CN104471334B - 包括相变的天然气液化方法 - Google Patents

包括相变的天然气液化方法 Download PDF

Info

Publication number
CN104471334B
CN104471334B CN201380038532.8A CN201380038532A CN104471334B CN 104471334 B CN104471334 B CN 104471334B CN 201380038532 A CN201380038532 A CN 201380038532A CN 104471334 B CN104471334 B CN 104471334B
Authority
CN
China
Prior art keywords
heat exchanger
low temperature
temperature heat
refrigerant fluid
entrance
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.)
Active
Application number
CN201380038532.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN104471334A (zh
Inventor
马克·邦尼塞尔
伯特兰·杜帕尔拉克
鲍里斯·波罗西尔
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.)
Saipem SA
Original Assignee
Saipem SA
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 Saipem SA filed Critical Saipem SA
Publication of CN104471334A publication Critical patent/CN104471334A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN104471334B publication Critical patent/CN104471334B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

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
    • F25J1/02—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
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C13/00—Details of vessels or of the filling or discharging of vessels
    • F17C13/08—Mounting arrangements for vessels
    • F17C13/082—Mounting arrangements for vessels for large sea-borne storage vessels
    • 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
    • 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
    • F25J1/006—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the refrigerant fluid used
    • F25J1/008—Hydrocarbons
    • 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
    • F25J1/0257—Construction and layout of liquefaction equipments, e.g. valves, machines
    • F25J1/0275—Construction and layout of liquefaction equipments, e.g. valves, machines adapted for special use of the liquefaction unit, e.g. portable or transportable devices
    • F25J1/0277—Offshore use, e.g. during shipping
    • F25J1/0278—Unit being stationary, e.g. on floating barge or fixed platform
    • 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.
    • F25J1/0291—Refrigerant compression by combined gas compression and liquid pumping
    • 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.
    • F25J1/0296—Removal of the heat of compression, e.g. within an inter- or afterstage-cooler against an ambient heat sink
    • 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
    • F25J2205/00—Processes or apparatus using other separation and/or other processing means
    • F25J2205/90—Mixing of components
    • 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
    • F25J2240/60—Expansion by ejector or injector, e.g. "Gasstrahlpumpe", "venturi mixing", "jet pumps"

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Ocean & Marine Engineering (AREA)
  • Separation By Low-Temperature Treatments (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)

Abstract

本发明涉及一种通过与至少一个冷却剂的流(S1)的间接接触循环而使天然气在至少一个低温热交换器(EC1)中液化的方法，该冷却剂基本上以温度T0、压力P1进入所述热交换器(EC1)中的第一入口(AA1)中，作为所述天然气流(Sg)的并流过所述热交换器，以液态离开(BB)，然后在所述热交换器(EC1)的冷端(BB)通过减压器(D1)进行减压，从而以小于P1的压力P'1、小于T0的温度T1返回到气态，然后再次经由所述热交换器(EC1)的热端(AA)的出口孔(AA3)以气态离开。呈气态的所述冷却剂随后被部分地再液化并被传送至所述热交换器的入口(AA1)，所述再液化是通过如下步骤进行的：在第一压缩机(C1)中的压缩，随后在第一冷凝器(H0)中的部分冷凝，以及相分离，第一液相(d1a)至少部分地被传送到所述第一入口(AA1)，第一气体部分(d1b)由第二压缩机(CIA)进行压缩，然后在减温器(DS)中通过在所述第一分离器的出口处与所述第一液相(d1a)的一部分(d1c)接触而被冷却，然后在第二冷凝器(H1)中进行冷凝。

Description

包括相变的天然气液化方法
技术领域
本发明涉及对天然气进行液化以生产液化天然气(LNG)的过程。更具体而言，本发明涉及对天然气进行液化，天然气主要包括甲烷，优选为包括至少85％的甲烷，而其余成分则选自氮气、C-2至C-4烷烃(即乙烷、丙烷和丁烷)。
本发明还涉及位于远海或受防护的区域中(如港口)的船上或海面漂浮的支撑体上的液化设施，或者是陆地上的针对中型和大型单元的天然气液化的设施。
背景技术
甲烷基天然气既可以是油田中以小量或中量生产的通常与原油关联的副产品，也可以是气田的主产品，从气田获得的天然气与其它多种气体结合，主要含有C-2至C-4的烷烃、CO2、和氮气。
当小量天然气与原油关联时，天然气通常被处理和分离，然后就地(on site)作为涡轮机或活塞发动机中的燃料使用，从而产生在分离和生产过程之中所用的电能和热能。
当天然气的量较大或着极大时，人们期望输送天然气以使其能够在远方地区(通常在其它大洲)使用，为此目的，优选方法是将其以大致在环境大气压下的低温液体状态(165℃)进行输送。被称作甲烷运输船(methane tanker)的专用运输船拥有多个储罐，这些储罐的尺寸非常大且极度绝热以限制运输过程中的蒸发。
通常，为了输送的目的而将天然气在接近其生产场所处(通常是在陆地上)进行液化，而该操作需要达到每年数千吨(公吨，t)容量的较大的设施，而现有的最大的工厂(plant)结合有三个或四个液化单元，每个单元每年能够生产3兆吨(Mt)至4Mt。
液化的方法需要大量的机械能，通常取用一部分天然气来产生液化过程 所需的能量，从而就地生产机械能。一部分天然气因此作为燃料而在气体涡轮机、蒸汽锅炉或活塞式燃烧发动机中使用。
现已开发多重热力学循环来优化整体热效率。有两种主要类型的循环。第一种类型是基于制冷剂流体的伴随有相变的压缩和膨胀，而第二种类型是基于制冷剂气体的不伴随相变的压缩和膨胀。术语“制冷剂流体“或”制冷剂气体”用于表示气体或多种气体的混合物，在闭合回路中循环且经受多个压缩(可能还有液化)的阶段，与周围环境进行热交换，然后到达膨胀(可能还有蒸发)的阶段，最终与含甲烷的天然气进行热交换以进行液化，这些天然气逐渐冷却以达到其在大气压下的液化温度，即对LNG而言约-165℃。
所述第一种类型的伴随有相变的循环总体上被用于大产量的设施，这类设施需要大量的装备。而且，通常为混合物形式的制冷剂流体由丁烷、丙烷、乙烷和甲烷组成，由于在泄漏的情况下这些气体存在导致爆炸或大火的危险，因此它们是危险性的。然而，尽管需要复杂的装备，但它们更有效率，在生产每公斤(kg)LNG时消耗大约0.3千瓦时(kWh)的能量。
对于伴随有制冷剂流体相变的第一种类型的过程，已开发出多种变型，且各种技术或设备供应商自己都具有与特定装备部件关联的混合物配方，这些配方既用于所使用的多种制冷剂流体为单组分流体且在不同流动环路中循环的所谓“喷流”过程，也对于具有多组分制冷剂流体环路的所谓“混合式”循环过程。设施的复杂性来自以下因素：在制冷剂流体处于液态(具体来说在分离器和连接管中)的阶段中，必须安装重力收集器(本文中也称为“分离器罐”)来收集液相并将其送至热交换器的芯部，液相在芯部蒸发并与甲烷接触以进行冷却和液化，从而获得LNG。
第二种类型的液化过程(即不伴随有制冷剂气体的相变的过程)包括使用氮气等气体的克劳德循环或相反的布雷顿循环。第二种类型的过程在安全性方面具有多个优点，因为循环中的制冷剂气体(通常为氮气)是惰性的，因此不易燃烧，这在设施集中于小区域的情况下非常有利，例如在甲板上或位于远海的浮动支撑体上，这些地方的这些设备通常以层层相叠的方式安装在多个层上，且安装在被减小至绝对最小值的面积上。因此，在制冷剂气体泄漏的情况下不存在爆炸的危险，随后足以将制冷剂气体损失的部分重新注入到回路中。然而第二种类型的效率较低，因为其需求的能量为生产每kg 的LNG消耗大约0.5kWh的能量，即大约每吨20.84Kw/天。
虽然不伴随制冷剂气体的相变的液化过程的能量效率较低，但不伴随相变的过程仍然被认为较好，因为不伴随相变的过程对进行液化的气体(即甲烷为主要成分的混合物组成的天然气)的组分变化更为灵敏。在伴随制冷剂流体的相变的循环中，为确保优化的效率，制冷剂流体需要具有适合于进行液化的气体的成分和性质，并且根据油田所生产的用于液化的天然气的混合物的成分的变化，制冷剂流体的成分可能需要随时间而改变。对于这些伴随相变的过程，所使用的制冷剂流体是由多种组分混合物构成。
具体来说，本发明的目的是提供一种改进的伴随有相变的天然气液化过程。
具体来说，本发明提供一种使主要包括甲烷的天然气液化的方法，其中进行液化的所述天然气通过以下步骤进行液化：产生所述天然气的流，以使其流过至少一个低温热交换器而与第一制冷剂流体的至少一个第一流间接接触，第一制冷剂流体包括在至少一个第一闭合环路中循环并伴随有相变的多种组分的第一混合物，第一制冷剂流体的所述第一流以大致等于进入所述第一热交换器的天然气的温度T0的温度并且以压力P1进入所述第一热交换器，作为所述天然气的流的并流(平行流)经过热交换器且以液态离开热交换器，液态的第一制冷剂流体的所述第一流在第一热交换器的冷端处的第一膨胀器中膨胀到小于P1的压力P'1及小于T0的温度T1的气态，然后经由第一热交换器的热端以气态并以大致温度T0离开第一热交换器，然后呈气态的第一制冷剂流体的所述第一流被至少部分地再液化并被送到所述第一热交换器的热入口处以形成液态的第一制冷剂流体的所述第一流的供给，由此在闭合回路中循环，呈气态的第一制冷剂流体的所述第一流的液化至少包括在压缩机中进行的压缩，随后至少在冷凝器中进行的冷凝，然后以大致P1的压力送到所述第一热交换器的热端入口，以与液态的第一制冷剂流体的所述第一流进行热交换。
以上限定的伴随相变的过程的一个问题是，由于制冷剂流体的较轻组分趋于消失和/或需要被再注入，因此制冷剂混合物的成分随着循环而改变，如下文参照图1A和1B所详细描述的那样。
准确来说，在这样的过程中已被注意到的是，第二冷凝器下游的气相的 冷凝并不完全。离开第二冷凝器而循环到第一热交换器的热端的流体会处于二相状态，其中少量的气相包含有制冷剂混合物中的多种较轻组分组成的气体，而液相则具有更高浓度的多种较重组分。这些少量气体不能以简单的方式进行分离或再循环，因此需要被消除。这样的结果是改变了再循环的液体制冷剂流体的成分，因而导致热交换器EC1的外壳中的制冷剂液体的蒸发期间所能达到的最低温度T1的升高。然而，所述蒸发构成为循环期间所涉及的主热力学热交换。为了克服这种非期望的效果且为了保持所述最低温度T1，需要增加压力等级，因而导致能量消耗的增大，结果是设施的整体效率的降低，即按照生产每kg液化气消耗kWh的增加。
专利文献US 4339253描述了一种相变过程，其中再循环到热交换器的热端的制冷剂流体以二相状态进行再循环。
专利文献EP 1132698尝试将从液体气体罐4蒸发的气体再液化。为此目的，其计划将所述蒸发的气体与减温器32-38及44-46中的一部分液化气体混合，从而使气体被推回到溶液中。在EP 1132698中，减温器的出口处没有冷凝器。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种上文所述的伴随有相变的天然气的液化过程，该过程是改进的过程，特别用于解决上文所指出的问题。
为实现此目的，本发明提供了一种天然气液化过程，所述天然气主要包括甲烷，优选为至少85％的甲烷，其它组分主要包括氮气和C-2至C-4烷烃，其中进行液化的所述天然气通过以下过程被液化：以大于或等于大气压的压力P0产生所述天然气的流，P0优选为大于大气压，以使所述天然气的流在至少一个低温热交换器中流动而与第一制冷剂流体的至少一个第一流间接接触，第一制冷剂流体包括在至少一个第一闭合环路中循环并伴随有相变的多种化合物的第一混合物，第一制冷剂流体的所述第一流以大于P0的压力P1和大致等于进入所述第一热交换器的所述天然气的入口温度T0的温度而经由“热”端处的第一入口进入所述第一热交换器，制冷剂作为所述天然气的流的并流经过热交换器且经由“冷”端以液态离开所述热交换器，呈液态的第一制冷剂流体的所述第一流由所述第一热交换器的冷端处的第一膨胀器进 行膨胀，以便在第一热交换器内部，在所述第一热交换器的冷端处以小于P1的压力P'1以及小于T0的温度T1返回到气态，然后经由所述第一热交换器的热端处的出口孔以气态且大致以温度T0离开所述第一热交换器，呈气态的第一制冷剂流体的所述第一流随后至少部分地被再液化，并被送到所述第一热交换器的热端处的第一入口，以形成呈液态的第一制冷剂流体的所述第一流的供给，由此在闭合回路中循环，呈气态的第一制冷剂流体的所述第一流的液化包括在第一压缩机中进行的第一压缩、随后在第一冷凝器中进行的第一部分冷凝、以及在第一分离器罐中进行的使第一制冷剂流体的第一液相与第一气相分离的相分离，所述第一分离器的低出口处的第一制冷剂流体的所述第一液相由泵大致以压力P1至少部分地送到所述第一热交换器的热端处的所述第一入口，以形成呈液态的第一制冷剂流体的第一流，所述第一分离器的高出口处的所述第一制冷剂流体的所述第一气相由第二压缩机大致压缩至压力P1，随后在第二冷凝器中至少部分地被冷凝，优选为与第一制冷剂流体的所述第一液相的至少一部分混合之后被冷凝。
根据本发明，所述第二压缩机的出口处的所述第一制冷剂流体的所述第一气相在减温器中通过与所述第一分离器的出口处的第一制冷剂流体的所述第一液相的一部分接触而被冷却，第一制冷剂流体的第一液相的所述部分在所述第二冷凝器中进行冷凝之前在所述减温器中被微粒化和蒸发，优选为被完全蒸发。
优选地，第一制冷剂流体的所述第一液相的部分占所述第一制冷剂流体的所述第一总液相的小于10％的流动重量、优选为第一制冷剂流体的第一总液相的总流动的2％至5％，以便在所述减温器中完全蒸发，并使所述减温器的出口处的所述第一制冷剂流体在所述第二冷凝器中至少部分第被冷凝之前完全处于气相，第一制冷剂流体的所述第一液相部分的流动借助于至少一个控制阀而被调整。
通过在所述第一热交换器中使气态的第一制冷剂流体的所述第一流和第二流冷却，并使热量被吸收，将所述天然气流冷却到小于T0的温度T1，并由此使液态的第一制冷剂流体的所述第一流和第二流冷却，第一制冷剂流体的所述第一流和第二流通过所述第一膨胀器和第二膨胀器进行的蒸发构成为所述第一低温热交换器中的热交换的主要部分。
第一制冷剂流体的所述第一液相的微粒化(也被称作“雾化”)增大了液体微粒与喷射到所述液相中的气体之间的接触面积，因而加强了其蒸发和热吸收，并加强了第一制冷剂流体的所述第一气相的冷却。将组成第一制冷剂流体的所述第一液相的一小部分的受控制的量进行微粒化，以使其能够被完全转化为气态并冷却第一制冷剂流体的所述第一气相，并保持为完全气态。第一制冷剂流体的所述气相与在减温器中微粒化的一部分液相混合而进行的预冷却是有益的，因为这使得大部分气相能够在所述第二冷凝器中冷凝，因此可能使其能够全部冷凝。
此外，所述第一分离器罐的出口处的所述第一制冷剂流体的所述第一气相，在与至少一部分微粒化和蒸发后的第一制冷剂流体的所述第一液相混合之后，更容易在所述第二冷凝器中被冷凝，由于所产生的气相能够在与现有技术的需求相比更高的温度和更低的压力下进行压缩，因此驱动所述第二压缩机所需的能量较少。
在第一变型实施中，如同下文参照图3充分描述的，在所述减温器的出口处被冷却的第一制冷剂流体的所述气相在所述第二冷凝器中被部分冷凝，然后在第二分离器罐中进行第二相分离，以将第一制冷剂流体的第二液相与第一制冷剂流体的第二气相分离，所述第二分离器罐的下出口处的第一制冷剂流体的所述第二液相与第一制冷剂流体的所述第一液相的剩余部分混合并被送到所述第一热交换器的热端处的第一入口以形成呈液态的、大致处于温度T0并大致处于压力P1的第一制冷剂流体的所述第一流，而第二分离器罐的高出口处的第二气相以压力P1和大致T0的温度被送到所述第一热交换器的热端的第二入口处以形成第一制冷剂流体的第二流，所述第二流作为所述天然气的流的并流而以气态经过所述第一热交换器，且以气态离开冷端并通过所述第一热交换器的冷端处第二膨胀器而被膨胀，从而以小于P1的压力P'1和小于温度T0的温度T1而在所述第一热交换器的内部在靠近所述第一热交换器的冷端处返回到气态，然后经由所述第一热交换器的热端处的出口孔以气态、以大致温度T0离开，以便随后在所述第一热交换器的热端的出口处与呈气态的第一制冷剂流体的所述第一流一起被送到所述第一压缩机。
上述实施(图3)是优选的，因为其首先使得第一制冷剂流体的所述第一液相进行混合以在良好的稳定性条件下形成所述第一流，其次不需要使用 完全冷凝器。
在下文参照图2充分描述的第二变型实施方式中，在所述减温器中冷却的第一制冷剂流体的所述气相在所述第二冷凝器被完全冷凝，然后以液态并大致以压力P1和温度T0被送入所述第一热交换器的热端，从而与呈液态的第一制冷剂流体的所述第一流混合并作为所述天然气的流的并流而经过所述第一热交换器，或者优选为形成呈液态的第一制冷剂流体的第二流，作为所述天然气的流的并流而经过所述第一热交换器并以液态离开冷端，且通过所述第一热交换器的冷端处的第二膨胀器而被膨胀，以便以小于P1的压力P'1和小于T0的温度T1而在所述第一热交换器的内部在靠近所述第一热交换器的冷端处返回到气态，以便在所述第一热交换器的热端的出口处与呈气态的第一制冷剂流体的所述第一流一起被送到所述第一压缩机。
具体来说，以大致等于T1的温度离开所述第一热交换器的冷端的所述天然气在至少一个第二低温热交换器中被冷却并至少部分液化，其中进行液化的所述天然气是通过以下过程进行液化：产生所述天然气的流的流动，从而与第二制冷剂流体的至少一个第一流间接接触，所述第二制冷剂流体包括在至少一个第二闭合环路中伴随着相变流动的化合物的第二混合物，制冷剂流体的所述第二流在所述第二热交换器的“热”端的第一入口处以大致等于T1的温度和压力P2进入所述第二热交换器，作为所述天然气的流的并流而经过所述第二热交换器，并在所述第二热交换器的“冷”端以液态的温度离开该冷端，液态的第二制冷剂流体的所述第一流由第三膨胀器在所述第二热交换器的冷端进行膨胀，从而在所述第二热交换器中在靠近所述第二热交换器的冷端处以小于P2的压力P'2和小于T1的温度T2返回到气态，然后经由所述第二热交换器的热端处的出口孔以气态并以大致T1的温度离开，呈气态的第二流体的所述第一流随后被部分再液化并被送到所述第二热交换器的热端的入口，从而组成液态的第二冷却流体的所述第一流的供给，所述第一流由此在闭合环路中循环，气态的第二制冷剂流体的所述第一流的液化包括由第三压缩机压缩到压力P2、然后在冷却热交换器中冷却到大致T0，且呈气态的第二冷却流体的所述第一流随后被送到所述第一热交换器的热端处的入口，经过所述第一热交换器以经由所述第一热交换器的冷端以部分液化状态并以大致温度T1离开，然后在第三分离器罐中承受相分离，将第二制 冷剂流体的液相与第二制冷剂流体的气相分离，所述第三分离器的低出口处的第二制冷剂流体的液相以大致温度T1和压力P2被送到所述第二热交换器的热端处的所述第一入口，从而形成液态的第二制冷剂流体的所述第一流，所述第三分离器的高出口处的所述第二制冷剂流体的所述气相以大致温度T1和压力P2被送到所述第二热交换器的热端处的第二入口，从而形成第二制冷剂流体的第二流，所述第二流以气态经过所述第二热交换器，并在所述第二热交换器的冷端的气体出口处离开，然后从所述第二热交换器的热端的出口孔处离开，从而与呈气态的第二流体的所述第一流一起被送到所述第三压缩机，优选与其混合在一起。
在优选的实施中，以大致温度T2离开所述第二热交换器的冷端且被部分液化的所述天然气在至少一个第三低温热交换器中以低于T2的温度T3被冷却和完全液化，其中所述天然气的流动作为并流而与的第二制冷剂流体的至少一个第三流间接接触，所述第三流是由以大致T2的温度和压力P2离开所述第二热交换器的冷端的气态的第二制冷剂流体的所述第二流供给，第二制冷剂流体的所述第三流以气态作为所述液化天然气的流的并流经过所述第三热交换器，且以大致气态离开冷端并通过所述第三热交换器的冷端处的第四膨胀器进行膨胀，从而在所述第三热交换器中在靠近所述第三热交换器的冷端处以小于P2的压力P2'和小于T2的温度T3返回到气态，然后经由所述第三热交换器的热端处的孔以气态、以大致温度T2离开所述第三热交换器，从而随后被送到所述第二热交换器的冷端处的孔从而经由所述第二热交换器的热端处的孔离开所述第二热交换器，从而与气态的第二流体的所述第一流一同被送到所述第三压缩机，优选与其混合在一起。
根据另一个特定特征，所述膨胀器包括多个阀，这些阀的开启度(openingpercentage)适于被实时控制。
具体来说，天然气和制冷剂流体的化合物选自甲烷、氮气、乙烷、乙烯、丙烷、丁烷、和戊烷。
具体来说，进行液化的天然气的成分在下列范围内，且下列化合物的总和为100％：
甲烷80％至100％；
氮气0％至20％；
乙烷0％至20％；
丙烷0％至20％；以及
丁烷0％至20％
具体来说，制冷剂流体的成分在下列范围内，且下列化合物的总和为100％：
甲烷2％至50％；
氮气0％至10％；
乙烷和/或乙烯20％至75％；
丙烷5％至20％；
丁烷0％至30％；以及
戊烷0％至10％。、
具体来说，温度为下列值：
T0：10℃至60℃；
T1：-30℃至-70℃；
T2：-100℃至-140℃；以及
T3：-160℃至-170℃。
具体来说，压力为下列值：
P0：0.5MPa至10MPa(大致5bar至100bar)；
P1：1.5MPa至10MPa(大致15bar至100bar)；以及
P2：2.5MPa至10MPa(大致25bar至100bar)。
有益地，在浮动支撑体上执行本发明的过程。
本发明还提供了一种在浮动支撑体上执行本发明的过程的设施，该设施的特征在于包括：
至少一个所述第一热交换器，其至少包括：
第一流动导管，穿过所述第一热交换器且适于使液态的第一制冷剂流体的第一流从中流过；
第二流动导管，穿过所述第一热交换器且适于使气态或液态的第一制冷剂流体的所述第二流从中流过；以及
第三导管，穿过所述第一热交换器且适于使进行液化的所述天然气从中流过；
第一膨胀器，位于所述第一导管的冷出口与所述第一热交换器的外壳的冷端的第一入口之间；
第二膨胀器，位于所述所述第二导管的冷出口与所述第一热交换器的外壳的冷端的第二入口之间；
第一压缩机，具有位于所述第一热交换器的外壳的热端的出口处与所述第一压缩机的入口之间的连接管；
第一冷凝器，具有位于所述第一压缩机的出口与所述第一冷凝器的入口之间的连接管；
第一分离器罐，具有位于所述第一冷凝器的出口与所述第一分离器罐之间的连接管；
第二压缩机，具有位于所述第一分离器罐的顶部出口与所述第二压缩机的入口之间的连接管；
减温器，具有位于所述第二压缩机的出口与用以允许气体(1)进入所述减温器的入口之间的连接管
第二冷凝器，具有位于所述减温器的出口与所述第二冷凝器之间的连接管；
泵，具有位于所述第一分离器罐的底部出口与所述泵之间的连接管，以及与第一阀配合的连接管，所述与第一阀配合的连接管位于所述泵的出口与用以允许液体进入所述减温器的一入口之间；
位于所述泵的出口与用以所述第一制冷剂流体的第一导管的入口之间的连接管；以及
位于所述第二冷凝器的出口与用于第一制冷剂流体的所述第二导管的入口之间的连接管。
具体来说，本发明的设施还包括：
第二分离器罐，具有位于所述第二冷凝器的出口与所述第二分离器罐之间的连接管；
位于所述第二分离器罐的顶部出口与用于第一制冷剂流体的所述第二导管的入口之间的连接管；
位于所述第二分离器罐的底部出口与第一制冷剂流体的所述第一导管的入口之间的连接管；以及
与第二阀配合的连接管，位于以下两者之间：第一者是所述第一阀上游的所述泵的出口，第二者是位于所述第二分离器罐的底部出口与用于第一制冷剂流体的所述第一导管的入口之间的所述连接管的接合部。
具体来说，本发明的设施还包括：
第四导管，穿过所述第一热交换器且适于使呈气态或液态流动的第二制冷剂流体的所述第二流进行流动；
第二低温热交换器，其包括：
第一导管，穿过所述第二热交换器，所述第二热交换器适于使呈液态的第二制冷剂流体的第一流从中流过；
第二导管，穿过所述第二热交换器，所述第二热交换器适合产生从中持续流过的气态的第二制冷剂流体的所述第二流；以及
第三导管，穿过所述第二热交换器且适于使进行液化的所述天然气经过所述第一热交换器而持续地流过所述第三导管；
第三热交换器，其包括：
第一导管，穿过所述第三热交换器，所述第三热交换器适于使呈气态的第二制冷剂流体的所述第二流经过所述第二热交换器而从所述第二导管连续地流动；以及
第二导管，穿过所述第三热交换器，所述第三热交换器适经过所述第二热交换器(EC2)而从所述第三导管(Sg)连续地流动；
第三分离器罐；
位于所述第一热交换器的所述第四导管的冷端与所述第三分离器罐之间的连接管；
位于所述第三分离器罐的底部出口与所述第二热交换器的热端的出口孔之间的连接管；
位于所述第三分离器罐的顶部出口与所述第二热交换器的所述第二导管的热端之间的连接管；
第三膨胀器，位于所述第二热交换器的所述第一导管的冷出口与所述第二热交换器的外壳的冷端处的第一入口之间；
第三压缩机，具有位于所述第二热交换器的外壳的热端处的出口与所述第二压缩机的入口之间的连接管；
气冷式热交换器，具有位于所述第二压缩机的出口与所述气冷式热交换器的入口之间的连接管；
位于所述气冷式热交换器的出口与所述第一热交换器的所述第四导管的热端处的入口之间的连接管；
第四膨胀器，位于所述第三热交换器的所述第一导管的冷端与所述第三热交换器的外壳的冷端处的入口之间；以及
位于所述第三热交换器的外壳的热端处的出口与所述第二热交换器的外壳的冷端处的第二入口之间的连接管。
附图说明
根据以下参照附图对各个实施例的详细描述，显现了本发明的其它多个特性和优点，在附图中：
图1A是使用线圈式低温热交换器(coil cryogenic heat exchanger)的伴随相变的标准双环路液化过程的示图；
图1B示出了图1A的一个变型，其中第二和第三低温热交换器C2、C3是连续设置的，且属于所谓“冷却箱”类型(由钎焊的铝板制成)；
图2是本发明的液化过程的示图，包括主制冷环路中的回路，该回路用于在位于制冷剂流体冷凝器上游的减温器中将一部分呈液态的制冷剂流体回收到呈气态的制冷剂流体的部分中；
图2A是示出图2的减温器的细部的侧面剖视图；以及
图3是本发明的优选型式的液化过程的示图，包括位于图2的冷凝器下游的主制冷环路中的液相与气相分离器罐，该冷凝器本身位于减温器下游。
具体实施方式
图1A是过程流程示图(PFD)，即伴随着相变的标准双环路液化过程中的多个流的示图，该过程被称为双混合制冷剂(DMR)过程，该过程使用多种气体的混合物作为其制冷剂，这些气体中各自分别针对所述两个环路中的相应一个，且分别被称为第一制冷剂流体和第二制冷剂流体，这两个环路彼此完全独立。
在线圈形状的导管Sg中流动的天然气连续经过三个串联的低温热交换器EC1、EC2、和EC3。天然气在AA处以温度T0(大于或大致等于环境温度)和压力P0(为20bar至50bar，即2兆帕(MPa)至5MPa范围内)进入第一低温热交换器EC1中。天然气在温度为T1(近似为-50℃)的BB处离开。在热交换器EC1中，天然气被冷却，但其仍保持为气态。然后，天然气经过CC处进入第二低温热交换器EC2中，第二低温热交换器EC2的温度介于其热端CC的T1(近似为-50℃)至其冷端DD的T2(近似为-120℃)的范围内。在第二热交换器EC2中，所有天然气全被液化为处于温度T2(近似为-120℃)的LNG。然后，LNG经过EE处进入第三低温热交换器EC3中。在第三热交换器EC3中，LNG被冷却至温度T3(165℃)，从而使LNG能够在FF处被排放到底部，并使其能够在GG处被减压，从而最终能够以处于环境大气压(即处于约1bar，约0.1MPa)的绝对压力的液态而被储存。在沿着穿过多个热交换器的回路Sg的天然气的整个通道中，天然气被冷却并将热量传递到制冷剂流体，制冷剂流体进而通过蒸发而被加热(下文将描述)且需要持续受到加热以完成伴随着相变的热力学循环，从而能够从AA处进入的天然气中持续提取热量。
因此，在该PFD的左侧展示的天然气的通道中，所述天然气沿回路Sg向下流动，其温度随着向下移动而降低，从顶部AA处的大致环境温度T0降低到底部FF处的大约-165℃的温度T3；压力则从大致等于P0下降到低温热交换器EC3的冷出口FF的水平。
在图1至图3中，为了清楚说明起见，这些热交换器的冷端物理地靠近所述热交换器的底端，反之亦然，热交换器的热端为它们的顶端。类似地，为了清楚说明起见，制冷剂流体的多种相以如下方式表示：
液相由粗实线表示；
气相由虚线表示；以及
二相态的相由普通线表示。
如下所述，在该PFD的右手部分中，示出了制冷剂流体在两个环路中所经历的热力学循环。
以常规的方式，低温热交换器EC1、EC2、和EC3由至少两个并列但彼此无流体连通的流体回路组成，流体在所述回路中流动并通过所述热交 换器沿它们的通道自始至终进行着热交换。现已为多种工业而开发出了许多类型的热交换器，且在低温热交换器的情况下，已知有两种主要的类型：首先是线圈型热交换器，其次是使用钎焊的铝板的热交换器，通常称为“冷却箱”。
本发明参照图1A、图2和图3的描述涉及线圈类型的热交换器EC1、EC2、和EC3。这种类型的线圈型热交换器是本领域技术人员所知的，且由供应商Linde(德国)或Five Cryogénie(法国)销售。这种热交换器包括密封且绝热的外壳(enclosure)6，天然气和制冷剂流体在该热交换器中在线圈形状的管Sg、S1、和S2内流动，所述线圈布置在所述外壳中，而外壳与外部的密封及绝热方式使得外壳的内容积与多个线圈之间的热交换对于外部(即对环境介质)的热损失最小。此外，如下所述，气体和液体可分别在外壳中直接膨胀或蒸发，而不必在外壳内部的导管中(膨胀或蒸发)。
图1B示出了图1A的变型，其中低温热交换器为板式热交换器的类型：所有回路彼此热接触以进行热交换，而密封且绝热的外壳6仅对于其容纳的多个导管进行热绝缘，由于没有流体被直接引入该外壳中，因此在其中流动的所有流体被隔阻而不能混合。这种“冷却箱”类型的热交换器是本领域技术人员所公知的，且由供应商Chart(美国)销售。
该过程具有第一环路，其被称为主环路或主混合制冷剂(PMR)环路，其构成如下文所述。第一制冷剂流体的第一流的流动d1在第一低温热交换器的冷端AA的AA1点处进入第一低温热交换器EC1，其在AA1点处的温度大致等于T0且压力为P1，其中P1介于例如1.5MPa至10MPa的范围内。处于液态的所述第一制冷剂流体进入第一热交换器EC1，进入线圈形状的第一管S1。制冷剂流体的第一流在BB处在近似-50℃的温度T1离开热交换器EC1，然后被导向由伺服控制阀构成的第一膨胀器D1，所述阀在BB1处与靠近热交换器EC1的冷端的第一热交换器EC1的外壳6内部流体连通。因为第一制冷剂流体的液体膨胀到小于P1的压力P'1，其中P'1特别地介于2MPa至5MPa的范围内，因此第一制冷剂流体的液体蒸发，如下文所述地从天然气回路Sg吸收热量并从第一热交换器中的第一环路的其它回路吸收热量，而且在适当情况下，还如下文所述地从形成第二环路一部 分的导管吸收热量，或者在使用多重环路(multiple loop circuits)时从其它环路吸收热量，这种多重环路被称为多重混合制冷剂(MMR)回路。
处于气态的第一制冷剂流体以逆流在BB1处穿过外壳，且在第一热交换器的热端AA的AA3处离开第一热交换器EC1的外壳，而仍然处于气态且温度大致为T0。处于气态的制冷剂流体的所述第一流随后被再液化并被送到所述第一热交换器EC1的热入口AA1，从而形成处于导管S1内部的呈液态的第一制冷剂流体的所述第一流的供给，由此围绕闭合回路进行循环。
为此目的，在AA3处离开第一热交换器EC1的外壳的冷端而处于气态的第一制冷剂流体的流首先在第一压缩机C1中从P'1被压缩到P"1，其中P"1介于P'1至P1的范围内，然后在第一冷凝器H0中被部分冷凝。离开第一冷凝器H0的第一制冷剂流体的二相混合物在第一分离器罐R1中经受相分离。从第一分离器罐R1的底部抽取第一制冷剂流体的第一液相，其作为流动d1a以大致等于P1的压力被泵PP再引导至第二冷凝器H1的入口。从分离器罐R1的顶部端抽取第一制冷剂流体的气相，其作为流动d1b被第二压缩机C1A大致压缩至压力P1，所述压缩机的出口处的温度为约80℃至90℃。为方便气相d1b的压缩，将该气相与液相d1a混合，然后将获得的二相混合物d1引入第二冷凝器H1中。
在图1A和图1B中所示的现有技术实施例中，来自第二冷凝器H1的出口处的气相的冷凝并不完全，离开的流体仍会是二相流体。其中包含的气体会引起制冷剂流体的压力上升。然而，由于这些管被设计为在给定的最大压力下操作，因此大体上会插设一安全阀，该安全阀的额定压力略低于管能承受的极限压力，所述阀(未示出)连接到一火炬5，该火炬5的作用是通过燃烧来消除排放的气体(在所涉及的量与环路中的制冷剂流体的质量相比较小的情况下)。这就导致这样一个问题：被送到火炬的气体部分更富含组成第一制冷剂流体的混合物中的轻组分，因此其后果是改变了制冷剂混合物的组成，并因此使得由于第一热交换器EC1的外壳中的第一膨胀器D1中的液体制冷剂流体的蒸发所达到的最低温度T1改变。
在主环路中，制冷剂混合物的成分大体为依据C1、C2、C3、和C4的烷烃组分按照下文所述的方式确定，以到达大约-50℃的最低温度T1。然 而，在这些组分中的一些较轻部分被消除后，混合物的组成变化且其最低温度T1则变为-40℃或-45℃、甚至为-35℃。这导致主环路的效率下降，因而导致液化过程的整体效率下降。
在图1A和图1B的改进的变型中，在冷凝器H1的下游包括附加的蓄液罐R'1(未示出)，该蓄液罐的功能是接收液相，且在适当处(接收)多相态的相，使得多相态的相中含有的气体聚集在所述蓄液罐的顶部并被蓄积在该处，在R'1中容置的液相被从所述蓄液罐的底部带出并被引导至EC1。如果R'1中的气体的量增加，则R'1中的压力会增加，且所述气体会冷凝并在(液相)被排放到低温热交换器EC1之前与液相混合。当气体的压力到达极限值时，一个阀打开并将气体的一部分释放到火炬5，使得其压力降回到可承受的水平，从而阻止气体到达上述低点(在该点处液相被从所述蓄液罐带出)，在该低点处该气体会与所述液相产生二相混合物，而该混合物在膨胀器D1中的膨胀会很困难。然而在所有的情况下，离开R'1并通过S1再循环的液相所具有的成分中的较轻组分的含量或者未改变，或者减少。
下文参照图2和图3描述了本发明对主环路的调整，从而能够克服其导致的上述液化过程的不稳定性和总体效率退化的问题。
图1至图3的多个实施例包括制冷剂流体的第二环路，如下文所述，第二环路与全部三个低温热交换器EC1、EC2、和EC3协同操作。
在低温热交换器EC1的冷出口BB处，处于温度T1的天然气被部分液化之后进入第二低温热交换器EC2中，处于温度T2且部分液化的天然气离开第二低温热交换器EC2，然后在第三低温热交换器EC3中被冷却并在温度T3被完全液化。制冷剂流体的第二混合物在第二闭合环路中流动并伴随着下述的相变。第二制冷剂流体在CC1处到达EC2的热端CC，此时处于液态且处于温度T1和压力P2，其中P2介于例如2.5MPa至10MPa的范围内。液态的第二制冷剂流体作为Sg中的天然气流体的逆流在线圈形状的导管S2中经过第二热交换器EC1。液态的第二制冷剂流体的第一流随后作为流动d2a而在第二热交换器EC2的冷端DD，在点DD1处的膨胀器D2中膨胀到处于小于P2的压力P'2且小于第二热交换器EC2的外壳内部温度T1的温度T2。其后，第二制冷剂流体的第一流经由在第二热交换器EC2的热 端的孔CC3离开第二外壳，此时该第一流呈气态且大致处于压力P'2和温度T1。气态的第二制冷剂流体的流随后在压缩机C2中被从P'2压缩到P2，且在近似80℃至100℃的温度范围内离开压缩机C2，然后在温度冷却热交换器H2中被冷却，第二制冷剂流体在离开温度冷却热交换器H2时仍然为气态，并处于大致等于T0(20℃至30℃)的温度。第二制冷剂流体气体随后在AA4处被送到第一低温热交换器EC1的热端AA，从而随着在线圈型管S1B中经过第一低温热交换器EC1而被冷却，第二制冷剂流体在第一热交换器EC1的冷端BB处、在BB3处以温度T1(近似-50℃)并以多相状态(即部分液化状态)离开线圈型管S1B，作为流动d2而在第二分离器罐R2中被分离为液相和蒸汽相。液相作为流动d2a而经由CC3被送到第二热交换器EC2的热端CC，以形成线圈S2中的所述第一流的液态的第二制冷剂流体的供给，其目的是执行上述新的循环。离开第二分离器罐R2的蒸汽相流动d2b类似地以大致T1(的温度)和大致P2(的压力)被送到第二热交换器EC2的热端CC，以便经由CC2供给到第二热交换器EC2中的另一个线圈形状的导管S2A。第二制冷剂流体的气态流d2b经由DD3以大致等于P2的压力和温度T2(近似-120℃)的蒸汽状态离开，以便仍以T2(近似等于-120℃)的温度被送到第三低温热交换器EC3的热端EE，在该热交换器中、在线圈形状的导管S3中被冷却。制冷剂流体在FF处离开导管S3，此时仍为气态且处于大致P2的压力和T3的温度(近似-165℃)，然后在膨胀器D3中被膨胀到小于P2的P'2、在冷端经由FF1直接膨胀到外壳EC3中，从而经由EE1以近似压力P2和温度T2(-120℃)离开外壳EC3的热端，且经由DD2被送到第二外壳EC2的冷端。气态的第二制冷剂流体的第二流d2b随后与随着在DD1处的膨胀器D2中的膨胀而蒸发至气态的第二制冷剂流体的第一流d2a形成混合物，离开第二热交换器EC2的两种气体的混合物作为经由CC3的流动d2(＝d2a+d2b)，从而通过压缩机C2和冷却器E2而执行一个新的循环，如上文所述地。
在图1B中，这些低温热交换器为上述的冷却箱热交换器，且由膨胀器D1、D2、和D3蒸发的流体形成气体经由线圈形状的导管S1C、S2B和S2C(分别在第一热交换器EC1、第二热交换器EC2、和第三热交换器EC3中)引导，以便经由AA3在第一热交换器EC1的热端处离开并且在第二热交换 器EC2的热端处在CC3处离开。
在图1B中，第二热交换器EC2和第三热交换器EC3与所述管S2A和S3是从第二热交换器EC2的热端CC到第三热交换器EC3的冷端FF连续设置的。气相从膨胀器D3经由FF1到第三热交换器的冷端、经由第二热交换器EC2的热端处的出口CC3的返回是在线圈形状的导管S2C中进行的。类似地，气相从膨胀器D2经由DD1的第二热交换器的冷端处的DD1行进到第二热交换器的热端处的CC3的返回是在线圈形状的管S2B中进行的。
在图2和图3中示出了本发明的过程的两个变型实施方式。这些变型涉及图1A和图1B中所示的属于第一制冷剂流体的第一环路的现有技术的过程。
在图2中，处于压力P1且作为离开第一分离器罐R1的流动d1a的第一制冷剂流体的液相被分为两个流或流动d1c和d1d(＝d'1)，其中仅流动d'1的液体部分被直接送到第一热交换器EC1的热端AA，以形成导管S1中的液态第一制冷剂流体的第一流的供给。流动d1c的、具有介于相对于初始流动d1a的2％至5％范围的质量比的一部分被送入减温器DS中，离开第二压缩机C1A的气相d1b也行进到如下文所描述的操作的减温器DS的入口。如下文所描述，流动d1c被送到减温器DS的液体部分通过伺服控制阀V1和第一膨胀器D1的结合作用进行调整。d1c的部分为来自泵PP的流动d1a的2％至10％，优选为3％至5％。
图2A是减温器DS的剖视图，该减温器DS用于在气相d1b进入冷凝器H1之前使气相d1b冷却。减温器DS以常规方式由连接到内部条带3的进气管1形成，条带3的形状为具有沿所述条带的周边分布的多个小截面孔4的多孔管。从泵PP(泵PP提供由伺服控制阀V1控制的流动d1c)引入液体的管2用于将液体供给到条带3，由于压力导致液体遍布到所述条带3，因而产生离开孔4的细小液滴的雾。液体的细小液滴具有与经由供给管1到达的气相进行交换的大的比表面积。液相的蒸发潜热则具有使所进入的气相冷却的效果。所述气相在减温器DS的入口处的温度约为80℃至90℃，而由于液体流体d1c蒸发吸收的热量，所述气相在减温器的出口处的温度不高于55℃至65℃。注入减温器DS中的液体d1c的量被精确地调整为使得离开减温器DS的所有的流均为气态，且因此具有均匀的气体成 分。
此种类型的减温器DS由供应商Fisher-Emerson(法国)销售。
在图2中，离开减温器DS的第一制冷剂流体因此完全呈气态且处于大约+55℃至+65℃的温度，随后在所述第二冷凝器H1(在本示例中为一个完全冷凝器)被完全冷凝。在第二冷凝器H1的出口处，第一制冷剂流体完全呈液态且具有流动d1'，该流动d1'处于温度T0、大致处于压力P1且被送入到第一热交换器EC1的口AA2，流动d1'作为经过线圈形状的管Sg和S1和S1B的流体的并流而在线圈形状的导管S1A中经过第一热交换器EC1，随后被送到由伺服控制阀以类似方式构成的第二膨胀器D1A，第二膨胀器D1A在BB2处经由热交换器EC1的冷端的与热交换器EC1的内部连通。在此水平处，第一制冷剂流体的液态的第二流蒸发，因此从天然气导管Sg吸收热量，并且还从导管S1、导管S1A、和导管S1B的流到吸收热量。
在图2中，第一制冷剂流体的第一流或流动d1'及第二流或流动d1"分别通过第一膨胀器D1和第二膨胀器D1A在BB1和BB2处在冷端且在第一外壳EC1内部蒸发，且在热交换器EC1的所述外壳内部混合在一起。该混合物经由AA3离开热交换器EC1的热端以形成第一制冷剂流体的气体的流或流动d1(＝d1'+d1")，该流或流动d1随后在第一压缩机C1中从P'1被压缩到P"1以进行上述新的循环。
图2的这种实施方式是有益的，因为在第一气体流在减温器DS中的预冷却期间，来自罐R1的轻的气体与来自重液相d1c的蒸汽进行混合，而作为结果的混合物则比进入的气相本身要重，从而有助于H1中的冷凝且使冷凝能够充分且更有效率地进行。
以下因素也是有益的：液态的第一制冷剂流体的第一流或流动d1'及第二流或流动d1"如上文所述地分别离开第二冷凝器H1和泵PP，且在经过第一热交换器EC1之前未进行混合，而是在两个分离的导管S1和S1A中经过第一热交换器EC1，由于这两个流具有不同成分的第一制冷剂流体，而且它们还处于不同的压力。因此它们的混合会导致与现有技术相比问题更大的不稳定性。然而，使用适当的调节系统(例如多个控制阀)能够控制所述两个液体流的混合，但这样会降低此种类型的设施中所期望的简易性和可靠性。
图3示出本发明的优选变型实施方式，其中第二冷凝器H1不是完全冷凝器，离开减温器DS的气体流仅有一部分在第二冷凝器H1中进行冷凝。在流动d1e处离开第二冷凝器H1的二相流体在第二分离器罐R1A中进行相分离，其中第一制冷剂流体的第二液相和第二气相被分离。
在图3中，来自R1A的下出口的制冷剂流体的第二液相被送到导管S1且成为流动d1f。泵PP的出口处的流动d1a被分离为两个流动，其分别为通向减温器DS并由第一控制阀V1进行调整的流动d1c以及由第二控制阀V1A进行调整的剩余部分d1d，所述两个控制阀彼此组合地密切受控；所述剩余部分d1d随后与液体流动d1f混合且大致以压力P1被送到低温热交换器EC1的热端处的管S1。
在图3中，离开第二分离器罐R1A的高出口的第一制冷剂流体的第二气相具有流动d1"。该流动d1"处于温度T0、大致处于压力P1且被送到第一热交换器EC1的热端AA处的入口AA2，以便在导管S1A中流经第一热交换器EC1，该流动此时为气态而非图2的实施中的液态。在导管S1A的冷端处的BB2，第二膨胀器D1A将第一制冷剂流体的第二气相的气体膨胀到小于P1的压力P1'。该气体在S1A的BB2处由D1A所进行的膨胀而从Sg、S1、S1A、和S1B吸收热量，从而将其冷却，且如果有多环路(如上文所述被称为MMR)，则在适当情况下从其它环路吸收热量。经由BB2离开第二膨胀器D1A的液态流体与第一制冷剂流体的在BB1处蒸发的第一部分混合，以作为流动d1经由AA3离开并由第一压缩机C1从P'1压缩到P"1，其中P"1介于P'1至P1的范围内。此后，该流动d1以二相混合物的形式离开第一压缩机C1，该二相混合物具有作为流动d1a并通过泵PP大致压缩到P1的液相以及作为流动d1b并由第二压缩机C1A在P1进行压缩的气相，该气相随后在减温器DS中进行冷却，随后在冷凝器H1中进行部分或全部冷凝，最终如上文所述地在分离器R1A再次进行分离，以进行如上文所述的新的循环。
在图3的变型实施中，膨胀器D1是液体至气体的膨胀器，而膨胀器D1A是气体至气体的膨胀器。
图3的实施方式是优选的，原因在于：首先，控制阀V1A与控制阀V1关联，且膨胀器D1使两个液相能够混合在一起并使它们能够在良好的稳定 性条件下进行蒸发；其次，该实施不需要使用完全冷凝器，从而增加了过程的总体稳定性，且因此增加其工业可靠性。在该优选变型中，液体流d1'代表第一制冷剂气体的流的重量的大约95％，而气态流d1"代表补足的部分，即大约5％。
冷凝器H0和H1及冷却器H2可由本领域技术人员所公知的水式热交换器(例如与海水或河水进行热交换)或冷却塔类型的冷空气式热交换器构成。
第一和第二制冷剂流体的成分与依据低温热交换器和冷凝器所使用的技术相关，且制造商和供应商都有他们自己对成分的要求。然而这些成分还与待液化的天然气的组成紧密相关，而在天然气的性质以明显方式发生改变时，制冷剂流体的组分可有益地随时进行调整。
作为示例，在热交换器EC1内的环路中操作、且因此处于普通温度T0(20℃至30℃)下降至最低温度T1(大约-50℃)的第一制冷剂流体由以下混合物组成：
类似地，在热交换器EC1、EC2、和EC3内的环路中操作、且因此从T1(近似为-50℃)下降至最低温度T3(近似为-165℃)的第二制冷剂流体由以下混合物组成：
在2.5兆吨每年(Mt/y)的生产环的整体设施中消耗的机械能为大约85兆瓦(MW)的程度：
50MW经由压缩机C2注入，通常使用第一气体涡轮机(未示出)注入；以及
35MW经由压缩机C1和C1A注入，通常使用第二气体涡轮机注入，其中C1吸收大致2/3的能量，而C1A吸收剩下的1/3。
本发明的多个过程涉及的能量与现有技术涉及的能量的顺序和分布大致相同。然而本发明的所述过程更加稳定和可靠，其结果是提供了优化的工业技术。
本发明是在双环路过程的情况下进行描述，包括与热交换器EC1(-50℃)中操作的回路S1-S1A-S1B相对应的“热”的第一环路，以及与热交换器EC2(-50℃＝>-120℃)及EC3(-120℃＝>-165℃)中操作的回路S2-S2A-S3相对应的“冷”的第二环路。然而，还具有多种类似的过程，其中“热”环路是相同的，但“冷“环路由两个独立的环路替代，这两个独立环路均具有其本身的制冷剂流体，大体上第二环路在热交换器EC2(即-50℃至-120℃)中操作，而第三环路在热交换器EC3(即-120℃至-165℃)中操作。在所有这些过程中，无论低温热交换器为何种类型，对应于热交换器EC1的”热“环路仍然与参照图1A描述的大致相同。因此本发明实际上适用于使用多个独立环路和相变的所有天然气液化过程。

Claims (15)

1.一种天然气液化方法，所述天然气包括甲烷和其它组分，所述其它组分包括氮气和C-2至C-4烷烃，其中进行液化的所述天然气通过以下步骤被液化：以大于或等于大气压(Patm)的压力P0产生所述天然气的流(Sg)，以使所述天然气的流在至少一个第一低温热交换器(EC1)中流动而与第一制冷剂流体的至少一个第一流(S1)间接接触，所述第一制冷剂流体包括在至少一个第一闭合环路中循环并伴随有相变的多种化合物的第一混合物，第一制冷剂流体的所述第一流以大于P0的压力P1和大致等于进入所述第一低温热交换器(EC1)的所述天然气的入口温度T0的温度经由热端(AA)处的第一入口(AA1)进入所述第一低温热交换器，所述制冷剂作为所述天然气的流(Sg)的并流而经过所述第一低温热交换器，且经由冷端(BB)以液态离开所述第一低温热交换器，呈液态的第一制冷剂流体的所述第一流(S1)通过所述第一低温热交换器(EC1)的冷端(BB)处的第一膨胀器(D1)进行膨胀，以便以小于P1的压力P'1以及小于温度T0的温度T1而在所述第一低温热交换器内部在所述第一低温热交换器的冷端处返回到气态，然后经由所述第一低温热交换器的热端(AA)处的出口孔(AA3)以气态且大致以温度T0离开所述第一低温热交换器(EC1)，呈气态的第一制冷剂流体的所述第一流随后至少部分地被再液化，并被送至所述第一低温热交换器的热端处的所述第一入口(AA1)，以形成呈液态的第一制冷剂流体的所述第一流(S1)的供给，由此在闭合回路中循环；呈气态的第一制冷剂流体的所述第一流的液化包括在第一压缩机(C1)中进行的第一压缩、随后在第一冷凝器(H0)中进行的第一部分冷凝、以及在第一分离器罐(R1)中进行的使第一制冷剂流体的第一液相与第一制冷剂流体的第一气相分离的相分离，所述第一分离器罐(R1)的低出口处的所述第一制冷剂流体的第一液相(d1a)通过泵(PP)大致以压力P1至少部分地被送至所述第一低温热交换器的热端(AA)处的所述第一入口(AA1)，以形成呈液态的第一制冷剂流体的所述第一流，所述第一分离器罐(R1)的高出口处的所述第一制冷剂流体的所述第一气相(d1b)由第二压缩机(C1A)大体上压缩至压力P1，随后在第二冷凝器(H1)中至少部分地被冷凝，在与第一制冷剂流体的所述第一液相(d1a)的至少一部分混合之后被冷凝；
所述方法的特征在于，所述第二压缩机(C1A)的出口处的所述第一制冷剂流体的所述第一气相(d1b)在减温器(DS)中通过与所述第一分离器罐的出口处的第一制冷剂流体的所述第一液相(d1a)的一部分(d1c)接触而被冷却，所述第一制冷剂流体的第一液相的所述部分(d1c)在所述第二冷凝器(H1)中进行所述冷凝之前在所述减温器中被微粒化和蒸发。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一制冷剂流体的第一液相的所述部分(d1c)占所述第一制冷剂流体的所述第一液相(d1a)的小于10％的流动重量，以便在所述减温器(DS)中被完全蒸发，并使得所述减温器的出口(d1e)处的所述第一制冷剂流体在所述第二冷凝器中至少部分地被冷凝之前完全处于气相，所述第一制冷剂流体的第一液相的所述部分(d1c)的流动借助于至少一个控制阀(V1、V1A)而被调整。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述减温器的出口(d1e)处被冷却的所述第一制冷剂流体的第一气相在所述第二冷凝器(H1)中被部分冷凝，然后在第二分离器罐(R1A)中进行第二相分离，使第一制冷剂流体的第二液相(d1f)与第一制冷剂流体的第二气相(d1")分离，所述第二分离器罐(R1A)的下出口处的第一制冷剂流体的所述第二液相(d1f)与第一制冷剂流体的所述第一液相(d1a)的剩余部分(d1d)混合，并被送至所述第一低温热交换器(EC1)的热端(AA)处的第一入口(AA1)以形成呈液态的、大致处于温度T0并处于压力P1的第一制冷剂流体的所述第一流，而所述第二分离器罐(R1A)的高出口处的第二气相(d1")以压力P1和大致T0的温度被送至所述第一低温热交换器(EC1)的热端(AA)的第二入口(AA2)处以形成第一制冷剂流体的第二流(S1A)，所述第一制冷剂流体的第二流作为所述天然气的流(Sg)的并流而以气态经过所述第一低温热交换器，并以气态离开所述第一低温热交换器并且通过所述第一低温热交换器(EC1)的冷端(BB)处的第二膨胀器(D1A)而被膨胀，以便以小于P1的压力P'1和小于温度T0的温度T1而在所述第一低温热交换器的内部在靠近所述第一低温热交换器的冷端处返回到气态，然后经由所述第一低温热交换器的热端处的所述出口孔(AA3)以气态并大致以温度T0离开所述第一低温热交换器，以便随后在所述第一低温热交换器(EC1)的热端(AA)的出口处与呈气态的第一制冷剂流体的所述第一流一起被送至所述第一压缩机(C1)。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述减温器(DS)中冷却的第一制冷剂流体的所述第一气相在所述第二冷凝器(H1)中被完全冷凝，然后以液态并大致以压力P1和温度T0被送至所述第一低温热交换器(EC1)的热端(AA)，从而与呈液态的所述第一制冷剂流体的第一流混合并且作为所述天然气的流(Sg)的并流而经过所述第一低温热交换器，或者形成呈液态的第一制冷剂流体的第二流(S1A)，所述第一制冷剂流体的第二流作为所述天然气的流(Sg)的并流而经过所述第一低温热交换器并以液态离开所述第一低温热交换器(EC1)，且通过所述第一低温热交换器(EC1)的冷端(BB)处的第二膨胀器(D1A)而被膨胀，以便以小于P1的压力P'1和小于T0的温度T1而在所述第一低温热交换器的内部在靠近所述第一低温热交换器的冷端处返回到气态，然后经由所述第一低温热交换器的热端(AA)处的出口孔(AA3)以气态并以大致温度T0离开所述第一低温热交换器，以便在所述第一低温热交换器的热端(AA)的出口处与呈气态的第一制冷剂流体的所述第一流一起被送至所述第一压缩机(C1)。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，以大致等于T1的温度离开所述第一低温热交换器(EC1)的冷端的所述天然气在至少一个第二低温热交换器(EC2)中被冷却并至少部分被液化，其中进行液化的所述天然气是通过以下步骤被液化：产生所述天然气的流(Sg)，使其流动而与第二制冷剂流体的至少一个第一流(S2)间接接触，所述第二制冷剂流体包括在至少一个第二闭合回路中流动并伴随着相变的多种化合物的第二混合物，所述第二制冷剂流体的所述第一流(S2)在所述第二低温热交换器(EC2)的热端(CC)的第一入口(CC1)处以大致等于T1的温度并以压力P2进入所述第二低温热交换器，作为所述天然气的流(Sg)的并流而经过所述第二低温热交换器，并在所述第二低温热交换器(EC2)的冷端(DD)以处于液态的一温度离开所述第二低温热交换器，呈液态的第二制冷剂流体的所述第一流(S2)通过所述第二低温热交换器(EC2)的冷端(DD)处的第三膨胀器(D2)进行膨胀，以便以小于P2的压力P'2和小于T1的温度T2而在所述第二低温热交换器内在靠近所述第二低温热交换器的冷端处返回到气态，然后经由所述第二低温热交换器(EC2)的热端处的出口孔(CC3)以气态并大致以温度T1离开，呈气态的第二制冷剂流体的所述第一流随后被部分地再液化并被送至所述第二低温热交换器的热端处的第一入口(CC1)，以便形成呈液态的第二制冷剂流体的所述第一流(S2)的供给，由此在闭合环路中循环，呈气态的第二制冷剂流体的所述第一流(S2)的液化包括由第三压缩机(C2)压缩到压力P2、然后在气冷式热交换器(H2)中大致冷却到T0，且呈气态的第二制冷剂流体的所述第一流随后被送至所述第一低温热交换器(EC1)的热端(AA)处的入口(AA4)并经过所述第一低温热交换器，以便经由所述第一低温热交换器的冷端(BB)以部分液化的状态且大致以温度T1离开所述第一低温热交换器，然后在第三分离器罐(R2)中承受相分离，将第二制冷剂流体的液相与第二制冷剂流体的气相分离出，所述第三分离器罐(R2)的低出口处的第二制冷剂流体的液相(d2a)大致以温度T1和压力P2被送至所述第二低温热交换器的热端(CC)处的所述第一入口(CC1)以便形成呈液态的第二低温制冷剂流体的所述第一流(S2)，所述第三分离器罐(R2)的高出口(d2b)处的所述第二制冷剂流体的所述气相以大致温度T1和压力P2被送至所述第二低温热交换器(EC2)的热端(CC)处的第二入口(CC2)以便形成第二制冷剂流体的第二流(S2A)，所述第二制冷剂流体的第二流以气态经过所述第二低温热交换器(EC2)，并在所述第二低温热交换器(EC2)的冷端离开气体出口，然后从所述第二低温热交换器的热端(CC)处的出口孔(CC3)离开，以便与呈气态的第二制冷剂流体的所述第一流一起被送至所述第三压缩机(C2)。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，以大致等于T2的温度离开所述第二低温热交换器(EC2)的冷端(DD)且被部分地液化的所述天然气在至少一个第三低温热交换器(EC3)中以低于T2的温度T3被冷却和完全液化，所述天然气的流(Sg)在第三低温热交换器中流动而作为并流与第二制冷剂流体的至少一个第三流(S3)间接接触，所述第三流是由大致以温度T2和压力P2离开所述第二低温热交换器(EC2)的冷端的呈气态的第二制冷剂流体的所述第二流(S2A)供给，第二制冷剂流体的所述第三流(S3)作为所述天然气的流(Sg)的并流而以气态经过所述第三低温热交换器(EC3)，且大致以气态离开所述第三低温热交换器并通过所述第三低温热交换器(EC3)的冷端(FF)处的第四膨胀器(D3)进行膨胀，以便以小于P2的压力P2'和小于T2的温度T3而在所述第三低温热交换器内在靠近所述第三低温热交换器的冷端处返回到气态，然后经由所述第三低温热交换器的热端(EE)处的出口(EE1)以气态并大致以温度T2离开所述第三低温热交换器，以便随后被送至所述第二低温热交换器(EC2)的冷端(DD)处的第二入口(DD2)，以经由所述第二低温热交换器(EC2)的热端(CC)处的出口孔(CC3)离开所述第二低温热交换器，从而与呈气态的第二制冷剂流体的所述第一流一起被送至所述第三压缩机(C2)。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述膨胀器(D1、D1A)包括多个阀，所述多个阀的开启度适合被实时控制(R)。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述天然气和所述制冷剂流体的化合物选自甲烷、氮气、乙烷、乙烯、丙烷、丁烷和戊烷。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进行液化的所述天然气的成分处于下列范围，且下列化合物的总和为100％：
甲烷80％至100％；
氮气0％至20％；
乙烷0％至20％；
丙烷0％至20％；以及
丁烷0％至20％。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述制冷剂流体的成分处于下列范围内，且下列化合物的总和为100％：
甲烷2％至50％；
氮气0％至10％；
乙烷和/或乙烯20％至75％；
丙烷5％至20％；
丁烷0％至30％；以及
戊烷0％至10％。
11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述温度为下列值：
T0：10℃至60℃；
T1：-30℃至-70℃；
T2：-100℃至-140℃；以及
T3：-160℃至-170℃。
12.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述压力为下列值：
P0：0.5MPa至10MPa；
P1：1.5MPa至10MPa；以及
P2：2.5MPa至10MPa。
13.一种装载在浮动支撑体上的设施，用于执行根据权利要求1至12中任一项所述的方法，所述设施的特征在于包括：
至少一个所述第一低温热交换器(EC1)，其至少包括：
第一导管，穿过所述第一低温热交换器(EC1)且适于使呈液态的第一制冷剂流体的第一流从中流过；
第二导管，穿过所述第一低温热交换器(EC1)且适于使呈气态或液态的第一制冷剂流体的第二流从中流过；以及
第三导管，穿过所述第一低温热交换器(EC1)且适于使进行液化的所述天然气从中流过；
第一膨胀器(D1)，位于所述第一导管的冷出口与所述第一低温热交换器的外壳的冷端处的第一入口(BB1)之间；
第二膨胀器(D1A)，位于所述第二导管的冷出口与所述第一低温热交换器的外壳的冷端处的第二入口(BB2)之间；
第一压缩机(C1)，具有位于所述第一低温热交换器(EC1)的外壳的热端处的出口孔(AA3)与所述第一压缩机(C1)的入口之间的连接管；
第一冷凝器(H0)，具有位于所述第一压缩机(C1)的出口与所述第一冷凝器的入口之间的连接管；
第一分离器罐(R1)，具有位于所述第一冷凝器的出口与所述第一分离器罐之间的连接管；
第二压缩机(C1A)，具有位于所述第一分离器罐的顶部出口与所述第二压缩机的入口之间的连接管；
减温器(DS)，具有位于所述第二压缩机的出口与用以允许气体进入所述减温器的一入口之间的连接管；
第二冷凝器(H1)，具有位于所述减温器的出口与所述第二冷凝器之间的连接管；
泵(PP)，具有位于所述第一分离器罐(R1)的底部出口与所述泵之间的连接管，以及与第一阀(V1)配合的连接管，所述与第一阀配合的连接管位于所述泵(PP)的出口与用以允许液体进入所述减温器(DS)的一入口(2)之间；
位于所述泵(PP)的出口与用于所述第一制冷剂流体的第一导管的入口之间的连接管；以及
位于所述第二冷凝器(H1)的出口与用于第一制冷剂流体的所述第二导管的入口之间的连接管。
14.根据权利要求13所述的设施，其特征在于还包括：
第二分离器罐(R1A)，具有位于所述第二冷凝器(H1)的出口与所述第二分离器罐(R1A)之间的连接管；
位于所述第二分离器罐(R1A)的顶部出口与用于第一制冷剂流体的所述第二导管的入口之间的连接管；
在所述第二分离器罐(R1A)的底部出口与用于第一制冷剂流体的所述第一导管的入口之间的连接管；以及
与第二阀(V1A)配合的连接管，位于以下两者之间：第一者是所述第一阀(V1)上游的所述泵(PP)的出口，第二者是与所述第二分离器罐(R1A)的底部出口与用于第一制冷剂流体的所述第一导管的入口之间的所述连接管的接合部。
15.根据权利要求13所述的设施，其特征在于还包括：
第四导管，穿过所述第一低温热交换器(EC1)且适于使呈气态或液态的第二制冷剂流体的第一流进行流动；
第二低温热交换器(EC2)，其包括：
第五导管，穿过所述第二低温热交换器(EC2)，所述第五导管适于使呈液态的第二制冷剂流体的第一流从中流过；
第六导管，穿过所述第二低温热交换器(EC2)，所述第二低温热交换器适于使呈气态的第二制冷剂流体的所述第一流持续地从中流过；以及
第七导管，穿过所述第二低温热交换器(EC2)且适于使进行液化的所述天然气经过所述第一低温热交换器而连续地流过所述第七导管；
第三低温热交换器(EC3)，其包括：
第八导管，穿过所述第三低温热交换器(EC3)，所述第三低温热交换器适于使呈气态的第二制冷剂流体的所述第一流经过所述第二低温热交换器(EC2)而从所述第六导管连续地流动；以及
第九导管，穿过所述第三低温热交换器(EC3)，所述第三低温热交换器适于使进行液化的所述天然气经过所述第二低温热交换器(EC2)而从所述第七导管连续地流动；
第三分离器罐(R2)；
位于所述第一低温热交换器的所述第四导管的冷端与所述第三分离器罐(R2)之间的连接管；
位于所述第三分离器罐的底部出口与所述第二低温热交换器(EC2)的热端处的第一入口(CC1)之间的连接管；
位于所述第三分离器罐的顶部出口与所述第二低温热交换器的所述第六导管的热端之间的连接管；
第三膨胀器(D2)，位于所述第二低温热交换器(EC2)的所述第五导管的冷出口与所述第二低温热交换器(EC2)的外壳的冷端处的第一入口(DD1)之间；
第三压缩机(C2)，具有位于所述第二低温热交换器(EC2)的外壳的热端处的出口孔(CC3)与所述第三压缩机(C2)的入口之间的连接管；
气冷式热交换器(H2)，具有位于所述第三压缩机(C2)的出口与所述气冷式热交换器(H2)的入口之间的连接管；
位于所述气冷式热交换器(H2)的出口与所述第一低温热交换器(EC1)的所述第四导管的热端处的入口之间的连接管；
第四膨胀器(D3)，位于所述第三低温热交换器(EC3)的所述第八导管的冷端与所述第三低温热交换器(EC3)的外壳的冷端处的入口(FF1)之间；以及
位于所述第三低温热交换器(EC3)的外壳的热端处的出口(EE1)与所述第二低温热交换器(EC2)的外壳的冷端处的第二入口(DD2)之间的连接管。
CN201380038532.8A 2012-07-17 2013-07-04 包括相变的天然气液化方法 Active CN104471334B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1256888A FR2993643B1 (fr) 2012-07-17 2012-07-17 Procede de liquefaction de gaz naturel avec changement de phase
FR1256888 2012-07-17
PCT/FR2013/051593 WO2014013158A2 (fr) 2012-07-17 2013-07-04 Procédé de liquéfaction de gaz naturel avec changement de phase

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN104471334A CN104471334A (zh) 2015-03-25
CN104471334B true CN104471334B (zh) 2017-08-04

Family

ID=47137834

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201380038532.8A Active CN104471334B (zh) 2012-07-17 2013-07-04 包括相变的天然气液化方法

Country Status (12)

Country Link
US (1) US10107549B2 (zh)
EP (1) EP2875294A2 (zh)
JP (1) JP6002841B2 (zh)
KR (1) KR101647931B1 (zh)
CN (1) CN104471334B (zh)
AP (1) AP2015008214A0 (zh)
AU (1) AU2013291842B2 (zh)
BR (1) BR112015000945B1 (zh)
FR (1) FR2993643B1 (zh)
RU (1) RU2613766C2 (zh)
SG (1) SG11201408032PA (zh)
WO (1) WO2014013158A2 (zh)

Families Citing this family (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104845692A (zh) * 2015-04-03 2015-08-19 浙江大学 一种油田伴生气全液化回收系统及其方法
TWI707115B (zh) * 2015-04-10 2020-10-11 美商圖表能源與化學有限公司 混合製冷劑液化系統和方法
US10449485B2 (en) * 2015-10-09 2019-10-22 Ngk Insulators, Ltd. Method of producing nitrogen-depleted gas, method of producing nitrogen-enriched gas, method of nitrogen separation, and system of nitrogen separation
FR3043451B1 (fr) * 2015-11-10 2019-12-20 L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Methode pour optimiser la liquefaction de gaz naturel
US11561042B2 (en) * 2016-02-26 2023-01-24 LGE IP Management Company Limited Method of cooling boil-off gas and apparatus therefor
FR3049331B1 (fr) * 2016-03-22 2018-09-14 Gaztransport Et Technigaz Installation d'alimentation en gaz combustible d'un organe consommateur de gaz et de liquefaction dudit gaz combustible
CN105783419B (zh) * 2016-03-30 2019-08-20 重庆耐德能源装备集成有限公司 一种天然气预冷装置及预冷控制方法
CA2963649C (en) * 2016-04-11 2021-11-02 Geoff Rowe A system and method for liquefying production gas from a gas source
JP6732946B2 (ja) * 2016-05-04 2020-07-29 イノベイティブ クライオジェニック システムズ， インコーポレイテッド ガス消費部材に可燃性ガスを給送し、該可燃性ガスを液化するための設備
CN109563969B (zh) * 2016-05-04 2021-02-12 创新低温系统公司 用于向气体消耗构件供给可燃气体并用于液化所述可燃气体的设备
US10323880B2 (en) * 2016-09-27 2019-06-18 Air Products And Chemicals, Inc. Mixed refrigerant cooling process and system
CN106642985B (zh) * 2016-12-01 2019-07-02 中国寰球工程有限公司 一种用于浮式天然气液化装置的快速开车系统及其开车方法
US10852059B2 (en) * 2017-09-28 2020-12-01 Air Products And Chemicals, Inc. Multiple pressure mixed refrigerant cooling system
US10753676B2 (en) * 2017-09-28 2020-08-25 Air Products And Chemicals, Inc. Multiple pressure mixed refrigerant cooling process
US11320196B2 (en) 2017-12-15 2022-05-03 Saudi Arabian Oil Company Process integration for natural gas liquid recovery
CN111656082A (zh) * 2018-01-12 2020-09-11 亚致力气体科技有限公司 用于低温储存和运输挥发性气体的热级联
AU2019207851B2 (en) * 2018-01-12 2021-09-23 Nuovo Pignone Tecnologie Srl A thermodynamic system containing a fluid, and method for reducing pressure therein
US11585608B2 (en) 2018-02-05 2023-02-21 Emerson Climate Technologies, Inc. Climate-control system having thermal storage tank
US11149971B2 (en) 2018-02-23 2021-10-19 Emerson Climate Technologies, Inc. Climate-control system with thermal storage device
US11346583B2 (en) 2018-06-27 2022-05-31 Emerson Climate Technologies, Inc. Climate-control system having vapor-injection compressors
FR3089274B1 (fr) * 2018-11-30 2022-03-04 Gaztransport Et Technigaz Dispositif de génération de gaz sous forme gazeuse à partir de gaz liquéfié
FR3101406B1 (fr) * 2019-09-27 2022-06-03 Air Liquide Installation de système de liquéfaction de fluide d’hydrocarbures et son système
WO2022089930A2 (en) * 2020-10-26 2022-05-05 Shell Internationale Research Maatschappij B.V. Compact system and method for the production of liquefied natural gas
CN114576927A (zh) * 2022-03-23 2022-06-03 山东钢铁集团日照有限公司 一种焦炉煤气制备lng深冷方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4339253A (en) * 1979-12-12 1982-07-13 Compagnie Francaise D'etudes Et De Construction "Technip" Method of and system for liquefying a gas with low boiling temperature
US5657643A (en) * 1996-02-28 1997-08-19 The Pritchard Corporation Closed loop single mixed refrigerant process
US5950453A (en) * 1997-06-20 1999-09-14 Exxon Production Research Company Multi-component refrigeration process for liquefaction of natural gas
US6269655B1 (en) * 1998-12-09 2001-08-07 Mark Julian Roberts Dual mixed refrigerant cycle for gas liquefaction
EP1132698A1 (en) * 2000-03-09 2001-09-12 Cryostar-France SA Reliquefaction of compressed vapour

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2206620B2 (de) 1972-02-11 1981-04-02 Linde Ag, 6200 Wiesbaden Anlage zum Verflüssigen von Naturgas
GB1572900A (en) * 1976-04-21 1980-08-06 Shell Int Research Process of the liquefaction of natural gas
DE19716415C1 (de) * 1997-04-18 1998-10-22 Linde Ag Verfahren zum Verflüssigen eines Kohlenwasserstoff-reichen Stromes
US6158240A (en) * 1998-10-23 2000-12-12 Phillips Petroleum Company Conversion of normally gaseous material to liquefied product
US6347531B1 (en) * 1999-10-12 2002-02-19 Air Products And Chemicals, Inc. Single mixed refrigerant gas liquefaction process
US6347532B1 (en) * 1999-10-12 2002-02-19 Air Products And Chemicals, Inc. Gas liquefaction process with partial condensation of mixed refrigerant at intermediate temperatures
JP5605977B2 (ja) * 2004-06-23 2014-10-15 エクソンモービル アップストリーム リサーチ カンパニー 混合冷媒液化方法
AU2007274267B2 (en) * 2006-07-14 2010-09-09 Shell Internationale Research Maatschappij B.V. Method and apparatus for cooling a hydrocarbon stream
KR100965204B1 (ko) * 2008-07-31 2010-06-24 한국과학기술원 터빈팽창기를 사용하는 혼합냉매 천연가스 액화 사이클장치및 이에 따른 작동방법
FR2938903B1 (fr) * 2008-11-25 2013-02-08 Technip France Procede de production d'un courant de gaz naturel liquefie sous-refroidi a partir d'un courant de charge de gaz naturel et installation associee

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4339253A (en) * 1979-12-12 1982-07-13 Compagnie Francaise D'etudes Et De Construction "Technip" Method of and system for liquefying a gas with low boiling temperature
US5657643A (en) * 1996-02-28 1997-08-19 The Pritchard Corporation Closed loop single mixed refrigerant process
US5950453A (en) * 1997-06-20 1999-09-14 Exxon Production Research Company Multi-component refrigeration process for liquefaction of natural gas
US6269655B1 (en) * 1998-12-09 2001-08-07 Mark Julian Roberts Dual mixed refrigerant cycle for gas liquefaction
EP1132698A1 (en) * 2000-03-09 2001-09-12 Cryostar-France SA Reliquefaction of compressed vapour
CN1335475A (zh) * 2000-03-09 2002-02-13 克里奥斯塔-法兰西有限公司 压缩蒸汽的再液化

Also Published As

Publication number Publication date
CN104471334A (zh) 2015-03-25
AU2013291842B2 (en) 2015-12-24
RU2613766C2 (ru) 2017-03-21
RU2015104102A (ru) 2016-09-10
KR101647931B1 (ko) 2016-08-11
KR20150023624A (ko) 2015-03-05
WO2014013158A3 (fr) 2014-09-18
SG11201408032PA (en) 2015-01-29
AU2013291842A1 (en) 2015-01-15
WO2014013158A2 (fr) 2014-01-23
US10107549B2 (en) 2018-10-23
JP2015524045A (ja) 2015-08-20
AP2015008214A0 (en) 2015-01-31
BR112015000945B1 (pt) 2023-04-11
JP6002841B2 (ja) 2016-10-05
US20150184930A1 (en) 2015-07-02
BR112015000945A2 (pt) 2017-06-27
FR2993643B1 (fr) 2014-08-22
FR2993643A1 (fr) 2014-01-24
EP2875294A2 (fr) 2015-05-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104471334B (zh) 包括相变的天然气液化方法
CN205561414U (zh) 用于使天然气供给流液化以产生液化天然气产物的系统
RU2141084C1 (ru) Установка для сжижения
AU2012270148B2 (en) Process for liquefaction of natural gas
EP2229567B1 (en) Method for regulation of cooling capacity of a cooling system based on a gas expansion process.
CA3029950C (en) System and method for liquefaction of natural gas
CN1102213C (zh) 将加压液态天然气的加压气化气再液化的方法
AU2012273829C1 (en) Method for liquefying natural gas with a triple closed circuit of coolant gas
CN111141107B (zh) 一种船用voc、bog综合液化系统及方法
AU2012273827B2 (en) Method for liquefying natural gas with a mixture of coolant gas
CN112304026B (zh) 一种原油挥发气分级液化系统及其工作方法
KR102189081B1 (ko) 증발가스 재액화 시스템 및 이를 포함하는 선박
CN205593289U (zh) 液化天然气的装置
US11635252B2 (en) Primary loop start-up method for a high pressure expander process
KR101714678B1 (ko) 저장탱크를 포함하는 선박
KR101220208B1 (ko) 천연가스와 열교환에 의하여 에너지를 저감시키기 위한 천연가스 액화방법
KR20230110507A (ko) 천연가스로부터의 액화천연가스 생산방법 및 그의 플랜트
KR101714674B1 (ko) 저장탱크를 포함하는 선박
US20190310014A1 (en) Device and method for liquefying a natural gas and ship comprising such a device
CN104412055A (zh) 控制温度以液化气体的方法及使用该方法的制备设备
CN110573814A (zh) 用于液化天然气的设备和方法及包括该设备的船
KR20210016584A (ko) 액화 석유 가스 저장 및 운송을 위한 시스템 및 방법

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant