專利名稱：天然氣液化核心模塊，包括天然氣液化核心模塊的工廠及相關(guān)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般來講涉及氣體的壓縮和液化，更具體地講，涉及通過使用核心模塊的 模塊化天然氣液化廠將諸如天然氣的氣體部分液化。
背景技術(shù)：
天然氣是如汽油和柴油的燃燒燃料的已知替代品。為了克服汽油和柴油的各種缺 點(diǎn)，包括生產(chǎn)成本和由其使用所產(chǎn)生的后續(xù)排放，已進(jìn)行了大量的努力來開發(fā)作為替代燃 燒燃料的天然氣。正如本領(lǐng)域中所知，天然氣是比其它燃燒燃料更清潔的燃燒燃料。此外， 認(rèn)為天然氣比汽油或柴油更安全，因為天然氣會在空氣中上升并分散，而不是沉降。為了用作替代燃燒燃料，天然氣(本文中也稱為“原料氣”)通常被轉(zhuǎn)化成壓縮天 然氣(CNG)或液化(或液態(tài))天然氣(LNG)，以便所述燃料在使用之前的存儲和運(yùn)輸。按照 慣例，天然氣液化的兩個已知的基本循環(huán)稱為“級聯(lián)循環(huán)”和“膨脹循環(huán)”。簡單地說，級聯(lián)循環(huán)由一系列與原料氣的熱交換組成，每次交換的溫度依次降低， 直到液化完成為止。制冷程度是用不同的制冷劑獲得或用相同制冷劑在不同蒸發(fā)壓力下獲 得。級聯(lián)循環(huán)被認(rèn)為可非常有效地生產(chǎn)LNG，因為操作成本相對較低。然而，操作效率往往 被與昂貴的熱交換和制冷劑系統(tǒng)相關(guān)的壓縮設(shè)備相關(guān)的相對高的投資成本所抵消。此外， 在物理空間有限的情況下，合并了此系統(tǒng)的液化廠可能不切實際，因為在級聯(lián)系統(tǒng)中使用 的物理組件是相對較大的。在膨脹循環(huán)中，氣體通常被壓縮至選定的壓力，冷卻，并隨后使其通過膨脹渦輪膨 脹，從而產(chǎn)生功并降低原料氣的溫度。隨后將所述低溫原料氣進(jìn)行熱交換以實現(xiàn)所述原料 氣的液化。按照慣例，在天然氣液化中此循環(huán)已被視為不可行，因為沒有允許處理天然氣中 存在的例如水和二氧化碳的一些組分的條件，所述組分會在換熱器中遇到的溫度下凝固。此外，為了使慣用系統(tǒng)的操作成本低效率高，通常大規(guī)模地建造此類系統(tǒng)以處理 大體積的天然氣。結(jié)果，所建造的設(shè)施較少，使得更難以向液化廠或設(shè)施提供未凈化氣(raw gas)并且使液化產(chǎn)物的分配成為問題。大規(guī)模設(shè)施的另一個主要問題是與之相關(guān)的資金和 操作費(fèi)用。例如，慣用的大規(guī)模液化廠，即每天生產(chǎn)大約70，000加侖LNG的液化廠，在資金 支出方面可能花費(fèi)1630至2450萬美元或更多。大設(shè)施的另一個問題是與存儲預(yù)備將來使用和/或運(yùn)輸?shù)拇罅咳剂舷嚓P(guān)的成本。 不僅有與建造大的存儲設(shè)施相關(guān)的成本，而且還有與之相關(guān)的效率問題，因為存儲的LNG 傾向于隨時間升溫并汽化，造成LNG燃料產(chǎn)品的損失。此外，當(dāng)存儲較大量的LNG燃料產(chǎn)品 時，安全性可能成為問題。為了解決上述問題，已設(shè)計出試圖較小規(guī)模地從原料氣生產(chǎn)LNG或CNG的各種系統(tǒng)，旨在盡力解決長期存儲問題以及減少與天然氣的液化和/或壓縮相關(guān)的資金和操作費(fèi)用。例如，已設(shè)計出在減壓站生產(chǎn)LNG的小規(guī)模LNG廠，其中使用來自相對高壓的傳輸 管的氣體來生產(chǎn)LNG并將來自所述液化工藝的尾氣導(dǎo)入單個低壓下游傳輸管。然而，此類 工廠可能僅適于在上游和下游傳輸管之間具有相對高的壓差的減壓站，或可能在具有相對 低的壓降的減壓站效率低下。鑒于此，使用現(xiàn)有的LNG廠在某些現(xiàn)有的減壓站生產(chǎn)LNG是不 切實際的。此外，對于較小的市場來說，設(shè)計、工程策劃和制造用于各種天然氣源位置(所 述位置可能各自提供了處在不同氣體條件，如處在各種溫度和壓力下的NG)的LNG廠的成 本可能使LNG廠的建造變得不切實際。此外，因為如住宅用氣或工業(yè)用氣的許多天然氣源被認(rèn)為是相對“臟的”，所以對 提供“清潔的”或“預(yù)先凈化的”氣體的需求實際上是對在液化工藝之前實施昂貴的、通常 復(fù)雜的過濾和凈化系統(tǒng)的需求。此需求直接增加了建造和操作此類液化廠或設(shè)施的費(fèi)用和 復(fù)雜性。鑒于本領(lǐng)域中的不足，有利的是提供一種有效地(如小規(guī)模地)生產(chǎn)液化天然氣 的方法以及實現(xiàn)此方法的工廠。更具體地講，有利的是提供從處于各種水平的入口壓力和 入口溫度下的相對“臟的”或“未凈化的”天然氣源和來自所述工廠的返回天然氣源生產(chǎn)液 化天然氣的系統(tǒng)。出于效率考慮，此系統(tǒng)或方法可包括與所述液化循環(huán)整合的各種清潔循 環(huán)。此外，對所述方法和工廠來說，有利的是可易于使用可利用的運(yùn)輸資源經(jīng)公共道路和高 速公路運(yùn)輸?shù)狡渌乩砦恢?。對所述方法和工廠來說，有利的是能夠在各種地理位置操作 而基本上不改變所述方法和工廠的裝置。此外，有利的是提供用于天然氣液化的工廠，其建造和操作相對廉價且很少需要 或不需要操作者監(jiān)管。有利的是提供用于天然氣液化的工廠，其具有以基本上標(biāo)準(zhǔn)化的方式來操作地連 接的基本上標(biāo)準(zhǔn)化的組件的核心模塊，并且適用于多種場地條件而對所述核心模塊進(jìn)行的 內(nèi)部修改極少或不進(jìn)行內(nèi)部修改。此外，有利的是提供這種工廠，其可易于運(yùn)輸并且可位于居民社區(qū)內(nèi)或附近的現(xiàn) 有天然氣源處并進(jìn)行操作，從而提供消費(fèi)者獲取LNG燃料的便利性。

發(fā)明內(nèi)容
在一些實施方案中，天然氣液化的方法可包括用第一核心模塊液化來自第一天然 氣源的天然氣，和用與所述第一核心模塊基本上相同的至少一個第二核心模塊液化來自氣 體性質(zhì)不同于所述第一天然氣源的氣體性質(zhì)的至少一個第二天然氣源的天然氣。在其它實施方案中，設(shè)計天然氣液化廠的方法可包括使用被配置用來在不依賴場 地的預(yù)定輸入條件下接收源氣體，在不依賴場地的預(yù)定出口條件下排出尾氣并液化天然氣 的核心模塊的預(yù)先配置的核心模塊設(shè)計。所述方法可進(jìn)一步包括設(shè)計被配置用來在固定的 預(yù)定輸入條件下從特定的天然氣源向所述核心模塊提供源氣體的場地特定的進(jìn)口模塊，和 設(shè)計被配置用來在預(yù)定尾氣出口條件下從所述核心模塊向特定的尾氣流輸送尾氣的場地 特定的出口模塊。在其它實施方案中，分配液態(tài)天然氣的方法可包括向多個氣態(tài)天然氣源位置提供多個基本上相同的核心模塊。所述方法可進(jìn)ー步包括用所述多個基本上相同的核心模塊液 化來自所述多個氣態(tài)天然氣源的每個氣源的氣態(tài)天然氣的至少一部分以在所述多個氣態(tài) 天然氣源位置的每個位置處提供液態(tài)天然氣。在其它實施方案中，天然氣液化的方法可包括在單個場地用多個基本上相同的核 心模塊液化氣態(tài)天然氣。在其它實施方案中，模塊化天然氣液化廠可包括核心模塊、進(jìn)ロ模塊和出口模塊。 所述核心模塊可包括被配置用來在不依賴場地的預(yù)定壓力和溫度下接收氣態(tài)天然氣的處 理天然氣進(jìn)ロ、液態(tài)天然氣出口和被配置用來在不依賴場地的預(yù)定壓力和溫度下排出尾氣 的尾氣出ロ。所述進(jìn)ロ模塊可包括被配置用來在場地特定的天然氣源的溫度和壓カ下接收 氣態(tài)天然氣的天然氣源進(jìn)ロ ；和被配置用來在所述不依賴場地的預(yù)定壓力和溫度下向所述 核心模塊的處理天然氣進(jìn)ロ輸送氣態(tài)天然氣的處理天然氣出口。最后，所述出口模塊可包 括被配置用來在所述不依賴場地的預(yù)定壓力和溫度下接收來自所述核心模塊的尾氣出口 的尾氣的尾氣進(jìn)ロ ；和被配置用來在場地特定的壓カ和溫度下向場地特定的位置輸送所述 尾氣的處理尾氣出口。


在閱讀以下發(fā)明詳述并參考所述附圖之后，本發(fā)明的上述和其它優(yōu)點(diǎn)將變得顯而 易見。圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的用于液化廠的核心模塊的總體示意圖。圖2是描繪用于根據(jù)本發(fā)明的實施方案的模塊化類型的液化廠的場地的流程圖， 所述場地具有供氣管道和尾氣管道。圖3是描繪另ー個具有單個供氣管道的場地的流程圖，所述供氣管道可用來向根 據(jù)本發(fā)明的實施方案的模塊化類型的液化廠供應(yīng)氣體并接收來自根據(jù)本發(fā)明的實施方案 的模塊化類型的液化廠的尾氣。
具體實施例方式模塊化類型的液化廠具有的核心模塊設(shè)計可用于各種場地條件，所述液化廠可容 易運(yùn)輸?shù)綀龅匚恢茫⑶铱扇菀资褂盟鰣龅匚恢弥械某Ｓ玫?、基本上?biāo)準(zhǔn)化的組件來制 造以便能夠在多種場地位置和條件下使用而基本上無需修改。圖1中說明的是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的用于天然氣(NG)液化的核心模塊2 的總體示意圖。核心模塊2可包括連接分流器6的主氣進(jìn)ロ 4和連接混合器10的主氣出 ロ 8。エ藝流12、冷卻流14和傳送促動氣流(transfer motive gas stream)16可來源于 主氣進(jìn)ロ 4的分流器6，冷卻流14以及尾氣流沈、30可在混合器10中混合并通過主氣出ロ 8導(dǎo)出核心模塊2。如圖1所示，エ藝流12可從分流器6被引導(dǎo)通過NG進(jìn)ロ32，井隨后被弓I導(dǎo)通過主 換熱器34和膨脹閥36。隨后エ藝流12可被引導(dǎo)通過氣液分離罐38、周轉(zhuǎn)罐40、水力旋流 器42和過濾器44。最后，エ藝流12可被引導(dǎo)通過分流器46、閥48、儲罐50和液態(tài)天然氣 (LNG)出口 52。如圖1進(jìn)ー步展示，冷卻流14可從分流器6被引導(dǎo)通過冷卻液進(jìn)ロ54，井隨后被引導(dǎo)通過渦輪壓縮機(jī)56、環(huán)境換熱器58、主換熱器34、渦輪膨脹機(jī)60，并且最后通過冷卻液 出口 62并進(jìn)入混合器10。此外，傳送促動氣流16可從分流器6被引導(dǎo)通過傳送流體進(jìn)口 64，并隨后通過膨脹閥66被引導(dǎo)到周轉(zhuǎn)罐40。在其它實施方案中，傳送促動氣流16可來源 于核心模塊2的其它合適的位置。任選地，傳送促動氣流16也可被引導(dǎo)通過主換熱器34。第一尾氣流30可包括來自核心模塊2的氣流的組合。例如，如圖1所示，第一尾 氣流30可包括二氧化碳處理流22、分離室排放流18、周轉(zhuǎn)罐排放流20和儲罐排放流24。 可從水力旋流器42的底流出口 82引導(dǎo)二氧化碳處理流22，并隨后可將其引導(dǎo)通過升華室 70、主換熱器34并且最后通過第一尾氣出口 72進(jìn)入混合器10。此外，可從氣液分離罐38 的氣體出口引導(dǎo)分離室排放流18，可從周轉(zhuǎn)罐40引導(dǎo)周轉(zhuǎn)罐排放流20，并且可從儲罐50 引導(dǎo)儲罐排放流24。隨后，分離室排放流18、周轉(zhuǎn)罐排放流20和儲罐排放流24可被引導(dǎo) 通過混合器74、換熱器34、壓縮機(jī)76并進(jìn)入升華室70中以與二氧化碳處理流22混合以形 成第一尾氣流30。最后，如圖1所不，可從分流器46的出口引導(dǎo)第二尾氣流26。隨后，第二尾氣流 26可被引導(dǎo)通過泵78、換熱器34，并且最后通過第二尾氣出口 80進(jìn)入混合器10。在其它 實施方案中，泵78可能是不需要的并且可不包括在工廠10中。例如，可通過傳送促動氣流 16向周轉(zhuǎn)罐40內(nèi)的工藝流12施加足夠的壓力已使得可不需要泵78并且可不將其包括在 核心模塊2中。在操作中，可通過主氣進(jìn)口 4向核心模塊2提供氣態(tài)NG，其可由分流器6分成冷卻 流14、工藝流12和傳送促動流16。冷卻流14可從分流器6被引導(dǎo)通過冷卻液進(jìn)口 54并 隨后被導(dǎo)入渦輪壓縮機(jī)56中以進(jìn)行壓縮。隨后，壓縮的冷卻流14可流出渦輪壓縮機(jī)56并 且被導(dǎo)入環(huán)境換熱器58中，其可從冷卻流14向環(huán)境空氣傳熱。此外，冷卻流14可被引導(dǎo) 通過主換熱器34的第一管道，所述冷卻流可在所述第一管道中進(jìn)一步冷卻。在一些實施方案中，主換熱器34可包括高性能鋁質(zhì)多通道板翅型換熱器，如可購 自 Chart Industries Inc.,1 Infinity Corporate Centre Drive,Suite 300,Garfield, Heights, Ohio 44125,或購自此設(shè)備的其它眾所周知的制造商的換熱器。經(jīng)過主換熱器34之后，冷卻流14可在渦輪膨脹機(jī)60中膨脹和冷卻。例如，渦輪 膨脹機(jī)60可包括具有針對進(jìn)口的質(zhì)量流率、氣體壓力水平和氣體溫度的特定設(shè)計的渦輪 膨脹機(jī)，如可購自 GE Oil and Gas, 1333 West Loop South, Houston, Texas 77027-9116, USA,或購自此設(shè)備的其它眾所周知的制造商的渦輪膨脹機(jī)。此外，驅(qū)動渦輪壓縮機(jī)56所需 的能量可由渦輪膨脹機(jī)60來提供，如由直接連接到渦輪壓縮機(jī)56的渦輪膨脹機(jī)60來提供 或由驅(qū)動發(fā)電機(jī)(未示出)以產(chǎn)生電能以驅(qū)動可連接到渦輪壓縮機(jī)56的電動機(jī)(未示出) 的渦輪膨脹機(jī)60來提供。隨后，冷卻的冷卻流14可被引導(dǎo)通過主換熱器34的第二管道并 隨后通過冷卻液出口 62進(jìn)入混合器10中以通過主氣出口 8導(dǎo)出核心模塊2。同時，氣態(tài)NG流可從分流器6被導(dǎo)入NG進(jìn)口 32以向核心模塊2提供工藝流12， 并且隨后工藝流12可被引導(dǎo)通過主換熱器34的第三管道。來自工藝流12的熱量可被傳 遞到主換熱器34內(nèi)的冷卻流14并且工藝流12可以冷卻的氣態(tài)流出主換熱器34。隨后，工 藝流12可被引導(dǎo)通過如焦耳-湯姆遜(Joule-Thomson)膨脹閥的膨脹閥36，工藝流12可 在所述膨脹閥中膨脹并冷卻以形成液態(tài)天然氣(LNG)部分和氣態(tài)NG部分。此外，可能含在 工藝流12內(nèi)的二氧化碳(C02)可在LNG部分內(nèi)固化并懸浮，因為二氧化碳的凍結(jié)溫度比甲烷(CH4，NG的主要組分)的高。LNG部分和氣態(tài)部分可被導(dǎo)入氣液分離罐38中，并且LNG 部分可作為LNG工藝流12被導(dǎo)出分離罐38，隨后可被導(dǎo)入周轉(zhuǎn)罐40中。隨后，傳送促動氣 流16可從分流器6被引導(dǎo)通過傳送促動氣進(jìn)口 64、再通過閥66，閥66可用來調(diào)節(jié)傳送促 動氣流16被導(dǎo)入周轉(zhuǎn)罐40之前的壓力。傳送促動氣流16可促進(jìn)將液態(tài)NG工藝流12傳 送通過水力旋流器42 (如可購自例如Krebs Engineering of Tucson, AZ),固態(tài)C02可在所 述水力旋流器中與液態(tài)NG工藝流12分離。任選地，可不使用分離周轉(zhuǎn)罐40而可使用分離罐38的一部分作為周轉(zhuǎn)罐將工藝 流12傳送到水力旋流器42中。在其它實施方案中，可使用泵將工藝流從分離罐38傳送到 水力旋流器中。與使用周轉(zhuǎn)罐的分批工藝相比，泵可提供某些優(yōu)點(diǎn)，因為它可提供恒定的系 統(tǒng)流動性。然而，如圖1所示周轉(zhuǎn)罐配置的可提供更可靠的工藝流12流動性。在其它實施 方案中，可使用多個周轉(zhuǎn)罐40 ;任選地，也可使用多個水力旋流器42。此配置可改善工藝 流12通過核心模塊2的流動規(guī)律，同時保持工藝流12的可靠流動性。此外，可提供蓄積器 (未示出)并且傳送促動氣流16可在被導(dǎo)入周轉(zhuǎn)罐40之前在所述蓄積器中蓄積以便促進(jìn) 工藝流12從周轉(zhuǎn)罐40方便地傳送出來并通過水力旋流器42。在水力旋流器42中，來自LNG工藝流12的包括固態(tài)C02的漿液可被引導(dǎo)通過底流 出口 82并且LNG工藝流12可被引導(dǎo)通過頂流出口 84。隨后，LNG工藝流12可被引導(dǎo)通過 過濾器44，所述過濾器可除去任何剩余的C02或其它雜質(zhì)，所述雜質(zhì)可(諸如)在清潔工藝 期間通過過濾器出口 86從所述系統(tǒng)中除去。在一些實施方案中，過濾器44可包括一個篩 濾器或多個平行放置的篩濾器。隨后，基本上純的LNG工藝流12 (如基本上純的液態(tài)CH4) 可從過濾器44流出并被導(dǎo)出為LNG工藝流12和可形成第二尾氣流26的第二 LNG流。LNG 工藝流12可被引導(dǎo)通過閥48并進(jìn)入儲罐50中，其中所述工藝流可通過LNG出口 52抽取 以用于如由LNG提供動力的車輛或抽入運(yùn)輸車輛中。此外，水力旋流器42中的C02漿液可被引導(dǎo)通過底流出口 82以形成C02處理流 22并導(dǎo)入C02升華室70中以使固態(tài)C02升華以便從核心模塊2除去。此外，分離室排放流 18、周轉(zhuǎn)罐排放流20和儲罐排放流24可在混合器74中混合以提供可用于升華C02處理流 22的氣流28。流出混合器74后的氣流28可以是相對冷的并且可被引導(dǎo)通過主換熱器34 的第四管道以從主換熱器34的第三管道中的工藝流12吸取熱量。隨后，氣流28可被引 導(dǎo)通過壓縮機(jī)76以進(jìn)一步在將氣流28導(dǎo)入C02升華室70之前使氣流28加壓并升溫以升 華來自水力旋流器42的底流出口 82的C02處理流22的C02。在一些實施方案中，換熱器， 如本發(fā)明受讓人所有的2007年9月13日提交的標(biāo)題為Heat Exchanger and Associated Method的申請第11/855,071號中描述的換熱器可用作升華室70，所述申請的公開內(nèi)容以 全文引用方式并入本文。在其它實施方案中，氣流28的一部分(如過量流動部分)可被引 導(dǎo)通過三通管件(tee)(未示出)并進(jìn)入混合器10中，而不是導(dǎo)入C02升華室70。隨后，來自C02處理流22的合并的氣態(tài)C02和來自氣流28的氣體可作為第一尾氣 流30從升華室70流出，其可以是相對冷的。例如，第一尾氣流30在流出升華室70時可剛 好高于C02升華溫度。隨后，第一尾氣流30可被引導(dǎo)通過主換熱器34的第五管道以在通 過第一尾氣出口 72進(jìn)入混合器8之前從第三管道中的工藝流12吸取熱量并且通過主氣出 口 8導(dǎo)出核心模塊2。最后，最初可包含來自分流器46的第二基本上純的LNG流的第二尾氣流26可被引導(dǎo)通過泵78。在其它實施方案中，泵78可能是不需要的并且可不包括在核心模塊2中。 例如，可通過傳送促動氣流16向周轉(zhuǎn)罐40內(nèi)的エ藝流12施加足夠的壓カ已使得可不需要 泵78并且可不將其包括在核心模塊2中。隨后，第二尾氣流26可被引導(dǎo)通過主換熱器34 的第六管道，它可在所述管道中從第三管道中的エ藝流12吸取熱量，并且可被汽化以形成 氣態(tài)NG。隨后，第二尾氣流26可經(jīng)由第二尾氣出口 80導(dǎo)入混合器10中并通過主氣出口 8 導(dǎo)出核心模塊2。在一些實施方案中，當(dāng)エ藝流12前進(jìn)通過主換熱器34時，エ藝流12可首先由冷 卻流14冷卻，所述冷卻流14可從換熱器34內(nèi)的エ藝流12吸取待除去熱量的約三分之ニ (2/3)。在主換熱器34內(nèi)的エ藝流12的剩余冷卻可隨后通過從エ藝流12向第二尾氣流26 的傳熱來完成。鑒于此，可調(diào)節(jié)被導(dǎo)入第二尾氣流26中的流量以實現(xiàn)從換熱器34內(nèi)的エ 藝流12的特定量的吸熱。在一些實施方案中，核心模塊2可被配置以使用適于導(dǎo)入主氣進(jìn)ロ 4中的源氣體 的所需不依賴場地的預(yù)定入口氣體條件，如所需不依賴場地的預(yù)定入口壓力水平和所需不 依賴場地的預(yù)定入ロ溫度水平。換句話說，核心模塊2可被配置用來在使用核心模塊2的 場地處，在各自可不依賴特定源氣體壓力和溫度來選擇的壓カ和溫度水平下，將氣體接收 到主氣進(jìn)ロ 4中。此外，核心模塊2可被配置以使用適于導(dǎo)出主氣出ロ 8的尾氣的所需不 依賴場地的預(yù)定出ロ氣體條件，如所需不依賴場地的預(yù)定出ロ壓力水平和所需不依賴場地 的預(yù)定出口溫度水平。如圖2和3所示，因為核心模塊2可不依賴特定的場地88進(jìn)行設(shè)計和制造，所以 用于特定的場地88的模塊化類型的天然氣液化廠可包括除預(yù)先配置的核心模塊2之外的 定制的進(jìn)ロ模塊90和定制的出口模塊92。進(jìn)ロ模塊90可包括將源氣體(如氣態(tài)NG)從特 定的場地88 (如從NG供應(yīng)管道96)接收到進(jìn)ロ模塊90中的進(jìn)ロ 94。源氣體進(jìn)入進(jìn)ロ模塊 90后，可以通過使用常規(guī)方法和裝置進(jìn)行的壓縮、膨脹、冷卻、加熱、脫水和過濾中一種或多 種來處理所述源氣體，以滿足適于核心模塊2的不依賴場地的預(yù)定入口氣體條件。隨后，源 氣體可在不依賴場地的預(yù)定進(jìn)ロ條件下，如在不依賴場地的預(yù)定溫度和壓カ下，被導(dǎo)入核 心模塊2的主氣進(jìn)ロ 4中。此外，出ロ模塊92可被配置用來接收導(dǎo)出核心模塊2的主氣出ロ 8的尾氣流，包 括合并的第一尾氣流30、第二尾氣流26和冷卻流14。尾氣流進(jìn)入出ロ模塊92后，可以通 過使用常規(guī)方法和裝置進(jìn)行的壓縮、膨脹、冷卻、加熱、脫水和過濾中ー種或多種來處理所 述尾氣流，以滿足場地88特定的尾氣要求。隨后，尾氣可在場地特定的壓カ和溫度下，從出 ロ模塊92的出ロ 98導(dǎo)出到場地特定的位置。例如，尾氣的場地特定的位置可以是相對低 壓的NG管道100(如圖2所示)并且所述尾氣可處理成適當(dāng)?shù)南鄬Φ蛪旱?。再例如，尾?的場地特定的位置可以是與提供NG源氣體相同的NG供應(yīng)管道96 (如圖3所示)，并且所述 尾氣可能需要在出ロ模塊內(nèi)壓縮以在適當(dāng)?shù)膲亥孪蚬?yīng)管道96提供尾氣。鑒于エ廠設(shè)計和配置的這種方法，進(jìn)ロ模塊90和出ロ模塊92可被配置用來使預(yù) 先配置的核心模塊2能夠在許多特定的場地進(jìn)行操作，每個場地可提供具有不同性質(zhì)的源 氣體，所述性質(zhì)如氣體組成、氣體壓カ和氣體溫度，并且可具有獨(dú)特的尾氣要求。在ー些情 況下，特定的場地的一種或多種源氣體條件和所需的尾氣條件可以一致地滿足適于核心模 塊2的主氣進(jìn)ロ 4和主氣出ロ 8的一種或多種不依賴場地的預(yù)定氣體條件。在此情況下，一個或多個進(jìn)口模塊90和出口模塊92可簡單地配置為氣體導(dǎo)管。進(jìn)口模塊90和出口模塊92允許特定的場地88適合于核心模塊2，并且核心模塊 2可在多種場地88使用而極少需要或不需要內(nèi)部修改。鑒于上述，可大量生產(chǎn)核心模塊2， 隨后再輸送到眾多的場地。當(dāng)與常規(guī)的場地特定的工廠相比時，雖然在眾多的核心模塊2之間的共同設(shè)計可 能未必在每個場地都提供能量最為有效的系統(tǒng)，但是核心模塊2的共同設(shè)計可產(chǎn)生其它的 效率、安全性的提高、工程策劃和設(shè)計成本的降低、維護(hù)成本的降低、可靠性的提高以及初 始投資成本的降低，從而可勝過可能在個別場地存在的任何低效率。核心模塊2可在其機(jī)械設(shè)計方面配置有一定靈活性(如圖1所示)以允許適應(yīng)稍 有變化的輸入和輸出溫度和壓力而不需要替換核心模塊2的任何實體組件。然而，可設(shè)計 并配置工廠以適于出于效率考慮來選擇的主氣進(jìn)口 4和主氣出口 5的特定的不依賴場地的 預(yù)定氣體條件。舉例而非限制地來說，核心模塊2可被配置以使用約SOOpsia的入口壓力水平和 約50 °F至約120 °F的入口溫度。大量的建模分析暗示大約800psia可能是最有效的進(jìn)入 壓力。此外，舉例而非限制地來說，核心模塊2的所需預(yù)定的指定出口壓力水平可以是約 lOOpsia。一般來講，出口壓力水平越低，生產(chǎn)速率越高。然而，根據(jù)研究位置數(shù)據(jù)，本發(fā)明 發(fā)明人已發(fā)現(xiàn)具有充足的可用流量以容納來自核心模塊2的尾氣的理想的低壓管是很少 的并且可能難以輸取(access)。鑒于此，因為核心模塊2的所設(shè)計尾氣出口壓力增加，所以 更多潛在的天然氣液化廠場地變得可用。目前相信選擇lOOpsia的出口壓力可能是相對少 的具有可用的較低壓力管的場地與更多方便可用的具有可用的較高壓力管的場地之間的 良好折衷。這也可能是提供給具有用以增加較高壓力管的氣體壓力的壓縮機(jī)的出口模塊92 的有益出口壓力，因為所述壓力可以產(chǎn)生相對低的壓縮比。較低的壓縮比需要較少的動力 并且可能更加經(jīng)濟(jì)。此外，約lOOpsia的出口壓力可為核心模塊2的冷卻流14提供效率， 因為較高的氣體壓力可產(chǎn)生對如C02的某些氣體組分來說的較低臨界溫度，從而可使冷卻 流14達(dá)到較低的溫度。雖然這些可能是核心模塊2的所需壓力水平和溫度水平，但是它們可以變化而基 本上不影響核心模塊2的操作，因為本文描述的核心模塊2具有適應(yīng)進(jìn)口氣體壓力水平和 溫度水平以及由此得到的出口氣體壓力水平的這些變化條件的靈活性。在其它實施方案中，核心模塊2可不包括主氣進(jìn)口 4、分流器6、主氣出口 8和混合 器10。取而代之，入口氣體流12、14、16可以保持獨(dú)立并且出口氣體流14、26、30也可以保 持獨(dú)立，從而可提供更為靈活的核心模塊2，如描述于與本案同一日期提交的美國專利申請 第 12/604，194 號METHODS OF NATURAL GAS LIQUEFACTION AND NATURAL GAS LIQUEFACTION PLANTS UTILIZING MULTIPLE AND VARYING GAS STREAMS 中的核心模塊，所述申請已以全文 引用方式并入本文。核心模塊2可具有相對小的物理尺寸并且易于從一個地理位置運(yùn)輸?shù)搅硪粋€地 理位置。此簡潔設(shè)計可允許核心模塊2在一個或多個位置被大量生產(chǎn)并諸如通過常規(guī)的軌 道和道路運(yùn)輸而運(yùn)輸?shù)礁鞣N場地。此外，核心模塊2的大量生產(chǎn)可允許以相對高的數(shù)量來 購買和制造組件，從而可降低組件的成本并且可使設(shè)計用于核心模塊2的獨(dú)特和特別有效 的組件經(jīng)濟(jì)可行。大量生產(chǎn)可產(chǎn)生相對廉價的替換組件，產(chǎn)生較低的維護(hù)成本。此外，如果一個場地的核心模塊2損壞并且需要大修或替換，那么可以用另一個基本上相同的可相對 快速和成本有效地操作的核心模塊2來替換所損壞的核心模塊2。大量生產(chǎn)基本上相同的 核心模塊2也可產(chǎn)生另外的和各種其它的優(yōu)點(diǎn)。使用基本上相同的核心模塊2的模塊化LNG廠也可用于更有效和成本有效地分配 LNG。從大工廠向需要LNG的每個使用點(diǎn)位置裝送LNG(如用卡車)可能是相對昂貴的。從 大工廠向各個遙遠(yuǎn)的位置運(yùn)輸LNG也可能是相對昂貴的并且難以提供運(yùn)輸LNG的諸如LNG 管的基礎(chǔ)設(shè)施。然而，使用基本上相同的核心模塊2的多個模塊化LNG廠可位于具有現(xiàn)有 氣態(tài)NG源的各個LNG使用點(diǎn)位置(如LNG車輛加氣站)處或附近，所述現(xiàn)有的氣態(tài)NG源 可具有各種不同的壓力和溫度并且在所述LNG使用點(diǎn)位置處或附近從所述氣態(tài)NG源生產(chǎn) LNG。鑒于此，現(xiàn)有的氣態(tài)NG基礎(chǔ)設(shè)施可與根據(jù)本發(fā)明的核心模塊2 —起使用以便以相對 有效和成本有效的方式分配LNG。在一些實施方案中，核心模塊2可被配置為連接到如管道96的天然氣源的“小規(guī) ?！碧烊粴庖夯诵哪K2，但同樣涵蓋諸如井口的合適的其它來源。術(shù)語“小規(guī)?！笔怯?于與具有例如每天70，000加侖的LNG或更多的生產(chǎn)能力的大規(guī)模工廠相區(qū)分。相比之下， 本發(fā)明公開的液化廠可具有例如每天大約30，000加侖的LNG的生產(chǎn)能力，但可按需要確定 適于不同輸出量的規(guī)模并且不限于小規(guī)模操作或工廠。此外，本發(fā)明的液化核心模塊2的 尺寸比大規(guī)模工廠的明顯更小，并且如前文所述可從一個場地運(yùn)輸?shù)搅硪粋€場地。然而，核 心模塊2也可在需要時配置為大規(guī)模工廠。核心模塊2也可以是相對廉價地建造和操作， 并且可被配置以很少需要或不需要操作者監(jiān)管。在其它實施方案中，可在單個場地如LNG需求相對大的場地，需求可變化的場地 或緊急需求場地，使用多個核心模塊2。在一些實施方案中，LNG需求相對高的場地可包括 多個核心模塊2，每個核心模塊2同時生產(chǎn)LNG以滿足需求。舉例而非限制地來說，具有每 天約120，000加侖LNG的需求的場地可使用四個基本上相同的核心模塊2，每個核心模塊 2被配置用來每天生產(chǎn)約30，000加侖的LNG。此外，所述場地可包括可在所述場地輪流使 用的一個或多個其它的基本上相同的核心模塊2，從而允許個別的核心模塊2停機(jī)以清潔、 保養(yǎng)或維修而使用備用核心模塊2補(bǔ)償損失的LNG生產(chǎn)，因而允許始終滿足LNG需求。如 果一個場地特別急需LNG，那么可提供核心模塊2的更大冗余度，并且因而提供更大的備用 LNG生產(chǎn)能力。此外，如果一個場地的需求可變化，那么隨需求的增加，可啟用其它的核心模 塊2并用其滿足增加的需求，同樣，隨需求的減少，可停用其它的核心模塊2。在其它實施方案中，核心模塊2可設(shè)計為各種尺寸或生產(chǎn)能力，并且具有不同尺 寸和生產(chǎn)能力的核心模塊可以各種組合來合并以滿足任何特定場地的LNG需求。本文說明和描述的核心模塊2和方法可包括諸如在進(jìn)口模塊90內(nèi)使用任何眾所 周知的設(shè)備和方法以在進(jìn)入核心模塊2之前從天然氣除去二氧化碳、氮?dú)?、氧氣、乙烷等?此外，如果天然氣源具有很少的二氧化碳、氮?dú)?、氧氣、乙烷等，在液化工藝和核心模塊2中 可不需要使用水力旋流器和二氧化碳升華并且可不予以包括。雖然本發(fā)明可能容易產(chǎn)生各種修改和替代形式，但是特定的實施方案已通過附圖 中的舉例說明來展示并且已經(jīng)在本文進(jìn)行了詳細(xì)描述。然而，應(yīng)理解的是，并不希望本發(fā)明 局限于所公開的特定形式。事實上，本發(fā)明包括落入由以上所附權(quán)利要求書所界定的本發(fā) 明的范疇之內(nèi)的所有修改方案、等價方案和替代方案。
權(quán)利要求
1.一種天然氣液化的方法，所述方法包括用第一核心模塊液化來自第一天然氣源的天然氣；和用與所述第一核心模塊基本上相同的至少一個第二核心模塊液化來自氣體性質(zhì)不同 于所述第一天然氣源的氣體性質(zhì)的至少一個第二天然氣源的天然氣。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中液化來自氣體性質(zhì)不同于所述第一天然氣源的氣 體性質(zhì)的至少一個第二天然氣源的天然氣包括液化來自氣體壓力水平不同于所述第一天 然氣源的氣體壓力水平的至少一個第二天然氣源的天然氣。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，進(jìn)一步包括在將來自所述至少一個第二天然氣源的所 述天然氣導(dǎo)入用于液化的所述至少一個第二核心模塊之前，用進(jìn)口模塊增加來自所述至少 一個第二天然氣源的所述天然氣的所述氣體壓力水平。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，進(jìn)一步包括將來自所述第一天然氣源的所述天然氣導(dǎo) 入所述第一核心模塊中和在基本上相同的壓力下將來自所述至少一個第二天然氣源的所 述天然氣導(dǎo)入所述至少一個第二核心模塊中。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，進(jìn)一步包括將來自所述第一天然氣源的所述天然氣導(dǎo) 入所述第一核心模塊中和在約SOOpsia下將來自所述至少一個第二天然氣源的所述天然 氣導(dǎo)入所述至少一個第二核心模塊。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中液化來自氣體性質(zhì)不同于所述第一天然氣源的氣 體性質(zhì)的至少一個第二天然氣源的天然氣包括液化來自氣體溫度不同于所述第一天然氣 源的氣體溫度的至少一個第二天然氣源的天然氣。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，進(jìn)一步包括在將來自所述至少一個第二天然氣源的所 述天然氣導(dǎo)入用于液化的所述至少一個第二核心模塊液化之前，用進(jìn)口模塊降低來自所述 至少一個第二天然氣源的所述天然氣的所述氣體溫度水平。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，進(jìn)一步包括在將來自所述至少一個第二天然氣源的所 述天然氣導(dǎo)入用于液化的所述至少一個第二核心模塊之前，用進(jìn)口模塊增加來自所述至少 一個第二天然氣源的所述天然氣的所述氣體溫度水平。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，進(jìn)一步包括將來自所述第一天然氣源的所述天然氣導(dǎo) 入所述第一核心模塊中和在基本上相同的溫度下將來自所述至少一個第二天然氣源的所 述天然氣導(dǎo)入所述至少一個第二核心模塊中。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，進(jìn)一步包括將來自所述第一天然氣源的所述天然氣 導(dǎo)入所述第一核心模塊中和在約50 T與約120 °F之間的溫度水平下將來自所述至少一個 第二天然氣源的所述天然氣導(dǎo)入所述至少一個第二核心模塊中。
11.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，進(jìn)一步包括用第一出口模塊處理從所述第一核心模塊排出的第一尾氣以改變所述第一尾氣的所 述壓力水平和所述溫度水平中的至少一個；和用第二出口模塊處理從所述至少一個第二核心模塊排出的第二尾氣以改變所述第二 尾氣的所述壓力水平和所述溫度水平中的至少一個。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，進(jìn)一步包括在基本上相同的溫度和壓力下從所述第 一核心模塊排出所述第一尾氣和從所述至少一個第二核心模塊排出所述第二尾氣。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，進(jìn)一步包括在約IOOpsia的壓力水平下從所述第一核心模塊排出所述第一尾氣和從所述至少一個第二核心模塊排出所述第二尾氣。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括從所述第一核心模塊排出包含二氧化碳的第一尾氣；和 從所述至少一個第二核心模塊排出包含二氧化碳的第二尾氣。
15.一種設(shè)計天然氣液化廠的方法，所述方法包括使用被配置用來在不依賴場地的預(yù)定輸入條件下接收源氣體，在不依賴場地的預(yù)定出 口條件下排出尾氣和液化天然氣的核心模塊的預(yù)先配置的核心模塊設(shè)計；設(shè)計被配置用來在固定的預(yù)定輸入條件下從特定的天然氣源向所述核心模塊提供源 氣體的場地特定的進(jìn)口模塊；和設(shè)計被配置用來在預(yù)定尾氣出口條件下從所述核心模塊向特定的尾氣流輸送尾氣的 場地特定的出口模塊。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中設(shè)計被配置用來在固定的預(yù)定輸入條件下從特 定的天然氣源向所述核心模塊提供源氣體的場地特定的進(jìn)口模塊進(jìn)一步包括設(shè)計被配置 用來在約800psia的壓力水平下和在約50 °F和約120 °F的溫度水平下從特定的天然氣源 向所述核心模塊提供源氣體的場地特定的進(jìn)口模塊。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中設(shè)計被配置用來在預(yù)定尾氣出口條件下從所述 核心模塊向特定的尾氣流輸送尾氣的場地特定的出口模塊進(jìn)一步包括設(shè)計被配置用來在 約lOOpsia的壓力水平下從所述核心模塊輸送尾氣的場地特定的出口模塊。
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中使用被配置用來液化天然氣的核心模塊的預(yù)先 配置的核心模塊設(shè)計進(jìn)一步包括使用被配置用來通過以下操作來液化天然氣的核心模塊 的預(yù)先配置的核心模塊設(shè)計通過從氣態(tài)天然氣工藝流向冷卻流傳熱來冷卻氣態(tài)天然氣工藝流；和 膨脹所述冷卻的氣態(tài)天然氣工藝流以形成液態(tài)天然氣工藝流。
19.一種分配液態(tài)天然氣的方法，所述方法包括向多個氣態(tài)天然氣源位置提供多個包含基本上相同的核心模塊的天然氣液化廠；和 用所述多個天然氣液化廠液化來自所述多個氣態(tài)天然氣源的每個氣源的所述氣態(tài)天 然氣的至少一部分以在所述多個氣態(tài)天然氣源位置的每個位置處提供液態(tài)天然氣。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中向多個氣態(tài)天然氣源位置提供多個包含基本上 相同的核心模塊的天然氣液化廠進(jìn)一步包括向多個包含具有各種氣體性質(zhì)的氣態(tài)天然氣 源的氣態(tài)天然氣源提供多個包含基本上相同的核心模塊的天然氣液化廠。
21.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，進(jìn)一步包括使所述多個包含基本上相同的核心模塊 的天然氣液化廠定位于多個液態(tài)天然氣使用點(diǎn)位置。
22.—種模塊化天然氣液化廠，其包含核心模塊，其包含被配置用來在不依賴場地的預(yù)定壓力和溫度下接收氣態(tài)天然氣的處理天然氣進(jìn)口；液態(tài)天然氣出口 ；和被配置用來在不依賴場地的預(yù)定壓力和溫度下排出尾氣的尾氣出口 ；進(jìn)口模塊，其包含被配置用來在場地特定的天然氣源的溫度和壓力下接收氣態(tài)天然氣的天然氣源進(jìn)口；禾ロ被配置用來在所述不依賴場地的預(yù)定壓力和溫度下向所述核心模塊的所述處理天然 氣進(jìn)口輸送氣態(tài)天然氣的處理天然氣出口 ；和 出口模塊，其包含被配置用來在所述不依賴場地的預(yù)定壓力和溫度下接收來自所述核心模塊的所述尾 氣出口的尾氣的尾氣進(jìn)口 ；和被配置用來在場地特定的壓力和溫度下向場地特定的位置輸送所述尾氣的處理尾氣 出口。
23. 一種天然氣液化的方法，包括在單個場地用多個基本上相同的核心模塊來液化氣 態(tài)天然氣。
全文摘要
一種天然氣液化的方法，所述方法包括用第一核心模塊液化來自第一天然氣源的天然氣，和用與所述第一核心模塊基本上相同的至少一個第二核心模塊液化來自氣體性質(zhì)不同于所述第一天然氣源的氣體性質(zhì)的至少一個第二天然氣源的天然氣。此外，一種設(shè)計天然氣液化廠的方法，所述方法包括使用被配置用來在不依賴場地的預(yù)定輸入條件下接收源氣體，在不依賴場地的預(yù)定出口條件下排出尾氣并液化天然氣的核心模塊的預(yù)先配置的核心模塊設(shè)計。此外，一種分配液態(tài)天然氣的方法，所述方法包括向多個氣態(tài)天然氣源位置提供多個包含基本上相同的核心模塊的天然氣液化廠。最后，一種模塊化氣體液化廠，所述模塊化氣體液化廠包括預(yù)先配置的核心模塊和場地特定的進(jìn)口和出口模塊。
文檔編號F25J3/00GK102667380SQ201080047941
公開日2012年9月12日 申請日期2010年8月12日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月22日
發(fā)明者B·M·維爾丁, T·D·特納 申請人:巴特勒能源同盟有限公司