CN1003732B - 用双混合致冷剂液化天然气的方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种采用两个封闭循环，多组份致冷剂；即冷却天然气的低位致冷剂和冷却低位致冷剂的高位致冷物液化天然气的方法和装置。其中改进包括压缩相分离后的高位致冷剂及在附加压缩后用外部冷却流体全部液化气相流体。因而能高效地冷却低位致冷剂。

Description

用双混合致冷剂液化天然气的方法及其装置

本发明是关于液化天然气和其它富甲烷物流的方法，特别是关于用双混合组分致冷剂的液化方法，该方法采用了效率高的流程可用于液化天然气和富甲烷物流。

为了达到回收和利用天然气及其它富甲烷物流，使其作为廉价的燃料来源，要求气体液化以提供从生产地到使用地经济地输送气体。液化大量的天然气，明显地要消耗大量能量，为了使天然气具有竞争价格，液化方法必须尽可能有效利用能量。

在单一组份的致冷剂循环中，用于开动设备的驱动器或电机马达与用于致冷设备完成致冷的压缩载荷是不平衡的，特别是当这种设备与整套液化设备相匹配时，液化过程中通常存在效率不高的问题。压缩载荷是液化过程中主要的能量消耗因素。此外，一种液化方法必须能在特殊气候条件不同地区很容易地被采用。气候条件是随季节变化的，尤其是在两极地区。这样的气候条件对液化过程的影响主要是影响在液化天然气中用作产冷的冷却水的温度，由于季节的变化和不同气候的地区，可用的冷却水的温度有相当大的差别，从而在各种致冷循环中产生不平衡。

在致冷循环中除了与压缩驱动装置相匹配的压缩载荷外，还可能出现，其它效率低的情况。这种效率低的情况通常存在于被液化的气体与实现液化的致冷剂之间的配合上。对于一种多组份的多级的闪蒸循环，其组分变化和约束都使这一领域中具有一般技术水平的人感到苦恼。

为了提供有效的液化方法，人们曾做过多次的努力，以适于不同环境条件，也有人提出采用多组份、多回路的致冷剂的方法。在美国专利4，112，700号提出的液化天然气流程方案中，用两个闭合循环的致冷剂流来液化天然气。用第一高位（较高的温度）预冷却致冷剂回路，以多级方式冷却天然气。最初，致冷剂由冷却水冷却并没有全部冷凝。将第一高位预冷却的致冷剂进行多步相分离，以便回收致冷剂的轻质组份以进行再循环，同时致冷剂中的重组份留下，并在较低的温度下冷却天然气。第一高位预冷却的致冷剂还被用来冷却第二种低位致冷剂（较低的温度）。第二种低位致冷剂以一步完成天然气的液化。该方法的缺点在于：在初始相分离之后的高位预冷却的致冷剂，是利用越来越重的分子量的组份，以完成越来越低的低温冷却。这与本发明所希望的有效冷却方法正好相反。另外，第二或低位致冷剂用一步来液化天然气，而不是多步液化。最后，高位致冷剂在其致冷前，由外部冷却流体冷却而没有全部冷凝。

美国专利4，274，849发表了富甲烷气的液化方法，其中，采用了两个单独的致冷循环。每个循环都使用一种多组份的致冷剂。低位（较低的温度）致冷剂冷却和液化天然气是通过间接热交换分两级进行的。高位致冷剂（较高的温度），与待液化的天然气不进行热交换，而却在一个辅助的热交换器中，通过间接热交换来冷却低位致冷剂。这种热交换是一步完成的。

美国专利4，339，253发表了一种混合致冷剂液化天然气的方法。其中，低位致冷剂分两级来冷却和液化天然气。低位致冷剂依序被高位致冷剂在一步中冷却。在开始时，仅仅是用高位致冷剂将天然气冷却到去除水份之温度，然后将干燥的天然气输入于该方法的主要液化区。

这样，当致冷剂是由混合组份的致冷剂组成时，在双循环致冷剂液化过程的各循环之间，应用这种分步热交换步骤，则不可能因致冷剂组分有规则变化时，使各循环间得到完全匹配的热交换。

巴拉多夫斯基.H（Paradowski.H）和斯贵拉，O（Squera.O.）发表在1983年5月15-19日天然气液化第七次国际会议上题为“缔合气体的液化”的文章，图3中用两个闭合制冷循环来液化气体。在流程图的右端，高位的循环不仅用来冷却低位循环，还用来冷却初始天然气流中的水份使之冷凝。高位致冷剂经多级再压缩，并在三个不同的温度和压力阶段下冷却低位致冷剂。但并没有考虑到高位致冷剂组成的变化，应与热交换器中各级致冷过程相匹配。

本发明克服了现有方法中的缺点，在液化方法中应用独特的流程，在闭合循环中，使用两种多组份的致冷剂，其中，致冷剂在多级步骤中彼此进行热交换，同时改变高位致冷剂的组分，用较轻分子量组分的致冷剂实现低位（低温）致冷却作用，而这种致冷也最适于低分子量组份。

本发明关于天然气或其它含甲烷气体的液化方法的改进。该方法采用两个封闭循环、多组分致冷剂。其中，高位致冷剂冷却低位致冷剂，而低位致冷剂冷却和液化天然气或富甲烷气物流，该天然气或富甲烷气物流的气体被冷却和液化，是通过与低位多组份致冷剂在第一个封闭致冷循环中进行热交换来实现的。该致冷剂在上述热交换器中再次被加热，并被压缩至高压，在被外部冷却流体冷却之后，该低位致冷剂在第二个封闭致冷循环中，被高位多组分致冷剂多级热交换而被进一步冷却。高位致冷剂在上述热交换中被再次加热。将复热的高位致冷剂压缩到高压，并用外部冷却流体进行再冷却，以便使其部分液化，然后经相分离使该高位致冷剂分成为气相致冷剂流和液相致冷剂流，液相致冷剂部分，经多级过冷并膨胀到更低的温度和压力，以冷却低位致冷剂，并冷却和液化气相致冷剂。本发明方法的特征在于，压缩气相致冷剂，并通过外部冷却流体将压缩的气相致冷剂冷凝，以便使其相对于液相流体过冷，并把冷凝的气相膨胀到更低温度和压力，以便为低位致冷剂提供最低冷却级。

最好，该方法仅使高位致冷剂的已被压缩的气相部分冷凝，以便，进行第二次相分离，并进一步在所产生的第二气相物流中分离出较轻的组分，并使在第二液相气流中的较重组分回到最初的液相高位致冷剂流中。进一步压缩第二气相气流，并使其被外部冷却流体再冷却，以便完全液化该气流，这样所有进入到多级热交换器中的制冷剂流在被外部冷却液冷却中全部被液化。

本发明也涉及到采用两个封闭循环、多组分致冷剂，液化天然气或富甲烷气的装置的改进。其中，高位致冷剂冷却低位致冷剂，而低位致冷剂冷却和液化天然气。该装置包括：用低位致冷剂冷却和液化天然气的第一热交换器，至少有一台把低位致冷剂压缩至高压的压缩机;一个辅助热交换器以用于使高位制冷剂多步冷却低位致冷剂;把低位致冷剂分为气相和液相流的相分离器;分别输送低位气相流和低位液相流至上述第一热交换器并将其再循环到上述压缩机的设备，至少有一台压缩机把高位致冷剂压缩到高压;一个再冷却热交换器以便用外部冷却流体来冷却已压缩的高位致冷剂;把高位致冷剂分离成气相流和液相流的相分离器;输送上述高位气相流使其通过上述辅助热交换器，并且使上述物流膨胀，以便冷却低位致冷剂的设备;将上述高位液相流输送到上述辅助热交换器的设备，该辅助热交换器包括把上述的物流分离成几个部分，然后把它们分别膨胀至较低温度和压力以冷却上述低位致冷剂的设备，以及使高位致冷剂循环以进行再压缩的设备。本发明装置的改进包括，采用了一台压缩机和再冷却热交换器，以便液化上述高位制冷剂的气相流。

最好该装置包括：一个第二相分离器，用来分离第二液相高位致冷剂;把第二次液相流和第一次液相高位致冷剂流混合的设备，一台压缩机和用于液化来自第二相分离器的气相的再冷却热交换器。

图1是本发明整个过程的流程图，其表明高位致冷循环运行的最佳实施例。

图2是本发明局部流程图，表明如图1所示的高位致冷循环运行的另一种可行的实施例。

对照附图，将对本发明作更为详细的说明，本发明提出了几种最佳实施例。参照图1，天然气流从管道10进料，进入本发明的流程中，天然气一般具有下列组份：

C₁ 91.69%

C₂ 4.56%

C₃ 2.05%

C₄ 0.98%

C₅ 0.43%

N₂ 0.31%

天然气进料温度大约为34℃（93°F），其绝对压强高于4.516×10⁶ 帕（655磅/吋²）。在液化过程之前，必须从进料物流中除去大部分比甲烷重的烃。此外，还必须从原料中除去剩余水份。这些预处理过程不属于本发明范围，是已知现有工艺中标准的预处理工序。因而对此不作详细说明了。只要说进料物流进入管道10后，通过热交换器12与管道44中的低位（低温）致冷剂热交换而被初步冷却就足够了。预冷的天然气经干燥和蒸馏装置而循环，以便除去水份和高级烃。这些一般的净化步骤在图中没有表示出来，只是用11和13处表示液化前一般的净化工序。

由此，除去水份和高级烃明显减少之后的天然气进到主要热交换器14中，该热交换器14最好是由两束盘管热交换器构成。天然气在第一级或者在主要热交换器的第一束盘管中冷却或全部冷凝。然后液化的天然气再在第二级或在热交换器14第二束盘管中过冷，至温度大约为-151℃（-240°F）。液化的天然气然后离开交换器，通过一个阀门闪蒸，并经相分离成闪蒸气及液化的天然气产品，用泵将液化天然气打入到储藏器16中。液化天然气产品可按需要排出。所储备的液化天然气上方的气相被压缩到一定压力，并与闪蒸气体混合，在用作燃料前，将之在闪蒸气体回收热交换器18中再加热，最好，这种燃料是本发明的工厂中操作所需要的燃料。

正如本发明的概述列举的，本发明中的方法包括用两个致冷剂闭合循环对天然气液化，低位致冷剂循环为液化天然气通过最低温度的致冷剂。在低位（最低的温度）致冷剂和高位（较热的）致冷剂之间的各个热交换器中，该低位致冷剂依序被高位致冷剂所冷却。

用在本发明中的低位多组份致冷剂，实际上起着冷却、液化和过冷天然气的作用，它通常由甲烷、乙烷、丙烷和丁烷组成。在低位致冷剂中的各种组份之准确浓度取决于环境的条件，特别是取决于液化装置中所使用的外部冷却液体的温度。低位致冷剂组分的准确组分和浓度范围，也由低位致冷循环和高位致冷循环之间所要求的准确能量转换和平衡来决定。

低位致冷剂经多级压缩，并在压缩机组20中由外部冷却流体再冷却，通常用环境温度的冷却流体如海水来带走压缩过程中所产生的热。

处于大约39℃（103°F）和4.371×10⁶帕（634磅/吋²）的低位致冷剂，在多级辅助热交换器24中，相对于高位致冷剂而被进一步冷却。最佳实施例中，此辅助热交换器24有四级，热处理级26，中间处理级28，中间处理级30和冷处理级32。低位致冷剂经辅助热交换器24，在管线34中部分液化。然后该低位致冷剂在分离器36中，在大约-45.5℃（-50°F）的分馏温度下进行相分离。低位致冷剂中的液相从管路38中排出，并被导入到主热交换器14的第一束盘管中，以便在离开热交换器之前进一步冷却，再通过一阀门降低温度和压力，在大约-128.8℃（-200°F）再将液相引入到主热交换器的壳管中，以一股喷射液从主热交换器的第一束盘管中的不同管的上面喷落下来。由分离器36来的气相物流分成滑流42和主气流40。主气流40被引入到主热交换器14的第一束盘管中，并继续通过第二束盘管而被完全液化和过冷，以便在排出前通过一个阀门而降低温度和压力。管线42中的气相滑流通过闪蒸回收热交换器18，以便从闪蒸天然气中回收冷量。这个物流温度和压力也降低，并与管线40中的物流混合，然后在大约-151℃（-240°F）以喷射形式引入到主热交换器14顶上，喷射液降落在主热交换器第一级和第二级两个管束上。重新被加热的致冷剂，在主热交换器14的底部排到管线44中，以用于在低位致冷剂闭合循环中进行循环。可以看出：为天然气液化的全部热交换作用是相对于低位致冷剂而完成的，高位致冷剂不用来完成天然气物流的致冷作用。

高位致冷剂其在致冷作用的温度明显高于低位致冷剂，它构成了本发明的二个闭合循环致冷系统中的第二个系统。该高位致冷剂以间接热交换的方式只冷却低位致冷剂。高位致冷剂对要液化的天然气并不实施冷却作用。高位致冷剂通常包括乙烷和丙烷以作为多组份致冷剂，不过也可以含有各种丁烷和戊烷，为特殊装置提供具有特别致冷作用要求的混合组分致冷剂。该高位致冷剂在不同压力下送入到多级压缩机46中。气相高位致冷剂在大约76.6℃（170°F）温度和2.413×10⁶帕（350磅/吋²）压力下，送入管线48中，该致冷剂通过与外部冷却流体例如环境温度下的水进行热交换，在热交换器50中被再次冷却。该高位致冷剂在外部冷却流体作用下部分冷凝，并且该高位致冷剂通过管线52以气液相混合物离开热交换器50。该气液相混合的致冷剂在分离器54中进行相分离。

气相流从分离器54顶部经管道76排出，并进一步在压缩机78中被压缩到压力大约为3.075×10⁶帕（446磅/吋²）。在此压力下，该气相致冷剂在二次冷却热交换器80中，由环境温度下的外部冷却流体冷却而被全部冷凝，此外，该外部冷却流体最好是环境温度的水。管线82中完全冷凝的冷却流体，经由辅助热交换器24的不同级，26、28、30和32进行过冷。在分离器54中进行相分离时，混合组份的高位致冷剂中的轻质成份在气相流76中被分离出来，其最终达到辅助热交换器24中级32所要求的冷却最低温度。这就提供了一种有效的冷却和更好地利用多组份致冷剂。另外，跟单组份致冷方法相比，它具有独特的优越性。

来自分离器54的液相致冷剂流从上述分离器的底部排入管线56中。该致冷剂流在被分成续流58和支流60之前，通过辅助热交换器24的高位（热）级26，支流60通过一个阀门被闪蒸，以便降低温度和压力。所有高位致冷剂物流的膨胀，均是在“焦耳-汤姆逊阀”（Joule-Thomson Value）中进行的。管线60中的支流通过高温位级26逆向返回，以便冷却以相反的方向通过该级的致冷剂流。复热的和已蒸发的致冷剂通过管线62返回到压缩器46中进行再压缩。

在管线58中续流的液相致冷剂通过热交换器的中间级28，并从续流流体64中分离出第二支流66。支流流体66通过一个阀门而闪蒸以降低温度和压力，并逆向通过中间级28，以用于冷却相反的方向流过的致冷剂。复热和已蒸发的致冷剂返回管线68，在压缩机46中重新压缩。

为了冷却反向流过级30的致冷剂，在续流液相流体逆向通过级30之前，管线64中的续流液相流体进一步通过中间级30，并通过阀门70全部闪蒸到更低的温度和压力。复热的和已蒸发的致冷剂返回到管线72和74中，以便在压缩机46中重新压缩。

管线82中的致冷剂流体，经辅助热交换器的各个级，包括级32，通过阀门84闪蒸降低其温度和压力，也逆向返回通过级32，以在辅助热交换器中得到最低位冷却，并返回到管线86中进行重新压缩。此部分流体跟管线74中的致冷剂流重新混合。

这种双混合组份致冷剂液化流程中的高位致冷剂循环，运行的独特方式，使致冷剂能满足辅助热交换器中的不同冷却阶段特殊致冷作用的要求。特别是，由于在分离器54中进行相分离，借助于由轻分子量的致冷剂组分特别组成的致冷剂流可完成级32中所需要的低位冷却。经压缩机78进一步压缩，利用环境冷却流体的全部冷量可使环境温度的冷却流体在二次冷却热交换器80中完全冷凝气相流体。已经发现，通过在循环中的环境温度的外部冷却流体，如环境温度的水的冷却作用，全部冷凝致冷剂，可以提高致冷效率。

此外，本发明中高位致冷循环在液相制冷剂流通过辅助热交换器24的高温级和中间级时，还分流管线56中的该致冷剂流，以这种方式避免在热交换器的各个不同冷却温度、中间级分离出重组份。不用相分离的方法对支流60和66分离，在级30中执行较低的冷却作用的流体组合物不会分离出致冷混合物中的重质组分，然而最好采用与前面的致冷剂流60和66一样的组合物。虽然本发明高位致冷循环剂的流程只是用四级辅助热交换器及三级压缩机来表示，但是可以看出，在特殊的使用中，较多级或较少级的热交换器或压缩机都可根据需要确定。然而初步相分离的原则，用环境温度的冷却流体进行完全冷凝的原则和致冷流体分流而不进一步相分离的原理，也将适用于其它流程中。

本发明中各种有变化工艺流程，即多组分高位致冷剂组份进一步分配的说明，在图2中加以说明。对照图2，该高位致冷剂循环流程有变化的实施方案是原来图1中所描述整个循环过程的一部分。相应于图1的高位致冷循环，在图2中的各个部位，是用相同数字前加1来表示。因此，从高位致冷剂在压缩机146中被压缩谈起。在管线148中的被压缩的致冷剂，经再次冷却，在再次冷却热交换器150中由环境温度的外部冷却流体如水冷却而部分冷凝。然后管线152中部分冷凝的致冷剂在分离器154中进行初步相分离。致冷剂气相由管线176从分离器154顶部排出，并进一步在压缩机178中压缩。压缩仅仅是到一定程度，使之在二次冷却热交换器180中部分的而不是全部的冷凝，该冷凝作用是由室温的外部冷却流体提供的。仅仅有部分液化作用允许致冷剂流体，在分离器181第二次中被分成不同的相。液相从底部用管线183排出，气相流体从顶部用管线187排出。在管线187中的气相流体被进一步在压缩机189中压缩至一定压力，致使其管线191中的流体可以完全被冷凝和液化，这一过程是用环境温度的外部冷却流体在再冷却热交换器193中进行的。由此，管线182中的致冷剂以液相送进辅助热交换器124。

为了用闪蒸的高位致冷剂来进行冷却，管线182中的液相致冷剂通过辅助热换器124中的各个级126、128、130和132。管线182中的致冷剂，通过热交换器124中的低位级132之后，经过阀门184闪蒸达到较低的温度和压力，并通过低位级132，进行逆流式回流，从而完成冷却作用。

来自初始相分离器154的液相致冷剂，以底部流体形式从管线156排出。来自第二相分离器181的液相流体183通过阀门185，适当降压以后，与管线156中的液相混合，这种混合的流体送到辅助热交换器124中的高位级126，侧流160从通过高位级126液相致冷剂的续流流体158中分路出来。该侧流在逆向返回冷却高位级126之前，通过一个阀门，经闪蒸降低温度和压力，以便为该级提供冷却。然后该致冷剂返回管线162重新进行压缩。

另外，管线183中的致冷剂，分别通过辅助热交换器的级126、128和130。在阀门170中膨胀并与气流186结合，以便在级130中起冷却作用，其中，致冷剂被进一步分离出轻质组分，流经通道未在图2中表示出。

管线158中的续流液相致冷剂流体通过中间级128，并再次被分成侧流166和续流流体164。支流166反向流过128而在中间级128中完成致冷作用前，侧流166通过一个阀门闪蒸达到较低温度和压力，并进一步通过管线167中进入级126。借助侧流166通过辅助热交换器中的两个级，使管线158中的致冷剂达到的温度变得更低，而且与其致冷作用更相适应。这就要求在管线167中没有回流致冷剂的情况下，进行具有多相的再压缩，其中液相会干扰压缩机146的运行。管线167中的致冷剂通过级126热交换附加级通道被重新加热，这样管线168中的致冷剂全部呈气相。管线164中的续流液相致冷剂在通过阀门170降低温度和压力之前，在级130中经进一步冷却。该致冷剂与来自低位级132的、管线186中的回流致冷剂混合，这种混合的致冷剂逆流通过中间级130，并返回管线174以便在压缩机146中重新压缩。这种图1所述流程的变化形式，还允许管线134中的低位致冷剂和管线182中的高位致冷剂在尽可能低的温度下，接近辅助热交换器124中的低位级132，而不使管线186中的致应物产生两相流而回到压缩机146中。由于管线186中的致冷剂与管线164中的液体致冷剂混合以及在中间级130完成附加的致冷作用，所以避免了两相的问题。

该实施方案具有的优点是以高效的方式完成低位致冷任务。在分离器154中出现的初步相分离作用，是把气相176中的多组份致冷剂的较轻组分分离出去。较重的组份以液相分离到管线156中。如上图1所述多组份致冷剂的不同组份之分离，在与各个低位致冷剂循环进行各级热交换中，提高了致冷效率。为进一步提高这种功效，本发明中另一可行的实施例调整了管线176中的气流体之压缩和二次冷却作用，这样就不会出现全部冷凝现象，而是在分离器181中产生进一步的相分离。在管线187致冷作用中这种第二次相分离使轻质组分的分离达到另一水平。中等的重质组分致冷剂被排进管线183中并且调节阀185使其到合适的压力后，该中等的重质致冷剂与管线156中的较重质致冷剂组份混合。以这种方式，用具有最大浓度的轻组份多组份致冷剂，完成在辅助热交换器124（它能满足最低致冷的要求）中的级132的致冷作用。对于完成最低温度下的致冷作用，这种轻质组份是最有效的，正如在低位级132中出现的情况一样。因此，这种实施例的循环过程提高了致冷作用的效率，同时对于二次冷却热交换器180之后（下游）的装置提出了附加的基本要求。随着冷却到较低温度的附加能力，令人满意的是提供了安全措施以防止两相流回流到压缩机146中。当压缩时，进料物中带有任何明显的液体，则运行时压缩机146会受到损害。因此，使回流的致冷剂流体通过热交换的若干级时，产生降温运行，而阻止了两相流回到压缩机中。如图1流程所述那样，图2中所述的流程是利用环境温度的外部冷却流体充分冷凝到达辅助热交换器124的所有致冷剂。可以看出，当用环境温度的外部冷却流体冷却而出现的这种全部冷凝作用时，就提高了效率。利用压缩机178和189的附加压缩，使外部冷却流体完成这样的全部冷凝作用。

在液化流程中，采用混合的致冷剂双循环，在开始工作时将致冷剂补充进循环以及在如本发明图1和图2所述的高位循环中循环期间组合物变化的两种情况下，便于每种致冷循环组份的变化有明显的自由度。就物质被冷却及致冷剂完成冷却作用而言，致冷过程的变化能更为精确地接近冷却曲线。此外，为了提供很好的机械配套，特别是为了跟负荷匹配需要驱动几个压缩机时，混合组份致冷剂还考虑了从一个循环到另一循环压缩动力载荷的变化。此外，对不同的环境冷却流体温度或进给气体压力和组份，可能碰到这样一些不成比例数的载荷之转换。应用双混合的组份致冷剂液化流程，便于载荷再匹配而不必改变致冷剂所流经的设备。

尽管所示的液化装置的流程在其最上部位置有带低温级的辅助热交换器，但还要考虑到若低温级在底部并且各流体均与图2所示以相反的方式通过辅助热交换器，该热交换器亦能工作。

另外，尽管图1表示了低位致冷剂循环，在天然气进入到热交换器12中进行的所有预冷却作用，但要考虑到借助于在高位致冷剂滑流经过热交换器12或天然气滑流经过热交换器24时，高位致冷剂有助于这种予冷作用。

本发明已经叙述了几种理想实施方案，但是该领域中技术熟练的人从这些实施例中所得出的变化，看来也在本发明的范围。因此，本发明的范围，应由下述权利要求来确定。

Claims (24)

1、一种用双混合致冷剂液化天然气的方法，该方法使用两个封闭的循环及多组份致冷剂，其中高位致冷剂冷却低位致冷剂，低位致冷剂冷却和液化天然气，该方法包括：

在第一个封闭致冷循环中，通过与低位多组份致冷剂热交换冷却和液化天然气物流，在所说的热交换过程中该致冷剂被重新加热;

对该重新被加热的低位致冷剂进行压缩使其至高压，并用一种外部的冷却流体把低位致冷剂再次冷却;

在第二个封闭致冷循环中，用高位多组份致冷剂通过多级热交换进一步冷却所提到的低位致冷剂，在所说的热交换过程中，高位致冷剂被重新加热;

把上述被重新加热的高位致冷剂压缩至高压，然后用一种外部冷却流体将之再次冷却，使上述致冷剂部分液化;

相分离该高位致冷剂，使其分成气相致冷剂流体和液相致冷剂流体;

其特征在于：在上述多级热交换中过冷和膨胀部分液相高位致冷剂流体，使它们到更低的温度和压力，用来提供对低位致冷剂的冷却，以及冷却和液化高位气相致冷剂流;以及

用高位液相致冷剂对高位气相致冷剂进行过冷，并膨胀该气相致冷剂使之至更低的温度和压力，以提供冷却低位致冷剂的最低温位之前，压缩该气相致冷剂，并用外部冷却液使其冷凝。

2、按照权利要求1所述的方法，其中与低位致冷剂进行最后一级热交换之后被加热的高位气相致冷剂流体，与液相高位致冷剂混合，以便在中间级与低位致冷剂进行热交换。

3、按照权利要求1所述的方法，其中与低位致冷剂进行热交换并从低温级段流出的高位致冷剂，再进一步通入与上述低位致冷剂进行热交换的高温级段。

4、按照权利要求1所述的方法，其中压缩后的气相高位致冷剂仅仅只有部分被液化，然后被相分离，其液相与液相高位致冷剂相混合，而气相则进一步被压缩并用外部的冷却流体进行冷凝。

5、一种实现按权利要求1-4所述方法的装置，它采用了两个封闭循环及多组份致冷剂液化天然气的设备，其中高位致冷剂冷却低位致冷剂，低位致冷剂冷却和液化天然气，该装置包括：

一台用低位致冷剂冷却和液化天然气的第一热交换器;

至少有一台用于把低位致冷剂压缩到高压的压缩机;一个辅助热交换器，以使高位致冷剂经多步冷却低位致冷剂;

一个把低位致冷剂分离成气相流体和液相流体的相分离器;

用于把低位气相流体和低位液相流体分别输送到上述第一热交换器及将其再循环至上述压缩机的传输设备;

至少有一台把高位致冷剂压缩至高压的压缩机;

一个用外部冷却流体冷却被压缩的高位致冷剂的二次冷却热交换器;一个把高位致冷剂分离成气相流体和液相流体的相分离器;

其特征在于：

还包括一台压缩机及一个用来对高位致冷剂的上述气相进行液化的二次冷却热交换器;

输送上述高位气相流体通过上述辅助热交换器，并使上述流体膨胀以达到冷却低位致冷剂目的的设备;

输送上述高位液相流体通过上述的辅助热交换器的设备，该辅助热交换器包括由此分离部分上述的流体，然后分别使其膨胀达到较低的温度和压力，以冷却低位致冷剂的设备。

以及为了对高位致冷剂进行再压缩的循环设备。

6、按照权利要求5所述的装置，其中包括一台以分离第二液相高位致冷剂流体的第二相分离器，把第二液相流体与第一液相高位致冷剂流体相混合的设备，一台压缩机和一个用于液化来自第二相分离器气相的二次再冷却热交换器。

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