CN110411146B - 使用气相制冷剂来冷却烃流的改进的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本文描述使用包含甲烷的制冷剂液化天然气进料流的方法和系统。该方法和系统使用制冷回路和循环，其使用两个或更多个涡轮膨胀机以使气态制冷剂的两个或更多个流膨胀低到不同的压力，以在用于提供制冷以预冷和液化天然气的不同的压力下提供至少主要是气态制冷剂的冷流。然后所得液化的天然气流闪蒸以产生LNG产物和闪蒸气体，闪蒸气体再循环到天然气进料流。

Description

使用气相制冷剂来冷却烃流的改进的方法和系统
背景技术
本发明涉及一种液化天然气进料流以产生液化天然气(LNG)产物的方法和系统。
天然气的液化是一个重要的工业过程。LNG的全球生产能力超过300MTPA，并且已经成功开发了用于液化天然气的各种制冷循环，并且已知并且在本领域中广泛使用。
一些循环利用蒸发制冷剂来提供冷却负荷以液化天然气。在这些循环中，初始气态的温冷制冷剂(其可以是例如纯的单组分制冷剂或混合制冷剂)被压缩、冷却和液化以提供液体制冷剂。然后将该液体制冷剂膨胀，以产生冷蒸发制冷剂，该制冷剂用于通过制冷剂和天然气之间的间接热交换来液化天然气。然后可以压缩所得的加热蒸发的制冷剂以再次开始循环。本领域已知和使用的这种类型的示例性循环包括单一混合制冷剂(SMR)循环、级联循环、双混合制冷剂(DMR)循环和丙烷预冷混合制冷(C3MR)循环。
其他循环利用气体膨胀循环来提供冷却负荷以液化天然气。在这些循环中，气态制冷剂在循环期间不会改变相位。将气态温制冷剂压缩并冷却以形成压缩的制冷剂。然后将压缩的制冷剂膨胀以进一步冷却制冷剂，得到膨胀的冷制冷剂，然后通过制冷剂和天然气之间的间接热交换将其用于液化天然气。然后可以压缩得到的加热的膨胀制冷剂以再次开始循环。这种类型的示例性循环是已知的并且在本领域中使用反向布雷顿循环，例如氮气膨胀机循环和甲烷膨胀机循环。
进一步讨论已建立的氮气膨胀机循环、级联、SMR和C3MR工艺及其在液化天然气中的应用，例如可发现于“Selecting a suitableprocess”,byJ.C.Bronfenbrenner,M.Pillarella,and J.Solomon,Review the processtechnology options availableforthe liquefaction ofnatural gas,summer 09,LNGINDUSTRY.COM。
LNG工业的当前趋势是开发远程海上气田，这将需要用于将天然气液化的系统建立在浮动平台上，这种应用在本领域中也称为浮动LNG(FLNG)应用。然而，在浮动平台上设计和操作这样的LNG设备带来了许多需要克服的挑战。浮动平台上的运动是主要挑战之一。使用混合制冷剂(MR)的常规液化过程涉及在制冷循环的某些点处的液相和气相的两相流动和分离，这可能导致由于如果在浮动平台上使用，则液体-蒸汽分布不均。此外，在采用液化制冷剂的任何制冷循环中，液体晃动可能引起另外的机械应力。由于安全考虑，存储易燃组件库存是许多采用制冷循环的LNG工厂的另一个问题。
该行业的另一个趋势是开发小规模的液化设施，例如在调峰设施的情况下，或模块化的液化设施，其中使用多个低容量液化机组而不是单个高容量机组。期望开发在较低容量下具有高处理效率的液化循环。
结果，越来越需要开发一种液化天然气的方法，该方法涉及最小的两相流，需要最小的易燃制冷剂库存，并且具有高的工艺效率。
如上所述，氮循环膨胀机方法是使用气态氮作为制冷剂的公知方法。这一过程消除了混合制冷剂的使用，因此它代表了FLNG设施和需要最少碳氢化合物库存的陆基LNG设施的有吸引力的替代方案。然而，氮循环膨胀机工艺的效率相对较低，涉及较大的热交换器、压缩机、膨胀机和管道尺寸。此外，该方法取决于相对大量纯氮的可用性。
US 8,656,733和US 8,464,551教导液化方法和系统，其中使用例如气态氮作为制冷剂的闭环气体膨胀机循环用于液化和过冷进料流，例如天然气进料流。所述的制冷回路和循环使用多个涡轮膨胀机来产生多个膨胀的冷气态制冷剂流，制冷剂流使得天然气过冷却至低于用于液化天然气的制冷剂流的压力和温度。
US2016/054053和US 7,581,411教导用于液化天然气流的方法和系统，其中制冷剂如氮气膨胀以在相当的压力下产生多个制冷剂流。制冷剂用于预冷和液化天然气的物流是在涡轮膨胀机中膨胀的气流，而用于过冷天然气的制冷剂流在通过J-T阀膨胀之前至少部分液化。制冷剂的所有流都被降低到相同或近似相同的压力，并且当它们通过时被混合并在各种热交换器部分中被加热，以形成引入共享的压缩机用于再压缩的单个热流。
US 9,163,873教导一种用于液化天然气流的方法和系统，其中使用多个涡轮膨胀机来膨胀气态制冷剂，例如氮气，以在不同的压力和温度下产生冷膨胀气态制冷剂流的插入物。如在US 8,656,733和US 8,464,551中，最低压力和温度流用于对天然气进行过冷。
US 2016/0313057 A1教导用于液化具有特别适用于FLNG应用的天然气进料流的方法和系统。在所述的方法和系统中，气态甲烷或天然气制冷剂在多个涡轮膨胀机中膨胀，以提供制冷剂的冷膨胀气流，其用于预冷和液化天然气进料流。制冷剂的所有流都被降低到相同或近似相同的压力，并且当它们通过时被混合并在各种热交换器部分中被加热，以便形成引入共享的压缩机用于再压缩的单个热流。液化的天然气进料流经受各种闪蒸阶段以进一步冷却天然气以获得LNG产物。
然而，本领域仍然需要用于液化天然气的方法和系统，其利用具有高工艺效率的制冷循环，其适用于FLNG应用、调峰设备和其中制冷剂的两相流的其他情况，并且两相制冷剂的分离不是优选的，维护大量易燃制冷剂可能是有问题的，大量纯氮或其他所需的制冷剂组分可能不可用或难以获得，和/或可用的足迹该工厂对制冷回路中可用的热交换器、压缩机、膨胀机和管道的尺寸进行了限制。
发明概述
本文公开了用于液化天然气进料流以产生LNG产物的方法和系统。该方法和系统使用制冷回路，其使包含甲烷的制冷剂循环。制冷回路包括第一和第二涡轮膨胀机，用于膨胀制冷剂的气流低到不同的压力，以在不同的压力下提供膨胀的气态或至少主要为气态的制冷剂，然后用于提供预冷和液化天然气的制冷，其中用于液化气体的制冷剂流的压力低于用于预冷天然气的制冷剂流。然后将得到的液化天然气流闪蒸以形成闪蒸气体流和LNG产物，其中闪蒸气体流再循环回到天然气进料流中。这种方法和系统提供利用具有高处理效率的制冷循环来产生LNG产物，其使用现场可获得的制冷剂(甲烷)，并且其中制冷剂保持或主要保持为通过制冷循环的气态形式。
以下概述了根据本发明的系统和方法的几个优选方面。
方面1:一种液化天然气进料流以产生LNG产物的方法，该方法包括:
(a)使第一天然气进料流通过并冷却所述第一天然气进料流在多个热交换器部分的一些或全部的热侧，以预冷和液化所述第一天然气进料流，所述多个热交换器部分包括其中天然气流预冷的第一热交换器部分和其中来自所述第一热交换器部分的预冷的天然气流被液化以形成第一液化的天然气流的第二热交换器部分；
(b)使从所述第二热交换器部分取出的第一液化的天然气流闪蒸以形成闪蒸气体和LNG产物，并将所述闪蒸气体与LNG产物分离以形成闪蒸气体流和LNG产物流；
(c)压缩所述闪蒸气体流，并且将所述压缩的闪蒸气体循环回到所述第一天然气进料流；
(d)在制冷回路中循环包含甲烷的制冷剂，所述制冷回路包括:所述多个热交换器部分；压缩机机组，包括:多个压缩机和/或压缩级、和一个或多个中间冷却器和/或后冷却器；第一涡轮膨胀机；和第二个涡轮膨胀机；其中循环制冷剂为所述多个热交换器部分中的每个提供制冷，并且因此为所述第一天然气进料流提供预冷和液化的冷却负荷，并且其中在所述制冷剂回路中循环制冷剂包括以下步骤：
(i)将所述制冷剂的压缩和冷却的气流分开以形成冷却的气态制冷剂的第一流和冷却的气态制冷剂的第二流；
(ii)使所述冷却的气态制冷剂的第一流在所述第一涡轮膨胀机中膨胀小到第一压力，以在第一温度和所述第一压力下形成膨胀的冷制冷剂的第一流，所述膨胀的冷制冷剂的第一流当它离开所述第一涡轮膨胀机时是不含或基本上不含液体的气态或主要是气流；
(iii)使所述冷却的气态制冷剂的第二流通过并冷却所述冷却的气态制冷剂的第二流在所述多个热交换器部分的至少一个的热侧，以进一步冷却所述冷却的气态制冷剂的第二流；
(iv)使冷却的气态制冷剂的进一步冷却的第二流在所述第二涡轮膨胀机中膨胀小到第二压力，以在第二温度和所述第二压力下形成膨胀的冷制冷剂的第二流，所述膨胀的冷制冷剂的第二流当它离开所述第二涡轮膨胀机时是不含或基本上不含液体的气态或主要是气流，所述第二压力低于所述第一压力并且所述第二温度低于所述第一温度；
(v)使所述膨胀的冷制冷剂的第一流通过并加热所述膨胀的冷制冷剂的第一流在包括至少第一热交换器部分和/或其中所述冷却的气态制冷剂的第二流的所有或部分被冷却的热交换器部分的所述多个热交换器部分的至少一个的冷侧，并且使所述膨胀的冷制冷剂的第二流通过并加热所述膨胀的冷制冷剂的第二流在包括至少第二热交换器部分的所述多个热交换器部分的至少一个的冷侧，其中膨胀的冷制冷剂的第一和第二流保持分离，并且不在任何所述多个热交换器部分的冷侧中混合，所述膨胀的冷制冷剂的第一流加热以形成加热的气态制冷剂的第一流并且所述膨胀的冷制冷剂的第二流加热以形成加热的气态制冷剂的第二流；和
(vi)将所述加热的气态制冷剂的第一流和所述加热的气态制冷剂的第二流引入所述压缩机机组，从而将所述加热的气态制冷剂的第二流在所述压缩机机组的与所述加热的气态制冷剂的第一流不同的较低压力位置处引入所述压缩机机组，以及压缩、冷却和组合所述加热的气态制冷剂的第一流和所述加热的气态制冷剂的第二流以使在步骤(i)中分开的制冷剂形成压缩和冷却的气流。
方面2:方面1的方法，其中所述制冷剂包含至少85摩尔％的甲烷。
方面3:方面1或2的方法，其中所述膨胀的冷制冷剂的第一流在它离开所述第一涡轮膨胀机时具有等于或大于0.8的蒸汽分数，并且其中所述膨胀的冷制冷剂的第二流在它离开所述第二涡轮膨胀机时具有等于或大于0.8的蒸汽分数。
方面4:方面1至3中任一项的方法，其中所述第一压力与所述第二压力的压力比为1.5:1至2.5:1。
方面5:方面1至4中任一项的方法，其中所述第一液化的天然气流在-100到-145℃的温度下从所述第二热交换器中取出。
方面6:方面1至4中任一项的方法，其中所述第一液化的天然气流在-110到-145℃的温度下从所述第二热交换器中取出。
方面7:方面1至6中任一项的方法，其中所述制冷回路是闭环制冷回路。
方面8:方面1至7中任一项的方法，其中该方法还包括通过使所述闪蒸气体流通过并加热所述闪蒸气体流在闪蒸气体热交换器部分的冷侧，在压缩所述闪蒸气体流并循环压缩的闪蒸气体之前，从所述闪蒸气体流回收冷量。
方面9:方面8的方法，其中所述闪蒸气体热交换器部分不是由循环制冷剂提供制冷的制冷回路的所述多个热交换器部分之一。
方面10:方面8或9的方法，其中该方法还包括:
(e)使第二天然气进料流通过并冷却和液化所述第二天然气进料流在所述闪蒸气体热交换器部分的热侧，以形成第二液化的天然气流；和
(f)使从所述闪蒸气体热交换器部分取出的第二液化的天然气流闪蒸以形成另外的闪蒸气体和另外的LNG产物，并且将所述另外的闪蒸气体和所述另外的LNG产物分离，以为所述闪蒸气体流提供另外的闪蒸气体和为所述LNG产物流提供另外的LNG产物。
方面11:方面10的方法，其中在步骤(b)和(f)中，通过将闪蒸的第一液化的天然气流和闪蒸的第二液化的天然气流引入汽-液分离器，从LNG产物和另外的LNG产物中分离闪蒸气体和另外的闪蒸气体，在所述汽-液分离器中，将这些流一起分离为蒸气顶部和液体底部，所述蒸气顶部从所述闪蒸气体流取出，并且所述液体底部取出以形成LNG产物流。
方面12:方面1至11中任一项的方法，其中所述第二热交换器部分是线圈缠绕的热交换器部分，包括具有管侧和壳侧的管束。
方面13:方面1至12中任一项的方法，其中所述第一热交换器部分具有限定所述热交换器部分通过的多个单独的通道的冷侧，并且其中使所述膨胀的冷制冷剂的第一流通过并且在所述第一热交换器部分通过的所述通道的至少一个中加热以形成所述加热的气态制冷剂的第一流，以及使所述膨胀的冷制冷剂的第二流通过并且在第二热交换器部分的冷侧中加热，然后通过并在所述第一热交换器部分通过的所述通道的至少一个或多个其他通道中进一步加热，以形成所述加热的气态制冷剂的第二流。
方面14:方面1至12中任一项的方法，其中所述第一热交换器部分是包括具有管侧和壳侧的管束的线圈缠绕的热交换器部分，所述多个热交换器部分还包括第三热交换器部分，其中天然气流被预冷却和/或其中所有或部分的冷却的气态制冷剂的第二流被冷却，使所述膨胀的冷制冷剂的第一流通过并在所述第一和第三热交换器部分的一个的冷侧中加热，以形成加热的气态制冷剂的第一流，以及使所述膨胀的冷制冷剂的第二流通过并且在第二热交换器部分的冷侧中加热，然后通过并在所述第三和第一热交换器部分的另一个的冷侧中进一步加热以形成加热的气态制冷剂的第二流。
方面15:一种液化天然气进料流以产生LNG产物的系统，所述系统包括：
(a)用于循环制冷剂的制冷回路，为所述多个热交换器部分中的每个提供制冷，并且因此提供用于预冷和液化所述第一天然气进料流提供的冷却负荷，所述制冷回路包括：
所述多个热交换器部分，每个热交换器部分具有热侧和冷侧，所述多个热交换器部分包括第一热交换器部分和第二热交换器部分，其中所述第一热交换器的热侧限定通过以接收和预冷天然气流的至少一个通道，其中所述第二热交换器部分的热侧限定通过以接收和液化来自所述第一热交换器部分的预冷的天然气流以形成第一液化的天然气流的至少一个通道，以及其中每个所述多个热交换器部分的冷侧限定通过以接收和加热循环制冷剂的膨胀的流的至少一个通道；
用于压缩和冷却所述循环制冷剂的压缩机机组，包括多个压缩机和/或压缩级、和一个或多个中间冷却器和/或后冷却器，其中所述制冷回路被配置为使得所述压缩机机组从所述多个热交换器部分接收加热的气态制冷剂的第一流和加热的气态制冷剂的第二流，所述加热的气态制冷剂的第二流在所述压缩机机组的与所述加热的气态制冷剂的第一流不同的较低压力位置处接收和引入，所述压缩机机组被配置为压缩、冷却和组合所述加热的气态制冷剂的第一流和所述加热的气态制冷剂的第二流以形成所述制冷剂的压缩和冷却的气流；
第一涡轮膨胀机，被配置为接收并膨胀冷却的气态制冷剂的第一流低到第一压力，以在第一温度和所述第一压力下形成膨胀的冷制冷剂的第一流；
第二涡轮膨胀机，被配置为接收并膨胀冷却的气态制冷剂的进一步冷却的第二流低到第二压力，以在第二温度和所述第二压力下形成膨胀的冷制冷剂的第二流，所述第二压力低于所述第一压力并且所述第二温度低于所述第一温度；
其中所述制冷回路进一步被配置为：
将来自所述压缩机机组的制冷剂的压缩和冷却的气流分开以形成冷却的气态制冷剂的第一流和冷却的气态制冷剂的第二流；
使所述冷却的气态制冷剂的第二流通过并冷却所述冷却的气态制冷剂的第二流在所述多个热交换器部分的至少一个的热侧，以形成冷却的气态制冷剂的进一步冷却的第二流；和
使所述膨胀的冷制冷剂的第一流通过并加热所述膨胀的冷制冷剂的第一流在包括至少第一热交换器部分和/或其中所述冷却的气态制冷剂的第二流的所有或部分被冷却的热交换器部分的所述多个热交换器部分的至少一个的冷侧，并且使所述膨胀的冷制冷剂的第二流通过并加热所述膨胀的冷制冷剂的第二流在包括至少第二热交换器部分的所述多个热交换器部分的至少一个的冷侧，其中膨胀的冷制冷剂的第一和第二流保持分离，并且不在任何所述多个热交换器部分的冷侧中混合，所述膨胀的冷制冷剂的第一流加热以形成加热的气态制冷剂的第一流并且所述膨胀的冷制冷剂的第二流加热以形成加热的气态制冷剂的第二流；
(b)减压装置，被配置为从所述多个热交换器部分的第二热交换器部分接收所述第一液化的天然气流，并且闪蒸所述第一液化的天然气流以形成闪蒸气体和LNG产物；
(c)汽-液分离器，被配置为从所述LNG产物分离闪蒸气体以形成闪蒸气体流和LNG产物流；和
(d)闪蒸气体压缩机，用于接收和压缩所述闪蒸气体流，并且将所述压缩的闪蒸气体循环回到所述第一天然气进料流。
方面16:根据方面15的系统，其中所述系统还包括：
(e)闪蒸气体热交换器部分，用于在所述闪蒸气体流被所述闪蒸气体压缩机接收和压缩之前从所述闪蒸气体流回收冷量，所述闪蒸气体热交换器部分具有热侧和冷侧，其中所述冷侧限定通过用于接收和加热所述闪蒸气体流的一个或多个通道。
方面17:根据方面16的系统，其中所述闪蒸气体热交换器的热侧限定通过用于接收、冷却和液化第二天然气进料流以形成第二液化的天然气流的一个或多个通道。
方面18:根据方面17的系统，其中所述系统还包括：
(e)减压装置，被配置为从所述闪蒸气体热交换器接收所述第二液化的天然气流，并且闪蒸所述第二液化的天然气流以形成另外的闪蒸气体和另外的LNG产物；和
其中所述汽-液分离器被配置为也从所述另外的LNG产物分离所述另外的闪蒸气体，以为所述闪蒸气体流提供另外的闪蒸气体和为所述LNG产物流提供另外的LNG产物。
附图简述
图1是描绘根据现有技术的天然气液化方法和系统的示意流程图。
图2是描绘根据第一实施方案的天然气液化方法和系统的示意流程图。
图3是描绘根据第二实施方案的天然气液化方法和系统的示意流程图。
图4是描绘根据第三实施方案的天然气液化方法和系统的示意流程图。
图5是描绘根据第四实施方案的天然气液化方法和系统的示意流程图。
发明详述
本文描述了用于液化天然气的方法和系统，其对于浮动LNG(FLNG)应用，调峰应用，模块化液化设施，小规模设施和/或任何其他应用特别合适且有吸引力,其中所述其他应用：需要高处理效率；制冷剂的两相流和两相制冷剂的分离不是优选的；维护大量易燃制冷剂存在问题；大量的纯氮或其他所需的制冷剂成分不可用或难以获得；和/或工厂的可用占地面积限制了可用于制冷系统的热交换器、压缩机、膨胀机和管道的尺寸。
如本文所用并且除非另有说明，否则当应用于说明书和权利要求中描述的本发明的实施方案中的任何特征时，冠词“一”和“一个”意指一个或多个。除非特别说明这种限制，否则“一”和“一个”的使用不限制单个特征的含义。单数或复数名词或名词短语之前的冠词“该”表示特定的特定特征或特定的特定特征，并且取决于使用它的上下文可以具有单数或复数含义。
在本文中使用字母来标识方法的所述步骤(例如(a)、(b)和(c))时，这些字母仅用于帮助引用方法步骤而不旨在表示执行所声明的步骤的特定顺序，除非且仅在具体列举该命令的范围内。
当在本文中用于标识方法或系统的所述特征时，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于帮助引用和区分所讨论的特征，并且不旨在表明特征的任何特定顺序，除非且仅在具体叙述此类顺序的范围内。
如本文所用，术语“天然气”和“天然气流”还包括含有合成和/或替代天然气的气体和物流。天然气的主要组分是甲烷(其通常包含进料流的至少85摩尔％，更经常至少90摩尔％，并且平均约95摩尔％)。天然气还可含有较少量的其他较重的烃，例如乙烷、丙烷、丁烷、戊烷等。原始天然气的其他典型组分包括一种或多种组分，例如氮气、氦气、氢气、二氧化碳和/或其他酸性气体和汞。然而，根据本发明处理的天然气进料流将在必要时进行预处理，以将任何(相对)高凝固点组分(例如水分、酸性气体、汞和/或较重的组分)的含量降低至必要的水平，以避免在热交换器部分或其中液化天然气的部分中的冷冻或其它操作问题。
如本文所用，术语“制冷循环”是指循环制冷剂为了向另一种流体提供制冷而经历的一系列步骤，术语“制冷回路”是指制冷剂在其中循环并且执行上述制冷循环的步骤的一系列连接装置。在本文所述的方法和系统中，制冷回路包括多个热交换器部分，其中循环制冷剂被加热以提供制冷，压缩机组包括多个压缩机和/或压缩级以及一个或多个中间冷却器和/或后冷却器，其中循环制冷剂被压缩和冷却，以及至少两个涡轮膨胀机，其中循环制冷剂膨胀以提供冷制冷剂以供给所述多个热交换器部分。
如本文所用，术语“热交换器部分”是指单元或单元的一部分，其中在流过热交换器的冷侧的一个或多个流体流与流过热交换器的热侧的一个或多个流体流之间发生热交换，因此，流过冷侧的流体流被加热，并且流动在热侧的流动的流被冷却。
如本文所用，术语“间接热交换”是指两种流体之间的热交换，其中两种流体通过某种形式的物理屏障保持彼此分离。
如本文所用，术语“热侧”，用于表示热交换器部分的一部分，是指热交换器的一侧，通过该侧流动的一股或多股流体通过与流过冷侧的流体进行间接热交换而被冷却。热侧可以限定通过热交换器部分的单个通道，用于接收单个流体流，或者通过热交换器部分的多于一个通道，用于接收多个相同或不同流体的流，当它们通过热交换器部分时，它们彼此分开。
如本文所用，术语“冷侧”用于表示热交换器部分的一部分，是指热交换器的一侧，通过该侧流动的一股或多股流体通过与流过热侧的流体进行间接热交换而加热。冷侧可以限定通过热交换器部分的单个通道，用于接收单个流体流，或者通过热交换器部分的多于一个通道，用于接收多个流体流，当它们通过热交换器部分时，它们彼此分开。
如本文所用，术语“线圈缠绕的热交换器”是指本领域已知类型的热交换器，包括一个或多个包在壳体中的管束，其中每个管束可具有其自己的壳体，或其中两个或更多个管束可以共用共同的壳体。每个管束可以代表“线圈缠绕的热交换器部分”，束的管侧表示所述部分的热侧并且限定通过该部分的一个或多于一个通道，并且表示所述部分的冷侧的束的壳侧限定通过该部分的单个通道。线圈缠绕的热交换器是一种紧凑的热交换器设计，以其坚固性、安全性和传热效率而着称，因此具有相对于其占地面积提供高效热交换水平的益处。然而，因为壳侧仅限定通过热交换器部分的单个通道，所以不可能在每个线圈缠绕的热交换器部分的冷侧(壳侧)使用多于一个的制冷剂流而没有所述制冷剂流混合在所述热交换器部分的冷侧。
如本文所用，术语“涡轮膨胀机”是指离心式、径向式或轴流式涡轮机，其中气体通过其工作膨胀(膨胀以产生功)，从而降低气体的压力和温度。这种装置在本领域中也称为膨胀涡轮机。由涡轮膨胀机产生的功可用于任何所需目的。例如，它可用于驱动压缩机(例如制冷剂压缩机机组的一个或多个压缩机或压缩级)和/或驱动发电机。
如本文所用，术语“闪蒸”(在本领域中也称为“闪蒸”)是指降低液体或两相(即气-液)流的压力以使流部分蒸发的过程，从而产生“闪蒸”流，其是压力和温度降低的两相流。存在于闪蒸流中的蒸气(即气体)在本文中称为“闪蒸气体”。液体或两相流可以通过使流通过适于降低流的压力并由此部分蒸发流的任何减压装置而闪蒸，例如J-T阀或水力涡轮(或其他工作膨胀装置)。
如本文所用，术语“J-T”阀或“焦耳-汤姆森阀”是指流体被节流的阀门，通过该阀门节流，从而通过焦耳-汤姆森膨胀降低流体的压力和温度。
如本文所用，术语“汽-液分离器”是指可以引入两相流以将该流分离成其组成的蒸气相和液相的容器，例如但不限于闪蒸罐或分离罐，其中气相收集在容器的顶部并且可以从容器的顶部取出，液相收集在容器的底部并且可以从容器的底部取出。收集在容器顶部的蒸汽在本文中也称为“顶部”或“蒸气顶部”，收集在容器底部的液体在本文中也称为“底部”或“底部液体”。当JT阀用于闪蒸液体或两相流，并且使用汽-液分离器(例如闪蒸罐)来分离所产生的闪蒸气体和液体时，阀和分离器可以组合成单个装置，例如阀位于分离器入口，通过分离器引入液相或两相流的装置。
如本文所用，术语“闭环循环”、“闭环回路”等是指制冷循环或回路，其中在正常操作期间，制冷剂不从回路中移除或添加到回路中(除了补偿诸如通过泄漏等的小的无意损失之外)。因此，在闭环制冷回路中，如果在任何热交换器部分的热侧冷却的流体包括制冷剂流和待冷却和/或液化的天然气流，则所述制冷剂流和天然气流将通过所述热交换器部分的热侧中的单独通道，使得所述流保持分离并且不混合。
如本文所用，术语“开环循环”、“开环回路”等是指制冷剂循环或回路，其中待液化的进料流即天然气也提供循环制冷剂，因此，在正常操作期间，制冷剂连续地添加到回路中和从回路中移除。因此，例如，在开环循环中，天然气流可以作为天然气进料和补充制冷剂的组合引入开环回路中，然后将天然气流与加热的气态制冷剂流合并到热交换器部分以形成组合流，然后可在压缩机机组中压缩和冷却该组合流以形成压缩和冷却的制冷剂气态流，随后其一部分被分离以形成待液化的天然气进料流。
仅作为示例，现在将参照图1至图5描述本发明的某些现有技术布置和示例性实施例。在这些图中，为了清楚和简洁，其中一个特征对于多个图是共同的，该特征在每个图中被赋予相同的附图标记。
现在参考图1，显示了根据现有技术的天然气液化方法和系统。原始天然气进料流100任选地在预处理系统101中预处理以除去杂质，例如汞、水、酸性气体和重质烃，并产生预处理的天然气进料流102，其可任选地在预冷系统103中预冷，以产生天然气进料流104。
分离天然气进料流104以形成第一天然气进料流194和第二天然气进料流192。在得到的第一天然气流195(还含有回收的闪蒸气体)在主低温换热器(MCHE)198中预冷和液化之前，压缩的闪蒸气体流191通过与第一天然气进料流194混合而再循环，如下面进一步描述的。或者，压缩的闪蒸气体流191可以在所述流被分流以形成第一和第二天然气进料流之前与天然气进料流104混合而再循环。
第一天然气进料流195在MCHE 198中预冷和液化，如图1所示，其包括两个热交换器部分，即温部分198A，其中第一天然气进料流被冷却以产生预冷的第一天然气进料流105，和冷段198B，其中预冷的第一天然气进料流105进一步冷却和液化以产生第一液化的天然气流106。然后第一液化的天然气流106通过第一JT阀108中的节流闪蒸以产生闪蒸的第一液化天然气流110。
MCHE 198可以是任何类型的热交换器，例如线圈缠绕的热交换器(如图1所示)、板翅式热交换器、壳管式热交换器，或本领域任何其它合适类型的热交换器。它也可以只包含一个部分，或三个或更多部分(而不是所示的两个部分)。这些热交换器部分可位于一个共同的壳体内(如图所示)，或位于单独的热交换器壳体内。
第二天然气进料流192在闪蒸气体热交换器部分126中冷却和液化以产生第二液化天然气流193，其通过第二JT阀200中的节流闪蒸以产生闪蒸的第二液化天然气流，其与闪蒸的第一液化天然气流110混合以产生混合流122。将混合流122送至汽-液分离器(在这种情况下为端闪蒸鼓)120。从末端闪蒸鼓120形成的顶部闪蒸气体形成在闪蒸气体热交换器126中被加热的闪蒸气体流125，从而为闪蒸气体热交换器部分126提供冷冻和冷却负荷。离开闪蒸气体热交换器部分126的加热的闪蒸气体流127在闪蒸气体压缩机128中被压缩，以产生压缩的闪蒸气体流129并在闪蒸气体后冷却器190中对环境空气或冷却水冷却以产生再循环回到第一天然气进料流194中的压缩的闪蒸气体流191。
来自端部闪蒸罐120的底部液体作为LNG产品流121被移除，在这种情况下，LNG产品流121在LNG排放阀123中压力降低以产生减压LNG产品流124，其被送至LNG储罐115。在LNG储罐中产生的蒸发的气体(或进一步的闪蒸气体)作为蒸发气体(BOG)流112从罐中移除，其可以在工厂中用作燃料或燃烧，或者与闪蒸气体流125混合，随后再循环到饲料中。
通过在制冷回路中循环的制冷剂提供对MCHE 198的制冷，该制冷回路包括MCHE198的热交换器部分198A、198B，包括压缩系统136和后冷却器156的压缩机机组，第一涡轮膨胀机164和第二涡轮膨胀机172。从MCHE 198中取出温热的气态制冷剂流130，并且在瞬时关闭设计操作期间存在于其中的任何液体可以在分离罐132中被移除。然后，顶部温暖的气态制冷剂流134在压缩系统136中被压缩以产生压缩的制冷剂流155。在制冷剂压缩系统136中，顶部温热气态制冷剂流134在第一压缩机137中被压缩以产生第一压缩的制冷剂流138，在第一中间冷却器139中对环境空气或冷却水冷却以产生第一冷却压缩的制冷剂流140，其在第二压缩机141中进一步压缩以产生第二压缩制冷剂流142。第二压缩制冷剂流142在第二中间冷却器143中相对于环境空气或冷却水冷却，以产生第二冷却压缩制冷剂流144，其被分成两部分，第一部分145和第二部分146。第二冷却的压缩制冷剂流145的第一部分在第三压缩机147中被压缩以产生第三压缩流148，而第二冷却的压缩制冷剂流146的第二部分在第四压缩机149中被压缩以产生第四压缩流150。将第三压缩流148和第四压缩流150混合以产生压缩的制冷剂流155。
压缩的制冷剂流155在制冷剂后冷却器156中对着环境空气或冷却水冷却，以产生制冷剂158的压缩和冷却的气流。然后将冷却的压缩气态制冷剂流158分成两股流，即冷却的气态制冷剂162的第一流和冷却的气态制冷剂160的第二流。第二流160通过并在MCHE198的暖段198A的热侧经由所述热侧中的单独通道冷却至首先使天然气进料流104通过的通道，以产生进一步冷却的冷却的气态制冷剂168的第二流，同时第一流162在第一涡轮膨胀机164(这里也称为温膨胀机)中膨胀，以产生膨胀的冷制冷剂166的第一流，其通过MCHE198的暖段198A的冷侧，在那里它被加热，以提供制冷和冷却负荷，用于预冷第一天然气进料流104和冷却所述冷却的气态制冷剂的第二流160。
进一步冷却的冷却制冷剂168的第二流在第二涡轮膨胀机172(这里称为冷膨胀机)中膨胀，以产生膨胀的冷制冷剂的第二流174，其通过MCHE 198的冷段198B的冷侧，在那里它被加热以提供制冷和冷却负荷，以液化预冷的第一冷却天然气进料流105，然后通过MCHE 198的温暖部分198A的冷侧进一步加热，在那里它与膨胀的冷制冷剂166的第一流混合。分别在第一和第二涡轮膨胀机164和172的出口处，膨胀的冷制冷剂的第一和第二流166和174至少主要是气态的，蒸气分数大于0.8，优选地大于0.85。
第三压缩机147可以至少部分地由温膨胀机164产生的动力驱动，而第四压缩机149可以至少部分地由冷膨胀机172产生的动力驱动，反之亦然。同样，暖和/或冷膨胀机可以驱动压缩机组中的任何其他压缩机。尽管在图1中描绘为单独的压缩机，但压缩机系统中的两个或更多个压缩机可以替代地是单个压缩机单元的压缩级。同样地，在一个或多个压缩机由一个或多个起重器驱动的情况下，相关的压缩机和膨胀机可以位于一个主体中并且一起称为压缩机-膨胀机主体或压缩机。
图1所示现有技术装置的缺点是制冷剂在大致相同的压力下为暖段和中段提供冷却负荷。这是因为冷流在温暖部分的顶部混合，导致来自热膨胀机和冷膨胀机的类似出口压力。现有技术配置中这些出口压力的任何微小差异是由于冷和热部分上的热交换器冷侧压降，其通常小于约45psia(3巴)，优选小于25psia(1.7bara)，更优选每个部分小于10psia(0.7bara)。该压降根据热交换器类型而变化。因此，现有技术的配置不提供基于所需的制冷温度来调节冷流压力的选择。
图2示出了第一实施例，其提供了对图1的改进。
原始天然气进料流100任选地在预处理系统101中预处理以除去杂质，例如汞、水、酸性气体和重质烃，并产生预处理的天然气进料流102，其可任选地在预冷系统103中预冷以产生天然气进料流104。
分离天然气进料流104以形成第一天然气进料流194和第二天然气进料流192。在得到的第一天然气流195(还含有再循环的闪蒸气体)预冷和液化之前，压缩的闪蒸气体流191通过与第一天然气进料流194混合而再循环，如下面进一步描述的那样。或者，压缩的闪蒸气体流191可以在所述流被分流以形成第一和第二天然气进料流之前通过与天然气进料流104混合而再循环。第二天然气进料流192优选为约5摩尔％至30摩尔％，更优选为约10摩尔％至20摩尔％的天然气进料流104(忽略循环的闪蒸气体流)。因此，第二天然气进料流192与第一天然气进料流194的摩尔流速比(忽略循环的闪蒸气体流)优选在约0.05和0.45之间，更优选在约0.1和0.25之间。
第一天然气流195在第一热交换器部分198A中冷却以产生预冷的第一天然气流105，并且来自第一热交换器部分198A的预冷的第一天然气流105然后在第二热交换器部分198B中进一步冷却和液化以产生第一液化的天然气流106。然后，从第二热交换器部分198B抽出的第一液化的天然气流106闪蒸，例如通过第一JT阀108中的节流，以产生闪蒸的第一液化天然气流110。
第一和第二热交换器部分198A、198B可以是任何类型的热交换器部分，例如线圈缠绕区段、板和翅片区段、壳和管区段、或本领域中已知的任何其他合适类型的热交换器部分。然而，在优选实施例中，第一和第二热交换器部分198A、198B各自是线圈缠绕的热交换器部分(例如图2中所示，其中第一热交换器部分包括第一管束并且第二热交换器部分包括第二管束)。还可以存在另外的热交换器部分。热交换器部分可全部位于一个壳体内，如图2所示，其中第一和第二热交换器部分198A、198B包含在线圈缠绕的MCHE 198的单个壳体内，第一热交换器部分198A表示MCHE 198的暖段(暖管束)，并且第二热交换器部分198B表示MCHE 198的冷段(冷管束)。另外，第一和第二热交换器部分198A、198B可以包含在单独的套管内。
第二天然气进料流192在闪蒸气体热交换器部分126中冷却和液化，以产生第二液化天然气流193，其例如通过第二J-T阀200中的节流闪蒸，以产生闪蒸的第二液化的天然气流，其与闪蒸的第一液化天然气流110混合以产生混合流122。将混合流122送至汽-液分离器(在这种情况下为端闪蒸鼓)120。从端闪蒸鼓120中作为顶部除去的闪蒸气体形成闪蒸气体流125，其在闪蒸气体热交换器部分126中被加热，从而向闪蒸气体热交换器部分126提供制冷和冷却负荷。离开闪蒸气体热交换器部分126的加热的闪蒸气体流127在闪蒸气体压缩机128中被压缩以产生压缩的闪蒸气体流129并且在闪蒸气体后冷却器190中对环境空气或冷却水冷却，以产生再循环回到第一天然气进料流194中的压缩的闪蒸气体流。闪蒸气体热交换器部分126可以是任何合适的热交换器类型的热交换器部分，例如线圈缠绕的部分、板和翅片部分(如图2所示)或壳管部分。也可以使用一个以上的闪蒸气体热交换器部分，这些部分可以包含在单个或单独的壳体中。通常在约-140至-150摄氏度的温度下产生第二LNG流193(即，离开闪蒸气体热交换器部分126)。
来自端部闪蒸罐120的底部流作为LNG产品流121被移除，LNG产品流121可以(如图所示)在第一LNG排放阀123中压力减压以产生减压LNG产品流124，其被送至LNG储存器115。在LNG储罐中产生或存在的任何蒸发气体(或进一步的闪蒸气体)作为蒸发气体(BOG)流112从罐中移除，其可以在工厂中用作燃料或燃烧，或与闪蒸气体流125混合并随后再循环到进料中。
在一个替代实施例中，代替在闪蒸气体热交换器部分126中冷却第二天然气进料流，可以在闪蒸气体热交换器126的温侧通过并冷却另一种类型的流，例如所述冷却的气态制冷剂的第二流160的部分。在另一个实施例中，闪蒸气体热交换器部分126的热侧可以限定通过允许两个或更多个不同的流的热交换器部分的多个单独的通道，例如第二天然气进料流和制冷剂流，分别通过并在闪蒸气体热交换器部分126的热侧冷却。
如上所述，在图2所示的实施例中，MCHE 198是线圈缠绕的热交换器单元，包括第一热交换器部分(暖段/管束)198A和包含在一个外壳中第二热交换器部分(冷段/管弯头)。图2中的MCHE 198还包括头部118，头部118将暖部198A的冷侧与冷部198B的冷部分隔开，从而防止流过冷段198B的冷侧的制冷剂流入暖段198A的冷侧。因此，头部118包含壳侧压力并且允许暖段的冷侧与冷段的冷侧处于不同的壳侧压力。然而，如上所述，在图2所描绘的实施例的变型中，可以使用两个单独的热交换器单元，其中第一热交换器部分198A被包裹在其自己的壳体中，并且第二热交换器单元198B被包裹在另一个单独的壳体壳体中，从而消除了对头部118的需要。
通过在闭环制冷回路中循环的制冷剂向第一和第二热交换器部分198A和198B提供制冷，该闭环回路包括：所述热交换器部分198A、198B；压缩机机组包括压缩系统136(压缩机/压缩级137、141、147、149和中间冷却器139、143)和后冷却器156；第一涡轮膨胀机164；和第二涡轮膨胀机172。
加热的气态制冷剂131的第一流从第一热交换器部分198A的冷侧的热端排出。加热的气态制冷剂131的第一流可以被送到分离罐(未示出)，以除去在流动过渡瞬时关闭设计操作中可能存在的任何液体。加热的气态制冷剂171的第二流从第二热交换器部分198B的冷侧的热端排出，加热的气态制冷剂171的第二流的压力低于加热的气态制冷剂131的第一流的压力。在该实施例中，加热的气态制冷剂171的第二流的温度也低于加热的气态制冷剂的第一流的温度，加热的气态制冷剂的第二流的温度通常为约-40摄氏度至-70摄氏度。加热的气态制冷剂171的第二流可以类似地被送到另一个分离罐132以去除在瞬时停用设计操作期间可能存在的任何液体，加热的气态制冷剂的第二流作为顶部流134离开分离罐132。然后将加热的气态制冷剂的第一流131和加热的气态制冷剂的第二流134引入压缩系统136的不同位置，加热的气态制冷剂的第二流在比加热的气态制冷剂的第一流低的压力系统中引入压缩系统。
在制冷剂压缩系统136中，加热的气态制冷剂134的第二流在第一压缩机/压缩级137中被压缩以产生第一压缩的制冷剂流138，其在第一中间冷却器139中被环境空气或冷却水冷却以产生第一冷却压缩的制冷剂流140。加热的气态制冷剂131的第一流与第一冷却压缩的制冷剂流140混合以产生混合中压制冷剂流151，其在第二压缩机141中进一步压缩以产生第二压缩的制冷剂流142。第二压缩制冷剂流142在第二中间冷却器143中相对于环境空气或冷却水冷却，以产生第二冷却压缩制冷剂流144，其被分成两部分，第一部分145和第二部分146。第二冷却的压缩制冷剂流145的第一部分在第三压缩机147中被压缩以产生第三压缩流148，而第二冷却的压缩制冷剂流146的第二部分在第四压缩机149中被压缩以产生第四压缩流150。将第三压缩流148和第四压缩流150混合以产生压缩的制冷剂流155。
压缩的制冷剂流155在制冷剂后冷却器156中对着环境空气或冷却水冷却，以产生制冷剂158的压缩和冷却的气流。冷却的压缩气态制冷剂流158然后被分成两股流，即冷却的气态制冷剂的第一流162和冷却的气态制冷剂的第二流160。通过在所述热侧的单独通道到达天然气进料流195通过的通道，所述冷却的气态制冷剂的第二流160在第一热交换器部分198A的热侧通过并冷却，以产生进一步冷却的冷却的气态制冷剂的第二流168。所述冷却的气态制冷剂的第一流162在第一涡轮膨胀机164(这里称为温膨胀机)中向下膨胀至第一压力，以在第一温度和所述第一压力下产生膨胀的冷制冷剂的第一流166，并且它至少主要是气态的，具有比0.8更大的蒸汽分数，并且当它离开第一涡轮膨胀机时优选地大于0.85。所述膨胀的冷制冷剂的第一流166通过第一热交换器部分198A的冷侧，在那里被加热以提供制冷和冷却负荷，用于预冷第一天然气进料流195和冷却所述冷却的气态制冷剂的第二流160，以分别产生预冷的第一天然气流105和冷却的气态制冷剂的进一步冷却的第二流168，所述膨胀的冷制冷剂的第一流166被加热以形成加热的气态制冷剂的第一流131。预冷的第一天然气流105和冷却的气态制冷剂的进一步冷却的第二流168在约-25摄氏度和-70摄氏度之间的温度下产生，优选在约-35摄氏度和-55摄氏度之间的温度下产生。
冷却的气态制冷剂流的第二流168在第二涡轮膨胀机(这里也称为冷膨胀机)172中向下膨胀至第二压力，以在第二温度和所述第二压力下产生膨胀的冷制冷剂的第二流174，并且它至少主要是气态的，具有比0.8更大的蒸汽分数，并且当它离开第二涡轮膨胀机时优选地大于0.85。第二温度和第二压力分别低于第一温度和第一压力。膨胀的冷制冷剂的第二流174通过第二热交换器部分198B的冷侧，在那里被加热以提供制冷和冷却负荷，用于液化预冷的第一天然气进料流105以产生第一液化天然气流106，膨胀的冷制冷剂的第二流174被加热以形成加热的气态制冷剂的第二流171。第一液化的天然气流106通常在约-100摄氏度至约-145摄氏度的温度下产生，更优选地在约110摄氏度至约-145摄氏度的温度下产生。
所述冷却的气态制冷剂的第二流160为冷却的压缩气态制冷剂流158的约35摩尔％至80摩尔％，优选为冷却的压缩气态制冷剂流158的约50摩尔％至70摩尔％。
如上所述，第二压力(膨胀的冷制冷剂的第二流174的压力)低于第一压力(所述膨胀的冷制冷剂的第一流166的压力)。在优选的实施方案中，所述第一压力与所述第二压力的压力比为1.5：1至2.5：1。在优选实施例中，所述膨胀的冷制冷剂的第一流166的压力在约10巴和40巴之间，而膨胀的冷制冷剂的第二流174的压力在约5巴和25巴之间。相应地，加热的气态制冷剂的第二流173的压力在约5巴和25巴之间，而加热的气态制冷剂的第一流131的压力在约10巴和40巴之间。
第三压缩机147可以至少部分地由温膨胀机164产生的动力驱动，而第四压缩机149可以至少部分地由冷膨胀机172产生的动力驱动，反之亦然。或者，压缩系统中的任何其他压缩机可以至少部分地由温膨胀机和/或冷膨胀机驱动。压缩机和膨胀机单元可以位于一个壳体中，称为压缩机-膨胀机组件或压缩机。可以使用外部驱动器(例如电动机或燃气涡轮机)提供任何额外的动力。使用压缩扩展器可降低旋转设备的绘图空间，并提高整体效率。
图2中所示的制冷剂压缩系统136是示例性布置，并且压缩系统和压缩机机组的若干变型是可能的。例如，尽管在图2中描绘为单独的压缩机，但压缩系统中的两个或更多个压缩机可以替代地是单个压缩机单元的压缩级。同样地，所示的每个压缩机可包括一个或多个壳体中的多个压缩级。可能存在多个中间冷却器和后冷却器。每个压缩级可包括一个或多个叶轮和相关的扩散器。可以包括附加的压缩机/压缩级，与所示的任何压缩机串联或并联，和/或可以省略一个或多个所示的压缩机。第一压缩机137和第二压缩机141以及任何其他压缩机可以由任何类型的驱动器驱动，例如电动机、工业燃气涡轮机、航空衍生燃气涡轮机、蒸汽涡轮机等。压缩机可以是任何类型的，如离心、轴向、正位移等
在优选实施例中，加热的气态制冷剂的第一流131可作为侧流在多级压缩机中引入，使得第一压缩机137和第二压缩机141是单个压缩机的多级。
在另一个实施例(未示出)中，加热的气态制冷剂的第一流131和加热的气态制冷剂的第二流171可以在单独的压缩机中并行压缩，并且压缩流可以组合以产生第二压缩制冷剂流142。
在制冷回路中循环的制冷剂是包含甲烷的制冷剂。它还可以包含氮气或本领域已知和使用的任何其它合适的制冷剂组分，只要它们不影响第一和第二膨胀的冷制冷剂流，其分别在第一和第二涡轮膨胀机的出口处至少主要是气态的。冷却的压缩制冷剂流158的优选组成是至少约85％摩尔％，更优选至少约90％摩尔，更优选至少约95％摩尔，最优选约100％摩尔甲烷的流，例如，可以从天然原料气或闪蒸气体中获得，这样就不需要外部制冷剂。冷却的压缩制冷剂流158的另一优选组成是氮-甲烷混合物，其包含约25摩尔％至65摩尔％，更优选约30摩尔％至60摩尔％的氮，并且包含约30摩尔％至80摩尔％，更优选约40摩尔％至70摩尔％的甲烷。
与现有技术相比，图2所示实施例的主要优点是所述膨胀的冷制冷剂的第一流166和膨胀的冷制冷剂的第二流174的压力明显不同。这使得能够在不同压力下为该过程的液化和预冷部分提供冷却。较低的制冷剂压力对于液化部分是优选的，并且较高的制冷剂压力对于预冷却部分是优选的。通过允许温和冷膨胀机压力显着不同，该过程导致更高的总效率。结果，温膨胀机164主要用于提供预冷却负荷，而冷膨胀机172主要用于提供液化负荷。此外，通过将线圈缠绕的热交换器部分用于具有彼此隔离的冷侧(壳侧)的第一热交换器部分198A(预冷部分)和第二热交换器部分198B(液化部分)，尽管使用不同的压力制冷剂来提供预冷和液化的冷却负荷，但线圈缠绕的热交换器部分仍可用于预冷和液化天然气。这样还可以获得使用线圈缠绕的热交换器部分(即紧凑和高效)的进一步的好处。由于加热的气态制冷剂的第二流(离开液化部分冷侧的加热制冷剂)171的压力低于加热的气态制冷剂的第一流131(加热的制冷剂离开冷却部分的冷侧)，加热的气态制冷剂的第二流171被送到压缩机机组的低压位置，例如送到制冷剂压缩系统136的最低压力入口，而加热的气态制冷剂的第一流131被送到压缩机机组的较高压力位置，例如作为侧流进入制冷剂压缩系统136。这种布置的关键优点在于它产生了比现有技术方法具有更高工艺效率的紧凑系统。此外，通过使预冷和液化过程更有效，因此也可以使用更小的闪蒸气体热交换器部分126(由于当来自液化热交换器部分198B的液化天然气流闪蒸以提供较低温度的LNG产物时产生较少的闪蒸气体)，从而也降低了总体资本成本。
在该实施例中，加热的气态制冷剂的第二流171被“冷压缩”或在较冷的温度下被压缩。尽管如此，与相同设备数量的现有技术相比，该布置仍然产生(如上所述)更高的工艺效率。
图3示出了图2和第二实施例的变形。该实施例中的MCHE 198仅包括第二热交换器部分198B(相当于图1和2中的MCHE的冷部分)，其中预冷的第一天然气进料流被液化。代替包含第二温暖区段198A的MCHE198，在该实施例中，第一热交换器区段197(其中第一天然气进料流被预冷却)位于单独的单元中，并且是板翅式热交换器部分(如图所示)或本领域已知的任何其它合适类型的热交换器部分，其具有冷侧，该冷侧限定通过热交换器部分的多个单独的通道，允许一个以上的制冷剂流分别通过所述部分的冷侧而不混合。第一热交换器部分197的入口和出口可位于该部分的热端、冷端和/或任何中间位置。
如在先前实施例中那样，第一天然气流195(还包含再循环的闪蒸气体)在第一热交换器部分197的热侧通过并冷却，以产生预冷的第一天然气流105，然后其通过并且在第二热交换器部分198B的热侧进一步冷却和液化，以产生第一液化的天然气流106。
同样如前一实施例中那样，膨胀的冷制冷剂的第二流174通过第二热交换器部分198B的冷侧，在那里被加热以提供制冷和冷却负荷，以将预冷的第一冷却天然气进料流105液化以产生第一液化的天然气流106。然而，在该实施例中，从第二热交换器部分198B的冷侧离开的所得的加热的膨胀的冷制冷剂的第二流171不会立即形成加热的气态制冷剂的第二流，其被送到并在压缩系统136中压缩。
而是，在该实施例中，从第二热交换器部分198B的冷侧的热端抽出的所得到的加热的膨胀的冷制冷剂的第二流171接下来穿过第一热交换器部分197的冷侧，在那里进一步加热，以提供制冷和冷却负荷，用于预冷第一天然气进料流104和冷却所述冷却的气态制冷剂的第二流160。得到的进一步加热的膨胀的冷制冷剂的第二流从第一热交换器部分197的冷侧排出，然后加热的气态制冷剂的第二流173。如前所述，加热的气态制冷剂的第二流173(将所述分离出的鼓作为顶部流134)然后可以被送到分离罐132以在加热的气态制冷剂的第二流被送到制冷剂压缩系统136并在其中压缩之前排出可能存在的任何液体。
所述膨胀的冷制冷剂的第一流166也通过第一热交换器部分197的冷侧，在那里它也被加热以提供制冷和冷却负荷，用于预冷第一天然气进料流104和冷却所述冷却的气态制冷剂的第二流160。然而，所述膨胀的冷制冷剂的第一流166从第一热交换器部分197的冷侧中的单独通道穿过冷侧的通道，膨胀的冷制冷剂的第二流171通过该通道，使得两个流在所述热交换器部分的冷侧不混合。所产生的加热的膨胀的冷制冷剂的第一流离开第一热交换器部分197的冷侧，形成加热的气态制冷剂的第一流131，然后如前所述将其送至制冷剂压缩系统136并在其中压缩。
与现有技术相比，图3所示实施例的主要优点在于，所述膨胀的冷制冷剂的第一流166和膨胀的冷制冷剂的第二流174的压力明显不同，从而能够在不同压力下为工艺的液化和预冷部分提供冷却，从而提高整体效率。如在图2中所示的实施例中，线圈缠绕的热交换器部分仍然可以用于第二热交换器部分(液化部分)198B，从而在紧凑性和效率方面提供进一步的益处。然而，与图2所示的实施例相比，在该实施例中，使用第一热交换器部分(预冷却部分)197，其具有冷侧，该冷侧限定穿过该部分的多个单独的通道，从而允许从第二热交换器部分198B的冷侧离开的加热的膨胀的冷制冷剂的第二流171在第一热交换器部分197的冷侧进一步加热。这意味着，与图2所示的实施例相比，在该实施例中，可以从膨胀的冷制冷剂的第二流171中回收进一步的制冷，得到的加热的气态制冷剂的第二流173不需要冷压缩，这导致该过程的效率进一步提高。
图4示出了第二实施例和图2的另一种变型。与图2所示的布置相比，在该实施例中，从第二热交换器部分198B的冷侧离开的所得的加热的膨胀的冷制冷剂的第二流171不会立即形成被送到压缩系统136并在压缩系统136中压缩的加热的气态制冷剂的第二流，因此不被冷压缩。相反，在该实施例中，制冷电路还包括第三热交换器部分196，通过使所述流通过并在第三热交换器部分196的冷侧进一步加热，从温热的膨胀的冷制冷剂的第二流171中提取进一步的冷冻，以产生加热的气态制冷剂的第二流173，然后将其(可选地通过分离鼓)送至压缩系统136，如前所述。第三热交换器部分196可以是任何合适的热交换器类型的热交换器部分，例如线圈缠绕部分、板和翅片部分(如图2所示)或壳管部分。
在图4所示的布置中，从第三热交换器部分196中的加热的膨胀的冷制冷剂的第二流171中提取的进一步制冷用于提供冷却负荷，以预冷所述冷却的气态制冷剂的第二流160的一部分107。更具体地说，所述冷却的气态制冷剂的第二流160分成两部分，即第一部分161和第二部分107。第一部分161在第一热交换器部分198A的热侧通过并冷却，以产生冷却的气态制冷剂的进一步冷却的第二流的第一部分168，第一热交换器部分198A中的制冷和冷却负荷由所述膨胀的冷制冷剂的第一流166提供，所述膨胀的冷制冷剂的第一流166在第一热交换器部分198A的冷侧加热，以产生如前所述的加热的气态制冷剂的第一流131。
所述冷却的气态制冷剂的第二流的截面部分107通过并在第三热交换器部分196的热侧冷却，以产生冷却的气态制冷剂的进一步冷却的第二流的第二部分111，然后将其与第一部分168组合以提供冷却的气态制冷剂的进一步冷却的第二流，然后将其在第二涡轮膨胀机172中膨胀，以提供冷制冷剂的第二流174，如前所述。在优选实施例中，所述冷却的气态制冷剂的第二流的第二部分107在所述冷却的气态制冷剂的第二流160的约50摩尔％至95摩尔％之间。
在替代实施例中，代替用于所述冷却的气态制冷剂的第二流的一部分107，第三热交换器部分196可替代地用于冷却天然气流。例如，第一天然气进料流195可以分成两股流，第一流如先前所述在第一热交换器部分198A的热侧通过并冷却，第二流通过并在第三热交换器部分196的热侧冷却，离开第一和第三热交换器部分的预冷天然气流重新组合并混合以形成预冷的第一天然气流105，然后将其在第二热交换器部分198B中进一步冷却和液化，如前所述。在又一个变型中，第三热交换器部分可以具有热侧，该热侧限定通过该部分的多于一个的单独通道，并且可以用于冷却所述冷却的气态制冷剂的第二流和天然气流的一部分107。
图4所示的实施例具有图3所示实施例的所有优点，其包括比现有技术更高的处理效率。另外，由于仅一股制冷剂流(所述膨胀的冷制冷剂的第一流166)通过第一热交换器部分198A的冷侧，所以线圈缠绕的热交换器部分可用于该部分。然而，这种布置确实需要使用第三热交换器部分196形式的附加设备。
图5示出了第四实施例和图4的变型。在该实施例中，第一热交换器部分198A和第二热交换器部分198B再次优选地是线圈缠绕的热交换器部分，在该实施例中，该热交换器部分包含在MCHE 198的相同的共用壳体壳体中，第一热交换器部分198A例如代表MCHE的暖段(管束)，第二热交换器部分198B例如代表MCHE的冷段(管束)。然而，在该实施例中，MCHE198不再包含头部118，头部118将第一热交换器部分198A的冷侧(壳侧)与第二热交换器部分198B的冷侧(壳侧)分开，并且用于第一热交换器部分198A的制冷不再由所述膨胀的冷制冷剂的第一流166提供。相反，离开第二热交换器部分198B的冷侧(壳侧)的暖端的加热的膨胀的冷制冷剂的第二流流入、通过并进一步在第一热交换器部分198A的冷侧(壳侧)加热以在第一热交换器部分198A中提供冷却负荷，加热的膨胀的冷制冷剂的第二流在所述部分198A中进一步加热，以产生然后被送入(可选地通过分离鼓)压缩系统136的加热的气态制冷剂的第二流173，如前所述。
类似地，在图5所示的实施例中，第三热交换器部分196的制冷不再由离开第二热交换器部分198B的冷侧(壳侧)的热端的加热的膨胀的冷制冷剂的第二流提供。相反，所述膨胀的冷制冷剂的第一流166经过第三热交换器部分196的冷侧并在第三热交换器部分196的冷侧加热，以在第三热交换器部分196中提供冷却负荷，所述膨胀的冷制冷剂的第一流166在所述部分中被加热，以产生加热的气态制冷剂的第一流131，然后如前所述将其送入并在制冷剂压缩系统136中压缩。
在根据图5的优选实施例中，所述冷却的气态制冷剂的第二流的第二部分107在所述冷却的气态制冷剂的第二流160的约20摩尔％至60摩尔％之间。
或者，并且如上面关于图4所述，在图5所示实施例的变型中，第三热交换器部分196可用于冷却天然气流而不是用于冷却所述冷却的气态制冷剂的第二流的一部分107。在又一变型中(同样如上文关于图4所述)，第三热交换器部分196可具有热侧，其限定穿过该部分的多于一个的单独通道，并且可用于冷却所述冷却的气态制冷剂的第二流和天然气流的部分107。
图5中所示的实施例具有图3所示实施例的所有优点，其包括比现有技术更高的处理效率。另外，由于仅一股制冷剂流(加热的膨胀的冷制冷剂的第二流)通过第一热交换器部分198A的冷侧，所以可以在该部分使用线圈缠绕的热交换器。然而，这种布置确实需要使用第三热交换器部分196形式的附加设备。与图4所示的实施例相比，图5的实施例更简单，因为头部118不是必需的，并且在第二热交换器部分198B的暖端不需要从MCHE 198的壳侧抽出制冷剂流，这导致更简单的热交换器设计。
尽管图2-5示出了循环制冷剂的两级膨胀(通过第一和第二涡轮膨胀机)的使用，以及用于闪蒸第一液化天然气流106的一个闪蒸级(JT阀108和端闪蒸鼓120)，通过添加额外的涡轮膨胀机可以采用进一步的膨胀水平，和/或另外的闪蒸阶段可以通过进一步降低LNG流124并在进一步降低的压力水平下产生一个或多个另外的闪蒸气体流来采用(由此产生的另外的闪蒸气体流在现有的闪蒸气体热交换器部分和/或一个或多个另外的闪蒸气体热交换器部分被加热)。额外的闪光阶段以增加的资金成本和复杂性提高了工艺效率。
尽管图2-5示出了闭环制冷系统的使用，但也可以使用开环系统，其中制冷剂从进料天然气或闪蒸气体获得。
在本文提出的上述实施例中，可以最小化对外部制冷剂的需求，因为用于液化和过冷天然气的所有冷却负荷由包括甲烷的制冷剂提供，甲烷可以天然气进料流的形式在现场获得。在希望制冷剂中还存在一些氮以进一步提高效率的情况下，这种氮可能已经存在于天然气进料流中并因此可从现场获得，和/或可以在现场产生。
为了进一步提高效率，上述制冷循环还在不同压力下使用多个制冷剂冷流，其中由第一涡轮膨胀机产生的第一冷气态(或主要是气态的)制冷剂流用于提供用于预冷自然的制冷剂，并且其中由第二涡轮膨胀机产生的第二冷气态(或主要是气态的)制冷剂流用于提供用于液化天然气的制冷。然后将所得的液化天然气在端闪系统中闪蒸，该系统包括至少一个减压装置和至少一个汽-液分离器(优选地，除了用于临时存储LNG产物的任何最终LNG储罐之外)，以便在所需温度下生产LNG产物，以及再循环回到天然气进料中的闪蒸气体。这种布置还最大限度地减少或消除了制冷剂的两相流，并避免了分离两相制冷剂的需要。
在本文提出的所有实施方案中，来自热交换器部分的入口和出口流可以是通过冷却或加热过程部分地取出的侧流。例如，在图3中，加热的膨胀的冷制冷剂的第二流171和/或所述膨胀的冷制冷剂的第一流166可以是第一热交换器部分197中的侧流。此外，在本文提出的所有实施例中，可以使用多个气相膨胀阶段。
本文所述的液化系统的任何和所有组分可以通过常规技术或通过添加剂制造来制造。
实施例1
在该实施例中，模拟了液化图3中描述和描述的天然气进料流的方法。结果如表1所示，并使用图3的参考数字。
表1:
Figure BDA0002041376800000271
Figure BDA0002041376800000281
在该实例中，制冷剂的压缩和冷却的气流158是甲烷。所述膨胀的冷制冷剂的第一流166的压力高于膨胀的冷制冷剂的第二流174的压力。相比之下，对于图1中所示的现有技术布置，膨胀的冷制冷剂的第一流166和膨胀的冷制冷剂的第二流174的压力约为19巴(279psia)。与图1(现有技术)的效率相比，图3的实施例中的这种压力变化使图3的实施例的处理效率提高了约5％，两种情况都使用纯甲烷作为制冷剂。
该示例也适用于图4和图5的实施例。参考图4的实施例，所述冷却的气态制冷剂的第二流的第二部分107是所述冷却的气态制冷剂的第二流160的约85％。对于图5的实施例，所述冷却的气态制冷剂的第二流的第二部分107是所述冷却的气态制冷剂的第二流160的约50％。
应当理解，本发明不限于上面参考优选实施例描述的细节，而是可以在不脱离所附权利要求限定的本发明的精神或范围的情况下进行许多修改和变化。

Claims (17)

1.一种液化天然气进料流以产生LNG产物的方法，该方法包括:
(a) 在多个热交换器部分的一些或全部的热侧，使第一天然气进料流通过并冷却所述第一天然气进料流，以预冷和液化所述第一天然气进料流，所述多个热交换器部分包括其中天然气流预冷的第一热交换器部分和其中来自所述第一热交换器部分的预冷的天然气流被液化以形成第一液化的天然气流的第二热交换器部分；
(b) 使从所述第二热交换器部分取出的第一液化的天然气流闪蒸以形成闪蒸气体和LNG产物，并将所述闪蒸气体与LNG产物分离以形成闪蒸气体流和LNG产物流；
(c) 压缩所述闪蒸气体流，并且将所述压缩的闪蒸气体循环回到所述第一天然气进料流；
(d) 在制冷回路中循环包含甲烷的制冷剂，所述制冷回路包括:所述多个热交换器部分；压缩机机组，包括:多个压缩机和/或压缩级、和一个或多个中间冷却器和/或后冷却器；第一涡轮膨胀机；和第二涡轮膨胀机；其中循环制冷剂为所述多个热交换器部分中的每个提供制冷，并且因此提供用于预冷和液化所述第一天然气进料流的冷却负荷，并且其中在所述制冷剂回路中循环制冷剂包括以下步骤：
(i) 将所述制冷剂的压缩和冷却的气流分开以形成冷却的气态制冷剂的第一流和冷却的气态制冷剂的第二流；
(ii) 使所述冷却的气态制冷剂的第一流在所述第一涡轮膨胀机中膨胀降低到第一压力，以在第一温度和所述第一压力下形成膨胀的冷制冷剂的第一流，所述膨胀的冷制冷剂的第一流当它离开所述第一涡轮膨胀机时是不含或基本上不含液体的气态或主要是气态的流；
(iii) 在所述多个热交换器部分的至少一个的热侧，使所述冷却的气态制冷剂的第二流通过并冷却所述冷却的气态制冷剂的第二流，以进一步冷却所述冷却的气态制冷剂的第二流；
(iv) 使冷却的气态制冷剂的进一步冷却的第二流在所述第二涡轮膨胀机中膨胀降低到第二压力，以在第二温度和所述第二压力下形成膨胀的冷制冷剂的第二流，所述膨胀的冷制冷剂的第二流当它离开所述第二涡轮膨胀机时是不含或基本上不含液体的气态或主要是气态的流，所述第二压力低于所述第一压力并且所述第二温度低于所述第一温度；
(v) 在包括至少第一热交换器部分和/或其中所述冷却的气态制冷剂的第二流的所有或部分被冷却的热交换器部分的所述多个热交换器部分的至少一个的冷侧，使所述膨胀的冷制冷剂的第一流通过并加热所述膨胀的冷制冷剂的第一流，并且在包括至少第二热交换器部分的所述多个热交换器部分的至少一个的冷侧，使所述膨胀的冷制冷剂的第二流通过并加热所述膨胀的冷制冷剂的第二流，其中膨胀的冷制冷剂的第一和第二流保持分离，并且不在任何所述多个热交换器部分的冷侧中混合，所述膨胀的冷制冷剂的第一流被加热以形成加热的气态制冷剂的第一流并且所述膨胀的冷制冷剂的第二流被加热以形成加热的气态制冷剂的第二流；和
(vi) 将所述加热的气态制冷剂的第一流和所述加热的气态制冷剂的第二流引入所述压缩机机组，从而将所述加热的气态制冷剂的第二流在所述压缩机机组的与所述加热的气态制冷剂的第一流不同的较低压力位置处引入所述压缩机机组，以及压缩、冷却和组合所述加热的气态制冷剂的第一流和所述加热的气态制冷剂的第二流，以使在步骤（i）中分开的制冷剂形成压缩和冷却的气流，
其中所述第二热交换器部分是线圈缠绕的热交换器部分，包括具有管侧和壳侧的管束，所述束的管侧表示所述部分的热侧并且限定通过所述部分的一个或多于一个通道，且所述束的壳侧表示所述部分的冷侧且限定通过所述部分的单个通道。
2.权利要求1所述的方法，其中所述制冷剂包含至少85摩尔%的甲烷。
3.权利要求1所述的方法，其中所述膨胀的冷制冷剂的第一流在它离开所述第一涡轮膨胀机时具有等于或大于0.8的蒸汽分数，并且其中所述膨胀的冷制冷剂的第二流在它离开所述第二涡轮膨胀机时具有等于或大于0.8的蒸汽分数。
4.权利要求1所述的方法，其中所述第一压力与所述第二压力的压力比为1.5:1至2.5:1。
5.权利要求1所述的方法，其中所述第一液化的天然气流在-100到-145℃的温度下从所述第二热交换器中取出。
6.权利要求1所述的方法，其中所述第一液化的天然气流在-110到-145℃的温度下从所述第二热交换器中取出。
7.权利要求1所述的方法，其中所述制冷回路是闭环制冷回路。
8.权利要求1所述的方法，其中该方法还包括通过在闪蒸气体热交换器部分的冷侧使所述闪蒸气体流通过并加热所述闪蒸气体流，在压缩所述闪蒸气体流并循环压缩的闪蒸气体之前，从所述闪蒸气体流回收冷量。
9.权利要求8所述的方法，其中所述闪蒸气体热交换器部分不是具备由循环制冷剂提供的制冷的制冷回路的所述多个热交换器部分之一。
10.权利要求8所述的方法，其中该方法还包括：
(e) 在所述闪蒸气体热交换器部分的热侧，使第二天然气进料流通过并冷却和液化所述第二天然气进料流，以形成第二液化的天然气流；和
(f) 使从所述闪蒸气体热交换器部分取出的第二液化的天然气流闪蒸以形成另外的闪蒸气体和另外的LNG产物，并且将所述另外的闪蒸气体和所述另外的LNG产物分离，以为所述闪蒸气体流提供另外的闪蒸气体和为所述LNG产物流提供另外的LNG产物。
11.权利要求10所述的方法，其中在步骤（b）和（f）中，通过将闪蒸的第一液化的天然气流和闪蒸的第二液化的天然气流引入汽-液分离器，进行从LNG产物和另外的LNG产物中分离闪蒸气体和另外的闪蒸气体，在所述汽-液分离器中，将这些流一起分离为蒸气顶部和液体底部，所述蒸气顶部被取出以形成所述闪蒸气体流，并且所述液体底部被取出以形成所述LNG产物流。
12.权利要求1所述的方法，其中所述第一热交换器部分具有限定通过所述热交换器部分的多个单独的通道的冷侧，并且其中，在通过所述第一热交换器部分的所述通道的至少一个中，所述膨胀的冷制冷剂的第一流通过并且被加热，以形成所述加热的气态制冷剂的第一流，以及在第二热交换器部分的冷侧中，所述膨胀的冷制冷剂的第二流通过并且被加热，且然后在通过所述第一热交换器部分的所述通道的至少一个或多个其他通道中，所述膨胀的冷制冷剂的第二流通过并被进一步加热，以形成所述加热的气态制冷剂的第二流。
13.权利要求1所述的方法，其中所述第一热交换器部分是包括具有管侧和壳侧的管束的线圈缠绕的热交换器部分，所述多个热交换器部分还包括第三热交换器部分，其中天然气流被预冷却和/或其中所有或部分的冷却的气态制冷剂的第二流被冷却，在所述第一和第三热交换器部分的一个的冷侧中，所述膨胀的冷制冷剂的第一流通过并被加热，以形成加热的气态制冷剂的第一流，以及在所述第二热交换器部分的冷侧中，所述膨胀的冷制冷剂的第二流通过并且被加热，且然后在所述第三和第一热交换器部分的另一个的冷侧中，所述膨胀的冷制冷剂的第二流通过并进一步被加热，以形成加热的气态制冷剂的第二流。
14.一种液化天然气进料流以产生LNG产物的系统，所述系统包括：
(a) 用于循环制冷剂的制冷回路，其为多个热交换器部分中的每个提供制冷，并且因此提供用于预冷和液化第一天然气进料流的冷却负荷，所述制冷回路包括：
所述多个热交换器部分，每个热交换器部分具有热侧和冷侧，所述多个热交换器部分包括第一热交换器部分和第二热交换器部分，其中所述第一热交换器的热侧限定从中通过以接收和预冷天然气流的至少一个通道，其中所述第二热交换器部分的热侧限定从中通过以接收和液化来自所述第一热交换器部分的预冷的天然气流以形成第一液化的天然气流的至少一个通道，以及其中每个所述多个热交换器部分的冷侧限定从中通过以接收和加热循环制冷剂的膨胀的流的至少一个通道；
用于压缩和冷却所述循环制冷剂的压缩机机组，包括多个压缩机和/或压缩级、和一个或多个中间冷却器和/或后冷却器，其中所述制冷回路被配置为使得所述压缩机机组从所述多个热交换器部分接收加热的气态制冷剂的第一流和加热的气态制冷剂的第二流，所述加热的气态制冷剂的第二流在所述压缩机机组的与所述加热的气态制冷剂的第一流不同的较低压力位置处接收和引入，所述压缩机机组被配置为压缩、冷却和组合所述加热的气态制冷剂的第一流和所述加热的气态制冷剂的第二流以形成所述制冷剂的压缩和冷却的气流；
第一涡轮膨胀机，被配置为接收冷却的气态制冷剂的第一流并将其膨胀低到第一压力，以在第一温度和所述第一压力下形成膨胀的冷制冷剂的第一流；
第二涡轮膨胀机，被配置为接收冷却的气态制冷剂的进一步冷却的第二流并将其膨胀低到第二压力，以在第二温度和所述第二压力下形成膨胀的冷制冷剂的第二流，所述第二压力低于所述第一压力并且所述第二温度低于所述第一温度；
其中所述制冷回路进一步被配置为：
将来自所述压缩机机组的制冷剂的压缩和冷却的气流分开以形成冷却的气态制冷剂的第一流和冷却的气态制冷剂的第二流；
在所述多个热交换器部分的至少一个的热侧，使所述冷却的气态制冷剂的第二流通过并冷却所述冷却的气态制冷剂的第二流，以形成冷却的气态制冷剂的进一步冷却的第二流；和
在包括至少第一热交换器部分和/或其中所述冷却的气态制冷剂的第二流的所有或部分被冷却的热交换器部分的所述多个热交换器部分的至少一个的冷侧，使所述膨胀的冷制冷剂的第一流通过并加热所述膨胀的冷制冷剂的第一流，并且在包括至少第二热交换器部分的所述多个热交换器部分的至少一个的冷侧，使所述膨胀的冷制冷剂的第二流通过并加热所述膨胀的冷制冷剂的第二流，其中膨胀的冷制冷剂的第一和第二流保持分离，并且不在任何所述多个热交换器部分的冷侧中混合，所述膨胀的冷制冷剂的第一流被加热以形成加热的气态制冷剂的第一流并且所述膨胀的冷制冷剂的第二流被加热以形成加热的气态制冷剂的第二流；
(b) 减压装置，被配置为从所述多个热交换器部分的第二热交换器部分接收所述第一液化的天然气流，并且闪蒸所述第一液化的天然气流以形成闪蒸气体和LNG产物；
(c) 汽-液分离器，被配置为从所述LNG产物分离闪蒸气体以形成闪蒸气体流和LNG产物流；和
(d) 闪蒸气体压缩机，用于接收和压缩所述闪蒸气体流，并且将所述压缩的闪蒸气体循环回到所述第一天然气进料流；
其中所述第二热交换器部分是线圈缠绕的热交换器部分，包括具有管侧和壳侧的管束，所述束的管侧表示所述部分的热侧并且限定通过所述部分的一个或多于一个通道，且所述束的壳侧表示所述部分的冷侧且限定通过所述部分的单个通道。
15.根据权利要求14所述的系统，其中所述系统还包括：
(e) 闪蒸气体热交换器部分，用于在所述闪蒸气体流被所述闪蒸气体压缩机接收和压缩之前从所述闪蒸气体流回收冷量，所述闪蒸气体热交换器部分具有热侧和冷侧，其中所述冷侧限定从中通过用于接收和加热所述闪蒸气体流的一个或多个通道。
16.根据权利要求15所述的系统，其中所述闪蒸气体热交换器的热侧限定从中通过用于接收、冷却和液化第二天然气进料流以形成第二液化的天然气流的一个或多个通道。
17.根据权利要求16所述的系统，其中所述系统还包括：
(e) 减压装置，被配置为从所述闪蒸气体热交换器接收所述第二液化的天然气流，并且闪蒸所述第二液化的天然气流以形成另外的闪蒸气体和另外的LNG产物；和
其中所述汽-液分离器被配置为也从所述另外的LNG产物分离所述另外的闪蒸气体，以为所述闪蒸气体流提供另外的闪蒸气体和为所述LNG产物流提供另外的LNG产物。
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