CN101095021A - 用于液化富碳氢化合物的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于液化富碳氢化合物流、尤其是天然气流的方法，其中该富碳氢化合物流的液化逆着一个由两个或三个制冷剂混合物回路构成的制冷剂混合物回路级联进行。按照本发明，没有其他的过程流参与待被预冷却的富碳氢化合物流(1)与第一制冷剂混合物回路的制冷剂混合物(S3)之间的热交换(E1、E2)。

Description

用于液化富碳氢化合物的方法
技术领域
本发明涉及一种用于液化富碳氢化合物流、尤其是天然气流的方法，其中该富碳氢化合物流的液化逆着一个由两个制冷剂混合物回路构成的制冷剂混合物回路级联进行并且其中第一制冷剂混合物回路用于预冷却并且第二制冷剂混合物回路用于液化和过冷却待液化的富碳氢化合物流。
本发明还涉及一种用于富液化碳氢化合物流、尤其天然气流的方法，其中该富碳氢化合物流的液化逆着一个由三个制冷剂混合物回路构成的制冷剂混合物回路级联进行并且其中这三个制冷剂混合物回路中的第一个用于预冷却，第二制冷剂混合物回路用于实际的液化并且第三制冷剂混合物回路用于过冷却已液化的富碳氢化合物流。
背景技术
下面，对于“预冷却”的概念应理解成待液化的富碳氢化合物流被冷却直至这样的温度，在该温度时进行重的或者高沸点的碳氢化合物的分离。下面，对于待液化的富碳氢化合物流的随后的进一步冷却理解为“液化”的概念。
本发明类型的天然气液化方法对于本领域技术人员来说由现有技术长久地已知、例如由美国专利6,105,389公开，在该类型的方法中，富碳氢化合物流的液化逆着一个由两个制冷剂混合物回路构成的制冷剂混合物回路级联——通常称为双流式液化天然气过程——进行。
为此，在德国的公开文件197 16 415中描述的天然气液化方法同样适用于本发明类型的天然气液化方法，其中富碳氢化合物流的液化逆着一个由三个制冷剂混合物回路构成的制冷剂混合物回路级联进行。
通过上述两个专利的引用，它们的公开内容也被收入在本专利的公开内容中。
通常——例如在上述美国专利6,105,389中描述的那样——预冷却、液化以及过冷却时的热交换在一个组合的多流式换热器中进行。在此，所有的过程流通过共同类型的换热器进行引导。根据要求的或者期望的容量设置多个平行地设置的、同样的换热器(单元)。
原则上，使用板式换热器进行预冷却的天然气液化设备从约0.2mtpa LNG容量起需要多个平行地设置的换热器，因为每个换热器块的加热表面是有限的。因此只要所述换热器块分别包含所有过程流，对于5mtpa的液化容量就要设置20至30个平行设置的换热器块。
但是由此得出如下缺点：
-均匀分布，
-高的管耗费，
-在部分载荷运行时的运行稳定性，尤其是携带(Mitreiβen)的问题，
-在运行由于缺失过程流而仅具有预冷却、即没有液化和冷却的设备时的热失衡；这尤其在液化过程的起动过程期间意义重大。
发明内容
本发明的目的在于，提出一种开头类型的用于液化富碳氢化合物流的方法，其中能够避免上述的问题。
为了解决该目的，在本发明类型的液化过程中建议，没有其他的过程流参与待被预冷却的富碳氢化合物流与第一制冷剂混合物回路的制冷剂混合物之间的热交换，在该液化过程中富碳氢化合物流的液化逆着一个由两个或三个制冷剂混合物回路构成的制冷剂混合物回路级联进行。
借助于形成换热器的“特殊化”的本发明方法实现，能大大降低用于相同的过程任务的换热器或换热器块的数量。因此随之带来的是需要的管耗费的减少。
每个换热器类型的块(block)的数量在直至10mtpa的液化容量时保持16个以下、优选在2与8块之间。这使得在确定的成本耗费的情况下允许对称的管设置。
附图说明
下面借助于在图1至5中示出的实施例详细解释按本发明的方法以及该方法的另外的、构成从属权利要求主题的构型。
其中：
图1示出天然气液化方法，其中与一个由两个制冷剂混合物回路构成的制冷剂混合物回路级联逆流地进行液化，
图2示出天然气液化方法，其中与一个由三个制冷剂混合物回路构成的制冷剂混合物回路级联逆流地进行液化，
图3示出天然气液化方法，如借助于图2解释的那样，并且其中第二制冷剂混合物回路的至少一个制冷剂混合物部分流用于预冷却天然气，
图4/5示出天然气液化方法，如借助于图2解释的那样，其中第二和第三制冷剂混合物回路的制冷剂混合物在双流式换热器中进行冷却。
具体实施方式
在图1中示出的本发明方法的构型中，待被冷却及待被液化的天然气流通过管路1输送至第一换热器E1。在该第一换热器中，天然气流逆着第一制冷剂混合物回路的制冷剂混合物的一个部分流P3被冷却。接着该天然气流被通过管路2输送至第二换热器E2，在该第二换热器中，该天然气流相继地逆着第一制冷剂混合物回路的制冷剂混合物的两个部分流P5和P7被冷却。
被这样冷却的天然气流接着通过管路3输送至另一换热器E5并且在该换热器中逆着第二制冷剂混合物回路的制冷剂混合物L2被液化并且必要时被过冷却。接着液化了的天然气流(LNG)通过管路4供给到其他的应用和/或被储存。
在图1中所示的实施例中，预冷却的天然气流的后述的液化和过冷却逆着制冷剂混合物回路级联的第二制冷剂混合物回路L1至L4进行，其中借助于单级或多级的压缩LV压缩的制冷剂混合物首先输送至一个后冷却器LK并且接着通过管路L4输送至换热器E3。在该换热器中，第二制冷剂混合物回路的制冷剂混合物逆着第一制冷剂混合物回路的制冷剂混合物的处于合适的温度水平的部分流P9、P11和P13被冷却和液化。
第二制冷剂混合物回路的被这样冷却和液化的制冷剂混合物接着通过管路L1输送至提及的换热器E5、逆着自身进行过冷却、通过管路L2由换热器E5引出、被释压并且与待被液化的和必要时待被过冷却的天然气流逆流地又穿过换热器E5。接着该制冷剂混合物被从换热器E5通过管路L3引出并且输送至已经提及的单级或多级的回路压缩器LV。
第一冷却回路的制冷剂混合物的已经提及的部分流P3、P5和P7在第一制冷剂混合物回路的多级的压缩器单元PV中又会聚，这些部分流在换热器E1和E2中用于预冷却待被液化的天然气流1或2。
在压缩PV中压缩的制冷剂混合物流通过管路P1输送至一个冷凝器PK并且接着通过管路P2输送至三个换热器E4A、E4B、E4C中的第一个。在三个上述的换热器中的每个的后面，制冷剂混合物的部分流以合适的温度水平通过管路P3、P5或P7引出、被释压并且接着——如已经描述的那样——为了预冷却待液化的天然气流1或者2的目的被引导穿过换热器E1和E2。
为了过冷却上述的制冷剂混合物部分流P3、P5和P7，从这些制冷剂混合物部分流中又引出一些部分流P15、P17和P19、将它们释压并且使它们逆流地穿过三个上述的换热器E4A、E4B或E4C。这些部分流接着通过管路P16、P18和P20在压缩PV之前又混合至各自的流中，这些部分流是被从该流中引出的。
按本发明的方法进一步构成地建议，没有其他的过程流参与第一制冷剂混合物回路的待被冷却的制冷剂混合物P2逆着自身的热交换E4A、E4B和E4C。有利的是，这些换热器E4A、E4B和E4C被构造为直管式换热器或者板式换热器。
为了在换热器E3中冷却或过冷却第二制冷剂混合物回路的制冷剂混合物L4，从三个制冷剂混合物部分流P3、P5和P7通过管路P9、P11和P13也引出一些部分流、将它们释压并且使它们与第二冷却混合物回路的制冷剂混合物L4逆流地穿过换热器E3。这些制冷剂混合物部分流接着也通过管路P10、P12和P14在压缩PV之前混合至管路P4、P6和P8中的制冷剂混合物部分流。
图2中示出的本发明方法的构型与图1中示出的构型的区别在于，现在为了过冷却该液化的天然气设置了一个另外的制冷剂混合物流。因此下面仅描述图1与2中示出的构型之间的区别。
在图2中示出的方法实施例的情况下，在换热器E1和E2中被预冷却的天然气流在换热器E5中逆着第二制冷剂混合物回路的制冷剂混合物流进行液化。接着，液化的天然气流通过管路L4被输送至另一换热器E6、在该换热器中逆着第三制冷剂混合物回路的制冷剂混合物流S3过冷却并且接着通过管路L5输送至其他应用和/或储存起来。
如已经借助于第一以及第二制冷剂混合物说明的那样，第三制冷剂混合物回路的制冷剂混合物首先也在一个单级或多级的压缩SV中压缩并且输送至一个后冷却器SK并且接着通过管路S1输送至换热器E3。在该换热器中，该制冷剂混合物——与第二制冷剂混合物回路的制冷剂混合物一起——逆着第一制冷剂混合物回路的多个制冷剂混合物部分流被冷却并且至少部分地被冷凝。
第三制冷剂混合物回路的制冷剂混合物通过管路S2被输送至换热器E5，在该换热器中继续被冷却、完全地冷凝并且接着在换热器E6中被过冷却。该过冷却了的制冷剂混合物通过管路S3被从该换热器引出、被释压并且又逆着待被过冷却的天然气流地穿过换热器E6。接着第三冷却混合物回路的变热的制冷剂混合物通过管路S4又输送至已经描述过的压缩SV。
图3示出本发明方法的一个构型，其中使用第二制冷剂混合物回路的制冷剂混合物的一个部分流——除了第一制冷剂混合物回路的制冷剂混合物——来预冷却所述待被液化的天然气流。
为此，一个制冷剂混合物部分流被从第二制冷剂混合物回路的在换热器E3中冷却的制冷剂混合物流通过管路L5引出、被释压并且以适合的温度水平与待被冷却的天然气流2逆流地穿过换热器E2。变热的制冷剂混合物部分流接着通过管路L6输送到压缩LV。
第二制冷剂混合物回路的在换热器E3中冷却的制冷剂混合物L1的另一部分流通过管路L7被引出、被释压并且为了提供冷却的目的输送至换热器E3。该制冷剂混合物部分流在穿过换热器E3之后通过管路L8也输送至压缩器单元LV。
图4和5示出本发明方法的构型，其中第二制冷剂混合物回路的制冷剂混合物L4逆着第一制冷剂混合物Pa、Pa′、Pb及Pb′的制冷剂混合物部分流的冷却及第三制冷剂混合物回路的制冷剂混合物S1逆着第一制冷剂混合物回路Pc、Pc′、Pd及Pd′的制冷剂混合物部分流的冷却在一些双流式换热器E3A、E3B、E3C及E3D中进行。在此，这些双流式换热器E3A、E3B、E3C和E3D优选被构造为板式换热器。
这种方法要求在先前的图中示出的换热器E2和E3的改造，其余的换热器原则上可以保持不变。
用于液化富碳氢化合物流的按本发明的方法的构型具有优点，即，第一制冷剂混合物回路Pa、Pb、Pc、和Pd的所有制冷剂混合物部分流在双流式换热器E3A、E3B、E3C和E3D的分开的、对于相应任务优化的流动通道中被引导并且由此明显改善了起动时和部分载荷时的性能。但是相反其缺点在于，换热器类型的增大的数量导致提高的能量消耗。
在图5中示出的用于液化富碳氢化合物流的本发明方法的实施形式与在图4中所示实施形式的区别仅在于，第二制冷剂混合物回路的制冷剂混合物以两个不同的温度水平进行蒸发。其结果是，在图4中示出的换热器E5被分成两个换热器E5A和E5B。
按本发明的用于液化富碳氢化合物流、尤其是天然气流的方法与公知的收集管相反地允许实现足够对称的管设置(Verrohrung)并且从而通过避免不同的压力降允许适当的均匀分布，所述收集管在不同的压力降的情况下由于其不对称的管设置导致错误分布。
在所谓的整块方案中，每个换热器区段分别仅对一个用于多个待被冷却的流的制冷剂混合物流负责。因此通常在过程或设备起动时或在载荷改变时各制冷剂混合物流的热效率大于有益于稳定携带(Mitreissen)地改变。该携带仅在载荷范围1∶3中是经济的。在混合物回路中的不足的携带导致气体部分与液体部分之间的分离并且可不利地影响运行的稳定性，甚至影响换热器的机械强度。
另外，本发明的方法在所需的热交换器方面降低了复杂性，因为现在主要使用双流式换热器，因此在单个回路失灵的情况下能在很大程度上避免热的不平衡。

Claims (10)

1.一种用于液化富碳氢化合物流、尤其是天然气流的方法，其中该富碳氢化合物流的液化逆着一个由两个制冷剂混合物回路组成的制冷剂混合物回路级联进行并且其中第一制冷剂混合物回路用于预冷却并且第二制冷剂混合物回路用于液化和过冷却该待被液化的富碳氢化合物流，其特征在于：没有其他的过程流参与待被预冷却的富碳氢化合物流(1、2)与第一制冷剂混合物回路的制冷剂混合物(P3)之间的热交换(E1、E2)。
2.用于液化富碳氢化合物流、尤其是天然气流的方法，其中该富碳氢化合物流的液化逆着一个由三个制冷剂混合物回路组成的制冷剂混合物回路级联进行并且其中这三个制冷剂混合物回路中的第一个用于预冷却及第二制冷剂混合物回路用于实际的液化及第三制冷剂混合物回路用于过冷却被液化了的富碳氢化合物流，其特征在于：没有其他的过程流参与待被预冷却的富碳氢化合物流(1、2)与第一制冷剂混合物回路的制冷剂混合物(P3)之间的热交换(E1、E2)。
3.按权利要求1或2所述的方法，其中使用第二制冷剂混合物回路的制冷剂混合物的至少一个部分流来预冷却富碳氢化合物流，其特征在于：第二制冷剂混合物回路的制冷剂混合物的该部分流(L5)参与待被预冷却的富碳氢化合物流(1、2)与第一制冷剂混合物回路的制冷剂混合物(P3)之间的热交换(E1、E2)。
4.按上述权利要求1至3之一所述的方法，其特征在于：待被预冷却的富碳氢化合物流(1、2)与第一制冷剂混合物回路的制冷剂混合物(P3)之间的热交换(E1、E2)在至少一个直管式换热器、优选板式换热器或者缠绕式换热器中实现。
5.按上述权利要求1至4之一所述的方法，其特征在于：没有其他的过程流参与第一制冷剂混合物回路的待被冷却的制冷剂混合物(P2)逆着自身的热交换(E4A、E4B、E4C)。
6.按权利要求5所述的方法，其特征在于：第一制冷剂混合物回路的待被冷却的制冷剂混合物(P2)逆着自身的热交换(E4A、E4B、E4C)在至少一个直管式换热器、优选板式换热器或者缠绕式换热器中实现。
7.按上述权利要求1至6之一所述的方法，其特征在于：第二制冷剂混合物回路的制冷剂混合物(L4)逆着第一制冷剂混合物回路(P9、P11、P13)的制冷剂混合物部分流的冷却在一个单独的换热器(E3)、优选直管式换热器、尤其是板式换热器或者缠绕式换热器中进行。
8.按上述权利要求2至7之一所述的方法，其特征在于：第三制冷剂混合物回路的制冷剂混合物(S1)逆着第一制冷剂混合物回路(P9、P11、P13)的制冷剂混合物部分流的冷却在一个单独的换热器(E3)、优选直管式换热器、尤其是板式换热器或者缠绕式换热器中进行。
9.按上述权利要求1至8之一所述的方法，其特征在于：第二制冷剂混合物回路的制冷剂混合物(L4)逆着第一制冷剂混合物回路(Pa、Pa′、Pb、Pb′)的制冷剂混合物部分流的冷却及第三制冷剂混合物回路的制冷剂混合物(S1)逆着第一制冷剂混合物回路(Pc、Pc′、Pd、Pd′)的制冷剂混合物部分流的冷却在一些双流式换热器(E3A、E3B、E3C、E3D)中进行。
10.按权利要求9所述的方法，其特征在于：这些双流式换热器(E3A、E3B、E3C、E3D)被构造为板式换热器。
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