сих пор методу, заключающемуся в обеспечении для этой цели укомплектованной и отдельной (дополнительной) «технологической линии» для сжижения.

Сырьевым потоком может быть какой-либо подходящий подлежащий охлаждению поток газа, содержащий углеводороды, но обычно это поток природного газа, добываемый из месторождений природного газа или нефти. В качестве альтернативы поток природного газа может быть также получен из другого источника, включающего, кроме того, искусственный источник, например процесс Фишера-Тропша.

Обычно поток природного газа содержит, главным образом, метан. Предпочтительно сырьевой поток содержит, по меньшей мере, 60 мол.% метана, более предпочтительно, по меньшей мере, 80 мол.% метана.

Хотя описанный здесь способ применим к различным сырьевым потокам углеводородов, он, в особенности, является подходящим для сжижаемого потока природного газа. Поскольку специалисту в данной области техники хорошо известно, каким образом производится сжижение потока углеводородов, далее этот процесс здесь рассматриваться не будет.

На фиг.1 представлена блок-схема части установки 1 для сжижения природного газа. На фигуре показан первоначальный сырьевой поток 10, содержащий природный газ. Сырьевой поток 10 с помощью делителя 12 потока разделяют на два частичных потока 20а и 20b. Разделение сырьевого потока 10 может быть произведено в соответствии с каким-либо отношением массы, и/или объема, и/или расхода. Это отношение может быть основано на размере или производительности расположенных далее элементов, систем или аппаратов установки или исходя из других соображений. Одним из примеров указанного отношения является равное разделение охлажденной массы потока.

Указанные два частичных потока 20а, 20b поступают в ступень 2 обработки газа, содержащую два параллельных аппарата 14а, 14b обработки газа. Такие аппараты 14а, 14b для обработки газа приспособлены для снижения в частичных потоках 20а, 20b содержания примесей, включающих, не в качестве ограничения, кислый газ, и в результате получают два первых обработанных потока 30а, 30b соответственно. Рабочий процесс аппаратов 14а, 14b для обработки газа, например скрубберов, хорошо известен в уровне техники. Фиг.1 иллюстрирует выходящий поток 15а, 15b двуокиси углерода, серы и каких-либо серосодержащих соединений из каждого аппарата 14а, 14b для обработки газа.

Первые обработанные потоки 30а, 30b направляют в ступень 4 извлечения ЖПГ, которая включает два параллельных экстракционных аппарата 16а, 16b для извлечения ЖПГ. Экстракционные аппараты 16а, 16b для извлечения ЖПГ обеспечивают получение двух вторых обработанных потоков 40а, 40b, которые обогащены метаном. Эти потоки объединяют с получением объединенного обработанного потока 50. Вторые обработанные сырьевые потоки 40а, 40b могут быть объединены с помощью объединяющего элемента 18, известного в уровне техники. Объединяющим элементом может быть какое-либо подходящее устройство, обычно включающее соединительный элемент или узел, или система труб, или трубопроводы, по усмотрению снабженные одним или более клапанов.

Экстракционные аппараты 16а, 16b для извлечения ЖПГ также обеспечивают два более тяжелых обогащенных углеводородами потока 17а, 17b, которые направляют к общему аппарату 24 для фракционирования. Обогащенные потоки 17а, 17b перед входом в общий аппарат 24 для фракционирования могут быть объединены, как это показано на фиг.1, или они могут быть направлены по отдельности в общий аппарат 24 для фракционирования.

Общий аппарат 24 для фракционирования предназначен для получения отдельных обогащенных потоков одного или большего количества углеводородов, таких как пропан, бутан и углеводороды С5+ и, при желании, также этан. Указанные обогащенные потоки являются, помимо того, полезными продуктами для использования в установке 1 для получения жидкости или вне этой установки. Обогащенные потоки показаны на фиг.1 в совокупности в виде потоков 26.

Аппаратом 24 для фракционирования может быть единственный аппарат, включающий в одну или более колонн, при этом каждая колонна обычно служит для разделения и получения одного конкретного более тяжелого углеводорода. Фракционирование в уровне техники хорошо известно, также хорошо известны в уровне техники выгоды и полезность отдельных потоков пропана, бутана и С5+.

Хотя на фиг.1 это не показано, какой-либо поток метана или богатый метаном поток, произведенный в аппарате 24 фракционирования, может быть возвращен или направлен на рециркуляцию в тракт вторых обработанных потоков 40а, 40b или объединенного потока 50.

Объединенный обработанный поток 50 затем направляют в ступень 6 охлаждения. На фиг.1 ступень 6 охлаждения обеспечивает получение охлажденного потока 60 углеводородов.

Охлаждение объединенного обработанного потока 50 в ступени 6 охлаждения может включать какую-либо степень охлаждения, используя для этого какое-либо количество аппаратов, устройств или систем или их комбинаций, известных в уровне техники. Одним примером является использование одного или большего количества теплообменников. Обычно охлаждение осуществляют посредством прохождения объединенного обработанного потока 50 в противотоке с одним или более охлаждающих потоков или потоков хладагента и/или прохождения через один или более клапанов и/или сепараторов, как это известно в уровне техники.

В одном воплощении настоящего изобретения ступень 6 охлаждения приспособлена для сжижения объединенного обработанного потока 50 так, чтобы обеспечить сжиженный поток углеводородов, например поток сжиженного природного газа. Сжижение объединенного обработанного потока 50 может быть произведено посредством его пропускания через систему охлаждения, которая является системой 22 сжижения, использующей один или более теплообменников, и охлаждения в противотоке с одним или большим количеством хладагентов, которые представляют собой специально предназначенные хладагенты или другие охлажденные потоки. Сжижение может включать одну или более стадий охлаждения и/или сжижения.

Обычно ступень охлаждения предназначена для получения потока сжиженного природного газа, имеющего температуру ниже -150°С и, как правило, в интервале от -160°С до -165°С.

Между ступенью 2 обработки газа, ступенью 4 извлечения ЖПГ и ступенью 6 охлаждения могут быть размещены один или более аппаратов или включены одна или более характерных особенностей, например клапаны, или дополнительные обработки, или средства контроля пути прохождения или расхода потоков между ними.

Фиг.1 иллюстрирует способ обработки потока углеводородов, например потока природного газа, в котором Х=2, Y=2 и Z=1. Как видно, существует асимметрия между количеством аппаратов для обработки газа, количеством экстракционных аппаратов для извлечения ЖПГ и количеством систем охлаждения. Асимметричная конфигурация, в частности, в случае Y>Z, что имеет место в воплощении, иллюстрируемом на фиг.1, предполагает наличие отмеченных выше преимуществ.

В других воплощениях изобретения X может быть равен 3, в то время как Z=1 или Z=2. В таких воплощениях или же в иных воплощениях изобретения Y может быть равен 3, в то время как Z=1 или Z=2.

На фиг.2 представлена блок-схема части установки 1а для сжижения природного газа в соответствии со вторым воплощением настоящего изобретения. На фиг.2 сырьевой поток 10 разделяют с помощью делителя 12 потока на три частичных потока 20а, 20b и 20с, причем или на одинаковые или на неодинаковые части, как это отмечено выше.

Указанные три частичных потока 20а, 20b и 20с направляют в три соответствующих и параллельных аппарата 14а, 14b, 14с для обработки газа, которые представляют собой ступень 2 обработки газа. Функционирование и действие аппаратов 14а, 14b, 14с для обработки газа подобно рассмотренному выше. Они обеспечивают получение трех первых обработанных потоков 30а, 30b, 30с и трех других потоков 15а, 154b, 15с, которые представляют собой, например, потоки серы, двуокиси углерода и т.п.

Три первых обработанных потока 30а, 30b, 30с направляют в соответствующие и параллельные экстракционные аппараты 16а, 16b, 16с для извлечения ЖПГ, функционирование и действие которых подобны описанным выше. Аппараты 16а, 16b, 16с обеспечивают получение трех вторых обработанных потоков 40а, 40b, 40с, которые затем распределяют в ступень 6 охлаждения, и трех потоков 17а, 17b, 17с более тяжелых углеводородов, использование и/или разделение которых может быть произведено одинаковым или подобным образом, описанным выше со ссылкой на фиг.1.

Распределение трех вторых обработанных потоков 40а, 40b, 40с может не включать полное объединение и перемешивание вторых обработанных потоков 40а, 40b, 40с в одной точке, в одном месте, трубопроводной линии или потоке. При этом ссылка в настоящем описании на «распределяемые» вторые обработанные потоки включает вторые обработанные потоки, которые способны обеспечить подачу одного или большего количество потоков к ступени охлаждения, причем указанная ступень охлаждения может включать одну или более систем охлаждения. Один или более потоков, питающих систему или системы охлаждения, может, следовательно, представлять собой поток, образованный из двух или большего количества вторых обработанных потоков, за исключением потока, образованного всеми вторыми обработанными потоками.

В соответствии с настоящим изобретением предусмотрено, что все вторые обработанные потоки в совокупности направляют свое течение в определенную систему охлаждения или во все системы охлаждения ступени охлаждения.

На фиг.2 схематически показано, что три вторых обработанных потока 40а, 40b, 40с обеспечивают, посредством соединенных в узле 19а, 19b соединения трубопроводов или каналов, получение объединенных обработанных потоков 50а, 50b, которые протекают соответственно в две системы 22а, 22b, представляющие собой ступень 6 охлаждения. Системы охлаждения 22а, 22b предпочтительно сжижают объединенные обработанные потоки 50а, 50b с получением двух потоков 52а, 52b сжиженных углеводородов, которые могут быть объединены с получением объединенного потока 60 сжиженных углеводородов, например потока сжиженного природного газа.

Таким образом, фиг.2 иллюстрирует способ обработки потока углеводородов, например природного газа, для которого Х=3, Y=3 и Z=2.

На фиг.3 представлена упрощенная блок-схема части 1b установки для сжижения природного газа в соответствии с третьим воплощением настоящего изобретения. На фиг.3 сырьевой поток 10 направляют в единственный аппарат 100 для обработки газа ступени 2 для обработки газа. Функционирование и воздействие на поток аппарата 100 для обработки газа подобны описанным выше. Этот аппарат обеспечивает получение первого обработанного потока 30d, который при необходимости пропускают через отдельный или встроенный аппарат 101 для осушки, предназначенный для снижения содержания воды в потоке, обеспечивающий обработанный осушенный поток 30е.

После этого обработанный осушенный поток 30е разделяют в разделителе 32 потока предпочтительно на равные части, на три частичных потока 30f, 30g, 30h, которые направляют в три соответствующих параллельных аппарата 102а, 102b, 102с для извлечения ЖПГ, функционирование и воздействие которых подобно описанным выше и которые образуют ступень 4 извлечения ЖПГ. В аппаратах 102а, 102b, 102с получают три вторых обработанных потока 40а, 40b, 40с, которые затем объединяют, используя для этого объединяющее устройство 34 с получением единственного объединенного потока 50.

Объединенный поток 50 после этого разделяют с помощью делителя 36 потока на два частичных потока 50а, 50b, по усмотрению на равные или неравные части, и направляют их в две системы 103а, 103b охлаждения, которые подобны рассмотренным выше и образуют ступень 6 охлаждения. Системы 103а, 103b охлаждения предпочтительно приспособлены для сжижения частичных потоков 50а, 50b и получения тем самым двух сжиженных потоков 52а, 52b углеводородов, которые затем могут быть объединены с помощью объединяющего устройства 38 с получением объединенного сжиженного потока 60 углеводородов, такого как поток сжиженного природного газа. Сжиженный природный газ 60 затем может проходить через аппарат 104 конечного испарения хорошо известным в уровне техники образом с получением потока 70 конечного продукта сжижения.

Таким образом, фиг.3 иллюстрирует другое воплощение настоящего изобретения, имеющее ступень обработки газа с одним аппаратом для обработки газа, ступень извлечения ЖПГ, содержащую три экстракционных аппарата для извлечения ЖПГ, и ступень охлаждения, содержащую две параллельные системы охлаждения, т.е. указанная фигура иллюстрирует способ обработки потока углеводородов, например потока природного газа, в соответствии с которым X=1, Y=3 и Z=2.

Специалисту в данной области техники будет понятно, что настоящее изобретение может быть осуществлено различными путями без выхода за пределы объема приложенных пунктов формулы изобретения.

Способ охлаждения потока углеводородов включает стадии обеспечения сырьевого потока (10); прохождения указанного сырьевого потока (10) через ступень (2) обработки газа, включающую один или большее количество (количество: X) параллельных аппаратов (14а, 14b) для обработки газа, при этом в случае использования более одного аппарата обработки газа сырьевой поток (10) разделяют на два или большее количество частичных сырьевых потоков (20а, 20b) с получением одного или более первых обработанных потоков (30а, 30b); прохождение первого обработанного потока или потоков (30а, 30b) через ступень (4) извлечения жидкого природного газа (ЖПГ), содержащую два или большее количество (количество: Y) параллельных экстракционных аппаратов (16а, 16b) для извлечения ЖПГ, при этом первый обработанный поток или потоки (30а, 30b) распределяют в соответствии с количеством экстракционных аппаратов (16а, 16b) для извлечения ЖПГ, с получением одного или более вторых обработанных потоков (40а, 40b); и прохождение второго обработанного потока или потоков (40а, 40b) через ступень (6) охлаждения, содержащую одну или более (количество: Z) параллельных систем (22) охлаждения, при этом второй обработанный поток или потоки (40а, 40b) распределяют в соответствии с количеством систем (22) охлаждения с получением охлажденного потока или потоков углеводородов. При этом Y>Z. Использование изобретения позволит повысить эффективность обработки потока углеводородов и улучшить организацию потоков при их прохождении через установку. 3 н. и 22 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ охлаждения потока углеводородов, такого как поток природного газа, включающий по меньшей мере следующие стадии:
(a) обеспечение сырьевого потока;
(b) прохождение указанного сырьевого потока через ступень обработки газа, включающую один или большее количество (количество: X) параллельных аппаратов для обработки газа, при этом в случае использования более чем одного аппарата для обработки газа сырьевой поток разделяют на два или большее количество частичных сырьевых потоков с получением в результате одного или большего количества первых обработанных потоков;
(c) прохождение первого обработанного потока или потоков стадии (b) через ступень извлечения жидких углеводородов из природного газа (ЖПГ), содержащую два или большее количество (количество: Y) параллельных экстракционных аппаратов для извлечения ЖПГ, при этом первый обработанный поток или потоки распределяют в соответствии с количеством экстракционных аппаратов для извлечения ЖПГ с получением одного или более вторых обработанных потоков; и
(d) прохождение второго обработанного потока или потоков стадии (с) через ступень охлаждения, содержащую одну или более (количество: Z) параллельных систем охлаждения, при этом второй обработанный поток или потоки распределяют в соответствии с количеством систем охлаждения с получением охлажденного потока или потоков углеводородов;
при этом Y>Z.

2. Способ по п.1, в котором Y=2 или Y=3.

3. Способ по п.1, в котором сырьевой поток разделяют на два частичных сырьевых потока, при этом Х=2, Z=l.

4. Способ по п.3, в котором Y=2.

5. Способ по п.1, в котором Y=2, Z=1.

6. Способ по п.1, в котором сырьевой поток разделяют на три частичных сырьевых потока, при этом Х=3 и Z=1 или Z=2.

7. Способ по п.6, в котором Y=3.

8. Способ по п.1, в котором Y=3 и Z=1 или Z=2.

9. Способ по одному из предшествующих пунктов, в котором один или каждый экстракционный аппарат для извлечения ЖПГ обеспечивает второй обработанный поток и один или большее количество отдельных потоков.

10. Способ по п.9, в котором один или большее количество отдельных потоков подвергают фракционированию для получения одного или более фракционированных потоков.

11. Способ по одному из пп.1-8, в котором величина Х отличается от величины Z.

12. Способ по одному из пп.1-8, в котором стадия (d) охлаждения приводит к сжижению второго обработанного потока или потоков с получением сжиженного потока или потоков углеводородов, предпочтительно сжиженного природного газа.

13. Сжиженные углеводороды, содержащие поток сжиженных углеводородов, полученный согласно способу по п.12.

14. Устройство для охлаждения потока углеводородов, например потока природного газа, по меньшей мере содержащее:
(i) ступень обработки газа, в которую поступает сырьевой поток, содержащую один или большее количество (количество: X) параллельных аппаратов для обработки газа, при этом сырьевой поток разделяют, если имеется более одного аппарата для обработки газа; и
(ii) ступень извлечения жидких углеводородов из природного газа, в которую поступает обработанный сырьевой поток или сырьевые потоки из указанной ступени обработки газа, содержащую два или большее количество (количество: Y) параллельных экстракционных аппаратов для извлечения ЖПГ; и
(iii) ступень охлаждения, в которую поступает поток или потоки, после извлечения из них ЖПГ, содержащую одну или большее количество (количество: Z) параллельных систем охлаждения для получения потока или потоков обработанных углеводородов;
при этом Y>Z.

15. Устройство по п.14, в котором Y=2 или Y=3.

16. Устройство по п.14, в котором Х=2 и Z=1.

17. Устройство по п.16, в котором Y=2.

18. Устройство по п.14, в котором Y=2 и Z=1.

19. Устройство по п.14, в котором Х=3 и Z=1 или Z=2.

20. Устройство по п.19, в котором Y=3.

21. Устройство по п.14, в котором Y=3 и Z=1 или Z=2.

22. Устройство по одному из пп.14-21, дополнительно содержащее аппарат для фракционирования всех из одного или более отдельных потоков, полученных с помощью экстракционных аппаратов для извлечения ЖПГ.

23. Устройство по п.22, в котором величина Х отличается от величины Z.

24. Устройство по одному из пп.14-21, в котором величина Х отличается от величины Z.

25. Устройство по одному из пп.14-21, в котором одна или каждая система охлаждения представляет собой систему для сжижения.