生产气化烃物流的方法、液化气态烃物流的方法以及其中冷却和再加温氮基物流且其中液化和再气化烃物流的循环方法

摘要

从第一来源(12)提供第一液化烃物流(10)，和从第二来源(22)提供第二液化烃物流(20)。第二液化烃物流(20)已经通过用第一冷却后氮基物流(40)冷却而单独液化。使第一和第二液化烃物流(10，20)气化，以生产气化烃物流(11，21，51)，从而用第一和第二液化烃物流(10，20)的气化而冷却气态氮基物流(30)，从而提供第二冷却后氮基物流(40)。

说明书

技术领域

本发明涉及冷却气态氮基物流、特别是用一种或多种液化烃物流冷却气态氮基物流的方法。

背景技术

通常买卖的液化烃物流含有液化天然气(LNG)或主要由液化天然气组成。

与气态形式相比，天然气更容易作为液体在长距离上储存和输送，因为它占用更小的体积和不需要在高压下储存。

特别是对于长距离输送，液化天然气可以携带在例如输出中转油库和输入中转油库之间的海船(sea-going vessel)中。在输入中转油库处，使LNG再气化，和可以将冷能用于帮助液化氮气。在海船的返程上，海船可以输送液体氮，液体氮的冷能随后可以用于使天然气液化中。

GB 2 172 388A描述了在陆地基输入装置中利用已经在井口装置处海上液化后的液化天然气使氮液化。使用相同容器在陆地基装置和海上井口装置之间以相反的方向输送液化氮和液化天然气。

然而，GB 2 172 388A的问题是在井口装置处需要小的循环制冷液化装置，以补足氮的冷却效果。似乎在如海上井口装置的如此不便利的位置处操作和/或维护这样的循环制冷液化装置是非常不方便的。

发明内容

本发明提供从第一和第二液化烃物流生产气化烃物流的方法，至少包括以下步骤：

(a)从第一来源提供第一液化烃物流；

(b)从第二来源提供第二液化烃物流，所述第二来源地理上在与第一来源分开的位置处，和所述第二液化烃物流已经通过用第一冷却后氮基物流冷却而单独液化；

(c)使第一和第二液化烃物流气化以生产气化烃物流，其中用第一和第二液化烃物流的气化使气态氮基物流冷却，从而提供第二冷却后氮基物流。

本发明也提供使气态烃物流液化的方法，至少包括以下步骤：

(a)提供第一冷却后氮基物流；

(b)用第一冷却后氮基物流冷却而使烃物流单独液化，从而提供液化烃物流；

其中第一冷却后氮基物流由气态氮基物流获得，所述气态氮基物流已经用从第一来源提供的第一液化烃物流和用从第二来源提供的第二液化烃物流冷却，在所述冷却期间，第一和第二液化烃物流已经气化，所述第二来源地理上在与第一来源分开的位置处，和所述第二液化烃物流已经通过用第二冷却后氮基物流冷却而单独液化。

本发明也提供用于使氮基物流冷却和加温以及使烃物流液化和气化的循环方法，包括以下步骤：

(a)在第一输出位置处，使第一气态烃物流液化以生产第一液化烃物流；

(b)在地理上与第一输出位置分开的第二输出位置处，输入已经在步骤(e)的输入位置处生产的冷却后氮基物流；

(c)在第二输出位置处，通过用冷却后氮基物流冷却而使第二气态烃物流单独液化，从而生产第二液化烃物流；

(d)在输入位置处，输入已经分别在步骤(a)和(c)中的第一和第二输出位置处生产的第一和第二液化烃物流；

(e)在输入位置处，用步骤(d)中输入的第一和第二液化烃物流冷却氮基气态物流，从而生产冷却后氮基物流和气化烃物流；和

(f)将冷却后氮基物流输送至第二输出位置。

附图说明

下面将通过示例的方式和参考所附非限定附图描述本发明的实施方案，其中：

图1是根据本发明第一实施方案的冷却气态氮基物流的方法的第一示意图；

图2是根据本发明第二实施方案的冷却气态氮基物流的方法的第二示意图；

图3是图2的更详细的示意图；

图4是本发明中可用的氮冷却循环的示意图；和

图5显示了在两种不同条件下用于图4中的氮冷却循环的两种加热循环。

具体实施方式

用于本说明书的目的，单个的附图标记将分配给管线以及该管线中携带的物流。相同的附图标记指示相似的部件。

现在建议利用归属于来自至少两个地理上分开的来源的液化烃物流的总冷量以生产冷却后氮基物流，其中所述总冷量当这些液化烃物流气化时释放，所述冷却后氮基物流可以在来源的其中一处进行利用以生产液化烃物流中的至少一个。

申请人已经发现利用来自大于一个来源的液化烃物流，可以提供生产足够的冷却后氮基物流的可能性，所述冷却后氮基物流能够在地理来源的其中一处中生产两个液化烃物流中的至少一个，而无需另外的制冷剂循环。

申请人已经发现当附加液化烃物流与已经利用冷却后氮基物流充分液化后的第二液化烃物流的质量比为2∶1-8∶1时，使这样的操作最优化。

因此，可以在地理位置的至少一处中维持相对简单的液化方法，其不需要另外的制冷来源例如循环制冷剂。该地理位置因此可以是远距离的和/或是难以服务的位置。

预期本方法可以用于使所谓的困境气体(stranded gas)具有价值。

本发明基于这样的构思：根据热力学原理教导，与在环境压力下的液化天然气的典型温度相比，需要在更低的温度水平下移除用于使氮液化所需的大部分负荷。因此，液化天然气本身不能液化所需量的氮，和通常需要在陆地基装置处提供在附加冷却循环中的大量附加冷却、或提供通常效率低的热泵。

目前建议使用来自至少两个地理上分开的来源的液化烃物流(例如以LNG形式)，以冷却、优选液化更少量的氮，所述氮随后可以船运到两个来源中的一个，从而冷却气态烃物流生产液化烃物流。

与可从液化氮所输送的来源仅仅获得的LNG质量相比，这允许使用更大质量的LNG，所述LNG能够在特定温度释放更大的冷却负荷。通过来自多个来源的LNG的组合质量，在LNG的输入位置处需要更少或甚至不需要附加的冷却负荷。

如果利用来自第一和第二液化烃物流的冷量生产的第二冷却后氮基物流的质量至少与用于生产第二液化烃物流的第一冷却后氮基物流的质量一样高，则提供了可维持的操作。

输送容器从输出位置至输入位置携带的液化天然气体积可以仅仅与它可能携带的液化氮相同。本发明的发明人已经发现需要向来自一个来源的LNG中可获得的冷却负荷加入的做功量(用于生产相同体积的液化氮以待船运返回那个来源以被用于冷却和液化那个体积的LNG)，高于液化那个体积的LNG所需的做功量。因此，GB 2 172 388A的方法不预期节省任何的能量。

现在建议使用多个LNG来源以生产用于在更少的来源中制备LNG所需的冷却后(优选液化后)的氮基物流，从而可以获得更多LNG形式的冷却负荷。当然，现在在其它LNG来源处向液化天然气或其它烃中进行另外的做功，但是该LNG无论如何也需要进行生产以能够向输入位置提供天然气。本发明因此节省了能量，因为减少了用不同的方法在输入位置处用于生产足够的液体氮所需的另外的冷却负荷和设备。

图1显示了在LNG再气化设施2的一部分中冷却气态氮基物流的方法的第一示意图。

LNG是适合于本发明的液化烃物流的一个实例，虽然存在其它液化烃物流。液化烃物流特别是LNG的属性是本领域中已知的。LNG通常是天然气液化装置的产物，所述天然气液化装置能够在大气压力下将天然气液化至低于-150℃的温度。利用一种或多种制冷剂和制冷循环的天然气液化是本领域中公知的方法。

通常，希望将液化烃物流例如LNG长距离输送至其中液化烃物流可以进行再气化、随后进行使用或管道输送至用户的位置。从一个来源至再气化设施的长距离输送通常在海船中进行。

液化烃物流的来源可以是任意设施、装置、仓库或设备。这包括其中液化烃物流从气态物流提供的装置，例如LNG液化装置，以及液化烃物流储存或分配端口。这样的来源可以是海上的，但通常是陆上的，和更通常它是或包括输出中转油库。用于液化烃物流例如LNG的输出中转油库是本领域中公知的。

液化烃物流的气化或再气化可以在通常称为“再气化设施”的任意适合设施、装置或设备中进行。这些设施是本领域中公知的，和通常地理上与液化烃物流的来源分开。通常，再气化设施与液化烃物流来源之间跨越水体。再气化设施的一个实例是输入中转油库。

再气化设施、特别是输入中转油库，通常包括能够长期或短期接收和储存液化烃物流例如LNG的一个或多个储油罐。

待通过本发明冷却的气态氮基物流包含＞60mol％的氮。该物流包括纯氮气、空气和包含氮的烟气。因此，气态氮基物流可以直接从来源提供，或作为来自氮-来源物流例如空气的一部分提供。气态氮基物流例如纯氮物流的供应是本领域中已知的和不在本文进一步的论述。

本发明中用另一种物流冷却一种物流通常通过在一个或多个阶段中使物流流经一个或多个换热器而进行。适合的换热器是本领域中公知的，和可以具有多种尺寸和/或设计。当两个或更多个换热器用于冷却时，这些换热器可以是串连的、并联的或二者同时。

液化烃物流可以从气态烃物流提供，所述气态烃物流是任意适合的含烃气体物流，但通常是从天然气或石油储罐获得的天然气物流。作为替代，天然气物流也可以从另一种来源获得，也包括合成来源例如费-托法。

通常，天然气物流基本由甲烷组成。优选天然气物流包含至少60mol％的甲烷，更优选至少80mol％的甲烷。

根据来源，气态烃物流可以包含变换量的比甲烷重的烃，例如乙烷、丙烷、丁烷和戊烷以及一些芳族烃。天然气物流也可以含有非烃，例如H₂O、N₂、CO₂、H₂S和其它硫化合物等。

必要时，在本发明中使用之前，可以对气态烃物流进行预处理。该预处理可以包括去除不需要的组分例如CO₂和H₂S，或其它步骤例如预冷却、预加压等。因为这些步骤是本领域技术人员公知的，所以本文不对它们进一步论述。

参考附图，图1显示了来自第一来源12例如储油罐或输出中转油库的第一液化烃物流10，优选LNG。第一液化烃物流10在LNG再气化设施2中气化，所述气化包括使第一液化烃物流10流经第一换热器16，从而提供第一气化烃物流11。

图1也显示了第二液化烃物流20，其可以具有与第一液化烃物流10相同或不同的存量，和再次优选LNG，但是从第二来源22提供，所述第二来源22可以是第二储油罐或第二输出中转油库。第二液化烃物流20在LNG再气化设施2中气化，包括使它流经第二换热器18，从而提供第二气化烃物流21。

图1也显示了气态氮基物流30，其可以基本由氮组成，可以包含例如＞90mol％、＞95mol％、＞99mol％的氮，或是纯氮。气态氮基物流30通常以与第一液化烃物流10逆流的方法流经第一换热器16，进行冷却，从而提供部分冷却后氮基物流30a，所述物流30a随后相对于第二液化烃物流20流经第二换热器18，从而提供第一或第二冷却后氮基物流40。

优选地，第一或第二冷却后氮基物流40是如下文论述的液化氮物流。

图2显示了本发明的第二示意图。与图1类似，它显示了第一液化烃物流10(其可以是LNG)和第二液化烃物流20(其也可以是LNG)。第一和第二液化烃物流10，20可以是相同或不同的，而且甚至当它们都是LNG时，它们也可以具有相同或不同的组成和/或存量。

图2中，第一液化烃物流10从第一来源12提供，第一来源12优选是标记为“ET1”的第一输出中转油库。第一输出中转油库ET1可以包括或包含能够以本领域中已知的方式使气态烃物流60液化的烃液化设施。用于使气态烃物流例如天然气液化的方法和工艺是本领域中公知的，和包括在一个或多个冷却阶段中用一种或多种制冷剂进行冷却。

通常，第一输出中转油库ET1在海洋上或靠近海洋，和处于与第一液化烃物流10再气化的位置地理上分开的位置，通常远离第一液化烃物流10再气化的位置。因此，通常需要将液化烃物流10从第一输出中转油库ET1输送、例如通过海船输送至再气化的位置，在图2中显示为输入中转油库32。

第二液化烃物流20从第二来源22提供，所述第二来源22在图2中优选是标记为“ET2”的第二输出中转油库。第二液化烃物流20优选以下文描述的方式，通过第二气态烃物流70、例如天然气的液化提供。

类似于第一输出中转油库ET1，第二输出中转油库ET2通常处于与第二液化烃物流20再气化的位置(图2中显示为输入中转油库32)地理上分开的位置，通常远离第二液化烃物流20再气化的位置。

第一和第二液体烃物流10，20以本领域中已知的方式从分开的液化过程、例如分开的液化装置组提供。第一和第二来源12，22在地理上是分开的。这允许与第二来源相比，第一来源处于更容易接近或便于使用的位置。作为替代，分开的液化过程可以处于相同的地理区域或位置，但是通过互相不同的储罐进料。这也可以被认为是形成处于地理上分开位置的第一来源12和第二来源22。

图2显示了作为用于使第一和第二液化烃物流10，20再气化的设施的输入中转油库32。图2显示了第一和第二液化烃物流10，20的组合在输入中转油库32处进入一个或多个通用储油罐34、例如本领域中已知的LNG储油罐中。从储油罐34中提供组合后的液化烃物流50，流经第三换热器36，以将它的冷却(作为它的再气化的一部分从而提供组合后的气化烃物流51)传递给气态氮基物流30。第三换热器36可以包括本领域技术人员已知的一个或多个步骤、部分、区、阶段或换热器、管线配置、操作和作用。

从第三换热器36中，将气态氮基物流30提供为冷却后的第二氮基物流40，优选液化氮物流。

冷却后氮基物流40流向第二输出中转油库ET2，在其中它用作第一冷却后氮基物流，通过至少部分、通常全部气化，从而提供至少部分、通常全部气化后的氮物流41和冷却的来源。优选地，该冷却至少部分、优选全部使第二气态烃物流70液化，从而在第二来源12处提供第二液化烃物流20。通过冷却后、优选为液体的氮基物流例如LN2使气态烃物流冷却、优选液化是本领域中已知的和不在本文进一步描述。

在一些情况下，可以从海船上的一个或多个储油罐提供固定的、预定的或安排的体积或量的冷却后氮基物流40，例如液体氮。最有效的是能够用尽可能相同的体积或量的第二液化烃物流20置换所述体积或量，通常在±10vol％内。

第二液化烃物流20的液化可以借助于与一种或多种其它制冷剂物流换热进行。然而，本发明中意图通过这样的一种或多种其它制冷剂物流提供的任意冷却是用于提供第二液化烃物流20所需冷却的＜50％，优选＜40，＜30，＜20或甚至＜10％。例如，液体氮的温度通常为低于-150℃，例如低于-180℃，或甚至-190℃。通常，液体氮的温度低于天然气的液化温度。优选地，第二气态烃物流70的液化单独通过冷却后氮基物流40提供。

在本发明的另一个实施方案中，作为进料物流提供的第二气态烃物流70和第二液化烃物流20之间的焓差值的＞80％，优选＞90％通过冷却后氮基物流40提供。

待气化从而提供对气态氮基物流30冷却的第一液化烃物流10和第二液化烃物流20的相对存量、优选数量可以是任意比例或组合。优选地，本发明方法中第一液化烃物流10与第二液化烃物流20的质量比2∶1-8∶1，更优选3∶1-7∶1。

优选地，第一液化烃物流10与第二液化烃物流20的质量比使得提供足够数量或质量的冷却后氮基物流40，以能够基本(例如＞80质量％或＞90质量％)或完全使第二气态烃物流70液化，从而提供第二液化烃物流20。

在另一种方式中，本发明方法使第一液化烃物流10气化的质量为X，使第二液化烃物流20气化的质量为Y，从而提供质量为Z的冷却后氮基物流40，其中质量为Z的冷却后氮基物流40能够完全使第二气态烃物流70液化，从而提供质量为Y的第二液化烃物流20。

图3是更详细描述了图2。图3中，其中图示了海船14用于说明将第一液化烃物流10从第一来源12输送至再气化位置，例如输入中转油库32。类似地，其中图示了第二海船46，其能够将第二液化烃物流20从第二来源22输送至它的再气化位置，例如输入中转油库32。

图3说明了本发明的另一个实施方案，这是一种循环方法，优选包括第二海船46。其中第二海船46能够将第二液化烃物流20输送至输入中转油库32，以与第一液化烃物流10一起冷却气态氮基物流30，第二海船优选也将冷却后、优选液化后的氮基物流40输送至第二来源22，以冷却第二气态烃物流70。

以这种方式，可以看出本发明能够提供在第二来源22和输入中转油库32之间的第二海船46的循环路线。

第二海船46可以包括大于一个容器，其中存在多艘这样的能够在第二来源22和输入中转油库32之间行进的海船。因此，冷却后氮基物流40可以不精确地携带在从中提供第二液化烃物流20的相同储存设施和/或相同海船上，但可以在类似的海船中在类似的储存设施中输送。

应注意到，第一和第二液化烃物流10，20可以在气化之前组合或以其它方式累积，随后作为组合物流或作为从中提供的一个或多个分流物流进行气化，以冷却气态氮基物流30。

也应注意到，气态氮基物流30的冷却可以在一个阶段中或在大于一个阶段中发生，其中所述阶段或每个阶段提供有第一和第二液化烃物流10，20的任意馏分或它们的组合。

图4是氮-制冷剂冷却循环52的实例，用于显示液化烃物流和氮基气态物流之间相互作用的实例。图4提供了对图5中所示的本发明好处的解释。

图4中，提供组合后的液化烃物流50作为第一和第二液化烃物流10，20的代表。组合后的液化烃物流50流经第四换热器54，所述第四换热器54可以包括串连、并联或二者同时的一个或多个换热器，以提供组合后的气化烃物流51。也流经第四换热器54是压缩后氮-制冷剂物流56，其可以以本领域中已知的方式通过在第四换热器54中使组合后的液化烃物流50气化而被冷却，通常冷却至-140℃至-160℃的温度。这提供第一冷却后的氮-制冷剂物流58，其随后流经膨胀器62，从而提供温度低于-160℃、例如-190℃或以下的冷却膨胀后的氮-制冷剂物流64。纯氮气可以在大气压力下在-196℃下液化，和膨胀冷却后的氮-制冷剂物流64打算用于在第五换热器66中提供使气态氮基物流30液化所需的冷却负荷。第五换热器66可以包括串连、并联或二者同时的一个或多个换热器，和本领域中已知使气态氮基物流30例如纯氮液化，从而提供冷却后、优选液化后的氮基物流40。第五换热器66也提供加温后的氮-制冷剂物流68，其随后可以通过一个或多个适合的压缩机72压缩，从而提供压缩后氮-制冷剂物流56。

图5是对于图4中显示的氮-制冷剂冷却循环52，负荷(Q)相对于温度(T)的图。

本领域中已知基于已知质量为X的再气化后的LNG，提供质量为Z的LN2所需的一般冷却循环和能量需求。这在图5中一般性通过路径A-B-C-D表示。例如，从约-160℃的温度再气化质量为X的LNG，允许从再气化后的LNG提供对氮-制冷剂的冷却，从而沿着线路A-B从中提取热量(由-＞β表示)。氮-制冷剂在点B的膨胀使它的温度沿着线路B-C降低至低于-160℃。蒸发后的氮-制冷剂沿线路C-D流动，允许它从气态氮基物流提取热量(-＞α)，从而提供液化后氮基物流。对于冷却循环的线路D-A，需要压缩功率，和这是用于完成氮-制冷剂冷却循环所需的“外部补充功率”。

本发明提供基于路径EFCD的氮-制冷剂冷却循环，这些点也显示在图4中的冷却循环52上。

E和F之间的冷却循环52的路径类似于上文对于路线A-B所讨论的，其中质量为X+Y的LNG的气化能够从氮-制冷剂提取热量(-＞γ)，虽然如下文所讨论的在比线路A-B低的温度下。氮制冷剂从点F膨胀至点C，随后可以沿路径C-D从氮制冷剂向气态氮基物流提供冷却，从而如下文所讨论的提供液化后氮基物流。

本发明的优点是加温后的氮-制冷剂仅需要从点D再压缩至点E，而不是如上所讨论的点A。这是因为更大质量X+Y的LNG能够在特定温度下比仅仅质量X的LNG释放更多的冷却，使得可以在与仅仅质量为X的LNG的气化相比更低的气化温度下，通过质量为X+Y的LNG提供线路E-F所需的冷却负荷(Q)。因为质量为X+Y的LNG能够在更低的温度下冷却氮-制冷剂，所以需要对氮-制冷剂进行更少的压缩以获得在点C的相同冷却负荷，从而减少(从点A至点E)在本发明中可用的氮-制冷剂冷却循环52中通过压缩机(从点D)所需的外部补充功率。

因此，本发明的优点是提供具有降低的所需外部补充功率的冷却一定体积气态氮基物流的方法。

本发明的另外优点是提供将通过本发明上述方法获得的冷却后、优选液化后氮基物流用于至少部分、优选全部使气态烃物流液化的用途，该液化后的气态烃物流随后可以用于冷却气态氮基物流。

本发明的又一优点是使通过本发明上述方法提供的冷却后氮基物流的体积或数量与从冷却后氮基物流的气化提供的液化烃物流的数量相等和/或平衡。

因此，本发明能够降低被用于使气态氮基物流例如氮液化的天然气物流的比功率。也就是说，通过更有效地利用从液化天然气提供的能量，降低用气态氮基物流(以帮助使它液化)液化、输送和再气化一定质量天然气所需的能量。

例如，利用图5的布置，和将基于用于帮助使质量为Z的气态氮液化的质量为X的LNG的气化的线路D-A所具有的单位长度定为1，则在再气化中添加具有相等质量的第二液化烃物流20(即总共＝X+1Y)能够将图5中线路D-A的相对长度降低至0.68。也就是说，用于使相同体积Z的N2液化所需的附加补充压缩功率的线路D-E比线路D-A短32％。

类似地，另外使用与第一液化烃物流10的质量相比为3倍质量(3Y)的第二液化烃物流20(即总共＝X+3Y)，能够将线路D-A的相对长度降低至0.47。也就是说，用于使相同体积Z的N2液化所需的附加补充压缩功率的线路D-E现在比线路D-A短53％。

用于使相同体积的氮液化所需的附加能量减少32％或53％明显是重大的能量节省，这随后可以给用于帮助使气态氮基物流液化的烃物流例如天然气所需的整体比功率乘以一个系数。

本领域技术人员将理解在不偏离所附权利要求的范围的条件下，本发明可以以多种不同的方式进行。