RU2432534C2 - Procedure for liquefaction of hydrocarbon flow and device for its realisation - Google Patents

Procedure for liquefaction of hydrocarbon flow and device for its realisation Download PDF

Info

Publication number
RU2432534C2
RU2432534C2 RU2009105108/06A RU2009105108A RU2432534C2 RU 2432534 C2 RU2432534 C2 RU 2432534C2 RU 2009105108/06 A RU2009105108/06 A RU 2009105108/06A RU 2009105108 A RU2009105108 A RU 2009105108A RU 2432534 C2 RU2432534 C2 RU 2432534C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
stream
refrigerant
heat exchanger
liquid
liquid refrigerant
Prior art date
Application number
RU2009105108/06A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2009105108A (en
Inventor
Марко Дик ЯГЕР (NL)
Марко Дик Ягер
Сандер КАРТ (NL)
Сандер Карт
Original Assignee
Шелл Интернэшнл Рисерч Маатсхаппий Б.В.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Шелл Интернэшнл Рисерч Маатсхаппий Б.В. filed Critical Шелл Интернэшнл Рисерч Маатсхаппий Б.В.
Publication of RU2009105108A publication Critical patent/RU2009105108A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2432534C2 publication Critical patent/RU2432534C2/en

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/02—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process
    • F25J1/0243—Start-up or control of the process; Details of the apparatus used; Details of the refrigerant compression system used
    • F25J1/0279—Compression of refrigerant or internal recycle fluid, e.g. kind of compressor, accumulator, suction drum etc.
    • F25J1/0292—Refrigerant compression by cold or cryogenic suction of the refrigerant gas
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/0002—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the fluid to be liquefied
    • F25J1/0022—Hydrocarbons, e.g. natural gas
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/003—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production
    • F25J1/0047—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production using an "external" refrigerant stream in a closed vapor compression cycle
    • F25J1/0052—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production using an "external" refrigerant stream in a closed vapor compression cycle by vaporising a liquid refrigerant stream
    • F25J1/0055—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production using an "external" refrigerant stream in a closed vapor compression cycle by vaporising a liquid refrigerant stream originating from an incorporated cascade
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/003—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production
    • F25J1/0047—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production using an "external" refrigerant stream in a closed vapor compression cycle
    • F25J1/0052—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production using an "external" refrigerant stream in a closed vapor compression cycle by vaporising a liquid refrigerant stream
    • F25J1/0057—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production using an "external" refrigerant stream in a closed vapor compression cycle by vaporising a liquid refrigerant stream after expansion of the liquid refrigerant stream with extraction of work
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/02—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process
    • F25J1/0211—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process using a multi-component refrigerant [MCR] fluid in a closed vapor compression cycle
    • F25J1/0212—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process using a multi-component refrigerant [MCR] fluid in a closed vapor compression cycle as a single flow MCR cycle
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/02—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process
    • F25J1/0211—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process using a multi-component refrigerant [MCR] fluid in a closed vapor compression cycle
    • F25J1/0214—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process using a multi-component refrigerant [MCR] fluid in a closed vapor compression cycle as a dual level refrigeration cascade with at least one MCR cycle
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/02—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process
    • F25J1/0211—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process using a multi-component refrigerant [MCR] fluid in a closed vapor compression cycle
    • F25J1/0214—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process using a multi-component refrigerant [MCR] fluid in a closed vapor compression cycle as a dual level refrigeration cascade with at least one MCR cycle
    • F25J1/0215—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process using a multi-component refrigerant [MCR] fluid in a closed vapor compression cycle as a dual level refrigeration cascade with at least one MCR cycle with one SCR cycle
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/02—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process
    • F25J1/0211—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process using a multi-component refrigerant [MCR] fluid in a closed vapor compression cycle
    • F25J1/0214—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process using a multi-component refrigerant [MCR] fluid in a closed vapor compression cycle as a dual level refrigeration cascade with at least one MCR cycle
    • F25J1/0215—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process using a multi-component refrigerant [MCR] fluid in a closed vapor compression cycle as a dual level refrigeration cascade with at least one MCR cycle with one SCR cycle
    • F25J1/0216—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process using a multi-component refrigerant [MCR] fluid in a closed vapor compression cycle as a dual level refrigeration cascade with at least one MCR cycle with one SCR cycle using a C3 pre-cooling cycle
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/02—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process
    • F25J1/0243—Start-up or control of the process; Details of the apparatus used; Details of the refrigerant compression system used
    • F25J1/0244—Operation; Control and regulation; Instrumentation
    • F25J1/0254—Operation; Control and regulation; Instrumentation controlling particular process parameter, e.g. pressure, temperature
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/02—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process
    • F25J1/0243—Start-up or control of the process; Details of the apparatus used; Details of the refrigerant compression system used
    • F25J1/0257—Construction and layout of liquefaction equipments, e.g. valves, machines
    • F25J1/0262—Details of the cold heat exchange system
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/02—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process
    • F25J1/0243—Start-up or control of the process; Details of the apparatus used; Details of the refrigerant compression system used
    • F25J1/0257—Construction and layout of liquefaction equipments, e.g. valves, machines
    • F25J1/0262—Details of the cold heat exchange system
    • F25J1/0264—Arrangement of heat exchanger cores in parallel with different functions, e.g. different cooling streams
    • F25J1/0265—Arrangement of heat exchanger cores in parallel with different functions, e.g. different cooling streams comprising cores associated exclusively with the cooling of a refrigerant stream, e.g. for auto-refrigeration or economizer
    • F25J1/0268—Arrangement of heat exchanger cores in parallel with different functions, e.g. different cooling streams comprising cores associated exclusively with the cooling of a refrigerant stream, e.g. for auto-refrigeration or economizer using a dedicated refrigeration means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/02—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process
    • F25J1/0243—Start-up or control of the process; Details of the apparatus used; Details of the refrigerant compression system used
    • F25J1/0279—Compression of refrigerant or internal recycle fluid, e.g. kind of compressor, accumulator, suction drum etc.
    • F25J1/0291—Refrigerant compression by combined gas compression and liquid pumping
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2245/00—Processes or apparatus involving steps for recycling of process streams
    • F25J2245/02—Recycle of a stream in general, e.g. a by-pass stream

Abstract

FIELD: machine building.
SUBSTANCE: raw stock flow (10) runs in counter-flow with mixed cooling agent circulating through heat exchanger (12). There is produced partially liquefied flow (20) of hydrocarbons of temperature less, than 100°C. Mixed cooling agent comes out of heat exchanger (12) in form of liquid and gaseous flow (18) of cooling agent which passes through first separator (18) and there is produced flow (110) of liquid cooling agent and flow (90) of vapour-like cooling agent. Flow (110) of liquid cooling agent returns to heat exchanger (12) without essential heat exchanging. Flow (90) of vapour-like cooling agent is compressed producing compressed flow (95) of cooling agent which is cooled producing compressed cooled flow (100) of temperature below 0°C. Compressed cooled flow (100) is returned to heat exchanger (12).
EFFECT: maximal transfer of heat through surface of heat exchange in liquefying heat exchanger.
13 cl, 1 dwg, 1 tbl

Description

Настоящее изобретение относится к способу для сжижения потока углеводородов, например потока природного газа, используемому, в частности, в процессе производства сжиженного природного газа, и устройству для его осуществления.The present invention relates to a method for liquefying a hydrocarbon stream, for example a natural gas stream, used, in particular, in the production of liquefied natural gas, and a device for its implementation.

Известны различные способы сжижения потока природного газа с получением в результате сжиженного природного газа (СПГ). Сжижение потока природного газа желательно по ряду причин. К примеру, природный газ хранить и транспортировать на большие расстояния легче в виде жидкости, чем в газообразном состоянии, поскольку в жидком виде он занимает меньший объем, и отсутствует необходимость в его хранении при высоком давлении.Various methods are known for liquefying a natural gas stream, resulting in liquefied natural gas (LNG). Liquefaction of a natural gas stream is desirable for a number of reasons. For example, it is easier to store and transport natural gas over long distances in the form of a liquid than in a gaseous state, since it takes up a smaller volume in liquid form and there is no need to store it at high pressure.

В патентном документе ЕР 1008823 В1 описан способ сжижения сжатого сырьевого газа, в соответствии с которым поток поступающего сырья и потоки различных хладагентов пропускают через теплообменник. Выходящий из теплообменника поток смешанных хладагентов отбирают в виде паров, сжимают, охлаждают и затем подвергают быстрому испарению для получения парообразного хладагента и жидкого хладагента, которые или объединяют, или по отдельности вновь вводят в теплообменник. Проблема всех устройств, раскрытых в указанном патентном документе ЕР 1008823 В1, заключается в том, что, если выходящий из используемого теплообменника поток хладагента является полностью парообразным, сырьевой поток в теплообменнике охлаждается по всей его длине с невысоким коэффициентом теплоотдачи, характеризующим испарительное охлаждение. Следовательно, существует проблема, заключающаяся в отсутствии максимального использования охлаждающей способности теплообменника.EP 1008823 B1 describes a method for liquefying compressed feed gas, in which a stream of incoming raw materials and streams of various refrigerants are passed through a heat exchanger. The mixed refrigerant stream exiting the heat exchanger is taken off in the form of vapors, compressed, cooled and then subjected to rapid evaporation to obtain vaporous refrigerant and liquid refrigerant, which are either combined or separately reintroduced into the heat exchanger. The problem with all the devices disclosed in said patent document EP 1008823 B1 is that if the refrigerant stream leaving the used heat exchanger is completely vaporous, the feed stream in the heat exchanger is cooled along its entire length with a low heat transfer coefficient characterizing evaporative cooling. Therefore, there is a problem in the absence of maximum utilization of the cooling capacity of the heat exchanger.

В патентном документе DE 19937623 A1 описан способ сжижения потока, богатого углеводородами. Способ включает осуществление косвенного теплообмена с помощью хладагентов, причем каждая выходящая охлаждающая смесь, перед ее сжатием, представляет собой двухфазный поток. На каждой стадии теплообмена две фазы испаряемого выходящего хладагента разделяют, после чего жидкую фазу, перед рециркуляцией, объединяют с повторно сжатой газообразной фазой. Для второго и третьего теплообменников Е2 и Е3, показанных на фиг.1, объединенный хладагент охлаждают с помощью предшествующих теплообменников Е1 и E1+Е2 соответственно. Известная из патентного документа DE 19937623 A1 система охлаждения не эффективна в том случае, когда две фазы имеют при объединении одинаковую температуру, например температуру +40°С для потоков 13 и 14 хладагента первой ступени на фиг.1. Объединенный поток 10 первого хладагента охлаждается в теплообменнике Е1 в достаточной степени перед использованием в качестве потока хладагента в том же теплообменнике.DE 19937623 A1 describes a process for liquefying a hydrocarbon rich stream. The method includes the implementation of indirect heat exchange with the help of refrigerants, and each outgoing cooling mixture, before its compression, is a two-phase stream. At each stage of heat transfer, the two phases of the evaporated leaving refrigerant are separated, after which the liquid phase, before recirculation, is combined with the re-compressed gaseous phase. For the second and third heat exchangers E2 and E3 shown in FIG. 1, the combined refrigerant is cooled using the previous heat exchangers E1 and E1 + E2, respectively. The cooling system known from patent document DE 19937623 A1 is not effective when the two phases have the same temperature when combined, for example, the temperature + 40 ° C for the first and third stage refrigerant flows 13 and 14 in FIG. The combined first refrigerant stream 10 is cooled sufficiently in the heat exchanger E1 before being used as a refrigerant stream in the same heat exchanger.

Проблема, существующая в устройстве, показанном в DE 19937623 A1, связана с повторным объединением потоков 24 и 25 после сепаратора D3 и потоков 35 и 36 хладагента третьей ступени после сепаратора D4. Потоки 24 и 35 жидкого хладагента, отделенные от двухфазных потоков 23 и 34, будут находиться при такой же температуре, что и двухфазные потоки 23 и 34 соответственно, например при температуре приблизительно - 40°С и - 100°С. Однако отделенные газообразные потоки 25 и 36 после их повторного сжатия в компрессорах С3 и С4 будут относительно горячими, и даже при наличии водяных охладителей Е6 и Е7 температуры этих потоков после компрессоров С3 и С4 обычно будут даже выше чем, например, +40°С. Объединенные поток 24 (при -40°С) и поток 25 (приблизительно при +40°С) образуют поток 20 с промежуточной температурой.A problem with the device shown in DE 19937623 A1 is the re-combination of flows 24 and 25 after the separator D3 and flows 35 and 36 of the third stage refrigerant after the separator D4. The liquid refrigerant streams 24 and 35, separated from the two-phase streams 23 and 34, will be at the same temperature as the two-phase streams 23 and 34, respectively, for example, at a temperature of approximately -40 ° C and -100 ° C. However, the separated gaseous streams 25 and 36 after they are re-compressed in compressors C3 and C4 will be relatively hot, and even with water coolers E6 and E7, the temperatures of these flows after compressors C3 and C4 will usually be even higher than, for example, + 40 ° C. The combined stream 24 (at −40 ° C.) and stream 25 (at approximately + 40 ° C.) form stream 20 with an intermediate temperature.

Такое объединение потоков 24 и 25 с не совпадающими температурами, которые значительно отличаются, является не эффективным.Such a combination of streams 24 and 25 with mismatching temperatures, which differ significantly, is not effective.

Кроме того, объединенный поток 20 хладагента требует охлаждения для того, чтобы приблизить его температуру к температуре, равной - 40°С, или в том случае, если охлаждение необходимо для потока 21 перед его вводом в теплообменник Е2. Такое охлаждение обеспечивается теплообменником Е1, который должен, следовательно, совершить над потоком 20 дополнительную работу (т.е. отвести дополнительное количество теплоты), также, как в случае потоков 10 и 1.In addition, the combined refrigerant stream 20 requires cooling in order to bring its temperature closer to a temperature of -40 ° C, or if cooling is necessary for the stream 21 before entering it into the heat exchanger E2. Such cooling is provided by the heat exchanger E1, which, therefore, must perform additional work on stream 20 (i.e., remove additional heat), as well as in the case of flows 10 and 1.

Неэффективность ситуации еще более значительна для объединения потоков 35 и 36. Их температуры не совпадают при смешении еще больше, чем в случае потоков 24 и 25, и необходимо предварительное охлаждение потока 30 с помощью обоих теплообменников Е1 и Е2, для чего требуется, чтобы оба теплообменника имели дополнительную тепловую производительность.The inefficiency of the situation is even more significant for combining flows 35 and 36. Their temperatures do not coincide during mixing even more than in the case of flows 24 and 25, and it is necessary to pre-cool stream 30 with both heat exchangers E1 and E2, which requires both heat exchangers had additional thermal performance.

Задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы обеспечить максимальную передачу теплоты через поверхность теплообмена в сжижающем теплообменнике, в частности, но не обязательно, в установке для сжижения, использующей устройство для сжижения.An object of the present invention is to provide maximum heat transfer through a heat exchange surface in a liquefying heat exchanger, in particular, but not necessarily, in a liquefaction apparatus using a liquefaction apparatus.

Другая задача изобретения заключается в снижении неэффективных затрат энергии, обусловленных не соответствием температуры отдельных потоков хладагента при их использовании и/или объединении.Another objective of the invention is to reduce the inefficient energy costs due to the mismatch of the temperature of the individual refrigerant flows during their use and / or combination.

Задача изобретения состоит также в обеспечении альтернативных и более эффективных способов и устройства для сжижения природного газа.The objective of the invention is also to provide alternative and more effective methods and devices for liquefying natural gas.

Одна или более из указанных или другие задачи могут быть решены с помощью настоящего изобретения, предлагающего способ сжижения потока углеводородов, такого как поток природного газа, содержащегося в сырьевом потоке, включающий, по меньшей мере, стадии:One or more of these or other problems can be solved using the present invention, offering a method of liquefying a stream of hydrocarbons, such as a stream of natural gas contained in the feed stream, comprising at least the stages:

(a) прохождения сырьевого потока в противотоке со смешанным хладагентом, циркулирующим через теплообменник, с получением, по меньшей мере, частично сжиженного потока углеводородов, имеющего температуру менее - 100°С;(a) passing the feed stream in countercurrent with mixed refrigerant circulating through a heat exchanger, to produce at least a partially liquefied hydrocarbon stream having a temperature of less than -100 ° C;

(b) вытекания смешанного хладагента из теплообменника в виде выходящего парожидкостного потока хладагента;(b) leakage of the mixed refrigerant from the heat exchanger in the form of an outlet vapor-liquid refrigerant stream;

(c) прохождения указанного выходящего парожидкостного потока хладагента через первый сепаратор с получением потока жидкого хладагента и потока парообразного хладагента;(c) passing said effluent vapor-liquid refrigerant stream through a first separator to obtain a liquid refrigerant stream and a vaporous refrigerant stream;

(d) рециркуляции потока жидкого хладагента стадии (с) в теплообменник стадии (а) без существенного теплообмена;(d) recirculating the liquid refrigerant stream of step (c) to the heat exchanger of step (a) without significant heat transfer;

(e) сжатия потока парообразного хладагента стадии (с) с получением потока сжатого хладагента;(e) compressing the vaporous refrigerant stream of step (c) to produce a compressed refrigerant stream;

(f) охлаждения потока сжатого хладагента с получением сжатого охлажденного потока, имеющего температуру ниже 0°С; и(f) cooling the compressed refrigerant stream to obtain a compressed cooled stream having a temperature below 0 ° C; and

(g) рециркуляции сжатого охлажденного потока в теплообменник стадии (а).(g) recirculating the compressed chilled stream to the heat exchanger of step (a).

Выходящий смешанный хладагент находится в виде комбинации жидкости и пара: то есть смешанный хладагент на выходе из сжижающего теплообменника испарен не полностью. Следовательно, охлаждение осуществляется за счет испарения смешанного хладагента вдоль всей длины или на всем протяжении охлаждающего канала со смешанным хладагентом в теплообменнике до самого выхода. Это повышает коэффициент теплоотдачи вдоль последнего участка зоны теплообмена или объема охлаждения, т.е. поверхности или поверхностей теплоотдачи для смешанного хладагента в теплообменнике.The mixed refrigerant leaving is in the form of a combination of liquid and steam: that is, the mixed refrigerant at the outlet of the liquefying heat exchanger is not completely vaporized. Consequently, cooling is carried out by evaporating the mixed refrigerant along the entire length or throughout the cooling channel with mixed refrigerant in the heat exchanger until it exits. This increases the heat transfer coefficient along the last section of the heat transfer zone or cooling volume, i.e. surfaces or heat transfer surfaces for mixed refrigerant in a heat exchanger.

Охлаждение, осуществляемое с помощью теплообменника, обеспечивает, по меньшей мере, частично, предпочтительно полностью, сжиженный поток углеводородов при температуре ниже -100°С с получением, например, сжиженного природного газа.Cooling by means of a heat exchanger provides at least partially, preferably completely, a liquefied hydrocarbon stream at a temperature below −100 ° C. to produce, for example, liquefied natural gas.

Такое охлаждение известно в уровне техники для основного криогенного охлаждения потоков углеводородов, таких как природный газ.Such cooling is known in the art for basic cryogenic cooling of hydrocarbon streams such as natural gas.

В настоящем изобретении поток жидкого хладагента, отделенный от выходящего парожидкостного потока хладагента, возвращают обратно непосредственно в теплообменник, без необходимости теплообмена с прохождением через другой теплообменник или охладитель, хотя некоторый минимальный теплообмен может происходить, обычно для того, чтобы слегка уменьшить температуру потока жидкого хладагента или способствовать ее поддержанию. Такой минимальный теплообмен не имеет целью значительное изменение температуры потока жидкого хладагента. То есть, изменение температуры потока жидкого хладагента между его отделением от вытекающего парожидкостного потока хладагента и рециркуляцией, осуществляемой или непосредственно, или косвенно (например, при объединении с другим потоком), обратно в теплообменник, должно составлять менее 40°С, предпочтительно менее 30°С, или менее 20°С, или даже менее 10°С. Кроме того, некоторый минимальный теплообмен может происходить в потоке жидкого хладагента, что обусловлено его местонахождением или конструкцией, например длиной или расположением трубопровода, транспортирующего поток жидкого хладагента в теплообменник, и/или близостью указанного потока жидкого хладагента к другим потокам или объединению потоков другого хладагента. Такой минимальный теплообмен должен опять же соответствовать температуре менее чем 40°С, предпочтительно менее 30°С, или менее 20°С, или даже менее 10°С (в случае, когда теплообмен вообще отсутствует).In the present invention, a liquid refrigerant stream separated from an exiting vapor-liquid refrigerant stream is returned directly to the heat exchanger, without the need for heat exchange passing through another heat exchanger or cooler, although some minimal heat transfer may occur, usually in order to slightly reduce the temperature of the liquid refrigerant stream or contribute to its maintenance. Such minimal heat transfer is not intended to significantly change the temperature of the liquid refrigerant stream. That is, the change in temperature of the liquid refrigerant stream between its separation from the effluent vapor-liquid refrigerant stream and recirculation carried out either directly or indirectly (for example, when combined with another stream), back to the heat exchanger, should be less than 40 ° C, preferably less than 30 ° C, or less than 20 ° C, or even less than 10 ° C. In addition, some minimal heat transfer can occur in the liquid refrigerant stream, due to its location or design, for example, the length or location of the pipeline transporting the liquid refrigerant stream to the heat exchanger, and / or the proximity of the specified liquid refrigerant stream to other streams or to the combination of other refrigerant streams. This minimum heat transfer should again correspond to a temperature of less than 40 ° C, preferably less than 30 ° C, or less than 20 ° C, or even less than 10 ° C (in the case when there is no heat transfer at all).

При исключении какого-либо ощутимого теплообмена вообще или лишь при минимальном теплообмене преимущество настоящего изобретения заключается в том, что делает способ сжижения потока углеводородов более эффективным за счет отсутствия перемешивания или объединения или повторного объединения каких-либо не соответствующих по температурам «холодного» и «горячего» потоков хладагента. Такое повторное объединение не соответствующих по температуре потоков, имеющих значительно отличающиеся температуры, требует переохлаждения для использования при сжижении потоков углеводородов, как это показано в патентном документе DE 1993762 А1.With the exclusion of any tangible heat transfer at all or only with minimal heat transfer, an advantage of the present invention is that it makes the hydrocarbon stream liquefaction process more efficient due to the absence of mixing or combining or re-combining of any cold and hot temperatures »Refrigerant flows. This re-combining of temperature-inconsistent streams having significantly different temperatures requires subcooling for use in the liquefaction of hydrocarbon streams, as shown in patent document DE 1993762 A1.

В патентном документе WO 2006/007278 A2 представлена схема потоков хладагента, которая является типичной для ребристого пластинчатого теплообменника. Фиг.4 в указанном патентном документе иллюстрирует использование двух теплообменников, и в этом случае потоки жидкости, отводимые из сепараторов 510А и 520В, объединяют и подают для объединения с потоками сжатого пара, отводимыми из тех же сепараторов (для получения смешанного потока 402 рециркуляции, который полностью конденсируется в первом теплообменнике 200 с превращением в жидкостный поток 404). Однако в известном решении существует проблема объединения низкотемпературных жидкостных потоков (выходящих из сепараторов) с потоком пара, имеющим намного более высокую температуру (после его сжатия). Такое объединение приводит, вследствие несоответствия температур, к необратимой потере эксергии, т.е полной энергии, которая может быть превращена в работу, принимая во внимание ряд исходных окружающих условий, и поэтому оно менее эффективно, несмотря на какие-либо имеющиеся охладители пара. Рециркулирующий смешанный поток 402 представляет собой все еще смешанный парожидкостный поток.Patent document WO 2006/007278 A2 presents a flow diagram of a refrigerant that is typical of a fin plate heat exchanger. Figure 4 in the said patent document illustrates the use of two heat exchangers, in which case the liquid flows discharged from the separators 510A and 520B are combined and supplied to combine with the compressed steam flows discharged from the same separators (to obtain a mixed recycle stream 402, which completely condenses in the first heat exchanger 200 with conversion to a liquid stream 404). However, in the known solution, there is the problem of combining low-temperature liquid flows (leaving the separators) with a vapor stream having a much higher temperature (after its compression). Such a combination, due to temperature mismatch, leads to an irreversible loss of exergy, i.e., the total energy that can be turned into work, taking into account a number of initial environmental conditions, and therefore it is less efficient, despite any existing steam coolers. The recycle mixed stream 402 is still a mixed vapor-liquid stream.

В патентном документе US 4112700 показана схема, включающая четыре теплообменника предварительного охлаждения природного газа, в которой первая многокомпонентная смесь выходит из четвертого теплообменника предварительного охлаждения со смешанными жидкой и паровой фазами, но без непосредственной рециркуляции жидкой фазы в тот же теплообменник предварительного охлаждения. Кроме того, в этом документе не рассматривается выгода, с точки зрения эксергии, минимизации температурного несоответствия потоков жидкого хладагента в основном криогенном теплообменнике при температуре ниже 0°С.US Pat. No. 4,112,700 shows a circuit including four natural gas pre-cooling heat exchangers, in which the first multicomponent mixture exits the fourth pre-cooling heat exchanger with mixed liquid and vapor phases, but without directly recirculating the liquid phase to the same pre-cooling heat exchanger. In addition, this document does not address the benefit, from the point of view of exergy, of minimizing the temperature mismatch of the liquid refrigerant flows in the main cryogenic heat exchanger at temperatures below 0 ° C.

В патентном документе US 4180123 показана схема, в которой из теплообменника выходит перемешанный двухфазный поток, но лишь жидкую фазу направляют обратно в теплообменник после прохождения через два охладителя. Опять же не рассматривается выгода, с точки зрения эксергии, минимизации температурного несоответствия потоков жидкого хладагента в основном криогенном теплообменнике при температуре ниже 0°С.US Pat. No. 4,180,123 shows a diagram in which a mixed two-phase stream leaves the heat exchanger, but only the liquid phase is sent back to the heat exchanger after passing through two coolers. Again, the benefit, from the point of view of exergy, of minimizing the temperature mismatch of the liquid refrigerant flows in the main cryogenic heat exchanger at a temperature below 0 ° C, is not considered.

Другое преимущество настоящего изобретения заключается в том, что поток первого жидкого хладагента, отделенный от смешанного вытекающего потока хладагента, рециркулирует обратно в указанный теплообменник в виде, по меньшей мере, части общего смешанного хладагента, что снижает выходную мощность, необходимую для охлаждения теплообменника, и делает, таким образом, процесс сжижения более эффективным.Another advantage of the present invention is that the first liquid refrigerant stream separated from the mixed refrigerant effluent stream is recycled back to said heat exchanger in the form of at least a portion of the total mixed refrigerant, which reduces the output power needed to cool the heat exchanger, and makes Therefore, the liquefaction process is more efficient.

Хотя способ в соответствии с настоящим изобретением применим к различным сырьевым потокам углеводородов, он является особенно подходящим для сжижаемых потоков природного газа.Although the method of the present invention is applicable to various feed streams of hydrocarbons, it is particularly suitable for liquefied natural gas streams.

Кроме того, для специалиста в данной области техники будет очевидным, что после сжижения сжиженный природный газ, в случае необходимости, может быть подвергнут дальнейшей обработке. В качестве примера, можно осуществить снижение давления полученного СПГ при его прохождении через клапан Джоуля-Томпсона или криогенный турбодетандер. Кроме того, между разделением газа и жидкости в разделительном резервуаре и охлаждением могут быть осуществлены дополнительные промежуточные стадии обработки.In addition, it will be apparent to those skilled in the art that after liquefaction, liquefied natural gas may, if necessary, be further processed. As an example, it is possible to reduce the pressure of the obtained LNG as it passes through a Joule-Thompson valve or a cryogenic turboexpander. In addition, between the separation of gas and liquid in the separation tank and cooling, additional intermediate processing steps can be carried out.

Потоком углеводородов может быть любой подходящий обрабатываемый газовый поток, но обычно это поток природного газа, полученный из месторождений природного газа или нефти. В качестве альтернативы поток природного газа может быть также получен из другого источника, включающего, кроме того, искусственный источник, такой как процесс Фишера-Тропша.The hydrocarbon stream may be any suitable processed gas stream, but it is usually a natural gas stream obtained from natural gas or oil fields. Alternatively, the natural gas stream can also be obtained from another source, including, in addition, an artificial source, such as the Fischer-Tropsch process.

Обычно поток природного газа содержит, в основном, метан. Предпочтительно сырьевой поток содержит, по меньшей мере, 60 мол.% метана, более предпочтительно, по меньшей мере, 80 мол.% метана.Typically, the natural gas stream contains mainly methane. Preferably, the feed stream contains at least 60 mol% of methane, more preferably at least 80 mol% of methane.

В зависимости от источника природный газ может включать различные количества углеводородов, более тяжелых, чем метан, например этан, пропан, бутаны и пентаны, а также некоторое количество ароматических углеводородов. Поток природного газа может также содержать неуглеводороды, такие как H2O, N2, CO2, H2S и другие сернистые соединение, и тому подобное.Depending on the source, natural gas may include various amounts of hydrocarbons heavier than methane, for example ethane, propane, butanes and pentanes, as well as some aromatic hydrocarbons. The natural gas stream may also contain non-hydrocarbons such as H 2 O, N 2 , CO 2 , H 2 S and other sulfur compounds, and the like.

При необходимости сырьевой поток, содержащий природный газ, может быть подвергнут предварительной обработке, перед его подачей в основной (криогенный) теплообменник. Эта предварительная обработка может включать снижение содержания и/или извлечение нежелательных компонентов, таких как CO2 и H2S, или другие стадии, например предварительное охлаждение, предварительное сжатие или тому подобное. Поскольку эти стадии обработки хорошо известны специалисту в данной области техники, далее они здесь рассмотрены не будут.If necessary, the feed stream containing natural gas can be pretreated before being fed into the main (cryogenic) heat exchanger. This pre-treatment may include reducing and / or recovering undesired components such as CO 2 and H 2 S, or other steps, for example pre-cooling, pre-compression, or the like. Since these processing steps are well known to those skilled in the art, they will not be discussed further here.

Термин «природный газ», используемый здесь, относится к какому-либо составу, содержащему углеводороды, который по существу представляет собой метан. Он относится к составу перед какой-либо обработкой, включающей, например, очистку или промывку, а также какому-либо составу, частично, главным образом, или полностью обработанному для последующего снижения содержания и/или удаления одного или большего количества соединений или веществ, включая, но не в качестве ограничения, серу, двуокись углерода, воду и углеводороды С2+.The term “natural gas” as used herein refers to any composition containing hydrocarbons, which is essentially methane. It refers to a composition before any treatment, including, for example, cleaning or washing, as well as any composition, partially, mainly, or completely processed, to subsequently reduce the content and / or remove one or more compounds or substances, including but not limited to sulfur, carbon dioxide, water and C2 + hydrocarbons.

Разделительным устройством может служить резервуар, аппарат, колонна или устройство, приспособленное для разделения смешанного хладагента на поток парообразного хладагента и поток жидкого хладагента. Такие разделительные устройства известны в уровне техники и далее здесь не рассматриваются.The separation device may be a reservoir, apparatus, column or device adapted to separate the mixed refrigerant into a vaporous refrigerant stream and a liquid refrigerant stream. Such separation devices are known in the art and are not further discussed here.

Теплообменником может служить колонна, башня, аппарат или другое устройство, приспособленное для прохождения через него ряда потоков и для осуществления прямого или косвенного теплообмена между одной или большим количеством труб с хладагентом и одним или большим количеством сырьевых потоков. Примеры включают кожухотрубный теплообменник или спиральный теплообменник. Предпочтительно, чтобы теплообменник представлял собой криогенный спиральный теплообменник.A heat exchanger can be a column, tower, apparatus or other device adapted for passing through it a series of flows and for direct or indirect heat exchange between one or more pipes with refrigerant and one or more raw material flows. Examples include a shell-and-tube heat exchanger or a spiral heat exchanger. Preferably, the heat exchanger is a cryogenic spiral heat exchanger.

Настоящее изобретение, кроме того, предлагает способ обработки потока углеводородов, например потока природного газа, содержащегося в сырьевом потоке, включающий, по меньшей мере, стадии:The present invention further provides a method for treating a hydrocarbon stream, for example a natural gas stream contained in a feed stream, comprising at least the steps of:

(a) прохождения сырьевого потока в противотоке со смешанным хладагентом, циркулирующим через теплообменник, для получения охлажденного потока углеводородов;(a) passing the feed stream in countercurrent with mixed refrigerant circulating through a heat exchanger to produce a cooled stream of hydrocarbons;

(b) вытекания из теплообменника смешанного хладагента в качестве выходящего парожидкостного потока хладагента;(b) leakage of mixed refrigerant from the heat exchanger as an exit vapor-liquid refrigerant stream;

(c) прохождения указанного выходящего парожидкостного потока хладагента через первый сепаратор для получения потока парообразного хладагента и потока жидкого хладагента и(c) passing said effluent vapor-liquid refrigerant stream through a first separator to obtain a vaporous refrigerant stream and a liquid refrigerant stream; and

(d) непосредственной рециркуляции потока жидкого хладагента стадии (с) в указанный теплообменник.(d) direct recirculation of the liquid refrigerant stream of step (c) to said heat exchanger.

Настоящее изобретение включает комбинацию любых или всех описанных выше способов.The present invention includes a combination of any or all of the methods described above.

Кроме того, настоящее изобретение предлагает устройство для сжижения потока углеводородов, например природного газа, содержащегося в сырьевом потоке, по меньшей мере, содержащее:In addition, the present invention provides a device for liquefying a stream of hydrocarbons, for example natural gas contained in a feed stream, at least containing:

теплообменник для сжижения потока углеводородов в противотоке с потоком смешанного хладагента, причем теплообменник имеет вход для потока исходного сырья, выход для, по меньшей мере, частично сжиженного потока, один или более входов для смешанного хладагента и выход для смешанного хладагента, предназначенный для выходящего парожидкостного потока хладагента;a heat exchanger for liquefying a hydrocarbon stream in countercurrent with a mixed refrigerant stream, the heat exchanger having an inlet for a feed stream, an outlet for at least a partially liquefied stream, one or more inlets for a mixed refrigerant, and an outlet for a mixed refrigerant for an outgoing vapor-liquid stream refrigerant;

первый сепаратор для разделения вытекающего парожидкостного потока хладагента на пар и жидкость, при этом первый сепаратор имеет первый выход для обеспечения потока парообразного хладагента и второй выход для обеспечения потока жидкого хладагента;a first separator for separating the effluent vapor-liquid refrigerant stream into steam and liquid, wherein the first separator has a first outlet for providing a vaporous refrigerant stream and a second outlet for providing a liquid refrigerant stream;

вход для хладагента в теплообменнике, предназначенный для втекания в теплообменник потока жидкого хладагента; компрессор для сжатия потока парообразного хладагента с получением потока сжатого хладагента; один или более охладителей для охлаждения сжатого потока хладагента с получением охлажденного сжатого потока, имеющего температуру ниже 0°С; иa refrigerant inlet in a heat exchanger for flowing a liquid refrigerant into the heat exchanger; a compressor for compressing the vaporous refrigerant stream to produce a compressed refrigerant stream; one or more coolers for cooling the compressed refrigerant stream to obtain a cooled compressed stream having a temperature below 0 ° C; and

канал для рециркуляции охлажденного сжатого потока в теплообменник.channel for recirculation of the cooled compressed stream to the heat exchanger.

Воплощение настоящего изобретения будет далее раскрыто с помощью примера и со ссылкой на сопровождающий не ограничивающий изобретение чертеж.An embodiment of the present invention will be further disclosed by way of example and with reference to the accompanying non-limiting drawing.

Чертеж - принципиальная схема технологического процесса обработки, соответствующего одному воплощению настоящего изобретения.The drawing is a schematic diagram of a processing process corresponding to one embodiment of the present invention.

Для целей настоящего описания один и тот же номер позиции на чертеже будет использован как для трубопровода, так и для потока, протекающего по этому трубопроводу. Одинаковые элементы схемы обозначены на чертеже одинаковыми номерами позиций.For the purposes of the present description, the same reference number in the drawing will be used both for the pipeline and for the flow flowing through this pipeline. Identical circuit elements are indicated in the drawing by the same reference numbers.

Чертеж иллюстрирует процесс сжижения сырьевого потока 10, содержащего углеводороды. Сырьевой поток 10 может быть предварительно обработанным потоком природного газа, в котором уменьшено содержание одного или большего количества веществ или соединений, таких как сера, соединения серы, двуокись углерода и влага или вода, предпочтительно они извлечены полностью или по существу, так, как это известно в уровне техники.The drawing illustrates the process of liquefying a feed stream 10 containing hydrocarbons. The feed stream 10 may be a pre-treated natural gas stream in which one or more substances or compounds, such as sulfur, sulfur compounds, carbon dioxide and moisture or water, are reduced, preferably they are recovered completely or substantially, as is known in the prior art.

При необходимости сырьевой поток 10 может проходить через одну или более ступеней предварительного охлаждения, так, как это известно в уровне техники. При этом одна или больше количество таких ступеней предварительного охлаждения могут включать один или более контуров охлаждения. В качестве примера, исходный поток, содержащий природный газ, обычно обрабатывают от начальной температуры 30-50°С, например от температуры 40°С. При прохождении через одну или больше количество ступеней предварительного охлаждения температура сырьевого потока, включающего природный газ, может быть снижена до температуры в интервале от -30 до -70°С, например от -40 до -50°С.If necessary, the feed stream 10 may pass through one or more pre-cooling stages, as is known in the art. However, one or more of these stages of pre-cooling may include one or more cooling circuits. As an example, a feed stream containing natural gas is usually treated from an initial temperature of 30-50 ° C, for example, from a temperature of 40 ° C. When passing through one or more of the number of pre-cooling stages, the temperature of the feed stream, including natural gas, can be reduced to a temperature in the range from -30 to -70 ° C, for example from -40 to -50 ° C.

На чертеже теплообменник 12 предпочтительно представляет собой спиральный криогенный теплообменник, выполненный с тремя проходящими через него (через весь теплообменник или через его часть) трубами. Криогенные теплообменники известны в уровне техники и могут иметь различные схемы течения сырьевого потока (потоков) и потока (потоков) хладагента. Кроме того, такие теплообменники могут также иметь одну или большее количество проходящих через них труб для других текучих сред, например потоков хладагента других ступеней охлаждения или элементов для обработки потоков, предпочтительно установок сжижения. Какие-либо другие подобные трубы или потоки не показаны на чертеже для упрощения.In the drawing, the heat exchanger 12 is preferably a spiral cryogenic heat exchanger made with three pipes passing through it (through the entire heat exchanger or through its part). Cryogenic heat exchangers are known in the art and can have various flow patterns for the feed stream (s) and the stream (s) of refrigerant. In addition, such heat exchangers may also have one or more pipes passing through them for other fluids, for example refrigerant flows of other cooling stages or elements for processing flows, preferably liquefaction plants. Any other such pipes or flows are not shown in the drawing for simplicity.

Сырьевой поток 10 входит в теплообменник 12 через вход 52 для сырьевого потока, проходит через теплообменник по трубе 150 и вытекает через выход 54 для сырьевого потока с получением, по меньшей мере, потока 20 частично сжиженных углеводородов. Этот сжиженный поток 20 предпочтительно сжижен полностью и может быть дополнительно обработан так, как указано ниже. В том случае, когда сжижаемым потоком 20 является природный газ, примерная температура может быть равной - 150°С.The feed stream 10 enters the heat exchanger 12 through the inlet 52 for the feed stream, passes through the heat exchanger through the pipe 150 and flows through the outlet 54 for the feed stream to produce at least a partially liquefied hydrocarbon stream 20. This liquefied stream 20 is preferably completely liquefied and can be further processed as described below. In the case where the liquefied stream 20 is natural gas, the approximate temperature may be equal to 150 ° C.

Сжижение сырьевого потока 10 осуществляется посредством контура 160 циркуляции хладагента. Указанный контур 160 циркуляции хладагента обеспечивает циркуляцию смешанного хладагента, предпочтительно представляющего собой смесь газов, более предпочтительно выбранных из группы, включающей азот, метан, этан, этилен, пропан, пропилен, бутан, пентан и т.п. Состав смешанного хладагента может меняться в зависимости от требуемых условий и параметров для теплообменника 12, так, как это известно в уровне техники.The liquefaction of the feed stream 10 is carried out by means of a refrigerant circuit 160. Said refrigerant circuit 160 circulates a mixed refrigerant, preferably a mixture of gases, more preferably selected from the group consisting of nitrogen, methane, ethane, ethylene, propane, propylene, butane, pentane, and the like. The composition of the mixed refrigerant may vary depending on the required conditions and parameters for the heat exchanger 12, as is known in the prior art.

Известно много схем взаимного расположения входа, выхода и потока хладагента, проходящего через теплообменник для осуществления охлаждения сырьевого потока. Одна или большее количество труб с хладагентом, проходящих через теплообменник, могут также сами охлаждаться в теплообменнике, а не способствовать охлаждению другой трубы или другого потока.There are many schemes for the relative positioning of the inlet, outlet and flow of refrigerant passing through the heat exchanger to cool the feed stream. One or more refrigerant pipes passing through the heat exchanger may also be cooled in the heat exchanger themselves, rather than contributing to the cooling of another pipe or other stream.

В схеме, показанной на чертеже, имеется входящий поток 30 парообразного хладагента, который проходит через первый вход 66 и затем по трубе 130 через теплообменник 12, прежде чем отводится через первый выход 68 для хладагента. При прохождении через трубу 130 входящий поток 30 парообразного хладагента охлаждается и/или сжижается так, что выходящий поток 45 первого хладагента представляет собой поток жидкости. Выходящий поток 45 первого хладагента протекает через одно или большее количество устройств для снижения давления, таких как дроссельный клапан 14, с тем, чтобы обеспечить поток 50 первого хладагента с пониженным давлением, который представляет собой парожидкостный поток. Этот поток 50 первого хладагента с пониженным давлением вновь поступает в теплообменник 12 через вход 72 и затем известным в уровне техники образом, с прохождением через первый распределительный коллектор 34, может протекать в теплообменнике 12 вниз. По мере того как поток хладагента протекает через теплообменник 12 вниз из первого распределительного коллектора 34, жидкий хладагент частично переходит в парообразное состояние и таким образом осуществляет охлаждение трубы 150 с сырьевым потоком и трубы 130 с потоком парообразного хладагента, характеризуемое высоким коэффициентом теплоотдачи.In the diagram shown in the drawing, there is an inlet stream 30 of vaporous refrigerant that passes through a first inlet 66 and then through a pipe 130 through a heat exchanger 12 before being discharged through a first refrigerant outlet 68. When passing through the pipe 130, the inlet stream 30 of the vaporous refrigerant is cooled and / or liquefied so that the outlet stream 45 of the first refrigerant is a liquid stream. The first refrigerant effluent 45 flows through one or more pressure reducing devices, such as a butterfly valve 14, to provide a first reduced refrigerant flow 50, which is a vapor-liquid stream. This first reduced pressure refrigerant stream 50 again enters the heat exchanger 12 through the inlet 72 and then, in a manner known in the art, passing through the first distribution manifold 34, can flow down in the heat exchanger 12. As the refrigerant stream flows downward through the heat exchanger 12 from the first distribution manifold 34, the liquid refrigerant partially enters the vapor state and thereby cools the pipe 150 with the feed stream and the pipe 130 with the vapor refrigerant stream, characterized by a high heat transfer coefficient.

В теплообменнике 12 имеется также входящий поток 40 жидкого хладагента, который поступает в теплообменник 12 через вход 64 и протекает в теплообменнике 12 по трубе 140. Этот поток вытекает из теплообменника 12 через выход 74, находящийся на промежуточном уровне между верхом и низом, с получением вытекающего потока 60 второго хладагента, который проходит через расширительное устройство 16 с уменьшением давления и образованием потока 70 второго хладагента с пониженным давлением, при этом поток, который является парожидкостным, поступает через вход 76 обратно в теплообменник 12 и направляется через теплообменник вниз посредством второго распределительного коллектора 36.In the heat exchanger 12 there is also an inlet stream 40 of liquid refrigerant, which enters the heat exchanger 12 through the inlet 64 and flows in the heat exchanger 12 through the pipe 140. This stream flows from the heat exchanger 12 through the outlet 74, located at an intermediate level between the top and bottom, with the resulting a second refrigerant stream 60 that passes through the expansion device 16 to reduce the pressure and form a second reduced refrigerant stream 70, wherein the vapor-liquid stream enters through an inlet 76 of inverse to the heat exchanger 12 and is directed down through the heat exchanger via a second supply manifold 36.

Предпочтительно давления первого и второго потоков 50 и 70 хладагента с пониженным давлением по существу одинаковы. То есть какой-либо разброс по давлению является не значительным или не может оказывать влияние на работу теплообменника 12.Preferably, the pressures of the first and second reduced pressure refrigerant streams 50 and 70 are substantially the same. That is, any variation in pressure is not significant or cannot affect the operation of the heat exchanger 12.

До настоящего времени для жидкого потока хладагента с фазовым изменением, направляемого на рециркуляцию в теплообменник, известный из уровня техники, допускалось изменение фазового состояния полностью от жидкого до парообразного, и таким образом получали поток в виде выходящего парообразного потока. Это приводило к образованию в известном теплообменнике двух основных областей или зон. В первой зоне для жидкости, находящейся в парожидкостном потоке (потоках) хладагента, допускается изменение фазового состояния с превращением ее в пар, и за счет этого осуществляется охлаждение сырьевого потока и каких-либо других также охлаждаемых потоков. В указанной первой зоне теплообменник можно считать находящимся во «влажном» режиме работы.Up to now, for a phase-changing liquid refrigerant stream directed to recirculation to a heat exchanger of the prior art, the phase state was completely changed from liquid to vapor, and thus a stream was obtained in the form of an effluent vapor stream. This led to the formation of two main regions or zones in a known heat exchanger. In the first zone for a liquid located in the vapor-liquid stream (flows) of the refrigerant, a phase state is allowed to change into steam, and due to this, the feed stream and any other cooled flows are also cooled. In the specified first zone, the heat exchanger can be considered to be in the "wet" mode of operation.

Когда изменение фазового состояния заканчивается, образуется вторая зона, которая представляет собой поверхность или объем в теплообменнике (находящийся обычно ниже первой зоны), где хладагент находится полностью в виде пара. Поскольку в указанной второй зоне больше не происходит какого-либо изменения фазового состояния хладагента, т.е. существует единственная паровая фаза, в теплообменнике имеется поверхность теплообмена, которая обеспечивает охлаждение лишь при значительно меньшей величине коэффициента теплоотдачи. Некоторое охлаждение может еще осуществляться с изменением температуры пара, но коэффициент теплоотдачи от пара имеет значительно меньшую величину, чем коэффициент теплоотдачи от жидкости, которая превращается в пар. Таким образом, вторая зона известного теплообменника значительно менее эффективная для обеспечения какого-либо охлаждения сырьевого потока и т.п.When the phase state change ends, a second zone forms, which is the surface or volume in the heat exchanger (usually below the first zone), where the refrigerant is completely in the form of steam. Since no change in the phase state of the refrigerant, i.e. there is only one vapor phase, in the heat exchanger there is a heat exchange surface that provides cooling only at a much lower value of the heat transfer coefficient. Some cooling can still be carried out with a change in the temperature of the steam, but the heat transfer coefficient from the steam is much smaller than the heat transfer coefficient from the liquid, which turns into steam. Thus, the second zone of the known heat exchanger is much less effective for providing any cooling of the feed stream and the like.

На чертеже в соответствии с настоящим изобретением протекающий сверху вниз поток хладагента в теплообменнике 12 показан выходящим из теплообменника 12 через выход 62 в виде выходящего парожидкостного потока 80 хладагента. Поскольку этот выходящий поток 80 еще содержит жидкий хладагент, то, следовательно, превращение жидкой фазы в пар при прохождении потока через теплообменник 12 происходит в промежутке от первого и второго распределительных коллекторов 34, 36 до выхода 62. Таким образом, в теплообменнике 12 не существует поверхность или объем, или существует минимальная поверхность или объем, в котором хладагент находится только в парообразном состоянии. То есть отсутствует или существует минимальная поверхность или объем, в котором протекающий сверху вниз поток хладагента не обеспечивает наибольшую эффективность передачи теплоты (с высоким коэффициентом теплоотдачи) и, следовательно, наиболее эффективное охлаждение трубы 150 с сырьевым потоком (и других труб теплообменника). Таким образом, достигается максимальная поверхность теплообмена или максимальный объем внутри теплообменника 12 для теплообмена с сырьевым потоком 10. Это обеспечивает увеличение эффективной поверхности теплообмена, возможно на 10%, при таких же геометрических размерах и форме теплообменника.In the drawing in accordance with the present invention, a top-down flow of refrigerant in the heat exchanger 12 is shown exiting the heat exchanger 12 through the outlet 62 in the form of an outlet vapor-liquid refrigerant stream 80. Since this effluent 80 still contains liquid refrigerant, therefore, the conversion of the liquid phase into steam when the flow passes through the heat exchanger 12 occurs in the interval from the first and second distribution manifolds 34, 36 to the outlet 62. Thus, there is no surface in the heat exchanger 12 or volume, or there is a minimal surface or volume in which the refrigerant is only in the vapor state. That is, there is no or there is a minimal surface or volume in which the flow of the refrigerant flowing from top to bottom does not provide the greatest heat transfer efficiency (with a high heat transfer coefficient) and, therefore, the most efficient cooling of the pipe 150 with the feed stream (and other heat exchanger pipes). Thus, the maximum heat transfer surface or the maximum volume inside the heat exchanger 12 for heat exchange with the feed stream 10 is achieved. This provides an increase in the effective heat transfer surface, possibly by 10%, with the same geometric dimensions and shape of the heat exchanger.

Теплообменник 12 обычно работает при низком давлении, например в интервале от 1 до 10 бар. Температура в нижней части теплообменника может находиться в интервале от -30 до -50°С, так, что вытекающий поток 80 хладагента находится при одной и той же температуре из указанного интервала.The heat exchanger 12 typically operates at low pressure, for example in the range of 1 to 10 bar. The temperature in the lower part of the heat exchanger can be in the range from −30 to −50 ° C., so that the refrigerant effluent 80 is at the same temperature from the indicated range.

Вытекающий парожидкостный поток 80 хладагента через вход 78 направляют в первый сепаратор 18 для разделения жидкости и пара, который также работает при низком давлении, например от 1 до 10 бар. Первый сепаратор 18 разделяет выходящий поток 80 хладагента известным в уровне техники образом с получением отводимого через первый выход 82 потока 90 парообразного хладагента и через второй выход 84 - потока 110 жидкого хладагента, имеющего, как правило, температуру в том же интервале от -30 до -50°С.The effluent vapor-liquid refrigerant stream 80 through the inlet 78 is directed to a first separator 18 for separating liquid and steam, which also operates at low pressure, for example from 1 to 10 bar. The first separator 18 separates the refrigerant effluent 80 in a manner known in the art to produce vaporous refrigerant discharged through the first outlet 82 and vapor refrigerant through a second outlet 84, a liquid refrigerant stream 110, typically having a temperature in the same range from -30 to - 50 ° C.

Поток 90 парообразного хладагента может быть сжат с использованием способа, известного в уровне техники, включающего использование одного или более компрессоров и одного или более охладителей. На чертеже в качестве примера показан компрессор 22 для получения сжатого потока 95, имеющего (только для примера) температуру, приблизительно равную 75°С. Полученный сжатый поток 95 затем охлаждают с помощью водяного и/или воздушного охладителя 24 и следующего охладителя 25 с получением потока 100 охлажденного сжатого хладагента, имеющего предпочтительно температуру в интервале от -30 до -50°С.The vaporous refrigerant stream 90 may be compressed using a method known in the art, involving the use of one or more compressors and one or more coolers. In the drawing, as an example, shows the compressor 22 to obtain a compressed stream 95 having (for example only) a temperature of approximately 75 ° C. The resulting compressed stream 95 is then cooled using a water and / or air cooler 24 and a subsequent cooler 25 to produce a cooled compressed refrigerant stream 100, preferably having a temperature in the range of −30 to −50 ° C.

Необязательно следующий охладитель 25, кроме того, обеспечивает, по меньшей мере, некоторое охлаждение сырьевого потока 10, в каком-либо процессе предварительного охлаждения, перед прохождением через теплообменник 12 таким образом, как это описано выше.Optionally, the next cooler 25 furthermore provides at least some cooling of the feed stream 10, in any pre-cooling process, before passing through the heat exchanger 12 in the manner described above.

Поток 100 охлажденного сжатого хладагента может быть направлен обратно непосредственно в теплообменник 12. Предпочтительно же он через вход 86 проходит во второй сепаратор 26 для получения потока 30 парообразного хладагента, отводимого через первый выход 88 сепаратора и поступающего в теплообменник, и потока 40 жидкого хладагента, поступающего в теплообменник через второй выход 92. Второй сепаратор работает при относительно высоком давлении, например, находящемся в интервале от 30 до 60 бар, предпочтительно 40-55 бар.The cooled compressed refrigerant stream 100 may be directed directly back to the heat exchanger 12. Preferably, it passes through an inlet 86 to a second separator 26 to produce a vaporous refrigerant stream 30 discharged through the first separator outlet 88 and entering the heat exchanger, and a liquid refrigerant stream 40 to the heat exchanger through the second outlet 92. The second separator operates at a relatively high pressure, for example, in the range from 30 to 60 bar, preferably 40-55 bar.

Для возвращения обратно в теплообменник 12 поток 110 жидкого хладагента может быть объединен с потоком 100 сжатого охлажденного хладагента перед направлением во второй сепаратор 26, или же поток 110 жидкого хладагента может быть направлен непосредственно в сепаратор 26 или поток 110 жидкого хладагента может быть вновь введен в теплообменник 12 отдельно (от потока 100) с предварительным вводом в какой-либо другой поток хладагента. Поток 110 жидкого хладагента направляют на рециркуляцию в теплообменник 12 без ощутимого теплообмена потока 110 жидкого хладагента в промежутке между выходом 84 из первого парожидкостного сепаратора 18 и входом теплообменника 12. Предпочтительно, чтобы теплообмен потока 110 жидкого хладагента в промежутке между выходом 84 из первого сепаратора 18 для разделения пара и жидкости и входом теплообменника 12 вообще отсутствовал.To return back to the heat exchanger 12, the liquid refrigerant stream 110 may be combined with the compressed refrigerated refrigerant stream 100 before being sent to the second separator 26, or the liquid refrigerant stream 110 may be directed directly to the separator 26 or the liquid refrigerant stream 110 may be reintroduced into the heat exchanger 12 separately (from stream 100) with preliminary introduction into any other refrigerant stream. The liquid refrigerant stream 110 is recycled to the heat exchanger 12 without appreciable heat exchange of the liquid refrigerant stream 110 in the interval between the outlet 84 of the first vapor-liquid separator 18 and the inlet of the heat exchanger 12. It is preferable that the heat exchange of the liquid refrigerant stream 110 in the interval between the outlet 84 of the first separator 18 for separation of steam and liquid and the input of the heat exchanger 12 was generally absent.

Предпочтительно, чтобы входящий поток 40 жидкого хладагента и поток 110 жидкого хладагента (прокачиваемый через насос 94) вновь поступали в теплообменник 12 через вход 64 в виде объединенного потока 120 жидкого хладагента, полученного посредством средства 28 объединения, например тройника или соединительной муфты.Preferably, the liquid refrigerant inlet stream 40 and the liquid refrigerant stream 110 (pumped through the pump 94) re-enter the heat exchanger 12 through the inlet 64 in the form of a combined liquid refrigerant stream 120 obtained by combining means 28, for example a tee or coupler.

Предпочтительно разность температур потока 110 жидкого хладагента и потока 100 сжатого охлажденного хладагента (и поэтому также входящего потока 40 жидкого хладагента, который будет иметь такую же или по существу такую же температуру, что и указанный поток 100 охлажденного сжатого хладагента), составляет менее чем 10°С, предпочтительно менее 5°С и еще более предпочтительно - менее 3°С. Такие близкие температуры указанных потоков минимизируют какие-либо потери эксергии, необходимые для выравнивания температур перед повторным вводом в теплообменник 12.Preferably, the temperature difference between the liquid refrigerant stream 110 and the compressed refrigerated refrigerant stream 100 (and therefore also the incoming liquid refrigerant stream 40, which will have the same or substantially the same temperature as said refrigerated compressed refrigerant stream 100) is less than 10 ° C, preferably less than 5 ° C and even more preferably less than 3 ° C. Such close temperatures of these streams will minimize any exergy loss necessary to equalize temperatures before re-entering the heat exchanger 12.

В качестве примера, температура вытекающего парожидкостного потока 80 хладагента может находиться в интервале от -40 до -50°С, так что поток 110 жидкого хладагента из первого сепаратора 18 находится при этой приблизительной температуре или, возможно, при немного более низкой температуре. В том случае, когда температурный интервал для втекающего потока 40 жидкого хладагента, выходящего из второго сепаратора 26, также составляет от -40 до -50°С, их объединение с помощью средства 28 объединения с получением объединенного потока 120 жидкого хладагента является близким по температуре, находящейся, например, в интервале от -45 до -50°С.As an example, the temperature of the effluent vapor-liquid refrigerant stream 80 may be in the range of −40 to −50 ° C., so that the liquid refrigerant stream 110 from the first separator 18 is at this approximate temperature or possibly at a slightly lower temperature. In the case where the temperature range for the liquid refrigerant effluent 40 leaving the second separator 26 is also from −40 to −50 ° C., combining them using the combining means 28 to obtain a combined liquid refrigerant stream 120 is close in temperature, located, for example, in the range from -45 to -50 ° C.

Такие близкие температуры применимы также к вводу потока 110 жидкого хладагента где-нибудь в другом месте, в соответствии с изложенным выше.Such close temperatures are also applicable to the inlet of the liquid refrigerant stream 110 elsewhere, as described above.

Сжиженный природный газ 20 из системы сжижения может быть направлен на дальнейшее охлаждение, например в ступень переохлаждения и/или в конечный сепаратор, в котором пар может быть извлечен для использования в этой установке в качестве топлива, например, для газовых турбин, приводящих в действие различные компрессоры, а сжиженный природный газ - продукт - может быть направлен в резервуар для хранения или в другое средство для хранения и транспортировки.The liquefied natural gas 20 from the liquefaction system can be directed to further cooling, for example, to a subcooling stage and / or to a final separator, in which steam can be recovered for use in this installation as fuel, for example, for gas turbines that drive various compressors, and liquefied natural gas - the product - can be sent to a storage tank or other means for storage and transportation.

Конечным сепаратором может быть конечный аппарат быстрого испарения, который может быть использован после ступени переохлаждения для оптимизации процесса производства сжиженного природного газа (СПГ). Обычно эта ступень включает конечный компрессор, приводимый в движение посредством отдельного электрического приводного электродвигателя. Мощность, необходимая для привода конечного компрессора, обычно меньше мощности, необходимой для компрессора ступени переохлаждения.The final separator can be an end flash evaporator, which can be used after the supercooling stage to optimize the production of liquefied natural gas (LNG). Typically, this stage includes a final compressor driven by a separate electric drive electric motor. The power required to drive the final compressor is usually less than the power required for the compressor of the subcooling stage.

Преимущества настоящего изобретения иллюстрируются данными в приведенной ниже таблице 1.The advantages of the present invention are illustrated by the data in table 1 below.

В первой колонке таблицы 1 приведены данные работы основного теплообменника (ОТО) в известном из уровня техники сравнительном способе сжижения, с производительностью около 17,5 кмоль/с. Теплообменник содержит пучок теплых труб и пучок холодных труб, с эффективными площадями поверхности (UA), составляющими соответственно приблизительно 60000 и 13000 кВт/°К. Содержание жидкости в хладагенте низкого давления, покидающем межтрубную зону теплообменника, соответствует 0%, т.е. этот теплообменник работает в «сухом» режиме.The first column of table 1 shows the operation data of the main heat exchanger (GTR) in the comparative liquefaction method known from the prior art, with a capacity of about 17.5 kmol / s. The heat exchanger comprises a bundle of warm pipes and a bundle of cold pipes, with effective surface areas (UA) of approximately 60,000 and 13,000 kW / ° K, respectively. The liquid content in the low pressure refrigerant leaving the annular zone of the heat exchanger corresponds to 0%, i.e. This heat exchanger operates in dry mode.

За счет изменения состава вытекающего хладагента в соответствии с настоящим изобретением, выбранного таким образом, что содержание жидкости в хладагенте, покидающем теплообменник, становится равным 0,5 мол.%, основной теплообменник работает теперь полностью во «влажном» режиме. Как результат работы во «влажном» режиме величина коэффициента теплоотдачи U, которая имеет место в нижней части теплообменника, такая же и по всей высоте теплообменника. Как показано во второй, «влажной» колонке в таблице 1, это увеличивает величину эффективной площади поверхности (UA) теплого пучка теплообменника приблизительно на 10%, что обеспечивает повышение производства продукта примерно на 1,6% для идентичных мощностей на сжатие хладагента и геометрических поверхностей теплообмена. В промышленном масштабе такое увеличение является значительным.By changing the composition of the refrigerant flowing out in accordance with the present invention, chosen so that the liquid content in the refrigerant leaving the heat exchanger becomes equal to 0.5 mol%, the main heat exchanger now operates completely in the “wet” mode. As a result of operation in the “wet” mode, the value of the heat transfer coefficient U, which occurs in the lower part of the heat exchanger, is the same over the entire height of the heat exchanger. As shown in the second “wet” column in Table 1, this increases the effective surface area (UA) of the warm heat exchanger bundle by approximately 10%, which provides an increase in product production of approximately 1.6% for identical compressive capacities of the refrigerant and geometric surfaces heat transfer. On an industrial scale, this increase is significant.

Таблица 1Table 1 Сравнительные данныеComparative data   Известный способKnown method Для «влажного» режима согласно изобретениюFor the "wet" mode according to the invention Единицы измеренияUnits Молярный расход сырьевого газаMolar feed gas flow 17,4917.49 17,7717.77 кмоль/сkmol / s Эффективная поверхность холодного пучка ОТО (коэффициент теплоотдачи × поверхность)Effective surface of the cold beam of general relativity (heat transfer coefficient × surface) 1308213082 1364313643 кВт/°КkW / ° K Эффективная поверхность теплого пучка ОТОEffective surface of a warm beam of general relativity 5994059940 6582465824 кВт/°КkW / ° K Количество жидкости на выходе из известного теплообменникаThe amount of fluid at the outlet of a known heat exchanger 0,00,0 0,500.50 мол.%mol% Молярный расход смешанного хладагентаMixed refrigerant molar flow rate 23,4623.46 24,0124.01 кмол/сkmol / s Молярный расход пропана в цикле предварительного охлажденияMolar propane consumption in pre-cooling cycle 20,3920.39 20,9420.94 кмол/сkmol / s Мощность компрессора для смешанного хладагентаCompressor Power for Mixed Refrigerant 177200177200 177236177236 кВтkW Мощность компрессора для хладагента предварительного охлажденияCompressor capacity for pre-refrigerant 8686386863 8688186881 кВтkW

Специалисту в данной области техники будет понятно, что настоящее изобретение может быть осуществлено многими путями без выхода за пределы объема приложенных пунктов формулы изобретения.One skilled in the art will understand that the present invention can be practiced in many ways without departing from the scope of the attached claims.

Claims (13)

1. Способ сжижения потока углеводородов, такого как поток природного газа, содержащегося в сырьевом потоке (10), включающий, по меньшей мере, стадии:
(a) прохождения сырьевого потока (10) в противотоке со смешанным хладагентом, циркулирующим через теплообменник (12), с получением, по меньшей мере, частично сжиженного потока (20) углеводородов, имеющего температуру менее - 100°С;
(b) вытекания смешанного хладагента из теплообменника (12) в виде выходящего парожидкостного потока (80) хладагента;
(c) прохождения указанного выходящего парожидкостного потока (80) хладагента через первый сепаратор с получением потока (90) жидкого хладагента и потока (110) парообразного хладагента;
(d) рециркуляции потока (110) жидкого хладагента стадии (с) в теплообменник (12) стадии (а) через насос (94) без существенного теплообмена;
(e) сжатия потока (90) парообразного хладагента стадии (с) с получением сжатого потока (95) хладагента;
(f) охлаждения сжатого потока (95) хладагента с получением сжатого охлажденного потока (100), имеющего температуру ниже 0°С; и
(g) рециркуляции сжатого охлажденного потока (100) в теплообменник (12) стадии (а).1. A method of liquefying a hydrocarbon stream, such as a natural gas stream contained in a feed stream (10), comprising at least the steps of:
(a) passing the feed stream (10) in countercurrent with mixed refrigerant circulating through the heat exchanger (12), to obtain at least partially liquefied stream (20) of hydrocarbons having a temperature of less than -100 ° C;
(b) leakage of the mixed refrigerant from the heat exchanger (12) in the form of an outlet vapor-liquid stream (80) of refrigerant;
(c) passing said effluent vapor-liquid refrigerant stream (80) through a first separator to obtain a liquid refrigerant stream (90) and a vaporous refrigerant stream (110);
(d) recirculating the liquid refrigerant stream (110) of step (c) to the heat exchanger (12) of step (a) through a pump (94) without significant heat exchange;
(e) compressing the vapor refrigerant stream (90) of step (c) to produce a compressed refrigerant stream (95);
(f) cooling the compressed refrigerant stream (95) to produce a compressed cooled stream (100) having a temperature below 0 ° C; and
(g) recirculating the compressed cooled stream (100) to the heat exchanger (12) of step (a). 2. Способ по п.1, в котором теплообменник (12) представляет собой кожухотрубный теплообменник или спиральный теплообменник и предпочтительно является криогенным теплообменником.2. The method according to claim 1, wherein the heat exchanger (12) is a shell-and-tube heat exchanger or a spiral heat exchanger, and is preferably a cryogenic heat exchanger. 3. Способ по п.1, в котором теплообменник (12) полностью сжижает сырьевой поток (10).3. The method according to claim 1, in which the heat exchanger (12) completely liquefies the feed stream (10). 4. Способ по п.3, в котором сырьевым потоком является природный газ (10), а поток (20) сжиженных углеводородов представляет собой сжиженный природный газ.4. The method according to claim 3, in which the feed stream is natural gas (10), and the stream (20) of liquefied hydrocarbons is liquefied natural gas. 5. Способ по п.1, в котором температура потока (110) жидкого хладагента находится в интервале от -30°С до -50°С.5. The method according to claim 1, in which the temperature of the stream (110) of liquid refrigerant is in the range from -30 ° C to -50 ° C. 6. Способ по п.1, в котором разность температур потока (110) жидкого хладагента и охлажденного сжатого потока (100) составляет менее 10°С, предпочтительно менее 5°С или менее 3°С.6. The method according to claim 1, wherein the temperature difference between the liquid refrigerant stream (110) and the cooled compressed stream (100) is less than 10 ° C, preferably less than 5 ° C or less than 3 ° C. 7. Способ по одному или более из пп.1-6, в котором охлажденный сжатый поток (100) перед рециркуляцией в теплообменник (12) разделяют с получением входящего потока (30) парообразного хладагента и входящего потока (40) жидкого хладагента.7. The method according to one or more of claims 1 to 6, in which the cooled compressed stream (100) is separated before recirculation to the heat exchanger (12) to obtain an inlet stream (30) of vaporous refrigerant and an inlet stream (40) of liquid refrigerant. 8. Способ по п.7, в котором входящий поток (40) жидкого хладагента объединяют с потоком (110) жидкого хладагента стадии (с).8. The method according to claim 7, in which the inlet stream (40) of the liquid refrigerant is combined with the stream (110) of the liquid refrigerant of step (c). 9. Способ по п.8, в котором разность температур потока (110) жидкого хладагента и входящего потока (40) жидкого хладагента составляет менее 10°С, предпочтительно менее 5°С или менее 3°С.9. The method according to claim 8, in which the temperature difference between the liquid refrigerant stream (110) and the liquid refrigerant inlet stream (40) is less than 10 ° C, preferably less than 5 ° C or less than 3 ° C. 10. Устройство для сжижения потока углеводородов, например природного газа, содержащегося в сырьевом потоке (10), содержащее теплообменник (12) для сжижения потока углеводородов в противотоке с потоком смешанного хладагента, причем теплообменник (12) имеет вход (52) для потока (10) исходного сырья, выход (54) для, по меньшей мере, частично сжиженного потока (20), один или более входов (64, 66) для смешанного хладагента, и выход (62) для смешанного хладагента, предназначенный для выходящего парожидкостного потока (80) хладагента;
первый сепаратор (18) для разделения вытекающего парожидкостного потока (80) хладагента на пар и жидкость, при этом первый сепаратор (18) имеет первый выход (82) для обеспечения потока (90) парообразного хладагента и второй выход (84) для обеспечения потока (110) жидкого хладагента;
вход (64) для хладагента в теплообменнике (12), служащий для ввода в теплообменник (12) потока (110) жидкого хладагента;
насос (94) для направления потока (110) жидкого хладагента в теплообменник (12);
компрессор (22) для сжатия потока (90) парообразного хладагента с получением потока (95) сжатого хладагента;
один или более охладителей (24, 25), используемых для охлаждения потока (95) сжатого хладагента с целью получения охлажденного сжатого потока (100), имеющего температуру ниже 0°С; и
канал для рециркуляции охлажденного сжатого потока (100) в теплообменник (12).10. A device for liquefying a hydrocarbon stream, for example natural gas contained in a feed stream (10), comprising a heat exchanger (12) for liquefying a hydrocarbon stream in countercurrent flow with a mixed refrigerant stream, the heat exchanger (12) having an inlet (52) for the stream (10) ) the feedstock, an outlet (54) for at least a partially liquefied stream (20), one or more inlets (64, 66) for mixed refrigerant, and an outlet (62) for mixed refrigerant, intended for the outgoing vapor-liquid stream (80) ) refrigerant;
a first separator (18) for separating the effluent vapor-liquid refrigerant stream (80) into steam and liquid, wherein the first separator (18) has a first outlet (82) to provide a vapor (refrigerant) stream (90) and a second outlet (84) to provide a stream ( 110) liquid refrigerant;
the inlet (64) for the refrigerant in the heat exchanger (12), which serves to enter the liquid refrigerant stream (110) into the heat exchanger (12);
a pump (94) for directing a stream (110) of liquid refrigerant to a heat exchanger (12);
a compressor (22) for compressing the vapor (refrigerant) stream (90) to produce a compressed refrigerant stream (95);
one or more coolers (24, 25) used to cool the compressed refrigerant stream (95) to produce a cooled compressed stream (100) having a temperature below 0 ° C; and
a channel for recirculating the cooled compressed stream (100) to the heat exchanger (12). 11. Устройство по п.10, дополнительно содержащее второй сепаратор (26) для разделения охлажденного сжатого потока (100) на входящий поток (30) парообразного хладагента и входящий поток (40) жидкого хладагента.11. The device according to claim 10, further comprising a second separator (26) for separating the cooled compressed stream (100) into the inlet stream (30) of vaporous refrigerant and the inlet stream (40) of liquid refrigerant. 12. Устройство по п.11, дополнительно содержащее средство (28) объединения входящего потока (40) жидкого хладагента и потока (110) жидкого хладагента перед их рециркуляцией в теплообменник (12).12. The device according to claim 11, further comprising means (28) for combining the inlet stream (40) of the liquid refrigerant and the stream (110) of the liquid refrigerant before they are recycled to the heat exchanger (12). 13. Устройство по п.11 или 12, в котором теплообменник (12) включает первую трубу (130) для хладагента, предназначенную для потока (30) парообразного хладагента, и вторую трубу (140) для хладагента, предназначенную для входящего потока (40) жидкого хладагента и потока (110) жидкого хладагента. 13. The device according to claim 11 or 12, in which the heat exchanger (12) includes a first pipe (130) for the refrigerant, intended for the flow (30) of vaporous refrigerant, and a second pipe (140) for the refrigerant, intended for the incoming stream (40) liquid refrigerant; and a liquid refrigerant stream (110).
RU2009105108/06A 2006-07-14 2007-07-12 Procedure for liquefaction of hydrocarbon flow and device for its realisation RU2432534C2 (en)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP06117230.0 2006-07-14
EP06117230 2006-07-14
EP06118728.2 2006-08-10
EP06118728 2006-08-10

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2009105108A RU2009105108A (en) 2010-08-27
RU2432534C2 true RU2432534C2 (en) 2011-10-27

Family

ID=38923585

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2009105108/06A RU2432534C2 (en) 2006-07-14 2007-07-12 Procedure for liquefaction of hydrocarbon flow and device for its realisation

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20090241593A1 (en)
EP (1) EP2041507A2 (en)
JP (1) JP2009543894A (en)
AU (1) AU2007274267B2 (en)
RU (1) RU2432534C2 (en)
WO (1) WO2008006867A2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2734933C2 (en) * 2016-10-07 2020-10-26 Эр Продактс Энд Кемикалз, Инк. Cooling system and method with mixed coolant with several pressure levels

Families Citing this family (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102006039661A1 (en) * 2006-08-24 2008-03-20 Linde Ag Process for liquefying a hydrocarbon-rich stream
ITMI20091768A1 (en) * 2009-10-15 2011-04-16 Ecoproject Sas Di Luigi Gazzi E C PROCESS FOR LNG PLANTS ALSO WITH LARGE CAPACITY ASKING FOR LOW VOLUMETRIC REACHES TO REFRIGERATING COMPRESSORS
US9441877B2 (en) * 2010-03-17 2016-09-13 Chart Inc. Integrated pre-cooled mixed refrigerant system and method
CN102492505B (en) * 2011-12-01 2014-04-09 中国石油大学(北京) Two-section type single loop mixed refrigerant natural gas liquefaction process and device
FR2993643B1 (en) * 2012-07-17 2014-08-22 Saipem Sa NATURAL GAS LIQUEFACTION PROCESS WITH PHASE CHANGE
US11408673B2 (en) 2013-03-15 2022-08-09 Chart Energy & Chemicals, Inc. Mixed refrigerant system and method
KR102312640B1 (en) * 2013-03-15 2021-10-13 차트 에너지 앤드 케미칼즈 인코포레이티드 Mixed refrigerant system and method
US11428463B2 (en) 2013-03-15 2022-08-30 Chart Energy & Chemicals, Inc. Mixed refrigerant system and method
EP2789957A1 (en) 2013-04-11 2014-10-15 Shell Internationale Research Maatschappij B.V. Method of liquefying a contaminated hydrocarbon-containing gas stream
AR105277A1 (en) 2015-07-08 2017-09-20 Chart Energy & Chemicals Inc MIXED REFRIGERATION SYSTEM AND METHOD
CA3006860A1 (en) 2015-12-03 2017-06-08 Shell Internationale Research Maatschappij B.V. Method of liquefying a co2 contaminated hydrocarbon-containing gas stream
WO2017177317A1 (en) 2016-04-11 2017-10-19 Geoff Rowe A system and method for liquefying production gas from a gas source
US10359228B2 (en) * 2016-05-20 2019-07-23 Air Products And Chemicals, Inc. Liquefaction method and system
US10323880B2 (en) * 2016-09-27 2019-06-18 Air Products And Chemicals, Inc. Mixed refrigerant cooling process and system
SG11202100389RA (en) * 2018-08-14 2021-02-25 Exxonmobil Upstream Res Co Conserving mixed refrigerant in natural gas liquefaction facilities
CN111397306A (en) * 2020-04-29 2020-07-10 中科瑞奥能源科技股份有限公司 Ethylene liquefaction device and process

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3763658A (en) * 1970-01-12 1973-10-09 Air Prod & Chem Combined cascade and multicomponent refrigeration system and method
FR2123095B1 (en) * 1970-12-21 1974-02-15 Air Liquide
US3721009A (en) * 1971-04-05 1973-03-20 S Lucich Chalk line holder
DE2206620B2 (en) * 1972-02-11 1981-04-02 Linde Ag, 6200 Wiesbaden Plant for liquefying natural gas
DE2438443C2 (en) * 1974-08-09 1984-01-26 Linde Ag, 6200 Wiesbaden Process for liquefying natural gas
US4180123A (en) * 1977-02-14 1979-12-25 Phillips Petroleum Company Mixed-component refrigeration in shell-tube exchanger
FR2471566B1 (en) * 1979-12-12 1986-09-05 Technip Cie METHOD AND SYSTEM FOR LIQUEFACTION OF A LOW-BOILING GAS
FR2471567B1 (en) * 1979-12-12 1986-11-28 Technip Cie METHOD AND SYSTEM FOR COOLING A LOW TEMPERATURE COOLING FLUID
FR2725503B1 (en) * 1994-10-05 1996-12-27 Inst Francais Du Petrole NATURAL GAS LIQUEFACTION PROCESS AND INSTALLATION
MY117548A (en) * 1998-12-18 2004-07-31 Exxon Production Research Co Dual multi-component refrigeration cycles for liquefaction of natural gas
DE19937623B4 (en) * 1999-08-10 2009-08-27 Linde Ag Process for liquefying a hydrocarbon-rich stream
US6347531B1 (en) * 1999-10-12 2002-02-19 Air Products And Chemicals, Inc. Single mixed refrigerant gas liquefaction process
US6308531B1 (en) * 1999-10-12 2001-10-30 Air Products And Chemicals, Inc. Hybrid cycle for the production of liquefied natural gas
MY128820A (en) * 2000-04-25 2007-02-28 Shell Int Research Controlling the production of a liquefied natural gas product stream
US6751985B2 (en) * 2002-03-20 2004-06-22 Exxonmobil Upstream Research Company Process for producing a pressurized liquefied gas product by cooling and expansion of a gas stream in the supercritical state
BRPI0511785B8 (en) * 2004-06-23 2018-04-24 Exxonmobil Upstream Res Co methods for liquefying a natural gas stream
DE102005038266A1 (en) * 2005-08-12 2007-02-15 Linde Ag Process for liquefying a hydrocarbon-rich stream

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2734933C2 (en) * 2016-10-07 2020-10-26 Эр Продактс Энд Кемикалз, Инк. Cooling system and method with mixed coolant with several pressure levels

Also Published As

Publication number Publication date
WO2008006867A2 (en) 2008-01-17
WO2008006867A3 (en) 2008-10-30
RU2009105108A (en) 2010-08-27
AU2007274267A1 (en) 2008-01-17
JP2009543894A (en) 2009-12-10
US20090241593A1 (en) 2009-10-01
AU2007274267B2 (en) 2010-09-09
EP2041507A2 (en) 2009-04-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2432534C2 (en) Procedure for liquefaction of hydrocarbon flow and device for its realisation
US6898949B2 (en) Method for refrigerating liquefied gas and installation therefor
RU2702829C2 (en) Method of natural gas flow liquefaction and nitrogen removal therefrom and device (embodiments) for implementation thereof
RU2121637C1 (en) Method and device for cooling fluid medium in liquefying natural gas
CN1969161B (en) Semi-closed loop process
SU1355138A3 (en) Gas liquefying method
RU2395765C2 (en) Plant and device for liquefaction of natural gas
RU2467268C2 (en) Hydrocarbon flow cooling method and device
RU2452908C2 (en) Method of and device for generation of cooled hydrocarbon flow
AU2007286291B2 (en) Method and apparatus for cooling a hydrocarbon stream
RU2443952C2 (en) Method and device for liquefaction of hydrocarbons flow
US5943881A (en) Cooling process and installation, in particular for the liquefaction of natural gas
RU2434190C2 (en) Procedure for liquefaction of hydrocarbon flow and device for its realisation
EA007310B1 (en) Process and apparatus for liquefying natural gas
US20120204598A1 (en) Integrated waste heat recovery in liquefied natural gas facility
US11662141B2 (en) Solvent injection and recovery in a LNG plant
RU2463535C2 (en) Method for liquefaction of hydrocarbon flows and device for its realisation
US11815308B2 (en) Pretreatment and pre-cooling of natural gas by high pressure compression and expansion
RU2509967C2 (en) Liquefaction method of natural gas with preliminary cooling of cooling mixture
EP0990108B1 (en) Two staged refrigeration cycle using a multiconstituant refrigerant
KR101787335B1 (en) Method of treating a hydrocarbon stream comprising methane, and an apparatus therefor
KR20110121134A (en) Method and apparatus for liquefying natural gas
RU2488759C2 (en) Method and device for cooling and separation of hydrocarbon flow
KR20120005158A (en) Method and apparatus for liquefying natural gas
US11806639B2 (en) Pretreatment and pre-cooling of natural gas by high pressure compression and expansion