TW202115355A - 混合制冷系统和方法 - Google Patents

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Abstract

一種使用混合製冷劑冷卻氣體的系統和方法，包括壓縮機系統和熱交換系統，其中該壓縮機系統可包括沒有液體出口的級間分離裝置或者罐，與泵流體連通的液體出口，該泵將液體向前泵送至高壓分離裝置或者液體出口，液體經由該液體出口流至熱交換器，以進行低溫冷卻。在最後的情況下，低溫冷卻的液體膨脹並與膨脹的冷溫度流束結合，該膨脹的冷溫度流束是來自冷蒸汽分離裝置的蒸汽側地冷卻和膨脹的流束和來自高壓分離裝置和冷蒸汽分離裝置的液體側的低溫冷卻和膨脹流束，或者在混合和膨脹之後與由來自高壓分離裝置和冷蒸汽分離裝置的液體側的低溫冷卻流束所形成的流束結合，以形成主製冷流束。

Description

混合制冷系统和方法
本申請要求申請日為2015年7月8日的美國臨時申請No. 62/190,069的優先權，在此通過引用結合其內容。
本發明總體涉及用於對氣體進行冷卻或液化的系統和方法，更具體地涉及用於對氣體進行冷卻或液化的混合製冷劑系統和方法。
天然氣和其它氣體被液化以用於存儲和運輸。液化減小了氣體的體積且通常通過在一個或多個製冷循環中的非直接熱交換而冷卻氣體來進行。由於設備的複雜性以及循環的性能效率，所以該製冷循環是昂貴的。因此，存在著一種需要，用於氣體冷卻和/或液化系統，其降低設備成本，更簡單，更有效，且操作成本更低。
主要是甲烷的液化天然氣通常需要將氣體流束冷卻至大約-160℃至-170℃，且接著降低壓力至大致大氣壓力。用於液化甲烷氣體的常規的溫度-焓曲線具有沿著S形曲線的三個區域。隨著氣體冷卻，在約-75℃以上的溫度，氣體被減溫（de-superheating）；且在約-90℃以下的溫度，液體被低溫冷卻。在這些溫度之間，觀察到較平坦的區域，其中氣體被冷凝為液體。
制冷處理提供對液化天然氣的必要冷卻，且這些處理中最有效的具有非常接近天然氣的冷卻曲線的加熱曲線，理想地為在整個溫度範圍上在幾度以內。然而，由於冷卻曲線的特徵為S形輪廓和大的溫度範圍，這樣的制冷處理是難以設計的。純組分的製冷劑處理，由於其平坦的蒸發曲線，最佳地在兩相區域工作。另一方面，多組分的製冷劑處理，具有傾斜的蒸發曲線且更適合用於減溫和低溫冷卻區域。兩種處理以及這兩種處理的結合已經被開發用於對天然氣進行液化。
級聯式、多級、純組分製冷循環被初始地用於製冷劑，例如丙烯、乙烯、甲烷和氮。通過足夠的級，這樣的循環可產生接近圖1所示的冷卻曲線的淨加熱曲線。然而，隨著級的數量增加，需要附加的壓縮機組，其不理想地增加了機械複雜性。此外，由於純組分的製冷劑在恒定的溫度下蒸發而不是隨著天然氣冷卻曲線，並且製冷閥不可逆地將液體閃蒸為蒸汽，所以該處理為熱力學效率低下的。由於這些原因，混合製冷劑處理被廣泛應用以降低資本成本和能量消耗，並且提高可操作性。
Manley的美國專利No. 5,746,066描述了用於乙烯回收的級聯式、多級、混合製冷劑處理，其消除了級聯式多級純組分處理的熱力學效率低下的情況。這是由於製冷劑在沿著氣體冷卻曲線的升高溫度時蒸發，且液體製冷劑在閃蒸（flash）之前被低溫冷卻，從而減少了熱力學不可逆性。機械複雜性也一定程度上減輕，這是由於與純製冷劑處理相比需要的製冷劑循環更少。例如參見以下美國專利：Newton的4,525,185；Liu等的4,545,795；Paradowski等的4,689,063；和Fischer等的6,041,619；以及以下美國專利申請公開：Stone等的2007/0227185和Hulsey等的2007/0283718。
Manley的美國專利No. 5,746,066描述了用於乙烯回收的級聯式、多級、混合製冷劑處理，其消除了級聯式多級純組分處理的熱力學效率低下的情況。這是由於製冷劑在沿著氣體冷卻曲線的升高溫度時蒸發，且液體製冷劑在閃蒸（flash）之前被低溫冷卻，從而減少了熱力學不可逆性。機械複雜性也一定程度上減輕，這是由於與純製冷劑處理相比需要的製冷劑循環更少。例如參見以下美國專利：Newton的4,525,185；Liu等的4,545,795；Paradowski等的4,689,063；和Fischer等的6,041,619；以及以下美國專利申請公開：Stone等的2007/0227185和Hulsey等的2007/0283718。
已經開發了單個混合製冷劑處理，其僅需要一個壓縮機用於製冷且進一步降低了機械複雜性。參見Swenson的美國專利No. 4,033,735。然而，由於兩個主要的原因，該處理消耗比如上所述的級聯式、多級、混合製冷劑處理更多的能量。
首先，如果不是不可能，那麼則是難以找到淨加熱曲線緊密接近常規天然氣冷卻曲線的單個混合製冷劑組成。該製冷劑需要較高和低的沸點範圍的成分，其沸點溫度由相平衡而熱力學地限制。更高沸點的組分被進一步地限制，從而避免其在低的溫度被凍結。不期望的結果是在冷卻處理的幾個點處不必要地發生較大的溫差，其在能量消耗方面是低效的。
其次，在單混合製冷劑處理中，即便較高沸點的組分僅在處理的較暖端提供製冷，然而所有的製冷劑組分都被帶至最低的溫度。所不期望的結果是能量必須被消耗以冷卻和再加熱在低溫下“惰性”的那些組分。這與級聯式、多級、純組分制冷處理或者級聯式、多級、混合製冷劑處理不同。
為了減輕該第二種的低效率，且還解決第一種的問題，開發了多種方案，其將較重的餾分（fraction）從單混合製冷劑分離，在製冷的較高溫度水平使用較重的餾分，且接著將較重餾分與較輕餾分再結合用於後繼的壓縮。參見以下美國專利：Podbielniak的2,041,725；Perret的3,364,685；Sarsten的4,057,972；Garrier等的4,274,849；Fan等的4,901,533；Ueno等的5,644,931；Ueno等的5,813,250；Arman等的6,065,305；Roberts等的6,347,531；以及Schmidt的美國專利申請公開No. 2009/0205366。通過仔細的設計，即使沒有處於平衡的流束的再結合是熱力學低效的，這些處理可提高能量效率。這是由於輕的和重的餾分在高壓下分離且接著在低壓下再結合，從而其可在單個壓縮機中壓縮在一起。總而言之，當流束平衡地分離，分開地處理，且接著在不平衡的情況下再結合時，發生熱動力損失，其最終增加了能量消耗。因此，該分離的次數應該最小化。所有的這些處理在制冷處理的多個位置處使用簡單的蒸汽/液體平衡，以將較重餾分從較輕餾分分離。
然而，簡單的一級蒸汽/液體平衡分離沒有如使用具有逆流的多個平衡級一樣濃縮所述餾分。更多的濃縮（concentration）允許更精確地隔離組分，該組分在一特定溫度範圍內提供製冷。這提高了沿著常規氣體冷卻曲線的處理能力。Gauthier的美國專利No. 4,586,942和Stockmann等的美國專利No. 6,334,334（該後者由Linde作為LIMUM®3 process而銷售）描述了分餾法怎樣用於上述環境壓縮機組中，以進一步將用於在不同的溫度區域製冷的分離的餾分濃縮，且因此提高整體處理熱動力效率。濃縮餾分以及減小其蒸發的溫度區域的第二個原因是保證其在離開處理的製冷部分時完全蒸發。這完全使用了製冷劑的潛熱，且排除了夾帶液體進入下游壓縮機。由於相同的原因，作為處理的一部分，重餾分液體通常被再注射進入製冷劑的較輕餾分。重餾分的分餾法在再注射時減少了閃蒸，且改進了兩相流體的機械分佈。
如Stone等的美國專利申請No. 2007/0227185所示，已知從處理的製冷部分移除部分地蒸發的製冷流束。Stone等為了機械（而不是熱動力學）的原因進行該處理，且是在需要兩種分離的混合製冷劑的級聯式、多級、混合製冷劑處理的情況下。該部分地蒸發製冷流束通過在壓縮之前與預先分離的蒸發餾分再結合而完全蒸發。
已知多流束、混合製冷劑系統，其中已發現如果重餾分在離開主熱交換器時沒有完全蒸發，則重餾分的簡單的平衡分離顯著地提高了混合製冷劑處理效率。參見例如Gushanas等的美國專利申請公開No. 2011/0226008。液體製冷劑，如果在壓縮機抽吸處出現，則必須在之前被分離且有時被泵壓至較高壓力。當液體製冷劑與製冷劑的蒸發的較輕餾分混合時，壓縮機抽吸氣體被冷卻，其進一步減少了所需的能量。製冷劑的較重組分被保持在熱交換器的冷端以外，這降低了製冷劑冷凍的可能性。此外，在中間階段的重餾分的平衡分離減少了在第二或更高級壓縮機上的載荷，這提高了處理效率。在獨立的預冷卻製冷循環中使用重餾分可導致在熱交換器的暖端的加熱/冷卻曲線的接近閉合，這得到更有效的製冷。
“冷蒸汽”分離用於將高壓蒸汽分餾為液體和蒸汽流束。例如參見Stockmann等的美國專利No. 6,334,334（如上述）；“state of the Art LNG Technology in China”，Lange，M., 5th Asia LNG Summit, 2010年10月14日；“Cryogenic Mixed Refrigerant Processes”，International Cryogenics Monograph Series, Venkatarathnam，G.，Springer，pp 199-205；和“Efficiency of Mid Scale LNG Processes Under Different Operating Conditions”，Bauer, H., Linde Engineering。在另外的處理中，由Air Products銷售的AP-SMRTM LNG處理，“溫暖的”、混合製冷劑蒸汽被分離為冷的混合製冷劑液體和蒸汽流束。例如參見“Innovations in Natural Gas Liquefaction Technology for Future LNG Plants and Floating LNG Facilities”，International Gas Union Research Conference 2011, Bukowski, J.等。在這些處理中，這些由此分離的冷的液體其本身被用作中溫製冷劑，且在結合共同返回流束之前保持與這樣分離的冷的蒸汽分離。該冷的液體和蒸汽流束與返回的製冷劑的剩餘部分通過級聯而重結合且共同從熱交換器的底部排出。
在如上所述的蒸汽分離系統中，用於在冷蒸汽分離器中部分冷凝該液體的該暖溫度製冷通過來自高壓積蓄器的液體所產生。這要求高壓且低於理想溫度，在操作中該二者不理想地消耗更多的能量。
在Costain Oil的GB Pat. No. 2,326,464描述了另一種處理，其使用冷蒸汽分離，雖然在多級、混合製冷劑系統中。在該系統中，來自分離的回流熱交換器的蒸汽被部分地冷凝，且分離為液體和蒸汽流束。該這樣分離的液體和蒸汽流束在再結合至低壓返回流束之前被冷卻和單獨地閃蒸。接著，在排出主熱交換器之前，低壓返回流束與來自前述回流熱交換器的低溫冷卻和閃蒸液體結合，且接著進一步與在壓縮機級之間的分離罐組所提供的低溫冷卻和閃蒸液體結合。在該系統中，“冷蒸汽”分離液體和來自上述回流熱交換器的液體沒有在結合低壓返回流束之前結合。即，其在獨立地結合至低壓返回流束之前保持分離。
能量消耗可通過將從高壓積蓄器獲得液體與冷蒸汽分離液體在結合至返回流束之前混合而顯著地減少。
需要提供一種用於冷卻或液化氣體的混合氣體系統和方法，其解決上述問題中的至少一些並提高效率。
本發明的幾個方面可單獨地或者共同地在以下所說明和所要求的方法、裝置和系統中實現。這些方面可單獨地或者與這裡所述的本發明的其他方面結合，且這些方面的說明一起不意圖排除單獨地使用這些方面，或者單獨地要求這些方面，或者以所附權利要求所提出的不同組合使用或者要求。
在一個方面，提供了用於以混合的製冷劑冷卻氣體的系統，且該系統包括主熱交換器，其具有暖端和冷端，在該暖端和該冷端之間延伸有進給流束冷卻通道，該進給流束冷卻通道被配置成在所述暖端接收進給流束且將冷卻的產品流束從所述冷端輸出。所述主熱交換器還包括高壓蒸汽冷卻通道，高壓液體冷卻通道，冷分離器蒸汽冷卻通道，冷分離器液體冷卻通道和製冷通道。
所述系統還包括混合製冷劑壓縮機系統，其包括壓縮機第一段，該壓縮機第一段具有與製冷通道的出口流體連通的入口以及出口。第一段冷卻器，其具有與所述壓縮機第一段的出口流體連通的入口以及出口。級間分離裝置，其具有與所述第一段冷卻器的出口流體連通的入口以及液體出口和蒸汽出口。壓縮機第二段，其具有與所述級間分離裝置的蒸汽出口流體連通的入口以及出口。第二段冷卻器，其具有與所述壓縮機第二段的出口流體連通的入口以及出口。高壓分離裝置，其具有與所述第二段冷卻器的出口流體連通的入口以及液體出口和蒸汽出口。
所述熱交換器的高壓蒸汽冷卻通道具有與所述高壓分離裝置的蒸汽出口流體連通的入口，且冷蒸汽分離器具有與高壓蒸汽冷卻通道的出口流體連通的入口，其中所述冷蒸汽分離器具有液體出口和蒸汽出口。所述熱交換器的所述冷分離器液體冷卻通道具有與所述冷蒸汽分離器的液體出口流體連通的入口，以及與所述製冷通道流體連通的出口。所述熱交換器的所述低壓液體冷卻通道具有與所述級間分離裝置的液體出口流體連通的入口。第一膨脹裝置具有與所述低壓液體冷卻通道的出口連通的入口以及與所述製冷通道流體連通的出口。所述熱交換器的所述高壓液體冷卻通道具有與所述高壓分離裝置的液體出口流體連通的入口以及與所述製冷通道流體連通的出口。所述熱交換器的所述冷分離器蒸汽冷卻通道具有與所述冷蒸汽分離器的蒸汽出口流體連通的入口。第二膨脹裝置具有與所述冷分離器蒸汽冷卻通道的出口流體連通的入口以及與所述製冷通道的入口流體連通的出口。
在另一個方面，一種用於以混合製冷劑冷卻氣體的系統包括主熱交換器，其包括暖端和冷端，在該暖端和該冷端之間延伸有進給流束冷卻通道。該進給流束冷卻通道被配置成在所述暖端接收進給流束且將冷卻的產品流束從所述冷端輸出。所述主熱交換器還包括高壓蒸汽冷卻通道，高壓液體冷卻通道，冷分離器蒸汽冷卻通道，冷分離器液體冷卻通道和製冷通道。
所述系統還包括混合製冷劑壓縮機系統，其包括壓縮機第一段，該壓縮機第一段具有與製冷通道的出口流體連通的入口以及出口。第一段冷卻器，其具有與所述壓縮機第一段的出口流體連通的入口以及出口。級間分離裝置，其具有與所述第一段冷卻器的出口流體連通的入口以及蒸汽出口。壓縮機第二段，其具有與所述級間分離裝置的蒸汽出口流體連通的入口以及出口。第二段冷卻器，其具有與所述壓縮機第二段的出口流體連通的入口以及出口。高壓分離裝置，其具有與所述第二段冷卻器的出口流體連通的入口以及液體出口和蒸汽出口。
所述熱交換器的高壓蒸汽冷卻通道具有與所述高壓分離裝置的蒸汽出口流體連通的入口。冷蒸汽分離器具有與高壓蒸汽冷卻通道的出口流體連通的入口，所述冷蒸汽分離器具有液體出口和蒸汽出口。所述熱交換器的所述冷分離器液體冷卻通道具有與所述冷蒸汽分離器的液體出口流體連通的入口，以及與所述製冷通道流體連通的出口。所述熱交換器的所述高壓液體冷卻通道具有與所述高壓分離裝置的液體出口流體連通的入口以及與所述製冷通道流體連通的出口。所述熱交換器的所述冷分離器蒸汽冷卻通道具有與所述冷蒸汽分離器的蒸汽出口流體連通的入口。膨脹裝置，其具有與所述冷分離器蒸汽冷卻通道的出口流體連通的入口以及與所述製冷通道的入口流體連通的出口。
在另一個方面，提供了一種用於將混合製冷劑提供至熱交換器以冷卻氣體的壓縮機系統，其包括壓縮機第一段，其具有被配置成從所述熱交換器接收混合製冷劑的抽吸入口和出口。第一段冷卻器具有與所述壓縮機第一段的出口流體連通的入口以及出口。級間分離裝置具有與所述第一段後冷卻器的出口流體連通的入口以及蒸汽出口。壓縮機第二段具有與所述級間分離裝置的蒸汽出口流體連通的抽吸入口以及出口。第二段冷卻器具有與所述壓縮機第二段的出口流體連通的入口以及出口。高壓分離裝置具有與所述第二段冷卻器的出口流體連通的入口以及蒸汽出口和液體出口，所述蒸汽出口被配置成將高壓混合製冷劑蒸汽流束提供至所述熱交換器，且所述液體出口被配置成將高壓混合製冷劑液體流束提供至所述熱交換器。高壓再循環膨脹裝置，其具有與所述高壓分離裝置流體連通的入口以及與所述級間分離裝置流體連通的出口。
在仍另一個方面，一種使用混合製冷劑在具有暖端和冷端的熱交換器中冷卻氣體的方法，包括以下步驟：使用第一和最後的壓縮和冷卻循環來壓縮和冷卻混合製冷劑；在所述第一和最後的壓縮和冷卻循環之後將混合製冷劑分離，從而形成高壓液體流束和高壓蒸汽流束；使用所述熱交換器和冷分離器冷卻和分離所述高壓蒸汽流束，從而形成冷分離器蒸汽流束和冷分離器液體流束；冷卻和膨脹所述冷分離器蒸汽流束，從而形成膨脹的冷溫度流束；冷卻所述冷分離器液體流束，從而形成低溫冷卻冷分離器流束；在所述第一和最後壓縮和冷卻循環之間平衡和分離所述混合製冷劑，從而形成低壓液體流束；冷卻和膨脹所述低壓液體流束，從而形成膨脹的低壓流束；低溫冷卻所述高壓液體流束，從而形成低溫冷卻的高壓流束。膨脹所述低溫冷卻的冷分離器流束和所述低溫冷卻的高壓流束以形成膨脹的冷分離器流束和膨脹高壓流束，或者將所述低溫冷卻的冷分離器流束和所述低溫冷卻的高壓流束混合並且接著膨脹以形成中溫流束。該膨脹的流束或者中溫流束與所述膨脹的低壓流束和所述膨脹的冷溫度流束結合，以形成主製冷流束。將所述氣體的流束通過所述熱交換器，與所述主製冷流束逆流熱交換，從而所述氣體被冷卻。
應理解，儘管在下文中對天然氣液化或生產液態天然氣的實施方式進行了說明，然而本發明還可用於液化或冷卻其他類型的流體。
這裡應注意，在以下實施方式中所說明的通道和流束有時都是由附圖中的相同的附圖標記表示。此外，如這裡所使用的，如本領域已知的，熱交換器是裝置或者裝置中的一區域，其中在不同的溫度在兩個或者更多流束之間發生非直接熱交換，或者在流束與環境之間發生非直接熱交換。如這裡所使用的，術語“連通”等大體指流體連通，除非另外地說明。雖然連通的兩種流體可通過混合而交換熱量，然而該交換不應看作與熱交換器中的熱交換相同，儘管該交換可在熱交換器中發生。熱交換系統可包括以下項目，儘管其沒有具體地說明然而在本技術領域內已知為熱交換器的一部分或與其相關，例如膨脹裝置，閃蒸閥等。如這裡所使用的，術語“降低壓力”不包括相變，而術語“閃蒸”包括相變，甚至包括部分相變。如這裡所使用的，術語“高”、“中”、“暖”等關於可比較的流，如本領域慣常的以及由申請日為2010年3月17日的美國專利申請No.12/726,142，和申請日為2014年3月18日的美國專利申請No.14/218,949所公開，在此通過引用結合其內容。在此還通過引用結合2001年12月25日授權的美國專利No.6,333,445的內容。
圖1中示出了混合製冷劑系統和方法的第一實施方式。該系統包括混合製冷劑（MR）壓縮機系統，大體以50指示，以及熱交換系統，大體以70指示。
熱交換系統包括大體以100指示的多流束熱交換器，其具有暖端101和冷端102。該熱交換器接收高壓天然氣進給流束5，該高壓天然氣進給流束5在進給流束冷卻通道103中液化，該進給流束冷卻通道103由進給流束冷卻通道105和處理後進給流束冷卻通道120構成，通過經由與熱交換器中的製冷流束的熱交換而移除熱量。因此，產生液態天然氣（LNG）產品的流束20。熱交換器的多流束設計允許將幾個流束方便的和能量有效地集成至單個熱交換器。可從德克薩斯（Texas）的伍德蘭市（The Woodlands）的Chart Energy & Chemicals, Inc.購買合適的熱交換器。從Chart Energy & Chemicals, Inc.獲得的板和散熱片多流束熱交換器提供實體上緊湊的進一步的優點。
如以下更詳細地說明，圖1的包括熱交換器100的系統，可被配置成執行本領域已知的其它氣體處理或者進給氣體處理選項125。這些處理選項可要求氣體流束一次或多次地排出和再進入熱交換器（如圖1所示），且可包括例如天然氣液體回收，冷凍部分移除或者除氮。
熱量的移除是通過使用MR壓縮機系統50（以及這裡所述的其它MR壓縮機系統）處理和恢復的單混合製冷劑而在熱交換系統70（以及這裡所述的其它熱交換系統）的熱交換器100中實現的。僅作為示例，混合製冷劑可包括兩種或更多的C1-C5碳氫化合物以及可選的N2。此外，混合製冷劑可包括以下的兩種或更多種或者其組合：甲烷、乙烷、乙烯、丙烷、丙烯、異丁烷、正丁烷、異丁烯、丁烯、正戊烷、異戊烷、N2。不作為限制的更詳細的示例性製冷劑組合物（以及流束溫度和壓力）在申請日為2014年3月18日的美國專利申請No. 14/218,949中公開。
熱交換系統70包括冷蒸汽分離器200，中溫豎管300和低溫豎管400，它們從熱交換器100接收混合製冷劑以及將混合製冷劑返回至熱交換器100。
MR壓縮機系統包括抽吸罐（suction drum）600，多級壓縮機700，級間分離裝置或者罐800，以及高壓分離裝置900。儘管裝置200、300、400、600、800和900示出為累積（accumulation）或分離罐，然而可使用替代的分離裝置，包括但不限於另一種類型的容器、回旋分離器、蒸餾單元、聚結分離器或者網眼或葉片類型除霧器。
應理解，在使用在其入口處不需要抽吸罐的壓縮機的實施方式中可省略抽吸罐600。這種壓縮機的一個非限制性示例是螺杆式壓縮機。
現在將對MR壓縮機系統50和熱交換系統70的另外構件和功能進行說明。
壓縮機第一段701包括壓縮流體出口，用於將壓縮的抽吸罐MR蒸汽流束710提供至第一段冷卻器710C，從而冷卻的壓縮抽吸罐MR流束720被提供至級間分離裝置或罐800。流束720移動至級間分離裝置或罐800，且所產生的低壓MR蒸汽流束855被提供至壓縮機第二段702。壓縮機第二段702將壓縮高壓MR蒸汽流束730提供至第二段冷卻器730C。因此，至少部分冷凝的高壓MR流束740移動至高壓分離裝置900。
應注意，儘管壓縮機701和702被示出和描述為多級壓縮機的不同段，然而壓縮機701和702可以分別是單獨的壓縮機。
高壓分離裝置900將MR流束740平衡和分離為高壓MR蒸汽流束955以及高壓MR液體流束975，其優選為中沸點製冷劑液體流束。
在圖3中大體以52指示的MR壓縮機系統的可選實施方式中，在冷卻壓縮抽吸罐MR流束720進入級間罐800時被部分冷凝的情況下，提供可選的級間罐泵880P來將MR向前液體流束880泵送至高壓分離裝置900，從而來自泵880P的流束與流束740在分離裝置900中被組合和平衡。僅作為示例，從泵880P排出的流束可具有600 psig的壓力和100℉的溫度。
此外，MR壓縮機系統52可選地從高壓分離裝置900提供高壓MR再循環液體流束980至膨脹裝置980E，從而高壓MR再循環混合相流束990被提供至級間罐800，使得流束720和990被結合和平衡。從高壓分離裝置900至級間罐800的再循環液體在否則級間罐不會接收到充分的冷卻液體供應的情況下保持泵880P運轉，例如在存在溫暖環境溫度時（即，在熱的天氣）。打開裝置980E消除了對關閉泵880P直到收集到充足的液體的需要，且因此保持了流至高壓分離裝置900的製冷劑的恒定組成。僅作為示例，流束980可具有600 psig的壓力和100℉的溫度，而流束990可具有200 psig的壓力和60℉的溫度。
在圖4中大體以54指示的MR壓縮機系統的另一個可選實施方式中，混合相主MR流束610從圖1和3的熱交換器返回至抽吸分離裝置600。該抽吸分離裝置600具有液體出口，抽吸罐MR液體流束675經由該液體出口而從罐排出。流束675移動至抽吸罐泵675P，其產生移動至級間罐800的抽吸罐MR流束680。可選地，流束680可經由分支流束681流至壓縮抽吸罐MR蒸汽流束710。另外可選地，流束680可經由分支流束682流至冷卻的壓縮抽吸罐MR流束720。
如圖4進一步示出，且如本領域已知的，壓縮機容量或者喘振控制系統（surge control system）被設置為包括MR再循環蒸汽管線960，防喘振再循換閥960E，以及從防喘振再循換閥960E出口到抽吸分離裝置600延伸的管線970。在本領域已知的可選的壓縮機容量或者喘振控制裝置可用於替代圖4中所示的容量或者喘振控制系統。
在圖5中大體以56指示的MR壓縮機系統的簡化、可選實施方式中，且如之前的實施方式，抽吸分離裝置600包括入口，其用於從圖1的熱交換器的製冷通道接收蒸汽主MR流束610。抽吸罐MR蒸汽流束655從抽吸罐的出口提供至壓縮機第一段701。
壓縮機第一段701包括壓縮流體出口，其用於將壓縮抽吸罐MR蒸汽流束710提供至第一段冷卻器710C，從而冷卻的壓縮抽吸罐MR流束720被提供至級間罐800。流束720移動至級間罐800，且所產生的低壓MR蒸汽流束855被提供至壓縮機第二段702。壓縮機第二段702將壓縮的高壓MR蒸汽流束730提供至第二段冷卻器730C。因此，至少部分冷凝的高壓MR流束740移動至高壓分離裝置900。
高壓分離裝置900將MR流束740分為高壓MR蒸汽流束955和高壓MR液體流束975，其優選為中沸點製冷劑液體流束。
在圖6中大體以58指示的MR壓縮機系統的可選實施方式中，提供可選的級間罐泵880P，用於在當冷卻的壓縮抽吸罐MR流束720進入級間罐800時被部分冷凝的情況下，將MR向前液體流束880從級間罐800泵送至高壓分離裝置900。此外，MR壓縮機系統58可以可選地從高壓分離裝置900提供高壓MR再循環液體流束980至膨脹裝置980E，使得高壓MR再循環混合相流束990被提供至分離裝置罐800。
另外地，圖6的MR壓縮機系統58是與圖5的MR壓縮機系統54相同的。
圖1和3的熱交換系統70可用於如上所述的MR壓縮機系統（以及用於可選的MR壓縮機系統實施方式），現將參考圖7進行詳細的說明。如圖7中所示，且如之前所提到的，多流束熱交換器100接收進給流體流束（如高壓天然氣進給流束5），其在進給流束冷卻通道103中通過與熱交換器中的製冷流束的熱交換而去除熱量從而被冷卻和/或液化。
進給流束冷卻通道103包括預處理進給流束冷卻通道105和處理後進給流束冷卻通道120，該預處理進給流束冷卻通道105具有在熱交換器100的暖端的入口，且該處理後進給流束冷卻通道120具有在冷端的產品出口以讓產品20通過其排出。預處理進給流束冷卻通道105具有連接至進給流體出口10的出口，而處理後進給流束冷卻通道120具有與進給流體入口15連通的入口。進給流體出口和入口10和15提供用於外部進給處理（圖1和3中的125），例如天然氣液體回收，冷凍組分移除或除氮，等等。以下參考圖23-25列出外部進給處理系統的示例。
在圖8中大體以72指示的熱交換系統的可選的實施方式中，進給流束冷卻通道103通過熱交換器100的暖和冷端之間而沒有中斷。該實施方式可用於當外部進給處理系統沒有與熱交換器100熱集成時。
熱交換器包括在圖7中大體以170指示的製冷通道，其包括冷溫度製冷通道140，該冷溫度製冷通道140具有入口，用於在熱交換器的冷端接收冷溫度MR蒸汽流束455和冷溫度MR液體流束475。製冷通道170還包括主製冷通道160和中溫製冷劑入口150，該主製冷通道160在熱交換器的暖端具有製冷劑返回流束出口，蒸汽相製冷劑返回流束610通過該出口從熱交換器100排出，且中溫製冷劑入口150被配置成經由相應的通道接收中溫MR蒸汽流束355和中溫MR液體流束375。因此，如以下將更詳細地說明的，冷溫MR蒸汽和液體流束（455和475）以及中溫MR蒸汽和液體流束（355和375）在中溫製冷劑入口150處在熱交換器中結合。
中溫製冷劑流束和冷溫製冷劑流束的結合在熱交換器中形成中溫區或中溫區域，大體從其結合的位置及其下游在製冷劑流動的方向朝向主製冷通道出口。
蒸汽或混合相的主MR流束610從熱交換器100的主製冷通道160排出，並移動至圖1-6中任一圖的MR壓縮機系統。僅作為示例，在圖1-3，5和6的實施方式中，主MR流束610可以是蒸汽。隨著環境溫度比設計更冷，主MR流束610將為混合相（蒸汽和液體），且液體將聚積在抽吸罐600中（圖1-3，5和6）。在進程在低溫成為穩定狀態之後，主MR流束再次在露點都成為蒸汽。當天氣暖和時，在抽吸罐600中的液體將蒸發，且主MR流束將都成為蒸汽。因此，當環境溫度比設計更冷時，混合狀態的MR流束僅在瞬變工況（transient condition）發生。可選地，系統可被設計為用於混合相主MR流束610。
熱交換器100還包括高壓蒸汽冷卻通道195，其被配置成在暖端從圖1-6的任一個MR壓縮機系統接收高壓MR蒸汽流束955，並且冷卻高壓MR蒸汽流束以形成混合相冷分離器MR進給流束210。通道195還包括與冷蒸汽分離器200連通的出口。冷蒸汽分離器200將冷分離器進給流束210分為冷分離器MR蒸汽流束255和冷分離器MR液體流束275。
熱交換器100還包括冷分離器蒸汽冷卻通道127，其具有與冷蒸汽分離器200連通的入口，從而接收冷分離器MR蒸汽流束255。冷分離器MR蒸汽流束在通道127中冷卻，以形成冷凝冷溫度MR流束410，其利用膨脹裝置410E閃蒸，以形成被導向到冷溫度豎管400的膨脹冷溫度MR流束420。作為非限制的示例，膨脹裝置410E（且如這裡所公開的所有的“膨脹裝置”）可以是閥（例如焦耳湯普森閥門）、渦輪或者限制流速孔。
冷溫度豎管400將混合相流束420分為冷溫度MR蒸汽流束455和冷溫度MR液體流束475，其進入冷溫度製冷劑通道140的入口。該蒸汽和液體流束455和475優選地經由集管（header）進入冷溫度製冷劑通道140，該集管具有用於流束455和475的單獨入口。這提供了在所述集管內的更加均勻的液體和蒸汽的分佈。
冷分離器MR液體流束275在冷分離器液體冷卻通道125中冷卻，以形成低溫冷卻的冷分離器MR液體流束310。
高壓液體冷卻通道197從圖1-6的任何MR壓縮機系統接收高壓MR液體流束975。該高壓液體975優選為中沸點製冷劑液體流束。該高壓液體流束進入暖端，且被冷卻以形成低溫冷卻高壓MR液體流束330。製冷液體流束310和330兩者經由膨脹裝置310E和330E獨立閃蒸，以形成膨脹冷分離器MR流束320和膨脹高壓MR流束340。在中溫豎管300中，膨脹冷分離器MR流束320與膨脹高壓MR流束340結合和平衡，以形成中溫MR蒸汽流束355和中溫MR液體流束375。在可選的實施方式中，兩股流束310和330可混合且接著閃蒸。
中溫MR流束355和375被引導至製冷通道的中溫製冷劑入口150，其中其與結合的冷溫度MR蒸汽流束455和冷溫度MR液體流束475混合且在主製冷通道160中提供製冷。該製冷劑作為蒸汽相或者混合相主MR流束或製冷劑返回流束610而從主製冷通道160排出。該返回流束610可選地為過熱蒸汽製冷劑返回流束。
如圖9中大體以74所指示的熱交換系統的可選實施方式，提供了冷溫度MR膨脹環路的可選實施方式。在該實施方式中，取消了圖7和8中所示的冷溫度豎管400。因此，來自冷分離器蒸汽冷卻通道127的冷凝的冷溫度MR流束410從熱交換器的冷端排出，且利用膨脹裝置410E閃蒸以形成冷溫度MR流束465。接著，混合相流束465進入冷溫度製冷劑通道140的入口。熱交換系統74的剩餘部分是與圖7的熱交換系統70相同的，並且以相同的方式工作。可以如圖8的熱交換系統72所示的方式省略進給流束處理出口和入口10和15（引導至處理系統和來自處理系統）。
在圖10中大體以76所指示的熱交換系統的另外的可選實施方式中，省略了圖7-9的中溫豎管300。因此，如圖10和11所示，製冷劑液體流束310和330都通過膨脹裝置310E和330E獨立地閃蒸，以形成膨脹冷分離器MR流束320和膨脹高壓MR流束340，其結合以形成流經中溫製冷通道136的中溫MR流束365。中溫MR流束365經由通道136被引導至製冷通道的中溫製冷劑入口150，其中中溫MR流束365與冷溫MR流束465結合以在主製冷通道160中提供製冷。熱交換系統76的剩餘部分與圖9的熱交換系統74相同且操作方式也相同。進給流束處理出口和入口10和15（引導至處理系統和從處理系統離開）可如圖8的熱交換系統72的方式被省略。
如圖12所示，膨脹裝置310E和330E可從低溫冷卻冷分離器MR流束310和低溫冷卻高壓MR流束330的通道省略，從而該兩股流束結合以形成流束335。在該實施方式中，膨脹裝置136E被設置在中溫製冷通道136中，從而流束335閃蒸以形成中溫MR流束365。處於混合相的中溫MR流束365被提供至中溫製冷劑入口150。
在圖13中示出了混合製冷劑系統和方法的另外的可選實施方式。該系統包括大體以60指示的MR壓縮機系統，和大體以80指示的熱交換系統。圖13的實施方式是與圖1的實施方式相同的且具有相同的功能，除了以下具體說明的以外。因此，對於相應的構件將重複相同的附圖標記。
壓縮機第一段701包括壓縮流體出口，其用於將壓縮抽吸罐MR蒸汽流束710提供至第一段冷卻器710C，從而冷卻的壓縮抽吸罐MR流束720被提供至級間罐800。該流束720移動至級間罐800，且所產生的低壓MR蒸汽流束855被提供至壓縮機第二段702。壓縮機第二段702將壓縮高壓MR蒸汽流束730提供至第二段冷卻器730C。結果，至少部分冷凝的高壓MR流束740移動至高壓分離裝置900。
高壓分離裝置900將MR流束740分為高壓MR蒸汽流束955和高壓MR液體流束975，該高壓MR液體流束975優選為中沸點製冷劑液體流束。高壓MR再循環液體流束980從流束975分支，且被提供至膨脹裝置980E，從而高壓MR再循環混合相流束990被提供至級間罐800。這在溫暖環境溫度下保持了級間罐800乾燥運行（例如，在熱的天氣）。
與上述MR壓縮機系統實施方式相比，MR壓縮機系統60的級間罐800包括液體出口，其用於提供具有高沸騰溫度的低壓MR液體流束875。該低壓MR液體流束875由熱交換器100的低壓液體冷卻通道187接收，並且如以下所述地進一步處理。
在圖14中大體以62指示MR壓縮機系統的可選實施方式，且還包括級間罐800，其具有提供低壓MR液體流束875的液體出口。
在圖15中大體以64指示的MR壓縮機系統的另一個可選實施方式中，混合相主MR流束610從圖13的熱交換器返回至抽吸分離裝置600。該抽吸分離裝置600具有液體出口，抽吸罐MR液體流束675通過該液體出口而從罐排出。流束675移動至抽吸罐泵675P，其產生抽吸罐MR流束680，該抽吸罐MR流束680移動至級間罐800。可選的分支抽吸罐MR流束681和682可流至壓縮抽吸罐MR蒸汽流束710和/或冷卻的壓縮抽吸罐MR流束720。
在其他方面，圖15的MR壓縮機系統64是與圖13的MR壓縮機系統60相同的，且所起作用相同。
圖13和16的熱交換系統80可用於圖13、14和15的各MR壓縮機系統（以及可選的MR壓縮機系統實施方式）。現將參考圖16詳細地說明熱交換系統80。
如圖16所示以及如之前所述，多流束熱交換器100接收進給流體流束，例如高壓天然氣進給流束5，其通過與在熱交換器中的製冷流束的熱交換來去除熱量從而在進給流束冷卻通道103中冷卻和/或液化。因此，產生了諸如液體天然氣的產品流體20流束。
如圖7的熱交換系統70的情況，熱交換系統80的進給流束冷卻通道103包括預處理進給流束冷卻通道105，和處理後進給流束冷卻通道120，該預處理進給流束冷卻通道105具有在熱交換器100的暖端處的入口，該處理後進給流束冷卻通道120具有在冷端的產品出口以讓產品20排出。該預處理進給流束冷卻通道105具有連接進給液體出口10的出口，而處理後進給流束冷卻通道120具有與進給流體入口15連通的入口。進給流體出口和入口10和15被提供用於外部進給處理（圖1和3中的125），例如天然氣液體回收，冷凍部分去除，或者除氮等。
在圖17中大體以82指示的熱交換系統的可選實施方式中，進給流束冷卻通道103通過熱交換器100的暖和冷端而沒有中斷。該實施方式可用於外部進給處理系統沒有與熱交換器100熱集成的時候。
如圖7的熱交換系統70的情況，熱交換器100包括在圖16中大體以170指示的製冷通道，其包括冷溫度製冷通道140，該冷溫度製冷通道140具有入口，用於在熱交換器的冷端接收冷溫度MR蒸汽流束455和冷溫度MR液體流束475。製冷通道170還包括主製冷通道160和中溫製冷劑入口150，該主製冷通道160在熱交換器的暖端具有製冷劑返回流束出口，蒸汽相製冷劑返回流束610通過該出口從熱交換器100排出，且中溫製冷劑入口150被配置成經由相應的通道接收中溫MR蒸汽流束355和中溫MR液體流束375。因此，如以下將更詳細地說明的，冷溫MR蒸汽和液體流束（455和475）以及中溫MR蒸汽和液體流束（355和375）在熱交換器中在中溫製冷劑入口150處結合。
中溫製冷劑流束和冷溫製冷劑流束的結合在熱交換器中形成中溫區或區域，大體從其結合的位置及其下游在製冷劑流動的方向朝向主製冷通道出口。
主MR流束610從熱交換器100的主製冷通道160排出，並移動至圖13-15中任一圖的MR壓縮機系統，且處於蒸汽相或者混合相。僅作為示例，在圖13和14的實施方式中，主MR流束610可以是蒸汽。隨著環境溫度比設計更冷，主MR流束610將為混合相（蒸汽和液體），且液體將聚積在抽吸罐600中（圖13-15）。在進程在低溫成為穩定狀態之後，主MR流束再次全部是在露點的蒸汽。當天氣暖和時，在抽吸罐600中的液體將蒸發，且主MR流束將都是蒸汽。因此，當環境溫度比設計更冷時，混合相的MR流束僅在瞬變工況發生。可選地，系統可被設計為用於混合相主MR流束610。
熱交換器100還包括高壓蒸汽冷卻通道195，其被配置成在暖端從圖13-15的任一個MR壓縮機系統接收高壓MR蒸汽冷卻流束955，並且冷卻高壓MR蒸汽流束以形成混合相冷分離器MR進給流束210。通道195還包括與冷蒸汽分離器200連通的出口，冷蒸汽分離器200將冷分離器進給流束210分為冷分離器MR蒸汽流束255和冷分離器MR液體流束275。
熱交換器100還包括冷分離器蒸汽冷卻通道127，其具有與冷蒸汽分離器200連通的入口，從而接收冷分離器MR蒸汽流束255。冷分離器MR蒸汽流束在通道127中冷卻，以形成冷凝冷溫度MR流束410，其通過膨脹裝置410E閃蒸，以形成被引導至冷溫度豎管400的膨脹冷溫度MR流束420。作為非限制的示例，膨脹裝置410E（且如這裡所公開的所有的“膨脹裝置”）可以是焦耳湯普森閥門、渦輪或者節流孔。
冷溫度豎管400將混合相流束420分為冷溫度MR蒸汽流束455和冷溫度MR液體流束475，其進入冷溫度製冷劑通道140的入口。
冷分離器MR液體流束275在冷分離器液體冷卻通道125中冷卻，以形成低溫冷卻的冷分離器MR液體流束310。
高壓液體冷卻通道197從圖13-15的任何MR壓縮機系統接收高壓MR液體流束975。該高壓液體975優選為中沸點製冷劑液體流束。該高壓液體流束進入暖端，且被冷卻以形成低溫冷卻高壓MR液體流束330。製冷液體流束310和330均為經由膨脹裝置310E和330E獨立閃蒸的，以形成膨脹冷分離器MR流束320和膨脹高壓MR流束340。在中溫豎管300中，膨脹冷分離器MR流束320與膨脹高壓MR流束340結合，以形成中溫MR蒸汽流束355和中溫MR液體流束375。在可選的實施方式中，兩股流束310和330可混合且然後閃蒸。
中溫MR流束355和375被引導至製冷通道的中溫製冷劑入口150，這裡其與結合的冷溫度MR蒸汽流束455和冷溫度MR液體流束475混合且在主製冷通道160中提供製冷。該製冷劑作為蒸汽相或者混合相主MR流束或製冷劑返回流束610而從主製冷通道160排出。該返回流束610可選地為過熱蒸汽製冷劑返回流束。
該熱交換器100還包括低壓液體冷卻通道187，其如上所述從圖13-15的任一MR壓縮機系統的級間分離裝置或罐800的液體出口接收低壓MR液體流束875，其優選為高沸點製冷劑。該高沸點MR液體流束875在低壓液體冷卻通道187中被冷卻，以形成低溫冷卻低壓MR流束，其作為流束510從熱交換器排出。接著，低溫冷卻低壓MR液體流束510在膨脹裝置510E處閃蒸或者降低其壓力，以形成膨脹低壓MR流束520。僅作為示例，流束510可具有200 psig的壓力和-130℉的溫度，而流束520可具有50 psig的壓力和-130℉的溫度。流束520被引導至中溫豎管300，如圖16所示，在該中溫豎管300中，流束520與膨脹冷分離器MR流束320和膨脹高壓MR流束340結合。因此，高沸點製冷劑被提供至中溫製冷劑入口150，且因此被提供至主製冷通道160。
在圖18中大體以84指示熱交換系統的可選實施方式，且提供了冷溫度MR膨脹環路的可選實施方式。更具體地，在該實施方式中，取消了圖13、16和17中的冷溫度豎管400。因此，來自冷分離器蒸汽冷卻通道127的冷凝冷溫度MR流束410從熱交換器的冷端排出，且通過膨脹裝置410E閃蒸以形成冷溫度MR流束465。接著，混合相流束465進入冷溫度製冷劑通道140的入口。熱交換系統84的剩餘部分與圖16的熱交換器系統80是相同的，且以相同的方式工作。進給流束處理出口和入口10和15（通往處理系統以及來自處理系統）可以圖17的熱交換系統82所示的方式被省略。
在圖19中大體以86指示的熱交換系統的另一個可選實施方式中，省略了圖16-18的中溫豎管300。因此，如圖19和20所示，製冷劑液體流束310和330都經由膨脹裝置310E和330E而獨立地閃蒸，以形成膨脹冷分離器MR流束320和膨脹高壓MR流束340。這兩股流束與膨脹低壓MR流束520結合以形成中溫MR流束365，其流過中溫製冷通道136。中溫MR流束365經由通道136被引導至製冷通道的中溫製冷劑入口150，這裡該中溫MR流束365與冷溫度MR流束465混合以在主製冷通道160中提供製冷。熱交換系統86的剩餘部分是與圖18的熱交換器系統84相同的，且以相同的方式工作。進給流束處理出口和入口10和15（通往處理系統和來自處理系統）可如圖17的熱交換系統82所示的方式而省略。
如圖21中所示，膨脹裝置310E和330E可從低溫冷卻冷分離器MR流束310和低溫冷卻高壓MR流束330的通道省略。在該實施方式中，膨脹裝置315E被設置在流束310和330的結合點的下游，且在與流束520的結合點的上游。因此，包括結合的流束310和330的流束335被閃蒸且接著與流束520混合，從而處於混合相的中溫MR流束365經由通道136被提供至中溫製冷劑入口150。
在可選的實施方式中，圖20和21的膨脹裝置510E可被省略，從而低溫冷卻低壓MR流束510（代替流束520）在經由膨脹裝置315E膨脹之後被提供至與流束335混合，以形成流束365。
在圖22中所示的另外的可選實施方式中，流束335和流束510可被引導至結合的混合和膨脹裝置136E。作為示例，該裝置136E可具有多個入口以及分離的液體和蒸汽出口。如另一個示例，可使用兩個串聯的液體膨脹器，在其間進給流束510。
在各上述實施方式中，外部處理、預處理、後處理、結合處理或者其組合可以獨立地與進給流束冷卻通道連通，且被配置成處理進給流束、產品流束或者該二者。
作為示例，且如之前參考圖7和16所述，熱交換器100的進給流束冷卻通道103包括預處理進給流束冷卻通道105和處理後進給流束冷卻通道120，該預處理進給流束冷卻通道105具有在熱交換器100的暖端的入口，該處理後進給流束冷卻通道120具有在冷端的產品出口，產品20經由該出口排出。預處理進給流束冷卻通道105具有與進給流體出口10結合的出口，而處理後進給流束冷卻通道120具有與進給流體入口15連通的入口。進給流體出口和入口10和15被提供用於外部進給處理（在圖1和3中的125），例如天然氣液體回收，冷凍部分去除，或者去氮，等。
作為用於外部進給處理的系統的示例，其在圖23中大體以125指示（例如，用於MR壓縮機系統50和熱交換系統70）。如圖23所示，進給流體出口10將混合相進給流體引導至重型氣液分離罐（heavies knock out drum）12（或者其它分離裝置）。該罐12包括與進給流束連通入口15連通的蒸汽出口，從而來自分離裝置12的蒸汽移動至熱交換器的處理後進給流束冷卻通道120。該分離裝置12還包括液體出口，液體流束14經由該液體出口流至熱交換器16，在該熱交換器中其通過與MR壓縮機系統50的高壓MR液體流束975的分支所提供的製冷劑流束18熱交換而被加熱。所產生的加熱的液體19流至冷凝反萃取柱21用於進一步處理。
外部進給處理125還可與上述MR壓縮機系統和熱交換系統實施例的任一個結合，包括如圖24所示的MR壓縮機系統52和熱交換系統70，以及如圖25所示的MR壓縮機系統60和熱交換系統80。
如圖23-25中以22所示，進給氣體可在作為流束5進入熱交換器100之前通過預處理系統22進行預處理。
外部處理、預處理或者後處理中的每個可獨立地包括從流束移除硫、水、CO2、天然氣液體（NGL）、冷凍部分、乙烷、石蠟、C6+碳氫化合物、N2或者其組合中的一種或多種。
此外，一項或多項預處理可獨立地包括脫硫、脫水、去除CO2、去除一種或多種天然氣液體（NGL）或者其組合中的一種或多種，其與進給流束冷卻通道連通且被配置成處理進給流束、產品流束或者該二者。
另外，一種或多種外部處理可獨立地包括去除一種或多種天然氣液體（NGL）、去除一種或多種冷凍成分、去除乙烷、去除一種或多種石蠟、去除一種或多種C6 碳氫化合物、去除一種或多種C6+碳氫化合物，與進給流束冷卻通道連通以及被配置成處理進給流束、產品流束或者該二者。
各上述實施方式可被設置有一種或者多種後處理，其可包括從產品移除N2，且可與進給流束冷卻通道連通且被配置成處理進給流束、產品流束或者該二者。
儘管已經示出和說明了本發明的優選實施方式，然而對本領域技術人員來說很明顯，可對其進行修改和改變而不偏離本發明的實質，其範圍由所附權利要求限定。
5:進給流束 10:進給流體出口 12:分離裝置 14:液體流束 15:進給流體入口 16:熱交換器 18:製冷劑流束 19:液體 20:流束 21:冷凝反萃取柱 22:預處理系統 50:混合製冷劑（MR）壓縮機系統 52:MR壓縮機系統 54:MR壓縮機系統 56:MR壓縮機系統 58:MR壓縮機系統 60:MR壓縮機系統 62:MR壓縮機系統 64:MR壓縮機系統 70:熱交換系統 72:熱交換系統 74:熱交換系統 76:熱交換系統 80:熱交換系統 82:熱交換系統 84:熱交換系統 86:熱交換系統 100:多流束熱交換器 101:暖端 102:冷端 103:冷卻通道 105:冷卻通道 120:冷卻通道 125:外部進給處理 127:蒸汽冷卻通道 136:中溫製冷通道 136E:膨脹裝置 140:製冷劑通道 150:中溫製冷劑入口 160:主製冷通道 170:製冷通道 187:低壓液體冷卻通道 195:冷卻通道 197:高壓液體冷卻通道 200:冷蒸汽分離器 210:MR進給流束 255:MR蒸汽流束 275:MR液體流束 300:中溫豎管 310:液體流束 310E:膨脹裝置 315E:膨脹裝置 320:膨脹冷分離器MR流束 330:MR液體流束 330E:膨脹裝置 335:蒸汽流束 340:膨脹高壓MR流束 355:MR蒸汽流束 365:流束 375:液體流束 400:低溫豎管 410:冷凝冷溫度MR流束 410E:膨脹裝置 420:混合相流束 455:蒸汽流束 465:冷溫度MR流束 475:液體流束 510:液體流束 510E:膨脹裝置 520:膨脹低壓MR流束 600:抽吸罐 610:MR流束 655:MR蒸汽流束 675:抽吸罐MR液體流束 675P:抽吸罐泵 680:抽吸罐MR流束 681:分支流束 682:分支流束 700:多級壓縮機 701:壓縮機第一段 702:壓縮機第二段 710:蒸汽流束 710C:第一段冷卻器 720:流束 730:蒸汽流束 730C:第二段冷卻器 740:流束 800:級間分離裝置 855:蒸汽流束 875:MR液體流束 880:液體流束 880P:級間罐泵 900:高壓分離裝置 955:蒸汽流束 960:MR再循環蒸汽管線 970:延伸的管線 975:液體流束 960:MR再循環蒸汽管線 960E:防喘振再循換閥 970:管線 975:液體流束 980:再循環液體流束 980E:膨脹裝置 990:再循環混合相流束
圖1是示出了本公開的混合製冷劑系統和方法的實施方式的工藝流程圖和示意圖；
圖2是圖1的混合製冷劑系統的混合製冷劑壓縮機系統的工藝流程圖和示意圖；
圖3是示出了本公開的混合製冷劑系統和方法的另外的實施方式的工藝流程圖和示意圖；
圖4是示出了本公開的混合製冷劑系統和方法的另外的實施方式中的混合製冷劑壓縮機系統的工藝流程圖和示意圖；
圖5是示出了本公開的混合製冷劑系統和方法的另外的實施方式中的混合製冷劑壓縮機系統的工藝流程圖和示意圖；
圖6是示出了本公開的混合製冷劑系統和方法的另外的實施方式中的混合製冷劑壓縮機系統的工藝流程圖和示意圖；
圖7是示出了本公開的混合製冷劑系統和方法的另外的實施方式中的熱交換系統的工藝流程圖和示意圖；
圖8是示出了本公開的混合製冷劑系統和方法的另外的實施方式中的熱交換系統的工藝流程圖和示意圖；
圖9是示出了本公開的混合製冷劑系統和方法的另外的實施方式中的熱交換系統的工藝流程圖和示意圖；
圖10是示出了本公開的混合製冷劑系統和方法的另外的實施方式中的熱交換系統的工藝流程圖和示意圖；
圖11是示出了本公開的混合製冷劑系統和方法的另外的實施方式中的熱交換系統的中溫部分的工藝流程圖和示意圖；
圖12是示出了本公開的混合製冷劑系統和方法的另外的實施方式中的熱交換系統的中溫部分的工藝流程圖和示意圖；
圖13是示出了本公開的混合製冷劑系統和方法的另外的實施方式的工藝流程圖和示意圖；
圖14是示出了本公開的混合製冷劑系統和方法的另外的實施方式的混合製冷劑壓縮機系統的工藝流程圖和示意圖；
圖15是示出了本公開的混合製冷劑系統和方法的另外的實施方式的混合製冷劑壓縮機系統的工藝流程圖和示意圖；
圖16是示出了本公開的混合製冷劑系統和方法的另外的實施方式的熱交換系統的工藝流程圖和示意圖；
圖17是示出了本公開的混合製冷劑系統和方法的另外的實施方式的熱交換系統的工藝流程圖和示意圖；
圖18是示出了本公開的混合製冷劑系統和方法的另外的實施方式的熱交換系統的工藝流程圖和示意圖；
圖19是示出了本公開的混合製冷劑系統和方法的另外的實施方式的熱交換系統的工藝流程圖和示意圖；
圖20是示出了本公開的混合製冷劑系統和方法的另外的實施方式的熱交換系統的中溫部分的工藝流程圖和示意圖；
圖21是示出了本公開的混合製冷劑系統和方法的另外的實施方式的熱交換系統的中溫部分的工藝流程圖和示意圖；
圖22是示出了本公開的混合製冷劑系統和方法的另外的實施方式的熱交換系統的中溫部分的工藝流程圖和示意圖；
圖23是示出了本公開的包括進給處理系統的混合製冷劑系統和方法的另外的實施方式的工藝流程圖和示意圖；
圖24是示出了本公開的包括進給處理系統的混合製冷劑系統和方法的另外的實施方式的工藝流程圖和示意圖；
圖25是示出了本公開的包括進給處理系統的混合製冷劑系統和方法的另外的實施方式的工藝流程圖和示意圖。
5:進給流束
10:進給流體出口
15:進給流體入口
20:流束
50:混合製冷劑(MR)壓縮機系統
70:熱交換系統
100:多流束熱交換器
101:暖端
102:冷端
103:冷卻通道
105:冷卻通道
120:冷卻通道
125:外部進給處理
200:冷蒸汽分離器
300:中溫豎管
400:低溫豎管
600:抽吸罐
700:多級壓縮機
800:級間分離裝置
900:高壓分離裝置

Claims (24)

  1. 一種用於以混合製冷劑冷卻氣體的系統，包括： a. 主熱交換器，其包括暖端和冷端，在該暖端和該冷端之間延伸有進給流束冷卻通道，該進給流束冷卻通道被配置成在所述暖端接收進給流束且將冷卻的產品流束從所述冷端輸出，所述主熱交換器還包括低壓液體冷卻通道，高壓蒸汽冷卻通道，高壓液體冷卻通道，冷分離器蒸汽冷卻通道，冷分離器液體冷卻通道和製冷通道； b. 混合製冷劑壓縮機系統，其包括：壓縮機第一段，該壓縮機第一段具有出口以及與製冷通道的出口流體連通的入口；第一段冷卻器，其具有出口以及與所述壓縮機第一段的出口流體連通的入口；級間分離裝置，其具有液體出口和蒸汽出口以及與所述第一段冷卻器的出口流體連通的入口；壓縮機第二段，其具有出口以及與所述級間分離裝置的蒸汽出口流體連通的入口；第二段冷卻器，其具有出口以及與所述壓縮機第二段的出口流體連通的入口；高壓分離裝置，其具有液體出口和蒸汽出口以及與所述第二段冷卻器的出口流體連通的入口； c. 所述熱交換器的高壓蒸汽冷卻通道具有與所述高壓分離裝置的蒸汽出口流體連通的入口； d. 冷蒸汽分離器，其具有與高壓蒸汽冷卻通道的出口流體連通的入口，所述冷蒸汽分離器具有液體出口和蒸汽出口； e. 所述熱交換器的所述冷分離器液體冷卻通道具有與所述冷蒸汽分離器的液體出口流體連通的入口，以及與所述製冷通道流體連通的出口； f. 所述熱交換器的所述低壓液體冷卻通道具有與所述級間分離裝置的液體出口流體連通的入口； g. 第一膨脹裝置，其具有與所述低壓液體冷卻通道的出口連通的入口以及與所述製冷通道流體連通的出口； h. 所述熱交換器的所述高壓液體冷卻通道具有與所述高壓分離裝置的液體出口流體連通的入口以及與所述製冷通道流體連通的出口； i. 所述熱交換器的所述冷分離器蒸汽冷卻通道具有與所述冷蒸汽分離器的蒸汽出口流體連通的入口；以及 j. 第二膨脹裝置，其具有與所述冷分離器蒸汽冷卻通道的出口流體連通的入口以及與所述製冷通道的入口流體連通的出口。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的系統，還包括第三膨脹裝置和第四膨脹裝置，該第三膨脹裝置具有與所述冷分離器液體冷卻通道流體連通的入口，所述第四膨脹裝置具有與所述高壓液體冷卻通道流體連通的入口，所述第三和第四膨脹裝置各具有與所述製冷通道流體連通的出口。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的系統，其中所述製冷通道包括與所述第三和第四膨脹裝置的出口和所述第一膨脹裝置的出口流體連通的中溫製冷劑入口，其中主製冷通道在所述中溫製冷劑入口與所述熱交換器的暖端之間延伸，以及冷溫度製冷通道在所述熱交換器的冷端與所述中溫製冷劑入口之間延伸。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的系統，其中所述熱交換器包括中溫製冷劑通道，所述中溫製冷劑通道具有與所述製冷通道流體連通的出口，以及與所述冷分離器液體冷卻通道的出口和所述高壓液體冷卻通道的出口以及所述第一膨脹裝置的出口流體連通的入口， 以及還包括設置在所述中溫製冷劑通道中的中溫膨脹裝置。
  5. 如申請專利範圍第4項所述的系統，還包括結合部，其具有與所述冷分離器液體冷卻通道和所述高壓液體冷卻通道的出口流體連通的入口，以及與所述中溫膨脹裝置的入口流體連通的出口。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的系統，其中所述冷分離器液體冷卻通道和所述高壓液體冷卻通道與所述低壓液體冷卻通道的出口流體連通。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的系統，還包括與所述冷分離器液體冷卻通道的出口、所述高壓液體冷卻通道的出口和所述第一膨脹裝置的出口流體連通的中溫分離裝置，所述中溫分離裝置包括與所述製冷通道流體連通的蒸汽出口和液體出口。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的系統，還包括與所述第二膨脹裝置的出口流體連通的冷溫度分離裝置，所述冷溫度分離裝置包括與所述製冷通道流體連通的蒸汽出口和液體出口。
  9. 如申請專利範圍第1項所述的系統，其中所述製冷通道包括與所述冷分離器液體冷卻通道的出口、所述高壓液體冷卻通道的出口、和所述低壓液體冷卻通道的出口流體連通的中溫製冷劑入口，其中主製冷通道在所述中溫製冷劑入口和所述熱交換器的暖端之間延伸，且冷溫度製冷通道在所述熱交換器的冷端和所述中溫製冷劑入口之間延伸。
  10. 如申請專利範圍第1項所述的系統，其中所述進給流束冷卻通道包括被配置成與進給處理系統流體連通的進給處理出口和進給處理入口。
  11. 如申請專利範圍第1項所述的系統，還包括抽吸分離裝置，所述抽吸分離裝置具有蒸汽出口以及與所述製冷通道的出口流體連通的入口，且其中所述壓縮機第一段入口與所述抽吸分離裝置的蒸汽出口流體連通。
  12. 一種用於以混合製冷劑冷卻氣體的系統，包括： a. 主熱交換器，其包括暖端和冷端，在該暖端和該冷端之間延伸有進給流束冷卻通道，該進給流束冷卻通道被配置成在所述暖端接收進給流束且將冷卻的產品流束從所述冷端輸出，所述主熱交換器還包括高壓蒸汽冷卻通道，高壓液體冷卻通道，冷分離器蒸汽冷卻通道，冷分離器液體冷卻通道和製冷通道； b. 混合製冷劑壓縮機系統，其包括：壓縮機第一段，該壓縮機第一段具有出口以及與製冷通道的出口流體連通的入口；第一段冷卻器，其具有出口以及與所述壓縮機第一段的出口流體連通的入口；級間分離裝置，其具有蒸汽出口以及與所述第一段冷卻器的出口流體連通的入口；壓縮機第二段，其具有出口以及與所述級間分離裝置的蒸汽出口流體連通的入口；第二段冷卻器，其具有出口以及與所述壓縮機第二段的出口流體連通的入口；高壓分離裝置，其具有液體出口和蒸汽出口以及與所述第二段冷卻器的出口流體連通的入口； c. 所述熱交換器的高壓蒸汽冷卻通道具有與所述高壓分離裝置的蒸汽出口流體連通的入口； d. 冷蒸汽分離器，其具有與高壓蒸汽冷卻通道的出口流體連通的入口，所述冷蒸汽分離器具有液體出口和蒸汽出口； e. 所述熱交換器的所述冷分離器液體冷卻通道具有與所述冷蒸汽分離器的液體出口流體連通的入口，以及與所述製冷通道流體連通的出口； f. 所述熱交換器的所述高壓液體冷卻通道具有與所述高壓分離裝置的液體出口流體連通的入口以及與所述製冷通道流體連通的出口； g. 所述熱交換器的所述冷分離器蒸汽冷卻通道具有與所述冷蒸汽分離器的蒸汽出口流體連通的入口；和 h. 膨脹裝置（410E），其具有與所述冷分離器蒸汽冷卻通道的出口流體連通的入口以及與所述製冷通道的入口流體連通的出口。
  13. 如申請專利範圍第12項所述的系統，其中所述級間分離裝置具有液體出口。
  14. 如申請專利範圍第13項所述的系統，還包括級間泵，其具有與所述級間分離裝置的液體出口流體連通的入口以及與所述高壓分離裝置流體連通的出口。
  15. 如申請專利範圍第13項所述的系統，還包括高壓再循環膨脹裝置，其具有與所述高壓分離裝置流體連通的入口和與所述級間分離裝置流體連通的出口。
  16. 如申請專利範圍第11項所述的系統，還包括抽吸分離裝置，其具有蒸汽出口以及與所述製冷通道的出口流體連通的入口，且其中所述壓縮機第一段入口與所述抽吸分離裝置的蒸汽出口流體連通。
  17. 一種使用混合製冷劑在具有暖端和冷端的熱交換器中冷卻氣體的方法，包括以下步驟： a. 使用第一和最後的壓縮和冷卻循環來壓縮和冷卻混合製冷劑； b. 在所述第一和最後的壓縮和冷卻循環之後將混合製冷劑分離，從而形成高壓液體流束和高壓蒸汽流束； c. 使用所述熱交換器和冷分離器冷卻和分離所述高壓蒸汽流束，從而形成冷分離器蒸汽流束和冷分離器液體流束； d. 冷卻和膨脹所述冷分離器蒸汽流束，從而形成膨脹的冷溫度流束（420）； e. 冷卻所述冷分離器液體流束，從而形成低溫冷卻冷分離器流束（310）； f. 在所述第一和最後壓縮和冷卻循環之間平衡和分離所述混合製冷劑，從而形成低壓液體流束； g. 冷卻和膨脹所述低壓液體流束，從而形成膨脹的低壓流束（520）； h. 低溫冷卻所述高壓液體流束，從而形成低溫冷卻高壓流束（330）； i. 膨脹所述低溫冷卻冷分離器流束（310）和所述低溫冷卻高壓流束（330）以形成膨脹的冷分離器流束（320）和膨脹的高壓流束（340），或者將所述低溫冷卻冷分離器流束（310）和所述低溫冷卻高壓流束（330）混合並且膨脹所產生的流束（335），以形成中溫流束（365）； j. 將所述膨脹的冷分離器流束（320）和所述膨脹的高壓流束（340）或者所述中溫流束（365）與所述膨脹的低壓流束（520）和所述膨脹的冷溫度流束（420）結合，以形成主製冷流束；以及 k. 將所述氣體的流束通過所述熱交換器，與所述主製冷流束逆流熱交換，從而所述氣體被冷卻。
  18. 如申請專利範圍第17項所述的方法，還包括準備所述膨脹的冷溫度流束（420）的步驟，從而形成冷溫度蒸汽流束（455）和冷溫度液體流束（475），且其中步驟i. 包括將所述冷溫度蒸汽流束和所述冷溫度液體流束引導至所述主製冷流束。
  19. 如申請專利範圍第17項所述的方法，其中所述氣體在步驟j.被液化。
  20. 如申請專利範圍第17項所述的方法，其中步驟d.、e.、g.和h.的冷卻通過使用熱交換器而實現。
  21. 如申請專利範圍第20項所述的方法，還包括將所述膨脹的冷溫度流束（420）進行分離的步驟，從而形成冷溫度蒸汽流束（455）和冷溫度液體流束（475），且其中步驟i. 包括將所述冷溫度蒸汽流束和所述冷溫度液體流束與所述膨脹的冷分離器流束（320），所述膨脹的高壓流束（340）和所述膨脹的低壓流束（520）結合，以形成所述主製冷流束。
  22. 如申請專利範圍第20項所述的方法，其中所述膨脹的冷分離器流束（320），所述膨脹的高壓流束（340）和所述膨脹的低壓流束（520）被結合且在分離裝置中被分離，從而形成中溫蒸汽流束（355）和中溫液體流束（375）且與所述膨脹的冷溫度流束結合。
  23. 如申請專利範圍第22項所述的方法，還包括將所述膨脹的冷溫度流束（420）進行分離的步驟，從而形成冷溫度蒸汽流束（455）和冷溫度液體流束（475），且其中步驟i. 包括將所述冷溫度蒸汽流束和所述冷溫度液體流束與所述中溫蒸汽流束（355）和所述中溫液體流束（375）結合以形成所述主製冷流束。
  24. 如申請專利範圍第17項所述的方法，其中步驟i. 包括將所述低溫冷卻冷分離器流束（310）和所述低溫冷卻高壓流束（330）結合以形成結合的低溫冷卻流束（335），並將該結合的低溫冷卻流束（335）膨脹以形成中溫製冷劑流束（365），且將該中溫製冷劑流束與所述膨脹的低壓流束（520）結合。
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