處理包括甲烷的烴流的方法及其設備的制作方法
【專利摘要】至少包括甲烷和水且溫度等于第一溫度的濕烴流（510）被冷卻，從而使溫度降低到第二溫度。在除水裝置（525）中，包括水的至少一股濕處置流（590）以第二溫度從濕烴流中輸出。流出物流（560）從除水裝置（525）排出并且流到另一熱交換器（535），所述流出物流包括已經去除至少一股濕處置流（590）的濕烴流。至少一股致冷劑流（210）也流到所述另一熱交換器（535），并且流出物流（560）和致冷劑流（210）在所述另一熱交換器（535）中通過與蒸發(fā)致冷劑餾分（230）間接熱交換進行冷卻。流出物流（560）通過與濕烴流（510）間接熱交換進行加熱，其中，濕烴流（510）的所述冷卻包括該間接熱交換。
【專利說明】處理包括甲烷的烴流的方法及其設備
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及用于處理包括甲烷的烴流的方法和設備。
【背景技術】
[0002]包括甲烷的烴流可以來自于例如天然氣或石油儲層的許多來源或者來自于例如費-托法的合成來源。在本發(fā)明中，烴流優(yōu)選地包括天然氣或基本上由天然氣組成。出于許多原因，處理和冷卻這種烴流是有用的。使烴流液化尤為有用。
[0003]天然氣是有用的燃料源，以及各種烴化合物的來源。出于許多原因，人們通常希望在位于天然氣流來源地處或附近的液化天然氣(LNG)工廠中使天然氣液化。舉例來說，與氣態(tài)形式相比，由于占用容積更小，并且無需在高壓下進行儲存，天然氣更易于以液態(tài)形式進行儲存和長途輸送。
[0004]GB1，572，900披露了一種用于天然氣液化的工藝。要液化的天然氣在熱交換器中進行預冷卻以去除存在于天然氣中的一些水。
[0005]預冷卻過的天然氣離開熱交換器并且流到從天然氣去除冷凝水的相分離器。隨后，部分地干燥的天然氣流到傳統(tǒng)干燥器中以從天然氣中去除剩余水。該傳統(tǒng)干燥器例如為包含適當干燥劑的類型。天然氣從傳統(tǒng)干燥器流到熱交換器的盤管入口以便液化。第一混合致冷劑和第二混合致冷劑也流到熱交換器的盤管中。
[0006]GB I, 572，900的方法和設備的一個缺陷是在兩股致冷劑流和來自傳統(tǒng)干燥器的干燥天然氣流之間在它們進入熱交換器時可能存在相當大的溫差。這繼而可能在熱交換器中引起熱應力(尤其是繞管式熱交換器中)和內部箍縮，從而可能導致冷卻過程中不穩(wěn)定的行為和熱交換器的損壞。

【發(fā)明內容】

[0007]本發(fā)明提供了一種處理包括甲烷的烴流的方法，所述方法包括:
[0008]提供至少包括甲烷和水的濕烴流；
[0009]使所述濕烴流通過濕進料環(huán)境熱交換器，從而使所述濕烴流與環(huán)境進行熱交換，并從而提供溫度等于第一溫度的濕烴流；
[0010]使?jié)駸N流冷卻，從而將溫度從第一溫度下降到第二溫度；
[0011]在第二溫度下在除水裝置中從濕烴流中輸出流出物流和至少一股濕處置流，所述濕處置流包括來自于濕烴流的水，所述流出物流包括已經去除至少一股濕處置流的濕烴流；
[0012]使流出物流流到另一熱交換器；
[0013]使處于壓縮狀態(tài)的致冷劑流流過環(huán)境熱交換器，從而提供致冷劑溫度等于第三溫度的源致冷劑流，所述第三溫度與第一溫度相差10°c范圍之內；
[0014]使源致冷劑流的至少一部分流到所述另一熱交換器，同時使其溫度保持基本上等
于第三溫度；[0015]在所述另一熱交換器中通過與蒸發(fā)致冷劑餾分進行間接熱交換而冷卻所述流出物流和所述致冷劑流的所述至少一部分；
[0016]其中，使流出物流流到所述另一熱交換器的步驟包括通過在濕進料熱交換器中與處于基本上所述第一溫度的濕烴流進行間接熱交換而加熱流出物流，從而使流出物流的溫度與第一溫度相匹配成在濕進料熱交換器的熱端溫度差的范圍內，其中，使?jié)駸N流冷卻的步驟包括該間接熱交換。
[0017]在另一個方面，本發(fā)明提供了一種用于處理包括甲烷的烴流的設備，所述設備包括:
[0018]用于提供至少包括甲烷和水的濕烴流的供給管道；
[0019]連接到供給管道的濕進料環(huán)境熱交換器，其布置成接收濕烴流并且在濕烴流和環(huán)境流之間進行熱交換；
[0020]至少一個濕進料熱交換器，其經由濕進料環(huán)境熱交換器連接到供給管道，布置成接收來自于濕進料環(huán)境熱交換器的濕烴流并降低濕烴流的溫度，其中，在濕進料環(huán)境熱交換器和濕進料熱交換器之間基本上沒有單獨的熱交換器；
[0021]在濕進料熱交換器下游布置成接收濕烴流的除水裝置，包括用于排放濕處置流的濕處置流出口和用于排放流出物流的蒸氣出口，所述濕處置流包括來自于濕烴流的水，所述流出物流包括已經去除濕處置流的濕烴流；
[0022]源致冷劑流的供給裝置，所述源致冷劑流包括處于壓縮過的且環(huán)境冷卻過的狀態(tài)的致冷劑流，所述供給裝置包括致冷劑環(huán)境熱交換器和將處于壓縮狀態(tài)的致冷劑排放給致冷劑環(huán)境熱交換器的壓縮機，所述環(huán)境熱交換器布置成在處于壓縮狀態(tài)的致冷劑和環(huán)境之間進行熱交換，從而提供源致冷劑流；
[0023]設置有第一管束入口和至少一個第二管束入口的另一熱交換器，所述第一管束入口用于接收來自于除水裝置的流出物流的至少一部分，其中，所述另一熱交換器還設置有用于排出冷卻過的烴流的第一管束出口，其中，第一管束出口在所述另一熱交換器內部經由第一管束與第一管束入口相連，并且其中，所述另一熱交換器還設置有用于排出至少一股冷卻的致冷劑流的至少一個第二管束出口，其中，所述至少一個第二管束出口在所述另一熱交換器內部經由第二管束與第二管束入口相連，并且其中，所述第一和第二管束布置成與所述另一熱交換器內部的蒸發(fā)致冷劑餾分處于熱交換關系；
[0024]將除水裝置的蒸氣出口與所述另一熱交換器的第一管束入口相連的第一連接裝置，所述第一連接裝置以與濕烴流進行間接熱交換相互作用的方式穿過濕進料熱交換器；和
[0025]將致冷劑環(huán)境熱交換器與第二入口相連的第二連接裝置，用于接收所述源致冷劑流的至少一部分，所述第二連接裝置基本上沒有任何單獨的熱交換器。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]下面利用實例和參考附圖對本發(fā)明進行進一步描述，其中:
[0027]圖1示意性地顯示了表示根據本發(fā)明的實施例的方法和設備的工藝流程圖；
[0028]圖2示意性地顯示了表示根據本發(fā)明另一實施例的方法和設備的工藝流程圖；
[0029]圖3示意性地顯示了表示根據本發(fā)明又一實施例的方法和設備的工藝流程圖。[0030]在這些附圖中，相同的參考數字用于表示相同或相似的部件。此外，單個參考數字用于表示管道或管線以及由該管線輸送的流。
【具體實施方式】
[0031]本發(fā)明涉及在除水裝置中從濕烴流中去除濕處置流，產生流出物流，該流出物流包括已經去除濕處置流的濕烴流。
[0032]圖1-3示意性地顯示了用于處理烴流的工藝流程圖。首先描述對圖1-3所示實施例來說通用的一些基本特征。
[0033]圖1-3總體上顯示了用于處理包括甲烷的烴流的設備的不同實施例，其中設置有:
[0034]用于提供至少包括甲烷和水的濕烴流510的供給管道；
[0035]連接到供給管道的至少一個濕進料熱交換器545，其布置成接收濕烴流510并且降低濕烴流510的溫度；
[0036]布置成在濕進料熱交換器545下游接收濕烴流510的除水裝置525，包括用于排放濕處置流590的濕處置流出口 589和用于排放流出物流590的蒸氣出口 559，所述濕處置流包括來自于濕烴流的水，所述流出物流包括已經去除濕處置流590的濕烴流；
[0037]設置有第一管束入口 531和至少一個第二管束入口 211的另一熱交換器535，所述第一管束入口用于接收來自于除水裝置525的流出物流560的至少一部分，所述第二管束入口用于接收源致冷劑流280的至少一部分210，所述另一熱交換器535還設置有第一管束出口 539和至少一個第二管束出口 219，所述第一管束出口在所述另一熱交換器內部與第一管束入口 531相連，用于排放冷卻過的烴流540，所述第二管束出口在所述另一熱交換器內部與第二管束入口 211相連，用于排放至少一股冷卻過的致冷劑流220 ；
[0038]將除水裝置525的蒸氣出口 559與所述另一熱交換器535的第一管束入口 531相連的第一連接裝置565，所述第一連接裝置565以與濕烴流510進行間接熱交換相互作用的方式穿過濕進料熱交換器545。
[0039]圖1-3總體上顯示了對包括甲烷的烴流進行處理的方法的不同實施例，所述方法包括:
[0040]提供至少包括甲烷和水并且溫度等于第一溫度的濕烴流510 ；
[0041]使?jié)駸N流510冷卻，從而使溫度降低到第二溫度；
[0042]在處于第二溫度的除水裝置525中從濕烴流中分離出至少一股濕處置流590，以及流出物流560，所述濕處置流包括來自于濕烴流的水，所述流出物流包括已經去除至少一股濕處置流590的濕烴流；
[0043]使流出物流560流到所述另一熱交換器535 ；
[0044]使源致冷劑流280的至少一部分210流到所述另一熱交換器535 ；
[0045]使流出物流560和源致冷劑流280的部分210在所述另一熱交換器535中通過與蒸發(fā)致冷劑餾分230間接熱交換而冷卻；
[0046]其中，流出物流560流到所述另一熱交換器535的步驟包括通過與濕烴流510間接熱交換而加熱流出物流560，其中，濕烴流510的冷卻的步驟包括該間接熱交換。
[0047]本發(fā)明已提出，優(yōu)選地在允許濕烴流510流入除水裝置525之前，例如使用濕進料熱交換器545，在流出物流560和濕烴流510之間進行間接熱交換。以此可以實現，在濕進料熱交換器545的溫度差(熱交換器的加熱(冷卻)介質進口側與被加熱(被冷卻)介質出口側的溫度差，approach temperature)的范圍內，恢復流出物流的溫度以實現與濕烴流510的溫度的更好匹配。
[0048]這樣，與除水裝置525的溫度條件無關，流出物流(適當地，形式為“干燥烴進給氣體”)與致冷劑流之間的溫差與原始濕烴流和源致冷劑流280之間的溫差大體上相同，例如在濕進料熱交換器545的溫度差的范圍內，例如在10°C范圍內，或者優(yōu)選地在5°C范圍內。
[0049]因此，當流出物流和致冷劑流進入該另一熱交換器535時可能在所述另一熱交換器535中引起的任何箍縮和熱應力不會比濕烴流在不經過除水裝置525的情況下而流到所述另一熱交換器中時的情形顯著更差。
[0050]優(yōu)選地，濕烴流510和源致冷劑流280可以具有大體上相同的溫度，例如彼此相差在10°C范圍內，優(yōu)選地彼此相差在5°C范圍內。這例如可以通過濕烴流和致冷劑流與環(huán)境進行熱交換實現。
[0051]除了在除水裝置的流出物與濕烴流之間進行的間接熱交換之外，通過與輔助致冷劑流進行熱交換，優(yōu)選地進行間接熱交換，熱量可以從至少下列之一提取:
[0052]濕進料熱交換器中或之后的濕烴流；
[0053]濕進料熱交換器中或之前的流出物流；
[0054]除水裝置中的濕烴流。
[0055]這樣，濕烴流進一步冷卻，和/或其溫度下降。
[0056]濕烴流以及干燥流出物流含有甲烷。濕烴流可以從天然氣或石油儲層或煤床中獲得。作為替代方式，烴流還可以從其它來源例如包括諸如費-托法的合成來源獲得。優(yōu)選地，烴流包括至少50mol%甲燒,更優(yōu)選地,至少80mol%甲燒。
[0057]根據來源，濕烴流可以包含不同數量的其它組分，包括一或多種除水以外的非烴組分，例如N2、C02、Hg、H2S和其它硫化物；以及一或多種比甲烷重的烴，例如特別地是乙烷、丙烷和丁烷，可能有少量戊烷和芳香族烴。分子質量至少為丙烷的分子質量的烴在此可稱作C3+烴，分子質量至少為乙烷的分子質量的烴在此可稱作C2+烴。
[0058]如果希望的話，濕烴流可以進行預處理以減少和/或去除一或多種不希望的組分，例如CO2和H2S,或者進行其它步驟，例如預加壓等。這些步驟對本領域技術人員來說眾所周知，它們的原理在此不再進一步討論。因此，濕烴流的組分根據氣體類型和位置以及所施加的預處理變化。
[0059]圖1-3所示工藝流程圖中所實現的設備和方法全部從用于提供濕烴流510的供給管道開始。濕烴流510至少包括甲烷和水。濕進料環(huán)境熱交換器585在熱進料熱交換器545上游布置于濕烴流510供給管道中。
[0060]濕進料熱交換器545在濕進料環(huán)境熱交換器585下游連接到供給管道510。濕進料熱交換器545布置成接收濕烴流510并且降低濕烴流510的溫度。
[0061]在濕進料環(huán)境熱交換器和濕進料熱交換器之間基本上沒有單獨的熱交換器。因此，除了經由用作濕進料環(huán)境熱交換器585下游的供給管道510的管路與周圍環(huán)境發(fā)生不可避免的微量熱交換外，不會與另一介質發(fā)生熱交換。因此，濕烴流在其進入濕進料熱交換器545時的溫度基本上等于第一溫度，所述第一溫度是濕烴流在其從濕進料熱交換器585排出時的溫度。實際上，這意味著濕烴流在其進入濕進料熱交換器545時的溫度與第一溫度之差小于5°C，優(yōu)選地小于2V。
[0062]濕進料熱交換器545可以設置為管殼式熱交換器或者管套管式熱交換器，但是優(yōu)選地為板式換熱器，例如板翅式熱交換器和/或印刷電路板式熱交換器，可選地位于低溫箱中。
[0063]還設置輔助熱交換裝置(這里顯示為除水熱交換器575的形式)以進一步降低濕烴流510的溫度。
[0064]除水裝置525布置成接收至少已經流過濕進料熱交換器545的濕烴流510。典型地，除水裝置包括用于接收濕烴流510的第一除水裝置入口 551 ;至少一個濕處置流出口589，用于排出包括來自于濕烴流的水的至少一股濕處置流590 ;和用于排出流出物流590的蒸氣出口 559，所述流出物流包括已經去除至少一股濕處置流590的濕烴流。
[0065]所述另一熱交換器535包括第一管束入口 531，用于接收來自于除水裝置525的流出物流560的至少一部分；和至少一個第二管束入口 211，用于接收源致冷劑流280的至少一部分210。所述另一熱交換器535優(yōu)選地為繞管式熱交換器。在這種情況下，所述另一熱交換器535還設置有第一管束出口 539，其在所述另一熱交換器內部經由穿過所述另一熱交換器中的冷卻區(qū)的第一管束532與第一管束入口 531相連。冷卻過的烴流540經由第一出口 539排出。所述另一熱交換器還包括至少一個第二出口 219，其在所述另一熱交換器內部經由穿過冷卻區(qū)的第二管束212與第二入口 211相連。第一和第二管束(532，212)布置為與所述另一熱交換器535中的蒸發(fā)致冷劑餾分成熱交換關系。冷卻過的致冷劑流220經由第二管束出口 219從所述另一熱交換器排出。
[0066]另外，所述另一熱交換器535設置有殼入口 231以提供通向冷卻區(qū)的通路，并設置有殼出口 239以將用過的致冷劑從冷卻區(qū)排出。第二管束出口 219經由管線220和230連接至殼入口 231，所述管線經由膨脹裝置彼此連接，所述膨脹裝置在這里顯示為焦耳-湯姆遜閥225的形式。殼出口 239排放至管線240。
[0067]致冷劑可以是例如丙烷的單組分致冷劑，但是優(yōu)選地為多組分致冷劑。例如，多組分致冷劑可以包括烴組分的混合物，所述烴組分包括戊烷、丁烷、丙烷、丙烯、乙烷和乙烯中的一或多種。
[0068]此外，設置有致冷劑回路(未顯示)，其包括源致冷劑流280供給裝置。供給裝置至少包括環(huán)境熱交換器285和致冷劑壓縮機270，其將處于壓縮狀態(tài)的致冷劑排放至致冷劑環(huán)境熱交換器285。致冷劑環(huán)境熱交換器285例如可以設置為空氣冷卻器或水冷卻器的形式。致冷劑壓縮機270和致冷劑環(huán)境熱交換器285 —起在管線280中提供形式為壓縮過的和環(huán)境冷卻過的致冷劑流的源致冷劑流280。源致冷劑流280的溫度等于第三溫度，其值典型地與第一溫度相差10°C范圍內，所述第一溫度是濕烴流510從濕進料環(huán)境熱交換器585排出時的溫度。
[0069]管線280可以連接至管線210。因此，源致冷劑流280的至少一部分210可以經由管線210流到所述另一熱交換器535中的第二管束入口 211，使得致冷劑環(huán)境熱交換器285位于所述另一熱交換器585的第二管束入口 211的上游。管線240中的用過的致冷劑輸送回可以將其再壓縮并利用環(huán)境冷卻的致冷劑壓縮機270 (可選地經由吸入罐，未顯示)，從而提供源致冷劑流280。下面將參考圖2和3進一步解釋致冷劑回路的特定實施例。[0070]圖1-3所示設備還包括第一連接裝置565，使除水裝置525的蒸氣出口 559與所述另一熱交換器535的第一管束入口 531相連。第一連接裝置穿過濕進料熱交換器545，與濕烴流510成間接熱交換關系。因此，濕進料熱交換器545包括:
[0071]進入濕進料熱交換器545的第一入口 541，其與濕烴流510的供給管道流體連通；
[0072]濕進料熱交換器545的第一出口 549，其與除水裝置525的第一入口 551流體連通，并且所述第一出口 549通過濕進料熱交換器545連接至第一入口 541 ；
[0073]進入濕進料熱交換器545的第二入口 561，其與除水裝置525的蒸氣出口 559流體連通；
[0074]濕進料熱交換器545的第二出口 569，其與所述另一熱交換器535的第一入口 531流體連通，所述第二出口 569通過濕進料熱交換器545連接至第二入口 561。
[0075]優(yōu)選地，濕進料熱交換器545可以按照逆流操作模式安裝。特別地，第二出口 569可以位于濕進料熱交換器545上與第一入口 541相同的熱交換側,第二入口 561可以位于濕進料熱交換器545上與第一出口 549相同的熱交換側。第二出口排放至所述另一熱交換器535的第一入口 531。
[0076]除水裝置525可以是任何適當的已知類型。它可以典型地包括分離器容器和位于其下游的吸水裝置，所述分離器容器用于使沉淀組分與濕烴流510分離，所述吸水裝置用于從已經去除沉淀組分的殘余蒸氣中吸附或吸收剩余水。本領域常見的是固體床脫水裝置，也稱作干燥劑脫水裝置。典型地，以涉及干燥(吸收或吸附)和再生(解吸)的循環(huán)操作模式使用多個床。優(yōu)選地，吸水裝置還能夠從濕烴流中去除汞，這能夠通過適當選擇在固體床中使用的吸附劑而得以方便實現。
[0077]在圖1-3中，用于進一步降低濕烴流510的溫度以方便干燥的輔助熱交換裝置為除水熱交換器575的形式，其布置在濕進料熱交換器545的第一出口 549和除水裝置525的第一除水裝置入口 551之間。因此，熱量可以從位于濕進料熱交換器545的第一出口 549和除水裝置525的第一除水裝置入口 551之間的濕烴流510提取。替代地或者另外地，輔助熱交換裝置可以包括流出物流560中的輔助熱交換器，其位于除水裝置525的蒸氣出口559和濕進料熱交換器545的第二入口 569之間。仍然替代地或者另外地，熱交換裝置可以位于除水裝置525中以從除水裝置內部的濕烴流中提取熱量。
[0078]最后，仍然替代地或者另外地，熱交換裝置可以與濕進料熱交換器545形成一體。在這種情況下，濕進料熱交換器545最適合設置成板式熱交換器的形式，可選地位于低溫箱中，并且包括輔助入口和輔助出口(未顯示)，輔助入口和輔助出口與濕進料熱交換器545的附加的一組通道或腔室連通以從濕烴流510和/或流出物流560提取熱量。
[0079]在每種這樣的情況下，在輔助熱交換裝置中使用輔助致冷劑流250以提取熱量。
[0080]實施例工作如下。提供溫度等于第一溫度的濕烴流510。如果使用可選的濕進料環(huán)境熱交換器585，第一溫度通過與環(huán)境流例如空氣流或水流熱交換進行控制。第一溫度與環(huán)境溫度之差在10°C范圍內。為了公開目的，環(huán)境溫度是與濕烴流510進行熱交換的空氣流或水流的溫度。環(huán)境溫度可例如為O到50°C。
[0081]冷卻濕烴流510，從而使溫度下降到第二溫度。在圖1-3所示實施例中，冷卻通過在濕進料熱交換器545中進行間接熱交換，隨后在除水熱交換器575中與輔助致冷劑250進行間接熱交換完成。代替除水熱交換器575或除了除水熱交換器575以外，可以使用這里描述的其它輔助熱交換裝置。濕烴流通過除水裝置525的第一除水裝置入口 551流入除水裝置525，在該處，至少水(可選地，和汞)從處于第二溫度的濕烴流中去除。除水裝置525中產生至少一股濕處置流590，和流出物流560，所述濕處置流包括來自于濕烴流的水，所述流出物流包括已經去除所述至少一股濕處置流590的濕烴流。包含已經去除包括水(可選地，和汞)在內的組分的流出物流560通過除水裝置525的蒸氣出口 559從除水裝置525排出。濕處置流590經由濕處置流出口 589從除水裝置525排出，用于進一步處理(未顯示)和處置(未顯示)。
[0082]流出物流560經由第一連接裝置565流到所述另一熱交換器535，源致冷劑流280的至少一部分210也流到所述另一熱交換器535。后者在保持其溫度基本等于第三溫度的同時流到所述另一熱交換器535。為此，它不會流過有意設置的熱交換器，并且，除了經由用于管線210的管件與環(huán)境發(fā)生不可避免的微量熱交換外，不會與另一介質發(fā)生熱交換。實際上，這意味著流過第二管束入口 211的源致冷劑流280的部分210的溫度與源致冷劑流280在其從致冷劑環(huán)境熱交換器285排出時的溫度之差小于5°C，優(yōu)選地小于2°C。
[0083]優(yōu)選地，源致冷劑流的至少一部分210在其流過所述另一熱交換器535的第二管束入口 211時的溫度與第一溫度之差在10°C以內。實現這點的一種方式是使致冷劑流過致冷劑環(huán)境熱交換器285并使之與和濕烴流510相同類型的環(huán)境流發(fā)生熱交換。
[0084]盡管有可能在濕進料熱交換器545和所述另一熱交換器535之間在流出物流560中安裝另一熱交換器以便更好地接近第一溫度和/或第三溫度，但出于資本支出控制和操作簡單性考慮，優(yōu)選地，第一管束入口 531中的流出物流560的溫度與流出物流560通過在濕進料熱交換器545中與濕烴流510進行間接熱交換所達到的溫度基本上相同。為此，第一連接裝置優(yōu)選地基本上沒有位于濕進料熱交換器545和所述另一熱交換器535的第一管束入口 531之間的任何單獨的熱交換器。因此，從濕進料熱交換器545排出的流出物流560優(yōu)選地不流過任何有意準備的熱交換器，并且，除了經由用于濕進料熱交換器545和所述另一熱交換器535的第一管束入口 531之間連接的管件與環(huán)境發(fā)生不可避免的微量熱交換之外，不會與其它介質發(fā)生熱交換。實際上，這可意味著流過第一管束入口 531的流出物流560的溫度與流出物流560從濕進料熱交換器545排出時的溫度之差小于5°C，優(yōu)選地小于 2。。。
[0085]使流到所述另一熱交換器535的源致冷劑流280的部分210和流出物流560在所述另一熱交換器535中通過與蒸發(fā)致冷劑餾分230間接熱交換而冷卻。蒸發(fā)致冷劑餾分經由殼入口 231流入所述另一熱交換器535的殼側。蒸發(fā)致冷劑可為與被冷卻的在管線210中的源致冷劑的一部分分開的致冷劑。然而，如圖1所示，它可以是經由進入管線220的第二管束出口 219離開所述另一熱交換器535的冷卻過的致冷劑220的一部分或全部。在圖1-3所示實施例中，蒸發(fā)致冷劑230通過利用焦耳-湯姆遜閥225使冷卻過的致冷劑220的至少一部分膨脹獲得?？蛇x地，冷卻過的致冷劑的剩余部分以連續(xù)致冷劑流235的形式流到另一熱交換器(未顯示)，所述連續(xù)致冷劑流將在比蒸發(fā)致冷劑230低的壓力下蒸發(fā)。
[0086]流出物流560流到所述另一熱交換器535包括通過與濕烴流510間接熱交換對流出物流560進行加熱。因此，如上所述的濕烴流510的冷卻包括流出物流560與濕烴流510的這種間接熱交換。更詳細地，濕烴流510從濕進料熱交換器545的第一入口 541以與流出物流560進行間接熱交換相互作用的方式通過濕進料熱交換器545，流到濕進料熱交換器545的第一出口 549。同時，流出物流560從濕進料熱交換器545的第二入口 561以與濕烴流510進行間接熱交換相互作用的方式通過濕進料熱交換器545，流到濕進料熱交換器545的第二出口 569。
[0087]為了在將兩個流的至少部分進給到所述另一熱交換器535之前使流出物流560的溫度更接近源致冷劑流280的部分210的溫度，干燥的流出物流560與濕烴流510進行間接熱交換。這樣做的效果是濕烴流在除水裝置中干燥時的第二溫度與濕烴流510的第一溫度和從位于濕進料熱交換器545另一側的出口 569排出的流出物流的溫度或多或少地“脫離”或“隔離”。
[0088]與流出物流560從除水裝置525的蒸氣出口 559直接流到所述另一熱交換器535的第一管束入口 531的情形相比，從濕進料熱交換器545排出的流出物流560和源致冷劑流280的至少一部分能夠以更小的溫差，例如小于10°C或優(yōu)選地小于5°C，流到所述另一熱交換器535。
[0089]因此，優(yōu)選地，流出物流560在經由第一管束入口 531進入所述另一熱交換器535時的溫度與源致冷劑流280的至少一部分210經由第二管束入口 211進入所述另一熱交換器535時的溫度之差小于10°C,優(yōu)選地小于5°C。
[0090]流出物流560和源致冷劑流280的至少一部分210在所述另一熱交換器535中冷卻，從而提供冷卻過的富含甲烷的烴流540和至少一股冷卻過的致冷劑流220。
[0091]在圖1-3所示實施例中，熱量經由布置在濕進料熱交換器545和除水裝置525之間的濕烴流510路徑中的除水熱交換器575從濕烴流510中提取。本發(fā)明不限于在該位置提取熱量。更通常地，可以使用輔助致冷劑流250從下列之一提取熱量:
[0092]位于通入濕進料熱交換器545的第一入口 541和通入除水裝置525的第一除水裝置入口 551之間的濕烴流510 ；
[0093]位于除水裝置525的蒸氣出口 559和濕進料熱交換器545的第二出口 569之間的流出物流560 ;和
[0094]除水裝置525中的濕烴流。
[0095]優(yōu)選地，輔助致冷劑250在至少采用壓縮機和膨脹裝置的致冷劑回路中循環(huán)，輔助致冷劑250在所述膨脹裝置中膨脹。圖1顯示了管線250中作為膨脹裝置的焦耳-湯姆遜閥255。膨脹的輔助致冷劑流260流入除水熱交換器575并且在其已經被從濕烴流510中提取熱量之后從除水熱交換器排出。排出的輔助致冷劑265進行再壓縮。
[0096]輔助致冷劑可以是從單獨和/或專用致冷劑循環(huán)中獲得的致冷劑流，在這種情況下，輔助致冷劑可以具有任何適當的組成，或者它可以從還用于給另一熱交換器提供致冷劑的致冷劑回路中獲得。在后一選擇中，僅需較少的輔助設備，因為壓縮機等已經設置在致冷劑回路中。圖2-3顯示的實施例中，輔助致冷劑流250和源致冷劑流280的至少一部分210均由源致冷劑流280給。優(yōu)選地，源致冷劑流280至少部分地冷凝，例如通過與致冷劑環(huán)境熱交換器285中的環(huán)境流進行熱交換實現，從而形成液體致冷劑。在這種情況下，輔助致冷劑流250優(yōu)選地包括液體致冷劑的至少一部分。
[0097]從圖2開始，例如，輔助致冷劑從致冷劑回路200獲得。致冷劑回路200包括可選地放在一或多個吸入鼓(未顯示)之后的致冷劑壓縮機270。致冷劑壓縮機270至少包括第一吸入口 272和排出口 279?？蛇x地，可以設置更多的吸入口以允許進給到另一壓縮級中。舉例來說，圖2顯示了第二吸入口 271，其允許在處于第一吸入口 272和排出口 279的抽吸壓力之間的壓力下供給到壓縮機270中。排出口 279流體連接到所述另一熱交換器535中的第二管束入口 211，因此，致冷劑環(huán)境熱交換器285設置在排出口 279和所述另一熱交換器中的第二管束入口 211之間并且流體連接到排出口 279。第二連接裝置使致冷劑環(huán)境熱交換器285與通入所述另一熱交換器535的第二管束入口 211相連。第二連接裝置基本上不含任何單獨的熱交換器，以使得源致冷劑流280的一部分210能夠在保持溫度基本恒定的情況下流向所述另一熱交換器535?？蛇x的蓄積器(未顯示)可以在致冷劑環(huán)境熱交換器285下游設置于第二連接裝置中。致冷劑回路200還可以應用于圖1所示實施例。
[0098]仍然參考圖2，源致冷劑管線280和致冷劑管線210的連接包括分流器245，其布置成使源致冷劑流280分成輔助致冷劑流250和源致冷劑流280的一部分210。排出的輔助致冷劑265經由可選的吸入鼓(未顯示)流到通入致冷劑壓縮機270的第二吸入口 271。經由管線240從所述另一熱交換器535排出的用過的致冷劑經由另一可選的吸入鼓(未顯示)流到通入致冷劑壓縮機270的第一吸入口 272。
[0099]圖2和3相對于圖1的一項單獨的改進在于多于一股致冷劑流供給到所述另一熱交換器535中。如圖2和3所示，所述另一熱交換器535額外地設置有用于接收另一致冷劑流310的可選的第三管束入口 311。第三管束入口 311經由可選地布置在所述另一熱交換器535內部的可選的第三管束312連接到第三管束出口 319，冷卻過的另一致冷劑流經由所述第三管束出口排放到管線320中。冷卻過的其它致冷劑流320例如可以流向另一熱交換器(未顯示)以在其中執(zhí)行冷卻功能。
[0100]另一致冷劑流可以在與致冷劑回路200分離的另一致冷劑回路(未顯示)中循環(huán)。例如，致冷劑回路200可以是用于產生冷卻過的烴流540和形式為預冷卻過的主致冷劑流的冷卻過的另一致冷劑流320的預冷卻致冷劑回路。主致冷劑流的主致冷劑可以在與預冷卻致冷劑回路不同的主致冷劑回路中循環(huán)，例如美國專利6，370，910中所述。在這種情況下，預冷卻致冷劑和主致冷劑可以各自由混合致冷劑組成。這里所稱的混合致冷劑或混合致冷劑流包括至少5mol%的兩種不同組分。更優(yōu)選地，任何混合致冷劑都包括甲烷、乙烷、乙烯、丙烷、丙烯、丁烷和戊烷中的兩或多種。適當地，預冷卻致冷劑具有比主致冷劑更高的平均分子量。更特別地，預冷卻致冷劑回路中的預冷卻致冷劑可以由下列組成的兩或多種的組分的混合物形成:0-20mol%甲烷，20-80mol%乙烷和/或乙烯，20_80mol%丙烷和/或丙烯，<20mol% 丁烷，<10mol%戊烷；總計100%。主致冷劑回路中的主冷卻致冷劑可以由下列組成的兩或多種的組分的混合物形成:〈10mol%氮氣，30-60mol%甲烷，30_60mol%乙烷和/或乙烯，<20mol%丙烷和/或丙烯和〈10% 丁烷；總計100%。
[0101]替代地，圖3顯示了采用這種方案的一個實施例，預冷卻致冷劑和主致冷劑均可以從致冷劑回路200獲得。一個實例為所謂的單一混合致冷劑工藝，美國專利5，832，745中描述了單一混合致冷劑工藝的一個實例。在這種單一混合致冷劑工藝中，在致冷劑回路中循環(huán)的致冷劑可以由下列組成的兩或多種的組分的混合物形成:〈20mol%氮氣，20-60mol%甲烷，20-60mol%乙烷和/或乙烯，<30mol%丙烷和/或丙烯，〈15% 丁烷和〈5%戊烷；總計
100% ο
[0102]在圖3所示實施例中，源致冷劑流280部分地而未完全地冷凝(例如在致冷劑環(huán)境熱交換器285中)，隨后在預冷卻致冷劑氣體/液體分離器275中分離成氣態(tài)輕餾分致冷劑流和液體致冷劑。氣態(tài)輕餾分致冷劑流在預冷卻致冷劑氣體/液體分離器275的頂部排放到管線310中以作為該另一致冷劑流經由第三管束入口 311供到所述另一熱交換器535。液體致冷劑在預冷卻致冷劑氣體/液體分離器275的底部排出并且供到分流器245，其中，它被分流成輔助致冷劑流250和源致冷劑流280的部分210。
[0103]冷卻過的另一致冷劑流320可以在所述另一熱交換器535中部分或完全地冷凝。冷凝的另一致冷劑流320的一部分可以經由設置在管線230中的可選管線352、可選焦耳-湯姆遜閥353和可選組合器357注入蒸發(fā)致冷劑230中。替代地或另外地，冷凝的另一致冷劑流320的一部分可以在另一熱交換器中蒸發(fā)并且經由可選管線390和通入致冷劑壓縮機270的可選第三吸入口 273返回致冷劑壓縮機270中。
[0104]從所述另一熱交換器535排出的冷卻過的烴流540可以各種方式進一步處理。在一組實施例中，它可以在一或多個其它熱交換器中通過在比蒸發(fā)致冷劑230低的壓力下在所述另一熱交換器中蒸發(fā)的連續(xù)致冷劑流235的至少一部分和冷卻過的另一致冷劑流320的至少一部分這兩者中的一者或兩者而冷卻。優(yōu)選地，冷卻過的烴流540的至少一部分冷卻到足夠低的溫度，例如_125°C以下，或優(yōu)選地_150°C以下，從而形成液化天然氣。該液化天然氣可以如本領域已知那樣在終端閃蒸系統(tǒng)或者減壓級中減壓，隨后在I到2巴的絕對壓力和大約_162°C的溫度下儲存在低溫液體儲罐中。這里不再對此進行更詳細的描述。
[0105]在另一組實施例中，冷卻過的烴流540可以經受一或多個提取步驟，其中，C2+烴，優(yōu)選地C3+烴，從冷卻過的烴流540中提取出，從而產生形式為富含甲烷的烴流的殘余物。該富含甲烷的烴流可以作為管線氣體出售，或者以前面所述的方式經受進一步冷卻以產生液化天然氣。提取出的C2+烴，優(yōu)選地C3+烴，可以出售和/或進一步處理，例如分餾成單組分流，包括乙烷和/或丙烷和/或丁烷。
[0106]本領域技術人員應當理解，本發(fā)明可以多種不同的方式實施而不脫離所附權利要求書的范圍。
【權利要求】
1.一種處理包括甲烷的烴流的方法，所述方法包括: 提供至少包括甲烷和水的濕烴流； 使所述濕烴流通過濕進料環(huán)境熱交換器，從而使所述濕烴流與環(huán)境進行熱交換，并從而提供溫度等于第一溫度的濕烴流； 使?jié)駸N流冷卻，從而將溫度從第一溫度下降到第二溫度； 在第二溫度下在除水裝置中從濕烴流中輸出流出物流和至少一股濕處置流，所述濕處置流包括來自于濕烴流的水，所述流出物流包括已經去除至少一股濕處置流的濕烴流； 使流出物流流到另一熱交換器； 使處于壓縮狀態(tài)的致冷劑流流過環(huán)境熱交換器，從而提供致冷劑溫度等于第三溫度的源致冷劑流，所述第三溫度與第一溫度相差10°c范圍之內； 使源致冷劑流的至少一部分流到所述另一熱交換器，同時使其溫度保持基本上等于第二溫度; 在所述另一熱交換器中通過與蒸發(fā)致冷劑餾分進行間接熱交換而冷卻所述流出物流和所述致冷劑流的所述至少一部分； 其中，使流出物流流到所述另一熱交換器的步驟包括通過在濕進料熱交換器中與處于基本上所述第一溫度的濕烴流進行 間接熱交換而加熱流出物流，從而使流出物流的溫度與第一溫度相匹配成在濕進料熱交換器的熱端溫度差的范圍內，其中，使?jié)駸N流冷卻的步驟包括該間接熱交換。
2.如權利要求1所述的方法，其中，流出物流與濕烴流的所述間接熱交換包括使?jié)駸N流在基本上等于第一溫度的溫度下從通入濕進料熱交換器的第一入口，以與流出物流間接熱交換相互作用的方式通過濕進料熱交換器，流到濕進料熱交換器的第一出口，以及使流出物流從通入濕進料熱交換器的第二入口，以與濕烴流間接熱交換相互作用的方式通過濕進料熱交換器，流到濕進料熱交換器的第二出口。
3.如權利要求2所述的方法，還包括: 使?jié)駸N流通過通入除水裝置的第一除水裝置入口流入除水裝置并且將來自除水裝置的流出物流通過除水裝置的蒸氣出口排出；和 通過與輔助致冷劑流進行熱交換，從至少下列之一提取熱量: 位于通入濕進料熱交換器的第一入口和第一除水裝置入口之間的濕烴流； 位于除水裝置的蒸氣出口和濕進料熱交換器的第二出口之間的流出物流； 除水裝置中的濕烴流。
4.如權利要求3所述的方法，其中，源致冷劑流的所述至少一部分和輔助致冷劑流通過將源致冷劑流分流成所述輔助致冷劑流和源致冷劑流的所述至少一部分獲得。
5.如權利要求4所述的方法，還包括通過使所述致冷劑流流過所述環(huán)境熱交換器使源致冷劑流至少部分地冷凝，從而形成液體致冷劑，其中，輔助致冷劑流包括液體致冷劑的至少一部分。
6.如權利要求5所述的方法，其中，通過使所述致冷劑流流過所述環(huán)境熱交換器而使源致冷劑流部分地但不完全地冷凝，并且其中，使源致冷劑流分流包括隨后將源致冷劑流分離成氣態(tài)輕餾分致冷劑流和所述液體致冷劑。
7.如權利要求3-6中任意一項所述的方法，還包括在從至少下列之一提取熱量之前使輔助致冷劑流膨脹: 位于通入濕進料熱交換器的第一入口和第一除水裝置入口之間的濕烴流； 位于除水裝置的蒸氣出口和濕進料熱交換器的第二出口之間的流出物流； 除水裝置中的濕烴流。
8.如前述權利要求中任一項所述的方法，其中，除水裝置包括分離器容器和位于其下游的吸收裝置，所述分離器容器用于使沉淀組分與濕烴流分離，所述吸收裝置至少吸收水。
9.如前述權利要求中任一項所述的方法，還包括允許流出物流經由第一管束入口流入所述另一熱交換器和允許源致冷劑流的所述至少一部分經由至少一個第二管束入口流入所述另一熱交換器。
10.如權利要求9所述的方法，其中，第一管束入口中的流出物流的溫度與通過在濕進料熱交換器中與基本處于所述第一溫度的濕烴流進行所述間接熱交換所達到的流出物流的溫度基本上相同。
11.如權利要求9或10所述的方法，其中，所述另一熱交換器中的第一和第二管束入口中的源致冷劑流的所述至少一部分的溫度和流出物流的溫度相互之差小于10°C。
12.如前述權利要求中任一項所述的方法，其中，在與流出物流進行所述間接熱交換之前，濕烴流的第一溫度通過與所述環(huán)境流進行熱交換而受到控制；并且其中，源致冷劑流的所述至少一部分具有與第一溫度相差10°C以內的溫度。
13.如前述權利要求中任一項所述的方法，其中，濕烴流包括天然氣，并且其中，流出物流的至少一部分冷卻以形成液 化天然氣。
14.一種用于處理包括甲烷的烴流的設備，所述設備包括: 用于提供至少包括甲烷和水的濕烴流的供給管道； 連接到供給管道的濕進料環(huán)境熱交換器，其布置成接收濕烴流并且在濕烴流和環(huán)境流之間進行熱交換； 至少一個濕進料熱交換器，其經由濕進料環(huán)境熱交換器連接到供給管道，布置成接收來自于濕進料環(huán)境熱交換器的濕烴流并降低濕烴流的溫度，其中，在濕進料環(huán)境熱交換器和濕進料熱交換器之間基本上沒有單獨的熱交換器； 在濕進料熱交換器下游布置成接收濕烴流的除水裝置，包括用于排放濕處置流的濕處置流出口和用于排放流出物流的蒸氣出口，所述濕處置流包括來自于濕烴流的水，所述流出物流包括已經去除濕處置流的濕烴流； 源致冷劑流的供給裝置，所述源致冷劑流包括處于壓縮過的且環(huán)境冷卻過的狀態(tài)的致冷劑流，所述供給裝置包括致冷劑環(huán)境熱交換器和將處于壓縮狀態(tài)的致冷劑排放給致冷劑環(huán)境熱交換器的壓縮機，所述環(huán)境熱交換器布置成在處于壓縮狀態(tài)的致冷劑和環(huán)境之間進行熱交換，從而提供源致冷劑流； 設置有第一管束入口和至少一個第二管束入口的另一熱交換器，所述第一管束入口用于接收來自于除水裝置的流出物流的至少一部分，其中，所述另一熱交換器還設置有用于排出冷卻過的烴流的第一管束出口，其中，第一管束出口在所述另一熱交換器內部經由第一管束與第一管束入口相連，并且其中，所述另一熱交換器還設置有用于排出至少一股冷卻的致冷劑流的至少一個第二管束出口，其中，所述至少一個第二管束出口在所述另一熱交換器內部經由第二管束與第二管束入口相連，并且其中，所述第一和第二管束布置成與所述另一熱交換器內部的蒸發(fā)致冷劑餾分處于熱交換關系； 將除水裝置的蒸氣出口與所述另一熱交換器的第一管束入口相連的第一連接裝置，所述第一連接裝置以與濕烴流進行間接熱交換相互作用的方式穿過濕進料熱交換器；和將致冷劑環(huán)境熱交換器與第二管束入口相連的第二連接裝置，用于接收所述源致冷劑流的至少一部分，所述第二連接裝置基本上沒有任何單獨的熱交換器。
15.如權利要求14所述的設備，其中，第一連接裝置基本上沒有位于濕進料熱交換器和所述另一熱交換器的第一管束入口之間的任何單獨的熱交換器。
【文檔編號】F25J1/02GK103620329SQ201180032056
【公開日】2014年3月5日 申請日期:2011年6月28日 優(yōu)先權日:2010年6月30日
【發(fā)明者】C·布伊斯, F·尚丹 申請人:國際殼牌研究有限公司