[发明专利]液态和气态氮物流、富氦气流，和脱氮的碳氢化合物物流的生产方法和相关的设备

说明书

技术领域

本发明涉及从包含碳氢化合物、氦气和氮气的装料流开始生产液态氮物流、气态氮物流、富氦气流和脱氮的碳氢化合物物流的一种生产方法。

背景技术

这类方法尤其应用在对由液化天然气(GNL)或气体形式的天然气(GN)组成的装料流的处理。

该方法适用于新型的天然气液化装置或新型的气体形式的天然气的处理装置。本发明还应用于现有装置的性能改进。

在这些设备中，天然气在被运送到消费者之前或在存储或运输之前需要进行脱氮。实际上，从地层中开采的天然气经常包括数量不容忽视的氮气。此外其经常包含氦气。

已知的脱氮方法允许获得一种脱氮的碳氢化合物物流，其可在液化天然气的情形中以液体的形式被运送至存储装置，或在天然气的情形中被运送至气体分配装置。

这些脱氮方法此外产生富氮物流，这些富氮物流要么被使用于提供设备运行所必需的氮气，要么用于提供富氮的可燃气体，这种燃烧气体用于在实施该方法时所使用的压缩机的燃气透平。作为变型，这些富氮物流在杂质，如甲烷被焚尽后从火炬塔中释放进大气。

前述的方法并不完全地令人满意，尤其是由于应用于碳氢化合物生产的新的环境限制。实际上，为了使得通过该方法生产的氮气能够在生产装置中被使用或释放进大气，氮气需要具有很高的纯度。

通过该方法生产和用于在燃气透平中使用的可燃物流相反地需要包含小于15％到30％的氮气，用于在设计的特别烧嘴中燃烧，以限制排放进大气的氮氧化物的生成。这些排放尤其是在用于实施该方法的设备的启动阶段发生，在该阶段脱氮的方法还不是很有效的。

此外，出于经济的原因，这类脱氮方法的能量效率需要持续地进行改进。前述类型的方法并不允许对从地下开采的天然气中包含的氦气进行再利用，可是氦气是一种具有很大经济价值的稀有气体。

为了至少部分地消除这些问题，文献US 2007/0245771描述前述类型的一种方法，其同时生产液态氮物流、富氦物流，和包含大约30％的氮气和大约70％的碳氢化合物的气体流。该富氮的气体流在该设备中用于形成一种可燃物流。

然而该方法并不是完全令人满意的，这是因为产生的纯氮数量相对地少。此外，可燃物流包含很大数量的氮气，这些氮气是不与现存的各种燃气透平相兼容的，并且会产生大量的污染排放。

发明内容

本发明的目的之一在于获得碳氢化合物装料流的一种经济的脱氮方法，其允许对包含在装料流中的氮气和氦气进行再利用，同时至少限制对环境有害的排放。

为此，本发明的对象在于前述类型的一种方法，其包括以下步骤：

-膨胀所述装料流，用于形成一膨胀的装料流；

-将所述膨胀的装料流分成第一引入物流和第二引入物流；

-所述第一引入物流在一上游热交换器内通过与一制冷气流的热交换进行冷却，该制冷气流通过在一制冷循环中动态膨胀地获得，用于获得被冷却的第一引入物流；

-所述第二引入物流经过第一下游热交换器进行冷却，用于形成被冷却的第二引入物流；

-将所述被冷却的第一引入物流和所述被冷却的第二引入物流引入进一分馏塔中，所述分馏塔包括多个理论分馏级；

-提取至少一个重沸物流和使所述重沸物流在所述第一下游热交换器中流通，用于冷却所述第二引入物流；

-在所述分馏塔底部提取一底部物流，用于形成所述脱氮的碳氢化合物物流；

-在所述分馏塔顶部提取一富氮的顶部物流；

-经过至少一个第二下游热交换器对所述富氮的顶部物流进行加热，用于形成一被加热的富氮物流；

-提取和膨胀所述被加热的富氮物流的第一部分，用于形成气态氮物流；

-压缩所述被加热的富氮物流的第二部分，用于形成一压缩的再循环的氮物流，并且，所述压缩的再循环的氮物流按经过所述第一下游交换器和经过所述的或每个的第二下游交换器流动的方式进行冷却；

-液化和局部膨胀所述再循环的氮物流，用于形成一膨胀的富氮物流；

-在第一分离球中引入来自所述膨胀的富氮物流的至少一部分；

-回收来自所述第一分离球的顶部气流，用于形成富氦物流；

-回收来自所述第一分离球底部的液流，并将该液流分成一液态氮物流和第一回流物流；

-在所述分馏塔顶部中按回流方式引入所述第一回流物流。

根据本发明的方法可包括一个或多个以下的特征，单独地或根据技术上所有可能的组合：

-全部的所述膨胀的富氮物流在膨胀后直接地被引入进所述第一分离球中；