專利名稱：液化氣態(tài)、富含甲烷的進(jìn)料以獲得液化天然氣的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種液化氣態(tài)、富含甲烷的進(jìn)料以獲得液化產(chǎn)品的方法。液化產(chǎn)物通常是液化天然氣。尤其本發(fā)明涉及控制此液化方法。
背景技術(shù)：
液化方法包含以下步驟(a)提供高壓下的氣態(tài)、富含甲烷的進(jìn)料至位于主要熱交換器溫?zé)岫说闹饕獰峤粨Q器的第一管側(cè)，以蒸發(fā)制冷劑冷卻、液化及過冷卻此氣態(tài)、富含甲烷的進(jìn)料，以獲得液化物流，從主要熱交換器的冷端將液化物流移出主要熱交換器，并將液化物流當(dāng)作液化產(chǎn)品輸送而儲存；(b)從位于主要熱交換器溫?zé)岫说闹饕獰峤粨Q器的殼側(cè)移出蒸發(fā)制冷劑；(c)于至少一個(gè)制冷劑壓縮機(jī)中壓縮蒸發(fā)制冷劑，以獲得高壓制冷劑；(d)部分冷凝高壓制冷劑，并于分離器中將部分冷凝的制冷劑分離成液態(tài)重質(zhì)制冷劑餾分與氣態(tài)輕質(zhì)制冷劑餾分；(e)在主要熱交換器的第二管側(cè)過冷卻重質(zhì)制冷劑餾分，以獲得經(jīng)過冷卻重質(zhì)制冷劑物流，于減壓下將重質(zhì)制冷劑物流導(dǎo)入位于主要熱交換器中點(diǎn)的主要熱交換器的殼側(cè)，并使重質(zhì)制冷劑物流于殼側(cè)內(nèi)蒸發(fā)；以及(f)于主要熱交換器的第三管側(cè)冷卻、液化及過冷卻至少部分的輕質(zhì)制冷劑餾分，以獲得經(jīng)過冷卻的輕質(zhì)制冷劑物流，于減壓下將輕質(zhì)制冷劑物流導(dǎo)入位于主要熱交換器冷端的主要熱交換器的殼側(cè)，并使輕質(zhì)制冷劑物流于殼側(cè)內(nèi)蒸發(fā)。
專利國際申請公開號第99/31448號揭露控制液化的方法。在習(xí)知控制方法中，是使用一種基于模型預(yù)測控制的先進(jìn)處理控制器來測定一組操作變量的同步控制行為，以當(dāng)控制一組控制變量中的至少一個(gè)時(shí)，使一組參數(shù)中的至少一個(gè)最優(yōu)化；其中該組操作變量包括重質(zhì)制冷劑餾分的質(zhì)量流量、輕質(zhì)制冷劑餾分的質(zhì)量流量，以及富含甲烷進(jìn)料的質(zhì)量流量；其中該組控制變量包括于主要熱交換器溫?zé)岫说臏囟炔钜约坝谥饕獰峤粨Q器中點(diǎn)的溫度差；以及其中一組欲適化的變量包括液化產(chǎn)品的產(chǎn)量。
該習(xí)知方法被認(rèn)為是有利的，因?yàn)榛旌现评鋭┑恼w組成沒有被操作來最優(yōu)化液化產(chǎn)品的產(chǎn)量。然而，申請人現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)到個(gè)別地控制混合制冷劑的整體組成是很麻煩的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一目的是提供一種替換方法，其中包含對混合制冷劑的整體組成的控制。
為此目的，液化氣態(tài)、富含甲烷的進(jìn)料以獲得液化產(chǎn)物的方法的特征在于該方法還包括調(diào)整制冷劑的組成與數(shù)量并控制液化方法，其使用一種基于模型預(yù)測控制的先進(jìn)處理控制器來測定一組操作變量的同步控制行為，以當(dāng)控制一組控制變量中的至少一個(gè)時(shí)，使一組參數(shù)中的至少一個(gè)最優(yōu)化；其中該組操作變量包括重質(zhì)制冷劑餾分的質(zhì)量流量、輕質(zhì)制冷劑餾分的質(zhì)量流量、制冷劑成份的補(bǔ)充數(shù)量、所移除的制冷劑數(shù)量、制冷劑壓縮機(jī)的容量以及富含甲烷進(jìn)料的質(zhì)量流量；其中該組控制變量包括位于主要熱交換器溫?zé)岫说臏囟炔?、與液化天然氣溫度有關(guān)的變量、進(jìn)入步驟(d)分離器的制冷劑組成、主要熱交換器的殼內(nèi)的壓力、步驟(d)分離器內(nèi)的壓力以及步驟(d)分離器內(nèi)的液體高度；以及其中一組欲最優(yōu)化的變量包括液化產(chǎn)品的產(chǎn)量。
在說明書與申請專利范圍中，術(shù)語“操作變量”是指可被先進(jìn)處理控制器操作的變量，而術(shù)語“控制變量”是用指必須被先進(jìn)處理控制器保持在預(yù)設(shè)值(設(shè)定值)或預(yù)設(shè)范圍(設(shè)定范圍)內(nèi)的變量。措詞“最優(yōu)化變量”是指最大化或最小化變量，并將變量維持在預(yù)設(shè)值。
模型預(yù)測控制或基于預(yù)測控制的模型是一種習(xí)知技術(shù)，例如請見Perry’s Chemical Engineers’Handbook，第七版，第8-25至8-27頁。模型預(yù)測控制的重要特征在于使用模型與控制變量的可得的量測來預(yù)測未來的處理行為。計(jì)算控制器的輸出以使性能指數(shù)最優(yōu)化，該性能指數(shù)為所預(yù)測的誤差與所計(jì)算的未來控制變動(future control move)的線性或二次函數(shù)。于每一次取樣瞬間，會重復(fù)控制計(jì)算，且預(yù)測值是基于目前的量測值來更新。適當(dāng)?shù)哪Ｐ蜑橐环N包含一組可表達(dá)操作變量對控制變量的階躍響應(yīng)的結(jié)果的經(jīng)驗(yàn)階躍響應(yīng)模型(empiricalstep-response model)。
可由個(gè)別的最優(yōu)化步驟得到欲最優(yōu)化的參數(shù)的最優(yōu)值，或者可將欲最優(yōu)化的變量包含于性能函數(shù)中。
在應(yīng)用模型預(yù)測控制之前，首先測定操作變量的階躍變化對欲最優(yōu)化的變量及對控制變量的影響。此產(chǎn)生一組階躍響應(yīng)系數(shù)。此組階躍響應(yīng)系數(shù)形成液化方法的模型預(yù)測控制的基礎(chǔ)。
在正常操作過程中，控制變量的預(yù)測值則會為了一些未來控制而經(jīng)常計(jì)算。對于這些未來控制變動，計(jì)算性能指數(shù)。性能指數(shù)包括二項(xiàng)，第一項(xiàng)表示每一控制變動中預(yù)測誤差的未來控制變動的總和，而第二項(xiàng)表示每一控制變動中操作變量變化的未來控制變動的總和。對每一控制變量而言，預(yù)測誤差為控制變量的預(yù)測值與控制變量的參考值間的差異。將預(yù)測誤差乘以加權(quán)因子，并將控制變動的操作變量變化皆乘以變動抑制因子。此處所討論的性能指數(shù)即為線性。
或者，這些項(xiàng)可為平方項(xiàng)的加總，于此例中，性能指數(shù)為二次方的。
此外，可對操作變量、操作變量的變化以及控制變量作限制。其可產(chǎn)生一個(gè)別的方程組，該方程組可在性能指數(shù)最小化的同時(shí)被解出。
可以兩種方式進(jìn)行最優(yōu)化，一種方式是在性能指數(shù)的最小化之外個(gè)別地最優(yōu)化，第二種方式是于性能指數(shù)中最優(yōu)化。
當(dāng)個(gè)別地進(jìn)行最優(yōu)化時(shí)，欲最優(yōu)化的變量被包括在每一控制變動中的預(yù)測誤差的控制變量中，而此最優(yōu)化可得到控制變量的參考值。
或者，于性能指數(shù)的計(jì)算中進(jìn)行最優(yōu)化，而此可得到具有適當(dāng)加權(quán)因子的性能指數(shù)的第三項(xiàng)。于此例中，控制變量的參考值是預(yù)先設(shè)定為穩(wěn)態(tài)值，其維持為常數(shù)。
考慮到為獲得未來控制變動的操作變量值所作的限制，將性能指數(shù)最小化。然而，僅執(zhí)行下一個(gè)控制變動。然后，再重新開始未來控制變動的性能指數(shù)的計(jì)算。
具有階躍響應(yīng)系數(shù)的模型與模型預(yù)測控制中所需方程序?yàn)榭刂埔夯椒ㄋ鶊?zhí)行的電腦程序的一部分。裝載有這樣一種可處理模型預(yù)測控制的程序的電腦程序被稱為先進(jìn)處理控制器。因?yàn)殡娔X程序是商業(yè)可得的，我們將不詳細(xì)討論此種程序。本發(fā)明更與選擇變量有關(guān)。


圖1為顯示液化天然氣工廠的流程圖。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)將參照所附的顯示液化天然氣工廠的流程圖來說明本發(fā)明。
液化天然氣的工廠包含具有溫?zé)岫?、冷端5及中點(diǎn)7的主要熱交換器1。主要熱交換器1的器壁8界定出殼側(cè)10。于殼側(cè)10中，設(shè)置有從溫?zé)岫?延伸至冷端5的第一管側(cè)13、從溫?zé)岫?延伸至中點(diǎn)7的第二管側(cè)15，及從溫?zé)岫?延伸至冷端5的第三管側(cè)16。
在正常操作過程中，于提升壓力下將氣態(tài)、富含甲烷的進(jìn)料是經(jīng)由在主要熱交換器溫?zé)岫?的供應(yīng)導(dǎo)管20供應(yīng)至主要熱交換器1的第一管側(cè)13。流經(jīng)第一管側(cè)13的進(jìn)料則被在殼側(cè)10內(nèi)蒸發(fā)的制冷劑所冷卻、液化與過冷卻。所得液化物流于主要熱交換器1的冷端5經(jīng)由導(dǎo)管23移出。將液化物流送至儲槽(未顯示)，在此，液化物流于大氣壓力下以液化產(chǎn)品儲存。
蒸發(fā)的制冷劑從溫?zé)岫?經(jīng)由導(dǎo)管25移出主要熱交換器1的殼側(cè)10。為調(diào)整制冷劑的整體組成，成份像是氮?dú)?、甲烷、乙烷與丙烷可分別經(jīng)由導(dǎo)管26a，26b，26c與26d加入導(dǎo)管25的制冷劑中。導(dǎo)管26a至26d裝有適當(dāng)可控制進(jìn)入導(dǎo)管25的成份流動的閥件(未顯示)。制冷劑亦稱為混合制冷劑或多成份制冷劑。
于制冷劑壓縮機(jī)30中，壓縮蒸發(fā)的制冷劑以得到從導(dǎo)管32移出的高壓制冷劑。制冷劑壓縮機(jī)30是由適當(dāng)馬達(dá)驅(qū)動，例如裝有起動一輔助馬達(dá)(未顯示)的氣體渦輪35。
導(dǎo)管32內(nèi)的高壓制冷劑于空氣冷卻器42內(nèi)冷卻，并于熱交換器43中部分冷凝，以得部分冷凝的制冷劑。空氣冷卻器42可用熱交換器取代，于熱交換器中制冷劑以海水冷卻。
高壓制冷劑經(jīng)由入口裝置46導(dǎo)入為分離容器45形式的分離器。于分離容器45中，部分冷凝的制冷劑被分成液態(tài)重質(zhì)制冷劑餾分以及氣態(tài)輕質(zhì)制冷劑餾分。液態(tài)重質(zhì)制冷劑餾分從分離容器45的底部經(jīng)由導(dǎo)管47移出，而氣態(tài)輕質(zhì)制冷劑餾分經(jīng)由導(dǎo)管48移出。
為調(diào)節(jié)制冷劑的數(shù)量，重質(zhì)制冷劑可經(jīng)由裝有閥49a的導(dǎo)管49排出。
重質(zhì)制冷劑餾分于主要熱交換器1的第二管側(cè)15過冷卻，以得到過冷卻的重質(zhì)制冷劑物流。過冷卻的重質(zhì)制冷劑物流經(jīng)由導(dǎo)管50移出主要熱交換器1，并得以在為膨脹閥51形式的膨脹裝置中膨脹。于減壓下，其于主要熱交換器1的中點(diǎn)7經(jīng)由導(dǎo)管52與噴嘴53導(dǎo)入主要熱交換器1的殼側(cè)10。重質(zhì)制冷劑物流得以于減壓下于殼側(cè)10蒸發(fā)，借此冷卻管側(cè)13，15與16內(nèi)的流體。
為調(diào)節(jié)制冷劑的數(shù)量，氣態(tài)輕質(zhì)制冷劑可經(jīng)由裝有閥54a的導(dǎo)管54排出。
經(jīng)由導(dǎo)管48移出的氣態(tài)輕質(zhì)制冷劑餾分流至主要熱交換器1的第三管側(cè)16，并于此冷卻、液化與過冷卻，以獲得過冷卻的輕質(zhì)制冷劑物流。過冷卻的輕質(zhì)制冷劑物流經(jīng)由導(dǎo)管57移出主要熱交換器1，并得以于膨脹閥58形式的膨脹裝置中膨脹。于減壓下，其于主要熱交換器1的冷端5經(jīng)由導(dǎo)管59與噴嘴60導(dǎo)入主要熱交換器1的殼側(cè)10。輕質(zhì)制冷劑物流得以于減壓下于殼側(cè)10內(nèi)蒸發(fā)，借此冷卻管側(cè)13，15與16內(nèi)的流體。
所得液化物流從導(dǎo)管23移出主要熱交換器1，并流至閃蒸器70。導(dǎo)管23上裝有為膨脹閥71形式的膨脹裝置，以容許壓力的減低，以致于減壓下經(jīng)由閃蒸器70內(nèi)的入口裝置72導(dǎo)入所得液化物流。此減壓適當(dāng)?shù)卮笾碌扔诖髿鈮?。膨脹閥71亦調(diào)節(jié)總流量。
廢氣從閃蒸器70頂部經(jīng)由導(dǎo)管75移出。廢氣可于終端閃蒸壓縮器(未顯示)中壓縮，以得到高壓燃料氣體。
液化產(chǎn)物從閃蒸器70底部經(jīng)由導(dǎo)管80移出，并流至儲槽(未顯示)。
第一個(gè)目的是使流經(jīng)導(dǎo)管80的液化產(chǎn)物的生產(chǎn)量最大化，其是借由膨脹閥71來操控。
為達(dá)成此目的，使用基于模型預(yù)測控制的先進(jìn)處理控制器來控制液化方法，以測定一組操作變量的同步控制行為，以當(dāng)控制至少一組控制變量中的至少一個(gè)時(shí)，使液化產(chǎn)物的產(chǎn)量最優(yōu)化。
該組操作變量包括流經(jīng)導(dǎo)管52(膨脹閥51)的重質(zhì)制冷劑餾分的質(zhì)量流量、流經(jīng)導(dǎo)管57(膨脹閥58)的輕質(zhì)制冷劑餾分的質(zhì)量流量、制冷劑成份補(bǔ)充的數(shù)量(經(jīng)由導(dǎo)管26a至26d提供)、從導(dǎo)管49流出和/或從導(dǎo)管54排出的制冷劑數(shù)量、制冷劑壓縮機(jī)30的容量以及流經(jīng)導(dǎo)管20(由膨脹閥71操控)的富含甲烷進(jìn)料的質(zhì)量流量。于另一具體實(shí)例中，膨脹渦輪(未顯示)可置于膨脹閥71上游的導(dǎo)管23中。
這些操作變量中，重質(zhì)制冷劑餾分的質(zhì)量流量、輕質(zhì)制冷劑餾分的質(zhì)量流量、制冷劑成份補(bǔ)充的數(shù)量，及流出和/或排出的制冷劑數(shù)量是有關(guān)于存貨或混合制冷劑數(shù)量的操作變量。
制冷劑壓縮機(jī)30(或數(shù)個(gè)壓縮機(jī)，其當(dāng)使用超過一個(gè)壓縮機(jī)時(shí))的容量是以制冷劑壓縮機(jī)的速度、制冷劑壓縮機(jī)入口導(dǎo)引葉片的角度、或是制冷劑壓縮機(jī)的速度與入口導(dǎo)引葉片的角度兩者來決定。因此，制冷劑壓縮機(jī)的操作變量容量為制冷劑壓縮機(jī)的速度、制冷劑壓縮機(jī)入口導(dǎo)引葉片的角度、或是制冷劑壓縮機(jī)的速度與入口導(dǎo)引葉片的角度兩者。
該組控制變量包括主要熱交換器1的溫?zé)岫?的溫度差(即在導(dǎo)管20內(nèi)的流體的溫度與導(dǎo)管25內(nèi)的溫度的差異)。
適當(dāng)?shù)?，控制另外的變量，其為中點(diǎn)7的溫度差，亦即為位于中點(diǎn)7的第一管側(cè)13內(nèi)液化的氣體溫度與于位于中點(diǎn)7的主要熱交換器1的殼側(cè)10內(nèi)的流體溫度的差異。于說明書與申請專利范圍中，此溫度差是指第一中點(diǎn)溫度差。
適當(dāng)?shù)?，控制另外的變量，其為中點(diǎn)7的溫度差，亦即為位于中點(diǎn)7的第一管側(cè)13內(nèi)液化的氣體溫度與經(jīng)由導(dǎo)管52導(dǎo)入的重質(zhì)混合制冷劑物流溫度的差異。于說明書與申請專利范圍中，此溫度差異是稱為第二中點(diǎn)溫度差。
適當(dāng)?shù)?，又一控制變量為位于中點(diǎn)7的第一管側(cè)13內(nèi)液化的氣體溫度。
該組控制變量亦包含一個(gè)關(guān)于液化天然氣的溫度。此外，該組控制變量包含進(jìn)入分離容器45的制冷劑的組成、主要熱交換器1的殼側(cè)10內(nèi)的壓力、以及分離容器45內(nèi)的液體高度。
該組欲最優(yōu)化的變量包含液化產(chǎn)物的產(chǎn)量。
借由選擇這些變量，可使用此基于模型預(yù)測控制的先進(jìn)處理控制來達(dá)成主要熱交換器1的控制。
申請人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)可達(dá)成一種有效且快速的控制，其容許最優(yōu)化液化產(chǎn)物的產(chǎn)量、控制主要熱交換器內(nèi)的溫度分布，以及控制制冷劑的組成與制冷劑的數(shù)量或存貨。
本發(fā)明的本質(zhì)在于領(lǐng)悟到混合制冷劑的組成與存貨是無法與液化產(chǎn)物的產(chǎn)量的最優(yōu)化分離的。
控制變量之一為主要熱交換器1的溫?zé)岫?的溫度差，其為導(dǎo)管20內(nèi)的流體溫度與導(dǎo)管25內(nèi)的溫度間的差異。將溫?zé)岫?的溫度保持在預(yù)定極限之內(nèi)(最小極限值與最大極限值)，以確保沒有液態(tài)制冷劑可經(jīng)由導(dǎo)管25從殼側(cè)10排出。
適當(dāng)?shù)?，控制另一變量，其為中點(diǎn)7的溫度差，即位于中點(diǎn)7的第一管側(cè)13內(nèi)液化的氣體溫度與位于中點(diǎn)7的主要熱交換器1的殼側(cè)10內(nèi)的流體溫度的差異。第一中點(diǎn)溫度差應(yīng)維持于預(yù)定范圍內(nèi)。
適當(dāng)?shù)?，控制另一變量，其為中點(diǎn)7的溫度差，即位于中點(diǎn)7的第一管側(cè)13內(nèi)液化的氣體溫度與經(jīng)由導(dǎo)管53導(dǎo)入的重質(zhì)混合制冷劑物流溫度的差異。第二中點(diǎn)溫度差應(yīng)維持于預(yù)定范圍內(nèi)。
適當(dāng)?shù)兀忠豢刂谱兞繛槲挥谥悬c(diǎn)7的第一管側(cè)13內(nèi)液化的氣體溫度，且此溫度應(yīng)保持在預(yù)定值以下。
控制變量的一為與液化天然氣溫度有關(guān)的變量。適當(dāng)?shù)?，此為?jīng)由導(dǎo)管23移出主要熱交換器1的液化天然氣溫度。或者，與液化天然氣溫度有關(guān)的變量為流經(jīng)導(dǎo)管75的廢氣量。
適當(dāng)?shù)?，除了液化產(chǎn)物的產(chǎn)量之外，該組欲最優(yōu)化的變量包括制冷劑的氮含量與制冷劑的丙烷含量，其中氮含量被最小化，而丙烷含量被最大化。
如前所述，最優(yōu)化可分別進(jìn)行，或于性能指數(shù)的計(jì)算中進(jìn)行。在后者例子中，以預(yù)定加權(quán)因子加權(quán)欲最優(yōu)化的變量。兩種方法皆容許操作員作選擇以使產(chǎn)量最大化或最優(yōu)化制冷劑組成。
本發(fā)明的另一目的為使壓縮機(jī)的利用最大化。為此目的，液化天然氣的產(chǎn)量被最大化直到達(dá)到壓縮機(jī)限制。因此，該組控制變量更包括驅(qū)動制冷劑壓縮機(jī)30(或多個(gè)制冷劑壓縮機(jī)，假使使用一個(gè)以上的制冷劑壓縮機(jī))所需動力。
另外，制冷劑壓縮機(jī)的速度亦為控制變量，因?yàn)槠淇杀唤档椭钡轿挥跍責(zé)岫?的溫度差的最大值達(dá)到最大極限值。
在熱交換器中，高壓制冷劑被部分冷凝。于此或一些其他的(未顯示)熱交換器中，熱是借由輔助制冷劑(例如丙烷)的間接熱交換而移除，輔助制冷劑于熱交換器的殼側(cè)中于適當(dāng)壓力下蒸發(fā)。
蒸發(fā)的輔助制冷劑是在適當(dāng)馬達(dá)，像是氣體渦輪92所驅(qū)動的輔助壓縮機(jī)90中壓縮。輔助制冷劑于空氣冷卻機(jī)95中冷凝，其中空氣為外部冷卻劑。在提升壓力下所冷凝的輔助制冷劑是經(jīng)由具有膨脹閥99的導(dǎo)管97流通至熱交換器43的殼側(cè)。經(jīng)冷凝的輔助制冷劑得以于低壓下蒸發(fā)，而蒸發(fā)的輔助制冷劑再經(jīng)由導(dǎo)管100回到輔助壓縮機(jī)92中。應(yīng)了解可利用超過一個(gè)的輔助壓縮機(jī)，其可以平行或串聯(lián)方式配置。
空氣冷卻機(jī)95可以熱交換器取代，其中制冷劑以海水冷卻。
為整合輔助制冷劑的循環(huán)控制與主要熱交換器1的控制，該組操作變量還包括輔助制冷劑壓縮機(jī)90或多個(gè)壓縮機(jī)的容量，而該組控制變量還包括驅(qū)動輔助制冷劑壓縮機(jī)90或多個(gè)壓縮機(jī)的動力。以此方式，可最大化丙烷壓縮機(jī)的利用。
輔助制冷劑壓縮機(jī)90(或多個(gè)壓縮機(jī)，假使使用一個(gè)以上的輔助制冷劑壓縮機(jī)時(shí))的容量是由輔助制冷劑壓縮機(jī)的速度、輔助制冷劑壓縮機(jī)入口導(dǎo)引葉片的角度、或是制冷劑壓縮機(jī)的速度與入口導(dǎo)引葉片的角度兩者所決定。因此，輔助制冷劑壓縮機(jī)的操作變量容量為輔助制冷劑壓縮機(jī)的速度、輔助制冷劑壓縮機(jī)入口導(dǎo)引葉片的角度、或是制冷劑壓縮機(jī)的速度與入口導(dǎo)引葉片的角度兩者。
在圖式所顯示的具體實(shí)施例中，重質(zhì)制冷劑可經(jīng)由設(shè)有閥49a的導(dǎo)管49排出，而氣態(tài)輕質(zhì)制冷劑可由設(shè)有閥54a的導(dǎo)管54排出?；蛘撸旌现评鋭┛蓮奈挥谥评鋭嚎s機(jī)30下游的導(dǎo)管32移出。在此方式中，亦可調(diào)節(jié)制冷劑的數(shù)量。
權(quán)利要求
1.一種液化氣態(tài)、富含甲烷的進(jìn)料以獲得液化產(chǎn)品的方法，該液化方法包括以下步驟(a)提供高壓的氣態(tài)、富含甲烷的進(jìn)料至位于主要熱交換器溫?zé)岫说闹饕獰峤粨Q器的第一管側(cè)，以蒸發(fā)制冷劑來冷卻、液化及過冷卻該氣態(tài)、富含甲烷的進(jìn)料，以獲得液化物流，從主要熱交換器的冷端將液化物流移出主要熱交換器，并將液化物流儲存為液化產(chǎn)品；(b)從位于主要熱交換器溫?zé)岫说闹饕獰峤粨Q器的殼側(cè)移出蒸發(fā)制冷劑；(c)于至少一個(gè)制冷劑壓縮機(jī)中壓縮蒸發(fā)制冷劑，以獲得高壓制冷劑；(d)部分冷凝高壓制冷劑，并于分離器中將部分冷凝的制冷劑分離成液態(tài)重質(zhì)制冷劑餾分與氣態(tài)輕質(zhì)制冷劑餾分；(e)于主要熱交換器的第二管側(cè)過冷卻重質(zhì)制冷劑餾分，以獲得過冷卻的重質(zhì)制冷劑物流，于減壓下將重質(zhì)制冷劑物流導(dǎo)入位于主要熱交換器中點(diǎn)的主要熱交換器的殼側(cè)，并使重質(zhì)制冷劑物流于殼側(cè)內(nèi)蒸發(fā)；以及(f)于主要熱交換器的第三管側(cè)冷卻、液化及過冷卻至少部分的輕質(zhì)制冷劑餾分，以獲得過冷卻的輕質(zhì)制冷劑物流，于減壓下將輕質(zhì)制冷劑物流導(dǎo)入位于主要熱交換器冷端的主要熱交換器的殼側(cè)，并使輕質(zhì)制冷劑物流于殼側(cè)內(nèi)蒸發(fā)，其特征在于該方法還包括調(diào)整制冷劑的組成與數(shù)量并控制液化方法，其使用一種基于模型預(yù)測控制的先進(jìn)處理控制器來測定一組操作變量的同步控制行為，以當(dāng)控制一組控制變量中的至少一個(gè)時(shí)，使一組參數(shù)中的至少一個(gè)最優(yōu)化，其中該組操作變量包括重質(zhì)制冷劑餾分的質(zhì)量流量、輕質(zhì)制冷劑餾分的質(zhì)量流量、制冷劑成份的補(bǔ)充數(shù)量、所移除的制冷劑數(shù)量、制冷劑壓縮機(jī)的容量以及富含甲烷進(jìn)料的質(zhì)量流量，其中該組控制變量包括位于主要熱交換器溫?zé)岫说臏囟炔睢⑴c液化天然氣溫度有關(guān)的變量、進(jìn)入步驟(d)分離器的制冷劑組成、主要熱交換器的殼內(nèi)的壓力，步驟(d)分離器內(nèi)的壓力以及步驟(d)分離器內(nèi)的液體高度，以及其中該組欲最優(yōu)化的變量包括液化產(chǎn)品的產(chǎn)量。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于該組控制變量還包括第一中點(diǎn)溫度差。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于該組控制變量還包括第二中點(diǎn)溫度差。
4.如權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于該組控制變量還包括在中點(diǎn)的第一管側(cè)中所液化的氣體的溫度。
5.如權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于與液化天然氣的溫度有關(guān)的變量為從主要熱交換器移出的液化天然氣的溫度。
6.如權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于還包括降低液化物流的壓力以獲得送至儲槽的液化產(chǎn)品與廢氣，與液化天然氣溫度有關(guān)的變量為廢氣的數(shù)量。
7.如權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于調(diào)節(jié)制冷劑的數(shù)量包括排出氣態(tài)制冷劑。
8.如權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于調(diào)節(jié)制冷劑的數(shù)量包括排出液態(tài)制冷劑。
9.如權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于該制冷劑包括氮?dú)馀c丙烷，其特征在于該組欲最優(yōu)化的變量還包括制冷劑的氮?dú)夂颗c制冷劑的丙烷含量，其中氮?dú)夂勘蛔钚』楹勘蛔畲蠡?br> 10.如權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于該組控制變量還包括驅(qū)動制冷劑壓縮機(jī)所需的動力。
11.如權(quán)利要求1至10中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于制冷劑壓縮機(jī)的操作變量容量為制冷劑壓縮機(jī)的速度、制冷劑壓縮機(jī)的入口導(dǎo)引葉片角度，或二者。
12.如權(quán)利要求1至10中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于在至少一個(gè)熱交換器中，通過與在適當(dāng)壓力下蒸發(fā)的輔助制冷劑的間接熱交換來對高壓制冷劑進(jìn)行部分冷凝，而其中蒸發(fā)的輔助制冷劑是在至少一個(gè)輔助制冷劑壓縮機(jī)中被壓縮，并通過與外部冷卻劑熱交換而冷凝，該組操作變量還包括輔助制冷劑壓縮機(jī)的容量，以及該組控制變量還包括驅(qū)動該輔助制冷劑壓縮機(jī)所需的動力。
13.如權(quán)利要求1至10中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于輔助制冷劑壓縮機(jī)的操作變量容量為輔助制冷劑壓縮機(jī)的速度，輔助制冷劑壓縮機(jī)的入口導(dǎo)引葉片角度，或二者。
全文摘要
在主要熱交換器(1)中利用蒸發(fā)制冷劑冷卻和液化氣態(tài)、富含甲烷的進(jìn)料(20)以獲得液化產(chǎn)品(23)，并將液化物流(23)經(jīng)導(dǎo)管(80)儲存為液化產(chǎn)品。所述方法包括調(diào)整制冷劑的組成與數(shù)量并控制液化方法，其使用一種基于模型預(yù)測控制的先進(jìn)處理控制器來測定一組操作變量的同步控制行為，以當(dāng)控制一組控制變量中的至少一個(gè)時(shí)，使一組參數(shù)中的至少一個(gè)最優(yōu)化，其中該組操作變量包括重質(zhì)制冷劑餾分(52)的質(zhì)量流量、輕質(zhì)制冷劑餾分(59)的質(zhì)量流量、制冷劑成分(26)的補(bǔ)充數(shù)量、所移除的制冷劑(54)數(shù)量、制冷劑壓縮機(jī)的容量(30，32)以及富含甲烷進(jìn)料(20)的質(zhì)量流量，其中該組控制變量包括位于主要熱交換器(1)溫?zé)岫?3)的溫度差、與液化天然氣(23)溫度有關(guān)的變量、進(jìn)入分離器(45)的制冷劑組成、主要熱交換器(1)的殼內(nèi)的壓力、分離器(45)內(nèi)的壓力以及分離器(45)內(nèi)的液體高度，以及其中一組欲最優(yōu)化的變量包括液化產(chǎn)品(80)的產(chǎn)量。
文檔編號F25J1/02GK1745285SQ200480003111
公開日2006年3月8日 申請日期2004年1月30日 優(yōu)先權(quán)日2003年1月31日
發(fā)明者W·赫普克斯, 林佩蓉, R·P·斯利夫, K·J·文克 申請人:國際殼牌研究有限公司