[发明专利]在液化天然气的生产中用氮气汽提从天然气流中分离氮气的方法

说明书

本发明的领域

本发明涉及从含氮气的天然气流中分离氮气流以生产氮气流和液化天然气流的混合单级制冷方法(mixed single refrigerant process)，其中所分离的氮气流用作天然气流的制冷剂和其中混合制冷剂为该方法提供冷却作用。

本发明的背景

天然气理想地用作燃料用于加热建筑物，为工业过程供热，用于电能的生产，用作生产烯烃、聚合物等等的各种合成方法的原料。

天然气是在远离天然气的用户的许多区域中发现的。因为天然气不易作为气体被运输，它常常被液化以便以更紧凑的方式被运输。

在天然气中经常存在的物质(当天然气被液化时它也作为液体生产)是氮气。该氮气也作为液体生产，但是因为它具有比液化天然气(LNG)多少更低的沸点，所以在液化气生产和贮存之后它常常挥发掉。这将是一个问题，因为需要花费相当长的时间从包含液化天然气和液氮的大量液体除去较大量的液氮。此外，液氮在天然气中的存在会导致在满足LNG的技术规格上有困难。因此，人们已经付出相当大的努力来开发一种除去在LNG中存在的液氮的方法。

天然气液化的各种方法是已知的。一些此类方法包括1977年7月5日授权于Leonard K.Swenson(Swenson)的美国专利4,033,735，它以全部内容被引入这里供参考。在此类方法中，使用单级混合制冷剂。这些方法典型地使用气体混合物生产单级混合制冷剂，后者能够在极低温度下(即，-230°F至-275°F或更低)被压缩和液化以生产制冷剂。混合制冷剂被通入到热交换器并从热交换器入口穿过该热交换器而进入到在热交换器的输出端的膨胀阀，然后以汽化的方式和在较低温度下被引导回到热交换器。当该气流返回穿过热交换器到达该入口端时它典型地是连续汽化的气流。需要冷却的天然气流从热交换器的入口端穿过该热交换器到达热交换器出口，从而与汽化的单级混合制冷剂进行热交换。用过的制冷剂然后被回收，再压缩和在热交换器中再膨胀。

另一种单级混合制冷方法已描述在1997年8月19日授权于Brian C.Price(Price)的美国专利5,657,643中，该专利以其全部内容被引入这里供参考。

典型地当天然气具有含有较大量的氮气，例如，高达50体积％或更多时，则该液氮典型地用液化天然气回收并汽化到大气中或回收利用。脱除了较大比例的氮气的液化天然气然后根据需要进行调节以便具有为作为燃料进行销售或其它应用所需要的性质。

已经使用的第二类型的方法可通过1974年12月24日授权于Simon等人(Simon)的美国专利3,855,810来举例说明，该专利以其全部内容被引入这里供参考。该专利说明了级联型方法。在此类方法，使用了多个的制冷区段，其中降低沸点的制冷剂经过汽化产生冷却剂。在此类系统中，最高沸点的制冷剂(单独或与其它制冷剂一起)典型地被压缩、冷凝和分离，以便用于在第一制冷区段中的冷却。压缩、冷却了的最高沸点制冷剂然后闪蒸以提供冷的制冷剂流股，用于在第一制冷区段中冷却该压缩的最高沸点制冷剂。在第一制冷区段中，一些的较低沸点制冷剂也可被冷却和随后冷凝，然后通向汽化区段以便用作第二个后续制冷区段等等的冷却剂。

对于上述任何一种方法，生产的LNG典型地含有在该LNG中的氮气。氮气典型地随着甲烷一起从LNG中“闪蒸”出来。闪蒸出的气体(闪蒸气体)含有在宽范围内变化的比例的甲烷和氮气；然而，不可避免地从LNG中损失甲烷。该闪蒸气体可以用作低BTU加热气体，通入到甲烷或氮回收阶段，或通入到两者中，或排放到大气中。希望生产出不含有或具有极低氮气含量的LNG。

发现这样一种方法的不断努力都集中于该目标。

本发明的概述

本发明包括以单个方法从含有氮气的天然气流中分离氮气流以生产氮气流和液化天然气流的单级混合制冷方法，该方法主要由以下步骤组成：在单级混合制冷热交换器中冷却天然气流，以生产冷却了的流股；将冷却了的天然气流股通入到分离器中并从分离器中回收浓缩的富含甲烷的液流和浓缩的富含氮气的汽流；在热交换器中进一步冷却至少一部分的浓缩的富含甲烷的液体并从热交换器中回收第一液化天然气流；将第一液化天然气流通入到氮气汽提塔中；将浓缩的氮汽流通入到氮气汽提塔中；从氮气汽提塔的下部回收液化天然气产品；和，从氮气汽提塔的顶部的接近处回收塔顶氮气流并将该塔顶氮气流作为制冷剂通入到热交换器中。

用于该方法中的分离器可以是闪蒸器或高压蒸馏塔。

附图的简述

图1是本发明的方法的实施方案的示意图；和，

图2是本发明的方法的另一个实施方案的示意图。