CN111684224A - 混合制冷剂系统和方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于用混合制冷剂来冷却气体的系统，包括热交换器，其接收并冷却气体的进料，从而产生产物。该系统包括混合制冷剂处理系统，其具有压缩装置和后冷却器以及低压蓄积器和高压蓄积器。冷蒸气分离器从高压蓄积器接收蒸气，并具有蒸气出口和液体出口。来自冷蒸气分离器蒸气出口的蒸气被冷却、膨胀并被引导至热交换器的主制冷通道。来自冷蒸气分离器的液体出口的液体被过冷却、膨胀并被引导至主制冷通道。来自低压蓄积器的液体被过冷却、膨胀并被引导至主制冷通道。来自高压蓄积器的液体被过冷却、膨胀并被引导至主制冷通道。

Description

混合制冷剂系统和方法
优先权要求
本申请要求于2017年9月21日提交的美国临时申请号62/561417的权益，其内容通过引用合并于此。
技术领域
本发明总体涉及用于冷却或液化气体的处理和系统，更具体地，涉及用于冷却或液化气体的混合制冷剂系统和方法。
背景技术
主要是甲烷的天然气以及其他气体在压力下液化以进行存储和运输。液化导致的体积减小允许使用更实用和经济的设计的容器。通常通过一个或多个制冷循环通过间接热交换来冷却气体从而实现液化。由于所需设备的复杂性和所需的制冷剂性能效率，这样的制冷循环在设备成本和操作上都是昂贵的。因此，需要具有提高的制冷效率和降低的操作成本以及降低的复杂性的气体冷却和液化系统。
在液化系统的制冷循环中使用混合制冷剂可提高效率，因为制冷剂的加热曲线与气体的冷却曲线更紧密匹配。液化系统的制冷循环通常将包括用于调节或处理混合制冷剂的压缩系统。混合制冷剂压缩系统通常包括一个或多个级，每个级包括压缩机、冷却器以及分离和液体蓄积器(accumulator)装置。离开压缩机的蒸气在冷却器中被冷却，并且所产生的两相或混合相流被引导至分离和液体蓄积器装置，蒸气和液体从该装置中流出，以进一步处理和/或引导至液化热交换器。
来自压缩系统的混合制冷剂的分离的液相和气相可被引导至热交换器的各部分以提供更有效的冷却。在Gushanas等人的共同拥有的美国专利号9441877、Ducote等人的美国专利申请公开号US2014/0260415以及Ducote等人的美国专利申请公开号US 2016/0298898中提供了这种系统的示例，其各自的内容通过引用并入本文。
期望在气体冷却和液化系统中进一步提高冷却效率并降低运行成本。
发明内容
本发明的多个方面可以在下面描述和要求保护的设备和系统中单独或一起体现。这些方面可以单独使用，也可以与本文中描述的主题的其他方面结合使用，并且这些方面一起的描述并不旨在排除单独使用这些方面或者排除单独或在所附的权利要求书中阐述的不同组合地要求这些方面。
在一方面，一种用于用混合制冷剂冷却气体的系统，包括热交换器，其包括冷却通道，该冷却通道具有配置成接收气体的进料的入口和产物通过其离开热交换器的出口。热交换器还包括主制冷通道、预冷液体通道、高压蒸气通道、高压液体通道、冷分离器蒸气通道和冷分离器液体通道。第一级压缩装置具有与主制冷通道的出口流体连通的入口。第一级后冷却器具有与第一级压缩装置的出口流体连通的入口和出口。低压蓄积器具有与第一级后冷却器的出口流体连通的入口、与热交换器的预冷液体通道流体连通的液体出口和蒸气出口。第二级压缩装置具有与低压蓄积器的蒸气出口流体连通的入口和出口。第二级后冷却器具有与第二级压缩装置的出口流体连通的入口和出口。高压蓄积器具有与第二级后冷却器的出口流体连通的入口、与热交换器的高压液体通道流体连通的液体出口和与热交换器的高压蒸气通道流体连通的蒸气出口。冷蒸气分离器具有与热交换器的高压蒸气通道流体连通的入口、与热交换器的冷分离器蒸气通道流体连通的蒸气出口和与热交换器的冷分离器液体通道流体连通的液体出口。第一膨胀装置具有与热交换器的高压液体通道流体连通的入口和出口。可选的中温分离装置具有与第一膨胀装置的出口流体连通的入口、与主制冷通道流体连通的蒸气出口和与主制冷通道流体连通的液体出口。第二膨胀装置具有与热交换器的冷分离器液体通道流体连通的入口和出口。可选的CVS温度分离装置具有与第二膨胀装置的出口流体连通的入口、与主制冷通道流体连通的蒸气出口和与主制冷通道流体连通的液体出口。第三膨胀装置具有与热交换器的冷分离器蒸气通道流体连通的入口和与主制冷通道流体连通的出口。第四膨胀装置具有与热交换器的预冷液体通道流体连通的入口和与中温分离装置、CVS温度分离装置和主制冷通道中的至少一个流体连通的出口。
在另一方面，一种用于用混合制冷剂冷却气体的系统包括具有冷却通道的热交换器，该冷却通道具有配置成接收气体的进料的入口和产物通过其离开所述热交换器的出口。热交换器还包括主制冷通道、预冷液体通道、高压蒸气通道、高压液体通道、冷分离器蒸气通道和冷分离器液体通道。第一级压缩装置具有与主制冷通道的出口流体连通的入口。第一级后冷却器具有与第一级压缩装置的出口流体连通的入口和出口。低压蓄积器具有与第一级后冷却器的出口流体连通的入口、与热交换器的预冷液体通道流体连通的液体出口和蒸气出口。第二级压缩装置具有与低压蓄积器的蒸气出口流体连通的入口和出口。第二级后冷却器具有与第二级压缩装置的出口流体连通的入口和出口。高压蓄积器具有与第二级后冷却器的出口流体连通的入口，并且具有与热交换器的高压液体通道流体连通的液体出口和与热交换器的高压蒸气通道流体连通的蒸气出口。冷蒸气分离器具有与热交换器的高压蒸气通道流体连通的入口、与热交换器的冷分离器蒸气通道流体连通的蒸气出口和与热交换器的冷分离器液体通道流体连通的液体出口。第一膨胀装置具有与热交换器的高压液体通道流体连通的入口和与主制冷通道流体连通的出口。第二膨胀装置具有与热交换器的冷分离器液体通道流体连通的入口和与主制冷通道流体连通的出口。第三膨胀装置具有与热交换器的冷分离器蒸气通道流体连通的入口和与主制冷通道流体连通的出口。第四膨胀装置具有与热交换器的预冷液体通道流体连通的入口和与主制冷通道流体连通的出口。
在另一方面，一种用于用混合制冷剂冷却气体的系统具有热交换器，其包括冷却通道，该冷却通道具有配置成接收气体的进料的入口和产物通过其离开热交换器的出口。热交换器还包括主制冷通道、高压蒸气通道、高压液体通道、冷分离器蒸气通道和冷分离器液体通道。压缩装置具有与主制冷通道的出口流体连通的入口。后冷却器具有与压缩装置的出口流体连通的入口和出口。蓄积器具有与后冷却器的出口流体连通的入口、与热交换器的高压液体通道流体连通的液体出口和与热交换器的高压蒸气通道流体连通的蒸气出口。冷蒸气分离器具有与热交换器的高压蒸气通道流体连通的入口、与热交换器的冷分离器蒸气通道流体连通的蒸气出口和与热交换器的冷分离器液体通道流体连通的液体出口。第一膨胀装置具有与热交换器的高压液体通道流体连通的入口和出口。中温分离装置具有与第一膨胀装置的出口流体连通的入口、与主制冷通道流体连通的蒸气出口和与主制冷通道流体连通的液体出口。第二膨胀装置具有与热交换器的冷分离器液体通道流体连通的入口和与主制冷通道流体连通的出口。第三膨胀装置具有与热交换器的冷分离器蒸气通道流体连通的入口和与主制冷通道流体连通的出口。
在另一方面，一种用于用混合制冷剂冷却气体的系统具有热交换器，其包括冷却通道，该冷却通道具有配置成接收气体的进料的入口和产物通过其离开热交换器的出口。热交换器还包括主制冷通道、高压蒸气通道、高压液体通道、冷分离器蒸气通道和冷分离器液体通道。压缩装置具有与主制冷通道的出口流体连通的入口。后冷却器具有与压缩装置的出口流体连通的入口和出口。蓄积器具有与后冷却器的出口流体连通的入口、与热交换器的高压液体通道流体连通的液体出口和与热交换器的高压蒸气通道流体连通的蒸气出口。冷蒸气分离器具有与热交换器的高压蒸气通道流体连通的入口、与热交换器的冷分离器蒸气通道流体连通的蒸气出口和与热交换器的冷分离器液体通道流体连通的液体出口。第一膨胀装置具有与热交换器的高压液体通道流体连通的入口和与主制冷通道流体连通的出口。第二膨胀装置具有与热交换器的冷分离器液体通道流体连通的入口和出口。CVS温度分离装置具有与第二膨胀装置的出口流体连通的入口、与主制冷通道流体连通的蒸气出口和与主制冷通道流体连通的液体出口。第三膨胀装置具有与热交换器的冷分离器蒸气通道流体连通的入口和与主制冷通道流体连通的出口。
在又一方面，一种用于用混合制冷剂冷却气体的系统具有热交换器，其包括限定内部的壳、位于该内部内的冷却通道，并且该冷却通道具有配置成接收气体的进料的入口和产物通过其离开所述热交换器的出口。热交换器还包括位于内部内的预冷液体通道、高压蒸气通道、高压液体通道、冷分离器蒸气通道和冷分离器液体通道。第一级压缩装置具有与热交换器的内部的出口流体连通的入口。第一级后冷却器具有与第一级压缩装置的出口流体连通的入口和出口。低压蓄积器具有与第一级后冷却器的出口流体连通的入口、与热交换器的预冷液体通道流体连通的液体出口和蒸气出口。第二级压缩装置具有与低压蓄积器的蒸气出口流体连通的入口和出口。第二级后冷却器具有与第二级压缩装置的出口流体连通的入口和出口。高压蓄积器具有与第二级后冷却器的出口流体连通的入口、与热交换器的高压液体通道流体连通的液体出口和与热交换器的高压蒸气通道流体连通的蒸气出口。冷蒸气分离器具有与热交换器的高压蒸气通道流体连通的入口、与热交换器的冷分离器蒸气通道流体连通的蒸气出口和与热交换器的冷分离器液体通道流体连通的液体出口。第一膨胀装置具有与热交换器的高压液体通道流体连通的入口和与热交换器的内部流体连通的出口。第二膨胀装置具有与热交换器的冷分离器液体通道流体连通的入口和与热交换器的内部流体连通的出口。第三膨胀装置具有与热交换器的冷分离器蒸气通道流体连通的入口和与热交换器的内部流体连通的出口。第四膨胀装置具有与热交换器的预冷液体通道流体连通的入口和与热交换器的内部流体连通的出口。
在另一方面，一种用于用混合制冷剂冷却气体的方法包括以下步骤：使气体与流经主制冷剂通道的混合制冷剂以逆流、间接的热交换关系流经热交换器的冷却通道；在压缩系统中调节和分离离开主制冷通道的混合制冷剂，以形成高沸点制冷剂液体流、高压蒸气流和中沸点液体流；在热交换器中冷却高压蒸气；将冷却的高压蒸气分离成冷分离器蒸气流和冷分离器液体流；在热交换器中过冷却冷分离器液体流；闪蒸过冷却的冷分离器液体流以形成第一冷分离器混合相流；将第一冷分离器混合相流引导至主制冷通道；在热交换器中冷却冷分离器蒸气流；闪蒸冷却的冷分离器蒸气流以形成第二冷分离器混合相流；将第二冷分离器混合相流引导至主制冷通道；在热交换器中过冷却中沸点液体流；闪蒸过冷却的中沸点液体流以形成中沸点混合相流；将中沸点混合相流引导至主制冷通道；在热交换器中过冷却高沸点制冷剂液体流；闪蒸过冷却的高沸点制冷剂液体流以形成高沸点混合相流；以及将高沸点混合相流引导至主制冷通道。
附图说明
图1是示出了本发明的处理和系统的第一实施例的处理流程图和示意图；
图2是示出了本发明的处理和系统的第二实施例的处理流程图和示意图；
图3是示出了本发明的处理和系统的第三实施例的处理流程图和示意图；
图4是示出了本发明的处理和系统的第四实施例的处理流程图和示意图；
图5是示出了本发明的处理和系统的第五实施例的处理流程图和示意图；
图6是示出了本发明的处理和系统的第六实施例的处理流程图和示意图。
具体实施方式
混合制冷剂液化系统的第一实施例在图1中总体上以10表示。该系统包括总体上以12表示的压缩系统和总体上以14表示的热交换器系统。热量的去除是在热交换器系统14中使用混合制冷剂完成的，混合制冷剂使用压缩系统12进行处理和调节。
在此应注意，通道和流有时由图中列出的相同元件编号来指代。另外，如本文所用，并且如本领域中已知的，热交换器是在不同温度下的两个或更多个流之间或者在流与环境之间发生间接热交换的设备或设备中的区域。如本文所用，术语“连通”及其变体等通常是指流体连通，除非另有说明。此外，尽管处于连通的两种流体可以在混合时交换热量，但这种交换将不被认为与热交换器中的交换相同，尽管这种交换可以发生在热交换器中。如本文所用，术语“降低...的压力”(或其变体)不涉及相变，而术语“闪蒸”(或其变体)涉及相变，甚至包括部分相变。如本文所用，术语“高”、“中”、“温暖”等是相对于如本领域中惯用的可比较流而言的。
热交换器系统包括总体上以16表示的多流热交换器，其具有暖端18和冷端20。热交换器接收高压天然气进料流22，其通过与热交换器中的制冷剂流进行热交换来去除热量而在冷却通道24中液化。结果，产生了液体天然气产物的流26。热交换器的多流设计允许将多个流方便且节能地集成到单个热交换器中。合适的热交换器可以从德克萨斯州的Woodlands的查特能源化工股份有限公司(Chart Energy&Chemicals,Inc.)购买。从查特能源化工股份有限公司获得的钎焊铝板和散热片多流热交换器具有结构紧凑的优点。
包括热交换器16的图1的系统可以配置为执行现有技术中已知的其他气体处理选项，如虚线28所示。这些处理选项可能需要气体流离开或再次进入热交换器一次或多次，并且可能包括例如天然气液体回收或氮排除。此外，尽管以下根据天然气的液化描述了实施例，但它们可用于冷却、液化和/或处理除天然气以外的气体，包括但不限于空气或氮气。
参照压缩系统12，压缩机的第一级32接收蒸气混合制冷剂流34并对其压缩。然后，所得的流36行进至第一级后冷却器38，在此其被冷却并部分冷凝。所得的混合相制冷剂流42行进至低压蓄积器44，并被分离成蒸气流46和高沸点制冷剂液体流48。虽然蓄积器鼓被示为低压蓄积器44，但也可以使用其他分离装置，包括但不限于立管或其他类型的容器、旋流分离器、蒸馏单元、聚结分离器或者筛网或叶片式除雾器。这适用于以下引用的所有蓄积器、分离器、分离装置和立管。
蒸气流46从低压蓄积器44的蒸气出口行进至压缩机的第二级64，在此其被压缩至高压。流66离开压缩机第二级，并行经第二或最后级后冷却器68，在此处其被冷却。所得的流72包含气相和液相两者，它们在高压蓄积器74中分离以形成高压蒸气流76和高压或中沸点制冷剂液体流78。
虽然第一和第二压缩机级示出为单个压缩机的一部分，但可以替代地使用单独的压缩机。另外，该系统不限于仅两个压缩和冷却级，可以使用更多或更少。
转向热交换器系统14，热交换器16包括高压蒸气通道82，该通道82从高压蓄积器74接收高压蒸气流76并对其冷却，以使其部分冷凝。将所得的混合相冷分离器进料流84提供给冷蒸气分离器86，从而产生冷分离器蒸气流88和冷分离器液体流90。
热交换器16包括冷分离器蒸气通道92，其接收冷分离器蒸气流88。冷分离器蒸气流在通道92中被冷却并冷凝成液体流94，通过膨胀装置96闪蒸并被引导至冷温分离器98以形成冷温液体流102和冷温蒸气流104。如在以下引用的所有膨胀装置的情况下，膨胀装置96可以是膨胀阀，比如焦耳-汤姆森阀，或另一种类型膨胀装置，包括但不限于涡轮机或孔口。冷温液体和蒸气流被合并(在热交换器内、在热交换器的集管(header)内或者在进入热交换器的集管之前)，并被引导至热交换器的主制冷通道106以提供冷却。
冷分离器液体流90在冷分离器液体通道108中冷却以形成过冷却的冷分离器液体110，其在112处闪蒸并被引导至CVS温度分离器114。所得的CVS温度液体流116和所得的CVS蒸气流118被合并(在热交换器内、在热交换器的集管内或者在进入热交换器的集管之前)并被引导至热交换器的主制冷通道106以提供冷却。在这种布置中，CVS温度分离器114改善了热力学和流体分配性能。
在图1中以117表示的液位检测器或传感器确定冷蒸气分离器86中的液位，并将该数据通过线路119传输到阀控制器120，其控制阀112的操作。当冷蒸气分离器86内的液位升高到预定液位以上时，阀控制器120被编程为进一步打开阀112。结果，CVS温度分离器114允许对冷蒸气分离器86内的液位进行调节或控制。
中沸点制冷剂液体流78从高压蓄积器74被引导通过热交换器的高压液体通道122，过冷却且然后使用膨胀装置124闪蒸，并且被引导至中温立管126以形成中温制冷剂蒸气流128和中温液体流130，它们被合并(在热交换器内、在热交换器的集管内或者在进入热交换器的集管之前)并且被引导至热交换器的主制冷通道106以提供冷却。
离开低压蓄积器44的液体流48是温暖的并且是混合制冷剂的大部分，进入热交换器16的预冷液体通道52并被过冷却。所得的过冷却的高沸点流54离开热交换器，并通过膨胀装置56闪蒸并且被引导至暖温立管62。结果，暖温制冷剂蒸气流61和暖温液体流63被形成并被合并(在热交换器内、在热交换器的集管内或者在进入热交换器的集管之前)并被引导至热交换器的主制冷通道106以提供冷却。
来自暖温立管62、中温立管126、CVS温度立管114和冷温立管98的合并的制冷剂流作为优选地为气相的合并的返回制冷剂流132离开主制冷通道106。返回制冷剂流132流到可选的抽吸鼓134，其产生蒸气混合制冷剂流34，如前所述。如本领域中已知，可选的抽吸鼓134防止液体被输送到系统压缩机。
在图1所示的系统的实施例中，代替例如在Ducote等人的专利申请公开号US2014/0260415中那样在进入热交换器之前将来自冷蒸气分离器86的液体与来自高压混合制冷剂蓄积器74的液体混合，将液体分别引入热交换器。此外，在初始的单独液体流被冷却且然后由各自的膨胀装置闪蒸之后，来自冷蒸气分离器和高压混合制冷剂蓄积器的液体流与相应的蒸气流分开地被引入。这为热交换器提供了适当的蒸气和液体分配的优势，这对于钎焊铝制热交换器(BAHX)特别重要，尤其是在并行使用多个BAHX的情况下。此外，发明人发现，与来自冷蒸气分离器和高压混合制冷剂蓄积器的液体在进入热交换器之前被混合的设计相比，图1的系统导致效率有提高。
可以改变图1所示的配置，以降低各种尺寸的液体天然气工厂的成本和复杂性。例如，在图2所示的替代实施例中，省略了图1的暖温立管62。离开低压蓄积器244的液体流248是温暖的并且是混合制冷剂的大部分，进入热交换器216的预冷液体通道252并被过冷却。所得的过冷却的高沸点流254离开热交换器，并通过膨胀装置256被减压或闪蒸。所得的制冷剂流258被引导至热交换器的主制冷通道206以提供冷却。
除下面描述的例外之外，图2的系统的其余部分和相应部件与在图3-6的系统的情况下相同，并且以相同的方式操作，如上面关于图1的系统所述。
在图3所示的另一实施例中，省略了图1的冷温立管98(以及暖温立管62)。热交换器316包括接收冷分离器蒸气流388的冷分离器蒸气通道392。冷分离器蒸气流在通道392中被冷却并冷凝成液体流394，通过膨胀装置396被减压或闪蒸，并且所得的制冷剂流398被引导至热交换器的主制冷通道306以提供冷却。
如图4所示，与图1-3的系统相反，系统的替代实施例可以配置为在不使用来自低压蓄积器444的低压制冷剂的情况下运行。
在图5所示的另一替代配置中，来自低压蓄积器的液体制冷剂流被送到中温立管526或CVS温度立管514，而不是分别进入热交换器。更具体地，参考图5，离开低压蓄积器544的液体流548是温暖的并且是混合制冷剂的大部分，进入热交换器516的预冷液体通道552并且被过冷却。所得的过冷却的高沸点流554离开热交换器并通过膨胀装置556被减压或闪蒸。所得的制冷剂流558被引导至中温立管526。可替代地或另外，如在560处的虚线所示，离开膨胀装置556的制冷剂流可被引导至CVS温度立管514。作为另一替代，如图5中的561处的虚线所示，可以将制冷剂流558的一部分或全部引导至主制冷通道506。
图5的系统和处理减少了进入热交换器516的主制冷通道506的喷射点的数量。考虑到进入主制冷通道的每个喷射点导致通道中的压力下降，减少喷射点的数量降低了系统的功耗，从而提高了运行效率。另外，简化了热交换器的制造，这降低了设备成本。
在图6所示的另一替代构造中，核与釜或壳与管热交换器616用于通过通道624液化天然气进料流622，从而形成液体天然气产物流626。如在先前的实施例中，图6的系统(包括热交换器616)可以配置成执行现有技术中已知的其他气体处理选项，如在628处的虚线所示。这些处理选项可能需要气体流离开或再次进入热交换器一次或多次，并且可能包括例如天然气液体回收或氮排除。
在图6的实施例中，离开低压蓄积器644的液体流648是温暖的并且是混合制冷剂的大部分，进入热交换器616的预冷液体通道652并被过冷却。所得的过冷却的高沸点流离开热交换器并通过膨胀装置656被减压或闪蒸，所得的制冷剂流658被引导至热交换器616的釜或壳以提供冷却。
热交换器616包括高压蒸气通道682，该通道682从高压蓄积器674接收高压蒸气流676并对其冷却，以使其部分冷凝。将所得的混合相冷分离器进料流提供至冷蒸气分离器686，从而产生冷分离器蒸气流688和冷分离器液体流690。
热交换器616包括接收冷分离器蒸气流688的冷分离器蒸气通道692。冷分离器蒸气流在通道692中被冷却和冷凝，通过膨胀装置696闪蒸并被引导至热交换器616的釜或壳的顶部以提供冷却。
冷分离器液体流690在冷分离器液体通道608中冷却以形成过冷却的冷分离器液体流，其在612处闪蒸并被引导至热交换器616的釜或壳以提供冷却。
中沸点制冷剂液体流678从高压蓄积器674被引导通过热交换器的高压液体通道622，被过冷却，然后使用膨胀装置625闪蒸，并且被引导到热交换器616的釜或壳以提供冷却。
被引导至图6的热交换器616的釜或壳以提供冷却的每个制冷剂流进入位于釜或壳的内部的喷洒杆或其他分配装置。在流通过核或管(包含上述通道)上的釜或壳的内部向下流过以提供冷却之后，它们合并并离开热交换器616的底部，并且行进至压缩系统的可选抽吸鼓634作为制冷剂返回流632。
尽管已经示出和描述了本发明的优选实施例，但对于本领域技术人员而言显而易见的是，在不脱离本发明的精神的情况下可以对其进行改变和修改，本发明的范围由所附权利要求限定。

Claims (25)

1.一种用于用混合制冷剂冷却气体的系统，包括：
a)热交换器，其包括冷却通道，该冷却通道具有入口和出口，所述入口配置成接收气体的进料，且产物通过所述出口离开所述热交换器，所述热交换器还包括主制冷通道、预冷液体通道、高压蒸气通道、高压液体通道、冷分离器蒸气通道和冷分离器液体通道；
b)第一级压缩装置，其具有与主制冷通道的出口流体连通的入口；
c)第一级后冷却器，其具有与第一级压缩装置的出口流体连通的入口、和出口；
d)低压蓄积器，其具有与第一级后冷却器的出口流体连通的入口，并且具有与热交换器的预冷液体通道流体连通的液体出口、和蒸气出口；
e)第二级压缩装置，其具有与低压蓄积器的蒸气出口流体连通的入口、和出口；
f)第二级后冷却器，其具有与第二级压缩装置的出口流体连通的入口、和出口；
g)高压蓄积器，其具有与第二级后冷却器的出口流体连通的入口，并且具有与热交换器的高压液体通道流体连通的液体出口和与热交换器的高压蒸气通道流体连通的蒸气出口；
h)冷蒸气分离器，其具有与热交换器的高压蒸气通道流体连通的入口、与热交换器的冷分离器蒸气通道流体连通的蒸气出口和与热交换器的冷分离器液体通道流体连通的液体出口；
i)第一膨胀装置，其具有与热交换器的高压液体通道流体连通的入口、和出口；
j)中温分离装置，其具有与第一膨胀装置的出口流体连通的入口、与主制冷通道流体连通的蒸气出口和与主制冷通道流体连通的液体出口；
k)第二膨胀装置，其具有与热交换器的冷分离器液体通道流体连通的入口、和出口；
l)CVS温度分离装置，其具有与第二膨胀装置的出口流体连通的入口、与主制冷通道流体连通的蒸气出口和与主制冷通道流体连通的液体出口；
m)第三膨胀装置，其具有与热交换器的冷分离器蒸气通道流体连通的入口和与主制冷通道流体连通的出口；以及
n)第四膨胀装置，其具有与热交换器的预冷液体通道流体连通的入口和与中温分离装置、CVS温度分离装置和主制冷通道中的至少一个流体连通的出口。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第一和第二压缩级是单个压缩机的级。
3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述中温、CVS温度和冷温分离装置是立管。
4.根据权利要求1所述的系统，还包括暖温分离装置，所述暖温分离装置具有与第四膨胀装置的出口流体连通的入口、与主制冷通道流体连通的蒸气出口和与主制冷通道流体连通的液体出口。
5.根据权利要求1所述的系统，还包括冷温分离装置，所述冷温分离装置具有与第三膨胀装置的出口流体连通的入口、与主制冷通道流体连通的蒸气出口和与主制冷通道流体连通的液体出口。
6.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第四膨胀装置的出口仅与中温分离装置流体连通。
7.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第四膨胀装置的出口仅与CVS温度分离装置流体连通。
8.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第四膨胀装置的出口仅与主制冷通道流体连通。
9.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第四膨胀装置的出口与中温和CVS温度分离装置均流体连通。
10.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第四膨胀装置的出口与中温分离装置和主制冷通道均流体连通。
11.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第四膨胀装置的出口与CVS温度分离装置和主制冷通道均流体连通。
12.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第四膨胀装置的出口与中温和CVS温度分离装置以及主制冷通道流体连通。
13.一种用于用混合制冷剂来冷却气体的系统，包括：
a)热交换器，其包括冷却通道，该冷却通道具有入口和出口，所述入口配置成接收气体的进料，并且产物通过所述出口离开所述热交换器，所述热交换器还包括主制冷通道、预冷液体通道、高压蒸气通道、高压液体通道、冷分离器蒸气通道和冷分离器液体通道；
b)第一级压缩装置，其具有与主制冷通道的出口流体连通的入口；
c)第一级后冷却器，其具有与第一级压缩装置的出口流体连通的入口、和出口；
d)低压蓄积器，其具有与第一级后冷却器的出口流体连通的入口，并且具有与热交换器的预冷液体通道流体连通的液体出口、和蒸气出口；
e)第二级压缩装置，其具有与低压蓄积器的蒸气出口流体连通的入口、和出口；
f)第二级后冷却器，其具有与第二级压缩装置的出口流体连通的入口、和出口；
g)高压蓄积器，其具有与第二级后冷却器的出口流体连通的入口，并且具有与热交换器的高压液体通道流体连通的液体出口和与热交换器的高压蒸气通道流体连通的蒸气出口；
h)冷蒸气分离器，其具有与热交换器的高压蒸气通道流体连通的入口、与热交换器的冷分离器蒸气通道流体连通的蒸气出口和与热交换器的冷分离器液体通道流体连通的液体出口；
i)第一膨胀装置，其具有与热交换器的高压液体通道流体连通的入口和与主制冷通道流体连通的出口；
j)第二膨胀装置，其具有与热交换器的冷分离器液体通道流体连通的入口和与主制冷通道流体连通的出口；
k)第三膨胀装置，其具有与热交换器的冷分离器蒸气通道流体连通的入口和与主制冷通道流体连通的出口；以及
l)第四膨胀装置，其具有与热交换器的预冷液体通道流体连通的入口和与主制冷通道流体连通的出口。
14.根据权利要求13所述的系统，还包括中温分离装置，所述中温分离装置具有与第一膨胀装置的出口流体连通的入口、与主制冷通道流体连通的蒸气出口和与主制冷通道流体连通的液体出口。
15.根据权利要求13所述的系统，还包括CVS温度分离装置，所述CVS温度分离装置具有与第二膨胀装置的出口流体连通的入口、与主制冷通道流体连通的蒸气出口和与主制冷通道流体连通的液体出口。
16.根据权利要求13所述的系统，还包括冷温分离装置，所述冷温分离装置具有与第三膨胀装置的出口流体连通的入口、与主制冷通道流体连通的蒸气出口和与主制冷通道流体连通的液体出口。
17.根据权利要求13所述的系统，还包括暖温分离装置，其具有与第四膨胀装置的出口流体连通的入口、与主制冷通道流体连通的蒸气出口和与主制冷通道流体连通的液体出口。
18.一种用于用混合制冷剂来冷却气体的系统，包括：
a)热交换器，其包括冷却通道，该冷却通道具有入口和出口，所述入口配置成接收气体的进料，且产物通过所述出口离开所述热交换器，所述热交换器还包括主制冷通道、高压蒸气通道、高压液体通道、冷分离器蒸气通道和冷分离器液体通道；
b)压缩装置，其具有与主制冷通道的出口流体连通的入口；
c)后冷却器，其具有与压缩装置的出口流体连通的入口、和出口；
d)蓄积器，其具有与后冷却器的出口流体连通的入口，并且具有与热交换器的高压液体通道流体连通的液体出口和与热交换器的高压蒸气通道流体连通的蒸气出口；
e)冷蒸气分离器，其具有与热交换器的高压蒸气通道流体连通的入口、与热交换器的冷分离器蒸气通道流体连通的蒸气出口和与热交换器的冷分离器液体通道流体连通的液体出口；
f)第一膨胀装置，其具有与热交换器的高压液体通道流体连通的入口、和出口；
g)中温分离装置，其具有与第一膨胀装置的出口流体连通的入口、与主制冷通道流体连通的蒸气出口和与主制冷通道流体连通的液体出口；
h)第二膨胀装置，其具有与热交换器的冷分离器液体通道流体连通的入口和与主制冷通道流体连通的出口；以及
i)第三膨胀装置，其具有与热交换器的冷分离器蒸气通道流体连通的入口和与主制冷通道流体连通的出口。
19.一种用于用混合制冷剂来冷却气体的系统，包括：
a)热交换器，其包括冷却通道，该冷却通道具有入口和出口，所述入口配置成接收气体的进料，且产物通过所述出口离开所述热交换器，所述热交换器还包括主制冷通道、高压蒸气通道、高压液体通道、冷分离器蒸气通道和冷分离器液体通道；
b)压缩装置，其具有与主制冷通道的出口流体连通的入口；
c)后冷却器，其具有与压缩装置的出口流体连通的入口、和出口；
d)蓄积器，其具有与后冷却器的出口流体连通的入口，并且具有与热交换器的高压液体通道流体连通的液体出口和与热交换器的高压蒸气通道流体连通的蒸气出口；
e)冷蒸气分离器，其具有与热交换器的高压蒸气通道流体连通的入口、与热交换器的冷分离器蒸气通道流体连通的蒸气出口和与热交换器的冷分离器液体通道流体连通的液体出口；
f)第一膨胀装置，其具有与热交换器的高压液体通道流体连通的入口和与主制冷通道流体连通的出口；
g)第二膨胀装置，其具有与热交换器的冷分离器液体通道流体连通的入口、和出口；
h)CVS温度分离装置，其具有与第二膨胀装置的出口流体连通的入口、与主制冷通道流体连通的蒸气出口和与主制冷通道流体连通的液体出口；以及
i)第三膨胀装置，其具有与热交换器的冷分离器蒸气通道流体连通的入口和与主制冷通道流体连通的出口。
20.一种用于用混合制冷剂来冷却气体的系统，包括：
a)热交换器，其包括限定内部的壳、位于该内部内的冷却通道，并且该冷却通道具有入口和出口，所述入口配置成接收气体的进料，且产物通过所述出口离开所述热交换器，所述热交换器还包括位于所述内部内的预冷液体通道、高压蒸气通道、高压液体通道、冷分离器蒸气通道和冷分离器液体通道；
b)第一级压缩装置，其具有与热交换器的内部的出口流体连通的入口；
c)第一级后冷却器，其具有与第一级压缩装置的出口流体连通的入口、和出口；
d)低压蓄积器，其具有与第一级后冷却器的出口流体连通的入口，并且具有与热交换器的预冷液体通道流体连通的液体出口、和蒸气出口；
e)第二级压缩装置，其具有与低压蓄积器的蒸气出口流体连通的入口、和出口；
f)第二级后冷却器，其具有与第二级压缩装置的出口流体连通的入口、和出口；
g)高压蓄积器，其具有与第二级后冷却器的出口流体连通的入口，并且具有与热交换器的高压液体通道流体连通的液体出口和与热交换器的高压蒸气通道流体连通的蒸气出口；
h)冷蒸气分离器，其具有与热交换器的高压蒸气通道流体连通的入口、与热交换器的冷分离器蒸气通道流体连通的蒸气出口和与热交换器的冷分离器液体通道流体连通的液体出口；
i)第一膨胀装置，其具有与热交换器的高压液体通道流体连通的入口和与热交换器的所述内部流体连通的出口；
j)第二膨胀装置，其具有与热交换器的冷分离器液体通道流体连通的入口和与热交换器的所述内部流体连通的出口；
k)第三膨胀装置，其具有与热交换器的冷分离器蒸气通道流体连通的入口和与热交换器的所述内部流体连通的出口；以及
l)第四膨胀装置，其具有与热交换器的预冷液体通道流体连通的入口和与热交换器的所述内部流体连通的出口。
21.一种用于用混合制冷剂来冷却气体的方法，包括以下步骤：
a)使气体与流经主制冷剂通道的混合制冷剂以逆流、间接的热交换关系流经热交换器的冷却通道；
b)在压缩系统中调节和分离从主制冷通道离开的混合制冷剂，以形成高沸点制冷剂液体流、高压蒸气流和中沸点液体流；
c)在热交换器中冷却高压蒸气；
d)将冷却的高压蒸气分离成冷分离器蒸气流和冷分离器液体流；
e)在热交换器中过冷却所述冷分离器液体流；
f)使过冷却的冷分离器液体流闪蒸以形成第一冷分离器混合相流；
g)将第一冷分离器混合相流引导至主制冷通道；
h)在热交换器中冷却所述冷分离器蒸气流；
i)使冷却的冷分离器蒸气流闪蒸以形成第二冷分离器混合相流；
j)将第二冷分离器混合相流引导至主制冷通道；
k)在热交换器中过冷却所述中沸点液体流；
l)使过冷却的中沸点液体流闪蒸以形成中沸点混合相流；
m)将中沸点混合相流引导至主制冷通道；
n)在热交换器中过冷却所述高沸点制冷剂液体流；
o)使过冷却的高沸点制冷剂液体流闪蒸以形成高沸点混合相流；以及
p)将高沸点混合相流引导至主制冷通道。
22.根据权利要求21所述的用于用混合制冷剂来冷却气体的方法，其中，步骤g)包括分离第一冷分离器混合相流以形成CVS温度蒸气流和CVS温度液体流，并且将CVS温度蒸气和液体流引导至主制冷通道。
23.根据权利要求22所述的用于用混合制冷剂来冷却气体的方法，其中，步骤p)包括将高沸点混合相流与第一冷分离器混合相流合并。
24.根据权利要求21所述的用于用混合制冷剂来冷却气体的方法，其中，步骤m)包括将中沸点混合相流分离以形成中温蒸气流和中温液体流，并且将中温蒸气和液体流引导至主制冷通道。
25.根据权利要求24所述的用于用混合制冷剂来冷却气体的方法，其中，步骤p)包括将高沸点混合相流与中沸点混合相流合并。
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