CN102428332A - 用于冷却气态烃流的方法和设备 - Google Patents

用于冷却气态烃流的方法和设备 Download PDF

Info

Publication number
CN102428332A
CN102428332A CN2010800217329A CN201080021732A CN102428332A CN 102428332 A CN102428332 A CN 102428332A CN 2010800217329 A CN2010800217329 A CN 2010800217329A CN 201080021732 A CN201080021732 A CN 201080021732A CN 102428332 A CN102428332 A CN 102428332A
Authority
CN
China
Prior art keywords
cold
stream
cooling
intake air
compressor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN2010800217329A
Other languages
English (en)
Other versions
CN102428332B (zh
Inventor
C·A·C·范德利斯东克
W·J·梅林格
R·克莱因内格尔伍特
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shell Internationale Research Maatschappij BV
Original Assignee
Shell Internationale Research Maatschappij BV
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shell Internationale Research Maatschappij BV filed Critical Shell Internationale Research Maatschappij BV
Publication of CN102428332A publication Critical patent/CN102428332A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN102428332B publication Critical patent/CN102428332B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/0002—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the fluid to be liquefied
    • F25J1/0022—Hydrocarbons, e.g. natural gas
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/003—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production
    • F25J1/0047—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production using an "external" refrigerant stream in a closed vapor compression cycle
    • F25J1/0052—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production using an "external" refrigerant stream in a closed vapor compression cycle by vaporising a liquid refrigerant stream
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/003—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production
    • F25J1/0047—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production using an "external" refrigerant stream in a closed vapor compression cycle
    • F25J1/0052—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production using an "external" refrigerant stream in a closed vapor compression cycle by vaporising a liquid refrigerant stream
    • F25J1/0055—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production using an "external" refrigerant stream in a closed vapor compression cycle by vaporising a liquid refrigerant stream originating from an incorporated cascade
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/02—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process
    • F25J1/0211—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process using a multi-component refrigerant [MCR] fluid in a closed vapor compression cycle
    • F25J1/0214—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process using a multi-component refrigerant [MCR] fluid in a closed vapor compression cycle as a dual level refrigeration cascade with at least one MCR cycle
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/02—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process
    • F25J1/0211—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process using a multi-component refrigerant [MCR] fluid in a closed vapor compression cycle
    • F25J1/0214—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process using a multi-component refrigerant [MCR] fluid in a closed vapor compression cycle as a dual level refrigeration cascade with at least one MCR cycle
    • F25J1/0215—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process using a multi-component refrigerant [MCR] fluid in a closed vapor compression cycle as a dual level refrigeration cascade with at least one MCR cycle with one SCR cycle
    • F25J1/0216—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process using a multi-component refrigerant [MCR] fluid in a closed vapor compression cycle as a dual level refrigeration cascade with at least one MCR cycle with one SCR cycle using a C3 pre-cooling cycle
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/02—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process
    • F25J1/0228—Coupling of the liquefaction unit to other units or processes, so-called integrated processes
    • F25J1/0235—Heat exchange integration
    • F25J1/0236—Heat exchange integration providing refrigeration for different processes treating not the same feed stream
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/02—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process
    • F25J1/0228—Coupling of the liquefaction unit to other units or processes, so-called integrated processes
    • F25J1/0235—Heat exchange integration
    • F25J1/0237—Heat exchange integration integrating refrigeration provided for liquefaction and purification/treatment of the gas to be liquefied, e.g. heavy hydrocarbon removal from natural gas
    • F25J1/0238—Purification or treatment step is integrated within one refrigeration cycle only, i.e. the same or single refrigeration cycle provides feed gas cooling (if present) and overhead gas cooling
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/02—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process
    • F25J1/0243—Start-up or control of the process; Details of the apparatus used; Details of the refrigerant compression system used
    • F25J1/0244—Operation; Control and regulation; Instrumentation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/02—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process
    • F25J1/0243—Start-up or control of the process; Details of the apparatus used; Details of the refrigerant compression system used
    • F25J1/0279—Compression of refrigerant or internal recycle fluid, e.g. kind of compressor, accumulator, suction drum etc.
    • F25J1/0281—Compression of refrigerant or internal recycle fluid, e.g. kind of compressor, accumulator, suction drum etc. characterised by the type of prime driver, e.g. hot gas expander
    • F25J1/0283—Gas turbine as the prime mechanical driver
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/02—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process
    • F25J1/0243—Start-up or control of the process; Details of the apparatus used; Details of the refrigerant compression system used
    • F25J1/0279—Compression of refrigerant or internal recycle fluid, e.g. kind of compressor, accumulator, suction drum etc.
    • F25J1/029—Mechanically coupling of different refrigerant compressors in a cascade refrigeration system to a common driver
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/02—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process
    • F25J1/0243—Start-up or control of the process; Details of the apparatus used; Details of the refrigerant compression system used
    • F25J1/0279—Compression of refrigerant or internal recycle fluid, e.g. kind of compressor, accumulator, suction drum etc.
    • F25J1/0292—Refrigerant compression by cold or cryogenic suction of the refrigerant gas
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/02—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process
    • F25J1/0243—Start-up or control of the process; Details of the apparatus used; Details of the refrigerant compression system used
    • F25J1/0279—Compression of refrigerant or internal recycle fluid, e.g. kind of compressor, accumulator, suction drum etc.
    • F25J1/0294—Multiple compressor casings/strings in parallel, e.g. split arrangement
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2220/00—Processes or apparatus involving steps for the removal of impurities
    • F25J2220/60—Separating impurities from natural gas, e.g. mercury, cyclic hydrocarbons
    • F25J2220/62—Separating low boiling components, e.g. He, H2, N2, Air
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2220/00—Processes or apparatus involving steps for the removal of impurities
    • F25J2220/60—Separating impurities from natural gas, e.g. mercury, cyclic hydrocarbons
    • F25J2220/64—Separating heavy hydrocarbons, e.g. NGL, LPG, C4+ hydrocarbons or heavy condensates in general
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2240/00—Processes or apparatus involving steps for expanding of process streams
    • F25J2240/30—Dynamic liquid or hydraulic expansion with extraction of work, e.g. single phase or two-phase turbine
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2245/00—Processes or apparatus involving steps for recycling of process streams
    • F25J2245/90—Processes or apparatus involving steps for recycling of process streams the recycled stream being boil-off gas from storage
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2270/00—Refrigeration techniques used
    • F25J2270/90—External refrigeration, e.g. conventional closed-loop mechanical refrigeration unit using Freon or NH3, unspecified external refrigeration
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2290/00—Other details not covered by groups F25J2200/00 - F25J2280/00
    • F25J2290/62—Details of storing a fluid in a tank

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Separation By Low-Temperature Treatments (AREA)

Abstract

气态烃流(10)被冷却以生产出液化烃流(20)。气态烃流(10)在一个或多个热交换器(140a)中使用来自第一制冷剂回路(100)的第一制冷剂被冷却，其中所述第一制冷剂在由具有第一入口空气流(125)的第一汽轮机(120)驱动的第一压缩机(110)中被压缩，并且使用第二制冷剂回路(200)被液化；其中第二制冷剂在由具有第二入口空气流(225)的第二汽轮机(220)驱动的第二压缩机(210)中被压缩。根据共同的输入参数，变冷的冷却剂(320)中的可用冷却负荷被分配成至少第一部分(340)和第二部分(350)，并且所述第一和第二入口空气流(125、225)中一个或两个利用变冷的冷却剂(320)被冷却，由此，第一部分(340)中的可用冷却负荷用来冷却第一入口空气流(125)，而第二部分(350)中可用冷却负荷用来冷却第二入口空气流(225)。

Description

用于冷却气态烃流的方法和设备
技术领域
本发明涉及一种冷却气态烃流以生产出液化烃流的方法。
背景技术
要被液化的常见烃流是天然气。可用来液化天然气的工艺有很多种。这些工艺中的很多工艺包括通常是级联布置的两个或更多个相继的制冷剂循环，以用于逐渐地降低天然气的温度。这样的制冷循环典型地包括制冷剂压缩机，以便在相应循环中的制冷剂已从天然气吸收热量之后重新压缩该制冷剂。
制冷剂压缩机可被汽轮机驱动。这样的汽轮机包括空气压缩机，以压缩入口空气流。汽轮机的已知特性是它们可产生的动力随着环境温度的升高而降低。所产生动力的降低可通过使进入汽轮机的入口空气变冷而至少部分减轻。
Exxon Mobil(埃克森美孚)的美国专利6,324,867公开了一种天然气液化系统和工艺，其中，在典型的天然气液化系统中可得到的多余制冷被用来冷却进入系统的汽轮机中的入口空气，从而提高系统的整体效率。冷却剂(例如，水)流过位于每个汽轮机的空气入口前面的冷却器。冷却剂又被来自系统的制冷剂回路的丙烷冷却，该制冷剂回路用来最初地冷却要液化的天然气。冷却剂以平行的方式流过冷却器，这是因为冷却过的冷却剂被分流以流过每个冷却器并且在冷却器的下游重新组合。控制阀设置在分流之后的每条管线上，并且通过相应汽轮机中的入口空气的非特定性质而被独立控制。
这种方法的缺点是它并未考虑哪个汽轮机对液化天然气生产的限制最严重。
本发明提供一种冷却气态烃流以生产出液化烃流的方法，该方法包括：
-在一个或多个热交换器中使用来自第一制冷剂回路的第一制冷剂来冷却气态烃流，其中所述第一制冷剂在由具有第一入口空气流的第一汽轮机驱动的第一压缩机中被压缩，所述冷却提供冷却过的烃流；
-使用第二制冷剂来液化冷却过的烃流，所述第二制冷剂在由具有第二入口空气流的第二汽轮机驱动的第二压缩机中被压缩，并且至少通过与来自第一制冷剂回路的所述第一制冷剂进行热交换而被冷却，所述液化提供液化的烃流；
-提供变冷的冷却剂流；
-依照共同输入参数，将变冷的冷却剂中的可用冷却负荷分配成至少第一部分和第二部分；
-利用变冷的冷却剂来冷却所述第一入口空气流和第二入口空气流中的一个或两个，由此，第一部分中的可用冷却负荷用来冷却第一入口空气流，而第二部分中的可用冷却负荷用来冷却第二入口空气流。
而且，提供一种布置成用于实现这些工艺步骤的设备。
本发明还提供一种用于冷却气态烃流以生产出液化烃流的设备，该设备包括：
-第一制冷剂回路，所述第一制冷剂回路包括：第一制冷剂；第一压缩机；第一汽轮机，所述第一汽轮机与所述第一压缩机联接以驱动第一压缩机；以及进入第一汽轮机的第一入口空气流；所述第一压缩机布置用于压缩所述第一制冷剂；
-第二制冷剂回路，所述第二制冷剂回路包括：第二制冷剂；第二压缩机；第二汽轮机，所述第二汽轮机与所述第二压缩机联接以驱动第二压缩机；以及进入第二汽轮机的第二入口空气流；所述第二压缩机布置用于压缩所述第二制冷剂；
-一个或多个第一热交换器，所述一个或多个第一热交换器布置用于接收气态烃流和第二制冷剂，和使用来自所述冷却步骤所述第一制冷剂来冷却该气态烃流和第二制冷剂，从而提供冷却过的烃流和冷却过的第二制冷剂流；
-一个或多个第二热交换器，所述一个或多个第二热交换器布置用于接收冷却过的烃流并且使用冷却过的第二制冷剂流来液化该冷却过的烃流，以提供液化的烃流；
-变冷的冷却剂流；
-分配器，所述分配器用于依照共同输入参数将变冷的冷却剂分配成至少第一部分和第二部分；
-第一入口空气冷却热交换器，其布置在第一入口空气流中，以便利用变冷的冷却剂的第一部分来冷却第一入口空气流；
-第二入口空气冷却热交换器，其布置在第二入口空气流中，以便利用变冷的冷却剂的第二部分来冷却第二入口空气流。
图说明
现在将参照附图中的一幅或多幅图以举例的方式来进一步阐述本发明，附图中：
图1示意性地示出了根据本发明一个实施例的用来冷却和液化烃流的设备和方法；
图2示意性地示出了一个用来主动地使冷却剂流变冷的变冷制冷剂回路的实例；
图3示意性地示出了可用于本发明的可替代驱动方案；
图4示意性地示出了另一个可用于本发明的可替代驱动方案；
图5示意性地示出了再一个可用于本发明的可替代驱动方案。
在下文对这些图的描述中，单个附图标记被分配给一条线路以及该线路所载运的流。同样的附图标记表示相同的组分、流或线路。
具体实施方式
目前提出了依照共同输入参数将变冷的冷却剂中的可用冷却负荷分配成至少第一部分和第二部分，利用变冷的冷却剂来冷却至少第一汽轮机入口空气流和第二汽轮机入口空气流，由此，第一部分中的可用冷却负荷用来冷却第一入口空气流，而第二部分中的可用冷却负荷用来冷却第二入口空气流。
通过依照共同输入参数分配可用冷却负荷，可实现将冷却负荷分配成至少两股入口空气流的更优化分配。
例如，如果共同输入参数是代表环境温度的参数时，则可依照环境温度进行冷却负荷的分配。根据环境温度，烃冷却工艺中的第一压缩机和第二压缩机所需的压缩功率以及第一汽轮机和第二汽轮机中的可用功率改变。在低的环境温度下，第一制冷剂的冷凝压力较低，因此，与第二压缩机相比，第一压缩机所需的压缩功率较低，使得主制冷剂回路中的压缩功率成为生产出液化天然气量的限制因素。在此情况下，冷却负荷的分配可倾向于(favoring)向第二部分的冷却负荷倾斜，以增加第二压缩机中的可用压缩功率。
然而，随着环境温度升高，由于第一压缩机的排放压力增加，对生产量的限制开始向第一压缩机转移。于是，可进行不同分配，从而较少地倾向于第二部分，而使第一部分的冷却负荷自由升高。由此，可使液化天然气产量最大化，和/或可使得对于液化天然气的固定产率来说能量耗费最小。
变冷的冷却剂中的可用冷却负荷可在第一部分与第二部分之间以任意比例进行分配，该比例的范围从0∶1到1∶0。例如，在冷的环境条件下，分给第一部分的负载可以是0，以使得变冷的冷却剂中的全部可用冷却负荷可用来冷却第二空气入口流。
适当地，所述依照共同输入参数分配冷却负荷包括基于共同输入参数得出分配的最佳比例，并控制该比例，变冷的冷却剂中的可用冷却负荷实际上在第一部分与第二部分之间以该比例进行分配，由此使该比例改变或者保持所得出的最佳比例。
为了本说明的目的，“变冷的冷却剂”应被理解为温度低于环境气温的流体。变冷的冷却剂可通过使用来自任何制冷剂或冷流的制冷负荷来主动地使流体变冷而进行制备，该制冷负荷包括从第一制冷剂回路得到的制冷负荷和/或从第二制冷剂回路得到的制冷负荷，和/或从任意类型的制冷剂回路得到的制冷负荷。
还有可从烃液化工艺中得到的其他冷流，它们不在制冷剂回路中循环。实例包括萃取塔和/或分馏塔的液态底部流，和/或来自分馏塔的塔顶流，在降低液化烃流的压力时可产生的终端闪蒸气体流，在存储时可从液化烃蒸发出的蒸发气流。用于烃液化线路中的萃取塔的典型实例包括：简单的气/液相分离器容器，或者更先进的蒸馏塔，诸如洗涤塔和通常在比洗涤塔低的压力下工作的天然气液体萃取塔。在天然气液分馏系统中使用的典型天然气分馏塔是脱甲烷塔、脱乙烷塔、脱丙烷塔和脱丁烷塔。
代替表示环境温度的参数的是，或者除了表示环境温度的参数之外，可使用一个或多个其他共同输入参数。合适的实例包括代表以下量的参数：第一压缩机的排放压力；在第一制冷剂循环和第二制冷剂循环之间的切流点温度(cut point temperature)；第一压缩机吸收动力；第二压缩机吸收动力；第一汽轮机输出能量与第二汽轮机输出能量的差别；液化烃的流动速率。
现在参照图1，示出了一种冷却气态烃流10以生产出液化烃流20的设备。该设备包括第一制冷剂回路100和第二制冷剂回路200。
第一制冷剂回路100包括线路系统，该线路系统容纳可循环通过回路的第一制冷剂。第二制冷剂回路包括单独的线路系统，该单独的线路系统容纳可循环通过第二制冷剂回路200的第二制冷剂。
第一制冷剂回路100包括第一压缩机110。第一汽轮机120经由第一驱动轴115联接至第一压缩机110，以直接驱动第一压缩机110。第一汽轮机120与进入第一汽轮机120的第一入口空气流125相关联。第一压缩机110布置用于压缩线路130中的第一制冷剂。作为预防措施，线路130中的制冷剂可能已经通过可选的抽吸桶132，以确保没有液体成分进入第一压缩机110。
第二制冷剂回路200包括第二压缩机210和第二汽轮机220。第二汽轮机220经由第二驱动轴215联接至第二压缩机210，以驱动第二压缩机210。第二汽轮机220与进入第二汽轮机的第二入口空气流225相关联。第二压缩机210布置用于压缩线路230中的第二制冷剂。作为预防措施，线路230中的制冷剂可能已经穿过可选的抽吸桶232，以确保没有液体成分进入第二压缩机210。
相应的第一汽轮机120和第二汽轮机220均与用于冷却入口空气的热交换器相关联，用于冷却入口空气的热交换器分别呈第一入口空气冷却热交换器127和第二入口空气冷却热交换器227的形式。这些用于冷却入口空气的热交换器被分别布置在第一入口空气流125和第二入口空气流225中，以冷却第一入口空气流和第二入口空气流。可选地，过滤器可设置在第一入口空气流125和第二入口空气流225(未示出)中，以便在空气在相应的汽轮机120、220中被压缩之前先过滤空气。分离器(未示出)(诸如垂直叶片型分离器)以及相关联的排放设施可设置在用于冷却入口空气的热交换器127、227的下游，以便移除在一股或多股入口空气流的冷却过程中可能产生的湿气。排放设施也可设置在用于冷却空气的热交换器127、227中，以从这些热交换器中排放出湿气。
第二压缩机210的抽吸入口经由线路230和可选的抽吸桶232与第二热交换器260的第二制冷剂出口262连接。第二热交换器260是一个或多个第二热交换器中的一个，其布置用于接收并液化线路80中的冷却过的烃流，以便提供液化的烃流20。
第二压缩机210的出口与线路119连接，该线路119设置有一个或多个环境冷却器217。
第一压缩机110的出口经由制冷剂线路119与一个或多个第一热交换器140a、140b连接。在一个多个第一热交换器140a、140b的上游，一个或多个环境冷却器117设置在制冷剂线路119中。减压装置142a、142b设置在一个或多个第一热交换器140a、140b的上游，用于调节这些热交换器中的压力。一个或多个第一热交换器140a、140b具有经由线路134a、134b与第一制冷剂压缩机110连接的制冷剂出口。在图1所示的实施例中，线路134a和134b经由可选的抽吸桶132与第一制冷剂压缩机110连接。
在所示的实施例中，一个或多个第一热交换器140a、140b中的两个以平行构型布置，并且每个第一热交换器具有单根加热管或加热管束141a、141b。可替代地，可能在一个热交换器中布置两根平行的加热管或加热管束。这可以是不同类型的热交换器，诸如图1现在所示的釜式，以及例如在美国专利6,370,910中所示的绕管式。
一个或多个第一热交换器中的一个布置成用于接收和冷却气态烃流10。这一个第一热交换器将被指定为第一烃进料热交换器140a。可选地，有一个或多个其他第一热交换器布置在第一烃进料热交换器140a上游的烃进料线路10中，以便在比第一烃进料热交换器140a高的压力下工作。
在第一烃进料热交换器下游的线路40可与线路80直接连接，线路80与第二热交换器260连接以向线路80提供冷却过的烃流。然而，如图1的实施例所示出的，线路40与呈可选的气/液分离器50形式的回收装置连接，该气/液分离器50设置用于在烃流40已经经过第一烃进料热交换器140a之后接收处于大约烃进料气体压力下的烃流40。可选的气/液分离器可适当地是天然气液体萃取塔，和/或用来达到天然气液体萃取的目的。在用于萃取天然气液体的烃液化线路中使用的萃取塔的典型实例包括简单的气/液相分离器容器，或者更先进的蒸馏塔，诸如洗涤塔和通常在比洗涤塔低的压力下工作的天然气液体萃取塔。在图1所示的实施例中，设置有呈洗涤塔形式的可选的气/液分离器。
可选的气/液分离器50具有用于排出气态顶部流60的顶部出口和用于排出液态底部流70的底部出口。用于气态顶部流60的线路60可与线路80连接，以在线路80中提供冷却过的烃流。分流器63可设置在线路60或线路80中，以从气态顶部流60中回收燃气流62。
液态底部流70(通常包括C2到C4组分，以及C5+组分)可与可选的分馏系统75连接，以将至少一部分液态底部流70分馏成馏分产物流76。底部流热交换器73可以可选地设置用于给至少一部分底部流70增添热量。一部分底部流70可作为重热流74供回到可选的气/液分离器50中，优选地包括蒸汽，更优选地由蒸汽组成，以用作可选的气/液分离器50中的汽提蒸气。热源可由流320形成，例如通过使用底部流70作为冷流体CF。这种布置的优点在于，需要供回到可选的气/液分离器50中的那部分底部流是冷的，并且需要接收热量以产生重蒸发流74，同时冷却剂流体是可用的并且需要被变冷。
一个或多个第一热交换器中的另一个在后文中将被称为第一个第二制冷剂热交换器140b，其布置用于接收来自线路219的第二制冷剂。为此，线路219与加热管(或加热管束)141b连接。可选地，有一个或多个其他的第一热交换器布置在位于第一个第二制冷剂热交换器140b上游的第二制冷剂线路219中，以便在比第一个第二制冷剂热交换器140b高的压力下工作。在第一个第二制冷剂热交换器下游，可选的制冷剂气/液分离器250设置用于在第二制冷剂流体240通过第一个第二制冷剂热交换器140b之后接收冷却的第二制冷剂流体240，并且将其分离，其至少通过与所述来自第一制冷剂回路的第一制冷进行热交换而被冷却。
冷却的烃流80和第二制冷剂流体240(或气态第二制冷剂流体252和液态第二制冷剂流体254)与一个或多个第二热交换器260连接，以进一步冷却和液化冷却过的烃流80，从而得到至少中间液化的烃流90，以及在出口262处得到至少部分或全部蒸发的制冷剂流265。
线路90可与减压装置连接，该减压装置包括可选的相分离装置，以用于将闪蒸蒸气与剩余液体分离开。这可被用作回收装置，以从烃流中回收一部分，该部分可被用作冷冻器325中的流CF，以提供冷的冷却剂流体320。有本领域已知的各种系统。例如，减压装置在此呈现为一个或多个膨胀装置97，以在相分离器99之前产生减压流98。膨胀装置可呈现为诸如可以涡轮机形式设置的做功膨胀器95的等熵膨胀器的形式，和/或可呈现为诸如焦耳-汤姆逊阀96的等熵膨胀器。在图1的实施例中，等熵膨胀器96适当地设置在等熵膨胀器95下游。
仍然参照图1，设备还包括冷却剂回路300，其中冷却剂流体可被循环，以用于使第一入口空气流125和/或第二入口空气流225变冷。在所示的实施例中，设置有储存罐310，冷却剂流体可储存在该储存罐中。由于安全的原因，冷却剂流体优选是液体和/或是可燃的。适当的冷却剂包括水和盐水，可能混有诸如乙二醇的防冻剂和/或腐蚀抑制剂。
冷却剂回路300还包括用于主动地使流体变冷以提供变冷的冷却剂320的装置。在图1所示的实施例中，冷冻器325设置用于实现该目的。冷冻器325布置用于接收冷流体CF，该冷流体CF能够从冷却剂流体中回收热量，从而提供线路320中的变冷的冷却剂。冷流体CF可从下文将进一步阐述的很多来源获得。
冷流体CF可从单个来源获得，或者它可包括来自两个或更多个来源的流体的混合物。可替代地，代替一种冷流体CF的是，可以有两种或更多种冷流体，每种冷流体都布置用于从线路320中的冷却剂流体中移走热量。在这种情况下，使用在线路320中并联或串联布置的多个冷冻器可能是适当的设计选择。适当地，为每个冷流体源设置单独的冷冻器。
为帮助冷却剂回路中流体的流动，设置了泵305。泵可以设置在回路中的任何位置处。适当地，如图1实施例所提供的，泵305具有经由线路315与储存罐310连接的低压入口和与冷冻器325连接的高压出口。
在冷冻器325下游，设置有分配器335，用于将变冷的冷却剂320分配成至少第一部分340和第二部分350。将在下文更详细地论述分配器。
第一入口空气冷却热交换器127布置在线路340中，以利用变冷的冷却剂的第一部分来冷却第一入口空气流125。第二入口空气冷却热交换器227布置在第二入口空气流中，以利用变冷的冷却剂的第二部分来冷却第二入口空气流。图1所示的分配器包括：汇流部337(诸如T型件)、线路340中的第一流量控制阀338和线路350中的第二流量控制阀339。两个控制阀都被图示成可调节阀，以提供添加其他流的自由性。然而，技术人员应理解的是，在如图1所示的设备中，两个流量控制阀中只有一个需要是可控的，这是因为在汇流部337的下游只有两条线路。
图1所示的实施例中的设备还包括控制器C。在一个优选实施例中，控制器布置用于接收代表共同输入参数的信号。控制器进一步布置用于基于共同输入参数来确定将变冷的制冷剂中的可用冷却负荷分配成第一部分340和第二部分350的最佳分配。
如图1所示，共同输入参数为表示环境温度的参数。信号可由温度传感器Ta提供，该温度传感Ta例如位于入口空气流125、225中的一股或多股中。例如控制器C的装置设置用于将控制信号发送给流量控制阀338、339中的一个或多个。控制信号可用阀设定设置点的形式提供。
可替代地，可提供信号以代表表示另外的相关量的共同输入参数。例如，共同输入参数可以是表示第一压缩机排放压力的参数。
设备如下地进行工作。汽轮机120和220均吸入入口空气流和燃料流，并在相应的驱动轴115、215上提供机械动力。驱动轴与相应的第一压缩机110和第二压缩机210机械联接，因而驱动压缩机。
第一制冷剂回路100中的第一制冷剂在压缩机110中被压缩，然后在一个或多个冷却器117中被环境冷却，以及被分配到一个或多个第一热交换器140a和140b中。典型地，第一制冷剂在冷却器117中的冷却使其部分地(优选的是全部地)被冷凝。在每个第一热交换器的上游，第一制冷剂的压力在减压装置142a、142b中被减下来。然后，使得第一制冷剂通过从加热管或加热管束141a、141b中吸取热量而在第一热交换器140a、140b中蒸发。蒸发的第一制冷剂被引回到第一压缩机110中。
如图1所示，气态烃流10在一个或多个第一热交换器中通过使气态烃流通过第一烃进料热交换器140a中的加热管141a而被冷却，从而产生部分冷凝的烃流40.
第二制冷剂回路200中的第二制冷剂在压缩机210中被压缩，在一个或多个冷却器217中被环境冷却，接着在一个或多个第一热交换器中被进一步冷却。如图1所示，第二制冷剂的进一步冷却是通过使第二制冷剂穿过第一个第二制冷剂热交换器140b中的加热管141b来实现的，在该处，第二制冷剂至少通过与所述第一制冷剂进行热交换而被冷却，以产生部分冷凝的第二制冷剂流240。
部分冷凝的第二制冷剂流240被分离成气态第二制冷剂相252和液态第二制冷剂相254。这些流然后被分别冷凝和低温冷却(sub-cooled)，分别以本领域公知的方式在一个或多个第二热交换器260中被低温冷却。
部分冷凝的烃流40被分离成气态顶部流60和液态底部流70。可选地，底部流70中的至少一部分在底部流热交换器73中被变暖，而且变暖的底部流74中的至少一部分可被供回到可选的气/液分离器50中，作为重蒸发流。剩余部分典型地被供给到分馏系统75中，在该处，它被分馏成一种或多种分馏产物流。在天然气液体分馏系统中使用的典型分馏塔为脱甲烷塔、脱乙烷塔、脱丙烷塔和脱丁烷塔。
气态顶部流60被供给到线路80，作为冷却过的烃流80。冷却过的烃流80然后以本领域已知的方式被供给到一个或多个第二热交换器260，在该处，其利用第二制冷剂而被液化。由此，生产出中间液化的烃流90。
中间液化的烃流90可在一个或多个膨胀装置97中被减压，而且被减压的流98被供给到相分离器99中，在该处，任何气态组分(主要是闪蒸蒸气)与流98中的液态烃分离。液态烃从相分离器99中移出，作为液化的烃产物流20，气态组分从相分离器99取出，作为终端闪蒸(end flash)流92。
储存罐310中的冷却剂流体被泵送或者以其他方式被供给到冷冻器325中，其中，该冷却剂流体通过与冷流体CF进行热交换而被主动地变冷，以提供变冷的冷却剂320。变冷的冷却剂320中的可用冷却负荷用来使至少一个汽轮机的入口空气流变冷。
可用的冷却负荷可被适当地分配成第一部分和第二部分。冷却负荷例如通过将变冷的冷却剂320物理地分流成两个或更多个部分流而进行分配，诸如图1的实施例中的两部分流340、350。第一部分流340用来冷却第一入口空气流125，而第二部分流350用来冷却第二入口空气流225。
冷却负荷的分配可依照共同输入参数进行。这允许以最可能的方式来控制将可用冷却负荷分配成至少两个入口空气流的分配。当然，所有的冷却负荷都送给仅一个部分流中的情况也是可能的，这取决于共同输入参数。优选地，依照共同输入参数来控制冷却负荷分配允许对各制冷剂循环之间的动力平衡进行控制。
适当地，共同输入参数允许控制器C决定哪个制冷剂回路由于不能传送足够的冷却负荷而使得另外的制冷剂回路中的一个或多个在较高(或满)负载下工作，从而成为限制性制冷剂回路。然后，通过向驱动限制性制冷剂回路的汽轮机的入口空气流提供较多的变冷负荷，可能相对于驱动其他制冷剂回路的汽轮机而选择性地增加限制性汽轮机的汽轮机效率(导致增大的轴动力输出)。这于是允许增加液化烃产物的产率(或在较低的比能量消耗下产生液化的烃产物流)。
适当地，共同输入参数是表示环境温度的参数，诸如入口空气流125、225中的一个或两个的温度Ta。图1的级联制冷布置的次序为：随着环境温度的增加，需要来自第一制冷剂回路100的冷却负荷比来自第二制冷剂回路200的冷却负荷更多。控制器于是可使得由变冷的冷却剂产生较多的冷却负荷，以便可用于冷却第一入口空气流125。根据工艺的设计，所有由变冷的冷却剂产生的冷却负荷都可用于对第一入口空气流125进行冷却也是可能的，特别是在第一汽轮机的动力输出对工艺有限制的情况下。然而，尤其是当没有(或不足)附加(辅助的)驱动动力被提供以补充第二压缩机210的汽轮机的驱动动力时，可能优选的是至少一些冷却负荷总是被用来冷却第二入口空气流225(甚至在第一汽轮机的动力输出有限制性时)，以确保第二压缩机不会因为驱动动力太低而超出其运行窗口(operating window)而喘振(surge)。
在较低的环境温度下，第二制冷剂回路200可能成为限制性回路，并且控制器可使得从变冷的冷却剂产生较多的冷却负荷，以便可用于冷却第二入口空气流225。在非常冷的环境温度下，控制器可使得传送从变冷的冷却剂中产生的所有冷却负荷，以便可用于冷却第二入口空气流225。
通过使用其他共同输入参数可产生类似的效果，例如，用来表示以下参数的组中的一个参数的共同输入参数：第一压缩机排放压力；第一汽轮机负载/动力输出；第二汽轮机负载/动力输出；第一汽轮机燃气阀的开启；第二汽轮机燃气阀的开启；在第一制冷剂循环与第二制冷剂循环之间的切流点温度Tc；第一压缩机吸收的能量；第二压缩机吸收能量；第一汽轮机动力输出与第二汽轮机动力输出之间的差别；液化烃流的流动速率。后者在图1中用流量传感器F象征性地表示，与传感器Ta类似地，它可将其信号传送给控制器C(未显示)。
在已经冷却第一入口空气流125和/或第二入口空气流225之后，冷却剂可被重新组合而供回到储存罐310中，用于再次利用。
入口空气流125、225最好不被冷却到低于大约5℃，以确保避免形成冰。
用来主动地使一个或多个冷冻器325中的冷却剂流变冷的冷却负荷可能从很多来源获得。例如，它可能使用由热驱动变冷过程所提供的变冷负荷。特别地，一个或多个冷冻器325可包括一个或多个热驱动的冷动器。热驱动的变冷过程和/或热驱动的冷冻器可使用来自液化工艺的废热而工作，例如，来自第一汽轮机120和第二汽轮机220中的一个或多个的废热。热驱动的冷冻器在本领域是已知的。相对常见的实例是由包括吸附冷冻器的组形成的。吸附冷冻器的一个实例基于在氢气体存在情况下使液氨蒸发，从而提供冷却。在大的商业工厂中更常见的是所谓的锂/溴化物吸附冷冻器。锂/溴化物吸附冷冻器使用锂/溴化物盐和水的溶液。本领域已知的热驱动冷冻器的另一个实例是由包括吸附冷冻器的组形成的。再一个实例是由包括吸附热泵的组形成的。它们的操作原理与吸附冷冻器的相似。
可替代地，或者除了热驱动冷冻之外，冷却剂流体的主动变冷可使用来自专用的机械驱动变冷制冷剂回路的变冷制冷剂。如图2所示，专用的变冷制冷剂回路380设置有其自身的压缩机381和用于将来自压缩的变冷制冷剂的热量拒绝到环境中的装置，诸如冷却器382。压缩机381可被任何合适的驱动器383驱动，适当地为电马达，但是并不必然如此。冷冻器325以釜形式表示。焦耳-汤姆逊阀386设置在釜325与冷却器382之间、在可选的蓄能器385下游。作为预防措施，分离桶384可设置在压缩机381的抽吸入口与釜325之间。变冷制冷剂可包括适用于在大致环境温度的温度水平下移走热量的任何成分或混合物。实例包括丁烷、异丁烷、丙烷、氨。
可替代地或者除此之外的，它可使用来自已经存在于液化线路中的流中的制冷负荷。例如，它可使用取自第一制冷剂回路和/或第二制冷剂回路的制冷负荷。
在这二者之中，优选的是使用来自第一制冷剂回路100的制冷负荷，因为第一制冷剂回路100中的制冷剂在所期望的变冷冷却剂的温度水平下移走热量方面通常更有效率。这例如可通过设置釜形式的冷冻器325来实现，其中来自线路119的第一制冷剂在所期望的适当压力水平下被蒸发。在冷冻器325下游，第一制冷剂可例如经由专用的压缩机被重新压缩，而后与位于第一制冷剂压缩机110下游的第一制冷剂回路中的第一制冷剂重新组合，或者，例如通过将冷冻器325下游的制冷剂供给到分离鼓132而经由第一制冷剂压缩机110本身被重新压缩。
来自第二制冷剂回路的冷却负荷可通过下述方式来使用：允许例如来自线路240的滑移流(slip stream)在期望的压力水平下作为冷流CF在冷冻器325中蒸发或者通过冷冻器。滑移流也可能得自第二制冷剂回路200中的其他适当的地点，比如，如果可选的制冷剂气/液分离器250存在的话，来自线路254中的液态第二制冷剂流。不管滑移流的来源如何，在冷冻器下游，滑移流可供回到第二压缩机210和/或使用专用压缩机而被重新压缩。
可选地，控制器C布置用于基于两条制冷回路中限制性较低的制冷回路来控制对第一制冷回路和第二制冷回路之间的制冷负荷源的选择。
除了上述的一个或多个制冷剂流以外和/或代替上述的一个或多个制冷剂流的是，冷却剂可使用在工艺中可获得的任何其他冷流所提供的制冷负荷而变冷。例如，如果气/液相分离器50存在的话，冷流体CF可源自液态底部流70或包含液态底部流70。在这种情况下，可选的热交换器73可与流320连通，或者可选的热交换器73可以是一个或多个冷冻器325中的一个。
可用来提供用来主动地冷却冷却剂的部分或全部制冷负荷的冷流的其他实例包括燃气流62、终端闪蒸流92和来自(可选的)分馏系统75的任何冷流。图1象征性地显示出可选的冷冻器61和91，它们可被用作一个或多个冷冻器325，或者被定位成与线路320连通。蒸发气(例如来自其中可储存液化烃流20的储存罐)亦可用来提供用于主动地冷却冷却剂的部分或全部制冷负荷。
在可替代的实施例中，第二制冷剂可在其对第一制冷剂进行冷却之后而被完全冷凝。在这些实施例中，显然，不必设置可选的制冷剂气/液分离器250。还有可替代的实施例，其中第二制冷剂没有被完全冷凝，而是，其中不过不需要气/液相分离，例如是因为完全冷凝通过随后与另一制冷剂进行热交换来实现或者通过自动冷却来实现。
设备与图1所示的具体设备相比可具有很多种变型。在上文已经提到了一些变型和替代形式。在另一可选的变型中，例如，第一压缩机110可以本领域已知的方式具有处于不同压力水平的多个入口。第一压缩机110和/或第二压缩机210均可以本领域已知的方式呈现为两个或更多个串联或并联布置的结构。
第一汽轮机120和/或第二汽轮机220可以是航改型的，例如RollsRoyce Trent 60或RB211，以及通用电气的LMS100TM、LM6000、LM5000和LM2500。当使用航改型涡轮机时，当前提出的入口空气变冷是特别有利的，因为这可取代对用于补偿能量损失的辅助驱动器的需要(典型的是蒸汽涡轮机或电马达)。可替代地，第一汽轮机和/或第二汽轮机可以是重工业结构型(例如通用电气的Frame 6、Frame7或Frame 9)，以提高效率，尽管在这种情况下附加的驱动器可能仍需要设置用于启动该涡轮机。明显地，也可以采用来自其他厂商的等效汽轮机。
可选地，(未显示)，顶部热交换器可以本领域已知的方式设置在线路60中。这样的顶部热交换器可形成一个或多个第一热交换器的一部分，并且它可例如与线路119连接，以获得第一制冷剂的一部分。在这样的顶部热交换器设置在线路60中的情况下，可选的顶部气/液分离器被设置在顶部热交换器的下游，以从热交换器下游的流中移走任何冷凝部分。顶部气/液分离器的蒸气出口于是可与线路80连接，以提供冷却过的烃流。顶部气/液分离器的底部液体出口可与气/液分离器50连接，以将冷凝部分中的至少一部分作为回流供回。燃气流62可取自蒸气流。
在可替代的实施例中，可选的气/液分离器50位于第一烃进料热交换器140a的上游。在这样的可替代实施例中，气/液分离器的顶部出口可与图1中的线路10连接，而且线路40可与线路80直接连接以给第二热交换器260提供冷却过的烃流。这样的实施例可具有位于可选的气/液分离器50上游的膨胀器，而且典型地在第一烃进料热交换器140a上游具有一个或多个再压缩压缩机和/或增压压缩机，和/或具有用于预冷却进入可选的气/液分离器50中的进料的其他热交换器。这样的实施例在本领域是已知的，不需在此进一步详述。
在图1所示的实施例中，第一制冷剂是单一成分的制冷剂，其主要包括丙烷，而第二制冷剂是混合制冷剂。在此所指的混合制冷剂或混合制冷剂流包括至少5mol％(摩尔百分数)的两种不同组分。混合制冷剂可包括选自包括下述组分的组中的两种或更多种组分：氮气、甲烷、乙烷、乙烯、丙烷、丙烯、丁烷。混合制冷剂的常见组成可以是：
Figure BDA0000109688860000161
Figure BDA0000109688860000171
然而，在此所公开的方法和设备可进一步地包括在单独的或多重的制冷剂回路或其他冷却回路中使用一种或多种其他制冷剂。并且，第一制冷剂可以是混合制冷剂(诸如在美国专利6,370,910中描述的混合制冷剂)，和/或第二制冷剂可以是单一成分制冷剂(诸如主要包括乙烷、乙烯、甲烷或氮)。本发明还可应用于所谓的Axens LIQUEFIN工艺中，诸如2003年在日本东京举行的第22届世界天然气会议上P-YMartin等人的文章“LIQUEFIN：AN INNOVATIVE PROCESS TOREDUCE LNG COSTS(用于降低液化天然气成本的新工艺)”中所描述的工艺。
要被冷却和液化的气态烃流10可能来源于任何要被冷却和液化的合适气体流，诸如从天然气或石油储层或煤层获得的天然气流。作为一种替代方案，气态烃流10还可从其他来源获得，例如包括诸如Fischer-Tropsch工艺的合成气源。
在气态烃流10是天然气流时，它通常主要包括甲烷。优选地，气态烃流10包括至少50mol％的甲烷，更优选地包括至少80mol％的甲烷。
根据来源，天然气可能包含比甲烷重的具有可变量的烃，诸如尤其是乙烷、丙烷和丁烷，以及可能有较少量的戊烷及芳香烃。成分随着天然气的类型和产地而改变。
传统上，比甲烷重的烃根据需要尽可能去除以生产出符合期望规格的液化烃产物流。由于若干理由，比丁烷(C4)重的烃在任何重要的冷却之前被尽可能高效地从天然气中去除，该理由诸如是它们具有可导致甲烷液化设备的各部分堵塞的不同冷冻和液化温度。
天然气还可包括非烃成分，诸如水、氮、二氧化碳、汞、硫化氢和其他硫化物等。因此，如果期望的话，包括天然气的气态烃流10可在冷却和至少部分液化之前进行预处理。这种预处理可包括减少和/或去除不需要成分(诸如二氧化碳、硫化氢)，或者包括诸如早期冷却、预加压等其他步骤。由于这些步骤对本领域技术人员来说是公知的，所以在此不再讨论它们的机理。
应理解的是，本发明不仅能应用于图1所具体示出的驱动方案，而且能应用于其他驱动方案。图3到5(并不旨在形成排他性列表)也示出了一些可能的可替代选项。类似的和/或各种其他选项在2004年(论文2.6)由Mark J.Roberts等人发表的标题为“REDUCING LNGCAPITAL COST IN TODAY’S COMPETITIVE ENVIRONMENT(在当今竞争环境下降低液化天然气的资金成本)”的LNG-14文章中也有简要描述。
例如，图3示出了线路130中的第一制冷剂被提供给第一压缩机110的多个入口，每个入口处于不同压力下。用来压缩第二制冷剂的压缩机210呈现为串联布置的低压第二制冷剂压缩机210a和高压第二制冷剂压缩机210b，二者都由第二汽轮机220在单根轴215上驱动。线路230中的第二制冷剂被供给到低压第二制冷剂压缩机210a，而高压第二制冷剂压缩机210b排放到线路219中。
如图4所示，本发明可应用于空气产品与化学制品公司(AirProducts and Chemicals Inc)所引入的所谓的Split-MRTM中，而且在2001年(论文PS5-4)由Yu Nan Liu博士等人发表的标题为“REDUCING LNG COSTS BY BETTER CAPITAL UTILIZATION(通过更好的资本使用来降低液化天然气成本)”的LNG-13文章中有简要介绍。本质上，由第二汽轮机220驱动的第二压缩机210用作图3中的低压第二制冷剂压缩机210a，而第一汽轮机120驱动第一压缩机110以及第二个第二压缩机211两者，该第二个第二压缩机用作图3的高压第二制冷剂压缩机210b。因此，线路230中的第二制冷剂供给到第二压缩机210，第二个第二压缩机211排放到线路219中。
图5示出了一个使用由第三汽轮机420驱动的辅助第二压缩机410的实施例。与图4类似，第二压缩机210由第二汽轮机220驱动，并且用作图3中的低压第二制冷剂压缩机210a。但是在这种情况下，第三汽轮机420经由轴415驱动辅助第二压缩机410，该辅助第二压缩机用作图3中的高压第二制冷剂压缩机210b。因此，线路230中的第二制冷剂被供给到第二压缩机210，且辅助第二压缩机410排放到线路219。
如图5所示，只有第一汽轮机入口空气流125和第二汽轮机入口空气流225被冷却，而第三汽轮机入口空气流425以环境温度且未被冷却地提供给第三汽轮机。可替代的实施例也冷却进入第三汽轮机420的第三入口空气流425(要么分享来自变冷的冷却剂320的冷却负荷，要么用单独的冷却源)，或者冷却第三入口空气流425而不是第二入口空气流22。
中间冷却器(诸如空气冷或水冷的中间冷却器)可设置在第二制冷剂回路的连续压力阶段之间(诸如图3到5的任一个实施例中的低压制冷剂压缩机与高压制冷剂压缩机之间)的线路中。
本发明还可被应用于其它驱动方案中。典型的变型(例如图4所示的Split-MR驱动方案)是两个压力阶段(例如，低压和中等压力)由第二汽轮机220在单根轴215上驱动，当然在此情况下，中等压力的压缩机排放到第二个第二压缩机211(其用作高压压缩机)中。同样，多个压缩阶段可在图5中的轴215上被驱动。
上文所述的发明不限于两个制冷剂回路，它还可应用于将变冷的冷却剂分配给三个或更多个部分，以用于冷却其他制冷剂回路的第三或更多个入口空气流。
以上描述的实施例包括另一项发明，它可与以下特征相结合或者单独地应用，这些特征与将变冷的冷却剂中的可用冷却负荷分配成至少第一部分和第二部分相关联，而且与利用变冷的冷却剂来冷却至少第一汽轮机入口空气流和第二汽轮机入口空气流相关联。另外一项发明甚至可应用于基于单个制冷剂循环的冷却和/或液化工艺。这项发明涉及生产液化烃流的方法及其设备，其将在本说明书的剩余部分中描述。
Exxon Mobil(埃克森美孚)的美国专利6,324,867所描述的方法的另一缺点是，它使用来自制冷剂回路的冷却负荷，该冷却负荷因此不能用于冷却要被液化的天然气。
在一方面中，在此所描述的另一项发明可被限定为提供了一种用于生产出液化烃流的方法，该方法包括：
-在一个或多个热交换器中使烃流与来自一个或多个制冷剂回路的一种或多种制冷剂进行间接热交换，制冷剂回路中的至少一个包括由汽轮机驱动的压缩机，该制冷剂回路中的制冷剂通过该压缩机被压缩；
-在烃流在至少一个或多个热交换器中进行热交换之后，从烃流中回收一部分；
-通过使变冷的冷却剂与烃流回收部分中的至少一部分进行间接热交换而提供变冷的冷却剂流；
-使入口空气流变冷包括与变冷的冷却剂进行热交换从而产生变冷的入口空气流，并且将变冷的入口空气流供给到汽轮机；
其中所产生的液化烃流包括未曾被回收的烃流的至少一部分。
因此，在另一项发明的实施例中，在烃流在一个或多个热交换器中的至少一个中已经进行热交换之后从烃流中回收一部分烃流，由此，适当地在一个或多个热交换器中的至少一个的下游，提供变冷的冷却剂流，该变冷的冷却剂流又被用于至少通过将变冷的冷却剂与入口空气流进行热交换而生产出变冷的入口空气流。进入用于驱动制冷剂回路的汽轮机中的变冷的入口空气流用来在一个或多个热交换器中冷却烃流，并且由此生产出液化的烃流。
由于各种用途或理由，总之，烃流的这些部分经常被从要液化的烃流中移走。由于此部分被从一个或多个热交换器中的至少一个的下游移走，它有能力在其用作其他用途或被丢弃掉之前使入口空气流变冷。
可从用于使汽轮机入口空气变冷的移走部分提供的任何冷却负荷不需要从制冷剂循环中被移走，其旨在冷却要液化的烃流。以这种方式，本发明有助于进一步提高液化烃的产率，而不需要设置附加的制冷动力。
可用来使汽轮机的入口空气流变冷的移走部分的实例包括：
-已从烃流中萃取出以便达到液化烃流的组分要求的天然气液体流；
-从烃流中移走的燃气流体，例如在一个或多个汽轮机中用于燃烧目的；
-在使加压的液化烃流减压时形成的终端闪蒸流；
-在液化烃流在储存罐中的储存期间源自液化烃流的蒸发气流。
再者，在另一项发明的上下文中，术语“变冷的冷却剂”应被理解为温度低于环境空气温度的流体。但在这种情况下，变冷的冷却剂可通过下述方式来制备：使用来自在烃流液化工艺中但不在制冷剂回路中循环的任何可用冷流中的制冷负荷而使流体主动地变冷。
有利的实例包括：萃取塔和/或分馏塔中的液态底部流，和/或来自分馏塔的顶部流；在液化烃流降压时可产生的终端闪蒸气体流；在存储时可从液化烃中蒸发出的蒸发气。
这些被移走部分中的一个或多个的可用冷却负荷可通过从在制冷剂回路中循环的制冷剂中获得的冷却负荷进行补充。实例包括机械变冷或吸附变冷。冷却负荷可例如使用外部冷冻组件而进行补充。
在一个或多个热交换器中使烃流与来自一个或多个制冷剂回路的一种或多种制冷剂进行间接热交换可包括：
-通过与来自第一制冷剂回路的第一制冷剂进行热交换来冷却烃流，在第一制冷剂回路中，第一制冷剂在由具有第一入口空气流的第一汽轮机驱动的第一压缩机中被压缩，所述冷却提供冷却过的烃流；
-使用第二制冷剂来液化冷却过的烃流中的至少一部分，该第二制冷剂在由具有第二入口空气流的第二汽轮机驱动的第二压缩机中被压缩，并且通过至少与来自第一制冷剂回路的所述第一制冷剂进行热交换而被冷却，所述液化提供液化的烃流；其中所述入口空气流的所述变冷包括使用变冷的冷却剂中的至少一部分来冷却所述第一入口空气流和第二入口空气流中的一个或两个。
这些特征在本说明书的之前部分中已被详细地描述。跟在说明书的之前部分后面的是，有利的实施例还可包括：
-将变冷的冷却剂中的可用冷却负荷分配成至少第一部分和第二部分，由此，第一部分中的可用冷却负荷用来冷却第一入口空气流，而第二部分中的可用冷却负荷用来冷却第二入口空气流。所述冷却负荷依照已经在说明书的之前部分所提到的共同输入参数进行分配，优选地，将变冷的冷却剂中的可用冷却负荷进行分配，以便向驱动第一制冷剂回路和第二制冷剂回路中的最有限制性的制冷剂回路的汽轮机的入口空气流提供较多的冷却负荷。
然而，应该强调的是，现在描述的另一项发明并不限于两个制冷剂回路。它可例如应用于将变冷的冷却剂中的冷却负荷分配成三个或更多个部分，以用于冷却其他制冷剂回路的第三个或更多个入口空气流。并且，该另一项发明在使用仅仅一个制冷剂回路的液化工艺中也是有用的，该仅仅一个制冷剂回路典型地包括所谓的单一混合制冷剂工艺。另外，在美国专利5,832,745中描述了由壳牌公司的单一混合制冷剂工艺所形成的一个实例。
在烃流已经在一个或多个热交换器中的至少一个中进行热交换之后，从该烃流中回收的那部分的回收可包括：
-从气态烃流中生产出部分冷凝的烃流；
-使部分冷凝的烃流通过气/液相分离器；以及
-从气/液相分离器中取出液态底部流和气态顶部流。在这样的实施例中，来自烃流的所述部分可有利地包括液态底部流，而且所述液态烃流从气态顶部流中生产出。可替代地或者除此之外的，这样的实施例可包括从气态顶部流中取出燃气流，其中来自烃流的所述部分包括燃气流。
在烃流已经在一个或多个热交换器中的至少一个中进行热交换之后，从该烃流中回收的那部分的回收可还包括：
-从烃流中获得至少中间液化的烃流；
-将中间液化的烃流降压；
-使降压的流进入相分离器；
-使降压的流中的气态成分与任何液态烃分离；
-从相分离器中移走液态烃，作为生产出的液化烃产物流；
-从相分离器中移走气态成分。
其中来自烃流的所述部分包括从相分离器回收的气态组分。
在烃流已经在一个或多个热交换器中的至少一个中进行热交换之后，从该烃流中回收的那部分的回收还可包括或代替地包括：
-将生产出的液化烃产物流储存在储存罐中；以及
-从储存罐中回收源自被储存的液化烃流的蒸发气；
其中来自烃流的所述部分包括蒸发气。
在另一方面，另一项发明可被限定为提供了一种用于生产出液化烃流的设备，该设备包括：
-一个或多个制冷剂回路，每个制冷剂回路均包括制冷剂，制冷剂回路中的至少一个包括由汽轮机驱动的压缩机，以用于压缩该制冷剂回路的制冷剂；
-进入汽轮机的入口空气流；
-一个或多个热交换器，其用于使烃流与来自一个或多个制冷剂回路中的一种或多种制冷剂进行间接热交换，所述一个或多个制冷剂回路包括所述至少一个热交换器；
-回收装置，该回收装置用于在一个或多个热交换器中的至少一个的下游回收烃流的一部分，以及提供烃流的该部分已经从其中回收走的剩余烃流；
-冷冻器，该冷冻器与回收装置连接，并且布置用于接收来自回收装置的回收部分中的至少一部分，并且还布置用于使冷却剂流体与回收部分中的至少一部分进行间接热交换，以由冷却剂流体产生变冷的冷却剂流；
-用于冷却入口空气的热交换器，其布置在入口空气流中，以利用变冷的冷却剂来冷却该入口空气流；
-进料管，该进料管用于将来自用于冷却入口空气的热交换器的冷却过的入口空气流供给到汽轮机内；
-管道装置，该管道装置用于运输液化烃流，该液化烃流包括剩余烃流的至少一部分。
如在本说明书的之前部分所述的实施例中，一个或多个制冷剂回路可包括：
-第一制冷剂回路，其包括：第一制冷剂；第一压缩机；第一汽轮机，该第一汽轮机与第一压缩机联接以驱动第一压缩机；以及进入第一汽轮机的第一入口空气流；该第一压缩机布置用于压缩所述第一制冷剂；
-第二制冷剂回路，其包括：第二制冷剂；第二压缩机；第二汽轮机，所述第二汽轮机与第二压缩机联接以驱动第二压缩机；以及进入第二汽轮机的第二入口空气流；该第二压缩机布置用于压缩所述第二制冷剂；
并且其中一个或多个热交换器包括：
-一个或多个第一热交换器，其布置用于接收气态烃流和第二制冷剂，并且用于使用来自所述冷却步骤的所述第一制冷剂来冷却气态烃流和第二制冷剂，从而提供冷却过的烃流和冷却过的第二制冷剂流；
-一个或多个第二热交换器，其布置用于接收冷却过的烃流，并且用于使用冷却过的第二制冷剂流来液化冷却过的烃流，以提供液化的烃流；
并且其中用于冷却入口空气的热交换器布置在第一入口空气流和第二入口空气流中的至少一个内。
这样的实施例还可包括：
-分配器，其用于依照共同输入参数将变冷的冷却剂分配成至少第一部分和第二部分；
其中用于冷却入口空气的热交换器包括：
-第一入口空气冷却热交换器，其布置在第一入口空气流中，用于利用变冷的冷却剂的第一部分来冷却第一入口空气流；
-第二入口空气冷却热交换器，其布置在第二入口空气流中，用于利用变冷的冷却剂的第二部分来冷却第二入口空气流。
在优选的实施例中，回收装置可包括气/液分离器，该气/液分离器具有用于排放气态顶部流的顶部出口和用于排放液态底部流的底部出口。在这样的实施例中，烃流的所述部分可有利地包括液态底部流，并且所述剩余流包括气态顶部流。可替代地或者除此之外，这样的实施例还可在气态顶部流中包括分流器，该分流器用于从气态顶部流中取出燃气流，并且其中烃流的所述部分包括燃气流。
可替代地或者除此之外，回收装置可包括：
-降压装置，其布置用于接收从烃流形成的中间液化的烃流，以及形成由此所产生的降压流；
-相分离装置，其布置在降压装置的下游，以接收降压流，并且将降压流中的任何气态组分与任何液态烃分离；
-与相分离装置连接的液体排放线路，其用于从相分离器中移出液态烃，作为生产出的液化烃产物流；
-与相分离装置连接的气体排放线路，其用于回收来自相分离器的气态组分，
其中来自烃流的所述部分包括从相分离器移出的气态组分。
该设备可包括用于储存生产出的液化烃流的储存罐。在这种情况下，回收装置可包括：
-与储存罐连接的蒸发气管道，其用于从储存罐中回收源自所储存的液化烃流的蒸发气。在这样的实施例中，来自烃流的所述部分可包括蒸发气。
参照附图中的图并且通过举例的方式进一步详细阐释其他发明。
参照图1，液化烃流20通过在一个或多个热交换器140(和/或260)中使烃流10与来自一个或多个制冷剂回路100(和/或200)中的一种或多种制冷剂进行间接热交换而产生。这些制冷剂回路中的至少一个包括由汽轮机120(和/或220)驱动的压缩机110(和/或210)，该制冷剂回路中的制冷剂被所述压缩机压缩。在烃流在一个或多个热交换器中的至少一个中进行热交换之后从该烃流中回收一部分70(和/或62和/或92)，并且变冷的冷却剂流320通过使冷却剂315与烃流的回收部分中的至少一部分CF进行间接热交换来提供。入口空气流125(和/或225)利用变冷的冷却剂320变冷，以生产出变冷的入口空气流，该变冷的入口空气流被供给到汽轮机中。生产出的液化烃流20包括未被回收的烃流中的至少一部分。
在此提出使用由未在制冷剂回路中循环的工艺中可获得的任何冷流来提供冷却负荷。更特别地，冷却负荷可通过在烃流在一个或多个热交换器中的至少一个中进行热交换之后从烃流回收的一部分来提供，因而适当地位于一个或多个热交换器中的至少一个的下游。适当地，该部分随后从工艺中被丢弃掉，或随后在工艺中以需要其较热的方式进行使用。在这两种情况下，该部分中的冷量有利地被用来使入口空气变冷，并且从而提高液化天然气产量。
例如，参照图1，如果气/液相分离器50存在的话，它可被包括在回收装置中，在此情况下，冷流体CF可例如源自液态底部流70，或包括液态底部流70。在这种情况下，可选的热交换器73可与流320连通，或者可选的热交换器73可以是一个或多个冷冻器325之一。
仍参照图1，可用来提供用于主动地冷却冷却剂的部分或全部冷却负荷的冷流体的其他实例包括：燃气流62、终端闪蒸汽流体92和来自(可选的)分馏系统75的任何冷流。图1象征性示出了可选的冷冻器61和91，其可被用做一个或多个冷冻器325，或者被定位成与线路320连通。蒸发气例如来自储存罐，液化烃流20可存储在该储存罐中，蒸发气还可用来提供用来主动地冷却冷却剂的部分或全部冷却负荷。
除以上提到这些流中的任一个流以外，所提供的其他来源的冷冻负荷可用来使入口空气变冷，包括在制冷剂回路中循环的任何制冷剂，以及在回路中经历压缩和膨胀的任何制冷剂(如本领域所已知的)，或在热驱动的变冷过程中循环的制冷剂。进一步的细节可参照图1的前述描述。
如图3-5所示的可替代的驱动方案也可与正被描述的其他发明一起应用。
本领域技术人员应理解的是，在不偏离所附权利要求的范围的情况下，本发明中的每一项发明均可以多种方式实施。

Claims (15)

1.一种用于冷却气态烃流以生产出液化烃流的方法，所述方法包括：
-在一个或多个热交换器中使用来自第一制冷剂回路的第一制冷剂来冷却气态烃流，其中所述第一制冷剂在由具有第一入口空气流的第一汽轮机驱动的第一压缩机中被压缩，所述冷却提供冷却过的烃流；
-使用第二制冷剂来液化冷却过的烃流，所述第二制冷剂在由具有第二入口空气流的第二汽轮机驱动的第二压缩机中被压缩，并且至少通过与来自第一制冷剂回路的所述第一制冷剂进行热交换而被冷却，所述液化提供液化的烃流；
-提供变冷的冷却剂流；
-依照共同输入参数，将变冷的冷却剂中的可用冷却负荷至少分配成第一部分和第二部分；
-利用变冷的冷却剂来冷却所述第一入口空气流和第二入口空气流中的一个或两个，由此，第一部分中的可用冷却负荷用来冷却第一入口空气流，而第二部分中的可用冷却负荷用来冷却第二入口空气流。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，共同输入参数用来将变冷的冷却剂中的可用冷却负荷分开，以便向驱动第一制冷剂回路和第二制冷剂回路中的最有限制性的制冷剂回路的汽轮机的入口空气流提供较多的冷却负荷。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中共同输入参数包括一个或多个参数，所述一个或多个参数用来表示包括以下参数的组中的至少一个参数：环境温度；第一压缩机排放压力；第一汽轮机负载/动力输出；第二汽轮机负载/动力输出；第一汽轮机燃气阀的开启；第二汽轮机燃气阀的开启；在第一制冷循环与第二制冷循环之间的切流点温度；第一压缩机吸收能量；第二压缩机吸收能量；第一汽轮机与第二汽轮机的动力输出之间的差别；液化烃流的流动速率。
4.根据权利要求1或2所述的方法，共同输入参数包括表示至少环境温度的一个或多个参数。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中所述提供变冷的冷却剂流包括使流体变冷。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，使用取自第一制冷剂回路和第二制冷剂回路中的一条或多条的冷却负荷来主动地使流体变冷。
7.根据权利要求5所述的方法，其中，使用取自第一制冷剂回路的冷却负荷来主动地使流体变冷。
8.根据前述权利要求5至7中的任一项所述的方法，其中，提供所述冷却过的烃流包括：从气态烃流生产出部分冷凝的烃流，使所述部分冷凝的烃流通过气/液相分离器，以及从气/液相分离器取出液态底部流和气态顶部流，其中使用取自液态底部流的制冷负荷来主动地使所述流体变冷。
9.根据前述权利要求5至8中的任一项所述的方法，其中在流体已经被用于第一入口空气流和第二入口空气流中的一个或两个的所述冷却之后，所述流体包括变冷的冷却剂。
10.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，依照共同输入参数将变冷的冷却剂中的可用冷却负荷分配成至少第一部分和第二部分包括：基于所述共同输入参数来确定将所述变冷的制冷剂中的可用冷却负荷分配成第一部分和第二部分的最佳分配，并根据所确定的最佳分配来分配冷却负荷。
11.根据权利要求10所述的方法，其中最佳分配是一种使得液化烃流的产率最大的分配。
12.根据权利要求10或11所述的方法，其中最佳分配被定义为一种使得第一冷却剂回路和第二冷却剂回路对使液化烃流产量最大的限制相等的分配。
13.一种用于冷却气态烃流以生产出液化烃流的设备，所述设备包括：
-第一制冷剂回路，所述第一制冷剂回路包括：第一制冷剂；第一压缩机；第一汽轮机，所述第一汽轮机与所述第一压缩机联接以驱动第一压缩机；以及进入第一汽轮机的第一入口空气流；所述第一压缩机布置用于压缩所述第一制冷剂；
-第二制冷剂回路，所述第二制冷剂回路包括：第二制冷剂；第二压缩机；第二汽轮机，所述第二汽轮机与所述第二压缩机联接以驱动第二压缩机；以及进入第二汽轮机的第二入口空气流；所述第二压缩机布置用于压缩所述第二制冷剂；
-一个或多个第一热交换器，所述一个或多个第一热交换器布置用于接收气态烃流和第二制冷剂，并且使用来自冷却步骤的第一制冷剂来冷却所述气态烃流和第二制冷剂，从而提供冷却过的烃流和冷却过的第二制冷剂流；
-一个或多个第二热交换器，所述一个或多个第二热交换器布置用于接收冷却过的烃流，并且使用冷却过的第二制冷剂流来液化所述冷却过的烃流，以提供液化的烃流；
-变冷的冷却剂流；
-分配器，所述分配器用于依照共同输入参数将变冷的冷却剂分配成至少第一部分和第二部分；
-第一入口空气冷却热交换器，所述第一入口空气冷却热交换器布置在第一入口空气流中，以便利用变冷的冷却剂的第一部分来冷却第一入口空气流；
-第二入口空气冷却热交换器，所述第二入口空气冷却热交换器布置在第二入口空气流中，以便利用变冷的冷却剂的第二部分来冷却第二入口空气流。
14.根据权利要求13所述的设备，所述设备还包括控制器，所述控制器布置用于接收代表共同输入参数的信号，用于基于共同输入参数确定将变冷的制冷剂中的可用冷却负荷分配成第一部分和第二部分的最佳分配。
15.根据权利要求14所述的设备，其中，通过确定第一制冷剂回路和第二制冷剂回路中的用于使液化烃的产量最大的最有限制性的那一个回路来确定最佳分配。
CN201080021732.9A 2009-05-18 2010-05-11 用于冷却气态烃流的方法和设备 Expired - Fee Related CN102428332B (zh)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP09160538.6 2009-05-18
EP09160538 2009-05-18
EP10150231.8 2010-01-07
EP10150231 2010-01-07
PCT/EP2010/056481 WO2010133482A2 (en) 2009-05-18 2010-05-11 Method and apparatus for cooling a gaseous hydrocarbon stream

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN102428332A true CN102428332A (zh) 2012-04-25
CN102428332B CN102428332B (zh) 2015-07-01

Family

ID=43125487

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201080021732.9A Expired - Fee Related CN102428332B (zh) 2009-05-18 2010-05-11 用于冷却气态烃流的方法和设备

Country Status (5)

Country Link
CN (1) CN102428332B (zh)
AU (1) AU2010251323B2 (zh)
CA (1) CA2760172C (zh)
RU (1) RU2533044C2 (zh)
WO (1) WO2010133482A2 (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112197505A (zh) * 2019-07-08 2021-01-08 乔治洛德方法研究和开发液化空气有限公司 生产液态氢的方法和设备

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9441877B2 (en) 2010-03-17 2016-09-13 Chart Inc. Integrated pre-cooled mixed refrigerant system and method
US20120167619A1 (en) * 2010-12-30 2012-07-05 Chevron U.S.A. Inc. Method to maximize lng plant capacity in all seasons
AP3771A (en) * 2011-02-16 2016-08-31 Conocophillips Co Integrated waste heat recovery in liquefied natural gas facility
US11428463B2 (en) 2013-03-15 2022-08-30 Chart Energy & Chemicals, Inc. Mixed refrigerant system and method
US11408673B2 (en) 2013-03-15 2022-08-09 Chart Energy & Chemicals, Inc. Mixed refrigerant system and method
CA3140415A1 (en) 2013-03-15 2014-09-18 Chart Energy & Chemicals, Inc. Mixed refrigerant system and method
AR105277A1 (es) 2015-07-08 2017-09-20 Chart Energy & Chemicals Inc Sistema y método de refrigeración mixta
US10393429B2 (en) * 2016-04-06 2019-08-27 Air Products And Chemicals, Inc. Method of operating natural gas liquefaction facility
GB201718116D0 (en) * 2017-11-01 2017-12-13 Linde Ag Compressor unit
CN111712619A (zh) * 2018-01-12 2020-09-25 诺沃皮尼奥内技术股份有限公司 包含流体的热力学系统以及用于降低其中的压力的方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4809154A (en) * 1986-07-10 1989-02-28 Air Products And Chemicals, Inc. Automated control system for a multicomponent refrigeration system
CN1069117A (zh) * 1991-07-31 1993-02-17 气体产品与化学公司 燃气液化过程控制系统
WO1997046503A1 (en) * 1996-06-05 1997-12-11 Shell Internationale Research Maatschappij B.V. Removing carbon dioxide, ethane and heavier components from a natural gas
WO2000077466A1 (en) * 1999-06-15 2000-12-21 Exxonmobil Oil Corporation Process and system for liquefying natural gas
FR2858830A1 (fr) * 2003-08-13 2005-02-18 Fr D Etudes Et De Realisations Procede pour augmenter la capacite et l'efficacite d'installations gazieres du type comprenant une turbine a gaz
CN101421574B (zh) * 2006-04-12 2011-07-13 国际壳牌研究有限公司 用于液化天然气物流的方法和装置

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090031754A1 (en) * 2006-04-22 2009-02-05 Ebara International Corporation Method and apparatus to improve overall efficiency of lng liquefaction systems

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4809154A (en) * 1986-07-10 1989-02-28 Air Products And Chemicals, Inc. Automated control system for a multicomponent refrigeration system
CN1069117A (zh) * 1991-07-31 1993-02-17 气体产品与化学公司 燃气液化过程控制系统
WO1997046503A1 (en) * 1996-06-05 1997-12-11 Shell Internationale Research Maatschappij B.V. Removing carbon dioxide, ethane and heavier components from a natural gas
WO2000077466A1 (en) * 1999-06-15 2000-12-21 Exxonmobil Oil Corporation Process and system for liquefying natural gas
FR2858830A1 (fr) * 2003-08-13 2005-02-18 Fr D Etudes Et De Realisations Procede pour augmenter la capacite et l'efficacite d'installations gazieres du type comprenant une turbine a gaz
CN101421574B (zh) * 2006-04-12 2011-07-13 国际壳牌研究有限公司 用于液化天然气物流的方法和装置

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112197505A (zh) * 2019-07-08 2021-01-08 乔治洛德方法研究和开发液化空气有限公司 生产液态氢的方法和设备
CN112197505B (zh) * 2019-07-08 2024-06-28 乔治洛德方法研究和开发液化空气有限公司 生产液态氢的方法和设备

Also Published As

Publication number Publication date
RU2011151612A (ru) 2013-06-27
CA2760172A1 (en) 2010-11-25
RU2533044C2 (ru) 2014-11-20
AU2010251323B2 (en) 2013-03-21
CN102428332B (zh) 2015-07-01
CA2760172C (en) 2017-08-22
WO2010133482A2 (en) 2010-11-25
WO2010133482A3 (en) 2011-03-03
AU2010251323A1 (en) 2011-11-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102428332B (zh) 用于冷却气态烃流的方法和设备
CA3029950C (en) System and method for liquefaction of natural gas
CN101108977B (zh) 在液化天然气制备中的一体化ngl回收
RU2402592C2 (ru) Способ и устройство производства потока сжиженного природного газа
KR101842324B1 (ko) 가스 처리 시스템
CN100445673C (zh) 用于液化高压天然气的系统和方法
US11255602B2 (en) Method for liquefying natural gas and for recovering possible liquids from the natural gas, comprising two refrigerant cycles semi-open to the natural gas and a refrigerant cycle closed to the refrigerant gas
CN101163934B (zh) 从液化天然气中两段去除氮
AU2008324194B2 (en) Method and apparatus for cooling and liquefying a hydrocarbon stream
CN207831793U (zh) 用于冷却烃进料流的设备
US20120060552A1 (en) Method and apparatus for cooling a gaseous hydrocarbon stream
WO2015142467A1 (en) Liquefied natural gas facility employing an optimized mixed refrigerant system
AU785125B2 (en) A method and a device for the liquefaction of natural gas
WO2010063789A2 (en) Method of cooling a hydrocarbon stream and an apparatus therefor
CN102893108B (zh) 分馏烃流的方法及其设备
CN103299145B (zh) 处理包括甲烷的烃流的方法及其设备
RU2612974C2 (ru) Способ и устройство для удаления азота из криогенной углеводородной композиции
JP4879606B2 (ja) 冷熱供給システム
AU2013201642B2 (en) Method and apparatus for cooling a gaseous hydrocarbon stream

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20150701

Termination date: 20210511