CN107110598A - 双重混合制冷剂系统 - Google Patents

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Abstract

提供用于使用双重闭环混合制冷剂循环从含烃进料气流中回收液化天然气(LNG)流的方法和系统。具体而言，本文中描述的方法和系统可用于通过使用利用第一混合制冷剂和第二混合制冷剂的第一制冷系统和第二制冷系统从含烃进料气流中高效且有效地液化甲烷。

Description

双重混合制冷剂系统
技术领域
本发明大体上涉及用于从含烃气体中回收液化天然气(“LNG”)的方法和系统。更确切地说，本发明大体上涉及包括双重混合制冷剂系统的方法和系统。
背景技术
近年来，天然气的需求不断增大。在许多实例中，发现天然气位于远离天然气的市场的区域中。除非天然气位于足够接近市场的位置，那么构造管道来运输天然气才是可行的，否则的话天然气必须通过罐车等运输。以蒸气形式的天然气的运输需要相当大的罐车体积；因此，习惯上对天然气进行液化用于储存和运输。液化天然气的使用及其储存的方法是众所周知的。当可得到过剩的天然气时，天然气也可以在使用点处被液化，但是可能在与可以输送到将来的使用点相比所需的体积较大。可以使用此类储存，例如，以在冬天峰值需求周期期间满足超过通过现有管道系统可供使用的天然气的冬季峰值需求。各种其它工业应用需要将天然气液化以用于储存。
此前，天然气等物质已经通过例如在第4,033,735号美国专利中所示的那些利用单混合制冷剂的方法得到液化。此类方法具有优于其它方法(例如，级联系统)的许多优点，因为它们需要不太昂贵的设备并且控制难度较低。不幸的是，单混合制冷剂方法与级联系统相比需要在某种程度上更多的功率。
级联系统，例如，在第3,855,810号美国专利中所示的系统，基本上利用多个制冷区域，其中沸点降低的制冷剂得到气化以提供冷却。然而，级联系统仍然承受低效率的操作。
尽管在天然气液化技术中已经取得进展，但是就操作效率和功率消耗而言仍然需要改进。
发明内容
本文所描述的一个或多个实施例涉及用于液化含烃气体的方法。所述方法包括：(a)将完全冷凝的第一混合制冷剂、压缩过的第二混合制冷剂和包括含烃气体的进料流引入到第一制冷系统中；(b)使所述完全冷凝的第一混合制冷剂的至少一部分膨胀从而形成膨胀的第一混合制冷剂，其中所述完全冷凝的第一混合制冷剂在膨胀步骤之前或之后未经受相分离；(c)通过与所述膨胀的第一混合制冷剂的间接热交换冷却所述第一制冷系统中的所述进料流和所述压缩过的第二混合制冷剂的至少一部分从而形成第一冷却的进料流和完全冷凝的第二混合制冷剂；(d)使所述完全冷凝的第二混合制冷剂的至少一部分膨胀从而形成膨胀的第二混合制冷剂；以及(e)通过与所述膨胀的第二混合制冷剂的间接热交换冷却第二制冷系统中第一冷却的进料流的至少一部分从而形成第二冷却的进料流，其中所述第二制冷系统包括单个冷却区域。
本文所描述的一个或多个实施例涉及用于液化含烃气体的方法。所述方法包括：(a)将完全冷凝的第一混合制冷剂、压缩过的第二混合制冷剂和包括含烃气体的进料流引入到第一制冷系统中；(b)使所述完全冷凝的第一混合制冷剂的至少一部分膨胀从而形成膨胀的第一混合制冷剂；(c)通过与所述膨胀的第一混合制冷剂的间接热交换冷却所述第一制冷系统中的所述进料流和所述压缩过的第二混合制冷剂的至少一部分从而形成第一冷却的进料流和完全冷凝的第二混合制冷剂；(d)使所述完全冷凝的第二混合制冷剂的至少一部分膨胀从而形成膨胀的第二混合制冷剂；(e)通过与所述膨胀的第二混合制冷剂的间接热交换冷却第二制冷系统中所述第一冷却的进料流的至少一部分从而形成第二冷却的进料流，其中所述第一制冷系统和所述第二制冷系统包含在相同的热交换器中；以及(f)使所述第二冷却的进料流的至少一部分膨胀从而形成LNG流。
本文所描述的一个或多个实施例涉及用于液化含烃气体的系统。所述系统包括：(a)第一制冷系统，其包括设置在其中的多个冷却区域，其中所述冷却区域中的每一个经配置以通过与第一混合制冷剂的间接热交换冷却第二混合制冷剂和包括含烃气体的进料流从而形成第一冷却的进料流和完全冷凝的第二混合制冷剂；(b)第一闭环混合制冷循环，其至少部分地设置在所述第一制冷系统内，其中所述第一闭环混合制冷循环包括第一混合制冷剂，且所述第一闭环混合制冷循环不含相分离器；(c)第二制冷系统，其与所述第一制冷系统流体连通，其中所述第二制冷系统包括设置在其中的单个冷却区域，且所述冷却区域经配置以通过与所述第二混合制冷剂的间接热交换冷却所述第一冷却的进料流从而形成第二冷却的进料流；以及(d)第二闭环混合制冷循环，其至少部分地设置在所述第二制冷系统内，其中所述第二闭环混合制冷循环包括所述第二混合制冷剂且不含相分离器。
附图说明
参考以下附图在本文中描述了本发明的实施例，在附图中：
图1描绘根据本发明的一个实施例用于从进料气流中回收液化天然气流的双重闭环混合制冷剂系统；
图2描绘根据本发明的一个实施例的双重闭环混合制冷剂系统，该系统包括：连接到第一制冷系统的涡轮膨胀器、重物质分离器和压缩机；
图3描绘根据本发明的一个实施例的双重闭环混合制冷剂系统，该系统包括：连接到第一制冷系统的涡轮膨胀器和重物质分离器以及连接到第一闭环混合制冷循环的压缩机；
图4描绘根据本发明的一个实施例的双重闭环混合制冷剂系统，该系统包括：连接到第一制冷系统的涡轮膨胀器和重物质分离器以及连接到第二闭环混合制冷循环的压缩机；
图5描绘根据本发明的一个实施例的双重闭环混合制冷剂系统，该系统包括：连接到第二制冷系统的涡轮膨胀器、重物质分离器和压缩机；
图6描绘根据本发明的一个实施例的双重闭环混合制冷剂系统，该系统包括：连接到第二制冷系统的涡轮膨胀器和重物质分离器以及连接到第一闭环混合制冷循环的压缩机；以及
图7描绘根据本发明的一个实施例的双重闭环混合制冷剂系统，该系统包括：连接到第二制冷系统的涡轮膨胀器和重物质分离器以及连接到第二闭环混合制冷循环的压缩机。
具体实施方式
本发明的实施例的以下详细描述参考了附图。该实施例意图以充足的细节描述本发明的各种方面以使得所属领域的技术人员能够实践本发明。可以利用其它实施例并且可以在不脱离权利要求书的范围的前提下进行改变。因此，不应将以下详细描述视为具有限制意义。本发明的范围仅由所附的权利要求书以及此权利要求书所授予的等效物的完整范围来界定。
本发明大体上涉及用于液化含烃气体的方法和系统以由此形成包括甲烷的液化天然气(LNG)流。如下文所述，这些方法和系统可以利用双重混合制冷剂系统以辅助来自含烃气体的甲烷的液化。下文中根据图1到图7进一步描述了双重混合制冷剂系统的各种实施例。
现转而参看图1，提供了根据本发明的一个或多个实施例配置的液化天然气(LNG)回收设施10的示意性描绘。液化天然气(LNG)回收设施10可以是可操作的以使进入的含烃气体进料流中的甲烷的很大部分冷凝和过冷，方法是用第一制冷系统12和第二制冷系统14冷却气体。根据本发明的各种实施例，参考图1到图7在下文中描述了关于液化天然气(LNG)回收设施10的配置和操作的额外细节。
如图1所示，含烃气体进料流可以最初通过导管110引入到液化天然气(LNG)回收设施10中。含烃气体可以是任何合适的含烃的流体流，举例来说，例如，天然气流、合成气流、裂化气流、来自石油生产的相关气体，或其组合。导管110中的含烃气流可以源自多种气体源(未图示)，包含(但不限于)：天然气管道配送网络；烃生产井；非常规气体生产单元；石油化学处理单元；煤床处理单元；精炼厂处理单元，例如，流化催化裂化装置(FCC)或石油焦化设备；或者重油处理单元，例如，油砂质量改善装置。
取决于其来源，含烃气体可以包括不同量的甲烷，氮气，氢气，一氧化碳，二氧化碳，含硫种类，和其它烃类。举例来说，含烃气体可以包括至少1、5、10、15或25和/或不超过99、95、90、80、70或60摩尔百分比的甲烷。更确切地说，含烃气体可以包括范围在1到99、5到95、10到90、15到80，或25到70摩尔百分比的甲烷。应注意所有的摩尔百分比都是基于含烃气体的总摩尔的。
在各种实施例中，含烃气体从包括极少氢气到不包括氢气。举例来说，含烃气体可以包括小于10、5、1或0.5摩尔百分比的氢气。
在各种实施例中，含烃气体可以从包括极少一氧化碳到不包括一氧化碳。举例来说，含烃气体可以包括不超过20、10、5或1摩尔百分比的一氧化碳。
在各种实施例中，含烃气体可以从包括极少氮气到不包括氮气。举例来说，含烃气体可以包括不超过20、10、5或1摩尔百分比的氮气。
在各种实施例中，含烃气体可以从包括极少二氧化碳到不包括二氧化碳。举例来说，含烃气体可以包括不超过20、10、5，或1摩尔百分比的二氧化碳。
在各种实施例中，含烃气体可以从包括极少含硫化合物到不包括含硫化合物，含硫化合物包含含有硫的任何化合物。举例来说，含烃气体可以包括不超过20、10、5或1摩尔百分比的含硫化合物。
此外，含烃气体可以包括一些量的C2-C5组分，其包含石蜡及其烯烃同分异构体。举例来说，含烃气体可以包括小于30、25、15、10、5或2摩尔百分比的C2-C5组分。
另外，含烃气体可以包括一些量的C6+组分，其包含具有至少6个碳原子的碳链长的基于烃类的化合物和石蜡及其烯烃同分异构体。举例来说，含烃气体可以包括小于30、25、15、10、5，或2摩尔百分比的C6+化合物。
此外，含烃气体可以包括一些量的杂质，举例来说，例如，苯、甲苯和二甲苯(“BTX”)。举例来说，含烃气体可以包括小于30、25、15、10、5、2或1摩尔百分比的BTX组分。
如图1所示，导管110中的含烃气体可以最初被导引到预处理区域16，其中可以在冷却之前从气体中移除一种或多种不合需要的组分。在一个或多个实施例中，预处理区域16可以包含一个或多个蒸气液体分离容器(未图示)，以用于从进料气体中移除液态水或烃类组分。任选地，预处理区域16可以包含一个或多个气体移除区域(未图示)，举例来说，例如，胺单元(amine unit)或分子筛，用于从导管110中的气流中移除二氧化碳和/或含硫化合物。
通过导管112离开预处理区域16的处理过的气流可以随后被导引到脱水单元18，其中可以从进料气流中移除基本上所有的残余水。脱水单元18可以利用任何已知的水移除系统，举例来说，例如，分子筛的床。一旦经干燥，导管114中的气流可以具有至少5、10或15℃和/或不超过50、45或40℃的温度。更确切地说，导管114中的气流可以具有在5到50℃、10到45℃或15到40℃的范围内的温度。额外地或替代地，导管114中的气流可以具有至少1.5、2.5、3.5或4.0和/或不超过9.0、8.0、7.5或7MPa的压力。更确切地说，导管114中的气流可以具有在1.5到9.0、2.5到8.0、3.5到7.5或4.0到7.0MPa的范围内的压力。
如图1所示，导管114中的含烃进料流可以被引入到第一制冷系统12的第一冷却区域20中的第一冷却通道22。如下文中进一步描述，第一制冷系统12可以是可操作的以通过与第一混合制冷剂的间接热交换冷却且至少部分地冷凝导管114中的进料气流的任何热交换器或热交换器的串联。在一个或多个实施例中，第一制冷系统12可以是钎焊铝热交换器，其包括设置在其中的多个冷却和加热通道(例如，芯)，以用于促进一个或多个处理流与一个或多个制冷剂流之间的间接热交换。
通过第一冷却区域20的冷却通道22的含烃进料气流可以通过与制冷剂加热通道24中的第一混合制冷剂的间接热交换得到冷却，这在下文中进一步详细描述。如本文中所使用，术语“混合制冷剂”是指包括两种或两种以上成分的制冷剂组成。
导管116中的气流可以随后被引入到第一制冷系统12的第二冷却区域26中的第二冷却通道28中。在各种实施例中，通过第二冷却区域26的冷却通道28的含烃进料气流可以通过与制冷剂加热通道30中的第一混合制冷剂的间接热交换得到冷却，这在下文中进一步详细描述。在某些实施例中，进料气流中甲烷组分的至少一部分可以在冷却期间从气相冷凝出来以由此提供导管118中的冷却的两相流体流。替代地，在某些实施例中，第二冷却区域26将不会冷凝进料气流中的甲烷组分并且导管118中所得到的流体流将是单相蒸气流。
导管118中的气流可以随后被引入到第一制冷系统12的第三冷却区域32中的第三冷却通道34中。在某些实施例中，通过第三冷却区域32的冷却通道34的含烃进料气流可以通过与制冷剂加热通道36中的第一混合制冷剂的间接热交换得到冷却，这在下文中进一步详细描述。在各种实施例中，进料气流中的甲烷组分的至少一部分可以从气相冷凝出来以由此提供导管120中的冷却的两相流体流。在一个或多个实施例中，引入到第一制冷系统12中的甲烷的总量的至少5、10、25、50、60、70、80或90百分比可以当离开第三冷却区域32时冷凝。替代地，在某些实施例中，第三冷却区域32将不会冷凝进料气流中的甲烷组分并且导管120中所得到的流体流将是单相蒸气流。
如图1所示，导管120中的含烃进料流可以随后被引入到第二制冷系统14的单个冷却区域38中的冷却通道40中。如下文中进一步描述，第二制冷系统14可以是可操作的以使导管120中的进料气流通过与第二混合制冷剂的间接热交换得到冷凝和过冷的热交换器。在一个或多个实施例中，第二制冷系统14可以是钎焊铝热交换器，其包括设置在其中的多个冷却和加热通道(例如，芯)，以用于促进一个或多个处理流与一个或多个制冷剂流之间的间接热交换。
虽然未在图1到图7中描绘，但是在各种实施例中，第一制冷系统12和第二制冷系统14可以包含在相同热交换器中并且上述冷却区域(20、26、32和38)中的每一个可以在此热交换器内的单个芯中串联连接。此外，虽然图1到图7描绘了冷却区域(20、26、32和38)之间的物理导管，但是所属领域的技术人员将容易理解可能存在其中在冷却区域(20、26、32和38)之间不存在物理导管的实施例，尤其是在其中冷却区域(20、26、32和38)串联连接的实施例中。
通过冷却区域38的冷却通道40的含烃进料气流可以通过与制冷剂加热通道42中的第二混合制冷剂的间接热交换得到冷凝和过冷，这在下文中进一步详细描述。
当离开第二制冷系统14时，导管122中的过冷的进料流可以随后通过穿过膨胀装置44的通道膨胀，其中该流的压力可以减小。膨胀装置44可以包括任何合适的膨胀装置，举例来说，例如，焦耳-汤姆森阀或水轮机。虽然图1中说明为包括单个装置44，但是应理解可以采用任何合适数目的膨胀装置。在某些实施例中，该膨胀可以是基本上等焓的膨胀或等熵的膨胀。如本文所用，术语“基本上等焓的”是指经执行使得在膨胀期间生成的小于总功的1％的功从流体转移到周围环境的膨胀或闪蒸步骤。如本文所用，“等熵的”膨胀是指其中在膨胀期间生成的大部分或基本上全部功转移到周围环境的膨胀或闪蒸步骤。
导管124中的膨胀流可以通过阀门46调节。通过导管126离开阀门46的冷却的流可以是富含液化天然气(LNG)的产物。如本文所使用，“富含液化天然气(LNG)”意味着特定组成包括至少50摩尔百分比的甲烷。导管126中富含液化天然气(LNG)的产物可以具有比-120、-130、-140或-145℃低和/或比-195、-190、-180或-165℃高的温度。更确切地说，导管126中的富含液化天然气(LNG)的产物可以具有在-120到-195℃、-130到-190℃、-140到-180℃或-145到-165℃范围内的温度。
回到图1，现在在下文中进一步详细描述第一制冷系统12和第一闭环混合制冷循环。如图1所示，第一制冷系统12含有三个冷却区域(20、26和32)，其中第一闭环混合制冷循环至少部分地设置在其中。
第一闭环混合制冷循环包括第一混合制冷剂并且如下文在图1中所描绘。当离开第一冷却区域20中的制冷剂加热通道24时，导管128中的气态第一混合制冷剂传送到压缩机系统48，该压缩机系统包括第一压缩机级54、第二压缩机级52和第三压缩机级50。
在各种实施例中，导管128中的气态第一混合制冷剂可以在至少1.5、2.0或2.7MPa和/或不超过5.0、4.0或3.5MPa的压力下。更确切地说，导管128中的气态第一混合制冷剂可以在1.5到5.0MPa、2.0到4.0MPa或2.7到3.5MPa的范围内的压力下。额外地或替代地，导管128中的气态第一混合制冷剂可以在低于50、35或25℃和/或高于-40、-30或-20℃的温度下。更确切地说，导管128中的气态第一混合制冷剂可以在-40到50℃、-30到35℃或-20到25℃的温度范围内。
虽然在图1中描绘为仅含有三个级，但是所属领域的技术人员将容易理解压缩机48可以经修正以视需要包含更多或更少的级。在各种实施例中，压缩机系统48可以包括轴向压缩机、离心式压缩机、往复式压缩机、螺杆式压缩机或其组合。另外，压缩机系统48可以由蒸汽涡轮机、燃气涡轮机、电动机或其组合驱动。
在各种实施例中，制冷剂可以穿过压缩机48的密封件泄漏。在此类实施例中，并非是排放损失的制冷剂，而是可以利用密封气体回收方法，其回收制冷剂的至少一部分并且使它返回到制冷环路。在第8,066,023号美国专利中描述了密封气体回收方法，该专利以全文引用的方式并入本文中。举例来说，压缩机48可以备有文丘里管(未图示)，以用于保留从压缩机泄漏的任何密封气体。
导管128中的气态第一混合制冷剂可以被引入到第三压缩机级50。在各种实施例中，第三压缩机级50可以将气态第一混合制冷剂压缩到至少2.5、4.0或4.8MPa和/或不超过8.0、7.0或6.3MPa的压力。更确切地说，第三压缩机级50可以将气态第一混合制冷剂压缩到2.5到8.0MPa、4.0到7.0MPa或4.8到6.3MPa的范围内的压力。
压缩过的第一混合制冷剂通过导管130传送到排放冷却器56，其中该流可以冷却到接近环境温度并且通过与外部冷却媒介(例如，冷却水或空气)的间接热交换完全冷凝。如本文所使用，“完全冷凝”意味着所认定的流包括小于1.0摩尔百分比的蒸气。在一个或多个实施例中，完全冷凝流可以包括小于0.5、0.1、0.05或0.001摩尔百分比的蒸气。在各种实施例中，第一混合制冷剂必须在冷却器排放压力下是液态的。
当通过导管132离开排放冷却器56时，完全冷凝的第一混合制冷剂被引入到第一冷却区域20中的冷却通道58中。在各种实施例中，导管132中的完全冷凝的第一混合制冷剂可以在至少2.5、4.0或4.8MPa和/或不超过8.0、7.0或6.3MPa的压力下。更确切地说，导管132中的完全冷凝的第一混合制冷剂可以在2.5到8.0MPa、4.0到7.0MPa或4.8到6.3MPa范围内的压力下。额外地或替代地，导管132中的完全冷凝的第一混合制冷剂可以在接近环境温度的温度下。
在冷却通道58中，完全冷凝的第一混合制冷剂可以通过与制冷剂加热通道24中的第一混合制冷剂的间接热交换过冷，这在下文中进一步描述。
当通过导管134离开冷却通道58时，该流的至少一部分可以通过导管136导引到膨胀装置60，其中该流的压力可以减小，由此冷却并且在一些实施例中至少部分地气化该制冷剂流。膨胀装置60可以包括任何合适的膨胀装置，举例来说，例如，焦耳-汤姆森阀或水轮机。虽然在图1中说明为包括单个装置60，但是应理解可以采用任何合适数目的膨胀装置。在某些实施例中，该膨胀可以是基本上等焓的膨胀或等熵的膨胀。
在膨胀之前，导管136中完全冷凝的第一混合制冷剂可以在至少2.5、4.0或4.8MPa和/或不超过8.0、7.0或6.3MPa的压力下。更确切地说，导管136中的完全冷凝的第一混合制冷剂可以在2.5到8.0、4.0到7.0或4.8到6.3MPa的范围内的压力下。额外地或替代地，导管136中的完全冷凝的第一混合制冷剂可以在低于30、25或15℃和/或高于-40、-30或-5℃的温度下。更确切地说，导管136中完全冷凝的第一混合制冷剂可以在-40到30℃、-30到25℃或-5到15℃的范围内的温度下。
在各种实施例中，完全冷凝的第一混合制冷剂在膨胀步骤之前或之后并未经受相分离。如本文所使用，“相分离”涉及将通常含有液相和气相的两相流分离成它们的相应的相。
膨胀的第一混合制冷剂通过导管138被引入到制冷剂加热通道24中，其中膨胀的第一混合制冷剂可以被气化以便向第一冷却区域20提供制冷。
在各种实施例中，导管138中的膨胀的第一混合制冷剂可以包括小于5、3、1、0.5或0.1摩尔百分比的气相。此外，在某些实施例中，导管138中的膨胀的第一混合制冷剂可以在至少1.5、2.0或2.7MPa和/或不超过5.0、4.0或3.5MPa的压力下。更确切地说，导管138中的膨胀的第一混合制冷剂可以在1.5到5.0MPa、2.0到4.0MPa或2.7到3.5MPa的范围内的压力下。额外地或替代地，导管138中的膨胀的第一混合制冷剂可以在低于30、25或15℃和/或高于-40、-30或-5℃的温度下。更确切地说，导管138中的膨胀的第一混合制冷剂可以在-40到30℃、-30到25℃或-5到15℃的范围内的温度下。
如上文所述，气化的气态第一混合制冷剂通过导管128离开制冷剂加热通道24。
再次转向图1，导管134中完全冷凝的第一混合制冷剂的至少一部分被引导到第二冷却区域26中的冷却通道62。在冷却通道62中，完全冷凝的第一混合制冷剂可以通过与制冷剂加热通道30中的第一混合制冷剂的间接热交换进一步过冷，这在下文中进一步描述。
当通过导管140离开冷却通道62时，该流的至少一部分可以通过导管142导引到膨胀装置64，其中该流的压力可以减小，由此冷却并且在一些实施例中至少部分地气化该制冷剂流。膨胀装置64可以包括任何合适的膨胀装置，举例来说，例如，焦耳-汤姆森阀或水轮机。虽然在图1中说明为包括单个装置64，但是应理解可以采用任何合适数目的膨胀装置。在某些实施例中，该膨胀可以是基本上等焓的膨胀或等熵的膨胀。在各种实施例中，完全冷凝的第一混合制冷剂在膨胀步骤之前或之后并未经受相分离。
在膨胀之前，导管142中完全冷凝的第一混合制冷剂可以在至少2.5、4.0或4.8MPa和/或不超过8.0、7.0或6.3MPa的压力下。更确切地说，导管142中的完全冷凝的第一混合制冷剂可以在2.5到8.0、4.0到7.0或4.8到6.3MPa的范围内的压力下。额外地或替代地，导管142中的完全冷凝的第一混合制冷剂可以在低于0、-10或-25℃和/或高于-100、-75或-50℃的温度下。更确切地说，导管142中的完全冷凝的第一混合制冷剂可以在-100到0℃、-75到-10℃或-50到-25℃的范围内的温度下。
膨胀的第一混合制冷剂通过导管144被引入到制冷剂加热通道30中，其中膨胀的第一混合制冷剂经气化以便向第二冷却区域26提供制冷。在各种实施例中，导管144中的膨胀的第一混合制冷剂可以包括小于5、4、3、2、1或0.1摩尔百分比的气相。此外，在某些实施例中，导管144中的膨胀的第一混合制冷剂可以在至少0.3、0.5或0.65MPa和/或不超过2.0、1.7或1.4MPa的压力下。更确切地说，导管144中的膨胀的第一混合制冷剂可以在0.3到2.0MPa、0.5到1.7MPa或0.65到1.4MPa的范围内的压力下。额外地或替代地，导管144中的膨胀的第一混合制冷剂可以在低于0、-10或-25℃和/或高于-100、-75或-50℃的温度下。更确切地说，导管144中的膨胀的第一混合制冷剂可以在-100到0℃、-75到-10℃，或-50到-25℃的范围内的温度下。
气化的气态第一混合制冷剂通过导管146离开制冷剂加热通道30并且可以被引入到第二压缩机级52中。在各种实施例中，导管146中的气态第一混合制冷剂可以在至少0.3、0.5或0.65MPa和/或不超过2.0、1.7或1.4MPa的压力下。更确切地说，导管146中的气态第一混合制冷剂可以在0.3到2.0MPa、0.5到1.7MPa或0.65到1.4MPa的范围内的压力下。额外地或替代地，导管146中的气态第一混合制冷剂可以在低于30、25或15℃和/或高于-40、-30或-5℃的温度下。更确切地说，导管146中的气态第一混合制冷剂可以在-40到30℃、-30到25℃或-5到15℃的范围内的温度下。
在各种实施例中，第二压缩机级52可以将气态第一混合制冷剂压缩到至少1.5、2.0或2.7MPa和/或不超过5.0、4.0或3.5MPa的压力。更确切地说，第二压缩机级52可以将气态第一混合制冷剂压缩到1.5到5.0MPa、2.0到4.0MPa或2.7到3.5MPa的范围内的压力。
来自第二压缩机级52的压缩过的第一混合制冷剂通过导管148传送到中间级冷却器66，其中该流可以通过与外部冷却媒介(例如，冷却水或空气)的间接热交换得到冷却。当通过导管150离开中间级冷却器66时，导管150中的压缩流可以被引入到导管128中，其中如上文所述它可以被引导至第三压缩机级50中进一步压缩。
再次转向图1，导管140中完全冷凝的第一混合制冷剂的至少一部分被引导到第三冷却区域32中的冷却通道68。在冷却通道68中，完全冷凝的第一混合制冷剂可以通过与制冷剂加热通道36中的第一混合制冷剂的间接热交换进一步过冷，这在下文中进一步描述。
当通过导管152离开冷却通道68时，冷却的流可以被导引到膨胀装置70，其中该流的压力可以减小，由此冷却且至少部分地气化制冷剂流。膨胀装置70可以包括任何合适的膨胀装置，举例来说，例如，焦耳-汤姆森阀或水轮机。虽然在图1中说明为包括单个装置70，但是应理解可以采用任何合适数目的膨胀装置。在某些实施例中，该膨胀可以是基本上等焓的膨胀或等熵的膨胀。在各种实施例中，完全冷凝的第一混合制冷剂在膨胀步骤之前或之后并未经受相分离。
在膨胀之前，导管152中完全冷凝的第一混合制冷剂可以在至少2.5、4.0或4.8MPa和/或不超过8.0、7.0或6.3MPa的压力下。更确切地说，导管152中的完全冷凝的第一混合制冷剂可以在2.5到8.0MPa、4.0到7.0MPa或4.8到6.3MPa的范围内的压力下。额外地或替代地，导管152中的完全冷凝的第一混合制冷剂可以在低于-20、-40或-60℃和/或高于-120、-90或-75℃的温度下。更确切地说，导管152中完全冷凝的第一混合制冷剂可以在-120到-20℃、-90到-40℃或-75到-60℃的范围内的温度下。
膨胀的第一混合制冷剂通过导管154被引入到制冷剂加热通道36中，其中膨胀的第一混合制冷剂经气化以便向第三冷却区域32提供制冷。在各种实施例中，导管154中的膨胀的第一混合制冷剂可以包括小于10、7、6、4、2、1或0.5摩尔百分比的气相。此外，在某些实施例中，导管154中膨胀的第一混合制冷剂可以在至少0.1、0.15或0.2MPa和/或不超过2.0、1.5或0.5MPa的压力下。更确切地说，导管154中的膨胀的第一混合制冷剂可以在0.1到2.0MPa、0.15到1.5MPa或0.2到0.5MPa的范围内的压力下。额外地或替代地，导管154中的膨胀的第一混合制冷剂可以在低于-20、-40或-60℃和/或高于-120、-90或-75℃的温度下。更确切地说，导管154中膨胀的第一混合制冷剂可以在-120到-20℃、-90到-40℃或-75到-60℃的范围内的温度下。
气化的气态第一混合制冷剂通过导管156离开制冷剂加热通道36并且可以被引入到第一压缩机级54中。在各种实施例中，导管156中的气态第一混合制冷剂可以在至少0.1、0.15或0.2MPa和/或不超过2.0、1.5或0.5MPa的压力下。更确切地说，导管156中的气态第一混合制冷剂可以在0.1到2.0MPa、0.15到1.5MPa或0.2到0.5MPa的范围内的压力下。额外地或替代地，导管156中的气态第一混合制冷剂可以在低于0、-10或-25℃和/或高于-100、-75或-50℃的温度下。更确切地说，导管156中的气态第一混合制冷剂可以在-100到0℃、-75到-10℃或-50到-25℃的范围内的温度下。
当通过导管158离开第一压缩机级54时，导管158中的压缩流可以被引入到导管146中，其中如上文所述它可以被引导至第二压缩机级52和第三压缩机级50中进一步压缩。在各种实施例中，第一压缩机级54可以将气态第一混合制冷剂压缩到至少0.3、0.5或0.65MPa和/或不超过2.0、1.7或1.4MPa的压力。更确切地说，第一压缩机级54可以将气态第一混合制冷剂压缩到在0.3到2.0MPa、0.5到1.7MPa或0.65到1.4MPa的范围内的压力。
在各种实施例中，并且如图1中所描绘，第一制冷系统12和第一闭环混合制冷循环不含相分离器。如本文所使用，“相分离器”被理解为涵盖专门设计用于将部分冷凝的流分离成液态和蒸气馏分的任何装置。因此，这将不包含，例如，抽吸鼓和平衡筒。
在某些实施例中，图1中的导管136、138、142、144、152和154当有形地存在时可以位于它们的相应的冷却区域(20、26和32)外部。在此类实施例中，导管136、138、142、144、152和154可以位于热交换器或含有相应的冷却区域(20、26和32)的热交换器外部。
第一混合制冷剂可以包括选自由以下项组成的组中的两种或两种以上成分：氮气、甲烷、乙烯、乙烷、丙烯、丙烷、异丁烷、正丁烷、异戊烷、正戊烷，及其组合。在一些实施例中，第一混合制冷剂可以包括选自由含有2到4个碳原子的烃类组成的组中的至少两种化合物。在某些实施例中，第一混合制冷剂可以具有大约在环境温度下的2.5到5.65MPa之间的起泡点压力。
在本发明的一些实施例中，可能需要调节第一混合制冷剂的组成以由此改变其冷却曲线并且因此改变其制冷潜能。此类修改可以用于适应，例如，引入到液化天然气(LNG)回收设施10中的进料气流的组成和/或流速的改变。在一个实施例中，第一混合制冷剂的组成可以经调节使得气化制冷剂的加热曲线更加紧密地匹配进料气流和加热的制冷剂的冷却曲线。用于此类曲线匹配的一个方法在第4,033,735号美国专利中详细地描述，该专利的内容以全文引用的方式并入本文中。
再次转向图1，现在进一步详细描述第二制冷系统14和第二闭环混合制冷循环。如图1所示，第二制冷系统14含有单个冷却区域38，其中第二闭环混合制冷循环至少部分地设置在其中。如本文所使用，“单个冷却区域”意味着系统仅包括一个区域，在该区域中进料流通过与单个冷却剂的间接热交换得到冷却。在此类实施例中，所认定的系统将不含有任何其它冷却区域。在某些实施例中，单个冷却剂可以包括膨胀的第一混合制冷剂或膨胀的第二混合制冷剂。在各种实施例中，第二制冷系统14包括单个冷却区域、基本上由单个冷却区域组成，或由单个冷却区域组成。
第二闭环混合制冷循环包括第二混合制冷剂并且如下文中在图1中所描绘。当离开冷却区域38中的制冷剂加热通道42时，导管160中的气态第二混合制冷剂被传送到压缩机系统72，该压缩机系统包括第一压缩机级74和第二压缩机级76。在各种实施例中，压缩机72可经配置以如先前关于压缩机48所描述回收密封气体。因此，在某些实施例中，压缩机72可以含有文丘里管(未图示)，该文丘里管设计为保留泄漏到压缩机外部的密封气体。
在各种实施例中，导管160中的气态第二混合制冷剂在至少0.1、0.15或0.2MPa和/或不超过2.0、1.5或0.5MPa的范围内的压力下。更确切地说，导管160中的气态第二混合制冷剂可以在0.1到2.0MPa、0.15到1.5MPa或0.2到0.5MPa的范围内的压力下。额外地或替代地，导管160中的气态第二混合制冷剂在低于-20、-40或-60℃和/或高于-120、-90或-75℃的温度下。更确切地说，导管160中的气态第二混合制冷剂可以在-120到-20℃、-90到-40℃或-75到-60℃的范围内的温度下。
虽然在图1中描绘为仅含有两个级，但是所属领域的技术人员将容易理解压缩机72可以经修正以视需要包含更多或更少的级。在各种实施例中，压缩机系统72可以包括轴向压缩机、离心式压缩机、往复式压缩机、螺杆式压缩机或其组合。另外，压缩机系统72可以由蒸汽涡轮机、燃气涡轮机、电动机或其组合驱动。
导管160中的气态第二混合制冷剂被引入到第一压缩机级74并且随后通过导管162传送到中间级冷却器78，其中该流可以通过与外部冷却媒介(例如，冷却水或空气)的间接热交换冷却到接近环境温度。在各种实施例中，第一压缩机级74可以将气态第二混合制冷剂压缩到至少0.3、0.5或0.65MPa和/或不超过3.0、2.5或2.0MPa的压力。更确切地说，第一压缩机级74可以将气态第二混合制冷剂压缩到在0.3到3.0MPa、0.5到2.5MPa或0.65到2.0MPa的范围内的压力。
冷却的第二混合制冷剂可以随后通过导管164被引入到第二压缩机级76中，其中该第二混合制冷剂被进一步压缩。在各种实施例中，第二压缩机级76可以将气态第二混合制冷剂压缩到至少2.5、4.0或4.8和/或不超过8.0、7.0或6.0MPa的压力。更确切地说，第二压缩机级76可以将气态第二混合制冷剂压缩到2.5到8.0MPa、4.0到7.0MPa或4.8到6.0MPa的范围内的压力。
压缩过的第二混合制冷剂随后通过导管166被引入到排放冷却器80中，其中该流可以通过与外部冷却媒介(例如，冷却水或空气)的间接热交换进一步冷却到接近环境温度。
导管168中的压缩过的第二混合制冷剂随后被引入到第一制冷系统12的第一冷却区域20中的冷却通道82中。在各种实施例中，导管168中压缩过的第二混合制冷剂可以在至少2.5、4.0或4.8MPa和/或不超过8.0、7.0或6.0MPa的压力下。更确切地说，导管168中的压缩过的第二混合制冷剂可以在2.5到8.0MPa、4.0到7.0MPa或4.8到6.0MPa的范围内的压力下。额外地或替代地，导管168中的压缩过的第二混合制冷剂可以在环境温度下或环境温度附近。
在冷却通道82中，第二混合制冷剂可以通过与制冷剂加热通道24中的第一混合制冷剂的间接热交换得到进一步冷却。而在冷却通道82中，第二混合制冷剂可以冷却到低于制冷剂混合物的露点的温度。
导管170中的冷却的第二混合制冷剂随后被引入到第一制冷系统12的第二冷却区域26中的冷却通道84中。在冷却通道84中，第二混合制冷剂可以通过与制冷剂加热通道30中的第一混合制冷剂的间接热交换得到进一步冷却。而在冷却通道84中，第二混合制冷剂可以冷却到低于制冷剂混合物的露点的温度。
导管172中的冷却的第二混合制冷剂随后被引入到第一制冷系统12的第三冷却区域32中的冷却通道86中。在冷却通道86中，第二混合制冷剂可以通过与制冷剂加热通道36中的第一混合制冷剂的间接热交换得到进一步冷却。而在冷却通道86中，第二混合制冷剂可以冷却到低于制冷剂混合物的起泡点的温度。
当通过导管174离开第一制冷系统12时，导管174中的第二混合制冷剂完全冷凝。导管174中的完全冷凝的第二混合制冷剂可以随后被引入到第二制冷系统14的冷却区域38中的冷却通道88中。
当通过导管176离开冷却通道88时，过冷的第二混合制冷剂流可以被导引到膨胀装置90，其中该流的压力可以减小，由此冷却且气化制冷剂流。在膨胀之前，导管176中完全冷凝的第二混合制冷剂可以在至少2.5、4.0或4.8MPa和/或不超过8.0、7.0或6.0MPa的压力下。更确切地说，导管176中的完全冷凝的第二混合制冷剂可以在2.5到8.0、4.0到7.0或4.8到6.0MPa的范围内的压力下。额外地或替代地，导管176中完全冷凝的第二混合制冷剂可以在低于-120、-130、-140或-145℃和/或高于-195、-190、-180或-165℃的温度下。更确切地说，导管176中的完全冷凝的第二混合制冷剂可以在-120到-195℃、-130到-190℃、-140到-180℃或-145到-165℃的范围内的温度下。
膨胀装置90可以包括任何合适的膨胀装置，举例来说，例如，焦耳-汤姆森阀或水轮机。虽然在图1中说明为包括单个装置90，但是应理解可以采用任何合适数目的膨胀装置。在某些实施例中，该膨胀可以是基本上等焓的膨胀或等熵的膨胀。
导管178中的膨胀流可以通过阀门92调节。在各种实施例中，导管178中的膨胀流可以包括小于15、10、8、6、2或1摩尔百分比的气相。此外，在某些实施例中，导管178中的膨胀流可以在至少0.3、0.5或0.65MPa和/或不超过3.0、2.0或1.4MPa的压力下。更确切地说，导管178中的膨胀流可以在0.3到3.0MPa、0.5到2.0MPa或0.65到1.4MPa的范围内的压力下。额外地或替代地，导管178中的膨胀流可以在低于-120、-130或-140或-145℃和/或高于-195、-190、-180或-165℃的温度下。更确切地说，导管178中的膨胀流可以在-120到-195℃、-130到-190℃、-140到-180℃或-145到-165℃的范围内的温度下。
导管180中的膨胀的第二混合制冷剂随后被引入到制冷剂加热通道42中，其中膨胀的第二混合制冷剂经气化以便向冷却区域38提供制冷。在各种实施例中，导管180中的膨胀流可以包括小于15、10、8、6或2摩尔百分比的气相。在一个或多个实施例中，导管180中的膨胀的第二混合制冷剂可以在至少0.1、0.15或0.2MPa和/或不超过2.0、1.5或0.5MPa的范围内的压力下引入。更确切地说，导管180中的膨胀的第二混合制冷剂可以在0.1到2.0MPa、0.15到1.5MPa或0.2到0.5MPa的范围内的压力下引入。
在某些实施例中，导管174、176、178和180可以位于冷却区域38外部。在此类实施例中，导管174、176、178和180可以位于含有冷却区域38的热交换器外部。
导管160中的气态第二混合制冷剂随后在上述方法中得到压缩和回收。在各种实施例中，完全冷凝的第二混合制冷剂在膨胀步骤之前或之后未经受相分离。
在各种实施例中，并且如图1中所描绘，第二制冷系统14和第二闭环混合制冷循环不含相分离器。
第二混合制冷剂可以包括选自由以下项组成的组中的两种或两种以上成分：氮气、甲烷、乙烯、乙烷、丙烯、丙烷、异丁烷、正丁烷、异戊烷、正戊烷，及其组合。在一些实施例中，第二混合制冷剂可以包括选自由氮气和含有1到3个碳原子的烃类组成的组中的至少两种化合物。在各种实施例中，在给定压力下第二混合制冷剂将具有低于第一混合制冷剂的起泡点温度的起泡点温度。在某些实施例中，第二混合制冷剂可以具有在-60到-75℃之间的温度下在2.5到6.1MPa之间的起泡点压力。
在本发明的一些实施例中，可能需要调节第二混合制冷剂的组成以由此改变其冷却曲线并且因此改变其制冷潜能。此类修改可以用于适应，例如，引入到液化天然气(LNG)回收设施10中的进料气流的组成和/或流速的改变。在一个实施例中，可以调节第二混合制冷剂的组成使得气化制冷剂的加热曲线更加紧密地匹配进料气流和加热的制冷剂的冷却曲线。
应注意在图1中描绘于冷却区域(20、26、32和38)之间的导管是仅出于说明性目的示出的，并且在某些实施例中，在图1中示出每个导管处可能不存在有形的导管。
虽然图1描绘了本发明方法和系统的一个实施例，但是还设想出了其它实施例，例如，在图2到图7中所描绘的那些，其可以并入涡轮膨胀器94、可操作地连接到涡轮膨胀器94的压缩机96和重物质分离器98。应注意图1到图7中发现的所有共同系统组件都使用相同标号相应地标记。举例来说，第一制冷系统12和第二制冷系统14在图1到图7通篇中都一致地标记。此外，图1到图7中的系统组件预期为以相同或基本上类似的方式起作用，除非另外指出。图1到图7之间的仅有的标记差异在于其中的导管是根据它们的相应的图和实施例标记的。举例来说，图2中相应的导管标记为2XX，而图3中相应的导管标记为3XX(其中“X”表示数字)。图1到图7中的导管在通篇中以相同方式起作用(即，传送它们的相应的流)，除非另外指出。
在图2中，液化天然气(LNG)回收设施10被描绘为含有涡轮膨胀器94，该涡轮膨胀器通过导管220可操作地连接到第一制冷系统12的第三冷却区域32。在第6,367,286号美国专利中进一步描述了涡轮膨胀器，该专利以全文引用的方式并入本文中。
如图2中示出，通过第三冷却区域32的冷却通道34的含烃进料气流的至少一部分可以通过导管220被引导到涡轮膨胀器94，其中它可以膨胀成两相流。由于膨胀，导管222中闪蒸或膨胀的流体流的温度可以是低于导管220中的流的温度至少2、5或10℃和/或不超过50、40或30℃。此外，导管222中闪蒸或膨胀的流体流的压力可以低于导管220中的流的压力至少0.1、0.2或0.3和/或不超过5.0、4.0或3.0MPa。在某些实施例中，膨胀可以基本上是等熵的。虽然在图2中未描绘，但是在某些实施例中抽吸鼓可以在涡轮膨胀器94与第三冷却区域32之间流体连通。
此外，涡轮膨胀器94通过轴杆95连接到压缩机96。压缩机96可以至少部分地由来自涡轮膨胀器94的功驱动。如下文所述，压缩机96经配置以至少部分地压缩来自分离器98的顶层馏分。在各种实施例中，压缩机96可以包括轴向压缩机、离心式压缩机、往复式压缩机、螺杆式压缩机，或其组合。另外，压缩机96可以由蒸汽涡轮机、燃气涡轮机、电动机或其组合驱动。
在各种实施例中，压缩机96可经配置以如先前关于压缩机48所描述回收密封气体。因此，在某些实施例中，压缩机96可以含有文丘里管(未图示)，该文丘里管设计为保留泄漏到压缩机外部的密封气体。
如图2中示出，导管222中膨胀的两相流被引导到分离器98，该分离器将膨胀的流分离成较少甲烷的液态重馏分(导管224)和富含甲烷的顶层蒸气馏分(导管226)。如本文所使用，“较少甲烷”和“富含甲烷”指的是分离的组分的甲烷含量相对于初始组分的甲烷含量，分离的组分来自该初始的组分。因此，富含甲烷的组分与它所来自的组分相比含有较多的摩尔百分比的甲烷，而较少甲烷的组分与它所来自的组分相比含有较少的摩尔百分比的甲烷。在当前情况下，较少甲烷的底部流与来自导管222的流相比含有较低的摩尔百分比的甲烷，而富含甲烷的顶层流与来自导管222的流相比含有较高的摩尔百分比的甲烷。取决于含烃气体的含量和分离容器98的操作条件可以改变较少甲烷底部流和富含甲烷顶层流的量。
导管224中的较少甲烷底部流可以呈液态形式并且可以含有最初在导管222中的流中发现的具有六个或更多个碳原子的化合物的大部分。举例来说，导管224中的较少甲烷底部流可以包括最初出现在来自导管222的流中的具有六个或更多个碳原子的化合物的至少70％、80％、90％、95％或99％。
导管226中富含甲烷的顶层蒸气流可以包括大部分的甲烷。举例来说，导管226中富含甲烷的顶层蒸气流可以包括至少大约10、25、40或50和/或不超过大约99.9、99、95或85摩尔百分比的甲烷。更确切地说，导管226中富含甲烷的顶层蒸气流可以包括在大约10到99.9、25到99、40到95或50到85范围内的摩尔百分比的甲烷。此外，导管226中富含甲烷的顶层蒸气流可以包括最初出现在来自导管222的流中的甲烷的至少50％、60％、70％、80％、90％、95％、99％或99.9％。
分离容器98可以是任何合适的蒸气液体分离容器并且可以具有任何数目的实际或理论分离级。在一个或多个实施例中，分离容器98可以包括单个分离级，而在其它实施例中，分离容器98可以包含2到10、4到20，或6到30个实际或理论分离级。当分离容器98是多级分离容器时，可以使用任何合适类型的立柱内部构件，例如，除雾器、网状衬垫、蒸气液体接触托盘、散装填料和/或规整填料以有助于蒸气与液体流之间的热传递和/或质量传递。在一些实施例中，当分离容器98是单级分离容器时，可以采用较少立柱内部构件或不采用立柱内部构件。
在各种实施例中，分离容器98可以在至少1.5、2.5、3.5或4.5和/或9.0、8.0、7.0或6.0MPa的压力下操作。更确切地说，分离容器98可以在1.5到9.0、2.5到8.0、3.5到7.0或4.5到6.0MPa的范围内的压力下操作。
如所属领域的技术人员将容易理解，分离容器98中的温度可以取决于引入到系统中和需要输出的含烃气体的含量而改变。在各种实施例中，分离容器98可以在低于5、10或15℃和/或高于-195、-185、-175或-160℃的温度下操作。更确切地说，分离容器98可以在15到-195℃、10到-185℃、5到-175℃或5到-160℃的范围内的温度下操作。
如图2中示出，导管226中富含甲烷的顶层蒸气流可以被引导至压缩机96，该压缩机压缩该流。导管228中的压缩流随后被重新引入到第三冷却区域32的冷却通道34中以如上文关于图1所述进一步进行冷却和冷凝。
应注意第一制冷系统12，第二制冷系统14，第一闭环混合制冷循环(导管238、240、242、244、246、248、250、252、254、256、258、260、262、264、266和268)，以及如图2中所描绘的第二闭环混合制冷循环(导管270、272、274、276、278、280、282、284、286、288和290),未关于图2在上文中对其进行描述，以与先前关于图1描述的相同方式起作用。仅有的差异在于考虑到图2中所描绘的特定系统实施例，图2中相应的导管已被标记的有所不同。此外，未在上文中关于图2阐述的涉及液化含烃气体的剩余的步骤(导管210、212、214、216、218、230、232、234和236)以与先前关于图1描述的相同或类似方式起作用。
在图3中，液化天然气(LNG)回收设施10被描绘为含有涡轮膨胀器94，该涡轮膨胀器通过导管320可操作地连接到第一制冷系统12的第三冷却区域32。如图3中示出，通过第三冷却区域32的冷却通道34的含烃进料气流的至少一部分可以通过导管320被引导到涡轮膨胀器94，其中它可以膨胀成两相流。涡轮膨胀器94可以在如先前关于图2描述的相同或类似条件下操作。虽然未在图3中描绘，但是在某些实施例中抽吸鼓可以在涡轮膨胀器94与第三冷却区域32之间流体连通。
导管322中膨胀的两相流随后被引导到分离器98，该分离器将膨胀的流分离成甲烷较少的液态重馏分(导管324)和富含甲烷的顶层蒸气馏分(导管326)。分离器98可以是与如先前关于图2描述的相同的分离容器并且可以在类似操作条件下起作用。在分离之后，导管326中的顶层蒸气馏分随后被重新引入到第三冷却区域32的冷却通道34中以如上文关于图1所述进一步进行冷却和冷凝。
导管324中的较少甲烷底部流可以呈液态形式并且可以含有最初在导管322中的流中发现的具有六个或更多个碳原子的化合物的大部分。举例来说，导管324中的较少甲烷底部流可以包括最初出现在来自导管322的流中的具有六个或更多个碳原子的化合物的至少70％、80％、90％、95％或99％。
导管326中富含甲烷的顶层蒸气流可以包括大部分的甲烷。举例来说，导管326中富含甲烷的顶层蒸气流可以包括至少大约10、25、40或50和/或不超过大约99.9、99、95或85摩尔百分比的甲烷。更确切地说，导管326中富含甲烷的顶层蒸气流可以包括在大约10到99.9、25到99、40到95或50到85摩尔百分比的范围内的甲烷。此外，导管326中富含甲烷的顶层蒸气流可以包括最初出现在来自导管322的流的甲烷的至少50％、60％、70％、80％、90％、95％、99％或99.9％。
再次转向图3，涡轮膨胀器94通过轴杆95连接到压缩机96。压缩机96可以至少部分地由来自涡轮膨胀器94的功驱动。如图3中示出，气化的气态第一混合制冷剂通过导管364离开第三冷却区域32中的制冷剂加热通道36并且随后被引入到压缩机96中，在被引入到压缩机48之前，在压缩机96中它得到压缩。在压缩之后，导管366中的压缩流被引入到第一压缩机级54并且如上文关于图1所论述得到进一步处理。虽然未在图3中描绘，但是抽吸鼓可以在压缩机96与加热通道36之间流体连通。
应注意第一制冷系统12，第二制冷系统14，以及图3中所描绘的第二闭环混合制冷循环(导管370、372、374、376、378、380、382、384、386、388和390)，未关于图3在上文中对其进行描述，以与先前关于图1描述的相同或类似方式起作用。仅有的差异在于考虑到图3中所描绘的特定系统实施例，图3中相应的导管已被标记的有所不同。此外，未在上文中关于图3阐述的涉及液化含烃气体的剩余的步骤(导管310、312、314、316、318、328、330、332和334)以及在该第一闭环混合制冷循环(导管336、338、340、342、344、346、348、350、352、354、356、358、360、362和368)中未考虑的步骤以与先前关于图1描述的相同或类似方式起作用。
在图4中，液化天然气(LNG)回收设施10被描绘为含有涡轮膨胀器94，该涡轮膨胀器通过导管420可操作地连接到第一制冷系统12的第三冷却区域32。如图4中示出，通过第三冷却区域32的冷却通道34的含烃进料气流的至少一部分可以通过导管420被引导到涡轮膨胀器94，其中它可以膨胀成两相流。涡轮膨胀器94可以在如先前关于图2描述的相同或类似条件下操作。虽然未在图4中描绘，但是在某些实施例中抽吸鼓可以在涡轮膨胀器94与第三冷却区域32之间流体连通。
导管422中膨胀的两相流随后被引导到分离器98，该分离器将膨胀的流分离成甲烷较少的液态重馏分(导管424)和富含甲烷的顶层蒸气馏分(导管426)。分离器98可以是与如先前关于图2描述的相同的分离容器并且可以在类似操作条件下起作用。在分离之后，导管426中的顶层蒸气馏分随后被重新引入到第三冷却区域32的冷却通道34中以如上文关于图1所述进一步进行冷却和冷凝。
导管424中的较少甲烷底部流可以呈液态形式并且可以含有最初在导管422中的流中发现的具有六个或更多个碳原子的化合物的大部分。举例来说，导管324中的较少甲烷底部流可以包括最初出现在来自导管422的流中的具有六个或更多个碳原子的化合物的至少70％、80％、90％、95％或99％。
导管426中富含甲烷的顶层蒸气流可以包括大部分的甲烷。举例来说，导管426中富含甲烷的顶层蒸气流可以包括至少大约10、25、40或50和/或不超过大约99.9、99、95或85摩尔百分比的甲烷。更确切地说，导管426中富含甲烷的顶层蒸气流可以包括在大约10到99.9、25到99、40到95或50到85范围内的摩尔百分比的甲烷。此外，导管426中富含甲烷的顶层蒸气流可以包括最初出现在来自导管422的流中的甲烷的至少50％、60％、70％、80％、90％、95％、99％或99.9％。
再次转向图4，涡轮膨胀器94通过轴杆95连接到压缩机96。压缩机96可以至少部分地由来自涡轮膨胀器94的功驱动。如图4中示出，气化的气态第二混合制冷剂通过导管468离开冷却区域38中的制冷剂加热通道42并且随后被引入到压缩机96中，在被引入到压缩机72之前，在压缩机96中它得到压缩。在压缩之后，导管470中的压缩流被引入到第一压缩机级74并且如上文关于图1所论述得到进一步处理。虽然未在图4中描绘，但是抽吸鼓可以在压缩机96与加热通道42之间流体连通。
应注意第一制冷系统12，第二制冷系统14，以及如图4中所描绘的第一闭环混合制冷循环(导管436、438、440、442、444、446、448、450、452、454、456、458、460、462、464和466)，未关于图4在上文中对其进行描述，以与先前关于图1描述的相同或类似方式起作用。仅有的差异在于考虑到图4中所描绘的特定系统实施例，图4中相应的导管已被标记的有所不同。此外，未在上文中关于图4阐述的涉及液化含烃气体的剩余的步骤(导管410、412、414、416、418、428、430、432和434)以及在该第二闭环混合制冷循环(导管472、474、476、478、480、482、484、486、488和490)中未考虑的步骤以与先前关于图1描述的相同或类似方式起作用。
在图5中，液化天然气(LNG)回收设施10被描绘为含有涡轮膨胀器94，该涡轮膨胀器通过导管522可操作地连接到第二制冷系统14的冷却区域38。如图5中示出，通过冷却区域38的冷却通道40的含烃进料气流的至少一部分可以通过导管522被引导到涡轮膨胀器94，其中它可以膨胀成两相流。涡轮膨胀器94可以在如先前关于图2描述的相同或类似条件下操作。虽然未在图5中描绘，但是在某些实施例中抽吸鼓可以在涡轮膨胀器94与冷却区域38之间流体连通。
导管524中膨胀的两相流随后被引导到分离器98，该分离器将膨胀的流分离成甲烷较少的液态重馏分(导管526)和富含甲烷的顶层蒸气馏分(导管528)。分离器98可以是与如先前关于图2描述的相同的分离容器并且可以在类似操作条件下起作用。
导管526中的较少甲烷底部流可以呈液态形式并且可以含有最初在导管524中的流中发现的具有六个或更多个碳原子的化合物的大部分。举例来说，导管526中的较少甲烷底部流可以包括最初出现在来自导管524的流中的具有六个或更多个碳原子的化合物的至少70％、80％、90％、95％或99％。
导管528中富含甲烷的顶层蒸气流可以包括大部分的甲烷。举例来说，导管528中富含甲烷的顶层蒸气流可以包括至少大约10、25、40或50和/或不超过大约99.9、99、95或85摩尔百分比的甲烷。更确切地说，导管528中富含甲烷的顶层蒸气流可以包括在大约10到99.9、25到99、40到95或50到85范围内的摩尔百分比的甲烷。此外，导管528中富含甲烷的顶层蒸气流可以包括最初出现在来自导管524的流的甲烷的至少50％、60％、70％、80％、90％、95％、99％或99.9％。
再次转向图5，涡轮膨胀器94通过轴杆95连接到压缩机96。压缩机96可以至少部分地由来自涡轮膨胀器94的功驱动。如图5中示出，导管528中富含甲烷的顶层蒸气流可以被引导至压缩机96，该压缩机压缩该流。导管530中的压缩流随后被重新引入到冷却区域38的冷却通道40中以如上文关于图1所述进一步进行冷凝和过冷。
应注意第一制冷系统12，第二制冷系统14，第一闭环混合制冷循环(导管538、540、542、544、546、548、550、552、554、556、558、560、562、564、566和568)，以及如图5中所描绘的第二闭环混合制冷循环(导管570、572、574、576、578、580、582、584、586、588和590)，未关于图5在上文中对其进行描述，以与先前关于图1描述的相同或类似方式起作用。仅有的差异在于考虑到图5中所描绘的特定系统实施例，图5中相应的导管已被标记的有所不同。此外，未在上文中关于图5阐述的涉及液化含烃气体的剩余的步骤(导管510、512、514、516、518、520、532、534和536)以与先前关于图1描述的相同或类似方式起作用。
在图6中，液化天然气(LNG)回收设施10被描绘为含有涡轮膨胀器94，该涡轮膨胀器通过导管622可操作地连接到第二制冷系统14的冷却区域38。如图6中示出，通过冷却区域38的冷却通道40的含烃进料气流的至少一部分可以通过导管622被引导到涡轮膨胀器94，其中它可以膨胀成两相流。涡轮膨胀器94可以在如先前关于图2描述的相同或类似条件下操作。虽然未在图6中描绘，但是在某些实施例中抽吸鼓可以在涡轮膨胀器94与冷却区域38之间流体连通。
导管624中膨胀的两相流随后被引导到分离器98，该分离器将膨胀的流分离成甲烷较少的液态重馏分(导管626)和富含甲烷的顶层蒸气馏分(导管628)。分离器98可以是与如先前关于图2描述的相同的分离容器并且可以在类似操作条件下起作用。在分离之后，导管628中的顶层蒸气馏分的至少一部分随后被重新引入到冷却区域38的冷却通道40中以如上文关于图1所述进一步进行冷凝和过冷。
导管626中的较少甲烷底部流可以呈液态形式并且可以含有最初在导管624中的流中发现的具有六个或更多个碳原子的化合物的大部分。举例来说，导管626中的较少甲烷底部流可以包括最初出现在来自导管624的流中的具有六个或更多个碳原子的化合物的至少70％、80％、90％、95％或99％。
导管628中富含甲烷的顶层蒸气流可以包括大部分的甲烷。举例来说，导管628中富含甲烷的顶层蒸气流可以包括至少大约10、25、40或50和/或不超过大约99.9、99、95或85摩尔百分比的甲烷。更确切地说，导管628中富含甲烷的顶层蒸气流可以包括在大约10到99.9、25到99、40到95或50到85范围内的摩尔百分比的甲烷。此外，导管628中富含甲烷的顶层蒸气流可以包括最初出现在来自导管624的流中的甲烷的至少50％、60％、70％、80％、90％、95％、99％或99.9％。
再次转向图6，涡轮膨胀器94通过轴杆95连接到压缩机96。压缩机96可以至少部分地由来自涡轮膨胀器94的功驱动。如图6中示出，气化的气态第一混合制冷剂通过导管664离开第三冷却区域32中的制冷剂加热通道36并且随后被引入到压缩机96，在被引入到压缩机48之前，在压缩机96中它得到压缩。在压缩之后，导管666中的压缩流被引入到第一压缩机级54并且如上文关于图1所论述得到进一步处理。虽然未在图6中描绘，但是抽吸鼓可以在压缩机96与加热通道36之间流体连通。
应注意第一制冷系统12，第二制冷系统14，以及图6中所描绘的第二闭环混合制冷循环(导管670、672、674、676、678、680、682、684、686、688和690)，未关于图6在上文中对其进行描述，以与先前关于图1描述的相同或类似方式起作用。仅有的差异在于考虑到图6中所描绘的特定系统实施例，图6中相应的导管已被标记的有所不同。此外，未在上文中关于图6阐述的涉及液化含烃气体的剩余的步骤(导管610、612、614、616、618、620、630、632和634)以及在该第一闭环混合制冷循环(导管636、638、640、642、644、646、648、650、652、654、656、658、660、662和668)中未考虑的步骤以与先前关于图1描述的相同或类似方式起作用。
在图7中，液化天然气(LNG)回收设施10被描绘为含有涡轮膨胀器94，该涡轮膨胀器通过导管722可操作地连接到第二制冷系统14的冷却区域38。如图7中示出，通过冷却区域38的冷却通道40的含烃进料气流的至少一部分可以通过导管722被引导到涡轮膨胀器94，其中它可以膨胀成两相流。涡轮膨胀器94可以在如先前关于图2描述的相同或类似条件下操作。虽然未在图7中描绘，但是在某些实施例中抽吸鼓可以在涡轮膨胀器94与冷却区域38之间流体连通。
导管724中膨胀的两相流随后被引导到分离器98，该分离器将膨胀的流分离成甲烷较少的液态重馏分(导管726)和富含甲烷的顶层蒸气馏分(导管728)。分离器98可以是与如先前关于图2描述的相同的分离容器并且可以在类似操作条件下起作用。在分离之后，导管728中的顶层蒸气馏分的至少一部分随后被重新引入到冷却区域38的冷却通道40中以如上文关于图1所述进一步进行冷凝和过冷。
导管726中的较少甲烷底部流可以呈液态形式并且可以含有最初在导管724中的流中发现的具有六个或更多个碳原子的化合物的大部分。举例来说，导管626中的较少甲烷底部流可以包括最初出现在来自导管724的流中的具有六个或更多个碳原子的化合物的至少70％、80％、90％、95％或99％。
导管728中富含甲烷的顶层蒸气流可以包括大部分的甲烷。举例来说，导管728中富含甲烷的顶层蒸气流可以包括至少大约10、25、40或50和/或不超过大约99.9、99、95或85摩尔百分比的甲烷。更确切地说，导管728中富含甲烷的顶层蒸气流可以包括在大约10到99.9、25到99、40到95或50到85范围内的摩尔百分比的甲烷。此外，导管728中富含甲烷的顶层蒸气流可以包括最初出现在来自导管724的流中的甲烷的至少50％、60％、70％、80％、90％、95％、99％或99.9％。
再次转向图7，涡轮膨胀器94通过轴杆95连接到压缩机96。压缩机96可以至少部分地由来自涡轮膨胀器94的功驱动。如图7中示出，气化的气态第二混合制冷剂通过导管768离开冷却区域38中的制冷剂加热通道42并且随后被引入到压缩机96中，在被引入到压缩机72之前，在压缩机96中它得到压缩。在压缩之后，导管770中的压缩流被引入到第一压缩机级74并且如上文关于图1所论述得到进一步处理。虽然未在图7中描绘，但是抽吸鼓可以在压缩机96与加热通道42之间流体连通。
应注意第一制冷系统12，第二制冷系统14，以及如图7中所描绘的第一闭环混合制冷循环(导管736、738、740、742、744、746、748、750、752、754、756、758、760、762、764和766)，未关于图7在上文中对其进行描述，以与先前关于图1描述的相同或类似方式起作用。仅有的差异在于考虑到图7中所描绘的特定系统实施例，图7中相应的导管已被标记的有所不同。此外，未在上文中关于图7阐述的涉及液化含烃气体的剩余的步骤(导管710、712、714、716、718、720、730、732和734)以及在该第二闭环混合制冷循环(导管772、774、776、778、780、782、784、786、788和790)中未考虑的步骤以与先前关于图1描述的相同或类似方式起作用。
定义
应理解以下内容并非意指所定义术语的排它性列表。举例来说，例如，当伴随在上下文中使用所定义术语时，在上述描述中可以提供其它定义。
如本文中所使用，术语“一”和“该”意味着一个或多个。
如本文所使用，当用于两种或两种以上项目的列表中时，术语“和/或”意味着可采用所列项目中的任一个本身，或可采用所列项目中的两个或两个以上的任何组合。举例来说，如果将组成描述为含有组分A、B和/或C，则组成可仅含有A；仅含有B；仅含有C；含有A与B的组合；含有A与C的组合；含有B与C的组合；或含有A、B及C的组合。
如本文中所使用，术语“包括”是开放式过渡术语，其用于从术语之前叙述的主语过渡到术语之后叙述的一个或多个要素，其中过渡术语之后列举的一个或多个要素并不一定是组成主语的唯一要素。
如本文中所使用，术语“具有”具有与上文提出的“包括”相同的开放式含义。
如本文中所使用，术语“包含”具有与上文提出的“包括”相同的开放式含义。
如本文中所使用，术语“第一”、“第二”、“第三”等等用于描述各种要素，且此类要素不应由这些术语限制。这些术语仅用于区分一个要素与另一个要素且不一定暗示特定的顺序或甚至特定的要素。举例来说，在不脱离本发明的范围的情况下，可以在实施方式中将一个要素视作“第一”要素并且在权利要求书中视作“第二”要素。在实施方式和每项独立权利要求中保持一致性，但是此类术语不一定意指在其间是一致的。
数字范围
本发明实施方式使用数字范围来量化与本发明相关的某些参数。应理解当提供数字范围时，此类范围应被解释为提供文字支持以主张仅叙述所述范围的下限值的限制以及主张仅叙述所述范围的上限值的限制。举例来说，10到100的所公开的数字范围提供用于叙述“大于10”(不具有上限范围)的主张和叙述“小于100”(不具有下限范围)的主张的文字支持。
权利要求书不限于所公开的实施例
上文描述的本发明的优选形式仅用作图示，并且不应以限制性意义使用以解释本发明的范围。在不脱离本发明的精神的情况下，所属领域的技术人员将容易获得上文阐述的示例性实施例的修改。
本发明人特此将他们的意图陈述为依赖于等效物原则以确定和评估本发明的适当地公平的范围，因为它涉及实质上未背离但是在如所附权利要求书中阐述的本发明的文字范围之外的任何设备。

Claims (20)

1.一种用于液化含烃气体的方法，所述方法包括：
(a)将完全冷凝的第一混合制冷剂、压缩过的第二混合制冷剂和包括含烃气体的进料流引入到第一制冷系统中；
(b)使所述完全冷凝的第一混合制冷剂的至少一部分膨胀从而形成膨胀的第一混合制冷剂，其中所述完全冷凝的第一混合制冷剂在膨胀步骤之前或之后未经受相分离；
(c)通过与所述膨胀的第一混合制冷剂的间接热交换冷却所述第一制冷系统中的所述进料流和所述压缩过的第二混合制冷剂的至少一部分从而形成第一冷却的进料流和完全冷凝的第二混合制冷剂；
(d)使所述完全冷凝的第二混合制冷剂的至少一部分膨胀从而形成膨胀的第二混合制冷剂；以及
(e)通过与所述膨胀的第二混合制冷剂的间接热交换冷却第二制冷系统中的所述第一冷却的进料流的至少一部分从而形成第二冷却的进料流，其中所述第二制冷系统包括单个冷却区域。
2.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括在步骤(c)中使所述完全冷凝的第一混合制冷剂的至少一部分过冷从而形成过冷的第一混合制冷剂，其中在步骤(b)中所述完全冷凝的第一混合制冷剂包括所述过冷的第一混合制冷剂。
3.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括在步骤(e)中使所述完全冷凝的第二混合制冷剂的至少一部分过冷从而形成过冷的第二混合制冷剂，其中在步骤(d)中所述完全冷凝的第二混合制冷剂包括所述过冷的第二混合制冷剂。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述完全冷凝的第二混合制冷剂在步骤(d)的膨胀之前或之后未经受相分离。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一制冷系统包括多个冷却区域。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一混合制冷剂包括选自由含有2个到4个碳原子的烃类组成的组的至少两种化合物。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述第二混合制冷剂包括选自由氮气和含有1个到3个碳原子的烃类组成的组的至少两种化合物。
8.根据权利要求1所述的方法，其中在给定压力下，所述第二混合制冷剂具有低于所述第一混合制冷剂的起泡点温度的起泡点温度。
9.一种用于液化含烃气体的方法，所述方法包括：
(a)将完全冷凝的第一混合制冷剂、压缩过的第二混合制冷剂和包括含烃气体的进料流引入到第一制冷系统中；
(b)使所述完全冷凝的第一混合制冷剂的至少一部分膨胀从而形成膨胀的第一混合制冷剂；
(c)通过与所述膨胀的第一混合制冷剂的间接热交换冷却所述第一制冷系统中的所述进料流和所述压缩过的第二混合制冷剂的至少一部分从而形成第一冷却的进料流和完全冷凝的第二混合制冷剂；
(d)使所述完全冷凝的第二混合制冷剂的至少一部分膨胀从而形成膨胀的第二混合制冷剂；
(e)通过与所述膨胀的第二混合制冷剂的间接热交换冷却第二制冷系统中的所述第一冷却的进料流的至少一部分从而形成第二冷却的进料流，其中所述第一制冷系统和所述第二制冷系统包含在相同的热交换器中；以及
(f)使所述第二冷却的进料流的至少一部分膨胀从而形成LNG流。
10.根据权利要求9所述的方法，其进一步包括在步骤(c)中使所述完全冷凝的第一混合制冷剂的至少一部分过冷从而形成过冷的第一混合制冷剂，其中在步骤(b)中所述完全冷凝的第一混合制冷剂包括所述过冷的第一混合制冷剂。
11.根据权利要求9所述的方法，其进一步包括在步骤(e)中使所述完全冷凝的第二混合制冷剂的至少一部分过冷从而形成过冷的第二混合制冷剂，其中在步骤(d)中所述完全冷凝的第二混合制冷剂包括所述过冷的第二混合制冷剂。
12.根据权利要求9所述的方法，其中所述完全冷凝的第一混合制冷剂在步骤(b)的膨胀之前或之后未经受相分离。
13.根据权利要求9所述的方法，其中所述完全冷凝的第二混合制冷剂在步骤(d)的膨胀之前或之后未经受相分离。
14.根据权利要求9所述的方法，其中所述第一混合制冷剂包括选自由含有2个到4个碳原子的烃类组成的组的至少两种化合物。
15.根据权利要求9所述的方法，其中所述第二混合制冷剂包括选自由氮气和含有1个到3个碳原子的烃类组成的组的至少两种化合物。
16.根据权利要求9所述的方法，在给定压力下，所述第二混合制冷剂具有低于所述第一混合制冷剂的起泡点温度的起泡点温度。
17.一种用于液化含烃气体的系统，所述系统包括：
(a)第一制冷系统，其包括设置在其中的多个冷却区域，其中所述冷却区域中的每一个经配置以通过与第一混合制冷剂的间接热交换冷却第二混合制冷剂和包括含烃气体的进料流从而形成第一冷却的进料流和完全冷凝的第二混合制冷剂；
(b)第一闭环混合制冷循环，其至少部分地设置在所述第一制冷系统内，其中所述第一闭环混合制冷循环包括所述第一混合制冷剂，其中所述第一闭环混合制冷循环不含相分离器；
(c)第二制冷系统，其与所述第一制冷系统流体连通，其中所述第二制冷系统包括设置在其中的单个冷却区域，其中所述冷却区域经配置以通过与所述第二混合制冷剂的间接热交换冷却所述第一冷却的进料流从而形成第二冷却的进料流；以及
(d)第二闭环混合制冷循环，其至少部分地设置在所述第二制冷系统内，其中所述第二闭环混合制冷循环包括所述第二混合制冷剂，其中所述第二闭环混合制冷循环不含相分离器。
18.根据权利要求17所述的系统，其中在所述第一制冷系统中的多个冷却区域经配置以过冷所述第一混合制冷剂。
19.根据权利要求17所述的系统，其中在所述第二制冷系统中的单个冷却区域经配置以过冷所述第二混合制冷剂。
20.根据权利要求17所述的系统，其中所述第一闭环混合制冷循环包括经配置以使所述第一混合制冷剂膨胀的至少一个膨胀装置，且所述第二闭环制冷循环包括经配置以使所述第二混合制冷剂膨胀的至少一个膨胀装置。
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