專利名稱：用于液化富碳?xì)浠衔锏姆椒?br> 技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于液化富碳?xì)浠衔锪鳌⒂绕涫翘烊粴饬鞯姆椒?，其中該富碳?xì)浠衔锪鞯囊夯嬷粋€(gè)由兩個(gè)制冷劑混合物回路構(gòu)成的制冷劑混合物回路級(jí)聯(lián)進(jìn)行并且其中第一制冷劑混合物回路用于預(yù)冷卻并且第二制冷劑混合物回路用于液化和過冷卻待液化的富碳?xì)浠衔锪鳌?br> 本發(fā)明還涉及一種用于富液化碳?xì)浠衔锪?、尤其天然氣流的方法，其中該富碳?xì)浠衔锪鞯囊夯嬷粋€(gè)由三個(gè)制冷劑混合物回路構(gòu)成的制冷劑混合物回路級(jí)聯(lián)進(jìn)行并且其中這三個(gè)制冷劑混合物回路中的第一個(gè)用于預(yù)冷卻，第二制冷劑混合物回路用于實(shí)際的液化并且第三制冷劑混合物回路用于過冷卻已液化的富碳?xì)浠衔锪鳌?br> 背景技術(shù)：
下面，對(duì)于“預(yù)冷卻”的概念應(yīng)理解成待液化的富碳?xì)浠衔锪鞅焕鋮s直至這樣的溫度，在該溫度時(shí)進(jìn)行重的或者高沸點(diǎn)的碳?xì)浠衔锏姆蛛x。下面，對(duì)于待液化的富碳?xì)浠衔锪鞯碾S后的進(jìn)一步冷卻理解為“液化”的概念。
本發(fā)明類型的天然氣液化方法對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說由現(xiàn)有技術(shù)長(zhǎng)久地已知、例如由美國(guó)專利6,105,389公開，在該類型的方法中，富碳?xì)浠衔锪鞯囊夯嬷粋€(gè)由兩個(gè)制冷劑混合物回路構(gòu)成的制冷劑混合物回路級(jí)聯(lián)——通常稱為雙流式液化天然氣過程——進(jìn)行。
為此，在德國(guó)的公開文件197 16 415中描述的天然氣液化方法同樣適用于本發(fā)明類型的天然氣液化方法，其中富碳?xì)浠衔锪鞯囊夯嬷粋€(gè)由三個(gè)制冷劑混合物回路構(gòu)成的制冷劑混合物回路級(jí)聯(lián)進(jìn)行。
通過上述兩個(gè)專利的引用，它們的公開內(nèi)容也被收入在本專利的公開內(nèi)容中。
通?！缭谏鲜雒绹?guó)專利6,105,389中描述的那樣——預(yù)冷卻、液化以及過冷卻時(shí)的熱交換在一個(gè)組合的多流式換熱器中進(jìn)行。在此，所有的過程流通過共同類型的換熱器進(jìn)行引導(dǎo)。根據(jù)要求的或者期望的容量設(shè)置多個(gè)平行地設(shè)置的、同樣的換熱器(單元)。
原則上，使用板式換熱器進(jìn)行預(yù)冷卻的天然氣液化設(shè)備從約0.2mtpa LNG容量起需要多個(gè)平行地設(shè)置的換熱器，因?yàn)槊總€(gè)換熱器塊的加熱表面是有限的。因此只要所述換熱器塊分別包含所有過程流，對(duì)于5mtpa的液化容量就要設(shè)置20至30個(gè)平行設(shè)置的換熱器塊。
但是由此得出如下缺點(diǎn)-均勻分布，-高的管耗費(fèi)，-在部分載荷運(yùn)行時(shí)的運(yùn)行穩(wěn)定性，尤其是攜帶(Mitreiβen)的問題，-在運(yùn)行由于缺失過程流而僅具有預(yù)冷卻、即沒有液化和冷卻的設(shè)備時(shí)的熱失衡；這尤其在液化過程的起動(dòng)過程期間意義重大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提出一種開頭類型的用于液化富碳?xì)浠衔锪鞯姆椒?，其中能夠避免上述的問題。
為了解決該目的，在本發(fā)明類型的液化過程中建議，沒有其他的過程流參與待被預(yù)冷卻的富碳?xì)浠衔锪髋c第一制冷劑混合物回路的制冷劑混合物之間的熱交換，在該液化過程中富碳?xì)浠衔锪鞯囊夯嬷粋€(gè)由兩個(gè)或三個(gè)制冷劑混合物回路構(gòu)成的制冷劑混合物回路級(jí)聯(lián)進(jìn)行。
借助于形成換熱器的“特殊化”的本發(fā)明方法實(shí)現(xiàn)，能大大降低用于相同的過程任務(wù)的換熱器或換熱器塊的數(shù)量。因此隨之帶來的是需要的管耗費(fèi)的減少。
每個(gè)換熱器類型的塊(block)的數(shù)量在直至10mtpa的液化容量時(shí)保持16個(gè)以下、優(yōu)選在2與8塊之間。這使得在確定的成本耗費(fèi)的情況下允許對(duì)稱的管設(shè)置。


下面借助于在圖1至5中示出的實(shí)施例詳細(xì)解釋按本發(fā)明的方法以及該方法的另外的、構(gòu)成從屬權(quán)利要求主題的構(gòu)型。
其中圖1示出天然氣液化方法，其中與一個(gè)由兩個(gè)制冷劑混合物回路構(gòu)成的制冷劑混合物回路級(jí)聯(lián)逆流地進(jìn)行液化，圖2示出天然氣液化方法，其中與一個(gè)由三個(gè)制冷劑混合物回路構(gòu)成的制冷劑混合物回路級(jí)聯(lián)逆流地進(jìn)行液化，圖3示出天然氣液化方法，如借助于圖2解釋的那樣，并且其中第二制冷劑混合物回路的至少一個(gè)制冷劑混合物部分流用于預(yù)冷卻天然氣，圖4/5示出天然氣液化方法，如借助于圖2解釋的那樣，其中第二和第三制冷劑混合物回路的制冷劑混合物在雙流式換熱器中進(jìn)行冷卻。
具體實(shí)施例方式
在圖1中示出的本發(fā)明方法的構(gòu)型中，待被冷卻及待被液化的天然氣流通過管路1輸送至第一換熱器E1。在該第一換熱器中，天然氣流逆著第一制冷劑混合物回路的制冷劑混合物的一個(gè)部分流P3被冷卻。接著該天然氣流被通過管路2輸送至第二換熱器E2，在該第二換熱器中，該天然氣流相繼地逆著第一制冷劑混合物回路的制冷劑混合物的兩個(gè)部分流P5和P7被冷卻。
被這樣冷卻的天然氣流接著通過管路3輸送至另一換熱器E5并且在該換熱器中逆著第二制冷劑混合物回路的制冷劑混合物L(fēng)2被液化并且必要時(shí)被過冷卻。接著液化了的天然氣流(LNG)通過管路4供給到其他的應(yīng)用和/或被儲(chǔ)存。
在圖1中所示的實(shí)施例中，預(yù)冷卻的天然氣流的后述的液化和過冷卻逆著制冷劑混合物回路級(jí)聯(lián)的第二制冷劑混合物回路L1至L4進(jìn)行，其中借助于單級(jí)或多級(jí)的壓縮LV壓縮的制冷劑混合物首先輸送至一個(gè)后冷卻器LK并且接著通過管路L4輸送至換熱器E3。在該換熱器中，第二制冷劑混合物回路的制冷劑混合物逆著第一制冷劑混合物回路的制冷劑混合物的處于合適的溫度水平的部分流P9、P11和P13被冷卻和液化。
第二制冷劑混合物回路的被這樣冷卻和液化的制冷劑混合物接著通過管路L1輸送至提及的換熱器E5、逆著自身進(jìn)行過冷卻、通過管路L2由換熱器E5引出、被釋壓并且與待被液化的和必要時(shí)待被過冷卻的天然氣流逆流地又穿過換熱器E5。接著該制冷劑混合物被從換熱器E5通過管路L3引出并且輸送至已經(jīng)提及的單級(jí)或多級(jí)的回路壓縮器LV。
第一冷卻回路的制冷劑混合物的已經(jīng)提及的部分流P3、P5和P7在第一制冷劑混合物回路的多級(jí)的壓縮器單元PV中又會(huì)聚，這些部分流在換熱器E1和E2中用于預(yù)冷卻待被液化的天然氣流1或2。
在壓縮PV中壓縮的制冷劑混合物流通過管路P1輸送至一個(gè)冷凝器PK并且接著通過管路P2輸送至三個(gè)換熱器E4A、E4B、E4C中的第一個(gè)。在三個(gè)上述的換熱器中的每個(gè)的后面，制冷劑混合物的部分流以合適的溫度水平通過管路P3、P5或P7引出、被釋壓并且接著——如已經(jīng)描述的那樣——為了預(yù)冷卻待液化的天然氣流1或者2的目的被引導(dǎo)穿過換熱器E1和E2。
為了過冷卻上述的制冷劑混合物部分流P3、P5和P7，從這些制冷劑混合物部分流中又引出一些部分流P15、P17和P19、將它們釋壓并且使它們逆流地穿過三個(gè)上述的換熱器E4A、E4B或E4C。這些部分流接著通過管路P16、P18和P20在壓縮PV之前又混合至各自的流中，這些部分流是被從該流中引出的。
按本發(fā)明的方法進(jìn)一步構(gòu)成地建議，沒有其他的過程流參與第一制冷劑混合物回路的待被冷卻的制冷劑混合物P2逆著自身的熱交換E4A、E4B和E4C。有利的是，這些換熱器E4A、E4B和E4C被構(gòu)造為直管式換熱器或者板式換熱器。
為了在換熱器E3中冷卻或過冷卻第二制冷劑混合物回路的制冷劑混合物L(fēng)4，從三個(gè)制冷劑混合物部分流P3、P5和P7通過管路P9、P11和P13也引出一些部分流、將它們釋壓并且使它們與第二冷卻混合物回路的制冷劑混合物L(fēng)4逆流地穿過換熱器E3。這些制冷劑混合物部分流接著也通過管路P10、P12和P14在壓縮PV之前混合至管路P4、P6和P8中的制冷劑混合物部分流。
圖2中示出的本發(fā)明方法的構(gòu)型與圖1中示出的構(gòu)型的區(qū)別在于，現(xiàn)在為了過冷卻該液化的天然氣設(shè)置了一個(gè)另外的制冷劑混合物流。因此下面僅描述圖1與2中示出的構(gòu)型之間的區(qū)別。
在圖2中示出的方法實(shí)施例的情況下，在換熱器E1和E2中被預(yù)冷卻的天然氣流在換熱器E5中逆著第二制冷劑混合物回路的制冷劑混合物流進(jìn)行液化。接著，液化的天然氣流通過管路L4被輸送至另一換熱器E6、在該換熱器中逆著第三制冷劑混合物回路的制冷劑混合物流S3過冷卻并且接著通過管路L5輸送至其他應(yīng)用和/或儲(chǔ)存起來。
如已經(jīng)借助于第一以及第二制冷劑混合物說明的那樣，第三制冷劑混合物回路的制冷劑混合物首先也在一個(gè)單級(jí)或多級(jí)的壓縮SV中壓縮并且輸送至一個(gè)后冷卻器SK并且接著通過管路S1輸送至換熱器E3。在該換熱器中，該制冷劑混合物——與第二制冷劑混合物回路的制冷劑混合物一起——逆著第一制冷劑混合物回路的多個(gè)制冷劑混合物部分流被冷卻并且至少部分地被冷凝。
第三制冷劑混合物回路的制冷劑混合物通過管路S2被輸送至換熱器E5，在該換熱器中繼續(xù)被冷卻、完全地冷凝并且接著在換熱器E6中被過冷卻。該過冷卻了的制冷劑混合物通過管路S3被從該換熱器引出、被釋壓并且又逆著待被過冷卻的天然氣流地穿過換熱器E6。接著第三冷卻混合物回路的變熱的制冷劑混合物通過管路S4又輸送至已經(jīng)描述過的壓縮SV。
圖3示出本發(fā)明方法的一個(gè)構(gòu)型，其中使用第二制冷劑混合物回路的制冷劑混合物的一個(gè)部分流——除了第一制冷劑混合物回路的制冷劑混合物——來預(yù)冷卻所述待被液化的天然氣流。
為此，一個(gè)制冷劑混合物部分流被從第二制冷劑混合物回路的在換熱器E3中冷卻的制冷劑混合物流通過管路L5引出、被釋壓并且以適合的溫度水平與待被冷卻的天然氣流2逆流地穿過換熱器E2。變熱的制冷劑混合物部分流接著通過管路L6輸送到壓縮LV。
第二制冷劑混合物回路的在換熱器E3中冷卻的制冷劑混合物L(fēng)1的另一部分流通過管路L7被引出、被釋壓并且為了提供冷卻的目的輸送至換熱器E3。該制冷劑混合物部分流在穿過換熱器E3之后通過管路L8也輸送至壓縮器單元LV。
圖4和5示出本發(fā)明方法的構(gòu)型，其中第二制冷劑混合物回路的制冷劑混合物L(fēng)4逆著第一制冷劑混合物Pa、Pa′、Pb及Pb′的制冷劑混合物部分流的冷卻及第三制冷劑混合物回路的制冷劑混合物S1逆著第一制冷劑混合物回路Pc、Pc′、Pd及Pd′的制冷劑混合物部分流的冷卻在一些雙流式換熱器E3A、E3B、E3C及E3D中進(jìn)行。在此，這些雙流式換熱器E3A、E3B、E3C和E3D優(yōu)選被構(gòu)造為板式換熱器。
這種方法要求在先前的圖中示出的換熱器E2和E3的改造，其余的換熱器原則上可以保持不變。
用于液化富碳?xì)浠衔锪鞯陌幢景l(fā)明的方法的構(gòu)型具有優(yōu)點(diǎn)，即，第一制冷劑混合物回路Pa、Pb、Pc、和Pd的所有制冷劑混合物部分流在雙流式換熱器E3A、E3B、E3C和E3D的分開的、對(duì)于相應(yīng)任務(wù)優(yōu)化的流動(dòng)通道中被引導(dǎo)并且由此明顯改善了起動(dòng)時(shí)和部分載荷時(shí)的性能。但是相反其缺點(diǎn)在于，換熱器類型的增大的數(shù)量導(dǎo)致提高的能量消耗。
在圖5中示出的用于液化富碳?xì)浠衔锪鞯谋景l(fā)明方法的實(shí)施形式與在圖4中所示實(shí)施形式的區(qū)別僅在于，第二制冷劑混合物回路的制冷劑混合物以兩個(gè)不同的溫度水平進(jìn)行蒸發(fā)。其結(jié)果是，在圖4中示出的換熱器E5被分成兩個(gè)換熱器E5A和E5B。
按本發(fā)明的用于液化富碳?xì)浠衔锪?、尤其是天然氣流的方法與公知的收集管相反地允許實(shí)現(xiàn)足夠?qū)ΨQ的管設(shè)置(Verrohrung)并且從而通過避免不同的壓力降允許適當(dāng)?shù)木鶆蚍植?，所述收集管在不同的壓力降的情況下由于其不對(duì)稱的管設(shè)置導(dǎo)致錯(cuò)誤分布。
在所謂的整塊方案中，每個(gè)換熱器區(qū)段分別僅對(duì)一個(gè)用于多個(gè)待被冷卻的流的制冷劑混合物流負(fù)責(zé)。因此通常在過程或設(shè)備起動(dòng)時(shí)或在載荷改變時(shí)各制冷劑混合物流的熱效率大于有益于穩(wěn)定攜帶(Mitreissen)地改變。該攜帶僅在載荷范圍1∶3中是經(jīng)濟(jì)的。在混合物回路中的不足的攜帶導(dǎo)致氣體部分與液體部分之間的分離并且可不利地影響運(yùn)行的穩(wěn)定性，甚至影響換熱器的機(jī)械強(qiáng)度。
另外，本發(fā)明的方法在所需的熱交換器方面降低了復(fù)雜性，因?yàn)楝F(xiàn)在主要使用雙流式換熱器，因此在單個(gè)回路失靈的情況下能在很大程度上避免熱的不平衡。
權(quán)利要求
1.一種用于液化富碳?xì)浠衔锪鳌⒂绕涫翘烊粴饬鞯姆椒?，其中該富碳?xì)浠衔锪鞯囊夯嬷粋€(gè)由兩個(gè)制冷劑混合物回路組成的制冷劑混合物回路級(jí)聯(lián)進(jìn)行并且其中第一制冷劑混合物回路用于預(yù)冷卻并且第二制冷劑混合物回路用于液化和過冷卻該待被液化的富碳?xì)浠衔锪?，其特征在于沒有其他的過程流參與待被預(yù)冷卻的富碳?xì)浠衔锪?1、2)與第一制冷劑混合物回路的制冷劑混合物(P3)之間的熱交換(E1、E2)。
2.用于液化富碳?xì)浠衔锪鳌⒂绕涫翘烊粴饬鞯姆椒?，其中該富碳?xì)浠衔锪鞯囊夯嬷粋€(gè)由三個(gè)制冷劑混合物回路組成的制冷劑混合物回路級(jí)聯(lián)進(jìn)行并且其中這三個(gè)制冷劑混合物回路中的第一個(gè)用于預(yù)冷卻及第二制冷劑混合物回路用于實(shí)際的液化及第三制冷劑混合物回路用于過冷卻被液化了的富碳?xì)浠衔锪鳎涮卣髟谟跊]有其他的過程流參與待被預(yù)冷卻的富碳?xì)浠衔锪?1、2)與第一制冷劑混合物回路的制冷劑混合物(P3)之間的熱交換(E1、E2)。
3.按權(quán)利要求1或2所述的方法，其中使用第二制冷劑混合物回路的制冷劑混合物的至少一個(gè)部分流來預(yù)冷卻富碳?xì)浠衔锪?，其特征在于第二制冷劑混合物回路的制冷劑混合物的該部分?L5)參與待被預(yù)冷卻的富碳?xì)浠衔锪?1、2)與第一制冷劑混合物回路的制冷劑混合物(P3)之間的熱交換(E1、E2)。
4.按上述權(quán)利要求1至3之一所述的方法，其特征在于待被預(yù)冷卻的富碳?xì)浠衔锪?1、2)與第一制冷劑混合物回路的制冷劑混合物(P3)之間的熱交換(E1、E2)在至少一個(gè)直管式換熱器、優(yōu)選板式換熱器或者纏繞式換熱器中實(shí)現(xiàn)。
5.按上述權(quán)利要求1至4之一所述的方法，其特征在于沒有其他的過程流參與第一制冷劑混合物回路的待被冷卻的制冷劑混合物(P2)逆著自身的熱交換(E4A、E4B、E4C)。
6.按權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于第一制冷劑混合物回路的待被冷卻的制冷劑混合物(P2)逆著自身的熱交換(E4A、E4B、E4C)在至少一個(gè)直管式換熱器、優(yōu)選板式換熱器或者纏繞式換熱器中實(shí)現(xiàn)。
7.按上述權(quán)利要求1至6之一所述的方法，其特征在于第二制冷劑混合物回路的制冷劑混合物(L4)逆著第一制冷劑混合物回路(P9、P11、P13)的制冷劑混合物部分流的冷卻在一個(gè)單獨(dú)的換熱器(E3)、優(yōu)選直管式換熱器、尤其是板式換熱器或者纏繞式換熱器中進(jìn)行。
8.按上述權(quán)利要求2至7之一所述的方法，其特征在于第三制冷劑混合物回路的制冷劑混合物(S1)逆著第一制冷劑混合物回路(P9、P11、P13)的制冷劑混合物部分流的冷卻在一個(gè)單獨(dú)的換熱器(E3)、優(yōu)選直管式換熱器、尤其是板式換熱器或者纏繞式換熱器中進(jìn)行。
9.按上述權(quán)利要求1至8之一所述的方法，其特征在于第二制冷劑混合物回路的制冷劑混合物(L4)逆著第一制冷劑混合物回路(Pa、Pa′、Pb、Pb′)的制冷劑混合物部分流的冷卻及第三制冷劑混合物回路的制冷劑混合物(S1)逆著第一制冷劑混合物回路(Pc、Pc′、Pd、Pd′)的制冷劑混合物部分流的冷卻在一些雙流式換熱器(E3A、E3B、E3C、E3D)中進(jìn)行。
10.按權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于這些雙流式換熱器(E3A、E3B、E3C、E3D)被構(gòu)造為板式換熱器。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于液化富碳?xì)浠衔锪?、尤其是天然氣流的方法，其中該富碳?xì)浠衔锪鞯囊夯嬷粋€(gè)由兩個(gè)或三個(gè)制冷劑混合物回路構(gòu)成的制冷劑混合物回路級(jí)聯(lián)進(jìn)行。按照本發(fā)明，沒有其他的過程流參與待被預(yù)冷卻的富碳?xì)浠衔锪?1)與第一制冷劑混合物回路的制冷劑混合物(S3)之間的熱交換(E1、E2)。
文檔編號(hào)F25J1/02GK101095021SQ200580045857
公開日2007年12月26日 申請(qǐng)日期2005年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月3日
發(fā)明者H·鮑爾, H·弗蘭克, R·扎佩爾, T·席韋 申請(qǐng)人:林德股份公司