CN102725604A - 用于增强的天然气生产的超导系统 - Google Patents

Abstract

提供了用于天然气液化或再气化的天然气加工设备。该设备包括主要加工单元，例如制冷单元，用于将天然气温热或冷却到至少液化的温度。设备还具有并入设备的超导电组件。超导电组件包含超导材料，以便与通过使用常规的电组件经历的相比，设备的电效率提高至少1%。超导电组件可以是一个或多个电机、一个或多个发电机、一个或多个变压器、开关装置、一个或多个输电导体、变速驱动器或其组合。

Description

用于增强的天然气生产的超导系统

相关申请的交叉引用

本申请要求于2010年1月27日提交的、名称为“SuperconductingSystem for Enhanced Liquefied Natural Gas Production（用于增强的天然气生产的超导系统）”的美国临时专利申请号61/298,799，以及于2010年12月15日提交的、名称为“Superconducting System For EnhancedNatural Gas Production（用于增强的天然气生产的超导系统）”的美国临时专利申请号61/423,396的优先权和权益，通过引用将它们并入本文。

发明领域

本发明涉及气体加工和天然气冷却或温热的领域。更具体地，本发明涉及超导组件在液化天然气设备中的用途。

背景

随着世界对化石燃料的需求增加，能源公司发现其自身寻求位于世界更遥远地区的烃资源。这种寻求发生在岸上和离岸。化石燃料的一种类型是天然气。术语“天然气(natural gas)”通常是指甲烷。天然气也可包括乙烷、丙烷，以及痕量成分的氦、氮、CO₂和H₂S。

商业可得数量的天然气通常是在远离现有天然气市场的位置发现的。因此，需要将天然气运输很远的距离。这时常通过跨越大洋的油轮完成。

为了增加油轮对于运输的气态商品的容积量，将天然气液化是众所周知的。液化是通过将气相产品冷却以使其冷凝为液相进行的。这又减小其体积以便于经济的运输到遥远的市场。

冷凝的天然气产品通常被称为液化天然气或“LNG”。LNG大约占气态天然气体积的1/600。LNG通常是无味、无色、无毒且无腐蚀性的。已经设计了专门的LNG容器以运输LNG。此外，已经建立了LNG接收站(terminal)，其接收卸载的LNG并将LNG汽化回其天然气形态。在一些情况下，卸载的LNG储存在岸上或近岸的油罐中，或在地下储库中。在其它情况下，卸载的LNG被释放到天然气传输网中用于现有天然气市场。

在原始生产的地区，液化过程是在LNG厂中进行的，这可能是资本高度集约的。需要大型制冷单元以将天然气下降到相变为液态所需的温度。在甲烷的情况下，冷凝点大约为-162℃(-260℉)。

在LNG厂中，在生产中放置一个或多个制冷剂流与天然气热交换。制冷剂通常是纯组分烃，比如甲烷、乙烷、乙烯、丙烷、丁烷、戊烷或这些组分的混合物。氮也可以用在掺和物中。非常大规模的LNG液化厂有助于世界上一些最低单位成本的低温制冷系统。

LNG厂依赖于大型压缩机。在大多数LNG厂中，制冷压缩机由大型燃气轮机直接驱动。这些工厂可以使用发电机以对驱动较小负荷的电机提供电力。压缩机和发电机需要显著的发电和相当大的配电系统。

也应当注意，许多当前在生产中并可用于液化天然气加工的储集层在相对深的水中。这种水趋向远离陆地。为了减少将生产的气体运输到海岸的基础设施和成本，LNG产业已经考虑发展浮动的LNG加工厂。在这种情况下，天然气将被现场冷却，随后直接卸载到用于立即运输的LNG油轮上。

一个与这种离岸项目相关的挑战涉及非常大型LNG生产设备的空间和重量要求。将这种大型设备放置在船的甲板上或船体内可能在商业上不可行。替代方案是用例如结构钢建造平台。这也需要显著的基础设施成本。

LNG接收站和再汽化设备也可以是离岸或岸上的，并且需要泵和其它旋转设备。这些设备常常具有独立的发电设备，或紧挨发电设备建造，所述发电设备利用天然气作为燃料源，用于通过可能包括联合循环发电的燃气轮机和发电机产生电力。

因此对于使用的设备占地(footprint)比当前使用的气体加工组件更小的气体加工厂、发电厂、LNG接收和再汽化设备存在需求。进一步对于使用的组件在电力利用上具有更高效率，使得燃料需求减少并且温室气体排放降低的气体加工厂、发电厂、LNG接收和再汽化设备存在需求。

发明概述

本文所述的设备和方法在天然气的加工方面具有各种益处。在各种实施方式中，这些益处可以包括使用的电组件具有比用于LNG厂的已知发电设备更小的占地和/或更小的重量。这些益处还可以包括合并超导电组件，比如电机、发电机、变压器、开关装置、输电导体、变速驱动单元或其它用于发电、传输、配电和使用的设备，以提供效率提高的电运行。提供的设备减少了驱动与LNG厂有关的涡轮和轴所需的能量。

提供的设备提高了机械动力或电力产生、分配和使用的效率，从而有益于LNG液化方法。增强的效率减少了资本成本和燃料需求。这也可以减少与可燃燃料驱动的发电相关的气体排放。此外，通过避免与在船或离岸平台上支撑较大气体驱动设备和传统发电机相关的基础设施，使用较小的加工组件提供了成本节约。

提供的天然气加工设备包括用于给设备提供电力的电源、主要加工单元例如用于冷却或温热天然气的制冷单元、至少一个超导电组件、流入制冷剂管线和流出制冷剂管线。该设备操作以温热/再汽化天然气或将天然气冷却为液化的状态。

附图简述

为了能够更好地理解本发明，在此附上一些图、图表、曲线图和流程图。然而，应当注意，这些图仅仅图解了本发明所选的实施方式并且因此不应当认为限制了范围，因为本发明可以容许其它等效的实施方式和应用。

图1是一个实施方式中可以用于支持液化天然气液化方法的超导电系统的示意图。

图2是一个实施方式中天然气液化设备的制冷方法的示意图。在这里，用于在主要LNG热交换器中冷却过冷天然气的制冷剂也用于冷却超导电组件。

图3是另一个实施方式中天然气液化设备的制冷方法的示意图。为了便于控制和设计，用于天然气液化和超导组件冷却的热交换器是分开的。用于在主要LNG热交换器中冷却过冷天然气的制冷剂同样也用于冷却超导电组件。

图4是另一个实施方式中天然气液化设备的制冷方法的示意图。在这里，用于冷却过冷天然气的制冷剂在独立于用于冷却超导电组件的制冷剂的环路中。

图5是另一个实施方式中天然气液化设备的制冷方法的示意图。在这里，LNG产品本身用于冷却超导电组件。

图6是另一个实施方式中天然气液化设备的制冷方法的示意图。在这里，过冷LNG本身用作冷却超导组件的制冷剂。从超导组件返回的LNG并入末端闪蒸罐(end-flash drum)，末端闪蒸气体返回到主要制冷单元。

图7是一个实施方式中天然气液化设备的辅助制冷方法的示意图。在这里，末端闪蒸气体或其它来自LNG厂的冷尾气流(cold off-gasstream)用于使冷却超导组件的制冷剂过冷。

某些实施方式的详述

定义

如本文所用，术语“烃(hydrocarbon)”是指这样的有机化合物，如果不是穷尽地，其主要包括元素氢和碳。烃也可以包括其他元素，比如但不限于卤素、金属元素、氮、氧和/或硫。烃通常分成两类：脂族或直链烃，和环状或闭环烃，包括环状萜烯。含烃物质的实例包括任何形式的可用作燃料或升级成燃料的天然气、油、煤和沥青。

如本文所用，术语“烃流体(hydrocarbon fluids)”是指为气体或液体的烃或烃混合物。例如，烃流体可包括在地层条件下、在加工条件下或在环境条件（15℃以及1个大气压）下为气体或液体的烃或烃混合物。烃流体可以包括例如油、天然气、煤层甲烷、页岩油、热解油、热解气、煤的热解产物以及其它处于气态或液态的烃。

如本文所用，术语“流体(fluid)”是指气体、液体及气体和液体的组合物，以及气体和固体的组合物，还有液体和固体的组合物。

如本文所用，术语“气体(gas)”是指在1个大气压和15℃下处于其气相的流体。

如本文所用，术语“可冷凝烃(condensable hydrocarbons)”是指在大约15℃和一个绝对大气压下冷凝成液体的那些烃。可冷凝烃可以包括碳数大于4的烃的混合物。

如本文所用，术语“非冷凝(non-condensable)”是指在25℃和一个绝对大气压下不冷凝成液体的那些化学种类。非冷凝种类可以包括非冷凝烃和非冷凝非烃种类，例如二氧化碳、氢、一氧化碳、硫化氢和氮。非冷凝烃可以包括碳数小于5的烃。

术语“液化天然气(liquefied natural gas)”或“LNG”是这样的天然气，一般已知其包括高百分比的甲烷，但是任选地其它成分和/或化合物，包括但不限于乙烷、丙烷、丁烷、二氧化碳、氮、氦、硫化氢或其组合，其被加工以去除一个或多个组分(例如，氦)或杂质(例如，水和/或重烃)，之后通过冷却在几乎大气压下冷凝成液体。

如本文所用，术语“油(oil)”是指主要含有可冷凝烃混合物的烃流体。

选择的具体实施方式的描述

本发明连同某些具体实施方式在本文被描述。然而，就下面的详述具体到特定实施方式或特定应用来讲，这意图只是例证性的并且不应当解释为限制本发明的范围。

如上所述，期望用较小的发电设备替代大型的可燃燃料动力涡轮或常规的电驱动器/发电机。近来，已经发展了允许电机和发电机在电力和机械动力之间以非常高的效率转化但具有较小占地的技术。这种技术利用了被称为超导性的现象。

首先，提供了用于天然气的再汽化或液化的设备。在一个方面，该设备包括给设备提供电力的电源。该电源将通常包括电网、至少一个燃气轮发电机或其组合。

设备也包括主要加工单元，例如制冷单元，其在一些实施方式中被理解为是设备中的唯一加工单元，即，加工单元。主要制冷单元将天然气至少冷却到液化的温度。主要制冷单元具有循环通过其中的第一制冷剂。第一制冷剂优选地通过制冷剂循环管线在主要制冷单元中循环。

设备操作以使天然气再汽化(regas)、或冷却到液化的状态。因此，设备包括天然气入口管线和天然气出口管线。天然气入口管线将天然气输送至主要制冷单元，天然气出口管线将液化天然气从主要制冷单元释放。在一些情况下，天然气入口管线中的天然气可以通过在前面的制冷单元被预冷却。

为了将天然气冷却以液化，设备包括第一制冷剂入口管线。第一制冷剂入口管线将第一制冷剂输送至主要制冷单元。第一制冷剂随后被输送至制冷剂循环管线。

为了促进液化过程，设备使用各种电组件。在本发明中，那些组件中的至少一些是超导电组件。超导电组件包含了超导材料以便提高由组件提供的运行的电效率，与通过使用常规的电组件以其它方式经历的相比，提高了至少1%。超导电组件可以表示一个或多个电机、一个或多个发电机、一个或多个变压器、一个或多个输电导体、一个或多个开关装置、一个或多个变速驱动器或其组合。

优选地，超导电组件比同等非超导组件的重量至少轻大约三分之一。另外，超导电组件优选地具有比同等非超导组件的占地至少小大约三分之一的占地。

超导电组件需要通过LNG或第二制冷剂的循环冷却。更具体而言，超导电组件需要保持在持续超导的临界温度以下。为了实现这一需求，设备包括流入制冷剂管线和流出制冷剂管线。流入制冷剂管线将LNG或第二制冷剂输送至超导电组件。这使得超导电组件保持在临界温度以下。流出制冷剂管线从超导电组件释放制冷剂。

在一个布置中，至少一个超导电组件是用于使轴转动的电机。轴使用于压缩或泵送LNG或制冷剂流的压缩机或泵的机械组件转动。在更优选的情况下，设备包括多个用于压缩或泵送气体或液体流的压缩机和/或泵，并且超导电组件包括多个用于转动各自轴的电机。各自轴使相应的用于压缩或泵送设备中气体和液体流的压缩机或泵的机械组件转动。

在一个方面，设备放置在离岸。在这个情况下，设备进一步包括离岸单元，其用于支持用于天然气液化或汽化的设备。离岸单元可以是，例如浮动容器、船形容器或建立在海底上的机械结构。

在一个实施方式中，第一制冷剂和第二制冷剂是相同的制冷剂。在该实施方式的一种执行中，第二制冷剂至少部分通过主要制冷单元冷却。对于该执行，设备可进一步包括制冷剂滑移管线(slip line)。制冷剂滑移管线将一部分第一制冷剂输送至流入制冷剂管线，该流入制冷剂管线用于将第二制冷剂输送至至少一个超导电组件。

在该实施方式的另一种执行中，第二制冷剂至少部分通过单独的制冷单元冷却。对于该执行，设备进一步包括辅助制冷单元，连同用于辅助制冷单元的流入制冷剂滑移管线和流出制冷剂滑移管线。流入制冷剂滑移管线从第一制冷剂入口管线取出一部分第一制冷剂，并将该部分第一制冷剂作为第三制冷剂输送至辅助制冷单元。流出制冷剂滑移管线将一部分第三制冷剂输送至流入制冷剂管线，该流入制冷剂管线用于将第二制冷剂输送至至少一个超导电组件。在一方面，辅助制冷单元的运行独立于主要制冷单元进行控制。

在另一个实施方式中，用于将至少一个超导电组件保持在临界温度以下的第二制冷剂包括独立的制冷剂，该独立的制冷剂具有不同于第一制冷剂的组成并且不与第一制冷剂流体连通。在该实施方式的一种执行中，第二和独立制冷剂在主要制冷单元中被冷却，并且与用于将第二制冷剂输送至至少一个超导电组件的流入制冷剂管线流体连通。被温热的独立制冷剂随后在独立于主要制冷压缩机的压缩系统中被压缩。

在该实施方式的另一个执行中，用于将至少一个超导电组件保持在临界温度以下的第二制冷剂包括一部分来自天然气出口管线的液化天然气。这部分液化天然气从天然气出口管线取出作为滑流，该滑流与用于将第二制冷剂输送至至少一个超导电组件的流入制冷剂管线流体连通。在一个实施方式中，第二天然气出口管线在冷却的中间或最后阶段取出这部分液化天然气。该冷却的中间或最后阶段可以提供过冷，其低于LNG液化通常所需的温度，但足以将超导组件冷却在临界温度以下。

对于处于其“正常(normal)”状态的导体，电流以连续或交替的电子“流(current)”的形式通过导体。电子穿过导体内的重离子晶格。随着电子通过晶格，它们不断地与晶格中的离子碰撞。在每次碰撞期间，由电流携带的一些能量被晶格吸收。因此，由电子流携带的能量消散。这种情况被称为电阻。

已知，金属导体的电阻率随温度的降低逐渐地减小。在常用的导体比如铜和银中，杂质和其它缺陷产生了下限。即便接近绝对零度，铜的典型样品也显示正电阻。然而，一些被称为超导体的材料，尽管不完美，但达到接近零的电阻。

超导性是指在非常低的温度下对电流几乎没有电阻的材料。这发生在不存在内部磁场的情况下。达到超导的材料被称为超导体。

每种超导体具有其各自的电阻下降到接近零的点。这个温度被称为“临界温度(critical temperature)”或T_c。

超导性由荷兰的Heike Kamerlingh Onnes于1911年发现。在当时，Onnes正在研究固体汞在深冷温度时的电阻。Onnes使用液氦作为制冷剂。Onnes观察到在4.2K的温度，固体汞的电阻突然消失。

在之后的数十年中，在几种其它材料中发现了超导性。例如，在1913年发现铅在7K时“超导”。现在已知超导发生在各种材料中。这些包括简单的元素如锡和铝，以及某些金属合金。超导一般不会发生在贵金属如金和银中，也不会发生在铁磁金属的纯样品中。

期望确定在较高温度时具有超导特性的材料。具体而言，期望确定这种材料，其中超导性在高于氮的沸点的温度。在大气压下，氮的沸点为77K。由于可以轻易地在现场从空气生产液氮，所以使用氮作为制冷剂在商业上是重要的。

在1986年，当时在苏黎世的IBM实验室工作的Georg Bednorz和Karl Miiller发现某些半导体氧化物在35K的温度成为超导。该材料是镧钡铜氧化物，其是氧缺乏的钙钛矿相关的材料。然而，临界温度显著低于氮的沸点。

其后不久，M.K.Wu等人发现了镧组分可以替换为钇，形成钇钡铜氧化物，或“YBCO”。YBCO是结晶的化合物，分子式为YBa₂Cu₃O₇。发现了YBCO在高于氮的沸点达到超导性。具体而言，YBCO将超导性的临界温度上升到大约92K。

后来发现其它铜酸盐超导体。重要的是，已经开发了铋锶钙铜氧化物，或BSCCO。BSCCO是高温超导体的成员，其具有一般性化学式Bi₂Sr₂Ca_nCu_n+1O_2n+6-d。BSCCO于1988年发现，并且代表第一个不含稀土元素的高温超导体。

BSCCO的具体类型通常用金属离子数量的顺序来提及。例如，BSCCO-2212表示为(Bi₂Sr₂Ca₁Cu₂O₈)。BSCCO-2223表示为(Bi₂Sr₂Ca₂Cu₃O₁₀)。这些BSCCO材料的每一个都具有超过90K的临界温度，其远高于液氮的沸点。发现YBCO的重要性是将材料冷却至临界温度以下所需制冷剂的成本低得多。

超导材料已被用在用于发电的组件的建造中。这些材料提供了减小的对电流的电阻。超导材料可以有益地用于电力电缆、转子和定子的磁体、等等。应当相信，通过用超导电组件替换标准电组件，从发电至终端应用的配电的效率相对于同等大小的设备提高了大约1%至3%。由于超导组件较高的电流密度，电机和发电机的大小和重量与其常规的相对物相比可以减少三分之一。

本文提出使用超导电组件。这种电组件包括超导的电机、发电机、变压器和传输线。超导材料可以减少这种组件的电阻，允许在LNG生产设备中输电所需材料的重量和体积减小，并且增加这种设备中电力使用、产生和消耗的效率。本文还提供了冷却超导电组件的方法。

超导组件可以应用于任何LNG设备中所需的大型电力负荷。这种负荷最经常与驱动压缩机的轴有关，所述压缩机用于操作入口气体、用于从油罐和装载系统中回收LNG汽化气体、以及用于产生一般操作工厂所需的电力。使用超导电组件在提供全电LNG系统方面是特别有利的，以便大型制冷压缩机可以由电动机驱动，而不是传统燃气轮机驱动的制冷压缩机。

电动机提供了相比于燃气轮机驱动的压缩机提高的可靠性。电动机还可以通过允许使用更高效的联合循环发电厂减少燃料消耗和排放物。最后，能量产生合并为电形式可以允许通过选择通常具有较小单位成本的较大燃气轮机驱动器获得成本降低。因此，例如，可以使用较小数量的给电系统提供动力的较大燃气轮机，而不是在每个制冷剂压缩机都具有燃气轮机。

超导组件的缺点是其在深冷温度操作。如所示，材料在正常导电和超导之间过渡时的温度称为临界温度。所谓的高温超导(HTS)材料是那些临界温度高于液氮的大气沸点(77K)的材料。迄今为止已知最高的临界温度是138K。铋锶钙铜氧化物(BSCCO)具有大约95K至107K的临界温度。有益地，BSCCO材料具有形成超导电线的能力。值得注意LNG的大气沸点大约为105K。

为了保持超导材料冷却，必须提供冷却剂或“制冷剂(refrigerant)”。典型地，对于HTS材料，液氮由于其容易获得而使用。从外部供应得到液氮或用“低温冷却器(cryo-cooler)”从大气中产生液氮。通常不单独使用氮来冷却天然气产品以液化，相反，使用烃气体比如甲烷、乙烷、乙烯、丙烷、丁烷、戊烷或这些组分的混合物。氮优选地与一种或多种烃气体掺合使用，或者在一些情况下，以纯的形式但结合之前的烃制冷运行使用。由于天然气液化在商业上是以这种大规模进行的，因此正是极低单位成本的低温制冷的根源可有利地用于获得超导组件的低成本冷却。

图1是一个实施方式中可以用于支持液化天然气液化方法的超导电系统100的示意图。在系统100中，出于最大化效率和节约重量，所有电组件都是超导的。然而，应当理解系统100可以修改以便只有一个子集的组件或者甚至只有一个或两个选择的单个组件是超导的。如本文所用，所有非超导的电组件可以被称为常规组件。

在系统100中，首先提供机械能量源110。机械能源110可以是燃气轮机。可选地，机械能量源110可以是柴油机、蒸汽轮机、或者工艺气体或液体膨胀轮机(liquid expansion turbine)。机械能量源110驱动超导发电机120。超导发电机120随后产生电力。

优选地，电力通过超导传输线10传输。之后电力可以通过超导变压器130被转换、升压或降压为更合适的配电电压。

机械能量源110、发电机120、传输线10和变压器130一起作为发电单元运行，以给LNG生产设备中许多电力负荷的任何一种提供能量。较大的LNG设备可以共同使用一些发电单元。在图1的布置中，通过超导传输线20给电力负荷提供电能或动力。然而，应当理解机械能量源110、发电机120、传输线10和变压器130可以被连接现有商业电网的联络(tie-in)取代或补充。电网随后将通过作为“最后距离(lastmile)”联络的超导传输线20输送电力。

LNG生产设备中的电力负荷表示各种电组件。一个这种负荷是压缩机140。压缩机140压缩气流。流进入管线在142可见。压缩机140随后排放较高压强的气流。高压气流在144示出。压缩机140可以是各种压缩机中的任意一种。例如，压缩机140可以是用于将从液化天然气释放的、被称为“汽化气体(boil-off gas)”的气体加压的压缩机。本领域普通技术人员将理解天然气的液化过程偶然地在各个阶段造成冷甲烷或其它制冷剂汽化。压缩机还可以用于对温热的制冷剂再增压。

压缩机140由超导电机145驱动。电机145可以通过结合超导传输线30和超导变压器150以所需电压供应。

其它重要的电力负荷可以存在于天然气液化厂中。这些可以表示附加的压缩机。图1呈现了两个附加的压缩机160和180。压缩机160可以是例如第一制冷剂压缩机，而压缩机180可以是例如冷却水泵、第二制冷剂压缩机或其它机械负载。

压缩机160、180中的每一个压缩气流或泵送液流。各流进入管线在162和182可见。压缩机160、180随后排放较高压的气流。高压流在164和184示出。

压缩机160、180通过各自的超导电机165、185驱动。电机165、185通过结合超导传输线40、50以所需电压供应，并且可需要相应的超导变压器170、180。因此，与附加的压缩机160、180相关联的组件也可以用超导体运行。

超导电系统100可以具有附加的压缩机和泵，以及相关的变压器、电机和气体或液体流。这通过虚线105示意地显示。另外，且如上所示，超导电系统100本身是LNG设备的一部分，其可以具有附加的发电单元，也就是发电组件，比如机械能量源110、发电机120、传输线10和变压器130。

所有的超导电组件必须保持在深冷温度。超导组件可以是例如发电机120、电机145，165，185、传输线30，40，50、以及变压器130，150，170，190。超导组件通过循环的制冷剂冷却。在下面讨论的图中，超导组件以方框1000示意地共同表示。另外，在下面讨论的图中，用于冷却组件1000的流入制冷剂管线在1010示出，同时流出温热制冷剂管线在1020可见。

图2呈现了一个实施方式中天然气液化设备200的第一制冷剂方法的示意图。超导电组件在方框1000可见。电组件1000与设备200或LNG加工厂结合以产生或配送电力。

在图2的设备200中，首先可见大型制冷单元1030。合适的制冷单元的实例包括铜焊铝板翅型(brazed aluminum plate fin-type)热交换器、一套并联的管壳式热交换器或者螺旋缠绕型热交换器。天然气通过气体输送管线1032进入制冷单元1030。任选地，输送管线1032中的天然气已经在一个或多个冷却交换器中用环境介质(未显示)预冷却。另外，输送管线1032中天然气的附加预冷却可以通过一个或多个前面阶段的制冷单元(未显示)来提供。因此，制冷单元1030可仅仅是设备200的液化方法中最后或最冷的热交换器。在一些情况下，制冷单元1030可以是唯一的制冷单元。

冷却的天然气作为冷的液化天然气或LNG离开制冷单元1030。LNG通过LNG管线1034离开液化设备200。在一个实施方式中，管线1034中的LNG大约-260℉。LNG通常在制冷单元1030最冷的点排出。可选地，LNG可以在制冷单元1030中间的点排出。LNG最终移动至越洋船舶上的保温(insulated)储罐或至保温油罐车，以运输到天然气市场。然而，本领域技术人员将理解LNG将在一些情况下需要进一步加工。例如，压力罐(比如图6中所示的罐652)可以用于最终冷却以及用于产生可用作原料气或燃料的“末端闪蒸(end flash)”气体。

制冷剂用于在制冷单元1030中冷却过冷的天然气。制冷剂包括组分烃，比如甲烷、乙烷、乙烯、丙烷、丁烷、戊烷或这些组分的混合物。可选地或另外，制冷剂可以包括氮。制冷剂通过管线210引入到制冷单元1030。在这个阶段，制冷剂通常被冷却到大约120℉的环境温度。然而，可以施加使用丙烷的进一步预冷却，以便将管线210中的制冷剂预冷却到更低的温度，比如大约-40℉。

来自管线210的制冷剂循环通过制冷单元1030。制冷剂循环管线在220示出。虽然循环管线220显示在制冷单元1030的外面，应当理解管线220可以在制冷单元1030内或与其紧邻，用于使制冷剂作为工作流体循环。由于通过制冷单元1030的循环，在一个实施方式中，管线220中的工作流体被冷却到大约-150℉。

循环管线220中的大多数工作流体可以通过膨胀阀222。这可用于进一步冷却工作流体。作为替代方案，可用水轮机或气体膨胀器(gasexpander)替代膨胀阀222。在任何情况下，进一步冷却的工作流体移动通过管线224。在一个实施方式中，管线224中进一步冷却的工作流体大约-270℉。管线224中进一步冷却的工作流体循环回到制冷单元1030，用于进一步与来自管线1032的天然气和来自管线210的温热制冷剂热交换。通过管线224循环工作流体提供了用于液化方法的冷却能量的守恒。

温热的低压制冷剂离开制冷单元1030。这在温热制冷剂流226可见。这表示充分热交换的制冷剂。在一个实施方式中，比如当来自管线210的初始制冷剂没有预冷却，制冷剂在大约100℉的温度。当制冷剂用丙烷预冷却，管线226中温热制冷剂的温度大约是-60℉。制冷剂随后移动通过压缩机230，以再次压缩。

本领域普通技术人员将理解，在可选的制冷方法中，制冷单元1030可以分解为一些热交换装置，其中热量在从管线1032进入的天然气和单独串联的或并联的装置中的预冷却制冷剂210之间交换。

在到压缩机230的途中，管线226中的制冷剂优选地与通过管线1020离开超导电组件1000的制冷剂合并。在图2的布置中，管线1020中的制冷剂与管线210中的制冷剂相同。在一个实施方式中，管线1020中制冷剂的温度从大约-320℉至大约-240℉。

本领域普通技术人员将理解，合并具有相似温度的流体管线是更有效的。管线1020中的制冷剂比管线226中温热的制冷剂冷得多。因此，优选的是管线1020中的制冷剂实际上在与管线226中温热的制冷剂合并之前按路线返回通过制冷单元1030。例如，管线1020中的制冷剂可以与管线224中冷却的工作流体合并。这允许系统100利用从管线1020中的制冷剂可得到的冷却能量。作为替代方案，由于对于超导组件要达到更低温度的需求，管线1020中的制冷剂可以下降到比管线226中的制冷剂更低的压力。因此，在与管线226中温热的制冷剂合并之前，管线1020可以供给压缩机(未显示)以平衡压力。

如所示，来自管线226的温热的制冷剂被输送至压缩机230。压缩机230可以由电动机驱动。电机(未显示)具有转动压缩机230中的轴或其它机械部件的轴。电机(未显示)可以是方框1000的超导电组件中的一个。

当离开压缩机230时，制冷剂通移动过管线232并输送至热交换器240a以冷却。热交换器240a可以使用环境介质以冷却。如所示，制冷剂通常被冷却到大约120℉的温度。优选地，制冷剂进一步通过第二热交换器240b。如所示，用另一个制冷系统进一步预冷却冷却了制冷剂。在丙烷制冷剂系统的情况下，来自管线232的制冷剂可以被冷却到更低的温度，比如大约-40℉。从而再次产生冷制冷剂流210。

重新回到管线220中的制冷剂，部分冷却的制冷剂的一部分作为滑流225被保留。滑流225中制冷剂的温度与管线220中的制冷剂相同，也就是大约-150℉。滑流225穿过膨胀阀228以进一步冷却制冷剂。作为替代方案，可用水轮机或气体膨胀器替代膨胀阀228。在任何情况下，进一步冷却的制冷剂成为用于冷却超导电组件1000的流入制冷剂管线1010。管线1010中的制冷剂必须要冷却到超导组件的临界温度以下。在一个实施方式中，膨胀阀228(或其它冷却装置)将流入制冷剂管线1010的制冷剂冷却到大约-320℉。

可见，在液化设备200中，用于冷却来自管线1032的天然气的制冷剂也可以是在用于冷却超导组件1000的流入制冷剂管线1010中使用的制冷剂。这也提供了用于超导电组件1000的现成且便宜的冷却剂来源。

应当理解，图2所示的冷却方法需要超导组件1000具有这样的临界温度，该临界温度高于LNG制冷剂流225的膨胀能达到的温度。因此，氮基制冷剂可以是最适用于图2的设备200的。

在一个实施方式中，设备200包括分离器，比如重力分离器或旋液分离器(未显示)。当制冷剂是物质混合物时使用分离器。分离器沿管线224放置，以将较轻组分比如氮和甲烷与其它制冷剂组分比如乙烷或重烃分离。较轻的组分可随后传送通过管线225，作为部分或者甚至全部的超导电组件1000的专用制冷剂。

应当注意，在启动期间，可能需要超导组件1000的一些初始冷却。这允许电系统100在LNG制冷系统200启动之前充分起作用。这个问题可以通过提供用于容纳制冷剂来源的储罐1040来解决。来自储罐1040的制冷剂通过管线1042被输送至电组件1000，作为外部冷却流。

来自储罐1040用作制冷剂的初始工作流体可以是与在用于持续冷却超导组件的常规操作期间使用的制冷剂相同的类型。可选地，可以使用不同的组成。出于这个目的，液氮是优选的制冷剂。初始工作流体可能需要通过出口管线1044从设备200中移除到合适的处置。处置可以包括用作现场的燃料气体。在氮或者氦的情况下，材料可被简单地排放。在轻烃的情况下，材料可被燃烧。

在一个方面，通过管线1042运送的初始工作流体的温度比之后的LNG滑流225的温度要高。尽管如此，该较暖温度的初始工作流体将足够冷以预冷却电组件1000，以便在用更冷的LNG持续冷却之前基本上减小电组件的电阻。例如，通过管线1042运送的初始工作流体的温度可以是大约-100℉。

图3描述了图2中的气体加工设备的可选形式。图3是天然气液化设备300的制冷剂方法的另一个示意图。设备300共用了设备200的许多组件。例如，超导电组件再次在方框1000可见。电组件1000与设备300结合以提供运行的电力。

大型制冷单元1030再次可见。天然气通过气体输送管线1032进入制冷单元1030。优选地，输送管线1032中的天然气已经在一个或多个冷却塔中或通过一个或多个前面阶段的制冷单元(未显示)预冷却。因此，制冷单元1030可以表示液化方法中最后或最冷的热交换器。

冷却的天然气作为冷的液化天然气或LNG离开制冷单元1030。LNG通过LNG管线1034离开液化设备300。在一个实施方式中，管线1034中的LNG大约-260℉。LNG最终移动至越洋船舶上的保温储罐，用于运输到天然气市场。然而，再一次，LNG可以通过泄压罐(pressure let-down drum)进一步加工，用于LNG的“末端闪蒸”。

制冷剂用于在制冷单元1030中冷却过冷天然气。制冷剂可以是纯组分烃，比如甲烷、乙烷、乙烯、丙烷、戊烷或这些组分的混合物。对于设备300，氮优选地用作混合物的大部分。制冷剂通过管线310引入到制冷单元1030。在这个阶段，制冷剂通常被冷却到大约120℉的环境温度。然而，可以应用进一步的预冷却，以便将管线210中的制冷剂预冷却。在丙烷制冷剂系统的情况下，来自管线310的制冷剂可以冷却到大约-40℉。

来自管线310的制冷剂循环通过制冷单元1030。目的是提供与来自管线1032的预冷却天然气热交换。制冷剂循环管线在330示出。虽然管线330显示在制冷单元1030的外面，但应当理解管线330可以在制冷单元1030内或与其紧邻，用于使制冷剂作为工作流体循环。由于通过制冷单元1030的循环，在一个实施方式中，管线220中的工作流体被冷却到大约-150℉。如图2中，管线1032中的天然气和来自管线310的温热制冷剂的冷却可以在串联的或并联的热交换装置中完成。

在图3的设备300中，管线330中的工作流体全部穿过膨胀阀332。这可用于进一步冷却工作流体。作为替代方案，可用水轮机或气体膨胀器替代膨胀阀332。在任何情况下，进一步冷却的工作流体移动通过管线334，并且全部回到制冷单元1030，用于进一步与来自气体管线1032的天然气和来自管线210的天然气热交换。不使用图2的滑流225。

温热的低压制冷剂离开制冷单元1030。这在温热制冷剂流336可见。这表示完全热交换的制冷剂。在一个实施方式中，比如当来自管线310的初始制冷剂没有预冷却，制冷剂在大约100℉的温度。当制冷剂被预冷却，管线336中温热制冷剂的温度大约是-60℉。制冷剂随后移动通过压缩机230，以再次压缩。

在到压缩机230的途中，管线336中的制冷剂优选地与通过管线326离开超导电组件1000的制冷剂合并。在一个实施方式中，管线326中制冷剂的温度大约与管线226中的相同。

为了冷却超导电组件1000，移出一部分来自管线310的制冷剂。管线312显示了取自管线310的LNG滑流。LNG滑流312直接进入第二制冷单元1050。来自管线312的制冷剂循环通过第二制冷单元1050用于冷却。

来自管线312的制冷剂循环通过第二制冷单元1050。制冷剂按路线通过管线320。管线320中的工作流体可以穿过膨胀阀328。作为替代方案，可以用水轮机或气体膨胀器替代膨胀阀328。这可用于进一步冷却工作流体。进一步冷却的工作流体移动通过管线1010以冷却超导组件1000。在一个实施方式中，管线328中进一步冷却的工作流体大约-320℉。

制冷剂通过管线1020离开超导组件。管线1020中的制冷剂被再次引入第二制冷单元1050以对工作流体提供冷却。温热的低压制冷剂随后离开第二制冷单元1050。这在温热制冷剂流326可见。温热制冷剂随后移动通过压缩机230以再次压缩。在到压缩机230的途中，管线326中的制冷剂优选地与通过管线1020离开超导电组件1000的制冷剂合并。另外，管线326中的温热制冷剂与来自管线336的温热制冷剂合并。

本领域普通技术人员将理解合并具有相似温度的流体管线是更有效的。管线326和336中的制冷剂尽管未必相同，但将具有相似的温度，从大约-60℉一直到大约100℉。在一些情况下，管线326中的制冷剂的压力将低于管线336中的制冷剂。因此管线326中的流体在与管线336合并之前可能需要在增压压缩机(未显示)中压缩。

如所示，来自管线326和336的温热的制冷剂被输送至压缩机230。压缩机230可以由电动机驱动。电机(未显示)具有转动压缩机230中的轴或其它机械部件的轴。电机(未显示)可以是方框1000的超导电组件中的一个。

当离开压缩机230时，来自管线326和336的结合的制冷剂移动通过管线232并输送至热交换器340a以冷却。热交换器240a可以使用环境介质冷却。优选地，制冷剂进一步穿过第二热交换器340b，其中制冷剂通过另一个制冷单元冷却，例如在丙烷的情况下，被冷却到大约-40℉。从而再次产生冷制冷剂流310和滑流312。

可见，在液化设备300中，用于冷却LNG的制冷剂再次用于冷却超导电组件1000。然而，在系统300中，用于天然气液化的热交换器1030与用于超导组件冷却的热交换器1050分离。由于这两种功能之间的所需制冷工作有很大差别，所以这种布置是有利的。两个制冷单元1030、1050的使用有利于设计、控制和操作。

图4呈现了另一个实施方式中天然气液化设备400的制冷方法的示意图。设备400共用了设备200的许多组件。例如，超导电组件再次在方框1000可见。电组件1000与设备400结合以提供运行的电力。

大型制冷单元1030再次可见。天然气通过气体输送管线1032进入制冷单元1030。优选地，输送管线1032中的天然气已经在一个或多个冷却塔中或通过一个或多个前面阶段的制冷单元(未显示)预冷却。因此，制冷单元1030可以表示液化方法中最后或最冷的热交换器。

冷却的天然气作为冷的液化天然气或LNG离开制冷单元1030。LNG通过LNG管线1034离开液化设备400。在一个实施方式中，管线1034中的LNG大约-260℉。LNG最终移动至越洋船舶上的保温储罐，用于运输到天然气市场。可选地，可以装载保温的长途运输的油罐车。还可选地，LNG可以通过泄压罐(未显示)进一步加工，用于LNG的“末端闪蒸”和附加冷却。

制冷剂用于在制冷单元1030中冷却过冷天然气。制冷剂可以是纯氮，或者可以是纯的或混合的烃制冷剂、氦气或其它低温沸点的气体。制冷剂通过管线442引入到制冷单元1030。在这个阶段，制冷剂通常被冷却到大约120℉的环境温度。然而，可以应用进一步预冷却，以便预冷却管线442中的制冷剂。在丙烷制冷剂系统的情况下，管线442中的制冷剂可被冷却到更低的温度，大约-40℉。

来自管线442的制冷剂循环通过制冷单元1030。目的是提供与来自管线1032的预冷却的天然气热交换。制冷剂循环管线在420示出。虽然管线420显示在制冷单元1030的外面，应当理解管线420可以在制冷单元1030内或与其紧邻，用于使制冷剂作为工作流体循环。由于通过制冷单元1030的循环，在一个实施方式中，管线420中的工作流体被冷却到大约-150℉。

在图4的设备400中，管线420中的工作流体全部穿过膨胀阀422。这可用于进一步冷却工作流体。作为替代方案，可用水轮机或气体膨胀器替代膨胀阀422。在任何情况下，进一步冷却的工作流体移动通过管线424，并且全部回到制冷单元1030，用于进一步与来自气体管线1032的天然气和来自管线442的原始制冷剂交换。如图2中，管线1032中的天然气和来自管线442的温热制冷剂的冷却可以在串联的或并联的热交换装置中完成。

温热的低压制冷剂离开制冷单元1030。这在温热制冷剂流426可见。这表示完全热交换的制冷剂。在一个实施方式中，比如当来自管线410的初始制冷剂没有预冷却，制冷剂流426中的制冷剂在大约100℉的温度。当来自管线410的制冷剂用丙烷预冷却时，制冷剂流426中的温热制冷剂温度大约是-60℉。流426中的制冷剂随后移动通过压缩机230，以再次压缩。在图4的设备400中，温热制冷剂流426不像设备200和300中进行的那样与通过管线1020离开超导电组件1000的制冷剂合并。

温热制冷剂流426通过管线423离开压缩机430。管线432中的工作流体可以通过经由热交换器440进一步冷却。热从热交换器440内的冷却回路中排出，优选地排到环境介质。冷却的工作流体随后通过管线442进入制冷单元1030。如之前，来自管线410的初始制冷剂进一步例如用丙烷制冷预冷却到-40℉。

为了冷却超导电组件1000，使用独立制冷剂流。这在管线425示出。这意味着不像设备200和300中那样使用制冷剂的滑流。该独立制冷剂的组成与管线442中工作流体的组成不同。

管线425中的独立制冷剂穿过膨胀阀428以进一步冷却管线425中的制冷剂。可用水轮机或气体膨胀器取代膨胀阀428。在任何情况下，冷却的独立制冷剂成为用于冷却超导电组件1000的流入制冷剂管线1010。流入管线1010中制冷剂的温度大约是-320℉。流入的制冷剂可以任选地为混合气液相。

独立制冷剂随管线1020离开电力系统1000。独立制冷剂现处于温热和汽化的状态，已经与超导电组件1000进行了热交换。独立制冷剂在大约-320℉至-240℉的温度。管线1020中的独立制冷剂通过压缩机230移出。压缩的制冷剂或工作流体在管线232离开压缩机230。在一些实施方式中，独立制冷剂在送入压缩机230之前可以返回通过制冷单元1030以提供附加的冷却。

工作流体随后通过经由热交换器450冷却。热从热交换器450内的冷却回路中排出。工作流体可以通过环境介质或中间温度的制冷剂冷却，这取决于LNG液化方法。从而再次产生冷制冷剂流410。在一些情况下，如果管线232中工作流体的温度比管线442中制冷剂的温度低，则可以完全绕开热交换器440。

可见，在液化设备400中，用于超导电组件1000的冷却流与LNG流1034物理上分离。换句话说，用于冷却来自管线1032的过冷天然气的制冷剂在独立于用于冷却超导电组件1000的制冷剂的环路中。用于冷却超导电组件1000的冷却流1010可具有或可不具有与用于冷却气体输送管线1032中的预冷却天然气的制冷剂410相同的组成。然而，冷却流1010的确共用来自制冷单元1030的LNG制冷。独立制冷剂和压缩机允许设置独立制冷剂的组成和压力继而温度的灵活性。这允许控制独立制冷剂温度以便将其保持在超导组件的临界温度以下，无论独立制冷剂的要求如何。

当超导组件1000需要冷却的温度在临界温度以下的液氮，但选择的LNG方法不具有大型氮制冷剂环路时，图4的设备400是特别有益的。

如图3中，制冷单元1030可以被分离为独立并联的热交换器，用于更好的设计、控制和操作LNG和超导组件冷却。在这种实施方式中，管线442中的流体将被分离，随后送往并联的交换器。之后来自并联的热交换器的温热制冷剂流将在压缩机430之前被重新合并以形成温热的制冷剂流426。

在图5中提供了将超导电组件集成到LNG加工厂中的另一种布置。图5是一个可选实施方式中气体加工设备500的示意图。设备500共用了设备200的许多组件。例如，超导电组件再次在方框1000可见。电组件1000与设备500结合以提供运行的电力。

大型制冷单元1030再次可见。天然气通过气体输送管线1032进入制冷单元1030。优选地，输送管线1032中的天然气已经在一个或多个冷却塔中或通过一个或多个前面阶段的制冷单元(未显示)预冷却。因此，制冷单元1030可以表示液化方法中最后或最冷的热交换器。

冷却的天然气作为冷的液化天然气或LNG离开制冷单元1030。LNG通过LNG管线1034离开液化设备500。LNG最终移动至越洋船舶上的保温储罐，用于运输到天然气市场。然而，再一次，LNG可以通过泄压罐(未显示)进一步加工，用于LNG的“末端闪蒸”。

制冷剂用于在制冷单元1030中冷却天然气。制冷剂可以是纯组分烃，比如甲烷、乙烷、乙烯、丙烷、丁烷或这些组分的混合物。氮也可用在混合物中。制冷剂通过管线510引入到制冷单元1030。在这个阶段，制冷剂通常被冷却到大约120℉的环境温度。然而，可以应用进一步的预冷却，以便将管线510中的制冷剂预冷却。在丙烷制冷剂系统的情况下，制冷剂可以冷却到大约-40℉。

来自管线510的制冷剂循环通过制冷单元1030。目的是提供与来自管线1032的预冷却的天然气热交换，并且进一步冷却管线510中的制冷剂。制冷剂循环管线在520示出。虽然管线520显示在制冷单元1030的外面，应当理解循环管线520可以在制冷单元1030内或与其紧邻，用于使制冷剂作为工作流体循环。由于通过制冷单元1030的循环，在一个实施方式中，管线520中的工作流体被冷却到大约-150℉。

在图5的设备500中，制冷剂循环管线520中的工作流体全部穿过膨胀阀522。这可用于进一步冷却工作流体。作为替代方案，可用水轮机或气体膨胀器替代膨胀阀522。在任何情况下，进一步冷却的工作流体移动通过管线524，并且全部回到制冷单元1030，用于进一步与来自气体管线1032的天然气和来自管线510的天然气热交换。不使用图2的滑流225。如图2中，冷却管线1032中的天然气为LNG和冷却来自管线410的温热制冷剂可以在串联的或并联的热交换装置中完成。

温热的低压制冷剂离开制冷单元1030。这在温热制冷剂流526可见。这表示完全热交换的制冷剂。在一个实施方式中，比如当来自管线510的初始制冷剂没有预冷却，制冷剂在大约100℉的温度。当制冷剂被预冷却，管线526中温热制冷剂的温度大约是-60℉。在温热制冷剂流526中的制冷剂随后移动通过压缩机230，以再次压缩。

当离开压缩机230时，制冷剂移动通过管线232并输送至热交换器540a以冷却。热交换器540a可以使用环境介质冷却。优选地，制冷剂进一步穿过第二热交换器540b。从而再次产生冷制冷剂流510。

为了冷却超导电组件1000，从LNG管线1034移出液化天然气的滑流。滑流在管线1036可见。管线1036中的滑流基本上是液相，但也通常具有混合的气相。在一个实施方式中，滑流1036中的LNG在-260℉。

管线1036中的滑流优选地移出通过膨胀阀528。可选地，可用水轮机或气体膨胀器取代膨胀阀528。结果是进一步冷却管线1036中的LNG滑流。冷却的LNG被送往流入制冷剂管线1010并用于冷却超导电组件1000。

在图5的设备500中，流入制冷剂管线1010中的制冷剂冷却超导组件1000，之后作为流出温热制冷剂管线1020离开。温热的制冷剂再次构成汽化的天然气并在大约-250℉。温热的制冷剂与管线534进入的其他低压低温天然气流合并。合并的流进入压缩机530，在那里增压，然后制冷剂通过管线532排放。低压低温的天然气流可以是，例如，在LNG油轮的装载期间从油罐移走的末端闪蒸气体，或从LNG储罐汽化的气体。

管线1040中的天然气任选地返回到主要LNG制冷单元1030。另外，管线532中的一部分温热气体可以通过管线536传送，并在天然气液化设备500处用于燃料气体。

应当注意，在图5的设备布置500中，随着超导组件1000被冷却，来自天然气的重烃组分可以液体形式积聚。重烃可以以其它方式引起制冷剂温度上升超过超导组件的临界温度。这些重烃组分可作为液体进行重力分离并在管线1002中收集以去除任何积聚物(build-up)。管线1002中积聚的重烃液体随后可在泵1044中增压，并通过合并管线1004与天然气流1032再次引入热交换器1030。

如在图5中可见，在设备500中，来自LNG管线1034的一部分LNG产品用作超导电组件1000的冷却液1010。不是直接循环冷却液通过压缩机230并回到制冷单元1030，而是管线1020中的冷却液被送至单独的压缩机530，并与管线534中的各种低压低温气流合并。管线1020中温热的制冷剂(其为现已汽化的天然气产品)与低压低温的气体合并到管线536中。合并的天然气可在点燃例如图1的大型发电涡轮110中用于燃料。

在一些情况下，过量的天然气可以通过管线536输送。这意味着LNG液化厂不需要所有由管线536提供的燃料气体。在这个情况下，过量的天然气可以返回制冷单元1030。这在管线1040显示。在一些情况下，管线1040可以在与管线1032合并之前通过热交换器1030，比如在图6中的管线654中示出。

设备500利用液化天然气，冷却超导电组件1000。当LNG足够冷以冷却至超导材料的临界温度以下时，这是特别有益的。

在图6中提供了将超导电组件集成到LNG加工厂的另一种布置。图6是一个可选实施方式中气体加工设备600的示意图。设备600共用了设备500的许多组件。例如，超导电组件再次在方框1000可见。电组件1000与设备500结合以提供运行的电力。

大型制冷单元1030再次可见。天然气通过气体输送管线1032进入制冷单元1030。优选地，输送管线1032中的天然气已经在一个或多个冷却塔中或通过一个或多个前面阶段的制冷单元(未显示)预冷却。因此，制冷单元1030可以表示液化方法中最后或最冷的热交换器。

冷却的天然气作为冷的液化天然气或LNG离开制冷单元1030。LNG通过LNG管线1034离开液化设备600。在图6的设备600中，产品管线1034中的液化天然气被传送至末端闪蒸系统650。末端闪蒸系统650对于LNG生产工艺不是非典型的。作为末端闪蒸系统650的一部分，管线1034中的LNG产品优选地首先运送通过膨胀装置618。膨胀装置618可以是，例如，阀或水轮机。膨胀装置618将LNG产品进一步冷却到例如-260℉。进一步冷却的LNG随后通过管线612排放。

管线612中进一步冷却的LNG产品被输送至闪蒸罐652。应当理解图6所示的闪蒸罐652仅仅是示意性的。实际上，闪蒸罐652可以是多个类似的容器。管线638被显示从闪蒸罐652输送进一步冷却的LNG产品。

闪蒸罐652将LNG产品保持在液化状态直至被输送到LNG运输船舶或者也许更持久的储存设备。闪蒸罐652被保持在略高于LNG储存压力，也就是在越洋船舶或更持久的储存设备中保持的压力。

闪蒸罐652将LNG产品排放到管线638。LNG产品大约在-260℉。LNG产品通过管线638被输送到越洋船舶或者更持久的储存设备。

在闪蒸罐652中保持期间，由于压力下降，一些天然气蒸汽被排放。这种天然气蒸汽被称为“末端闪蒸气体”。末端闪蒸气体通过管线654排放。管线654中的闪蒸气体返回制冷单元1030以提供附加的冷却。在一个实施方式中，闪蒸气体在专用管线630中循环，用于在制冷单元1030内冷却，并随后用作LNG设备600的燃料气体。在另一个实施方式中，管线1030中的一些或全部气体可被压缩并返回管线1032以再液化。

为了冷却超导电组件1000，液化天然气的滑流从LNG管线1034移出。滑流在管线1036可见，并且表示在其通过闪蒸罐652并离开设备600之前取出的来自管线1034的一部分LNG。管线1036中的滑流基本上是液相，但也通常具有混合的气相。在一个实施方式中，管线1036中的LNG滑流在大约-250℉。

管线1036中的滑流优选地移出通过膨胀阀628。可选地，可用水轮机或气体膨胀器取代膨胀阀628。结果是进一步冷却管线1036中的LNG滑流。在一个实施方式中，来自管线1036中的滑流被冷却到大约-260℉。冷却的LNG制冷剂传送至流入制冷剂管线1010并用于冷却超导电组件1000。

流入制冷剂管线1010中的LNG制冷剂循环通过超导电组件1000以将超导材料保持在临界温度以下。制冷剂随后通过流出制冷剂管线1020离开超导组件1000。优选地，流出制冷剂管线1020中的制冷剂与管线612合并以供给闪蒸罐652。吹扫通过管线1020的液态和气态烃以避免可能增加制冷剂温度的重烃积聚是重要的。

制冷剂用于在制冷单元1030中冷却过冷天然气。制冷剂可以是纯组分烃，比如甲烷、乙烷、乙烯、丙烷、戊烷或这些组分的混合物。氮也可用在混合物中。制冷剂通过管线610引入到制冷单元1030。在这个阶段，制冷剂通常被冷却到大约120℉的环境温度。然而，可以应用进一步的预冷却，以便将管线610中的制冷剂预冷却到更低的温度。在丙烷制冷剂系统的情况下，例如，制冷剂可以冷却到比如大约-40℉。

来自管线630的一部分闪蒸气体可以与管线626中的制冷剂合并用于制冷剂补充。这在管线632示出。管线632是虚线，以显示这是任选的，其取决于设备600内的其它制冷剂补充气体的可用性。

来自管线610的制冷剂循环通过制冷单元1030。目的是提供与来自管线1032的预冷却的天然气热交换。制冷剂循环管线在620示出。虽然循环管线620显示在制冷单元1030的外面，但应当理解管线620可以在制冷单元1030内或与其紧邻，用于使制冷剂作为工作流体循环。由于通过制冷单元1030的循环，在一个实施方式中，制冷剂循环管线620中的工作流体被冷却到大约-150℉。

在图6的设备600中，管线620中的工作流体全部穿过膨胀阀622。作为替代方案，可使用水轮机或气体膨胀器。在任何情况下，膨胀装置用于进一步冷却来自管线620的工作流体。进一步冷却的工作流体移动通过管线624，并且全部回到制冷单元1030，用于进一步与来自气体管线1032的天然气和来自管线610的原始制冷剂热交换。

温热的低压制冷剂离开制冷单元1030。这在温热制冷剂流626可见。这表示完全热交换的制冷剂。在一个实施方式中，比如当来自管线610的初始制冷剂没有预冷却，管线626中的制冷剂在大约100℉的温度。当制冷剂被预冷却，制冷剂流626中温热制冷剂的温度大约是-60℉，比如在丙烷制冷剂预冷却的情况下。温热的制冷剂随后移动通过压缩机230，以再次压缩。

在图6的设备600中，温热制冷剂流626不像设备200和300中进行的那样与通过管线1020离开超导电组件1000的制冷剂合并。相反，流626中的温热制冷剂被传送通过压缩机230，以再次压缩。当离开压缩机230时，制冷剂移动通过管线232并输送至热交换器640a以冷却。热交换器640a可以使用环境介质冷却。优选地，制冷剂进一步穿过第二热交换器640b，以使用另一个制冷剂如丙烷预冷却到大约-40℉。从而再次产生冷制冷剂流610。

可见，图6的设备600表示另一个实施方式，其中，LNG本身用作超导组件1000的冷却液。不是直接循环冷却液通过压缩机230并回到制冷单元1030，而是冷却液与系统650中的末端闪蒸气体合并，并通过管线654直接传送至制冷单元1030。在LNG产品管线1034中的LNG足够冷以冷却超导组件1000低于临界温度的情况中，这又是有利的。

图6的设备布置600可以被修改。在一个方面，LNG产品流1034可被过冷却至低于产生LNG通常所需的温度，例如低于-270℉。全部LNG产品流1034可随后通过管线1010传送至超导组件1000用于冷却。之后温热的LNG出口流1020可传送至膨胀装置618并随后传送至闪蒸罐652。

在本发明的一个方面，汽化的LNG可用于冷却超导组件。图7是一个出现这种情况的实施方式中天然气液化设备700的示意图。在设备700中，辅助制冷单元770用于冷却超导组件。辅助制冷单元770利用在液化设备700闪蒸或被置换的冷甲烷气体。

首先，图7显示了储罐750。储罐750提供了液化天然气在其被装载到LNG船舶上之前临时的储存器。LNG船舶在760示出。可见，跨接管线753输送来自储罐750的液化天然气。LNG通过装载泵(loadingpump)754，之后通过装载管线756，然后进入LNG船舶760。

随着液化天然气填充LNG船舶760上的LNG舱，其从LNG舱置换剩余蒸汽。剩余蒸汽主要由甲烷和少量的氮组成。剩余蒸汽通过卸载管线762从LNG船舶中排放。来自卸载管线762的剩余蒸汽随后通过辅助制冷单元770移出。

还应当注意，从储罐750提供了单独的蒸汽流。这被显示为塔顶闪蒸管线758。汽化气体来自储罐750并穿过塔顶闪蒸管线758。汽化气体随后连同来自LNG船舶760的剩余蒸汽一起被送至辅助制冷单元770。压缩机（未示出）可以任选地沿塔顶闪蒸管线758提供，以辅助汽化气体与卸载管线762中的剩余蒸汽合并。

来自储罐750的汽化气体和来自LNG船舶760的剩余蒸汽表示用于供给到辅助制冷单元770中的低压低温天然气流的两个来源。低温天然气流为通过辅助制冷单元770的制冷剂提供冷却能量。

另外用于辅助制冷单元770的冷却能量的第三来源是可以从罐752闪蒸的末端闪蒸气体。罐752接收来自LNG管线1034的LNG。管线1034中的LNG通过主要制冷单元(未显示在图7中)分配。闪蒸罐752允许系统从主要制冷单元的高运行压力(比如1000psig)逐步降低到储存压力。

图7显示来自闪蒸罐752的LNG出口管线757。出口管线757包含液化天然气。图7还显示了塔顶闪蒸管线759。当闪蒸罐752中出现泄压，一部分的LNG汽化并通过塔顶闪蒸管线759获取。一部分的冷蒸汽被任选地通过管线710’传送至主要制冷单元，以再液化。然而，至少一些冷蒸汽通过管线764移出。管线764与管线762和758合并，并被引入到辅助制冷单元770。

随着低压低温天然气流(管线762，758，764)通过辅助制冷单元770，其被温热。天然气流通过管线772作为单个的流离开辅助制冷单元770。来自管线772的温热的天然气流随后用作整个LNG设备的燃料气体，或循环用于再液化。

最后，制冷环路在图7中示出。制冷环路给用于冷却超导电组件1000的制冷剂提供冷却。可见，流入制冷剂管线1010是提供用于冷却组件1000，同时流入温热制冷剂管线在1020可见。膨胀阀728被提供以进一步冷却流入制冷剂管线1010中的制冷剂。制冷剂通过管线1020循环回到辅助制冷单元770。

温热的制冷剂返回行进通过辅助制冷单元770以提取最后一点冷能量(cold energy)。制冷剂随后通过管线744离开作为进一步温热的制冷剂。管线744中进一步温热的制冷剂通过压缩机730，并随后通过管线732离开。制冷剂通过热交换器740预冷却并随后输送回辅助制冷单元770。

图7中实施方式的一个优势是这个系统小，并更好地匹配冷却负荷，以将超导组件保持在其临界温度以下。另外，该系统可独立于主要液化系统进行控制，并且用于超导组件的制冷系统中的任何扰乱都可以在燃料系统中操控，而不干扰主要液化过程。

各种设备已经在本文公开，其为LNG液化方法提供了提高的功率效率。通过将超导电组件并入用于LNG厂的发电中提高了效率。超导组件可以利用已经在LNG厂中可用的流和压缩装置。将超导电组件用在发电中也减小了用于LNG厂建设或扩建的资本成本。

将超导电组件用在发电中也减小了LNG生产所需设备的空间和重量。这在离岸应用中是特别有益的。在任何应用中，本文公开的发明平衡了与LNG生产有关的低单位成本制冷，以给超导组件提供低成本冷却。在某些实施方式中，本发明通过用超导电动机、发电机、变压器、输电导体或其组合替代气体驱动轮机或联合循环汽轮机，可以进一步提高效率并减少温室气体排放。

认为，与通过使用常规的电组件经历的相比，使用超导电组件能够将LNG加工设备的任何电组件的电效率提高至少1%。提高的效率可以表示为就每单位功率的LNG、每单位燃料需求的LNG或每单位排放物的LNG而言提高天然气液化的效率。这些测量值中的每项都可以通过使用超导电组件来提高，该电组件比常规的电组件提高至少1%，优选地提高至少3%。

下面的实施方式A-LL进一步描述本文提供的设备：

实施方式A：天然气加工设备，包括：(a)电源；(b)主要加工单元，其用于将液化天然气温热或将天然气冷却至液化的温度；(c)第一制冷剂入口管线，其用于将热交换介质输送至主要加工单元；(d)天然气入口管线，其用于将天然气输送至主要加工单元；(e)天然气出口管线；(f)至少一个超导电组件，其包含超导材料以便与通过使用非超导的电组件经历的相比，组件的电效率提高至少1%；(g)流入制冷剂管线，其用于将制冷剂输送至至少一个超导电组件，以将至少一个超导电组件保持在临界温度以下；以及(h)流出制冷剂管线，其用于将制冷剂从至少一个超导电组件排放。

实施方式B：实施方式A的天然气加工设备，其中该设备是天然气液化设备，主要加工单元是主要制冷单元，热交换介质是第一制冷剂，天然气出口管线用于将基本液化的天然气从主要制冷单元排放。

实施方式C：实施方式A或B的天然气加工设备，其中电源包括电网、至少一个燃气轮发电机、蒸汽轮机发电机、柴油发电机或其组合。

实施方式D：实施方式A-C任意一项的天然气加工设备，其中来自天然气入口管线的天然气在进入主要加工单元中之前被预冷却。

实施方式E：实施方式B的天然气加工设备，其中主要制冷单元是最终制冷单元。

实施方式F：实施方式A-E任意一项的天然气加工设备，其中至少一个超导电组件包括一个或多个电机、一个或多个发电机、一个或多个变压器、一个或多个开关装置、一个或多个变速驱动器、一个或多个输电导体或其组合。

实施方式G：实施方式A-F任意一项的天然气加工设备，进一步包括用于支持用于天然气液化或汽化的设备的离岸单元，离岸单元包括浮动的容器、船形的容器或建立在海底的机械结构。

实施方式H：实施方式A-G任意一项的天然气加工设备，其中超导电组件(i)比同等非超导组件的重量至少轻大约四分之一、或轻大约三分之一、或轻大约二分之一；(ii)具有比同等非超导组件的占地至少小大约四分之一、或大约三分之一、或大约二分之一的占地；或(iii)任何其组合，包括(i)和(ii)的任何组合。

实施方式I：实施方式A-H任意一项的天然气加工设备，其中：(a)至少一个超导电组件包括用于使轴转动的电机；以及(b)该轴使用于压缩或泵送设备中制冷剂流或其它流体流的压缩机或泵的机械组件转动。

实施方式J：实施方式B-I任意一项的天然气加工设备，其中该设备包括多个用于压缩或泵送设备中的制冷剂流或其它流体流的压缩机和泵，并且至少一个超导电组件包括多个用于转动各自轴的电机，且各自轴转动相应的用于压缩或泵送设备中制冷剂或其它流体流的压缩机或泵的机械组件。

实施方式K：实施方式A-J任意一项的天然气加工设备，其中用于将至少一个超导电组件保持在临界温度以下的制冷剂包括液化天然气、甲烷、乙烷、乙烯、丙烷、丁烷、戊烷、氮或这些组分的混合物。

实施方式L：实施方式B-K任意一项的天然气加工设备，进一步包括制冷剂滑移管线，制冷剂滑移管线将一部分第一制冷剂输送至用于将第二制冷剂输送至至少一个超导电组件的流入制冷剂管线；并且其中第一制冷剂和第二制冷剂是相同的制冷剂。

实施方式M：实施方式B-L任意一项的天然气加工设备，其中：设备进一步包括用于从主要制冷单元排放温热制冷剂的温热制冷剂出口管线，和压缩机，其用于将温热制冷剂出口管线中的温热制冷剂在循环回到主要制冷单元作为部分第一制冷剂之前再次压缩；并且来自温热制冷剂出口管线的温热制冷剂与流出制冷剂管线中的第二制冷剂合并，流出制冷剂管线用于从至少一个超导电组件排放第二制冷剂，以便温热制冷剂和第二制冷剂一起通过压缩机。

实施方式N：实施方式B-M任意一项的天然气加工设备，进一步包括：辅助制冷单元，流入制冷剂滑移管线，该流入制冷剂滑移管线从第一制冷剂入口管线移出部分第一制冷剂，并将部分第一制冷剂作为第三制冷剂输送至辅助制冷单元；以及流出制冷剂滑移管线，其用于将部分第三制冷剂输送至用于将第二制冷剂输送至至少一个超导电组件的流入制冷剂管线。

实施方式O：实施方式N的天然气加工设备，其中第三制冷剂和第二制冷剂是相同的制冷剂。

实施方式P：实施方式N或O的天然气加工设备，其中辅助制冷单元的运行独立于主要制冷单元进行控制。

实施方式Q：实施方式B-P任意一项的天然气加工设备，其中主要制冷单元包括用于从主要制冷单元排放温热制冷剂的主要温热制冷剂出口管线；辅助制冷单元包括用于从辅助制冷单元排放温热制冷剂的辅助温热制冷剂出口管线；以及第一压缩机，其用于将主要温热制冷剂出口管线中的温热制冷剂在循环回到主要制冷单元之前再次压缩。

实施方式R：实施方式Q的天然气加工设备，其中：在温热制冷剂出口管线中的主要温热制冷剂在第一压缩机中再次压缩之前，辅助温热制冷剂出口管线中的温热制冷剂与主要温热制冷剂出口管线中的温热制冷剂合并；并且辅助温热制冷剂出口管线中的温热制冷剂与主要温热制冷剂出口管线中的温热制冷剂作为第一制冷剂从第一压缩机排放。

实施方式S：实施方式Q的天然气加工设备，其中：用于从至少一个超导电组件排放第二制冷剂的流出制冷剂管线中的第二制冷剂被传送至辅助制冷单元。

实施方式T：实施方式Q的天然气加工设备，其中：辅助温热制冷剂出口管线中的温热制冷剂通过第二压缩机，随后在主要温热制冷剂出口管线中的温热制冷剂通过第一压缩机之前与主要温热制冷剂出口管线中的温热制冷剂合并，从而提供辅助和主要制冷单元之间独立的温度控制。

实施方式U：实施方式B-T任意一项的天然气加工设备，其中：设备进一步包括用于将来自主要制冷单元的独立制冷剂作为第二制冷剂排放至至少一个超导电组件的第二出口管线；并且独立制冷剂具有不同于第一制冷剂的组成。

实施方式V：实施方式U的天然气加工设备，其中第二制冷剂具有独立于第一制冷剂入口管线中的第一制冷剂控制的流入制冷剂管线中的冷却温度，以确保超导电设备在低于临界温度下操作。

实施方式W：实施方式B-V任意一项的天然气加工设备，其中：设备进一步包括辅助制冷单元；辅助制冷单元独立于主要制冷单元产生第二制冷剂；并且辅助制冷单元接收用于将第二制冷剂作为工作流体从至少一个超导电组件排放的流出制冷剂管线中的至少部分第二制冷剂。

实施方式X：实施方式W任意一项的天然气加工设备，其中：部分主要制冷剂被传送至辅助制冷单元；主要温热制冷剂出口管线从主要制冷单元排放温热制冷剂；主要温热制冷剂出口管线从辅助制冷单元排放温热制冷剂；用于来自主要和辅助制冷单元的主要温热制冷剂的出口管线合并为组合的温热制冷剂出口管线；第一压缩机提供用于将组合的温热制冷剂出口管线中的温热制冷剂再次压缩，组合的温热制冷剂出口管线中的温热制冷剂被部分地冷却，并随后作为第一制冷剂循环回到主要制冷单元，以及循环回到辅助制冷单元；以及第二压缩机提供用于将流出制冷剂管线中的第二制冷剂再次压缩，第二制冷剂被部分地冷却并随后循环回到主要制冷单元。

实施方式Y：实施方式U-X任意一项的天然气加工设备，其中设备进一步包括：用于将温热制冷剂从主要制冷单元排放的主要温热制冷剂出口管线；用于将主要温热制冷剂出口管线中的温热制冷剂再次压缩的第一压缩机，主要温热制冷剂出口管线中的温热制冷剂被部分地冷却并随后作为第一制冷剂循环回到主要制冷单元；以及用于将流出制冷剂管线的第二制冷剂再次压缩的第二压缩机，第二制冷剂被部分地冷却并随后循环回到主要制冷单元。

实施方式Z：实施方式B-Y任意一项的天然气加工设备，其中：用于将至少一个超导电组件保持在临界温度以下的第二制冷剂包括来自天然气出口管线的部分的液化天然气；部分的液化天然气作为滑流从天然气出口管线移出；并且滑流与用于将第二制冷剂输送至至少一个超导电组件的流入制冷剂管线流体连通。

实施方式AA：实施方式Z的天然气加工设备，其中设备进一步包括：用于将温热制冷剂从主要制冷单元排放的主要温热制冷剂出口管线；用于将主要温热制冷剂出口管线中的温热制冷剂再次压缩的第一压缩机，温热制冷剂被部分地冷却并随后作为第一制冷剂循环回到主要制冷单元；以及用于将流出制冷剂管线的第二制冷剂再次压缩的第二压缩机，第二制冷剂被(i)循环回到主要制冷单元用于再冷却，(ii)用作设备的燃料气体，或者(iii)(i)和(ii)。

实施方式BB：实施方式AA的天然气加工设备，其中：天然气出口管线中的液化天然气包括重烃：重烃被从将第二制冷剂输送至至少一个超导电组件的冷却管线去除；去除的重烃被再次引入到天然气入口管线。

实施方式CC：实施方式AA的天然气加工设备，其中流出制冷剂管线中的第二制冷剂循环回到主要制冷单元。

实施方式DD：实施方式A-CC任意一项的天然气加工设备，其中设备进一步包括：末端闪蒸系统，其(i)接收来自天然气出口管线的液化天然气；(ii)临时储存液化天然气；(iii)将大部分的液化天然气输送至越洋船舶或更持久的岸上储存设备；以及(iv)通过末端闪蒸管线排放末端闪蒸气体；并且其中第二制冷剂在冷却至少一个超导电组件后被传送至末端闪蒸系统。

实施方式EE：实施方式DD的天然气加工设备，其中末端闪蒸气体循环回到主要制冷单元。

实施方式FF：实施方式Z的天然气加工设备，其中流出制冷剂管线中的第二制冷剂与末端闪蒸气体合并。

实施方式GG：实施方式B-FF任意一项的天然气加工设备，其中：天然气出口管线中的液化天然气在主要制冷单元中被过冷至低于至少一个超导电组件的临界温度；至少部分的过冷的液化天然气被用作第二制冷剂；流出制冷剂管线中的第二制冷剂被引入到末端闪蒸系统，该末端闪蒸系统(i)接收来自流入制冷剂管线的液化天然气；(ii)临时储存液化天然气；(iii)将大部分的液化天然气输送至越洋船舶或更持久的岸上储存设备；以及(iv)通过末端闪蒸管线排放末端闪蒸气体。

实施方式HH：实施方式A-GG任意一项的天然气加工设备，进一步包括：用于容纳制冷剂源的储存装置；以及用于在设备的启动期间冷却制冷剂源并将制冷剂源释放至超导电组件的膨胀装置。

实施方式II：实施方式A-HH任意一项的天然气加工设备，进一步包括：出口管线，其用于将来自流出制冷剂管线中第二制冷剂的气体排放，并且(i)输送气体作为设备的燃料，(ii)将气体输送回主要制冷单元用于再次液化，或(iii)排出气体。

实施方式JJ：实施方式AA的天然气加工设备，其中将汽化的天然气从LNG储罐、从装载管线、从在LNG船装载期间置换的蒸汽或其组合中回收，并且在供给第二压缩机之前与第二制冷剂出口管线合并。

实施方式KK：实施方式A-JJ任意一项的天然气加工设备，其中：来自天然气出口管线的液化天然气产生LNG末端闪蒸气体；并且第二制冷剂通过在与(i)LNG末端闪蒸气体，(ii)LNG储罐的沸腾产生的气体，(iii)从装载管线中的汽化天然气产生的气体，(iv)在LNG船装载期间置换的气体，或(v)其组合的热交换中变冷来冷却。

实施方式LL：实施方式A-KK任意一项的天然气加工设备，其中与通过使用常规的电组件经历的相比，超导使用的电效率提高至少1%，或至少1.5%，或至少2%，或至少3%，包括就(i)每单位功率的LNG，(ii)每单位燃料需求的LNG，或(iii)每单位排放物的LNG而言提高天然气液化的效率。

尽管显然的是对本文描述的发明进行了充分考虑以实现上面提到的益处和优点，但是应当理解的是本发明易于进行修改、变化和改变，而不脱离其精神。

Claims (38)

1.天然气加工设备，包括：

电源；

主要加工单元，其用于将液化天然气温热或将天然气冷却至液化的温度；

第一制冷剂入口管线，其用于将热交换介质输送至所述主要加工单元；

天然气入口管线，其用于将天然气输送至所述主要加工单元；

天然气出口管线；

至少一个超导电组件，其包含超导材料以便与通过使用非超导的电组件经历的相比，所述组件的电效率提高至少1%；

流入制冷剂管线，其用于将制冷剂输送至所述至少一个超导电组件以将所述至少一个超导电组件保持在临界温度以下；以及

流出制冷剂管线，其用于将所述制冷剂从所述至少一个超导电组件排放。

2.权利要求1所述的天然气加工设备，其中所述设备是天然气液化设备，所述主要加工单元是主要制冷单元，所述热交换介质是第一制冷剂，所述天然气出口管线用于将基本液化的天然气从所述主要制冷单元排放。

3.权利要求1所述的天然气加工设备，其中所述电源包括电网、至少一个燃气轮发电机、蒸汽轮机发电机、柴油发电机或其组合。

4.权利要求1所述的天然气加工设备，其中来自所述天然气入口管线的所述天然气在进入所述主要加工单元中之前被预冷却。

5.权利要求2所述的天然气加工设备，其中所述主要制冷单元是最终制冷单元。

6.权利要求1所述的天然气加工设备，其中所述至少一个超导电组件包括一个或多个电机、一个或多个发电机、一个或多个变压器、一个或多个开关装置、一个或多个变速驱动器、一个或多个输电导体或其组合。

7.权利要求1所述的天然气加工设备，进一步包括离岸单元，其用于支持用于液化或汽化天然气的所述设备，所述离岸单元包括浮动的容器、船形的容器或建立在海底上的机械结构。

8.权利要求1所述的天然气加工设备，其中所述超导电组件(i)比同等非超导组件的重量至少轻大约三分之一；(ii)具有比同等非超导组件的占地至少小大约三分之一的占地；或(iii)两者都包括。

9.权利要求6所述的天然气加工设备，其中：

所述至少一个超导电组件包括用于使轴转动的电机；并且

所述轴使用于压缩或泵送所述设备中制冷剂流或其它流体流的压缩机或泵的机械组件转动。

10.权利要求2所述的天然气加工设备，其中：

所述设备包括多个用于压缩或泵送所述设备中制冷剂流或其它流体流的压缩机和泵；

所述至少一个超导电组件包括多个用于转动各自轴的电机；并且

所述各自轴转动相应的用于压缩或泵送所述设备中制冷剂或其它流体流的压缩机或泵的机械组件。

11.权利要求2所述的天然气加工设备，其中用于将所述至少一个超导电组件保持在临界温度以下的所述制冷剂包括液化天然气、甲烷、乙烷、乙烯、丙烷、丁烷、戊烷、氮或这些组分的混合物。

12.权利要求11所述的天然气加工设备，进一步包括制冷剂滑移管线，所述制冷剂滑移管线将一部分的所述第一制冷剂输送至用于将第二制冷剂输送至所述至少一个超导电组件的所述流入制冷剂管线；并且其中所述第一制冷剂和所述第二制冷剂是相同的制冷剂。

13.权利要求12所述的天然气加工设备，其中：

所述设备进一步包括用于从所述主要制冷单元排放温热制冷剂的温热制冷剂出口管线，和压缩机，其用于将所述温热制冷剂出口管线中的所述温热制冷剂在循环回到所述主要制冷单元作为部分所述第一制冷剂之前再次压缩；并且

来自所述温热制冷剂出口管线的所述温热制冷剂与所述流出制冷剂管线中的所述第二制冷剂合并，所述流出制冷剂管线用于从所述至少一个超导电组件排放所述第二制冷剂，以便所述温热制冷剂和所述第二制冷剂一起通过所述压缩机。

14.权利要求2所述的天然气加工设备，进一步包括：

辅助制冷单元；

流入制冷剂滑移管线，所述流入制冷剂滑移管线从所述第一制冷剂入口管线移出部分的所述第一制冷剂，并将所述部分的所述第一制冷剂作为第三制冷剂输送至所述辅助制冷单元；以及

流出制冷剂滑移管线，其用于将部分的所述第三制冷剂输送至用于将所述第二制冷剂输送至所述至少一个超导电组件的所述流入制冷剂管线。

15.权利要求14所述的天然气加工设备，其中所述第三制冷剂和所述第二制冷剂是相同的制冷剂。

16.权利要求14所述的天然气加工设备，其中所述辅助制冷单元的运行独立于所述主要制冷单元进行控制。

17.权利要求14所述的天然气加工设备，其中

所述主要制冷单元包括用于将温热制冷剂从所述主要制冷单元排放的主要温热制冷剂出口管线；

所述辅助制冷单元包括用于将温热制冷剂从所述辅助制冷单元排放的辅助温热制冷剂出口管线；以及

第一压缩机，其用于将所述主要温热制冷剂出口管线中的所述温热制冷剂在循环回到所述主要制冷单元之前再次压缩。

18.权利要求17所述的天然气加工设备，其中：

在所述温热制冷剂出口管线中的所述主要温热制冷剂在所述第一压缩机中再次压缩之前，所述辅助温热制冷剂出口管线中的所述温热制冷剂与所述主要温热制冷剂出口管线中的所述温热制冷剂合并；并且

所述辅助温热制冷剂出口管线中的所述温热制冷剂与所述主要温热制冷剂出口管线中的所述温热制冷剂作为所述第一制冷剂从所述第一压缩机排放。

19.权利要求17所述的天然气加工设备，其中：

用于从所述至少一个超导电组件排放所述第二制冷剂的所述流出制冷剂管线中的所述第二制冷剂被传送至所述辅助制冷单元。

20.权利要求17所述的天然气加工设备，其中：

所述辅助温热制冷剂出口管线中的所述温热制冷剂通过第二压缩机，随后在所述主要温热制冷剂出口管线中的所述温热制冷剂通过所述第一压缩机之前与所述主要温热制冷剂出口管线中的所述温热制冷剂合并，从而提供所述辅助制冷单元和所述主要制冷单元之间独立的温度控制。

21.权利要求2所述的天然气加工设备，其中：

所述设备进一步包括用于将来自所述主要制冷单元的独立制冷剂作为所述第二制冷剂排放至所述至少一个超导电组件的第二出口管线；并且

所述独立制冷剂具有不同于所述第一制冷剂的组成。

22.权利要求21所述的天然气加工设备，其中所述第二制冷剂具有独立于所述第一制冷剂入口管线中的所述第一制冷剂控制的所述流入制冷剂管线中的冷却温度，以确保所述超导电设备在低于所述临界温度下操作。

23.权利要求21所述的天然气加工设备，其中：

所述设备进一步包括辅助制冷单元；

所述辅助制冷单元独立于所述主要制冷单元产生所述第二制冷剂；并且

所述辅助制冷单元接收用于将所述第二制冷剂作为工作流体从所述至少一个超导电组件排放的所述流出制冷剂管线中的至少部分所述第二制冷剂。

24.权利要求23所述的天然气加工设备，其中：

部分的所述主要制冷剂被传送至所述辅助制冷单元；

主要温热制冷剂出口管线从所述主要制冷单元排放温热制冷剂；

主要温热制冷剂出口管线从所述辅助制冷单元排放温热制冷剂；

用于来自所述主要制冷单元和辅助制冷单元的所述主要温热制冷剂的所述出口管线合并为组合的温热制冷剂出口管线；

第一压缩机提供用于将所述组合的温热制冷剂出口管线中的所述温热制冷剂再次压缩，所述组合的温热制冷剂出口管线中的所述温热制冷剂被部分地冷却，并随后作为所述第一制冷剂循环回到所述主要制冷单元，以及循环回到所述辅助制冷单元；以及

第二压缩机提供用于将所述流出制冷剂管线中的所述第二制冷剂再次压缩，所述第二制冷剂被部分地冷却并随后循环回到所述主要制冷单元。

25.权利要求21所述的天然气加工设备，其中所述设备进一步包括：

用于将温热制冷剂从所述主要制冷单元排放的主要温热制冷剂出口管线；

用于将所述主要温热制冷剂出口管线中的所述温热制冷剂再次压缩的第一压缩机，所述主要温热制冷剂出口管线中的所述温热制冷剂被部分地冷却并随后作为所述第一制冷剂循环回到所述主要制冷单元；以及

用于将所述流出制冷剂管线的所述第二制冷剂再次压缩的第二压缩机，所述第二制冷剂被部分地冷却并随后循环回到所述主要制冷单元。

26.权利要求20所述的天然气加工设备，其中：

用于将所述至少一个超导电组件保持在临界温度以下的所述第二制冷剂包括来自所述天然气出口管线的部分的所述液化天然气；

所述部分的所述液化天然气作为滑流从所述天然气出口管线移出；并且

所述滑流与用于将所述第二制冷剂输送至所述至少一个超导电组件的所述流入制冷剂管线流体连通。

27.权利要求26所述的天然气加工设备，其中所述设备进一步包括：

用于将温热制冷剂从所述主要制冷单元排放的主要温热制冷剂出口管线；

用于将所述主要温热制冷剂出口管线中的所述温热制冷剂再次压缩的第一压缩机，所述温热制冷剂被部分地冷却并随后作为所述第一制冷剂循环回到所述主要制冷单元；以及

用于将所述流出制冷剂管线的所述第二制冷剂再次压缩的第二压缩机，所述第二制冷剂被(i)循环回到所述主要制冷单元用于再冷却，(ii)用作所述设备的燃料气体，或(iii)(i)和(ii)两者。

28.权利要求27所述的天然气加工设备，其中：

所述天然气出口管线中的所述液化天然气包括重烃；

所述重烃被从将所述第二制冷剂输送至所述至少一个超导电组件的冷却管线去除；并且

所去除的重烃被再次引入到所述天然气入口管线。

29.权利要求27所述的天然气加工设备，其中所述流出制冷剂管线中的所述第二制冷剂循环回到所述主要制冷单元。

30.权利要求27所述的天然气加工设备，其中所述设备进一步包括：

末端闪蒸系统，其(i)接收来自所述天然气出口管线的所述液化天然气；(ii)临时储存所述液化天然气；(iii)将大部分的所述液化天然气输送至越洋船舶或更持久的岸上储存设备；以及(iv)通过末端闪蒸管线排放末端闪蒸气体；并且

其中所述第二制冷剂在冷却所述至少一个超导电组件后被传送至所述末端闪蒸系统。

31.权利要求30所述的天然气加工设备，其中所述末端闪蒸气体循环回到所述主要制冷单元。

32.权利要求20所述的天然气加工设备，其中所述流出制冷剂管线中的所述第二制冷剂与所述末端闪蒸气体合并。

33.权利要求20所述的天然气加工设备，其中：

所述天然气出口管线中的所述液化天然气在所述主要制冷单元中被过冷至低于所述至少一个超导电组件的临界温度；

至少部分的所过冷的液化天然气被用作所述第二制冷剂；

所述流出制冷剂管线中的所述第二制冷剂被引入到末端闪蒸系统，所述末端闪蒸系统(i)接收来自所述流入制冷剂管线的所述液化天然气；(ii)临时储存所述液化天然气；(iii)将大部分的所述液化天然气输送至越洋船舶或更持久的岸上储存设备；以及(iv)通过末端闪蒸管线排放末端闪蒸气体。

34.权利要求1所述的天然气加工设备，进一步包括：

储存装置，其用于容纳制冷剂源；

膨胀装置，其用于在所述设备的启动期间冷却所述制冷剂源并将所述制冷剂源释放至所述超导电组件。

35.权利要求2所述的天然气加工设备，进一步包括：

出口管线，其用于将来自所述流出制冷剂管线中的所述第二制冷剂的气体排放，并且(i)输送所述气体作为所述设备的燃料，(ii)将所述气体输送回所述主要制冷单元以再次液化，或(iii)排出所述气体。

36.权利要求27所述的天然气加工设备，其中将汽化天然气从LNG储罐、从装载管线、从在LNG船的装载期间置换的蒸汽或其组合中回收，并且在供给所述第二压缩机之前与所述第二制冷剂出口管线合并。

37.权利要求2所述的天然气加工设备，其中：

来自所述天然气出口管线的所述液化天然气产生LNG末端闪蒸气体；并且

所述第二制冷剂通过在与(i)LNG末端闪蒸气体，(ii)LNG储罐的沸腾产生的气体，(iii)从装载管线中的汽化天然气产生的气体，(iv)在LNG船装载期间排出的气体，或(v)其组合的热交换中变冷来冷却。

38.权利要求2所述的天然气加工设备，其中与通过使用常规的电组件经历的相比，超导使用的电效率提高至少百分之一包括就(i)每单位功率的LNG，(ii)每单位燃料需求的LNG，或(iii)每单位排放物的LNG而言提高天然气液化效率。

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