[发明专利]液化包含至少一种可凝固组分的天然气物流的方法

说明书

本发明涉及一种天然气液化方法，更具体地说，本发明涉及一种由至少含有一种可凝固组分的天然气物流生产加压的液化天然气(PLNG)的方法。

由于天然气的清洁燃烧性和便利性，它在近年来已经被广泛地使用。许多天然气资源位于偏远地区，距任何天然气的商业市场都有很长的距离。有时可使用一条管线将所生产的天然气输送到商业市场。当管线输送不可行时，为输送到市场，所生产的天然气通常被加工成液化天然气(它被称为“LNG”)。

LNG厂的一个显著特征是工厂需要的大量资金投入。用来液化天然气的设备通常十分昂贵。液化厂由几个基本系统组成，包括气体处理以去除杂质，液化，制冷，电力设备，以及储存和装船设备等。而依据工厂的位置，LNG厂的费用可以有很大的差别，包括场地开发费用，一个典型的常规LNG项目可花费50亿到100亿美元。工厂的制冷系统可达总费用的百分之三十。

LNG制冷系统的昂贵是因为需要很多的制冷量来液化天然气。一种典型的天然气物流以从约4,830kPa(700psia)到约7,600kPa(1,100psia)的压力和从约20℃到约40℃的温度进入一个LNG工厂。主要是甲烷的天然气，如同用于能源目的的较重烃的情况一样，不能通过简单地增加压力而被液化。甲烷的临界温度是-82.5℃。这意味着无论所施加的压力是多少，甲烷都只能够在低于那个温度的情况下被液化。因为天然气是一种气体混合物，它在一个温度范围内液化。天然气的临界温度大约在-85℃到-62℃之间。典型地，在大气压力下的天然气混合物将在大约-165℃到-155℃的温度范围内液化。因为制冷设备是LNG设备费用中如此显著的一大部分，所以人们做了很多巨大努力来减少制冷费用。

在现有技术中有许多系统用来液化天然气，方法是使天然气以一个高压连续通过数个冷却阶段，于是气体被连续冷却到更低的温度，直到气体液化。常规液化在等于或接近大气压的压力下将气体冷却到大约-160℃的温度。冷却通常通过和一种或多种制冷剂，例如丙烷、丙烯、乙烷、乙烯以及甲烷的热交换来完成。尽管许多制冷循环已经被用来液化天然气，目前LNG厂中最常使用的三种类型是：(1)“串联循环”，它在以渐进方式排列的热交换器中使用数倍的单一组分制冷剂，以将气体的温度降低到液化温度，(2)“膨胀循环”，它使气体从高压膨胀至低压，伴随着相应的温度降低，以及(3)“多组分制冷循环”，它在特别设计的交换器中使用一种多组分制冷剂。大多数天然气液化循环使用这三种基本类型的变体或组合。

在常规LNG厂中，必须将水、二氧化碳、诸如硫化氢的含硫化合物和其它酸性气体、正戊烷和包括苯的较重烃从天然气加工过程中充分去除，使它们低至百万分之一(ppm)的水平。这些化合物中某些会凝固，在加工设备中造成堵塞问题。其他化合物，例如那些含硫的化合物，通常被去除以满足销售指标的要求。在一个常规LNG厂中，要求气体处理设备除去二氧化碳和酸性气体。气体处理设备通常使用一个化学和/或物理的溶剂回收过程并需要巨大的资金投入。而且，操作费用也较高。需要诸如分子筛的干燥床脱水剂来除去水蒸气。使用一个洗涤塔和分馏设备来除去容易导致堵塞问题的烃。在常规LNG工厂中还要除去汞，因为它会导致铝制设备的故障。另外，可能存在于天然气中的大部分的氮经过加工后被除去，因为在常规LNG的运输过程中氮不会保留在液相中，而且在运输时LNG容器中含有氮蒸气是不符合要求的。

在工业上越来越需要一种改进的方法用于液化含有CO₂的天然气，所述天然气中CO₂的浓度使其在液化过程中会发生凝固，同时要求该方法具有经济的能量需求。

本发明总体上涉及一种生产加压液化天然气(PLNG)的方法，其中天然气原料流中含有一种可凝固组分。尽管该可凝固组分通常是CO₂、H₂S或其它酸性气体，它也可以是有可能在分离系统中形成固体的任何组分。