ОБЪЕДИНЕННЫЕ ИЗВЛЕЧЕНИЕ ПГК И ПРОИЗВОДСТВО СЖИЖЕННОГО ПРИРОДНОГО ГАЗА
UNITED EXTRACTION OF NATURAL GAS CONDENSATE AND MANUFACTURING OF LIQUEFIED NATURAL GAS

Уровень техники изобретения
Настоящее изобретение относится к отделению метана от примеси этана и более тяжелых углеводородов и имеет конкретное, но не исключительное, применение в объединенном способе, в котором природный газоконденсат (ПГК) извлекается, и сжиженный природный газ (СПГ) производится из природного газа (ПГ).
Природный газ содержит главным образом метан и второстепенные компоненты, которые включают более тяжелые углеводороды. Сжиженный природный газ содержит главным образом метан. Углеводороды, более тяжелые, чем метан, обычно конденсируются и извлекаются как природный газоконденсат и фракционируются, чтобы производить ценные углеводородные продукты.
Типичная система сжижения ПГ содержит колонну-скруббер, в которую подается сырой природный газ или газ из трубопровода и производится богатый метаном пар верхнего погона и ПГК как жидкий отстой. Часть богатого метаном пара верхнего погона частично конденсируется, чтобы обеспечить орошение для колонны, и остаток сжижается, чтобы обеспечить продукт СПГ. Жидкий отстой фракционируется, чтобы получить отдельные углеводороды и/или погоны (фракции) углеводорода как ценные продукты.
Эффективность сжижения улучшается с увеличением давления, и соответственно давление сжижения ПГ должно быть значительно выше критического давления метана для того, чтобы минимизировать расход энергии для процесса СПГ. Однако извлечение тяжелых углеводородов посредством колонны-скруббера становится более трудным при повышении давления, и невозможно разделять смесь при давлении выше ее критического давления. Следовательно, колонна-скруббер должна работать при давлении значительно ниже, чем критическое давление метана, для того, чтобы достичь удовлетворительного разделения. Обычное решение состоит в том, чтобы производить расширение подачи в колонну-скруббер и затем сжимать пар верхнего погона. Работа, полученная от изоэнтропийного расширения подачи, может быть использована, чтобы, по меньшей мере, частично осуществить привод компрессора(ов) верхнего погона. Такое решение показано в US-A-4065278 (опубликованный 27 декабря 1977).
4
4
Расширения подачи в колонну-скруббер, за которым следует сжатие пара верхнего погона, можно избежать посредством рециркуляции тяжелых компонентов, полученных из фракционирования ПГК, в верхнюю часть колонны-скруббера или вблизи нее как абсорбирующей жидкости. Например, Chen-Hwa Chiu (Журнал по нефти и газу, 24 ноября 1997, 56-63) сообщает, что использование рециркуляции тяжелого алкана, как, например, всей или части фракции C ПГК, в колонну-скруббер процесса СПГ может повысить критическое давление отделяемой смеси и таким образом рабочее давление для колонны-скруббера. В служащем примером способе имеется частичная или полная рециркуляция фракции C ПГК, извлеченной из дебутанизатора.
WO 01101307/US-A-2003005722/US-B-6,742,358 (опубликованный 2 декабря 2002/9 января 2003/1 июня 2004) раскрывает способы СПГ, в которых орошение для верхней части колонны-скруббера обеспечивается посредством конденсации пара, отводимого из местоположения в середине колонны. Он также раскрывает способы, в которых паровые и жидкие фракции частично сконденсированного подаваемого газа фракционируются раздельно, и жидкий отстой от фракционирования паровой фракции обеспечивает орошение для середины или верхней части для фракционирования жидкой фракции. Во всех этих способах пар верхнего погона из колонны-скруббера сжимается перед сжижением.
4
5
DE-A-10205366 (опубликованный 21 августа 2003) раскрывает способ СПГ, в котором обогащенный этаном пар верхнего погона из колонны-скруббера охлаждается и проходит во вторую колонну для удаления остаточных высших углеводородов. Жидкий отстой из второй колонны обеспечивает орошение для колонны-скруббера. Предпочтительно фракция C/С ПГК обеспечивает орошение во вторую колонну. Функции этих двух колонн по ректификации и адсорбции могут быть объединены в одной колонне.
US-A-6662589/EP-A-1469266 (опубликованный 16 декабря 2003/20 октября 2004) раскрывает способ СПГ, в котором фракция ПГК, включающая компоненты более тяжелые, чем этан, подается в колонну-скруббер как абсорбирующая жидкость в местоположении между подачей природного газа и подачей обогащенного метаном потока орошения. В служащем примером варианте осуществления поток орошения получается посредством частичной конденсации пара верхнего погона из колонны-скруббера. Верхний погон колонны-скруббера не сжимается перед сжижением, чтобы обеспечить продукт СПГ.
4
5
WO 2004/010064 (опубликованный 29 января 2004) раскрывает способ СПГ, в котором фракция ПГК С/С прямо или непрямо подается в колонну-скруббер, чтобы обеспечить дополнительное орошение. Фракция подается в колонну в месте подачи орошения, обеспечиваемого посредством частичной конденсации пара верхнего погона колонны или выше него.
2
3
3
Критическое давление смеси в колонне-скруббере может быть увеличено также посредством орошения колонны обогащенным этаном потоком. Это также дает возможность хорошего разделения С-С и высокого извлечения пропана (С) из ПГК.
WO-A-0188447/US-A-6,401,486 (опубликованный 22 ноября 2001/11 июня 2002) раскрывает способ СПГ, в котором орошение для верхней части колонны-скруббера обеспечивается посредством конденсации пара, содержащего главным образом метан и этан с очень небольшим количеством пропана. Пар верхнего погона колонны-скруббера полностью сжижается, чтобы обеспечить продукт СПГ, и отстой колонны-скруббера фракционируется в очистной колонне ПГК. Пар сконденсированный, чтобы обеспечить указанное орошение верхней части, может быть получен из:
(i) пара верхнего погона от фракционирования ПГК и по выбору пара мгновенного испарения, полученного посредством мгновенного испарения сжиженного и предпочтительно переохлажденного пара верхнего погона колонны-скруббера до давления вблизи атмосферного;
(ii) проскакивающего потока части подаваемого газа;
(iii) пара мгновенного испарения, полученного посредством мгновенного испарения сжиженного и предпочтительно переохлажденного пара верхнего погона колонны-скруббера до давления вблизи атмосферного; или
(iv) части сжиженного и предпочтительно переохлажденного пара верхнего погона колонны-скруббера.
В вариантах (i), (iii) и (iv) дополнительное орошение в колонну-скруббер может быть обеспечено посредством конденсации проскальзывающего потока части подаваемого газа, но здесь не имеется доктрины обеспечения орошения, извлеченного как из фракционирования ПГК, так и частично сконденсированного пара верхнего погона колонны-скруббера. В этих способах нет необходимости сжимать пар верхнего погона колонны-скруббера перед сжижением.
EP-A-0178207/US-A-4,690,702 (опубликованный 15 апреля 1986/1 сентября 1987); DE-A-3802553/US-A-4,952,305 (опубликованный 3 августа 1989/28 августа 1990); и EP-A-0535752/US-A-5,291,736 (опубликованный 7 апреля 1993/8 марта 1994) все раскрывают способы СПГ, в которых орошение в колонну-скруббер обеспечивается посредством смеси метана и этана, полученной посредством конденсации пара верхнего погона из фракционирования ПГК. Ни один из этих патентов не показывает орошения, полученного посредством частичной конденсации продукта верхнего погона.
Теперь обнаружено, что извлечение ПГК и продукта природного газа может быть улучшено посредством объединения выгод от орошения, полученного посредством частичной конденсации пара верхнего погона колонны-скруббера, с выгодами от богатого этаном орошения и абсорбирующей жидкости, эффективным образом с точки зрения термодинамической эффективности, простоты оборудования и извлечения ценных компонентов, как, например, пропан и бутан.
Краткое изложение сущности изобретения
В его самом широком аспекте настоящее изобретение обеспечивает способ извлечения компонентов более тяжелых, чем метан, из подачи метана с примесью этана и более тяжелого углеводорода(ов), причем способ включает стадии:
вводят подачу в колонну-скруббер в первом местоположении;
отводят из колонны-скруббера первый поток пара верхнего погона, обедненный компонентами, более тяжелыми, чем метан, и поток отстоя, обогащенный компонентами более тяжелыми, чем метан;
охлаждают и частично конденсируют первый поток пара верхнего погона, чтобы образовать первый двухфазный поток;
разделяют первый двухфазный поток, чтобы обеспечить второй поток пара верхнего погона и богатый метаном первый поток орошения;
вводят обогащенный метаном первый поток орошения во второе местоположение в колонну-скруббер выше первого местоположения;
разделяют поток отстоя на обогащенный этаном поток и один или более потоков, обогащенных компонентами более тяжелыми, чем этан; и
вводят в колонну-скруббер в местоположении, выбранном из второго местоположения и третьего местоположения выше первого местоположения, обогащенный этаном второй поток орошения, извлеченный из обогащенного этаном потока.
В предпочтительном варианте осуществления этого изобретения обогащенный этаном поток, предпочтительно верхний погон деэтанизатора, полученный из фракционирования ПГК, конденсируется, нагнетается, объединяется с потоком орошения, полученным посредством частичной конденсации пара верхнего погона колонны-скруббера, и рециркулирует в колонну-скруббер, предпочтительно в сборник орошающей фракции колонны-скруббера. Это дает возможность колонне-скрубберу работать при более высоком давлении посредством увеличения критического давления смеси и также улучшает разделение этана-пропана. Обогащенный этаном поток может быть полностью сконденсирован с использованием охлаждения смешанным холодильным агентом (MR), доступного в основном теплообменнике процесса СПГ, чтобы максимизировать выгоду.
Использование рециркулирующего потока тяжелой фракции, в особенности пентана и изопентана, может также быть выгодно. Такой поток может быть введен либо в сборник орошающей фракции либо непосредственно в колонну-скруббер. Рециркулирующие тяжелые и легкие фракции могут быть объединены и охлаждены по отдельности или предпочтительно смешаны с потоком орошения, полученным посредством конденсации пара верхнего погона колонны-скруббера. Орошение, полученное посредством конденсации пара верхнего погона, типично составляет более чем приблизительно 80% от всего жидкого орошения (включая любой поток рециркулирующих тяжелых фракций) в колонну-скруббер. В предпочтительном выполнении охлаждение имеет место в теплом пучке основного теплообменника процесса СПГ.
Подробное описание изобретения
Как упомянуто выше, настоящее изобретение обеспечивает в его самом широком аспекте способа способ извлечения компонентов более тяжелых, чем метан, из подачи метана с примесью этана и более тяжелого углеводорода(ов), причем способ включает стадии:
вводят подачу в колонну-скруббер в первом местоположении;
отводят из колонны-скруббера первый поток пара верхнего погона, обедненный компонентами более тяжелыми, чем метан, и поток отстоя, обогащенный компонентами более тяжелыми, чем метан;
охлаждают и частично конденсируют первый поток пара верхнего погона, чтобы образовать первый двухфазный поток;
разделяют первый двухфазный поток, чтобы обеспечить второй поток пара верхнего погона и богатый метаном первый поток орошения;
вводят обогащенный метаном первый поток орошения во второе местоположение в колонну-скруббер выше первого местоположения;
разделяют поток отстоя на обогащенный этаном поток и один или более потоков, обогащенных компонентами более тяжелыми, чем этан; и
вводят в колонну-скруббер в местоположении, выбранном из второго местоположения и третьего местоположения выше первого местоположения, обогащенный этаном второй поток орошения, извлеченный из обогащенного этаном потока.
В соответствующем аспекте устройства настоящее изобретение обеспечивает устройство для извлечения компонентов, более тяжелых, чем метан, из подачи метана с примесью этана и более тяжелого углеводорода(ов) посредством способа в вышеупомянутом аспекте, причем указанное устройство содержит:
колонну-скруббер;
трубопровод для введения подачи в колонну-скруббер в первом местоположении;
трубопровод для отвода из колонны-скруббера первого потока пара верхнего погона, обедненного компонентами более тяжелыми, чем метан, и потока отстоя, обогащенного компонентами более тяжелыми, чем метан;
теплообменник для охлаждения и частичной конденсации первого потока пара верхнего погона, чтобы образовать первый двухфазный поток;
средство для сепарации для разделения первого двухфазного потока, чтобы обеспечить второй поток пара верхнего погона и богатый метаном первый поток орошения;
трубопровод для введения богатого метаном первого потока орошения во втором местоположении в колонну-скруббер выше первого местоположения;
средство для сепарации для разделения потока отстоя на обогащенный этаном поток и один или более потоков, обогащенных компонентами более тяжелыми, чем этан; и
трубопровод для введения в колонну-скруббер в местоположении, выбранном из второго местоположения и третьего местоположения выше первого местоположения, обогащенного этаном второго потока орошения, извлеченного из обогащенного этаном потока.
В предпочтительном аспекте способа изобретение обеспечивает способ получения сжиженного метана из подачи метана с примесью этана и более тяжелого углеводорода(ов), причем указанный способ включает стадии:
вводят подачу в колонну-скруббер в первом местоположении;
отводят из колонны-скруббера первый поток пара верхнего погона, обедненный компонентами более тяжелыми, чем метан, и поток отстоя, обогащенный компонентами более тяжелыми, чем метан;
охлаждают и частично конденсируют первый поток пара верхнего погона, чтобы образовать первый двухфазный поток;
разделяют первый двухфазный поток, чтобы обеспечить второй поток пара верхнего погона и богатый метаном первый поток орошения;
сжижают второй поток пара верхнего погона;
вводят богатый метаном первый поток орошения во второе местоположение в колонну-скруббер выше первого местоположения;
разделяют поток отстоя на обогащенный этаном поток и один или более потоков, обогащенных компонентами более тяжелыми, чем этан; и
вводят в колонну-скруббер в местоположении, выбранном из второго местоположения и третьего местоположения выше первого местоположения, обогащенный этаном второй поток орошения, извлеченный из обогащенного этаном потока.
В предпочтительном аспекте устройства настоящее изобретение обеспечивает устройство для получения сжиженного метана из подачи метана с примесью этана и более тяжелого углеводорода(ов) посредством способа в соответствии с указанным предпочтительным аспектом способа, причем указанное устройство содержит:
колонну-скруббер;
трубопровод для введения подачи в колонну-скруббер в первом местоположении;
трубопровод для отвода из колонны-скруббера первого потока пара верхнего погона, обедненного компонентами более тяжелыми, чем метан, и потока отстоя, обогащенного компонентами, более тяжелыми, чем метан;
теплообменник для охлаждения и частичной конденсации первого потока пара верхнего погона, чтобы образовать первый двухфазный поток;
средство для сепарации для разделения первого двухфазного потока, чтобы обеспечить второй поток пара верхнего погона и богатый метаном первый поток орошения;
теплообменник для сжижения указанного второго потока пара верхнего погона;
трубопровод для введения богатого метаном первого потока орошения во втором местоположении в колонну-скруббер выше первого местоположения;
средство для сепарации для разделения потока отстоя на обогащенный этаном поток и один или более потоков, обогащенных компонентами более тяжелыми, чем этан; и
трубопровод для введения в колонну-скруббер, в местоположении, выбранном из второго местоположения и третьего местоположения выше первого местоположения, обогащенного этаном второго потока орошения, извлеченного из обогащенного этаном потока.
Как указано выше, предпочтительно, чтобы подача представляла собой подачу охлажденного природного газа, и второй пар верхнего погона сжижался, чтобы обеспечить продукт, сжиженный природный газ.
Обогащенный этаном второй поток орошения может быть подан в колонну-скруббер отдельно от богатого метаном первого потока орошения, но предпочтительно, чтобы он смешивался с богатым метаном первым потоком орошения перед введением в колонну-скруббер. Обогащенный этаном поток может частично или полностью конденсироваться перед смешиванием с богатым метаном первым потоком орошения. Смешивание соответственно имеет место выше по потоку, чем сборник орошающей фракции, или в нем посредством подачи первого двухфазного потока в нижнюю часть колонны-абсорбера, в которую обогащенный этаном второй поток орошения подается как орошение.
Обогащенный этаном поток, отдельно или после смешивания с одним или более другими потоками процесса предпочтительно конденсируется при температуре ниже температуры подачи в колонну-скруббер, и сконденсированный поток нагнетается перед введением в колонну-скруббер как обогащенный этаном второй поток орошения. Указанная температура обычно находится ниже -32°F (-35,5°C).
Обычно обогащенный этаном поток (130) представляет собой пар верхнего погона деэтанизатора. Метан может быть удален из обогащенного этаном потока, посредством чего второй поток орошения состоит, по существу, из этана. Предпочтительно второй поток орошения содержит менее чем приблизительно 0,05% пропана.
Обычно обогащенный метаном первый поток орошения составляет, по меньшей мере, приблизительно 80% всего орошения (то есть жидкости, подаваемой в колонну-скруббер выше первого местоположения) и второй поток орошения будет менее чем приблизительно 20% всего орошения.
Предпочтительно более чем 90%, в особенности более чем 96% пропана и/или бутана, содержащегося в подаче, извлекается из потока отстоя как продукт.
Как показано на фиг.6, первый поток верхнего погона может быть частично сконденсирован на двух ступенях, и жидкая фракция из каждой конденсации подается в колонну-скруббер как орошение.
В предпочтительном варианте осуществления способ по изобретению включает стадии:
вводят подачу в колонну-скруббер в первом местоположении;
отводят из колонны-скруббера первый поток пара верхнего погона, обедненный компонентами более тяжелыми, чем метан, и поток отстоя, обогащенный компонентами более тяжелыми, чем метан;
охлаждают и частично конденсируют первый поток пара верхнего погона, чтобы образовать первый двухфазный поток;
разделяют первый двухфазный поток, чтобы обеспечить второй поток пара верхнего погона и богатый метаном первый поток орошения;
вводят богатый метаном первый поток орошения во второе местоположение в колонну-скруббер выше первого местоположения;
разделяют поток отстоя на обогащенный этаном поток и два или более потоков, обогащенных компонентами более тяжелыми, чем этан, включая поток абсорбирующей жидкости, обогащенной компонентом(ами) более тяжелым, чем этан;
вводят в колонну-скруббер в местоположении, выбранном из второго местоположения и третьего местоположения выше первого местоположения, обогащенный этаном второй поток орошения, извлеченный из обогащенного этаном потока, и
вводят абсорбирующую жидкость в колонну-скруббер в местоположении, выбранном из второго местоположения, третьего местоположения и четвертого местоположения выше первого местоположения.
В соответствующем предпочтительном варианте осуществления устройства устройство по изобретению содержит:
колонну-скруббер;
трубопровод для введения подачи в колонну-скруббер в первом местоположении;
трубопровод для отвода из колонны-скруббера первого потока пара верхнего погона, обедненного компонентами более тяжелыми, чем метан, и потока отстоя, обогащенного компонентами более тяжелыми, чем метан;
теплообменник для охлаждения и частичной конденсации первого потока пара верхнего погона, чтобы образовать первый двухфазный поток;
средство для сепарации для разделения первого двухфазного потока, чтобы обеспечить второй поток пара верхнего погона и обогащенный метаном первый поток орошения;
трубопровод для введения богатого метаном первого потока орошения во втором местоположении в колонну-скруббер выше первого местоположения;
средство для сепарации для разделения потока отстоя на обогащенный этаном поток и два или более потоков, обогащенных компонентами более тяжелыми, чем этан, включая поток абсорбирующей жидкости, обогащенной компонентом(ами) более тяжелым, чем этан;
трубопровод для введения в колонну-скруббер в местоположении, выбранном из второго местоположения и третьего местоположения выше первого местоположения, обогащенного этаном второго потока орошения, извлеченного из обогащенного этаном потока, и
трубопровод для введения абсорбирующей жидкости в колонну-скруббер в местоположении, выбранном из второго местоположения, третьего местоположения и четвертого местоположения выше первого местоположения.
Все характерные черты, обсужденные выше в связи с самыми широкими аспектами, относятся к этому предпочтительному варианту осуществления.
4
5+
Абсорбирующая жидкость может содержать углеводород(ы) С, но предпочтительно содержит углеводород(ы) С.
Абсорбирующая жидкость может подаваться в колонну-скруббер отдельно либо от обогащенного этаном второго потока орошения либо от богатого метаном первого потока орошения. Однако предпочтительно, чтобы она объединялась с, по меньшей мере, одним из богатого метаном первого потока орошения и обогащенного этаном второго потока (136) орошения перед введением в колонну-скруббер. Например, она может быть объединена с по меньшей мере одним из первого двухфазного потока и обогащенного этаном второго потока орошения выше по потоку, чем сборник орошающей фракции, или в нем, либо первый двухфазный поток может подаваться в нижнюю часть колонны-абсорбера, в которую абсорбирующая жидкость и, по выбору, обогащенный этаном второй поток орошения подается как орошение. Абсорбирующая жидкость может быть объединена с первым потоком пара верхнего погона перед частичной конденсацией указанного потока, чтобы образовать первый двухфазный поток, и/или объединена с газообразным обогащенным этаном потоком перед конденсацией указанного потока, чтобы обеспечить второй поток орошения.
Объединенные абсорбирующая жидкость и газообразный обогащенный этаном поток могут быть подвергнуты разделению фаз, и жидкая фракция подается в колонну-скруббер выше первого местоположения. Жидкая фракция может быть объединена с первым потоком верхнего погона перед частичной конденсацией этого потока верхнего погона, чтобы обеспечить первый двухфазный поток. Паровая фракция может быть сконденсирована, и сконденсированный поток подается в колонну-скруббер выше первого местоположения, добавляется ко второму пару верхнего погона перед сжижением или объединяется с первым потоком верхнего погона перед частичной конденсацией этого потока верхнего погона, чтобы обеспечить первый двухфазный поток. Как сконденсированная паровая фракция, так и жидкая фракция могут быть объединены с первым потоком верхнего погона перед частичной конденсацией этого потока верхнего погона, чтобы обеспечить первый двухфазный поток.
Обычно абсорбирующая жидкость составляет менее, чем приблизительно 10% всего орошения (то есть жидкости, подаваемой в колонну-скруббер выше первого местоположения).
Нижеследующее представляет собой описание, только посредством примера и со ссылкой на прилагаемые чертежи предпочтительных в настоящее время вариантов осуществления изобретения.
Фиг.1 показывает один вариант осуществления настоящего изобретения;
Фиг.2 показывает модификацию варианта осуществления по фиг.1, на которой сборник (118) орошающей фракции заменен колонной-абсорбером (218);
Фиг.3 показывает другую модификацию варианта осуществления по фиг.1, на которой обогащенный этаном поток (130) и поток (140) «абсорбирующей жидкости» объединяются, чтобы образовать один поток (330);
Фиг.4 показывает модификацию варианта осуществления по фиг.3, на которой объединенный поток (330) второго орошения и абсорбирующей жидкости подвергается разделению фаз (430);
Фиг.5 показывает модификацию варианта осуществления по фиг.4, на которой отделенная паровая часть (436) сжимается, охлаждается и конденсируется, и полученный в результате поток (536) объединяется с жидкой частью (438); и
Фиг.6 показывает другую модификацию варианта осуществления по фиг.4, на которой пар (116) верхнего погона из колонны-скруббера (114) конденсируется на двух ступенях (612, 122), чтобы обеспечить отдельные потоки (619, 626) орошения в колонну-скруббер.
2
6
2
2
Сошлемся на фиг.1, на которой предварительно обработанная подача 110 сжатого природного газа, содержащая главным образом метан с более тяжелыми углеводородами в диапазоне C-С с очень небольшим количеством воды, кислых газов, как, например, СО и HS, и других загрязняющих примесей, как, например, ртуть, охлаждается в теплообменнике 112 до между приблизительно -20°F (-29°C) и приблизительно -40°F (-40°C) и подается в колонну-скруббер 114. Типично подача 110 имеет место при давлении между приблизительно 600 и приблизительно 900 psia (4 и 6,25 МПа) и приблизительно при температуре окружающей среды. Теплообменник 112 представляет многочисленные ступени охлаждения посредством испарения пропана при различных давлениях. Любые другие средства охлаждения, как, например, испаряющийся смешанный холодильный агент в одном теплообменнике, могут быть использованы. Поток 110 или паровая часть потока 110 ниже по потоку, чем теплообменник 112, может дросселироваться или изоэнтропийно расширяться внутрь колонны 114. Энергия, полученная от расширения, может быть использована, чтобы, по меньшей мере, частично сжимать другой поток пара, например поток 116, 120, 150 или 156 процесса.
3
4
5+
Колонна-скруббер 114 разделяет подачу на жидкий отстой 126 и 127, обогащенный более тяжелыми углеводородами, и «первый» поток 116 пара верхнего погона, обогащенный метаном. Одна часть 127 жидкого отстоя испаряется в ребойлере 128, чтобы обеспечить выкипание для колонны 114. Ребойлер 128 может использовать часть подаваемого потока 110 или любого другого подходящего потока процесса, чтобы обеспечить тепловую нагрузку. Колонна может также иметь промежуточный ребойлер, для которого часть подаваемого потока также может обеспечивать тепловую нагрузку. Остающийся жидкий отстой 126, в общем описываемый как природный газоконденсат (ПГК), подается в систему 128 фракционирования ПГК. Здесь давление ПГК обычно понижается и он разделяется с использованием известных средств для сепарации, как, например, деэтанизатор, депропанизатор и/или дебутанизатор, чтобы обеспечить две или более фракции углеводорода. Жидкий отстой 126 разделяется на поток (обогащенный этаном поток), содержащий метан и этан с очень небольшим количеством пропана и фракций, содержащих в основном углеводороды C, C и C(то есть н-пентан, изопентан и более тяжелые). Типично обогащенный этаном поток 130 представляет собой верхний погон деэтанизатора и содержит менее чем приблизительно 0,05% пропана.
Использование обогащенного этаном второго потока 136 орошения дает возможность высокого извлечения пропана (96-99%) и бутана (почти 100%) в системе фракционирования.
5+
Часть углеводородов Сотводится как «абсорбирующая» жидкость 140, которая нагнетается до давления в колонне-скруббере (то есть давления, достаточного, чтобы вводить ее в колонну-скруббер 114, включая перепады давления на оборудовании и статическое давление) насосом 142, охлаждается в теплообменнике 144 в противотоке с испаряющимся пропаном, дополнительно охлаждается в основном теплообменнике 122 и вводится в сборник 118 орошающей фракции, либо смешанной со вторым потоком орошения, полученным из фракционирования ПГК, либо, как показано пунктирными линиями, непосредственно. Теплообменник 144 может быть помещен перед насосом 142 или после него.
Смешивание абсорбирующей жидкости 140 со вторым потоком 136 орошения перед введением в сборник 118 орошающей фракции является предпочтительным осуществлением, поскольку оно дает возможность иметь место равновесию и некоторой абсорбции в трубопроводе.
Как показано пунктирными линиями, абсорбирующая жидкость 140 может быть подана непосредственно в верхнюю часть колонны-скруббера 114 или вблизи нее, или в предпочтительном осуществлении объединена с первым потоком 116 пара верхнего погона выше по потоку, чем основной теплообменник 122.
Обогащенный этаном поток 130 охлаждается и частично конденсируется в теплообменнике 132 в противотоке с испаряющимся пропаном, охлаждается и полностью конденсируется в основном теплообменнике 122, нагнетается до давления в колонне-скруббере насосом 134, предпочтительно объединяется с абсорбирующей жидкостью 140 и вводится в сборник орошающей фракции как поток 136. Любой несконденсированный пар выше по потоку, чем насос 134, может быть отделен, сконденсирован в среднем пучке основного теплообменника 122 и объединен с продуктом 124 сжиженным природным газом.
3
4
5
6
Абсорбирующая жидкость 140 может также быть получена из более легких продуктов фракционирования ПГК, как, например, углеводородов Си С, либо чистых либо смешанных вместе. Она может содержать главным образом углеводороды Сбез С и более тяжелых компонентов, которые могут быть отведены в дополнительной перегонной колонне.
Поток 130 может быть почти чистым этаном, причем метан отводится в дополнительной перегонной колонне. Часть этана или смеси этан-метан может быть извлечена как продукт.
Первый поток 116 пара верхнего погона охлаждается и частично конденсируется в теплом пучке основного теплообменника 122 и вводится в сборник 118 орошающей фракции. Он может быть сжат (не показано) перед охлаждением в основном теплообменнике 122. Жидкая часть возвращается в колонну-скруббер как «первое» жидкое орошение 119. Обогащенная метаном «вторая» паровая часть 120 сжижается и предпочтительно переохлаждается в среднем и холодном пучках основного теплообменника, чтобы обеспечить продукт 124 СПГ.
В предпочтительном осуществлении частично сконденсированный первый поток 116 пара верхнего погона объединяется со вторым потоком 136 орошения и/или абсорбирующей жидкостью 140 в сборнике 118 орошающей фракции или выше него по потоку, так что некоторое равновесие имеет место. Таким образом, первое жидкое орошение (жидкая часть частично сконденсированного первого пара верхнего погона) смешивается со вторым жидким орошением 136 и/или абсорбирующей жидкостью 140.
Типично в зависимости от состава подаваемого природного газа второй поток 136 орошения составляет менее чем приблизительно 20% от всего орошения (включая любую абсорбирующую жидкость), и абсорбирующая жидкость 140 составляет менее чем приблизительно 10% от всего орошения. Если подача 110 природного газа не содержит компонентов, которые являются подходящими для абсорбирующей жидкости 140, или не содержит их в достаточном количестве, они могут быть введены как дополнительная подача.
Второй поток 120 пара может сжиматься (не показано) перед введением в основной теплообменник 122, и/или его давление может быть понижено перед переохлаждением. Если продукт 124 СПГ хранится при высоком давлении (PNGL), нет никакой потребности в переохлаждении в холодном пучке.
Основной теплообменник 122 охлаждается посредством испарения потока 150 рециркулирующего смешанного холодильного агента (MR), который сжимается, охлаждается посредством многочисленных ступеней испарения пропана и разделяется на жидкость 152 и более легкий пар 156 (сжатие, охлаждение и разделение фаз не показаны). Пар 156 конденсируется, охлаждается и расширяется посредством дроссельного вентиля 158. Жидкость 152 охлаждается, расширяется посредством дроссельного вентиля 154 и объединяется с испаряющимся сконденсированным паром 156. Потоки объединенного MR полностью испаряются и покидают основной теплообменник 122 как поток 150. Дроссельные вентили 154 и/или 156 могут быть заменены изоэнтропийными детандерами для плотной жидкости, как, например, гидравлическими турбинами. Любая другая холодильная установка или сочетание установок, включая каскад беспримесной жидкости и изоэнтропийное расширение пара, как описано в US-A-6308531, могут быть использованы, чтобы охлаждать основной теплообменник 122.
Фиг.2 показывает модификацию варианта осуществления по фиг.1, где сборник 118 орошающей фракции заменен колонной-абсорбером 218. Абсорбирующая жидкость 140 и/или второй поток 136 орошения, предпочтительно оба объединенные в поток 136, подаются в верхнюю часть колонны-абсорбера 218. Они могут также входить в колонну независимо в одном и том же местоположении или в различных местоположениях, по меньшей мере, с одним из двух потоков, подаваемых в верхнюю часть колонны-абсорбера 218. Например, абсорбирующая жидкость 140 может быть подана несколькими ступенями ниже верхней части колонны или в нижнюю часть колонны. Второй поток 120 пара верхнего погона отводится из верхней части колонны 218, и первый поток 119 орошения отводится из нижней части колонны. Многочисленные ступени в колонне 218 улучшают абсорбцию тяжелых компонентов из поднимающегося пара.
Фиг.3 показывает другую модификацию варианта осуществления по фиг.1, в которой обогащенный этаном поток 130 и абсорбирующая жидкость 140 объединяются, чтобы образовать один поток 330. Поток 330 охлаждается и частично конденсируется в теплообменнике 332 в противотоке с испаряющимся пропаном, дополнительно охлаждается и полностью конденсируется в основном теплообменнике 122, нагнетается до давления в колонне-скруббере насосом 334 и вводится в сборник орошающей фракции. Смешивание потоков 130 и 140 при более теплой температуре и конденсация их вместе термодинамически более эффективны, чем в конфигурациях, показанных на фиг.1 и 2. Выгода подобна выгоде от колонны-абсорбера 218, поскольку абсорбция имеет место в теплообменниках 332 и 122. Эта конфигурация также исключает проходы в основном теплообменнике 122. Как и в конфигурации по фиг.1, потоки 116 и 330 могут быть объединены ниже по потоку, чем основной теплообменник 122, и перед сборником 118 орошающей фракции.
Фиг.4 показывает модификацию варианта осуществления по фиг.3, в которой объединенные обогащенный этаном поток и поток 330 абсорбирующей жидкости подаются в сепаратор фаз 430. Жидкая часть 438 нагнетается насосом 432 до давления в колонне-скруббере 114 и объединяется с первым паром 116 верхнего погона выше по потоку, чем основной теплообменник 122. Объединенный поток 416, выходящий из основного теплообменника 122, затем подается в сборник 118 орошающей фракции. Меньшая паровая часть 436 конденсируется в основном теплообменнике 122 и либо нагнетается насосом 434 и вводится в сборник 118 орошающей фракции, по выбору объединенной с потоком 416, либо объединяется со сжиженным природным газом выше по потоку, чем переохлаждающая часть (холодный пучок) основного теплообменника 122, где давление жидкости может быть понижено перед переохлаждением. Объединение обоих потоков 130 и 116 и абсорбирующей жидкости 140 выше по потоку, чем основной теплообменник 122, дополнительно повышает термодинамическую эффективность процесса.
По выбору, поток 438 может быть охлажден в отдельном контуре в основном теплообменнике 122 перед введением в сборник 118 орошающей фракции. Если поток 130 содержит мало метана, который может быть отведен в колонне-скруббере 114 или в дополнительной колонне-деметанизаторе в системе фракционирования, тогда поток 330 может быть полностью сконденсирован и здесь нет необходимости в сепараторе фаз 430, здесь нет потока 436 и насос 434 может также быть исключен. Дополнительно поток 438 может быть подан непосредственно в колонну-скруббер 114, например во вторую ступень ниже верхней части колонны.
Фиг.5 показывает модификацию варианта осуществления по фиг.4, в которой отделенная паровая часть 436 сжимается до давления в колонне-скруббере 114 в компрессоре 530, охлаждается и конденсируется в теплообменнике 532, и полученный в результате поток 536 объединяется с жидкой частью 438, чтобы образовать поток 538. Теплообменник 532 может представлять собой ряд теплообменников, причем первый из них использует охлаждающую воду, другой(ие) используют испаряющийся пропан. Поток 438 может быть нагрет вплоть до температуры, близкой к температуре окружающей среды, перед сжатием в дополнительном теплообменнике, и охлаждаться вновь, после сжатия, в переохладителе и том же самом дополнительном теплообменнике, для дополнительной термодинамической эффективности. Поток 536 может быть плотной сверхкритической жидкостью.
Фиг.6 показывает другую модификацию варианта осуществления по фиг.4, в которой первый пар 116 верхнего погона частично конденсируется посредством охлаждения в теплообменнике 612, посредством, например, любого из потока 136 орошения и абсорбирующей жидкости 140 или их обоих, но предпочтительно посредством испаряющегося пропана. Полученный в результате первый двухфазный поток разделяется в сепараторе фаз 618 на «второй» поток 616 пара верхнего погона и богатый метаном поток 619 жидкости. Поток 619 жидкости возвращается в колонну-скруббер 114 как орошение. Поток 616 теперь при температуре, соответствующей температурам в нижней части основного теплообменника 122, смешивается с потоком 438, охлаждается в основном теплообменнике 122 и подается в сборник 628 орошающей фракции как двухфазный поток 626. Поток 620 пара верхнего погона из сборника 628 орошающей фракции сжижается в основном теплообменнике 122 и извлекается как продукт 124 сжиженный природный газ. Поток 629 жидкости из сборника 628 орошающей фракции, по выбору вновь нагреваемый в основном теплообменнике 122, возвращается в колонну-скруббер 114, в том же самом или отличном местоположении, чем поток 619 орошения.
Сепаратор фаз 618 и/или сборник 628 орошающей фракции могут быть заменены колоннами-абсорберами, имеющими двухфазную подачу в нижнюю часть и орошения, обеспечиваемые посредством охлажденных потоков 136 и/или 140 в верхнюю часть.
Отдельные характерные черты, описанные в связи с любым из иллюстрированных вариантов осуществления, или сочетания этих характерных черт могут быть включены как соответствующие в любой из других иллюстрированных вариантов осуществления. Например, по выбору, повторное нагревание потока 629 орошения в основном теплообменнике 122, описанное в связи с фиг.6, может быть применено к любому из вариантов осуществления на фиг. от 1 до 5. Дополнительно или альтернативно обеспечение орошения в колонну-скруббер 114 посредством жидкой фракции 619, извлеченной из первого пара 116 верхнего погона по варианту осуществления по фиг.6, также может быть применено к любому из вариантов осуществления по фиг. от 1 до 5.
ПРИМЕР
5+
Используя вариант осуществления по фиг.3, 97904 фунт-моль/ч (44408,5 кг-моль/ч) предварительно очищенного потока 110 природного газа при 950 psia (6,5 МПа) охлаждаются в теплообменнике 112 посредством трех ступеней охлаждения пропаном до -32,3°F (-35,7°C) и подаются в колонну-скруббер 114. Этот подаваемый поток 110 содержит 0,6% азота, 84,8% метана, 7,3% этана, 4,4% пропана, 0,7% изобутана, 1,5% бутана, 0,3% изопентана, 0,2% пентана и 0,2% гексанов. Колонна 114 работает при 840 psia (5,8 МПа) и имеет промежуточный ребойлер, нагреваемый посредством 40% потока 110, обходящего байпасом первые две ступени охлаждения пропаном, и ребойлер 128 в нижней части при приблизительно 130°F (55°C). Верхний погон 116 колонны охлаждается от -62,3°F (-52,4°C) до -77,5°F (-60,8°C) в теплом пучке основного теплообменника 122 и вводится в сборник 118 орошающей фракции как двухфазный поток, содержащий приблизительно 15% жидкости. Поток 126 отстоя колонны-скруббера направляется в системы фракционирования 128, состоящие из ряда перегонных колонн, содержащих деэтанизатор, депропанизатор и дебутанизатор, 96% пропана, присутствующего в подаваемом потоке 110, извлекается как верхний погон депропанизатора. Почти весь бутан и изобутан извлекаются как верхний погон дебутанизатора. Верхний погон деэтанизатора, содержащий приблизительно 39% метана, 61% этана и только 0,05% пропана при расходе 6105 фунт-моль/ч (2769 кг-моль/ч) и давлении 420 psia (2,9 МПа) смешивается с потоком 140, который составляет 39% жидкого отстоя дебутанизатора; остальное извлекается как продукт С. Низкое содержание пропана является важным для высокого извлечения пропана. Поток 140 представляет собой жидкость при 17 psia (117 кПа) и расходе 406 фунт-моль/ч (184 кг-моль/ч) и содержит приблизительно 51% изопентана, 36% пентана, 12% гексанов и менее чем 1% более легких компонентов. Он нагнетается насосом, не показанным на фиг.3, до 420 psia (2,9 МПа) перед смешиванием с обогащенным этаном потоком 130. Объединенный поток 330 охлаждается в теплообменнике 332 посредством пропана до -32,3°F (-35,7°C) и полностью конденсируется посредством дополнительного охлаждения до -77,5°F (-60,8°C) в теплом пучке основного теплообменника 122. Сконденсированный поток нагнетается до давления в колонне-скруббере насосом 334 и вводится в сборник 118 орошающей фракции. Жидкое орошение 119 возвращается в верхнюю часть колонны-скруббера 114 при -74,2°F (-59,0°C); здесь имеет место тепловой эффект нагнетания и смешивания в сепараторе фаз. Поток 120, который содержит 91,3% метана, 7,8% этана, 0,7% азота, 0,2% пропана и только следы более тяжелых углеводородов, находится при температуре -74,2°F (-59,0°C) и имеет расход 83571 фунт-моль/ч (37907 кг-моль/ч). Он охлаждается до -161,6°F (-107,6°C) в среднем и холодном пучках основного теплообменника 122, и затем его давление снижается до давления хранения 15,3 psia (105,5 кПа) как потока 124 жидкости. Основной теплообменник 122 охлаждается, как описано со ссылкой на фиг.1, посредством смешанного холодильного агента, содержащего азот, метан, этан и пропан.
Необходимо оценить, что изобретение не ограничено подробностями, описанными выше со ссылкой на предпочтительные варианты осуществления, но что многочисленные модификации и варианты могут быть сделаны без отступления от объема изобретения, которое определено следующими пунктами формулы изобретения.