專利名稱：完全液化方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般來(lái)講涉及氣體的壓縮和液化，更具體地講，涉及在不能或不希望將天 然氣從所述液化工藝返回到其來(lái)源或另一個(gè)收集裝置的情況下，通過(guò)使用聯(lián)合制冷膨脹工 藝(combined refrigerant and expansion process)將諸如天然氣的氣體完全液化。
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(lái)開(kāi)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?yàn)樘烊粴鈺?huì)在大氣中上升并分散，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(chǔ)和運(yùn)輸。按照慣例，天然氣液化的兩個(gè)已知 的基本循環(huán)稱為“級(jí)聯(lián)循環(huán)”和“膨脹循環(huán)”。簡(jiǎn)單地說(shuō)，級(jí)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， 直到所需液化完成為止。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(jí)聯(lián)循環(huán)被認(rèn)為可非常有效地生產(chǎn)LNG，因?yàn)椴僮鞒杀鞠鄬?duì)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(duì)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(shí)際，因?yàn)樵诩?jí)聯(lián)系統(tǒng)中使 用的物理組件是相對(duì)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，隨后使其通過(guò)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(shí)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?yàn)闆](méi)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(huì)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(wèn)題。大規(guī)模設(shè)施的另一個(gè)主要問(wèn)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(wàn)美元或更多。大設(shè)施的另一個(gè)問(wèn)題是與存儲(chǔ)預(yù)備將來(lái)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(chǔ)設(shè)施相關(guān)的成本，而且還有與之相關(guān)的效率問(wèn)題，因?yàn)榇鎯?chǔ)的LNG 傾向于隨時(shí)間升溫并汽化，造成LNG在存儲(chǔ)時(shí)的損失。此外，當(dāng)存儲(chǔ)較大量的LNG燃料產(chǎn)品 時(shí)，安全性可能成為問(wèn)題。鑒于本領(lǐng)域中的不足，有利的是提供一種相對(duì)小規(guī)模地有效生產(chǎn)液化天然氣的方法以及實(shí)現(xiàn)此方法的工廠。更具體地講，有利的是提供一種用于在除去來(lái)源的組分后從所 述來(lái)源生產(chǎn)液化天然氣的系統(tǒng)。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(duì)廉價(jià)且很少需要 或不需要操作者監(jiān)管。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。由于最近對(duì)液化天然氣的重點(diǎn)關(guān)注，大多數(shù)技術(shù)都集中在僅有小部分進(jìn)氣被液化 而大部分進(jìn)氣返回所述氣體基礎(chǔ)設(shè)施和來(lái)源的小規(guī)模液化。這些技術(shù)在建有用于氣體從所 述小規(guī)模液化單元返回的管道基礎(chǔ)設(shè)施的地區(qū)適用。此類小規(guī)模單元可能極具成本有效 性，液化效率明顯勝過(guò)任何全規(guī)模生產(chǎn)工廠。因?yàn)樗鲂∫?guī)模液化單元占地面積小，使用空 間小，所以希望它們可供分布的供氣系統(tǒng)使用。另外，小規(guī)模液化單元通常初期資金成本低 并且維護(hù)成本低，使這些單元易于購(gòu)買和操作。一些位置并沒(méi)有得益于管道基礎(chǔ)設(shè)施，但仍然在生產(chǎn)天然氣。此類位置類型的實(shí) 例是廢物處理場(chǎng)和煤層甲烷井，其通常生產(chǎn)充足的天然氣以便可考慮以方便的形式獲取并 出售所述氣體。當(dāng)廢物處理場(chǎng)的操作者獲取來(lái)自所述場(chǎng)地的氣體時(shí)，他們可以將所述氣體 用于他們的設(shè)備燃料，或出售所述燃料用于其它用途從而降低所述廢物處理場(chǎng)的成本。煤 層甲烷井可以在長(zhǎng)期的時(shí)間進(jìn)行生產(chǎn)并且可將所述氣體出售或用于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備中。然而，如果沒(méi)有將天然氣返回其來(lái)源或其等價(jià)物(諸如天然氣管道基礎(chǔ)設(shè)施)的 能力，那么將常規(guī)的小規(guī)模液化單元用于天然氣液化是不可行的。因此，需要可提供進(jìn)入所 述工藝和單元的天然氣的完全液化的簡(jiǎn)潔的天然氣液化工藝和單元，即進(jìn)入所述工藝和單 元的100%的天然氣或進(jìn)入所述工藝和單元的實(shí)質(zhì)上所有的天然氣作為液化天然氣流出所 述單元。如果不能提供小規(guī)模完全液化天然氣工藝和單元，那么液化來(lái)自廢物處理場(chǎng)和煤 層甲烷井的天然氣可能是不可行的，因?yàn)槌Ｒ?guī)的小規(guī)模液化工藝和單元需要未液化天然氣 從所述單元返回管道基礎(chǔ)設(shè)施或其它合適的接收存儲(chǔ)器。完全液化長(zhǎng)期以來(lái)都是屬于大型、資本密集的LNG廠的范疇，使得難以便利地為 小天然氣市場(chǎng)供應(yīng)天然氣。使用如本文所述的完全液化工藝和裝置有利于在廢物處理場(chǎng)、 煤層甲烷井和氣體不能從所述液化工藝和裝置返回的其它類型單獨(dú)天然氣供應(yīng)源進(jìn)行天 然氣液化。使用本文中描述的完全液化工藝和單元的其它此類情況包括在因返回到管道的 天然氣的體積太大，或者返回到管道的天然氣的壓力太大，或者規(guī)定防止天然氣從常規(guī)液 化工藝和單元返回管道，或者政策禁止天然氣從常規(guī)液化工藝和單元返回管道而不希望大 體積的天然氣從所述液化工藝和單元返回管道中的情況下，對(duì)來(lái)自所述管道的天然氣進(jìn)行 液化。本文所述的完全液化方法和裝置有利于在以前被認(rèn)為是不被注意的天然氣生產(chǎn)位置 來(lái)生產(chǎn)和運(yùn)輸天然氣。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明描述了一種方法和裝置，所述方法和裝置可在來(lái)自氣體來(lái)源的液化操作中 提供完全的氣體利用而不用將天然氣從所述方法和裝置返回其來(lái)源。輸入所述系統(tǒng)和裝置 的氣體的質(zhì)量流率可實(shí)質(zhì)上等于從所述系統(tǒng)輸出如用于存儲(chǔ)或使用的液化產(chǎn)品的質(zhì)量流率。
在一些實(shí)施方案中，具有連接到氣體來(lái)源的進(jìn)口的液化廠可包括連接到所述氣體來(lái)源的第一混合器、用于接收來(lái)自所述第一混合器的氣體流以產(chǎn)生壓縮氣體流的第一壓縮機(jī)、用于將來(lái)自所述第一壓縮機(jī)的所述壓縮氣體流分流成冷卻流和工藝流的第一分流器和用于壓縮來(lái)自所述第一分流器的所述冷卻流的渦輪壓縮機(jī)。所述液化廠可進(jìn)一步包括用于將所述工藝流冷卻為液體和氣 體蒸氣的換熱器、用于使氣體蒸氣與所述工藝流的液體分離的分離罐和連接到所述分離罐以存儲(chǔ)所述液體的儲(chǔ)罐。此外，所述液化廠可包括將所述分離罐連接到所述第一混合器的裝置和將所述儲(chǔ)罐連接到所述第一混合器的裝置。在其它實(shí)施方案中，使用具有氣體進(jìn)口的液化廠液化來(lái)自氣體來(lái)源的天然氣的方法可包括將第一混合器連接到所述氣體來(lái)源，和壓縮來(lái)自所述第一混合器的第一天然氣流以產(chǎn)生壓縮氣體流。所述方法可進(jìn)一步包括使用第一分流器將所述工藝流分流成冷卻流和工藝流，使用渦輪膨脹機(jī)壓縮所述冷卻流，使用渦輪膨脹機(jī)膨脹所述壓縮的冷卻流，并用換熱器冷卻所述工藝流。此外，所述方法可包括在分離罐中使液態(tài)氣體與蒸氣分離，在儲(chǔ)罐中存儲(chǔ)液態(tài)天然氣、使來(lái)自所述分離罐的蒸氣和來(lái)自所述儲(chǔ)罐的蒸氣流入所述第一混合器中以與來(lái)自所述氣體來(lái)源的氣體混合，使用所述換熱器從所述分離器中的液態(tài)天然氣形成氣體，并使來(lái)自所述換熱器的氣體流入所述第一混合器以與來(lái)自所述氣體來(lái)源的氣體混合。在其它實(shí)施方案中，使用具有氣體進(jìn)口的液化廠液化來(lái)自氣體來(lái)源的氣體的方法可包括將第一混合器連接到所述氣體來(lái)源，壓縮來(lái)自所述第一混合器的第一氣體流以產(chǎn)生工藝流，和使用第一分流器將所述工藝流分流成冷卻流和工藝流。所述方法可進(jìn)一步包括使用渦輪壓縮機(jī)壓縮所述冷卻流，使用渦輪膨脹機(jī)膨脹所述壓縮的冷卻流，在換熱器中冷卻所述工藝流，并膨脹所述工藝流以進(jìn)一步冷卻所述工藝流。另外，所述方法可包括將所述工藝流導(dǎo)入分離器以分離液體和蒸氣，在儲(chǔ)罐中存儲(chǔ)所述液體，并使來(lái)自所述分離器的蒸氣和來(lái)自所述存儲(chǔ)器的蒸氣流入所述第一混合器以與來(lái)自所述氣體來(lái)源的氣體混合。此夕卜，所述方法可包括使用所述換熱器汽化來(lái)自所述分離罐的液體的一部分，并使來(lái)自所述換熱器的氣體流入所述第一混合器以與來(lái)自所述氣體來(lái)源的氣體混合。


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(jiàn)。圖I是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的液化廠的工藝流程圖。圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的氣體來(lái)源、液化廠和LNG存儲(chǔ)的總體示意圖。
具體實(shí)施例方式圖I中說(shuō)明的是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的用于天然氣(NG)液化的工廠10的總體示意圖。所述工廠可包括工藝流12、冷卻流14、返回流16、18和排放流20。如圖I所示，工藝流12可被導(dǎo)入混合器22中并隨后通過(guò)壓縮機(jī)24。流出壓縮機(jī)24后，工藝流可被弓I導(dǎo)通過(guò)換熱器26并隨后通過(guò)分流器28。所述工藝流可流出分流器28的出口并隨后被弓I導(dǎo)通過(guò)主換熱器30和膨脹閥32。隨后，工藝流12可被引導(dǎo)通過(guò)氣液分離罐34。最后，工藝流12可被引導(dǎo)通過(guò)分流器36、泵38、閥40、儲(chǔ)罐42和液態(tài)天然氣(LNG)出口 44。如圖I進(jìn)一步所示，冷卻流14可從分流器28被引導(dǎo)通過(guò)渦輪壓縮機(jī)46、環(huán)境換熱器48、主換熱器30、渦輪膨脹機(jī)50，并且最后再被引導(dǎo)通過(guò)主換熱器30并進(jìn)入混合器52中。第一返回流16可包括來(lái)自工廠10的氣流14、16、20的組合。例如，如圖I所示，第一返回流16可來(lái)源于分離室34并被導(dǎo)入混合器54中，從而可在所述混合器中與來(lái)自儲(chǔ)罐42的排放流20合并。隨后，第一返回流16可從混合器54被引導(dǎo)通過(guò)主換熱器30。流出主換熱器30后，第一返回流16可被導(dǎo)入混合器52中，從而可在所述混合器中與冷卻流14合并。隨后，第一返回流16可被導(dǎo)出混合器52并通過(guò)壓縮機(jī)56。流出壓縮機(jī)56之后，第一返回流16可被引導(dǎo)通過(guò)換熱器58，并且最后進(jìn)入混合器22中。最后，如圖I所示，可從分流器36的出口引導(dǎo)第二返回流18。隨后，第二返回流18可被引導(dǎo)通過(guò)泵60、主換熱器30，并且最后進(jìn)入混合器22中。在操作中，可通過(guò)連入混合器22中的進(jìn)口向工廠10提供包含氣態(tài)NG的工藝流12。在一些實(shí)施方案中，隨后可用諸如渦輪壓縮機(jī)的壓縮機(jī)24將工藝流12壓縮至較高的壓力水平，并且還可在壓縮機(jī)24內(nèi)進(jìn)行加熱。流出壓縮機(jī)24后，工藝流12可被引導(dǎo)通過(guò)換熱器26并且可被冷卻。例如,可使用換熱器26從所述冷卻流向環(huán)境空氣傳熱。用換熱器26冷卻之后，可將工藝流12導(dǎo)入分流器28中，這種情況下，所述工藝流的一部分可用于提供冷卻流14。在其它實(shí)施方案中，可通過(guò)連入混合器22中的進(jìn)口在足夠壓力下向工廠10提供包含氣態(tài)NG的工藝流12，從而壓縮機(jī)24和換熱器26可以不再需要并且可以不包括在工廠10中。冷卻流14可從分流器28導(dǎo)入渦輪壓縮機(jī)46進(jìn)行壓縮。隨后，壓縮的冷卻流14可流出渦輪壓縮機(jī)46并且被導(dǎo)入換熱器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(guò)主換熱器30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(shí)施方案中，主換熱器30可包括高性能鋁質(zhì)多通道板翅型換熱器，如可購(gòu)自 Chart Industries Inc., I Infinity Corporate Centre Drive,Suite 300,Garfield,Heights, Ohio 44125,或購(gòu)自此設(shè)備的其它眾所周知的制造商的換熱器。經(jīng)過(guò)主換熱器30之后，冷卻流14可在渦輪膨脹機(jī)50中膨脹和冷卻。例如，渦輪膨脹機(jī)50可包括具有針對(duì)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(jì)的渦輪膨脹機(jī)，如可購(gòu)自 GE Oil and Gas, 1333 West Loop South, Houston, Texas 77027-9116,USA,或購(gòu)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(dòng)渦輪壓縮機(jī)46所需的能量可由渦輪膨脹機(jī)50來(lái)提供，如由直接連接到渦輪壓縮機(jī)46的渦輪膨脹機(jī)50來(lái)提供或由驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)(未示出)以產(chǎn)生電能以驅(qū)動(dòng)可連接到渦輪壓縮機(jī)46的電動(dòng)機(jī)(未示出)的渦輪膨脹機(jī)50來(lái)提供。隨后，冷卻的冷卻流14可被引導(dǎo)通過(guò)主換熱器30的第二管道并隨后進(jìn)入混合器52中與第一返回流16合并。同時(shí)，工藝流12可從分流器28被引導(dǎo)通過(guò)主換熱器30的第三管道。來(lái)自工藝流12的熱量可被傳遞到主換熱器30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30。隨后，工藝流12可被引導(dǎo)通過(guò)如焦耳-湯姆遜(Joule-Thomson)膨脹閥的膨脹閥32，工藝流12可在所述膨脹閥中膨脹并冷卻以形成可被導(dǎo)入分離室34的液態(tài)天然氣(LNG)部分和氣態(tài)NG部分。所述氣態(tài)NG和LNG可在分離室34中分離并且流出分離室的工藝流12可以是LNG工藝流12。隨后，工藝流12可被導(dǎo)入分流器36中。來(lái)自分流器36的LNG、工藝流12的一部分可提供返回流18。在一些實(shí)施方案中，LNG工藝流12的其余部分可被引導(dǎo)通過(guò)泵38，隨后通過(guò)可用于調(diào)節(jié)LNG工藝流12的壓力的閥40，并進(jìn)入儲(chǔ)罐42中，其中所述工藝流可通過(guò)LNG出口 44抽取以用于如由LNG提供動(dòng)力的車輛或抽入運(yùn)輸車輛中。來(lái)自分離室34的氣態(tài)NG可以第一返回流16導(dǎo)出分離室34。隨后,第一返回流16可被導(dǎo)入混合器54中，從而可在所述混合器中與來(lái)自儲(chǔ)罐42的排出氣體流20合并。流出混合器54后的第一返回流16可以是相對(duì)冷的并且可被引導(dǎo)通過(guò)主換熱器30的第四管道以從主換熱器30的第三管道中的工藝流12吸取熱量。隨后，第一返回流16可被導(dǎo)入混合器52中，從而可在所述混合器中與冷卻流14合并。隨后，可用諸如渦輪壓縮機(jī)的壓縮機(jī)56將第一返回流16壓縮至較高壓力水平，并且還可順便在壓縮機(jī)56內(nèi)進(jìn)行加熱。用于壓縮機(jī)24、46、56的電源(未不出)可以是任何合適的電源，諸如電動(dòng)機(jī)、內(nèi)燃機(jī)、燃?xì)鉂?rùn)輪發(fā)動(dòng)機(jī)(如由天然氣提供動(dòng)力的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī))等。流出壓縮機(jī)56后，第一返回流16可被引導(dǎo)通過(guò)換熱器58并且可被冷卻。例如，可使用換熱器58從第一返回流16向環(huán)境空氣傳熱。用換熱器58冷卻之后,第一返回流16可被導(dǎo)入混合器22中。最后，最初可以LNG形式來(lái)源于分流器36的第二返回流18可被引導(dǎo)通過(guò)主換熱器30的第五管道，第二返回流18可在所述第五管道中從工藝流12吸取熱量，并且第二返回流18可被汽化以形成氣態(tài)NG。隨后，第二返回流18可被導(dǎo)入混合器22中，從而可在所述混合器中與第一返回流16和進(jìn)入工廠10中的工藝流12合并。在一些實(shí)施方案中，流出分流器36后的第二返回流18可被引導(dǎo)通過(guò)泵60。在其它實(shí)施方案中，泵(未示出)可位于分離室34與分流器36之間，并且泵60可能是不需要的且可不包括在工廠10中。此外，如果包括位于分離室34與分流器36之間的泵(未示出)，那么泵38可不包括在工廠10中并且可使用閥40來(lái)調(diào)節(jié)導(dǎo)入儲(chǔ)罐42的LNG工藝流12的壓力，從而減少工廠10中包括的泵的數(shù)量。如圖2所示，可將LNG液化廠10連接到可連接氣體來(lái)源80的凈化單元70。凈化單元70可在氣體在工廠10內(nèi)液化之前(諸如)通過(guò)過(guò)濾使雜質(zhì)與NG分離。例如，氣體來(lái)源80可以是可能含有許多不利于運(yùn)輸燃料和液化工藝的氣體的廢物處理場(chǎng)。此類氣體可包括水、二氧化碳、氮?dú)?、soloxains等。此外,來(lái)自氣體來(lái)源80的氣體可在導(dǎo)入工廠10中之前被加壓。可以使用用于這種凈化和加壓的常規(guī)方法和裝置。氣體來(lái)源80可以是諸如廢物處理場(chǎng)、煤層甲烷井或天然氣管道的氣體供應(yīng)，或可以是任何氣體來(lái)源，由這些來(lái)源產(chǎn)生的氣體的一部分未被液化且不能回到所述氣體來(lái)源。來(lái)自氣體來(lái)源80的氣體可被進(jìn)料到凈化單元70中，其可含有用于凈化所述氣體的許多組件并且任選含有在此凈化期間用于加壓所述氣體的組件。凈化所述氣體之后，所述凈化氣體的壓力可升至適合于工廠10的水平。此外，取決于來(lái)自氣體來(lái)源80的氣體的壓力，可能必需在凈化所述氣體之前壓縮所述氣體。例如，來(lái)自廢物處理場(chǎng)的氣體的壓力通常大約是大氣壓力，從而需要在所述氣體的任何凈化之前使用壓縮機(jī)來(lái)增大所述氣體的壓力。通過(guò) 在凈化所述氣體之前使用壓縮機(jī)來(lái)增大所述氣體的壓力，凈化之后可以不需要壓縮所述氣體。然而，在許多情況下，可能需要在凈化所述氣體前后使用壓縮機(jī)來(lái)增大所述氣體的壓力。如圖2所示，可提供任選的氣體返回82使氣體從工廠10返回凈化單元70以用于所述氣體的其它凈化。例如，諸如氮?dú)獾臍怏w可能隨時(shí)間積聚并且需要將其返回以便從所述氣體除去。此外，如本文之前參考圖I的描述，排放流20可從儲(chǔ)罐42被導(dǎo)回工廠10。實(shí)施例在一個(gè)實(shí)施方案中，可在大約300psia的壓力水平、大約100 ° 的溫度水平和大約10001bm/hr的質(zhì)量流率下向工廠10提供工藝流12。隨后，進(jìn)入的工藝流12可在混合器22中與返回流16、18混合，產(chǎn)生流出混合器22的流速大約63501bm/hr、壓力水平大約300psia和溫度水平大約97°F的工藝流12。隨后，可在導(dǎo)入分流器28中之前，用壓縮機(jī)24將工藝流12壓縮至大約750psia的壓力水平并用換熱器26通過(guò)環(huán)境空氣冷卻至大約100 T的溫度水平。約百分之五十七(57% )的總質(zhì)量流量可被導(dǎo)入冷卻流14中并且剩 余約百分之四十三(43% )的質(zhì)量流量可被導(dǎo)入流出分流器28的工藝流12中。工藝流12可在主換熱器30內(nèi)冷卻到大約-190 T的溫度水平并且可在大約750psia的壓力水平下流出主換熱器30。隨后，工藝流12可在大約35psia的壓力下由膨脹閥32進(jìn)一步冷卻至大約-237 °F，這可產(chǎn)生由約21%蒸氣和約79%液體組成的工藝流12。這個(gè)實(shí)施例可提供實(shí)現(xiàn)10001bm/hr的液化(等于輸入工廠10的量)的工廠10和液化方法。從上述可以顯而易見(jiàn)的是，如本文所述的方法和工廠10可循環(huán)所述方法和工廠10中的氣體的一部分以液化等于進(jìn)入所述方法和工廠中的質(zhì)量流量的量的氣體以便用于存儲(chǔ)或使用。這樣，所述方法和工廠10可在如本文所述氣體不能返回其來(lái)源的情況下用于液化氣體。例如，工廠10可用于廢物處理場(chǎng)、煤層甲烷井和離岸井(off-shore well)。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(shí)施方案已通過(guò)附圖中的舉例說(shuō)明來(lái)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(kāi)的特定形式。事實(shí)上，本發(fā)明包括落入由以上所附權(quán)利要求書(shū)所界定的本發(fā)明的范疇之內(nèi)的所有修改方案、等價(jià)方案和替代方案。
權(quán)利要求
1.一種被構(gòu)造為具有連接到氣體來(lái)源的進(jìn)口的液化廠，所述液化廠包括連接到所述進(jìn)口的第一混合器；用于將來(lái)自所述第一混合器的氣體流分流成冷卻流和工藝流的第一分流器；用于壓縮來(lái)自所述第一分流器的所述冷卻流的壓縮機(jī)；用于將所述工藝流冷卻為液體和氣體蒸氣的換熱器；用于使所述氣體蒸氣與所述工藝流的所述液體分離的分離罐；連接到所述分離罐的用于存儲(chǔ)所述液體的儲(chǔ)罐；將所述分離罐連接到所述第一混合器的裝置；和 將所述儲(chǔ)罐連接到所述第一混合器的裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液化廠，其進(jìn)一步包括連接所述壓縮機(jī)用于膨脹所述冷卻流的膨脹機(jī)；在所述換熱器之后的用于膨脹所述工藝流的膨脹閥；和用于至少壓縮來(lái)自所述儲(chǔ)罐的蒸氣的一部分和來(lái)自所述分離罐的蒸氣的一部分的第二壓縮機(jī)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的液化廠，其進(jìn)一步包括連接到所述第二壓縮機(jī)用于至少壓縮 來(lái)自所述儲(chǔ)罐的蒸氣的一部分和來(lái)自所述分離罐的蒸氣的一部分的第三壓縮機(jī)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的液化廠，其進(jìn)一步包括連接到所述第一混合器的所述第三壓 縮機(jī)的出口。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液化廠，其進(jìn)一步包括用于除去來(lái)自所述氣體的水、0)2和氮 氣中的至少一種的氣體凈化單元。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液化廠，其進(jìn)一步包括通過(guò)泵連接到所述儲(chǔ)罐的所述分離罐 的出口。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液化廠，其進(jìn)一步包括連接到所述分離罐和連接到所述儲(chǔ)罐的第二混合器。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的液化廠，其進(jìn)一步包括具有連接到所述第二混合器和所述膨 脹機(jī)的進(jìn)口和連接到所述第一混合器的出口的第三混合器。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液化廠，其進(jìn)一步包括連接到所述分離罐的液體出口用于將 來(lái)自所述分離罐的所述液體分流成工藝流和返回流的第二分流器。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的液化廠，其進(jìn)一步包括用于將來(lái)自所述第二分流器的所述 工藝流泵送到所述儲(chǔ)罐的泵。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的液化廠，其進(jìn)一步包括用于泵送來(lái)自所述第二分流器的所 述返回流的泵。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的液化廠，其進(jìn)一步包括用于將來(lái)自所述分離罐的所述液體 泵送到所述第二分流器的泵。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的液化廠，其進(jìn)一步包括用于調(diào)節(jié)從所述第二分流器到所述 儲(chǔ)罐的所述工藝流壓力的閥。
14.根據(jù)權(quán)利要求2所述的液化廠，其進(jìn)一步包括連接到所述第一混合器的出口的壓縮機(jī)；連接到所述第一壓縮機(jī)和所述第一分流器的環(huán)境換熱器；和連接到所述膨脹機(jī)的出口的環(huán)境換熱器。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液化廠，其進(jìn)一步包括用于接收來(lái)自所述第一混合器的所述氣體流，壓縮所述氣體流并將所述氣體流輸送到 所述第一分流器的第一壓縮機(jī)。
16.一種使用具有氣體進(jìn)口的液化廠液化來(lái)自氣體來(lái)源的天然氣的方法，所述方法包括通過(guò)所述進(jìn)口將第一混合器連接到所述氣體來(lái)源；使用第一分流器將來(lái)自所述第一混合器的氣體流分流成冷卻流和工藝流；使用壓縮機(jī)壓縮所述冷卻流；使用膨脹機(jī)膨脹所述壓縮的冷卻流；用換熱器冷卻所述工藝流；在分離罐中使所述工藝流的蒸氣與液態(tài)氣體分離；在儲(chǔ)te中存儲(chǔ)所述液態(tài)氣體；使來(lái)自所述分離罐的蒸氣和來(lái)自所述儲(chǔ)罐的蒸氣流入所述第一混合器中以與來(lái)自所 述氣體來(lái)源的氣體混合；使用所述換熱器由所述分離器中的液態(tài)氣體形成氣體；和使來(lái)自所述換熱器的氣體流入所述第一混合器中以與來(lái)自所述氣體來(lái)源的氣體混合。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其進(jìn)一步包括在用所述換熱器冷卻所述工藝流之后，使用膨脹閥膨脹所述工藝流。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其進(jìn)一步包括加壓來(lái)自所述分離罐的所述液態(tài)氣體以通過(guò)所述換熱器流入所述第一混合器。
19.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其進(jìn)一步包括將來(lái)自所述分離罐的所述液態(tài)氣體泵送到所述儲(chǔ)罐。
20.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中使來(lái)自所述分離罐的蒸氣和來(lái)自所述儲(chǔ)罐的蒸 氣流入所述第一混合器中以與來(lái)自所述氣體來(lái)源的氣體混合包括使用至少一個(gè)壓縮機(jī)使 來(lái)自所述分離罐的所述蒸氣和來(lái)自所述存儲(chǔ)器的所述蒸氣流動(dòng)。
21.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其進(jìn)一步包括在用所述第一分流器分流所述氣體流之前，壓縮來(lái)自所述第一混合器的所述氣體流。
22.一種使用具有氣體進(jìn)口的液化廠液化來(lái)自氣體來(lái)源的氣體的方法，所述方法包括通過(guò)所述進(jìn)口將第一混合器連接到所述氣體來(lái)源；壓縮來(lái)自所述第一混合器的第一氣體流以產(chǎn)生工藝流；使用第一分流器將所述工藝流分流成冷卻流和工藝流；使用壓縮機(jī)壓縮所述冷卻流；使用膨脹機(jī)膨脹所述壓縮的冷卻流；在換熱器中冷卻所述工藝流；膨脹所述工藝流以進(jìn)一步冷卻所述工藝流；將所述工藝流導(dǎo)入分離器中以分離所述工藝流的液體和蒸氣；在存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)所述液體；使來(lái)自所述分離器的蒸氣和來(lái)自所述存儲(chǔ)器的蒸氣流入所述第一混合器中以與來(lái)自 所述氣體來(lái)源的氣體混合；使用所述換熱器汽化來(lái)自所述分離罐的所述液體的一部分；和 使來(lái)自所述換熱器的氣體流入所述第一混合器中以與來(lái)自所述氣體來(lái)源的氣體混合。
全文摘要
本發(fā)明描述了一種方法和裝置，所述方法和裝置在來(lái)自氣體來(lái)源的液化操作中提供完全的氣體利用而不用將天然氣從所述方法和裝置返回到其來(lái)源。輸入所述系統(tǒng)和裝置的氣體的質(zhì)量流率可實(shí)質(zhì)上等于從所述系統(tǒng)輸出如用于存儲(chǔ)或使用的液化產(chǎn)品的質(zhì)量流率。
文檔編號(hào)F25J3/00GK102667381SQ201080047942
公開(kāi)日2012年9月12日 申請(qǐng)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(qǐng)人:巴特勒能源同盟有限公司