CN110709659B - 集装箱化的lng液化单元及生产lng的相关方法 - Google Patents

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Abstract

LNG生产装置(100)由多个集装箱化的LNG液化单元(10)构成。每个集装箱化的LNG液化单元(10)可产生预定数量的LNG。例如,高达0.3MPTA。歧管系统(106)实现多个集装箱化的LNG液化单元(10)和至少天然气进料流(110)、电力源以及LNG储存设施(92)之间的连接。通过借由歧管系统(106)将集装箱化的LNG液化单元(10)与装置(100)连接或从装置(100)断开,使(100)的生产能力递增地改变。每个单元(10)包含自己的具有闭环SMR回路的液化装置(12)。SMR回路中的制冷剂仅通过由液化装置(12)中的制冷剂压缩机产生的压差来循环。

Description

集装箱化的LNG液化单元及生产LNG的相关方法
技术领域
本发明公开了一种集装箱化的LNG液化单元和生产LNG的相关方法。该单元和方法可用于根据需要通过接入或断开额外的LNG液化单元来扩大或缩小LNG生产规模。
背景技术
液化天然气(LNG)的大规模生产需要数百亿美元左右的巨额资本支出。例如,雪弗龙的戈尔贡项目所报告的成本约为540亿美元(http://www.Energy-pubs.com.au/blo/cost-of-gogon-creat/),三辆LNG列车的生产容量为15.6MTPA。
LNG列车是一个极其复杂的结构,由许多相互连接的加工厂、系统和设备组成,包括用于去除水、酸气、汞和C5+的预处理厂;低温热交换器;压缩机;气体、电力或蒸汽驱动;以及空气冷却的热交换器。
为了减少资本支出,建议在场外建造LNG列车,分为几个单独的模块(例如三至五个模块),随后被运输至生产场并相互连接。在运输至生产现场之前,可以对单独的模块进行检查和测试。建议这种模块化列车的容量约为3-5MPTA。
虽然有人认为,以上述方式对LNG列车进行模块化可能有助于减少总资本支出,但仍有数十亿美元左右。此外,增加生产容量通常只能在随后通过安装更多的列车来实现,然后才能在3-5MPTA的"单元"中实现。
以上对背景技术的提及并不构成承认该技术是本领域普通技术人员的公知常识的一部分。上述提及也不是为了限制本文所公开的LNG液化单元和LNG生产方法的应用。
发明内容
在一方面,公开了一种LNG液化单元,包括:
LNG液化装置;和
可运输集装箱,其中LNG液化装置全部集装在可运输集装箱内;和
支撑在集装箱上的一个或多个连接器,该一个或多个连接器被布置成能使服务和流体分开和隔离地流动,该一个或多个连接器被布置成能使进料流气体流入集装箱,LNG从集装箱流出,并且LNG液化装置连接到外部电力源。
在一个实施例中,一个或多个连接器被进一步布置以促进从集装箱中除去热量。为此,一个或多个连接器可以被布置成能够使传热流体流入和流出集装箱。流体例如可以是水。
在一个实施例中,一个或多个连接器包括单一多端口连接器,该单一多端口连接器能够同时连接到每个服务和流体的相应管道和联轴器。
在一个实施例中,可运输集装箱被气密地密封。
在一个实施例中,连接器包括能够从集装箱中去除能量的传热流体入口和出口。
在一个实施例中,连接器包括能够从集装箱中去除气体或液体的排放器。
在一个实施例中,该连接器包括能够供应流体以促进LNG液化装置的设备和/或仪器的操作的一个或多个通用流体端口。
在一个实施例中,集装箱填充有惰性流体。
在一个实施例中,惰性流体包括氮气。
在一个实施例中,惰性流体被加压到相对于大气压力的正压力。
在一个实施例中,集装箱具有ISO装运集装箱的外部尺寸和形状。
在一个实施例中,该单元包括监测系统,该系统能够监测LNG液化装置的状态和性能,并提供与液化装置有关的远程可接入状态和性能信息。
在一个实施例中,监测系统还能够监测集装箱内的环境特性。
在一个实施例中,环境特征包括一个或多个:集装箱内的大气压力;集装箱中大气的组成;集装箱内的温度;以及LNG生产装置的一个或多个选定部件的温度。
在一个实施例中,LNG生产装置包括主低温热交换器(MCHE);以及用于使致冷剂循环通过MCHE的致冷剂回路,该致冷剂回路包括至少一个压缩机和用于驱动至少一个压缩机的至少一个电发动机。
在一个实施例中,MCHE的纵横比≥1,其中宽度和/或深度大于高度。
在一个实施例中,MCHE包括两个或更多个单独的热交换器。
在一个实施例中,MCHE的冷却负荷在两个或多个单独的热交换器之间分开。
在一个实施例中,每个单独的热交换器的纵横比≥1。
在一个实施例中,MCHE被布置成在垂直方向以高达每米100℃的热应力运行。
在一个实施例中,MCHE包括3D印刷热交换器。
在一个实施例中,电发动机被布置成使至少一个压缩机以至少4000rpm或高达约25000RPM的速度转动。
在一个实施例中,至少一个压缩机包括低压压缩机和高压压缩机。
在一个实施例中,至少一个发动机包括驱动低压压缩机和高压压缩机的单一发动机。
在一个实施例中,制冷剂回路包括用于分离制冷剂的液相和气相的至少一个分离器,其中至少一个分离器的纵横比大于≥1。
在一个实施例中,LNG液化单元包括在至少一个压缩机和分离器之间的制冷剂回路中的至少一个中间冷却器。
在一个实施例中,集装箱包括通风口。
在一个实施例中,LNG液化单元包括消灭端口,该消灭端口被布置成促进注射能够防止空气在集装箱中聚集或从集装箱中置换空气的材料。
在一个实施例中,液化装置包括预处理设施,其布置成在液化之前从进料流气体中去除一种或多种:水、酸性气体、汞和二氧化碳。
在一个实施例中,LNG液化装置被配置成生产到达0.30MTPA的LNG。
在一个实施例中,LNG液化装置被配置成生产到达0.10MTPA的LNG。
在第二方面,公开了一种LNG生产装置,包括:多个集装箱化的LNG液化单元,每个集装箱化的LNG液化单元布置成生产预定量的LNG,为大约0.01至0.30MTPA;以及歧管系统,该歧管系统实现多个集装箱化的LNG液化装置和至少天然气进料流、电力源以及LNG储存设施之间连接。在一些实施例中,预定量的LNG为大约0.01至0.10MTPA。
在一个实施例中,多个LNG液化单元中的一些相互堆叠在彼此的顶部。
在一个实施例中,LNG生产装置包括至少一组堆叠的LNG液化单元,并且其中歧管系统邻近至少一组LNG液化单元运行。
在一个实施例中,所述该至少一组包括至少两组堆叠的LNG液化单元,其中歧管系统在彼此相邻的组之间或组的外部周围运行。
在一个实施例中,LNG液化单元和歧管系统布置成使得每个LNG液化单元的一个面能够直接接入歧管系统。
在一个实施例中,每个LNG液化单元具有长度Xm、高度Ym和宽度Zm,其中X>Y,并且每个组具有长度Lm、高度Hm和宽度Wm,其中Lm>Wm,并且在每个组中,每个液化单元的长度方向垂直于组的长度方向。
在一个实施例中,LNG生产装置包括被配置成建造和拆除每组LNG液化单元的一个或多个起重机。
在一个实施例中,起重机包括门式起重机,该门式起重机跨越LNG生产装置的宽度,并且能够将LNG液化单元置于组中或将LNG液化单元从组中去除。
在一个实施例中,每个集装箱化的LNG液化单元包括闭环制冷剂回路。
在一个实施例中,每个集装箱化的LNG液化单元包括布置成连接到歧管系统的开环传热流体回路,使传热流体能够流入和流出每个集装箱化的LNG液化单元。
在一个实施例中,LNG生产装置与歧管系统流体连通并且布置成促进传热流体冷却的冷却设施。
在一个实施例中,冷却设施包括空气和/或水冷却设施。
在一个实施例中,每个集装箱化的LNG液化单元包括根据第一方面及其相关实施例的LNG液化单元。
在一个实施例中,LNG生产装置包括根据第一方面及其相关实施例的多个LNG液化单元和歧管系统,该歧管系统被布置成以通过每个集装箱上的连接器有选择地将一个或多个LNG液化单元连接到:进料流气体;LNG储存设施;以及电力源,其中LNG生产装置的最大生产容量等于生产装置中每个液化单元的生产容量之和。
在第三方面,公开了一种生产LNG的方法,该方法包括根据与进料流中的天然气的质量流率匹配的需要,将离散递增的LNG液化容量与天然气进料流连接或断开。
在一个实施例中,该方法包括连接在单元中的0.01MTPA至0.30MTPA之间的离散递增的LNG液化容量。
在一个实施例中,该方法包括通过一个或多个集装箱化的LNG液化单元提供离散递增的LNG液化容量,其中每个集装箱化的LNG液化单元能够连接到天然气进料流,以从进料流中接收至少一部分天然气,并能够从一定体积LNG的该部分天然气中生产。
在一个实施例中,该方法包括监测每个集装箱化的LNG液化单元的运行状态,以检测在这些单元中的失效或故障,以及在检测到在单元中的失效或故障时,将该单元与天然气进料流断开或以其他方式隔离。
在一个实施例中,该方法包括对于被检测为失效或有故障的每个集装箱化的LNG液化单元,将新的集装箱化的LNG液化单元连接到天然气进料流中。
在一个实施例中,该方法包括将由每个集装箱化的LNG液化单元生产的LNG转移到LNG储存设施。
在一个实施例中,该方法包括通过连接到天然气进料流的集装箱化的LNG液化单元和传热流体热交换器来循环传热流体。
在一个实施例中,该方法包括提供作为根据第一方面及其相关实施例的液化单元的一个或多个集装箱化的LNG液化单元。
在第四方面,公开了一种在约-161℃的温度下在约1bar的压力下供应LNG的方法,包括:
在固定位置处在高于-161℃的温度和大于1bar的压力下生产LNG;
将生产的LNG转移至具有用于保存生产的LNG的加储存罐的运输船;和
当运输船航行到目的地港口时,使LNG冷却到约-161℃,并将LNG的控制压力降低到约1bar。
在一个实施例中,该方法包括在一个或多个集装箱化的LNG液化单元中生产LNG,其中每个集装箱化的LNG液化单元被配置成在高于-161℃的温度和大于1bar的压力下生产LNG。
在一个实施例中,该方法包括在固定位置处生产LNG,包括与第三方面及其相关实施例一致地生产LNG
在第五方面,公开了一种在生产场建造LNG生产装置的方法,根据与进料流中的天然气的质量流率匹配的需要,将离散递增的LNG液化容量与天然气进料流连接或断开。
在一个实施例中,连接离散递增的LNG液化容量包括将一个或多个集装箱化的LNG液化单元运输到生产场,其中每个单元能够从天然气进料流中生产预定体积的LNG;以及将一个或多个集装箱化的LNG液化单元连接到天然气进料流。
在一个实施例中,该方法包括堆叠一个或多个集装箱化的LNG液化单元以形成一组或多组堆叠的集装箱化的LNG液化单元。
在一个实施例中,该方法包括自主地堆叠一个或多个集装箱化的LNG液化单元以形成一组或多组。
在一个实施例中,该方法包括将集装箱化的LNG液化单元连接到传热流体回路,该传热流体回路布置成使得传热流体能够流过每个连接的集装箱化的LNG液化单元和外部热交换器。
在一个实施例中,该方法包括将连接电源的一个或多个集装箱化的LNG液化单元连接。
在一个实施例中,该方法包括将一个或多个集装箱化的LNG液化单元连接到LNG储存设施。
在一个实施例中,该方法包括将所述一个或多个集装箱化的LNG液化单元连接到惰性气体的供应。
在一个实施例中,该方法包括自主地将电源、LNG储存设施和气体中的供应方中的一个或多个连接到一个或多个集装箱化的LNG液化单元。
在一个实施例中,该方法包括同时将电源、传热流体回路和惰性气体供应连接到一个或多个集装箱化的LNG液化单元。
在第六方面,公开了一种用于促进天然气液化的制冷系统,包括一体积的单一混合制冷剂(SMR)和闭环制冷回路,通过该闭环制冷回路,SMR作为至少具有第一LMR制冷剂流的多个制冷剂流、第一热交换器主制冷剂流、过冷LMR流和第二热交换器主制冷剂流进行循环,该回路具有第一和第二热交换器以及至少用于压缩SMR的一个压缩机的回路;
其中,第一热交换器被布置成将第一LMR制冷剂流相对于第一热交换器主制冷剂流冷却以产生过冷LMR制冷剂流;
第二热交换器被布置成将天然气进料流相对第二热交换器主制冷剂流冷却以产生液化天然气,其中第二热交换器主制冷剂流至少部分地源自过冷LMR流;和
其中至少第一和第二热交换器主制冷剂流仅由压差循环通过由至少一个压缩机产生的制冷系统。
在一个实施例中,第一热交换器被配置使得第一热交换器主制冷剂流流过第一热交换器,并通过与第一LMR制冷剂流的传热而蒸发,以产生第一蒸汽制冷剂流。
在一个实施例中,将过冷LMR流分离以形成第一膨胀流和第二膨胀流,并且其中第一热交换器主制冷剂流至少部分地包括第一膨胀流且第二热交换器主制冷剂流至少部分地包括第二膨胀流。
在一个实施例中,多个制冷剂流包括第一HMR制冷剂流,将第一HMR制冷剂流相对于第二热交换器中的第二热交换器主制冷剂流冷却以产生过冷HMR流。
在一个实施例中,将过冷HMR流分离和膨胀以形成第三膨胀流和第四膨胀流,其中第三膨胀流与第二膨胀流结合以形成第二热交换器主制冷剂流;将第四膨胀流与第一膨胀流相结合,形成第一热交换器主制冷剂流。
在一个实施例中,第二热交换器主制冷剂流在第二热交换器中蒸发以形成第二蒸汽制冷剂流。
在一个实施例中,制冷回路包括第一分离器,该第一分离器接收第一蒸汽制冷剂流和第二蒸汽制冷剂流。
在一个实施例中,至少一个压缩机包括低压压缩机、高压压缩机,且制冷剂系统包括在低压压缩机和高压压缩机之间流体连通的第二分离器,高压压缩机压缩来自第二分离器的蒸汽以形成第一LMR制冷剂流。
在第一实施例中,来自第二分离器的底部液体形成第一HMR制冷剂流。
在一个实施例中,第一和第二蒸汽制冷剂流被第一压缩机压缩。
在第二实施例中,制冷剂系统包括与高压压缩机流体连通的第三分离器,其中来自第三分离器的蒸汽形成第一LMR流,来自第三分离器的底部液体形成第一HMR流。
在第七方面,公开了一种用于促进天然气液化的制冷系统,包括一体积的单一混合制冷剂(SMR)和闭环制冷回路,通过该闭环制冷回路,SMR作为至少具有第一LMR制冷剂流的多个制冷剂流、第一热交换器主制冷剂流、过冷LMR流和第二热交换器主制冷剂流进行循环,该回路具有第一和第二热交换器;
其中,第一热交换器被布置成将第一LMR制冷剂流相对于第一热交换器主制冷剂流冷却以产生过冷的LMR制冷剂流;
第二热交换器被布置成将天然气进料流相对第二热交换器主制冷剂流冷却以产生液化天然气,其中第二热交换器主制冷剂流至少部分地源自过冷LMR流;和
其中,至少第一LMR制冷剂流为混合相制冷剂流。
在一个实施例中,第一热交换器主制冷剂流是混合相制冷剂流。
在一个实施例中,第二热交换器主制冷剂流是混合相制冷剂流。
在一个实施例中,流入第一热交换器的第一热交换器主制冷剂流中的单一混合制冷剂的组成与流入第二热交换器的第二热交换器主制冷剂流中的单一混合制冷剂的组成不同。
在第八方面中,公开了一种用于促进天然气液化的制冷系统,包括一体积的单一混合制冷剂(SMR)和闭环制冷回路,通过该闭环制冷回路,SMR作为多个制冷剂流循环,该制冷回路具有至少一个压缩机和至少两个彼此隔开的热交换器,其中,第一热交换器布置成将SMR相对于自身冷却以产生预冷LMR制冷剂流,且第二热交换器被布置成将天然气相对于部分来源于预冷LMR制冷剂流的第二热交换器主制冷剂流冷却以产生液化天然气。
在第九方面,公开了一种用于促进天然气液化的制冷系统,该制冷系统包括一体积的SMR和SMR流过的闭环致冷剂回路,该回路具有两个隔开的热交换器,SMR作为第一热交换器主致冷剂流和在第一热交换器的单独入口处提供的第一LMR流以及第二热交换器主致冷剂流和在第二热交换器的单独入口处提供的第一HMR致冷剂流循环,其中每个入口处的SMR制冷剂流的组成彼此不同。
在第六至第九方面中任一的实施例中,第一热交换器和第二热交换器的一个或两个的纵横比大于一。(即“水平”热交换器)。
在第六至第九方面中任一的实施例中,SMR制冷剂仅通过热交换器由压缩机产生的压差循环。
在第十方面,公开了一种液化系统,包括:
至少具有第一热交换器和第二不同热交换器的制冷剂回路;
一体积的SMR,SMR流过该回路且包括轻和重混合制冷剂部分;
其中,第一热交换器由具有轻和重制冷剂部分的第一比例的SMR流冷却,第二热交换器由具有轻和重制冷剂部分的第二不同比例的SMR流冷却。为这种布置的一个示例在图5中示出,其中包括虚线所示的阀。
在一个实施例中,第一或第二热交换器中的一个的SMR流中的重制冷剂部分的比例为零。这由图5中的布置来举例说明,其中省略了虚线中所示的阀。
在第十一方面,公开了一种液化系统,包括:
至少具有第一热交换器和第二热交换器的制冷剂回路;
一体积的SMR,SMR流过回路且包括轻和重混合制冷剂部分;和
至少分流成第一热流部分和第二热流部分的热流,其中第一热流部分被引导流过第一热交换器,第二热流部分被引导流过第二热交换器。这种安排的示例在图7和8中示出。
在一个实施例中,被划分的热流是由系统液化的天然气流。这也在图7和图8中举例说明了。此外,在本实施例中,第一和第二热交换器可以彼此不同。在本说明书中,除上下文因表达语言或必要含义而另有要求外,“不同热交换器”或“不同类型的交换器”和“不同的热交换器”的表述意在至少包括交换器之间的下列差异:
·不同数量的通路或通道;
·相同数量的通路或通道,但交换器的尺寸不同;
·在一个或两个或更多个(a)不同压力;(b)不同流速;和(c)不同成分的一个或任意组合下以制冷剂流运行。
在第十二方面,公开了一种液化系统,包括:
至少具有第一热交换器和第二热交换器的制冷剂回路;
一体积的SMR,SMR流过该回路且包括轻和重混合制冷剂部分;
其中,第一热交换器由具有轻和重制冷剂部分的第一比例的SMR流冷却,第二热交换器由具有轻和重制冷剂部分的第二不同比例的SMR流冷却;至少分流成第一热流部分和第二热流部分的热流,其中第一热流部分被引导流过第一和第二热交换器中的一个,而第二热流部分被引导流过第一和第二热交换器中的另一个。这种安排的示例在图10中示出。此外,在这方面的一个实施例中,第一和第二热交换器可以彼此不同。
附图说明
尽管任何其它形式可以落入如在发明内容中阐述的LNG液化单元和生产LNG的相关方法的范围内,但是现在将参考附图仅以示例的方式描述具体实施例,在附图中:
图1是所公开的集装箱化的LNG液化单元的一个实施例的示意性等轴视图;
图2是图1所示的集装箱化的LNG液化单元的装置和设备的一个角度的等距视图;
图3是图2所示的装置和设备的第二角度的等距视图;
图4是图2所示的装置和设备的第三角度的等距视图;
图5是LNG液化单元的一个实施例的流程图;
图6是LNG液化单元的第二实施例的流程图;
图7是LNG液化单元的第三实施例的流程图;
图8是LNG液化单元的第四实施例的流程图;
图9是LNG液化单元的第五实施例的流程图;
图10是LNG液化单元的第六实施例的流程图;
图11是LNG液化单元的第七实施例的流程图;和
图12是包含200个公开的LNG液化单元的9.9MPTA的LNG生产设施的示意图,其中每个液化单元的标称LNG生产容量为0.05MPTA。
具体实施方式
参考附图,LNG液化单元10的一个实施例包括LNG液化装置12(如图2-4所示)和可运输集装箱14(如图1所示)。LNG液化装置12完全集装在可运输集装箱14中。在所示实施例中,多个连接器16a-16f(以下通常称为“连接器16”)支撑在集装箱14上,以使得服务、流体和工具能够分开和彼此隔离地流入或流出集装箱14。
每个连接器16设置在集装箱14的共用壁11上。连接器包括但不限于:
■进料气体入口连接器16a,使得用于液化的气体的进料流能够被送到装置12;
■LNG出口连接器16b,使得装置12生产的LNG能够离开集装箱14,例如流入储存罐;
■电力连接器16c,其向形成装置12的设备提供电力;
■惰性气体入口连接器16d,使惰性气体(例如但不限于氮气)能够流入集装箱14,以提供惰性环境和/或用于操作仪器和控制;
■传热流体入口连接器16e,使得传热流体(例如水)能够被提供给集装箱14内的一个或多个中间冷却器或另一个热交换器;
■传热流体出口连接器16f,使得传热流体能够从集装箱14中排出例如到排热装置,并可能再循环到传热流体入口16e,从而使得热能能够从集装箱14中去除;
■排水连接器16g,使得能够从集装箱14中取出不需要的液体,用于调试单元10,在维修和/或用于应急反应之前解除装置的调试,例如,排放碳氢化合物;
■通风口16h,用于去除不需要的蒸汽或释放碳氢化合物;
■消灭端口连接器(未示出),使得能够注入气体、液体或浆液,以便完全关闭装置12并使LNG装置12无害。
集装箱14可被气密地密封以防止流体非可控地流入和流出集装箱14。此外,集装箱14可设置有相对于外部环境的正压力。
有益的但非必须的是,集装箱14具有ISO集装箱的一般形状和构型,而且具有外部尺寸和形状。ISO集装箱具有广泛的标准尺寸,可在世界各地的航运港口以及铁路和公路运输车辆上装卸。因此,这种集装箱的运输和移动的基础设施是容易获得的和轻易复制的。ISO集装箱的标准长度为10英尺至53英尺(约3米至16米)。对于大多数标准长度,集装箱尺寸的范围也会在宽度或高度上有所不同。所公开的集装箱化的LNG液化单元10的一些实施例布置为适合于标准ISO 40英尺(12米)集装箱内。标准的ISO集装箱,在适当的尺寸下,可能需要结构加固和加强,以适应液化单元的重量。通过比较,标准ISO 40英尺集装箱的额定最大容量约为30公吨,而液化单元12的重量可能为80至90公吨。
现在具体参考图2-4,液化单元12利用单一混合制冷剂(SMR)工艺。液化单元12使用主低温热交换器(MCHE),其负荷循环分开两个单独的,在这种情况下,不同的低温热交换器17和18。(即热交换器17作为两个通路通过所有通道,而热交换器18有三个通路。)如后面将更详细地解释的,热交换器17提供制冷剂的预冷,而热交换器18影响天然气供给的液化。
热交换器17和18可以是各种类型的,包括但不限于板式热交换器或3D印刷热交换器。不管本实施例中使用的技术如何,热交换器的纵横比≥1,意味着它们的长度L大于它们的高度H。这与高度尺寸大于其长度/宽度尺寸的传统的MCHE完全相反。此外,要求热交换器17和18处理的热应力至少为高度的90°-100℃/m。例如,在图5所示的SMR回路的一个实施例中,热交换器17具有环境温度下(例如,约25℃)的LMR入口进料和约-159℃的膨胀主制冷剂进料,其中热交换器本身的高度尺寸H小于约2米。热交换器17至少需要两个通道,而交换器18至少需要三个通道。
液化单元12设置有低压压缩机20和高压压缩机22。压缩机20、22由一个共用的电动驱动器23驱动。压缩机20和22是气密地密封的。蒸汽相制冷剂通过分离器24供给低压压缩机20的入口。低压压缩机20将蒸汽压缩到约15bar,温度约100℃。压缩的制冷剂通过中间冷却器26(通过与水流的热交换提供冷却)将压缩的制冷剂的温度降低到约25℃。
压缩的制冷剂被送到分离器28。分离器28处于水平放置,而不是普通的垂直放置。为了在分离器28内的蒸汽相和液相之间提供更明显的分离,由于其水平放置,分离器28包括蒸汽容器29a(见图2)和通过歧管29c彼此流体连通的液体容器29b。
将来自分离器28的蒸汽相从蒸汽容器29a送到高压压缩机22的入口。压缩机22将通过后冷却器30流动而冷却的制冷剂(也通过与水流的热交换提供冷却)压缩至约25℃,并作为双相轻混合制冷剂(LMR)通过管道32供应到热交换器17的入口34。来自分离器28的液相通过液体容器29b和管道36作为重混合制冷剂(HMR)供应到第二热交换器18的入口38。
设置在入口34处的LMR在热交换器17中相对于通过管道40提供到热交换器17的入口42的第一热交换器主制冷剂流被冷却。LMR被冷却并通过管道44离开热交换器16,在管道44将LMR送到分流器46。分流器46将冷却后的LMR分流成:第一流,流过管道52到第一膨胀阀52;第二流,流过管道54到第二膨胀阀56。在本实施例中,第一和第二流之间的流速不相同,而是以约1.5:1的比率(即通过管道50的流速是流过管道54的流速的1.5倍)。
在入口38处设置的HMR在第二热交换器18中相对于通过管道58提供到入口60的第二热交换器主制冷剂流被冷却。HMR通过管道62被冷却并离开热交换器18,并流到分流器64。分流器64将冷却的HMR分流成流过管道到第三膨胀阀68的第一流和流过管道到第四膨胀阀72的第二流。经过管道66和70的水流之间的流速约为1:13(即膨胀阀72的流速是膨胀阀68的流速的13倍)。
膨胀阀52提供流过管道74的第一膨胀制冷剂流。膨胀阀56提供流过管道76的第二膨胀制冷剂流。第三膨胀阀68提供流过管道78的第三膨胀制冷剂流。第四膨胀阀72提供流过管道80的第四膨胀制冷剂流。流过管道40到入口42的第一热交换器主制冷剂流是通过管道74和80提供的第一和第四膨胀制冷剂流的组合。流过管道58到入口60的第二热交换器主制冷剂流包括通过管道76和78分别提供第二和第三膨胀制冷剂流的组合。
第一和第二热交换器主制冷剂流之间的相对质量流量约为2:1(即流入入口42的质量流量约为入口60的质量流量的两倍)。
蒸发的制冷剂通过出口63离开第一热交换器17,并流过管道65到第一分离器24。蒸发的制冷剂通过出口67离开第二热交换器18,并流过管道69和然后管道65到第一分离器24。
在约25℃的温度和约80bar的压力下由连接器16a向第二热交换器18的入口82提供天然气进料流。天然气进料流在热交换器18内液化,并在-157℃左右的温度和78bar左右的压力下以LNG的形式在出口84处离开。LNG流过管道86到膨胀阀88,其中将其冷却至约-161℃至-162℃之间的温度,并减压至1bar,随后再送到连接器16b。连接到连接器16b的管道90将LNG送到LNG储存罐92,该储罐92在集装箱14的外部且远离集装箱14。在这种布置的微小变化中,阀88可以在集装箱14的外部。
尽管液化单元10利用单一混合制冷剂,但每个热交换器17、18中的制冷剂组成是不同的。这是因为在入口34和38分别设置的LMR和HMR在蒸汽相和液相中具有不同比例的制冷剂组分。在入口34处提供的LMR具有液相和蒸汽相中的制冷剂,其中HMR仅在液相中在入口38处提供。
在图5所示的装置12的实施例中,膨胀阀68以虚线表示,以表明这是可选的阀。当包括该阀时,就会给每个热交换器17、18供给阀,以便两者都能接收两种制冷剂部分(即LMR和HMR)的混合物。当一个交换器的理想制冷剂成分为较轻部分的100%时,为了简单起见,可以省略阀68。
图2还示出了管道94,该管道94向中间冷却器26和在冷却器30之后提供以水形式的热交换器流体。管道94与连接器16e流体连通。管道96将消耗的热交换器流体从冷却器26和32送到连接器16f。
在本实施例中,发动机23是在相对端具有同轴驱动轴的单一发动机,用于驱动压缩机20和22。理想情况下,压缩机20和22被布置成以相同的速度驱动,从而避免了对一个或多个齿轮箱的需要。然而,也设想了通过使用齿轮箱以不同速度由同一发动机驱动压缩机的实施例。实际上,如下文所述,压缩机20和22也可以由不同的发动机驱动。
每个单元10设置有监测系统(未显示),能够监测LNG液化装置12的状态和性能,并提供与液化单元有关的远程可接入状态和性能信息。监测系统可进一步监测集装箱内的环境特性。环境特征包括一种或多种,但不限于:集装箱14内的大气压力;集装箱14中的大气组成;集装箱内的大气温度14;和LNG生产装置的一个或多个选定部件的温度。
图6示出了替代液化装置12a的SMR回路的一个实施例。在图6中,使用与图5相同的参考数字来表示相同的特征。液化装置12和12a之间的主要区别是:
·与装置12的双通道热交换器17相比,在装置12a中使用三通道热交换器17a。因此,在该实施例中,装置12a具有类似的热交换器。
·在与高压压缩机22和水冷器30串联的装置12a中并入第三分离器31。
·向热交换器17a的入口73提供来自分离器28的底部液体作为第二HMR流。
·膨胀阀71,其接收和膨胀来自热交换器17a的冷却的第二HMR制冷剂流,并将其添加到在管道40中流动到入口42的第一热交换器制冷剂流中。
来自分离器31的蒸汽构成轻混合制冷剂(LMR),该轻混合制冷剂通过管道32被送到热交换器17a的入口34。来自分离器31的底部液体提供第一HMR致冷剂流,该第一HMR致冷剂流被送到第二热交换器18的入口38。这在第二热交换器18中相对于由管道58提供到入口60的第二热交换器主流致冷剂流被冷却以产生过冷第一HMR流。
在两个液化装置12和12a中,制冷剂仅通过由压缩机20、22产生的压差来循环。装置12、12a或相应的单元10不需要泵来循环制冷剂。
图7示出了替代液化装置12b的SMR回路的一个实施例。在图7中,使用与图6相同的参考数字来表示相同的特征。液化电厂12a和12b之间的主要区别是:
·装置12b有两个四通道(或四通路)热交换器17b和18b。
·至少一个热进料流,在该图中,在连接器16a处提供的天然气流在分离器120处被划分,并分别送到热交换器17b和18b到入口82x和82y。这一划分可以被控制,包括动态地控制分流器或附加阀到不同的热交换器。
·天然气进料由经过热交换器17b、18b被液化,并在混合器122处合并,在该处经过膨胀器88且进入储存设施92之后。
·可以改变(包括动态地改变)送到热交换器17a和17b的天然气的分流的比例,以控制每个热交换器17a、17b中的复合曲线的负荷和形状。
·将来自分离器28的HMR送到热交换器17b的入口73,并且将来自分离器31的HMR送到热交换器18b的入口38(如在液化单元12a中)。
·LMR来自分离器31,在分流器124划分,并供给到热交换器17b的入口34和热交换器18b的入口126。
·经过热交换器17b和18b的LMR和HMR在混合器128处合并以产生SMR,SMR流过管道130,随后在分流器132处被分流成流过管道40到热交换器17b的入口42的第一SMR流,以及流过管道58到热交换器18b的入口60的第二SMR流。
·相应的SMR流然后在混合器131处合并,并送到分离器24以压缩低压压缩机20和高压压缩机22。
·热交换器17b和18b在物理上可以互不相同。
图7所示的液化单元12b的可能的改进是提供与混合器128平行的第二混合器,该混合器还通过阀控制的分流器被供给有来自热交换器17b和18b的LMR和HMR。例如,可以在管道134中替换阀控制的分流器,使得来自热交换器17b的HMR能够以用户控制的比率被提供到混合器128和第二混合器(未示出)。对于来自热交换器17b、18b的每条LMR/HMR线,都可以做到这一点。混合器128可布置成通过管道58将MR送到热交换器18b,而第二混合器可通过管道40将MR送到交换器17b。现在送到热交换器17b和18b的MR(特别是每个MR进料中的LMR/HMR的比值)可以改变。这包括在一个“MR”进料流中具有零HMR。
这一点的意义在于,它促进使用不同特性的热交换器(即,当使用多个热交换器时,这并不是所有热交换器都必须相同的)。使用两个不相同或不同的热交换器,这使用至少两个热交换器,可能带来的好处解释如下。
就制冷过程的效率而言,如本领域技术人员所认识到的那样,制冷剂的放热曲线应与待冷却的流的放热曲线相匹配,并有一个小的偏移量,以提供温度驱动力。
传统的制作LNG方法是采用多蒸汽热交换器,多热流由单一制冷剂流冷却。
蓄意选择制冷剂流的组成和条件,以产生与多热流的组合复合曲线的温度分布相匹配的温度分布。多热流包括天然气和高压制冷剂本身。
在所需的吞吐量超过可以在单一热交换器中构造的情况下,通常使用多个相同的热交换器。例如,两个平行卷绕式热交换器。为了确保经过每个热交换器的正确流动,通常使用对称管路。这确保了通过一个热交换器的流动路径比通过另一个热交换器的平行路径更受限制。在某些情况下,平衡阀也可以作为备用措施来偏置流动以考虑制造公差。
在板翅式热交换器中,使用多个相同的(或镜像的)芯(如4-10个芯),使用大直径的集管,以确保每个芯的压降几乎相同。
在这两种情况下,使用相同的芯意味着每个服务都需要管路连接到每个单独的热交换器部分。这导致了限制性的和昂贵的管路设计,和更复杂的热交换器本身。
可替代的是,在多个不同的热交换器中冷却每一个热流。这可以减少与多个热交换器的连接数量,也可以消除对对称管道的需求。
使用不同的热交换器的缺点是,每个热交换器对于待由制冷剂冷却的流都有不同的复合曲线。因此,制冷剂冷却曲线将不会完全优化。上述本实施例的改进形式(即使用第二混合器)旨在以两种不同的方式克服这种顾虑。首先,在每个热交换器17b、18b中使用的制冷剂成分可以对每个热交换器独立地调节。这种成分的变化改变了在每个交换器中冷的冷却剂的加热曲线,允许其更好地匹配每个部分的热复合曲线。其次,将热流中的一个进行分流并将其经过一个以上的热交换器,可以调节复合曲线的负荷和形状。因此,可以调节热复合曲线的形状,使它们尽可能相似。这允许使用单一制冷剂成分来冷却两个热交换器,而不损害效率。
最后,可以使用这两种方法的组合——将热流中的至少一个分流以在每个交换器中产生尽可能相似的热复合曲线,并且进一步调整供应到每个热交换器的制冷剂的成分以匹配在每个热交换器中的温度分布。在图7所示的示例中,为此目的,可改变送到热交换器17b和18b的天然气天然气流(其可构成“热流”)的分流。还将理解,送到相应的热交换器17b和18b的HMR(也构成"热流")至少在压力和温度方面彼此不同。最后,送到相应的热交换器17b和18b的LMR的分流比也可以在分流器124处改变,例如通过使用阀门。
为了调节制冷剂的成分,可以调整“重”和“轻”制冷剂部分之间的流量比。这种混合制冷剂的平均分子量可以在设计阶段和在运行中动态地被控制。
因此,总之,图7所示的液化装置12的实施例使得热交换器17b、18b(它们相同或蓄意不同)能够被不同成分的SMR流冷却。
图8示出了液化装置12c,它是图7所示装置12b的简化形式。这种简化是由于删除了排放分离器31,从而能够用两个三通道交换器17c和18c代替两个四通道交换器。与装置12b中一样,装置12c提供了在两个热交换器17c、18c之间分流天然气的能力(在这种情况下不均匀地),使得能够在两个热交换器中实现基本相同的热侧冷却曲线。。因此,相同成分的制冷剂可以以最小的效率损失被送往两个热交换器。
来自分离器28的底部液体构成HMR,该HMR经过热交换器17c,随后由通过阀V1被膨胀。经过高压压缩机22和冷却器30后的压缩制冷剂被送到交换器18c,随后通过阀V2膨胀。将来自阀V1和V2的膨胀制冷剂合并,形成第一和第二混合制冷剂送到热交换器17c和18c的入口42和58。
与图5的装置12中的布置不同,经过每个示例的制冷剂的比例在运行中不变。冷的制冷剂的流动将根据通过每条路径的压降进行平衡。能够控制经过每个交换器的天然气流动,实现补偿并确保两个交换器都能分担负载。
每个示出的液化装置12、12a、12b和12c均有两个热交换器。然而,可以将实施例结合到具有单一热交换器的单元10中。一个这样的示例是图9所示的液化单元12d。在图9中,使用与图6相同的参考数字来表示相同的特征。液化装置12d和12a之间的实质性差异或液化装置12d的重要特征概括如下:
·装置12c有单一四通道热交换器17。
·装置12d的MR压缩回路与装置12a的MR压缩回路相同,其具有初始分离器24、低压压缩机20、中间冷却器26、第二分离器28、高压压缩机22、中间冷却器30和最终分离器31。
·来自分离器28的底部液体构成送到热交换器17的入口73的HMR流。
·来自分离器31的顶置蒸汽和底部液体在混合器138中合并,并将混合相送到热交换器17的入口140。
·经过交换器17后的HMR通过阀V1膨胀。而经过热交换器17后的混合相进料则通过阀V2被膨胀。
·来自阀V1和V2的流动形成混合相混合制冷剂,该混合制冷剂被送到入口42,提供对天然气的冷却以及对流过交换器17的流的预冷。
图10示出了液化装置12e的又一实施例,其中两个热流(天然气流)均被分流到两个热交换器17e、18e使复合曲线形状平坦,且两个热交换器均接收具有重和轻部分的混合制冷剂流。
具体而言,在装置12e中,在连接器16a处提供的天然气进料被分流成流到相应的热交换器的入口82x和82y两股流。此外,来自分离器28经过热交换器17e后的重混合制冷剂被分流成两股流并流过阀V1和V3。来自压缩机22和冷却器30经过交换器18e后的LMR被分流成两股流并流过阀V2和V4。将来自阀V1和V2的重和轻制冷剂流合并,以形成第一混合制冷剂流,该混合制冷剂流被送到热交换器17e的入口42。类似地,将来自阀V3和V4的重和轻制冷剂流合并,以形成第二混合制冷剂流,该混合制冷剂流被送到热交换器18e的入口52。
如前所述,天然气经过两个热交换器,以给出与热侧复合曲线非常相似的形状。然而,这并不完美,因为必须冷却的不相似的制冷剂流永远不会完全匹配。
在本实施例中,通过调整供应给每个热交换器的制冷剂成分可获得额外的效率。当重制冷剂和轻制冷剂流的比例发生变化时,这有助于在一系列条件下的优化。
总体而言,这比图8中所示的装置12c和图5中所示的装置12稍微复杂,但它提供了改进的效率和灵活性。
还应当指出的是,热交换器17e和18e被描绘为在尺寸和配置上是相同的。它们都有三股流,其中两股流是相同的——天然气和冷冻剂都经过两者。但是,它们是彼此不同的。具体而言,流过每个的第三流有很大的差异。交换器18e的第三通道具有来自压缩机22的高压制冷剂的流动,其作为被冷凝而完全液化的两相混合物的形式进入。交换器17e是具有更高分子量的中间压力制冷剂,它以液体形式从分离器28进入并被过冷。然而,最大的差别是每个的相对尺寸。先前流的质量流量实际上是液体流的10倍左右。因此,18e交换器的相对尺寸/负荷要比17e交换器大得多(>5倍)。
这是“不同的交换器”或“不相同的交换器”的示例。这种差异可以通过以下方式表现出来:
·不同数量的通路或通道;
·相同数量的通路或通道,但交换器的尺寸不同;
·在一个或两个或更多个(a)不同压力;(b)不同流速;(c)不同成分的一个或任意组合下以制冷剂流运行。
图11示出了液化装置12f的又一设计,该液化装置12f可以并入LNG液化单元10的实施例中。这里,装置12f具有如图6和7所示那样的混合制冷剂压缩回路,其中它包括高压压缩机22和冷却器30之后的分离器31。然而,通过提供第三三通道热交换器H1、H2和H3,装置12f与图6和图7中的装置不同。
每个热交换器H1、H2和H3的第一通路或通道C1接收来自连接器16a的天然气的进料。每个热交换器H1、H2和H3的第二通路或通道C2再次接收混合制冷剂“MR”,其中天然气被冷却和液化。
热交换器H1、H2和H3的相应的第三通路或通道C31、C32、C33分别接收不同的制冷剂部分,这些制冷剂部分相对于流过第二通路或通道的混合制冷剂MR被预冷。此外,来自分离器28的重制冷剂部分流过热交换器H1的第三通道C31。来自分离器31的重制冷剂部分流过热交换器H2的第三通道C32。来自分离器31的轻制冷剂部分流过热交换器H3的第三通道C33。
这些制冷剂部分经过相应的热交换器后流过相应的阀门V1、V2和V3,并被结合形成流过每个热交换器H1、H2和H3的混合制冷剂MR。
在装置12f中,没有显示用于控制流到每个热交换器H1、H2和H3的天然气比例从而允许到热交换器的流动达到自平衡的阀。然而,在变型中,三个单独的天然气阀可以合并以控制天然气到每个热交换器中的比例。这将提供在热交换器H1、H2和H3中的热侧冷却曲线的控制。
设想集装箱化的LNG液化单元10可配置成提供LNG至约0.01MPTA至0.3MPTA之间的固定流速。例如,单元10可配置成提供0.05MPTA的液化容量。因此,具有10MPTA生产率的LNG生产设施需要两百(200)个0.05MPTA集装箱化的LNG液化装置10。如前所述,单元10可能比相同尺寸的标准ISO集装箱更重。然而,这些单元10可以与常规ISO集装箱类似的方式处理,因此可以通过使用起重机和其他起重机器和车辆(包括叉车)被堆叠和移动,但是起重机和机器需要按额外的重量进行评级。这样,大量的单元10可以堆叠在一个或多个组中。
图12示出了包含多个集装箱化的LNG液化单元10的LNG生产装置100。由于装置100包括多个单元10,因此装置100的LNG生产可以以等于单元10的容量的递增单元增加(或实际上减少)。这使得装置100能够相对容易地随着进料气体的生产增加或进一步添加进料气体的来源而扩大。
在这个示例中,装置100包含一百九十八(198)个集装箱化的LNG液化单元10。这些单元10被布置成两个组B1和B2,每个组B1和B2有九十九(99)个液化单元10。每个组B1、B2由三排堆叠的单元10组成,其中每排堆叠的单元10由三十三(33)个并排的单元10组成。当每个单元10具有0.05MPTA的液化容量时,装置100的总容量为9.9MPTA。
在装置100处设置有移动门式起重机102,以促进单元10的处理。起重机102可抬起和移动单元10以构造组B1和B2。组B1和B2彼此平行地形成,并隔开以在组之间形成过道104。歧管系统106在过道104上运行,用于将进料气体和其他服务、公用事业和电力连接到形成组的各个单元10。为此,当构造组时,各个单元10被定向,使得其它们相应的共用墙11面向过道104。这促进在歧管106和连接器16之间的容易连接,所有这些都在壁18上。当在这个方向上,每个单元的主要长度X与相应的组的长度L正交。
在图12所示的实施例中,9.9MPTA的LNG装置100的并排组B1和B2的总长度L约为80m,总高度H约为9m,且包括过道104在内的宽度W约为40m。因此,液化设施所需的接地面积约为3200m2。相比之下,相当的棒材建造的液化设施的接地面积大约为10500m2(包括翅扇在内)。
装置100示出为还包括用于向气体进料流110提供一个或多个预处理步骤的预处理设施108。例如,预处理设施108可用于去除一种或多种以下物质:水、酸性气体(如CO2和H2S)、汞和重烃C5+。预处理的进料气体由管道111提供到歧管106,以便随后分配至相应的单元10。
提供热交换器112,用于冷却返回自冷却器26和30的水。热交换器112可以是容纳多个翅片散热器和一个或多个大型空气风扇的建筑物的形式。来自冷却器26和30的水通过其管道96和连接器16f经由歧管106和管道113从每个单元10输送到热交换器112,其中它流过散热器并被空气或水冷却。然后,冷却的水经由管道115和歧管106被送到相应的单元10,并到其连接器16e,其中冷却的水可通过管道94流到相应的冷却器26和30。
歧管系统106将单元10连接到装置100的另一系统和设施(包括预处理设施108、热交换器112和LNG储存设施92)。此外,歧管系统106分配来自电源(未示出)的电力。电源的形式或类型对单元10的运行不是至关重要的。例如,该电源可以包括以下一个或任意两个或更多的组合:独立化石燃料发电装置,包括烧掉气体或LNG;远程发电设施的变电站;地热装置;水力发电装置;太阳能发电装置;风力发电装置;或者波浪发电装置。
单元10特别地设计为免维护,且不意图使人们能够在服务或维护时进入单元10。因此,集装箱14内的设备可以被配置为最有效地使用可用空间,而不是允许人类访问集装箱内的设备进行维修和维修。在一种使用的方法中,设想在单元10发生故障的情况下,通过将其与歧管106断开,该单元被简单地从整个设备中断开。这可以通过在歧管和连接器16之间的物理断开,或者通过相应的阀和开关(从歧管到每个单元10的连接脐带管;或者,相应的连接器)的操作来实现。
故障的单元10可以从组B1、B2中移除,或者仅仅留在组中,且另一单元10被添加或以其他方式连接到歧管106。为此,在构造LNG生产装置100时,可以提供一个或多个冗余的单元10r,以在发生故障的单元10的情况下,将减少的生产容量的时间最小化。例如,参考图12,假设单元10f发生故障并且与歧管106断开连接,并且在组B1的一端处提供三个冗余的单元10r1、10r2和10r3作为冗余的单元。单元10f位于组B1中单元的底排。
装置100的操作者可以断开单元10f并连接在所述单元10r1中。如果单元10r1-10r3预先连接到歧管106并且所需的全部是在连接器16中或在歧管106和连接器16之间的脐带管中切换或打开/关闭各种开关和阀,则几乎可以在瞬间完成这种操作。如果操作者想物理地移除故障的单元10f,则可以:
·接入另外两个冗余的单元10r2和10r3;
·断开故障的单元10f正上方的两个非故障的单元10,如果尚未通过"断开"完成,则将非故障的单元10与歧管106物理断开;
·用龙门起重机102物理移除单元10f和正上方两个非故障的单元;
·用龙门起重机102将两个非故障的单元与新的单元10一起放回组B1中;和
·二者之一:将非故障的单元和新的单元重新连接到歧管106并断开冗余的单元10r1-10r3;或者保持冗余的单元与歧管106的连接,并且现在使用两个非故障的单元和新的单元作为冗余单元。
从上面的描述中可以理解的是,单元10通过根据匹配进料流110中气体的质量流率所需的连接或断开离散LNG液化容量,促进了在生产场构造LNG生产装置的方法。这被认为具有巨大的经济效益,因为它允许LNG生产,因此在比其它情况下明显更早的时间内获得具有非常低的初始资本支出的收入流,并且使得装置操作者能够比其它情况下更早地建立生产合同,从而获得相对于有竞争力的运营商的显著优势。
虽然已经描述了集装箱化的LNG液化单元10和相关的生产装置100的具体实施例,但应当理解的是,单元10和装置100可以以许多其他形式体现。
例如,相对于单元10,示出了两个单独的压缩机主体,一个用于低压压缩机20,另一个用于高压压缩机22。然而,低压和高压压缩都可以在具有多级的单一主体内提供。此外,可以为每个压缩阶段提供一个单独的发动机,而不是驱动高压和低压压缩机/级的单一发动机。进一步相信,通过提供高速发动机,例如以超过4000RPM的速度运行,例如25000RPM的速度运行,可以进一步减小每个单元的整体尺寸。此外,每个单元10可设置有自身的预处理设施,从而避免了对图12所示的共享设施108的需求。可选择地,每个单元10可配置有选定的预处理设施,例如用于去除二氧化碳。
此外,单元10被描述为在出口连接器16b处提供LNG,压力为1bar,温度为-161℃。然而,单元10可配置和操作,以在更高压和高温下提供LNG,然后在加压的容器上运输,并在运输到-161℃和1bar时冷却和减压。在这种变化中,单元10可以运行以提供冷却的压缩的天然气而不是LNG。
此外,单元10被示出为具有共用壁11,该共用壁11具有多个独立的连接器16。然而,可以使用单一多端口连接器,使得其能够与连接到单元10的所有或其中一部分服务和基础设施同时连接,而不是如图1中所示的对于每个服务/基础设施具有单独的连接器。例如,可以提供多端口连接器,使得能够对由集装箱14的共用壁11上当前示出的单独的连接器16a-16G连接的每一个服务和基础设施进行连接。
图12示出了装置100,包括堆叠成组B1和B2的多个单元10。但是,当使用多个单元10时,它们不是必须堆叠的。堆叠提供了减少装置100的接地面积的有点。如果接地面积尺寸不是重要或显著的,那么单元10就不需要堆叠。
可在集装箱14上提供用于进一步服务或基础设施的额外的连接器。例如,在允许人们打开设备/管路进行维修/翻新之前,可并入通气口或连接器,使得能够从集装箱14内净化惰性气体。
对上述实施例的进一步可能变化包括:
·将热交换器17和18结合成单一热交换器。
·将歧管系统106设置成围绕组B1和B2的外部延伸而不是穿过组B1和B2之间的过道的结构和/或配置。这里的选择包括将歧管106形成为分叉结构或可选地形成为开环。
·提供歧管系统106作为多个单独的歧管或脐带管。例如,可以提供一个歧管用于向每个单元10提供天然气进料流,可以提供另一个歧管用于从每个单元10到30的存储设施92供给LNG,并且可以提供另一个歧管或脐带管用于向每个单元10供应电力和惰性流体,同时还对于在外部热交换器112中冷却的传热流体提供流动路径。
·虽然图12说明了使用龙门起重机来移动和堆叠集装箱14个自然不同类型的起重机可以使用。
·图5-11描述了集装箱单元10的不同实施例中液化装置的各种可能的SMR回路。然而,这些图中所示的电路不限于仅在集装箱是单元10中的应用。此外,应当理解的是,对于热交换器,纵横比>1是可选的特性,当液化装置在本文所述的集装箱单元10中时,该特性可能具有特定的应用。
在随后的权利要求和前面的描述中,除非上下文由于表达语言或必要含义而另外要求,否则词语"包括(comprise)"和诸如"包括(comprises)"或"包括(comprising)"的变体以包含的意义使用,即,以指定所述特征的存在,但不排除如本文所公开的单元、装置和方法的各种实施例中其它特征的存在或添加。

Claims (44)

1.一种集装箱化的LNG液化单元,包括:
LNG液化装置;
可运输集装箱,其中所述LNG液化装置全部集装在所述可运输集装箱内;和
支撑在所述集装箱上的一个或多个连接器,所述一个或多个连接器被布置成能使服务,流体和基础设施分开和隔离地流动,所述一个或多个连接器被布置成使得天然气进料流能够流到所述集装箱,LNG从所述集装箱流出,并且所述LNG液化装置连接到外部电力源;其中
所述一个或多个连接器包括传热流体入口和出口,所述传热流体入口和出口能够通过所述传热流体流入和流出所述集装箱而从所述集装箱中去除能量。
2.根据权利要求1所述的LNG液化单元,其特征在于,所述可运输集装箱被气密地密封。
3.根据权利要求1所述的LNG液化单元,其特征在于,所述连接器包括以下中的任一者或两者:(a)能够从所述集装箱中去除气体或液体的排放器;以及,(b)能够供应流体以促进所述LNG液化装置的设备和/或仪器的操作的一个或多个通用流体端口。
4.根据权利要求1所述的LNG液化单元,其特征在于,所述集装箱填充有以下中的任一者:(a)惰性流体;或(b)氮气;或(c)被加压到相对于大气压力的正压力的惰性流体。
5.根据权利要求1所述的LNG液化单元,其特征在于,包括监测系统,该监测系统能够监测所述LNG液化装置的状态和性能,并提供与液化单元有关的远程可接入状态和性能信息。
6.根据权利要求5所述的LNG液化单元,其特征在于,所述监测系统还能够监测所述集装箱内的环境特性。
7.根据权利要求6所述的LNG液化单元,其特征在于,所述环境特性包括以下中的一个或多个:所述集装箱内的大气压力;所述集装箱中大气的组成;所述集装箱内的温度;以及所述LNG液化装置的一个或多个选定部件的温度。
8.根据权利要求1所述的LNG液化单元,其特征在于,所述LNG液化装置包括主低温热交换器;以及用于使致冷剂循环通过所述主低温热交换器的致冷剂回路,所述致冷剂回路包括至少一个压缩机和用于驱动至少一个压缩机的至少一个电发动机。
9.根据权利要求8所述的LNG液化单元,其特征在于,所述主低温热交换器的纵横比≥1,其中宽度和/或深度大于高度。
10.根据权利要求8所述的LNG液化单元,其特征在于,所述主低温热交换器包括两个或更多个单独的热交换器。
11.根据权利要求10所述的LNG液化单元,其特征在于,每个单独的热交换器的纵横比≥1。
12.根据权利要求8所述的LNG液化单元,其特征在于,所述主低温热交换器被布置成在垂直方向以高达每米100℃的热应力运行。
13.根据权利要求8所述的LNG液化单元,其特征在于,所述电发动机被布置成使至少一个压缩机以至少4000rpm或高达约25000RPM的速度转动。
14.根据权利要求8所述的LNG液化单元,其特征在于,所述至少一个压缩机包括低压压缩机和高压压缩机。
15.根据权利要求14所述的LNG液化单元,其特征在于,所述至少一个发动机包括驱动低压压缩机和高压压缩机的单一发动机。
16.根据权利要求8所述的LNG液化单元,其特征在于,所述致 冷剂回路包括用于分离制冷剂的液相和气相的至少一个分离器,其中至少一个分离器的纵横比大于≥1。
17.根据权利要求16所述的LNG液化单元,其特征在于,包括在至少一个压缩机和分离器之间的制冷剂回路中的至少一个中间冷却器。
18.根据权利要求1所述的LNG液化单元,其特征在于,包括消灭端口,所述消灭端口被布置成促进注射能够防止空气在所述集装箱中聚集或从所述集装箱中置换空气的材料。
19.根据权利要求1所述的LNG液化单元,其特征在于,所述LNG液化装置被配置成生产到达0.30MTPA的LNG。
20.根据权利要求1所述的LNG液化单元,其特征在于,所述LNG液化装置被配置成生产到达0.10MTPA的LNG。
21.一种LNG生产装置,包括:多个根据权利要求1-20中任一项所述的集装箱化的LNG液化单元,每个集装箱化的LNG液化装置布置成生产预定数量的LNG;以及歧管系统,所述歧管系统实现所述多个集装箱化的LNG液化单元和至少天然气进料流、电力源以及LNG储存设施之间的连接。
22.根据权利要求21所述的LNG生产装置,其特征在于,所述多个LNG液化单元中的一些相互堆叠在彼此的顶部以形成一组堆叠的LNG液化单元。
23.根据权利要求22所述的LNG生产装置,其特征在于,包括至少一组堆叠的LNG液化单元,并且其中所述歧管系统邻近所述至少一组LNG液化单元运行。
24.根据权利要求23所述的LNG生产装置,其特征在于,所述至少一组包括至少两组所述堆叠的LNG液化单元,其中所述歧管系统在彼此相邻的组之间或所述组的外部周围运行。
25.根据权利要求21所述的LNG生产装置,其特征在于,所述LNG液化单元和所述歧管系统布置成使得每个LNG液化单元的一个面能够直接接入歧管系统。
26.根据权利要求21所述的LNG生产装置,其特征在于,每个LNG液化单元具有长度Xm、高度Ym和宽度Zm,其中Xm>Ym,并且每个组具有长度Lm、高度Hm和宽度Wm,其中Lm>Wm,并且在每个组中,每个液化单元的长度方向垂直于所述组的长度方向。
27.根据权利要求22所述的LNG生产装置,其特征在于,包括被配置成建造和拆除每组LNG液化单元的一个或多个起重机。
28.根据权利要求27所述的LNG生产装置,其特征在于,所述起重机包括门式起重机,所述门式起重机跨越所述LNG生产装置的宽度,并且能够将LNG液化单元置于组中或将LNG液化单元从组中去除。
29.根据权利要求21所述的LNG生产装置,其特征在于,每个集装箱化的LNG液化单元包括闭环制冷剂回路。
30.根据权利要求21所述的LNG生产装置,其特征在于,每个集装箱化的LNG液化单元包括布置成连接到所述歧管系统的开环传热流体回路,使传热流体能够流入和流出每个集装箱化的LNG液化单元。
31.根据权利要求30所述的LNG生产装置,其特征在于,包括与所述歧管系统流体连通并且布置成促进所述传热流体冷却的冷却设施。
32.根据权利要求31所述的LNG生产装置,其特征在于,所述冷却设施包括空气和/或水冷却设施。
33.根据权利要求21所述的LNG生产装置,其特征在于,包括预处理设施,所述预处理设施布置成在液化之前从所述进料流气体中去除以下一种或任意两种或更多的组合:水、酸性气体、汞和二氧化碳。
34.一种在生产场建造LNG生产装置的方法,包括:使用歧管将多个根据权利要求1-20中任一项集装箱化的LNG液化单元连接在一起或断开以使得能根据与进料流中的天然气的质量流率匹配的需要,LNG液化容量离散递增改变;
引导来自所述天然气进料流的天然气流和电力通过所述歧管到所述集装箱化的LNG液化单元中所连接的LNG液化单元;以及由所述集装箱化的LNG液化单元中所连接的LNG液化单元所液化的LNG到LNG存储设施。
35.根据权利要求34所述的方法,其特征在于,包括堆叠所述一个或多个集装箱化的LNG液化单元以形成一组或多组堆叠的集装箱化的LNG液化单元。
36.根据权利要求35所述的方法,其特征在于,包括自主地堆叠所述一个或多个集装箱化的LNG液化单元以形成所述一组或多组。
37.根据权利要求34所述的方法,其特征在于,包括将所述集装箱化的LNG液化单元连接到传热流体回路,所述传热流体回路布置成使得传热流体能够流过每个所述连接的集装箱化的LNG液化单元和外部热交换器。
38.一种生产LNG的方法,包括根据与进料流中的天然气的质量流率匹配的需要,将一个或多个根据权利要求1-20中任一项所述的LNG液化单元与天然气进料流连接或断开,以提供离散递增的LNG液化容量。
39.根据权利要求38所述的方法,其特征在于,包括连接在单元中的0.01MTPA至0.30MTPA之间的所述离散递增的LNG液化容量。
40.根据权利要求38所述的方法,其特征在于,通过一个或多个集装箱化的LNG液化单元提供所述离散递增的LNG液化容量,其中每个集装箱化的LNG液化单元能够连接到所述天然气进料流,以从所述进料流中接收至少一部分所述天然气,并能够从一定体积LNG的所述部分天然气中生产。
41.根据权利要求40所述的方法,其特征在于,包括监测每个所述集装箱化的LNG液化单元的运行状态,以检测在所述单元中的失效或故障,以及在检测到在单元中的失效或故障时,将所述单元与所述天然气进料流断开或以其他方式隔离。
42.根据权利要求41所述的方法,其特征在于,包括对于被检测为失效或有故障的每个集装箱化的LNG液化单元,将新的集装箱化的LNG液化单元连接到所述天然气进料流中。
43.根据权利要求40所述的方法,其特征在于,进一步包括将由每个集装箱化的LNG液化单元生产的LNG转移到LNG储存设施。
44.根据权利要求38所述的方法,其特征在于,所述方法包括通过所述集装箱化的LNG液化单元和外部热交换器来循环传热流体。
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