УЛУЧШЕННОЕ УДАЛЕНИЕ АЗОТА В УСТАНОВКЕ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ СЖИЖЕННОГО ПРИРОДНОГО ГАЗА Российский патент 2013 года по МПК F25J1/02 F25J3/02 

Уровень техники

1. Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к способам и устройствам для сжижения природного газа. В другом аспекте, настоящее изобретение относится к установке для получения сжиженного природного газа (СПГ), использующей улучшенную систему удаления азота.

2. Описание предшествующего уровня техники

Криогенное сжижение обычно используется для преобразования природного газа в более удобную форму для транспортировки и/или хранения. Поскольку сжиженный природный газ сильно уменьшает свой удельный объем, в сжиженной форме, большие количества природного газа могут экономично транспортироваться и/или храниться.

Транспортировка природного газа в его сжиженной форме может эффективно соединять источник природного газа с удаленным рынком, когда источник и рынок не соединяются с помощью трубопровода. Эта ситуация обычно возникает, когда источник природного газа и рынок природного газа разделены большими объемами воды. В таких случаях, сжиженный природный газ может транспортироваться от источника к рынку с использованием специально сконструированных танкеров СПГ неограниченного морского плавания.

Хранение природного газа в его сжиженной форме может помочь сбалансировать периодические флуктуации в поставках природного газа и в его потреблении, в частности, СПГ может "складироваться" для использования, когда потребность в природном газе является низкой и/или когда поставки большие. В результате, пики потребности в будущем могут компенсироваться с помощью СПГ из хранилища, который может испаряться, когда потребление того требует.

Существует несколько способов сжижения природного газа. Некоторые способы производят продукт СПГ высокого давления (СПГВД), который является полезным, но требует дорогостоящих емкостей высокого давления для хранения и транспортировки. Другие способы производят продукт СПГ, имеющий давление, примерно равное атмосферному давлению. Как правило, эти способы получения СПГ без высокого давления включают охлаждение потока природного газа с помощью опосредованного теплообмена с одним или несколькими хладоагентами, а затем расширения охлажденного потока природного газа примерно до атмосферного давления. В дополнение к этому, большинство установок для получения СПГ используют одну или несколько систем для удаления примесей (например, воды, кислотных газов, азота и этана, и более тяжелых компонентов) из потока природного газа в различные моменты в течение способа сжижения.

Часто, поток природного газа, вводимый в установку для получения СПГ, может иметь относительно высокую концентрацию азота. Высокие концентрации азота в потоке исходных материалов природного газа может создавать несколько проблем при работе, когда газ подвергается сжижению в установке для получения СПГ. Например, природный газ может быть более сложным для конденсации, при этом повышаются требования к мощности компрессора. Сжиженный природный газ, имеющий повышенную концентрацию азота, может также приводить к получению повышенных объемов некондиционного СПГ и к понижению качества топливного газа для использования в установке. Проблемы с природным газом с высоким содержанием азота могут дополнительно обостряться, когда установка для получения СПГ использует один или несколько разомкнутых контуров охлаждения, которые используют, по меньшей мере, часть потока исходных материалов природного газа в качестве хладоагента.

Хотя они являются в высшей степени желательными и даже необходимыми в некоторых случаях, обычные способы удаления азота из природного газа, сжиженного в установке для получения СПГ, могут быть дорогостоящими. Типичные установки регенерации азота (УРА) перерабатывают большие объемы содержащих метан промежуточных технологических потоков, имеющих относительно разбавленные, но, тем не менее, нежелательные концентрации азота. Переработка этих повышенных объемов более разбавленных по азоту технологических потоков повышает общую стоимость удаления азота с точки зрения капитальных затрат, затрат на обслуживание и стоимости работы, для сведения к минимуму затрат и доведения до максимума прибыли, желательным является более эффективный способ удаления азота из системы для получения СПГ.

Сущность изобретения

В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения, предусматривается способ сжижения потока природного газа, способ включает: (a) охлаждение, по меньшей мере, части потока природного газа в первом теплообменнике первого предварительного контура охлаждения с помощью опосредованного теплообмена с первым хладоагентом на основе чистого компонента с получением, таким образом, охлажденного потока природного газа; (б) охлаждение, по меньшей мере, части охлажденного потока природного газа в проходе для охлаждения второго теплообменника в разомкнутом контуре охлаждения метана с получением, таким образом, охлажденного потока, содержащего в основном метан; (в) отделение, по меньшей мере, части охлажденного потока, содержащего в основном метан, в емкости для многоступенчатого разделения с получением, таким образом, потока, содержащего в основном пары, и потока, содержащего в основном жидкость; и (г) прохождение, по меньшей мере, части потока, содержащего в основном пары, через проход для нагрева второго теплообменника с тем, чтобы достичь, по меньшей мере, части охлаждения на стадии (б), где емкость для многоступенчатого разделения располагается после прохода для охлаждения и перед проходом для нагрева второго теплообменника, где молярная доля азота у потока, содержащего в основном пары, по меньшей мере, примерно в 1,25 раза больше чем молярная доля азота у охлажденного потока, содержащего в основном метан, вводимого в емкость для многоступенчатого разделения.

В другом варианте осуществления настоящего изобретения, предусматривается способ сжижения потока природного газа в установке для получения СПГ, способ включает: (a) охлаждение потока природного газа в предварительном контуре охлаждения с получением, таким образом, охлажденного потока природного газа; (б) отделение, по меньшей мере, части охлажденного потока природного газа в колонне для удаления тяжелых фракций с получением, таким образом, потока из верхней части колонны, содержащего в основном метан, и донного потока; (в) охлаждение, по меньшей мере, части потока из верхней части колонны, содержащего в основном метан, в теплообменнике разомкнутого контура охлаждения метана, с получением, таким образом, охлажденного потока, содержащего в основном метан; (г) мгновенное испарение, по меньшей мере, части охлажденного потока, содержащего в основном метан, с получением, таким образом, двухфазного потока, содержащего в основном метан; (д) отделение, по меньшей мере, части двухфазного потока, содержащего в основном метан, в емкости для многоступенчатого разделения с тем, чтобы получить поток, содержащий в основном пары, и поток, содержащий в основном жидкость; (е) прохождение, по меньшей мере, части потока, содержащего в основном пары, через теплообменник с тем, чтобы получить, по меньшей мере, частичное охлаждение на стадии (в), при этом, по меньшей мере, часть потока, содержащего в основном пары, проходящего через теплообменник, удаляется из теплообменника как нагретый поток паров; (ж) разделение, по меньшей мере, части нагретого потока паров на фракцию хладоагента и удаленную фракцию; (з) сжатие, по меньшей мере, части фракции хладоагента в компрессоре для метана разомкнутого контура охлаждения метана с тем, чтобы получить сжатый поток хладоагента; (и) охлаждение, по меньшей мере, части сжатого потока хладоагента в предварительном контуре охлаждения с тем, чтобы получить охлажденный поток хладоагента; и к) введение, по меньшей мере, части охлажденного потока хладоагента в емкость для многоступенчатого разделения в качестве потока для повышения разделения.

Еще в одном варианте осуществления настоящего изобретения, предусматривается установка для сжижения потока природного газа. Установка содержит первый контур охлаждения, второй контур охлаждения и емкость для многоступенчатого разделения. Первый контур охлаждения содержит первый теплообменник, который содержит первый проход для охлаждения, определяющий первый вход для подогретой текучей среды и первый выход для холодной текучей среды. Второй контур охлаждения содержит второй теплообменник, который определяет второй проход для охлаждения и второй проход для нагрева. Второй проход для охлаждения определяет второй вход для подогретой текучей среды и второй выход для холодной текучей среды, в то время как второй проход для нагрева определяет второй вход для холодной текучей среды и второй выход для подогретой текучей среды. Емкость для многоступенчатого разделения определяет первый вход для текучей среды, верхний выход для паров и нижний выход для жидкости. Емкость для многоступенчатого разделения располагается после первого прохода для охлаждения первого теплообменника и располагается перед вторым проходом для нагрева второго теплообменника. Первый выход для холодной текучей среды первого прохода для охлаждения находится в сообщении текучих сред со вторым входом для подогретой текучей среды второго прохода для охлаждения. Второй выход для холодной текучей среды второго прохода для охлаждения находится в сообщении текучих сред с первым входом для текучей среды емкости для многоступенчатого разделения. Верхний выход для паров емкости для многоступенчатого разделения находится в сообщении текучих сред со вторым входом для холодной текучей среды второго прохода для нагрева.

Краткое описание фигур

Определенные варианты осуществления настоящего изобретения описываются подробно ниже со ссылками на прилагаемые фигуры, на которых изображено следующее

фиг.1 представляет собой упрощенный общий вид установки для получения СПГ каскадного типа в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения;

фиг.2 представляет собой блок-схему установки для получения СПГ каскадного типа в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения;

фиг.3 представляет собой блок-схему установки для получения СПГ каскадного типа в соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения; и

фиг.4 представляет собой блок-схему установки для получения СПГ каскадного типа в соответствии с еще одним вариантом осуществления настоящего изобретения.

Подробное описание

Настоящее изобретение может осуществляться в установке, используемой для охлаждения природного газа до его температуры ожижения, с тем, чтобы получить сжиженный природный газ (СПГ). Как правило, установка для получения СПГ содержит множество контуров охлаждения, которые используют один или несколько хладоагентов для извлечения тепла из природного газа, а затем удаляют тепло в окружающую среду. В одном из вариантов осуществления, установка для получения СПГ, в которую включается настоящее изобретение или которая используется в сочетании с ним, может содержать, по меньшей мере, один, по меньшей мере, два или, по меньшей мере, три или более контуров охлаждения. Имеются многочисленные конфигурации систем для получения СПГ, и настоящее изобретение может осуществляться во множестве различных типов систем для получения СПГ.

В одном из вариантов осуществления, настоящее изобретение может осуществляться в системе для получения СПГ со смешанным хладоагентом. Примеры способов со смешанным хладоагентом могут включать, но, не ограничиваясь этим, систему охлаждения с одним замкнутым контуром, использующую смешанный хладоагент, систему с предварительно охлажденным смешанным хладоагентом на основе пропана и систему с двойным смешанным хладоагентом. Некоторые системы со смешанным хладоагентом могут также содержать один или несколько контуров охлаждения с чистыми компонентами.

В другом варианте осуществления, настоящее изобретение осуществляется в каскадной системе для получения СПГ, использующей способ охлаждения каскадного типа, использующий один или несколько хладоагентов на основе чистых компонентов. Хладоагенты, используемые в способах охлаждения каскадного типа, могут иметь последовательно понижающиеся температуры кипения для доведения до максимума удаления тепла из потока природного газа, который сжижается. В дополнение к этому, способы охлаждения каскадного типа могут использовать некоторый уровень использования тепла в системе. Например, способ охлаждения каскадного типа может охлаждать один или несколько хладоагентов, имеющих более высокую летучесть, с помощью опосредованного теплообмена с одним или несколькими хладоагентами, имеющими более низкую летучесть. В дополнение к охлаждению потока природного газа с помощью опосредованного теплообмена с одним или несколькими хладоагентами, каскадные системы для получения СПГ и системы для получения СПГ со смешанным хладоагентом могут использовать одну или несколько ступеней расширительного охлаждения для одновременного охлаждения СПГ и понижения его давления примерно до атмосферного давления.

Фиг.1 иллюстрирует один из вариантов осуществления упрощенной установки для получения СПГ, использующей улучшенную систему удаления азота. Каскадная установка для получения СПГ на фиг.1, как правило, содержит секцию 10 каскадного охлаждения, зону 11 удаления тяжелых фракций и секцию 12 расширительного охлаждения. Секция 10 каскадного охлаждения изображена как содержащая первый контур 13 механического охлаждения, второй контур 14 механического охлаждения и третий контур 15 механического охлаждения. Как правило, первый, второй и третий контуры 13, 14, 15 охлаждения могут работать, каждый, охлаждая, по меньшей мере, часть потока природного газа, поступающего в установку для получения СПГ. Первый, второй и третий контуры 13, 14, 15 охлаждения могут представлять собой замкнутые контуры охлаждения, разомкнутые контуры охлаждения или любое их сочетание. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения, первый и второй контуры 13 и 14 охлаждения могут представлять собой замкнутые контуры, а третий контур 15 охлаждения может представлять собой разомкнутый контур, который использует хладоагент, содержащий, по меньшей мере, часть потока исходных материалов природного газа, подвергающегося сжижению. Когда третий контур 15 охлаждения содержит разомкнутый контур охлаждения, как показано на фиг.1, установка для получения СПГ может дополнительно содержать установку 26 регенерации азота (УРА) для удаления, по меньшей мере, части азота, поступающего в систему, посредством потока исходных материалов природного газа.

В соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения, первый, второй и третий контуры 13, 14, 15 охлаждения могут использовать соответствующие первый, второй и третий хладоагенты, имеющие последовательно понижающиеся температуры кипения. Например, первый, второй и третий хладоагенты могут иметь температуры кипения в среднем диапазоне при нормальном давлении (то есть, нормальные температуры кипения в среднем диапазоне) в пределах примерно 10°C (18°F), в пределах примерно 5°C (9°F) или в пределах 2°C (3,6°F) от нормальных температур кипения пропана, этилена и метана, соответственно. В одном из вариантов осуществления, первый хладоагент может содержать, по меньшей мере, примерно 75 процентов молярных, по меньшей мере, примерно 90 процентов молярных, по меньшей мере, 95 процентов молярных или может состоять или по существу состоять из пропана, пропилена или их смесей. Второй хладоагент может содержать, по меньшей мере, примерно 75 процентов молярных, по меньшей мере, примерно 90 процентов молярных, по меньшей мере, 95 процентов молярных или может состоять или по существу состоять из этана, этилена или их смесей. Третий хладоагент может содержать, по меньшей мере, примерно 75 процентов молярных, по меньшей мере, примерно 90 процентов молярных, по меньшей мере, 95 процентов молярных или может состоять или по существу состоять из метана. В одном из вариантов осуществления, по меньшей мере, один из первого, второго и третьего хладоагентов может представлять собой смешанный хладоагент. В другом варианте осуществления, по меньшей мере, один из первого, второго и третьего хладоагентов может представлять собой хладоагент на основе чистого компонента.

Как показано на фиг.1, первый контур 13 охлаждения может содержать первый компрессор 16 для хладоагента, первый охладитель 17 и первый холодильник 18 для хладоагента. Первый компрессор 16 для хладоагента может высвобождать поток сжатого первого хладоагента, который впоследствии может охлаждаться и, по меньшей мере, частично сжижаться в охладителе 17. Полученный поток хладоагента может поступать затем в первый холодильник 18 для хладоагента, где, по меньшей мере, часть потока хладоагента может охлаждать поступающий поток природного газа в проходе 100 с помощью опосредованного теплообмена с испаряющимся первым хладоагентом. Газообразный хладоагент может покидать первый холодильник 18 для хладоагента и может затем направляться во входной узел первого компрессора 16 для хладоагента, для рециркуляции, как описано ранее.

Первый холодильник 18 для хладоагента может содержать одну или несколько ступеней охлаждения, работающих для понижения температуры поступающего потока природного газа в проходе 100 на величину в пределах примерно от 20°C (36°F) примерно до 120°C (216°F), примерно 25°C (45°F) примерно до 110°C (198°F) или от 40°C (72°F) до 85°C (153°F). Как правило, природный газ, поступающий в первый холодильник 18 для хладоагента через проход 100, может иметь температуру в пределах примерно от -20°C (-4°F) примерно до 95°C (203°F), примерно от -10°C (14°F) примерно до 75°C (167°F) или от 10°C (50°F) до 50°C (122°F). Как правило, температура охлажденного потока природного газа, покидающего первый холодильник 18 для хладоагента, может находиться в пределах примерно от -55°C (-67°F) примерно до -15°C (5°F), примерно от -45°C (-49°F) примерно до -20°C (-4°F) или от -40°C (-40°F) до -30°C (-22°F). Как правило, давление потока природного газа в проходе 100 может находиться в пределах примерно от 690 кПа (100,1 фунт/кв.дюйм) примерно до 20,690 кПа (3000,8 фунт/кв.дюйм), примерно от 1,725 кПа (250,2 фунт/кв.дюйм) примерно до 6,900 кПа (1000,8 фунт/кв.дюйм) или от 2,760 кПа (400,3 фунт/кв.дюйм) до 5,500 кПа (797,7 фунт/кв.дюйм). Поскольку перепад давления на первом холодильнике 18 для хладоагента может быть меньше примерно, чем 690 кПа (100,1 фунт/кв.дюйм), меньше примерно, чем 345 кПа (50 фунт/кв.дюйм) или меньше чем 175 кПа (25,4 фунт/кв.дюйм), охлажденный поток природного газа в проходе 101 может иметь по существу такое же давление как и поток природного газа в проходе 100.

Как иллюстрируется на фиг.1, охлажденный поток природного газа, покидающего первый контур 13 охлаждения, может затем поступать во второй контур 14 охлаждения, который может содержать второй компрессор 19 для хладоагента, второй охладитель 20 и второй холодильник 21 для хладоагента. Сжатый поток хладоагента может высвобождаться из второго компрессора 19 для хладоагента и может впоследствии охлаждаться и, по меньшей мере, частично сжижаться в охладителе 20 перед поступлением во второй холодильник 21 для хладоагента. Второй холодильник 21 для хладоагента может использовать множество ступеней охлаждения для постепенного уменьшения температуры потока, содержащего в основном метан, в проходе 101 на величину в пределах примерно от 30°C (54°F) примерно до 100°C (180°F), примерно от 35°C (63°F) примерно до 85°C (153°F) или от 50°C (90°F) до 70°C (126°F). Как показано на фиг.1, испаренный второй хладоагент может затем возвращаться во входной узел второго компрессора 19 для хладоагента перед рециркуляцией во второй контур 14 охлаждения, как описано ранее.

Поток исходных материалов природного газа в проходе 100 обычно будет содержать этан и более тяжелые компоненты (C₂+), что может приводить к образованию жидкой фазы, обогащенной C₂+, во время сжижения. Для удаления материала нежелательных тяжелых фракций из потока, содержащего в основном метан, перед его полным сжижением, по меньшей мере, часть потока природного газа может проходить через зону 11 удаления тяжелых фракций, которая, как правило, может находиться перед третьим контуром 15 охлаждения. В одном из вариантов осуществления (не показан), поток природного газа или его часть, проходящая через зону 11 удаления тяжелых фракций, может извлекаться перед поступлением во время прохождения через него, или непосредственно после выхода из первого контура 13 охлаждения. В другом варианте осуществления (не показан), поток природного газа или его часть, проходящая через зону 11 удаления тяжелых фракций, может извлекаться перед поступлением во второй контур 14 охлаждения или непосредственно после выхода из него. Еще в одном варианте осуществления, по меньшей мере, часть охлажденного потока природного газа, проходящая через второй холодильник 21 для хладоагента, может извлекаться через проход 102 и перерабатываться в зоне 11 удаления тяжелых фракций, как показано на фиг.1. Поток в проходе 102 может иметь температуру в пределах примерно от -110°C (-166°F) примерно до -45°C (-49°F), примерно от -95°C (-139°F) примерно до -50°C (-58°F) или от -85°C (-121°F) до -65°C (-85°F). Как правило, поток в проходе 102 может иметь давление, которое находиться в пределах примерно 5 процентов, примерно 10 процентов или 15 процентов от давления потока исходных материалов природного газа в проходе 100.

Зона удаления 11 тяжелых фракций может, как правило, содержать один или несколько сепараторов газ-жидкость, работающих для удаления, по меньшей мере, части материала тяжелых углеводородов из охлажденного потока природного газа. Как правило, зона 11 удаления тяжелых фракций может работать для удаления бензола и других высокомолекулярных ароматических компонентов, которые могут замерзнуть на следующих стадиях сжижения и забить расположенное далее технологическое оборудование. В дополнение к этому, зона 11 удаления тяжелых фракций может работать для извлечения тяжелых углеводородов в потоке газоконденсата природного газа (ГК). Примеры типичных углеводородных компонентов, содержащихся в потоках ГК, могут включать этан, пропан, изомеры бутана, изомеры пентана и гексан, и более тяжелые компоненты (то есть, C₆+). Степень извлечения ГК из потока, содержащего в основном метан, в конечном счете, влияет на одну или несколько конечных характеристик продукта СПГ, таких, например, как индекс Гоббе, содержание BTU, более высокую теплотворную способность (ТС), содержание этана, и тому подобное. В одном из вариантов осуществления, поток продукта ГК, покидающий зону 11 удаления тяжелых фракций, может подвергаться дополнительному фракционированию для получения одного или нескольких потоков чистых компонентов. Часто, потоки продуктов ГК и/или других составляющих могут использоваться в качестве сырья для смешивания бензина.

Как показано на фиг.1, обедненный тяжелыми фракциями поток, содержащий в основном метан, может извлекаться из зоны 11 удаления тяжелых фракций через проход 103, и может направляться обратно во второй контур 14 охлаждения. Как правило, поток в проходе 103 может иметь температуру в пределах примерно от -100°C (-148°F) примерно до -40°C (-40°F), примерно от -90°C (-130°F) примерно до -50°C (-58°F) или от -80°C (-112°F) до -55°C (-67°F). Давление потока в проходе 103, как правило, может находиться в пределах примерно от 1,380 кПа (200,15 фунт/кв.дюйм) примерно до 8,275 кПа (1200,2 фунт/кв.дюйм), примерно от 2,420 кПа (351 фунт/кв.дюйм) примерно до 5,860 кПа (849,9 фунт/кв.дюйм), или от 3,450 кПа (500,4 фунт/кв.дюйм) до 4,830 кПа (700,5 фунт/кв.дюйм).

Как показано на фиг.1, поток, содержащий в основном метан, в проходе 103 может впоследствии дополнительно охлаждаться с помощью второго холодильника 21 для хладоагента. В одном из вариантов осуществления, поток, покидающий второй холодильник 21 для хладоагента через проход 104, может быть полностью сжиженным и может иметь температуру в пределах примерно от -135°C (-211°F) примерно до -55°C (-67°F), примерно от -115°C (-175°F) примерно до -65°C (-85°F) или от -95°C (-139°F) до -85°C (-121°F). Как правило, поток в проходе 104 может находиться приблизительно при таком же давлении, как и поток природного газа, поступающий в установку для получения СПГ, в проходе 100.

Как иллюстрируется на фиг.1, поток, несущий СПГ высокого давления, в проходе 104 может объединяться с обсуждаемым далее потоком в проходе 109 перед поступлением в третий контур 15 охлаждения, который изображается, в целом, как содержащий третий компрессор 22 для хладоагента, охладитель 23 и третий подогреватель 24 для хладоагента. Сжатый хладоагент, высвобождающийся из третьего компрессора 22 для хладоагента, попадает в охладитель 23, где поток хладоагента охлаждается с помощью опосредованного теплообмена перед поступлением в зону 29 охлаждения. Зона 29 охлаждения может содержать одну или несколько ступеней охлаждения, работающих для охлаждения и, по меньшей мере, частичной конденсации потока, содержащего в основном метан, в проходе 109. В одном из вариантов осуществления, зона 29 охлаждения может, по меньшей мере, частично определяться в одном или нескольких устройствах из первого или второго холодильников 18, 21 для хладоагента и/или в третьем подогревателе 24 для хладоагента. Когда часть зоны 29 охлаждения определяется внутри одного или нескольких устройств из первого, второго и третьего контуров охлаждения 13, 14, 15, в одном из вариантов осуществления, один или несколько контуров охлаждения могут определять один или несколько проходов для охлаждения.

Как показано на фиг.1, третий подогреватель 24 для хладоагента может содержать одну или несколько ступеней охлаждения, работающих для частичного охлаждения потока высокого давления, содержащего в основном метан, с помощью опосредованного теплообмена с испаряемым хладоагентом. В одном из вариантов осуществления, температура потока, несущего СПГ высокого давления, в проходе 105 может быть уменьшена на величину в пределах примерно от 2°C (3,6°F) примерно до 35°C (63°F), примерно от 3°C (5,4°F) примерно до 30°C (54°F) или от 5°C (9°F) до 25°C (45°F) в третьем подогревателе 24 для хладоагента. Как правило, температура потока, несущего СПГ высокого давления, покидающего третий подогреватель 24 для хладоагента, может находиться в пределах примерно от -170°C (-274°F) примерно до -55°C (-67°F), примерно от -145°C (-229°F) примерно до -70°C (-94°F) или от -130°C (-202°F) до -85°C (-121°F).

Как иллюстрируется на фиг.1, по меньшей мере, часть охлажденного потока, несущего СПГ, в проходе 105, покидающего третий холодильник 24 для хладоагента, может вводиться во вход для текучей среды емкости 25 для многоступенчатого разделения. Емкость 25 для многоступенчатого разделения может содержать множество поверхностей массопереноса, таких, например, как поддоны, тарелки, структурированная насадка, неупорядоченная насадка или любое их сочетание. В одном из вариантов осуществления, емкость 25 для многоступенчатого разделения может содержать ряд поддонов и/или количество насадки, достаточное для обеспечения в пределах примерно от 2 примерно до 30, примерно от 3 примерно до 20, примерно от 4 примерно до 15 или от 5 до 10 теоретических ступеней массопереноса и переноса энергии (то есть, теоретических ступеней). Емкость 25 для многоступенчатого разделения может разделять, по меньшей мере, часть охлажденного потока, несущего СПГ, в проходе 105 на поток, содержащий в основном пары, в проходе 106a и поток, содержащий в основном жидкость, в 105a.

Как правило, емкость 25 для многоступенчатого разделения может работать для удаления, по меньшей мере, части азота из охлажденного потока, несущего СПГ, в проходе 105. Как правило, способность емкости 25 для многоступенчатого разделения к выделению азота из потока высокого давления, несущего СПГ, в проходе 105 может выражаться как "эффективность удаления азота" емкости 25 для многоступенчатого разделения. Термин "эффективность удаления азота" может определяться в соответствии со следующей формулой: (массовая скорость потока азота, поступающего в емкость 25 для многоступенчатого разделения - массовая скорость потока азота в потоке, содержащем в основном жидкость, в проходе 105a)/(масса азота, поступающего в емкость 25 для многоступенчатого разделения), выраженное в процентах. В одном из вариантов осуществления, емкость 25 для многоступенчатого разделения может иметь эффективность удаления азота в пределах примерно от 35 примерно до 99,5 процента, примерно от 45 примерно до 95 процентов, примерно от 55 примерно до 90 процентов или 60-80 процентов.

В одном из вариантов осуществления, поток из верхней части колонны, покидающий емкость 25 для многоступенчатого разделения, может иметь молярную долю азота, которая, по меньшей мере, примерно в 1,25 раза, по меньшей мере, примерно в 1,5 раза, по меньшей мере, примерно в 2 раза, по меньшей мере, примерно в 4 раза, по меньшей мере, в 6 раз больше, чем молярная доля азота в потоке исходных материалов в емкости 25 для многоступенчатого разделения в проходе 105. Как правило, поток исходных материалов в емкость для многоступенчатого разделения в проходе 105 может иметь молярную долю азота в пределах примерно от 0,005 примерно до 0,20, примерно от 0,01 примерно до 0,15, или от 0,05 до 0,10, в то время как поток из верхней части колонны, покидающий емкость 25 для многоступенчатого разделения через проход 106a, может иметь молярную долю азота в пределах примерно от 0,10 примерно до 0,50, примерно от 0,15 примерно до 0,45 или от 0,20 до 0,40.

В одном из вариантов осуществления, емкость 25 для многоступенчатого разделения может использовать, по меньшей мере, один поток для повышения разделения, для облегчения повышенного удаления азота. Примеры потока для повышения разделения могут включать, например, обратный поток и/или поток газа для удаления. Когда поток для повышения разделения представляет собой обратный поток, поток для повышения разделения может вводиться в емкость 25 для многоступенчатого разделения через вход для флегмы, расположенный в верхней части емкости 25 для многоступенчатого разделения или вблизи нее. Когда поток для повышения разделения представляет собой поток газа для удаления, поток для повышения разделения может вводиться во вход для удаления газа емкости 25 для многоступенчатого разделения, которое, как правило, может располагаться в нижней части емкости 25 для многоступенчатого разделения или вблизи нее. В одном из вариантов осуществления, по меньшей мере, часть потока для повышения разделения может проходить через емкость 25 для многоступенчатого разделения, в то время как в другом варианте осуществления, поток для повышения разделения может осуществляться перед емкостью 25 для многоступенчатого разделения (например, поток для повышения разделения может не проходить через емкость 25 для многоступенчатого разделения). В одном из вариантов осуществления, перед поступлением в емкость 25 для многоступенчатого разделения, поток для повышения разделения может охлаждаться, разделяться и/или проходить через расширительную ступень для воздействия на давление, температуру, и/или долю паров в потоке для повышения разделения. Несколько вариантов осуществления, иллюстрирующих конкретные конфигурации установки для получения СПГ каскадного типа, содержащей третий контур охлаждения, использующий емкость для многоступенчатого разделения, имеющей поток для повышения разделения, иллюстрируется на фигурах 2-4, которые будут обсуждаться более подробно в следующем разделе.

Обращаясь опять к фиг.1, здесь поток, содержащий в основном пары, покидающий емкость 25 для многоступенчатого разделения, в проходе 106a, может иметь температуру, измеренную на верхнем выходе для паров емкости 25 для многоступенчатого разделения, в пределах примерно от -80°C (-112°F) примерно до -140°C (-220°F), примерно от -85°C (-121°F) примерно до -130°C (-202°F), примерно от -95°C (-139°F) примерно до -125°C (-193°F) или от -110°C (-148°F) до -120°C (-184°F). Как правило, давление потока, покидающего емкость 25 для многоступенчатого разделения через проход 106a, может находиться в пределах примерно от 1,515 кПа (219,7 фунт/кв.дюйм абс.) примерно до 2,140 кПа (310,4 фунт/кв.дюйм абс.), примерно от 1,585 кПа (229,8 фунт/кв.дюйм абс.) примерно до 2,070 кПа (300,2 фунт/кв.дюйм абс.) или от 1,720 кПа (249,5 фунт/кв.дюйм абс.) до 1,935 кПа (280,6 фунт/кв.дюйм абс.).

Как показано на фиг.1, по меньшей мере, часть потока из верхней части колонны, содержащего в основном пары, покидающего емкость 25 для многоступенчатого разделения через проход 106a, может впоследствии направляться в третий подогреватель 24 для хладоагента, где поток может действовать в качестве хладоагента для охлаждения, по меньшей мере, части потока природного газа, поступающего в третий подогреватель для хладоагента через проход 104. Как правило, подогретый поток, содержащий в основном пары, в проходе 108 может использоваться в одном или нескольких положениях в установке для получения СПГ, в одном из вариантов осуществления, по меньшей мере, часть полученного подогретого потока при выходе из третьего подогревателя 24 для хладоагента, может направляться в систему топливного газа установки (не показана) через проход 108a.

В другом варианте осуществления, также иллюстрируемом на фиг.1, по меньшей мере, часть подогретого потока, содержащего в основном пары, обогащенного азотом, покидающего третий подогреватель 24 для хладоагента через проход 108, может разделяться на две фракции. В одном из вариантов осуществления, по меньшей мере, часть первой фракции или фракции хладоагента в проходе 108a может впоследствии вводиться во входной узел (то есть, подсос) третьего компрессора 22 для хладоагента через проход 108c, в то время как, по меньшей мере, часть второй или удаленной фракции в проходе 108b может направляться на вход для подогретой текучей среды установки 26 регенерации азота (УРА). Как правило, УРА 26 может представлять собой любую систему, способную удалять, по меньшей мере, часть азота в потоке, содержащем в основном метан, в проходе 108b. Один из примеров УРА, пригодной для использования вместе с настоящим изобретением, описывается в патенте США № 7234322, который тем самым включается в качестве ссылки во всей его полноте, до той степени, которая не является несовместимой с настоящим описанием. Как правило, УРА 26 может работать для получения потока, обогащенного азотом, в проходе 108d, который может направляться для последующего хранения, переработки и/или дополнительного использования, и обедненного азотом потока, в проходе 108e. В одном из вариантов осуществления, иллюстрируемом на фиг.1, по меньшей мере, часть потока, обедненного азотом, в проход 108e может впоследствии объединяться с подогретым потоком паров, содержащим в основном метан, покидающим третий холодильник 24 для хладоагента, в проходе 108c. Объединенный поток может затем поступать через впускное отверстие третьего компрессора 22 для охлаждения.

Как показано на фиг.1, поток, содержащий в основном жидкость, в проходе 105a, извлекаемый из нижнего выхода для жидкости емкости 25 для многоступенчатого разделения, может направляться в секцию 12 расширительного охлаждения, где поток может, по меньшей мере, частично предварительно охлаждаться посредством последовательного уменьшения давления примерно до атмосферного давления посредством прохождения через одну или несколько расширительных ступеней. Секция 12 расширительного охлаждения может содержать в пределах примерно от 1 примерно до 6, примерно от 2 примерно до 5 или 3-4 расширительных ступени. В одном из вариантов осуществления, каждая расширительная ступень может понижать температуру потока, несущего СПГ, на величину в пределах примерно от 5°C (9°F) примерно до 35°C (63°F), примерно от 7,5°C (13,5°F) примерно до 30°C (54°F) или от 10°C (18°F) до 25°C (45°F). Каждая расширительная ступень содержит один или несколько детандеров, которые понижают давление сжиженного потока, чтобы тем самым выпарить или мгновенно испарить его часть. Примеры соответствующих детандеров могут включать, но, не ограничиваясь этим, вентили Джоуля-Томпсона, трубки Вентури и турбодетандеры. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения, расширительная секция 12 может понижать давление потока, несущего СПГ, в проходе 105 на величину, находящуюся в пределах примерно от 520 кПа (75,4 фунт/кв.дюйм) примерно до 3,100 кПа (449,6 фунт/кв.дюйм), примерно от 860 кПа (124,7 фунт/кв.дюйм) примерно до 2,070 кПа (300,2 фунт/кв.дюйм) или от 1,030 кПа (149,4 фунт/кв.дюйм) до 1,550 кПа (224,8 фунт/кв.дюйм).

Каждая расширительная ступень может дополнительно использовать один или несколько сепараторов пар-жидкость, работающие для отделения паровой фазы (то есть потока мгновенно испаренного газа) от охлажденного потока жидкости. Как обсуждалось ранее, третий контур 15 охлаждения может включать контуры охлаждения без обратной связи, замкнутый контур охлаждения или любое их сочетание. Когда третий контур 15 охлаждения содержит замкнутый контур охлаждения, поток мгновенно испаренного газа может использоваться в качестве топлива в установке или направляться далее для хранения, дополнительной переработки и/или удаления. Когда третий контур 15 охлаждения содержит разомкнутые контуры охлаждения, по меньшей мере, часть потока мгновенно испаренного газа, покидающего расширительную секцию 12, может использоваться в качестве хладоагента для получения, по меньшей мере, частичного охлаждения потока природного газа в проходе 104. Как правило, когда третий контур 15 охлаждения содержит разомкнутый контур, третий хладоагент может содержать, по меньшей мере, 50 процентов массовых, по меньшей мере, примерно 75 процентов массовых или, по меньшей мере, 90 процентов массовых мгновенно испаренного газа из расширительной секции 12, по отношению к общей массе потока.

Как показано на фиг.1, поток мгновенно испаренного газа, покидающий расширительную секцию 12 охлаждения через проход 106, может направляться в третий подогреватель 24 для хладоагента, где, по меньшей мере, часть потока мгновенно испаренного газа может использоваться в качестве хладоагента для охлаждения потока природного газа, поступающего в проход 104. Затем полученный подогретый поток хладоагента может объединяться с подогретым потоком, содержащим в основном пары, из емкости 25 для многоступенчатого разделения в проходе 108. Затем объединенный поток может разделяться на две части и вводиться с помощью подкачки в третий компрессор 22 для хладоагента, как обсуждалось ранее. Как показано на фиг.1, третий компрессор 22 для хладоагента может высвобождать поток сжатого третьего хладоагента, который может после этого охлаждаться в охладителе 23. Полученный охлажденный поток хладоагента, содержащий в основном метан, в проходе 109, покидающий третий контур 15 охлаждения, может затем объединяться с охлажденным, обедненным тяжелыми фракциями потоком, содержащим в основном метан, в проходе 104 перед поступлением в третий подогреватель 24 для хладоагента, как обсуждалось ранее.

В одном из вариантов осуществления, изображенном на фиг.1, жидкий поток, покидающий расширительную секцию 12 через проход 107, может содержать СПГ. В одном из вариантов осуществления, СПГ в проходе 107 может иметь температуру в пределах примерно от -130°C (-202°F) примерно до -185°C (-301°F), примерно от -145°C (-229°F) примерно до -170°C (-274°F) или от -155°C (-247°F) до -165°C (-265°F) и давление в пределах примерно от 0 кПа (0 фунт/кв.дюйм абс.) примерно до 345 кПа (50 фунт/кв.дюйм абс.), примерно от 35 кПа (5,1 фунт/кв.дюйм абс.) примерно до 210 кПа (30,5 фунт/кв.дюйм абс.) или от 82,7 кПа (10,2 фунт/кв.дюйм абс.) до 210 кПа (20,3 фунт/кв.дюйм абс.).

В соответствии с одним из вариантов осуществления, СПГ в проходе 107 может содержать, по меньшей мере, примерно 85 процентов объемных метана, по меньшей мере, примерно 87,5 процентов объемных метана, по меньшей мере, примерно 90 процентов объемных метана, по меньшей мере, примерно 92 процентов объемных метана, по меньшей мере, примерно 95 процентов объемных метана, или, по меньшей мере, 97 процентов объемных метана. В другом варианте осуществления, СПГ в проходе 107 может содержать меньше примерно, чем 15 процентов объемных этана, меньше примерно, чем 10 процентов объемных этана, меньше примерно, чем 7 процентов объемных этана или меньше чем 5 процентов объемных этана. Еще в одном варианте осуществления, СПГ в проходе 107 может иметь меньше примерно, чем 2 процента объемного материала C₃ ⁺, меньше примерно, чем 1,5 процента объемного материала C₃ ⁺, меньше примерно, чем 1 процент объемный материала C₃ ⁺ или меньше чем 0,5 процента объемного материала C₃ ⁺. В одном из вариантов осуществления (не показан), СПГ в проходе 107 может впоследствии направляться на хранение и/или транспортироваться в другое место с помощью трубопровода, танкера неограниченного морского плавания, грузового транспортного средства или любых других соответствующих транспортных средств. В одном из вариантов осуществления, по меньшей мере, часть СПГ может впоследствии испаряться для транспортировки в трубопроводе или для использования в применениях, требующих парообразного природного газа.

Фигуры 2-4 представляют несколько вариантов осуществления конкретных конфигураций установки для получения СПГ, описанной ранее, в связи с фиг.1. Для облегчения понимания фигур 2-4, используют следующую номенклатуру номеров. Элементы с номерами 31-49 представляют собой технологические емкости и оборудование, связанное в целом с первым контуром 30 охлаждения пропана, а элементы с номерами 51-69 представляют собой технологические емкости и оборудование, в целом относящиеся ко второму контуру 50 охлаждения этилена. Элементы с номерами 71-94, в целом соответствуют технологическим емкостям и оборудованию, связанным с третьим контуром 70 охлаждения метана и/или расширительной секцией 80. Элементы с номерами 96-99 могут, в целом представлять собой технологические емкости и оборудование, связанное с зоной 95 удаления тяжелых фракций. Элементы с номерами 100-199, в целом, соответствуют проточным линиям или проходам, которые содержат в основном потоки метана. Элементы с номерами 200-299, в целом, соответствуют проточным линиям или проходам, которые содержат потоки, содержащие в основном этилен. Элементы с номерами 300-399, в целом, соответствуют проточным линиям или проходам, которые содержат потоки, содержащие в основном пропан. Элементы с номерами 400-499, в целом, соответствуют различным технологическим емкостям, оборудованию или проточным линиям или проходам, которые содержат потоки, содержащие в основном один или несколько компонентов, иных, чем метан, этилен или пропан.

Обращаясь к фиг.2, здесь иллюстрируется установка для получения СПГ каскадного типа в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения. Установка для получения СПГ, изображенная на фиг.2, в целом содержит контур 30 охлаждения пропана, контур 50 охлаждения этилена, контур 70 охлаждения метана с расширительной секцией 80 и зоной 95 удаления тяжелых фракций. Хотя "пропан", "этилен" и "метан" используются для обозначения соответствующего первого, второго и третьего хладоагентов, необходимо понять, что вариант осуществления, иллюстрируемый на фиг.2 и описанный в настоящем документе, может применяться к любому сочетанию соответствующих хладоагентов. Главные компоненты контура 30 охлаждения пропана включают компрессор 31 для пропана, охладитель 32 для пропана, холодильник 33 для пропана высокой ступени, холодильник 34 для пропана промежуточной ступени и холодильник 35 для пропана низкой ступени. Главные компоненты контура 50 охлаждения этилена содержат компрессор 51 для этилена, охладитель 52 для этилена, холодильник 53 для этилена высокой ступени, необязательный первый холодильник 54 для этилена низкой ступени, второй холодильник/конденсор 55 для этилена низкой ступени и подогреватель 56 для этилена. Главные компоненты контура охлаждения 70 метана включают компрессор 71 для метана, охладитель 72 для метана, главный подогреватель 73 для метана и вторичный подогреватель 74 для метана. Контур 70 охлаждения метана также иллюстрируется как содержащий предварительный детандер 402 для мгновенного испарения, емкость 404 для многоступенчатого разделения, ребойлер 406 емкости для многоступенчатого разделения, детандер 408 с обратным холодильником и установку 430 регенерации азота (УРА). Главные компоненты расширительной секции 80 представляют собой детандер 83 для метана промежуточной ступени, барабан 84 для мгновенного испарения метана промежуточной ступени, детандер 85 для метана низкой ступени и барабан 86 для мгновенного испарения метана низкой ступени.

Установка для получения СПГ на фиг.2 также содержит зону удаления тяжелых фракций, расположенную после необязательного первого холодильника 54 для этилена низкой ступени для удаления компонентов тяжелых углеводородов из переработанного природного газа и извлечения получаемого газоконденсата природного газа. Зона 95 удаления тяжелых фракций на фиг.2 показана как содержащая в целом первую дистилляционную колону 96 и вторую дистилляционную колону 97.

Работа установки для получения СПГ, иллюстрируемая на фиг.2, теперь будет описываться более подробно, начиная с контура 30 охлаждения пропана. Пропан сжимается в многоступенчатом (например, трехступенчатом) компрессоре 31 для пропана, приводимом в действие, например, с помощью газотурбинного привода (не иллюстрируется). Три ступени сжатия предпочтительно существуют в одном узле, хотя каждая ступень сжатия может представлять собой отдельный узел, и узлы механически соединяются для приведения в действие с помощью одного привода. При сжатии, пропан проходит через проход 300 в охладитель 32 для пропана, где он охлаждается и сжижается с помощью опосредованного теплообмена с внешней текучей средой (например, воздухом или водой). Репрезентативная температура и давление сжиженного пропанового хладоагента, покидающего охладитель 32 составляют примерно 38°C (100,4°F) и примерно 1,310 кПа (190 фунт/кв.дюйм). Поток от охладителя 32 для пропана может затем проходить через проход 302 в средства для понижения давления, иллюстрируемые как расширительный клапан 36, где давление сжиженного пропана понижается, тем самым выпаривая или мгновенно испаряя его часть. Затем полученный двухфазный поток протекает через проход 304 в холодильник 33 для пропана высокой ступени. Холодильник 33 для пропана высокой ступени использует средства 37, 38 и 39 для опосредованного теплообмена, для охлаждения соответствующих поступающих газовых потоков, включая поток метанового хладоагента в проходе 112, обсуждаемый далее, поток исходных материалов природного газа в проходе 110, и обсуждаемый далее поток этиленового хладоагента в проходе 202, с помощью опосредованного теплообмена с испаряющимся хладоагентом. Поток охлажденного метанового хладоагента покидает холодильник 33 для пропана высокой ступени через проход 130 и может впоследствии направляться на вход главного подогревателя 73 для метана, который будет обсуждаться более подробно в следующем разделе.

Поток охлажденного природного газа из холодильника 33 для пропана высокой ступени (также упоминается в настоящем документе как "поток, обогащенный метаном") протекает через проход 114 в разделительную емкость 40, где разделяются газообразная и жидкая фазы. Жидкая фаза, которая может быть обогащенной пропаном и более тяжелыми компонентами (C₃+), удаляется через проход 303. Фаза, содержащая в основном пары, покидает сепаратор 40 через проход 116 и затем может поступать в холодильник 34 для пропана промежуточной ступени, где поток охлаждается в средствах 41 опосредованного теплообмена с помощью опосредованного теплообмена с потоком пропанового хладоагента, обсуждаемого далее. Полученный двухфазный поток, обогащенный метаном, в проходе 118 затем может направляться в холодильник 35 для пропана низкой ступени, где поток может дополнительно охлаждаться с помощью средств 42 опосредованного теплообмена. Полученный поток, содержащий в основном метан, затем может покидать холодильник 34 для пропана низкой ступени через проход 120. Последовательно, охлажденный поток, обогащенный метаном, в проходе 120 может направляться в холодильник 53 для этилена высокой ступени, который будет обсуждаться вскоре более подробно.

Испаренный пропановый хладоагент, покидающий холодильник 33 для пропана высокой ступени, возвращается на входной узел высокой ступени компрессора 31 для пропана через проход 306. Остальной жидкий пропановый хладоагент в холодильнике 33 для пропана высокой ступени может проходить через проход 308, через средства для уменьшения давления, иллюстрируемые здесь как расширительный клапан 43, при этом часть сжиженного хладоагента мгновенно испаряется или выпаривается. Полученный охлажденный двухфазный поток хладоагента может затем поступать в холодильник 34 для пропана промежуточной ступени через проход 310, обеспечивая тем самым охладитель для потока природного газа и потока этиленового хладоагента, обсуждаемого далее, поступающего в холодильник 34 для пропана промежуточной ступени. Испаренный пропановый хладоагент покидает холодильник 34 для пропана промежуточной ступени через проход 312 и может затем поступать на входной узел промежуточной ступени компрессора 31 для пропана. Остальной сжиженный пропановый хладоагент покидает холодильник 34 для пропана промежуточной ступени через проход 314 и проходит через средства понижения давления, иллюстрируемые здесь как расширительный клапан 44, при этом давление потока понижается, чтобы тем самым мгновенно испарить или выпарить его часть. Полученный парообразный-жидкий поток хладоагента затем поступает в холодильник 35 для пропана низкой ступени через проход 316 и охлаждает обогащенный метаном поток и обсуждаемый далее поток этиленового хладоагента, поступающие в холодильник 35 для пропана низкой ступени через проходы 118 и 206, соответственно. Затем поток испаренного пропанового хладоагента покидает холодильник 35 для пропана низкой ступени и направляется на входной узел низкой ступени компрессора 31 для пропана через проход 318, где он сжимается и рециклируется, как описано ранее.

Как показано на фиг.2, поток этиленового хладоагента в проходе 202 поступает в холодильник для пропана высокой ступени, где поток этилена охлаждается с помощью средств 39 опосредованного теплообмена. Полученный охлажденный поток в проходе 204 затем покидает холодильник 33 для пропана высокой ступени, после чего поток поступает в холодильник 34 для пропана промежуточной ступени. При поступлении в холодильник 34 для пропана промежуточной ступени, поток этиленового хладоагента может дополнительно охлаждаться с помощью средств 45 опосредованного теплообмена. Полученный охлажденный поток этилена может затем покидать холодильник 34 для пропана промежуточной ступени перед поступлением в холодильник 35 для пропана низкой ступени через проход 206. В холодильнике 35 для пропана низкой ступени, поток этиленового хладоагента может, по меньшей мере, частично конденсироваться или конденсироваться в нем полностью, с помощью средств 46 опосредованного теплообмена. Полученный поток покидает холодильник 35 для пропана низкой ступени через проход 208 и может впоследствии направляться в аккумулятор 47, как показано на фиг.2. Поток сжиженного этиленового хладоагента, покидающий аккумулятор 47 через проход 212, может иметь репрезентативную температуру и давление примерно от -30°C (-22°F) и примерно 2,032 кПа (295 фунт/кв.дюйм абс.).

Обращаясь теперь к контуру 50 охлаждения этилена на фиг.2, сжиженный поток этиленового хладоагента в проходе 212 может поступать в подогреватель 56 для этилена, где поток может дополнительно охлаждаться с помощью средств 57 опосредованного теплообмена. Предварительно охлажденный поток жидкого этилена в проходе 214 может затем направляться через средства понижения давления, иллюстрируемые здесь как расширительный клапан 58, при этом давление потока понижается, чтобы тем самым мгновенно испарить или выпарить его часть. Охлажденный двухфазный поток в проходе 215 может затем поступать в холодильник 53 для этилена высокой ступени, где, по меньшей мере, часть потока этиленового хладоагента может испаряться, чтобы тем самым охлаждать обогащенный метаном поток, поступающий в средства 59 опосредованного теплообмена холодильника 53 для этилена высокой ступени через проход 120. Испаренный и оставшийся сжиженный хладоагент покидают холодильник 53 для этилена высокой ступени через соответствующие проходы 216 и 220. Испаренный этиленовый хладоагент в проходе 216 может повторно поступать в подогреватель 56 для этилена, где поток может подогреваться с помощью средств 60 опосредованного теплообмена перед поступлением на входной узел высокой ступени компрессора 51 для этилена через проход 218, как показано на фиг.2.

Остальной сжиженный хладоагент в проходе 220 может повторно поступать в подогреватель 56 для этилена, где поток может дополнительно предварительно охлаждаться с помощью средств 61 опосредованного теплообмена. Полученный охлажденный поток хладоагента покидает подогреватель 56 для этилена через проход 222 и может впоследствии направляться в средства для понижения давления, иллюстрируемые здесь как расширительный клапан 62, при этом давление потока понижается, чтобы тем самым выпарить или мгновенно испарить его часть. Полученный охлажденный двухфазный поток в проходе 224 поступает в необязательный первый холодильник 54 для этилена низкой ступени, где поток хладоагента может охлаждать поток природного газа в проходе 122, поступающего в необязательный первый холодильник 54 для этилена низкой ступени, с помощью средств 63 опосредованного теплообмена. Как показано на фиг.2, полученный охлажденный поток, обогащенный метаном, покидающий холодильник 54 для этилена промежуточной ступени, может затем направляться в зону 95 удаления тяжелых фракций через проход 124. Зона 95 удаления тяжелых фракций будет обсуждаться подробно в следующем разделе.

Испаренный этиленовый хладоагент покидает необязательный первый холодильник 54 для этилена низкой ступени через проход 226, после чего поток может объединяться с потоком паров этилена в проходе 238, обсуждаемым далее. Объединенный поток в проходе 240 может поступать в подогреватель 56 для этилена, где поток подогревается в средствах 64 опосредованного теплообмена перед поступлением на входной узел низкой ступени компрессора 51 для этилена через проход 230. Как показано на фиг.2, поток сжатого этиленового хладоагента в проходе 236 может впоследствии направляться в охладитель 52 для этилена, где поток этилена может охлаждаться с помощью опосредованного теплообмена с внешней текучей средой (например, водой или воздухом). Полученный, по меньшей мере, частично конденсированный поток этилена может затем вводиться через проход 202 в холодильник 33 для пропана высокой ступени для дополнительного охлаждения, как обсуждалось ранее.

Остальной сжиженный этиленовый хладоагент покидает необязательный первый холодильник 54 для этилена низкой ступени через проход 228 перед поступлением во второй холодильник/конденсор 55 для этилена низкой ступени, где хладоагент может охлаждать поток, обогащенный метаном, покидающий зону 95 удаления тяжелых фракций через проход 126, с помощью средств 65 опосредованного теплообмена во втором холодильнике/конденсоре 55 для этилена низкой ступени. Как показано на фиг.2, испаренный этиленовый хладоагент может затем покидать второй холодильник/конденсор 55 для этилена низкой ступени через проход 238 перед объединением с испаренным этиленом, покидающим необязательный первый холодильник 54 для этилена низкой ступени, и поступлением на входной узел низкой ступени компрессора 51 для этилена, как обсуждалось ранее.

Охлажденный поток природного газа, покидающий холодильник/конденсор для этилена низкой ступени, может также упоминаться как "поток высокого давления, несущий СПГ". Как показано на фиг.2, поток высокого давления, несущий СПГ, покидает второй холодильник/конденсор 55 для этилена низкой ступени через проход 132 перед поступлением в главный подогреватель 73 для метана, где поток может охлаждаться в средствах 75 опосредованного теплообмена с помощью опосредованного теплообмена с одним или несколькими потоками метанового хладоагента, обсуждаемыми далее. Охлажденный поток высокого давления, несущий СПГ, может затем покидать главный подогреватель 73 для метана через проход 134 и может затем проходить через детандер 402 предварительного мгновенного испарения, где давление потока может понижаться для выпаривания или мгновенного испарения его части. Полученный двухфазный поток в проходе 135 может затем вводиться на вход для исходных материалов емкости 404 для многоступенчатого разделения.

Как показано на фиг.2, поток, содержащий в основном пары, может извлекаться из верхнего выхода для паров емкости 404 для многоступенчатого разделения, и может впоследствии поступать в проход 436, при этом, по меньшей мере, часть потока, содержащего в основном пары, может поступать на вход для холодной текучей среды средств 76 опосредованного теплообмена в главном подогревателе 73 для метана. По меньшей мере, часть потока в средствах 76 опосредованного теплообмена может действовать как хладоагент для охлаждения, по меньшей мере, части потока, содержащего в основном метан, в средствах 75 опосредованного теплообмена, как обсуждалось ранее. Полученный подогретый поток паров может покидать выход для подогретой текучей среды средств 76 опосредованного теплообмена через проход 438, и после этого, по меньшей мере, часть подогретого потока может направляться через проход 440 на вход для газообразных исходных материалов УРА 430, как иллюстрируется на фиг.2. Как правило, УРА 430 может производить обогащенный азотом поток и, по меньшей мере, один обедненный азотом поток. В одном из вариантов осуществления, поток, обогащенный азотом, покидающий УРА 430 через проход 450, может удаляться из установки посредством выхода или трубы в атмосферу (не показаны). В другом варианте осуществления, изображенном на фиг.2, УРА 430 может производить, по меньшей мере, два потока, обедненных азотом, через проходы 452 и 454, которые могут, соответственно, объединяться с обсуждаемыми далее потоками подогретого хладоагента, покидающими главный подогреватель 73 для метана через проходы 154 и 164. Полученные объединенные потоки затем могут поступать на соответствующие входы промежуточной ступени и низкой ступени компрессора 71 для метана, как показано на фиг.2.

В одном из вариантов осуществления, иллюстрируемом на фиг.2, поток, содержащий в основном жидкость, извлекаемый из емкости 404 для многоступенчатого разделения через проход 435, может вводиться на вход для холодной текучей среды средств 405 для опосредованного теплообмена ребойлера 406 емкости для многоступенчатого разделения. Поток, содержащий в основном жидкость, может подогреваться и, по меньшей мере, частично испаряться с помощью опосредованного теплообмена с обсуждаемым далее потоком, поступающим на вход для подогретой текучей среды средств 407 опосредованного теплообмена, как показано на фиг.2. Полученный подогретый поток, покидающий выход для подогретой текучей среды средств 405 опосредованного теплообмена, может после этого направляться через проход 437 на нижний вход емкости 404 для многоступенчатого разделения, в то время как охлажденный поток, покидающий выход для холодной текучей среды средств 407 опосредованного теплообмена через проход 178, может проходить через детандер 408 с обратным холодильником, чтобы тем самым выпаривать или мгновенно испарять его часть. Полученный двухфазный поток может затем вводиться как обратный поток через вход для флегмы емкости 404 для многоступенчатого разделения.

Как иллюстрируется на фиг.2, поток, содержащий в основном жидкость, извлекаемый из нижнего выхода для жидкости емкости 404 для многоступенчатого разделения, может направляться через проход 136 во второй подогреватель 74 для метана, где поток, содержащий в основном метан, может охлаждаться с помощью средств 88 опосредованного теплообмена. Полученный охлажденный поток в проходе 144 может затем направляться на вторую расширительную ступень, иллюстрируемую здесь как детандер 83 промежуточной ступени. Детандер 83 промежуточной ступени понижает давление потока метана, проходящего через него, чтобы тем самым понизить температуру потока посредством выпаривания или мгновенного испарения его части. Полученный двухфазный поток, обогащенный метаном, в проходе 146 может затем поступать в барабан 84 для мгновенного испарения метана промежуточной ступени, где жидкая и парообразная части потока могут разделяться и могут покидать барабан для мгновенного испарения промежуточной ступени через соответствующие проходы 148 и 150. Парообразная часть (то есть, газ после мгновенного испарения на промежуточной ступени) в проходе 150 может повторно поступать во вторичный подогреватель 74 для метана, где поток может нагреваться с помощью средств 87 опосредованного теплообмена. Затем подогретый поток может направляться через проход 152 в главный подогреватель 73 для метана, где поток может дополнительно подогреваться с помощью средств 77 опосредованного теплообмена. Подогретый поток хладоагента, который может содержать, по меньшей мере, часть потока, обедненного азотом, покидающего УРА 430 через проход 452, как обсуждалось ранее, может затем направляться на входной узел между ступенями компрессора 71 для метана через проход 154, как иллюстрируется на фиг.2.

Жидкий поток, покидающий барабан 84 для мгновенного испарения метана промежуточной ступени через проход 148, может затем проходить через детандер 85 низкой ступени, при этом давление сжиженного потока, обогащенного метаном, может дополнительно понижаться, чтобы тем самым выпаривать или мгновенно испарять его часть. Полученный охлажденный двухфазный поток в проходе 156 может затем поступать в барабан 86 для мгновенного испарения метана низкой ступени, где парообразная и жидкая фазы могут разделяться. Жидкий поток, покидающий барабан 86 для мгновенного испарения метана низкой ступени, может содержать сжиженный природный газ (СПГ). СПГ, который может находиться примерно при атмосферном давлении, может далее направляться через проход 158 для последующего хранения, транспортировки и/или использования.

Поток паров, покидающий барабан для мгновенного испарения метана низкой ступени (то есть, газ после мгновенного испарения метана на низкой ступени), в проходе 160 может направляться во вторичный подогреватель 74 для метана, где поток может подогреваться с помощью средств 89 опосредованного теплообмена. Полученный поток может покидать вторичный подогреватель 74 для метана через проход 162, после чего поток может направляться в главный подогреватель 73 для метана для дополнительного нагрева с помощью средств 78 опосредованного теплообмена. Подогретый поток паров метана, покидающий главный подогреватель 73 для метана через проход 164, который, как обсуждалось ранее, может содержать, по меньшей мере, часть обедненного азотом потока, покидающего УРА 430 через проход 454, может затем направляться на входной узел низкой ступени компрессора 71 для метана, как показано на фиг.2.

Как правило, компрессор 71 для метана может содержать одну или несколько ступеней сжатия. В одном из вариантов осуществления, компрессор 71 для метана содержит три ступени сжатия в одном модуле. В другом варианте осуществления, модули сжатия могут быть раздельными, но могут механически соединяться с общим приводом. Как правило, когда компрессор 71 для метана содержит две или более ступеней сжатия, могут предусматриваться один или несколько промежуточных охладителей (не показаны) между последовательными ступенями сжатия. Как показано на фиг.2, сжатый поток метанового хладоагента, покидающий компрессор 71 для метана, может высвобождаться в проход 166, после чего поток может охлаждаться с помощью опосредованного теплообмена с внешней текучей средой (например, воздухом или водой) в охладителе 72 для метана. Охлажденный поток метанового хладоагента, покидающий охладитель 72 для метана, может затем поступать в проход 112, где поток метанового хладоагента может дополнительно охлаждаться в контуре 30 охлаждения пропана, как подробно описано ранее.

При охлаждении в контуре 30 для охлаждения пропана, поток метанового хладоагента может высвобождаться в проход 130 и впоследствии направляться в главный подогреватель 73 для метана, где поток может дополнительно охлаждаться с помощью средств 79 опосредованного теплообмена. Полученный охлажденный поток покидает главный подогреватель 73 для метана через проход 168 и, по меньшей мере, часть потока может после этого вводиться на вход для подогретой текучей среды средств 68 для опосредованного теплообмена во втором холодильнике/конденсоре 55 для этилена низкой ступени, где поток может охлаждаться и, по меньшей мере, частично конденсироваться или может предварительно охлаждаться с помощью опосредованного теплообмена, с помощью испарения этиленового хладоагента, как обсуждалось ранее. Полученный охлажденный поток может покидать выход для холодной текучей среды средств 68 опосредованного теплообмена и, по меньшей мере, часть потока может поступать в проход 176. После этого, по меньшей мере, часть потока в проходе 176, который может дополнительно охлаждаться в теплообменнике 406 с помощью средств 407 опосредованного теплообмена, может впоследствии вводиться в емкость 404 для многоступенчатого разделения как обратный поток, как подробно обсуждалось ранее.

Обращаясь теперь к зоне 95 удаления тяжелых фракций, по меньшей мере, часть потока, содержащего в основном метан, извлекаемого из необязательного первого холодильника 54 для этилена низкой ступени через проход 124, может впоследствии вводиться в первую дистилляционную колонну 96. Как показано на фиг.2, по меньшей мере, часть потока из верхней части колонны, содержащего в основном пары, извлекаемого из первой дистилляционной колонны 96, может впоследствии направляться во второй холодильник/конденсор 55 для этилена низкой ступени, где поток может дополнительно охлаждаться с помощью средств 65 опосредованного теплообмена, как подробно обсуждалось ранее. Содержащий в основном жидкость, обогащенный тяжелыми фракциями донный поток, извлекаемый из первой дистилляционной колонны 96 через проход 170, может затем вводиться во вторую дистилляционную колонну 97. Донный поток, содержащий в основном жидкость, покидающий вторую дистилляционную колону 97 через проход 171, который, как правило, содержит ГК, может направляться из зоны 95 удаления тяжелых фракций для последующего хранения, переработки и/или будущего использования. Содержащий в основном пары поток из верхней части колонны, извлекаемый из второй дистилляционной колонны 97, может направляться через проход 140 в одно или несколько положений в установке для получения СПГ. В одном из вариантов осуществления, поток может вводиться в впускное отверстие высокой ступени компрессора 71 для метана. В другом варианте осуществления, поток может направляться на хранение или подвергаться дополнительной переработке и/или использованию.

Обращаясь теперь к фиг.3, здесь иллюстрируется установка для получения СПГ в соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения. Главные компоненты установки для получения СПГ, изображенной на фиг.3, являются такими же, как описаны ранее по отношению к фиг.2, за исключением того, что установка для получения СПГ, изображенная на фиг.3, не содержит детандера 408 с обратным холодильником и дополнительно содержит детандер 412 с удалением газа и сепаратор 414 для удаления газа. Работа установки для получения СПГ, представленной на фиг.3, поскольку она отличается от работы установки, описанной ранее, в связи с фиг.2, будет теперь описываться подробно.

Обращаясь к средствам 68 опосредованного теплообмена второго холодильника/конденсора 55 для этилена низкой ступени, иллюстрируемого на фиг.3, здесь охлажденный поток, содержащий в основном метан, покидающий выход для холодной текучей среды средств 68 опосредованного теплообмена через проход 176, может впоследствии проходить через детандер 412 для газа для удаления, чтобы тем самым выпаривать или мгновенно испарять часть потока. Полученный двухфазный поток может затем поступать на вход для текучей среды емкости 414 для разделения, где могут разделяться парообразные и жидкие части потока. Как показано на фиг.3, поток, содержащий в основном пары, извлекаемый через проход 179, может вводиться на вход для газа для удаления емкости 404 для многоступенчатого разделения в качестве потока газа для удаления, в то время как поток, содержащий в основном жидкость, покидающий емкость 414 для разделения, может объединяться с донным потоком, содержащим в основном жидкость, покидающим емкость 404 для многоступенчатого разделения. Как иллюстрируется на фиг.3, объединенный поток, содержащий в основном жидкость, может после этого направляться во вторичный подогреватель 74 для метана и может дополнительно перерабатываться, как обсуждалось подробно ранее в связи с фиг.2.

Обращаясь теперь к фиг.4, здесь иллюстрируется установка для получения СПГ в соответствии с еще одним вариантом осуществления настоящего изобретения. Главные компоненты установки для получения СПГ, изображенной на фиг.4, являются такими же, как описанные ранее в связи с фиг.2, за исключением того, что установка для получения СПГ, изображенная на фиг.4, не содержит УРА 430 и дополнительно содержит детандер 81 для метана высокой ступени, барабан 82 для мгновенного испарения метана высокой ступени и систему 420 топливного газа. В дополнение к этому, газовые турбины 31a, 51a и 71a, которые приводят в действие соответствующие компрессоры 31, 51 и 71 для пропана, этилена и метана, иллюстрируются для установки для получения СПГ, изображенной на фиг.4. В одном из вариантов осуществления, установка для получения СПГ, изображенная на фиг.4, может использоваться как установка для получения СПГ, которая не имеет УРА или не использует свою УРА в настоящее время. Как правило, установки для получения СПГ, которые не имеют или не используют УРА, могут перерабатывать потоки исходных материалов природного газа, имеющие концентрации азота меньше примерно, чем 5 процентов молярных азота, меньше примерно, чем 2,5 процента молярного азот или меньше чем 1,5 процента молярного азота. Работа установки для получения СПГ, представленной на фиг.4, поскольку она отличается от работы установки, описанной ранее в связи с фиг.2, теперь будет описываться подробно.

Обращаясь к средствам 75 опосредованного теплообмена главного подогревателя 73 для метана, здесь, по меньшей мере, часть охлажденного потока высокого давления, несущего СПГ, покидающего выход для холодной текучей среды средств 75 опосредованного теплообмена через проход 134, может проходить через детандер 402 для предварительного мгновенного испарения, чтобы тем самым выпаривать или мгновенно испарять часть потока. Полученный двухфазный поток может затем вводиться на вход для текучей среды емкости 404 для многоступенчатого разделения. Поток, содержащий в основном пары, может извлекаться из емкости 404 для многоступенчатого разделения через проход 436 и может после этого направляться в главный подогреватель 73 для метана, как показано на фиг.4. Поток, содержащий в основном пары, поступающий в главный подогреватель 73 для метана, может поступать на вход для холодной текучей среды средств 418 опосредованного теплообмена, где, по меньшей мере, часть потока может действовать как хладоагент для охлаждения, по меньшей мере, части потока в средствах 75 и/или 79 опосредованного теплообмена. Подогретый поток, содержащий в основном пары, может после этого покидать выход для подогретой текучей среды средств 418 опосредованного теплообмена и может затем направляться на вход для газообразных исходных материалов системы 420 топливного газа. По меньшей мере, часть потока в проходе 440, вводимого в систему 420 топливного газа, может использоваться в качестве топлива, по меньшей мере, для одной из газовых турбин 31a, 51a, 71a, как изображено на фиг.4. Система топливного газа может содержать компрессор для доставки потока топливного газа в проходе 442 к газовым турбинам 31a, 51a, и 71a при более высоком давлении для удовлетворения требований к давлению топливного газа газотурбинных приводов на основе авиационных двигателей.

Как иллюстрируется на фиг.4, по меньшей мере, часть потока, содержащего в основном жидкость, извлекаемого из нижнего выхода для жидкости емкости 404 для многоступенчатого разделения, может впоследствии направляться через проход 136 через детандер 81 для метана высокой ступени, при этом давление потока может понижаться, чтобы тем самым выпаривать или мгновенно испарять его часть. Полученный двухфазный поток может затем направляться на вход для текучей среды барабана 82 для мгновенного испарения метана высокой ступени, где парообразная и жидкая части потока могут разделяться. Как показано на фиг.4, поток, содержащий в основном пары, покидающий верхний выход барабана 82 для мгновенного испарения высокой ступени через проход 143, может впоследствии вводиться на вход для холодной текучей среды средств 76 опосредованного теплообмена главного подогревателя 73 для метана, где, по меньшей мере, часть потока может использоваться в качестве хладоагента для охлаждения одного или нескольких потоков текучей среды в главном подогревателе 73 для метана. По меньшей мере, часть полученного подогретого потока, покидающего выход для подогретой текучей среды главного подогревателя 73 для метана через проход 138, может после этого направляться в впускное отверстие высокой ступени компрессора 71 для метана, где давление потока может повышаться. Полученный сжатый поток, содержащий в основном метан, может после этого продолжать проходить через установку, как описано ранее в связи с фиг.2. Как показано на фиг.4, по меньшей мере, часть потока, содержащего в основном жидкость, покидающего барабан 82 для мгновенного испарения для метана высокой ступени через проход 142, может направляться во вторичный подогреватель 74 для метана, и может продолжать проходить через секцию 80 расширительного охлаждения контура 70 охлаждения метана, как обсуждалось ранее в связи с фиг.2.

В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения, системы получения СПГ, иллюстрируемые на фигурах 2-4, моделируются на компьютере, с использованием обычного программного обеспечения для моделирования процессов для генерирования данных моделирования процессов в форме, доступной для восприятия человеком. В одном из вариантов осуществления, данные моделирования процесса могут находиться в форме компьютерной распечатки. В другом варианте осуществления, данные моделирования процесса могут отображаться на экране, на мониторе, или на другом устройстве для осмотра. Данные моделирования могут затем использоваться для манипулирования системой для получения СПГ. В одном из вариантов осуществления, результаты моделирования могут использоваться для конструирования новой установки для получения СПГ и/или для модернизации или расширения существующей установки. В другом варианте осуществления, результаты моделирования могут использоваться для оптимизации установки для получения СПГ в соответствии с одним или несколькими рабочими параметрами. Примеры соответствующего программного обеспечения для получения результатов моделирования включают HYSYS™ или Aspen Plus® от Aspen Technology, Inc., и PRO/II® от Simulation Sciences Inc.

Диапазоны численных значений

Настоящее описание использует диапазоны численных значений для количественного определения определенных параметров, относящихся к изобретению. Необходимо понять, что когда приводятся диапазоны численных значений, такие диапазоны должны рассматриваться как обеспечивающие буквальную поддержку для заявленных ограничений, которые упоминают только нижние значения диапазона, а также для заявленного ограничения, которое упоминает только верхнее значение диапазона. Например, описанный диапазон численных значений от 10 до 100 обеспечивает буквальную поддержку заявленного упоминания "больше чем 10" или "по меньшей мере, 10" (без верхних границ) и заявленного упоминания "меньше чем 100" или "самое большее 100" (без нижних границ).

Определения

Как используется в настоящем документе, термины, относящиеся к единственному числу, означают один или несколько.

Как используется в настоящем документе, термин "и/или", когда он используется при перечислении двух или более элементов, означает, что любой из перечисленных элементов может использоваться сам по себе или может использоваться любое сочетание двух или более из перечисленных элементов. Например, если композиция описывается, как содержащая компоненты A, B и/или C, композиция может содержать только A; только B; только C; A и B в сочетании; A и C в сочетании; B и C в сочетании или A, B и C в сочетании.

Как используется в настоящем документе, термин "способ охлаждения каскадного типа" относится к способу охлаждения, который использует множество контуров охлаждения, каждый из которых использует хладоагент на основе иного чистого компонента для последовательного охлаждения природного газа.

Как используется в настоящем документе, термин "замкнутый контур охлаждения" относится к контуру охлаждения, где хладоагент по существу не поступает в контур или не покидает контура во время нормальной работы.

Как используется в настоящем документе, термины "содержащий", "содержит" и "содержат" представляют собой открытые переходные термины, используемые для перехода от объекта, упоминаемого перед термином, к объекту или к элементам, упоминаемым после термина, где элемент или элементы, перечисленные после переходного термина, не являются обязательно единственными элементами, которые составляют объект.

Как используется в настоящем документе, термины "включающий", "включает" и "включают" имеют такое же открытое значение, как термины "содержащий", "содержит" и "содержат", приведенные выше.

Как используется в настоящем документе, термины "подогреватель" или "подогревательный теплообменник" относятся к конфигурации, использующей множество теплообменников, использующих средства опосредованного теплообмена для эффективного теплопереноса между технологическими потоками.

Как используется в настоящем документе, термин "сообщение потоков текучих сред" между двумя компонентами, означает, что, по меньшей мере, часть текучей среды или материала из первого компонента поступает во второй компонент, проходит через него или иным образом вступает в контакт со вторым компонентом.

Как используется в настоящем документе, термины "имеющий", "имеет" и "имеют" имеют такое же открытое значение как термины "содержащий", "содержат" и "содержат", приведенные выше.

Как используется в настоящем документе, термины "тяжелый углеводород" и "тяжелые фракции" относятся к любому компоненту, который является менее летучим (то есть, имеет более высокую температуру кипения) чем метан.

Как используется в настоящем документе, термины "включающий в себя", "включает в себя" и "включают в себя" имеют такое открытое значение как термины "содержащий", "содержит" и "содержат", приведенные выше.

Как используется в настоящем документе, термин "медианная температура кипения при нормальных условиях" относится к температуре, при которой половина массы смеси физических компонентов испаряется (то есть, выкипает) при нормальном давлении.

Как используется в настоящем документе, термин "смешанный хладоагент" относится к хладоагенту, содержащему множество различных компонентов, где ни один компонент не составляет более 75 процентов молярных от хладоагента.

Как используется в настоящем документе, термин "природный газ" означает поток, содержащий, по меньшей мере, примерно 60 процентов молярных метана, при этом остаток представляет собой инертные газы, этан, высшие углеводороды, азот, диоксид углерода и/или малое количество других примесей, таких как ртуть, сероводород и меркаптан.

Как используется в настоящем документе, термины "газоконденсат природного газа" или "ГК" относятся к смесям углеводородов, компоненты которых являются, как правило, более тяжелыми, чем, например, метан. Некоторые примеры углеводородных компонентов потоков ГК включают этан, пропан, бутан и изомеры пентана, бензол, толуол и другие ароматические соединения.

Как используется в настоящем документе, термин "молярная доля азота" относится к молям азота по отношению к общему количеству молей в потоке текучей среды.

Как используется в настоящем документе, термин "разомкнутые контуры охлаждения " относится к контуру охлаждения в котором, по меньшей мере, часть хладоагента, используемого при нормальной работе, происходит из текучей среды, которая охлаждается с помощью контура охлаждения.

Как используется в настоящем документе, термины "в основном", "прежде всего", "главным образом" и "в главной части", когда используются для описания присутствия конкретного компонента в потоке текучей среды, означают, что поток текучей среды содержит, по меньшей мере, 50 процентов молярных описываемого компонента. Например, поток "в основном" из метана, поток "прежде всего" из метана, поток, состоящий "главным образом" из метана, или поток, состоящий "в главной части" из метана, каждый, обозначают поток, содержащий, по меньшей мере, 50 процентов молярных метана. Как используется в настоящем документе, термин "хладоагент на основе чистого компонента" обозначает хладоагент, который не является смешанным хладоагентом.

Как используется в настоящем документе, термины "перед" и "после" относятся к относительным положениям различных компонентов установки для сжижения природного газа вдоль пути потока текучей среды в установке для получения СПГ. Например, компонент A расположен после другого компонента B, если компонент A располагается вдоль потока текучей среды, которая уже прошла через компонент B. Подобным же образом, компонент A располагается перед компонентом B, если компонент A располагается на пути потока текучей среды, которая еще не прошла через компонент B.

Формула изобретения не ограничивается описанными вариантами осуществления

Предпочтительные формы настоящего изобретения, описанные выше, должны использоваться только в качестве иллюстрации, и не должны использоваться в ограничительном смысле для интерпретации рамок настоящего изобретения. Модификации примерных вариантов осуществления, приведенных выше, могут легко быть осуществлены специалистами в данной области без отклонения от духа настоящего изобретения.

Авторы утверждают настоящим свое желание основываться на доктрине эквивалентов для определения и оценки разумно умеренных рамок настоящего изобретения, относящихся к любому устройству, не отклоняющемуся материально, но находящемуся вне буквальных рамок настоящего изобретения, как приведено в следующей далее формуле изобретения.

Установка для получения сжиженного природного газа использует улучшенную систему регенерации азота, которая концентрирует все количество азота в потоке исходных материалов в установке регенерации азота, для повышения эффективности разделения установки регенерации азота. В одном из вариантов осуществления, система регенерации азота содержит емкость для многоступенчатого разделения, действующую для выделения азота из охлажденного потока природного газа. По меньшей мере, часть полученного потока, содержащего азот, покидающего емкость для многоступенчатого разделения, может использоваться в качестве хладоагента, перерабатываться в установке регенерации азота и/или использоваться в качестве топливного газа для установки для получения сжиженного природного газа. 3 н. и 31 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ сжижения потока природного газа в установке для получения сжиженного природного газа, содержащий следующие стадии:
(а) охлаждение, по меньшей мере, части потока природного газа в первом теплообменнике первого предварительного контура охлаждения с помощью опосредованного теплообмена первым хладоагентом на основе чистого компонента, с получением, таким образом, охлажденного потока природного газа;
(б) охлаждение, по меньшей мере, части охлажденного потока природного газа в проходе для охлаждения второго теплообменника разомкнутого контура охлаждения метана с получением, таким образом, охлажденного потока, содержащего в основном метан;
(в) отделение, по меньшей мере, части охлажденного потока, содержащего в основном метан, в емкости для многоступенчатого разделения с получением, таким образом, потока, содержащего в основном пары, и потока, содержащего в основном жидкость; и
(г) прохождение, по меньшей мере, части потока, содержащего в основном пары, через проход для нагрева второго теплообменника для достижения, по меньшей мере, частичного охлаждения на стадии (б), при этом емкость для многоступенчатого разделения расположена после прохода для охлаждения и перед проходом для нагрева второго теплообменника, и молярная доля азота потока, содержащего в основном пары, в, по меньшей мере, 1,25 раза превышает молярную долю азота охлажденного потока, содержащего в основном метан, вводимого в емкость для многоступенчатого разделения, причем стадия (г) вызывает нагрев потока, содержащего в основном пары, с получением, таким образом, подогретого потока, содержащего в основном пары, и который дополнительно содержит разделение подогретого потока, содержащего в основном пары, на фракцию хладоагента и удаленную фракцию и введение фракции хладоагента в компрессор для метана разомкнутого контура охлаждения метана и, кроме того, содержащий введение, по меньшей мере, части удаленной фракции в установку регенерации азота.

2. Способ по п.1, дополнительно содержащий использование, по меньшей мере, части удаленной фракции как топливного газа в одном или нескольких положениях, в установке для получения сжиженного природного газа.

3. Способ по п.1, дополнительно содержащий использование колонны для удаления тяжелых фракций, расположенной перед разомкнутым контуром охлаждения метана, для разделения охлажденного потока природного газа на поток, обедненный тяжелыми фракциями, и поток, обогащенный тяжелыми фракциями, причем, по меньшей мере, часть охлажденного потока природного газа, введенная во второй теплообменник, содержит, по меньшей мере, часть потока, обедненного тяжелыми фракциями.

4. Способ по п.3, дополнительно содержащий объединение потока, содержащего в основном метановый хладоагент, из разомкнутого контура охлаждения метана с, по меньшей мере, частью потока, обедненного тяжелыми фракциями для формирования объединенного потока, содержащего в основном метан, причем охлажденный поток природного газа, введенный во второй теплообменник, содержит, по меньшей мере, часть объединенного потока, содержащего в основном метан.

5. Способ по п.1, в котором молярная доля азота потока, содержащего в основном пары, превышает в, по меньшей мере, 2 раза молярную долю азота охлажденного потока, содержащего в основном метан, введенного в емкость для многоступенчатого разделения.

6. Способ по п.1, в котором охлажденный поток, содержащий в основном метан, введенный в емкость для многоступенчатого разделения, имеет концентрацию азота менее 15 мол.% и поток, содержащий в основном пары, имеет концентрацию азота, по меньшей мере, 20 мол.%.

7. Способ по п.6, в котором поток, содержащий в основном пары, имеет концентрацию азота, составляющую, по меньшей мере, 30 мол.%.

8. Способ по п.1, дополнительно содержащий мгновенное испарение, по меньшей мере, части потока, содержащего в основном жидкость, с получением, таким образом, двухфазного потока и использование, по меньшей мере, части паров, полученных мгновенным испарением из двухфазного потока для получения, по меньшей мере, частичного охлаждения на стадии (б).

9. Способ по п.1, дополнительно содержащий мгновенное испарение охлажденного потока, содержащего в основном метан, перед введением в емкость для многоступенчатого разделения.

10. Способ по п.1, в котором емкость для многоступенчатого разделения содержит, по меньшей мере, три теоретические ступени.

11. Способ по п.1, дополнительно содержащий введение потока газа для удаления и/или обратного потока в емкость для многоступенчатого разделения.

12. Способ по п.11, в котором поток газа для удаления и/или обратный поток содержит, по меньшей мере, часть потока, содержащего в основном пары.

13. Способ по п.11, дополнительно содержащий извлечение потока жидкости из нижней части емкости для многоступенчатого разделения и подогрев, по меньшей мере, части извлеченного потока жидкости с помощью опосредованного теплообмена с обратным потоком перед введением обратного потока в емкость для многоступенчатого разделения.

14. Способ по п.11, дополнительно содержащий мгновенное испарение, по меньшей мере, части потока газа для удаления перед введением потока газа для удаления в емкость для многоступенчатого разделения.

15. Способ по п.1, в котором первый хладоагент на основе чистого компонента содержит в основном пропан, пропилен, этан или этилен.

16. Способ по п.15, дополнительно содержащий, перед стадией (б), дополнительное охлаждение охлажденного потока природного газа с помощью опосредованного теплообмена вторым хладоагентом во втором предварительном контуре охлаждения с получением дополнительно охлажденного потока природного газа, при этом, по меньшей мере, часть охлажденного потока природного газа, введенная в второй теплообменник, содержит, по меньшей мере, часть дополнительно охлажденного потока природного газа.

17. Способ по п.16, в котором первый хладоагент содержит в основном пропан или пропилен и второй хладоагент содержит в основном этан или этилен.

18. Способ сжижения потока природного газа в установке для получения сжиженного природного газа, содержащий следующие стадии:
(а) охлаждение потока природного газа в предварительном контуре охлаждения с получением, таким образом, охлажденного потока природного газа;
(б) отделение, по меньшей мере, части охлажденного потока природного газа в колонне для удаления тяжелых фракций с получением, таким образом, потока из верхней части колонны, содержащего в основном метан, и донного потока;
(в) охлаждение, по меньшей мере, части потока из верхней части колонны, содержащего в основном метан, в теплообменнике разомкнутого контура охлаждения метана, с получением, таким образом, охлажденного потока, содержащего в основном метан;
(г) мгновенное испарение, по меньшей мере, части охлажденного потока, содержащего в основном метан, с получением, таким образом, двухфазного потока, содержащего в основном метан;
(д) отделение, по меньшей мере, части двухфазного потока, содержащего в основном метан, в емкости для многоступенчатого разделения для получения потока, содержащего в основном пары, и потока, содержащего в основном жидкость;
(е) прохождение, по меньшей мере, части потока, содержащего в основном пары, через теплообменник для достижения, по меньшей мере, частичного охлаждения на стадии (в), при этом, по меньшей мере, часть потока, содержащего в основном пары, проходящего через теплообменник, удаляется из теплообменника как нагретый поток паров;
(ж) разделение, по меньшей мере, части нагретого потока паров на фракцию хладоагента и удаленную фракцию, причем по меньшей мере, часть удаленной фракции направляют в установку регенерации азота;
(з) сжатие, по меньшей мере, части фракции хладоагента в компрессоре для метана разомкнутого контура охлаждения метана для получения сжатого потока хладоагента;
(и) охлаждение, по меньшей мере, части сжатого потока хладоагента в предварительном контуре охлаждения для получения охлажденного потока хладоагента; и
(к) введение, по меньшей мере, части охлажденного потока хладоагента в емкость для многоступенчатого разделения в качестве потока для повышения разделения.

19. Способ по п.18, в котором поток для повышения разделения содержит обратный поток.

20. Способ по п.19, дополнительно включающий, перед стадией (к), извлечение бокового потока, содержащего в основном жидкость, из нижней части емкости для многоступенчатого разделения и использование, по меньшей мере, части извлеченного бокового потока для дополнительного охлаждения охлажденной фракции хладоагента, с получением, таким образом, охлажденного потока, содержащего в основном жидкость, при этом обратный поток содержит, по меньшей мере, часть охлажденного потока, содержащего в основном жидкость.

21. Способ по п.18, в котором поток для повышения разделения содержит поток газа для удаления.

22. Способ по п.21, дополнительно включающий, перед стадией (к), мгновенное испарение, по меньшей мере, части потока охлажденного хладоагента, с получением, таким образом, двухфазного потока хладоагента, при этом поток газа для удаления содержит, по меньшей мере, часть двухфазного потока хладоагента.

23. Способ по п.18, в котором молярная доля азота потока, содержащего в основном пары превышает в, по меньшей мере, 2 раза молярную долю азота двухфазного потока, содержащего в основном метан, вводимого в емкость для многоступенчатого разделения.

24. Способ по п.18, в котором охлажденный поток, содержащий в основном метан, содержит менее 15 мол.% азота, и по меньшей мере, часть удаленной фракции используется в качестве топливного газа в одном или нескольких положениях в установке для получения сжиженного природного газа.

25. Установка для сжижения потока природного газа, содержащая первый контур охлаждения, содержащий первый теплообменник, образующий первый проход для охлаждения, содержащий первый вход для подогретой текучей среды и первый выход для холодной текучей среды, второй контур охлаждения, содержащий второй теплообменник, образующий второй проход для охлаждения и второй проход для нагрева, причем второй проход для охлаждения содержит второй вход для подогретой текучей среды и второй выход для холодной текучей среды, при этом второй проход для нагрева содержит второй вход для холодной текучей среды и второй выход для подогретой текучей среды, и емкость для многоступенчатого разделения, имеющую первый вход для текучей среды, верхний выход для паров и нижний выход для жидкости,
дополнительно содержащая компрессор для хладоагента, образующий впускное отверстие и выпускное отверстие, установку регенерации азота, определяющую вход для газообразных исходных материалов, выход для фракции, обогащенной азотом, и выход для фракции, обедненной азотом, причем второй выход для подогретой текучей среды второго теплообменника сообщен по текучей среде с впускным отверстием компрессора для хладоагента и входом для газообразных исходных материалов установки регенерации азота, причем указанная емкость для многоступенчатого разделения расположена после первого прохода для охлаждения первого теплообменника и перед вторым проходом для нагрева второго теплообменника, причем первый выход для холодной текучей среды первого прохода для охлаждения сообщен по текучей среде с вторым входом для подогретой текучей среды второго прохода для охлаждения, второй выход для холодной текучей среды второго прохода для охлаждения сообщен по текучей среде с первым входом для текучей среды емкости для многоступенчатого разделения, и верхний выход для паров емкости для многоступенчатого разделения сообщен по текучей среде с вторым входом для холодной текучей среды второго прохода для нагрева.

26. Установка по п.25, в которой второй выход для подогретой текучей среды второго теплообменника сообщен по текучей среде с, по меньшей мере, одним потребителем топливного газа, расположенным в установке для получения сжиженного природного газа.

27. Установка по п.25, в которой выход для фракции, обедненной азотом, для установки регенерации азота сообщен по текучей среде с впускным отверстием компрессора для хладоагента.

28. Установка по п.25, в которой первый теплообменник или второй теплообменник дополнительно содержит третий проход для охлаждения, определяющий третий вход для подогретой текучей среды и третий выход для холодной текучей среды, емкость для многоступенчатого разделения дополнительно содержит второй вход для текучей среды, выпускное отверстие компрессора для хладоагента сообщен по текучей среде с третьим входом для подогретой текучей среды третьего прохода для охлаждения, и третий выход для холодной текучей среды третьего прохода для охлаждения сообщен по текучей среде с вторым входом для текучих сред емкости для многоступенчатого разделения.

29. Установка по п.28, дополнительно содержащая детандер, расположенный с возможностью сообщения по текучей среде между третьим выходом для холодной текучей среды третьего прохода для охлаждения и вторым входом для текучей среды емкости для многоступенчатого разделения.

30. Установка по п.28, в которой второй вход для текучей среды расположен вблизи верхней части емкости для многоступенчатого разделения и приспособлен для приема обратного потока.

31. Установка по п.28, в которой второй вход для текучей среды расположен вблизи нижней части емкости для многоступенчатого разделения и приспособлен для приема потока газа для удаления.

32. Установка по п.28, в которой первый теплообменник дополнительно содержит третий проход для охлаждения, второй теплообменник дополнительно содержит четвертый проход для охлаждения, образующий четвертый вход для подогретой текучей среды и четвертый выход для холодной текучей среды, третий выход для холодной текучей среды первого теплообменника сообщен по текучей среде с четвертым входом для подогретой текучей среды второго теплообменника, и четвертый выход для холодной текучей среды второго теплообменника сообщен по текучей среде с вторым входом для текучей среды емкости для многоступенчатого разделения.

33. Установка по п.25, в которой первый контур охлаждения содержит контур охлаждения пропана, пропилена, этана или этилена.

34. Установка по п.25, дополнительно содержащая секцию расширительного охлаждения, имеющую вход для жидких исходных материалов и выход для сжиженного природного газа, и нижний выход для жидкости для емкости для многоступенчатого разделения сообщен по текучей среде с входом для жидких исходных материалов секции расширительного охлаждения.