CN110573814A - 用于液化天然气的设备和方法及包括该设备的船 - Google Patents

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Abstract

一种用于使天然气液化的设备(600)，包括：‑第一离心式压缩机(605)，‑分馏装置(110)，‑第二离心式压缩机(610)，‑第一热交换主体(115)，‑第二热交换主体(120)，和‑导向第一压缩机的返回管道(125)，‑第三热交换主体(420)，位于第一交换主体的天然气入口(116)的上游，‑第三离心式压缩机(620)，第一和第三离心式压缩机由单个共同的涡轮机(630)驱动，‑第一压缩机和第三压缩机共同的壳体(635)，‑装置(430)，和‑导向第三交换主体的转移管道(435)。

Description

用于液化天然气的设备和方法及包括该设备的船
技术领域
本发明涉及一种液化天然气的设备，液化天然气的方法和包括该设备的船。本发明尤其适用于天然气的海上或陆上的液化。
背景技术
相比于运输未液化的天然气，液化气体允许以较小的体积输送天然气。
在过去的数十年中，由于规模经济的原因，液化技术专注于大型气体产能。
这样，实施该技术需要非常大的投资并且具有非常高的运输成本(海洋液化和接收设施)。结果是，首先，液化能力的趋势是提高输送的天然气体积，以获得规模经济和使这些项目在经济上更具吸引力。其次，为实施这些技术而进行的投资集中在这种规模上，而液化方法的构建必须是最有效的，以便最大限度地降低后续运营成本。
如今，大规模项目的数量大幅降低，人们对利用天然气或沼气生产小容量的液化天然气重新开始产生兴趣。
实际上，小型天然气、副产品气体和沼气的升级改造是新的机遇，人们和政府日益增强的环境意识或者要接触没有天然气运输和/或配送基础设施的地区的单独消费者的愿望尤其支持这种新机遇。然而，这些机遇太小以至于无法为这些技术适用于大规模生产提供合理理由(传统技术的转换是不恰当的，由于它们过于复杂并且不能用来支持这些技术的经济可行性)，因此，有必要提出新的技术以应对与小规模液化相关的两个主要挑战：
-为了使生产成本降到最小，尽可能地降低投资费用同时保持尽可能高的效率；和
-提高方法的效率以便最小化产品的损失：升级改造的气体体积小，这使得每个分子都很重要。
如今，向海和近岸的天然气资源飞速发展，导致采用适用于海洋环境的技术解决方案，称为“FLNG”(代表“浮动液化天然气”(“Floating Liquefied Natural Gas”))。
特别的，已知几种类型的液化循环：
-级联循环；
-混合冷却剂循环；和
-扩展循环(expansion cycles)。
液化循环基于这些循环或这些循环的组合。这显然是“整体结合式级联型液化(Integral Incorporated Cascade)”流程的实例，即CII(“cascade intégrale incorporée”的缩写)。
在CII系统中：
-将冷却剂混合物压缩，然后分馏成重馏分和轻馏分；
-重馏分用于在第一板式换热器中，在重馏分和天然气进行热交换，使其冷却；
-压缩轻馏分；
-轻馏分用于第二板式换热器中，将重馏分和冷却的天然气进行热交换，以使天然气被液化；和
-然后收集混合物中再加热的两种馏分，并再次供应压缩。
这种系统存在几个缺陷：
-板式换热器对流体的分布非常灵敏，这对海洋应用提出了海洋适用性问题；
-冷却剂混合物含有大量组分，尤其是重质化合物，并且这些化合物在特定的压力和温度条件下的换热器中结晶，并难以预测；和
-该方法具有有限的灵活性(尤其是在操作流速方面)，并且每个压缩装置的生产能力有限。
在CII方法中，冷却剂混合物是氮和烃(甲烷，乙烷，异丁烷，正丁烷，异戊烷和正戊烷)的混合物。在低压下该混合物的部分蒸发可以使天然气冷却和液化，并且使产生的LNG过冷却：
-冷却剂混合物中重馏分(分馏塔顶部的气体)在低压下的蒸发可以提供对天然气进行冷却所必需的负热；和
-轻馏分可以使天然气液化并使LNG过冷却。
在从交换线输出时，冷却剂混合物完全蒸发。
对于CII系统，主要缺陷是：
-CII方法是针对陆上大规模LNG生产而开发的；
-该方法的灵活性不是很好：任何偏离操作/设计点，效率都会显著下降；
-冷却剂混合物包含太多种成份(烃)，使物流和运行情况更加复杂；
-存储增加了设施的重量，这对海上设施至关重要；
-该方法在供应乙烷方面存在困难，这对海上设施造成了很大的困难；
-由于冷却剂混合物中含有的戊烷(异C5(iC5)和正C5(nC5))存在结晶的风险，该方法存在改变设备(变换器)的风险；
-该方法的效率受限于变换器的大小和生产条件；和
-该方法存在与海上设备安装有关的问题(如果分配不正确，则板式换热器的性能显著下降)。
CII方法依赖于使用离心式压缩机的单一压缩线。
离心式压缩机用于压缩气体，结果是提高其压力。离心式压缩机配有围绕由涡轮机或电动机驱动的轴转动的轮子。这些旋转轮使得气体中包含的动能转化为势能，以增加其压力。
由于轮子能够实现的可能的压力增加是有限的，因此必须增加它们的数量以便实现期望的排出压力。
这些轮子包含在称为“套管”的主体中。一个套管可以包含八个到最多十个轮子；数量越大，压缩机就越可能出现稳定性问题。
压缩是液化方法的核心。实际上，在压缩机上获得的每个额外的效率点，均会增加生产的液化天然气。
此外，压缩机组是液化单元中的资本密集(capital-intensive)型组件。
提高离心式压缩机的效率导致投资增加。相反，降低投资导致解决方案效率降低和/或灵活性显著降低。
压缩机的经济价值直接与套管的数量相关。实际上，套管数量越多，投资越高，但操作灵活性越大。相反地，套管数量降低，导致操作灵活性减小，有时伴随着效率的损失。
因此，本发明的挑战在于在效率和投资之间提供更好的方案，以便在尽可能宽的操作范围内保持令人满意的性能水平。
CII方法的压缩机组包括低压和中压部分和高压压缩部分。压缩步骤被组合在一个、两个或三个套管中。
低压和中压部分可以在冷却剂混合物从低温交换线输出时以低压压缩冷却剂混合物。
高压部分可以压缩冷却剂混合物的轻馏分，这可以为液化和液化天然气的过冷提供所需的负热。
通过同一轴驱动压缩机组中的低压和高压部分，导致这些部分的涡轮机之间具有单一的旋转速度。该旋转速度可以通过使用相对于单轴的旋转速度之间的倍增机构来区分。然而，在有或没有倍增机构的情况下，旋转速度必须是成比例的或者相同的，基于该情况，这使得压缩机组在进入每个部分的流速不同或成比例时不灵活。这可能造成机械稳定性问题。
此外，在高压部分观察到效率大幅下降，当希望将两部分包括在一个套管时甚至更显著。
最后，这种配置不是很灵活，这限制了能够解决的机会领域：如果偏离设备尺寸的操作点(天然气和精确的生产条件)，可以观察到效率下降，这可能是显著的，并且，可能存在机械稳定性问题，这导致更频繁的维护。
目前的CII系统存在以下缺点：
-压缩机组的低压部分和高压部分之间的流速变化导致这两个部分之间不平衡，这可能导致在关闭和启动阶段期间的机械不稳定性问题；
-在低压部分和高压部分之间观察到效率显著下降；和
-压缩机组在流速范围和构成方面的灵活性有限。
例如，文献US 6347532、US 2015/152884、US 2011/259045、US 6023942和US4755200中的描述是已知的。然而，这些文献都没能使设备紧凑，并且，它们的组合会导致压缩冷却剂混合物的轴出现机械稳定性问题。
发明内容
本发明的目的在于克服部分或全部的上述缺陷。
为了这个目的，根据第一方面，本发明涉及一种用于使天然气液化的设备，包括：
-用于第一汽化冷却剂化学混合物的第一离心式压缩机，
-用于将压缩的混合物分馏为重馏分和轻馏分的装置，
-轻馏分的第二离心式压缩机，
-用于交换第一混合物的重馏分和天然气之间的热量以至少冷却天然气的第一主体，
-用于交换第一混合物的压缩的轻馏分和在第一交换主体中冷却的天然气之间的热量以使天然气液化的第二主体，和
-使在热交换主体中汽化的第一冷却剂混合物返回至第一压缩机的管道，
其包括：
-在第一交换主体中的天然气入口的上游，用于交换天然气和第二冷却剂化合物之间的热量的第三主体，
-第二汽化化合物的第三离心式压缩机，第一和第三离心式压缩机由单个共同的涡轮机驱动，
-第一压缩机和第三压缩机共同的壳体，
-用于冷却第二压缩化合物的装置，
-将第二冷却化合物转移至第三交换主体的管道，
-第四离心式压缩机，用于第一混合物的轻馏分，位于第二压缩机和第二交换主体之间，第二和第四离心式压缩机通过单个共同的涡轮机来驱动，
-第二压缩机和第四压缩机共同的壳体。
这些设置能够：
-显著降低设备的制造成本；
-设备就组成和流速而言具有更大的操作范围；
-设备在压缩工段之间具有更好的平衡；和
-由设备实施的方法更加平稳，允许更加频繁的停机和启动。
此外，使用两个单独的交换主体能够使每个所述交换主体中发生的热交换得到更好的控制。最后，使用四个压缩机使得整个热交换线的压缩更加平衡，以使每个压缩工段的效率最大化。
在一些实施方式中，驱动第一和第三压缩机的涡轮机和驱动第二和第四压缩机的涡轮机是机械连接的。
在一些实施方式中，涡轮机是结合在一起的。
这些实施方式能够减小设备的尺寸。
在一些实施方式中，作为本发明主题的设备包括：
-分离器，用于分离压缩轻相的气体馏分和液体馏分，第四压缩机压缩分离的气体馏分；
-调节器，用于第二交换主体中加热的轻相的液体馏分；
-第四压缩机的涡轮机，由膨胀能量驱动。
在一些实施方式中，第二化合物包括纯物质，该纯物质包括氮气、丙烷和/或氨气。
使用这种组合物形成第二化合物，可以在该天然气进入由第一和第二交换主体形成的交换线之前冷却天然气。这种预冷却可以简化/限制所使用的第一冷却混合物中成分的数量，这也可以减小天然气和第一冷却混合物之间的交换表面的尺寸。
在一些实施方式中，第一冷却混合物包括氮气和甲烷以及以下至少一种化合物：
-乙烯；
-乙烷；
-丙烷；和/或
-丁烷。
使用这种混合物可以使用于液化天然气的系统的能量供应最小化。
实际上，在目前实施的CII系统中，在第一冷却剂混合物中使用重质化合物，这些化合物具有在进入第一压缩机之前确保第一混合物汽化的优点。
然而，根据这些化合物的含量和可能暂时被超出的特定操作条件，这些重质化合物具有在交换器的最冷部分中结晶的缺点。迄今为止，还没有明确的通用限制可以确定何时发生结晶，这导致不确定性和损坏风险。然而，尽管存在这种缺点，但是目前青睐于采用气态输入第一压缩机的本领域技术人员仍使用这种类型的化合物。
在一些实施方式中，作为本发明主题的设备包括：
-液化天然气的调节器，
-调节器中气体膨胀期间产生的蒸发气体的收集器，和
-在第二交换主体的入口注入蒸发气体的管道。
在一些实施方式中，冷却第二化合物的装置包括第二化合物的出口，该设备在所述出口和第三交换主体之间包括回路，用于采用第一交换主体内的第一混合物的重馏分冷却第二化合物。
这些实施方式可以冷却由第一和第二交换器形成的级联交换器中的第二化合物。
在一些实施方式中，第一交换主体和/或第二交换主体是线圈交换器。
在一些实施方式中，冷却第二化合物的装置是第二化合物和水之间的热交换器。
根据第二方面，本发明涉及使天然气液化的方法，包括：
-离心压缩第一汽化冷却剂化学混合物的第一离心压缩步骤，
-将压缩混合物分馏成重馏分和轻馏分的步骤，
-离心压缩轻馏分的第二离心压缩步骤，
-在第一混合物的重馏分和天然气之间进行以至少冷却天然气的第一热交换步骤，
-在第一混合物的轻馏分和第一交换主体中的冷却天然气之间进行以使天然气液化的第二热交换步骤，
-使在热交换步骤中汽化的第一冷却剂混合物返回到第一压缩步骤的步骤，
其包括：
-将天然气输入第一交换步骤之前，在天然气和第二冷却剂化合物之间进行的第三热交换步骤，
-离心压缩第二汽化化合物的第三离心压缩步骤，第一和第三离心压缩步骤由单一共同的涡轮机来驱动，
-第一和第三压缩步骤在共同的壳体中实施，
-第三交换步骤中压缩的第二化合物的冷却步骤，
-将第二冷却化合物转移至第三交换步骤的步骤，
-第一混合物的轻馏分的第四离心压缩步骤，在第二压缩步骤和第二交换步骤之间，第二和第四离心压缩步骤由单一共同的涡轮机驱动，和
-在共同的壳体中实施的第一和第三压缩步骤。
由于作为本发明主题的方法的特定目的、优点和特征与作为本发明主题的设备是相似的，因此这里不再重复。
附图说明
本发明的其他优点，目的和特定特征将从以下对作为本发明主题的装置、船和方法的至少一个特定实施方式的非限制性描述变得显而易见，参考附图，其中：
-图1示意性地表示作为本发明主题的设备的第一种特定实施方式；
-图2示意性地表示作为本发明主题的船的一种特定实施方式；
-图3示意性地并以逻辑图的形式表示作为本发明主题的方法的第一特定系列步骤；
-图4示意性地表示作为本发明主题的设备的第二种特定实施方式；
-图5示意性地并以逻辑图的形式表示作为本发明主题的方法的第二特定系列步骤；
-图6示意性地表示作为本发明主题的设备的第三种特定实施方式；
-图7示意性地表示作为本发明主题的设备的压缩机的一种特定实施方式；和
-图8示意性地并以逻辑图的形式表示作为本发明主题的方法的第三特定系列步骤。
具体实施方式
本说明书以非限制性方式给出，一种实施方式的每个特征能够以有利的方式与任何其他实施方式的任何其他特征组合。
请注意附图不是按比例的。
图1，不是按比例的，示出了作为本发明主题设备100的实施方式的示意图。该设备100用于液化天然气，包括：
-压缩机105，用于第一汽化冷却剂化学混合物，
-装置110，用于将压缩的混合物分馏为重馏分和轻馏分，
-第一主体115，用于交换第一混合物的重馏分和天然气之间的热量，以至少冷却天然气，
-第二主体120，用于交换第一混合物的轻馏分和在第一交换主体冷却的天然气之间的热量，以液化天然气，和
-管道125，用于使在热交换主体中汽化的第一冷却剂混合物返回至压缩机105，
其包括：
-第三主体130或135，在第一交换主体115中的天然气入口116的上游或者第二交换主体120的液化天然气出口121的下游，用于交换天然气和第二冷却剂化合物之间的热量，和
-装置140或145，用于压缩第二汽化化合物。
压缩机105例如是离心式压缩机，其配备有围绕由涡轮机或电动机驱动的轴旋转的轮子。这种旋转的轮子使得包含在气体中的动能转换为势能，以增加所述气体的压力。为了增加所进行的压缩，轮子的数量被增加以实现规定的排出压力。
压缩机105的输入压力例如为绝对值至少约2巴。压缩机105中产生的压缩比例如为2和6之间。
这种压缩机105例如配置成压缩第一冷却剂混合物，该第一冷却剂混合物包括氮气、甲烷和以下至少一种化合物：
-乙烯；
-乙烷；
-丙烷；和/或
-丁烷。
第一化合物的组成根据设备中待被液化的天然气的成分进行调整。这种调整是根据由第一交换主体112和第二交换主体120形成的交换线的气体成分的蒸汽特性曲线(即压力/温度平衡)来实施的。
使用丙烷的目的是平衡第一混合物中的重质化合物和轻质化合物之间的挥发性差异。
这种压缩机105包括汽化的冷却剂混合物的进口(未编号)和压缩的冷却剂混合物的出口(未编号)。
压缩的冷却剂混合物优选在第五热交换器106中冷却。热交换器106例如是冷源为空气或水的管状交换器。冷源的温度越低，该方法就越有效。优选的，最高冷却温度等于空气或水的温度加上15摄氏度。
冷却剂混合物，优选在第五热交换器106中冷却，被供应至分馏装置110。分馏装置110例如是分馏塔。
输入分馏塔的流体是两相的，一部分为气态的，一部分为液态的。气态的馏分在塔中流动并从塔顶流出，液态的馏分从底部流出。
分馏装置110包括：
-被压缩的冷却剂混合物的入口(未编号)；
-冷却剂混合物的轻馏分的出口(未编号)，位于分馏装置110的底部；和
-冷却剂混合物的重馏分的出口(未编号)，相对于轻馏分的出口位于分馏装置110的顶部。
优选的，从分馏装置110离开的轻馏分进入第一交换主体115，并且被通过第一交换主体115的重馏分冷却。根据操作条件，轻馏分也可以作为天然气从第一交换主体115的入口116进入时发生的热交换的冷源。
在一些优选的变型中，分馏装置110还包括一部分轻馏分回流的入口，并且该部分轻馏分例如在回流罐111中收集。
因此，分馏装置110优选的包括填料，可以改善气流和来自回流罐111的液体馏分之间的质量传递，其吸收气态馏分中最重的化合物，可以在头部获得富含氮气和甲烷的气流。
分馏装置110优选配有啮合(meshing)，以限制气态馏分中携带的液滴。
回流罐111与分馏装置110的轻馏分出口相连，在第一主体115中进行或不进行中间交换，并且以类似的操作将轻馏分从重馏分残留物中分离，其中重馏分残留物由轻馏分意外地从分馏装置110中输出。
回流罐111优选配有啮合，以限制气态馏分中携带的液滴。
优选地，采用第二压缩机112来压缩离开分馏装置110或回流罐111(当该回流罐111存在时)的轻馏分。
第二压缩机112例如是离心式压缩机。这种离心式压缩机优选由在压缩机105的位置处使用涡轮机驱动，当压缩机105是离心式压缩机时。
第二压缩机112输出的压力绝对值例如约40巴，压缩比优选在2和4之间。
不管第二压缩机112中进行或不进行压缩，轻馏分优选在第六热交换器113中冷却。
热交换器113例如是冷源为空气或水的管式换热器。冷源的温度越低，冷却效率越高。优选的，最高冷却温度等于空气或水的温度加上15摄氏度。产生的流体供给冷却天然气所需的冷或负热。
无论是否在第二压缩机112中进行压缩，也无论是否在第六交换器113中进行冷却，轻馏分被输送至第一热交换器115中。
第一热交换器115例如是线圈交换器，轻馏分在其中作为冷源，天然气作为热源。优选的，第一热交换器115和第二热交换器120由单个线圈交换器组成。
天然气通过入口116进入第一热交换器115。
与第一交换主体115中的天然气进行热交换过程中汽化的轻馏分优选被输入转鼓(drum)114，转鼓114配置为将轻馏分分成两部分，其中一部分比另一部分重。
优选的，设备100包括转鼓114上游的阀门136。例如，该阀门使第一混合物的气态部分膨胀约20至25巴。
轻馏分的两部分被输送到第二交换主体120，轻馏分在第一热交换主体115中预先冷却的天然气进行热交换过程中作为冷源。
当设备100使用转鼓114时，轻馏分的重质部分穿过第二交换主体120后，在膨胀器118中膨胀，然后通过回流管125输送到压缩机105中。
膨胀器118替代阀门123或与阀门123并联。
在一些变型中，在膨胀器118和压缩机105之间，轻馏分的重质部分被压缩，再次注入到第二交换主体120中。
轻馏分中的轻质部分通过回流管125输送至压缩机105。
在一些变型中，轻馏分的轻质部分在离开第二交换主体120时，在阀122中膨胀，并且在被引导至压缩机105之前，被重新注入该第二交换主体120中。
例如，根据下游回路的压降，阀122产生膨胀达到约4至5巴的压力。
离开分馏装置110的冷却剂混合物的重质部分被输送至第一交换主体115中，并在与天然气发生的交换过程中作为冷源。
在一些变型中，设备100包括与阀122并联的膨胀器127。
优选的，设备100包括膨胀器127，并且不包括阀122。
在一些变型中，在调节器119中膨胀之后，在被送至压缩机105之前，重馏分离开第一交换主体115并被重新注入至第一交换主体115中。
例如，根据第一交换主体115的压降，调节器119产生膨胀达到约4至5巴的压力。
在一些变型中，回流管125包括位于第一交换主体115和压缩机105之间的转鼓126。
所述转鼓126可以确保在输入到第一压缩机105时，第一冷却剂混合物仅为气态。
优选的，转鼓126配有啮合，以限制气态馏分携带液滴。
优选的，设备100包括将转鼓126的一部分连接到分馏装置110的管道，用于接收第一混合物的液体部分。优选的，所述管道配备有泵。优选的，该泵根据转鼓126的一部分收集的液体水平由传感器来驱动，以便接收第一混合物的液体部分。
这样，可以理解，由于两个连续的冷却步骤，天然气被液化。第一步骤在第一交换主体115中进行，第二步骤在第二交换主体120中进行。
天然气在第一主体115和第二主体120中循环，优选以与第一冷却剂混合物逆流的方式循环。
被冷却的天然气优选以大约-30℃的温度离开第一主体115。然后，被冷却的天然气优选输送至分馏工段(未示出)以从气态馏分中分离出任何冷凝物。气态馏分输送至第二主体120以被液化。
除了上述两步外，本发明在前两步骤的之前或之后增加了第三冷却步骤。
在第一种情况下，第三交换主体130位于第一交换主体115中的天然气入口116的上游。第三交换主体130例如是管状交换器，其使用第二冷却剂化合物作为冷源，并且作为热源的天然气进入设备100已便被液化。
第二化合物例如是由氮气、丙烷和/或氨或者氮气和丙烷的混合物组成的纯物质。
优选的，当使用氨时，氨被单独使用。
在第二种情况下，第三交换主体135位于第二交换主体120的液化天然气出口121的下游。第三交换主体135例如是管状交换器，其使用第二冷却剂化合物作为冷源，并且，作为热源，从设备100排出的液化的天然气被储存或使用。以这种方式液化的天然气可以在储存之前通过调节器(未示出)膨胀至大气压。在液化天然气的存储中收集的蒸发气体称为“BOG”(代表“蒸发气体”)，可以在气态馏分离开分馏工段的位置再次注入设备100，分馏工段位于第一交换主体115和第二交换主体120之间。
这里的第二冷却剂化合物例如是液氮。
在第三主体130或135的下游，设备100包括装置140或145，用于压缩第二化合物。
压缩机140或145例如是离心式压缩机。
在一些优选的实施方式中，设备100兼备上游的冷却步骤和下游的冷却步骤。
在这些实施方式中，第三交换主体130被指定为位于第一交换主体115上游的交换主体，并且第四交换主体135被指定为位于第二交换主体120下游的交换主体。第二冷却剂化合物被指定为在第三主体130中使用的冷却剂混合物，并且，第三冷却剂混合物被指定为在第四交换主体中使用的冷却剂混合物。
在一些实施方式中，设备100包括：
-装置150，用于冷却在压缩装置140中被压缩的第二化合物；和
-管道155，用于将第二压缩化合物输送至第三交换主体130。
冷却装置150例如是在与第三交换主体130中的天然气进行热交换期间汽化的第二化合物与空气或水之间的热交换器。
在一些实施方式中，如图1所示，在冷却第二化合物的装置150的第二化合物的出口131和第三交换主体130之间，设备100包括回路170，用于在第一交换主体115内用第一混合物的重馏分冷却第二化合物。
可以通过将第二冷却化合物输入第一交换主体115来实现冷却回路170，第二冷却化合物作为相对于重馏分和任何轻馏分的热源穿过第一交换主体115。第二汽化化合物可同时作为相对于由天然气入口116输入至第一主体115的天然气的冷源。
在一些变型中，第二汽化化合物离开第一主体115，在调节器124中膨胀，然后重新注入第一主体115或第二主体120。
根据上游管道的压降，第二化合物可以膨胀至3至4巴的压力。
冷却回路170的目的是促进冷却装置150中发生的冷却。
在一些实施方式中，如图1所示，冷却回路170的一部分被配置为通过与第二交换主体120中的第一混合物的轻馏分进行热交换来冷却第二化合物。
在这些实施方式中，通过在第一交换主体115热交换冷却的第二化合物被注入第二交换主体120。然后，第二汽化化合物作为相对于第一冷却剂混合物轻馏分的热源通过第二交换主体120。同时，第二汽化化合物可以作为相对于输入第二交换主体120的天然气的冷源。
在一些实施方式中，设备100包括：
-装置160，用于冷却压缩氮气；和
-线路165，用于将冷却的氮气输送到第四交换主体135。
冷却装置160例如为压缩的第三混合物和空气或水之间的交换器。
天然气可以在第三交换主体130之前进行预处理。
所述实施方式中使用的压缩机和压缩装置105、112和140可以被图6示出的压缩机605、610和620代替，它们的功能相似。
图2，不是按比例的，示出了作为本发明主题的船200的实施方式的示意图。所述船200包括：
-设备100，用于如图1所示的液化天然气，
-设备400，用于如图4所示的液化天然气，或
-设备600，用于如图6所示的液化天然气。
图3以示意图和逻辑图的形式示出了作为本发明主题的方法300的特定系列步骤。该液化天然气的方法300包括：
-步骤305，压缩第一汽化冷却剂化学混合物，
-步骤310，将压缩混合物分馏成重馏分和轻馏分，
-第一热交换步骤315，在第一混合物的重馏分和天然气之间进行热交换以至少冷却天然气，
-第二热交换步骤320，在第一混合物的轻馏分和第一交换步骤中冷却的天然气之间进行热交换以液化天然气，和
-步骤325，使在热交换主体中汽化的第一冷却剂混合物返回到压缩机步骤，
其包括：
-在输入第一热交换步骤的天然气之前或者在从第二热交换步骤输出液化天然气之后，在天然气和第二冷却剂化合物之间进行的第三热交换步骤330，和
-步骤335，压缩第二汽化化合物。
该方法300例如通过利用如图1所示的设备100来实施。可以理解，设备100的所有变型、所有实施例和所有实施方式可以根据方法300的步骤进行调换。
图4，不是按比例的，示出了作为本发明主题的设备400的一种实施方式的示意图。用于液化天然气的设备400包括：
-压缩机105，用于第一汽化冷却剂化学混合物，
-装置110，用于将压缩混合物分馏成重馏分和轻馏分，
-第一主体115，用于在第一混合物的重馏分和天然气之间进行热交换，以便至少冷却天然气，
-第二主体120，用于在第一混合物的轻馏分和第一交换主体中冷却的天然气之间进行热交换，以液化天然气，和
-管道125，用于使在热交换主体中汽化的第一冷却剂混合物返回到压缩机，和
其包括：
-调节器405，用于液化天然气，
-收集器410，用于收集在调节器405中的气体膨胀期间产生的蒸发气体，和
-管道415，用于在第二交换主体的入口注入蒸发气体。
在图4中，与第一冷却剂混合物相关的各种装置与图1或图6中示出的装置相同，包括参考图1和图6的示出的特定变型和实施方式。这些装置是：
-压缩机105，
-交换器106，
-分馏装置110，
-回流罐111，
-压缩机112，
-交换器113，
-转鼓114，
-第一交换主体115，
-天然气入口116，
-膨胀器118，
-调节器119，
-第二交换主体120，
-第二交换主体120的液化天然气的出口121，
-调节器122，
-膨胀器126，
-回流管125，
-转鼓126，和
-阀门136。
以这种方式，可以理解，由于两个连续的冷却步骤，天然气被液化。第一步骤在第一交换主体115中进行，第二步骤在第二交换主体120中进行。
在这两个步骤之间，即在第一主体115的冷却天然气的出口(未编号)和冷却天然气进入第二主体120的入口(未编号)之间，设备400优选包括分馏工段，该分馏工段被配置用于从气流中去除冷凝物。
通过出口121离开第二主体120的液化天然气穿过调节器405，调节器405配置成将液化天然气膨胀至大气压。
调节器405例如是利用焦耳-汤姆逊效应(Joule-Thomson effect)的阀。
这种膨胀导致蒸发气体的出现，即BOG。
以这种方式产生的BOG被收集在收集器410中，并经由管道415在第二交换主体120的入口注入。所述注入可以发生在分馏工段(如果存在该工段)的上游，内部或下游。
收集器例如是气/液分离器转鼓410，其配有啮合以限制气态馏分携带液滴。
优选地，管道415配备有压缩机416，压缩机416压缩离开收集器410的气态馏分。
在一些实施方式中，例如图4中所示，第三交换主体420位于第一交换主体115中的天然气入口116的上游。所述第三交换主体420例如是管状交换器，其使用第二冷却剂化合物作为冷源，作为热源的天然气进入设备400以便被液化。
因此，设备400包括在第三交换主体420下游的第二汽化化合物的压缩机425。所述压缩机425例如是离心式压缩机。
第二化合物，例如是由氮气、丙烷和/或氨气或者氮气和丙烷的混合物组成的纯物质。
在一些实施方式中，设备400包括：
-装置430，用于冷却第二压缩化合物，和
-管道435，用于将第二冷却化合物转移到第三交换主体420。
冷却装置430例如是第二压缩化合物与水或乙二醇水之间的交换器。
在一些实施方式中，如图4所示，在用于冷却第二化合物的装置430的第二化合物出口421和第三交换主体420之间，设备400包括回路440，用于在第一交换主体115内用第一混合物的重馏分冷却第二化合物。
可以通过将第二冷却化合物输入第一交换主体115来实现冷却回路440，第二冷却化合物作为相对于重馏分和任何轻馏分的热源穿过第一交换主体115。同时，第二冷却化合物可作为相对于由天然气入口116输入至第一主体115的天然气的冷源。
在一些变型中，第二汽化化合物离开第一主体115，在调节器424中膨胀，然后再注入第一主体115或第二主体120。
例如，在从调节器424输出时，第二化合物膨胀至3至4巴的压力。
所述冷却回路440的目的是促进冷却装置430中发生的冷却。
如图1所示，所述回路440在第二交换主体120中还可以包括第二部分。
在一些特定实施方式中，第一冷却混合物包含氮气和甲烷以及下面的至少一种化合物：
-乙烯；
-乙烷；
-丙烷；和/或
-丁烷。
图5示意性地示出了作为本发明主题的方法500的特定实施方式。用于液化天然气的方法500包括：
-步骤505，压缩第一汽化冷却剂化学混合物，
-步骤510，将压缩混合物分馏成重馏分和轻馏分，
-第一热交换步骤515，在第一混合物的重馏分和天然气之间进行的热交换以至少冷却天然气，
-第二热交换步骤520，在第一混合物的轻馏分和第一热交换步骤冷却的天然气之间进行的热交换以液化天然气，和
-步骤525，使热交换主体中汽化的第一冷却剂混合物返回到压缩机步骤，
包括：
-步骤530，膨胀液化天然气，
-步骤535，收集膨胀步骤中产生的蒸发气体，和
-步骤540，将蒸发气体注入第二交换主体，
该方法500例如通过利用如图4所示的设备400来实施。可以理解，设备400的所有变型、所有实施例和所有实施方式可以根据方法500内的步骤进行调换。
图6和7示意性地示出了作为本发明主题的设备600的特定实施方式。用于液化天然气的设备600包括：
-第一离心式压缩机605，用于第一汽化冷却剂化学混合物；
-装置110，用于将压缩混合物分馏成重馏分和轻馏分；
-轻馏分的第二离心式压缩机610，
-第一主体115，用于在第一混合物的重馏分和天然气之间进行热交换，以便至少冷却天然气，
-第二主体120，用于在第一混合物的压缩轻馏分和在第一交换主体中冷却的天然气之间进行热交换，以液化天然气，和
-管道125，用于使热交换主体中汽化的第一冷却剂混合物返回到第一压缩机，
包括：
-第三主体420，位于第一交换主体的天然气入口116的上游，用于在天然气和第二冷却剂化合物之间进行热交换；
-第三离心式压缩机620，用于压缩第二汽化化合物，第一和第三离心式压缩机由单个共同的涡轮机630驱动，
-第一压缩机和第三压缩机共同的壳体635，
-装置430，用于冷却第二压缩化合物，和
-管道435，用于将第二冷却化合物转移到第三交换主体420。
术语“壳体(casing)”是指包括至少一个压缩机的外壳(housing)。每个压缩机包括一个或多个轮子。
在所述图6中：
-交换器106，
-分馏装置110，
-回流罐111，
-交换器113，
-第一交换主体115，
-天然气入口116，
-调节器119，
-第二交换主体120，
-第二交换主体120的液化天然气的出口121，
-调节器122，
-膨胀器127，
-回流管125，
-转鼓126，
-阀门136，
-第三交换主体420，
-输送管道435，
-第四交换主体430，
-第二冷却剂化合物的出口421，
-冷却回路400，
-调节器424，
-调节器405，
-收集器410，和
-注入管道415
与图1或图4描述的相应装置相同，包括图1和4描述的特定变型和实施方式。
第三压缩机620对应于图1示出的第三压缩机140。然而，所述第三压缩机620由驱动第一压缩机605的涡轮机来驱动。第一压缩机对应于图1示出的第一压缩机105。
第四压缩机615被配置成用于提高第一冷却剂混合物轻馏分的轻质部分的压力。所述第四压缩机与第二压缩机610共用单涡轮机，所述第二压缩机610对应于图1示出的第二压缩机112。
在一些优选的实施方式中，如图6和图7所示，驱动第一和第三压缩机605和620的涡轮机630与驱动第二和第四压缩机610和615的涡轮机640是机械连接的。
可以通过本领域技术人员已知的任何类型的旋转轴连接来实现上述连接。
在一些优选的实施方式中，如图6和图7所示，涡轮机630和640是结合在一起的。
在一些优选的实施方式中，如图6和图7所示，本发明主题的所述设备600包括：
-第四离心式压缩机615，用于第一混合物的轻馏分，位于第二压缩机610和第二交换主体120之间，第二和第四离心式压缩机通过共用的单涡轮机640来驱动，和
-第二压缩机和第四压缩机共用的壳体645。
在一些优选的实施方式中，如图6所示，本发明主题的设备600包括：
-分离器650，用于分离压缩轻相的气体馏分和液体馏分，第四压缩机615压缩分离的气体馏分，
-调节器625，用于在第二交换主体加热的轻相的液体馏分，
-第四压缩机的涡轮机640，由膨胀能量驱动。
分离器650例如与图1示出的回流罐114相似。调节器625例如与图1示出的膨胀器118相似。
在一些优选的实施方式中，如图6所示，第二化合物包括氮气、丙烷和/或氨气。
在一些优选的实施方式中，如图6所示，第一冷却混合物包括氮气和甲烷和至少以下一种化合物：
-乙烯；
-乙烷；
-丙烷；和/或
-丁烷。
在一些优选的实施方式中，如图6所示，设备600包括：
-液化天然气的调节器405；
-调节器中的气体膨胀期间产生的蒸发气体的收集器410；
-在第二交换主体的入口注入蒸发气体的管道415。
在一些优选的实施方式中，如图6所示，设备600在冷却装置430的第二化合物出口421和第三交换主体420之间包括回路440，回路440用于采用第一交换主体115中第一混合物的重馏分来冷却第二化合物。
在一些优选的实施方式中，如图6所述，第一交换主体115和/或第二交换主体120是线圈交换器。
在一些优选的实施方式中，如图6所示，用于冷却第二化合物的装置430是第二化合物和水之间的热交换器。
图8示意性地示出了作为本发明主题的方法700的特定实施方式。所述方法700用于液化天然气，包括：
-第一离心压缩步骤705，离心压缩汽化冷却剂化学混合物，
-步骤710，将压缩混合物分馏成重馏分和轻馏分，
-第二离心压缩步骤715，离心压缩轻馏分，
-第一热交换步骤720，在第一混合物的重馏分与天然气之间进行热交换以至少冷却天然气，
-第二热交换步骤725，在第一混合物的轻质馏分和第一交换主体中的冷却天然气之间进行热交换以液化天然气，和
-步骤730，使热交换步骤汽化的第一冷却剂混合物返回到第一离心压缩步骤，
包括：
-在将天然气输入第一交换步骤的步骤735的上游，在天然气和第二冷却剂化合物之间进行的第三热交换步骤740，
-第二汽化化合物的第三离心压缩步骤745，第一和第三离心压缩步骤由共同的单个涡轮机驱动，
-在共同的壳体中进行的第一和第三压缩步骤，
-步骤750，冷却第三交换步骤中压缩的第二化合物，
-步骤755，将第二冷却化合物转移至第三交换步骤，
-第四离心压缩步骤760，在第二压缩步骤和第二交换步骤之间，用于离心压缩第一混合物的轻馏分，第二和第四离心压缩步骤由单一共同的涡轮机来驱动，和
-第一和第三压缩步骤在共同的壳体中进行。
所述方法700例如通过利用如图6和7所述的设备600来实现。可以理解，设备600的所有变型、所有实施例和所有实施方式也可以根据方法700内的步骤进行调换。

Claims (11)

1.一种用于使天然气液化的设备(600)，包括：
-第一离心式压缩机(605)，用于第一汽化冷却剂化学混合物；
-装置(110)，用于将压缩混合物分馏成重馏分和轻馏分；
-轻馏分的第二离心式压缩机(610)，
-第一主体(115)，用于在第一混合物的重馏分和天然气之间进行热交换，以便至少冷却天然气，
-第二主体(120)，用于在第一混合物的压缩轻馏分和在第一交换主体中冷却的天然气之间进行热交换，以液化天然气，和
-管道(125)，用于使热交换主体中汽化的第一冷却剂混合物返回到第一压缩机，
其特征在于，包括：
-第三主体(420)，位于第一交换主体的天然气入口(116)的上游，用于在天然气和第二冷却剂化合物之间进行热交换；
-第三离心式压缩机(620)，用于压缩第二汽化化合物，第一和第三离心式压缩机由单个共同的涡轮机(630)驱动，
-第一压缩机和第三压缩机共同的壳体(635)，
-装置(430)，用于冷却第二压缩化合物，
-管道(435)，用于将第二冷却化合物转移到第三交换主体(420)，
-第四离心式压缩机(615)，用于第一混合物的轻馏分，位于第二压缩机(610)和第二交换主体(120)之间，第二和第四离心式压缩机通过单个共用的涡轮机(640)来驱动，和
-第二压缩机和第四压缩机共用的壳体(645)。
2.根据权利要求1所述的设备(600)，其中，驱动第一和第三压缩机(605,620)的涡轮机(630)和驱动第二和第四压缩机(610,615)的涡轮机(640)是机械连接的。
3.根据权利要求2所述的设备(600)，其中，涡轮机(630，640)是结合在一起的。
4.根据权利要求1至3任一项所述的设备(600)，其特征在于，包括：
-分离器(650)，用于分离压缩轻相的气体馏分和液体馏分，第四压缩机(615)压缩分离的气体馏分，
-在第二交换主体加热的轻相的液体馏分的调节器(625)，
-第四压缩机的涡轮机(640)，由膨胀能量驱动。
5.根据权利要求1至4任一项所述的设备(600)，其中，所述第二化合物包括纯物质，所述纯物质包括氮气、丙烷和/或氨气。
6.根据权利要求1至5任一项所述的设备(600)，其中，所述第一冷却混合物包括氮气和甲烷以及以下至少一种化合物：
-乙烯；
-乙烷；
-丙烷；和/或
-丁烷。
7.根据权利要求1至6任一项所述的设备(600)，其特征在于，包括：
-液化天然气的调节器(405)，
-调节器中气体膨胀期间产生的蒸发气体的收集器(410)，和
-管道(415)，用于在第二交换主体的入口注入蒸发气体。
8.根据权利要求1至7任一项所述的设备(600)，其中，用于冷却第二化合物的装置包括第二化合物出口(421)，所述设备在所述出口和第三交换主体(420)之间包括回路(440)，用于在第一交换主体(115)内用第一混合物的重馏分冷却第二化合物。
9.根据权利要求1至8任一项所述的设备(600)，其中，第一交换主体(115)和/或第二交换主体(120)是线圈交换器。
10.根据权利要求1至9任一项所述的设备(600)，其中，用于冷却第二化合物的装置(430)是第二化合物和水之间的热交换器。
11.一种使天然气液化的方法(700)，包括：
-第一离心压缩步骤(705)，离心压缩第一汽化冷却剂化学混合物，
-步骤(710)，将压缩混合物分馏成重馏分和轻馏分，
-第二离心压缩步骤(715)，离心压缩轻馏分，
-第一热交换步骤(720)，在第一混合物的重馏分与天然气之间进行热交换以至少冷却天然气，
-第二热交换步骤(725)，在第一混合物的轻质馏分和第一交换主体中的冷却天然气之间进行热交换以液化天然气，和
-步骤(730)，使热交换步骤汽化的第一冷却剂混合物返回到第一离心压缩步骤，
其特征在于，包括：
-在将天然气输入第一交换步骤的步骤(735)的上游，在天然气和第二冷却剂化合物之间进行的第三热交换步骤(740)，
-第二汽化化合物的第三离心压缩步骤(745)，第一和第三离心压缩步骤由单个共同的涡轮机驱动，
-在共同的壳体中进行的第一和第三压缩步骤，
-步骤(750)，冷却第三交换步骤中压缩的第二化合物，
-步骤(755)，将第二冷却化合物转移至第三交换步骤，
-第四离心压缩步骤(760)，在第二压缩步骤和第二交换步骤之间，用于离心压缩第一混合物的轻馏分，第二和第四离心压缩步骤由单一共同的涡轮机来驱动，和
-第一和第三压缩步骤在共同的壳体中进行。
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