TW460680B - Dual multi-component refrigeration cycles for liquefaction of natural gas - Google Patents

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A7 ^β〇680 - ____Β7_____ 五、發明說明（1 ) 發明範園 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本發明係關於將天.然氣或其他富含甲院的氣流液化之 方法，更確定地說，本發明係關於生產溫度高於-1 1 2 °C (- 1 7 0 °F )的加壓液化天然氣的雙重多成份冷凍劑 液化方法。 發明背景 . 因爲其乾淨燃燒品質及方便性，近年來變成廣泛地使 用天然氣，許多天然氣源位在遙遠地區，與天然氣的任何 商業市場有很長的距離，有時候可用管道將產生的天然氣 .輸送至商業市場，當管線輸送不可行時，產生的天然氣通 常處理成液化天然氣（其稱爲“ L N G ” ）供運送至市場 〇 L N G工廠的其中一個特點是工_廠需要很大的資本投 資，將天然氣滅化的設備通常柑當昂貴，液化工廠是由數 個基本系統組成，包括氣體處理以去除雜質、液化、冷凍 、能源設備、及儲存與船裝載設備，工廠的冷凍系統可累 計高達30%的成本。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 L N G冷凍系統昂貴是因爲需要很多冷凍作用將天然 氣液化，典型的天然氣流在從約4，83〇kPa ( 7 0 0 P s 1 a )至約 7 ，6 0 〇 k P a ( 1 ，1 〇 〇 p s i a )的壓力及從約2 0 °C ( 6 8 °F )至約4 0 °C ( 1 04 °F)的溫度下進入LNG工廠’主要爲甲烷之天然 氣無法像供能源目的使用的較重烴類之情形只增加壓力而 Λ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS〉A4規格（210 X 297公釐） 460680 A7 ____'_B7_^_ 五、發明説明（2 ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 液化，甲烷之臨界溫度爲一 8 2 . 5 °C ( — 1 1 6 . 5 °F )，此表示不管施加的.壓力，甲烷只能在低於該溫度下液 化，因爲天然氣爲液化氣體之混合物，其在一個溫度範圍 下液化，天然氣之臨界溫度通常在約一 8 5 °C ( - 1 2 1 °F)及_6 2°C( — 8 0°F)之間，在大氣壓力下的天然 氣通常在約一1 6 5 °C ( — 2 6 5 °F )及一1 5 5 °C ( - 2 4 7 °F )的溫度範圍之間液化，因爲冷凍設備代表如 此重大部份之L N G設備成本，曾經嘗試許多努力以降低 冷凍成本。 雖然許多冷凍循環曾經用於將天然氣液化，目前在 ’ LNG.工廠中最普遍使用的三種類型是：（1) “階式循 環”，其在熱交換機中依序安排使用多種單一·成份的冷凍 ‘劑，將氣體溫度降低至液化溫度’（2 ) “膨脹循環” ’ 其將氣體從高壓膨脹至低壓且隨著降低溫度’及（3 ) “ 多成份冷凍循環”，其在特殊設計的交換機中使用多成份 冷凍劑，大多數天然氣的液化循環使用這三種.基本類型之 變化或組合。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 多成份冷凍劑系統包括循環多成份的冷凍流體，通常 在用丙烷預先冷卻至約-3 5 t ( — 3 1 °F )之後，典型 的多成份系統包括甲烷、乙烷、丙烷、及視需要選用的其 他輕成份，沒有用丙烷預先冷卻時，在多成份冷凍劑中可 含較重的成份例如丁烷及戊烷類，多成份冷凍劑循環之本 質是方法中的熱交換機必須例行性地處理兩相冷凍劑流體 ，在一個溫度範圍下顯現凝結的所需性質之多成份冷凍劑 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公~ 4 S US 80 . A? ______B7___ 五、發明說明（3 )

I ’使熱交換機系統的設計比單純成份冷凍劑系統有更高效 率的熱動力性。 (請先閱讀背面之注咅？事項再填寫本頁) .降低冷凍成本的一個提議是在高於~ 1 1 2。(1：( - 1 7 0 °F )的溫度及足以使液體等於或低於其始沸點溫 度之壓力下運送液化天然氣’對於大多數的天然氣組成物 ’ P L N G的壓力範圍是在約1 ，3 8 〇 k P a ( 2 0 0 Ps i a)及約 4 ’ 500kPa (65〇ps i a)之 間’此加壓液化天然氣稱爲P L N G似便與l N G有所區 別’ L N G是在或趨近大氣壓力及在約一l 6 0 °C之溫度 ’ P L NG需要明顯較少的冷凍，因爲P LNG在大氣壓 力下比一般的L N G溫熱超過5 0 °C。 存在需要一種使用多成份冷凍劑之改良式封閉循環冷 凍系統，供將天然氣液化以生產P L N G。 槪述 ' 本發明係關於使用兩個封閉循環混合（或多成份）冷 凍劑將天然氣流液化以生產溫度高於一 1 1 2 °C ( 經濟部智慧財產局員工消費合作杜印製 - 1 7 0 °F )且壓力足以使液體產物等於或低於其始沸點 的方法，其中高度冷凍劑將低度冷凍劑冷卻且低度冷凍劑 將天然氣冷卻並液化，在第一個封閉冷凍循環中，天然氣 經由與低度多成份冷凍劑的間接熱交換而冷卻並液化，然 後低度冷凍劑經由與和其逆流關係之另一個低度冷凍劑流 體熱交換及經由高度冷凍劑流體熱交換而被溫熱，然後將 溫熱後的低度冷凍劑壓縮成高壓並用外來冷卻流體後冷卻 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐) ^ ' 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 4后0680 —___ B7 ___五、發明説明（4) ’然後將低度冷凍劑經由第二個高度多成份冷凍劑流體熱 .交換及經由低度冷凍劑交換而冷卻，高度冷凍劑經由與低 度冷凍劑熱交換而被溫熱，將溫熱後的高度冷凍劑壓縮成 高壓並用外來冷卻流體後冷卻。 此冷凍方法的一個優點是兩種混合的冷凍劑組成物可 以很容易根據對方及被液化流體之組成物、溫度及壓力而 調整（最佳化），使方法所需的總能量最小化，回收液化 方法上游的天然氣液體所需的冷凍慣用裝置（N G L回收 裝置）可以與液化方法結合，因此消除另一個冷凍系統之 需求。 本發明方法也生產一種燃料源，其在不需.要再壓縮的 壓力下就合適作爲天然氣渦輪起動機的燃料，對於含]^2之 進料流體，可以最佳化冷凍劑流動使N 2對燃料流體的排斥 作用最大。 此方法可比’慣用的L N G液化方法降低至多5 0 %所 需的總壓縮，這是一個優點，因爲如此可液化更多的天然 氣供產品輸送，且在液化方法例如在壓縮機渦輪中使用較 少的燃料。 附圖之簡要說明 參照下列詳細說明及附圖，將可更了解本發明/及其優 點，其爲說明根據進行本發明的液化方法之一個本發明具 體實施例的簡化流程圖，此流程圖代表進行本發明方法之 . -----. 一個較佳具體實施例，結果爲此特定具體實施例之正常且 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐〉 一 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 460680 A7 B7_^____五、發明說明（5 ) 預期的修改之其他具體實施例之附圖不能從本發明之範圍 .排除，各種需要的附屬系統例如閥、_流動混合機、控制系 統及感測器都從圖中去除’以達到簡化及淸楚表示之目的 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 丰要元件對照表 75:NGL回收裝置 10:進料流 11， 12:流體 6 0 :熱交換機 1 3 :流體 6 1 __熱交換機 1 4 :液體流 6 2 :膨脹裝置 1 5 :流體谕 6 3 :相分離器 17:蒸汽流體 1 6 :液體流 6 5 :熱交換機 4 0 :輸送管線 4 1 :管線 6 4 :膨脹閥4 2，4 3 :管線5 3 ’ 3 1 :流體 m I 1^1 n US n a^i I n n I ϋ V 1 n HI n n 訂---------線— (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -8^ 460680 A7 _B7 五、發明說明（6 ) 4 4 :管線 (請先閱讀背面之注咅？事項再填寫本頁) 8 〇 :蒸汽一流體分離機 4 5 :管線 8 1 :壓縮機 4 6 :管線 8 2 :泵 4 7，4 8管線 8 3 :後冷卻機 8 4 :蒸汽一液體分離機' 5 0 :管線 8 6 :壓縮機 5 1 :管線 8 7 :泵 5 2 :流體 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 8 8 :後冷初機 3 2 :排放管線 7 4 :膨脹閥 3 3 :流體 2 0 :管線 6 6 :蒸汽一流體分離機 2 2 :管線 6 7 :壓縮機 2 1 :管線 6 8 :泵 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） A7 _ B7____ 五、發明説明（7 ) 2 3，2 4 :管線 6 9 :後冷卻機_ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 7 1 :壓縮機 7 2 :泵 2 9，2 8，3 0 :流體 7 3 :後冷卻機 較佳具體實施例之說明 本發明係關於使用兩個封閉的循環系統生產液化天然 氣的方法，兩個循環都是使用多成份或混合的冷凍劑作爲 冷媒，低度冷卻劑循環提供最低溫度之冷凍劑將天然氣液 化，該低度（最低溫度）冷凍劑隨後被高度（相對較溫熱 )冷凍劑在另一個熱交換循環中冷卻。 本發明方法特別適用於生產溫度高於-1 1 2°C ( 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制农 -1 7 0 °F ) I；壓力足以使液體產物等於或低於其始沸點 的加壓液化天然氣，所稱的“始沸點”係指液體開始轉變 成氣體之溫度及壓力，例如，如果某個體積的P L N G在 定壓下保存，但其溫度增加，在P L N G中氣體開始形成 氣泡的溫度稱爲始沸點，同樣地，如果某個體積的 P LNG在定溫下保存，但其壓力下降，在P LNG中氣 體開始形成氣泡的壓力稱爲始沸點，在始沸點時，液化氣 體爲飽和的液體，對於大部分的天然氣組成物，P L N G 在高於—1 1 2 °C的溫度之壓力將在約1 ，3 8 0 k P a (200?313)及約4，500 1£?3(65〇 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS〉A4規格（210 X 297公釐） -⑴_ 4 60ββ〇 Α7 ____Β7 _______ 五、發明說明（8 ) Ρ s 1 a )之間。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 參照附圖，天然氣進料流體較宜先通過一個慣用的天 然氣回收裝置75(NGL回收裝置），如果天然氣流含 在液化時會冷凝出來的重烴類或如果在p L N G中不要含 重烴類例如乙烷、丁烷、戊烷、己烷等，在天然氣液化前 可經由天然氣N G L回收裝置將重，烴類去除，n G L回收 裝置7 5較宜包括多鍵份柱（沒有顯示）例如產生乙焼之 去乙烷柱、產生丙烷之去丙烷柱、及產生丁烷之去丁烷柱 ，NGL回收裝置也可包括去除苯的系統，NGL回收裝 置的一般操作爲熟諳此藝者所熟知，除了提供在下文中更 詳細說明的冷卻低度冷凍劑以外’_熱交換機6 5可視需要 提供N G L回收裝.置的冷凍任務。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 天然氣進料流體可含得自原油井的氣體（締合氣體） 或天然氣井的氣體（非締合氣體）或同時締合及非締合的 氣體源，天然氣’之組成物可以有很大的變化，在本文中使 用的天然氣流含甲烷（Ci)作爲主要成份，天然氣通常也 含乙烷（C 2 )、較重烴類（C 3 + )及少量的雜質例如水 、二氧化碳、硫化氫、氮氣、丁烷、六或更多碳原子的烴 類、污渣、硫化鐵、蠟及原油，這些雜質之溶解度隨著溫 度、壓力及組成物而變化，在冷凍溫度下，C 0 2、水及其 他雜質可形成固體，其在冷凍熱交換機中可造成通道阻塞 ，如果情形在其純成份範圍內去除此雜質，預期是固相溫 度-壓力相界限下，可以防止這些可能的問題，在本發明 的下列說明中，假設天然氣流進入N G L回收裝置7 5前 .本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 x 297公釐） -11- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 4 60 6 80 A7 B7 五、發明.說明（9 ) ，都經由慣用且熟知的方法適當地預先處理以去_硫化物 及二氧化碳並乾燥去除水’以產生“乾甜的”天然氣。 從N G L回收裝置排出的進料流體1 〇分成流體丄丄 及1 2 ’流體1 1通過熱交換機6 0 ，其如下所述是加熱 燃料流體1 7並冷卻進料流體1 1 ，從熱交換機6 〇排出 後，進料流體1 1與流體1 2再度結合且結合後的流體 1 3通過熱交換機6 1 ，其至少部份液化天然氣流；，至少 一部份從熱交換機6 1排出的液體流1 4視需要通過一或 多個膨脹裝置6 2，例如·Toule-Thomson閥，或者是水力渦 輪，使在高於約一 1 1 2°C (_ 1 7 0°F)之溫度下生產 P LNG ’從膨脹裝置6 2，膨脹後的流體1 5通至相分 離器6 3 ，從相分離器6 3抽出蒸汽流體1 7，蒸汽流體 1 7可作爲燃料使用以供應驅動在液化方法中使用的壓縮 機及泵所需的能源，在作爲燃料使用前，蒸汽流體1 7較 宜作爲冷凍源使> 用以幫助前述一部份在熱交換機6 0中的 進料流體，從分離器6 3排出液體流體1 6作爲溫度高於 —1 1 2 °C ( - 1 7 0 °F )且壓力足以使P L N G等於或 低於其始沸點的P L N G產物。 熱交換機6 1之冷凍任務是由封閉線圈冷卻提供，在 此冷卻循環中使用的冷凍劑稱爲低度冷凍劑，因爲與在提 供熱交換機6 5冷凍任務之冷卻循環中使用的較高溫度混 合冷凍劑比較，其爲相對較低溫的混合冷凍劑，壓縮後的 低度混合冷凍劑經由輸送管線4 0通過熱交換機6 1並在 管線4 1離開熱交換機6 1 ，低度混士冷凍劑需要在熱交 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -12- -- -*'! --I I I I ----I I I ---I I — I I 訂— — — — — — — I- -r' .(. -c. (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 4 6 0 6 80 A7 B7 五、發明説明（10) 換機61中冷卻至完全以液體從熱交換機61流入輸送管 線4 1之溫度，在管線4 1中的低度混合冷凍劑通過膨脹 閥6 4，在此將足量的液體低度混合冷凍劑閃蒸使低度混 合冷凍劑的溫度降低至所要的溫度’製造P L N G的所要 溫度通常是從低於約一 8 5 〇C ’且較宜在約一 9 5 °C及一 1 1 0 °C之間，通過膨脹閥6 4後降低壓力’低度混合冷 凍劑經由輸送管線4 2進入熱交換機6 1並在其通過熱交 換機6 1時持續蒸發.，低度混合冷凍劑當其排入管線4 3 時爲氣體/液體混合物（主要爲氣態）’低度混合冷凍劑 經由管線4 3通過熱交換機6 5 ’在此持續將低度混合冷 凍劑（1 )經由與和其逆流關係之另一個低度冷凍劑流（ 流體5 3 )之間接熱交換及（2 )經由高度冷凍劑流體 3 1之間接熱交換而被溫熱並蒸發’溫熱後的低度混合冷 凍劑經由管線4 4通過蒸汽-液體分離器8 0 ’在此將冷 凍劑分離成液體’部份及氣體部份，氣體部份經由管線4 5 通過壓縮機8 1且液體部份經由管線4 6通過泵8 2 ’在 此將液體部份加壓，在管線4 7中的壓縮後氣態低度混合 冷凍劑結合在管線4 8中的加壓液體且結合後的低度混合 冷凍劑流經由後冷卻機8 3冷卻’後冷卻機8 3冷卻低度 混合冷凍劑是經由與外來的冷媒間接熱交換，較宜是最終 使用環境作爲熱槽之冷媒，合適的環境冷媒可包括大氣、 淡水、海水、土地或前述的二或多項’冷卻後的低度混合 冷凍劑然後通過第二個蒸汽一液體分離器8 4 ’在此將其 分離成液體部份及氣體部份’氣體部份經由管線5 〇通過 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) --------訂-------- 丨 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公愛） -ΊΤ- 4 6 0 6 80 A7 B7 五、發明說明（11) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 壓縮機8 6且液體部份經由管線5 1通過泵8 7，在此將 液體部份加壓，壓縮後的氣態低度混合冷凍劑結合加壓後 的液體低度混合冷凍劑且結合後的低度混合冷凍劑（流體 5 2 )經由後冷卻機8 8冷卻，其係經由類似於後冷卻機 8 3之合適的外來冷媒冷卻，從後冷卻機8 8排出後，低 度混合冷凍劑經由管線5 3通過熱交換機6 5，在此將大 部分任何殘留的氣態低度混合冷凍劑經由通過熱交換機 6 5之低度冷凍劑流體4 3的間接熱交換及高度冷凍劑（ 流體3 1 )的間接熱交換而液化。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 參照高度冷凍循環，加壓的實質上液體高度混合冷凍 劑經由管線3 1通過熱交換機6 5至排放管線3 2 ，在管 線3 1中的高度混合$凍劑需要在熱交換機6 5中冷卻至 完全以液體從熱交換機6 5流入管線3 2之溫度，在管線 3 2中的冷凍劑通過膨脹閥7 4，在此將足量的液體高度 混合冷凍劑閃蒸使高度混合冷凍劑的溫度降低至所要的溫 度，高度混合冷凍劑（流體3 3 )在通過熱交換機6 5時 沸騰，所以高度混合冷凍劑當其排放至管線2 0時實質上 爲氣態，實質上氣態的高度混合冷凍劑經由管線2 0通至 冷凍劑蒸汽-液體分離器6 6，在此將其分離成液體部份 及氣體部份，氣體部份經由管線2 2通過壓縮機6 7且液 體部份經由管線2 1通過泵6 8 ’在此將液體部份加壓， 在管線2 3中的壓縮後的氣態高度混合冷凍劑結合在管線 2 4中的加壓後的高度混合冷凍劑流體且經由後冷卻機 6 9冷卻，後冷卻機6 9冷卻高度混合冷凍劑是經由與外 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） A7 460680 _B7__ 五、發明説明（12 ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本1) 來的冷媒間接熱交換，較宜是最終使用環境作爲熱槽之冷 媒，類似於後冷卻機8 3及8 8，冷卻後的高度混合冷凍 劑然後通過第二個蒸汽-液體分離器7 0，在此將其分離 成液體部份及氣體部份，氣體部份通至壓縮機7 1.且液體 部份通至泵7 1 ，在此將液體部份加壓，壓縮後的氣態高 度混合冷凍劑（流體2 9 )結合加.壓後的液體高度混合冷 凍劑（流體2 8 )且結合後的高度混合冷凍劑（流體3 0 )經由後冷卻機7 3冷卻，其係經由合適的外來冷媒冷卻 ，從後冷卻機7 3排出後，高度混合冷凍劑經由管線3 1 通過熱交換機6 5，在此將大部分任何殘留的氣寧高度混 合冷凍劑液化。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 熱交換機6 1及6 5並不限於任何型式，但是因爲經 濟性，較宜爲散熱片式、螺旋捲繞式及冷箱式熱交換機， 其都是以間接熱交換冷卻，在苯說明中所稱的“間接熱交 換”係指將兩富流體帶入熱交換關係但是沒有任何實體接 觸或流體彼此互相混合，進行本發明時使用的.熱交換機爲 熟諳此藝者所熟知，輸送至熱交換機6 1及6 5的同時含 液體及蒸汽相之所有的流體較宜使液體及蒸汽相等量分布 在其進入通道之截面，爲了達到此點，較宜提供分布裝置 給個別的蒸汽及液體流，可添加分離器至多相流體作爲所 需將流體分成液體及蒸汽流，例如，可在流體4 2進入熱 交換機6 1前將分離器加入流體4 2。 實際上進行冷卻及液化天然氣之低度混合冷凍劑可含 多種不同的化合物，雖然任何數量之成份可形成冷凍劑混 -T5- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 4 60680 A7 B7 五、發明說明（13 ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 合物，低度混合冷凍劑較宜含從約3至約7種成份，例如 ’在冷凍劑混合物中使用的冷凍劑可選自熟知的鹵化烴類 及其共沸混合物以及不同的烴類，部份實例爲甲烷、乙烯 、乙烷'丙烯、丙烷、異丁烷、丁烷、丁烯、三氯一氟甲 院、一氛一氟甲燒、一氯三氣甲院、一氯二氟！甲院、四氟 甲烷、一氯五氟乙烷、及熟諳此藝者已知的任何其他以烴 類爲主的冷凍劑，也可使用非烴類冷凍劑例如氮氣、氬氣 、氖氣、氦氣及二氧化碳，低度混合冷凍劑的唯一標準是 其爲相容且有不同的沸點，差異較宜至少約1 〇 °c ( 5 0 °F ) ’低度混合冷凍劑在管線4 1中必須實質上爲液體狀 態’且其本身可經由熱交換蒸汽化並將天然氣液化，所以 低度冷凍劑在管線4 3中主要爲氣體狀態，低度混合冷凍 劑必須不含可在熱交換機6 1或6 5中固化之化合物，合 適的低度混合冷凍劑實例可預期落在下列莫耳比例範圍內 :C!:約 1 5% 至 30%，C2:約 45% 至 60%， C 3 :約5 %至1 5 %，及C 4 ;約3 %至7 %，低度混合 冷凍劑成份之濃度可以調整，使吻合所要液化的天然氣之 冷卻與凝結特性及液化方法所需的冷凍溫度。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 高度混合冷凍劑也可含多種不同的化合物，雖然任何 數量之成份可形成冷凍劑混合物，高度混合冷凍劑較宜含 從約3至約7種成份，例如，在冷凍劑混合物中使用的高 度冷凍劑可選自熟知的鹵化烴類及其共沸混合物以及不同 的煙類，部份實例爲甲院、乙稀、乙院、.丙嫌、丙院、里 丁烷、丁烷、丁烯、三氯—氟甲烷、'二氯二氟甲烷、—氯 Τό 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格C210 X 297公釐〉 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 4<6Q68〇 A7 B7 五、發明說明（Μ) 二裁甲院、一氯—氟甲院、四，氣甲院、一氯五氟乙焼、及 熟諳此藝者已知的任何其他以烴類爲主的冷凍劑，也可使 用非烴類冷凍劑例如氮氣、氬氣、氖氣、氦氣及二氧化碳 ，高度混合冷凍劑的唯一標準是其爲相容且有不同的沸點 ，差異較宜至少約1 0 °C ( 5 0 °F )，高度混合冷凍劑在 管線3 2中必須實質上爲液體狀態，且其本身可經由熱交 換完全蒸汽化並在熱交換機65中溫熱低度冷凍劑（流體 4 3)，所以高度冷凍劑在管線2 0中主要爲氣體狀態， 高度混合冷凍劑必須不含可在熱交換機6 5中固化之化合 物’合適的高度混合冷凍劑實例可預期落在下列莫耳比例 範圍內：C!:約 0%至 10%，C2: 60%至 85%， C 3 :約 2 % 至 8 %，C 4 :約 2 % 至 1 2 %，及 C 5 ··約 1 %至1 5 %，高度混合冷凍劑成份之濃度可以調整，使 吻合所要液化的天然氣之冷卻與凝結特性及液化方法所需 的冷凍溫度。* 實例 進行模擬的質量與能量平衡以說明在圖中敘述之具體 實施例，且結果陳述在下列表中，使用可得自商業化供應 的稱爲 HYSYS τ M (可得自 Hyprotech Ltd . of Calgary, Canada )之方法模擬程式得到數據，但是也可使用其他商 業化供應的方法模擬程式得到數據，包括例如HYSIM τ M、 P R 0 I I τ M、及ASPEN PLUS T M，這些爲一般熟諳此藝 者所熟知，在表中列出的數據是爲了更佳了解圖中顯示的 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） --------I I--1' i I — I I — I 訂·----— — — — J · (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 460680 A7 B7 五、發明說明（15) 具體實施例，但是本發明並不需要限定於此，溫度及流速 不能視爲本發明之限制’從本文之說明，溫度及流速可有 許多變化。 此實例假設天然氣進料流體1 〇具有下列莫耳百分比 之成份 ◦ . 3%，c4: 1 · 1%，Cs: 〇 · 4%，熱交換機 6 1的低度冷凍劑組成物之莫耳百分比爲：C i : 3 3 . 3 %，C2:48.3%，C3:2.1%，C4:2.9% ，C 5 : 1 3 . 4 % ’熱交換機6 5的高度冷凍劑組成物之 莫耳百分比爲：Cl : 1 1 . 5%，C2 : 43 . 9%， C3:3 2 .1%，C4:1.6%，C5:l〇.9%, 在封閉循環中的冷凍劑組成物可經由熟諳此藝者調整，使 液化天然氣以生產P L N G之多種不同的進料氣體組成物 、壓力及溫度所需之能源要求最小化。 在轰中的數據顯示在低度循環中所需的冷凍劑壓力不 超過2 ’ 48〇kPa (360ps i a)，液化天然氣 至溫度約-1 6 0 °C之慣用冷凍循環通常需要約 6 ’ 2〇0kPa (900ps i a)之冷凍壓力，經由 在低度循環中使用明顯較低的壓力，可以大幅減少冷凍循 環所需的管線材料。 在此實例中顯示的本發明之另一個優點是在液化方法 中’燃料流體1 8是在足以在慣用氣體渦輪中使用的壓力 下提供’不需要使用輔助的燃料氣體壓縮。 熟諳此藝者，尤其是從本發明之_揭示可獲益者，將了 本紙張尺度過用中國國家標準（CNS〉A4規格（210 X 297公釐） -18 - ----I;——!;.----:裝---- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂----- 線- A7 4 60680 ____B7____ 五、發明說明（Ιό) 解上述方法可有許多改良及變化，例如，決定於系統之整 體設計及進料氣體之組成物，根據本發明可使用多種溫度 及壓力，而且決定於整體設計要求，進料氣體冷卻系統可 以補充或重新設計，使達到最佳化及有效的熱交換要求’ 此外，部份方法步驟可經由加入與圖中顔斧：裝S可以互 相交換之裝置而完成，如上文之討論，特定^明&具體實 施例及實例不能用於限制本發明之範圍’其{系ή T & @專 利申請範圍及其同等物決定。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -19- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 460680 A7 B7 五 明 發 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製

Zar C V .s J O c s f § < ) ^ " 才-， 才·- ¢- t c ri < D c § φ c 2 5 2 /1.6 11.2 ^ l\ n c 〇·、 n c ^ c 3\ < > c D —H i- JN ， sT n -H C 晷, 链( m4 —t 1· :· —(r —1 f -H —< * —ι C —j c d < ♦卜 a、 —H O c 一· c 、vq ( vj 1 r—( C ^ C D c Ό C 'O c •η ί —< 7\ ' o、 a、 q c y\ J 〇 2 -n < d d -Λ Ο Ό < d •Ό < d Ό ( o d o < d < §S2 -n —. Ν’ —.〇 l 中 广c s < s < x> c ：K C < x> ^ 3N Ό < /"1 —< -〇 ^4 *〇 < 3 ON ro — σ\ ΓΠ r〇 -〇 -ΐ Γ m d ^ Kn 。·十 cn ON 叫9 —· 广 >〇 O 3N CIN ζ} CTN "O 寸 3N ί | 33.3 | 4S.3 cj 〇 S cn cn s cn 寸* ο\ ro σ\ r〇 寸· ON ΓΛ S 99.4 叫中 W~1 F1 *< wn —·Η …卜_ 〇p 29,180 14.9 p p vn 1 1 un t—H ir\ 1 'm Μ R 1 8 1 s 1 < s 100,900 1 1 oorsoi 1 B s ci I S v~> oo <^Ί 38,590 J\S CN C<1 〇〇 CO W~J G oC v〇 ON g s 38,820 异 ο〇λ oo CO 异 oq oo cn o r—ι f \h <4 47,673 g CTs 45,768 CO g cn g CO \〇n 1 | 17,504 υη 102 17,609 13,236 cn o ΡΐΛ v〇 r〇 17,609 17,609 | 50,894 *〇〇 CL. Os o as \o § s \〇 s \o g I 8 袞卜卜 § co …1寸 r-H Ι ι—· CO r-^ K cn P； CO r- w\ cn r〇 8 专 00 in s oo CN 泛 ιψ CO OO S §汔 2 p \〇 CO ON v〇 OO 〇\ s cs v〇 CO CN ；S cn δ S5 a 1 -43.3 -46.5 -93.4 -136.7 -95.8 -141.1 -95-8 -141.1 -95.8 -141.1 -45.2 -50.0 9.1 47.8 47.8 144.4 9.5 48.5 13.1 55.0 o ΙΟ Ύ— CO vr> T— c〇 § : 寸 1—^ 150.6 All 117.2 -48.0 -55.0 4 : -48.0 -55.0 si o S1 o <N 1 Cv 1 〇 era :來 !脖 m -gjs 摩 ί矮 =1 擴 難 :择 1¾ 鹤 i €\m _傘择 m\ 11 1： 擴 I1D |i|n f· rS ， sp 擦 ii as * 5i 難 1 S3 ：€ •〔雠 |g C 5 *— J Γ V- 5 Γ- :2㈣? ^ c 3 ? ^ -^j· I V q叫o Ί \c 4 o 3 r q r· ，oc 4 «Τ' )'〇 \ c 3令 ^ ? 1 ?

---1:111';-------.裝------——訂---------線.->'; /—' (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) _I 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 χ 297公髮）

ZO 460680 A7 Β7 五、發明說明（β ) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制衣

組成物 Mol% 寸 CO Η 13.4 寸 CO t < 13.4 12.8 85.8 oo CN r 1 H 85.8 13.4 oo 59.5 13.4 13.4 Mol% 〇\ On CN σ\ CN CO σ\ Η oo cn oo 〇\ CN σ\ Γ-； r·'； G Mol% CN CTs CN CO CO G Mol% 48.3 48.3 48.3 48.3 48.7 O 48.7 p 48.3 53.0 25.5 48.3 48.3 〇> 〇\ CO C. Mol% 33.3 33.3 33.3 33.3 33.6 o； 33.6 33.3 39.5 un CO 33.3 33.3 93.5 93.5 壓力 流速 磅莫耳/小時 112,200 Ο CN CN 1 < 112,200 〇 CN CN f I Ο 1 ( CN 〇 CO 1 < 1 t I1·-'< CN Ο CN i 1 i 1 1 oq σ\ 19,400 〇 CN r-H i 1 112,200 0 o\ s 1 < 0 ON s 1 1 Ί 公斤莫耳/小時 oo 贫 50,894 50,894 50,894 oo 寸一 50,486 r-H 50,894 g r'··' ( of o oo^ oo 50,894 OO 48,036 s 车 Psia ο r—Η ΟΊ \〇 cn 〇 CN o CN Ο CO r—*H CO i 1 1 CO CO oo O' oo 2138 OO CO VO CO CO CO CO 1379 1379 1379 1331 1331 2462 2414 5400 5365 溫度 Deg F -136.7 -168.8 -54.7 47.8 47.8 186.4 48.8 179.2 55.0 55.0 97.3 55.0 44.0 -55.0 DegC -93.4 -111.2 -47.8 5 r*.H i 1 Ί oo $ i 1 CN OO r~H T—t CO 1 ""> 36.6 r · 1 cn i 1 p -48.0 液體 蒸汽/液體 蒸汽/液體 蒸汽/液體 蒸汽 液體 蒸汽 液體 蒸汽/液體 蒸汽 液體 蒸汽/液體 蒸汽/液體 蒸汽/液體 蒸汽/液體 流體 r—Η 9 5 cs CO CTn OO (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝--------訂---------線' 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 χ 297公釐） 21'

Claims (1)

1. A8 460680 § D8 六、申請專利範圍 1 .—種使用兩個封閉循環的多成份冷凍劑其中高度 (請先閱讀背面之注意事項本頁) 冷凍劑冷卻低度冷凍劑且低度冷凍劑冷卻及液化天然氣， 將天...然氣液化以產生溫度高於—1 12 °C ( — 170)且 壓力足以使液體產物等於或低於其始沸點之加壓液體產物 之方法，其步驟包括： · (a)在第一個封閉冷凍循環中，經由與低度多成份 冷凍劑之間接熱交換而將天然氣流冷卻及液化； (b )經由與和其逆流關係之另一個低度冷凍劑流體 熱交換及經由被第一個高度冷凍劑流體熱交換而溫熱低度 冷凍劑； (c )將步驟（b )該溫熱的低度冷凍劑壓縮至高壓 並用外來冷卻流體將其後冷卻； (d )經由與第二個高度多成份流體及步驟（b )低 度冷凍劑之熱交換進一步冷卻該低度冷凍劑，該高度冷凍 劑在熱.交換過中被_溫熱；及 (e )將步驟（d )該溫熱的高度冷凍劑壓縮至高壓 並用外來冷卻流體.將其後冷卻。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 2 .根據申請專利範圍第1項之方法，_中步驟（a )之間接熱交換包括一個步驟。 3 .如申請專利範圍第1項之方法，其中低度多成份 冷凍劑包括甲烷、乙烷、丁烷及戊烷。 4 .如申請專利範圍第1項之方法，其中高度多成份 冷凍劑包括丁烷及戊烷。 5 . —種使用兩個封閉多成份冷凍循環將富含甲烷的 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -22 - 460680 g 08 六、申請寻利範圍 氣流液化以生產溫度高於一 1 1 2 °C ( — 1 7 0 )且壓力 足以使液體產物等於或低於其始沸點之加壓液體產物之方 法，在該冷凍循環中的各冷凍劑含多種揮發性之成份’包 括： (a )將富'含甲烷的氣流與在第一個冷凍循環中循環 的第一種低度混合冷凍劑在第一個熱交換機中液化；. (b )在多個壓縮步驟中壓縮第一種低度混合冷凍劑 並在一或多個步驟中用外來冷卻流體冷卻壓縮的低度混合 冷凍劑； (c) 在第一個熱交換機中液化富含甲烷的氣體前’ 在第二個熱交換機中用第二種低度混合冷凍劑將壓縮冷卻 的第一種低度混合冷凍劑冷卻到至少部份液化壓縮的第一 種低度混合冷凍劑；及 (d) 在多個壓縮步驟中壓縮第二種多成份冷凍劑並 在一或多個步驂中用外來冷卻流體冷卻壓縮的第二種多成 •份冷凍劑，在第二個熱交換機中將壓縮冷卻的第二種多成 份冷凍劑熱交換而生產冷卻的至少部份液體之第二種多成 份冷凍劑，膨脹冷卻的至少部份液體之第二種多成份冷凍 劑，生產低溫冷凍劑並將此低溫冷凍劑與壓縮冷卻的第二 種多成份冷凍劑逆流熱交換到至少部份液化第一種多成份 冷凍劑且至少部份蒸發第二種多成份冷凍劑’並將第二種 多成份冷凍劑回收至第一個壓縮步驟。 6 ·—種將富含甲烷的氣體液化以生產溫度高於約一 1 1 2°C之加壓液體產物之方法，其步驟包括： 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格(210 X 297公釐） n I . in —^1 s n *1^ Λ ΐι 1 If n n I 】* If ffl (請先閱讀背面之注意事項^^寫本頁) ·- 線. 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 460680 § D8 六、申請專利範圍 (a )經由與第一個封閉冷凍循環中的第一種多成份 冷凍劑熱交換’在第一個熱交換機中冷卻及液化氣體； (請先閱讀背面之注意事項再if、寫本頁) (b )在第二個封閉冷凍循環中，用第二種多成份冷 凍劑在第二個熱交換機中冷卻該第一種多成份冷凍劑； (c )該第一個冷凍循環包括 在至少一個壓縮步驟中壓縮及冷卻步驟（b )冷卻的 第一種冷凍劑，且冷卻包括將溫熱的第一種冷凍劑相分離 成蒸汽相及液體相，分別加壓蒸汽相及液體相，結合加壓 的液體相及加壓的蒸汽相，並用外來冷卻流體將合倂後的 相後冷卻； 將加壓的第一種冷凍劑通過第二個熱交換機，用第二 種冷凍劑冷卻第一種冷凍劑； 將加壓的第一種冷凍劑通過第一個交換機_ ; 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 膨脹加壓的第一種冷凍劑，將第一種冷凍劑轉化成較 低溫度的混合备凍劑並將膨脹的第一種冷凍劑通過膨脹前 .和其逆流關係之第一個熱交換機及富含甲烷的氣體，因而 溫熱膨脹的第一種冷凍劑並產生溫度高於約-1 1 2°c之 加壓液體，並將溫熱膨脹的第一種冷凍劑回收至第二個熱 交換機；及 (d )該第二個冷凍循環包括： 在至少一個壓縮步驟中壓縮及冷卻溫熱的第二種冷凍 劑，且冷卻包括將溫熱的第二種冷凍劑相分離成蒸汽相及 液體相，分別加壓蒸汽相及液體相，結1合加壓的液體相及 加壓的蒸汽相，並用外來冷卻流體將合倂後的相後冷卻； -22T 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 4 β〇680 § _ D8 六、申請專利範圍 將加壓的第二種冷凍劑通過第二個熱交換機，用第二 種冷凍劑冷卻第一種冷凍劑； 膨脹加壓的第二種冷凍劑至較低的溫度，將膨脹的第 二種冷凍劑通過膨脹前和其逆流關係之第二個熱交換機及 第一種冷凍劑，因而溫熱膨脹的第二種冷凍劑。 n I— n .,1 H f I ^----裝--- (請先閱讀背面之注意事項*,v寫本頁) 訂---------線 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）