[发明专利]冷却天然气物流并分离冷却的物流成各种馏分的方法与系统

说明书

技术领域

本发明涉及冷却天然气物流并分离冷却的气体物流成各种馏分例如甲烷、乙烷、丙烷、丁烷和冷凝物的方法与系统。

背景技术

在油气工业中将天然气生产、加工并运输到其最终用户。

气体加工可包括液化至少一部分天然气物流。若天然气物流被液化，则获得一定范围的所谓天然气液体(NGL)，所述天然气液体包括液化天然气或LNG(它主要包括甲烷或(C₁或CH₄)、乙烷(C₂))、液化石油气体或LPG(它主要包括丙烷和丁烷或C₃和C₄)和冷凝物(它主要包括C₅+馏分)。

若产生气体并借助管线(管网)运输到区域消费者处，则气体的热值受限于技术规格。对于较富集的气体物流来说，这要求中间物流加工以回收作为残余产物销售的C₂+液体。

若区域性气体生产超过了区域性气体消费，则昂贵的气体输送管网不能被证明是合理的，因此可液化气体成LNG，所述LNG可以批量运输。在生产C₁液体过程中，C₂+液体同时产生并作为副产物销售。

常规的NGL回收装置以低温冷却工艺为基础以便冷凝气体物流的轻组分。这些冷却工艺包括：机械制冷(MR)、焦耳汤姆逊(JT)膨胀和涡轮膨胀机(TE)、或组合(例如MR-JT)。过去数十年来已经针对比压缩负荷(即MW/吨NGL/hr)来优化这些NGL回收工艺。这些优化常常包括：1)不同工艺物流之间灵敏的换热、2)在分馏塔内不同的进料塔板和3)贫油精馏(即塔回流)。

对于比压缩负荷最敏感的是分馏塔的实际操作压力。操作压力越高，比压缩负荷越低，但分馏组分(例如脱甲烷塔的C₁-C₂+，脱乙烷塔的C₂--C₃+等)之间的相对挥发度也越低，这导致更多的塔板，因此导致更大的塔和/或塔顶物流中更低的纯度。

授予Ortloff Corporation的欧洲专利0182643和美国专利4061481、4140504、4157904、4171964和4278457公开了加工天然气物流的各种方法，其中使气体物流冷却并将其分离成各种馏分例如甲烷、乙烷、丙烷、丁烷和冷凝物。

已知的冷却和分离方法的缺点在于它们包括具有高能耗的庞大且昂贵的冷却和制冷装置。这些已知方法基于等焓冷却方法(即焦耳汤姆逊冷却、机械制冷)或者近等熵冷却方法(即涡轮膨胀机、旋风膨胀与分离装置)。近等熵方法是最能量有效的，尽管当使用涡轮膨胀机时通常是最昂贵的。但是，旋风膨胀与分离装置是最成本有效的，同时维持高的能量效率，但不如涡轮膨胀机那么有效。使用成本有效的旋风膨胀与分离装置并结合等焓冷却循环(例如外部制冷循环)可恢复最大可获得的能量效率。

因此，本发明的目的是提供冷却与分离天然气物流的方法与系统，所述方法和系统与已知方法相比是更加能量有效的、不那么庞大且更便宜。

发明内容

根据本发明，提供冷却天然气物流并将冷却的气体物流分离成沸点不同的各种馏分例如甲烷、乙烷、丙烷、丁烷和冷凝物的方法，该方法包括：

-在至少一个换热器组件内冷却所述气体物流；

-在入口分离器(如入口分离罐)内使冷却的气体物流分离成富含甲烷的流体馏分和贫含甲烷的流体馏分；

-将来自所述入口分离器的所述贫含甲烷的流体馏分加入分馏塔，在其中进一步分离成富含甲烷的流体馏分与贫含甲烷的流体馏分；

-将至少一部分来自所述入口分离器的所述富含甲烷的流体馏分加入旋风膨胀与分离装置，在其中使所述流体馏分膨胀并进而进一步冷却和分离成富含甲烷的基本上为气体的流体馏分和贫含甲烷的基本上为液体的流体馏分，和

-将来自所述旋风膨胀与分离装置的所述贫含甲烷的流体馏分加入分馏塔以进行进一步的分离。

根据本发明，还提供冷却天然气物流并将冷却的气体物流分离成沸点不同的各种馏分例如甲烷、乙烷、丙烷、丁烷和冷凝物的系统，该系统包括：

-冷却所述天然气物流的至少一个换热器组件；

-分离所述冷却的天然气物流的入口分离器，所述入口分离器具有用于排放富含甲烷的流体馏分的上部出口和用于排放贫含甲烷的流体馏分的下部出口；