用于液体天然气生产的系统和集成方法
【专利说明】用于液体天然气生产的系统和集成方法
[0001]背景
本公开涉及用于液体天然气(LNG)生产的系统和过程。更具体地，本公开涉及在单一过程中集成天然气清除和致冷步骤的用于液体天然气生产的系统和方法。
[0002]由管道品质天然气生产常规的液体天然气通常利用两步过程，其中开始时在第一加工步骤中除去水分和C02，即清除步骤，和在随后的第二加工步骤中，利用致冷，以提供液化。在试图集成这些多个工艺步骤中，先前已试图在液体天然气的生产中集成天然气清除和致冷过程。通常，这些努力基于这样的过程，其中开始时在喷嘴中膨胀期间生产包含液体天然气、冰和固体0)2的浆料，并且外部致冷系统提供液化所需的能量。总的来说，提供最小的设备集成，因此需要显著的设备占位面积。这导致用于生产液体天然气的昂贵的系统和过程D
[0003]此外，这些已知的LNG生产过程(像例如，上述两步过程)可能能量密集以及资本山Ο
[0004]因此，期望提供用于生产液体天然气的改进的系统和方法。
[0005]简述
通过本公开解决现有技术的这些和其它缺点，其提供用于生产液体天然气的改进的系统和方法。
[0006]本公开的一方面在于用于由天然气流生产液体天然气(LNG)的系统，所述系统包含:水分去除装置、压缩机、换热器、多相涡轮膨胀器、分离器和至少一个另外的分离器。所述水分去除装置和压缩机从天然气流除去水分和压缩天然气流和产生低水分压缩天然气流。所述换热器冷却低水分压缩天然气流和产生经冷却的压缩排放流。所述多相涡轮膨胀器使经冷却的压缩排放流膨胀和产生包含基本上包含CH4的蒸气和液体天然气/冰/固体
0)2浆料的混合物的膨胀排出流。所述分离器分离膨胀排出流和产生基本上包含CH 4的蒸气流和液体天然气/冰/固体0)2浆料流。所述至少一个另外的分离器分离液体天然气/冰/固体C02浆料流和产生液体天然气输出流和基本上包含冰/固体C0 2的输出流。
[0007]本公开的另一方面在于用于由天然气流生产液体天然气(LNG)的系统，所述系统包含:至少一个压缩阶段、至少一个冷却阶段和至少一个膨胀阶段。所述至少一个压缩阶段和至少一个冷却阶段设置用于压缩和冷却天然气流和产生经冷却的压缩排放流。所述至少一个膨胀阶段设置用于膨胀经冷却的压缩排放流和产生膨胀排出流。所述至少一个膨胀阶段包含至少一个与冷却阶段和压缩阶段流体连通的多相涡轮膨胀器。所述多相涡轮膨胀器包含:外壳；在所述外壳内布置的至少一个旋转部件；在所述外壳中布置的至少一个入口，其中所述入口设置用于接收经冷却的压缩排放流；和在所述外壳中布置的至少一个出口，其中所述出口设置用于排放包含基本上包含CH4的蒸气和液体天然气/冰/固体C0 2浆料的混合物的膨胀排出流。
[0008]本公开的又一方面在于用于由天然气流生产液体天然气(LNG)的方法，所述方法包括:提供输入天然气流；除去水分，压缩和冷却天然气流和产生经冷却的压缩排放流；在多相涡轮膨胀器中使经冷却的压缩排放流膨胀和产生包含基本上包含014的蒸气和液体天然气/冰/固体co2浆料的混合物的膨胀排出流；在至少一个分离器中分离膨胀排出流和产生基本上包含014的蒸气流和液体天然气/冰/固体C02浆料流；和在至少一个另外的分离器中分离液体天然气/冰/固体co2浆料流和产生基本上包含冰/固体C0 2的输出流和液体天然气(LNG)输出流。
[0009]上述特征的各种改进与本公开的各方面相关。其它特征同样也可结合到这些各方面。这些改进和另外的特征可单独地或以任何组合存在。例如，与一个或多个说明的实施方案相关的以下讨论的各种特征可单独或以任何组合结合到本公开的任何上述方面。同样，以上呈现的概述仅旨在使读者熟悉本公开的某些方面和背境，而不是局限于要求保护的主题。
[0010]附图简述
当参考附图阅读以下详细说明时，本发明的这些和其它特征、方面和优点将变得更好理解，其中在所有附图中，相同的符号代表相同的部件，其中:
图1为根据本文显示或描述的一个或多个实施方案用于液体天然气生产的系统框图；图2为根据本文显示或描述的一个或多个实施方案用于液体天然气生产的系统框图；图3为根据本文显示或描述的一个或多个实施方案用于固体、液体和气体分离的多相涡轮膨胀器的示意图；
图4为根据本文显示或描述的一个或多个实施方案用于固体、液体和气体分离的多相涡轮膨胀器的横截面图的示意图；
图5为代表根据本文显示或描述的一个或多个实施方案用于生产液体天然气的示例性过程中涉及的步骤的流程图；和
图6为根据本文显示或描述的一个或多个实施方案，液体天然气收率作为压缩率的函数的对比图。
[0011]详细说明
结合某些实施方案，仅用于说明目的，来描述本公开；然而，应理解的是，根据本公开，通过以下的附图描述，本公开的其它目的和优点将变得显而易见。虽然公开了优选的实施方案，它们不旨在为限制性的。而是，认为本文描述的一般原则仅说明本公开的范围，并且进一步理解的是，在不偏离本公开的范围下可以进行许多变化。
[0012]如以下详细描述的，本公开的实施方案提供适用于生产液体天然气的系统和过程。如以下详细讨论的，本公开的实施方案包括系统，所述系统包括一个或多个集成的多相涡轮膨胀器和能操作多相流(气体、液体和固体)的致冷设备。所述系统包括冷却气体流，以形成液体天然气和天然气杂质，包括co2气体、固体C0 2和/或液体C0 2。本公开的实施方案还包括使用集成的多相涡轮膨胀器和致冷设备的适用于液体天然气生产的方法。
[0013]本文中术语“第一”、“第二”等不表示任何顺序、量或重要性，而是用于区分一个要素与另一个，并且旨在为读者确定关于具体部件部分的目的。在整个说明书和权利要求书中，本文使用的近似语言可适用于修饰可容许地改变而不会导致相关的基本功能变化的任何数量表示。修饰语“约”与数量结合使用时包括陈述的值，并且具有上下文指示的含义(例如，包括与具体数量的测量相关的误差度)。因此，被一个或多个术语例如“约”修饰的值不局限于指定的精确值。在一些情况下，近似语言可对应于用于测量该值的仪器的精密度。
[0014]除非上下文明确另外指示，否则在以下说明书和权利要求中，单数形式“一个”、“一”和“该”包括复数对象。除非上下文明确另外指示，否则本文所用术语“或”不是指排他的，而是指存在至少一个提及的部件，并且包括其中可存在提及的部件的组合的情况。此夕卜，在本说明书中，词尾“(s) ”通常旨在包括修饰的术语的单数和复数二者，从而包括一个或多个该术语(例如，除非另外指定，否则“喷射器”可包括一个或多个喷射器)。在整个说明书中提及“ 一种实施方案”、“另一种实施方案”、“ 一种实施方案”等指结合实施方案描述的具体要素(例如，特征、结构和/或特性)包括在本文描述的至少一种实施方案中，并且在其它实施方案中可能存在或者可能不存在。类似地，提及“具体的构造”指结合构造描述的具体要素(例如，特征、结构和/或特性)包括在本文描述的至少一个构造中，并且在其它构造中可能存在或者可能不存在。此外，应理解的是，所描述的发明特征可以任何合适的方式在各种实施方案和构造中组合。
[0015]本文使用的术语“可”和“可为”指示在一组情况内发生的可能性；拥有指定的性质、特性或功能；和/或通过表述与所修饰的动词相关的一种或多种能力、性能或可能性来修饰另一个动词。因此，使用“可”和“可为”指示修饰的术语显然适合、能够或者适用于指示的能力、功能或用途，同时考虑在一些情况下，修饰的术语可能有时不适合、不能够或者不适用。例如，在一些情况下，可预期事件或能力，而在其它情况下，事件或能力不能出现，该区别被术语“可”和“可为”涵盖。
[0016]现在转向附图，图1说明根据本文显示或描述的一个或多个实施方案的示例性液体天然气(LNG)生产系统10。LNG生产系统10包括至少一个设置用于接收天然气流16的冷却阶段200。系统10还包括至少一个与一个或多个冷却阶段200流体连通的压缩阶段100。至少一个压缩阶段100和至少一个冷却阶段200的组合设置用于在膨胀之前压缩和部分冷却天然气流16和在膨胀阶段300中进一步冷却低水分压缩天然气流21。在膨胀阶段400中，与多相涡轮膨胀器(本发明描述的)流体连通的分离阶段400提供分离冷CH4.气和LNG/冰/固体C02浆料，并且使浆料进一步分离为LNG和固体C0 2组分。
[0017]在具体的实施方案中，LNG生产系统10包括本体水分去除装置12，其与天然气入口 14流体连通，并且通过该天然气入口 14进料天然气(NG)流16。水分去除装置12从NG流16提供初步水分去除，以在水分去除装置12的输出处产生低水分NG流20。在一种实施方案中，水分去除装置18可设置作为分子筛床。还可利用本领域已知的其它基于吸附剂和溶剂的系统。
[0018]至少一