CN110470102B - 模块化lng分离装置和闪蒸气体热交换器 - Google Patents

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Abstract

本文描述用于液化天然气以产生LNG产物的方法和系统。该方法和系统使用设备来将闪蒸气体与液化天然气(LNG)流分离以产生LNG产物并从闪蒸气体中回收制冷。所述设备包括包围热交换区和分离区的壳体外壳，该热交换区包括线圈缠绕的热交换器。热交换区位于分离区上方并与分离区流体流动连通。闪蒸气体在分离区中与LNG产物分离，并从分离区向上流入热交换区，在那里从分离的闪蒸气体中回收制冷。

Description

模块化LNG分离装置和闪蒸气体热交换器
背景技术
本发明一般涉及用于产生液化天然气(LNG)产物的方法和系统。更具体地，本发明涉及一种用于将闪蒸气体与LNG流分离以产生LNG产物并用于从闪蒸气体中回收制冷的设备。本发明还涉及用于制造利用所述设备的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。液化天然气的全球生产能力每年超过3亿吨(MTPA)。用于冷却、液化和任选地过冷天然气的许多液化系统在本领域中是公知的。
在典型的液化系统中，第一天然气进料流通过与一种或多种制冷剂的间接热交换而预先冷却，液化并任选地在主低温热交换器(MCHE)中过冷，以产生第一LNG流。然后可以通过闪蒸第一LNG流来进一步处理第一LNG流，以产生第一闪蒸的LNG流，然后将其送至气液分离器(闪蒸罐)以将LNG产物与闪蒸气体分离。
从汽-液分离器中取出分离的闪蒸气体，并在闪蒸气体热交换器的冷侧加热，产生加热的闪蒸气体流，从而从闪蒸气体中回收制冷并提供冷却负荷到闪蒸气体热交换器。然后可以将加热的闪蒸气体流压缩，冷却并再循环回天然气进料流。第二天然气进料流(例如在MCHE中液化之前从第一天然气进料流中分离出来)可以在闪蒸气体热交换器中冷却和液化，产生第二LNG流，可以闪蒸并与第一闪蒸的LNG流结合。可选择地，另一种类型的流可以在闪蒸气体热交换器的温侧通过并冷却，例如由制冷回路为MCHE循环的制冷剂流。
现有技术的液化系统的共同特征是汽-液分离器和闪蒸气体热交换器是通过管道连接的独立单元。对于每年生产约300万吨液化天然气的典型陆基液化天然气工厂，如上所述的汽-液分离器和闪蒸气体热交换器装置所需的地块空间大约为10×20英尺，大约100-300英尺的绝缘管道，直径为24“至30”。
LNG工业中的当前趋势是开发远程海上气田，这将需要用于液化天然气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。在浮动平台上设计和操作这样的LNG工厂带来了许多挑战。其中一个主要问题是此类浮动平台上的可用空间有限。通常，可用于FLNG应用的绘图空间约为传统陆基LNG工厂的60％。
该行业的另一个趋势是开发较小规模的液化设施，例如在调峰设施的情况下，或模块化的液化设施，其中使用多个较低容量的液化机组而不是单个高容量机组。
因此，本领域对用于液化天然气的方法和系统的需求日益增加，这些方法和系统适用于FLNG应用、调峰设施以及其中可用占地面积小于传统陆基的场景。
发明概述
本文公开了用于产生LNG产物的方法和系统。该方法和系统使用设备来将闪蒸气体与液化天然气(LNG)流分离以产生LNG产物，并用于从闪蒸气体中回收制冷。所述设备包括包围热交换区和分离区的壳体外壳，该热交换区包括线圈缠绕的热交换器。热交换区位于分离区上方并与分离区流体流动连通。闪蒸气体在分离区中与LNG产物分离，并从分离区向上流入热交换区，在那里从分离的闪蒸气体中回收制冷。本发明的设备提供了更紧凑和成本有效的液化系统和方法，其具有比现有技术的液化系统和用于传统陆基LNG设施的方法更小的占地面积。
下面概述了根据本发明的设备、系统和方法的几个优选方面。.
方面1:一种用于将闪蒸气体与液化天然气(LNG)流分离以产生LNG产物、并从分离的闪蒸气体中回收制冷的设备，所述设备包括包围热交换区和分离区的壳体外壳，所述热交换区位于所述分离区上方并与所述分离区流体流动连通，所述分离区被配置为将所述闪蒸气体与所述LNG产物分离，并且所述热交换区被配置为从所述分离的闪蒸气体中回收制冷；
其中所述热交换区包括限定所述热交换区的管侧和壳侧的至少一个线圈缠绕的管束，所述管侧限定用于冷却和/或液化第一流体流的通过所述热交换区的一个或多个通道，以及所述壳侧限定用于加热分离的闪蒸气体的通过所述热交换区的通道；
其中所述分离区被配置为使得在所述分离区中与LNG产物分离的闪蒸气体从所述分离区向上流入并通过所述热交换区的壳侧；
并且其中所述壳体外壳具有：
第一入口，与所述热交换区的管侧流体流动连通，用于引入待冷却和/或液化的第一流体流；
第一出口，与所述热交换区的管侧流体流动连通，用于取出第一冷却和/或液化的流体流；
第二出口，与所述热交换区的壳侧流体流动连通，用于取出加热的闪蒸气体流；
第二入口，与所述分离区流体流动连通，用于引入含有待分离的闪蒸气体的LNG流；和
第三出口，与所述分离区流体流动连通，用于取出LNG产物流。
方面2:根据方面1的设备，还包括位于所述热交换区和所述分离区之间的除雾器。
方面3:根据方面1或2的设备，其中包围所述热交换区的壳体外壳的部分和包围所述分离区的壳体外壳的部分具有基本相同的直径。
方面4:根据方面1或2的设备，其中包围所述分离区的壳体外壳的部分比包围所述热交换区的壳体外壳的部分的直径更大。
方面5:根据任一前述方面的设备，其中所述分离区包括一个或多个质量传递装置，用于使向下流动的流体与向上升高的蒸汽接触，并且其中所述第二入口位于所述质量传递装置的一个或多个的上方。
方面6:根据任一前述方面的设备，其中所述设备还包括再沸器热交换器，用于从所述分离区的底端再沸腾一部分LNG，以产生向上流动的蒸汽通过所述分离区。
方面7:根据方面1至4中任一项的设备，其中所述分离区是壳体外壳的空的部分，限定用于收集LNG的贮槽区和在所述贮槽区上方与所述热交换区下方用于收集闪蒸气体的顶部空间区。
方面8:根据任一前述方面的设备，其中所述热交换区包括位于第二线圈缠绕的管束上方的第一线圈缠绕的管束，所述束限定所述热交换区的管侧和壳侧，所述管侧限定一个或多个通道通过所述热交换区用于冷却和/或液化第一流体流，并且所述壳侧限定通道通过所述热交换区用于加热分离的闪蒸气体；
其中由所述第一管束限定的管侧与所述第一入口流体流动连通，并限定至少一个通道用于冷却和/或液化所述第一流体流；
其中所述壳体外壳具有与所述第一管束的管侧流体流动连通的第四出口，用于取出来自所述第一管束的第一流体流的冷却和/或液化部分；和
其中由所述第二管束限定的管侧与所述第一管束的管侧和所述第一出口流体流动连通，并且限定至少一个通道用于进一步冷却和/或液化来自所述第一管束的第一流体流的另一部分。
方面9:根据方面1至7中任一项的设备，其中所述壳体外壳具有与所述热交换区的壳侧流体流动连通的第四出口，并且位于所述第二出口的下方，用于在比从所述第二出口取出的加热的闪蒸气体流更低的温度下取出部分加热的闪蒸气体流。
方面10:一种用于产生液化天然气(LNG)产物并用于从闪蒸气体中回收制冷的系统，该系统包括：
主低温热交换器(MCHE)，用于冷却和液化天然气进料流以产生LNG流；
与MCHE流体流动连通的制冷回路，用于循环主制冷剂并使所述制冷剂的一个或多个冷流通过MCHE以提供液化天然气流的冷却负荷，所述制冷剂的一个或多个冷流通过与所述天然气流的间接热交换在MCHE中加热；
第一减压装置，与MCHE流体流动连通，用于降低全部或部分LNG流的压力以形成减压的LNG流；
根据权利要求1所述的设备，与所述第一减压装置流体流动连通，用于将闪蒸气体与所述减压的LNG流分离，并从分离的闪蒸气体中回收制冷以产生LNG产物流和加热的闪蒸气体流。
方面11:根据方面10的系统，其中所述第一流体流是在所述热交换区中冷却和液化以产生辅助LNG流的辅助天然气进料流，该系统被配置为降低所述辅助LNG流的压力，并且根据权利要求1所述的设备还被配置为接收减压的辅助LNG流，从所述减压的辅助LNG流中分离闪蒸气体，并从所述分离的闪蒸气体中回收制冷。
方面12:根据方面10的系统，其中所述制冷回路与根据权利要求1所述的设备流体流动连通，所述第一流体流是在所述热交换区中待冷却和/或液化的气态制冷剂流，以提供冷却和/或液化的制冷剂流，并且所述制冷回路被配置为将所述气态制冷剂流引入所述设备的第一入口，以从所述设备的第一出口取出冷却和/或液化的制冷剂流，并使所述冷却和/或液化的制冷剂流通过MCHE。
方面13:一种制造液化天然气(LNG)产物的方法，该方法采用权利要求10所述的系统，该方法包括：
使天然气进料流通过并且在MCHE中冷却和液化所述天然气进料流以产生LNG流；
从MCHE中取出LNG流并降低全部或部分LNG流的压力以形成减压的LNG流；
将所述减压的LNG流引入所述设备的分离区，并将闪蒸气体与所述减压的LNG流分离以产生LNG产物流；和
在所述设备的热交换区中从分离的闪蒸气体中回收制冷以产生加热的闪蒸气体流。
方面14:根据方面13的方法，其中所述第一流体流是辅助天然气进料流，并且其中步骤(d)包括在所述热交换区中冷却和液化所述辅助天然气进料流以产生辅助LNG流，该方法还包括降低所述辅助LNG流的压力，并在所述设备的分离区中引入减压的辅助LNG流，以将闪蒸气体与所述减压的辅助LNG流分离，并从来自所述减压的辅助LNG流的分离的闪蒸气体中回收制冷。
方面15:根据方面13的方法，其中所述第一流体流是制冷剂流，并且其中步骤(d)包括冷却和/或液化所述设备的热交换区中的制冷剂流，以提供冷却和/或液化的制冷剂流，该方法还包括从所述设备中取出冷却和/或液化的制冷剂流，并使所述冷却和/或液化的制冷剂流通过MCHE。
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是描绘根据现有技术的天然气液化方法和系统的示意流程图。
图3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4是描绘根据第一实施例的用于从液化天然气(LNG)流中分离闪蒸气体的设备的示意流程图。
图5是描绘根据第二实施例的用于从液化天然气(LNG)流中分离闪蒸气体的设备的示意流程图。
图6是描绘根据第三实施例的用于从液化天然气(LNG)流中分离闪蒸气体的设备的示意流程图。
图7是描绘根据第四实施例的用于从液化天然气(LNG)流中分离闪蒸气体的装置的示意流程图。
图8是描绘根据第五实施例的用于从液化天然气(LNG)流中分离闪蒸气体的装置的示意流程图。
图9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10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。
发明详述
本文描述了一种用于从液化天然气(LNG)流中分离闪蒸气体以产生LNG产物、以及用于从闪蒸气体中回收制冷的装置，以及用于生产利用所述装置的LNG产物的方法和系统。本发明的装置、方法和系统特别适用于浮动LNG(FLNG)应用、调峰应用、模块化液化设施、小规模设施和/或其中工厂的可用占地面积限制了液化系统的尺寸的任何其他应用。
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明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，并且不旨在表明功能的任何特定顺序，除非仅在具体叙述此类顺序的范围内。
在说明书中结合附图引入的附图标记可以在一个或多个后续附图中重复，而无需说明书中的附加描述，以便为其他特征提供上下文。在附图中，与其他实施例类似的元件由增加值100的附图标记表示。例如，与图1的实施例相关联的汽-液分离器120对应于与图2的实施例相关的汽-液分离器220。除非本文另有说明或描述，否则这些元件应被视为具有相同的功能和特征，因此对于多个实施例可以不重复对这些元件的讨论。
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(其通常包含至少85摩尔％，更经常至少90摩尔％，并且平均为进料流的约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，以降低任何(相对)高凝固点组分的含量，例如水分、酸性气体、汞和/或较重的碳氢化合物，降低到必要的水平，以避免在热交换器部分或其中天然气要液化和/或过冷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的一系列连接装置，并且执行上述制冷循环的步骤。通常，制冷循环将包括压缩一个或多个温热制冷剂流以形成压缩制冷剂，冷却压缩制冷剂，使冷却压缩制冷剂膨胀以在一个或多个热交换器部分中形成一个或多个膨胀冷制冷剂流以提供所需的制冷。压缩可以在一个或多个压缩机/压缩级中进行。冷却可以在一个或多个中间冷却器和/或后冷却器中和/或在一个或多个热交换器部分中进行，其中膨胀的冷制冷剂被加热。膨胀可以以任何合适形式的减压装置进行，例如一个或多个涡轮膨胀机和/或J-T阀。
除非另有说明，本文所用的术语“混合制冷剂”是指包含甲烷和一种或多种较重和/或较轻组分的组合物。术语“较重组分”是指混合制冷剂的组分，其具有比甲烷更低的挥发性(即更高的沸点)。术语“较轻组分”是指具有与甲烷相同或更高挥发性(即相同或更低沸点)的组分。典型的较重组分包括较重的烃，例如但不限于乙烷/乙烯、丙烷、丁烷和戊烷。另外的或替代的较重组分可包括氢氟烃(HFC)。氮通常也存在于混合制冷剂中，并且构成示例性的附加轻组分。
如本文所用，术语“热交换器部分”是指单元或单元的一部分，其中在一个或多个较冷的流体(例如制冷剂)和一个或多个其他较温暖的流体流之间发生间接热交换，使得较冷的流体流被加热，并且当每个流体通过热交换器部分时，流体或较热的流体被冷却。
如本文所用，术语“主低温热交换器”是指包括一个或多个热交换器区段的热交换器单元，其中主要天然气进料流被液化。
如本文所用，术语“热交换区”是指在两个或更多个流体流之间发生间接热交换的区域。
如本文所用，术语“分离区”是指其中发生汽-液混合物分离的区域。分离区可以是设备的壳体外壳的空底部，在壳体外壳底部限定一个贮槽区，用于收集LNG和在贮槽区上方和热交换区下方的顶部空间区，用于收集闪蒸气体。可选择地，分离区可包括一个或多个质量传递装置，用于使向下流动的流体与向上升高的蒸汽接触。一个或多个质量传递装置可以是本领域已知的任何合适的装置，例如无规填料、规整填料和/或一个或多个板或托盘。
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“流体流动通信”是指两个或更多个组件之间的连接性质，其使得液体、蒸汽和/或两相混合物能够直接或间接以受控方式在组件之间传输(即，没有泄漏)。将两个或更多个部件联接使得它们彼此流体流动连通可以包括本领域已知的任何合适的方法，例如使用焊接、法兰导管、垫圈和螺栓。两个或更多个部件也可以经由系统的其他部件耦合在一起，这些部件可以将它们分开，例如、阀门、门或可以选择性地限制或引导流体流动的其他装置。
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，包括一个或多个缠绕在壳体外壳中的线圈缠绕的管束，其中每个管束可具有其自己的壳体外壳，或者其中两个或更多个管束可以共用共同的壳体外壳。每个管束可以代表“线圈缠绕的热交换器部分”，束的管侧通常代表所述部分的暖侧并且限定通过该部分的一个或多于一个通道，并且束的壳侧通常代表所述部分的冷侧限定了通过该部分的单个通道。
术语“束”、“管束”和“线圈缠绕的管束”在本申请中可互换使用，并且旨在是同义词。
如本文所用，用于表示热交换器部分的一部分的术语“暖侧”是指热交换器的一侧，其中，通过该侧，一个或多个流体流通过与流过热交换器部分的冷侧的流体进行间接热交换而被冷却。暖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，或者限定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，这些流彼此保持分离。
如本文所用，用于表示热交换器部分的一部分的术语“冷侧”是指热交换器的一侧，其中，一个或多个流体流通过该侧通过与流过热交换器部分的暖侧的流体的间接热交换而被加热。冷侧可以包括用于接收单个流体流的单个通道，或者用于接收多个流体流的多个通道，当它们通过热交换器部分时，这些流体彼此保持分离。
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，从而通过焦耳-汤姆逊膨胀降低流体的压力和温度。
如本文所用，术语“汽-液分离器”是指容器，例如但不限于闪蒸罐或分离罐，其可引入两相流以将该流分离成其组分蒸汽和液相，其中气相收集在容器的顶部并且可以从容器的顶部排出，并且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“塔顶馏出物”或“蒸气塔顶”，收集在容器底部的液体在本文中也称为“塔底”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，例如阀门位于分离器的入口处，通过该分离器引入液体或两相流。
如本文所用，术语“除雾器”是指用于从蒸汽流中除去夹带的液滴或雾的装置。除雾器可以是本领域已知的任何合适的装置，包括但不限于网垫消除器或叶片式除雾器。
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150任选地在预处理系统160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151，其可任选地在预冷系统161中预冷以产生天然气进料流152(在本文中也称为主要天然气进料流)。
然后将天然气进料流152预冷，液化并在主低温热交换器(MCHE)162的暖侧进行过冷却以产生第一LNG流100。MCHE 162可以是如图1所示的线圈缠绕的热交换器，或者它可以是另一种类型的热交换器，例如板和翅片，或壳管式热交换器，或本领域已知的任何其它合适类型的热交换器。它也可以包含一个或多个部分。这些部分具有相同或不同的类型，并且可以包含在单独的壳体或单个壳体中。在MCHE 162是线圈缠绕的热交换器的情况下，这些部分可以是热交换器的管束。
图1中所示的MCHE 162具有三个热交换器部分，即位于MCHE 162的暖端(并且在本文中也称为暖部分)的第一热交换器部分162A，其中天然气进料流152是预先冷却的以产生预冷却的天然气流153，第二热交换器部分162B位于MCHE 162的中间(在此也称为中间部分)，其中来自第一部分162A的预冷天然气流153进一步冷却和液化，并且在MCHE 162的冷端(在此也称为冷段)中的第三热交换器区段162C，其中来自第二区段162B的LNG流被过冷却以产生过冷的LNG流100。离开MCHE 162的冷区段162C的过冷LNG流100然后通过使流通过第一减压装置110(例如JT阀)而闪蒸以产生减压LNG流101(在本文中也称为闪蒸的LNG流或闪蒸的主LNG流)。
天然气进料流152通过与流过MCHE的冷侧的冷蒸发或蒸发的混合制冷剂进行间接热交换而在MCHE 162中预冷、液化和过冷。
MCHE 162的制冷由在制冷回路中循环的制冷剂提供，该制冷回路包括MCHE 162的部分162A-C；压缩机机组包括压缩机/压缩级164、167和171，中间冷却器165和168以及后冷却器172；相分离器173；J-T阀174和175。制冷剂通常是混合制冷剂(MR)，其包含烃(主要是甲烷)和氮的混合物，如本领域所熟知的。
参照图1，温暖的气态混合制冷剂流141从MCHE 162中排出，并且在瞬时非设计操作期间存在于其中的任何液体可以在第一分离鼓163中被移除。然后，在第一压缩机164中压缩顶部温热的气态制冷剂流142，以产生第一压缩制冷剂流143，在第一中间冷却器165中相对于环境空气或冷却水冷却，以产生第一冷却压缩制冷剂流144。在瞬态非设计操作期间存在于第一冷却压缩制冷剂流144中的任何液体在第二分离鼓166中被移除。顶部第一冷却的压缩制冷剂流145在第二压缩机167中被进一步压缩以产生第二压缩制冷剂流146，并且在第二中间冷却器168中对着环境空气或冷却水冷却以产生第二冷却压缩制冷剂流147。在瞬时非设计操作期间存在于第二冷却的压缩制冷剂流147中的任何液体在第三个分离出的滚筒169中被移除。顶部第二冷却压缩制冷剂流148在第三压缩机171中进一步压缩以产生第三压缩混合制冷剂流149，并在后冷却器172中对着环境空气或冷却水冷却，以产生第三冷却压缩制冷剂流153。
将第三冷却的压缩制冷剂流153引入预冷系统161，在那里冷却以产生两相制冷剂流154。预冷系统可以使用本领域已知的任何合适的制冷剂回路/循环，例如丙烷制冷循环。将两相制冷剂流154引入相分离器173，在那里它分离成混合制冷剂蒸汽(MRV)流155和混合制冷剂液体(MRL)流156。
MRL流156通过MCHE 162的暖段162A和中段162B的暖侧，经由所述温暖侧的单独通道到达天然气进料流152通过的通道，然后在其中冷却，然后通过JT阀174膨胀以形成冷制冷剂流157，其被引入MCHE 162的冷侧，以提供流过中间和冷段162B和162A的冷侧的冷蒸发或蒸发的混合制冷剂。
MRV流155通过MCHE 162的暖段162A、中段162B和冷段162C的暖侧，经由所述温暖侧的单独通道到达天然气进料流152通过的通道，以及MLR流156通过的通道，以便冷却并至少部分液化，然后通过膨胀装置175膨胀以形成冷制冷剂159流，其被引入MCHE 162的冷侧，以提供冷蒸发或蒸发的混合制冷剂，其流过冷、中和暖部分162C、162B和162C的冷侧。
在天然气进料流152在MCHE 162中液化之前从天然气进料流152分离的辅助天然气进料流105在闪蒸气体热交换器130中被冷却和液化以产生辅助LNG流106，通过使气流通过第二减压装置170以产生闪蒸的辅助LNG进料流111而闪蒸，然后将其与闪蒸的主LNG流101混合以产生混合的LNG流112。
将混合的LNG流112送至汽-液分离器120，在那里将其分离成闪蒸气体和LNG产物。分离的闪蒸气体作为闪蒸气体流103从汽-液分离器120中除去并引入闪蒸气体热交换器130，在那里它被加热以产生加热的闪蒸气体流104，从而为闪蒸气体热交换器提供冷却负荷。离开闪蒸气体热交换器130的加热的闪蒸气体流104可以被压缩和冷却以产生压缩的闪蒸气体流，该气流再循环回到天然气进料流152(未示出)中。通过与闪蒸气体流103的间接热交换在闪蒸气体热交换器130中冷却和液化辅助天然气进料流105，可以从闪蒸气体流103中回收制冷。
来自汽-液分离器120的塔底物流作为LNG产物流102被移除，LNG产物流102可以(如图所示)在第三减压装置180中被压力降低以产生减压LNG产物流115，其被送至LNG储罐140中。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116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103混合，然后再循环到进料(未示出)中。
图2示出了图1所示的替代现有技术布置。在图2中，代替冷却和液化辅助天然气进料流，闪蒸气体热交换器230用于冷却制冷剂流，然后将制冷剂流膨胀并引入MCHE 262的冷侧。在所示实施例中，MRV流分为两部分。如前所述，第一主要部分作为流252通过MCHE 262的暖侧，然后通过膨胀装置275膨胀以形成冷制冷剂流259，然后将其引入MCHE 262的冷侧，以提供流过MCHE 262冷侧的冷蒸发或蒸发制冷剂。第二小部分MRV流作为流205通过并被冷却并在闪蒸气体热交换器230中至少部分地液化以形成冷却的制冷剂流206。然后冷却的制冷剂流206通过膨胀装置270以产生冷的制冷剂流211，其在将其引入MCHE 262的冷侧之前与流259组合。
图3示出了图1所示的另一种替代的现有技术布置。在图3所示的布置中，LNG产物流的压力降低(对应于图1中的102)是两步过程并且对于回收浓缩在氦气中的流是有用的。在这种情况下，离开MCHE 362的LNG流300通过第一减压装置310减压至约2-7巴的中间压力，形成闪蒸的LNG流301。
辅助天然气进料流305在闪蒸气体热交换器330中冷却和液化以产生辅助LNG流306，其通过使流通过第二减压装置370而在压力下降低以在与闪蒸的主LNG流301具有相同的压力下产生闪蒸的辅助LNG流311，并且其与闪蒸的主LNG流混合以产生混合的LNG流312。
然后将混合的LNG流312引入汽-液分离器322，其将混合的LNG流312分离成LNG流313，其被送至低压汽-液分离器320，以及浓缩在氦中的冷闪蒸气体流307。选择主LNG流和辅助LNG流的中间压力，使得仅产生少量蒸汽(通常小于混合LNG流312的1％摩尔)，使得氦在闪蒸气体流307中浓缩。通过使流体通过第三减压装置390至约1巴的中间压力来降低LNG流313的压力，从而形成闪蒸的LNG流314。然后将闪蒸的LNG流314引入低压汽-液分离器320，其将该流分离成LNG产物流302和冷闪蒸气体流303。LNG产物流302(如图所示)可以在第四减压装置380中减压以产生减压LNG产物流315，其被送至LNG储罐340。LNG储罐中产生或存在的任何蒸发气体(或进一步闪蒸气体)作为蒸发气体(BOG)流316从罐中移出，其可以在工厂中用作燃料或燃烧，或者与闪蒸气体流303混合并随后再循环到进料(未示出)。
然后在闪蒸气体热交换器330的冷侧的分开的通道中加热闪蒸气体流307和303。通过与闪蒸气体流的间接热交换冷却和液化闪蒸气体热交换器330中的辅助天然气进料流305，可以从闪蒸气体流307和303中回收制冷。
图9显示了用于液化含氮天然气的现有技术装置。商业LNG的典型规格是氮含量小于1％摩尔，然而许多天然气进料具有较高的氮含量。图9的系统采用汽提塔920形式的分离器以降低LNG产物的氮含量。来自MCHE 962的主LNG流900在再沸器965中进一步冷却，从而为汽提塔920的底部提供再沸腾作用。然后LNG流通过可选的水力涡轮机964膨胀，接着是第一减压装置(例如JT阀)910，以产生减压LNG流901，减压LNG流901然后在约1巴拉的压力下被引入汽提塔920的顶部。在塔内部有蒸馏塔盘或填料，使得通过再沸器965产生的上升蒸汽使流下塔的LNG耗尽氮气。离开汽提塔920顶部的闪蒸气体流903富含氮气并且表示进入塔中的LNG进料总量的约5-20％。然后，闪蒸气体流903在闪蒸气体热交换器930中相对于流体流(例如辅助天然气流905)加热，类似于图1(如图所示)，或者可选择地，相对于制冷剂流加热，类似于图2(未示出)。
图1、2、3和9中所示的现有技术布置的缺点在于，汽-液分离器120/220/320/920和闪蒸气体热交换器130/230/330/930是通过管道连接的单独容器。使用单独的容器需要大的绘图区域，这对于绘图区域有限的FLNG应用是不合需要的。此外，管线103/203/303/903中发生的压降显着增加了压缩流104/204/304/904所需的功率，以便将其用作植物燃料或将其再循环到天然气进料流中。
图10示出了另一种现有技术的布置。在这种布置中，使用气体膨胀器制冷(或布雷顿)循环液化天然气，并在一系列闪蒸步骤中进一步冷却。原料气流1000分成三个天然气流1002、1010和1016。最大流，主要天然气流1016(占总进料的约2/3)与再循环闪蒸气体1028混合，然后送至MCHE 1018中，在那里通过与气态制冷剂的间接热交换来液化以产生主LNG流1020。然后将主LNG流1020在减压装置中降压至约8巴并送至汽-液分离器1014，在那里它被分成闪蒸气体流1024和LNG流1022。然后将来自汽-液分离器的LNG流1022在另一个减压装置中降压至约1巴，然后送至汽-液分离器1006，形成产物LNG流1008和另一个闪蒸气体流1026。所得闪蒸气体流1024和1026分别在闪蒸气体热交换器1012和1004中加热，同时冷却和液化辅助天然气流1002和1010。然后将加热的闪蒸气体流压缩至进料压力并在后冷却器中冷却以形成回收的闪蒸气体流1028。
闪蒸气体热交换器1004和1012各自包括暖段(例如热管束，其中热交换器是线圈缠绕的热交换器)和冷段(例如冷管束)。辅助天然气流1002和1010分别在闪蒸气体热交换器1004和1012的温区中冷却。冷却后，从每个闪蒸气体热交换器中取出一小部分(约20％)的每个流(1030和1032)，并与MCHE中的主要天然气流合并。通过去除这些流，闪蒸热交换器的冷却曲线得到改善。辅助天然气流的剩余部分在闪蒸气体热交换器1004和1012的冷段中进一步冷却和液化，在减压装置中减压，然后分别引入汽-液分离器1006和1004。
图4示出了根据本发明的设备的第一示例性实施例，其可以例如用在图1或图2的现有技术布置中代替汽-液分离器120/220；闪蒸气体热交换器130/230，以及相关的管道。该设备包括壳体外壳425，壳体425包围热交换区430和分离区420。因此，本发明有利地将图1/图2的汽-液分离器鼓120/220和闪蒸气体热交换器130/230的功能组合成一个紧凑的容器，同时消除103/203线及其相关的压降。
热交换区430位于分离区420上方并与分离区420流体连通。包围热交换区430的壳体外壳425的部分和包围分离区420的壳体外壳425的部分具有基本相同的直径。分离区420配置成将闪蒸气体与LNG产物分离，并且热交换区430配置成从分离的闪蒸气体中回收制冷。在图4所示的实施例中，分离区420是壳体外壳425的空底部分，并且限定了用于收集LNG的贮槽区421和位于贮槽区421上方和热交换区域430下方用于收集闪蒸气体的顶部空间区422。热交换区430包括至少一个线圈缠绕的管束，其在管束的管内限定管侧432，以及在管束的管的外表面和壳体外壳425的内壁之间的壳侧433。
离开MCHE(未示出)的LNG流400，例如图1/图2的LNG流100或200，在第一减压装置410(例如JT阀)中减压以产生减压LNG流401(在本文中也称为闪蒸的主LNG流)。
在图4的一个实施方案中，辅助天然气进料流405A(例如图1的流105)经由位于热交换区430顶部的第一入口435引入热交换区430，在那里它在热交换区430的管侧432中被冷却并且液化以产生辅助LNG流406A，其通过位于热交换区430底部的第一出口436从热交换区430移除。辅助LNG流406A在第二减压装置470中减小压力以产生闪蒸的辅助LNG流411，其与闪蒸的主LNG流401混合以产生混合的LNG流412。可选择地，辅助LNG流406A可与主LNG流400组合，以形成组合流，然后闪蒸以形成混合LNG流412。
混合的LNG流412经由第二入口423引入分离区420，其中LNG产物与闪蒸气体分离。LNG产物收集在分离区420底部的贮槽区421中，在那里它通过第三出口424作为LNG产物流402从分离区420中移出。收集在顶部空间区422中的分离的闪蒸气体流通过可选的除雾器426以除去夹带的液滴，然后在热交换区430的壳侧433中加热以产生加热的闪蒸气体流404，从而为热交换区430提供冷却负荷。加热的闪蒸气体流404通过位于热交换区顶部的第三出口434从热交换区430中排出，并任选地压缩和冷却以产生压缩的闪蒸气体流，该气流再循环回到天然气进料流中或用于用于燃料气体(未示出)。通过与分离的闪蒸气体的间接热交换冷却和液化热交换区430的管侧432中的辅助天然气进料流405A，可以从分离的闪蒸气体中回收制冷。
在替代实施例中，类似于现有技术的图2，代替冷却和液化辅助天然气进料流405A以加热闪蒸气体流403，热交换区430可替代地用于冷却制冷剂流405B以产生冷却和/或液化的制冷剂406。制冷剂流405B(例如，如关于图2所述的MRV流的一部分205)经由第一入口435引入到热交换区430的管侧432中，在那里其被冷却以提供冷却的制冷剂流406B，其经由第一出口426抽出(并且例如可以如关于图2所述进一步使用)。
图5示出了根据本发明的设备和图4的变型的另一实施例。在该实施例中，包围分离区520的壳体外壳的截面具有比包围热交换区530的壳体外壳的截面更宽的直径。如果热交换区的最佳直径明显小于在分离区中有效气液分离所需的分离区的最小直径，则这种布置可能是优选的。
图6示出了应用于图9的现有技术布置的根据本发明的设备的实施例。在该实施方案中，分离区620包括一个或多个质量传递装置，例如多个板或蒸馏塔盘619(如图所示)。LNG流600(例如图9的LNG流900)在再沸器616中冷却以产生冷却的LNG流613。冷却的LNG流613在可选的涡轮膨胀机614中膨胀，并且通过使气流通过减压装置615进一步降低压力以产生减压LNG流617。减压LNG流617经由位于一个或多个质量传递装置上方的分离区620顶部的第一入口623引入分离区620，并通过可选的分配器618。LNG向下流过分离区620与再沸器615产生的上升蒸汽接触。分离的闪蒸气体流通过任选的除雾器以除去夹带的液滴(未示出)，然后在热交换区630的壳侧633中对着诸如辅助天然气流605A的流体流加热，类似于图9，或者可选择地，对着制冷剂流605B加热，类似于图2，以产生加热的闪蒸气体流604，从而为热交换区630提供冷却负荷。加热的闪蒸气体604通过位于热交换区630顶部的第三出口634从热交换区630中排出，并可用于任何合适的目的，例如，压缩并用于燃料气体(未示出)。
图7示出了根据本发明的设备的实施例，该装置例如可以用在图3的现有技术布置中，代替闪蒸气体热交换器330、汽-液分离器322、低压汽-液分离器320、以及相关的管道。该设备包括包围热交换区730的壳体外壳725、高压分离区722和低压分离区720、由碟形压力容器头721分开的两个分离区。热交换区730包括第一线圈缠绕的管束731A和第二线圈缠绕的管束731B。
LNG流700(例如图3的LNG流300)通过使流通过第一减压装置710而降低压力以产生闪蒸的主LNG流701。
在图7的一个实施例中，辅助天然气进料流705A(例如图3的流305)经由热交换区730顶部的第一入口735引入热交换区730，在那里其在第一管束731A的管侧冷却并且液化以产生辅助LNG流706A，其通过位于热交换区730底部的第一出口736从热交换区730移除。辅助LNG流706A可以降低压力以产生闪蒸的辅助LNG流，其可以与闪蒸的主LNG流701(未示出)混合。可选择地，辅助LNG流706A可以与主LNG流700(未示出)组合。
经闪蒸的主LNG流701经由第二入口723被引入高压分离区722，其中被分离成LNG和浓缩在氦气中的冷闪蒸气体流(执行与图3的高压气液分离器322相同的功能)。冷闪蒸气体通过可选的除雾器726，并经由出口727作为冷闪蒸气体流707被抽出。LNG流713经由出口724，通过经过第二减压装置790减压至中间压力以产生闪蒸的LNG流714。闪蒸的LNG流714经由入口728引入低压分离区720，在那里将其分离成LNG产物流702和分离的闪蒸气体703。
分离的闪蒸气体703通过低压分离区720上升，通过可选的除雾器729并进入热交换区730的壳侧733，在那里它被加热以产生加热的闪蒸气体流704，从而为热交换区730提供冷却负荷。通过位于热交换区顶部的第三出口734将加热的闪蒸气体流704从热交换区730中移出。闪蒸气体流707在第二管束731B的管侧被加热以产生第二加热的闪蒸气体流708。第二加热的闪蒸气体流708经由出口738从热交换区730移除。通过在热交换区730的管侧732中冷却和液化辅助天然气进料流705A，通过与分离的闪蒸气体的间接热交换，可以从分离的闪蒸气体中回收制冷。
在图7的替代实施例中，类似于现有技术的图2，代替冷却和液化辅助天然气进料流705A以加热闪蒸气体流703，热交换区730可替代地用于冷却制冷剂流705B以产生冷却和/或液化的制冷剂706A。制冷剂流705B(例如，如关于图2所述的MRV流的一部分205)经由热交换区730顶部的第一入口735引入热交换区730，在那里其在第一管束731A的管侧冷却并且液化，以提供冷却的制冷剂流706B，其经由第一出口736抽出(并且例如，然后可以如关于图2所述进一步使用)。
图8示出了应用于图10的现有技术布置的本发明设备的另一实施例。根据本发明，图8的设备可以代替图10的汽液分离器1014和1012，或者可替代地替换图10中的闪蒸气体热交换器1006和1004。在图8中，热交换区830包括位于第二(底部)线圈缠绕的管束831B上方的第一(顶部)线圈缠绕的管束831A。
LNG流800(例如图10的LNG流1000)通过穿过第一减压装置810(例如JT阀)而降低压力以产生闪蒸的主LNG流801，其经由第二入口823引入分离区820中，在那里LNG产物与闪蒸气体分离。LNG产物收集在分离区820底部的贮槽区821中，在那里它通过第三出口824作为LNG产物流802从分离区820中移出。收集在顶部空间区822中的分离的闪蒸气体流通过可选的除雾器826，然后在由底部(冷)线圈缠绕的管束831B限定的热交换区830的壳侧加热，随后在由顶部线圈缠绕的管束831A限定的热交换区830的壳侧中加热，以产生加热的闪蒸气体流804，从而为热交换区830提供冷却负荷。加热的闪蒸气体流804在接近环境温度下通过位于热交换区830顶部的出口834撤回。然后可以将加热的闪蒸气体流804送入压缩机，该压缩机将其压缩到工厂燃料所需的压力或进料的压力。
通过在由第一和第二线圈缠绕的管束831A和831B限定的热交换区830的管侧冷却和/或液化辅助天然气进料流805，通过与分离的闪蒸气体的间接热交换，可以从分离的闪蒸气体回收制冷。
辅助天然气进料流805的冷却和/或液化部分808可以任选地经由第四出口838从第一线圈缠绕的管束831A中取出，并且辅助天然气进料流805的剩余部分可以在第二线圈缠绕的管束831B的管侧进一步冷却和/或液化，然后通过位于热交换区830底部的出口836作为辅助LNG流806离开。从第四出口移除部分808的好处与通过去除图10中的流1030和1032的益处相同。
图8还示出了现有技术图10中未示出的替代构造，其中部分加热的闪蒸气体流809经由第四出口837从热交换区830的壳侧移除，而不是从热交换区830的管侧除去部分冷却和/或液化的辅助天然气进料流的一部分。这提供了从辅助天然气进料流805中除去部分808的类似益处。
实施例1
该实施例基于如图4中所描述和描绘的根据本发明的设备的应用，并且在图2的现有技术布置中用于产生1MTPA的LNG装置。使用图4的附图标记，结果显示在表1-3中。
制冷剂流405B(例如，如关于图2所述的MRV流的一部分205)经由第一入口435被引入热交换区430。制冷剂流405B具有接近环境的温度，并且压力约为900PSIA。流速约为1100lbmoles/hr，约占MRV流的4％。制冷剂流405B在热交换区430的管侧432中被冷却和液化。冷却的制冷剂流406B流通过第一出口436在约-245°F的温度下从热交换区430排出。然后将冷却的制冷剂流406B的压力降低至约75PSIA的压力，以产生冷却的制冷剂流，其被引入MCHE的冷侧。
主LNG流400具有约19,000lbmole/hr的流速，并且在使流通过第一减压装置410之前在约-232°F的温度下离开MCHE以产生具有压力约16.5PSIA的闪蒸的主LNG流401。压力的降低导致两相流具有约14％的摩尔蒸气分数。闪蒸的主LNG流401经由第二入口423引入分离区420，在那里将其分离成LNG产物和闪蒸气体。LNG产物收集在贮槽区421中，并经由第三出口424从分离区420中取出。收集在顶部空间区422中的分离的闪蒸气体流通过除雾器426以除去夹带的液滴，然后在热交换区430的壳侧433中加热分离的闪蒸气体以产生加热的闪蒸气体流404，从而为热交换区430提供冷却负荷。在被压缩至约900PSIA的压力前，加热的闪蒸气体流404在约15PSIA的压力下经由第三出口434从热交换区430中抽出，并被回收并与天然气进料流结合。
对于该示例，壳体外壳425具有约5.6英尺的总直径和约70英尺的高度。分离区420的高度约为30英尺。
表1和2显示了作为LNG生产函数的壳体外壳直径的代表性尺寸。该表基于离开MCHE的主LNG流400，温度为-232°F，压力为约810PSIA。在将LNG流的压力降低至约18PSIA(分离区420底部的压力)之后，进入分离区420的混合LNG流412为12％蒸气(摩尔)。
表1
容量，MTPA 最佳束直径，ft 最小分离器直径，ft 组合装置直径，ft
1 5.61 6.24 6.24
2 7.57 8.41 8.41
3 8.93 9.92 9.92
4 10.30 11.44 11.44
5 11.34 12.60 12.60
6 12.46 13.84 13.84
7 13.51 15.01 15.01
8 14.32 15.91 15.91
表2
容量，MTPA 最佳束直径，ft 最小分离器直径，ft 组台装置直径，ft
1 5.61 4.93 5.61
2 7.57 6.65 7.57
3 8.93 7.84 8.93
4 10.30 9.04 10.30
5 11.34 9.96 11.34
6 12.46 10.94 12.46
7 13.51 11.87 13.51
8 14.32 12.58 14.32
壳体外壳直径的确定取决于两个因素。特别是，在分离区420中有效分离和脱离液滴的需要为包围分离区420的壳体外壳设定了最小直径(在表1和2中称为“最小分离器直径”)，同时也是包围热交换区430的壳体外壳的最佳直径(在表1中称为“最佳束直径”，即2)
表1基于没有除雾器的气液分离。对于这个例子，包围热交换区430的壳体外壳的最佳直径比在分离区420中有效分离所需的最小直径小11％。因此，如果不存在除雾器装置，则优选采用具有总直径(在表1和2中称为“组合装置直径”)大于封闭热交换区的壳体外壳的最佳直径的壳体外壳。可选择地，可能需要采用具有可变直径的壳体外壳，用于两个区域，即分离区420的直径大于热交换区域430的直径(如图5所示)。
表2基于使用除雾器的气液分离以捕获上升蒸汽中夹带的液滴，从而允许分离区设计为具有较小的最小直径。在该实例中，使用除雾器将包围分离区420的壳体外壳的所需最小直径减小到低于包围热交换器区430的壳体外壳的最佳直径，允许容器以热交换器区430的最佳直径构建。所示的直径使用本领域技术人员已知的标准热交换器和分离容器设计程序产生。
表3中的数据显示了与图1的现有技术布置相比，本发明在绘图面积，设备数量和压降方面的优点。由于闪蒸罐的操作压力低，压降的降低是显着的益处。在压降降低1psi的情况下，重新压缩闪光所需的功率降低约2％。
表3
Figure BDA0002055680410000221
实施例2
该实施例基于图8中描述和描述的根据本发明的设备的应用，如应用于图10的现有技术布置，用于产生3MTPA的LNG设备。使用图8的附图标记。
LNG流800在-159°F的温度下离开MCHE(相当于图10中的1000)并且压力降低至153PSIA的压力以产生闪蒸的主LNG流801。闪蒸的主LNG流801与辅助LNG流806一起引入分离区820，产生流速为18,000lbmole/h的闪蒸蒸汽流，其为进入分离区820的组合进料的23％。
LNG产物和闪蒸气体在分离区820中分离。LNG产物收集在贮槽区821中，并通过第三出口824从分离区820中取出。通过使分离的闪蒸气体顺序通过由底部线圈缠绕的管束831B(冷段管束)限定的热交换区830的壳侧，分离的闪蒸气体被加热至接近环境温度(78°F)，然后热交换区的壳侧由顶部线圈缠绕的管束831A(暖段管束)限定。底部线圈缠绕的管束831B的直径为7.7英尺，长度为40英尺，顶部线圈缠绕的管束831A的直径为7.7英尺，长度为32英尺。
通过冷却和液化辅助天然气进料流805来加热分离的闪蒸气体，辅助天然气进料流805是工厂总进料的约20％。辅助天然气进料流805的流速为12,000lbmol/hr，压力为约1350PSIA，温度为约85°F。辅助天然气进料流805在顶部线圈缠绕的管束831A中冷却至0°F的温度，并且辅助天然气进料流805的冷却和/或液化部分808具有3600lbmole/hr的流速，其通过出口838取出并送到MCHE(未示出)。辅助天然气进料流805的剩余部分在底部线圈缠绕的管束831B中进一步冷却和/或液化，并经由出口836作为辅助LNG流806在-196°F的温度下取出。辅助LNG流806的压力降低至153PSIA，以提供闪蒸的辅助LNG流811，然后将其与闪蒸的第一主LNG流801组合并引入分离区820，在那里将其分离成LNG产物和闪蒸气体。
可选择地，20％的加热的分离的闪蒸气体流作为流809通过出口837除去。这也将改善闪蒸交换器中的冷却曲线。
对于该实施例，分离区包括除雾器。壳体外壳的直径约为8英尺，并且高度约为165英尺。
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 (14)

1.一种用于产生液化天然气（LNG）产物并用于从闪蒸气体中回收制冷的系统，所述系统包括：
主低温热交换器（MCHE），其用于冷却和液化天然气进料流以产生LNG流；
与MCHE处于流体流动连通的制冷回路，其用于循环主制冷剂并使所述制冷剂的一个或多个冷流通过所述MCHE以提供用于液化天然气流的冷却负荷，所述制冷剂的一个或多个冷流在所述MCHE中通过与所述天然气流的间接热交换来加热；
第一减压装置，其与MCHE处于流体流动连通，用于降低全部或部分LNG流的压力以形成减压的LNG流；
设备，其与所述第一减压装置处于流体流动连通，用于将闪蒸气体从所述减压的LNG流中分离出，并从分离的闪蒸气体中回收制冷以产生LNG产物流和加热的闪蒸气体流，所述设备包括包围热交换区和分离区的壳体外壳，所述热交换区位于所述分离区上方并与所述分离区处于流体流动连通，所述分离区被配置为将所述闪蒸气体与所述LNG产物分离，并且所述热交换区被配置为从分离的闪蒸气体中回收制冷；
其中所述热交换区包括限定所述热交换区的管侧和壳侧的至少一个螺旋缠绕的管束，所述管侧限定通过所述热交换区的用于冷却和/或液化第一流体流的一个或多个通道，以及所述壳侧限定通过所述热交换区的用于加热分离的闪蒸气体的通道；
其中所述分离区被配置为使得在所述分离区中与所述LNG产物分离的闪蒸气体从所述分离区向上流入并通过所述热交换区的壳侧；
并且其中所述壳体外壳具有：
第一入口，其与所述热交换区的管侧处于流体流动连通，用于引入待冷却和/或液化的第一流体流；
第一出口，其与所述热交换区的管侧处于流体流动连通，用于抽出冷却和/或液化的第一流体流；
第二出口，其与所述热交换区的壳侧处于流体流动连通，用于抽出加热的闪蒸气体流；
第二入口，其与所述分离区处于流体流动连通，用于引入含有待分离的闪蒸气体的LNG流；和
第三出口，其与所述分离区处于流体流动连通，用于抽出LNG产物流。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述设备还包括位于所述热交换区和所述分离区之间的除雾器。
3.根据权利要求1所述的系统，其中所述壳体外壳的包围所述热交换区的部分和所述壳体外壳的包围所述分离区的部分具有基本相同的直径。
4.根据权利要求1所述的系统，其中所述壳体外壳的包围所述分离区的部分具有比所述壳体外壳的包围所述热交换区的部分更大的直径。
5.根据权利要求1所述的系统，其中所述分离区包括一个或多个质量传递装置，用于使向下流动的流体与向上升高的蒸气接触，并且其中所述第二入口位于所述质量传递装置中的一个或多个的上方。
6.根据权利要求1所述的系统，其中所述设备还包括再沸器热交换器，用于再沸腾来自所述分离区的底端的一部分LNG，以产生通过所述分离区的向上流动的蒸气。
7.根据权利要求1所述的系统，其中所述分离区是所述壳体外壳的空的部分，其限定用于收集LNG的贮槽区和在所述贮槽区上方且在所述热交换区下方的用于收集闪蒸气体的顶部空间区。
8.根据权利要求1所述的系统，其中所述热交换区包括第一螺旋缠绕的管束，其位于第二螺旋缠绕的管束上方，所述第一螺旋缠绕的管束和第二螺旋缠绕的管束限定所述热交换区的管侧和壳侧，所述管侧限定通过所述热交换区的用于冷却和/或液化第一流体流的一个或多个通道，并且所述壳侧限定通过所述热交换区的用于加热分离的闪蒸气体的通道；
其中由所述第一螺旋缠绕的管束限定的管侧与所述第一入口处于流体流动连通，并限定至少一个通道，用于冷却和/或液化所述第一流体流；
其中所述壳体外壳具有与所述第一螺旋缠绕的管束的管侧处于流体流动连通的第四出口，用于从所述第一螺旋缠绕的管束抽出所述第一流体流的冷却和/或液化部分；和
其中由所述第二螺旋缠绕的管束限定的管侧与所述第一螺旋缠绕的管束的管侧和所述第一出口处于流体流动连通，并且限定至少一个通道，用于进一步冷却和/或液化来自所述第一螺旋缠绕的管束的第一流体流的另一部分。
9.根据权利要求1所述的系统，其中所述壳体外壳具有与所述热交换区的壳侧处于流体流动连通且位于所述第二出口的下方的第四出口，用于在比从所述第二出口抽出的加热的闪蒸气体流更低的温度下抽出部分加热的闪蒸气体流。
10.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一流体流是辅助天然气进料流，其在所述热交换区中冷却和液化以产生辅助LNG流，所述系统被配置为降低所述辅助LNG流的压力，并且所述设备还被配置为接收减压的辅助LNG流，从所述减压的辅助LNG流中分离出闪蒸气体，并从所述分离的闪蒸气体中回收制冷。
11.根据权利要求1所述的系统，其中所述制冷回路与所述设备处于流体流动连通，所述第一流体流是气态制冷剂流，其在所述热交换区中冷却和/或液化，以提供冷却和/或液化的制冷剂流，并且所述制冷回路被配置为将所述气态制冷剂流引入所述设备的第一入口，以从所述设备的第一出口抽出冷却和/或液化的制冷剂流，并使所述冷却和/或液化的制冷剂流通过所述MCHE。
12.一种产生液化天然气（LNG）产物的方法，所述方法采用权利要求1所述的系统，所述方法包括：
使天然气进料流通过MCHE并且在所述MCHE中冷却和液化所述天然气进料流以产生LNG流；
从所述MCHE中抽出LNG流并降低全部或部分LNG流的压力以形成减压的LNG流；
将所述减压的LNG流引入所述设备的分离区，并将闪蒸气体从所述减压的LNG流中分离出，以产生LNG产物流；和
在所述设备的热交换区中从分离的闪蒸气体中回收制冷以产生加热的闪蒸气体流。
13.根据权利要求12所述的方法，其中所述第一流体流是辅助天然气进料流，并且其中步骤（d）包括在所述热交换区中冷却和液化所述辅助天然气进料流以产生辅助LNG流，所述方法还包括降低所述辅助LNG流的压力，并在所述设备的分离区中引入减压的辅助LNG流，以将闪蒸气体从所述减压的辅助LNG流中分离出，并从来自所述减压的辅助LNG流的分离的闪蒸气体中回收制冷。
14.根据权利要求12所述的方法，其中所述第一流体流是制冷剂流，并且其中步骤（d）包括在所述设备的热交换区中冷却和/或液化制冷剂流，以提供冷却和/或液化的制冷剂流，所述方法还包括从所述设备中抽出冷却和/或液化的制冷剂流，并使所述冷却和/或液化的制冷剂流通过所述MCHE。
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