CN205957595U - 一种用于单混合制冷剂过程的设备 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及一种用于单混合制冷剂过程的设备，包括：主热交换器，其具有连接到烃流体供应且位于所述主热交换器的第一端处的供给管道、位于所述主热交换器的与所述第一端相反的第二端处的产物管道、与所述供给管道和所述产物管道处于流体流连通的流体管道、容纳混合制冷剂的至少一个制冷剂管道，所述主热交换器操作性地构造成提供所述混合制冷剂和所述供给气体之间的间接热交换；以及压缩系统，其操作性地构造成压缩和冷却所述混合制冷剂且使其回到所述主热交换器，所述压缩系统包括包含第一和第二压缩级的多个压缩级、中间冷却器和至少一个混合塔，所述混合塔具有多个平衡级、第一混合塔入口管道和第二混合塔入口管道、蒸气混合塔出口管道和液体混合塔出口管道。

Description

一种用于单混合制冷剂过程的设备
技术领域
气体的液化典型地采用低温过程，其包括使至少一种制冷剂膨胀产生的制冷循环。可采用各种制冷剂，例如，具有氮、甲烷、乙烷/乙烯、丙烷、丁烷和戊烷的混合物的混合制冷剂(MR)流为通常在许多基本负载液化天然气(LNG)装置中使用的制冷剂。采用来用于液化的制冷循环可为单混合制冷剂循环(SMR)、丙烷预冷却混合制冷剂循环(C3MR)、双混合制冷剂循环(DMR)、混合制冷剂-膨胀器混合循环(诸如AP-XTM)、氮或甲烷膨胀器循环、级联循环或任何其它适合的制冷过程。MR流的成分典型地针对供给气体成分和运行状况而优化。
背景技术
在SMR系统中，SMR典型地在至少两个压缩级中压缩且冷却回到接近周围的温度。一些液体典型地形成在SMR系统的至少一个中间冷却器的出口处，因为混合物包含重成分，以提供预冷却级中的制冷。但是，在压缩期间形成这种中压液体能导致不同的温度、压力和/或成分的流的不可逆的混合，这能降低液化运行的效率。消除这个问题的当前尝试引入额外的费用、复杂性和装备，从而可能降低系统的可靠性。
因此，需要一种改进的气体液化过程，其降低或消除中压液体的形成，同时保持过程的高效率和可靠性，同时还保持低装备数。
实用新型内容
提供该实用新型内容来以简化形式引入一组概念，这些概念在下面在具体实施方式中进一步描述。这个实用新型内容不意图标识要求保护的主题的关键特征或重要特征，也不意图用来限制要求保护的主题的范围。
如下面描述和所附权利要求限定的那样，描述的实施例包括对使用MR的液化过程的改进。公开的实施例通过在SMR循环中使用混合塔来满足本领域的需求，以消除主低温热交换器中的额外的回路，同时由于来自塔的液体流的温度低而实现更高液化效率的获得。应当理解，虽然本文描述的实施例公开SMR循环，但是本实用新型的原理可适用于任何MR液化循环。
另外，在下面概述了本实用新型的系统和方法的若干特定方面。
方面1. 一种方法，包括：
(a)在主热交换器中逆着混合制冷剂而冷却烃流体，所述烃供给气体的冷却会产生产物流；
(b)从所述主热交换器抽取低压混合制冷剂流；
(c)在至少一个压缩机中的至少两个压缩级中压缩所述低压混合制冷剂流，以产生中压混合制冷剂流和高压蒸气混合制冷剂流；
(d)冷却所述中压混合制冷剂流，以产生中压两相混合制冷剂流；
(e)冷却所述高压蒸气混合制冷剂流，以产生高压两相混合制冷剂流；
(f)将所述高压两相混合制冷剂流分离成高压液体混合制冷剂流和高压蒸气混合制冷剂流；
(g)将所述中压两相混合制冷剂流的至少一部分和所述高压液体混合制冷剂流引入到混合塔中；
(h)从所述混合塔的底端抽取中压液体混合制冷剂流且从所述混合塔的顶端抽取中压蒸气混合制冷剂流；以及
(i)将所述中压液体混合制冷剂流的至少一部分和所述高压蒸气混合制冷剂流的至少一部分供应到所述主热交换器。
方面2. 根据方面1所述的方法，所述方法进一步包括：
(j)在从所述混合塔抽取所述中压蒸气混合制冷剂流之后，压缩所述中压蒸气混合制冷剂流，以形成所述高压蒸气混合制冷剂流的一部分。
方面3. 根据方面1或2所述的方法，其中，步骤(a)包括通过与流过所述主热交换器的壳侧的混合制冷剂的间接热交换，使流过主热交换器的盘管侧的烃供给气体和混合制冷剂液化，所述烃供给气体的冷却会产生产物流。
方面4. 根据方面1-3中任一方面所述的方法，其中，步骤(c)包括在多个管束中的至少一个的顶端处从所述主热交换器的盘管侧抽取至少一个经冷却制冷剂流，降低所述至少一个经冷却制冷剂流的压力，然后将降低压力的至少一个经冷却制冷剂流供应到所述主热交换器的壳侧，以冲洗所述多个管束中的至少一个。
方面5. 根据方面1-4中任一方面所述的方法，其中，步骤(b)包括在所述主热交换器的暖端处从所述主热交换器的壳侧抽取壳侧混合制冷剂流。
方面6. 根据方面3-5中任一方面所述的方法，所述方法进一步包括：
(k)从所述主热交换器的盘管侧抽取至少一个经冷却混合制冷剂流，降低所述至少一个经冷却混合制冷剂流的压力，然后将降低压力的至少一个经冷却混合制冷剂供应到所述主热交换器的壳侧。
方面7. 根据方面1-6中任一方面所述的方法，所述方法进一步包括：
(l)在执行步骤(g)之前，使所述高压液体混合制冷剂流膨胀。
方面8. 根据方面1-7中任一方面所述的方法，其中，步骤(g)包括将所述中压两相混合制冷剂流分离成中压蒸气混合制冷剂流和中压液体混合制冷剂流，将所述中压液体混合制冷剂流和所述高压液体混合制冷剂流引入到所述混合塔中。
方面9. 根据方面1-8中任一方面所述的方法，所述方法进一步包括：
(m)将所述产物流分离成冷蒸气流和液体产物流；
(n)将所述中压液体制冷剂流的一部分和所述冷蒸气流供应到辅助热交换器；以及
(o)逆着所述冷蒸气流而冷却所述中压液体制冷剂流。
方面10. 根据方面9所述的方法，所述方法进一步包括：
(p)在执行步骤(o)之后，将所述冷却中压液体制冷剂流供应到所述主热交换器的壳侧。
方面11. 一种设备，包括：
主热交换器，其具有连接到烃流体供应且位于所述主热交换器的第一端处的供给管道、位于所述主热交换器的与所述第一端相反的第二端处的产物管道、与所述供给管道和所述产物管道处于流体流连通的流体管道、容纳混合制冷剂的至少一个制冷剂管道，所述主热交换器操作性地构造成提供所述混合制冷剂和所述供给气体之间的间接热交换；以及
压缩系统，其操作性地构造成压缩和冷却所述混合制冷剂且使其回到所述主热交换器，所述压缩系统包括包含第一和第二压缩级的多个压缩级、中间冷却器、后冷却器和至少一个混合塔，所述混合塔具有多个平衡级、第一混合塔入口管道和第二混合塔入口管道、蒸气混合塔出口管道和液体混合塔出口管道。
方面12. 根据方面11所述的设备，所述设备进一步包括：
与所述主热交换器和所述第一压缩级的输入侧处于流体流连通的低压管道、与所述后冷却器和所述第二压缩级的输出侧处于流体流连通的第一高压管道、与所述中间冷却器和所述第一压缩级处于流体流连通的第一中压管道，位于所述后冷却器下游且与所述后冷却器和第一相分离器处于流体流连通的第二高压管道、与所述第一相分离器的上端和所述主热交换器处于流体流连通的高压蒸气管道；以及
其中所述第二混合塔入口管道包括第一高压液体管道，其与所述第一相分离器的下端和所述混合塔处于流体流连通，所述液体混合塔出口管道包括中压液体混合制冷剂管道，其与所述混合塔的底端和所述主热交换器处于流体流连通，并且所述蒸气混合塔出口管道包括中压蒸气混合制冷剂管道，其与所述混合塔的顶端处于流体流连通。
方面13. 根据方面11或12所述的设备，其中，所述主热交换器包括限定壳空间的壳和位于所述壳内且具有多组盘管的至少一个管束，其中所述多组盘管包括所述供给管道和所述至少一个制冷剂管道。
方面14. 根据方面13所述的设备，其中，所述至少一个制冷剂管道中的各个包括暖端和冷端，所述至少一个制冷剂管道中的各个的冷端与所述壳空间处于流体流连通。
方面15. 根据方面14所述的设备，其中，所述至少一个制冷剂管道中的第一制冷剂管道的暖端与所述高压蒸气管道处于流体流连通，而所述至少一个制冷剂管道中的第二制冷剂管道的暖端与所述中压液体混合制冷剂管道处于流体流连通。
方面16. 根据方面11-15中任一方面所述的设备，其中，所述第一混合塔输入管道包括第二中压管道，其位于所述中间冷却器下游且与所述中间冷却器和所述混合塔处于流体流连通。
方面17. 根据方面11-16中任一方面所述的设备，其中，所述中压蒸气混合制冷剂管道与所述混合塔的顶端和所述多个压缩级中的一个的输入侧处于流体流连通。
方面18. 根据方面11-17中任一方面所述的设备，所述设备进一步包括中压两相管道，其在所述中间冷却器下游且与第二相分离器处于流体流连通，所述第二相分离器具有中压蒸气管道和中压液体管道，其中所述第一混合塔入口管道包括所述中压液体管道，并且所述中压蒸气管道与所述多个压缩级中的一个的输入侧处于流体流连通。
方面19. 根据方面18所述的设备，其中，所述蒸气混合塔出口管道与下者中的至少一个处于流体流连通：所述第二相分离器和所述中压两相管道。
方面20. 根据方面11-19中任一方面所述的设备，所述设备进一步包括：
第三相分离器，其位于所述产物管道下游且与所述产物管道处于流体流连通，所述第三相分离器具有冷蒸气产物管道和液体产物管道；以及
辅助热交换器，其与所述冷蒸气产物管道处于流体流连通，所述辅助热交换器操作性地构造成提供所述冷蒸气产物管道和至少一个辅助管道之间的间接热交换，所述至少一个辅助管道中的各个容纳所述混合制冷剂或所述烃流体。
方面21. 一种方法，包括：
(a)在主热交换器中逆着混合制冷剂而冷却烃流体，所述烃供给气体的冷却会产生产物流；
(b)从所述主热交换器抽取低压混合制冷剂流；
(c)对所述低压混合制冷剂流执行压缩顺序，所述压缩顺序包括：
(i)在至少一个压缩机中的至少两个压缩级中压缩混合制冷剂，以产生中压混合制冷剂流和高压混合制冷剂流；
(ii)冷却所述中压混合制冷剂流；
(iii)冷却所述高压混合制冷剂流；以及
(iv)在执行所述冷却步骤之后，将所述高压混合制冷剂流和所述中压混合制冷剂流中的至少一个引入到解吸塔中；以及
(d)在执行所述压缩顺序之后，使所述混合制冷剂的至少一部分回到所述主热交换器。
方面22. 根据方面21所述的方法，其中，所述压缩顺序进一步包括：
(v)从所述解吸塔的底端抽取处于液体相的混合制冷剂；
(vi)使步骤(v)中抽取的混合制冷剂的第一部分再沸腾且将其再次引入所述解吸塔中；以及
(vii)从所述解吸塔的顶端抽取处于蒸气相的混合制冷剂。
方面23. 根据方面22所述的方法，其中，步骤(iv)包括，在执行所述冷却步骤之后，将所述高压混合制冷剂流以第一温度引入所述解吸塔中。
方面24. 根据方面23所述的方法，其中，所述压缩顺序进一步包括：
(viii)将步骤(v)中抽取的混合制冷剂的第二部分冷却到大约所述第一温度；以及
(ix)对步骤(v)抽取的混合制冷剂的经冷却第二部分节流，然后将所述混合制冷剂的第二部分引入分离器或混合塔中的一个中。
方面25. 根据方面24所述的方法，其中，步骤(ix)包括对步骤(v)中抽取的混合制冷剂的经冷却第二部分节流，然后将所述混合制冷剂的第二部分引入混合塔中。
方面26. 根据方面3-10中任一方面所述的方法，所述方法进一步包括：
(j)结合来自所述分离器的高压蒸气混合制冷剂流和来自所述混合塔的中压液体混合制冷剂流且将所述结合流引入到所述主热交换器的盘管侧中。
附图说明
图1A为根据现有技术的SMR循环的示意性流程图；
图1B为根据现有技术的另一个SMR循环的示意性流程图；
图2A为根据第一示例性实施例的SMR系统的示意性流程图；
图2B为根据第一示例性实施例的可选的构造的SMR系统的示意性流程图；
图3为根据第二示例性实施例的SMR系统的示意性流程图；
图4为根据第三示例性实施例的SMR系统的示意性流程图；
图5为根据第四示例性实施例的SMR系统的示意性流程图；
图6为根据第五示例性实施例的SMR系统的示意性流程图；
图7为根据第六示例性实施例的SMR系统的示意性流程图；以及
图8为根据第七示例性实施例的SMR系统的示意性流程图。
具体实施方式
以下详细描述仅提供优选的示例性实施例，而不意图限制要求保护的实用新型的范围、适用性或构造。相反，优选的示例性实施例的以下详细描述将对本领域技术人员提供能够实施的描述，以实施要求保护的实用新型的优选的示例性实施例。要理解，可在元件的功能和布置方面作出各种改变，而不偏离要求保护的实用新型的精神和范围。
说明书以及附图中引入的参考标号可在一个或多个后续图中重复，而不在说明书中进行额外的描述，以便对其它特征提供上下文。类似地，类似于其它实施例的那些元件的元件由相差100的系数的参考标号来表示。例如，图1A中的压缩机112对应于图2A中压缩机212。这种元件应当看作具有相同功能和结构，除非本文另外阐述或描绘，并且这种元件的论述可因此不对后续实施例进行重复。
如说明书和权利要求中所使用，用语“流体流连通”表示两个或更多个构件之间的连接性，使得液体、蒸气和/或气体能够在构件之间以受控制的方式(即，无泄漏)直接或间接地传送。联接两个或更多个构件使得它们彼此处于流体流连通可涉及本领域中已知的任何适当的方法，诸如使用焊接、带凸缘管道、垫片和螺栓。两个或更多个构件还可通过系统的可分开它们的其它构件联接在一起，例如，阀、闸或可选择性地限制或引导流体流的其它装置。
如说明书和权利要求中所使用，用语“管道”表示一个或多个结构，流体能通过所述结构在系统的两个或更多个构件之间传送。例如，管道能包括传送液体、蒸气和/或气体的管道、导管、通路和其组合。
如说明书和权利要求中所使用，用语“天然气”表示主要由甲烷构成的烃气体混合物。
如说明书和权利要求中所使用，用语“烃气体”或“氢流体”表示气体/流体，其包括至少一种烃，并且对于该气体/流体，烃构成气体/流体的总成分的至少80%，且优选地至少90%。
如说明书和权利要求中所使用，用语“混合制冷剂”(缩写为“MR”)表示流体，其包括至少两种烃，并且对于该流体，烃构成制冷剂的总成分的至少80%。
如说明书和权利要求中所使用，用语“重混合制冷剂”，表示MR，其中至少与乙烷一样重的烃构成MR的总成分的至少80%。优选地，至少与丁烷一样重的烃构成混合制冷剂的总成分的至少10%。
用语“束”和“管束”在本申请中可互换地使用，并且意图为同义的。
如说明书和权利要求中使用，用语“周围流体”表示流体，其在周围压力和温度或接近周围的压力和温度下提供给系统。
在权利要求中，字母用来标识要求保护的步骤(例如(a)、(b)和(c))。这些字母用来协助表示方法步骤且不意图表示要求保护的步骤执行的顺序，除非这种顺序在权利要求中特别阐述且仅在这种顺序在权利要求中特别阐述的情况下。
方向用语可在说明书和权利要求中用来描述本实用新型的部分(例如，上、下、左、右等)。这些方向用语仅意图协助描述示例性实施例，并且不意图限制要求保护的本实用新型的范围。如本文使用，从参照点看，用语“上游”意图表示与管道中流体的流向相反的方向。类似地，从参照点看，用语“下游”意图表示与管道中流体的流向相同的方向。
如说明书和权利要求中使用，用语“高”、“中”和“低”意图表示使用了这些用语的元件的属性的相对值。例如，高压流意图表示具有比本申请中描述或要求保护的任何中压流或低压流更高压力的流。类似地，中压流意图表示具有比说明书或权利要求中描述的任何低压流更高但是低于本申请中描述或要求保护的任何高压流的压力的流。
除非本文另外阐述，否则说明书、附图和权利要求中标识的任何和所有百分比应当理解为基于重量百分比。除非本文另外阐述，否则说明书、附图和权利要求中标识的任何和所有压力应当理解为表示表压力。
如本文使用，用语“低温剂”或“低温流体”意图表示液体、气体或混合相，其具有低于-70℃的温度。低温剂的示例包括液体氮(LIN)、液体氧(LOX)、液体氩(LAR)、液体氦、液体二氧化碳和加压混合相低温剂(例如，LIN和气态氮的混合物)。如本文使用，用语“低温温度”意图表示低于-70℃的温度。
表1限定在说明书和附图中使用的首字母的列表，以协助理解描述的实施例：
。
描述的实施例提供高效过程来使供给气体流液化且特别适于天然气的液化。参照图1A，显示了现有技术的典型的SMR过程。优选地为天然气的气体供给流100通过已知方法在预处理区段101中来清洁和干燥，以移除水、酸性气体(诸如CO2和H2S)和其它污染物(诸如汞)，从而产生经预处理供给流102。现在基本没有水的经预处理供给流102在 MCHE103中在三个步骤中冷却：预冷却步骤、液化步骤和过冷步骤。各个步骤出现在MCHE103内的冷却区或管束处：在第一束103a处预冷却到低于 10℃，优选地低于大约0℃和更优选地低于大约-20℃的温度，在第二束103b处液化到大约-150℃到大约-70℃之间，优选地大约-145℃到大约-100℃之间的温度，并且在第三束103c处过冷到大约-170℃到大约-120℃之间，优选地大约-170℃到大约-140℃之间的的温度。
用语“基本没有水”表示在经预处理供给流102中的任何残余水以足够低的浓度存在，以防止由于水在下游冷却和液化过程中冷冻产生的运行问题。在本申请中描述的实施例中，这表示水浓度优选地不超过1.0ppm，并且优选地在0.1ppm和0.5ppm之间。在MCHE103中，至少一部分和优选地全部制冷通过在跨过降压阀而降低压力之后蒸发至少一部分过冷制冷剂流来提供。
低压气态MR流110从MCHE103的壳侧的底部抽取，并且然后在压缩机112中压缩。低压气态MR流110典型地在周围温度下或在接近周围的温度下和低于10巴的压力下抽取。产生的中压流114在中压后冷却器116中冷却，以产生中压两相流118。中压两相流118在中压相分离器120中分离，以产生中压液体流124和中压蒸气流122。中压蒸气流122进一步在压缩机112或单独的压缩机(未显示)中压缩。产生的高压蒸气流125在高压后冷却器126中冷却，以产生高压两相流128。高压两相流128在高压相分离器130中分离成高压液体流134和高压蒸气流132。在从MCHE103的底部抽取然后作为多个流回到MCHE103的管侧之后压缩和冷却MR的过程大体在本文称为压缩顺序。
中压液体流124和高压液体流134在MCHE103的第一束103a中的两个单独的回路中过冷却。中压液体流124和高压液体流134分别跨越中压降压阀150和高压液体降压阀152而降低压力，并且引入到MCHE103以在预冷却步骤中提供制冷。
高压蒸气流132在MCHE103的第一束103a中冷却和部分地液化，从而产生冷两相流135。冷两相流135在冷高压相分离器136中分离成冷高压液体流140和冷高压蒸气流138。离开相分离器的液体流在本行业称为MRL而离开相分离器的蒸气流在本行业称为MRV，甚至在它们后续液化之后也这么称呼。
冷高压液体流140在MCHE103的第二束103b中冷却，跨越冷高压液体降压阀154而降低压力，并且引入到MCHE103以在液化步骤中提供制冷。冷高压蒸气流138在MCHE103的第二束103b和第三束103c中冷却和液化，跨越冷高压蒸气降压阀156而降低压力，并且引入到MCHE103以在过冷步骤中提供制冷。在其中使用重混合制冷剂的应用中，在MCHE103中的额外回路是特别合乎需要的。
存在其它方式来处理中压液体流124。例如，以过程效率为代价，MR成分可调节成消除中压液体流124、中压相分离器120和在MCHE103中的额外的回路。另一个选择为高压液体流134可降低压力且与中压液体流124混合以作为具有一些蒸气含量的一个流进入MCHE103，从而再次消除在MCHE103中的额外回路。备选地，引流器或喷射器用来获得处于中压的流。高压液体流134可降低压力且与进入中压相分离器120的中压两相流118混合。这将也消除MCHE103中的额外回路且导致离开中压相分离器120的液体和蒸气流较冷，从而产生一些总效率益处，但是由于不可逆混合损失而被否定，因为存在与混合不同的压力、温度或成分的流相关联的低效率。水力涡轮可用来可逆地降低高压液体流134的压力。中压液体流124可被泵送且与高压蒸气流132结合，从而消除MCHE103中的额外的回路，但是以引入旋转装备件且潜在地降低系统的可靠性为代价。
图1B显示现有技术的SMR过程的另一个实施例。在图1B的系统中，来自高压相分离器130的液体(流196)被节流而回到级间压力(例如，通过阀195)。产生的两相流与来自中间冷却器216的中压两相流118混合。这个混合物然后引入到中压相分离器120。来自中压相分离器120的蒸气部分(流192)进一步压缩，并且单个产生的液体流(流194)在MCHE103中冷却。因而，额外的回路从现有技术的图1A 消除(例如，联接到图1A的阀150上的管束)，并且导致来自中压相分离器120的液体和蒸气流更冷。这产生小的效率益处。但是，混合不同的温度和成分的流(例如，在节流之后的流196和流118)在热力学方面效率低。
图2A显示本实用新型的示例性实施例。在图2A中，图1A中显示的中压相分离器120由混合塔260替代。诸如混合塔260的混合塔依靠与蒸馏塔(也在本领域称为分离或分馏塔)相同的热力学原理。但是，混合塔260执行与蒸馏(分馏)塔相反的任务—其可逆地在多个平衡级中混合流体，而非分离流体的成分。与蒸馏塔相反，混合塔的顶部比底部更暖。在混合塔中用来实现混合的结构类似于蒸馏塔中使用的结构，诸如填料或托盘。美国专利No.4,022,030通过引用而整体结合在本文中，其描述在不同于本实用新型的应用中用于混合塔的结构和运行原理。有益的是在混合塔中具有多个级，但是部分益处能通过单托盘塔来实现。
中压两相流218进入混合塔260的顶部。中压蒸气流262在其离开混合塔260的顶部时处于接近周围的温度。离开混合塔260的底部的中压液体流264比周围温度更冷。在这个实施例中，离开混合塔260的底部的中压液体流264的温度优选地比周围温度加上接近温度(approach temperature)更冷5-15℃，更优选地比周围温度加上接近温度更冷大约10℃。取决于周围温度和使用的热交换器的类型，接近温度能介于3和20℃之间。例如，如果周围温度为30℃而接近温度为5℃，则离开底部混合塔260的中压液体流264的温度优选地为20-30℃，并且更优选地，为大约25℃。
中压蒸气流262在压缩机212中进一步压缩，或在不同的压缩机(未显示)中进一步压缩。产生的高压蒸气流225在高压后冷却器226中冷却，以产生高压两相流228。高压两相流228在高压相分离器230中分离成高压液体流266和高压蒸气流232。高压液体流266跨越高压液体降压阀252而降低压力且引入混合塔260的底部。中压液体流264在MCHE203的第一束203a中冷却，跨越中压液体降压阀250而降低压力，且引入MCHE203，以在预冷却步骤中提供制冷。
这个实施例优于现有技术的优点包括消除 MCHE203中的额外的回路(例如，图1A的高压液体流134)，即使是在使用重混合制冷剂时。由于来自混合塔260的中压液体流264的温度较低而获得高液化效率。
图2B显示第一实施例的可选的变型，其中中压两相流218被引导到中压相分离器280，在那里，其分离成中压蒸气流279和中压液体流281。中压蒸气流279回到压缩机212或不同的压缩机(未显示)。来自中压相分离器280的中压液体流281馈送到混合塔260中。来自混合塔260的中压蒸气流262与来自中间冷却器216的中压两相流218混合或直接馈送到中压相分离器280(如流262c显示)。备选地，来自混合塔260的中压蒸气流262b可与来自中压相分离器280的中压蒸气流279混合且回到压缩机212或不同的压缩机(未显示)。与图2A中显示的变型相比，第一实施例的这个变型将使得混合塔260的顶部部分能够更小，因为降低了混合塔上的蒸气负载。
图3显示具有辅助快速热交换器370的实施例，辅助快速热交换器370用来逆着从液体产物流376中分离出的冷蒸气流377而冷却来自MCHE303的MR流。产物流304引入产物相分离器375或存储罐(未显示)，以产生冷蒸气流377，其包括冷端闪蒸气体或蒸发气体，以及液体产物流376。为了改进辅助快速热交换器370的效率，冷蒸气流377首先逆着第一辅助流371而变暖，第一辅助流371为进入MCHE303的第三束303c的冷高压蒸气流338的一部分。第一辅助流371被冷却且在MCHE303的壳侧上在第三束303c的顶部处与冷高压蒸气流338的主要部分重新结合。冷蒸气流377接下来逆着第二辅助流372变暖，第二辅助流372为进入MCHE303的第二束303b的冷高压液体流340的一部分。备选地，第二辅助流372可包括冷高压蒸气流338的一部分。
第二辅助流372被冷却且在MCHE303的壳侧上在第二束303b的顶部处与冷高压液体流340的主要部分重新结合。最后，冷蒸气流377逆着第三辅助流373变暖，第三辅助流373为中压液体流364(来自混合塔360的液体流)的一部分。备选地，辅助流373可包括中压蒸气流332的一部分。第三辅助流373被冷却且在MCHE303的壳侧上在第一束303a的顶部处与中压液体流364的主要部分重新结合。被来自辅助快速热交换器370的闪蒸气体变暖的蒸气流378可以可选地被压缩且发送到燃料集管或被压缩和再循环，以馈送(气体供给流300)或发送到火炬(未显示)。图3、4和5中显示的实施例可在具有或不具有混合塔的情况下和针对任何液化循环实施，因为这些实施例中描述的辅助闪蒸热交换特征导致在使用或不使用的混合塔的情况下改进过程效率。
图4显示实施例，其中冷蒸气流477通过辅助快速热交换器470逆着第一辅助流471而变暖，第一辅助流471为在MCHE403的第三束503c的入口处的供给流的一部分。在这个实施例中，经冷却供给流与来自MCHE403的产物流404结合。冷蒸气流477然后逆着第二辅助流472变暖，第二辅助流472为在第二束403b的入口处的供给流的一部分，第二辅助流472回到MCHE403的第二束403b的产物(顶部)。冷蒸气流477逆着第三辅助流473变暖，第三辅助流473为通往第一束403a的经预处理供给流402的一部分，并且经冷却供给流在MCHE403的第一束403a的出口处与供给流结合。
图5显示实施例，其中冷蒸气流577也通过辅助快速热交换器570逆着第一辅助流571变暖，第一辅助流571为通往第一束503a的经预处理供给流502的一部分，并且经冷却供给流在MCHE503的第三(冷)束503c的出口处与供给流结合。在这个实施例中，冷蒸气流577还逆着第二辅助流572变暖，第二辅助流572为高压蒸气流532的一部分，并且产生的冷流与冷两相流534结合。冷却流的任何其它结合可用来平衡辅助快速热交换器570。图3-5中显示的涉及使用辅助快速热交换器来使闪蒸气体变暖的其它特征结合是可行的。例如，闪蒸气体可首先逆着冷MRV，然后逆着冷MRL且然后逆着供给气体变暖。
图6显示另一个示例性实施例，其类似于图2B的实施例，但是包括额外的压缩级(压缩机613)和额外的相分离(在相分离器678中)，这导致三个流618、689、667优选地在三个不同的位置处馈送到混合塔660。高压两相流628在相分离器678中分离，并且离开相分离器678的蒸气流679在压缩机613中进一步压缩，然后冷却(被后冷却器680)和引入到相分离器630中。备选地，混合塔可用来替代相分离器678，相分离器可用来替代混合塔660。具有额外的压缩级的其它实施例是可行的。具有两个或更多个混合塔的实施例也是可行的。
图7显示另一个示例性实施例，其中中压液体流764优选地泵送(通过泵790)到更高压力且与高压蒸气流732结合，以产生两相流781，两相流781发送到MCHE703。这消除主交换器中的另一个管回路。结合流通过MCHE703的管束703a-c冷却且直接发送到J-T阀756。这消除对第一和第二束703a、703b中的相分离器和额外的回路的需要，这以一些效率为代价简化了系统。在另一个变型中，解吸塔可用来替代相分离器730。
图8显示本实用新型的另一个示例性实施例，其中图2B的高压相分离器230被解吸塔882替代。如说明书和权利要求中使用，用语“解吸塔”应当理解为表示一种类型的蒸馏/分馏塔，其包括再沸腾器热交换器883，但是不包括冷凝器。高压两相流828引入解吸塔882的顶部，以提供逆流。塔顶蒸气产物884引入MCHE803。底部液体产物流886的一部分馈送到再沸腾器883，以为解吸塔882提供汽提蒸气通量(流885)。底部液体产物886的其余部分在冷却器887中冷却。产生的液体产物流888处于(或接近)流828的温度，并且在阀852中节流，然后馈送到混合塔830。
使用解吸塔882会产生处于大约相同温度的液体产物(886)和蒸气产物(884)，但是不像相分离器，产物886，884彼此不平衡。塔顶蒸气产物884富含较轻成分且/或增加流量。相反，底部液体产物886富含较重成分且/或减小流量。因此，使用解吸塔882会相对于使用相分离器而改进过程的液化效率。
在另外的备选实施例，一些或所有混合制冷剂相分离器可用解吸塔替代，以改进蒸气-液体分离。另外，再沸腾883可由热交换器替代，其与任何热流交换热，以提供该过程所需要的再沸腾任务。应当理解，虽然解吸塔882在这个实施例中显示为与混合塔860结合使用，但是解吸塔882可在其中不使用混合塔的实施例中使用。在一个这种实施例中，液体底部产物888的未再沸腾的部分可通过额外的管回路发送到MCHE803。
本实用新型的其它实施例为可行的。例如，可提供额外的压缩级，以及额外的相分离器和周围热交换器。来自任何相分离器的液体可发送到混合塔860。具有多个混合塔的实施例也是可行的。可采用诸如离心压缩机、轴向压缩机、整体齿轮式压缩机等的多个压缩机类型。可使用各种塔设计，诸如填充类型设计和托盘类型设计。
虽然描述的实施例特别与使用盘管热交换器的天然气液化相关，但是它们不限于仅这个应用，并且它们可适用于使用其它热交换器的液化过程，诸如板翅片热交换器、铜焊铝热交换器等。
示例1
以下为本实用新型的示例性实施例的运行的示例。示例过程和数据基于每年产生大约两百万吨(1.81百万公吨)的LNG的装置中的SMR过程的模拟，其类似于图2A中的一个实施例。为了简化这个示例的描述，将使用参照在图2A中显示的实施例描述的元件和参考标号。
产物流204具有的流率为31558 磅摩尔/小时(14314 千克摩尔/小时)的天然气，其具有下面在表2中显示的成分。经预处理供给流202在116.6℉(47℃)和870psia(60巴)下进入MCHE203，并且冷却到-237℉(-152℃)。
低压气态MR210具有的流率为74527 磅摩尔/小时(33805 千克摩尔/小时)，MR具有显示在表3中的成分，以接近周围的温度(例如89.6℉(32.0℃))离开MCHE203，并且在压缩机212中从54psia(3.7巴)压缩到262psia(18.1巴)，并且在中间冷却器216中冷却到116.6℉。
这个级间液体(中压两相流218)馈送到混合塔260的顶部。中压蒸气流262以116.7℉(47.1℃)离开混合塔260的顶部，在压缩机212中进一步压缩到635psia(4.4巴)，由高压后冷却器226冷却到116.6℉(47.0℃)，并且在高压相分离器230中分离成高压蒸气流232和高压液体流266。高压蒸气流232在MCHE203的第一束203a中冷却且最终跨越冷高压液体降压阀254和冷高压蒸气降压阀256而降低压力，以在MCHE203的第二束203b和第三束203c中提供制冷。高压液体流266跨越高压液体降压阀252而降低压力且引入到混合塔260的底部。中压液体流264以95℉(35℃)离开混合塔260的底部，在MCHE203中冷却且最终跨越中压液体降压阀250而降低压力，以在MCHE203的第一束203a中提供制冷。
示例2
这个示例为在图1B中显示的现有技术系统的MR压缩系统的性能和图2A中显示的本实用新型的实施例的MR压缩系统之间的建模比较。周围温度在这个情况下为33度而接近温度为15度。更具体而言，表4比较图1B(现有技术)的系统的流118、292、294和296的流温度和蒸气百分比与图2A的系统的流218、262、264和266的值。如显示的那样，图2A的系统的中压液体流264的温度显著低于液体流194的温度，这降低液化所需要的制冷负载。因而，能预期图2A的实施例提供优于现有技术大约1%的生产优点。类似的效率改进能从图3&4中显示的实施例预期。
虽然在上面结合示例性实施例描述要求保护的实用新型的原理，但是要清楚地理解，这个描述仅仅作为示例而不用来限制要求保护的实用新型的范围。

Claims (10)

1.一种用于单混合制冷剂过程的设备，包括：
主热交换器，其具有连接到烃流体供应且位于所述主热交换器的第一端处的供给管道、位于所述主热交换器的与所述第一端相反的第二端处的产物管道、与所述供给管道和所述产物管道处于流体流连通的流体管道、容纳混合制冷剂的至少一个制冷剂管道，所述主热交换器操作性地构造成提供所述混合制冷剂和所述供给气体之间的间接热交换；以及
压缩系统，其操作性地构造成压缩和冷却所述混合制冷剂且使其回到所述主热交换器，所述压缩系统包括包含第一和第二压缩级的多个压缩级、中间冷却器和至少一个混合塔，所述混合塔具有多个平衡级、第一混合塔入口管道和第二混合塔入口管道、蒸气混合塔出口管道和液体混合塔出口管道。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述设备进一步包括：
与所述主热交换器和所述第一压缩级的输入侧处于流体流连通的低压管道、与后冷却器和所述第二压缩级的输出侧处于流体流连通的第一高压管道、与所述中间冷却器和所述第一压缩级处于流体流连通的第一中压管道，位于所述后冷却器下游且与所述后冷却器和第一相分离器处于流体流连通的第二高压管道、与所述第一相分离器的上端和所述主热交换器处于流体流连通的高压蒸气管道；以及
其中所述第二混合塔入口管道包括第一高压液体管道，其与所述第一相分离器的下端和所述混合塔处于流体流连通，所述液体混合塔出口管道包括中压液体混合制冷剂管道，其与所述混合塔的底端和所述主热交换器处于流体流连通，并且所述蒸气混合塔出口管道包括中压蒸气混合制冷剂管道，其与所述混合塔的顶端处于流体流连通。
3.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述主热交换器包括限定壳空间的壳和位于所述壳内且具有多组盘管的至少一个管束，其中所述多组盘管包括所述供给管道和所述至少一个制冷剂管道。
4.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，所述至少一个制冷剂管道中的各个包括暖端和冷端，所述至少一个制冷剂管道中的各个的冷端与所述壳空间处于流体流连通。
5.根据权利要求4所述的设备，其特征在于，所述至少一个制冷剂管道中的第一制冷剂管道的暖端与所述高压蒸气管道处于流体流连通，而所述至少一个制冷剂管道中的第二制冷剂管道的暖端与所述中压液体混合制冷剂管道处于流体流连通。
6.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述第一混合塔输入管道包括第二中压两相管道，其位于所述中间冷却器下游且与所述中间冷却器和所述混合塔处于流体流连通。
7.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，所述中压蒸气混合制冷剂管道与所述混合塔的顶端和所述多个压缩级中的一个的输入侧处于流体流连通。
8.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述设备进一步包括中压两相管道，其在所述中间冷却器下游且与第二相分离器处于流体流连通，所述第二相分离器具有中压蒸气管道和中压液体管道，其中所述第一混合塔入口管道包括所述中压液体管道，并且所述中压蒸气管道与所述多个压缩级中的一个的输入侧处于流体流连通。
9.根据权利要求8所述的设备，其特征在于，所述蒸气混合塔出口管道与下者中的至少一个处于流体流连通：所述第二相分离器和所述中压两相管道。
10.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述设备进一步包括：
第三相分离器，其位于所述产物管道下游且与所述产物管道处于流体流连通，所述第三相分离器具有冷蒸气产物管道和液体产物管道；以及
辅助热交换器，其与所述冷蒸气产物管道处于流体流连通，所述辅助热交换器操作性地构造成提供所述冷蒸气产物管道和至少一个辅助管道之间的间接热交换，所述至少一个辅助管道中的各个容纳所述混合制冷剂或所述烃流体。
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