專利名稱：一體化空氣分離方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種一體化空氣分離方法和裝置。具體地說，本發(fā)明涉及一種與燃?xì)廨啓C(jī)工藝和天然氣液化工藝一體化的空氣分離方法。
背景技術(shù)：
從US-A-3731495已經(jīng)知道將空氣分離裝置(ASU)與燃?xì)廨啓C(jī)一體化，其中從燃?xì)廨啓C(jī)壓縮器中取出壓縮空氣，將它送到ASU，并將富氮?dú)怏wASU送到燃?xì)廨啓C(jī)的膨脹器的上游。在這種情況下，燃?xì)廨啓C(jī)的膨脹器與燃?xì)廨啓C(jī)壓縮器聯(lián)合。
從US-A-4566885和US-A-5139548已經(jīng)知道將兩個(gè)燃?xì)廨啓C(jī)的壓縮器與天然氣液化工藝的制冷循環(huán)的循環(huán)壓縮器聯(lián)合，使用多組分制冷劑(MCR)。
在特定地點(diǎn)，可能希望將第一天然氣料流轉(zhuǎn)變成被液化的天然氣，將第二天然氣料流轉(zhuǎn)變成至少一種天然氣轉(zhuǎn)化產(chǎn)物，例如甲醇、DME或Fischer Tropsch反應(yīng)的產(chǎn)物。轉(zhuǎn)化反應(yīng)通常需要供應(yīng)大量氣態(tài)氧。由該反應(yīng)產(chǎn)生的熱量通常用于提高料流，它然后在蒸汽葉輪機(jī)中膨脹，從而產(chǎn)生電能。
本發(fā)明的目的是降低復(fù)合生產(chǎn)工藝的成本，通過整合空氣分離裝置、燃?xì)廨啓C(jī)、天然氣轉(zhuǎn)化裝置和天然氣液化裝置，同時(shí)從相同的天然氣源生產(chǎn)已液化的天然氣以及天然氣的轉(zhuǎn)化產(chǎn)物，例如甲醇、二甲醚或FischerTropsch產(chǎn)品。
在現(xiàn)有技術(shù)中，通常由向ASU的MAC壓縮器提供能量的蒸汽葉輪機(jī)(如US-A-3868817、US-A-4099383和US-A-4184322所述)和上述向天然氣液化器的多組分制冷循環(huán)和丙烷循環(huán)提供能量的兩個(gè)汽輪機(jī)來滿足能量要求。
發(fā)明概述本發(fā)明的一體化方法僅僅使用一個(gè)燃?xì)廨啓C(jī)。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種在包括燃?xì)廨啓C(jī)、天然氣轉(zhuǎn)化裝置、天然氣液化裝置和空氣分離裝置的系統(tǒng)中分離空氣的方法，所述燃?xì)廨啓C(jī)包括壓縮器、燃燒器和膨脹器，所述膨脹器與壓縮器連接，該方法包括以下步驟a)在壓縮器中壓縮空氣，將第一部分空氣輸送到燃燒器，和將第二部分空氣輸送到空氣分離裝置；b)在空氣分離裝置中分離至少第二部分空氣，形成至少富氧氣體和富氮?dú)怏w；c)將第一天然氣料流從天然氣源輸送到天然氣轉(zhuǎn)化裝置，并將至少部分富氧氣體輸送到天然氣轉(zhuǎn)化裝置；d)壓縮至少一部分富氮?dú)怏w，并將至少部分經(jīng)過壓縮的富氮?dú)怏w送到膨脹器的上游；和e)將第二天然氣料流從天然氣源輸送到天然氣液化裝置，其中，膨脹器所產(chǎn)生的功用于操作天然氣液化裝置的制冷循環(huán)的循環(huán)壓縮器。
術(shù)語“富氧”、“富氮”和“富氬”表示相對(duì)于空氣而言是富集的。
根據(jù)本發(fā)明的進(jìn)一步任選方面-第二部分空氣在壓縮器中被壓縮到壓力P，并被輸送到空氣分離裝置，從而在基本上壓力P下被分離。
-膨脹器與制冷循環(huán)的循環(huán)壓縮器連接。
-天然氣轉(zhuǎn)化裝置產(chǎn)生了蒸汽，它在蒸汽葉輪機(jī)中膨脹。
-空氣分離裝置包括至少兩個(gè)塔，至少其中一個(gè)塔在至少8巴絕對(duì)壓力下操作。
該方法還可以包括以下步驟
-將燃料氣從天然氣轉(zhuǎn)化裝置輸送到燃燒器，-從天然氣轉(zhuǎn)化工藝中產(chǎn)生蒸汽，蒸汽在汽輪機(jī)中膨脹，使用所產(chǎn)生的能量來驅(qū)動(dòng)至少一個(gè)壓縮器，這些壓縮器選自空氣分離裝置的指定主空氣壓縮器、空氣分離裝置的增壓器、空氣分離裝置中用于壓縮富氮?dú)怏w的壓縮器、空氣分離裝置中用于壓縮富氧氣體的壓縮器、天然氣液化裝置的丙烷循環(huán)的壓縮器，和/或-使用蒸汽葉輪機(jī)產(chǎn)生的電能向至少一個(gè)壓縮器的相應(yīng)電動(dòng)機(jī)提供能量，這些壓縮器選自空氣分離裝置的指定主空氣壓縮器、空氣分離裝置的增壓器、空氣分離裝置中用于壓縮富氮?dú)怏w的壓縮器、空氣分離裝置中用于壓縮富氧氣體的壓縮器、和天然氣液化裝置的丙烷循環(huán)的壓縮器。
所述循環(huán)壓縮器是多組分制冷流體壓縮器或丙烷循環(huán)壓縮器。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供一種一體化裝置，包括空氣分離裝置，具有空氣壓縮器、燃燒器和膨脹器的燃?xì)廨啓C(jī)，天然氣轉(zhuǎn)化裝置，和天然氣液化裝置，該裝置具有a)用于將空氣從空氣壓縮器輸送到燃燒器和空氣分離裝置中的管道；b)用于將富氮?dú)怏w從空氣分離裝置輸送到膨脹器上游點(diǎn)的管道；c)用于將富氧氣體從空氣分離裝置輸送到天然氣轉(zhuǎn)化裝置的管道；d)用于將第一天然氣料流從天然氣源輸送到天然氣轉(zhuǎn)化裝置的管道；e)用于將第二天然氣料流從天然氣源輸送到天然氣液化裝置的管道；和f)用于將膨脹器所產(chǎn)生的功轉(zhuǎn)移到空氣壓縮器和天然氣液化裝置的制冷循環(huán)的壓縮器中的裝置。
另外，膨脹器可以與空氣壓縮器連接。
該裝置可以包括用于將天然氣輸送到天然氣轉(zhuǎn)化裝置的管道和用于將富氧氣體從空氣分離裝置輸送到轉(zhuǎn)化裝置的管道。膨脹器優(yōu)選與制冷循環(huán)的壓縮器連接。
附圖簡(jiǎn)述

圖1顯示了與燃?xì)廨啓C(jī)(GT)、天然氣轉(zhuǎn)化裝置和天然氣液化裝置整合的空氣分離裝置(ASU)，形成根據(jù)本發(fā)明的一體化裝置。圖2顯示了改進(jìn)的用于在本發(fā)明一體化方法中操作的天然氣液化裝置。
本發(fā)明的具體實(shí)施方式
燃?xì)廨啓C(jī)的壓縮器1產(chǎn)生第一部分壓縮空氣3，它被送入燃燒器5。也向該燃燒器供應(yīng)燃料4，該燃料可以是(或可以包括)來自天然氣源25的天然氣。剩余的已壓縮空氣7與來自指定主空氣壓縮器(MAC)11的壓縮空氣9混合，然后冷卻并純化(未顯示)。指定主空氣壓縮器不是該裝置的必需部分。10-30％的空氣13可以進(jìn)一步在增壓空氣壓縮器(BAC)14中壓縮到例如汽化液體氧所需要的壓力。增壓器對(duì)該裝置而言也不是必要的，因?yàn)槟承┛諝夥蛛x工藝使用一個(gè)高的空氣壓力。進(jìn)一步壓縮的空氣13在主換熱管線中冷卻，液化，并送到ASU20的塔中。一部分空氣料流7和9的混合物15被送到在最高(或較高)壓力下操作的ASU20的塔中，所述壓力高于8巴絕對(duì)壓力，通常高于12巴絕對(duì)壓力，然后在主換熱管線中冷卻。
ASU可以包括例如在專利EP-A-0504029和EP-A-538857中所述的雙塔或三塔系統(tǒng)。
從在較低壓力下操作的ASU20的塔中取出富氮的氣態(tài)料流16。該料流在主換熱管線中加熱，然后在氮?dú)鈮嚎s器19中壓縮，并輸送到燃?xì)廨啓C(jī)，送到膨脹器17的上游點(diǎn)。在實(shí)例中，氮?dú)廨斔偷饺紵蚁掠蔚狞c(diǎn)，但也可以輸送到燃燒室。
從ASU的塔中以液體形式取出含有至少99摩爾％氧氣的富氧氣體料流21，加壓到25-50巴絕對(duì)壓力，在主換熱管線中汽化，并送到天然氣轉(zhuǎn)化裝置23，例如Fischer Tropsch裝置，其中來自天然氣源25的第一天然氣料流33被轉(zhuǎn)化成其它產(chǎn)物。
天然氣源可以是通過管道與大陸或臨海處理裝置或甲烷油槽船連接的氣田。
ASU20也可以產(chǎn)生液體終產(chǎn)物24或富氬產(chǎn)物26。
從燃燒器5向膨脹器17供應(yīng)燃燒氣19，膨脹器17與壓縮器1連接。MAC和BAC壓縮器11、14各自與相應(yīng)的電動(dòng)機(jī)連接，與氮?dú)鈮嚎s器19一樣。為了在不需要從外部網(wǎng)絡(luò)輸電的情況下向至少一個(gè)電動(dòng)機(jī)提供電能，來自裝置23的蒸汽可以在與發(fā)電機(jī)連接的蒸汽葉輪機(jī)31中膨脹。
膨脹器17還可以與多組分制冷循環(huán)的壓縮器22連接，該循環(huán)用于將來自天然氣源25的第二天然氣料流35液化。該循環(huán)的另一個(gè)壓縮器27由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，優(yōu)選向該電動(dòng)機(jī)供應(yīng)由蒸汽葉輪機(jī)31產(chǎn)生的電能。天然氣在容器28中通過與在壓縮器22、27中被壓縮的多組分制冷劑進(jìn)行間接和直接的接觸來冷卻，從而被液化，形成液化的天然氣29。
在圖1的情況下，天然氣液化裝置被減少到最簡(jiǎn)單的形式。實(shí)際上，這種液化裝置通常更復(fù)雜，包括封閉的丙烷循環(huán)。
圖2顯示了改進(jìn)的用于在本發(fā)明一體化方法中操作的天然氣液化裝置。
第二天然氣料流35用封閉的丙烷循環(huán)37冷卻，并輸送到液化器28，產(chǎn)生液化的天然氣29。多組分制冷循環(huán)39用于液化天然氣。該循環(huán)的壓縮器之一22與燃?xì)廨啓C(jī)膨脹器17連接，而另一個(gè)壓縮器27具有由蒸汽葉輪機(jī)31產(chǎn)生的電能供應(yīng)的電動(dòng)機(jī)。丙烷循環(huán)的壓縮器41也具有由蒸汽葉輪機(jī)31產(chǎn)生的電能供應(yīng)的電動(dòng)機(jī)。
應(yīng)該理解的是，為了避免將電能供應(yīng)到遙遠(yuǎn)的地點(diǎn)，優(yōu)選的是，燃?xì)廨啓C(jī)膨脹器與天然氣液化裝置的壓縮器連接，例如MCR壓縮器22、27或進(jìn)行丙烷循環(huán)的丙烷壓縮器41。由于來自燃?xì)廨啓C(jī)壓縮器的空氣被輸送到ASU，所以主壓縮器應(yīng)該使用由蒸汽葉輪機(jī)產(chǎn)生的電能。
權(quán)利要求
1.一種在包括燃?xì)廨啓C(jī)、天然氣轉(zhuǎn)化裝置(23)、天然氣液化裝置和空氣分離裝置(20)的系統(tǒng)中分離空氣的方法，所述燃?xì)廨啓C(jī)包括壓縮器(1)、燃燒器(5)和膨脹器(17)，所述膨脹器與壓縮器連接，該方法包括以下步驟a)在壓縮器(1)中壓縮空氣，將第一部分空氣(3)輸送到燃燒器(5)，和將第二部分空氣(7)輸送到空氣分離裝置；b)在空氣分離裝置中分離至少第二部分空氣，形成至少富氧氣體(21)和富氮?dú)怏w(16)；c)將第一天然氣料流(33)從天然氣源(25)輸送到天然氣轉(zhuǎn)化裝置(23)，并將至少部分富氧氣體輸送到天然氣轉(zhuǎn)化裝置；d)壓縮至少一部分富氮?dú)怏w，并將至少部分經(jīng)過壓縮的富氮?dú)怏w送到膨脹器的上游；和e)將第二天然氣料流(35)從天然氣源輸送到天然氣液化裝置，其中，膨脹器所產(chǎn)生的功用于操作天然氣液化裝置的制冷循環(huán)的循環(huán)壓縮器(22，27，41)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中第二部分空氣(7)在壓縮器(1)中被壓縮到壓力P，并被輸送到空氣分離裝置，從而在基本上壓力P下被分離。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其中膨脹器與制冷循環(huán)的循環(huán)壓縮器連接。
4.根據(jù)上述權(quán)利要求任一項(xiàng)的方法，其中天然氣轉(zhuǎn)化裝置(23)產(chǎn)生了蒸汽，它在蒸汽葉輪機(jī)(31)中膨脹。
5.根據(jù)上述權(quán)利要求任一項(xiàng)的方法，其中空氣分離裝置(20)包括至少兩個(gè)塔，至少其中一個(gè)塔在至少8巴絕對(duì)壓力下操作。
6.根據(jù)上述權(quán)利要求任一項(xiàng)的方法，其中將來自天然氣轉(zhuǎn)化裝置(25)的燃料氣(4)輸送到燃燒器，
7.根據(jù)上述權(quán)利要求任一項(xiàng)的方法，包括從天然氣轉(zhuǎn)化工藝中產(chǎn)生蒸汽，蒸汽在汽輪機(jī)(31)中膨脹，使用所產(chǎn)生的能量來驅(qū)動(dòng)至少一個(gè)壓縮器，這些壓縮器選自空氣分離裝置的指定主空氣壓縮器(11)、空氣分離裝置的增壓器(14)、空氣分離裝置中用于壓縮富氮?dú)怏w的壓縮器(19)、空氣分離裝置中用于壓縮富氧氣體的壓縮器、和天然氣液化裝置的丙烷循環(huán)的壓縮器(41)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其中使用蒸汽葉輪機(jī)(41)產(chǎn)生的電能向至少一個(gè)壓縮器的相應(yīng)電動(dòng)機(jī)提供能量，這些壓縮器選自空氣分離裝置的指定主空氣壓縮器(11)、空氣分離裝置的增壓器(14)、空氣分離裝置中用于壓縮富氮?dú)怏w的壓縮器(19)、空氣分離裝置中用于壓縮富氧氣體的壓縮器、和天然氣液化裝置的丙烷循環(huán)的壓縮器(41)。
9.根據(jù)上述權(quán)利要求任一項(xiàng)的方法，其中所述循環(huán)壓縮器(22)是多組分制冷流體壓縮器。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-9中任一項(xiàng)的方法，其中所述循環(huán)壓縮器(41)是丙烷循環(huán)壓縮器。
11.一體化裝置，包括空氣分離裝置(20)，具有空氣壓縮器(1)、燃燒器(5)和膨脹器(17)的燃?xì)廨啓C(jī)，天然氣轉(zhuǎn)化裝置(23)，和天然氣液化裝置，該裝置具有用于將空氣從空氣壓縮器輸送到燃燒器和空氣分離裝置中的管道；a)用于將富氮?dú)怏w(16)從空氣分離裝置輸送到膨脹器上游點(diǎn)的管道；b)用于將富氧氣體(21)從空氣分離裝置輸送到天然氣轉(zhuǎn)化裝置的管道；c)用于將第一天然氣料流(33)從天然氣源(25)輸送到天然氣轉(zhuǎn)化裝置的管道；d)用于將第二天然氣料流(35)從天然氣源輸送到天然氣液化裝置的管道；和e)用于將膨脹器所產(chǎn)生的功轉(zhuǎn)移到空氣壓縮器和天然氣液化裝置的制冷循環(huán)的壓縮器(22，27，41)中的裝置。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的裝置，其中膨脹器(17)與空氣壓縮器(1)連接。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種在包括燃?xì)廨啓C(jī)、天然氣轉(zhuǎn)化裝置(23)、天然氣液化裝置和空氣分離裝置(20)的系統(tǒng)中分離空氣的方法，所述燃?xì)廨啓C(jī)包括壓縮器(1)、燃燒器(5)和膨脹器(17)，所述膨脹器與壓縮器連接，該方法包括以下步驟在壓縮器中壓縮空氣，將第一部分空氣(3)輸送到燃燒器，和將第二部分空氣(7)輸送到空氣分離裝置；將富氧氣體(21)從空氣分離裝置輸送到天然氣轉(zhuǎn)化裝置，將已壓縮的富氮?dú)怏w(16)輸送到膨脹器上游；將第一天然氣料流(33)輸送到天然氣轉(zhuǎn)化裝置，并將第二天然氣料流(35)輸送到天然氣液化裝置，其中膨脹器所產(chǎn)生的功用于操作天然氣液化裝置的制冷循環(huán)的循環(huán)壓縮器(22，27，41)。
文檔編號(hào)F25J3/04GK1500978SQ20031010383
公開日2004年6月2日 申請(qǐng)日期2003年11月12日 優(yōu)先權(quán)日2002年11月13日
發(fā)明者P·勒博, P 勒博 申請(qǐng)人:液體空氣喬治洛德方法利用和研究的具有監(jiān)督和管理委員會(huì)的有限公司, 液體空氣喬治洛德方法利用和研究的具