CN1946979A - 天然气液化 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用来与生产主要包含比甲烷重的烃类的液体流一道液化天然气的方法。在该过程中，待液化的天然气流被部分冷却，膨胀到中间压力，及供给到蒸馏柱。来自这个蒸馏柱的底部产品优选地包含比甲烷重的任何烃类的主要部分。该烃类否则会降低液化天然气的纯度。来自蒸馏柱的残余气体流被压缩到较高中间压力，在压力下冷却以冷凝它，及然后膨胀到较低压力以形成液化天然气流。

Description

天然气液化
技术领域
本发明涉及一种用来处理天然气或其它富甲烷气体流的方法，以产生具有高甲烷纯度的液化天然气(LNG)流以及主要包含比甲烷重的烃类的液体流。
背景技术
通常从钻入地下储层中的井回收天然气。它通常具有主要成分的甲烷，即甲烷包括至少50摩尔百分比的气体。依据具体的地下储层，天然气也包含较小量的较重烃类，如乙烷、丙烷、丁烷、戊烷等等；以及水、氢气、氮气、二氧化碳、及其它气体。
大多数天然气以气体形式处置。用来把天然气从井口输送到气体处理厂并从此处运送到天然气客户的最普通装置是高压气体输送管道。然而，在多种情况下，已经发现，为了运输或为了使用必须并且/或希望液化天然气。例如在偏远地段，常常没有允许方便地运输天然气到市场的管道基础结构。在这样的情况下，通过允许使用货船和运输卡车输送LNG，LNG相对于气态天然气低得多的比容能够大大地降低运输成本。
偏爱天然气液化的另一种情况是关于其用作机动车燃料的用途。在大都市区域中，如果有适用的经济LNG源，则有可由LNG供给动力的公共汽车、出租车、轿车、及卡车车队。这样的LNG供燃料车辆当与由燃烧较高分子重量烃类的汽油和柴油发动机供给动力的类似车辆相比时，由于天然气清洁燃烧特性而产生显著较少的空气污染。另外，如果LNG是高纯度的(即，具有95摩尔百分比或更高的甲烷纯度)，则由于对于甲烷与所有其它烃类燃料相比的较低碳：氢比率，产生的二氧化碳(“温室气体”)量显著较少。
发明内容
本发明一般涉及天然气的液化，同时作为副产品流产生主要包括比甲烷重的烃类的液体流，如包括乙烷、丙烷、丁烷、及更重烃类成分的天然气液体(NGL)；包括丙烷、丁烷、及更重烃类成分的液化石油气(LPG)；或包括丁烷、及更重烃类成分的冷凝物。产生副产品液体流具有两个重要好处：产生的LNG具有高甲烷纯度，并且副产品液体是可以用于多种其它目的的有价值产品。按照本发明待处理的天然气流的典型分析按近似摩尔百分比是84.2％甲烷、7.9％乙烷和其它C2成分、4.9％丙烷和其它C3成分、1.0％异丁烷、1.1％正丁烷、0.8％戊烷附加物，由氮和二氧化碳组成剩余部分。含硫气体有时也存在。
有用于液化天然气的多种已知方法。例如，为了多种这样的过程的调查见Finn、Adrian J.、Grant L.Johnson、及Terry R.Tomlinson的“LNG Technology for Offshore and Mid-Scale Plants(用于离岸和中等规模工厂的LNG技术)”，Proceeding of the Seventy-Ninth AnnualConvention of the Gas Processors Association(气体处理器协会第七十九次年会会议录)，pp.429-450，Atlanta，Georgia，March 13-15，2000和Kikkawa、Yoshitsugi、Masaaki Ohishi、及Noriyoshi Nozawa的“Optimize the Power System of Baseload LNG Plant(优化基本负荷LNG工厂的动力系统)”，Proceedings of the Eightieth AnnualConvention of the Gas Processors Association(气体处理器协会第八十次年会会议录)，San Antonio，Texas，March 12-14，2001。美国专利No.4,445,917；No.4,525,185；No.4,545,795；No.4,755,200；No.5,291,736；No.5,363,655；No.5,365,740；No.5,600,969；No.5,615,561；No.5,651,269；No.5,755,114；No.5,893,274；No.6,014,869；No.6,062,041；No.6,119,479；No.6,125,653；No.6,250,105 B1；No.6,269,655 B1；No.6,272,882 B1；No.6,308,531 B1；No.6,324,867 B1；No.6,347,532 B1；及提交于2002年6月4日的我们的共同待决美国专利申请No.10/161,780也描述了相关过程。这些方法一般包括其中净化(通过除去水和诸如二氧化碳和硫化合物之类的麻烦化合物)、冷却、冷凝、及膨胀天然气的步骤。天然气的冷却和冷凝能以多种不同方式完成。“串级冷却”利用天然气与几种冷却剂的热交换，这几种冷却剂具有依次较低的沸点，如丙烷、乙烷、及甲烷。作为选择例，这种热交换可使用单一冷却剂通过在几种不同压力级下蒸发冷却剂而实现。“多成分冷却”利用天然气与一种或多种冷却剂流体的热交换，该冷却剂流体包括代替多个单一成分冷却剂的几种冷却剂成分。天然气的膨胀等焓地(例如，使用Joule-Thomson膨胀)和等熵地(例如，使用工作-膨胀涡轮)完成。
无论用来液化天然气流的方法如何，通常是在液化富甲烷流之前，要求除去比甲烷重的烃类的显著部分。对于这种烃除去步骤的原因是多样的，包括需要控制LNG流的加热值、和作为产品本身的这些较重烃类成分的值。不幸的是，至今很少把注意力集中到烃类除去步骤的效率上。
按照本发明已经发现，把烃类除去步骤小心地集成到LNG液化过程中，使用比现有技术过程显著少的能量可产生LNG和分离的较重烃类液体产品。本发明尽管在较低压力下适用，但当在400至1500psia[2,758至10,342kPa(a)或更高的范围中处理进给气体时，特别便利。
附图说明
为了更好地理解本发明，参照如下例子和附图。参照附图：
图1是按照本发明适于LPG的副产品的天然气液化工厂的流程图；
图2和3是在本发明的过程中可以采用的可选择分馏系统的图；
图4是用于甲烷的压力-焓相位图，用来说明本发明优于现有技术过程的优点；及
图5、6、7、8、9、及10是按照本发明适于流体流的副生产可选择天然气液化工厂的流程图。
在以上附图的如下解释中，提供统计流量的表格，用于代表性过程条件的计算。在这里出现的表格中，用于流量的值(摩尔每小时)为了方便已经圆整到最接近的整数值。在表格中表示的总流速率包括所有非烃类成分，并因此一般大于烃类成分流的流量之和。指示的温度是圆整到最近度数的近似值。也应该注意，为了比较在附图中描绘的过程的目的进行的过程设计计算基于没有从周围到过程(或从过程到周围)的热量泄漏的假设。可买到绝缘材料的质量使得这成为非常合理的假设，并且是一种由本领域的技术人员典型进行的假设。
为了方便起见，过程参数以传统英制单位和以国际单位制(SI)的单位报告。在表格中给出的摩尔流量可以解释为磅摩尔每小时或公斤摩尔每小时。能量消耗报告为马力(HP)，并且/或者千英制热量单位每小时(MBTU/Hr)与以磅摩尔每小时的规定摩尔流量相对应。按千瓦(kW)报告的能量消耗与千瓦摩尔每小时的规定摩尔流量相对应。按磅每小时(Lb/Hr)报告的生产速率与磅摩尔每小时的规定摩尔流量相对应。按公斤每小时(kg/Hr)报告的生产速率与公斤摩尔每小时的规定摩尔流量相对应。
具体实施方式
现在参照图1，我们开始说明按照本发明的过程，其中希望生产包含在天然气进给流中的大部分丙烷和较重成分的LPG副产品。在本发明的这种模拟中，进口气体在90[32℃]和1285psia[8,860kPa(a)]下作为流31进入工厂。如果进口气体包含防止产品流满足规格的一定浓度的二氧化碳和/或硫化合物，则这些化合物由进给气体的适当预处理(未表明)除去。另外，进给流通常脱水，以防止在低温条件下水合物(冰)形成。固体干燥剂已经典型地用于这种目的。
进给流31在热交换器10中通过与在-14[-26℃]下的冷却剂流和扩容分离器液体(流40a)的热交换而被冷却。注意，在所有情况下，热交换器10代表多个单个热交换器或单个多次通过热交换器、或其任意组合。(对于指示冷却服务是否使用多于一个热交换器的决定将取决于多个因素，包括但不限于，进口气体流量、热交换器尺寸、流温度等等。)冷却流31a在23[-5℃]和1278psia[8,812kPa(a)]下进入分离器11，其中蒸汽(流32)与冷凝液体(流33)分离。
来自分离器11的蒸汽(流32)被划分成两个流34和36，使流34包含约42％的总蒸汽。某些情况可能偏爱把流34与冷凝液体(流39)的某些部分组合以形成流35，但在这种模拟中，在流39中没有流动。组合流35以与冷却剂流71e热交换的关系通过热交换器13，导致流35a的冷却和大体冷凝。在-90[-68℃]下大体冷凝的流35a然后通过适当的膨胀装置，如膨胀阀14，闪胀到稍高于分馏塔19的操作压力(近似450psia[3,103kPa(a)]。在膨胀期间，流的一部分被汽化，导致总流的冷却。在图1中表明的过程中，离开膨胀阀14的膨胀流35b达到-123[-86℃]的温度。由于提供从分馏塔19的分馏级上升的蒸汽蒸馏流37的冷却和部分冷凝，膨胀流35b被加热到-78[-61℃]的温度，并且在热交换器21中被进一步汽化。加热流35c然后供给在分馏塔19的脱乙烷段19b中的上部中点进给位置处。
来自分离器11的蒸汽的剩余58％(流36)进入工作膨胀机器15，其中从高压进给的这部分抽取机械能。机器15把蒸汽大体等熵地从约1278psia[8,812kPa(a)]的压力膨胀到塔操作压力，借助于做功膨胀把膨胀流36a冷却到近似-57[-49℃]的温度。典型的可买到膨胀机能够在理想等熵膨胀中理论上可得到的功的80-85％的量级上回收。回收的功常常用来驱动离心压缩机(如条目16)，该离心压缩机例如可用来重新压缩塔顶气体(流49)。膨胀和部分冷凝流36a作为进给在下部中间柱进给点处供给到蒸馏柱19。流40，分离器液体(流33)的剩余部分，由膨胀阀12闪蒸到稍高于脱乙烷器19的操作压力，在流40提供对于早先描述的进来供给气体的冷却之前，把它冷却到-14[-26℃](流40a)的温度。流40b，现在在75[24℃]的温度下，然后在第二下部中间柱供给点处进入脱乙烷器19。
在分馏塔19中的脱乙烷器是包含多个垂直隔离盘、一个或多个填充床、或盘和填充的某种组合的常规蒸馏柱。如常常在天然气处理工厂中的情形那样，分馏塔可以包括两个段。上部段19a是分离器，其中顶部进给划分成其相应蒸汽和液体部分，并且其中从下部蒸馏或脱乙烷段19b上升的蒸汽与顶部进给的蒸汽部分(如果有)相结合，以形成离开塔顶部的脱乙烷器顶部蒸汽(流37)。下部、脱乙烷段19b包含盘和/或填充，并且提供在下落液体与上升蒸气之间的必要接触。脱乙烷段也包括一个或多个再沸器(如再沸器20)，该再沸器加热和汽化沿柱向下流动的液体的一部分，以提供沿柱向上流动的汽提蒸汽。液体产品流41基于在底部产品中在摩尔基础上0.020∶1的乙烷对于丙烷比值的典型技术参数，在213[101℃]下离开塔的底部。
顶部蒸流流37以-73[-59℃]离开脱乙烷器19，并且如早先描述的那样在回流冷凝器21中被冷却和部分冷凝。部分冷凝流37a以-94[-70℃]进入回流鼓22，其中冷凝液体(流44)与未冷凝蒸汽(流43)分离。冷凝液体(流44)由泵23泵吸到在脱乙烷器19上的顶部进给点，作为回流流44a。
当脱乙烷段形成分馏塔的下部部分时，回流冷凝器21可以布置在塔内部在柱19上方，如图2中所示。这消除对于回流鼓22和回流泵23的需要，因为蒸馏流然后在塔中在柱的分馏级上方被冷却和分离。可选择地，代替在图1中的回流冷凝器21的分馏器(如在图3中的分馏器21)的使用消除回流鼓和回流泵，并且也提供并发分馏级，以代替在脱乙烷柱的上部段中的那些级。如果分馏器定位在工厂中在分级高度(grade level)处，则它连接到蒸汽/液体分离器上，并且收集在分离器中的液体被泵吸到蒸馏柱的顶部。关于把回流冷凝器包括在柱内部还是使用分馏器的决定通常取决于工厂大小和热交换器表面要求。
来自回流鼓22的未冷凝蒸汽(流43)在热交换器24中被加热到93[34℃]，并且一部分(流48)然后退出以作为用于工厂的燃料气体。(必须退出的燃料气体的量主要由驱动在工厂中的气体压缩机，如在这个例子中的冷冻剂压缩机64、66、及68，的发动机和/或涡轮所需要的燃料确定。)加热蒸汽的剩余部分(流49)由压缩机16压缩，该压缩机16由膨胀机器15、61、及63驱动。在排放冷却器25中冷却到100[38℃]之后，流49b在热交换器24中通过与冷蒸汽-流43的交叉交换被进一步冷却到-83[-64℃]。
流49c然后进入热交换器60，并且进一步由冷却剂流71d冷却到-255[-160℃]以冷凝和低温冷却它，此时它进入做功膨胀机器61，其中从流抽取机械能。机器61把液体流49d大体等熵地从约593psia[4,085kPa(a)]的压力膨胀到LNG存储压力(15.5psia[107kPa(a)]，稍高于大气压力。做功膨胀把膨胀流49e膨胀到近似-256[-160℃]的温度，此时它然后被引向保持LNG产品的LNG存储罐62(流50)。
对于流35和49c的所有冷却由封闭循环冷却环路提供。用于这个循环的工作流体是烃和氮的混合物，使混合物的组成按需要调节以提供要求的冷却剂温度，同时使用适用的冷却介质在合适压力下冷凝。在这种情况下，已经假定用冷却水冷凝，从而包括氮、甲烷、乙烷、丙烷、及较重烃类的冷却剂混合物与图1过程类似地被使用。流的组成，按近似摩尔百分比，是8.7％氮、31.7％甲烷、47.0％乙烷、及8.6％丙烷，其余由较重烃类组成。
冷却剂流71以100[38℃]和607psia[4,185kPa(a)]的压力离开排放冷却器69。它进入热交换器10，并由部分加热冷却剂流71f和由其它冷却剂流冷却到-34[-37℃]和部分地冷凝。对于图1情形，已经假定，这些其它冷却剂流是在三个不同温度和压力级下的商业质量丙烷冷却剂。部分冷凝冷却剂流71a然后进入热交换器13，用来由部分加热膨胀冷却剂流71e进一步冷却到-90[-68℃]，进一步冷凝冷却剂(流71b)。冷却剂在热交换器60中由膨胀冷却剂流71d冷凝，并且然后低温冷却到-255[-160℃]。低温冷却液体流71c进入做功膨胀机器63，其中从流抽取机械能，由于它大体等熵地从约586psia[4,040kPa(a)]的压力膨胀到约34psia[234kPa(a)]。在膨胀期间，流的一部分被汽化，导致总流冷却到-264[-164℃](流71d)。膨胀流71d然后重新进入热交换器60、13、及10，其中它在被汽化和过热时，提供对于流49c、流35、及冷却剂(流71、71a、及71b)的冷却。
过热冷却剂蒸汽(流71g)以90[32℃]离开热交换器10，并且分三级压缩到617psia[4,254kPa(a)]。三个压缩级(冷却剂压缩机64、66、及68)的每一个由补充动力源驱动，并且跟随有冷却器(排放冷却器65、67、及69)以除去压缩的热量。来自排放冷却器69的压缩流71返回到热交换器10，以完成循环。
用于在图1中表明的过程的流流量和能量消耗的总结在如下表格中叙述：
表I
(图1)
流的流量总结-磅.摩尔/Hr[kg摩尔/Hr]
  流   甲烷   乙烷   丙烷   丁烷+   总计
  31   40,977   3,861   2,408   1,404   48,656
  32   40,193   3,667   2,171   1,087   47,123
  33   784   194   237   317   1,533
  34   16,680   1,522   901   451   19,556
  36   23,513   2,145   1,270   636   27,567
  37   44,813   7,065   120   0   52,035
  40   784   194   237   317   1,533
  41   0   48   2,385   1,404   3,837
  43   40,977   3,813   23   0   44,819
  44   3,866   3,252   97   0   7,216
  48   2,527   235   1   0   2,765
  50   38,450   3,578   22   0   42,054
在LPG中的回收率*
丙烷           99.05％
丁烷+          100.00％
生产率         197,031Lb/Hr    [197,031kg/Hr]
LNG产品
生产率         725,522Lb/Hr    [725,522kg/Hr]
纯度              91.43％
较低加热值        970.4    BTU/SCF    [36.16MJ/m3]
功率
冷却剂压缩        90,714HP       [149,132kW]
丙烷压缩          36,493HP       [59,994kW]
总压缩            127,207HP      [209,126kW]
设施热量
脱乙烷器再沸器    58,003MBTU/Hr  [37,470kW]
*(基于圆整流量)
LNG生产过程的效率使用要求的“比功率消耗”典型地比较，“比功率消耗”是总致冷压缩功率与总液体生产率的比值。关于用来生产LNG的现有技术过程的比功率消耗的公开信息指示0.168HP-Hr/Lb[0.276kW-Hr/kg]至0.182HP-Hr/Lb[0.300kW-Hr/kg]的范围，这相信是对于LNG生产工厂的基于每年340天的开工率(on-streamfactor)。在这个相同基础上，对于本发明的图1实施例的比功率消耗是0.148HP-Hr/Lb[0.243kW-Hr/kg]，这给出优于现有技术过程的14-23％的效率改进。
有说明本发明的改进效率的两个主要因素。通过检查当应用于高压气体流(如在这个例子中考虑的气体流)时液化过程的热力学，可理解第一因素。由于这个流的主要构成是甲烷，所以甲烷的热力学性质可用于相对于在本发明中使用的循环比较在现有技术过程中采用的液化循环的目的。图4包含用于甲烷的压力-焓相图。在现有技术液化循环的大部分中，在流在高压下(路径A-B)的同时，完成气体流的所有冷却，此时流然后膨胀(路径B-C)到LNG存储容器的压力(稍高于大气压力)。这个膨胀步骤可以采用做功膨胀机器，该做功膨胀机器典型地能够在理想等熵膨胀中理论上可得到的功的75-80％的量级上回收。为了简单起见，对于路径B-C，完全等熵膨胀显示在图4中。即使这样，由这种做功膨胀提供的焓减小也很小，因为恒定焓的线在相图中的液体区域中几乎是竖直的。
现在把这与本发明的液化循环相对比。在高压(路径A-A′)下部分冷却之后，气体流做功膨胀(路径A′-A″)到中间压力。(同样，为了简单起见，显示完全等熵膨胀。)冷却的剩余部分在中间压力下完成(路径A″-B′)，并且流然后膨胀(路径B′-C)到LNG存储容器的压力。由于等熵线斜率在相图中的蒸汽区域中较缓，所以由本发明的第一做功膨胀步骤(路径A′-A″)提供显著较大的焓减小。因而，对于本发明所要求的总冷却量(路径A-A′和A″-B′之和)小于对于现有技术过程(路径A-B)所要求的冷却，减小液化气体流所要求的致冷(和因此减小致冷压缩)。
说明本发明的改进效率的第二因素是在较低操作压力下烃类蒸馏系统的优越性能。在大多数现有技术过程中烃去除步骤在高压下进行，典型地使用洗涤柱，该洗涤柱把冷烃类液体用作吸收流，以从进来气体流除去较重烃类。在高压下操作洗涤柱不是很高效，因为它导致来自气体流的甲烷和乙烷的主要部分的共同吸收，这些甲烷和乙烷以后必须从吸收液体汽提并且被冷却以成为LNG产品的部分。在本发明中，在中间压力下进行烃类除去步骤，其中蒸汽-液体平衡更受偏爱，导致在副产品液体流中希望较重烃类的非常高效回收。
其它实施例
本领域的技术人员将认识到，本发明可适于供所有类型的LNG液化工厂使用以允许NGL流、LPG流、或冷凝流的共同生产，因为最好地适合在给定工厂位置的需要。而且，将认识到，各种过程配置可以用来回收液体副产品流。本发明可适于回收包含在进给气体中存在的大部分C2成分的NGL流，或者回收仅包含在进给气体中存在的C4和更重成分的冷凝流，而不是如早先描述的那样生产LPG副产品。
图1代表用于指示处理条件的本发明的优选实施例。图5至10描绘对于具体用途可以考虑的本发明的可选择实施例。依据在进给气体中的较重烃类的量和进给气体压力，离开热交换器10的冷却进给流31a可能不包含任何液体(因为它在其露点以上，或者因为它高于其临界冷凝压力)，从而在图1和6至10中表示的分离器11是不需要的，并且冷却进给流可直接流到适当膨胀装置，如做功膨胀机器15。在其中进口气体比至此描述的富有的情况下，可以采用如图5中所示的本发明的实施例。冷凝液体流33流经热交换器18并被低温冷却，然后划分成两部分。第一部分(流40)流经膨胀阀12，在该处它经受用于闪蒸的膨胀，因为压力减小到大约蒸馏柱19的压力。来自膨胀阀12的冷流40a然后流经热交换器18，在该处它被部分加热，因为如早先描述的那样它用来低温冷却流33。部分加热流40b然后在热交换器10中被进一步加热，并且流到在分馏塔19上的下部中点进给位置。第二液体部分(流39)，仍然在高压下，(1)与来自分离器11的蒸汽流的部分34相结合，或者(2)与大体冷凝流35a组合，或者(3)在膨胀阀17中膨胀并且此后或者供给到在上部中点进给位置处的分馏塔19或者与膨胀流35b相结合。可选择地，流39的部分可以遵循至此描述和在图5中描绘的流动路径的任一条或全部。
在液体副产品流(在图1和6至10中的流43)的回收之后在它供给到用来冷凝和低温冷却的热交换器60之前剩余的气流的处置可以以多种方式实现。在图1的过程中，流被加热，使用从一个或多个做功膨胀机器导出的能量压缩到较高压力，在排放冷却器中部分地冷却，然后通过与原始流的交叉交换进一步冷却。如图6中所示，某些用途可能偏爱使用由例如外部动力源驱动的辅助压缩机59把流压缩到较高压力。如由在图1中的虚线设备(热交换器24和排放冷却器25)表示的那样，某些情况可能偏爱通过减少或消除压缩流在它进入热交换器60之前的预冷却而减少设施的资金成本(以增加在热交换器60上的冷却负载和增加冷却剂压缩机64、66、及68的功率消耗为代价)。在这样的情况下，离开压缩机的流49a可以如图7中所示直接流到热交换器24，或者如图8中所示直接流到热交换器60。如果做功膨胀机器不用于高压进给气体的任何部分的膨胀，则可以使用由外部动力源驱动的压缩机，如在图9中所示的压缩机59，代替压缩机16。其它情形根本不可能证明流的任何压缩是适当的，从而流如图10中所示直接流到热交换器60，并且在图1中流过虚线设备(热交换器24、压缩机16、及排放冷却器25)。如果在工厂燃料气体(流48)退出之前不包括加热流的热交换器24，则可能需要辅助加热器58，以使用供给必需热量的设施流或另一个过程流在燃料气体被消耗之前加热它，如图8至10中所示。对于每种用途一般必须估计诸如这些之类的选择，如诸如气体组成、工厂大小、希望副产品流回收级之类的因素，并且必须全部考虑适用设备。
按照本发明，进口气体流和到LNG生产段的进给流的冷却可以以多种方式完成。在图1和5至10的过程中，进口气体流31由外部冷却剂流和扩容分离器液体冷却和冷凝。然而，冷过程流也可用来把冷却的某些供给到高压冷却剂(流71a)。而且，可以利用在比被冷却的流冷的温度下的任何流。比如，来自分馏塔19的蒸汽的侧抽取可退出，并且用来冷却。对于每种具体用途，必须估计用于过程热交换器的塔液体和/或蒸汽的使用和分布、和用于进口气体和进给气体冷却的热交换器的具体布置、以及用于特定热交换服务的过程流的选择。冷却源的选择将取决于多个因素，包括但不限于进给气体组成和条件、工厂大小、热交换器大小、可能冷却源温度、等等。本领域的技术人员也将认识到，可以组合地采用以上冷却源或方法的任何组合，以实现希望的进给流温度。
而且，供给到进口气体流和到LNG生产段的进给流的辅助外部致冷也可以以多种不同方式实现。在图1和6至10中，对于高水平外部致冷已经假定沸腾单成分冷却剂，并且对于低水平外部致冷已经假定汽化多成分冷却剂，使单成分冷却剂用来预冷却多成分冷却剂流。可选择地，高水平冷却和低水平冷却可使用具有依次较低沸点的单成分冷却剂(即，“串级致冷”)、或在依次较低蒸发压力下的一种单成分冷却剂而实现。作为另一个选择例，高水平冷却和低水平冷却可使用多成分冷却剂流实现，该多成分冷却剂流的相应组成部分被调节以提供必需的冷却温度。用来提供外部致冷的方法的选择将取决于多个因素，包括但不限于进给气体组成和条件、工厂大小、压缩机驱动器大小、热交换器大小、环境散热器温度、等等。本领域的技术人员也将认识到，以上描述的用来提供外部致冷的方法的任何组合可以组合地采用，以实现希望的进给流温度。
离开热交换器60的冷凝液体流(在图1中的流49d、在图6中的流49e、在图7中的流49c、在图8和9中的流49b、及在图10中的流49a)的低温冷却，减少或消除在流膨胀到LNG存储罐62的操作压力期间可能产生的闪蒸蒸汽的量。这一般通过消除对于快速气体压缩的需要而减少用来产生LNG的比功率消耗。然而，某些情形可能偏爱通过减小热交换器60的尺寸和使用快速气体压缩或其它手段处置可能产生的任何闪蒸气体，而降低设施的资金成本。
尽管个别流膨胀在具体膨胀装置中描绘，但在适当场合可以采用可选择的膨胀手段。例如，条件可以保证大体冷凝进给流(在图1和5至10中的流35a)的做功膨胀。而且，对于离开热交换器60的低温冷却液体流(在图1中的流49d、在图6中的流49e、在图7中的流49c、在图8和9中的流49b、及在图10中的流49a)，等焓闪胀可以被使用来代替做功膨胀，但将使在热交换器60中的进一步低温冷却是必要的，以避免在膨胀中形成闪蒸蒸汽，或者也添加闪蒸蒸汽压缩或用来处置生成的闪蒸蒸汽的其它手段。类似地，对于离开热交换器60的低温冷却高压冷却剂流(在图1和6至10中的流71c)，可以使用等焓闪胀来代替做功膨胀，结果是用于冷却剂的压缩的功率消耗的增加。
尽管这里已经描述了相信是本发明的优选实施例的实施例，但本领域的技术人员将认识到，对其可以进行其它和进一步修改，例如使本发明适应各种条件、进给类型、或其它要求，而不脱离由如下权利要求书所定义的本发明的精神。

Claims (78)

1.一种用来液化包含甲烷和较重烃类成分的天然气流的方法，其中：
(a)将所述天然气流在压力下冷却，以冷凝它的至少一部分和形成冷凝流；和
(b)将所述冷凝流膨胀到较低压力，以形成所述液化天然气流；
改进在于，其中
(1)将所述天然气流在一个或多个冷却步骤中处理；
(2)将所述冷却的天然气流分成至少一个第一气流和一个第二气流；
(3)将所述第一气流冷却，以大体冷凝它的全部并且此后膨胀到中间压力；
(4)将所述膨胀的大体冷凝的第一气流以与更易挥发蒸汽蒸馏流成热交换关系导向并由此加热，该更易挥发蒸汽蒸馏流从蒸馏柱的分馏级上升；
(5)将所述第二气流膨胀到所述中间压力；
(6)将所述加热膨胀第一气流和所述膨胀第二气流导向到所述蒸馏柱中，其中将所述流分离成所述更易挥发蒸汽蒸馏流以及包含所述较重烃类成分的主要部分的较不易挥发部分；
(7)所述更易挥发蒸汽蒸馏流由所述膨胀大体冷凝第一气流充分地冷却以部分冷凝它，并且此后分离以形成包含所述甲烷和较轻成分的主要部分的易挥发残余气体部分和回流流；
(8)将所述回流流导向到所述蒸馏柱中，作为到所述蒸馏柱的顶部进给；及
(9)将所述易挥发残余气体部分在压力下冷却，以冷凝它的至少一部分并由此形成所述冷凝流。
2.一种用来液化包含甲烷和较重烃类成分的天然气流的方法，其中
(a)将所述天然气流在压力下冷却，以冷凝它的至少一部分和形成冷凝流；和
(b)将所述冷凝流膨胀到较低压力，以形成所述液化天然气流；
改进在于，其中：
(1)将所述天然气流在一个或多个冷却步骤中处理，以部分地冷凝它；
(2)将所述部分冷凝天然气流分离，以由此提供蒸汽流和液体流；
(3)将所述蒸汽流分成至少一个第一气流和一个第二气流；
(4)将所述第一气流冷却，以大体冷凝它的全部并且此后膨胀到中间压力；
(5)将所述膨胀的大体冷凝的第一气流以与更易挥发蒸汽蒸馏流成热交换关系地导向并由此加热，该更易挥发蒸汽蒸馏流从蒸馏柱的分馏级上升；
(6)将所述第二气流膨胀到所述中间压力；
(7)将所述液体流膨胀到所述中间压力；
(8)将所述加热膨胀的第一气流、所述膨胀的第二气流、及所述膨胀的液体流导向到所述蒸馏柱中，其中所述流分离成所述更易挥发蒸汽蒸馏流、和包含所述较重烃类成分的主要部分的较不易挥发部分；
(9)将所述更易挥发蒸汽蒸馏流由所述膨胀大体冷凝第一气流充分地冷却以部分冷凝它，并且此后分离以形成包含所述甲烷和较轻成分的主要部分的易挥发残余气体部分和回流流；
(10)将所述回流流导向到所述蒸馏柱中，作为到所述蒸馏柱的顶部进给；及
(11)将所述易挥发残余气体部分在压力下冷却，以冷凝它的至少一部分并由此形成所述冷凝流。
3.一种用来液化包含甲烷和较重烃类成分的天然气流的方法，其中
(a)将所述天然气流在压力下冷却，以冷凝它的至少一部分和形成冷凝流；和
(b)将所述冷凝流膨胀到较低压力，以形成所述液化天然气流；
改进在于，其中
(1)将所述天然气流在一个或多个冷却步骤中处理，以部分地冷凝它；
(2)将所述部分冷凝天然气流分离，由此提供蒸汽流和液体流；
(3)将所述蒸汽流分成至少一个第一气流和一个第二气流；
(4)将所述第一气流与所述液体流的至少一部分相组合，由此形成组合流；
(5)将所述组合流冷却以大体冷凝它的全部，并且此后膨胀到中间压力；
(6)将所述膨胀的大体冷凝的组合流以与更易挥发蒸汽蒸馏流成热交换关系地导向并由此加热，该更易挥发蒸汽蒸馏流从蒸馏柱的分馏级上升；
(7)将所述第二气流膨胀到所述中间压力；
(8)将所述液体流的任何剩余部分膨胀到所述中间压力；
(9)将所述加热膨胀的组合流、所述膨胀的第二气流、及所述液体流的所述膨胀剩余部分导向到所述蒸馏柱中，其中所述流分离成所述更易挥发蒸汽蒸馏流、和包含所述较重烃类成分的主要部分的较不易挥发部分；
(10)将所述更易挥发蒸汽蒸馏流由所述膨胀大体冷凝的组合流充分地冷却以部分冷凝它，并且此后分离以形成包含所述甲烷和较轻成分的主要部分的易挥发残余气体部分和回流流；
(11)将所述回流流导向到所述蒸馏柱中，作为到所述蒸馏柱的顶部进给；及
(12)将所述易挥发残余气体部分在压力下冷却，以冷凝它的至少一部分并由此形成所述冷凝流。
4.一种用来液化包含甲烷和较重烃类成分的天然气流的方法，其中
(a)将所述天然气流在压力下冷却，以冷凝它的至少一部分和形成冷凝流；和
(b)将所述冷凝流膨胀到较低压力，以形成所述液化天然气流；
改进在于，其中
(1)将所述天然气流在一个或多个冷却步骤中处理，以部分地冷凝它；
(2)将所述部分冷凝天然气流分离，以由此提供蒸汽流和液体流；
(3)将所述蒸汽流分成至少一个第一气流和一个第二气流；
(4)将所述第一气流冷却以大体冷凝它的全部，并且此后膨胀到中间压力；
(5)将所述膨胀的大体冷凝的第一气流以与更易挥发蒸汽蒸馏流成热交换关系地导向并由此被加热，该更易挥发蒸汽蒸馏流从蒸馏柱的分馏级上升；
(6)将所述第二气流膨胀到所述中间压力；
(7)将所述液体流冷却，并且此后分成至少一个第一部分和一个第二部分；
(8)将所述第一部分膨胀到所述中间压力，并且此后被加热；
(9)将所述第二部分膨胀到所述中间压力；
(10)将所述加热膨胀的第一气流、所述膨胀的第二气流、所述加热膨胀的第一部分、及所述膨胀的第二部分导向到所述蒸馏柱中，其中所述流分离成所述更易挥发蒸汽蒸馏流、和包含所述较重烃类成分的主要部分的较不易挥发部分；
(11)将所述更易挥发蒸汽蒸馏流由所述膨胀大体冷凝第一气流充分地冷却以部分冷凝它，并且此后分离以形成包含所述甲烷和较轻成分的主要部分的易挥发残余气体部分和回流流；
(12)将所述回流流导向到所述蒸馏柱中，作为到所述蒸馏柱的顶部进给；及
(13)将所述易挥发残余气体部分在压力下冷却，以冷凝它的至少一部分并由此形成所述冷凝流。
5.一种用来液化包含甲烷和较重烃类成分的天然气流的方法，其中
(a)将所述天然气流在压力下冷却，以冷凝它的至少一部分和形成冷凝流；和
(b)将所述冷凝流膨胀到较低压力，以形成所述液化天然气流；
改进在于，其中
(1)将所述天然气流在一个或多个冷却步骤中处理，以部分地冷凝它；
(2)将所述部分冷凝天然气流分离，以由此提供蒸汽流和液体流；
(3)将所述蒸汽流分成至少一个第一气流和一个第二气流；
(4)将所述第一气流冷却以大体冷凝它的全部，并且此后膨胀到中间压力；
(5)将所述液体流冷却，并且此后分成至少一个第一部分和一个第二部分；
(6)将所述第一部分膨胀到所述中间压力，并且此后被加热；
(7)将所述第二部分与所述大体冷凝第一气流组合，由此形成组合流，藉此将所述组合流膨胀到所述中间压力；
(8)将所述膨胀的组合流以与更易挥发蒸汽蒸馏流成热交换关系地导向并由此加热，该更易挥发蒸汽蒸馏流从蒸馏柱的分馏级上升；
(9)将所述第二气流膨胀到所述中间压力；
(10)将所述加热膨胀的组合流、所述膨胀的第二气流、及所述加热膨胀的第一部分导向到所述蒸馏柱中，其中所述流分离成所述更易挥发蒸汽蒸馏流、和包含所述较重烃类成分的主要部分的较不易挥发部分；
(11)将所述更易挥发蒸汽蒸馏流由所述膨胀的组合流充分地冷却以部分冷凝它，并且此后分离以形成包含所述甲烷和较轻成分的主要部分的易挥发残余气体部分和回流流；
(12)将所述回流流导向到所述蒸馏柱中，作为到所述蒸馏柱的顶部进给；及
(13)将所述易挥发残余气体部分在压力下冷却，以冷凝它的至少一部分并由此形成所述冷凝流。
6.根据权利要求1所述的改进方法，其中，所述蒸馏柱是分馏塔的下部段，并且其中，将所述更易挥发蒸汽蒸馏流充分地冷却以在所述蒸馏柱上方的所述塔的一部分中部分地冷凝它，并且同时分离以形成所述易挥发残余气体部分和所述回流流，藉此所述回流流流到所述蒸馏柱的顶部分馏级。
7.根据权利要求2所述的改进方法，其中，所述蒸馏柱是分馏塔的下部段，并且其中，所述更易挥发蒸汽蒸馏流被充分地冷却以在所述蒸馏柱上方的所述塔的部分中部分地冷凝它，并且同时被分离以形成所述易挥发残余气体部分和所述回流流，藉此所述回流流流到所述蒸馏柱的顶部分馏级。
8.根据权利要求3所述的改进方法，其中，所述蒸馏柱是分馏塔的下部段，并且其中，所述更易挥发蒸汽蒸馏流被充分地冷却以在所述蒸馏柱上方的所述塔的部分中部分地冷凝它，并且同时被分离以形成所述易挥发残余气体部分和所述回流流，藉此所述回流流流到所述蒸馏柱的顶部分馏级。
9.根据权利要求4所述的改进方法，其中，所述蒸馏柱是分馏塔的下部段，并且其中，所述更易挥发蒸汽蒸馏流被充分地冷却以在所述蒸馏柱上方的所述塔的部分中部分地冷凝它，并且同时被分离以形成所述易挥发残余气体部分和所述回流流，藉此所述回流流流到所述蒸馏柱的顶部分馏级。
10.根据权利要求5所述的改进方法，其中，所述蒸馏柱是分馏塔的下部段，并且其中，所述更易挥发蒸汽蒸馏流被充分地冷却以在所述蒸馏柱上方的所述塔的部分中部分地冷凝它，并且同时被分离以形成所述易挥发残余气体部分和所述回流流，藉此所述回流流流到所述蒸馏柱的顶部分馏级。
11.根据权利要求1所述的改进方法，其中，所述更易挥发蒸汽蒸馏流被充分地冷却以在分馏器中部分地冷凝它，并且同时被分离以形成所述易挥发残余气体部分和所述回流流，藉此所述回流流从分馏器流到所述蒸馏柱的顶部分馏级。
12.根据权利要求2所述的改进方法，其中，所述更易挥发蒸汽蒸馏流被充分地冷却以在分馏器中部分地冷凝它，并且同时被分离以形成所述易挥发残余气体部分和所述回流流，藉此所述回流流从分馏器流到所述蒸馏柱的顶部分馏级。
13.根据权利要求3所述的改进方法，其中，所述更易挥发蒸汽蒸馏流被充分地冷却以在分馏器中部分地冷凝它，并且同时被分离以形成所述易挥发残余气体部分和所述回流流，藉此所述回流流从分馏器流到所述蒸馏柱的顶部分馏级。
14.根据权利要求4所述的改进方法，其中，所述更易挥发蒸汽蒸馏流被充分地冷却以在分馏器中部分地冷凝它，并且同时被分离以形成所述易挥发残余气体部分和所述回流流，藉此所述回流流从分馏器流到所述蒸馏柱的顶部分馏级。
15.根据权利要求5所述的改进方法，其中，所述更易挥发蒸汽蒸馏流被充分地冷却以在分馏器中部分地冷凝它，并且同时被分离以形成所述易挥发残余气体部分和所述回流流，藉此所述回流流从分馏器流到所述蒸馏柱的顶部分馏级。
16.根据权利要求1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14或15所述的改进方法，其中，将所述易挥发残余气体部分压缩并且此后在压力下冷却，以冷凝它的至少一部分并由此形成所述冷凝流。
17.根据权利要求1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14或15所述的改进方法，其中，将所述易挥发残余气体部分加热、压缩并且此后在压力下冷却，以冷凝它的至少一部分并由此形成所述冷凝流。
18.根据权利要求1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14或15所述的改进方法，其中，所述易挥发残余气体部分包含所述甲烷、较轻成分、及C2成分的主要部分。
19.根据权利要求16所述的改进方法，其中，所述易挥发残余气体部分包含所述甲烷、较轻成分、及C2成分的主要部分。
20.根据权利要求17所述的改进方法，其中，所述易挥发残余气体部分包含所述甲烷、较轻成分、及C2成分的主要部分。
21.根据权利要求1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、或15所述的改进方法，其中，所述易挥发残余气体部分包含所述甲烷、较轻成分、C2成分、及C3成分的主要部分。
22.根据权利要求16所述的改进方法，其中，所述易挥发残余气体部分包含所述甲烷、较轻成分、C2成分、及C3成分的主要部分。
23.根据权利要求17所述的改进方法，其中，所述易挥发残余气体部分包含所述甲烷、较轻成分、C2成分、及C3成分的主要部分。
24.一种用来液化包含甲烷和较重烃类成分的天然气流的设备，其包括
(1)一个或多个第一热交换装置，接收所述天然气流并在压力下冷却它；
(2)划分装置，连接到所述第一热交换装置上，以接收所述冷却天然气流并且把它分成至少一个第一气流和一个第二气流；
(3)第二热交换装置，连接到所述划分装置上，以接收所述第一气流，并且将它充分地冷却以大体冷凝它；
(4)第一膨胀装置，连接到所述第二热交换装置上，以接收所述大体冷凝第一气流并且把它膨胀到中间压力；
(5)第三热交换装置，连接到所述第一膨胀装置上，以接收所述膨胀大体冷凝第一气流并且加热它，所述第三热交换装置还连接到蒸馏柱上，以接收从所述蒸馏柱的分馏级上升的更易挥发蒸汽蒸馏流并且把它充分地冷却以部分冷凝它；
(6)第二膨胀装置，连接到所述划分装置上，以接收所述第二气流并且将它膨胀到所述中间压力；
(7)所述蒸馏柱还连接到所述第三热交换装置和所述第二膨胀装置上，以接收所述加热膨胀第一气流和所述膨胀第二气流，使所述蒸馏柱适于把所述流分离成所述更易挥发蒸汽蒸馏流、和包含所述较重烃类成分的主要部分的较不易挥发部分；
(8)分离装置，连接到所述第三热交换装置上，以接收所述冷却部分冷凝蒸馏流，并且把它分离成包含所述甲烷和较轻成分的主要部分的易挥发残余气体部分和回流流，所述分离装置还连接到所述蒸馏柱上，以把所述回流流导向到所述蒸馏柱中，作为到所述蒸馏柱的顶部进给；
(9)第四热交换装置，连接到所述分离装置上，以接收所述易挥发残余气体部分，使所述第四热交换装置适于在压力下冷却所述易挥发残余气体部分，以冷凝它的至少一部分并由此形成冷凝流；
(10)第三膨胀装置，连接到所述第四热交换装置上，以接收所述冷凝流并且把它膨胀到较低压力，以形成所述液化天然气流；及
(11)控制装置，适于调节到所述蒸馏柱的所述进给流的量和温度，以把所述蒸馏柱的顶部温度保持在一定温度下，借此在所述较不易挥发部分中回收所述较重烃类成分的主要部分。
25.一种用来液化包含甲烷和较重烃类成分的天然气流的设备，其包括
(1)一个或多个第一热交换装置，接收所述天然气流和在压力下把它充分地冷却以部分冷凝它；
(2)第一分离装置，连接到所述第一热交换装置上，以接收所述部分冷凝天然气流并且把它分离成蒸汽流和液体流；
(3)划分装置，连接到所述第一分离装置上，以接收所述蒸汽流并且把它划分成至少一个第一气流和一个第二气流；
(4)第二热交换装置，连接到所述划分装置上，以接收所述第一气流，并且把它充分地冷却以大体冷凝它；
(5)第一膨胀装置，连接到所述第二热交换装置上，以接收所述大体冷凝第一气流并且把它膨胀到中间压力；
(6)第三热交换装置，连接到所述第一膨胀装置上，以接收所述膨胀大体冷凝第一气流并且加热它，所述第三热交换装置还连接到蒸馏柱上，以接收从所述蒸馏柱的分馏级上升的更易挥发蒸汽蒸馏流并且把它充分地冷却以部分冷凝它；
(7)第二膨胀装置，连接到所述划分装置上，以接收所述第二气流并且把它膨胀到所述中间压力；
(8)第三膨胀装置，连接到所述第一分离装置上，以接收所述液体流并且把它膨胀到所述中间压力；
(9)所述蒸馏柱还连接到所述第三热交换装置、所述第二膨胀装置、及所述第三膨胀装置上，以接收所述加热膨胀第一气流、所述膨胀第二气流、及所述膨胀液体流，使所述蒸馏柱适于把所述流分离成所述更易挥发蒸汽蒸馏流、和包含所述较重烃类成分的主要部分的较不易挥发部分；
(10)第二分离装置，连接到所述第三热交换装置上，以接收所述冷却部分冷凝蒸馏流，并且把它分离成包含所述甲烷和较轻成分的主要部分的易挥发残余气体部分和回流流，所述第二分离装置还连接到所述蒸馏柱上，以把所述回流流导向到所述蒸馏柱中，作为到所述蒸馏柱的顶部进给；
(11)第四热交换装置，连接到所述第二分离装置上，以接收所述易挥发残余气体部分，使所述第四热交换装置适于在压力下冷却所述易挥发残余气体部分，以冷凝它的至少一部分并由此形成冷凝流；
(12)第四膨胀装置，连接到所述第四热交换装置上，以接收所述冷凝流并且把它膨胀到较低压力，以形成所述液化天然气流；及
(13)控制装置，适于调节到所述蒸馏柱的所述进给流的量和温度，以把所述蒸馏柱的顶部温度保持在一定温度下，借此在所述较不易挥发部分中回收所述较重烃类成分的主要部分。
26.一种用来液化包含甲烷和较重烃类成分的天然气流的设备，其包括
(1)一个或多个第一热交换装置，接收所述天然气流和在压力下把它充分地冷却以部分冷凝它；
(2)第一分离装置，连接到所述第一热交换装置上，以接收所述部分冷凝天然气流并且把它分离成蒸汽流和液体流；
(3)划分装置，连接到所述第一分离装置上，以接收所述蒸汽流并且把它划分成至少一个第一气流和一个第二气流；
(4)组合装置，连接到所述划分装置上并且连接到所述第一分离装置上，以接收所述第一气流和所述液体流的至少一部分并且由此形成组合流，
(5)第二热交换装置，连接到所述组合装置上，以接收所述组合流，并且把它充分地冷却以大体冷凝它；
(6)第一膨胀装置，连接到所述第二热交换装置上，以接收所述大体冷凝的组合流并且把它膨胀到中间压力；
(7)第三热交换装置，连接到所述第一膨胀装置上，以接收所述膨胀大体冷凝的组合流并且加热它，所述第三热交换装置还连接到蒸馏柱上，以接收从所述蒸馏柱的分馏级上升的更易挥发蒸汽蒸馏流并且把它充分地冷却以部分冷凝它；
(8)第二膨胀装置，连接到所述划分装置上，以接收所述第二气流并且把它膨胀到所述中间压力；
(9)第三膨胀装置，连接到所述第一分离装置上，以接收所述液体流的任何剩余部分并且把它膨胀到所述中间压力；
(10)所述蒸馏柱还连接到所述第三热交换装置、所述第二膨胀装置、及所述第三膨胀装置上，以接收所述加热膨胀的组合流、所述膨胀第二气流、及所述液体流的所述膨胀剩余部分，使所述蒸馏柱适于把所述流分离成所述更易挥发蒸汽蒸馏流、和包含所述较重烃类成分的主要部分的较不易挥发部分；
(11)第二分离装置，连接到所述第三热交换装置上，以接收所述冷却的部分冷凝的蒸馏流，并且把它分离成包含所述甲烷和较轻成分的主要部分的易挥发残余气体部分和回流流，所述第二分离装置还连接到所述蒸馏柱上，以把所述回流流导向到所述蒸馏柱中，作为到所述蒸馏柱的顶部进给；
(12)第四热交换装置，连接到所述第二分离装置上，以接收所述易挥发残余气体部分，使所述第四热交换装置适于在压力下冷却所述易挥发残余气体部分，以冷凝它的至少一部分并由此形成冷凝流；
(13)第四膨胀装置，连接到所述第四热交换装置上，以接收所述冷凝流并且把它膨胀到较低压力，以形成所述液化的天然气流；及
(14)控制装置，适于调节到所述蒸馏柱的所述进给流的量和温度，以把所述蒸馏柱的顶部温度保持在一定温度下，借此在所述较不易挥发部分中回收所述较重烃类成分的主要部分。
27.一种用来液化包含甲烷和较重烃类成分的天然气流的设备，其包括
(1)一个或多个第一热交换装置，接收所述天然气流和在压力下把它充分地冷却以部分冷凝它；
(2)第一分离装置，连接到所述第一热交换装置上，以接收所述部分冷凝的天然气流并且把它分离成蒸汽流和液体流；
(3)第二热交换装置，连接到所述第一分离装置上，以接收所述液体流并且冷却它；
(4)第一划分装置，连接到所述第二热交换装置上，以接收所述冷却的液体流并且把它划分成至少一个第一部分和一个第二部分；
(5)第一膨胀装置，连接到所述第一划分装置上，以接收所述第一部分并且把它膨胀到中间压力，所述第一膨胀装置还连接成把所述膨胀第一部分供给到所述第二热交换装置，由此在冷却所述液体流的同时加热所述膨胀第一部分；
(6)第二划分装置，连接到所述第一分离装置上，以接收所述蒸汽流并且把它划分成至少一个第一气流和一个第二气流；
(7)第三热交换装置，连接到所述第二划分装置上，以接收所述第一气流，并且把它充分地冷却以大体冷凝它；
(8)第二膨胀装置，连接到所述第三热交换装置上，以接收所述大体冷凝的第一气流并且把它膨胀到所述中间压力；
(9)第三膨胀装置，连接到所述第二划分装置上，以接收所述第二气流并且把它膨胀到所述中间压力；
(10)第四膨胀装置，连接到所述第一划分装置上，以接收所述第二部分并且把它膨胀到所述中间压力；
(11)第四热交换装置，连接到所述第二膨胀装置上，以接收所述膨胀的大体冷凝的第一气流并且加热它，所述第四热交换装置还连接到蒸馏柱上，以接收从所述蒸馏柱的分馏级上升的更易挥发蒸汽蒸馏流并且把它充分地冷却以部分地冷凝它；
(12)所述蒸馏柱还连接到所述第四热交换装置、所述第三膨胀装置、所述第四膨胀装置、及所述第二热交换装置上，以接收所述加热膨胀第一气流、所述膨胀第二气流、所述膨胀第二部分、及所述加热膨胀第一部分，使所述蒸馏柱适于把所述流分离成所述更易挥发蒸汽蒸馏流、和包含所述较重烃类成分的主要部分的较不易挥发部分；
(13)第二分离装置，连接到所述第四热交换装置上，以接收所述冷却的部分冷凝的蒸馏流，并且把它分离成包含所述甲烷和较轻成分的主要部分的易挥发残余气体部分和回流流，所述第二分离装置还连接到所述蒸馏柱上，以把所述回流流导向到所述蒸馏柱中，作为到所述蒸馏柱的顶部进给；
(14)第五热交换装置，连接到所述第二分离装置上，以接收所述易挥发残余气体部分，使所述第五热交换装置适于在压力下冷却所述易挥发残余气体部分，以冷凝它的至少一部分并由此形成冷凝流；
(15)第五膨胀装置，连接到所述第五热交换装置上，以接收所述冷凝流并且把它膨胀到较低压力，以形成所述液化天然气流；及
(16)控制装置，适于调节到所述蒸馏柱的所述进给流的量和温度，以把所述蒸馏柱的顶部温度保持在一定温度下，借此在所述较不易挥发部分中回收所述较重烃类成分的主要部分。
28.一种用来液化包含甲烷和较重烃类成分的天然气流的设备，其包括
(1)一个或多个第一热交换装置，接收所述天然气流和在压力下把它充分地冷却以部分冷凝它；
(2)第一分离装置，连接到所述第一热交换装置上，以接收所述部分冷凝的天然气流并且把它分离成蒸汽流和液体流；
(3)第二热交换装置，连接到所述第一分离装置上，以接收所述液体流并且冷却它；
(4)第一划分装置，连接到所述第二热交换装置上，以接收所述冷却液体流并且把它划分成至少一个第一部分和一个第二部分；
(5)第一膨胀装置，连接到所述第一划分装置上，以接收所述第一部分并且把它膨胀到中间压力，所述第一膨胀装置还连接成把所述膨胀第一部分供给到所述第二热交换装置，由此在冷却所述液体流的同时加热所述膨胀第一部分；
(6)第二划分装置，连接到所述第一分离装置上，以接收所述蒸汽流并且把它划分成至少一个第一气流和一个第二气流；
(7)第三热交换装置，连接到所述第二划分装置上，以接收所述第一气流，并且把它充分地冷却以大体冷凝它；
(8)组合装置，连接到所述第三热交换装置上并且连接到所述第一划分装置上，以接收所述大体冷凝的第一气流和所述第二部分，并且由此形成组合流；
(9)第二膨胀装置，连接到所述组合装置上，以接收所述组合流并且把它膨胀到所述中间压力；
(10)第三膨胀装置，连接到所述第二划分装置上，以接收所述第二气流并且把它膨胀到所述中间压力；
(11)第四热交换装置，连接到所述第二膨胀装置上，以接收所述膨胀的组合流并且加热它，所述第四热交换装置还连接到蒸馏柱上，以接收从所述蒸馏柱的分馏级上升的更易挥发蒸汽蒸馏流并且把它充分地冷却以部分地冷凝它；
(12)所述蒸馏柱还连接到所述第四热交换装置、所述第三膨胀装置、及所述第二热交换装置上，以接收所述加热膨胀的组合流、所述膨胀的第二气流、及所述加热膨胀的第一部分，使所述蒸馏柱适于把所述流分离成所述更易挥发蒸汽蒸馏流、和包含所述较重烃类成分的主要部分的较不易挥发部分；
(13)第二分离装置，连接到所述第四热交换装置上，以接收所述冷却的部分冷凝的蒸馏流，并且把它分离成包含所述甲烷和较轻成分的主要部分的易挥发残余气体部分和回流流，所述第二分离装置还连接到所述蒸馏柱上，以把所述回流流导向到所述蒸馏柱中，作为到所述蒸馏柱的顶部进给；
(14)第五热交换装置，连接到所述第二分离装置上，以接收所述易挥发残余气体部分，使所述第五热交换装置适于在压力下冷却所述易挥发残余气体部分，以冷凝它的至少一部分并由此形成冷凝流；
(15)第五膨胀装置，连接到所述第五热交换装置上，以接收所述冷凝流并且把它膨胀到较低压力，以形成所述液化天然气流；及
(16)控制装置，适于调节到所述蒸馏柱的所述进给流的量和温度，以把所述蒸馏柱的顶部温度保持在一定温度下，借此在所述较不易挥发部分中回收所述较重烃类成分的主要部分。
29.根据权利要求24所述的设备，其中
(1)所述蒸馏柱是分馏塔的下部段，并且其中，所述更易挥发蒸汽蒸馏流被充分地冷却以在所述蒸馏柱上方的所述分馏塔的段中部分地冷凝它，并且同时被分离以形成所述易挥发残余气体部分和所述回流流，藉此所述回流流流到所述蒸馏柱的顶部分馏级；并且
(2)所述第四热交换装置连接到所述分馏塔上以接收所述易挥发残余气体部分，使所述第四热交换装置适于在压力下冷却所述易挥发残余气体部分，以冷凝它的至少一部分并由此形成所述冷凝流。
30.根据权利要求25所述的设备，其中
(1)所述蒸馏柱是分馏塔的下部段，并且其中，所述更易挥发蒸汽蒸馏流被充分地冷却以在所述蒸馏柱上方的所述分馏塔的段中部分地冷凝它，并且同时被分离以形成所述易挥发残余气体部分和所述回流流，藉此所述回流流流到所述蒸馏柱的顶部分馏级；并且
(2)所述第四热交换装置连接到所述分馏塔上以接收所述易挥发残余气体部分，使所述第四热交换装置适于在压力下冷却所述易挥发残余气体部分，以冷凝它的至少一部分并由此形成所述冷凝流。
31.根据权利要求26所述的设备，其中
(1)所述蒸馏柱是分馏塔的下部段，并且其中，所述更易挥发蒸汽蒸馏流被充分地冷却以在所述蒸馏柱上方的所述分馏塔的段中部分地冷凝它，并且同时被分离以形成所述易挥发残余气体部分和所述回流流，藉此所述回流流流到所述蒸馏柱的顶部分馏级；并且
(2)所述第四热交换装置连接到所述分馏塔上以接收所述易挥发残余气体部分，使所述第四热交换装置适于在压力下冷却所述易挥发残余气体部分，以冷凝它的至少一部分并由此形成所述冷凝流。
32.根据权利要求27所述的设备，其中
(1)所述蒸馏柱是分馏塔的下部段，并且其中，所述更易挥发蒸汽蒸馏流被充分地冷却以在所述蒸馏柱上方的所述分馏塔的段中部分地冷凝它，并且同时被分离以形成所述易挥发残余气体部分和所述回流流，藉此所述回流流流到所述蒸馏柱的顶部分馏级；并且
(2)所述第五热交换装置连接到所述分馏塔上以接收所述易挥发残余气体部分，使所述第五热交换装置适于在压力下冷却所述易挥发残余气体部分，以冷凝它的至少一部分并由此形成所述冷凝流。
33.根据权利要求28所述的设备，其中
(1)所述蒸馏柱是分馏塔的下部段，并且其中，所述更易挥发蒸汽蒸馏流被充分地冷却以在所述蒸馏柱上方的所述分馏塔的段中部分地冷凝它，并且同时被分离以形成所述易挥发残余气体部分和所述回流流，藉此所述回流流流到所述蒸馏柱的顶部分馏级；并且
(2)所述第五热交换装置连接到所述分馏塔上以接收所述易挥发残余气体部分，使所述第五热交换装置适于在压力下冷却所述易挥发残余气体部分，以冷凝它的至少一部分并由此形成所述冷凝流。
34.根据权利要求24所述的设备，其中，所述设备包括
(1)分馏器，连接到所述第一膨胀装置上，以接收所述膨胀的大体冷凝的第一气流并且加热它，所述分馏器还连接到所述蒸馏柱上，以接收所述更易挥发蒸汽蒸馏流并且把它充分地冷却以部分地冷凝它，并且同时把它分离以形成所述易挥发残余气体部分和所述回流流，所述分馏器还连接到所述蒸馏柱上，以供给所述加热膨胀的第一气流作为到所述蒸馏柱的进给、和所述回流流作为到所述蒸馏柱的顶部进给；和
(2)所述第四热交换装置，连接到所述分馏器上以接收所述易挥发残余气体部分，使所述第四热交换装置适于在压力下冷却所述易挥发残余气体部分，以冷凝它的至少一部分并由此形成所述冷凝流。
35.根据权利要求25所述的设备，其中，所述设备包括
(1)分馏器，连接到所述第一膨胀装置上，以接收所述膨胀大体冷凝第一气流并且加热它，所述分馏器还连接到所述蒸馏柱上，以接收所述更易挥发蒸汽蒸馏流并且把它充分地冷却以部分地冷凝它，并且同时把它分离以形成所述易挥发残余气体部分和所述回流流，所述分馏器还连接到所述蒸馏柱上，以供给所述加热膨胀的第一气流作为到所述蒸馏柱的进给、和所述回流流作为到所述蒸馏柱的顶部进给；和
(2)所述第四热交换装置，连接到所述分馏器上以接收所述易挥发残余气体部分，使所述第四热交换装置适于在压力下冷却所述易挥发残余气体部分，以冷凝它的至少一部分并由此形成所述冷凝流。
36.根据权利要求26所述的设备，其中，所述设备包括
(1)分馏器，连接到所述第一膨胀装置上，以接收所述膨胀大体冷凝第一气流并且加热它，所述分馏器还连接到所述蒸馏柱上，以接收所述更易挥发蒸汽蒸馏流并且把它充分地冷却以部分地冷凝它，并且同时把它分离以形成所述易挥发残余气体部分和所述回流流，所述分馏器还连接到所述蒸馏柱上，以供给所述加热膨胀的组合流作为到所述蒸馏柱的进给、和所述回流流作为到所述蒸馏柱的顶部进给；和
(2)所述第四热交换装置，连接到所述分馏器上以接收所述易挥发残余气体部分，使所述第四热交换装置适于在压力下冷却所述易挥发残余气体部分，以冷凝它的至少一部分并由此形成所述冷凝流。
37.根据权利要求27所述的设备，其中，所述设备包括
(1)分馏器，连接到所述第二膨胀装置上，以接收所述膨胀大体冷凝第一气流并且加热它，所述分馏器还连接到所述蒸馏柱上，以接收所述更易挥发蒸汽蒸馏流并且把它充分地冷却以部分地冷凝它，并且同时把它分离以形成所述易挥发残余气体部分和所述回流流，所述分馏器还连接到所述蒸馏柱上，以供给所述加热膨胀的第一气流作为到所述蒸馏柱的进给、和所述回流流作为到所述蒸馏柱的顶部进给；和
(2)所述第五热交换装置，连接到所述分馏器上以接收所述易挥发残余气体部分，使所述第五热交换装置适于在压力下冷却所述易挥发残余气体部分，以冷凝它的至少一部分并由此形成所述冷凝流。
38.根据权利要求28所述的设备，其中，所述设备包括
(1)分馏器，连接到所述第二膨胀装置上，以接收所述膨胀大体冷凝第一气流并且加热它，所述分馏器还连接到所述蒸馏柱上，以接收所述更易挥发蒸汽蒸馏流并且把它充分地冷却以部分地冷凝它，并且同时把它分离以形成所述易挥发残余气体部分和所述回流流，所述分馏器还连接到所述蒸馏柱上，以供给所述加热膨胀的组合流作为到所述蒸馏柱的进给、和所述回流流作为到所述蒸馏柱的顶部进给；和
(2)所述第五热交换装置，连接到所述分馏器上以接收所述易挥发残余气体部分，使所述第五热交换装置适于在压力下冷却所述易挥发残余气体部分，以冷凝它的至少一部分并由此形成所述冷凝流。
39.根据权利要求24所述的设备，其中，所述设备包括
(1)压缩装置，连接到所述分离装置上，以接收所述易挥发残余气体部分并且压缩它；和
(2)所述第四热交换装置，连接到所述压缩装置上以接收所述压缩易挥发残余气体部分，使所述第四热交换装置适于在压力下冷却所述压缩易挥发残余气体部分，以冷凝它的至少一部分并由此形成所述冷凝流。
40.根据权利要求25或26所述的设备，其中，所述设备包括
(1)压缩装置，连接到所述第二分离装置上，以接收所述易挥发残余气体部分并且压缩它；和
(2)所述第四热交换装置，连接到所述压缩装置上以接收所述压缩易挥发残余气体部分，使所述第四热交换装置适于在压力下冷却所述压缩易挥发残余气体部分，以冷凝它的至少一部分并由此形成所述冷凝流。
41.根据权利要求27或28所述的设备，其中，所述设备包括
(1)压缩装置，连接到所述第二分离装置上，以接收所述易挥发残余气体部分并且压缩它；和
(2)所述第五热交换装置，连接到所述压缩装置上以接收所述压缩易挥发残余气体部分，使所述第五热交换装置适于在压力下冷却所述压缩易挥发残余气体部分，以冷凝它的至少一部分并由此形成所述冷凝流。
42.根据权利要求29、30、或31所述的设备，其中，所述设备包括
(1)压缩装置，连接到所述分馏塔上，以接收所述易挥发残余气体部分并且压缩它；和
(2)所述第四热交换装置，连接到所述压缩装置上以接收所述压缩易挥发残余气体部分，使所述第四热交换装置适于在压力下冷却所述压缩易挥发残余气体部分，以冷凝它的至少一部分并由此形成所述冷凝流。
43.根据权利要求32或33所述的设备，其中，所述设备包括
(1)压缩装置，连接到所述分馏塔上，以接收所述易挥发残余气体部分并且压缩它；和
(2)所述第五热交换装置，连接到所述压缩装置上以接收所述压缩易挥发残余气体部分，使所述第五热交换装置适于在压力下冷却所述压缩易挥发残余气体部分，以冷凝它的至少一部分并由此形成所述冷凝流。
44.根据权利要求34、36、或36所述的设备，其中，所述设备包括
(1)压缩装置，连接到所述分馏器上，以接收所述易挥发残余气体部分并且压缩它；和
(2)所述第四热交换装置，连接到所述压缩装置上以接收所述压缩易挥发残余气体部分，使所述第四热交换装置适于在压力下冷却所述压缩易挥发残余气体部分，以冷凝它的至少一部分并由此形成所述冷凝流。
45.根据权利要求37或38所述的设备，其中，所述设备包括
(1)压缩装置，连接到所述分馏器上，以接收所述易挥发残余气体部分并且压缩它；和
(2)所述第五热交换装置，连接到所述压缩装置上以接收所述压缩易挥发残余气体部分，使所述第五热交换装置适于在压力下冷却所述压缩易挥发残余气体部分，以冷凝它的至少一部分并由此形成所述冷凝流。
46.根据权利要求24所述的设备，其中，所述设备包括
(1)加热装置，连接到所述分离装置上，以接收所述易挥发残余气体部分并且加热它；
(2)压缩装置，连接到所述加热装置上，以接收所述加热的易挥发残余气体部分并且压缩它；及
(3)所述第四热交换装置，连接到所述压缩装置上以接收所述压缩的加热的易挥发残余气体部分，使所述第四热交换装置适于在压力下冷却所述压缩的加热的易挥发残余气体部分，以冷凝它的至少一部分并由此形成所述冷凝流。
47.根据权利要求25或26所述的设备，其中，所述设备包括
(1)加热装置，连接到所述第二分离装置上，以接收所述易挥发残余气体部分并且加热它；
(2)压缩装置，连接到所述加热装置上，以接收所述加热的易挥发残余气体部分并且压缩它；及
(3)所述第四热交换装置，连接到所述压缩装置上以接收所述压缩的加热的易挥发残余气体部分，使所述第四热交换装置适于在压力下冷却所述压缩的加热的易挥发残余气体部分，以冷凝它的至少一部分并由此形成所述冷凝流。
48.根据权利要求27或28所述的设备，其中，所述设备包括
(1)加热装置，连接到所述第二分离装置上，以接收所述易挥发残余气体部分并且加热它；
(2)压缩装置，连接到所述加热装置上，以接收所述加热的易挥发残余气体部分并且压缩它；及
(3)所述第五热交换装置，连接到所述压缩装置上以接收所述压缩的加热的易挥发残余气体部分，使所述第五热交换装置适于在压力下冷却所述压缩的加热的易挥发残余气体部分，以冷凝它的至少一部分并由此形成所述冷凝流。
49.根据权利要求29、30、或31所述的设备，其中，所述设备包括
(1)加热装置，连接到所述分馏塔上，以接收所述易挥发残余气体部分并且加热它；
(2)压缩装置，连接到所述加热装置上，以接收所述加热的易挥发残余气体部分并且压缩它；及
(3)所述第四热交换装置，连接到所述压缩装置上以接收所述压缩的加热的易挥发残余气体部分，使所述第四热交换装置适于在压力下冷却所述压缩的加热的易挥发残余气体部分，以冷凝它的至少一部分并由此形成所述冷凝流。
50.根据权利要求32或33所述的设备，其中，所述设备包括
(1)加热装置，连接到所述分馏塔上，以接收所述易挥发残余气体部分并且加热它；
(2)压缩装置，连接到所述加热装置上，以接收所述加热的易挥发残余气体部分并且压缩它；及
(3)所述第五热交换装置，连接到所述压缩装置上以接收所述压缩的加热的易挥发残余气体部分，使所述第五热交换装置适于在压力下冷却所述压缩的加热的易挥发残余气体部分，以冷凝它的至少一部分并由此形成所述冷凝流。
51.根据权利要求34、35、或36所述的设备，其中，所述设备包括
(1)加热装置，连接到所述分馏器上，以接收所述易挥发残余气体部分并且加热它；
(2)压缩装置，连接到所述加热装置上，以接收所述加热的易挥发残余气体部分并且压缩它；及
(3)所述第四热交换装置，连接到所述压缩装置上以接收所述压缩的加热的易挥发残余气体部分，使所述第四热交换装置适于在压力下冷却所述压缩的加热的易挥发残余气体部分，以冷凝它的至少一部分并由此形成所述冷凝流。
52.根据权利要求37或38所述的设备，其中，所述设备包括
(1)加热装置，连接到所述分馏器上，以接收所述易挥发残余气体部分并且加热它；
(2)压缩装置，连接到所述加热装置上，以接收所述加热的易挥发残余气体部分并且压缩它；及
(3)所述第五热交换装置，连接到所述压缩装置上以接收所述压缩的加热的易挥发残余气体部分，使所述第五热交换装置适于在压力下冷却所述压缩的加热的易挥发残余气体部分，以冷凝它的至少一部分并由此形成所述冷凝流。
53.根据权利要求24、25、26、27、28、29、30、31、32、33、34、35、36、37、38、39、或46所述的设备，其中，所述易挥发残余气体部分包含所述甲烷、较轻成分、及C2成分的主要部分。
54.根据权利要求40所述的设备，其中，所述易挥发残余气体部分包含所述甲烷、较轻成分、及C2成分的主要部分。
55.根据权利要求41所述的设备，其中，所述易挥发残余气体部分包含所述甲烷、较轻成分、及C2成分的主要部分。
56.根据权利要求42所述的设备，其中，所述易挥发残余气体部分包含所述甲烷、较轻成分、及C2成分的主要部分。
57.根据权利要求43所述的设备，其中，所述易挥发残余气体部分包含所述甲烷、较轻成分、及C2成分的主要部分。
58.根据权利要求44所述的设备，其中，所述易挥发残余气体部分包含所述甲烷、较轻成分、及C2成分的主要部分。
59.根据权利要求45所述的设备，其中，所述易挥发残余气体部分包含所述甲烷、较轻成分、及C2成分的主要部分。
60.根据权利要求47所述的设备，其中，所述易挥发残余气体部分包含所述甲烷、较轻成分、及C2成分的主要部分。
61.根据权利要求48所述的设备，其中，所述易挥发残余气体部分包含所述甲烷、较轻成分、及C2成分的主要部分。
62.根据权利要求49所述的设备，其中，所述易挥发残余气体部分包含所述甲烷、较轻成分、及C2成分的主要部分。
63.根据权利要求50所述的设备，其中，所述易挥发残余气体部分包含所述甲烷、较轻成分、及C2成分的主要部分。
64.根据权利要求51所述的设备，其中，所述易挥发残余气体部分包含所述甲烷、较轻成分、及C2成分的主要部分。
65.根据权利要求52所述的设备，其中，所述易挥发残余气体部分包含所述甲烷、较轻成分、及C2成分的主要部分。
66.根据权利要求24、25、26、27、28、29、30、31、32、33、34、35、36、37、38、39、或46所述的设备，其中，所述易挥发残余气体部分包含所述甲烷、较轻成分、C2成分、及C3成分的主要部分。
67.根据权利要求40所述的设备，其中，所述易挥发残余气体部分包含所述甲烷、较轻成分、C2成分、及C3成分的主要部分。
68.根据权利要求41所述的设备，其中，所述易挥发残余气体部分包含所述甲烷、较轻成分、C2成分、及C3成分的主要部分。
69.根据权利要求42所述的设备，其中，所述易挥发残余气体部分包含所述甲烷、较轻成分、C2成分、及C3成分的主要部分。
70.根据权利要求43所述的设备，其中，所述易挥发残余气体部分包含所述甲烷、较轻成分、C2成分、及C3成分的主要部分。
71.根据权利要求44所述的设备，其中，所述易挥发残余气体部分包含所述甲烷、较轻成分、C2成分、及C3成分的主要部分。
72.根据权利要求45所述的设备，其中，所述易挥发残余气体部分包含所述甲烷、较轻成分、C2成分、及C3成分的主要部分。
73.根据权利要求47所述的设备，其中，所述易挥发残余气体部分包含所述甲烷、较轻成分、C2成分、及C3成分的主要部分。
74.根据权利要求48所述的设备，其中，所述易挥发残余气体部分包含所述甲烷、较轻成分、C2成分、及C3成分的主要部分。
75.根据权利要求49所述的设备，其中，所述易挥发残余气体部分包含所述甲烷、较轻成分、C2成分、及C3成分的主要部分。
76.根据权利要求50所述的设备，其中，所述易挥发残余气体部分包含所述甲烷、较轻成分、C2成分、及C3成分的主要部分。
77.根据权利要求51所述的设备，其中，所述易挥发残余气体部分包含所述甲烷、较轻成分、C2成分、及C3成分的主要部分。
78.根据权利要求52所述的设备，其中，所述易挥发残余气体部分包含所述甲烷、较轻成分、C2成分、及C3成分的主要部分。
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