專利名稱：半閉環(huán)法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及將天然氣液化的方法和裝置。另一方面，本發(fā)明涉及改進的使用半閉環(huán)甲烷制冷循環(huán)的液化天然氣(LNG)裝置。
天然氣的低溫液化通常用于將天然氣轉(zhuǎn)化成更便于運輸和儲存的形式。這種液化將天然氣的體積降低為大約600分之一，并產(chǎn)生可以在大氣壓附近儲存和運輸?shù)漠a(chǎn)品。
天然氣通常通過管道從供給源輸送到遠地市場。需要使管道在基本恒定的高負荷系數(shù)下運行，但管道的供應(yīng)能力或容量常常超過需求，而有時需求可能超過管道的供應(yīng)能力。為了平衡(shave off)需求超過供應(yīng)時的高峰或供應(yīng)超過需求時的低谷，需要以在需求超過供應(yīng)時能夠輸送的方式儲存過量氣體。這種實踐可以用儲存的材料滿足進一步的需求高峰。實現(xiàn)這一點的一種實踐方式是將氣體轉(zhuǎn)化成用于儲存的液化態(tài)，然后根據(jù)需要將液體氣化。
當(dāng)從遠離目標市場的供給源運輸氣體且管道不可用或不切實際時，天然氣的液化重要得多。當(dāng)必須用遠洋船進行運輸時，尤為如此。以氣態(tài)進行船運通常不實際，因為需要顯著加壓以明顯降低氣體的比容。這種加壓要求使用更昂貴的儲存容器。
為了以液態(tài)儲存和運輸天然氣，優(yōu)選將天然氣冷卻至-151℃至-162℃(-240至-260)，此時液化天然氣(LNG)具有近大氣壓的蒸氣壓。在用于天然氣液化的現(xiàn)有技術(shù)中存在許多系統(tǒng)，其中如下將氣體液化使氣體于升高的壓力下先后通過多個冷卻階段，由此將氣體冷卻以相繼降低溫度直至達到液化溫度。通常通過與一種或多種制冷劑(例如丙烷、丙烯、乙烷、乙烯、甲烷、氮、二氧化碳、或前述制冷劑的組合，例如混合制冷劑系統(tǒng))的間接熱交換實現(xiàn)冷卻。
過去，許多傳統(tǒng)的LNG裝置使用甲烷制冷循環(huán)(即，使用以甲烷為主的制冷劑的制冷循環(huán))作為將天然氣液化的最終制冷循環(huán)。有些傳統(tǒng)LNG裝置使用開環(huán)甲烷制冷循環(huán)，而有些使用閉環(huán)甲烷制冷循環(huán)。在閉環(huán)甲烷制冷循環(huán)中，以甲烷為主的制冷劑不源自被液化的天然氣流或不與被液化的天然氣流合并。在開環(huán)甲烷制冷循環(huán)中，以甲烷為主的制冷劑源自進行液化的天然氣，且至少一部分以甲烷為主的制冷劑與進行液化的天然氣流重新結(jié)合。
傳統(tǒng)的開環(huán)和閉環(huán)甲烷制冷循環(huán)各有自己獨特的優(yōu)點和缺點。傳統(tǒng)閉環(huán)系統(tǒng)的一個缺點在于需要燃料氣壓縮機將用于為驅(qū)動器(例如燃氣輪機，其驅(qū)動主制冷劑壓縮機)提供動力的燃料氣壓縮。閉環(huán)系統(tǒng)的另一缺點在于多數(shù)閉環(huán)系統(tǒng)產(chǎn)生過量燃料，其被簡單地從該系統(tǒng)中燃除。閉環(huán)系統(tǒng)的這些與燃料氣有關(guān)的問題不是開環(huán)系統(tǒng)所共有的。然而，開環(huán)系統(tǒng)具有它們自己獨有的缺點。例如，多數(shù)開環(huán)系統(tǒng)要求將進入開環(huán)制冷循環(huán)的天然氣流充分冷凝。此外，在使用用于加工從主重質(zhì)物(heavies)去除塔的底部排出的重質(zhì)物流的脫甲烷塔的開環(huán)LNG裝置中，來自脫甲烷塔的塔頂物流必須與以甲烷為主的制冷劑合并，和/或由于脫丁烷塔的塔頂物流與重質(zhì)物去除塔的塔頂物流之間的壓差而被壓縮。
因此，需要一種使用混合甲烷制冷循環(huán)的LNG裝置，其消除閉環(huán)和開環(huán)系統(tǒng)的缺點，同時仍然提供閉環(huán)和開環(huán)系統(tǒng)的各種益處。
因此，需要提供無需單獨的燃料氣壓縮機的使用甲烷制冷循環(huán)的天然氣液化系統(tǒng)。
還需要提供下述使用甲烷制冷循環(huán)的天然氣液化系統(tǒng)——在該方法中利用過量甲烷制冷劑而非簡單地燃燒過量制冷劑。
還需要提供下述使用甲烷制冷循環(huán)的天然氣液化系統(tǒng)——其不要求天然氣進料流在甲烷制冷循環(huán)上游充分冷凝。
還需要提供下述使用甲烷制冷循環(huán)的天然氣液化系統(tǒng)——其能夠使脫甲烷塔的塔頂物流在不壓縮和/或與甲烷制冷劑合并的情況下液化。
應(yīng)該理解的是，上述需求是示例性的，且不需要全部由本文公開的本發(fā)明實現(xiàn)。根據(jù)本說明書和附圖，本發(fā)明的其它目的和優(yōu)點變得顯而易見。
因此，本發(fā)明一方面涉及包括下列步驟的將天然氣液化的方法(a)通過與以甲烷為主的制冷劑間接熱交換將天然氣冷卻至少40，由此提供液化天然氣；(b)將至少一部分液化天然氣閃蒸，以提供以蒸氣為主的餾分和以液體為主的餾分；和(c)將至少一部分以蒸氣為主的餾分與步驟(a)中用于冷卻天然氣的以甲烷為主的制冷劑合并。
本發(fā)明的另一方面涉及包括下列步驟的將天然氣液化的方法(a)用使用包含少于50摩爾％甲烷的第一制冷劑的第一制冷循環(huán)將天然氣冷卻；(b)在第一制冷循環(huán)下游，將天然氣在第一塔中分成第一輕質(zhì)物流和第一重質(zhì)物流；(c)在第二塔中將所述第一輕質(zhì)物流分成第二輕質(zhì)物流和第二重質(zhì)物流；和(d)在甲烷熱交換器中通過與以甲烷為主的制冷劑間接熱交換將所述第二輕質(zhì)物流冷卻，步驟(d)在不首先將所述第二輕質(zhì)物流與以甲烷為主的制冷劑合并的情況下進行。
本發(fā)明的進一步方面涉及包括下列步驟的將天然氣液化的方法(a)用第一制冷循環(huán)通過與主要包含丙烷、丙烯或二氧化碳的第一制冷劑間接熱交換將天然氣流冷卻；(b)在第一制冷循環(huán)下游，用第二制冷循環(huán)通過與主要包含乙烷、乙烯或二氧化碳的第二制冷劑間接熱交換將天然氣流冷卻；(c)在第二制冷循環(huán)下游，用甲烷制冷循環(huán)通過與以甲烷為主的制冷劑間接熱交換將天然氣流冷卻至少40；和(d)在第二制冷循環(huán)中，通過與所述第二制冷劑間接熱交換將至少一部分以甲烷為主的制冷劑冷卻。
本發(fā)明的再一方面涉及將天然氣液化的裝置，包括(a)第一制冷循環(huán)，其使用第一制冷劑以通過與其間接熱交換而將天然氣冷卻；(b)甲烷制冷循環(huán)，其位于第一制冷循環(huán)下游，并使用以甲烷為主的制冷劑以通過與其間接熱交換來將天然氣冷卻至少40，由此制造液化天然氣；(c)膨脹設(shè)備，其可用于將液化天然氣閃蒸并由此制造以蒸氣為主的餾分和以液體為主的餾分。甲烷制冷循環(huán)包括補充制冷劑入口，用于接收至少一部分由膨脹設(shè)備制成的以蒸氣為主的餾分，并將該以蒸氣為主的餾分與以甲烷為主的制冷劑合并。
下面參照附圖詳細描述本發(fā)明的優(yōu)選實施方案，其中

圖1是使用半閉環(huán)甲烷制冷循環(huán)的用于制造LNG的級聯(lián)制冷法的簡化流程圖；圖2的流程圖提供了關(guān)于控制在被液化的天然氣流中加入的以甲烷為主的制冷劑的量所用的系統(tǒng)的更多細節(jié)。
當(dāng)用于描述流體流中特定組分的存在時，本文所用的術(shù)語“以...為主”、“主要”、“大體”、和“主要部分”是指流體流包含至少50摩爾％的所述組分。例如“以甲烷為主”的物流，“主要為甲烷”的物流，“大體”由甲烷構(gòu)成的流，或“主要部分”由甲烷構(gòu)成的物流，分別是指包含至少50摩爾％甲烷的物流。本文所用的術(shù)語“上游”和“下游”用于描述天然氣液化裝置的各個組分或工藝沿著天然氣流過該裝置的主要流徑的相對位置。
級聯(lián)制冷法使用一種或多種制冷劑，將來自天然氣流的熱能轉(zhuǎn)移到制冷劑中，并最終將所述熱能轉(zhuǎn)移到環(huán)境中。大體上，整個制冷系統(tǒng)發(fā)揮熱泵的作用，通過在將該流體逐漸冷卻至越來越低的溫度時從天然氣流中去除熱能。級聯(lián)制冷法的設(shè)計涉及熱力學(xué)效率和資金成本的平衡。在熱傳遞法中，隨著加熱和冷卻流之間的溫度梯度變小，熱力學(xué)不可逆性降低，但獲得這種小的溫度梯度通常要求顯著提高熱傳遞面積的量、對各種工藝設(shè)備的顯著變動、和適當(dāng)選擇通過這種設(shè)備的流速，以確保流速和入口和出口溫度均與所需加熱/冷卻負荷相符。
在典型的LNG裝置中，多種預(yù)處理步驟提供了從輸送到裝置中的天然氣進料流中去除某些不合意組分(例如酸性氣、硫醇、汞和濕氣)的方式。這種氣流的組成可以明顯不同。本文所用的天然氣流是大體由主要源自天然氣進料流的甲烷構(gòu)成的任何流體，這種進料流例如包含至少85摩爾％甲烷，剩余部分是乙烷、高級烴、氮、二氧化碳和次要量的其它污染物，例如汞、硫化氫和硫醇。預(yù)處理步驟可以是位于冷卻循環(huán)上游或位于初次循環(huán)中冷卻的初期階段之一下游的單獨步驟。下面是本領(lǐng)域技術(shù)人員容易獲知的一些可用方法的非窮盡性名單。通常通過使用含胺的水溶液的化學(xué)反應(yīng)法去除酸性氣和量較少的硫醇。這種處理步驟通常在初次循環(huán)的冷卻階段上游進行。通常在初次冷卻循環(huán)的上游以及初次冷卻循環(huán)的第一冷卻階段的下游通過氣體壓縮和冷卻之后的兩相氣-液分離來以液體形式去除大部分水。通常通過汞吸附劑床去除汞。通常使用適當(dāng)選擇的吸附劑床(例如可再生分子篩)去除殘余量的水和酸性氣。
經(jīng)預(yù)處理的天然氣進料流通常在升高的壓力下、或壓縮至通常高于3.44MPa(500psia)、優(yōu)選大約3.44MPa至大約20.67MPa(大約500psia至大約3000psia)、更優(yōu)選大約3.44MPa至大約6.89MPa(大約500psia至大約1000psia)、再優(yōu)選大約4.13MPa至大約5.51MPa(大約600psia至大約800psia)的高壓輸送到液化過程中。進料流溫度通常接近環(huán)境溫度至略高于環(huán)境溫度。典型的溫度范圍為15.5℃至65.5℃(60至150)。
如上所述，在多個多級循環(huán)或步驟(優(yōu)選三個)中通過與多種不同的制冷劑(優(yōu)選三種)間接熱交換來將天然氣進料流冷卻。給定循環(huán)的總冷卻效率隨著階段數(shù)的提高而提高，但這種效率提高伴隨著凈資本成本和工藝復(fù)雜性的相應(yīng)提高。在與相對較高沸點的制冷劑間接熱交換的第一封閉制冷循環(huán)中，進料氣體優(yōu)選經(jīng)過有效數(shù)量的制冷階段，標稱2個，優(yōu)選2至4個，更優(yōu)選3個階段。這種相對較高沸點制冷劑優(yōu)選主要包含丙烷、丙烯、或其混合物，更優(yōu)選地，該制冷劑包含至少大約75摩爾％丙烷，更優(yōu)選至少90摩爾％丙烷，最優(yōu)選地，該制冷劑基本由丙烷構(gòu)成。此后，在與具有較低沸點的制冷劑間接熱交換的第二封閉制冷循環(huán)中，加工過的進料氣體流經(jīng)有效數(shù)量的階段，標稱2個，優(yōu)選2至4個，更優(yōu)選2個或3個階段。這種較低沸點制冷劑優(yōu)選主要由乙烷、乙烯或其混合物構(gòu)成，更優(yōu)選地，該制冷劑包含至少大約75摩爾％乙烯，更優(yōu)選至少90摩爾％乙烯，最優(yōu)選地，該制冷劑基本由乙烯構(gòu)成。此后，在與以甲烷為主的制冷劑間接熱交換的第三/甲烷制冷循環(huán)中，加工過的進料氣體流經(jīng)有效數(shù)量的階段，標稱2個，優(yōu)選2至5個，更優(yōu)選3個或4個階段。這種以甲烷為主的制冷劑優(yōu)選包含至少大約75摩爾％甲烷，更優(yōu)選至少大約90摩爾％甲烷，最優(yōu)選地，以甲烷為主的制冷劑基本由甲烷構(gòu)成。在特別優(yōu)選的實施方案中，以甲烷為主的制冷劑包含少于10摩爾％氮，最優(yōu)選少于5摩爾％氮。
通常，天然氣進料流包含一定量的C2+組分，以在一個或多個冷卻階段中形成富含C2+的液體。這種液體通過氣-液分離裝置(優(yōu)選一個或多個傳統(tǒng)的氣-液分離器)去除。通常，控制每個階段中的天然氣相繼冷卻，以從氣體中去除盡可能多的C2和更高分子量的烴，產(chǎn)生以甲烷為主的氣流和包含大量乙烷和更重組分的液流。在冷卻區(qū)下游的關(guān)鍵位置設(shè)置有效數(shù)量的氣-液分離裝置。氣/液分離裝置(優(yōu)選傳統(tǒng)氣/液分離器)的精確位置和數(shù)量取決于許多操作參數(shù)，例如天然氣進料流的C2+組成、LNG產(chǎn)品的所需BTU含量、用于其它用途的C2+組分值、和LNG裝置和氣體裝置操作領(lǐng)域技術(shù)人員通?？紤]的其它因素。C2+烴流可以通過單級閃蒸或分餾塔脫甲烷。在后一種情況下，可以將所得富含甲烷的流體在壓力下直接送回液化過程。在前一種情況下，這種富含甲烷的流體可以重新加壓并再循環(huán)，或可以用作燃料氣。C2+烴流或脫甲烷C2+烴流可以用作燃料或可以進一步加工，例如在一個或多個分餾區(qū)中分餾以產(chǎn)生單獨的富含特定化學(xué)成分(例如C2、C3、C4和C5+)的流體。
本文所述的液化過程可以使用數(shù)種冷卻之一，它們包括但不限于(a)間接熱交換，(b)氣化，和(c)膨脹或減壓。本文所用的間接熱交換是指下述過程——其中制冷劑在制冷劑與待冷卻的物質(zhì)之間沒有實際物理接觸的情況下使待冷卻的物質(zhì)冷卻。間接熱交換裝置的具體例子包括在管殼式熱交換器、釜中含芯型熱交換器和銅焊鋁板翅式熱交換器中進行的熱交換。制冷劑與待冷卻物質(zhì)的物理狀態(tài)取決于系統(tǒng)需求和所選熱交換器的類型。例如，當(dāng)制冷劑為液態(tài)且待冷卻的物質(zhì)為液態(tài)或氣態(tài)時，或當(dāng)這些物質(zhì)之一進行相變且工藝條件不利于使用釜中含芯型熱交換器時，通常使用管殼式熱交換器。作為例子，鋁和鋁合金是用于芯的優(yōu)選構(gòu)造材料，但這些材料可能不適合在指定工藝條件下使用。當(dāng)制冷劑為氣態(tài)且待冷卻的物質(zhì)為液態(tài)或氣態(tài)時，通常使用板翅式熱交換器。最后，當(dāng)待冷卻的物質(zhì)為液態(tài)或氣態(tài)且制冷劑在熱交換過程中發(fā)生從液態(tài)到氣態(tài)的相變時，通常使用釜中含芯型熱交換器。
氣化冷卻是指通過用保持恒定壓力的系統(tǒng)將一部分物質(zhì)蒸發(fā)或氣化來將物質(zhì)冷卻。例如，在氣化過程中，蒸發(fā)的這部分物質(zhì)從保持液態(tài)的物質(zhì)部分中吸收熱量，并因此將所述液體部分冷卻。最后，膨脹或減壓冷卻是指在通過減壓裝置使氣態(tài)、液態(tài)或兩相系統(tǒng)減壓時產(chǎn)生的冷卻。在一個實施方案中，這種膨脹裝置是Joule-Thomson膨脹閥。在另一實施方案中，膨脹裝置是水力或氣體膨脹機。由于膨脹機從膨脹過程中回收工作能，因此，在膨脹中較低的工藝流溫度是可行的。
圖1所示的流程示意圖和裝置代表使用半閉環(huán)甲烷制冷循環(huán)的本發(fā)明的LNG裝置的優(yōu)選實施方案。圖2代表控制送回被液化的加工過的天然氣流中的甲烷制冷劑的量所用的系統(tǒng)的優(yōu)選實施方案。本領(lǐng)域技術(shù)人員會認識到，圖1和2僅是示意性的，因此為清楚起見，省略了商業(yè)裝置中對于成功操作所需的許多設(shè)備項目。這些項目可能包括，例如，壓縮機控制、流量和水平面測量和相應(yīng)控制器、溫度和壓力控制、泵、發(fā)動機、濾器、附加的熱交換器、和閥，等等。根據(jù)標準工程實踐提供這些項目。
為了利于理解圖1和2，使用下列編號命名法。項目號1至99是與液化法直接相關(guān)的工藝容器和設(shè)備。編號為100至199的項目對應(yīng)于主要包含甲烷流的流送管或?qū)Ч堋＞幪枮?00至299的項目對應(yīng)于主要包含乙烯流的流送管或?qū)Ч?。編號?00至399的項目對應(yīng)于主要包含丙烷流的流送管或?qū)Ч堋D2中編號為400至499的項目是控制送回被液化的加工過的天然氣流中的甲烷制冷劑的量所用的系統(tǒng)的容器、設(shè)備、管路或?qū)Ч堋?br> 參照圖1，在第一制冷循環(huán)中，在由燃氣輪機驅(qū)動器(未顯示)驅(qū)動的多級(優(yōu)選三級)壓縮機18中壓縮氣態(tài)丙烷。三級壓縮優(yōu)選存在于單個裝置中，但每級壓縮可以是分離的裝置，且這些裝置機械相連以由單個驅(qū)動器驅(qū)動。在壓縮后，使壓縮丙烷通過導(dǎo)管300送入冷卻器20，在此其被冷卻和液化。液化丙烷制冷劑在閃蒸之前的典型壓力和溫度為大約37.7℃(大約100)至大約1.30MPa(大約190psia)。使來自冷卻器20的流體通過導(dǎo)管302送入如膨脹閥12所示的減壓裝置，在此降低液化丙烷的壓力，由此蒸發(fā)或閃蒸其一部分。然后使所得兩相產(chǎn)品通過導(dǎo)管304流入高階段丙烷冷卻器2，在此將通過導(dǎo)管152加入的氣態(tài)甲烷制冷劑、通過導(dǎo)管100加入的天然氣進料、和通過導(dǎo)管202加入的氣態(tài)乙烯制冷劑分別通過間接熱交換裝置4、6和8冷卻，由此產(chǎn)生分別通過導(dǎo)管154、102和204排出的冷卻氣流。將導(dǎo)管154中的以甲烷為主的制冷劑加入主甲烷節(jié)約器74中，這在后面的段落中將更詳細地論述。
將來自冷卻器2的丙烷氣體通過導(dǎo)管306送回壓縮機18。將該氣體加入壓縮機18的高階段入口。將剩余液體丙烷通過導(dǎo)管308輸送，通過如膨脹閥14所示的減壓裝置進一步降低壓力，此后將再一部分的液化丙烷閃蒸。然后將所得兩相流體通過導(dǎo)管310加入中間階段丙烷冷卻器22，由此為冷卻器22提供冷卻劑。來自冷卻器2的冷卻進料氣流通過導(dǎo)管102流到分離設(shè)備10中，在此分離氣相和液相。液相可富含C3+組分，通過導(dǎo)管103將其去除。通過導(dǎo)管104去除氣相，然后分成兩個分離的流體，將它們通過導(dǎo)管106和108輸送。將導(dǎo)管106中的流體加入丙烷冷卻器22中。導(dǎo)管108中的流體變成解吸氣加入如下更詳細論述的重質(zhì)物去除塔60中。將來自冷卻器2的乙烯制冷劑通過導(dǎo)管204加入冷卻器22。
在中間階段丙烷冷卻器22中，將進料氣流(在本文中也稱作加工過的天然氣流)和乙烯制冷劑流分別通過間接傳熱裝置24和26冷卻，由此通過導(dǎo)管110和206產(chǎn)生冷卻的進料氣體和乙烯制冷劑流。分離由此蒸發(fā)的丙烷制冷劑部分，并通過導(dǎo)管311送入壓縮機18的中間階段入口。將來自冷卻器22的液體丙烷制冷劑通過導(dǎo)管314去除，穿過如膨脹閥16所示的減壓裝置而閃蒸，然后通過導(dǎo)管316加入低階段丙烷冷卻器/冷凝器28。
如圖1所示，進料氣流通過導(dǎo)管110從中間階段丙烷冷卻器22流入低階段丙烷冷卻器28中。在冷卻器28中，通過間接熱交換裝置30冷卻該流體。類似地，乙烯制冷劑流通過導(dǎo)管206從中間階段丙烷冷卻器22流入低階段丙烷冷卻器28中。在后者中，可以通過間接熱交換裝置32將乙烯制冷劑完全冷凝或幾乎完全冷凝，但不需要完全冷凝。從低階段丙烷冷卻器28中去除氣化的丙烷制冷劑，并通過導(dǎo)管320送回到壓縮機18的低階段入口中。
如圖1所示，將離開低階段丙烷冷卻器28的進料氣流通過導(dǎo)管112加入高階段乙烯冷卻器42中。乙烯制冷劑通過導(dǎo)管208離開低階段丙烷冷卻器28，并優(yōu)選加入分離容器37中，在此將輕質(zhì)組分通過導(dǎo)管209去除，并將冷凝的乙烯通過導(dǎo)管210去除。在該過程此位置的乙烯制冷劑通常為大約-31.1℃(大約-24)的溫度和大約285psia的壓力。乙烯制冷劑然后流到乙烯節(jié)約器34中，在此將其通過間接熱交換裝置38冷卻，通過導(dǎo)管211去除，并通入如膨脹閥40所示的減壓裝置中，此后將制冷劑閃蒸至預(yù)選溫度和壓力，并通過導(dǎo)管212加入高階段乙烯冷卻器42中。蒸氣通過導(dǎo)管214從冷卻器42中去除并輸送到乙烯節(jié)約器34中，在此蒸氣通過間接熱交換裝置46充當(dāng)冷卻劑。然后通過導(dǎo)管216從乙烯節(jié)約器34中去除乙烯蒸氣，并加入乙烯壓縮機48的高階段入口。將高階段乙烯冷卻器42中未氣化的乙烯制冷劑通過導(dǎo)管218去除，并送回乙烯節(jié)約器34以通過間接熱交換裝置50進一步冷卻，通過導(dǎo)管220從乙烯節(jié)約器中去除，并在如膨脹閥52所示的減壓裝置中閃蒸，此后將所得兩相產(chǎn)品通過導(dǎo)管222加入低階段乙烯冷卻器54中。
在間接熱交換裝置45中冷卻之后，將富含甲烷的流體通過導(dǎo)管116從高階段乙烯冷卻器42中去除。然后使該流體通過低階段乙烯冷卻器54中的間接熱交換裝置47提供的冷卻部分冷凝，由此產(chǎn)生兩相流，其經(jīng)由導(dǎo)管115流到重質(zhì)物去除塔60中。如上所述，將管道104中的進料氣流分離以通過導(dǎo)管106和108流送。導(dǎo)管108的內(nèi)容物(在本文中被稱作解吸氣流)流到重質(zhì)物去除塔60的下端入口。在重質(zhì)物去除塔60中，使通過導(dǎo)管115加入的兩相流與通過導(dǎo)管108逆流加入的冷卻解吸氣流接觸，由此通過導(dǎo)管118產(chǎn)生重質(zhì)物貧化的塔頂蒸氣流和通過導(dǎo)管117產(chǎn)生富含重質(zhì)物的液流。富含重質(zhì)物的液流含有顯著濃度的C4+烴，例如苯、環(huán)己烷、其它芳族化合物和/或更重質(zhì)烴組分。如下所述，將導(dǎo)管118中的重質(zhì)物去除塔塔頂物流(輕質(zhì)物)與來自導(dǎo)管107的一部分甲烷制冷劑合并，并通過導(dǎo)管119將合并的物流傳送到主甲烷節(jié)約器74中以在間接傳熱裝置77中冷卻。然后將通過導(dǎo)管117從重質(zhì)物去除塔60的底部排出的富含重質(zhì)物的流體分成液體和蒸氣部分，或優(yōu)選在脫甲烷塔61中閃蒸或分餾。在任一情況下，通過導(dǎo)管121產(chǎn)生富含重質(zhì)物的液流(塔底物)并通過導(dǎo)管120產(chǎn)生第二富含甲烷的蒸氣(塔頂餾出物)。
如上所述，將導(dǎo)管154中以甲烷為主的制冷劑加入主甲烷節(jié)約器74中，在此該流體通過間接熱交換裝置97冷卻。通過導(dǎo)管156從主甲烷節(jié)約器74中提取第一部分來自熱交換裝置97的所得冷卻的壓縮甲烷制冷劑流體，同時將第二部分離開熱交換裝置97的甲烷制冷劑流體加入間接熱交換裝置98以進一步冷卻。將導(dǎo)管156中的甲烷制冷劑加入高階段乙烯冷卻器42中，在此用間接熱交換裝置44中的乙烯制冷劑將甲烷制冷劑冷卻。所得冷卻的甲烷制冷劑通過導(dǎo)管157離開高階段乙烯冷卻器42。
通過導(dǎo)管158從主甲烷節(jié)約器74中提取來自熱交換裝置98的冷卻甲烷制冷劑流體，然后與導(dǎo)管157中的冷卻甲烷制冷劑在三通管49中合并。將合并的甲烷制冷劑流通過導(dǎo)管104從三通管49輸送到三通管51中。三通管51是控制系統(tǒng)(如下參照圖2詳細描述)的一部分，其通過導(dǎo)管107將一部分甲烷制冷劑流導(dǎo)出甲烷制冷循環(huán)，并將該部分甲烷制冷劑流與導(dǎo)管118中的重質(zhì)物去除塔塔頂物流合并。甲烷冷卻劑的剩余部分(即未合并部分)通過導(dǎo)管105流到低階段乙烯冷卻器68中。在低階段乙烯冷卻器68中，將以甲烷為主的制冷劑流通過間接熱交換裝置70用來自中間階段乙烯冷卻器54的液體流出物(其通過導(dǎo)管226輸送到低階段乙烯冷卻器68中)冷卻。將來自低階段乙烯冷卻器68的冷卻的甲烷制冷劑產(chǎn)品通過導(dǎo)管122輸送到主甲烷節(jié)約器74中。將來自低階段乙烯冷卻器54(通過導(dǎo)管224提取)和來自低階段乙烯冷卻器68(通過導(dǎo)管228提取)的乙烯蒸氣合并，并通過導(dǎo)管230輸送到乙烯節(jié)約器34中，在此這些蒸氣通過間接熱交換裝置58充當(dāng)冷卻劑。然后將該流體通過導(dǎo)管232從乙烯節(jié)約器34輸送到乙烯壓縮機48的低階段入口。
如圖1中所示，將通過乙烯壓縮機48的低階段側(cè)加入的蒸氣的壓縮機流出物通過導(dǎo)管234去除，通過級間冷卻器71冷卻，并通過導(dǎo)管236送回壓縮機48中以與導(dǎo)管216中存在的高階段流一起注入。優(yōu)選地，該兩個階段是單個組件，但它們可以各自是分離的組件且這些組件機械連接到共用驅(qū)動器上。來自壓縮機48的壓縮乙烯產(chǎn)品通過導(dǎo)管200輸送到下游冷卻器72中。來自冷卻器72的產(chǎn)品通過導(dǎo)管202流送并如上所述加入高階段丙烷冷卻器2中。
圖2顯示了控制與導(dǎo)管118中的重質(zhì)物去除塔塔頂物流(輕質(zhì)物)合并的甲烷制冷劑的量所用的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括位于導(dǎo)管122中的甲烷制冷劑蓄積容器400。液面指示器402可操作地與蓄積容器400連接。液面指示器402感應(yīng)蓄積容器400中液體甲烷制冷劑的液面，并產(chǎn)生指示該液面的信號404。流量控制裝置406接收液面指示器信號404，并產(chǎn)生流量控制信號408和410。流量控制閥412和416分別接收流量控制信號408和410。流量控制閥408和410分別響應(yīng)流量控制信號408和410控制流過導(dǎo)管107和105的流量。操作中，當(dāng)蓄積容器400中液體甲烷制冷劑的液面變得不合意地高時，自動調(diào)節(jié)閥412和416，使流經(jīng)導(dǎo)管107的流量更大，流經(jīng)導(dǎo)管105的流量更小。相反，當(dāng)蓄積容器400中液體甲烷制冷劑的液面變得不合意地低時，自動調(diào)節(jié)閥412和416，以使流經(jīng)導(dǎo)管105的流量更大，流經(jīng)導(dǎo)管107的流量更小。這種系統(tǒng)能夠在無需燃燒過量甲烷制冷劑的情況下使甲烷制冷循環(huán)中制冷劑的量保持在適當(dāng)液面。
再參照圖1，將離開低階段乙烯冷卻器68的甲烷制冷劑流引入主甲烷節(jié)約器74中，以通過間接熱交換裝置76進一步冷卻。進一步冷卻的甲烷制冷劑隨后通過導(dǎo)管123離開主甲烷節(jié)約器74，并如下詳述，用作制冷劑以先后在熱交換器63、71和73中冷卻來自初始塔(originating column)60和61的塔頂物流(輕質(zhì)物)。導(dǎo)管120和124中富含甲烷的經(jīng)加工的天然氣流均并行地在甲烷熱交換器63、71和73中先后冷卻。甲烷熱交換器63、71和73優(yōu)選彼此分離，其中各個甲烷熱交換器63、71和73具有兩個間接熱交換通道，以冷卻來自導(dǎo)管120和124的流體而不將這些流體合并。最優(yōu)選地，甲烷熱交換器63、71和73是帶有銅焊鋁芯的釜中含芯型熱交換器。
甲烷熱交換器63、71和73通過與來自導(dǎo)管123的以甲烷為主的制冷劑間接熱交換，將來自導(dǎo)管120和124的富含甲烷的加工過的天然氣流冷卻。甲烷熱交換器63、71和73優(yōu)選將來自導(dǎo)管120和124的富含甲烷的加工過的天然氣流協(xié)同冷卻至少大約40，更優(yōu)選至少大約60，最優(yōu)選至少100，以使通過導(dǎo)管135和137離開最終甲烷熱交換器73的液化天然氣流冷卻至它們包含少于5摩爾％蒸氣的程度。此外，導(dǎo)管120和124中的流體和導(dǎo)管137和135中的流體之間的壓降分別優(yōu)選小于344kPa(50psi)，更優(yōu)選小于172kPa(25psi)，最優(yōu)選小于68.9kPa(10psi)。
圖1所示的甲烷制冷循環(huán)的一種可能優(yōu)點在于，與傳統(tǒng)的開環(huán)甲烷循環(huán)相反，導(dǎo)管120和124中的流體不需要在熱交換器63、71和73提供的冷卻之前完全液化。實際上，導(dǎo)管120和124中的流體可以包含25摩爾％或更多蒸氣。
現(xiàn)在將詳細描述半閉環(huán)甲烷制冷循環(huán)。導(dǎo)管120和124中的加工過的富含甲烷的天然氣流分別在第一甲烷熱交換器63中在間接熱交換裝置90和78中通過與以甲烷為主的制冷劑間接熱交換而冷卻。在進入第一熱交換器63之前，導(dǎo)管123中以甲烷為主的制冷劑通過減壓裝置78(其優(yōu)選為膨脹閥)閃蒸。氣化的以甲烷為主的制冷劑通過導(dǎo)管126離開第一甲烷熱交換器63。然后將導(dǎo)管126中這種以甲烷為主的氣態(tài)制冷劑流加入主甲烷節(jié)約器74中，在此在間接熱交換裝置82中使該氣流升溫。來自間接熱交換裝置82的經(jīng)升溫的以甲烷為主的氣態(tài)制冷劑流離開主甲烷節(jié)約器，并通過導(dǎo)管128引入甲烷壓縮機83的高階段中。以甲烷為主的液相制冷劑通過導(dǎo)管130離開第一甲烷熱交換器63。導(dǎo)管130中以甲烷為主的液體制冷劑隨后在減壓器91(其優(yōu)選為膨脹閥)中閃蒸，然后加入第二甲烷熱交換器71中。
將在第一甲烷熱交換器63中通過間接熱交換裝置90和78冷卻的加工過的天然氣流分別通過導(dǎo)管125和127從第一甲烷熱交換器63中移出。將導(dǎo)管127中的加工過的天然氣流引入第二甲烷節(jié)約器65中，在此在間接熱交換裝置88中通過與經(jīng)由導(dǎo)管136離開第二甲烷熱交換器71的以甲烷為主的氣態(tài)制冷劑的間接熱交換將其冷卻。然后將來自第二甲烷節(jié)約器65的間接熱交換裝置88的冷卻流通過導(dǎo)管132送入第二甲烷熱交換器71。將通過第一甲烷熱交換器63中的間接熱交換裝置90冷卻的加工過的天然氣流通過導(dǎo)管125送入第二甲烷熱交換器71中。
在第二甲烷熱交換器71中，將通過導(dǎo)管125和132加入的加工過的天然氣流分別在間接熱交換裝置33和79中冷卻。在間接熱交換裝置33和79中用于冷卻流體的以甲烷為主的制冷劑包括氣相(其通過導(dǎo)管136從第二甲烷熱交換器71中排出)和液相(其通過導(dǎo)管129從第二甲烷熱交換器71中排出)。如上所述，將導(dǎo)管136中以甲烷為主的氣態(tài)制冷劑加入第二甲烷節(jié)約器65中，在此其用在間接熱交換裝置89中以冷卻間接熱交換裝置88中的流體。間接熱交換裝置89中升溫的以甲烷為主的氣態(tài)制冷劑通過導(dǎo)管138離開第二甲烷節(jié)約器65。導(dǎo)管138將以甲烷為主的氣態(tài)制冷劑送入主甲烷節(jié)約器74，在此該流體在間接熱交換裝置95中進一步升溫。來自間接熱交換裝置95的升溫的氣態(tài)以甲烷為主的制冷劑離開主甲烷節(jié)約器74，并通過導(dǎo)管140引入甲烷壓縮機83的中間階段入口中。將通過導(dǎo)管129從第二甲烷熱交換器71排出的以甲烷為主的液體制冷劑在減壓裝置92(其優(yōu)選為膨脹閥)中閃蒸，隨后加入第三甲烷熱交換器73中。
將通過導(dǎo)管33和31從第二甲烷熱交換器71中排出的加工過的天然氣流加入第三甲烷熱交換器73中，以分別在間接熱交換裝置35和39中進一步冷卻。在間接熱交換裝置35和39中，通過與以甲烷為主的制冷劑間接熱交換將加工過的天然氣流冷卻。以甲烷為主的制冷劑通過導(dǎo)管143離開第三甲烷熱交換器73。在間接熱交換裝置35中冷卻的加工過的天然氣流通過導(dǎo)管137從第三甲烷熱交換器73中排出。在間接熱交換裝置39中冷卻的加工過的天然氣流通過導(dǎo)管135從第三甲烷熱交換器73中排出。將導(dǎo)管135和137中的冷卻天然氣流分別在減壓裝置93和94中閃蒸，其中所得閃蒸流隨后在三通管43中合并。將來自三通管43的合并流通過導(dǎo)管139引入分離器75中。分離器75可用于分離通過導(dǎo)管139加入的流體的以液體為主的相和以氣體為主的相。液化天然氣(LNG)通過導(dǎo)管142離開分離器75。來自分離器75的接近大氣壓的LNG產(chǎn)品通過導(dǎo)管142送入LNG儲槽中。根據(jù)傳統(tǒng)實踐，儲槽中的液化天然氣可以運輸?shù)侥繕说攸c(通常通過遠洋LNG油輪)。然后可以在陸上LNG終點站將LNG氣化以通過傳統(tǒng)天然氣管道以氣態(tài)輸送。
以甲烷為主的蒸氣通過導(dǎo)管141離開分離器75，并然后與來自三通管41中的導(dǎo)管143的以甲烷為主的制冷劑合并。由此，三通管41代表半閉環(huán)甲烷制冷循環(huán)中將一部分加工過的天然氣流加入以甲烷為主的制冷劑流中的唯一位置。將來自三通管41的合并流通過導(dǎo)管144引入第二甲烷節(jié)約器65中，在此將合并流在間接熱交換裝置90中升溫。來自間接熱交換裝置90的經(jīng)升溫的物流通過導(dǎo)管146離開第二甲烷節(jié)約器65。將導(dǎo)管146中以甲烷為主的制冷劑流加入主甲烷節(jié)約器74的間接熱交換裝置96，在此使該流體進一步升溫。所得升溫的以甲烷為主的制冷劑流離開主甲烷節(jié)約器74，并通過導(dǎo)管148輸送到甲烷壓縮機83的低階段入口中。
如圖1中所示，甲烷壓縮機83的高、中間和低階段優(yōu)選合并為單個裝置。然而，各個階段可以作為分離的裝置存在，其中將這些裝置機械連接在一起以通過單個驅(qū)動器驅(qū)動。來自低階區(qū)段的壓縮氣體經(jīng)過級間冷卻器85，并在第二壓縮階段之前與導(dǎo)管140中的中壓氣體合并。來自壓縮機83的中間階段的壓縮氣體通過級間冷卻器84，并在第三壓縮階段之前與通過導(dǎo)管121和128提供的高壓氣體合并。將壓縮氣體(即壓縮的開放甲烷循環(huán)氣流)通過導(dǎo)管150從高階段甲烷壓縮機中排出，在冷卻器86中冷卻，并通過如前所述的導(dǎo)管152輸送到高壓丙烷冷卻器2中。將該流體在冷卻器2中通過間接熱交換裝置4冷卻，并通過導(dǎo)管154流送到主甲烷節(jié)約器74中。進入主甲烷節(jié)約器74的來自冷卻器2的壓縮的開放甲烷循環(huán)氣流全部通過流經(jīng)間接熱交換裝置98而進行冷卻。隨后通過導(dǎo)管158去除該冷卻流，并在乙烯冷卻的第一階段上游與加工過的天然氣進料流合并。
在本發(fā)明的一個實施方案中，使用傳統(tǒng)的過程模擬軟件在計算機上模擬圖1和2中所示的LNG制造系統(tǒng)。合適的模擬軟件包括來自Hyprotech的HYSYSTM、來自Aspen Technology，Inc.的Aspen Plus和來自Simulation Sciences Inc.的PRO/II。
上述本發(fā)明的優(yōu)選形式僅用于舉例說明，且不應(yīng)該限制本發(fā)明的范圍。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不背離本發(fā)明實質(zhì)的情況下容易地對上述示例性實施方案進行明顯改動。
本發(fā)明人由此聲明他們旨在依靠等同原則確定和評估本發(fā)明的合理范圍，其與在下列權(quán)利要求所述的本發(fā)明的字面范圍外但本質(zhì)上不背離該范圍的任何裝置相稱。
權(quán)利要求
1.將天然氣液化的方法，所述方法包括下列步驟(a)通過與以甲烷為主的制冷劑間接熱交換將天然氣冷卻至少40，由此提供液化天然氣；(b)將至少一部分液化天然氣閃蒸，以提供以蒸氣為主的餾分和以液體為主的餾分；和(c)將至少一部分以蒸氣為主的餾分與步驟(a)中用于冷卻天然氣的以甲烷為主的制冷劑合并。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，且(d)在步驟(a)中進行的冷卻的上游，將至少一部分以甲烷為主的制冷劑與天然氣流合并。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，所述以甲烷為主的制冷劑包含少于10摩爾％的氮。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，步驟(a)包括通過與以甲烷為主的制冷劑間接熱交換將天然氣冷卻至少100。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，所述天然氣在步驟(a)的冷卻過程中經(jīng)歷小于344kPa(50psi)的壓力變化。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，步驟(a)的所述冷卻在一系列至少兩個分離的甲烷熱交換器中進行。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，且(e)在步驟(b)之前和在步驟(c)之后，在分離器中分離以蒸氣為主的餾分和以液體為主的餾分；和(f)將出自分離器的以液體為主的餾分引入液化天然氣儲槽中。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，且(g)在甲烷壓縮機中將合并的以甲烷為主的制冷劑和以蒸氣為主的餾分壓縮，由此提供壓縮的制冷劑流。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，且(h)使用所述壓縮的制冷劑流的第一部分作為以甲烷為主的制冷劑。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，且(i)使用所述壓縮的制冷劑流的第二部分作為燃料氣。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，且(j)通過與主要包含丙烷、丙烯或二氧化碳的第一制冷劑間接熱交換將至少一部分天然氣冷卻。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的方法，且(k)通過與所述第一制冷劑間接熱交換將至少一部分以甲烷為主的制冷劑冷卻。
13.根據(jù)權(quán)利要求11的方法，且(l)通過與主要包含乙烷、乙烯或二氧化碳的第二制冷劑間接熱交換將至少一部分天然氣冷卻。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，且(m)通過與所述第二制冷劑間接熱交換將至少一部分以甲烷為主的冷卻劑冷卻，由此提供冷卻的以甲烷為主的制冷劑。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的方法，且(n)將所述冷卻的以甲烷為主的制冷劑的第一部分與天然氣合并。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的方法，且(o)在步驟(a)之前，在重質(zhì)物去除塔中從天然氣中去除重質(zhì)烴組分，由此提供除去的重質(zhì)物流和重質(zhì)物降低的天然氣流，步驟(n)包括將所述冷卻的以甲烷為主的制冷劑的第一部分與重質(zhì)物降低的天然氣流合并。
17.根據(jù)權(quán)利要求15的方法，且(p)通過與所述第二制冷劑間接熱交換將所述冷卻的以甲烷為主的制冷劑的第二部分冷卻，由此提供進一步冷卻的以甲烷為主的制冷劑。
18.根據(jù)權(quán)利要求17的方法，步驟(a)包括使用至少一部分所述進一步冷卻的以甲烷為主的制冷劑作為通過間接熱交換將天然氣冷卻的以甲烷為主的制冷劑。
19.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，且(q)在步驟(a)之前，通過與包含小于50摩爾％甲烷的第一制冷劑間接熱交換將天然氣冷卻。
20.根據(jù)權(quán)利要求19的方法，所述第一制冷劑主要包含丙烷、丙烯、乙烷、乙烯或二氧化碳。
21.根據(jù)權(quán)利要求20的方法，且(r)在步驟(a)之前和在步驟(q)之后，在第一塔中將天然氣分成第一輕質(zhì)物流和第一重質(zhì)物流。
22.根據(jù)權(quán)利要求21的方法，且(s)在第二塔中將所述第一輕質(zhì)物流分成第二輕質(zhì)物流和第二重質(zhì)物流。
23.根據(jù)權(quán)利要求22的方法，且(t)通過與以甲烷為主的制冷劑間接熱交換將所述第二輕質(zhì)物流冷卻。
24.根據(jù)權(quán)利要求23的方法，且(u)將出自第二塔的第二輕質(zhì)物流在不壓縮該第二輕質(zhì)物流的情況下引入步驟(t)的冷卻中。
25.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，步驟(a)-(c)在級聯(lián)型液化天然氣裝置中進行，該裝置具有至少三個相繼的冷卻循環(huán)，它們各自使用不同的制冷劑。
26.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，且(v)將步驟(a)-(c)中制成的液化天然氣氣化。
27.計算機模擬法，包括使用計算機模擬權(quán)利要求1的方法的步驟。
28.通過權(quán)利要求1的方法制成的液化天然氣。
29.將天然氣液化的方法，所述方法包括下列步驟(a)用使用包含少于50摩爾％甲烷的第一制冷劑的第一制冷循環(huán)將天然氣冷卻；(b)在第一制冷循環(huán)下游，在第一塔中將天然氣分成第一輕質(zhì)物流和第一重質(zhì)物流；(c)在第二塔中將所述第一輕質(zhì)物流分成第二輕質(zhì)物流和第二重質(zhì)物流；和(d)在甲烷熱交換器中通過與以甲烷為主的制冷劑間接熱交換將所述第二輕質(zhì)物流冷卻，步驟(d)在不首先將所述第二輕質(zhì)物流與以甲烷為主的制冷劑合并的情況下進行。
30.根據(jù)權(quán)利要求29的方法，且(e)將出自第二塔的第二輕質(zhì)物流在不壓縮該第二輕質(zhì)物流的情況下引入第一甲烷熱交換器中。
31.根據(jù)權(quán)利要求29的方法，且(f)與步驟(d)同時地，在第一甲烷熱交換器中通過與以甲烷為主的制冷劑間接熱交換將所述第一輕質(zhì)物流冷卻。
32.根據(jù)權(quán)利要求29的方法，且(g)用包含多個獨立的熱交換器的甲烷制冷循環(huán)通過與以甲烷為主的制冷劑間接熱交換將所述第一和第二輕質(zhì)物流冷卻，所述甲烷制冷循環(huán)包括甲烷熱交換器。
33.根據(jù)權(quán)利要求32的方法，步驟(g)包括將所述第一和第二輕質(zhì)物流的溫度降低至少40。
34.根據(jù)權(quán)利要求32的方法，步驟(g)包括將所述第一和第二輕質(zhì)物流的溫度降低至少100。
35.根據(jù)權(quán)利要求32的方法，步驟(g)包括將所述第一和第二輕質(zhì)物流液化。
36.根據(jù)權(quán)利要求32的方法，在緊鄰甲烷制冷循環(huán)的上游，至少大約25摩爾％的所述第一和第二輕質(zhì)物流在蒸氣相中。
37.根據(jù)權(quán)利要求32的方法，且(h)在甲烷制冷循環(huán)中冷卻之后，將第一和第二輕質(zhì)物流合并。
38.根據(jù)權(quán)利要求32的方法，且(i)在甲烷制冷循環(huán)的下游，將所述第一和第二輕質(zhì)物流閃蒸以形成以蒸氣為主的餾分和以液體為主的餾分。
39.根據(jù)權(quán)利要求38的方法，且(j)將至少一部分以蒸氣為主的餾分與甲烷制冷循環(huán)的以甲烷為主的制冷劑合并。
40.根據(jù)權(quán)利要求38的方法，且(k)將至少一部分以液體為主的餾分引入液化天然氣儲槽中。
41.根據(jù)權(quán)利要求32的方法，且(l)在甲烷制冷循環(huán)中將所述第一輕質(zhì)物流冷卻之前，將一部分以甲烷為主的制冷劑與所述第一輕質(zhì)物流合并。
42.根據(jù)權(quán)利要求29的方法，所述第一制冷劑主要包含丙烷、丙烯、乙烷、乙烯或二氧化碳。
43.根據(jù)權(quán)利要求29的方法，所述第一制冷劑主要包含丙烷。
44.根據(jù)權(quán)利要求29的方法，步驟(a)-(d)在級聯(lián)型液化天然氣裝置中進行，該裝置具有至少三個相繼的冷卻循環(huán)，它們各自使用不同的制冷劑。
45.根據(jù)權(quán)利要求29的方法，且(m)將步驟(a)-(d)中制成的液化天然氣氣化。
46.計算機模擬法，包括使用計算機模擬權(quán)利要求29的方法的步驟。
47.通過權(quán)利要求29的方法制成的液化天然氣產(chǎn)品。
48.將天然氣液化的方法，所述方法包括下列步驟(a)用第一制冷循環(huán)通過與主要包含丙烷、丙烯或二氧化碳的第一制冷劑間接熱交換將天然氣流冷卻；(b)在第一制冷循環(huán)下游，用第二制冷循環(huán)通過與主要包含乙烷、乙烯或二氧化碳的第二制冷劑間接熱交換將天然氣流冷卻；(c)在第二制冷循環(huán)下游，用甲烷制冷循環(huán)通過與以甲烷為主的制冷劑間接熱交換將天然氣流冷卻至少40；和(d)在第二制冷循環(huán)中，通過與所述第二制冷劑間接熱交換將至少一部分以甲烷為主的制冷劑冷卻。
49.根據(jù)權(quán)利要求48的方法，且(e)在第一制冷循環(huán)中，通過與所述第一制冷劑熱交換將以甲烷為主的制冷劑冷卻。
50.根據(jù)權(quán)利要求48的方法，且(f)在第三制冷循環(huán)的下游將天然氣流閃蒸，以提供以蒸氣為主的餾分和以液體為主的餾分；和(g)將所述以蒸氣為主的餾分與甲烷制冷循環(huán)中的以甲烷為主的冷卻劑合并。
51.根據(jù)權(quán)利要求48的方法，且(h)在甲烷壓縮機中壓縮以甲烷為主的制冷劑，由此提供壓縮的以甲烷為主的制冷劑；(i)使用所述壓縮的以甲烷為主的制冷劑的第一部分作為甲烷制冷循環(huán)中的制冷劑；和(j)使用所述壓縮的以甲烷為主的制冷劑的第二部分作為燃料氣。
52.根據(jù)權(quán)利要求48的方法，步驟(b)的所述冷卻通過一系列至少兩個甲烷熱交換器進行，各個所述甲烷熱交換器有利于在天然氣和以甲烷為主的制冷劑之間的間接熱交換。
53.根據(jù)權(quán)利要求52的方法，所述甲烷熱交換器彼此分離。
54.根據(jù)權(quán)利要求52的方法，所述甲烷熱交換器系列包括至少三個分離的熱交換器。
55.根據(jù)權(quán)利要求48的方法，步驟(c)包括將天然氣流冷卻至少60。
56.根據(jù)權(quán)利要求48的方法，且(k)將通過步驟(a)-(d)制成的液化天然氣氣化。
57.計算機模擬法，包括使用計算機模擬權(quán)利要求48的方法的步驟。
58.通過權(quán)利要求48的方法制成的液化天然氣產(chǎn)品。
59.將天然氣液化的裝置，所述裝置包括第一制冷循環(huán)，其使用第一制冷劑以通過與其間接熱交換而將天然氣冷卻；甲烷制冷循環(huán)，其位于第一制冷循環(huán)下游，并使用以甲烷為主的制冷劑以通過與其間接熱交換而將天然氣冷卻至少40，由此制造液化天然氣；和膨脹設(shè)備，其可用于將液化天然氣閃蒸并由此制造以蒸氣為主的餾分和以液體為主的餾分，所述甲烷制冷循環(huán)包括補充制冷劑入口，用于接收至少一部分由膨脹設(shè)備制成的以蒸氣為主的餾分，并將所述至少一部分以蒸氣為主的餾分與以甲烷為主的制冷劑合并。
60.根據(jù)權(quán)利要求59的裝置，所述甲烷制冷循環(huán)包括第一、第二和第三甲烷熱交換器，用于通過與以甲烷為主的制冷劑間接熱交換而將天然氣冷卻。
61.根據(jù)權(quán)利要求60的裝置，所述甲烷熱交換器是釜中含芯型熱交換器。
62.根據(jù)權(quán)利要求61的裝置，所述釜中含芯型熱交換器各自包括銅焊鋁芯。
63.根據(jù)權(quán)利要求59的裝置，所述第一制冷劑主要包含丙烷、丙烯、乙烷、乙烯或二氧化碳。
64.根據(jù)權(quán)利要求63的裝置，所述第一制冷循環(huán)包含第一冷卻器，其包括第一熱交換器通道以通過與第一制冷劑間接熱交換而將以甲烷為主的制冷劑冷卻。
65.根據(jù)權(quán)利要求64的裝置，所述第一冷卻器包括第二熱交換器通道，用于通過與第一制冷劑間接熱交換而將天然氣冷卻。
66.根據(jù)權(quán)利要求64的裝置，還包括第二制冷循環(huán)，其位于第一制冷循環(huán)下游、甲烷制冷循環(huán)上游，并使用第二制冷劑以通過與其間接熱交換而將天然氣冷卻，所述第一制冷劑主要包含丙烷、丙烯或二氧化碳，所述第二制冷劑主要包含乙烷、乙烯或二氧化碳。
67.根據(jù)權(quán)利要求66的裝置，所述第二制冷循環(huán)包含第二冷卻器，其包括第三熱交換器通道，用于通過與第二制冷劑間接熱交換而將以甲烷為主的制冷劑冷卻。
68.根據(jù)權(quán)利要求67的裝置，所述第二冷卻器包括第四熱交換器通道，用于通過與第二制冷劑間接熱交換而將天然氣冷卻。
全文摘要
用于制造液化天然氣(LNG)的半閉環(huán)系統(tǒng)，其結(jié)合了閉環(huán)系統(tǒng)的某些優(yōu)點和開環(huán)系統(tǒng)的某些優(yōu)點以提供更為高效和有效的混合系統(tǒng)。在該半閉環(huán)系統(tǒng)中，最終甲烷制冷循環(huán)與膨脹型冷卻相反，通過間接熱傳遞提供顯著的天然氣流冷卻。小部分來自甲烷制冷循環(huán)的LNG產(chǎn)品用作甲烷制冷循環(huán)中的補充制冷劑。使用來自甲烷制冷循環(huán)的加壓制冷劑部分作為燃料氣。來自甲烷制冷循環(huán)的過量制冷劑可以與加工過的天然氣流重新結(jié)合，而非燃燒。
文檔編號F25J3/00GK1969161SQ200580019672
公開日2007年5月23日 申請日期2005年6月6日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月16日
發(fā)明者A·P·伊頓 申請人:科諾科菲利浦公司