[0001] Настоящее изобретение относится к комплексным технологиям и устройствам для сжижения природного газа и извлечения газоконденсатных жидкостей. В частности, улучшенный способ и устройство снижает потребление энергии установкой сжиженного природного газа (Liquefied Natural Gas, LNG) за счет использования части уже охлажденного пара, отбираемого сверху из фракционирующей колонны (например, фракционирующей колонны легких фракций (light-ends fractionation column, LEFC) или метаноотгонной/этаноотгонной колонны), из установки сжижения природного газа (NGL, natural gas liquefaction), в зависимости от состава, для обеспечения, например, флегмы для разделения на фракции в установке NGL, и/или холодного питания для установки LNG, или за счет охлаждения в установке NGL (например, через автономную систему охлаждения), остаточного газа, исходящего от фракционирующей колонны установки NGL, и использования получаемого в результате охлажденного остаточного газа, в зависимости от состава, для обеспечения флегмы/питания для разделения на фракции в установке NGL и/или холодного питания для установки LNG, благодаря чему снижают потребление энергии установкой LNG и делают способ более энергосберегающим.

[0002] Природный газ является важным продуктом во всем мире, а также источником энергии и источником сырья. Ожидается рост мирового потребления природного газа с 110,7 триллионов кубических футов (3,13 триллионов м³) в 2008 г. до 123 триллионов кубических футов (3,48 триллионов м³) в 2015 г. и 168,7 триллионов кубических футов (4,777 триллионов м³) в 2035 г. [U.S Energy Information Administration, International Energy Outlook 2011, September 19, 2011, Report Number DOE/EIA-0484(2011)].

[0003] Природный газ, полученный из нефте- и газодобывающих скважин, главным образом, содержит метан, но также может содержать углеводороды с более высоким молекулярным весом, в том числе этан, пропан, бутан, пентан, их ненасыщенные аналоги, и тяжелые углеводороды, в том числе ароматические (например, бензол). Природный газ часто также содержит не углеводородные примеси, такие как вода, водород, азот, гелий, аргон, сероводород, углекислый газ и/или меркаптаны.

[0004] Перед введением в газопроводы высокого давления для подачи потребителям природный газ обрабатывают для удаления примесей, таких как углекислый газ и соединения серы. Кроме того, природный газ может быть обработан для удаления части газоконденсатных жидкостей (NGL). Сюда входят легкие углеводороды, а именно, этан, пропан и бутан, а также тяжелые углеводороды С5+. Такая обработка дает обедненный природный газ, в котором может нуждаться потребитель, а также создает источник ценных материалов. Например, легкие углеводороды могут использоваться как сырье для нефтехимических процессов и горючего. Углеводороды С5+ могут использоваться в бензиновых смесях.

[0005] Часто такие факторы, как расположение устья скважины и/или отсутствие необходимой инфраструктуры могут исключить возможность транспортирования природного газа по трубопроводу. В таких случаях природный газ может сжижаться (LNG) и транспортироваться в жидком виде с помощью грузоперевозчика (грузовой автомобиль, поезд, судно). Однако во время сжижения природного газа с помощью криогенных процессов, тяжелые углеводороды в природном газе могут загустевать, что затем ведет к повреждению криогенного оборудования и прерыванию процесса сжижения. Таким образом, в данном случае также желательно удалять тяжелые углеводороды из природного газа.

[0006] Известно множество способов для извлечения газоконденсатных жидкостей. Например, Бак (Buck) (US 4617039) описывает способ, в котором поступающий поток природного газа охлаждают, частично конденсируют, а затем разделяют в сепараторе высокого давления. Поток жидкости из сепаратора нагревают и подают в нижнюю часть дистилляционной (этаноотгонной) колонны. Поток пара из сепаратора расширяется и вводят в сепаратор/абсорбер. Кубовая жидкость из сепаратора/абсорбера используется в качестве жидкого сырья для этаноотгонной колонны. Поток, отбираемый сверху из этаноотгонной колонны, охлаждается и частично конденсируется за счет теплообмена с потоком пара, удаляемого из верхней части сепаратора/абсорбера. Частично конденсированный поток, отбираемый сверху из этаноотгонной колонны, затем вводят в верхнюю зону сепаратора/абсорбера. Поток пара, удаленного из верхней части сепаратора/абсорбера, может быть дополнительно нагрет за счет теплообмена и сжат для создания остаточного газа, который после дополнительного сжатия может быть вновь введен в трубопровод природного газа.

[0007] Известен другой способ извлечения С2+ и/или С3+, в котором подаваемый газ подвергают охлаждению и расширению для получения потока пара, который вводят в нижнюю зону фракционирующей колонны легких фракций, и потока жидкости, который вводят во фракционирующую колонну тяжелых фракций. Остаточный газ удаляют из верхней части фракционирующей колонны легких фракций, а полученную жидкость удаляют из нижней части фракционирующей колонны тяжелых фракций. Жидкость из нижней части фракционирующей колонны легких фракций подают в верхнюю зону фракционирующей колонны тяжелых фракций. Отбираемый сверху пар из фракционирующей колонны тяжелых фракций частично конденсируют, и часть конденсата используется в качестве флегмы во фракционирующей колонне легких фракций. Газообразная часть может быть объединена с остаточным газом. См., например, патенты Бак (Buck) и др. (US 4895584), Ки (Key) и др. (US 6278035), Ки и др. (US 6311516) и Ки и др. (US 7544272).

[0008] Кроме того, существует много известных способов сжижения природного газа. Как правило, природный газ перегоняют в метаноотгонной колонне и полученный обогащенный метаном газ подвергают охлаждению и расширению для получения продукта LNG. Кубовая жидкость из метаноотгонной колонны может быть отправлена на дальнейшую переработку для извлечения газоконденсатных жидкостей. См., например, патентные документы Шу (Shu) и др. (US 6125653), Вилкинсон (Wilkinson) и др. (US 6742358), Вилкинсон и др. (US 7155931) и Вилкинсон и др. (US 7204100), Сельюлар (Cellular) и др. (US 7216507), Сельюлар и др. (US 7631516), Вилкинсон и др. (US 2004/0079107). В других системах природный газ охлаждают и частично сжижают, а затем сепарируют в сепараторах газа/жидкости. Оба потока, полученного газа и жидкости, используют как сырье для метаноотгонной колонны. Поток жидких продуктов удаляют из нижней части метаноотгонной колонны, а поток паров, удаленных из верхней части метаноотгонной колонны, после выполнения охлаждения технологических потоков удаляют, как остаточный газ. См., например, патентные документы Кэмпбелл (Campbell) и др. (US 4157904) и Кэмпбелл и др. (US 5881569).

[0009] Кроме того, было сделано много попыток объединить процесс извлечения NGL с процессом LNG для сжижения природного газа. См., например, патентные документы Хаушменд (Houshmand) и др. (US 5615561), Кэмпбелл (Campbell) и др. (US 6526777), Вилкинсон (Wilkinson) и др. (US 6889523), и Квейллс (Quails) и др. (US 2007/0012072), Мак (Mak) и др. (US 2007/0157663), Мак (US 2008/0271480), и Робертс (Roberts) и др. (US 2010/0024477).

[0010] Однако хотя данные способы обеспечивают некоторое объединение извлечения NGL и производства LNG, все еще необходимы улучшения для достижения такого объединения простым и эффективным способом, особенно, способом, который снижает потребление энергии.

[0011] Таким образом, одним из аспектов настоящего изобретения является создание способа и устройства, который объединяет извлечение NGL и производство LNG экономически эффективным способом, и, в частности, снижает потребление энергии при производстве LNG.

[0012] В частности, изобретение обеспечивает улучшение процесса извлечения NGL, такого как процесс CRYO-PLUS™ (см., например, Бак (Buck) (US 4617039), Ки (Key) и др. (US 6278035), и Ки и др. (US 7544272)), технологии обработки переохлажденного газа (Gas Subcooled, GSP) (см., например, Кэмпбелл (Campbell) и др. (US 4157904)), и процесс рециркуляции расщепленного пара (Recycle Split Vapor, RSV) (см., например, Кэмпбелл и др. (US 5881569), то есть, улучшения, которые объединяют данный процесс извлечения NGL с процессом производства LNG.

[0013] Данное описание предлагает другие аспекты и преимущества настоящего изобретения.

[0014] Согласно настоящему изобретению данные аспекты достигаются путем использования бокового погона уже охлажденного пара, отобранного сверху фракционирующей колонны установки извлечения NGL, такой как фракционирующая колонна легких фракций или метаноотгонная/этаноотгонная колонна, в зависимости от состава, для обеспечения флегмы при фракционировании в установке NGL и/или холодного питания для установки LNG, благодаря этому снижая потребление энергии производственной установкой LNG, в тоже время, оказывает минимальное воздействие на установку извлечения NGL. При необходимости, эти аспекты достигаются за счет охлаждения в установке NGL (например, с помощью полностью автономной системы охлаждения) остаточного газа, исходящего из фракционирующей колонны установки NGL, и использования полученного охлажденного остаточного газа, в зависимости от состава, для обеспечения флегмы/питания для фракционирующей установки NGL и/или холодного питания для установки LNG, благодаря этому снижая потребление энергии установкой LNG и делая процесс более энергосберегающим.

[0015] Хотя предлагаемые процессы и устройства, главным образом, описаны здесь, как пригодные для обработки природного газа, т.е., газа, получаемого из нефте- и газодобывающих скважин, изобретение подходит для обработки любых поступающих потоков, которые содержат преобладающее количество метана вместе с другими легкими углеводородами, такими как этан, пропан, бутан и/или пентан.

[0016] В общем, в настоящем изобретении предложен способ и устройство, в котором поступающий поток, содержащий легкие углеводороды (например, поступающий поток природного газа), обрабатывается в установке извлечения газоконденсатных жидкостей (NGL), которая содержит основной теплообменник, холодный сепаратор и фракционирующую систему, включающую в себя либо (а) фракционирующую колонну легких фракций и фракционирующую колонну тяжелых фракций, либо (b) метаноотгонную/этаноотгонную колонну, причем по меньшей мере часть потока пара, отбираемого сверху колонны, исходящего из фракционирующей системы установки NGL (например, часть уже отобранного сверху или остаточного газа, которая охлаждена с помощью дополнительного охлаждения), используется, в зависимости от состава, для обеспечения флегмы/питания при фракционировании в установке NGL и/или холодного питания для установки LNG.

[0017] В соответствии с основным аспектом способа согласно настоящему изобретению предложен способ, согласно которому:

выполняют охлаждение поступающего потока, содержащего легкие углеводороды (например, поступающего потока природного газа) в одном или большем количестве теплообменников, в которых поступающий поток охлаждают и частично конденсируют за счет косвенного теплообмена;

выполняют введение частично конденсированного поступающего потока в холодный сепаратор газа/жидкости для получения отбираемого сверху газообразного потока и потока кубовой жидкости, которые подлежат вводу во фракционирующую систему, содержащую (а) фракционирующую колонну легких фракций и фракционирующую колонну тяжелых фракций или (b) метаноотгонную (или этаноотгонную) колонну;

выполняют расширение по меньшей мере части отобранного сверху газообразного потока из холодного сепаратора и выполняют введение этого отобранного сверху газообразного потока в (а) нижнюю зону фракционирующей колонны легких фракций или (b) верхнюю зону метаноотгонной (или этаноотгонной) колонны;

выполняют введение по меньшей мере части потока кубовой жидкости из холодного сепаратора газа/жидкости в (а) во фракционирующую колонну тяжелых фракций в ее промежуточной точке или (b) метаноотгонную (или этаноотгонную) колонну в ее промежуточной точке;

выполняют удаление потока жидких продуктов из нижней части (а) фракционирующей колонны тяжелых фракций или (b) нижней части метаноотгонной (или этаноотгонной) колонны;

выполняют удаление отбираемого сверху газообразного потока из верхней части (а) фракционирующей колонны легких фракций или (b) метаноотгонной (или этаноотгонной) колонны и

если фракционирующая система содержит фракционирующую колонну легких фракций и фракционирующую колонну тяжелых фракций, выполняют удаление потока кубовой жидкости из нижней зоны фракционирующей колонны легких фракций и выполняют введение данного потока кубовой жидкости из фракционирующей колонны легких фракций в верхнюю зону фракционирующей колонны тяжелых фракций;

(a) если фракционирующая система содержит фракционирующую колонну легких фракций и фракционирующую колонну тяжелых фракций,

(i) подвергают косвенному теплообмену первой части отбираемого сверху газообразного потока из фракционирующей колонны легких фракций (например, в переохладителе) с отбираемым сверху газообразным потоком, удаленным сверху фракционирующей колонны тяжелых фракций, благодаря чему отобранный сверху газообразный поток из верхней части фракционирующей колонны тяжелых фракций охлаждают и частично конденсируют, и выполняют введение данного охлажденного и частично конденсированного отобранного сверху газообразного потока из верхней части фракционирующей колонны тяжелых фракций во фракционирующую колонну легких фракций;

(ii) выполняют удаление второй части отбираемого сверху газообразного потока из фракционирующей колонны легких фракций, как бокового погона, и подвергают боковой погон косвенному теплообмену для дополнительного охлаждения и выполняют частичное сжижение бокового погона;

(iii) выполняют введение частично сжиженного бокового погона в дополнительное устройство сепарации, выполняют извлечение жидкого продукта из дополнительного устройства сепарации и выполняют введение извлеченного жидкого продукта во фракционирующую колонну легких фракций в качестве потока жидкой флегмы и/или во фракционирующую колонну тяжелых фракций в качестве потока жидкой флегмы,

(iv) выполняют извлечение отбираемого сверху потока пара из дополнительного устройства сепарации, подвергают отобранный сверху поток пара косвенному теплообмену для дополнительного охлаждения и частичной конденсации и выполняют подачу полученного пара и конденсата в сепаратор LNG, в котором получают жидкий продукт LNG, и

(v) выполняют извлечение отбираемого сверху потока пара из дополнительного устройства сепарации, выполняют сжатие данного отобранного сверху потока пара для образования остаточного газа или

(b) если фракционирующая система содержит фракционирующую колонну легких фракций и фракционирующую колонну тяжелых фракций,

(i) подвергают косвенному теплообмену отбираемого сверху газообразного потока из фракционирующей колонны легких фракций (например, в переохладителе) с отбираемым сверху газообразным потоком, удаленным сверху фракционирующей колонны тяжелых фракций, благодаря чему отобранный сверху газообразный поток из верхней части фракционирующей колонны легких фракций нагревают, а отобранный сверху газообразный поток из верхней части фракционирующей колонны тяжелых фракций охлаждают и частично конденсируют, и выполняют введение данного охлажденного и частично конденсированного отобранного сверху газообразного потока из верхней части фракционирующей колонны тяжелых фракций во фракционирующую колонну легких фракций;

(ii) выполняют дополнительный нагрев и сжатие отобранного сверху газообразного потока из фракционирующей колонны легких фракций для получения остаточного газа;

(iii) выполняют охлаждение по меньшей мере части остаточного газа, благодаря чему часть остаточного газа частично сжижают;

(iv) выполняют введение расширенной части частично сжиженного остаточного газа во фракционирующую колонну легких фракций;

(vi) выполняют расширение другой части частично сжиженного остаточного газа и выполняют введение данной расширенной части в дополнительное устройство сепарации;

(vii) выполняют извлечение жидкого продукта из дополнительного устройства сепарации в качестве жидкого продукта LNG и

(viii) выполняют извлечение отобранного сверху потока пара из дополнительного устройства сепарации и выполняют сжатие данного отобранного сверху потока пара для образования остаточного газа или

(с) если фракционирующая система содержит метаноотгонную (или этаноотгонную) колонну,

(i) подвергают первую часть отбираемого сверху газообразного потока из метаноотгонной (или этаноотгонной) колонны косвенному теплообмену (например, в переохладителе) с потоком, полученным за счет объединения части отобранного сверху газообразного потока из холодного сепаратора газа/жидкости и части потока кубовой жидкости из холодного сепаратора газа/жидкости;

(ii) выполняют удаление второй части отобранного сверху газообразного потока из метаноотгонной (или этаноотгонной) колонны в качестве бокового погона и выполняют частичное сжижение бокового погона за счет теплообмена;

(iii) выполняют введение частично сжиженного бокового погона в дополнительное устройство сепарации, выполняют извлечение жидкого продукта из дополнительного устройства сепарации и выполняют введение извлеченного жидкого продукта в метаноотгонную (или этаноотгонную) колонну в качестве потока жидкой флегмы и

(iv) выполняют извлечение отбираемого сверху потока пара из дополнительного устройства сепарации, подвергают отобранный сверху поток пара косвенному теплообмену для дополнительного охлаждения и частичной конденсации, и выполняют удаление полученного конденсата в качестве жидкого продукта LNG или

(d) если фракционирующая система содержит метаноотгонную (или этаноотгонную) колонну,

(j) подвергают отбираемый сверху газообразный поток из метаноотгонной (или этаноотгонной) колонны косвенному теплообмену (например, в переохладителе) с потоком, полученным за счет объединения части отобранного сверху газообразного потока из холодного сепаратора газа/жидкости и части потока кубовой жидкости из холодного сепаратора газа/жидкости;

(ii) выполняют дополнительный нагрев и сжатие отобранного сверху газообразного потока из метаноотгонной (или этаноотгонной) колонны для получения остаточного газа;

(iii) выполняют охлаждение по меньшей мере части остаточного газа, благодаря чему часть остаточного газа частично сжижают;

(iv) выполняют введение данного частично сжиженного остаточного газа в дополнительное устройство сепарации;

(v) выполняют извлечение жидкого продукта из дополнительного устройства сепарации и выполняют введение извлеченного жидкого продукта в качестве флегмы в метаноотгонную (или этаноотгонную) колонну;

(vi) выполняют извлечение отбираемого сверху потока пара из дополнительного устройства сепарации, выполняют охлаждение данного отобранного сверху потока пара, благодаря чему отобранный сверху поток пара частично сжижают;

(vii) выполняют введение данного частично сжиженного отобранного сверху потока пара в другое дополнительное устройство сепарации и

(viii) выполняют извлечение жидкого продукта из другого дополнительного устройства сепарации в качестве жидкого продукта LNG.

[0018] В соответствии с первым аспектом способа согласно настоящему изобретению предложен способ, согласно которому:

выполняют введение поступающего потока, содержащего легкие углеводороды (например, поступающего потока природного газа) в основной теплообменник (например, пластинчато-ребристый теплообменник или кожухотрубчатый теплообменник), в котором поступающий поток охлаждают и частично конденсируют за счет косвенного теплообмена;

выполняют введение частично конденсированного поступающего потока в холодный сепаратор газа/жидкости, производящий отбираемый сверху газообразный поток и поток кубовой жидкости;

выполняют расширение отобранного сверху газообразного потока из холодного сепаратора газа/жидкости, а затем выполняют введение расширенного отобранного сверху газообразного потока в нижнюю зону фракционирующей колонны легких фракций;

выполняют введение потока кубовой жидкости из холодного сепаратора газа/жидкости во фракционирующую колонну тяжелых фракций в ее промежуточной точке;

выполняют удаление потока жидкого продукта из нижней части фракционирующей колонны тяжелых фракций и выполняют введение потока жидкого продукта в основной теплообменник, где его подвергают косвенному теплообмену с поступающим потоком;

выполняют удаление потока кубовой жидкости из нижней зоны фракционирующей колонны легких фракций и выполняют введение потока кубовой жидкости из фракционирующей колонны легких фракций в верхнюю зону фракционирующей колонны тяжелых фракций;

выполняют удаление отбираемого сверху газообразного потока из верхней части фракционирующей колонны легких фракций, и подвергают первую часть данного отобранного сверху газообразного потока косвенному теплообмену (например, в переохладителе) с отобранным сверху газообразным потоком, удаленным из верхней части фракционирующей колонны тяжелых фракций, благодаря чему отобранный сверху газообразный поток из верхней части фракционирующей колонны тяжелых фракций охлаждают и частично конденсируют, и выпуск первой части второго отобранного сверху газообразного потока из фракционирующей колонны легких фракций в качестве остаточного газа;

выполняют удаление потока кубовой жидкости из нижней зоны фракционирующей колонны тяжелых фракций, нагревание потока кубовой жидкости из фракционирующей колонны тяжелых фракций за счет косвенного теплообмена и выполняют возврат потока кубовой жидкости из фракционирующей колонны тяжелых фракций в нижнюю зону фракционирующей колонны тяжелых фракций в качестве ребойлерного потока;

выполняют введение охлажденного и частично конденсированного отобранного сверху газообразного потока из верхней части фракционирующей колонны тяжелых фракций во фракционирующую колонну легких фракций;

выполняют удаление второй части отбираемых сверху газов из фракционирующей колонны легких фракций в качестве бокового погона, выполняют частичное сжижение бокового погона сквозь клапан регулирования потока, и подвергают частично сжиженный боковой погон косвенному теплообмену с жидким хладагентом для дополнительного охлаждения,

выполняют введение частично сжиженного бокового погона в дополнительное устройство сепарации (например, дополнительный сепаратор газа/жидкости или дополнительную дистилляционную колонну), выполняют извлечение жидкого продукта (содержащего большую долю этана, а также тяжелые углеводородные компоненты, частично сжиженного бокового погона) и выполняют введение извлеченного жидкого продукта во фракционирующую колонну легких фракций в качестве потока жидкой флегмы и/или во фракционирующую колонну тяжелых фракций в качестве потока жидкой флегмы и

выполняют извлечение отбираемого сверху потока пара, обогащенного метаном, из дополнительного устройства сепарации, подвергают отобранный сверху поток пара косвенному теплообмену с жидким хладагентом для дополнительного охлаждения и частичной конденсации, выполняют подачу полученного конденсата в обменник LNG, где выполняют сжижение.

[0019] Процесс LNG может быть процессом промышленного выпуска смешанного хладагента или процессом охлаждения жидким азотом. Таким образом, в способе согласно настоящему изобретению один поток хладагента может быть использован для получения охлаждения, необходимого для сжижения природного газа в LNG. В типичном процессе LNG циклический компрессор хладагента увеличивает давление циркулирующего хладагента. Данный хладагент высокого давления охлаждают с помощью теплообмена с воздухом, водой или другой охлаждающей средой. Полученный холодный хладагент высокого давления, часто существующий как в жидкой, так и в газообразной фазе, проходит через обменник LNG, где хладагент полностью сжижают или становится охлажденным паром под высоким давлением. Затем давление в холодном хладагенте понижают с помощью клапана Джоуля-Томсона (изоэнтальпический, т.е. процесс, который, в основном, протекает без изменения энтальпии) или с помощью турбодетандера (изоэнтропный, т.е. процесс, который, в основном протекает без изменения энтропии) до более низкого давления, что приводит к мгновенному вскипанию холодного хладагента высокого давления с образованием двухфазной смеси пара и жидкости или однофазного пара, который холоднее, чем предыдущий поток, а также холоднее по температуре, чем точка сжижения (температура начала кипения) поступающего потока LNG. Данный поток холодной, с низким давлением, двухфазной смеси пара и жидкости или однофазного парообразного хладагента возвращают в обменник LNG для обеспечения достаточного охлаждения при сжижении как хладагента, так и поступающего потока природного газа, подлежащего сжижению. По ходу течения через обменник LNG поток хладагента полностью испаряется. Этот пар протекает к циклическому компрессору хладагента, чтобы снова начать цикл охлаждения.

[0020] Таким образом, согласно изобретению, когда система хладагента используется для охлаждения потока остаточного газа или бокового погона из отбираемых сверху паров фракционирующей колонны легких фракций или метаноотгонной колонны, система хладагента может включать использование одной системы хладагента или смешанной охлаждающей системы хладагента, или системы на основе детандера, или комбинации смешанной системы хладагента и системы охлаждения на основе детандера.

[0021] Кроме того, система хладагента может использовать смесь хладагента: либо он является чистым одним хладагентом (концентрация более 95% по объему), либо смесью одного или двух компонентов с концентрациями более 5% по объему каждого. Подходящие компоненты хладагента включают в себя легкие парафиновые или олефиновые углеводороды, такие как метан, этан, этилен, пропан, пропилен, бутан, пентан, и неорганические компоненты, такие как азот, аргон, а также по возможности окись углерода, сероводород, аммиак. Кроме того, система хладагента может включать в себя (а) холодильный цикл с замкнутым или разомкнутым контуром, (b) два или больше уровней давления в полном холодильном цикле, (с) снижение давления от высокого давления до низкого давления, либо с помощью рабочего расширения (турбодетандер) и/или с помощью изоэнтальпического дросселирования (регулирующий клапан, ограничительная диафрагма), или (d) фазовое состояние хладагента, либо всей паровой фазы, либо превращение из пара в жидкость и обратно в пар. Например, данная система охлаждения может использовать (а) цикл смешанного хладагента с фазовым превращением без рабочего расширения доли газа высокого давления, (b) цикл смешанного хладагента с фазовым превращением с рабочим расширением доли газа высокого давления, (с) цикл смешанного хладагента в паровой фазе с рабочим расширением доли газа высокого давления на одной или больше ступеней, или (d) цикл чистого хладагента в паровой фазе с рабочим расширением доли газа высокого давления на одной или больше ступеней.

[0022] В приведенном здесь описании и на чертежах расширение текучих сред часто характеризуют, как выполняемое с помощью расширительного клапана или «расширение сквозь клапан». Специалисту в данной области будет понятно, что расширение может быть выполнено с использованием различных типов расширительных устройств, таких как детандер, регулирующий клапан, ограничительная диафрагма или другое устройство, предназначенное для снижения давления циркулирующей текучей среды. Использование таких расширительных устройств для выполнения описанных здесь расширений входит в объем настоящего изобретения.

[0023] Путем удаления бокового погона из отбираемого сверху газообразного потока фракционирующей колонны легких фракций, охлаждения и частичной конденсации данного бокового погона, а затем подачи по меньшей мере части полученного конденсата в обменник LNG, достигнуто объединение процессов NGL и LNG в режиме, который не ухудшает процесс извлечения NGL. Использование части холодного, отбираемого сверху газообразного потока из LEFC процесса NGL, понижает потребность в охлаждении процесса LNG, благодаря этому, снижая общее потребление энергии и улучшая извлечение для обоих процессов.

[0024] Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения жидкий продукт, извлеченный из дополнительного устройства сепарации (например, дополнительной дистилляционной колонны), вводят во фракционирующую колонну легких фракций в качестве потока жидкой флегмы. Согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения жидкий продукт, извлеченный из дополнительного устройства сепарации (например, дополнительной дистилляционной колонны), вводят во фракционирующую колонну тяжелых фракций в качестве потока жидкой флегмы.

[0025] В соответствии со вторым аспектом способа согласно настоящему изобретению предложен еще один способ, согласно которому:

выполняют введение поступающего потока, содержащего легкие углеводороды (например, поступающего потока природного газа) в основной теплообменник (например, пластинчато-ребристый теплообменник или кожухотрубчатый теплообменник), в котором поступающий поток охлаждают и частично конденсируют за счет косвенного теплообмена;

выполняют введение частично конденсированного поступающего потока в холодный сепаратор газа/жидкости, производящий отбираемый сверху газообразный поток и поток кубовой жидкости;

выполняют расширение отобранного сверху газообразного потока из холодного сепаратора газа/жидкости, а затем выполняют введение расширенного отобранного сверху газообразного потока в нижнюю зону фракционирующей колонны легких фракций;

выполняют введение потока кубовой жидкости из холодного сепаратора газа/жидкости во фракционирующую колонну тяжелых фракций в ее промежуточной точке;

выполняют удаление потока жидкого продукта из нижней части фракционирующей колонны тяжелых фракций и выполняют введение потока жидкого продукта из нижней части фракционирующей колонны тяжелых фракций в основной теплообменник, где его подвергают косвенному теплообмену с поступающим потоком;

выполняют удаление потока кубовой жидкости из нижней зоны фракционирующей колонны легких фракций и выполняют введение потока кубовой жидкости из фракционирующей колонны легких фракций в верхнюю зону фракционирующей колонны тяжелых фракций;

выполняют удаление отобранного сверху газообразного потока из верхней части фракционирующей колонны легких фракций, и подвергают отобранный сверху газообразный поток косвенному теплообмену (например, в переохладителе) с отобранным сверху газообразным потоком, удаленным из верхней части фракционирующей колонны тяжелых фракций, благодаря чему отобранный сверху газообразный поток из верхней части фракционирующей колонны тяжелых фракций охлаждают и частично конденсируют, а затем выпуск отобранного сверху газообразного потока из фракционирующей колонны легких фракций в качестве остаточного газа;

выполняют удаление потока кубовой жидкости из нижней зоны фракционирующей колонны тяжелых фракций, нагревание потока кубовой жидкости из фракционирующей колонны тяжелых фракций за счет косвенного теплообмена и выполняют возврат потока кубовой жидкости из фракционирующей колонны тяжелых фракций в нижнюю зону фракционирующей колонны тяжелых фракций в качестве ребойлерного потока;

выполняют введение охлажденного и частично конденсированного отобранного сверху газообразного потока из верхней части фракционирующей колонны тяжелых фракций во фракционирующую колонну легких фракций;

выполняют введение потока остаточного газа в основной теплообменник, в котором поток остаточного газа охлаждают за счет косвенного теплообмена, а затем подвергают охлажденный поток остаточного газа дополнительному косвенному теплообмену (например, в переохладителе) с отобранным сверху газообразным потоком, удаленным из верхней части фракционирующей колонны тяжелых фракций, благодаря чему поток остаточного газа дополнительно охлаждают;

выполняют расширение дополнительно охлажденного потока остаточного газа и выполняют введение полученного частично сжиженного потока остаточного газа в дополнительное устройство сепарации (например, дополнительный сепаратор газа/жидкости или дополнительную дистилляционную колонну), выполняют извлечение отобранного сверху потока остаточного газа из дополнительного устройства сепарации, выполняют извлечение потока жидкости из дополнительного устройства сепарации и выполняют подачу этого потока жидкости в обменник LNG, где выполняют сжижение.

[0026] В соответствии с третьим аспектом способа согласно настоящему изобретению предложен еще один способ, согласно которому:

выполняют введение поступающего потока, содержащего легкие углеводороды (например, поступающего потока природного газа) в основной теплообменник (например, пластинчато-ребристый теплообменник или кожухотрубчатый теплообменник), в котором поступающий поток охлаждают и частично конденсируют за счет косвенного теплообмена;

выполняют введение частично конденсированного поступающего потока в холодный сепаратор газа/жидкости, производящий отбираемый сверху газообразный поток и поток кубовой жидкости;

выполняют расширение отобранного сверху газообразного потока из холодного сепаратора газа/жидкости, а затем выполняют введение расширенного отобранного сверху газообразного потока из холодного сепаратора газа/жидкости в нижнюю зону фракционирующей колонны легких фракций;

выполняют введение потока кубовой жидкости из холодного сепаратора газа/жидкости во фракционирующую колонну тяжелых фракций в ее промежуточной точке;

выполняют удаление потока жидкого продукта из нижней части фракционирующей колонны тяжелых фракций и выполняют введение потока жидкого продукта из нижней части фракционирующей колонны тяжелых фракций в основной теплообменник, где его подвергают косвенному теплообмену с поступающим потоком;

выполняют удаление потока кубовой жидкости из нижней зоны фракционирующей колонны легких фракций и выполняют введение потока кубовой жидкости из фракционирующей колонны легких фракций в верхнюю зону фракционирующей колонны тяжелых фракций;

выполняют удаление отбираемого сверху газообразного потока из верхней части фракционирующей колонны легких фракций, и подвергают отобранный сверху газообразный поток косвенному теплообмену (например, в переохладителе) с отобранным сверху газообразным потоком, удаленным из верхней части фракционирующей колонны тяжелых фракций, благодаря чему отобранный сверху газообразный поток из верхней части фракционирующей колонны тяжелых фракций охлаждают и частично конденсируют,

выполняют удаление потока кубовой жидкости из нижней зоны фракционирующей колонны тяжелых фракций, нагревание потока кубовой жидкости из фракционирующей колонны тяжелых фракций за счет косвенного теплообмена и выполняют возврат потока кубовой жидкости из фракционирующей колонны тяжелых фракций в нижнюю зону фракционирующей колонны тяжелых фракций в качестве ребойлерного потока;

выполняют введение охлажденного и частично конденсированного отобранного сверху газообразного потока из верхней части фракционирующей колонны тяжелых фракций во фракционирующую колонну легких фракций;

выполняют введение отобранного сверху газообразного потока из фракционирующей колонны легких фракций, после нагрева за счет теплообмена и сжатия, в качестве остаточного газа в теплообменник, в котором остаточный газ охлаждают и частично сжижают за счет косвенного теплообмена, и

выполняют введение полученного частично сжиженного потока остаточного газа в дополнительное устройство сепарации (например, дополнительный сепаратор газа/жидкости или дополнительную дистилляционную колонну), выполняют извлечение из дополнительного устройства сепарации потока жидкости, который вводят во фракционирующую колонну легких фракций в качестве флегмы, выполняют извлечение отбираемого сверху потока остаточного газа из дополнительного устройства сепарации, и выполняют подачу по меньшей мере части отобранного сверху потока остаточного газа из дополнительного устройства сепарации в обменник LNG, где выполняют сжижение.

[0027] В соответствии с еще одним вариантом осуществления вышеуказанного способа поток кубовой жидкости, удаленный из нижней зоны фракционирующей колонны тяжелых фракций, который повторно используется как ребойлерный поток, нагревают в основном теплообменнике за счет косвенного теплообмена с поступающим потоком (например, природного газа), перед возвратом в нижнюю зону фракционирующей колонны тяжелых фракций.

[0028] Кроме того, дополнительный поток жидкости может быть удален из промежуточной точки фракционирующей колонны тяжелых фракций, и также использован для охлаждения поступающего потока природного газа в основном теплообменнике. Дополнительный поток жидкости удаляют из первой промежуточной точки фракционирующей колонны тяжелых фракций, нагревают за счет косвенного теплообмена с поступающим потоком природного газа в основном теплообменнике, а затем повторно вводят во фракционирующую колонну тяжелых фракций в другой промежуточной точке, ниже первой промежуточной точки.

[0029] В соответствии с еще одним вариантом осуществления настоящего изобретения, создаются дополнительные потоки флегмы для фракционирующей колонны легких фракций. Часть отбираемого сверху газообразного потока, удаленного из верхней части холодного сепаратора, перед расширением подают в переохладитель, где подвергают косвенному теплообмену с отобранным сверху паром из фракционирующей колонны легких фракций. Данная часть отбираемого сверху газообразного потока охлаждают и частично сжижают в переохладителе, и вводят в верхнюю зону фракционирующей колонны легких фракций для создания дополнительной флегмы.

[0030] Дополнительно или альтернативно часть потока кубовой жидкости из холодного сепаратора газа/жидкости подают к теплообменнику жидкости/жидкости, где подвергают косвенному теплообмену с потоком кубовой жидкости, удаленным из фракционирующей колонны легких фракций. Затем поток подают в промежуточную зону фракционирующей колонны легких фракций в качестве жидкой флегмы. Каждый из этих двух дополнительных потоков флегмы улучшает извлечение этана и тяжелых углеводородных компонентов.

[0031] В соответствии с еще одним вариантом осуществления дополнительная флегма для фракционирующей колонны легких фракций создается с помощью объединения части отбираемого сверху газообразного потока из верхней части холодного сепаратора и части потока кубовой жидкости из холодного сепаратора. В данном варианте осуществления перед расширением часть отобранного сверху газообразного потока, удаленного их верхней части холодного сепаратора, объединяют с частью потока кубовой жидкости из холодного сепаратора, и объединенный поток подают в переохладитель. В переохладителе его подвергают косвенному теплообмену с отобранным сверху паром из фракционирующей колонны легких фракций. Объединенный поток охлаждают и частично сжижают в переохладителе, и вводят в верхнюю зону фракционирующей колонны легких фракций для создания дополнительной флегмы. Данный дополнительный поток флегмы для фракционирующей колонны легких фракций улучшает извлечение этана и тяжелых углеводородных компонентов.

[0032] В одном из исполнений вышеуказанного варианта осуществления боковой погон из отбираемого сверху газообразного потока из фракционирующей колонны легких фракций, в конечном счете, вводят во фракционирующую колонну легких фракций. В соответствии с модификацией боковой погон из отобранного сверху газообразного потока из фракционирующей колонны легких фракций, в конечном счете, вводят во фракционирующую колонну тяжелых фракций, а не во фракционирующую колонну легких фракций. Как указано выше, боковой погон частично сжижают сквозь клапан регулирования потока. Частично сжиженные пары подвергаются косвенному теплообмену с жидким хладагентом для дополнительного охлаждения, а затем подаются в дополнительную дистилляционную колонну. Обогащенный метаном отобранный сверху поток пара из дополнительного устройства сепарации (например, дополнительной дистилляционной колонны) подвергают косвенному теплообмену с жидким хладагентом для дополнительного охлаждения, а затем подают в обменник LNG, где происходит сжижение. Большая часть этана, а также тяжелые углеводородные компоненты извлекаются из нижней части дополнительного устройства сепарации (например, дополнительной дистилляционной колонны) как жидкий продукт. Жидкий продукт вводят в верхнюю часть фракционирующей колонны тяжелых фракций в качестве потока жидкой флегмы.

[0033] В соответствии с еще одним вариантом осуществления настоящего изобретения система может содержать контур охлаждения от начала до конца процесса NGL, что приводит к уменьшению потребления энергии. Например, поток жидкого хладагента из системы хладагента подают через основной теплообменник, где подвергают косвенному теплообмену с поступающим потоком природного газа и по возможности другими потоками (например, потоком жидкого продукта из нижней части фракционирующей колонный тяжелых фракций, дополнительным потоком жидкости из промежуточной точки фракционирующей колонны тяжелых фракций, ребойлерным потоком, удаленным из нижней зоны фракционирующей колонны тяжелых фракций, и/или отобранным сверху потоком пара, удаленным из верхней части фракционирующей колонны легких фракций). Поток хладагента охлаждают и частично сжижают в основном теплообменнике, а затем вводят в переохладитель, где дополнительно охлаждают и сжижают. Потом поток хладагента мгновенно испаряется сквозь клапан, что приводит к достижению текучей средой даже более низких температур, а затем подают обратно в переохладитель для обеспечения охлаждения дополнительных потоков флегмы из фракционирующей колонны легких фракций. Поток хладагента затем возвращают в основной теплообменник, где действует в качестве охладителя для технологических потоков NGL. Затем поток хладагента возвращают в холодильную систему для сжатия.

[0034] В соответствии с еще одним вариантом осуществления используют модифицированный контур охлаждения. Поток жидкого хладагента из системы хладагента подают через основной теплообменник, где подвергают косвенному теплообмену с поступающим потоком природного газа и по возможности другими потоками (например, потоком жидкого продукта из нижней части фракционирующей колонный тяжелых фракций, дополнительным потоком жидкости из промежуточной точки фракционирующей колонны тяжелых фракций, ребойлерным потоком, удаленным из нижней зоны фракционирующей колонны тяжелых фракций, и/или отобранным сверху потоком пара, удаленным из верхней части фракционирующей колонны легких фракций). В основном теплообменнике поток хладагента охлаждают и частично сжижают, а затем вводят в переохладитель, где дополнительно охлаждают и сжижают. Этот поток затем вводят в теплообменник, используемый для охлаждения бокового погона отбираемого сверху потока пара из фракционирующей колонны легких фракций. Поток хладагента выходит из теплообменника и мгновенно испаряется сквозь клапан, что приводит к достижению текучей средой даже более низких температур. Полученный поток затем подают обратно в тот же теплообменник для обеспечения дополнительного охлаждения. Затем хладагент пропускают через переохладитель, а затем в основной теплообменник, где он служит в качестве охладителя для технологических потоков NGL. Поток хладагента затем протекает обратно в систему охлаждения для сжатия.

[0035] В соответствии с еще одним вариантом осуществления поток остаточного газа извлекают из частично конденсированного отбираемого сверху потока пара, полученного из дополнительного устройства сепарации, и этот поток остаточного газа используют для охлаждения за счет косвенного теплообмена отобранного сверху потока пара из дополнительного устройства сепарации и/или бокового погона отобранного сверху потока пара из фракционирующей колонны легких фракций. Затем поток остаточного газа может быть сжат до необходимого давления. В соответствии с другой модификацией поток остаточного газа может быть сжат, а за тем при необходимости использован для косвенного теплообмена с отобранным сверху потоком пара из дополнительного устройства сепарации и/или боковым погоном отобранного сверху потока пара из фракционирующей колонны легких фракций.

[0036] В соответствии с четвертым аспектом способа согласно настоящему изобретению предложен еще один способ, согласно которому:

выполняют разделение поступающего потока, содержащего легкие углеводороды (например, поступающего потока природного газа) по меньшей мере на первый частичный поток и второй частичный поток;

выполняют введение первого частичного потока поступающего потока в основной теплообменник (например, пластинчато-ребристый теплообменник или кожухотрубчатый теплообменник), где первый частичный поток поступающего потока охлаждают и частично конденсируют за счет косвенного теплообмена;

выполняют введение второго частичного потока поступающего потока в теплообменник, где второй частичный поток поступающего потока охлаждают и частично конденсируют за счет косвенного теплообмена;

выполняют объединение первого и второго частичных потоков поступающего потока и при необходимости подвергают полученный объединенный поступающий поток теплообмену с хладагентом (например, пропановым хладагентом);

выполняют введение охлажденного объединенного поступающего потока в холодный сепаратор газа/жидкости для получения отбираемого сверху газообразного потока и потока кубовой жидкости;

выполняют расширение части отобранного сверху газообразного потока из холодного сепаратора газа/жидкости, а затем выполняют введение расширенной части отобранного сверху газообразного потока в верхнюю зону метаноотгонной колонны;

выполняют расширение части потока кубовой жидкости из холодного сепаратора газа/жидкости и выполняют введение расширенной части потока кубовой жидкости в промежуточную зону метаноотгонной колонны;

выполняют объединение другой части потока кубовой жидкости из холодного сепаратора газа/жидкости с другой частью отобранного сверху газообразного потока из холодного сепаратора газа/жидкости, выполняют охлаждение полученного объединенного потока из холодного сепаратора за счет косвенного теплообмена (например, в переохладителе) с отобранным сверху паром из метаноотгонной колонны, выполняют расширение охлажденного полученного объединенного потока из холодного сепаратора, а затем выполняют введение расширенного охлажденного объединенного потока из холодного сепаратора в верхнюю часть метаноотгонной колонны;

выполняют удаление потока жидкого продукта из нижней части метаноотгонной колонны и выполняют введение потока жидкого продукта в основной теплообменник, где его подвергают косвенному теплообмену с первым частичным потоком поступающего потока;

выполняют удаление отобранного сверху газообразного потока из верхней части метаноотгонной колонны, и подвергают отобранный сверху газообразный поток косвенному теплообмену (например, в переохладителе) с объединенными потоками из холодного сепаратора, благодаря чему объединенные потоки из холодного сепаратора охлаждаются и частично конденсируются, а отобранный сверху газообразный поток из верхней части метаноотгонной колонны нагревается, дополнительно нагревая отобранный сверху газообразный поток из верхней части метаноотгонной колонны за счет теплообмена со вторым частичным поступающим потоком, а затем выполняют сжатие и удаление по меньшей мере части отобранного сверху газообразного потока из метаноотгонной колонны в качестве остаточного газа (другая дополнительная часть может быть удалена в качестве топливного газа);

выполняют введение по меньшей мере части потока остаточного газа из отобранного сверху газообразного потока из метаноотгонной колонны в основной теплообменник, в котором поток остаточного газа охлаждают за счет косвенного теплообмена, а затем подвергают охлажденный поток остаточного газа дополнительному косвенному теплообмену (например, в переохладителе) с отобранным сверху газообразным потоком, удаленным из верхней части метаноотгонной колонны, благодаря чему поток остаточного газа дополнительно охлаждают;

выполняют расширение первой части дополнительно охлажденного потока остаточного газа и выполняют введение полученной частично сжиженной первой части потока остаточного газа в верхнюю зону метаноотгонной колонны и

выполняют введение второй части дополнительно охлажденного потока остаточного газа в дополнительное устройство сепарации (например, дополнительный сепаратор газа/жидкости (сепаратор LNGL, т.е. сепаратор, который объединяет и сочетает установки NGL и LNG)) или дополнительную дистилляционную колонну), выполняют извлечение отбираемого сверху потока остаточного газа из указанного дополнительного устройства сепарации, выполняют извлечение потока жидкости из дополнительного устройства сепарации, и выполняют подачу данных потоков жидкости из дополнительного устройства сепарации в обменник LNG, где выполняют сжижение.

[0037] В соответствии с пятым аспектом способа согласно настоящему изобретению предложен еще один способ, согласно которому: