CN112284039A - 气体液化方法和气体液化设备 - Google Patents

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Abstract

提供了气体液化方法和气体液化设备，其能通过利用LNG释放的冷高效安全地液化空气并由LNG供应比工艺空气更高压力下的NG。气体液化设备包括：用于将LNG引入主换热器冷端中的液化天然气引入管线；用于从主换热器的中间第一位置提取LNG的液化天然气提取管线；用于对LNG增压的液化天然气泵；用于借助与制冷剂的热交换蒸发LNG以获得NG的液化天然气蒸发器；用于将来自液化天然气蒸发器的制冷剂送至主换热器的制冷剂泵；用于在主换热器的中间第二位置引入制冷剂的制冷剂引入管线；用于从主换热器的热端提取制冷剂的制冷剂提取管线；和用于膨胀制冷剂并将已膨胀制冷剂送至液化天然气蒸发器的制冷剂膨胀涡轮机，其中中间第一位置比中间第二位置更靠近冷端侧。

Description

气体液化方法和气体液化设备
技术领域
本发明涉及一种气体液化设备和一种气体液化方法，并且特别地，本发明描述一种利用液化天然气的冷的空气分离设备，其中，根本上解决了天然气组分污染空气分离过程的危险，并且空气可被有效地液化。
背景技术
液化天然气(以下称为“LNG”)被蒸发并且之后作为天然气(以下称为“NG”)供应。由于在蒸发期间释放大量的冷，期望有效地利用这种冷，以便提高能量效率。低温空气分离设备(以下称为“ASU”)在接近LNG的沸点(例如-162℃)的温度下运行，从而如利用从LNG释放的冷的方法那样利用LNG冷的多个ASU当前也以良好的料率操作(例如在专利文献1中公开的设备)。
利用LNG的冷的常规的ASU执行用于通过在包含在ASU中的换热器中使LNG蒸发来回收冷的方法，或者用于通过利用LNG的冷来液化氮气以获得液态氮并且之后通过将液态氮引入ASU过程中或在该换热器中使液态氮蒸发而向ASU提供冷的方法。
[现有技术文献]
[专利文献]
[专利文献1]JP 2000-337767 A
发明内容
本发明解决的技术问题
当ASU利用LNG的冷时存在的重要的安全问题在于为LNG的主要组分的烃的至ASU的工艺空气管线中的泄漏。
在换热器中通常针对LNG和空气采用其中流体之间不发生接触的间接的热交换。然而，当烃组分污染富含氧气的工艺空气时，存在烃自身突然燃烧的危险以及由此产生的热点燃设备内部的铝，从而导致突然燃烧的危险。这意味着，至关重要的是，采取措施来防止因故障如换热器的破裂导致的LNG泄漏，以便该设备能安全操作。在专利文献1中，例如，LNG在低于工艺空气的压力的较低的压力下经受热交换，或者通过在回收LNG冷的过程期间于比的工艺空气的压力低的较低的压力下操作的同时冷却工艺空气而将LNG的冷供应至工艺空气，该工艺空气作为中间热介质。
然而，由于天然气管线和发电设施中的高压力，LNG的压力很有可能会超过适合于ASU中的工艺空气压力(例如0.4-5.0MPaG)，并且当LNG在被维持在比工艺空气的压力的低的较低的压力下时蒸发以获得天然气时，可能需要压缩机来获得管线压力，从而导致能量效率的降低并且可能会增加成本。
供选择地，技术上还可行的是，使工艺空气压力高于LNG的压力，但空气压力的增大超过所需不仅会导致能量效率低，还会存在空气在与LNG的热交换作用下被过度液化，ASU中的精馏中的液体与蒸汽的比例恶化并且该工艺不再可行的问题。
此外，利用氮或烃等作为中间热介质包括与当LNG和工艺空气在换热器中经历热交换相比较地通过至少一个另外的换热器来提供热交换，因此，热交换损失效率降低，这是效率低的。
因此，需要在其中天然气供应压力高的当前状况下开发一种方法来获得安全性并且能有效地来ASU中利用LNG的冷。
因此，本发明的目的在于通过利用从LNG释放的冷以高效率安全地液化空气，同时由LNG供应比工艺空气压力更高的压力下的NG。
解决问题的手段
发明1
根据本发明的气体液化方法包括：进料气体液化步骤，其中借助于与LNG和制冷剂的热交换来在主换热器中冷却并且液化进料气体；和
蒸发步骤，其中，已经历与进料气体的热交换的液化天然气借助于与已经历与该进料气体的热交换的制冷剂的热交换而被蒸发，以提供天然气，
其特征在于，在该进料气体液化步骤中，该进料气体的压力高于该液化天然气的压力或该制冷剂的压力。
发明2
在上述发明中，该进料气体液化步骤可包括：
第一冷却步骤，其中，该进料气体借助于与该制冷剂的热交换而被冷却至第一温度；和第二冷却步骤，其中，该进料气体借助于与该液化天然气的热交换而被冷却至低于该第一温度的第二温度。
发明3
在上述发明中，该蒸发步骤可以是这样的步骤，其中，已经在该第二冷却步骤中经历热交换之后被增大压力的液化天然气借助于与已经在该第一冷却步骤中经历热交换后被膨胀的该制冷剂的热交换而被蒸发。
发明4
在上述发明中，该进料气体液化步骤可进一步包括：
预备冷却步骤，其中，该进料气体在该主换热器中被冷却至高于该第二温度的第三温度；和
进料气体压缩步骤，其中，已经在该预备冷却步骤中被冷却的该进料气体被压缩并被供应至该第一冷却步骤。
发明5
在上述蒸发步骤中，该制冷剂可在被加热至预定温度之后被膨胀。
发明6
本发明还涉及一种用于借助于主换热器来冷却并且液化进料气体的气体液化设备，所述气体液化设备包括：
液化天然气引入管线，用于将液化天然气引入到该主换热器的冷端中；
液化天然气提取管线，用于从该主换热器的中间第一位置提取被引入到该主换热器中的液化天然气；
液化天然气泵，用于为从该主换热器中提取出的液化天然气增压；
液化天然气蒸发器，用于借助于与制冷剂的热交换来使从该液化天然气泵中提取出的液化天然气蒸发以获得天然气；
制冷剂泵，用于将来自液化天然气蒸发器的制冷剂输送至该主换热器；
制冷剂引入管线，用于在该主换热器的中间第二位置处引入从该制冷剂泵提取的制冷剂；
制冷剂提取管线，用于从该主换热器的热端提取该制冷剂；和
制冷剂膨胀涡轮机，用于使从该制冷剂提取管线提取的制冷剂膨胀并将已膨胀的制冷剂输送至液化天然气蒸发器，
其中，该中间第一位置和该中间第二位置位于该冷端与该热端之间，并且该中间第一位置比该中间第二位置的位置更靠近该冷端侧。
发明7
根据上述发明的气体液化设备可包括：
第一中间进料气体提取管线，用于从该主换热器的中间第三位置提取在该主换热器中被冷却的进料气体；
第一进料气体压缩机，用于压缩从该第一中间进料气体提取管线提取的该进料气体；和
已压缩进料气体引入管线，用于将由该第一进料气体压缩机压缩的进料气体引入到该主换热器的热端中；
并且该第一进料气体压缩机可借助于该制冷剂膨胀涡轮机被驱动。
发明8
在根据上述发明的气体液化设备，可在该制冷剂膨胀涡轮机的初级侧上设置制冷剂加热器。
发明9
根据上述发明的气体液化设备可包括：
第二进料气体压缩机，用于对从该第一进料气体压缩机提取的该进料气体进行进一步压缩；
第二中间进料气体提取管线，用于从该主换热器的中间部分提取在从该第二进料气体压缩机提取之后而在该主换热器中被冷却的进料气体的一部分；和
进料气体涡轮机，布置在该第二中间进料气体引入管线上，
并且该第二进料气体压缩机也可借助于该进料气体涡轮机被驱动。
发明10
根据上述发明的气体液化设备中的进料气体可包含空气、氮气、氩气、氧气或这些气体中的任意两种或更多种的组合。
发明11
根据上述发明的气体液化设备中的制冷剂可以是包含烃和氮中的一者或两者的流体。
发明12
本发明还涉及一种空气分离设备，该空气分离设备包括上述的气体液化设备。
根据上述发明，液化天然气在比进料气体压力低的较低压力下被引入到该主换热器的冷端中，并且液化天然气作为液体从该主换热器的中间第一位置被提取并且通过液化天然气泵被增压，之后，液化天然气被引入到液化天然气蒸发器中，液化天然气在该液化天然气蒸发器中蒸发并且之后以天然气形式被提取。
在已通过液化天然气蒸发器冷凝之后，该制冷剂借助于制冷剂泵被增压，该制冷剂在该主换热器的中间第二位置被引入并且被蒸发，并且在已经从该热端被提取之后，该制冷剂通过膨胀涡轮机膨胀并且之后被再次引入到该液化天然气蒸发器中。在此，该中间第二位置比该中间第一位置更靠近该热端。
利用通过制冷剂膨胀涡轮机获得的动力功率来产生电力和冷凝气体等，并且结果可获得高能量效率。进料气体从该主换热器的热端被引入并且被冷却，之后从该主换热器的冷端提取进料气体。
根据本发明，该进料气体借助于液化天然气和制冷剂被冷却，但由于液化天然气在比进料气体压力低的较低的压力下被引入，即使是在发生故障如换热器破裂的情况下也不会发生液化天然气组分如烃的泄漏，这因此是安全的。此外，当烃如丙烷或乙烷被用作制冷剂时，如果制冷剂泵排放压力低于进料气体的工艺压力，则能避免如上述的烃组分的泄漏的风险，并且在惰性流体如氮被使用时能实现更大的安全性。
本发明的高效率的原因源于这样的事实，即输出通过在主换热器的冷端部分处进行液化天然气与进料气体之间的热交换的构型和通过制冷剂循环中的制冷剂膨胀涡轮机来获得。
特别地对于热交换，通常具有甲烷作为其主要组分的液化天然气被储存在大型储罐中，该大型储罐在接近于大气压力的压力下运行，并且由于液化天然气通过泵被增压并且被供应至蒸发器，被供应的液化天然气的温度为在接近差不多大气压力的压力下用于将泵送的热输入增加至饱和温度(例如-162℃)的温度。换言之，泵送提供的压力增加越大，温度升高的越多(例如如果压力被增加至10MPaG，则温度被升高至-145℃)，并且泵送提供的压力增加越小，则温度保持越低(例如，如果压力增加至2MPaG，则温度升高至-155℃)。
在本发明的构型中，在引入主换热器之前对LNG的泵送可保持至比供应NG压力更低的水平，因此LNG可在较低的温度下被供应至主换热器的冷端并且能在无需中间热介质的中间介入的情况下在换热器中经历与工艺空气的热交换，因此能实现高效率。
附图说明
图1是示出了根据实施方案1的气体液化设备的示例性构型的示意图；
图2是示出了根据实施方案2的气体液化设备的示例性构型的示意图；
图3是示出了根据实施方案3的气体液化设备的示例性构型的示意图；
图4是示出了根据实施方案4的气体液化设备的示例性构型的示意图。
具体实施方式
以下将描述本发明的多个实施方案。下述实施方案是本发明的示例性说明。本发明并不受下述实施方案的限制，并且还包括落入不会改变本发明的本质点的范围内的所实施的众多变体实施方式。应注意，下述构成并不均限于本发明的实质性构成。
实施方案1
现将参考图1描述根据实施方案1的气体液化设备101和采用该气体液化设备的气体液化方法。
<气体液化设备>
根据实施方案1的气体液化设备101借助于主换热器1冷却和液化进料气体。
气体液化设备101包括：用于将液化天然气引入到主换热器1的冷端中的液化天然气引入管线20；用于从主换热器1的中间第一位置31提取引入到该主换热器1中的液化天然气的液化天然气提取管线21；用于对从主换热器1提取的液化天然气进行增压的液化天然气泵2；用于借助于与制冷剂的热交换来使从液化天然气泵2提取的液化天然气蒸发以获得天然气的液化天然气蒸发器3；用于将来自液化天然气蒸发器3的制冷剂输送至主换热器1的制冷剂泵4；用于在主换热器1的中间第二位置32引入从制冷剂泵4提取的制冷剂的制冷剂引入管线41；用于从主换热器1的热端提取制冷剂的制冷剂提取管线42；和用于使从制冷剂提取管线42提取的制冷剂膨胀并将已膨胀的制冷剂输送至液化天然气蒸发器3的制冷剂膨胀涡轮机5。中间第一位置31和中间第二位置32位于主换热器1的冷端与热端之间，并且该中间第一位置31的位置比该中间第二位置32更靠近该冷端侧。
<进料气体液化步骤>
在进料气体液化步骤中，进料气体借助于与液化天然气和制冷剂的热交换而在该主换热器中被冷却和液化。
在此，只要进料气体能借助于LNG和制冷剂液化，就对进料气体没有特别的限制，并且进料气体可例如包含空气、氮气、氩气、氧气、或这些气体中的任意两者或更多者的组合。
制冷剂可以是具有能冷却进料气体的冷的热量的热介质，并且制冷剂可以是液化的烃(甲烷、乙烷等)或液化的氮。
从进料气体引入管线51将该进料气体引入到该主换热器1的热端中。借助于在该主换热器1中与制冷剂的热交换来将进料气体冷却至第一温度(第一冷却步骤)。该第一温度低于该进料气体的被引入到主换热器1中之前的温度并且高于制冷剂的被引入到主换热器1之前的温度并且该温度可例如介于-138℃与-83℃之间。
之后，该进料气体借助于与LNG之间的热交换而被冷却至第二温度(第二冷却步骤)。该第二温度低于第一温度并且高于被引入到主换热器1中的LNG的温度，并且该温度可例如介于为甲烷的饱和温度的-162℃与是空气的临界温度的-141℃之间。
上述借助于制冷剂和液化天然气冷却的进料气体借助于冷端进料气体提取管线52从该主换热器1的冷端被提取。
该设备以如此方式操作，以使得从主换热器1的热端被引入的进料气体的压力高于被引入到主换热器1中的LNG和制冷剂的压力。
<蒸发步骤>
在蒸发步骤中，已经历与进料气体的热交换的LNG借助于与已经历与进料气体的热交换的制冷剂的热交换而被蒸发，以形成NG。
液化天然气从液化天然气引入管线20引入到主换热器1的冷端中。LNG的温度可以是在引入主换热器1的冷端中的压力下LNG为液体的温度，并且所述温度可比第二温度的上限值低2℃左右，例如介于-162℃与-143℃之间。
在主换热器1中经历与进料气体的热交换的LNG从中间第一位置31被提取并且经由液化天然气提取管线21引入到液化天然气泵2中。液化天然气借助于液化天然气泵2增压，之后，被供应至液化天然气蒸发器3的冷端侧并被加热以形成NG。之后，气体从液化天然气蒸发器3的热端以NG的形式被提取，并且被输送至天然气管路。
在主换热器1的中间第二位置32从制冷剂引入管线41引入制冷剂。被引入主换热器1的制冷剂的温度可高于被引入主换热器1中的LNG的温度，并且被引入主换热器1的制冷剂的温度可以比第一温度低2℃左右，例如介于-140℃与-85℃之间。制冷剂在主换热器1的内部经历与进料气体的热交换，之后制冷剂从主换热器1的热端侧被提取。被提取的制冷剂经由制冷剂提取管线42被引入到制冷剂膨胀涡轮机5中，并且被膨胀。膨胀后的制冷剂被引入到液化天然气蒸发器3的热端侧并且借助于与LNG的热交换而被冷凝。冷凝的制冷剂借助于制冷剂泵4被增压并且在主换热器1的中间第二位置32从制冷剂引入管线41被再次引入主换热器1中。
在此，仅描述了其中制冷剂在液化天然气蒸发器3的内部冷凝、在增压之后被引入到主换热器1中、其冷的热量被利用，并且已从主换热器1提取的制冷剂通过制冷剂膨胀涡轮机5膨胀，之后制冷剂返回至液化天然气蒸发器3的一个制冷剂循环，但还可行的是提供包含相同组分或不同组分(例如可使用乙烷)的多个制冷剂循环。
实施方案2
将参考图2描述根据实施方案2的气体液化设备102和采用该气体液化设备的气体液化方法。应注意，具有与实施方案1中相同的附图标记的元件具有相同的功能并且因此不再赘述。
根据实施方案2的气体液化设备102包括用于从主换热器1的中间第三位置33提取在该主换热器1中被冷却的进料气体的第一中间进料气体提取管线53。已从进料气体引入管线51引入到该主换热器1中的进料气体借助于与制冷剂的热交换而被冷却至第三温度，并且从中间第三位置33被提取。在此，第三温度可高于第一温度并且该第三温度可比第一温度高1℃左右，例如介于-137℃与-84℃之间。
从第一中间进料气体提取管线53提取的进料气体借助于第一进料气体压缩机6被压缩并且从主换热器1的热端被再次引入该主换热器1中。之后，进料气体借助于与制冷剂和LNG的热交换而被冷却，并且借助于冷端进料气体提取管线52从该主换热器1的冷端被提取。
根据本实施方案，进料气体在被冷却之后被压缩，并且因此可能的是使用更少的动力功率来压缩进料气体。
第一进料气体压缩机6可配置成借助于制冷剂膨胀涡轮机5被驱动。
实施方案3
将参考图3描述根据实施方案3的气体液化设备103和采用该气体液化设备的气体液化方法。应注意，具有与实施方案1和实施方案2中相同的附图标记的元件具有相同的功能并且因此不再赘述。
在根据实施方案3的气体液化设备103中，在制冷剂膨胀涡轮机5的初级侧上设置制冷剂加热器7。引入制冷剂膨胀涡轮机5之前的制冷剂的温度可借助于制冷剂加热器7来自由调节，并且所述制冷剂温度可例如被调节至介于-67℃与135℃之间。
可行的是，通过设定制冷剂膨胀涡轮机5的入口温度来将制冷剂膨胀涡轮机5的输出增大至高的温度。此外，可行的是，即使是进料气体供应温度波动，该制冷剂膨胀涡轮机5的入口温度也独立于主换热器1的热端侧的温度地保持恒定，并且因此制冷剂膨胀涡轮机的输出可以是稳定的。
实施方案4
将参考图4描述根据实施方案4的气体液化设备104和采用该气体液化设备的气体液化方法。应注意，具有与实施方案1、2和3中相同的附图标记的元件具有相同的功能并且因此不再赘述。
根据实施方案4的气体液化设备104包括：用于对从第一进料气体压缩机6提取的进料气体进行进一步压缩的第二进料气体压缩机8；第二中间进料气体提取管线55，用于从主换热器1的中间部分提取在从第二进料气体压缩机8提取之后又在主换热器1中被冷却的进料气体中的一部分进料气体；和布置在第二中间进料气体提取管线55上的进料气体涡轮机9。
该第二进料气体压缩机8可配置成借助于进料气体涡轮机9而被驱动。
实施例1
将参考图1描述其中利用根据实施方案1的气体液化设备液化构成进料气体的工艺空气的示例。
在-160℃的温度、2.0MPaG的压力和1000Nm3/h的流量下将液化天然气从液化天然气引入管线20引入到主换热器1的冷端中。在此，液化天然气的组成是：0.11mol％的氮、99.85mol％的甲烷和0.04mol％的乙烷。
在-118℃下从主换热器1的中间第一位置31提取液化天然气并经由液化天然气提取管线21将提取的液化天然气输送至液化天然气泵2。借助于液化天然气泵2将液化天然气的压力增加至8.1MPaG。当液化天然气泵2的绝热效率为50％时，液化天然气的温度升高至-110℃。
通过液化天然气泵2增压的液化天然气(LNG)被供应至液化天然气蒸发器3的冷端侧并被加热以形成天然气。之后，以天然气(NG)形式从液化天然气蒸发器3的热端侧提取气体并将该气体输送至天然气管路。从液化天然气蒸发器3提取的天然气的压力为8MPaG，并且该压力也与用于使高压LNG蒸发的过程相兼容。
在-60℃的温度、0.01MPaG的压力和120Nm3/h的流量下将制冷剂引入到液化天然气蒸发器3的热端侧中。在此，制冷剂借助于与液化天然气的热交换而被冷却至-107℃，并且被液化。应注意，所用的制冷剂的组分为70mol％的乙烷和30mol％的丙烷。
液化的制冷剂借助于制冷剂泵4被增压至0.2MPaG。该泵的绝热效率为50％，因此制冷剂的温度升高至-106℃。
通过制冷剂泵4增压的制冷剂在主换热器1的中间第二位置32被引入到该主换热器1中并被加热至-37℃且被气化，之后，制冷剂从主换热器1的热端被提取并经由制冷剂提取管线42引入到制冷剂膨胀涡轮机5中，并且发生膨胀。当制冷剂膨胀涡轮机5的绝热效率为75％时实现大约2kW的输出。
通过制冷剂膨胀涡轮机5膨胀的制冷剂从液化天然气蒸发器3的热端侧被再次引入该液化天然气蒸发器3。
用作进料气体的工艺空气在50℃的温度、3.0MPaG的压力和600Nm3/h的流量下被引入主换热器1的热端侧中。
工艺空气的组成为：78.11mol％的氮、0.93mol％的氩和20.96mol％的氧。
工艺空气在该主换热器1中经历与制冷剂的热交换并且被冷却至-79℃(该温度为第一温度)，并且之后借助于与液化天然气的热交换而被冷却至-146℃(该温度为第二温度)。
在主换热器1的冷端侧获得大约46mol％的液化的工艺空气。主换热器1的接近温度为3℃。在此，接近温度是指流体间的最小温度差。
如上所述，即使是提供处于高的压力(例如8MPaG)下的天然气(NG)，也可能在这样的状态下进行操作，即，在主换热器1中的热交换期间，该制冷剂和LNG的压力低于进料气体的压力的状态。
实施例2
将描述其中利用根据实施方案2的气体液化设备102液化构成进料气体的工艺空气的实施例2。
工艺空气借助于进料气体引入管线51被引入到主换热器1的热端中并且被冷却至-50℃(该温度为第三温度)。处于-50℃的工艺空气从第一中间进料气体提取管线53被提取并被引入到第一进料气体压缩机6中。被第一进料气体压缩机6压缩的工艺空气借助于主换热器1被进一步冷却并且从冷端进料气体提取管线52被提取。
在此，当第一进料气体压缩机6的绝热效率为75％时，工艺空气可被压缩至3.24MPaG。当借助于具有与实施例2中的第一进料气体压缩机6相同的75％的绝热效率的压缩机压缩时，在实施例1中，从冷端进料气体管线52被提取的工艺空气仅可被压缩至3.12MPaG。鉴于以上，可以说，通过使工艺空气在主换热器1中被冷却之后又被压缩，可以利用较少的动力功率来进行压缩。
实施例3
将描述其中利用根据实施方案3的气体液化设备103液化构成进料气体的工艺空气的实施例3。
在实施例3中，制冷剂借助于制冷剂加热器7被加热至20℃。在其中制冷剂未加热的实施例1中，被引入制冷剂膨胀涡轮机5中的制冷剂的温度为-37℃，并且实现的制冷剂膨胀涡轮机5的动力功率为2kW。同时，在实施例3中的制冷剂温度为20℃，因此所实现的制冷剂膨胀涡轮机5的动力功率为2.5kW。
如上所述，上述发明使得即使是在提供高压NG时，也能在主换热器内部的冷却步骤中将进料气体的压力维持在高于LNG的压力的较高的压力下，并且无需使用压缩机来压缩NG。因此，可行的是通过利用LNG的冷来安全地液化进料气体。
此外，上述发明经由LNG和进料气体能在主换热器中经历热交换的事实而实现高的进料气体液化效率。现有技术中看到的方法(其中使用了中间热介质)，当使用LNG的冷在液化进料气体时，需要至少两个或更多个换热器。机械可行的流体间温差通常要在换热器中考虑，但存在的问题是，当沿管线设置多个换热器时利用LNG的冷将进料气体设定在较低的温度是很难的。
根据上述发明，可行的是当主换热器内的流体间最小温差为3℃时，能液化大约46mol％的空气。同时，当利用中间热介质来实现LNG与进料气体之间的热交换的目的时，LNG和中间热介质中的每个以及中间热介质和进料气体中的每个均需要换热器，并且如果在各个换热器中的流体间最小温差均为3℃，例如，LNG与进料气体的流体间的最小温差实际上为6℃，并且此时被液化的空气的量不超过大约34％。
本发明因此可以说是与现有技术相比提高了大约37％的液化效率。
附图标记列表
1. 主换热器
2. 液化天然气泵
3. 液化天然气蒸发器
4. 制冷剂泵
5. 制冷剂膨胀涡轮机
6. 第一进料气体压缩机
7. 制冷剂加热器
8. 第二进料气体压缩机
9. 进料气体涡轮机
10. 蒸发单元
20. 液化天然气引入管线
21. 液化天然气提取管线
31. 中间第一位置
32. 中间第二位置
41. 制冷剂引入管线
42. 制冷剂提取管线
51. 进料气体引入管线
52. 冷端进料气体提取管线
53. 第一中间进料气体提取管线
54. 已压缩进料气体引入管线
55. 第二中间进料气体引入管线
101. 气体液化设备

Claims (12)

1.一种气体液化方法，包括：
进料气体液化步骤，其中，借助于与液化天然气和制冷剂的热交换来在主换热器中冷却并且液化进料气体；和
蒸发步骤，其中，已经历与进料气体的热交换的液化天然气借助于与已经历与进料气体的热交换的制冷剂的热交换而被蒸发，以提供天然气，
其特征在于，在该进料气体液化步骤中，进料气体的压力高于液化天然气的压力或制冷剂的压力。
2.根据权利要求1所述的气体液化方法，其中，该进料气体液化步骤包括：
第一冷却步骤，其中，进料气体借助于与制冷剂的热交换而被冷却至第一温度；和
第二冷却步骤，其中，进料气体借助于与液化天然气的热交换而被冷却至低于该第一温度的第二温度。
3.根据权利要求2所述的气体液化方法，其中，该蒸发步骤是这样的步骤，即其中已经在该第二冷却步骤中经历热交换之后被增大压力的液化天然气借助于与已经在该第一冷却步骤中经历热交换后被膨胀的制冷剂的热交换而蒸发。
4.根据权利要求2或3所述的气体液化方法，其中，该进料气体液化步骤进一步包括：
预备冷却步骤，其中，进料气体在该主换热器中被冷却至高于该第二温度的第三温度；和
进料气体压缩步骤，其中，已经在该预备冷却步骤中被冷却的进料气体被压缩并被供应至该第一冷却步骤。
5.根据权利要求3或4所述的气体液化方法，其中，在该蒸发步骤中，制冷剂在被加热至预定温度之后被膨胀。
6.一种用于借助于主换热器来冷却并且液化进料气体的气体液化设备，所述气体液化设备包括：
液化天然气引入管线，用于将液化天然气引入到该主换热器的冷端中；
液化天然气提取管线，用于从该主换热器的中间第一位置提取被引入到该主换热器中的液化天然气；
液化天然气泵，用于为从该主换热器中提取出的液化天然气增压；
液化天然气蒸发器，用于借助于与制冷剂的热交换来使从该液化天然气泵提取出的液化天然气蒸发，以获得天然气；
制冷剂泵，用于将来自该液化天然气蒸发器的制冷剂输送至该主换热器；
制冷剂引入管线，用于在该主换热器的中间第二位置处引入从该制冷剂泵提取的制冷剂；
制冷剂提取管线，用于从该主换热器的热端提取该制冷剂；和
制冷剂膨胀涡轮机，用于使从该制冷剂提取管线提取的制冷剂膨胀并将已膨胀的制冷剂输送至该液化天然气蒸发器，
其中，该中间第一位置和该中间第二位置位于该冷端与该热端之间，该中间第一位置被定位成比该中间第二位置更靠近该冷端侧。
7.根据权利要求6所述的气体液化设备，包括：
第一中间进料气体提取管线，用于从该主换热器的中间第三位置提取在该主换热器中被冷却的进料气体；
第一进料气体压缩机，用于压缩从该第一中间进料气体提取管线提取的进料气体；和
已压缩进料气体引入管线，用于将由该第一进料气体压缩机压缩的进料气体引入到该主换热器的该热端中；
其中，该第一进料气体压缩机借助于该制冷剂膨胀涡轮机被驱动。
8.根据权利要求6或7所述的气体液化设备，其中，在该制冷剂膨胀涡轮机的初级侧上设置有制冷剂加热器。
9.根据权利要求7或8所述的气体液化设备，包括：
第二进料气体压缩机，用于对从该第一进料气体压缩机提取的进料气体进行进一步压缩；
第二中间进料气体提取管线，用于从该主换热器的中间部分提取在从该第二进料气体压缩机提取之后又在该主换热器中被冷却的进料气体中的一部分进料气体；和
进料气体涡轮机，该进料气体涡轮机布置在该第二中间进料气体引入管线上，
其中，该第二进料气体压缩机借助于该进料气体涡轮机被驱动。
10.根据权利要求6-9中任一项所述的气体液化设备，其中，该进料气体包含空气、氮气、氩气、氧气或这些气体中的任意两种或更多种。
11.根据权利要求6-10中任一项所述的气体液化设备，其中，该制冷剂是包含烃和氮中的一者或两者的流体。
12.一种空气分离设备，其包括根据权利要求6-11中任一项所述的气体液化设备。
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