[发明专利]用于液化天然气的集成脱氮

说明书

一种用于将来自闪蒸气体的LNG产品和燃料中的氮浓度控制在优选范围内的方法和系统。使用多个相分离装置诸如闪蒸罐或精馏塔将冷却的LNG流分离成富氮蒸气流、燃料流和LNG产品流。将所述蒸气流的一部分作为回流循环至所述精馏塔。将具有较高浓度氮气的流的一部分与所述燃料流结合以使所述燃料流保持在所需的氮浓度范围内。

背景技术

液化天然气(LNG)液化过程的燃料通常来自液化装置冷端产生的闪蒸气体。过冷LNG以防止在储罐中产生闪蒸需要大量的制冷功率。允许一些闪蒸有助于降低制冷功率。此外，闪蒸提供了一种从原料气中除去氮气以将氮气含量保持在或低于LNG储存规格的简易方法。与原料气相比，闪蒸气将含有更高浓度的氮气。因此，天然气进料中氮气含量的变化也会影响闪蒸气体中的氮气浓度。

由于闪蒸气用作燃气轮机的燃料，因此希望限制闪蒸气中的氮气浓度。在许多应用中，如果要使用闪蒸气来为某些燃气轮机提供燃料，则需要15-50％的最大氮气含量。如果闪蒸气体中的氮气含量超过该燃气轮机的最大氮气含量，则可能需要可排放到大气中并以纯组分的形式脱除多余的氮气。

有许多已知的从天然气流中排除氮气的解决方案，包括闪蒸罐、氮气汽提塔、集成的氮气精馏塔和独立的脱氮装置(NRU)。这些解决方案通常会产生符合规格的LNG流和燃气轮机燃料流。在某些情况下，燃料流将含有相对高浓度的氮气。如果氮气浓度太高(燃料质量太低)，则需要排除额外的氮气，产生待排放的高纯度氮气流和贫氮燃料流。

一种现有的解决方案是使用氮气汽提塔和回流装置来生产符合规格的LNG产品和高纯度氮气。当LNG工厂由利用电网电力的电动机驱动并且不需要燃料驱动时，这是一个令人满意的解决方案。然而，这种解决方案相对不灵活，并且可能导致比满足LNG产品规格所需的、更高的脱氮率。

其他现有解决方案包含用于多组分分离过程的膨胀过程、使用LNG提供制冷的氮气塔，以及生产LNG和排放氮气的NRU。这些解决方案都不能控制LNG产品和燃料流中的氮气含量。因此，这些解决方案通常产生的燃料流的氮含量远低于最大允许值，这导致不必要的功率消耗、燃气轮机功率输出降低，并且需要更大和更复杂的装备。因此，需要一种改进的系统和方法来控制燃料流和储存的LNG产品中的氮气浓度。

发明内容

提供本发明内容，以简化形式介绍了一些概念，这些概念将在下面的详细描述中进一步描述。本发明内容并非旨在识别所要求保护的主题的关键特征或基本特征，也不旨在用于限制所要求保护的主题的范围。

本发明的实施例提供了一种综合解决方案以在LNG液化过程中仅从一部分闪蒸气体中脱除氮气。来自氮汽提塔或末端闪蒸罐的第一部分闪蒸气体被送到精馏塔。从精馏塔的顶部抽出仅含有痕量烃的富氮蒸气相流。富氮蒸气相流在热交换器中被高压循环蒸气和温热的原料气加热以产生加热的富氮蒸气相流。将加热的富氮蒸气相流分离成之后将被再压缩以成为用于精馏塔的循环/回流流的第一部分，以及被排放到大气中的第二部分。第一部分被压缩以形成高压蒸气流，该高压蒸气流被循环、冷却并在来自精馏塔底部的冷低压富氮蒸气流和冷液体流作用下液化。然后将液化的高压循环流回流到精馏塔。在前面提到的热交换器中由高压循环蒸气流和温热的进料气流加热之前，将来自精馏塔底部的液体与来自氮气汽提塔或末端闪蒸罐的第二部分闪蒸气体(闪蒸气体旁通流)结合，然后将这种加热的结合流送至末端闪蒸压缩机，用作燃气轮机驱动器的燃料。

调节循环高压流的流量和精馏塔的闪蒸气体旁通允许对排放到大气的氮气和燃气流进行严格的组分控制。

替代地，来自塔的液体可以被泵送以减少所需的末端闪蒸压缩机功率并为交换器中的冷却曲线提供更严格的匹配。

下面概述了系统和方法的几个方面。

方面1：一种用于液化天然气进料流并从中除去氮的方法，所述方法包括：

(a)冷却和至少部分地液化天然气进料流以形成具有冷却的LNG氮浓度的冷却的LNG流；