專利名稱：制取液化天然氣的氣態(tài)富甲烷給料的液化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及制取液化產(chǎn)品的氣態(tài)富甲烷給料的液化方法。該液化產(chǎn)品通常稱作液化天然氣。液化產(chǎn)品方法包括以下步驟(a)以升高的壓力在主熱交換器的熱端向主熱交換器第一管提供氣態(tài)富甲烷給料，與制冷劑的蒸發(fā)逆向冷卻、液化和次級冷卻氣態(tài)富甲烷給料以便得到一種液化流，在主熱交換器的冷端從主熱交換器中排出液化流，并作為一種液化產(chǎn)物使該液化流通入儲(chǔ)存器；(b)在主熱交換器的熱端從主熱交換器的殼體中排出蒸發(fā)的制冷劑；(c)在至少一個(gè)制冷劑壓縮機(jī)中壓縮蒸發(fā)的制冷劑以便得到高壓制冷劑；(d)部分冷凝高壓制冷劑，并將該部分冷凝的制冷劑分成液態(tài)的重制冷劑部分和氣態(tài)的輕制冷劑部分；(e)在主熱交換器的第二管次級冷卻重制冷劑部分以得到一種次級冷卻的重制冷劑流，在主熱交換器的中間點(diǎn)處以降低的壓力將重制冷劑流引入主熱交換器的殼體內(nèi)，并使重制冷劑流在殼體內(nèi)蒸發(fā)，以及(f)在主熱交換器的第三管冷卻、液化和次級冷卻至少部分輕制冷劑以得到一種次級冷卻輕制冷劑流，以降低的壓力在主熱交換器的冷端將輕制冷劑流引入主熱交換器的殼體內(nèi)，并使輕制冷劑流在殼體內(nèi)蒸發(fā)。
澳大利亞專利第AU-B-75 223／87號公開了一種控制液化過程的方法。已知的控制方法對三種情況有不同的步驟，(1)在液化產(chǎn)品的生產(chǎn)低于所需速度的地方，考慮到主熱交換器冷端的溫度差，應(yīng)該通過調(diào)整制冷劑的組分來增加速度；(2)在生產(chǎn)大于所需速度的地方，應(yīng)該通過減小制冷劑壓縮機(jī)的吸入壓力來降低速度；以及(3)在生產(chǎn)處于理想速度的地方，應(yīng)該將制冷劑總量維持在預(yù)定的范圍內(nèi)來使總設(shè)備的效率最佳化。在(1)和(2)的情況下，相對于總效率，制冷劑總量、組分以及制冷劑的壓縮率應(yīng)該是最佳的。
當(dāng)生產(chǎn)處于理想速度時(shí)，最好首先要檢驗(yàn)制冷劑總量。接著連續(xù)調(diào)整與制冷劑有關(guān)的變量重制冷劑部分與輕制冷劑部分制冷劑的質(zhì)量流率、制冷劑中氮含量以及C3∶C2的比率，以便達(dá)到最高效率。然后調(diào)整制冷劑壓縮機(jī)的壓縮比來達(dá)到最高效率。最佳化的最后步驟是調(diào)整制冷劑壓縮機(jī)的速度。
當(dāng)其它臨界參數(shù)，例如主熱交換器冷端和熱端的溫度差低于或高于預(yù)定的值或范圍時(shí)，設(shè)置報(bào)警，此時(shí)，自動(dòng)控制過程停止。
已知控制方法的缺點(diǎn)在于它需要連續(xù)調(diào)整制冷劑組分，以便使生產(chǎn)最佳化。另一個(gè)缺點(diǎn)是連續(xù)地進(jìn)行最佳化，且自動(dòng)過程控制不能處理例如主熱交換器熱端的溫度差超過預(yù)定范圍的情況。
為了克服這些缺點(diǎn)，本發(fā)明制取液化天然氣的氣態(tài)富甲烷給料的液化方法的特征在于該方法還包括使用以預(yù)控制模式(model predictivecontrol)為基礎(chǔ)的先進(jìn)過程控制器控制液化方法來同時(shí)確定與一組操作變量相應(yīng)的控制動(dòng)作，以便在控制一組控制變量中的至少一個(gè)變量的同時(shí)使一組參數(shù)中的至少一個(gè)參數(shù)最佳化，其中的一組操作變量包括重制冷劑部分的質(zhì)量流率、輕制冷劑部分的質(zhì)量流率以及富甲烷給料的質(zhì)量流率，其中的一組控制變量包括主熱交換器熱端的溫度差和主熱交換器中間點(diǎn)處的溫度差，并且其中一組需要最佳化的參數(shù)包括液化產(chǎn)品的產(chǎn)量。
在說明書和權(quán)利要求中所述的“最佳變量”通常指的是將變量最大化或最小化，以及將變量保持在預(yù)定值上。
預(yù)控制模式或以預(yù)控制為基礎(chǔ)的模式是已知技術(shù)，例如Perry’sChemical Engineers Handbook，第7版第8-25至8-27頁。該預(yù)控制模式的關(guān)鍵技術(shù)在于應(yīng)用一種模式和可得到的控制變量的測量來判斷未來的過程行為。計(jì)算控制器的輸出來使性能指標(biāo)最佳化，該性能指標(biāo)是預(yù)測誤差和計(jì)算出的未來控制動(dòng)作的一次或二次函數(shù)。在每個(gè)采樣瞬間，控制計(jì)算被重復(fù)進(jìn)行，并且根據(jù)當(dāng)前的測量修正前置量。一個(gè)適當(dāng)?shù)哪Ｊ绞且环N包括表示控制變量基礎(chǔ)上的操作變量階躍響應(yīng)作用的一組經(jīng)驗(yàn)階躍響應(yīng)模型。
需要最佳化的參數(shù)的最佳值能夠從單獨(dú)的最佳化步驟中得到，或者需要最佳化的變量能夠包含在特性函數(shù)中。
在能夠應(yīng)用預(yù)控制模式之前，人們首先確定需要最佳化的變量和控制變量基礎(chǔ)上操作變量階躍變化的作用。這導(dǎo)致了一組階躍響應(yīng)系數(shù)。這一組階躍響應(yīng)系數(shù)形成液化方法預(yù)控制模式的基礎(chǔ)。
在正常操作期間，為了許多未來的控制動(dòng)作，有規(guī)律地計(jì)算控制變量的預(yù)測值。為了這些未來的控制動(dòng)作而計(jì)算性能指標(biāo)。該性能指標(biāo)包括兩項(xiàng)，第一項(xiàng)表示對于每個(gè)控制動(dòng)作的預(yù)測誤差的未來控制動(dòng)作的總和，第二項(xiàng)表示對于每個(gè)控制動(dòng)作操作變量中的變化的未來控制動(dòng)作的總和。對每個(gè)控制變量來說，預(yù)測誤差不同于控制變量的預(yù)測值，也不同于控制變量的參考值。預(yù)測誤差與一個(gè)加權(quán)因數(shù)一起增加，并且與每個(gè)控制動(dòng)作相應(yīng)的操作變量中的變化與一個(gè)抑制因數(shù)一起增加。這里討論的性能指標(biāo)是線性的。
或者，在性能指標(biāo)是二次方程的情況下，這些項(xiàng)可以是平方項(xiàng)的和。此外，限制因素能夠確定操作變量、操作變量中的變化和控制變量。這導(dǎo)致單獨(dú)一套與性能指標(biāo)最小化同時(shí)解決的方程式。
可以用兩種方法進(jìn)行最佳化，一個(gè)方法是分別進(jìn)行最佳化，超出性能指標(biāo)的最小限度，第二種方法是在性能指標(biāo)內(nèi)進(jìn)行最佳化。
當(dāng)分別進(jìn)行最佳化時(shí)，需要最佳化的參數(shù)作為控制動(dòng)作預(yù)測誤差中的控制變量存在，并且最佳化為控制變量提供一個(gè)參考值。
或者，最佳化在性能指標(biāo)的計(jì)算中進(jìn)行，并且與適當(dāng)?shù)募訖?quán)因數(shù)一起給出性能指標(biāo)中的第三項(xiàng)。在這種情況下，控制變量的參考值是保持恒定的預(yù)先確定的穩(wěn)定狀態(tài)值。
在考慮限制條件的情況下，性能指標(biāo)被最小化來給出未來控制動(dòng)作的操作值。然而，只執(zhí)行下一個(gè)控制動(dòng)作。接著再計(jì)算未來控制動(dòng)作啟動(dòng)的性能指標(biāo)。
具有階躍響應(yīng)系數(shù)的模式和預(yù)控制模式中所需的方程式是計(jì)算機(jī)所執(zhí)行的控制液化過程的程序的一部分。裝載這種能夠處理預(yù)控制模式的程序的計(jì)算機(jī)被稱作先進(jìn)的過程控制器。由于計(jì)算機(jī)程序在商業(yè)上是很有用的，我們將不詳細(xì)討論這種程序。本發(fā)明更著重于選擇各種變量。
現(xiàn)在將參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，其中

圖1示意性地表示了液化天然氣廠的流程圖；以及圖2示意性地表示了丙烷的冷卻循環(huán)。
現(xiàn)在參照圖1，液化天然氣廠包括一個(gè)具有熱端3、冷端5和中間點(diǎn)7的主熱交換器1。主熱交換器1的壁限定了一殼體10。在殼體10中設(shè)置一個(gè)從熱端3延伸至冷端5的第一管13，一個(gè)從熱端3延伸至中間點(diǎn)7的第二管15，以及一個(gè)從熱端3延伸至冷端5的第三管16。
在正常操作期間，使氣態(tài)富甲烷給料以升高的壓力通過供給管20在主熱交換器的熱端3進(jìn)入主熱交換器1的第一管13。該給料通過第一管13時(shí)與在殼體10中蒸發(fā)的制冷劑逆向被冷卻、液化和次級冷卻。結(jié)果從主熱交換器1的冷端5通過管路23排出液化流體。然后將該液化流通入儲(chǔ)存器，在儲(chǔ)存器中該液化流被作為一種液化產(chǎn)品來儲(chǔ)存。
從主熱交換器的熱端3通過管路25將蒸發(fā)的制冷劑排出主熱交換器1的殼體10。在制冷劑壓縮機(jī)30和31中將蒸發(fā)的制冷劑壓縮成高壓制冷劑，該制冷劑通過管路32排出。
第一制冷劑壓縮機(jī)30由適當(dāng)?shù)碾姍C(jī)驅(qū)動(dòng)，例如氣體透平機(jī)35，該透平機(jī)具有一個(gè)啟動(dòng)輔助電機(jī)36，第二制冷壓縮機(jī)31由適當(dāng)?shù)碾姍C(jī)驅(qū)動(dòng)，例如具有輔助電機(jī)(未示出)的氣體透平機(jī)37。在兩個(gè)壓縮機(jī)30和31之間，壓縮熱被通過空氣冷卻器40和熱交換器41中的管路38中的流體帶走。
管路32中的高壓制冷劑在空氣冷卻器42中冷卻，并在熱交換器43中部分冷凝得到部分冷凝的制冷劑。
該高壓制冷劑通過入口裝置46被送入一個(gè)獨(dú)立的容器45中。在該獨(dú)立容器45中，部分冷凝的制冷劑被分成液態(tài)的重制冷劑部分和氣態(tài)的輕制冷劑部分。液態(tài)的重制冷劑部分通過管路47從獨(dú)立容器45中排出，而氣態(tài)的輕制冷劑部分通過管路48從獨(dú)立容器45中排出。
重制冷劑部分在主熱交換器1的第二管15中進(jìn)行次級冷卻，得到一種次級冷卻重制冷劑流。該次級冷卻重制冷劑流通過管路50從主熱交換器1中排出，并在膨脹閥51這種形式的膨脹裝置上進(jìn)行膨脹。在減小壓力的情況下，該流體通過管路52和噴嘴53在主熱交換器的中間點(diǎn)7處進(jìn)入主熱交換器1的殼體10。使該重制冷劑流以減低的壓力在殼體10中蒸發(fā)，由此冷卻管13、15和16中的流體。
由管路48排出的氣態(tài)輕制冷劑部分中的一部分通過管路55進(jìn)入主熱交換器1的第三管16，并在其中被冷卻、液化和次級冷卻，得到一種次級冷卻輕制冷劑流。該次級冷卻輕制冷劑流通過管路57從主熱交換器1中排出，并在膨脹閥58這種形式的膨脹裝置上膨脹。在壓力減小的情況下，該制冷劑流通過管路59和噴嘴60在主熱交換器的冷端5進(jìn)入主熱交換器1的殼體10。使該輕制冷劑流以減低的壓力在殼體10中膨脹，由此冷卻管13、15和16中的流體。
由管路48排出的剩下的輕制冷劑部分通過管路61進(jìn)入熱交換器63，并在該熱交換器中被冷卻、液化和次級冷卻。在管路64上從熱交換器63到管路59之間設(shè)置一個(gè)膨脹閥65。
所得到的液化流通過管路23排出主熱交換器1并通入閃蒸容器70。該管路23上設(shè)置一個(gè)膨脹閥71這種形式的的膨脹裝置，以便減小壓力，這樣得到的液化流以減低的壓力經(jīng)入口裝置72引入閃蒸容器70。降低的壓力一般等于大氣壓。膨脹閥也可調(diào)整總流量。
從閃蒸容器70的頂部經(jīng)過管路75排出產(chǎn)出氣體。該產(chǎn)出氣體在一個(gè)由電機(jī)78驅(qū)動(dòng)的尾部閃蒸壓縮機(jī)(end-flash compressor)77中被壓縮，得到高壓燃料氣體，此燃料氣體通過管路79排出。所述的產(chǎn)出氣體對熱交換器63中的輕制冷劑部分進(jìn)行冷卻、液化和次級冷卻。
液化的產(chǎn)品通過管路80從閃蒸容器70的底部排出并通入儲(chǔ)存器(未示出)中。
第一個(gè)目的是要將通過由閥71操作的管線80的液化產(chǎn)品的產(chǎn)量最大化。
上述預(yù)控制模式被用來達(dá)到這個(gè)目的。這組操作變量包括通過管路52(膨脹閥51)的重制冷劑部分的質(zhì)量流率，通過管路59(膨脹閥58和62)的輕制冷劑部分的質(zhì)量流率，以及通過管路20(該管路由閥71操作)的富甲烷給料的質(zhì)量流率。而這組控制變量包括主熱交換器1的熱端3的溫度差(該溫度差是管路47中流體溫度與管路25中流體溫度的差)，以及主熱交換器1的中間點(diǎn)7處的溫度差(該溫度差是管路50中流體溫度與主熱交換器中間點(diǎn)處殼體10內(nèi)的流體溫度的差)。通過選擇這些變量，可實(shí)現(xiàn)對具有以預(yù)控制模式為基礎(chǔ)的先進(jìn)控制過程的主熱交換器1的控制。
申請人已發(fā)現(xiàn)當(dāng)使用預(yù)控制模式以及使用重制冷劑部分質(zhì)量流率、輕制冷劑質(zhì)量流率和富甲烷給料質(zhì)量流率作操作變量時(shí)，能夠得到有效、迅速的控制，這樣使液化產(chǎn)品的產(chǎn)量最佳化并控制主熱交換器中的溫度分布。
本發(fā)明的這種先進(jìn)方法在于不是通過操作混合制冷劑中主要組分來使液化產(chǎn)品的產(chǎn)量達(dá)到最佳化。
為了整套設(shè)備的完整，顯然管路80上裝有一個(gè)流量控制閥81，該閥由液面控制器82操作來確保正常操作期間閃蒸容器70中保持足夠的液面高度。然而，根據(jù)本發(fā)明，由于在進(jìn)入閃蒸容器70的流入物與流出閃蒸容器70的流出物相匹配時(shí)閥81不動(dòng)作，因此流量控制閥81的存在與最佳化無關(guān)。
在液化產(chǎn)物的產(chǎn)量已經(jīng)被維持在一個(gè)預(yù)定的水平上時(shí)，預(yù)控制模式控制主熱交換器1中的溫度分布。為了這個(gè)目標(biāo)，控制變量組還包括通過管路23排出主熱交換器1的液化流的溫度。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是使壓縮機(jī)的利用率達(dá)到最大限度。為了要達(dá)到這個(gè)目的，操作變量組還包括制冷劑壓縮機(jī)30和31的壓縮速率。
通過管路20供給主熱交換器1的氣態(tài)富甲烷給料是從天然氣給料中得到的，通過部分冷凝天然氣給料得到供給主熱交換器1的氣相部分冷凝給料。該天然氣給料通過供給管90。至少在熱交換器93中進(jìn)行部分冷凝。
部分冷凝給料經(jīng)過入口裝置94進(jìn)入凈化塔95。在該凈化塔中，部分冷凝給料被分餾形成氣態(tài)的塔頂餾出的氣流以及一種液態(tài)的廢甲烷(methane-depleted)的底部流。該氣態(tài)塔頂餾出流經(jīng)過管路97通入熱交換器100，在熱交換器100中，該氣態(tài)塔頂餾出流被部分冷凝，并且該部分冷凝的塔頂餾出流經(jīng)入口裝置103進(jìn)入上部分離器102。在該上部分離器102中，部分冷凝餾出流被分成氣態(tài)富甲烷流和一種液態(tài)底部流。
通過管路104排出的氣態(tài)富甲烷流在管路20中形成氣態(tài)富甲烷給料。至少部分底部液體流通過管路105和噴嘴106作為逆向流引入凈化塔95。管路105上設(shè)有一個(gè)流量控制閥108，該閥是由一個(gè)液面控制器109操作來保持上部分離器102中的一個(gè)固定液面的。
如果所需逆向流比部分冷凝液態(tài)塔頂餾出流中的液體少的話，剩余的逆向流可經(jīng)過具有流量控制閥112的管路111通到主熱交換器1中。這樣，操作變量組包括流過管路111的過量底部流的質(zhì)量流率。
在只需要很少逆向流的情況下，可以經(jīng)過帶有流量控制閥114的管路113從原料處(未示出)加入丁烷。在這種情況下，操作變量還包括流過管路113的含丁烷流的質(zhì)量流率。
液態(tài)的廢甲烷的底部流經(jīng)管路115從凈化塔95中排出。為了提供洗滌用的蒸汽，液態(tài)廢甲烷的底部流通過與如管路119提供的熱水或蒸汽這樣適當(dāng)?shù)臒峤橘|(zhì)進(jìn)行間接熱交換的方式在熱交換器118中蒸發(fā)。該蒸汽通過管路120被引入凈化塔95的下部，并且液體經(jīng)管路122從熱交換器118中排出，該管路122具有一個(gè)由液面控制器124操作的流量控制閥123，以此在熱交換器118的殼體內(nèi)維持一個(gè)固定的液面高度。
為了將凈化塔95的控制與主熱交換器1的控制結(jié)合起來，操作變量組還包括管路122中液態(tài)廢甲烷底部流的溫度。因而，控制變量組還包括氣態(tài)富甲烷流(管路104中)中較重碳?xì)浠衔锏臐舛取⒐苈?22中液態(tài)廢甲烷底部流中甲烷的濃度和逆向流質(zhì)量流率，即流過管路105的逆向流質(zhì)量流率。需要最佳化的參數(shù)組還包括液化產(chǎn)品的發(fā)熱值。該發(fā)熱值是根據(jù)流過管路80中液化產(chǎn)品的組分分析來計(jì)算的。這種分析可借助于色譜法進(jìn)行。
管路122中液態(tài)廢甲烷底部流的溫度通過調(diào)節(jié)熱交換器118的熱輸入來調(diào)節(jié)。
在幾個(gè)實(shí)例中，熱交換器用于從液體，例如部分冷凝的液體中去除熱量。在熱交換器41中從壓縮的制冷劑中去除熱量，在熱交換器43中，高壓制冷劑被部分冷凝，在熱交換器93中天然氣供給料被部分冷凝，并且在熱交換器100中氣態(tài)的塔頂餾出流被部分冷凝。在這些熱交換器中，借助于與適當(dāng)壓力下丙烷蒸發(fā)進(jìn)行間接熱交換可去除熱量。
圖2簡要示出了丙烷循環(huán)。蒸發(fā)的丙烷在由一個(gè)合適的電機(jī)，如氣體透平機(jī)128驅(qū)動(dòng)的丙烷壓縮機(jī)127中被壓縮。丙烷在空氣冷卻器130中被冷凝，并且在升高的壓力下冷凝的丙烷經(jīng)過管路135和136進(jìn)入熱交換器93和43，此兩個(gè)熱交換器被布置為相互并行的。該冷凝的丙烷在進(jìn)入熱交換器93和43之前在膨脹閥137和138中膨脹達(dá)到一個(gè)較高的中間壓力。氣態(tài)的部分經(jīng)過管路140和141到達(dá)丙烷壓縮機(jī)127的一個(gè)入口。液態(tài)部分經(jīng)過管路145和146到達(dá)熱交換器41。在進(jìn)入熱交換器41之前，丙烷在膨脹閥148上膨脹達(dá)到一個(gè)較低的中間壓力。氣態(tài)部分經(jīng)過管路150到達(dá)丙烷壓縮機(jī)127的一個(gè)入口。液態(tài)部分經(jīng)過管路151到達(dá)熱交換器100。在進(jìn)入熱交換器41之前，丙烷在膨脹閥152中膨脹到一個(gè)較低的壓力。該較低壓力下的丙烷經(jīng)過管路153通到丙烷壓縮機(jī)127的一個(gè)入口。
為了將丙烷循環(huán)的控制與主熱交換器1的控制結(jié)合起來，操作變量組還包括丙烷壓縮機(jī)127的壓縮速率，進(jìn)而控制變量組還包括第一丙烷壓縮機(jī)127的吸入壓力，即管路153中丙烷的壓力。這種方法可使丙烷壓縮機(jī)的利用率最高。
在丙烷壓縮機(jī)包括兩個(gè)串聯(lián)的壓縮機(jī)時(shí)，操作變量組還包括兩個(gè)丙烷壓縮機(jī)的壓縮速率，進(jìn)而控制變量組還包括第一丙烷壓縮機(jī)的吸入壓力。
為了進(jìn)一步優(yōu)化該方法，控制變量組還可包括尾部閃蒸壓縮機(jī)77的負(fù)荷。
分別控制制冷劑的主要組分和制冷劑總量(未示出)以便補(bǔ)償由于泄露而產(chǎn)生的損失。這種控制是屬于先進(jìn)的控制主熱交換器方法之外的。
下面的表1和2是權(quán)利要求書所給出的主要操作和控制變量。
表1權(quán)利要求書中的主要操作變量
表2權(quán)利要求書中的主要控制變量
權(quán)利要求
1．液化氣態(tài)富甲烷給料產(chǎn)生液化產(chǎn)品的方法，該液化方法包括以下步驟(a)在主熱交換器的熱端以升高的壓力將氣態(tài)富甲烷給料供給主熱交換器的第一管，與制冷劑的蒸發(fā)逆向地冷卻、液化和次級冷卻該氣態(tài)富甲烷給料，以便得到一種液化流，在主熱交換器的冷端將該液化流排出主熱交換器，并將該液化流作為一種液化產(chǎn)品通入儲(chǔ)存器；(b)在主熱交換器的熱端將蒸發(fā)的制冷劑從主熱交換器的殼體中排出；(c)在至少一個(gè)制冷劑壓縮機(jī)中壓縮該蒸發(fā)的制冷劑得到高壓制冷劑；(d)部分冷凝該高壓制冷劑，并將該部分冷凝的高壓制冷劑分成液態(tài)的重制冷劑部分和氣態(tài)的輕制冷劑部分；(e)在主熱交換器的第二管中對重制冷劑進(jìn)行次級冷卻得到次級冷卻重制冷劑流，在主熱交換器的中間點(diǎn)處以降低的壓力將重制冷劑流引入主熱交換器的殼體中，并使該重制冷劑流在殼體中蒸發(fā)；以及(f)在主熱交換器的第三管中冷卻、液化和次級冷卻至少部分輕制冷劑部分，以便得到次級冷卻輕制冷劑流，在主熱交換器的冷端以降低的壓力將輕制冷劑流引入主熱交換器的殼體中，并使該輕制冷劑流在殼體內(nèi)蒸發(fā)，其特征在于該方法還包括使用以預(yù)控制模式為基礎(chǔ)的先進(jìn)過程控制器的液化方法，該方法同時(shí)確定對一組操作變量的控制動(dòng)作，以便在控制一組控制變量中的至少一個(gè)變量的同時(shí)最優(yōu)化一組參數(shù)中的至少一個(gè)參數(shù)，其中一組操作變量包括重制冷劑部分的質(zhì)量流率、輕制冷劑部分的質(zhì)量流率和富甲烷給料的質(zhì)量流率，其中一組控制變量包括主熱交換器熱端的溫度差和主熱交換器中間點(diǎn)處的溫度差，并且其中一組需要最佳化的參數(shù)包括液化產(chǎn)品的產(chǎn)量。
2．如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于控制變量組還包括從主熱交換器排出的液化流的溫度。
3．如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于操作變量組還包括制冷劑壓縮機(jī)的壓縮速率。
4．如權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于步驟(d)中高壓制冷劑的部分冷凝是借助于與適當(dāng)壓力下丙烷蒸發(fā)進(jìn)行間接熱交換的方式在至少一個(gè)熱交換器中進(jìn)行的。
5．如權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于氣態(tài)富甲烷給料是通過部分冷凝天然氣給料得到部分冷凝給料而從天然氣給料中獲得的。
6．如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于對天然氣的部分冷凝是通過與適當(dāng)壓力下丙烷蒸發(fā)進(jìn)行間接熱交換的方式在至少一個(gè)熱交換器中進(jìn)行的。
7．如權(quán)利要求5所述的方法，還包括在凈化塔中分餾部分冷凝的給料以得到氣態(tài)塔頂餾出流和液態(tài)廢甲烷底部流；部分冷凝氣態(tài)塔頂餾出流；以及將氣態(tài)餾出流分成形成氣態(tài)富甲烷給料的氣態(tài)富甲烷流和至少部分作為逆向流通過凈化塔的液態(tài)底部流，其特征在于一組操作參數(shù)還包括液態(tài)廢甲烷底部流的溫度，一組控制變量還包括氣態(tài)富甲烷流中較重碳?xì)浠衔锏臐舛?，液態(tài)廢甲烷底部流中甲烷的濃度，液態(tài)富甲烷底部流的質(zhì)量流率和逆向流質(zhì)量流率，以及一組需要最優(yōu)化的參數(shù)還包括液化產(chǎn)品的發(fā)熱值。
8．如權(quán)利要求7所述的方法，還包括向逆向流中加入含丁烷流，其特征在于操作變量組還包括過量液態(tài)底部流的質(zhì)量流率和／或含丁烷流的質(zhì)量流率。
9．如權(quán)利要求7或8所述的方法，其特征在于借助與適當(dāng)壓力下丙烷蒸發(fā)進(jìn)行間接熱交換的方式在至少一個(gè)熱交換器中對氣態(tài)塔頂餾出流進(jìn)行部分冷凝。
10．如權(quán)利要求4、6或9所述的方法，其中在至少一個(gè)丙烷壓縮機(jī)中壓縮蒸發(fā)的丙烷并通過與外部的冷卻液進(jìn)行熱交換來冷凝，其特征在于操作變量還包括丙烷壓縮機(jī)的壓縮速率，控制變量還包括第一丙烷壓縮機(jī)的吸入壓力。
11．如權(quán)利要求1-10中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于還包括降低液化流的壓力得到通入儲(chǔ)存器的液化產(chǎn)品和排出氣體；還包括在尾部閃蒸壓縮機(jī)中排出氣體成為高壓燃料氣，其特征在于控制變量組還包括尾部閃蒸壓縮機(jī)的負(fù)荷。
12．如權(quán)利要求1-11中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于還包括分別控制制冷劑的主要組分和制冷劑總量。
全文摘要
與制冷劑蒸發(fā)逆向地在主熱交換器(1)中冷卻、液化和次級冷卻富甲烷給料,得到一種液化流,并將液化流作為液化產(chǎn)品通入(80)儲(chǔ)存器。該液化方法是通過使用以預(yù)控制模式為基礎(chǔ)的先進(jìn)過程控制器來控制的,該控制模式同步地確定一組操作變量的控制動(dòng)作,以便在控制一組控制變量中的至少一個(gè)變量時(shí)使一組參數(shù)中至少一個(gè)參數(shù)被最優(yōu)化,其中一組操作變量包括重制冷劑部分(52)的質(zhì)量流率。輕制冷劑部分(59)的質(zhì)量流率和富甲烷給料(20)的質(zhì)量流率,其中控制變量包括主熱交換器(1)熱端(3)的溫度差和主熱交換器(1)中間點(diǎn)(7)處的溫度差,其中一組需要最優(yōu)化的參數(shù)包括液化產(chǎn)品(80)的產(chǎn)量。
文檔編號F25J1/00GK1281546SQ98812129
公開日2001年1月24日 申請日期1998年12月11日 優(yōu)先權(quán)日1997年12月12日
發(fā)明者德里克·W·霍奇斯, 亨德里克·F·格羅特?fù)P斯, 喬納森·R·多爾拜 申請人:國際殼牌研究有限公司