Отвод азота из конденсированного природного газа

Отвод азота из конденсированного природного газа

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Уровень техники

Сырой природный газ содержит в основном метан, а также содержит многочисленные микросоставляющие (примеси), такие как вода, сероводород, двуокись углерода, ртуть, азот и легкие углеводороды, как правило, имеющие от двух до шести атомов углерода. Некоторые из этих составляющих, такие как вода, сероводород, двуокись углерода и ртуть, представляют собой загрязнения, которые являются вредными для последующих стадий процесса, таких как переработка природного газа или производство сжиженного природного газа (СПГ), и эти загрязнения должны удаляться перед этими стадиями переработки. После удаления этих загрязнений углеводороды, более тяжелые, чем метан, конденсируются и извлекаются в виде жидкостей природного газа (NGL), а остающийся газ, который содержит, прежде всего, метан, азот и оставшиеся легкие углеводороды, охлаждают и конденсируют с получением конечного продукта - СПГ.

Поскольку сырой природный газ может содержать 1-10% молярных азота, удаление азота является необходимым во многих схемах производства СПГ. Для отвода азота из СПГ перед хранилищем конечного продукта могут использоваться установка отвода азота (NRU) и/или одна или несколько стадий испарения. Отвод азота требует дополнительного принудительного охлаждения, и это принудительное охлаждение может обеспечиваться за счет расширения исходных материалов в систему отвода азота, за счет расширения извлеченного газа, обогащенного азотом, за счет использования части принудительного охлаждения, предусмотренного для сжижения, или с помощью их сочетаний. В зависимости от способа отвода азота отведенный азот по-прежнему может содержать значительную концентрацию метана, и, если это так, этот отведенный поток азота не может выпускаться наружу и должен подаваться в систему сгорания установки.

При производстве СПГ сжижение, как правило, осуществляется при повышенных давлениях в пределах от 500 до 1000 фунт/кв.дюйм, и по этой причине СПГ из секции сжижения должен подвергнуться уменьшению давления или испаряться при давлении, близком к атмосферному давлению. На этой стадии испарения испаренный газ, содержащий оставшийся азот, и испаренный продукт - метан - откачивают для использования в качестве топлива. Для сведения к минимуму образования испаренного газа процесс сжижения, как правило, включает в себя конечную стадию переохлаждения, которая требует дополнительного принудительного охлаждения.

При определенных операциях с СПГ генерация потоков горючих газов на конечных стадиях процесса сжижения может быть нежелательной. Это уменьшает доступные возможности для утилизации отведенного азота, поскольку удаление в атмосферу является возможным, только если отводимый азот содержит низкие концентрации метана, например, примерно ниже 5% молярных. Такие низкие концентрации метана в отведенном азоте могут поддерживаться только посредством эффективной установки отвода азота, и это требует достаточного принудительного охлаждения для осуществления разделения азота и метана.

В области СПГ имеется необходимость в усовершенствованных способах отвода азота, которые сводят к минимуму отвод метана и которые эффективно встраиваются в систему принудительного охлаждения СПГ. Настоящее изобретение, как описывается ниже и определяется в прилагаемой формуле изобретения, удовлетворяет эту потребность посредством создания вариантов осуществления способа для удаления азота из СПГ при минимальных потерях метана, при этом способ объединяет производство и хранение СПГ с эффективным принудительным охлаждением для отвода азота и охлаждения конечного продукта.

Сущность изобретения

Один из вариантов осуществления настоящего изобретения включает способ отвода азота из конденсированного природного газа, который включает в себя: (a) введение конденсированного природного газа в дистилляционную колонну, в первом положении в ней, извлечение обогащенного азотом потока пара из головной части дистилляционной колонны и извлечение очищенного потока сжиженного природного газа из нижней части колонны; (b) введение потока холодного орошения в дистилляционную колонну во втором положении, выше первого положения, в котором принудительное охлаждение для создания потока холодного орошения получают посредством сжатия и совершающего внешнюю работу расширения потока холодильного агента, содержащего азот; и (c) либо (1) охлаждение очищенного потока сжиженного природного газа или охлаждение потока конденсированного природного газа, либо (2) охлаждение как очищенного потока сжиженного природного газа, так и потока конденсированного природного газа, где принудительное охлаждение при (1) или (2) получается посредством сжатия и совершающего внешнюю работу расширения потока холодильного агента, содержащего азот. Поток холодильного агента может содержать весь поток обогащенных азотом паров из дистилляционной колонны или его часть. Обогащенный азотом поток пара из головной части колонны может содержать менее чем 5% молярных метана и может содержать менее чем 2% молярных метана.

Способ, кроме того, может включать в себя охлаждение конденсированного природного газа перед введением в дистилляционную колонну с помощью косвенного теплообмена с испаряющейся жидкостью, извлекаемой из нижней части дистилляционной колонны, для создания потока испаренных донных фракций и охлажденного потока конденсированного природного газа и введение потока испаренных донных фракций в дистилляционную колонну для создания в ней парообразования при кипении. Давление охлажденного конденсированного природного газа может быть понижено посредством расширительного клапана или детандера перед дистилляционной колонной.

Поток холодного орошения, принудительное охлаждение для создания потока холодного орошения и принудительное охлаждение для охлаждения либо (i) очищенного потока сжиженного природного газа, или потока конденсированного природного газа, либо (ii) как очищенного потока сжиженного природного газа, так и потока конденсированного природного газа могут обеспечиваться посредством

(1) объединения обогащенного азотом потока пара из головной части дистилляционной колонны с обогащенным азотом потоком, после расширения с совершением внешней работы, с получением объединенного холодного потока, обогащенного азотом;

(2) нагрева объединенного холодного потока, обогащенного азотом, чтобы обеспечить с помощью косвенного теплообмена принудительное охлаждение для получения потока холодного орошения и принудительное охлаждение для охлаждения либо (i) очищенного потока сжиженного природного газа, или потока конденсированного природного газа, либо (ii) как очищенного потока сжиженного природного газа, так и потока конденсированного природного газа, тем самым генерируя нагретый поток, обогащенный азотом;

(3) дополнительного нагрева нагретого потока, обогащенного азотом, с помощью косвенного теплообмена со сжатым потоком, обогащенным азотом, с обеспечением тем самым охлажденного сжатого потока, обогащенного азотом, и дополнительно нагретого потока, обогащенного азотом;

(4) отведения первой части дополнительно нагретого потока, обогащенного азотом, в виде потока отведенного азота и сжатия второй части дополнительно нагретого потока, обогащенного азотом, для создания сжатого потока, обогащенного азотом, из (3);

(5) отведения первой части охлажденного сжатого потока, обогащенного азотом, и расширения с совершением внешней работы части охлажденного сжатого потока, обогащенного азотом, для обеспечения обогащенного азотом потока после расширения с совершением внешней работы из (1); и

(6) охлаждения второй части охлажденного сжатого потока, обогащенного азотом, с помощью косвенного теплообмена с холодным потоком, обогащенным азотом, для обеспечения холодного сжатого потока, обогащенного азотом, и уменьшения давления холодного сжатого потока, обогащенного азотом, для обеспечения потока холодного орошения.

Очищенный поток сжиженного природного газа может охлаждаться с помощью косвенного теплообмена с обогащенным азотом потоком пара из головной части дистилляционной колонны и холодным потоком холодильного агента, обогащенного азотом, с получением продукта - сжиженного природного переохлажденного газа.

Альтернативно поток холодного орошения, принудительное охлаждение для обеспечения потока холодного орошения и принудительное охлаждение для охлаждения либо (i) очищенного потока сжиженного природного газа, или потока конденсированного природного газа, либо (ii) как очищенного потока сжиженного природного газа, так и потока конденсированного природного газа могут обеспечиваться посредством

(1) нагрева обогащенного азотом потока пара из головной части дистилляционной колонны, чтобы обеспечить с помощью косвенного теплообмена первую часть принудительного охлаждения для генерирования потока холодного орошения и охладить либо (i) очищенный поток сжиженного природного газа, или поток конденсированного природного газа, либо (ii) как очищенный поток сжиженного природного газа, так и поток конденсированного природного газа, создавая тем самым нагретый поток обогащенного азотом пара;

(2) отвода первой части нагретого потока обогащенного азотом пара в виде потока отведенного азота и сжатия второй части нагретого потока обогащенного азотом пара для создания сжатого потока, обогащенного азотом;

(3) объединения сжатого потока, обогащенного азотом, с обогащенным азотом нагретым потоком, расширенным с совершением внешней работы, для создания объединенного потока, обогащенного азотом, и сжатия объединенного потока, обогащенного азотом, для создания объединенного сжатого потока, обогащенного азотом;

(4) охлаждения объединенного сжатого потока, обогащенного азотом, с получением охлажденного сжатого потока, обогащенного азотом, расширения с совершением внешней работы первой части охлажденного сжатого потока, обогащенного азотом, с получением холодного потока холодильного агента, обогащенного азотом, и нагрева холодного потока холодильного агента, обогащенного азотом, для обеспечения с помощью косвенного теплообмена второй части принудительного охлаждения для генерирования потока холодного орошения и для охлаждения либо (i) очищенного потока сжиженного природного газа, или потока конденсированного природного газа, либо (ii) как очищенного сжиженного природного газа, так и потока конденсированного природного газа, создавая тем самым нагретый поток, обогащенный азотом, расширенный с совершением внешней работы; и

(5) охлаждения второй части охлажденного сжатого потока, обогащенного азотом, с помощью косвенного теплообмена с обогащенным азотом потоком пара из головной части дистилляционной колонны и холодным потоком холодильного агента, обогащенного азотом, для создания холодного сжатого потока, обогащенного азотом, и уменьшения давления холодного сжатого потока, обогащенного азотом, для создания потока холодного орошения.

Очищенный поток сжиженного природного газа может подвергаться переохлаждению с помощью косвенного теплообмена с обогащенным азотом потоком пара из головной части дистилляционной колонны и холодным потоком холодильного агента, обогащенного азотом, для создания продукта - переохлажденного сжиженного природного газа.

Способ может, кроме того, включать в себя уменьшение давления холодного сжатого потока, обогащенного азотом, с созданием холодного двухфазного потока, обогащенного азотом, разделение холодного двухфазного потока, обогащенного азотом, с получением холодного потока жидкости, обогащенной азотом, и холодного потока пара, обогащенного азотом, уменьшение давления холодного потока жидкости, обогащенной азотом, для создания потока холодного орошения, и объединение холодного потока обогащенного азотом пара с холодным потоком холодильного агента, обогащенного азотом, из (4). Кроме того, способ также может включать в себя уменьшение давления холодного потока обогащенного азотом пара для создания потока пара с пониженным давлением и объединение потока пара с пониженным давлением либо с холодным потоком холодильного агента, обогащенного азотом, из (4), либо с обогащенным азотом потоком пара из головной части дистилляционной колонны согласно (1).

Если это желательно, часть холодного потока жидкости, обогащенной азотом, может испаряться в промежуточном конденсаторе, в дистилляционной колонне, между первым и вторым положениями в ней, с формированием испаренного потока, обогащенного азотом, и испаренный поток, обогащенный азотом, объединяют с холодным потоком обогащенного азотом пара.

Способ может, кроме того, включать в себя уменьшение давления потока конденсированного природного газа с образованием двухфазного потока, разделение двухфазного потока на поток обогащенной метаном жидкости и поток пара, обогащенного азотом, охлаждение потока обогащенной метаном жидкости с помощью косвенного теплообмена с обогащенным азотом потоком пара из головной части дистилляционной колонны и холодным потоком обогащенного азотом холодильного агента для создания входного потока конденсированного природного переохлажденного газа, дополнительное охлаждение входного потока конденсированного природного переохлажденного газа с помощью косвенного теплообмена с испаренной жидкостью, извлекаемой из нижней части дистилляционной колонны, для создания потока испаренных донных фракций, введение потока испаренных донных фракций в дистилляционную колонну для создания в ней парообразования при кипении, охлаждение потока обогащенного азотом пара с помощью косвенного теплообмена с обогащенным азотом потоком пара из головной части дистилляционной колонны и холодным потоком обогащенного азотом холодильного агента для создания охлажденного входного потока природного газа и введение охлажденного входного потока природного газа в дистилляционную колонну в точке, промежуточной между первым и вторым положением в ней.

Необязательно очищенный поток сжиженного природного газа может подвергаться переохлаждению с помощью косвенного теплообмена с обогащенным азотом потоком пара из головной части дистилляционной колонны и с холодным потоком холодильного агента, обогащенного азотом.

После охлаждения второй части охлажденного сжатого потока, обогащенного азотом, с помощью косвенного теплообмена с обогащенным азотом потоком пара из головной части дистилляционной колонны и холодным потоком обогащенного азотом холодильного агента и перед уменьшением давления холодного сжатого потока, обогащенного азотом, для создания потока холодного орошения холодный сжатый поток, обогащенный азотом, может дополнительно охлаждаться с помощью косвенного теплообмена с испаренной жидкостью, отводимой из нижней части дистилляционной колонны, создавая тем самым поток испаренных донных фракций, и введение потока испаренных донных фракций в дистилляционную колонну для создания в ней парообразования при кипении.

Альтернативно поток холодного орошения, принудительное охлаждение для создания потока холодного орошения и принудительное охлаждение для охлаждения либо (i) очищенного потока сжиженного природного газа, или потока конденсированного природного газа, либо (ii) как очищенного потока сжиженного природного газа, так и потока конденсированного природного газа могут обеспечиваться посредством

(1) нагрева холодного потока обогащенного азотом пара, чтобы обеспечить первую часть принудительного охлаждения для получения потока холодного орошения и принудительного охлаждения для охлаждения либо (i) очищенного потока сжиженного природного газа, или потока конденсированного природного газа, либо (ii) как очищенного потока сжиженного природного газа, так и потока конденсированного природного газа, создавая тем самым нагретый поток пара, обогащенного азотом;

(2) сжатия нагретого потока обогащенного азотом пара для создания обогащенного азотом сжатого потока;

(3) объединения обогащенного азотом сжатого потока с обогащенным азотом нагретым потоком, расширенным с совершением внешней работы, для создания объединенного потока, обогащенного азотом, и сжатия объединенного потока, обогащенного азотом, для создания объединенного сжатого потока, обогащенного азотом;

(4) охлаждения обогащенного азотом объединенного сжатого потока с получением обогащенного азотом охлажденного сжатого потока, расширения с совершением внешней работы первой части обогащенного азотом охлажденного сжатого потока с получением холодного потока обогащенного азотом холодильного агента и нагрева холодного потока обогащенного азотом холодильного агента, чтобы обеспечить вторую часть принудительного охлаждения для охлаждения либо (ii) очищенного потока сжиженного природного газа, или потока конденсированного природного газа, либо (ii) как очищенного потока сжиженного природного газа, так и потока конденсированного природного газа, создавая тем самым нагретый поток, обогащенный азотом, расширенный с совершением внешней работы, из (3);

(f) охлаждения второй части обогащенного азотом охлажденного сжатого потока с помощью косвенного теплообмена с холодным обогащенным азотом потоком пара из головной части колонны и холодным потоком обогащенного азотом холодильного агента для создания обогащенного азотом холодного сжатого потока и уменьшения давления обогащенного азотом холодного сжатого потока, для создания холодного потока обогащенного азотом холодильного агента; и

(g) частичной конденсации пара из головной части дистилляционной колонны в конденсаторе в головной части колонны с помощью косвенного теплообмена с холодным потоком обогащенного азотом холодильного агента, с образованием двухфазного потока из головной части колонны и обогащенного азотом потока пара, из (1), разделения двухфазного потока из головной части колонны на паровую часть и жидкую часть, возвращения жидкой части в дистилляционную колонну в виде потока холодного орошения и отвода паровой части как потока отведенного азота.

Другой вариант осуществления настоящего изобретения включает в себя способ для отвода азота из конденсированного природного газа, который включает в себя

(a) введение исходного материала конденсированного природного газа в дистилляционную колонну в первом положении в ней, извлечение обогащенного азотом потока пара из головной части дистилляционной колонны и извлечение очищенного потока сжиженного природного газа из нижней части колонны; и

(b) введение потока холодного орошения в дистилляционную колонну во втором положении, выше первого положения, где поток холодного орошения и принудительное охлаждение для создания потока холодного орошения получают посредством стадий, которые включают в себя сжатие всего обогащенного азотом потока пара из головной части колонны или его части, с образованием обогащенного азотом сжатого потока, расширение с совершением внешней работы части обогащенного азотом сжатого потока для генерирования принудительного охлаждения для создания потока холодного орошения и охлаждение и уменьшение давления другой части сжатого потока, обогащенного азотом, для создания потока холодного орошения.

Питание для дистилляционной колонны в виде конденсированного природного газа может обеспечиваться за счет охлаждения конденсированного природного газа с помощью косвенного теплообмена с испаренной жидкостью, извлекаемой из нижней части дистилляционной колонны, для создания потока испаренных донных фракций и введения потока испаренных донных фракций в дистилляционную колонну для создания в ней парообразования при кипении.

Альтернативно поток холодного орошения и принудительное охлаждение для создания потока холодного орошения могут обеспечиваться путем

(a) нагрева обогащенного азотом потока пара из головной части дистилляционной колонны, чтобы обеспечить первую часть принудительного охлаждения для создания потока холодного орошения, тем самым обеспечивая нагретый поток пара, обогащенный азотом;

(b) извлечения первой части нагретого потока пара, обогащенного азотом, как потока отведенного азота, и сжатия второй части нагретого потока пара, обогащенного азотом, с обеспечением сжатого потока, обогащенного азотом;

(c) объединения сжатого потока, обогащенного азотом, с нагретым потоком, обогащенным азотом, после расширения с совершением внешней работы для создания объединенного потока, обогащенного азотом, и сжатия объединенного потока, обогащенного азотом, с получением объединенного сжатого потока, обогащенного азотом;

(d) охлаждения объединенного сжатого потока, обогащенного азотом, с получением охлажденного сжатого потока, обогащенного азотом, расширения с совершением внешней работы первой части обогащенного азотом охлажденного сжатого потока с получением холодного потока холодильного агента, обогащенного азотом, и нагрева холодного потока холодильного агента, обогащенного азотом, для создания второй части принудительного охлаждения, для создания потока холодного орошения, получая тем самым нагретый поток, обогащенный азотом, после расширения с совершением внешней работы; и

(e) охлаждения второй части охлажденного сжатого потока, обогащенного азотом, с помощью косвенного теплообмена с обогащенным азотом потоком пара из головной части дистилляционной колонны и холодным потоком холодильного агента, обогащенного азотом, для создания холодного сжатого потока, обогащенного азотом, уменьшения давления холодного сжатого потока, обогащенного азотом, для создания холодного потока с пониженным давлением, обогащенного азотом, и введения холодного потока с пониженным давлением, обогащенного азотом, в дистилляционную колонну, как потока холодного орошения.

Давление конденсированного природного газа перед дистилляционной колонной может понижаться за счет прохождения исходных материалов охлажденного сжиженного природного газа через детандер для плотных текучих сред.

Другой вариант осуществления настоящего изобретения относится к системе для отвода азота из конденсированного природного газа, которая содержит

(a) дистилляционную колонну, имеющую первое положение для введения конденсированного природного газа, второе положение для введения потока холодного орошения, где второе положение находится выше первого положения, головную линию для извлечения обогащенного азотом потока пара из головной части колонны и линию для извлечения очищенного потока сжиженного природного газа из нижней части колонны;

(b) средства компрессии для сжатия холодильного агента, содержащего азот, с получением сжатого холодильного агента, содержащего азот;

(c) детандер для расширения с совершением внешней работы первой части содержащего азот сжатого холодильного агента с получением холодного холодильного агента после расширения с совершением внешней работы;

(d) средства теплообмена для нагрева холодного холодильного агента после расширения с совершением внешней работы и для охлаждения с помощью косвенного теплообмена с холодным холодильным агентом после расширения с совершением внешней работы второй части содержащего азот сжатого холодильного агента, либо (1) очищенного потока сжиженного природного газа, или потока конденсированного природного газа, либо (2) как очищенного потока сжиженного природного газа, так и потока конденсированного природного газа; и

(e) средства для уменьшения давления охлажденной второй части содержащего азот сжатого холодильного агента, отведенного из средств теплообмена, чтобы обеспечить принудительное охлаждение для дистилляционной колонны.

Система может также содержать средства в виде трубопровода для объединения обогащенного азотом потока пара из головной части колонны и обогащенного азотом холодного газа после расширения с совершением внешней работы, для формирования холодного объединенного потока, обогащенного азотом, где средство теплообмена содержит один или несколько проходных каналов для нагрева обогащенного азотом холодного объединенного потока, чтобы получить нагретый объединенный поток, обогащенный азотом. Средства компрессии могут включать в себя одноступенчатый компрессор для сжатия нагретого объединенного потока, обогащенного азотом.

Средства теплообмена могут содержать первую группу проходных каналов для нагрева обогащенного азотом потока пара из головной части колонны с образованием нагретого обогащенного азотом потока пара из головной части колонны и вторую группу проходных каналов для нагрева холодного холодильного агента после расширения с совершением внешней работы, с образованием нагретого холодильного агента после расширения с совершением внешней работы. Средства компрессии могут включать в себя компрессор, имеющий первую ступень и вторую ступень, где система содержит средства в виде трубопровода для переноса нагретого обогащенного азотом потока пара головной части колонны из средства теплообмена на вход первой ступени компрессора и средства в виде трубопровода для переноса нагретого холодильного агента после расширения с совершением внешней работы из средства теплообмена на вход второй ступени компрессора.

Другой вариант осуществления настоящего изобретения включает в себя систему для отвода азота из конденсированного природного газа, которая содержит

(a) дистилляционную колонну, имеющую первое положение для введения конденсированного природного газа в дистилляционную колонну, второе положение для введения потока холодного орошения в дистилляционную колонну, где второе положение находится выше первого положения, линию для извлечения обогащенного азотом потока пара из головной части дистилляционной колонны и линию для извлечения очищенного потока сжиженного природного газа из нижней части колонны;

(b) средства компрессии для сжатия всего обогащенного азотом потока пара из головной части колонны или его части с получением сжатого потока пара, обогащенного азотом;

(c) детандер для расширения с совершением внешней работы первого обогащенного азотом охлажденного сжатого потока пара, с получением холодного обогащенного азотом потока после расширения с совершением внешней работы;

(d) средство теплообмена, содержащее:

(d1) первую группу проходных каналов для нагрева холодного обогащенного азотом потока после расширения с совершением внешней работы, с получением теплого обогащенного азотом потока после расширения с совершением внешней работы;

(d2) вторую группу проходных каналов для нагрева обогащенного азотом потока пара из головной части дистилляционной колонны с получением теплого обогащенного азотом головной части потока пара;

(d3) третью группу проходных каналов для охлаждения сжатого потока пара, обогащенного азотом, с помощью косвенного теплообмена с холодным обогащенным азотом потоком после расширения с совершением внешней работы и обогащенным азотом потоком пара из головной части дистилляционной колонны, с получением первого охлажденного сжатого потока пара, обогащенного азотом, и второго охлажденного сжатого потока пара, обогащенного азотом; и

(e) средства для уменьшения давления второго охлажденного сжатого потока пара, обогащенного азотом, с получением потока холодного орошения и средства для введения потока холодного орошения в дистилляционную колонну во втором положении.

Данная система может, кроме того, содержать средство в виде ребойлера для охлаждения конденсированного природного газа перед введением в дистилляционную колонну с помощью косвенного теплообмена с испаренным потоком, извлеченным из нижней части дистилляционной колонны, с образованием тем самым испаренного потока и средства для введения испаренного потока в нижнюю часть дистилляционной колонны для получения в ней парообразования при кипении. Средства компрессии могут включать в себя компрессор, имеющий первую ступень и вторую ступень, и система может содержать средство в виде трубопровода для переноса теплого обогащенного азотом потока пара из головной части колонны, из средства в виде теплообменника на вход первой ступени компрессора и средство в виде трубопровода для переноса теплого обогащенного азотом потока после расширения с совершением внешней работы из средств теплообмена на вход второй ступени компрессора.

Краткое описание некоторых видов чертежей

Фиг.1 представляет собой блок-схему варианта осуществления настоящего изобретения.

Фиг.2 представляет собой блок-схему альтернативного варианта осуществления настоящего изобретения.

Фиг.3 представляет собой первую модификацию варианта осуществления, иллюстрируемого на блок-схеме фиг.2.

Фиг.4 представляет собой вторую модификацию варианта осуществления, иллюстрируемого на блок-схеме фиг.2.

Фиг.5 представляет собой третью модификацию варианта осуществления, иллюстрируемого на блок-схеме фиг.2.

Фиг.6 представляет собой четвертую модификацию варианта осуществления, иллюстрируемого на блок-схеме фиг.2.

Фиг.7 представляет собой пятую модификацию варианта осуществления, иллюстрируемого на блок-схеме фиг.2.

Фиг.8 представляет собой блок-схему другого альтернативного варианта осуществления настоящего изобретения.

Подробное описание изобретения

Варианты осуществления настоящего изобретения включают в себя способы для удаления азота из конденсированного природного газа с минимальными потерями метана с использованием встроенного способа принудительного охлаждения для отвода азота, для получения очищенного сжиженного природного газа (СПГ). Принудительное охлаждение для охлаждения либо (1) очищенного СПГ, или конденсированного природного газа, либо (2) как очищенного СПГ, так и конденсированного природного газа обеспечивается посредством системы принудительного охлаждения рецикла с использованием сжатия и расширения с совершением внешней работы азота, удаленного из конденсированного природного газа. Поток холодного орошения для дистилляционной колонны с отводом азота также получают из системы принудительного охлаждения рецикла.

Следующие определения относятся к используемым здесь терминам. Конденсированный природный газ определяется как природный газ, который охлаждают с получением плотной или конденсированной фазы, обогащенной метаном. Конденсированный природный газ может существовать при давлениях ниже критического давления в частично конденсированном, двухфазном состоянии пар-жидкость, в полностью конденсированном насыщенном жидком состоянии или в полностью конденсированном переохлажденном состоянии. Альтернативно конденсированный природный газ может существовать при давлениях выше критического давления как плотная текучая среда, имеющая свойства, подобные жидкости.

Конденсированный природный газ получают из сырого природного газа, который обрабатывают для удаления примесей, которые замерзали бы при низких температурах, необходимых для сжижения, или были бы вредны для сжижающего оборудования. Эти примеси включают в себя воду, ртуть и кислотные газы, такие как двуокись углерода, сероводород и, возможно, другие примеси, содержащие серу. Очищенный сырой природный газ может дополнительно перерабатываться для удаления некоторых содержащихся в нем углеводородов, более тяжелых, чем метан. После этих стадий предварительной переработки конденсированный природный газ может содержать азот в концентрациях, находящихся в пределах от 1 до 10% молярных.

Очищенный СПГ представляет собой конденсированный природный газ, из которого удалена часть азота, присутствующая изначально. Очищенный СПГ может содержать, например, более чем 95% молярных углеводородов и, возможно, более чем 99% молярных углеводородов, прежде всего метана. Косвенный теплообмен представляет собой обмен тепла между протекающими потоками, которые являются физически разделенными, в теплообменнике или теплообменниках. Поток отведенного азота или отведенный поток азота представляет собой поток, содержащий азот, который удален из конденсированного природного газа. Поток, обогащенный азотом, представляет собой поток, который содержит более чем 50% молярных азота, может содержать более чем 90% молярных азота и, возможно, может содержать более чем 99% молярных азота.

Система принудительного охлаждения с замкнутым циклом представляет собой систему принудительного охлаждения, содержащую средства сжатия, теплообмена и понижения давления, в которых холодильный агент рециркулирует без непрерывного преднамеренного отвода холодильного агента. Как правило, малое количество восполняющего холодильного агента является необходимым из-за небольших потерь при протечках из системы. Система принудительного охлаждения с открытым циклом представляет собой систему принудительного охлаждения, содержащую средства сжатия, теплообмена и понижения давления, в которых циркулирует холодильный агент, часть холодильного агента непрерывно отводят из контура рециркуляции, и дополнительный холодильный агент непрерывно вводят в контур циркуляции. Как будет описано ниже, холодильный агент, непрерывно вводимый в контур циркуляции, может получаться из технологического потока, охлаждаемого посредством систем принудительного охлаждения.

Первый неограничивающий пример настоящего изобретения иллюстрируется в варианте осуществления, представленном на фиг.1. Питание (сырьевой поток) конденсированного природного газа, который был ожижен с помощью любого способа принудительного охлаждения, поступает в процесс через линию 1. Способ принудительного охлаждения для сжижения может включать в себя, например, метан/этан(или этилен)/пропановый каскад, единый смешанный холодильный агент, смешанный холодильный агент с предварительно охлажденным пропаном, двойной смешанный холодильный агент или любую форму принудительного охлаждения детандерным циклом, или их сочетания. Паровые и/или жидкостные детандеры также могут включаться в качестве части общей системы принудительного охлаждения, где это является экономически выгодным. Конденсированный природный газ в линии 1, как правило, находится при -150 - -220°F и 500-1000 фунт/кв.дюйм.

Конденсированный природный газ необязательно может охлаждаться в теплообменнике 3 ребойлера за счет испаренной жидкости, подаваемой через линию 5 от дистилляционной колонны 7 для отвода азота. Испаренный поток возвращается через линию 9 для создания парообразования при кипении в дистилляционной колонне 7. Если желательно, могут использоваться другие способы охлаждения конденсированного природного газа или создания парообразования при кипении в дистилляционной колонне 7. Охлажденный конденсированный природный газ в линии 11, давление которого может необязательно понижаться посредством расширительного клапана 13, вводят в дистилляционную колонну 7, в промежуточном положении в ней. Альтернативно могут использоваться вместо расширительного клапана 13 для понижения давления охлажденного конденсированного природного газа гидравлическая расширительная турбина или детандер. В других альтернативах давление конденсированного природного газа в линии 1 может быть понижено пропусканием через расширительный клапан (не показан) или гидравлическую расширительную турбину (не показана) вместо уменьшения давления охлажденного конденсированного природного газа в линии 11 или в дополнение к нему.

Охлажденный конденсированный природный газ разделяют в дистилляционной колонне 7, как правило, работающей при 50-250 фунт/кв.дюйм, с получением потока пара из головной части колонны, обогащенного азотом, в линии 15 и очищенного продукта - СПГ в линии 17. Очищенный СПГ в линии 17 может переохлаждаться до температур в пределах от -230 до -260°F в теплообменнике 19 с помощью косвенного теплообмена с холодным холодильным агентом (описывается ниже) и поступать в хранилище продукта - СПГ через линию 20. Давление переохлажденного продукта - СПГ, как правило, понижают примерно до атмосферного давления (не показано) перед хранилищем, что может обеспечить дополнительное удаление азо