CN108779953A - 用于液化天然气进料流的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种液化天然气进料流(1)的方法，其包括提供压缩工艺流(25)，从所述压缩工艺流获得第一分裂流(32)并扩张所述第一分裂流，用所述扩张第一分裂流来冷却所述压缩工艺流(31)的剩余部分，从预冷却工艺流(41)获得第二分裂流(52)并扩张所述第二分裂流，用从所述第二分裂流获得的蒸汽流(56)来冷却预冷却压缩工艺流(51)的剩余部分，扩张进一步冷却的工艺流(61)，由此获得液态天然气流(71)，将所述第一分裂流(42)和所述蒸汽流(62)传递到再压缩级(200)，以获得再循环流(105)，所述再循环流与天然气进料流组合以形成所述工艺流。

Description

用于液化天然气进料流的方法和系统
技术领域
本发明涉及一种用于液化天然气进料流的方法和系统。
背景技术
液化含烃气流的方法在所属领域中众所周知。出于多种原因，期望液化例如天然气流等含烃气流。作为实例，天然气作为液体相比于气态形式能更加容易地存储并运输较长距离，这是因为其占据较小的体积并且不需要在高压下存储。通常，在液化前，处理污染的含烃气流以去除可能在液化工艺期间冻结的一种或多种污染物(例如H2O、CO2、H2S等等)。
液化工艺从现有技术已知，其中一个或多个闭合制冷剂循环用以冷却并液化含烃气流。实例是C3-MR工艺或DMR工艺。在C3-MR工艺中，第一冷却级使用丙烷作为制冷剂且第二冷却级使用两种或更多种制冷剂的混合物，例如丙烷、乙烷、甲烷与氮的混合物。在DMR工艺中，使用各自包括混合制冷剂的两个制冷剂循环。
替代性液化方法已知，其中未使用单独的制冷剂循环。
WO2014/166925描述一种液化污染的含烃气流的方法，所述方法至少包括以下步骤：
(1)提供受污染的含烃气流；
(2)在第一热交换器中冷却受污染的含烃气流，由此获得冷却的受污染含烃流；
(3)在扩张机中冷却经冷却受污染含烃流由此获得部分液化的流；
(4)在分离器中分离部分液化的流由此获得气流和液流；
(5)扩张在步骤(4)中获得的液流由此获得多相流，所述多相流至少含有气相、液相和固相；
(6)在分离器中分离多相流，由此获得气流和浆料流(包括固态CO2和液态烃)；
(7)在固/液分离器中分离浆料流，由此获得液态烃流和浓缩浆料流；
(8)使在步骤(4)中获得的气流通过第一热交换器，由此获得经加热气流；以及
(9)缩经加热气流由此获得压缩气流；以及
(10)组合在步骤(9)中获得的压缩气体与步骤(1)中提供的受污染的含烃气流。
如WO2014/166925中描述的方法允许运用相对较低设备计数液化受污染含烃气流而不需要制冷剂循环，由此提供液化受污染的含烃气体流，尤其是例如天然气等含甲烷的受污染气体流的简单且节约成本的方法。污染物可以是CO2。
根据WO2014/166925的方法使用冻结工艺方案来移除CO2。在如上文所描述的步骤(5)中，步骤(4)中获得的液流中的工艺条件仅在CO2冻结包络线外部(工艺条件为例是20巴，-120℃，1mol％CO2)，使得任何进一步的温度降低会刺激CO2的冻结。温度降低在步骤(5)中通过焦耳汤姆森(Joule Thomson)阀门的减压实现。减压使部分液体甲烷蒸发，因此冷却其余液体。
其它液化方法例如描述于WO15110779和WO12172281中。
用以移除CO2的其它方法从现有技术已知，例如使用不同方式来移除CO2的WO15017357、WO12068588和WO12162690。
发明内容
US3616652描述一种用于液化天然气的工艺，包括将流闪蒸成低压级以形成低压液体和闪蒸气体，并在被布置成通过以此进行间接的热交换辅助在较高的压力级下冷却天然气的电路中再循环闪蒸气体。
目标是提供一种用以冷却并液化含有气流的烃的替代性更高效方法和系统。
通过一种液化天然气进料流的方法实现以上或其它目标中的一个或多个，所述方法至少包括以下步骤：
(a)通过混合所述天然气进料流(1)与再循环流(105)来提供工艺进料流(11)，
(b)在压缩机级(20)中压缩所述工艺进料流(11)并利用周围环境来冷却所述工艺进料流(11)，由此获得具有至少120巴的压力(P25)和低于40℃的第一温度(T25)的压缩工艺流(25)，
(c1)从所述压缩工艺流(25)获得第一分裂流(32)并在预冷却扩张器(33)中扩张所述第一分裂流(32)，由此获得具有低于所述第一温度的第二温度的扩张第一分裂流(34)，
(c2)在第一热交换器(40)中用所述扩张第一分裂流(34)来冷却所述压缩工艺流(31)的剩余部分，由此获得预冷却工艺流(41)和升温第一分裂流(42)，
(d1)从所述预冷却工艺流(41)获得第二分裂流(52)并在扩张器(53)中扩张所述第二分裂流(52)，由此获得具有低于所述第二温度的第三温度的扩张和冷却多相第二分裂流(54)，
(d2)在相分离器(55)中分裂所述扩张和冷却多相第二分裂流(54)以获得蒸汽流(56)和液流(57)，
(d3)在第二热交换器(60)中用所述蒸汽流(56)来冷却预冷却压缩工艺流(51)的剩余部分，由此获得进一步冷却的工艺流(61)和升温蒸汽流(62)，
(e)扩张所述进一步冷却的工艺流(61)，由此获得液态天然气流(71)，
(f)将所述升温第一分裂流(42)和所述升温蒸汽流(62)传递到再压缩级(200)，所述再压缩级(200)产生所述再循环流(105)。
通过将所述工艺进料流压缩到(b)中的相对高的压力，即，压缩到至少120巴的压力，提高液化效率，这是因为相对高的压力转变成显著的冷却(液化)效应。所述压缩工艺流的压力可介于120到200巴的范围内或介于130到190巴，优选地145到175巴的范围内，更优选地介于155到165巴的范围内。
虽然由所述压缩机级消耗的功率将相对高，但是这通过减小的再循环流因此和获得所述再循环流的压力以匹配所述天然气进料流的压力所需的减少的再压缩工作来得以补偿。
由于步骤(b)中的相对高压缩，充当预冷却流的所述第一分裂流(32)还具有相对高的压力。因此，所述第一分裂流32具有相对高的比热容，并因此提供所述第一热交换器(40)中的有效率的(预)冷却，且结果所述第一分裂流(32)可具有相对低的质量流量。
因此，与所述再循环流相关联的硬件成本(压缩机、管道)将是相对低的。
而且，因为不需要单独的制冷剂和制冷剂循环，液体处置的量显著地减小，从而进一步降低成本。
不存在制冷剂，具体地说，不存在丙烷作为制冷剂(组分)，进一步有助于工厂的安全。
步骤(b)中的压力远高于临界压力(超临界压力)，优选地比临界压力高至少50巴，这会引起用于所述压缩工艺流(31)的所述第一热交换器(40，步骤c2)中的相对恒定的温度曲线，因为在超临界条件下的相对恒定的热容，与在临界点附近的压力相反，其中热容量随温度变化很大。
这会实现极小的对数平均温度差(logarithmic mean temperature difference，LMTD)，从而降低局部最低温差并减少外部熵产生(热力学低效)。因为所述比热容在超临界条件，具体地说，比临界点高至少30巴或至少50巴下相对恒定，所以所述温度曲线基本上是直线(在温度对热(Q)图式中)，从而降低热与冷流之间的温差并因此减少热力学低效。
接近临界点之压力将在所述热交换器的低温下引起两个热交换流之间的发散，从而引起低效，这意味着所述压缩工艺流(31)预冷却程度更低(即，在更高温度下离开所述第一热交换器(40))。
预冷却压力，即，所述扩张第一分裂流(34)的压力，是优化参数。低压产生更冷的扩张第一分裂流(34)，但需要更多再压缩工作。可因此通过迭代过程确定最优预冷却压力。可在操作期间进一步调整预冷却压力，以考虑操作条件的改变，例如改变的环境温度。
附图说明
在下文中，将参考以下非限制性图式描述实施例：
图1示意性地示出根据实施例的工艺方案，
图2示意性地示出根据替代性实施例的工艺方案。
在下文，将参考各自示出不同实施例的图1和图2描述两个实施例。相同附图标记用以指不同图中的类似项。
具体实施方式
首先，提供天然气进料流1。天然气进料流1也可被称作烃进料流1。天然气进料流1主要包括甲烷。虽然天然气进料流1不受特别限制，但其优选地是富甲烷气流，优选地包括至少50mol％甲烷，更优选至少80mol％且更优选至少95mol％甲烷。
天然气进料流1的剩余部分主要由包括两个、三个或四个个碳原子的烃分子(乙烷、丙烷、丁烷)形成。
天然气进料流1可源自气体处理级，其中移除污染物和C5+分子。如所属领域的技术人员将理解，气体处理级的准确排列可取决于气体处理级上游的气体组成和液态天然气规格。
优选地在上游移除包括污染物和五个或更多个碳原子的烃分子。
优选地小于1mol％的天然气进料流1在移除之后由污染物和包括五个或更多个碳原子的烃分子形成。优选地，天然气进料流1包括包括五个或多于五个碳原子的小于0.15mol％烃分子。包括五个或更多个碳原子的烃分子的量可介于0.10到0.15mol％的范围内。
替代地，可在第一热交换器40与第二热交换器60之间移除，而非在上游移除污染物和包括五个或更多个碳原子的烃分子。
天然气进料流1优选地具有介于50到80巴的范围内，更优选地介于55到75巴的范围内的压力，例如65巴。天然气进料流1优选地具有介于0到40℃的范围内的温度，例如17℃。
在第一步骤(a)中，通过借助于组合器2混合/组合天然气进料流1与再循环流105来工艺进料流11。下文将更详细描述再循环流105。
根据实施例，所然气进料流1的质量流率(MF1)和再循环流105的质量流率(MF105)介于MF1:MF105＝1:2到1:4的范围内，优选地大体上等于1:3。
在步骤(b)中，将工艺流11传递给压缩机级20以获得具有至少120巴的压力和低于40℃的第一温度的压缩工艺流25。如上文所指示，压缩工艺流的压力可介于120到200巴的范围内或介于130到190巴的范围内，优选地145到175巴，更优选地介于155到165巴的范围内。
根据图2中示出的实施例，压缩机级20包括单个压缩机21，其具有位于压缩机21下游的相关联中间冷却器22。
根据实施例，压缩机级20包括具有中间冷却器的多级压缩机。压缩机级20可包括具有任何合适数目个压缩机和中间冷却器以获得既定压力和温度的多级压缩机20。
如图1中示出，压缩机级20可包括第一压缩机21以接收工艺流11，随后后跟着第一中间冷却器22、第二压缩机23和第二中间冷却器24。
中间冷却器优选地利用周围环境，例如利用环境空气或环境水来冷却工艺流。
在步骤(c1)中，将压缩工艺流25馈送到第一分流器30以获得第一分裂流32。第一分流器30可以是任何适合类型的分流器，包含简单的T结或Y结。
第一分流器30还可以是可控制分流器以在操作期间有效地控制并调整分裂部分。可控制分流器可包括位于所述结下游的一个或两个可控制阀以控制分流比。
分流比被定义为分裂流32的质量流量(MF32)除以压缩工艺流25的质量流量(MF25)——MF32:MF25。通常，分流比介于0.5到0.65的范围内。
扩张第一分裂流32并由此在预冷却扩张器33中得以冷却。扩张通常具有介于4到6的范围内的压力比，例如5，以提供充足的寒冷以预冷却压缩工艺流31的剩余部分。压力比被定义为预冷却扩张器33上游的压力(P32)除以预冷却扩张器33下游的压力(P34)。
扩张第一分裂流34可具有介于26到38巴的范围，优选地29到35巴的范围内，更优选地介于31到33巴的范围内的压力P34。扩张第一分裂流34通常具有负60℃到负80℃的范围内，通常是负70℃的温度。
在步骤(c2)中，将压缩工艺流31的剩余部分馈送到第一热交换器40的温侧且将扩张第一分裂流34馈送到第一热交换器40的冷侧，以允许两个流交换热，尤其是以允许扩张第一分裂流34预冷却压缩工艺流31的剩余部分。
第一热交换器40可以是任何类型的适合的热交换器，包含线圈卷绕热交换器或板(鳍式)热交换器。第一热交换器40可包括多个串联和/或并联的子热交换器(未示出)。
从第一热交换器34，在冷侧上获得预冷却工艺流41，且在温侧上获得升温第一分裂流42。将升温第一分裂流42转递到再压缩级200以包括于再循环流105中，如将在下文更详细地描述。
升温第一分裂流42可具有介于0℃到40℃的范围内的温度，例如15℃。预冷却工艺流41可具有介于负50℃到负70℃的范围内的温度，例如负60℃。
预冷却工艺流41被传递给第二分流器50以获得第二分裂流52。
第二分流器50可以是任何适合类型的分流器，包含简单的T结或Y结。第二分流器50还可以是可控制分流器以在操作期间有效地控制并调整第二分裂部分。第二可控制分流器50可包括位于所述结下游的一个或两个可控制阀以控制第二分流比。
第二分流比被定义为第二分裂流52的质量流量(MF52)除以预冷却工艺流41的质量流量(MF41)--MF52:MF41。
通常，第二分流比介于0.75到0.85的范围内。
在步骤(d1)中，将第二分裂流52传递给扩张器53，例如密集型相扩张器，以扩张并由此冷却第二分裂流52以进入二相区，由此获得扩张和冷却多相第二分裂流54。冷却多相第二分裂流54通常扩张到介于5到20巴的范围内，例如介于8到12巴范围内的压力和介于负110℃到130℃的范围内的第三温度。
扩张器53可充当密集型相扩张器，即，适合于在扩张器53的入口处接收经加压超临界流动且被布置成通过扩张器53的出口排出多相流54的扩张器53。多相流54可以是包括蒸汽相/气相和液相的二相流。
在步骤(d2)中，在相分离器55中闪蒸扩张和冷却多相第二分裂流54，由此获得分离的蒸汽流56和液流57。蒸汽流的质量比MF56到扩张和冷却多相第二分裂流54的质量比(MF54)通常介于MF54:MF56＝0.3到0.4的范围内。
相分离器55可以是任何适合的蒸汽液体分离器，例如骤沸桶或基因敲除器皿。
在步骤(d3)中，将预冷却压缩工艺流51的剩余部分馈送到第二热交换器60的温侧且将蒸汽流56馈送到第二热交换器60的冷侧，以允许两个流交换热，尤其是以允许蒸汽流56进一步冷却预冷却压缩工艺流51的剩余部分。由此，获得进一步冷却的工艺流61和升温蒸汽流62。
可将升温蒸汽流62转递到再压缩级200以包括于再循环流105中，如将在下文更详细地描述。
根据实施例，首先将升温蒸汽流62转递到第一热交换器40并接着转递到再压缩级200，如将在下文更详细地描述。
第二热交换器60可以是任何类型的适合的热交换器，包含线圈卷绕热交换器或板(鳍式)热交换器。第二热交换器60可包括多个串联和/或并联的子热交换器(未示出)。
升温蒸汽流62可具有介于负65℃到负85℃的范围内的温度T62和介于5到20巴的范围内的压力P62。
具有介于负60℃到负80℃的范围内的温度T51的预冷却工艺流51可进入第二热交换器60，且具有介于负110℃到负130℃的范围内的温度T61和仍大体上等于压缩工艺流25的压力的进一步冷却的工艺流61可离开第二热交换器60，除了产生于流经管道以及第一和第二热交换器的(无意)压降以外。进一步冷却的工艺流61可处于超临界密集相位中，其中气体与液体之间的不存在差异。
在步骤(e)中，进一步冷却的工艺流61在液体扩张器70中扩张，由此获得液态天然气流71，所述液态天然气流介于8到15巴范围内的压力，例如10巴，和等于那个压力下的组成物的沸腾温度(例如大致10巴下负125℃)。液态天然气流71可被传递给闪蒸器80，由此在介于1到3巴的范围内的压力，例如大气压力下获得液态天然气。闪蒸器皿80可以是存储器皿。替代地，将液态天然气从闪蒸器80传递到后续存储器皿。
根据实施例，所述方法进一步包括将液态天然气流71传递到闪蒸器80并从闪蒸器80获得液态天然气产物流81作为底部流。液态天然气产物流81可被传递给LNG存储槽，例如LNG运输船船舶/船或浮动LNG设施上的LNG存储槽。
根据实施例，所述方法包括从闪蒸器80获得闪蒸气流82作为顶部流，将闪蒸气流82传递到再压缩级200，其中视情况使闪蒸气流82至少部分地通过第三热交换器75、75'，以向在d2中获得的液流57的至少部分提供冷却。
通过使闪蒸气流通过第三热交换器75，恢复高品质低温，同时再压缩级中的闪蒸气流的冷压缩，即，不需要中间冷却器的压缩仍是可能的。
根据如图1中所描绘的实施例，方法包括
(e1)将在(d2)中获得的液流57分裂成第一液体部分71和第二液体部分74，
(e2)在第一减压装置72中扩张第一液体部分71以获得第二液态天然气流73，以及
(e3)通过使第三热交换器75和第二减压装置78通过第二液体部分来冷却第二液体部分74以获得第三液态天然气流76，
(e4)在闪蒸器80中收集在(e)中获得的液态天然气流、在(e2)中获得的第二液态天然气流73和在(e3)中获得的第三液态天然气流76。
第一减压装置可以是(焦耳-汤姆森)阀或扩张器。第二减压装置可以是(焦耳-汤姆森)阀或扩张器。根据实施例，第一减压装置是扩张器且第二减压装置是焦耳-汤姆森阀。
此实施例提供以下优点：(e1)中的分裂使得有可能控制穿过第三热交换器的第二液体部分的流速并由此允许更好地匹配第三热交换器75中的加热曲线，从而得到更低的对数平均温度差(LMTD)并因此降低第三热交换器75中的火用损耗。这提供了更节能的方法。
(e1)中的分裂可以是预定分裂，例如，可实现穿过第三热交换器的第二液体部分的预定流速。替代地，分裂可以是由可控制分流器提供的可控制分裂，这实现可在操作期间有效地受控制的可调整分裂。
第二液态天然气流73与第三液态天然气流76通常处于相同压力下，接近大气压(介于1到1.25巴的范围内)且处于接近或-161.5℃(介于负160到负162℃范围内)下的温度，但是由于组成差异，会存在小的压力/温度差。
在步骤(e3)中，在第三热交换器75中用闪蒸气流82的至少部分来冷却第二液体部分74，由此获得被传递给再压缩级200的升温闪蒸气流77。
是过冷却液体的第三液态天然气流76可有效地减小压力，优选地(接近)第二减压装置，例如焦耳-汤姆森阀78的存储条件，从而最小化蒸汽的闪蒸。
根据如图2中所描绘的实施例，方法包括
(e1')使在(d2)中获得的液流57通过第三热交换器75'和扩张器78'以获得另一液态天然气流76'，
(e2')在闪蒸器80中收集在(e)中获得的液态天然气流和在(e1')中获得的另一液态天然气流76'。
更一般来说，扩张器78'可以是减压装置，例如(焦耳-汤姆森)阀。
另一液态天然气流76'可具有介于1到1.25巴的范围内的压力，例如1.05巴，且处于介于负160到负162℃范围内的温度下，例如负160.6℃下。
升温闪蒸气流77可处于大气压力下，例如1巴下，且处于介于负120到负130℃范围内的温度下，例如负125℃下。
闪蒸器80中的压力大体上等于大气压力，且收集到的液态天然气处于其沸点下。
根据实施例，使在(d3)中从第二热交换器60获得的升温蒸汽流62通过第一热交换器40，以向压缩工艺流31的剩余部分提供冷却，由此在被传递给再压缩级200之前获得进一步升温的蒸汽流43。
在步骤(f)中，源自扩张和冷却多相第二分裂流54的升温第一分裂流43与升温蒸汽流62，以包括于再压缩级200中的再循环流105中。
根据实施例，(f)包括单独地将升温第一分裂流42和升温蒸汽流62和进一步升温的蒸汽流43中的一个传递到再压缩级200以获得再循环流105。
再压缩级200可以是多级再压缩机级。第一分裂流42和升温蒸汽流62和进一步升温的蒸汽流43中的一个优选地被馈送到再压缩级200的不同(压力)级。
倘若升温蒸汽流43通过第一热交换器40，那么将进一步升温的蒸汽流43传递到再压缩级200以包括于再循环流105中。在以下描述中，将参考进一步升温的蒸汽流43，但应理解，倘若升温蒸汽流62不通过第一热交换器40，那么此升温蒸汽流可以是升温蒸汽流62。
根据实施例，(f)进一步包括将闪蒸气流(82)或升温闪蒸气流77传递到再压缩级200。
独立于升温第一分裂流42、升温蒸汽流62和进一步升温的蒸汽流43，将闪蒸气流82或升温闪蒸气流77传递到再压缩级。优选地将闪蒸气流82或升温闪蒸气流77、升温第一分裂流42、升温蒸汽流62或进一步升温的蒸汽流43馈送到再压缩级200的不同(压力)级。
因此，分离被传递给再压缩级200的不同流的压力级。
通过独立于升温蒸汽流62和进一步升温的蒸汽流43传递升温第一分裂流42，防止氮对升温第一分裂流42的污染，从而允许更高效的燃料排出。
再压缩级200可包括串联定位的数个再压缩级，每个再压缩级包括一个或多个压缩机90、93、102。
再压缩级的数目可等于被传递给再压缩级200的流的数目，例如根据图1中所描绘的实施例的三个。
一个或多个再压缩级可包括一个或多个相关联中间冷却器。再压缩级200可接着被称作中间冷却多级再压缩机级。
根据图1中所描绘的实施例，再压缩级200是包括三个串联定位的再压缩级——即，预再压缩级、中间再压缩级和最终再压缩级——的三级再压缩机级200。
如图1中所描绘，预再压缩级可包括包括两个串联子压缩机的第一压缩机90，所述子压缩机被布置成接收升温闪蒸气流77并压缩升温闪蒸气流77，由此获得具有介于15℃到20℃的范围内的温度T91的第一再压缩流91。第一再压缩流的压力P91大体上等于升温蒸汽流43的压力P43，例如介于8到12巴的范围内，例如10巴。
因为第一压缩机90的入口流是相对冷的(闪蒸气流82通常具有-162℃的温度且升温闪蒸气流77通常具有大致负120℃到负130℃的温度)，所以压缩功率要求是相对低的且可能不需要中间冷却器。
组合预压缩流91与进一步升温的蒸汽流43(或升温蒸汽流62)并将其作为组合流92馈送到中间再压缩级。
中间再压缩级包括中间压缩机93和位于中间压缩机93下游的相关联中间中间冷却器97。中间再压缩级被布置成接收组合流92并另外再压缩并冷却组合流92，以获得通常具有介于25到35巴的范围内的中压P98的中间压缩流98，例如32巴。离开中间压缩机93的流96通常具有高于100℃的温度，且由中间冷却器97通常冷却到介于15℃到25℃的范围内的温度T98。
组合中间压缩流98与升温第一分裂流42并将其作为另一组合流101馈送到最终再压缩级。
最终再压缩级包括最终压缩机102和位于最终压缩机102下游的相关联中间冷却器104。最终再压缩级被布置成接收另一组合流101并另外再压缩并冷却另一组合流101以获得再循环流105。再循环流105通常具有大体上等于天然气进料流1的压力的压力P105，其通常介于50到80巴的范围内，更优选地介于55到75巴的范围内，例如65巴。
根据实施例，所述方法进一步包括
(g)从再压缩级200的中间位置，优选地在升温第一分裂流42被馈送到再压缩级200的位置上游获得燃料流95。
优选地，在氮浓度相对高的中间位置处获得燃料流95。因为闪蒸气流77、82和蒸汽流56相比于第一分裂流32、42含有相对高的氮量，所以优选地从升温第一分裂流42进入多级再压缩机单元200的位置上游获得燃料流95。
优选地获得燃料流95作为离开中间压缩机93的流96的支流。在中间压缩机93与相关联中间中间冷却器97之间的中间位置处获得燃料流95。
这产生具有相对高的氮量的有效燃料流并减小被再循环的氮的量。
根据实例，在使用中的方法如下起作用。通过以大致1:3的比混合在将满足C5+规范(<0.1％mol)的露点之后取得的天然气进料流1与再循环流105来获得工艺进料流11。包括具有中间冷却的两个级的(增压器)压缩机级20使压力从65巴上升到160巴。将水用作冷却介质来通过中间冷却器使工艺进料流11冷却到大致17℃。由此获得的压缩工艺流25分裂成两个分数——第一分裂流32(0.57质量分数)和压缩工艺流的剩余部分(0.43质量分数)。
以大致5的压力比在是30MW扩张器的预冷却扩张器33中扩张第一分裂流。由此，获得扩张第一分裂流34来为压缩工艺流的剩余部分提供低温。这些流在第一热交换器40中交换热。热出口到达-75℃，且冷出口是针对再压缩级200。
随后使预冷却工艺流41分裂成第二分裂流52(0.8质量分数)，所述第二分裂流在扩张器53中被扩张到10巴，由此自身冷却到大致负123℃，同时进入二相区，由此获得扩张和冷却多相第二分裂流54。
在高压分离器55中闪蒸扩张和冷却多相第二分裂流54以获得蒸汽流56(0.34摩尔分数)。
在高压分离器55之后，使用蒸汽流56来在第二热交换器60中将预冷却压缩工艺流51的剩余部分进一步冷却到大致-123℃。随后，蒸汽流56(现是升温蒸汽流62)在第一热交换器40中提供低温。
在液体扩张器70中将是高压低温流的由此获得的进一步冷却的工艺流61扩张到存储条件。
从分离器55获得的液流57分裂成两个。通过第一减压装置，例如液体扩张器72，扩张第一液体部分或主流71(0.89质量分数)，而在第三热交换器75中用闪蒸气流82来过冷第二液体部分74或微小分数(0.19质量分数)，并随后在被传递给闪蒸器80之前运用例如J-T阀78等第二减压装置使其压力降低。
在已在第三热交换器75中冷却液流57的至少部分之后，将闪蒸气流82转递到再压缩级200。升温闪蒸气流77是针对冷再压缩。通过使用冷压缩(2个级)，实现低工作要求且不需要中间冷却器。第一压缩机90的出口温度已上升到17℃。第一压缩机90的出口流与10巴
由第一热交换器40产生的进一步升温的蒸汽流43混合，所述组合流92由中间压缩机93压缩到32巴的中压。接下来，离开中间压缩机93的流96与升温第一分裂流42混合，并被连续地压缩到65巴的进料压力级以形成再循环流105。
模拟已示出，如参考图1和2所描述的工艺方案需要极大地提高效率的相对小的再循环流105，这不仅仅会平衡由压缩机级200需要的更高升压压力的成本。
模拟已示出，参考图1所描述的实施例允许9.816kW/tpd(235.6kWh/吨)的特定功耗。假定95％的可用性，这对应于将100MW燃气涡轮用作机械传动的3.4mpta的LNG生产。
所属领域的技术人员应易于理解，可以在不脱离本发明的范围的情况下进行许多修改。举例来说，应理解，如图1中示出的压缩机级20可用于图2的实施例中，且反之亦然。在此文本中使用单词一个或多个步骤的情况下，应理解，这并不(在时间上)暗示具体顺序。所述步骤可以任何合适的顺序应用，包含同时。

Claims (15)

1.一种液化天然气进料流(1)的方法，所述方法至少包括以下步骤：
(a)通过混合所述天然气进料流(1)与再循环流(105)来提供工艺进料流(11)，
(b)在压缩机级(20)中压缩所述工艺进料流并利用周围环境来冷却所述工艺进料流(11)，由此获得具有至少120巴的压力(P25)和低于40℃的第一温度(T25)的压缩工艺流(25)，
(c1)从所述压缩工艺流(25)获得第一分裂流(32)并在预冷却扩张器(33)中扩张所述第一分裂流(32)，由此获得具有低于所述第一温度的第二温度的扩张第一分裂流(34)，
(c2)在第一热交换器(40)中用所述扩张第一分裂流(34)来冷却所述压缩工艺流(31)的剩余部分，由此获得预冷却工艺流(41)和升温第一分裂流(42)，
(d1)从所述预冷却工艺流(41)获得第二分裂流(52)并在扩张器(53)中扩张所述第二分裂流(52)，由此获得具有低于所述第二温度的第三温度的扩张和冷却多相第二分裂流(54)，
(d2)在相分离器(55)中分裂所述扩张和冷却多相第二分裂流(54)以获得蒸汽流(56)和液流(57)，
(d3)在第二热交换器(60)中用所述蒸汽流(56)来冷却预冷却压缩工艺流(51)的剩余部分，由此获得进一步冷却的工艺流(61)和升温蒸汽流(62)，
(e)扩张所述进一步冷却的工艺流(61)，由此获得液态天然气流(71)，
(f)将所述升温第一分裂流(42)和所述升温蒸汽流(62)传递到再压缩级(200)，所述再压缩级(200)产生所述再循环流(105)。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述天然气进料流1的质量流率(MF1)和所述再循环流105的质量流率(MF105)介于MF1:MF105＝1:2到1:4的范围内，优选地大体上等于1:3。
3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述方法进一步包括将所述液态天然气流(71)传递到闪蒸器(80)并从所述闪蒸器(80)获得液态天然气产物流(81)作为底部流。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述方法包括从所述闪蒸器(80)获得闪蒸气流(82)作为顶部流，将所述闪蒸气流(82)传递到所述再压缩级(200)，其中将所述闪蒸气流(82)传递到所述再压缩级(200)视情况包括至少部分地使所述闪蒸气流(82)通过第三热交换器(75、75')，以向在(d2)中获得的所述液流(57)的至少部分提供冷却。
5.根据权利要求4所述的方法，其中所述方法包括
(e1)将在(d2)中获得的所述液流(57)分裂成第一液体部分(71)和第二液体部分(74)，
(e2)在第一减压装置(72)中扩张所述第一液体部分(71)以获得第二液态天然气流(73)，以及
(e3)通过使所述第二液体部分通过所述第三热交换器(75)和第二减压装置(78)来冷却所述第二液体部分(74)以获得第三液态天然气流(76)，
(e4)在所述闪蒸器(80)中收集在(e)中获得的所述液态天然气流、在(e2)中获得的所述第二液态天然气流(73)和在(e3)中获得的所述第三液态天然气流(76)。
6.根据权利要求4所述的方法，其中所述方法包括
(e1')使在(d2)中获得的所述液流(57)通过所述第三热交换器(75')和阀或扩张器(78')，以获得另一液态天然气流(76')，
(e2')在所述闪蒸器(80)中收集在(e)中获得的所述液态天然气流和在(e1')中获得的所述另一液态天然气流(76')。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中使在(d3)中从所述第二热交换器(60)获得的所述升温蒸汽流(62)通过所述第一热交换器(40)以向所述压缩工艺流(31)的所述剩余部分提供冷却，由此在被传递给所述再压缩级(200)之前获得进一步升温的蒸汽流(43)。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中(f)包括单独地将所述升温第一分裂流(42)和所述升温蒸汽流(62)和所述进一步升温的蒸汽流(43)中的一个传递到所述再压缩级(200)以获得所述再循环流(105)。
9.根据权利要求4到6中任一项所述的方法，其中(f)进一步包括将所述闪蒸气流(82)或所述升温闪蒸气流(77)传递到所述再压缩级(200)。
10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述方法进一步包括
(g)从所述再压缩级(200)的中间位置，优选地在所述升温第一分裂流(42)被馈送到所述再压缩级(200)的位置上游获得燃料流(95)。
11.一种用于液化天然气进料流(1)的系统，所述系统包括
压缩机级(20)，其被布置成接收包括所述天然气进料流(1)和再循环流(105)的工艺进料流(11)，所述压缩机级(20)被进一步布置成压缩所述工艺进料流(11)并冷却所述工艺进料流(11)，以获得具有至少120巴的压力(P25)和低于40℃的第一温度(T25)的压缩工艺流(25)，
第一分流器(30)，其被布置成接收所述压缩工艺流(25)并输出第一分裂流(32)和所述压缩工艺流(31)的剩余部分，
预冷却扩张器(33)，其被布置成接收并扩张所述第一分裂流(32)以获得具有低于所述第一温度的第二温度的扩张第一分裂流(34)，
第一热交换器(40)，其被布置成接收所述扩张第一分裂流(34)和所述压缩工艺流(31)的所述剩余部分，由此用所述扩张第一分裂流(34)来冷却所述压缩工艺流(31)的所述剩余部分，从而获得预冷却工艺流(41)和升温第一分裂流(42)，
第二分流器(50)，其被布置成接收所述预冷却工艺流(41)并排出第二分裂流(52)和预冷却压缩工艺流(51)的剩余部分，
扩张器(53)，其被布置成接收并扩张所述第二分裂流(52)，由此获得具有低于所述第二温度的第三温度的扩张和冷却多相第二分裂流(54)，
相分离器(55)，其被布置成接收所述扩张和冷却多相第二分裂流(54)并排出蒸汽流(56)和液流(57)，
第二热交换器(60)，其被布置成接收所述蒸汽流(56)和所述预冷却压缩工艺流(51)的所述剩余部分，由此用所述蒸汽流(56)来冷却所述预冷却压缩工艺流(51)的所述剩余部分，从而获得进一步冷却的工艺流(61)和升温蒸汽流(62)，
液体扩张器(70)，其被布置成接收所述进一步冷却的工艺流(61)，从而获得液态天然气流(71)，
再压缩级(200)，其被布置成至少接收、组组合和再压缩所述升温第一分裂流(42)和所述升温蒸汽流(62)以获得所述再循环流(105)。
12.根据权利要求11所述的系统，其中所述系统进一步包括被布置成接收所述液态天然气流(71)的闪蒸器(80)，所述闪蒸器(80)被进一步布置成排出液态天然气产物流(81)。
13.根据权利要求12所述的系统，其中所述闪蒸器(80)被布置成排出闪蒸气流(82)，所述系统包括被布置成将所述闪蒸气流(82)传递到所述再压缩级(200)的闪蒸气体管道(82、77)，所述系统视情况包括第三热交换器(75、75')，其被布置成接收所述闪蒸气流(82)和所述液流(57)的至少部分，由此用所述闪蒸气流(82)来冷却所述液流(57)的所述至少部分。
14.根据权利要求13所述的系统，其包括
另一分流器，其被布置成接收所述液流(57)并将所述液流(57)分裂成第一液体部分(71)和第二液体部分(74)，
第一减压装置(72)，其被布置成接收并扩张所述第一液体部分(71)以获得第二液态天然气流(73)，
所述第三热交换器(75)，其被布置成接收所述闪蒸气流(82)和所述第二液体部分(74)，由此冷却所述第二液体部分(74)并将所述第二液体部分(74)转递到第二减压装置(78)以获得第三液态天然气流(76)，
其中所述闪蒸器(80)被进一步布置成接收所述第二液态天然气流(73)和所述第三液态天然气流(76)。
15.根据权利要求13所述的系统，所述系统包括所述第三热交换器(75、75')，其被布置成接收所述闪蒸气流(82)和所述液流(57)的至少部分，由此用所述闪蒸气流(82)来冷却所述液流(57)的所述至少部分，所述系统进一步包括位于所述第三热交换器(75')下游的阀或扩张器(78')，所述阀或扩张器被布置成从所述第三热交换器(75')接收所述液流的所述至少部分以扩张所述液流(57)的所述至少部分，由此获得另一液态天然气流(76')，
其中所述闪蒸器(80)被进一步布置成接收所述另一液态天然气流(76')。
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