CN102612621B

CN102612621B - 处理蒸发气体流的方法及其设备

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Publication number: CN102612621B
Application number: CN201080052168.7A
Authority: CN
Inventors: P·M·鲍陆斯; K·J·文克
Original assignee: Shell Internationale Research Maatschappij BV
Current assignee: Shell Internationale Research Maatschappij BV
Priority date: 2009-11-18
Filing date: 2010-11-16
Publication date: 2014-05-28
Anticipated expiration: 2030-11-16
Also published as: AU2010321008A1; EP2501984B1; CA2778365A1; CN102612621A; BR112012011718B1; WO2011061169A1; KR20170130639A; CY1114826T1; EP2501984A1; KR20120091270A; ES2433081T3; US20120240600A1; JP2013511675A; AU2010321008B2; BR112012011718A2; KR102094587B1; CA2778365C

Abstract

来自液化烃储罐的蒸发气体（BOG）流（15）被分成BOG热交换器供给流（25）和BOG旁通流（35）。BOG热交换器供给流（25）在BOG热交换器（40）中与过程流（135）进行热交换，因此提供暖热的BOG流（45）和冷却的过程流（195）。暖热的BOG流（45）与BOG旁通流（35）混合从而提供温度受控的BOG流（55）。在此，响应于（i）暖热的BOG流（45）和（ii）冷却的过程流（195）中的至少一个的测量第一温度控制过程流（135）的质量流量，从而使测量第一温度向第一设定点温度变动；并且响应于温度受控的BOG流（55）的测量第二温度控制BOG热交换器供给流（25）和BOG旁通流（35）中的一个或两个的质量流量，从而使第二控制温度向第二设定点温度变动。

Description

处理蒸发气体流的方法及其设备

技术领域

本发明提供一种处理来自低温存储液化烃储备的蒸发气体流的方法及其设备。

背景技术

低温存储液化烃储备的一个经济学上的重要实施例是液化天然气（LNG）。液化天然气可在接近大气压的情况下在大约-162℃进行存储。

天然气是有用的燃料源，而且是各种烃化合物的来源。经常出于若干理由要求在天然气流源处或其附近的液化天然气（LNG）设备来使天然气液化。举例来说，天然气液态时比气态时更容易存储和长途运输，因为占据的体积小并且不需要高压存储。

通常，主要包括甲烷的天然气在高压状态下进入液化天然气设备并进行预处理以产生适合于在低温液化的净化供给流。使用热交换器经过多个冷却阶段处理净化气体从而逐渐降低温度直至完成液化。然后液化天然气进一步冷却并且膨胀至适合于储运的最终大气压。

液化天然气通常在低温条件下存储。LNG存储和处理期间的温度变化会导致一部分液化天然气蒸发为天然气蒸气，也被称为蒸发气体（BOG）。蒸发气体可由保存在低温储罐内的液化天然气产生，或者由于LNG经过不够低温的管道而产生，特别是在LNG从低温储罐转移到LNG运载容器期间。

美国专利US6,658,892公开了一种使天然气液化的方法，其中来自LNG储罐的蒸发气体通过鼓风机的作用穿过通用废气热交换器从而提供暖热蒸发气体流。在通用燃料气体压缩器内进行压缩之前，暖热蒸发气体流与暖热的末端闪蒸气（end flash gas）流混合。通用废气热交换器为暖热管线流体流提供低温恢复。暖热管线流体流可包括一部分原料气，洗涤塔顶部气和/或其他流体。

根据液化设备的工作模式，传递到通用燃料气体压缩机的混合的暖热蒸发气体流和暖热末端闪蒸气流可在温度方面变化。

在保持模式下，由液化设备产生的LNG转移到低温储罐。由低温储罐产生的蒸发气体将处于稳定温度，例如低于-150℃。然而，当LNG运载容器正在装载LNG并且液化设备处于装载模式时，通过连通管道和容器储罐的冷却会产生另外的蒸发气体。蒸发气体可通过一个或多个鼓风机的作用而从连通管道和/或运载容器返回到液化设备。鼓风机的操作可在不同温度产生蒸发气体，举例来说由于过热往往明显高于液化设备储罐产生的蒸发气体的温度。这意味着将要求例如在美国专利US6,658,892中公开的通用燃料气体压缩机在一定吸入温度范围内处理不同数量的流体。

当传递到通用燃料气体压缩机的混合的暖热蒸发气体流和暖热末端闪蒸气流的温度改变时，例如在装载模式和保持模式之间改变时，压缩机进口处的流体密度将改变。这对应于质量流量的变化。偏离设计工作条件的质量流量减少可能导致压缩机比功率或效率降低。

因此，举例来说，如果希望压缩该流以例如提供燃料气体，则温度的这些变化可能使得对该流的进一步处理更难。

发明内容

根据本发明，提供了一种处理来自低温存储液化烃储备的蒸发气体流的方法，至少包括以下步骤：

－由液化烃储罐提供蒸发气体流；

－将蒸发气体流分成蒸发气体热交换器供给流和蒸发气体旁通流；

－使蒸发气体热交换器内的蒸发气体热交换器供给流与过程流进行热交换，由此提供暖热的蒸发气体流和冷却的过程流；

－使暖热的蒸发气体流与蒸发气体旁通流混合从而提供温度受控的蒸发气体流；

其中，响应于暖热的蒸发气体流和冷却的过程流这两者中的至少一个的测量第一温度对过程流的质量流量进行控制从而使测量第一温度向第一设定点温度变动，并且响应于温度受控的蒸发气体流的测量第二温度对蒸发气体热交换器供给流和蒸发气体旁通流中的一个或两个的质量流量进行控制，从而使测量第二温度向第二设定点温度变动。

可选地，所述方法进一步包括如下步骤：

－将温度受控的蒸发气体流传送至蒸发气体压缩机气液分离罐以提供蒸发气体压缩机供给流；

－在蒸发气体压缩机内压缩蒸发气体压缩机供给流以提供压缩的蒸发气体流。

可选地，过程流是在预设的过程流温度下提供的。

可选地，响应于暖热的蒸发气体流的测量第一温度来控制过程流的质量流量包括如下步骤：

－利用具有第一设定点温度的第一温度控制器确定暖热的蒸发气体流的测量第一温度；

－通过调节过程流阀改变过程流的质量流量来使测量第一温度向第一设定点温度变动。

可选地，响应于温度受控的蒸发气体流的测量第二温度来控制蒸发气体热交换器供给流和蒸发气体旁通流中的一个或两个的质量流量包括如下步骤：

－利用具有第二设定点温度的第二温度控制器确定温度受控的蒸发气体流的测量第二温度；

－通过分别调节供给流阀和旁通流阀改变蒸发气体热交换器供给流和蒸发气体旁通流中的一个或两个的质量流量来使测量第二温度向第二设定点温度变化。

可选地，所述方法进一步包括：

－提供烃供给流；

－液化至少部分烃供给流，包括与在制冷剂回路中循环的至少一种制冷剂进行热交换从而提供液化烃流；

－将至少部分液化烃流加入到液化烃储罐内的低温存储液化烃储备中。

可选地，过程流至少包括来自烃供给流的一部分，所述来自烃供给流的一部分在蒸发气体热交换器中进行热交换之后被至少部分地加入到液化烃储罐内的低温存储液化烃储备中。

可选地，过程流中的所述来自烃供给流的一部分是由滑流形成的，该滑流绕过与在制冷剂回路中循环的所述至少一种制冷剂进行的热交换的至少一部分，以便在蒸发气体热交换器内进行热交换。

可选地，过程流至少包括从在制冷剂回路中循环的至少一种制冷剂中获得的一制冷剂流。

可选地，将至少部分液化烃流加入到低温存储液化烃储备中的步骤包括如下步骤：

－在一个或多个末端膨胀装置中使液化烃流膨胀以提供膨胀的至少部分液化的烃流；

－将膨胀的至少部分液化的烃流传送至末端闪蒸器以提供液化烃流和顶部烃流；

－将液化烃流传送至低温储罐；和

－将顶部烃流加入到蒸发气体流中。

根据本发明，还提供了一种用来处理来自低温存储液化烃储备的蒸发气体流的设备，所述设备至少包括：

－用来存储液化烃储备的液化烃储罐，该液化烃储罐具有允许液化烃流进入该液化烃储罐的第一进口和允许蒸发气体流流出该液化烃储罐的第一出口；

－将蒸发气体流分成蒸发气体热交换器供给流和蒸发气体旁通流的第一流量分离装置；

－用来通过与过程流的热交换来加热蒸发气体热交换器供给流的蒸发气体热交换器，该蒸发气体热交换器具有用来接收蒸发气体热交换器供给流的第一进口和用来排出暖热的蒸发气体流的第一出口，以及用来接收过程流的第二进口和用来排出冷却的过程流的第二出口；

－用来使蒸发气体旁通流与暖热的蒸发气体流混合从而提供温度受控的蒸发气体流的第一流混合装置；

－用来控制蒸发气体热交换器供给流和蒸发气体旁通流中的至少一个的质量流量的一个或多个流量控制阀；

－用来控制过程流的质量流量的过程流阀；

－第一温度控制器，用来确定暖热的蒸发气体流和冷却的过程流中的至少一个的测量第一温度，并且具有第一设定点温度，所述第一温度控制器被设置为调节过程流阀从而使测量第一温度向第一设定点温度变动；和

－第二温度控制器，用来确定温度受控的蒸发气体流的测量第二温度，并且具有第二设定点温度，所述第二温度控制器被设置为调节所述一个或多个流量控制阀从而使测量第二温度向第二设定点温度变动。

可选地，所述设备进一步包括：

－蒸发气体压缩机气液分离罐，所述蒸发气体压缩机气液分离罐具有用于温度受控蒸发气体流的进口和用于蒸发气体压缩机供给流的出口；

－蒸发气体压缩机，所述蒸发气体压缩机具有用来接收蒸发气体压缩机供给流的、连接到蒸发气体压缩机气液分离罐的出口的进口和用于压缩蒸发气体流的出口。

可选地，所述设备进一步包括：

－主冷却装置，所述主冷却装置包括一个或多个主冷却热交换器，用来通过与制冷剂的热交换来液化至少一部分烃供给流，从而获得液化烃流；

－用于使制冷剂循环的制冷剂回路；

其中主冷却装置连接到液化烃储罐从而允许至少部分液化烃流加入到液化烃储罐内的低温存储液化烃储备中。

可选地，蒸发气体热交换器的第二进口设置为接收来自烃供给流的至少一部分，由此过程流包括来自烃供给流的至少一部分，并且蒸发气体热交换器的第二出口连接到液化烃储罐。

可选地，蒸发气体热交换器的第二进口和第二出口连接到制冷剂回路，由此过程流包括至少一部分制冷剂。

附图说明

现在仅仅通过举例方式并根据随附的非限制性附图描述本发明的实施例，其中：

图1是根据一个实施例的、处理蒸发气体流的方法及其设备的示意图；

图2是用来处理、冷却和液化烃流的方法及其设备的示意图，包括根据另一个实施例处理蒸发气体流的方法和设备；和

图3是用来处理、冷却和液化烃流的方法及其设备的示意图，包括根据又一个实施例处理蒸发气体流的方法和设备。

具体实施方式

为了描述起见，为管线以及该管线所承载的流指定单个参考数字。当在此使用时，术语“流量”和“质量流量”在相对于流使用时表示“质量流速”。

通过在BOG热交换器中加热一部分BOG流，混合BOG流的暖热部分和BOG旁通流，根据（i）暖热的BOG流和（ii）冷却的过程流中的至少一个的测量第一温度来控制过程流的质量流量，和控制待加热的（或已经加热的）BOG流的部分和BOG旁通流中的一个或两个的质量流量，蒸发气体流的温度是可以控制的。可以适当地将温度受控的蒸发气体流传送至蒸发气体压缩机。

在蒸发气体热交换器内通过过程流例如液化过程流来加热蒸发气体热交换器供给流，从而在测量第一温度下提供暖热蒸发气体流。第一温度控制器可用来控制蒸发气体热交换器中的热交换的程度。通过改变传送至蒸发气体热交换器的过程流的质量流量，可以改变暖热蒸发气体流的温度，并使其向第一设定点温度变动。第一设定点温度可以是预先选定的。因而蒸发气体热交换器可向蒸发气体热交换器供给流提供可变的热负荷从而控制暖热蒸发气体流的温度。暖热蒸发气体流的温度高于最初BOG流的温度。

然后暖热蒸发气体流可与蒸发气体旁通流混合从而提供温度受控的蒸发气体流。蒸发气体旁通流未经过蒸发气体热交换器因此低于暖热蒸发气体流的温度。蒸发气体旁通流的温度基本上与最初蒸发气体流的温度相同。因此，暖热蒸发气体流实际上用来通过直接热交换加热蒸发气体旁通流。第二温度控制器可用来改变BOG热交换器供给流和BOG旁通流中的一个或两个的质量流量以便控制与暖热BOG流的直接热交换。通过改变暖热蒸发气体流和蒸发气体流旁通流中的一个或两个的质量流量，组成温度受控的旁通流的这些流的相对比例是可以改变的，从而控制混合流的温度。混合流的温度因而通过调节在不同温度下两个组分流中的一个或两个的质量流量来向第二设定点温度变动，从而提供温度受控的蒸发气体流。

正如可理解的，本发明可便于处理各种温度下的蒸发气体流，从而提供温度受控的蒸发气体流。温度受控的蒸发气体流可被进一步处理，这种进一步处理例如包括在等于或接近第二设定点温度的温度下传送至蒸发气体压缩机。这允许蒸发气体压缩机在可为设计温度的要求吸入温度下工作，优化压缩机的效率。

参考附图，图1显示出用来处理来自存储在液化烃储罐10中的低温存储液化烃储备11的蒸发气体流15的方法和设备1。诸如液化天然气的液化烃或烃混合物可在大气压或接近大气压的压力下存储在低温条件下。储罐10内的液化烃储备11可通过增加液化烃流175经由第一进口3供给。液化烃流175可通过液化装置供给，在接下来对此更详细地进行论述。在替代实施例中，储罐可以是LNG运载容器或者是由这种LNG运载容器的加载供给蒸发气体的容器或液化装置储罐，而不是液化装置的储罐。

由于液化烃储罐10或者将液化烃传送至储罐10的管道系统内的温度变化，液化烃的一定程度的蒸发是可预期的。这种蒸发的烃，例如蒸发的LNG，是易燃的并且可作为蒸发烃流，通常被称为蒸发气体（BOG）流15，而经由出口5从储罐10去除。

如果液化烃储罐10从空的状态开始填充，储罐可能高于液化烃的存储温度，因此液化烃将冷却储罐，导致一部分烃蒸发。类似地，在装载作业期间通过鼓风机从运载容器返回的蒸发烃可能通过鼓风机的作用而过热。这种蒸发烃将具有比来自处于完全保持模式的储罐的蒸发气体更高的温度。举例来说，BOG流15的温度可在-140到-165℃的范围内变化。这个范围内的较低温度可出现在保持模式下而这个范围内的较高温度可出现在装载模式下。

在此公开的方法和设备1试图提供一种温度受控的BOG流55。这种流可在其他设备中进行进一步处理，例如在可选的BOG压缩机80内加压而不脱离该设备的使用范围（operational envelope）。

BOG流15传送至第一流量分离装置220，在那里被分成蒸发气体热交换器供给流25和蒸发气体旁通流35。

BOG热交换器供给流25传送至蒸发气体热交换器40的第一进口41。BOG热交换器40可选自包括印刷电路板热交换器和缠绕式热交换器的组。利用供给到BOG热交换器40的第二进口42的过程流135来加热BOG热交换器供给流25，从而在第一出口43处提供暖热蒸发气体流45并且在第二出口44处提供冷却的过程流195。

过程流135可以是需要冷却的任何一种合适的可用过程流。过程流135应当具有比BOG热交换器供给流25以及蒸发气体流15更高的温度。优选的是以设定的过程流温度供给过程流135，不过这不是必需的。过程流135可具有在-20到-50℃范围内的温度。按照这种方式，存在于BOG热交换器供给流25中的一部分冷能不会由于被周围热源进行加热而浪费而是传送至另一个过程流。

第一温度控制器50将暖热的BOG流45的温度确定为测量第一温度（T1）。第一温度控制器50还具有可由操作者输入的第一设定点温度（SP1）。第一温度控制器50试图使暖热的BOG流45的第一温度（T1）变为第一设定点温度（SP1）。第一温度控制器50通过控制流经BOG热交换器40的过程流135的质量流量进行暖热BOG流45的温度调节。

流经BOG热交换器40的过程流135的质量流量是通过过程流阀（未示出）进行控制的，该过程流阀处于热交换器40上游或下游的管道内，因此通过调节该阀，流经热交换器400的过程流135的质量流量是可改变的。图2和3的实施例显示出过程流阀的可能位置。

该过程流阀的设置可通过由来自第一温度控制器50的过程阀控制信号指示的过程流调节器进行调节。举例来说，如果测量第一温度小于第一设定点温度，第一设定点控制器50将发送过程阀控制信号，指示过程流调节器改变过程流阀的设置以增加流经BOG热交换器40的过程流135的质量流量，增强BOG对热交换器供给流25的加热。类似地，如果测量第一温度大于第一设定点温度，第一设定点控制器50将发送过程阀控制信号，指示过程流调节器改变过程流阀的设置以减少流经BOG热交换器40的过程流135的质量流量，增强对BOG冷却交换器供给流25的冷却。

第一设定点温度可以在-21到-58℃的范围内，更优选为大约在-45到-50℃。第一设定点温度的选择可取决于过程流135接近BOG热交换器40的设计接近温度。在一个实施例中，第一设定点温度例如可以比过程流135的温度低几摄氏度，比如低3℃。第一温度控制器50的输入第一设定点温度可取决于设备的工作模式。

在保持模式期间，当与装载模式期间产生的情况相比，蒸发气体可能更冷但可能具有更小的质量流量时，第一温度控制器50可操作来利用BOG热交换器40中的过程流135加热蒸发气体。

在装载模式下，当蒸发气体的温度可能更高时，产生的蒸发气体的数量可增加，增加蒸发气体流15的质量流量。可由蒸发气体获得的总冷却负荷将会更高因此可增加过程流135的质量流量。

在另一个实施例中，根据该设备以保持模式或装载模式进行工作，可将第一设定点温度设为不同的值。举例来说，第一设定点温度在装载模式下可能低于保持模式。

然后由BOG热交换器40供给的暖热的BOG流45传送至第一流混合装置230，在这里暖热的BOG流与BOG旁通流35混合以提供温度受控的BOG流55。温度受控的BOG流55的温度是由暖热的BOG流45和BOG旁通流35的相对质量流量和温度确定的，后者处于较低温度因为它未在BOG热交换器40中加热。

第二温度控制器60将温度受控的BOG流55的温度确定为测量第二温度（T2）。第二温度控制器60具有可由操作者输入的第二设定点温度（SP2）。第二温度控制器60试图使温度受控的BOG流55的第二温度（T2）变至第二设定点温度（SP2）。第二温度控制器60通过控制暖热BOG流45和BOG旁通流35的相对质量流量进行对温度受控的暖热BOG流55的温度调节。第二温度控制器60可操作来通过沿着BOG旁通流35分移蒸发气体从而减少由BOG热交换器40对BOG热交换器供给流25的加热。

通常，第二设定点温度低于第一设定点温度。这要求对暖热的BOG流45进行冷却，因此较低温的BOG旁通流35在装载和保持模式期间具有正（positive）质量流量。因此BOG旁通流35用来在将其添加到第一流混合装置230时降低暖热BOG流45的温度。

暖热的BOG流45和BOG旁通流35的相对质量流量可以通过一个或多个流量控制阀（未示出）进行控制。这种流量控制阀可位于任何一个管道中，允许对相关流的质量流量进行调节。图2和3中的实施例显示出这些流量控制阀的可能位置，例如位于BOG旁通流35、BOG热交换器供给流25和暖热的BOG流45中的一个或多个里。

一个或多个流量控制阀的设置可通过由来自第二温度控制器60的流量控制阀信号指示的流量控制调节器进行调节。举例来说，如果测量第二温度小于第二设定点温度，第二设定点控制器60将发送流量控制阀信号，指示一个或多个流量控制调节器改变一个或多个流量控制阀的设置来增加暖热的BOG分流45与BOG旁通流35相比的相对质量流量，增强通过暖热的BOG流45对BOG旁通流35的加热。类似地，如果测量第二温度大于第二设定点温度，第二设定点控制器60将发送流量控制阀信号，指示一个或多个流量控制调节器改变一个或多个流量控制阀的设置来减少暖热的BOG分流45与BOG旁通流35相比的相对质量流量，增强通过BOG旁通流35对暖热的BOG流45的冷却。

第二温度控制器60的输入第二设定点温度可取决于设备的工作模式。

在保持模式期间，蒸发气体的温度和质量流量与装载模式相比要低。BOG流15的温度通常低于装载模式下，因为进入储罐和相关管道系统的仅有热量是通过绝热材料泄漏的结果。蒸发气体的质量流量通常低于装载模式下，因为没有运载容器来产生另外的蒸发气体。

在保持模式下，第一温度控制器50可以用来利用过程流135来加热蒸发气体。如果在第二设定点温度或接近这个温度供给暖热的BOG流45，第二温度控制器60的一个或多个流量控制阀（未示出）可操作来有效地限制BOG旁通流35的质量流量。因此，大部分质量流量将按照第一温度控制器50所控制的通过BOG热交换器供给流25通往BOG热交换器40。如果在高于第二设定点温度下供给暖热的BOG流45，由第二温度控制器60操作的一个或多个流量控制阀可操作来提供BOG旁通流35的质量流量以冷却暖热的BOG流45，从而使温度受控的BOG流55的测量第二温度向第二设定点温度变动。

在装载模式下，例如由于从运载容器传递蒸发气体的鼓风机的过热，BOG供给流15的温度可能高于保持模式下。第二温度控制器60可以检测到由于更热的BOG旁通流35而导致的温度受控的BOG流55的温度增加。由于可能需要对蒸发气体的较少加热来提供稳定的温度受控的BOG流55，第二温度控制器60可操作来相对于BOG热交换器供给流25增加BOG旁通流35的质量流量，因此减少蒸发气体的热量输入。

由于在运载容器中产生并返回到设备1的另外的蒸发气体，在装载模式期间蒸发气体的质量流量可明显增加。与BOG热交换器供给流25的质量流量相比，可以通过增加比在保持模式下更热的BOG旁通流35的质量流量来适应这种更高的质量流量。

在一个实施例中，可以将第二设定点温度从保持模式下的设定点逐渐降低到装载模式下的不同设定点。举例来说，如果BOG热交换器40要求的负荷超过其设计能力，可以进行该动作。

降低输入第二设定点温度会降低温度受控的BOG流的目标温度。该动作将导致BOG热交换器所需的负荷的降低。如果BOG热交换器达到其最大设计操作符合，尤其可在装载模式期间进行该操作。举例来说，温度受控的BOG流的测量第二温度的这种减小可使可选的BOG压缩机80远离其设计工作温度，降低压缩过程的效率。然而，第二设定点温度和测量第二温度优选地应保持在BOG压缩机的设计使用范围内以免损坏。

作为替代，在某些实施例中，可选的暖热BOG流加热器65可设在暖热BOG流里以进一步增加其温度。例如，在装载模式期间，如果BOG供给流的热量需求超过BOG热交换器40的负荷，若提供可选的加热器65，则可选的加热器65可用来将测量第一温度向第一设定点温度增加和/或在第一设定点温度提供增大的暖热BOG流的质量流速。暖热BOG流加热器65还可通过第一温度控制器进行控制。

按照这种方式，在此公开的方法和设备可提供一种温度受控的BOG流55。

在一个优选实施例中，在此公开的方法和设备可用作烃供给流液化过程的一部分。烃供给流可以是待冷却和液化的任何一种合适的气流，但是通常是由天然气或石油储层获得的天然气流。作为替代，烃供给流还可由另一个源获得，也包括例如费-托反应的合成源。

通常天然气流是基本上由甲烷组成的烃成分。优选地，烃供给流包括至少50mol%的甲烷，更优选为至少80mol%的甲烷。

诸如天然气的烃成分还包括非烃，诸如H₂O，N₂，CO₂，Hg，H₂S及其他硫化物和类似物。如果需要，可在冷却和任何一种液化之前对天然气进行预处理。预处理可包括减少和/或去除例如CO₂和H₂S的不希望的成分或者其他步骤例如提前冷却、预加压或类似步骤。因为这些步骤对所属领域普通技术人员来说是众所周知的，其机理不在这里进行进一步论述。

因此，术语“烃供给流”可还包括进行任何处理之前的成分，这种处理包括清洗、脱水和/或洗涤，以及为了减少和/或去除一种或多种化合物或物质已经部分、大体上或全部处理过的任何一种成分，包括但不限于硫、硫化物、二氧化碳、水、汞和一个或多个C2+烃。

根据来源，天然气可以包括可变数量的比甲烷更重的烃，例如特别是乙烷、丙烷和丁烷，以及可能更少量的戊烷和芳香族烃。成分根据气体的类型和位置改变。

常规来说，在进行任一明显冷却之前，都要尽可能有效地从烃供给流中去除比甲烷重的烃，这是出于若干理由，例如具有不同的凝固或液化温度从而引起其堵塞甲烷液化设备的部分。C2+烃可以通过脱甲烷塔与烃供给流分离或使其在烃供给流中的含量降低，脱甲烷塔将提供富甲烷的顶部烃流和包含C2+烃的底部贫甲烷流。然后底部贫甲烷流可传送至另一个分离器以提供液化石油气（LPG）和冷凝流。

分离之后，如此产生的烃流可以被冷却。冷却可以通过所属领域内公知的一些方法来实现。烃流相对于一个或多个制冷剂回路中的一个或多个制冷剂流传送。这种制冷剂回路可包括一个或多个制冷剂压缩机来压缩至少部分蒸发的制冷剂流从而提供压缩制冷剂流。然后可在例如空冷器或水冷器的冷却器中冷却压缩制冷剂流从而提供制冷剂流。制冷剂压缩机可由一个或多个涡轮机驱动。

烃流的冷却可以在一个或多个阶段中进行。可在两个或更多个预冷热交换器中使用预冷制冷剂回路中的预冷混合制冷剂进行初冷却，也被称为预冷却或辅助冷却，从而提供预冷却的烃流。预冷烃流优选为例如在低于0℃的温度下被部分液化。

优选地，这种预冷热交换器包括可预冷却阶段，所有后续的冷却都在一个或多个主热交换器中进行以在一个或多个主和/或次冷却阶段中液化一部分烃流。

按照这种方式，可包括两个或更多个冷却阶段，每一阶段都具有一个或多个步骤、环节等等。例如，每个冷却阶段可以包括一到五个热交换器。烃流或其一部分和/或混合致冷剂可不经过一个冷却阶段的所有热交换器和/或完全一样的热交换器。

在一个实施例中，烃可以在包括两个或三个冷却阶段的方法中进行冷却和液化。预冷却阶段优选用来将烃供给流的温度降到0℃以下，通常在-20℃到-70℃的范围内。

主冷却阶段优选与预冷却阶段分开。也就是说，主冷却阶段包括一个或多个分开的主热交换器。主冷却阶段优选用来将烃流的温度降到低于-100℃，所述烃流通常是通过预冷却阶段冷却的烃流的至少一部分。

用作两个或更多个预冷却热交换器或任意主热交换器的热交换器是所属领域众所周知的。预冷却热交换器优选为管壳式热交换器。

任意主热交换器中的至少一个优选为所属领域众所周知的缠绕式低温热交换器。可选择地，热交换器可包括一个或多个位于其外壳内的冷却部分，并且每个冷却部分都可被认为是一个冷却阶段或与另一个冷却位置分离的“热交换器”。

在另一个实施例中，混合的预冷制冷剂流和任何混合的主制冷剂液这两者中的一个或两个可经过一个或多个热交换器，优选为上文所述的预冷和主热交换器中的两个或更多个，从而提供冷却的混合制冷剂流。

诸如预冷制冷剂回路或任何主制冷剂回路的混合制冷剂回路中的混合制冷剂可由选择下组的两个或更多个成分的混合物形成，该组包括：氮、甲烷、乙烷、乙烯、丙烷、丙烯、丁烷、戊烷等等。在分开的或重叠的制冷剂回路或其它冷却回路中，可使用一种或多种其它制冷剂。

预冷制冷剂回路可包括混合的预冷制冷剂。主制冷剂回路可包括混合的主制冷剂。在此所称的混合制冷剂流或混合制冷剂流包括至少5mol%的两个不同成分。更优选地，混合致冷剂包括下组中的两个或更多个，该组包括：氮、甲烷、乙烷、乙烯、丙烷、丙烯、丁烷和戊烷。

预冷混合制冷剂的常见成分可为：

总成分为100mol%。

主冷却混合制冷剂的常见成分可为：

总成分为100mol%。

诸如预冷过的天然气流的预冷过的烃流可被进一步冷却以提供诸如LNG流的液化烃流。液化之后，如果需要，液化烃流可被进一步处理。举例来说，获得的液化烃可以通过一个或多个膨胀装置进行减压，所述膨胀装置例如为Joule-Thomson阀和/或低温涡轮膨胀机。

在另一个在此公开的实施例中，液化烃流可流过诸如末端闪蒸器的末端气液分离器从而提供位于顶部的末端闪蒸气流和液态的底部流，后者作为诸如LNG的液态产品存储在一个或多个液化烃储罐里。来自这种储罐的蒸发气体可根据在此所述的方法和设备进行处理。

参考附图，图2显示出用来处理、冷却和液化烃供给流105从而提供液化烃流175的方法和设备100。液化烃流175可以传送至可提供BOG流15的液化烃储罐10，BOG流可被处理以提供温度受控的BOG流55。

烃供给流105可以是任何一种烃或烃的混合物，例如天然气。烃供给流105可传送至处理装置110，在这里供给流可进行处理以去除诸如酸性气体和重质烃的不需要的杂质。这种处理对所属领域普通技术人员是公知的。可以通过溶剂萃取将酸性气体从供给流中去除以提供酸性气流95a。可以在一个或多个诸如洗涤塔的分离塔中通过分离去除重质烃以提供天然气液体（NGLs）。显示出天然气液体流95b离开处理装置110。存在于烃供给流105中的大量水也可去除。

处理装置110提供处理过的烃流115。处理过的烃流115是富甲烷流，具有与烃供给流115相比含量降低的酸性气体和NGLs。

处理过的烃流115可以传送至包括一个或多个预冷热交换器120的预冷却装置。一个或多个预冷热交换器120可在预冷制冷剂回路中利用诸如预冷制冷剂的制冷剂来冷却处理过的烃流115从而提供预冷过的烃流125。

然后可将预冷过的烃流125传送至预冷却流分离装置，预冷却流分离装置提供主冷却烃供给流145和过程流135a，其在这种情况下为主冷却烃旁通流。

主冷却烃供给流145可传送至包括一个或多个主冷却热交换器130的主冷却装置。一个或多个主冷却热交换器130可以利用制冷剂例如主制冷剂回路中的主制冷剂来冷却主冷却烃供给流145，从而至少部分地、优选完全地液化该烃。一个或多个主热交换器提供液化烃流155a。液化烃流155a是至少部分液化的烃流，并且优选为完全液化的烃流。

用来冷却和液化烃的预冷却回路和主制冷剂回路的操作的一个实例记载于美国专利US6,370,910中。

至少部分、优选为完全液化的烃流155a可与冷却的过程流195混合从而提供（混合的）至少部分、优选为完全液化的烃流155b。

然后在一个或多个末端膨胀装置150诸如Joule-Thomson阀和涡轮膨胀机中的一个或两个中使（混合的）至少部分、优选为完全液化的烃流155b膨胀，以提供膨胀后的部分液化的烃流165。膨胀后的部分液化的烃流165是包括液态和气态成分的两相流。

膨胀后的部分液化的烃流165可传送至诸如末端闪蒸器的末端气液分离器160，从而提供作为底部流的液化烃流175和又被称为末端闪蒸气的顶部烃流185。当烃供给流105是天然气时，液化烃流175可以是LNG流。

液化烃流175可传送至液化烃储罐10的第一进口4。液化烃储罐10可包括将液化烃供给到第二出口6的浸入式泵210，在第二出口，液化烃作为液化烃供给流215离开储罐10。液化烃供给流215可将液化烃传递到另外的储罐，例如运载容器中的储罐，例如LNG运载容器（未示出）。

在运载容器装载期间，可能在将另外的储罐和/或连通管道系统冷却到液化烃的温度的过程中产生蒸发气体。该蒸发气体可返回到液化烃储罐10的第二进口4，作为装载蒸发气体流315。如果需要，至少一部分装载蒸发气体流315可沿管道335直接传送至蒸发气体流15。

像可选择地包括一部分来自管道335的装载蒸发气体一样，BOG流15还可包括来自末端气液分离器160的顶部烃，来自顶部烃流175。

然后可以根据在此描述的方法和设备对BOG流15进行处理以提供温度受控的BOG流55。

在图2所示实施例中，BOG流15传送至第一流量分离装置220，在那里该流被分成BOG热交换器供给流25a和BOG旁通流35a。

BOG热交换器供给流25a传送至热交换器供给流流量控制阀20，该阀控制流的质量流量以将（受控的）BOG热交换器供给流25b提供至BOG热交换器40的第一进口41。BOG旁通流35a传送至旁通流流量控制阀30，该阀控制该流的质量流量从而提供（受控的）BOG旁通流35b。

BOG流流量控制阀20和旁通流流量控制阀30连接到控制阀的设置的流量控制调节器（未示出）。流量控制调节器沿流量控制信号线61接收来自第二温度控制器60的流量控制信号。正如相对于图1所示实施例论述的，改变流量控制阀20，30的设置将调节（受控的）BOG热交换器供给流25b（以及进而暖热的BOG流45）和（受控的）BOG旁通流35b的相对质量流量，因此温度受控的BOG流55的温度可保持在第二设定点温度或接近第二设定点温度。

然后可将温度受控的BOG流55传送至蒸发气体压缩机气液分离罐70的进口71，在这里可以从温度受控的BOG流55去除液体，从而提供蒸发气体压缩机供给流75作为出口72处的顶部流。

BOG压缩机供给流75可传送至蒸发气体压缩机80的进口81。BOG压缩机供给流75是温度受控的流，因为它源自温度受控的BOG流55。BOG压缩机88的抽吸因而具有处于受控温度下的流。这种温度控制使BOG压缩机80的运行保持在其操作范围内。

来看BOG热交换器40的操作，对（受控的）BOG热交换器供给流25b的加热是由过程流提供的。在这个实施例中，过程流是通过如上所述的预冷却流分离装置由预冷过的烃流125提供的主冷却烃旁通流135a。主冷却烃旁通流135a可在固定温度下由一个或多个预冷热交换器120产生，例如至少一个低压丙烷热交换器。

主冷却烃旁通流135a传送至过程流阀170以提供传送至BOG热交换器40的第二进口42的（受控的）主冷却烃旁通流135b。（受控的）主冷却烃旁通流135b的质量流量是通过过程流阀170的设置进行控制的。过程流阀170的设置是由过程流调节器控制的，该调节器沿过程控制信号线51接收来自第一温度控制器50的过程控制信号。按照这种方式，暖热BOG流45的第一温度可以通过改变（受控的）主冷却烃旁通流135b的质量流量进行控制。

BOG热交换器利用（受控的）BOG热交换器供给流25b冷却（受控的）主冷却烃旁通流135b，从而提供冷却的主冷却烃旁通流195作为冷却的过程流。当冷却的主冷却烃旁通流195至少部分、优选全部液化时，其可与来自一个或多个主热交换器130的至少部分、优选全部液化的烃流155a混合，以提供（混合的）至少部分、优选全部液化的烃流155b。按照这种方式，来自蒸发气体的一部分冷能可再次循环到烃过程流内，因此它可以绕过一个或多个主热交换器130以便降低一个或多个主热交换器130的冷却负荷。

图3显示出用来处理、冷却和液化烃供给流105从而提供液化烃流175的替代方法和设备100。液化烃流175可以传送至可提供BOG流15的液化烃储罐10，BOG流其被处理以产生温度受控的BOG流55。

在这个实施例中，过程流135c包括来自一个或多个主热交换器130的主制冷剂。尤其是，过程流135c可以是从例如美国专利US6,370,910中所述的混合制冷剂回路中的混合制冷剂分离装置获得的轻质混合制冷剂流。可以通过形成部分冷凝的混合制冷剂流并且通常通过混合制冷剂分离装置使气相从部分冷凝的混合制冷剂流中分离而形成轻质混合制冷剂流，从而从混合制冷剂流中导出这种轻质混合制冷剂流。轻质混合制冷剂流135c传送至BOG热交换器40的第二进口，在那里利用BOG热交换器供给流25进行加热从而提供冷却的轻质混合制冷剂流195a。

在这种情况下，经过BOG热交换器40的轻质混合制冷剂的质量流量由处于BOG热交换器40下游而非上游的过程流阀170a进行控制。过程流阀170a提供能返回到一个或多个热交换器130的（受控的）冷却的轻质混合制冷剂流195b。过程流阀170a是由过程流调节器在具有过程控制信号线51内的来自第一温度控制器50的过程控制信号的情况下控制。按照这种方式，暖热的BOG流的第一温度是可以控制的。

过程流阀170a可在过程流中产生大压降，因此具有两相流的低压区域可出现在该阀的下游。优选的是在BOG热交换器40的下游产生这种低压区域。如果过程流阀170a位于BOG热交换器40的上游，该交换器必须适合于接收两相流体。这会增加BOG热交换器40的成本。

图3所示实施例还显示出由第二温度控制器60控制的BOG流流量控制阀20a的替代位置。它不是在BOG热交换器供给流25中设置在BOG热交换器40上游，而是设在流出热交换器40第一出口43的暖热BOG流45a中的下游。暖热BOG流45a传送至BOG流流量控制阀20a，该阀提供将在第一流混合装置230中与（受控的）BOG旁通流35b混合的（受控的）暖热BOG流45b。因此，BOG热交换器40下游的BOG流流量控制阀20a用来控制暖热BOG流/BOG热交换器供给流25的质量流量。结合旁通流流量控制阀30，就能够控制暖热BOG流/BOG热交换器供给流25以及BOG旁通流35a/（受控的）BOG旁通流35b的相对质量流量从而以提供处于第二设定点温度的温度受控的BOG流。

第一温度控制器50可以位于BOG流流量控制阀20a的上游或下游。图3显示出在暖热BOG流45a中位于BOG流流量控制阀20a上游的第一温度控制器50。通过将第一温度控制器50设在BOG流流量控制阀20的上游，可在由于BOG流流量控制阀20a的操作产生的暖热BOG流45a的任何流量变化之前确定第一温度。

在一个替代实施例（未示出）中，第一温度控制器50可定位为测量冷却的过程流195的温度。在这种情况下，优选的是，第一温度控制器50位于BOG热交换器40和过程流阀170a之间，因此可在由于过程流阀170a的操作产生的冷却的过程流195的任何压力或温度变化之前确定第一温度。因此，第一设定点温度不同于图1和2所示实施例提出的，而是对冷却过程流195来说可在-137到-162℃的范围内。

虽然本发明未不限于这种情况，对本领域普通技术人员来说显而易见的是，上述技术在蒸发气体温度可改变的情况下是特别有利的，例如当液化设备在工作模式间变动时。

当处于保持模式时，蒸发气体将首先产生于低温储罐。蒸发气体的温度将接近低温温度。例如，如果液化烃是液化天然气（LNG），来自储罐的蒸发气体可以处于小于-150℃的温度。

然而，当液化烃运载装置例如LNG运载容器到达从液化设备接收LNG的位置时，设备将从保持模式变成装载模式。在装载模式期间，连接液化设备的低温储罐和液化烃运载装置的管道系统和液化烃运载装置的低温储罐可能高于低温温度。因此装载过程可能会由经由连接管道系统进入运载装置储罐的液化烃产生蒸发气体，这种蒸发气体明显比保持模式下液化设备低温储罐产生的蒸发气体热。如果液化烃本身用来提供对连接管道系统和运载装置储罐的冷却，将尤其会这样。另外，将产生于运载容器的蒸发气体传递至液化设备的鼓风机可能会使气体过热，提高蒸发气体的温度。

此外，与保持模式相比，由于连接储罐至运载容器的其他管道系统和运载容器的储罐，在装载模式期间可能会产生明显更多的蒸发气体。

因此，至少在液化设备装载模式的初期，与保持模式期间产生的蒸发气体相比，可在更高温下并且以更大的数量产生蒸发气体。

在保持模式期间，蒸发气体流的温度和质量流速与装载模式期间相比更低。第一温度控制器可操作来通过改变过程流的质量流量使测量第一温度保持在第一设定点，从而向BOG热交换器提供所需热量来加热BOG热交换器供给流直至达到第一设定点温度。

当第二温度控制器的第二设定点温度选择成小于第一设定点温度时，这可以通过以下方式实现：通过与更冷的BOG旁通流相混合来降低暖热的BOG流的温度至第二设定点温度。BOG旁通流可处于比第一设定点温度更低的温度，因为它未经过BOG热交换器。BOG旁通流一般还低于第二设定点温度。第二温度控制器可以控制暖热的BOG流和BOG旁通流中的一个或两个的相对质量流量从而获得第二设定点温度。

举例来说，当测量第二温度高于第二设定点温度时，第二温度控制器会增加BOG旁通流的质量流速和/或降低BOG热交换器供给流的质量流速。当测量第二温度低于第二设定点温度时，第二温度控制器会减少BOG旁通流的质量流速和/或增加BOG热交换器供给流的质量流速。

当设备变为装载模式时，蒸发气体流的温度和质量流量与保持模式相比会增加。第一温度控制器可作用来通过改变过程流的质量流速将暖热的BOG流保持在第一设定点温度以改变BOG热交换器的负荷。这可包括增加过程流的质量流量以向BOG供给流的更高质量流量提供额外的加热，或者，如果由于其高温需要对BOG供给流加热较少，减少过程流的质量流量。

很明显，在一个实施例中，BOG热交换器具有的尺寸可设置成为BOG供给流提供最大的所需负荷。在装载模式期间，由BOG流的增加质量流量引起的额外的负荷通常大于由于BOG流温度的增加造成的负荷减少。因此装载模式产生最大的BOG热交换器负荷。

正如已经论述过的，当第二温度控制器的第二设定点温度选择成小于第一设定点温度时，暖热的BOG流的温度通过与BOG旁通流混合而降低到第二设定点温度。当从保持模式变成装载模式时，用来冷却暖热BOG流的BOG旁通流的温度将会增加。这可被第二温度控制器检测为测量第二温度的上升。因此，第二温度控制器可操作来增加BOG旁通流的质量流量和/或降低BOG热交换器供给流的质量流量，从而使温度受控的BOG流的温度降至第二设定点温度。换个角度看，因为未在BOG热交换器中进行加热而处于比温热BOG流更低温度的BOG旁通流可为下游经过BOG热交换器的暖热BOG流提供冷却。

当系统返回到保持模式时，蒸发气体流的温度和质量流量会下降。这可被检测为由于BOG旁通流温度的下降而造成的测量第二温度下降到低于第二设定点温度。为此，优选的是保持BOG旁通流中的质量流量。第二温度控制器将通过降低BOG旁通流的质量流量和/或增加BOG热交换器供给流的质量流量而作出反应，以便使温度受控的BOG流的温度向第二设定点温度升高。

第一温度控制器还可以检测到由于BOG热交换器供给流的温度下降而造成的测量第一温度下降到低于第一设定点温度，这在过程流提供的负荷没有变化的情况下将导致暖热BOG流的温度下降。第一温度控制器可通过增加过程流的质量流量做出反应以便为当前温度较低的BOG热交换器供给流提供额外冷却，致使暖热BOG流的温度增至第一设定点温度。在这种情况下，第一和第二温度控制器可以同时检测出测量第一温度和测量第二温度的降低。

按照这种方式，可在要求温度下向BOG压缩机提供温度受控的蒸发气体流。这种温度可在蒸发气体流和过程流的温度范围内。蒸发气体流的温度可取决于设备处于保持模式还是装载模式。本发明可用来通过由过程流提供加热来防止过低温度的流经过BOG压缩机，例如在保持模式期间。

所属技术领域的普通技术人员将会理解，本发明可以许多不同方式实现而不脱离所附权利要求的范围。

Claims

1.一种处理来自低温存储液化烃储备的蒸发气体流的方法，至少包括以下步骤：

－由液化烃储罐提供蒸发气体流；

2.如权利要求1所述的方法，进一步包括如下步骤：

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，过程流是在预设的过程流温度下提供的。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，响应于暖热的蒸发气体流的测量第一温度来控制过程流的质量流量包括如下步骤：

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，响应于温度受控的蒸发气体流的测量第二温度来控制蒸发气体热交换器供给流和蒸发气体旁通流中的一个或两个的质量流量包括如下步骤：

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，响应于温度受控的蒸发气体流的测量第二温度来控制蒸发气体热交换器供给流和蒸发气体旁通流中的一个或两个的质量流量包括如下步骤：

7.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，进一步包括：

－提供烃供给流；

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，过程流至少包括来自烃供给流的一部分，所述来自烃供给流的一部分在蒸发气体热交换器中进行热交换之后被至少部分地加入到液化烃储罐内的低温存储液化烃储备中。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，过程流中的所述来自烃供给流的一部分是由滑流形成的，该滑流绕过与在制冷剂回路中循环的所述至少一种制冷剂进行的热交换的至少一部分，以便在蒸发气体热交换器内进行热交换。

10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，过程流至少包括从在制冷剂回路中循环的至少一种制冷剂中获得的一制冷剂流。

11.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，将至少部分液化烃流加入到低温存储液化烃储备中的步骤包括如下步骤：

－将液化烃流传送至低温储罐；和

－将顶部烃流加入到蒸发气体流中。

12.一种用来处理来自低温存储液化烃储备的蒸发气体流的设备，所述设备至少包括：

－用来控制过程流的质量流量的过程流阀；

13.根据权利要求12所述的设备，进一步包括：

14.根据权利要求12或13所述的设备，进一步包括：

－用于使制冷剂循环的制冷剂回路；

15.根据权利要求14所述的设备，其特征在于，蒸发气体热交换器的第二进口设置为接收来自烃供给流的至少一部分，由此过程流包括来自烃供给流的至少一部分，并且蒸发气体热交换器的第二出口连接到液化烃储罐。

16.根据权利要求14所述的设备，其特征在于，蒸发气体热交换器的第二进口和第二出口连接到制冷剂回路，由此过程流包括至少一部分制冷剂。