專利名稱:用雙混合冷卻液分級壓縮方法液化天然氣的制作方法
本發(fā)明是關(guān)于液化天然氣和其它富甲烷氣流的方法，特別是關(guān)于用雙混合組分致冷的液化方法，對于用致冷物液化天然氣和富甲烷物流，采用了效率高的流程。
達到回收和利用天然氣及其它富甲烷物流，使其作為廉價的燃料來源，已要求氣體液化以提供從生產(chǎn)地到使用地經(jīng)濟的輸送氣體。
液化大量的天然氣，明顯地要消耗大量能量，為了使天然氣具有競爭價格，液化方法必須盡可能有效利用能量。
在單一組份的致冷循環(huán)中，用于開動設(shè)備的驅(qū)動器或電機馬達與用于致冷設(shè)備完成致冷的壓縮載荷是不平衡的，特別是當(dāng)這種設(shè)備與整套液化設(shè)備相匹配時，液化過程中通常存在效率不高的問題。壓縮載荷是液化過程中主要的能量消耗因素。此外，一種液化方法必須能在特殊氣候條件不同地區(qū)很容易地被采用。氣候條件是隨多季節(jié)性變化的，尤其是在世界上最極地的地區(qū)。這樣的氣候條件下影響著液化過程，起支配作用的是在液化天然氣中致冷生產(chǎn)用的冷卻水的溫度，由于季節(jié)的變化和不同氣候的地區(qū)，可用的冷卻水的溫度之明顯的變化，就造成了各種致冷循環(huán)中的不穩(wěn)定性。
在致冷循環(huán)中除了與壓縮驅(qū)動器相匹配的壓縮載荷外，還可能出現(xiàn)，其它效率低的情況。這種效率低的情況通常存在于被液化的氣體與執(zhí)行液化的致冷物之間的配合上。對于一種多組份的多級的閃蒸循環(huán)，其組分變化和約束都使這一領(lǐng)域中具有一般技術(shù)水平的人感到苦惱。
為了提供有效的液化方法，曾做過多次的努力，以適于不同環(huán)境條件，曾提了多組份、多循環(huán)的致冷方法。在美國專利4，112，700中，提出液化天然氣的流程方案，其中兩個封閉循環(huán)的致冷流用來液化天然氣。開始高位(較高的溫度)預(yù)冷卻致冷循環(huán)，以多級段式來冷卻天然氣，致冷物在開始對冷卻水并沒有完全冷凝。這種開始高位預(yù)冷卻的致冷物在多級段步驟中被分成不同的相，其中，其作用將是回流致冷物的輕質(zhì)組份以進行再循環(huán)，同時致冷物中的重組份留下，并在較低的溫度下冷卻天然氣。開始高位的預(yù)冷卻的致冷物也被用來冷卻在第二步中的低位致冷物(較低的溫度)第二步低位致冷物冷卻天然氣時，是以單一步驟來進行。該方法缺點在于在初始相分離之后的高位預(yù)冷卻的致冷物，是利用越來越重的分子量的組份，以完成越來越低的溫度冷卻操作。這與本發(fā)明所希望的有效冷卻方法正好相反。另外，第二步驟或低位致冷物用于單一步驟來液化天然氣，而不是以多級步驟來進行液化。最后，高位致冷物在其致冷操作前對外部冷卻流體不會全部冷凝。
美國專利4，274，849發(fā)表了富甲烷氣的液化方法，其中，采用了兩個不同致冷循環(huán)。每個循環(huán)都使用一種多組份的致冷物。低位(較低的溫度)致冷物冷卻和液化天然氣是通過間接熱交換分兩級進行。高位致冷物(較高的溫度)，不會與被液化的天然氣進行熱交換，而卻在一個輔助的熱交換器中，通過間接熱交換來冷卻低位致冷物。完成熱交換是以單級式進行。
美國專利4，339，253發(fā)表了一種雙重致冷物液化天然氣的方法。其中，低位致冷物是分兩級來冷卻和液化天然氣。低位致冷物依序被高位致冷物在單一的步驟中冷卻。在開始時，僅僅是用高位致冷物天然氣冷卻到天然氣的去除水份之溫度，然后干燥的天然氣輸入于該工藝的主要的液化區(qū)域。
這樣，在雙循環(huán)致冷物過程的各循環(huán)之間，應(yīng)用這樣的單個熱交換步驟，當(dāng)致冷物是由混合組份的致冷物組成時，則不可能有機會在系統(tǒng)的改變致冷物組成時，使各循環(huán)間得到完全匹配的熱交換。
巴拉多夫斯基.H(Paradowski.H)和斯貴拉.O(Squera.O.)發(fā)表在1983年5月15-19日天然氣液化第七次國際會議上題為“有關(guān)天然氣液化”的文章，圖3中表示出兩個封閉液化循環(huán)的液化流程。在流程圖的右端，高位的循環(huán)是用來冷卻低位的循環(huán)，也用來冷卻初始天然氣流中的水份使之冷凝。高位致冷物經(jīng)多級再壓縮，并在三個不同的溫度和壓力階段下冷卻低位致冷物。但并沒有考慮到高位致冷物組成的變化，在熱交換中與各級致冷過程相匹配。
本發(fā)明克服了現(xiàn)有工藝上的缺點，在液化方法中應(yīng)用獨特工藝的流程，在封閉循環(huán)中，使用兩種多組份的致冷物，其中，致冷物在多級步驟中彼此進行熱交換，同時高位致冷物的致冷組成物發(fā)生變化，這樣較輕分子量組分的致冷物可用來完成低位(低溫)致冷卻作用，而這種作用也是最適于低分子量組份。
本發(fā)明關(guān)于采用兩個封閉循環(huán)、多組分致冷物，以改進天然氣或其它含甲烷氣體的液化方法。其中，高位致冷物冷卻低位致冷物，而低位致冷物冷卻和液化天然氣或富甲烷氣物流，該天然氣或富甲烷氣物流的氣體被冷卻和液化，是通過與低位多組份致冷物在第一個封閉致冷循環(huán)中進行熱交換。致冷物液在上述熱交換器中再次被加熱，低位致冷物被壓縮至高壓，并針對外部的冷卻流體冷卻之后，該低位致冷物通過在第二個封閉致冷循環(huán)中，針對高位多組分致冷物多級熱交換而被進一步冷卻。該高位致冷物在上述的熱交換中被加熱了。該高位致冷物被壓縮到高壓，并針對外部冷卻流體，再冷卻到該高位致冷物部分地被液化之后，該高位致冷物經(jīng)相分離成為氣相致冷物流和液相致冷物流，然后該液相致冷物部分，在多級步驟中，過冷并膨脹到更低的溫度和壓力，得到低位致冷物冷卻，以及冷卻和液化蒸氣相的致冷物。其改進包括壓縮蒸氣相致冷物，并針對外部冷卻流體將壓縮的致冷物冷凝，因為使其相對于液相流體過冷并把冷凝的蒸氣相膨脹到更低溫度和壓力，以提供最低冷卻級給低位致冷物。
最好是，該過程僅包括高位致冷物的被壓縮蒸氣相的部分冷凝作用，以此，進行第二次相分離，并進一步在所產(chǎn)生的第二次氣相物流中分離較輕的組分，以及在第二次液相氣流中，較重組分可以回到最初的液相高位致冷流體中。第二次蒸氣相氣流進一步壓縮，在針對外部冷卻流體再冷卻成完全液化的物流后，這樣針對外部冷卻流體，所有進入到多級熱交換器中的物流全部被液化。
本發(fā)明也涉及到采用兩個封閉循環(huán)、多組分致冷物，對天然氣或富甲烷氣物流的液化作用裝置的改進。其中，高位致冷物冷卻低位致冷物，并且低位致冷物冷卻和液化天然氣。像這樣的裝置包括針對低位致冷物冷卻和液化天然氣的第一熱交換器，至少有一臺把低位致冷物壓縮至高壓的壓縮機;針對多級中的高位致冷物，用于冷卻低位致冷物的輔助熱交換器;把低位致冷物分為氣相和液相流的相分離器;分別輸送氣相流和液相流至上述第一熱交換器及將之再循環(huán)到上述壓縮機的裝置，即至少有一臺壓縮機把高位致冷物壓縮到高壓;一種針對外部冷卻流體，以用于冷卻壓縮的高位致冷物之再冷卻熱交換器;把高位致冷物分離成氣相流和液相流的相分離器;輸送上述高位氣相流通過上述輔助熱交換器，并且把上述物流膨脹，以便冷卻低位的致冷物的裝置;輸送上述高位液相流通過上述輔助熱交換器的裝置，該輔助熱交換器包括把上述的物流由此分離成幾部分，然后把它們分別膨脹至較低溫度和壓力以冷卻上述低位致冷物，以及用于循環(huán)高位致冷物所需再壓縮的裝置。其改進包括應(yīng)用了液化所述高位致冷物氣相流的壓縮機和再冷卻熱交換器。
該裝置優(yōu)選包括用第二次相分離器用來分離第二次液相高位致冷物流;把第二次液相流和第一次液相高位致冷物流合并的裝置，一種壓縮機和用于液化第二次相分離器中氣相的再冷卻熱交換器。
圖1是本發(fā)明整個工藝的流程圖，其表明高位致冷循環(huán)操作的最佳實施方案。
圖2是本發(fā)明部分流程圖，表明如圖1所示的高位致冷循環(huán)操作有變化的實施方案。
對照附圖，本發(fā)明將作更為詳細的說明，本發(fā)明提出幾種較理想操作實施例。參照圖1，天然氣從工藝線10進料，從而進入了本發(fā)明的流程，天然氣一般具有下列組份
C191.69%
C24.56%
C32.05%
C40.98%
C5+0.43%
N20.31%
進料于溫度大約為93°F，其絕對壓強高于655磅/吋2。在液化過程之前，比甲烷重的有效烴類部分必須從進料物流中分離出來。此外，任何殘余的含水量也必須從進料物流中分離出去，這種預(yù)處理過程不屬于本發(fā)明范圍，是已知現(xiàn)有工藝中標準的預(yù)處理方法。因而對此不作詳細說明了。只要說進料物流進入工藝線10后，針對管路44中的低位致冷物，在熱交換器12中經(jīng)熱交換達到初步冷卻就足夠了。預(yù)冷天然氣經(jīng)干燥和蒸餾裝置，循環(huán)除去水份和高級烴。這些一般的清除步驟沒有表示在圖中，只是用11和13處表示液化前一般的作法。
由此，除去水份和高級烴明顯減少之后的天然氣進到主要熱交換器14中，該熱效換器14最好是由兩束盤管繞的熱交換器構(gòu)成。天然氣在第一步中被冷卻或完全冷凝，或者在主要熱交換器的束盤管中冷卻。液化的天然氣然后再在第二步中或在熱交換器14盤管中過冷，至溫度大約為-240°F。液化的天然氣然后離開交換器，迅速通過一個閥門，經(jīng)相分離成閃蒸氣及液化的天然氣產(chǎn)品，用泵打入到儲藏器16中。液化天然氣產(chǎn)物可按需要排出。在所儲備的液化天然氣之上形成氣相被壓縮到一定壓力，和閃蒸氣體結(jié)合，在用作燃料前，在閃蒸氣體回收交換器18中再加熱，理想地，這種燃料有必要在本發(fā)明工廠中進行操作。
正如本發(fā)明的概述列舉的，本發(fā)明中的方法包括用兩個封閉循環(huán)的致冷物對天然氣液化，該低位致冷物循環(huán)提供了液化天然氣的致冷物之最低溫度位。在低位(最低的溫度)致冷物和高位(相對熱些)致冷物之間的各個熱交換器中，該低位致冷物依序被高位致冷物所冷卻。
用在本發(fā)明中的低位多組份致冷物，實際上起著冷卻、液化和過冷天然氣的作用，一般是由甲烷、乙烷、丙烷和丁烷組成。在低位致冷物中的這些各種組份之準確濃度取決于環(huán)境的條件，特別是取決于液化工廠中所使用的外部冷卻液體的溫度。低位致冷物組分的準確組成和濃度范圍，也是由低位致冷循環(huán)和高位致冷循環(huán)之間所要求的準確能量轉(zhuǎn)換和平衡來決定。
低位致冷物經(jīng)多段壓縮，在壓縮機組20中針對外部的冷卻流體二次冷卻，環(huán)境的冷卻流體如象海水，通常用來帶走壓縮過程中所產(chǎn)生的熱。
處于大約103°F和634磅/吋2的低位致冷物，進一步在多級輔助熱交換器24中，針對高位致冷物而被進一步地冷卻。最佳實施例中，此輔助熱交換器24有四級，加熱處理級26，中間處理級28，中間處理級30和致冷處理級32。輔助熱交換器24是一種散熱片式的換熱裝置。各種物流流經(jīng)附圖1中所示的流道。在散熱金屬片間，高位致冷物與低位致冷物進行間接的熱交換。低位致冷物離開輔助熱交換器24，此時其部分在管線34中液化。該低位致冷物在分離器36中，在大約-50°F的分餾溫度下進行相分離。低位致冷物中的液相從管路38中排出，并被導(dǎo)入到主熱交換器14的第一束盤管中，為在離開熱交換器前作進一步冷卻，通過一閥門降低溫度和壓力，在大約-200°F重新將液相噴射到交換器的殼層，此噴射液從主熱交換器的第一束盤管中的不同的管上面噴落下來。由分離器36來的氣相物流分成一個滑動氣流42和主氣流40。該主氣流40也被引入到主交換器14的第一束盤管中，并繼續(xù)通過第二束盤管而被完全液化和過冷卻，在排出前通過一個閥門以降低溫度和壓力。在管線42中的氣相滑動氣流通過閃蒸回收熱交換器18，從閃蒸天然氣中補償致冷作用。這個物流溫度和壓力降低，并與管線40中的物流合并，然后在大約-240°F以噴射形式引入到熱交換器14頂上，噴射液降落在主熱交換器第一級和第二級兩個管束上。重新被加熱的致冷物，在主熱交換器14的底部從管線44排出，在低位致冷閉路循環(huán)中進行循環(huán)。可以看出為天然氣液化的全部熱交換作用是針對低位致冷物完成，而高位致冷物不是用來進行天然氣物流的致冷作用。
上文提及的主熱交換器是一種二束盤管式熱交換器。它是一種間接式的熱交換設(shè)備。天然氣物流和一部分低位致冷物通過該換熱的端蓋或分布板，分別進入一系列平行螺旋排列的盤管中。該盤管的熱交換器的軸心纏繞形成螺旋盤管。另一部分低位致冷物，通過盤管的外層，而在熱交換器設(shè)備的殼內(nèi)層，與天然氣物流進行熱交換。以達到液化天然氣的目的。
高位致冷物其在致冷作用的溫度明顯高于低位致冷物，它包括本發(fā)明二個閉路循環(huán)致冷系統(tǒng)中的第二個。該高位致冷物僅僅以間接熱交換來冷卻低位致冷物。高位致冷物對要液化的天然氣并不實施冷卻作用。該高位致冷物一般包括乙烷和丙烷以作為多組份致冷物，不過也可以含有各種丁烷和戊烷，為特殊裝置提供具有特別致冷作用要求的混合組分致冷物。該高位致冷物在不同壓力下送入到多級壓縮機46中。氣相的高位致冷物在大約170°F溫度和350磅/吋2壓力下，從管線48中排出，該致冷物在針對外部冷卻流體例如環(huán)境溫度下的水，在熱交換器50中進行二次冷卻作用。該高位致冷物在外部冷卻流體作用下部分冷凝，并以氣液相混合物存在于管線52的熱交換器50中。致冷物在分離器54中進行相分離。
在管線76中的氣相流，從分離器54頂部抽出，進一步在壓縮機78中被壓縮到壓力大約為446磅/吋2。該氣相致冷物處于這樣的壓力以便在二次冷卻熱交換器80中，針對周圍外部冷卻流體使其全部冷凝，此外，外部冷卻流體最好是環(huán)境溫度的水。管線82中完全冷凝的冷卻流體，經(jīng)由輔助熱交換器24的不同級，如通過級26、28、30和32進行過冷。在分離器54中進行相分離時，混合組份的高位致冷物中的輕質(zhì)成份在氣相流76中被分離出來，其最終達到輔助熱交換器24級32所要求冷卻的最低溫度位。這就提供了一種有效的冷卻和更好地利用多組份致冷物。另外，這種能力具有超過非多組份致冷方法非同一般的優(yōu)越性。
來自分離器54的液相致冷物流體從上述分離器的底部以管線56排出。致冷物在被分成續(xù)流流體58和側(cè)流流體60之前，通過輔助熱交換器24的高位(熱)級26，此時側(cè)流流體60是通過一個閥門閃蒸降低溫度和壓力。所有高位致冷物物流的膨脹，均是在“焦耳一湯姆遜閥”(Joule-Thomson Value)中進行的。管線60中的側(cè)流流體通過高溫位級26逆流式返回，以使致冷物流的冷卻物以相反的方向通過這同一級。將再加熱的和蒸發(fā)的致冷物，用管線62將之返回到壓縮器46中進行再壓縮。
在管線58中續(xù)流的液相致冷物通過中間熱交換器級28和第二側(cè)流66從續(xù)流流體64中分離出。側(cè)流流體66通過一個閥門而閃蒸降低溫度和壓力，并逆流通過中間級28，提供以相反的方向冷卻致冷物。被加熱和蒸發(fā)的致冷物返回管線68，在壓縮機46中重新壓縮。
在續(xù)流液相流體逆流通過級30之前，管線64中的續(xù)流液相流體進一步通過中間級30，并通過閥門70完全閃蒸到更低的溫度和壓力，以達到以相反的方向通過級30冷卻致冷物流體。將加熱的和蒸發(fā)的致冷物返回管線在72和74，為在壓縮機46中重新壓縮。
管線82中的致冷物流體，通過所有的輔助熱交換器各個級，包括級32，通過閥門84閃蒸降低其溫度和壓力，也逆流返回通過這個級，以在輔助熱交換器中得到最低位冷卻，并用管線86返回流體進行重新壓縮。其流體在管線74中與致冷物流重新結(jié)合。
這種雙混合的組份致冷物液化流程的高位致冷循環(huán)，其操作的獨特方式，使致冷物在輔助熱交換器中的不同冷卻階段滿足特別致冷作用的要求。特別是，由于在分離器54中產(chǎn)生相分離作用，完成在級32中要求的低位冷卻工作是由輕分子量的致冷物組分特別組成的致冷物流體來進行的。不過通過壓縮機78的進一步壓縮，利用環(huán)境冷卻流體的充分冷卻能力，這使環(huán)境溫度的冷卻流體在二次冷卻熱交換器80中完全冷凝氣相流體。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，通過在循環(huán)中針對環(huán)境的外部冷卻流體如環(huán)境溫度的水進行冷卻作用，以充分冷凝致冷物，可以提供高的致冷效率。
此外，本發(fā)明中高位致冷循環(huán)也分離管線56中的液相流的致冷物流體，正如當(dāng)上述流體通過輔助熱交換器24的高溫位和低溫位級一樣，以這種方式致使避免其重組分在熱交換器的各個不同冷卻溫度、中間階段分離。在進行側(cè)流體60和66分離時沒有相分離，在級30中執(zhí)行冷卻作用的流體組合物不會分離致冷混合物中的重質(zhì)組分，卻利用與在先的致冷物流體60和66一樣的組合物。雖然本發(fā)明高位致冷循環(huán)的流程只是用輔助熱交換器的四級及三級壓縮機來表示，但是可以看出，在特殊的使用中，較多級或較少級的熱交換器或壓縮機都可根據(jù)需要確定。不過，初始相分離的、針對環(huán)境的冷卻流體進行完全冷凝的和致冷流體分裂而不產(chǎn)生進一步相分離的原理，被交替使用于上述流程中。
本發(fā)明中各種有變化工藝流程，即多組分高位致冷物組份進一步分配的說明，在圖2中加以說明。對照圖2，該高位致冷物循環(huán)流程有變化的實施方案是原來圖1中所描述整個循環(huán)過程的一部分。相應(yīng)于圖1的高位致冷循環(huán)，在圖2中的各個部位，是用相同數(shù)字前加1來表示。因此，從高位致冷物在壓縮機146中被壓縮淡起。在管線148中的被壓縮致冷物，經(jīng)二次冷卻，在二次冷卻熱交換器150中針對環(huán)境的外部冷卻流體如水得到部分冷凝。在管線152中部分冷凝的致冷物，然后在分離器154中進行初始相分離。致冷物氣相由管線176從分離器154頂部排出并進一步在壓縮機178中壓縮。壓縮僅僅是到一定程度，使之在二次冷卻熱交換器180中部分的而不是全部的冷凝，該冷凝作用是由環(huán)境的外部冷卻流體提供的。僅僅有部分液化作用允許致冷物流體，在分離器181第二步中被分成不同的相。液相從底部用管線183排出流體，氣相流體從頂部用管線187排出流體。在管線187中的氣相流體被進一步在壓縮機189中壓縮一定壓力，致使其管線191中的流體可以完全被冷凝和液化，這一過程是針對環(huán)境溫度外部冷卻流體在二次冷卻熱交換器193中進行的。由此，管線182中的致冷物以液相送進輔助熱交換器124。
為了用閃蒸的高位致冷物來進行冷卻，管線182中的液相致冷物通過輔助熱換器124中的各個級126、128、130和132。管線182中的致冷物，通過熱交換器124中的低位級132之后，經(jīng)過閥門184閃蒸達到較低的溫度和壓力，并通過低位級132，進行逆流式回流，從而完成冷卻作用。
來自初始相分離器154的液相致冷物，以底部流體形式從管線156排出。通過閥門185，在壓力適當(dāng)下降的情況下，來自第二相分離器181的液相流體183與管線156中的液相合并，這種合并的流體送到輔助熱交換器124中的高位級126，側(cè)流160從通過高位級126液相致冷物的續(xù)流流體158中分路出來。側(cè)流在通過冷卻高位級126逆流返回之前，通過一個閥門，經(jīng)閃蒸降低溫度和壓力，以在此提供冷卻。該致冷物然后返回管線162重新進行壓縮。
另外，管線183中的致冷物，分別地通過輔助交換器的各個級126、128和130。在閥門170中膨脹并與氣流186，結(jié)合以提供級130中的冷卻作用，其中，致冷物進一步分離出輕質(zhì)組分，流經(jīng)通道未在圖2中表示。
管線158中的續(xù)流液相致冷物流體通過中位級128，并再次被分成側(cè)流166和續(xù)流流體164。在中間級128完成致冷作用前，側(cè)流166通過一個閥門閃蒸達到較低溫度和壓力，其中流體166逆流通過128，并進一步通過管線167中進入級126。借助側(cè)流166通過輔助熱交換器中的兩個級，讓管線158中的致冷物達到的溫度變得更低并針對致冷作用進行更緊密的配合，這就要求在管線167中沒有回流致冷物的情況下，進行具有多相的再壓縮，其中液相會干擾壓縮機146的操作。管線167中的致冷物在通過級126熱交換附加級通道，加熱致冷物，這樣管線168中的致冷物全部呈氣相。管線164中的續(xù)流液相致冷物在通過閥門170降低溫度和壓力之前，在級130中經(jīng)進一步冷卻。致冷物與來自低位級132的、管線186中的回流致冷物合并，這種合并的致冷物逆流通過中間級130，并返回管線174以便在壓縮機146中重新壓縮。由圖1敘述流程圖變化，也允許管線134中的低位致冷物和管線182中的高位致冷物在最低的可及溫度下，接近輔助熱交換器124中的低位級132，而不使管線186中的致應(yīng)物產(chǎn)生兩相流，回流到壓縮機146中。由于管線186中的致冷物與管線164中的液體致冷物合并以及在中間級130完成附加的致冷作用，所以避免了兩相的問題。
該實施方案具有的優(yōu)點是以高效的方式完成低位致冷工作。在分離器154中出現(xiàn)的初始相分離作用，是把氣相176中的多組份致冷物較輕組分分離出去。較重的組份在管線156中以液相分離出。如上圖1所述多組份致冷物的不同組份之分離，在與各個低位致冷物循環(huán)進行各級熱交換下，提高了致冷作用的效率。為進一步提高這種功效，本發(fā)明中有變化的實施方案調(diào)整了管線176中的氣流體之壓縮和二次冷卻作用，這樣就不會出現(xiàn)全部冷凝現(xiàn)象，而是在分離器181中產(chǎn)生進一步的相分離。在管線187致冷作用中這種第二次相分離使輕質(zhì)組分的分離達到另一水平。用管線183排除中介的重質(zhì)組分致冷物并且調(diào)整閥185到合適的壓力后，該中介的重質(zhì)致冷物與管線156中的較重質(zhì)致冷物組份合并。以這種方式，用具有最大濃度的輕組份多組份致冷物，完成在輔助熱交換器124(它能滿足最低致冷的要求)中的級132的致冷作用。輕質(zhì)組分完成最低溫度下的最有效的致冷作用，正如在低位級132中出現(xiàn)的情況一樣。因此，這種實施方案的循環(huán)過程提高了致冷作用的效率，同時對于二次冷卻熱交換器180裝置出口部分提出了附加的基本要求。隨著冷卻到較低溫度的附加能力，令人滿意的是提供了安全裝置防止兩相回流到壓縮機146中。當(dāng)壓縮時，進料物中帶有任何明顯的液體，則操作時壓縮機146會受到損害。因此，使回流的致冷物流體通過熱交換的若干級時，提供降溫位操作，而阻止了兩相回流到壓縮機。如圖1流程所述，圖2中所述的流程是利用環(huán)境溫度的外部冷卻流體充分冷凝到達輔助熱交換器124的所有致冷物?？梢钥闯觯?dāng)針對環(huán)境溫度的外部冷卻流體出現(xiàn)的這種全部冷凝作用時，就提高了效率。利用壓縮機178和189的附加壓縮，使外部冷卻流體完成這樣的全部冷凝作用。
在液化流程中，采用混合的致冷物雙循環(huán)，在開始配制的致冷物進入循環(huán)以及在本發(fā)明圖1和圖2的高位循環(huán)中所述循環(huán)內(nèi)的中組合物變化的兩種情況下，便于每種致冷物循環(huán)，組份的變化有明顯的自由度。考慮到物質(zhì)被冷卻及致冷物完成冷卻作用，致冷過程的變化允許更為精確接近冷卻曲線。此外，為了提供很好的機械配套，特別是當(dāng)考慮到載荷時，不同壓縮機驅(qū)動器要求與之匹配，則混合組份的致冷物從一個循環(huán)到另一循環(huán)允許壓縮動力載荷的變化。此外，考慮到不同環(huán)境冷卻流體溫度或進給氣體壓力和組成物，能碰到這樣一些不成比例數(shù)的載荷之轉(zhuǎn)換。應(yīng)用雙混合的組份致冷物液化流程，便于載荷再匹配而不必改變致冷物所流經(jīng)的設(shè)備。
盡管所示的液化廠的流程在其最上部位置裝有低溫級的輔助熱交換器，但還要考慮到若致冷級在底部并且以相反的方式通過未在圖2中所示的輔助交換器之各種物流，該熱換器亦能工作。
另外，盡管圖1表示了低位致冷物循環(huán)，在天然氣進入到交換器12中進行的所有預(yù)冷卻作用，但要考慮到高位致冷物在高位致冷物滑流經(jīng)過熱交換器12或天然氣滑流經(jīng)過熱交換器24時，有助于這種予冷作用。
本發(fā)明已經(jīng)敘述了幾種理想實施方案，但是由這些實施例變化，在該領(lǐng)域中技術(shù)熟練的人也可以考慮到，這些變化看來在發(fā)明范圍。因此，本發(fā)明的范圍，并將由下述權(quán)利要求
來確定。
權(quán)利要求
1、一種液化天然氣的方法，該方法使用兩個封閉的循環(huán)，多組份致冷物，其中高位致冷物冷卻低位致冷物，低位致冷物冷卻和液化天然氣，其特征在于，該方法包括
在第一個封閉致冷循環(huán)中，通過在低位多組份致冷物熱交換中冷卻和液化天然氣物流，其中在所說的熱交換中該致冷物被重新加熱；
對該重新被加熱的低位致冷物壓縮至高壓，并針對外部的冷卻流體把低位致冷物二次冷卻；
在第二個封閉致冷循環(huán)中，用高位多組份致冷物通過多級熱交換進一步冷卻所提到的低位致冷物，在所說的熱交換過程中，高位致冷物被重新加熱；
把上述被重新加熱的高位致冷物壓縮至高壓，然后針對外部冷卻流體將之二次冷卻，使上述致冷物部分液化；
相分離該高位致冷物成氣相致冷物流體和液相致冷物流體；
在多個級段中過冷和膨脹部分液相致冷物流體到更低的溫度和壓力，用來提供對低位致冷物的冷卻以及冷卻和液化氣相致冷物流；
壓縮該氣相致冷物物流并針對外部的冷卻流體進行冷凝之改進，在于在針對液相致冷物進行過冷之前，并膨脹之至更低的溫度和壓力，以提供冷卻低位致冷物的最低溫位。
2、按照權(quán)利要求
1的方法，其中與低位致冷物進行最后一級熱交換之后被加熱的高位氣相致冷物流體與為了熱交換的液相致冷物結(jié)合，在中間級與低位致冷物相進行熱交換。
3、按照權(quán)利要求
1的方法，其中來自與低位致冷物進行熱交換的、較低溫位的高位致冷物，進一步通過更高級段與上述低位致冷物進行熱交換。
4、按照權(quán)利要求
1的方法，其中壓縮后的氣相高位致冷物僅僅只有部分被液化，然后與液相分離的相與液相高位致冷物相結(jié)合，并且氣相進一步被壓縮并針對外部的冷卻流體進行冷凝。
5、在天然氣液化設(shè)備中采用兩個封閉循環(huán)，多組份致冷物，其中高位致冷物冷卻低位致冷物并且低位致冷物冷卻和液化天然氣，其特征在于該設(shè)備包括
針對低位致冷物冷卻和液化天然氣的第一熱交換器;
至少有一臺用于把低位致冷物壓縮到高壓的壓縮機;
在多級中針對高位致冷物用于冷卻低位致冷物的輔助熱交換器;
把低位致冷物分離成氣相流體和液相流體的相分離器;
用于把氣相流體和液相流體分別輸送到上述第一熱交換器及將其再循環(huán)至上述壓縮機的傳輸裝置;
至少有一臺把高位致冷物壓縮至高壓的壓縮壓;
針對外部冷卻流體冷卻被壓縮的高位致冷物的二次冷卻熱交換器;
把高位致冷物分離成氣相物流和液相物流的相分離器;
輸送上述高位氣相流體通過上述輔助熱交換器，并使上述流體膨脹以達到冷卻低位致冷物目的的裝置;
輸送上述高位液相流體通過上述的輔助熱交換器裝置，該輔助熱交換器包括由此分離部分上述的流體，然后分別使其膨脹達到較低的溫度和壓力，以冷卻低位致冷物的裝置，
以及為了對高位致冷物進行再壓縮的循環(huán)裝置，其改進包括壓縮機及對高位致冷物的上述氣相進行液化的二次冷卻熱交換器。
6、按照權(quán)利要求
5的裝置，其中包括一臺以分離第二液相高位致冷物流體的第二相分離器，把第二液相流體與第一液相高位致冷物流體相結(jié)合的裝置，壓縮機和用于液化來至第二相分離器氣相的二次再冷卻熱交換器。
專利摘要
采用兩個封閉循環(huán)，多組份致冷物即冷卻天然氣的低位致冷物和冷卻低位致冷物的高位致冷物液化天然氣方法和裝置。 其中改進包括壓縮后相分離高位致冷物及在另外壓縮后用外部冷卻流體全部液化汽相流體。
文檔編號F25J1/00GK85103725SQ85103725
公開日1986年11月12日 申請日期1985年5月17日
發(fā)明者查爾斯·利奧·牛頓 申請人:氣體產(chǎn)品與化學(xué)品公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan