專利名稱:用于冷卻氣態(tài)烴流的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種冷卻氣態(tài)烴流以生產(chǎn)出液化烴流的方法。
背景技術(shù):
要被液化的常見烴流是天然氣??捎脕硪夯烊粴獾墓に囉泻芏喾N。這些工藝中的很多工藝包括通常是級聯(lián)布置的兩個或更多個相繼的制冷劑循環(huán),以用于逐漸地降低天然氣的溫度。這樣的制冷循環(huán)典型地包括制冷劑壓縮機(jī),以便在相應(yīng)循環(huán)中的制冷劑已從天然氣吸收熱量之后重新壓縮該制冷劑。制冷劑壓縮機(jī)可被汽輪機(jī)驅(qū)動。這樣的汽輪機(jī)包括空氣壓縮機(jī),以壓縮入口空氣流。汽輪機(jī)的已知特性是它們可產(chǎn)生的動力隨著環(huán)境溫度的升高而降低。所產(chǎn)生動力的降低可通過使進(jìn)入汽輪機(jī)的入口空氣變冷而至少部分減輕。Exxon Mobil (埃克森美孚)的美國專利6,324,867公開了一種天然氣液化系統(tǒng)和工藝,其中,在典型的天然氣液化系統(tǒng)中可得到的多余制冷被用來冷卻進(jìn)入系統(tǒng)的汽輪機(jī)中的入口空氣,從而提高系統(tǒng)的整體效率。冷卻劑(例如,水)流過位于每個汽輪機(jī)的空氣入口前面的冷卻器。冷卻劑又被來自系統(tǒng)的制冷劑回路的丙烷冷卻,該制冷劑回路用來最初地冷卻要液化的天然氣。冷卻劑以平行的方式流過冷卻器,這是因為冷卻過的冷卻劑被分流以流過每個冷卻器并且在冷卻器的下游重新組合。控制閥設(shè)置在分流之后的每條管線上,并且通過相應(yīng)汽輪機(jī)中的入口空氣的非特定性質(zhì)而被獨(dú)立控制。這種方法的缺點(diǎn)是它并未考慮哪個汽輪機(jī)對液化天然氣生產(chǎn)的限制最嚴(yán)重。本發(fā)明提供一種冷卻氣態(tài)烴流以生產(chǎn)出液化烴流的方法,該方法包括-在一個或多個熱交換器中使用來自第一制冷劑回路的第一制冷劑來冷卻氣態(tài)烴流,其中所述第一制冷劑在由具有第一入口空氣流的第一汽輪機(jī)驅(qū)動的第一壓縮機(jī)中被壓縮,所述冷卻提供冷卻過的烴流;-使用第二制冷劑來液化冷卻過的烴流,所述第二制冷劑在由具有第二入口空氣流的第二汽輪機(jī)驅(qū)動的第二壓縮機(jī)中被壓縮,并且至少通過與來自第一制冷劑回路的所述第一制冷劑進(jìn)行熱交換而被冷卻,所述液化提供液化的烴流;-提供變冷的冷卻劑流;-依照共同輸入?yún)?shù),將變冷的冷卻劑中的可用冷卻負(fù)荷分配成至少第一部分和第二部分;-利用變冷的冷卻劑來冷卻所述第一入口空氣流和第二入口空氣流中的一個或兩個,由此,第一部分中的可用冷卻負(fù)荷用來冷卻第一入口空氣流,而第二部分中的可用冷卻負(fù)荷用來冷卻第二入口空氣流。而且,提供一種布置成用于實現(xiàn)這些工藝步驟的設(shè)備。本發(fā)明還提供一種用于冷卻氣態(tài)烴流以生產(chǎn)出液化烴流的設(shè)備,該設(shè)備包括-第一制冷劑回路,所述第一制冷劑回路包括第一制冷劑;第一壓縮機(jī);第一汽輪機(jī),所述第一汽輪機(jī)與所述第一壓縮機(jī)聯(lián)接以驅(qū)動第一壓縮機(jī);以及進(jìn)入第一汽輪機(jī)的第一入口空氣流;所述第一壓縮機(jī)布置用于壓縮所述第一制冷劑;-第二制冷劑回路,所述第二制冷劑回路包括第二制冷劑;第二壓縮機(jī);第二汽輪機(jī),所述第二汽輪機(jī)與所述第二壓縮機(jī)聯(lián)接以驅(qū)動第二壓縮機(jī);以及進(jìn)入第二汽輪機(jī)的第二入口空氣流;所述第二壓縮機(jī)布置用于壓縮所述第二制冷劑;-一個或多個第一熱交換器,所述一個或多個第一熱交換器布置用于接收氣態(tài)烴流和第二制冷劑,和使用來自所述冷卻步驟所述第一制冷劑來冷卻該氣態(tài)烴流和第二制冷劑,從而提供冷卻過的烴流和冷卻過的第二制冷劑流;-一個或多個第二熱交換器,所述一個或多個第二熱交換器布置用于接收冷卻過的烴流并且使用冷卻過的第二制冷劑流來液化該冷卻過的烴流,以提供液化的烴流;-變冷的冷卻劑流;-分配器,所述分配器用于依照共同輸入?yún)?shù)將變冷的冷卻劑分配成至少第一部分和第二部分;-第一入口空氣冷卻熱交換器,其布置在第一入口空氣流中,以便利用變冷的冷卻劑的第一部分來冷卻第一入口空氣流;-第二入口空氣冷卻熱交換器,其布置在第二入口空氣流中,以便利用變冷的冷卻劑的第二部分來冷卻第二入口空氣流。圖說明現(xiàn)在將參照附圖中的一幅或多幅圖以舉例的方式來進(jìn)一步闡述本發(fā)明,附圖中
圖1示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的用來冷卻和液化烴流的設(shè)備和方法;圖2示意性地示出了一個用來主動地使冷卻劑流變冷的變冷制冷劑回路的實例;圖3示意性地示出了可用于本發(fā)明的可替代驅(qū)動方案;圖4示意性地示出了另一個可用于本發(fā)明的可替代驅(qū)動方案;圖5示意性地示出了再一個可用于本發(fā)明的可替代驅(qū)動方案。在下文對這些圖的描述中,單個附圖標(biāo)記被分配給一條線路以及該線路所載運(yùn)的流。同樣的附圖標(biāo)記表示相同的組分、流或線路。
具體實施例方式目前提出了依照共同輸入?yún)?shù)將變冷的冷卻劑中的可用冷卻負(fù)荷分配成至少第一部分和第二部分,利用變冷的冷卻劑來冷卻至少第一汽輪機(jī)入口空氣流和第二汽輪機(jī)入口空氣流,由此,第一部分中的可用冷卻負(fù)荷用來冷卻第一入口空氣流,而第二部分中的可用冷卻負(fù)荷用來冷卻第二入口空氣流。通過依照共同輸入?yún)?shù)分配可用冷卻負(fù)荷,可實現(xiàn)將冷卻負(fù)荷分配成至少兩股入口空氣流的更優(yōu)化分配。例如,如果共同輸入?yún)?shù)是代表環(huán)境溫度的參數(shù)時,則可依照環(huán)境溫度進(jìn)行冷卻負(fù)荷的分配。根據(jù)環(huán)境溫度,烴冷卻工藝中的第一壓縮機(jī)和第二壓縮機(jī)所需的壓縮功率以及第一汽輪機(jī)和第二汽輪機(jī)中的可用功率改變。在低的環(huán)境溫度下,第一制冷劑的冷凝壓力較低,因此,與第二壓縮機(jī)相比,第一壓縮機(jī)所需的壓縮功率較低,使得主制冷劑回路中的壓縮功率成為生產(chǎn)出液化天然氣量的限制因素。在此情況下,冷卻負(fù)荷的分配可傾向于(favoring)向第二部分的冷卻負(fù)荷傾斜,以增加第二壓縮機(jī)中的可用壓縮功率。然而,隨著環(huán)境溫度升高,由于第一壓縮機(jī)的排放壓力增加,對生產(chǎn)量的限制開始向第一壓縮機(jī)轉(zhuǎn)移。于是,可進(jìn)行不同分配,從而較少地傾向于第二部分,而使第一部分的冷卻負(fù)荷自由升高。由此,可使液化天然氣產(chǎn)量最大化,和/或可使得對于液化天然氣的固定產(chǎn)率來說能量耗費(fèi)最小。變冷的冷卻劑中的可用冷卻負(fù)荷可在第一部分與第二部分之間以任意比例進(jìn)行分配,該比例的范圍從0 1到1 0。例如,在冷的環(huán)境條件下,分給第一部分的負(fù)載可以是0,以使得變冷的冷卻劑中的全部可用冷卻負(fù)荷可用來冷卻第二空氣入口流。適當(dāng)?shù)?,所述依照共同輸入?yún)?shù)分配冷卻負(fù)荷包括基于共同輸入?yún)?shù)得出分配的最佳比例,并控制該比例,變冷的冷卻劑中的可用冷卻負(fù)荷實際上在第一部分與第二部分之間以該比例進(jìn)行分配,由此使該比例改變或者保持所得出的最佳比例。為了本說明的目的,“變冷的冷卻劑”應(yīng)被理解為溫度低于環(huán)境氣溫的流體。變冷的冷卻劑可通過使用來自任何制冷劑或冷流的制冷負(fù)荷來主動地使流體變冷而進(jìn)行制備, 該制冷負(fù)荷包括從第一制冷劑回路得到的制冷負(fù)荷和/或從第二制冷劑回路得到的制冷負(fù)荷,和/或從任意類型的制冷劑回路得到的制冷負(fù)荷。還有可從烴液化工藝中得到的其他冷流,它們不在制冷劑回路中循環(huán)。實例包括萃取塔和/或分餾塔的液態(tài)底部流,和/或來自分餾塔的塔頂流,在降低液化烴流的壓力時可產(chǎn)生的終端閃蒸氣體流,在存儲時可從液化烴蒸發(fā)出的蒸發(fā)氣流。用于烴液化線路中的萃取塔的典型實例包括簡單的氣/液相分離器容器,或者更先進(jìn)的蒸餾塔,諸如洗滌塔和通常在比洗滌塔低的壓力下工作的天然氣液體萃取塔。在天然氣液分餾系統(tǒng)中使用的典型天然氣分餾塔是脫甲烷塔、脫乙烷塔、脫丙烷塔和脫丁烷塔。代替表示環(huán)境溫度的參數(shù)的是,或者除了表示環(huán)境溫度的參數(shù)之外,可使用一個或多個其他共同輸入?yún)?shù)。合適的實例包括代表以下量的參數(shù)第一壓縮機(jī)的排放壓力; 在第一制冷劑循環(huán)和第二制冷劑循環(huán)之間的切流點(diǎn)溫度(cut point temperature);第一壓縮機(jī)吸收動力;第二壓縮機(jī)吸收動力;第一汽輪機(jī)輸出能量與第二汽輪機(jī)輸出能量的差別;液化烴的流動速率?,F(xiàn)在參照圖1,示出了一種冷卻氣態(tài)烴流10以生產(chǎn)出液化烴流20的設(shè)備。該設(shè)備包括第一制冷劑回路100和第二制冷劑回路200。第一制冷劑回路100包括線路系統(tǒng),該線路系統(tǒng)容納可循環(huán)通過回路的第一制冷劑。第二制冷劑回路包括單獨(dú)的線路系統(tǒng),該單獨(dú)的線路系統(tǒng)容納可循環(huán)通過第二制冷劑回路200的第二制冷劑。第一制冷劑回路100包括第一壓縮機(jī)110。第一汽輪機(jī)120經(jīng)由第一驅(qū)動軸115 聯(lián)接至第一壓縮機(jī)110,以直接驅(qū)動第一壓縮機(jī)110。第一汽輪機(jī)120與進(jìn)入第一汽輪機(jī) 120的第一入口空氣流125相關(guān)聯(lián)。第一壓縮機(jī)110布置用于壓縮線路130中的第一制冷劑。作為預(yù)防措施,線路130中的制冷劑可能已經(jīng)通過可選的抽吸桶132,以確保沒有液體成分進(jìn)入第一壓縮機(jī)110。第二制冷劑回路200包括第二壓縮機(jī)210和第二汽輪機(jī)220。第二汽輪機(jī)220經(jīng)由第二驅(qū)動軸215聯(lián)接至第二壓縮機(jī)210,以驅(qū)動第二壓縮機(jī)210。第二汽輪機(jī)220與進(jìn)入第二汽輪機(jī)的第二入口空氣流225相關(guān)聯(lián)。第二壓縮機(jī)210布置用于壓縮線路230中的第二制冷劑。作為預(yù)防措施,線路230中的制冷劑可能已經(jīng)穿過可選的抽吸桶232,以確保沒有液體成分進(jìn)入第二壓縮機(jī)210。相應(yīng)的第一汽輪機(jī)120和第二汽輪機(jī)220均與用于冷卻入口空氣的熱交換器相關(guān)聯(lián),用于冷卻入口空氣的熱交換器分別呈第一入口空氣冷卻熱交換器127和第二入口空氣冷卻熱交換器227的形式。這些用于冷卻入口空氣的熱交換器被分別布置在第一入口空氣流125和第二入口空氣流225中,以冷卻第一入口空氣流和第二入口空氣流??蛇x地,過濾器可設(shè)置在第一入口空氣流125和第二入口空氣流225 (未示出)中,以便在空氣在相應(yīng)的汽輪機(jī)120、220中被壓縮之前先過濾空氣。分離器(未示出)(諸如垂直葉片型分離器) 以及相關(guān)聯(lián)的排放設(shè)施可設(shè)置在用于冷卻入口空氣的熱交換器127、227的下游,以便移除在一股或多股入口空氣流的冷卻過程中可能產(chǎn)生的濕氣。排放設(shè)施也可設(shè)置在用于冷卻空氣的熱交換器127、227中,以從這些熱交換器中排放出濕氣。第二壓縮機(jī)210的抽吸入口經(jīng)由線路230和可選的抽吸桶232與第二熱交換器 260的第二制冷劑出口 262連接。第二熱交換器260是一個或多個第二熱交換器中的一個, 其布置用于接收并液化線路80中的冷卻過的烴流,以便提供液化的烴流20。第二壓縮機(jī)210的出口與線路119連接,該線路119設(shè)置有一個或多個環(huán)境冷卻器 217。第一壓縮機(jī)110的出口經(jīng)由制冷劑線路119與一個或多個第一熱交換器140a、 140b連接。在一個多個第一熱交換器140a、140b的上游,一個或多個環(huán)境冷卻器117設(shè)置在制冷劑線路119中。減壓裝置142a、142b設(shè)置在一個或多個第一熱交換器140a、140b的上游,用于調(diào)節(jié)這些熱交換器中的壓力。一個或多個第一熱交換器140a、140b具有經(jīng)由線路13^、134b與第一制冷劑壓縮機(jī)110連接的制冷劑出口。在圖1所示的實施例中,線路 13 和134b經(jīng)由可選的抽吸桶132與第一制冷劑壓縮機(jī)110連接。在所示的實施例中,一個或多個第一熱交換器140a、140b中的兩個以平行構(gòu)型布置,并且每個第一熱交換器具有單根加熱管或加熱管束141a、141b。可替代地,可能在一個熱交換器中布置兩根平行的加熱管或加熱管束。這可以是不同類型的熱交換器,諸如圖1 現(xiàn)在所示的釜式,以及例如在美國專利6,370,910中所示的繞管式。一個或多個第一熱交換器中的一個布置成用于接收和冷卻氣態(tài)烴流10。這一個第一熱交換器將被指定為第一烴進(jìn)料熱交換器140a??蛇x地,有一個或多個其他第一熱交換器布置在第一烴進(jìn)料熱交換器140a上游的烴進(jìn)料線路10中,以便在比第一烴進(jìn)料熱交換器140a高的壓力下工作。在第一烴進(jìn)料熱交換器下游的線路40可與線路80直接連接,線路80與第二熱交換器260連接以向線路80提供冷卻過的烴流。然而,如圖1的實施例所示出的,線路40與呈可選的氣/液分離器50形式的回收裝置連接,該氣/液分離器50設(shè)置用于在烴流40已經(jīng)經(jīng)過第一烴進(jìn)料熱交換器140a之后接收處于大約烴進(jìn)料氣體壓力下的烴流40??蛇x的氣/液分離器可適當(dāng)?shù)厥翘烊粴庖后w萃取塔,和/或用來達(dá)到天然氣液體萃取的目的。在用于萃取天然氣液體的烴液化線路中使用的萃取塔的典型實例包括簡單的氣/液相分離器容器,或者更先進(jìn)的蒸餾塔,諸如洗滌塔和通常在比洗滌塔低的壓力下工作的天然氣液體萃取塔。在圖1所示的實施例中,設(shè)置有呈洗滌塔形式的可選的氣/液分離器??蛇x的氣/液分離器50具有用于排出氣態(tài)頂部流60的頂部出口和用于排出液態(tài)
7底部流70的底部出口。用于氣態(tài)頂部流60的線路60可與線路80連接,以在線路80中提供冷卻過的烴流。分流器63可設(shè)置在線路60或線路80中,以從氣態(tài)頂部流60中回收燃?xì)饬?2。液態(tài)底部流70 (通常包括C2到C4組分,以及C5+組分)可與可選的分餾系統(tǒng)75連接,以將至少一部分液態(tài)底部流70分餾成餾分產(chǎn)物流76。底部流熱交換器73可以可選地設(shè)置用于給至少一部分底部流70增添熱量。一部分底部流70可作為重?zé)崃?4供回到可選的氣/液分離器50中,優(yōu)選地包括蒸汽,更優(yōu)選地由蒸汽組成,以用作可選的氣/液分離器50中的汽提蒸氣。熱源可由流320形成,例如通過使用底部流70作為冷流體CF。這種布置的優(yōu)點(diǎn)在于,需要供回到可選的氣/液分離器50中的那部分底部流是冷的,并且需要接收熱量以產(chǎn)生重蒸發(fā)流74,同時冷卻劑流體是可用的并且需要被變冷。一個或多個第一熱交換器中的另一個在后文中將被稱為第一個第二制冷劑熱交換器140b,其布置用于接收來自線路219的第二制冷劑。為此,線路219與加熱管(或加熱管束)141b連接。可選地,有一個或多個其他的第一熱交換器布置在位于第一個第二制冷劑熱交換器140b上游的第二制冷劑線路219中,以便在比第一個第二制冷劑熱交換器140b 高的壓力下工作。在第一個第二制冷劑熱交換器下游,可選的制冷劑氣/液分離器250設(shè)置用于在第二制冷劑流體240通過第一個第二制冷劑熱交換器140b之后接收冷卻的第二制冷劑流體M0,并且將其分離,其至少通過與所述來自第一制冷劑回路的第一制冷進(jìn)行熱交換而被冷卻。冷卻的烴流80和第二制冷劑流體240 (或氣態(tài)第二制冷劑流體252和液態(tài)第二制冷劑流體254)與一個或多個第二熱交換器260連接,以進(jìn)一步冷卻和液化冷卻過的烴流 80,從而得到至少中間液化的烴流90,以及在出口 262處得到至少部分或全部蒸發(fā)的制冷劑流沈5。線路90可與減壓裝置連接,該減壓裝置包括可選的相分離裝置,以用于將閃蒸蒸氣與剩余液體分離開。這可被用作回收裝置,以從烴流中回收一部分,該部分可被用作冷凍器325中的流CF,以提供冷的冷卻劑流體320。有本領(lǐng)域已知的各種系統(tǒng)。例如,減壓裝置在此呈現(xiàn)為一個或多個膨脹裝置97,以在相分離器99之前產(chǎn)生減壓流98。膨脹裝置可呈現(xiàn)為諸如可以渦輪機(jī)形式設(shè)置的做功膨脹器95的等熵膨脹器的形式,和/或可呈現(xiàn)為諸如焦耳-湯姆遜閥96的等熵膨脹器。在圖1的實施例中,等熵膨脹器96適當(dāng)?shù)卦O(shè)置在等熵膨脹器95下游。仍然參照圖1,設(shè)備還包括冷卻劑回路300,其中冷卻劑流體可被循環(huán),以用于使第一入口空氣流125和/或第二入口空氣流225變冷。在所示的實施例中,設(shè)置有儲存罐 310,冷卻劑流體可儲存在該儲存罐中。由于安全的原因,冷卻劑流體優(yōu)選是液體和/或是可燃的。適當(dāng)?shù)睦鋮s劑包括水和鹽水,可能混有諸如乙二醇的防凍劑和/或腐蝕抑制劑。冷卻劑回路300還包括用于主動地使流體變冷以提供變冷的冷卻劑320的裝置。 在圖1所示的實施例中,冷凍器325設(shè)置用于實現(xiàn)該目的。冷凍器325布置用于接收冷流體CF,該冷流體CF能夠從冷卻劑流體中回收熱量,從而提供線路320中的變冷的冷卻劑。 冷流體CF可從下文將進(jìn)一步闡述的很多來源獲得。冷流體CF可從單個來源獲得,或者它可包括來自兩個或更多個來源的流體的混合物??商娲?,代替一種冷流體CF的是,可以有兩種或更多種冷流體,每種冷流體都布置用于從線路320中的冷卻劑流體中移走熱量。在這種情況下,使用在線路320中并聯(lián)或串聯(lián)布置的多個冷凍器可能是適當(dāng)?shù)脑O(shè)計選擇。適當(dāng)?shù)?,為每個冷流體源設(shè)置單獨(dú)的冷凍器。為幫助冷卻劑回路中流體的流動,設(shè)置了泵305。泵可以設(shè)置在回路中的任何位置處。適當(dāng)?shù)兀鐖D1實施例所提供的,泵305具有經(jīng)由線路315與儲存罐310連接的低壓入口和與冷凍器325連接的高壓出口。在冷凍器325下游,設(shè)置有分配器335,用于將變冷的冷卻劑320分配成至少第一部分340和第二部分350。將在下文更詳細(xì)地論述分配器。第一入口空氣冷卻熱交換器127布置在線路340中,以利用變冷的冷卻劑的第一部分來冷卻第一入口空氣流125。第二入口空氣冷卻熱交換器227布置在第二入口空氣流中,以利用變冷的冷卻劑的第二部分來冷卻第二入口空氣流。圖1所示的分配器包括匯流部337(諸如T型件)、線路340中的第一流量控制閥338和線路350中的第二流量控制閥 339。兩個控制閥都被圖示成可調(diào)節(jié)閥,以提供添加其他流的自由性。然而,技術(shù)人員應(yīng)理解的是,在如圖1所示的設(shè)備中,兩個流量控制閥中只有一個需要是可控的,這是因為在匯流部337的下游只有兩條線路。圖1所示的實施例中的設(shè)備還包括控制器C。在一個優(yōu)選實施例中,控制器布置用于接收代表共同輸入?yún)?shù)的信號。控制器進(jìn)一步布置用于基于共同輸入?yún)?shù)來確定將變冷的制冷劑中的可用冷卻負(fù)荷分配成第一部分340和第二部分350的最佳分配。如圖1所示,共同輸入?yún)?shù)為表示環(huán)境溫度的參數(shù)。信號可由溫度傳感器Ta提供, 該溫度傳感Ta例如位于入口空氣流125、225中的一股或多股中。例如控制器C的裝置設(shè)置用于將控制信號發(fā)送給流量控制閥338、339中的一個或多個??刂菩盘柨捎瞄y設(shè)定設(shè)置點(diǎn)的形式提供??商娲兀商峁┬盘栆源肀硎玖硗獾南嚓P(guān)量的共同輸入?yún)?shù)。例如,共同輸入?yún)?shù)可以是表示第一壓縮機(jī)排放壓力的參數(shù)。設(shè)備如下地進(jìn)行工作。汽輪機(jī)120和220均吸入入口空氣流和燃料流,并在相應(yīng)的驅(qū)動軸115、215上提供機(jī)械動力。驅(qū)動軸與相應(yīng)的第一壓縮機(jī)110和第二壓縮機(jī)210機(jī)械聯(lián)接,因而驅(qū)動壓縮機(jī)。第一制冷劑回路100中的第一制冷劑在壓縮機(jī)110中被壓縮,然后在一個或多個冷卻器117中被環(huán)境冷卻,以及被分配到一個或多個第一熱交換器140a和140b中。典型地,第一制冷劑在冷卻器117中的冷卻使其部分地(優(yōu)選的是全部地)被冷凝。在每個第一熱交換器的上游,第一制冷劑的壓力在減壓裝置14h、142b中被減下來。然后,使得第一制冷劑通過從加熱管或加熱管束141a、141b中吸取熱量而在第一熱交換器140a、140b中蒸發(fā)。蒸發(fā)的第一制冷劑被引回到第一壓縮機(jī)110中。如圖1所示,氣態(tài)烴流10在一個或多個第一熱交換器中通過使氣態(tài)烴流通過第一烴進(jìn)料熱交換器140a中的加熱管141a而被冷卻,從而產(chǎn)生部分冷凝的烴流40.第二制冷劑回路200中的第二制冷劑在壓縮機(jī)210中被壓縮,在一個或多個冷卻器217中被環(huán)境冷卻,接著在一個或多個第一熱交換器中被進(jìn)一步冷卻。如圖1所示,第二制冷劑的進(jìn)一步冷卻是通過使第二制冷劑穿過第一個第二制冷劑熱交換器140b中的加熱管141b來實現(xiàn)的,在該處,第二制冷劑至少通過與所述第一制冷劑進(jìn)行熱交換而被冷卻, 以產(chǎn)生部分冷凝的第二制冷劑流對0。
部分冷凝的第二制冷劑流240被分離成氣態(tài)第二制冷劑相252和液態(tài)第二制冷劑相254。這些流然后被分別冷凝和低溫冷卻(sub-cooled),分別以本領(lǐng)域公知的方式在一個或多個第二熱交換器260中被低溫冷卻。部分冷凝的烴流40被分離成氣態(tài)頂部流60和液態(tài)底部流70??蛇x地,底部流70 中的至少一部分在底部流熱交換器73中被變暖,而且變暖的底部流74中的至少一部分可被供回到可選的氣/液分離器50中,作為重蒸發(fā)流。剩余部分典型地被供給到分餾系統(tǒng)75 中,在該處,它被分餾成一種或多種分餾產(chǎn)物流。在天然氣液體分餾系統(tǒng)中使用的典型分餾塔為脫甲烷塔、脫乙烷塔、脫丙烷塔和脫丁烷塔。氣態(tài)頂部流60被供給到線路80,作為冷卻過的烴流80。冷卻過的烴流80然后以本領(lǐng)域已知的方式被供給到一個或多個第二熱交換器沈0,在該處,其利用第二制冷劑而被液化。由此,生產(chǎn)出中間液化的烴流90。中間液化的烴流90可在一個或多個膨脹裝置97中被減壓,而且被減壓的流98被供給到相分離器99中,在該處,任何氣態(tài)組分(主要是閃蒸蒸氣)與流98中的液態(tài)烴分離。 液態(tài)烴從相分離器99中移出,作為液化的烴產(chǎn)物流20,氣態(tài)組分從相分離器99取出,作為終端閃蒸(end flash)流92。儲存罐310中的冷卻劑流體被泵送或者以其他方式被供給到冷凍器325中,其中, 該冷卻劑流體通過與冷流體CF進(jìn)行熱交換而被主動地變冷,以提供變冷的冷卻劑320。變冷的冷卻劑320中的可用冷卻負(fù)荷用來使至少一個汽輪機(jī)的入口空氣流變冷??捎玫睦鋮s負(fù)荷可被適當(dāng)?shù)胤峙涑傻谝徊糠趾偷诙糠?。冷卻負(fù)荷例如通過將變冷的冷卻劑320物理地分流成兩個或更多個部分流而進(jìn)行分配,諸如圖1的實施例中的兩部分流340、350。第一部分流340用來冷卻第一入口空氣流125,而第二部分流350用來冷卻第二入口空氣流225。冷卻負(fù)荷的分配可依照共同輸入?yún)?shù)進(jìn)行。這允許以最可能的方式來控制將可用冷卻負(fù)荷分配成至少兩個入口空氣流的分配。當(dāng)然,所有的冷卻負(fù)荷都送給僅一個部分流中的情況也是可能的,這取決于共同輸入?yún)?shù)。優(yōu)選地,依照共同輸入?yún)?shù)來控制冷卻負(fù)荷分配允許對各制冷劑循環(huán)之間的動力平衡進(jìn)行控制。適當(dāng)?shù)?,共同輸入?yún)?shù)允許控制器C決定哪個制冷劑回路由于不能傳送足夠的冷卻負(fù)荷而使得另外的制冷劑回路中的一個或多個在較高(或滿)負(fù)載下工作,從而成為限制性制冷劑回路。然后,通過向驅(qū)動限制性制冷劑回路的汽輪機(jī)的入口空氣流提供較多的變冷負(fù)荷,可能相對于驅(qū)動其他制冷劑回路的汽輪機(jī)而選擇性地增加限制性汽輪機(jī)的汽輪機(jī)效率(導(dǎo)致增大的軸動力輸出)。這于是允許增加液化烴產(chǎn)物的產(chǎn)率(或在較低的比能量消耗下產(chǎn)生液化的烴產(chǎn)物流)。適當(dāng)?shù)?,共同輸入?yún)?shù)是表示環(huán)境溫度的參數(shù),諸如入口空氣流125、225中的一個或兩個的溫度Ta。圖1的級聯(lián)制冷布置的次序為隨著環(huán)境溫度的增加,需要來自第一制冷劑回路100的冷卻負(fù)荷比來自第二制冷劑回路200的冷卻負(fù)荷更多。控制器于是可使得由變冷的冷卻劑產(chǎn)生較多的冷卻負(fù)荷,以便可用于冷卻第一入口空氣流125。根據(jù)工藝的設(shè)計,所有由變冷的冷卻劑產(chǎn)生的冷卻負(fù)荷都可用于對第一入口空氣流125進(jìn)行冷卻也是可能的,特別是在第一汽輪機(jī)的動力輸出對工藝有限制的情況下。然而,尤其是當(dāng)沒有(或不足)附加(輔助的)驅(qū)動動力被提供以補(bǔ)充第二壓縮機(jī)210的汽輪機(jī)的驅(qū)動動力時,可能優(yōu)選的是至少一些冷卻負(fù)荷總是被用來冷卻第二入口空氣流225 (甚至在第一汽輪機(jī)的動力輸出有限制性時),以確保第二壓縮機(jī)不會因為驅(qū)動動力太低而超出其運(yùn)行窗 Π (operating window)而喘振(surge)。在較低的環(huán)境溫度下,第二制冷劑回路200可能成為限制性回路,并且控制器可使得從變冷的冷卻劑產(chǎn)生較多的冷卻負(fù)荷,以便可用于冷卻第二入口空氣流225。在非常冷的環(huán)境溫度下,控制器可使得傳送從變冷的冷卻劑中產(chǎn)生的所有冷卻負(fù)荷,以便可用于冷卻第二入口空氣流225。通過使用其他共同輸入?yún)?shù)可產(chǎn)生類似的效果,例如,用來表示以下參數(shù)的組中的一個參數(shù)的共同輸入?yún)?shù)第一壓縮機(jī)排放壓力;第一汽輪機(jī)負(fù)載/動力輸出;第二汽輪機(jī)負(fù)載/動力輸出;第一汽輪機(jī)燃?xì)忾y的開啟;第二汽輪機(jī)燃?xì)忾y的開啟;在第一制冷劑循環(huán)與第二制冷劑循環(huán)之間的切流點(diǎn)溫度Tc ;第一壓縮機(jī)吸收的能量;第二壓縮機(jī)吸收能量;第一汽輪機(jī)動力輸出與第二汽輪機(jī)動力輸出之間的差別;液化烴流的流動速率。后者在圖1中用流量傳感器F象征性地表示,與傳感器Ta類似地,它可將其信號傳送給控制器 C(未顯示)。在已經(jīng)冷卻第一入口空氣流125和/或第二入口空氣流225之后,冷卻劑可被重新組合而供回到儲存罐310中,用于再次利用。入口空氣流125、225最好不被冷卻到低于大約5°C,以確保避免形成冰。用來主動地使一個或多個冷凍器325中的冷卻劑流變冷的冷卻負(fù)荷可能從很多來源獲得。例如,它可能使用由熱驅(qū)動變冷過程所提供的變冷負(fù)荷。特別地,一個或多個冷凍器325可包括一個或多個熱驅(qū)動的冷動器。熱驅(qū)動的變冷過程和/或熱驅(qū)動的冷凍器可使用來自液化工藝的廢熱而工作,例如,來自第一汽輪機(jī)120和第二汽輪機(jī)220中的一個或多個的廢熱。熱驅(qū)動的冷凍器在本領(lǐng)域是已知的。相對常見的實例是由包括吸附冷凍器的組形成的。吸附冷凍器的一個實例基于在氫氣體存在情況下使液氨蒸發(fā),從而提供冷卻。在大的商業(yè)工廠中更常見的是所謂的鋰/溴化物吸附冷凍器。鋰/溴化物吸附冷凍器使用鋰 /溴化物鹽和水的溶液。本領(lǐng)域已知的熱驅(qū)動冷凍器的另一個實例是由包括吸附冷凍器的組形成的。再一個實例是由包括吸附熱泵的組形成的。它們的操作原理與吸附冷凍器的相似??商娲?,或者除了熱驅(qū)動冷凍之外,冷卻劑流體的主動變冷可使用來自專用的機(jī)械驅(qū)動變冷制冷劑回路的變冷制冷劑。如圖2所示,專用的變冷制冷劑回路380設(shè)置有其自身的壓縮機(jī)381和用于將來自壓縮的變冷制冷劑的熱量拒絕到環(huán)境中的裝置,諸如冷卻器382。壓縮機(jī)381可被任何合適的驅(qū)動器383驅(qū)動,適當(dāng)?shù)貫殡婑R達(dá),但是并不必然如此。冷凍器325以釜形式表示。焦耳-湯姆遜閥386設(shè)置在釜325與冷卻器382之間、在可選的蓄能器385下游。作為預(yù)防措施,分離桶384可設(shè)置在壓縮機(jī)381的抽吸入口與釜 325之間。變冷制冷劑可包括適用于在大致環(huán)境溫度的溫度水平下移走熱量的任何成分或混合物。實例包括丁烷、異丁烷、丙烷、氨??商娲鼗蛘叱酥獾?,它可使用來自已經(jīng)存在于液化線路中的流中的制冷負(fù)荷。例如,它可使用取自第一制冷劑回路和/或第二制冷劑回路的制冷負(fù)荷。在這二者之中,優(yōu)選的是使用來自第一制冷劑回路100的制冷負(fù)荷,因為第一制冷劑回路100中的制冷劑在所期望的變冷冷卻劑的溫度水平下移走熱量方面通常更有效率。這例如可通過設(shè)置釜形式的冷凍器325來實現(xiàn),其中來自線路119的第一制冷劑在所期望的適當(dāng)壓力水平下被蒸發(fā)。在冷凍器325下游,第一制冷劑可例如經(jīng)由專用的壓縮機(jī)被重新壓縮,而后與位于第一制冷劑壓縮機(jī)110下游的第一制冷劑回路中的第一制冷劑重新組合,或者,例如通過將冷凍器325下游的制冷劑供給到分離鼓132而經(jīng)由第一制冷劑壓縮機(jī)110本身被重新壓縮。來自第二制冷劑回路的冷卻負(fù)荷可通過下述方式來使用允許例如來自線路240 的滑移流(slip stream)在期望的壓力水平下作為冷流CF在冷凍器325中蒸發(fā)或者通過冷凍器。滑移流也可能得自第二制冷劑回路200中的其他適當(dāng)?shù)牡攸c(diǎn),比如,如果可選的制冷劑氣/液分離器250存在的話,來自線路254中的液態(tài)第二制冷劑流。不管滑移流的來源如何,在冷凍器下游,滑移流可供回到第二壓縮機(jī)210和/或使用專用壓縮機(jī)而被重新壓縮??蛇x地,控制器C布置用于基于兩條制冷回路中限制性較低的制冷回路來控制對第一制冷回路和第二制冷回路之間的制冷負(fù)荷源的選擇。除了上述的一個或多個制冷劑流以外和/或代替上述的一個或多個制冷劑流的是,冷卻劑可使用在工藝中可獲得的任何其他冷流所提供的制冷負(fù)荷而變冷。例如,如果氣 /液相分離器50存在的話,冷流體CF可源自液態(tài)底部流70或包含液態(tài)底部流70。在這種情況下,可選的熱交換器73可與流320連通,或者可選的熱交換器73可以是一個或多個冷凍器325中的一個??捎脕硖峁┯脕碇鲃拥乩鋮s冷卻劑的部分或全部制冷負(fù)荷的冷流的其他實例包括燃?xì)饬?2、終端閃蒸流92和來自(可選的)分餾系統(tǒng)75的任何冷流。圖1象征性地顯示出可選的冷凍器61和91,它們可被用作一個或多個冷凍器325,或者被定位成與線路320 連通。蒸發(fā)氣(例如來自其中可儲存液化烴流20的儲存罐)亦可用來提供用于主動地冷卻冷卻劑的部分或全部制冷負(fù)荷。在可替代的實施例中,第二制冷劑可在其對第一制冷劑進(jìn)行冷卻之后而被完全冷凝。在這些實施例中,顯然,不必設(shè)置可選的制冷劑氣/液分離器250。還有可替代的實施例,其中第二制冷劑沒有被完全冷凝,而是,其中不過不需要?dú)?液相分離,例如是因為完全冷凝通過隨后與另一制冷劑進(jìn)行熱交換來實現(xiàn)或者通過自動冷卻來實現(xiàn)。設(shè)備與圖1所示的具體設(shè)備相比可具有很多種變型。在上文已經(jīng)提到了一些變型和替代形式。在另一可選的變型中,例如,第一壓縮機(jī)110可以本領(lǐng)域已知的方式具有處于不同壓力水平的多個入口。第一壓縮機(jī)110和/或第二壓縮機(jī)210均可以本領(lǐng)域已知的方式呈現(xiàn)為兩個或更多個串聯(lián)或并聯(lián)布置的結(jié)構(gòu)。第一汽輪機(jī)120和/或第二汽輪機(jī)220可以是航改型的,例如Rolls Royce Trent 60或RB211,以及通用電氣的LMS100 、LM6000、LM5000和LM2500。當(dāng)使用航改型渦輪機(jī)時, 當(dāng)前提出的入口空氣變冷是特別有利的,因為這可取代對用于補(bǔ)償能量損失的輔助驅(qū)動器的需要(典型的是蒸汽渦輪機(jī)或電馬達(dá))。可替代地,第一汽輪機(jī)和/或第二汽輪機(jī)可以是重工業(yè)結(jié)構(gòu)型(例如通用電氣的Frame 6、Frame 7或Frame 9),以提高效率,盡管在這種情況下附加的驅(qū)動器可能仍需要設(shè)置用于啟動該渦輪機(jī)。明顯地,也可以采用來自其他廠商的等效汽輪機(jī)??蛇x地,(未顯示),頂部熱交換器可以本領(lǐng)域已知的方式設(shè)置在線路60中。這樣的頂部熱交換器可形成一個或多個第一熱交換器的一部分,并且它可例如與線路119連接,以獲得第一制冷劑的一部分。在這樣的頂部熱交換器設(shè)置在線路60中的情況下,可選的頂部氣/液分離器被設(shè)置在頂部熱交換器的下游,以從熱交換器下游的流中移走任何冷凝部分。頂部氣/液分離器的蒸氣出口于是可與線路80連接,以提供冷卻過的烴流。頂部氣/液分離器的底部液體出口可與氣/液分離器50連接,以將冷凝部分中的至少一部分作為回流供回。燃?xì)饬?2可取自蒸氣流。在可替代的實施例中,可選的氣/液分離器50位于第一烴進(jìn)料熱交換器140a的上游。在這樣的可替代實施例中,氣/液分離器的頂部出口可與圖1中的線路10連接,而且線路40可與線路80直接連接以給第二熱交換器260提供冷卻過的烴流。這樣的實施例可具有位于可選的氣/液分離器50上游的膨脹器,而且典型地在第一烴進(jìn)料熱交換器140a 上游具有一個或多個再壓縮壓縮機(jī)和/或增壓壓縮機(jī),和/或具有用于預(yù)冷卻進(jìn)入可選的氣/液分離器50中的進(jìn)料的其他熱交換器。這樣的實施例在本領(lǐng)域是已知的,不需在此進(jìn)一步詳述。在圖1所示的實施例中,第一制冷劑是單一成分的制冷劑,其主要包括丙烷,而第二制冷劑是混合制冷劑。在此所指的混合制冷劑或混合制冷劑流包括至少5mol% (摩爾百分?jǐn)?shù))的兩種不同組分?;旌现评鋭┛砂ㄟx自包括下述組分的組中的兩種或更多種組分氮?dú)狻⒓淄?、乙烷、乙烯、丙烷、丙烯、丁烷。混合制冷劑的常見組成可以是
氮?dú)?br>
曱烷(Cl) 乙烷(C2)
丙烷(C3) 丁烷(C4)
1-10 mol % 30-70 mol % 30-70 mol %
0-30 mol % 0-15 mol %
總組分包括100 mol %。然而,在此所公開的方法和設(shè)備可進(jìn)一步地包括在單獨(dú)的或多重的制冷劑回路或其他冷卻回路中使用一種或多種其他制冷劑。并且,第一制冷劑可以是混合制冷劑(諸如在美國專利6,370,910中描述的混合制冷劑),和/或第二制冷劑可以是單一成分制冷劑(諸如主要包括乙烷、乙烯、甲烷或氮)。本發(fā)明還可應(yīng)用于所謂的Axens LIQUEFIN工藝中,諸如2003年在日本東京舉行的第22屆世界天然氣會議上P-Y Martin等人的文章 "LIQUEFIN :AN INNOVATIVE PROCESS TO REDUCE LNG COSTS(用于降低液化天然氣成本的新工藝)”中所描述的工藝。要被冷卻和液化的氣態(tài)烴流10可能來源于任何要被冷卻和液化的合適氣體流, 諸如從天然氣或石油儲層或煤層獲得的天然氣流。作為一種替代方案,氣態(tài)烴流10還可從其他來源獲得,例如包括諸如Fischer-Tropsch工藝的合成氣源。在氣態(tài)烴流10是天然氣流時,它通常主要包括甲烷。優(yōu)選地,氣態(tài)烴流10包括至少50mol %的甲烷,更優(yōu)選地包括至少80mol %的甲烷。根據(jù)來源,天然氣可能包含比甲烷重的具有可變量的烴,諸如尤其是乙烷、丙烷和丁烷,以及可能有較少量的戊烷及芳香烴。成分隨著天然氣的類型和產(chǎn)地而改變。傳統(tǒng)上,比甲烷重的烴根據(jù)需要盡可能去除以生產(chǎn)出符合期望規(guī)格的液化烴產(chǎn)物流。由于若干理由,比丁烷(C4)重的烴在任何重要的冷卻之前被盡可能高效地從天然氣中去除,該理由諸如是它們具有可導(dǎo)致甲烷液化設(shè)備的各部分堵塞的不同冷凍和液化溫度。天然氣還可包括非烴成分,諸如水、氮、二氧化碳、汞、硫化氫和其他硫化物等。因此,如果期望的話,包括天然氣的氣態(tài)烴流10可在冷卻和至少部分液化之前進(jìn)行預(yù)處理。 這種預(yù)處理可包括減少和/或去除不需要成分(諸如二氧化碳、硫化氫),或者包括諸如早期冷卻、預(yù)加壓等其他步驟。由于這些步驟對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是公知的,所以在此不再討論它們的機(jī)理。應(yīng)理解的是,本發(fā)明不僅能應(yīng)用于圖1所具體示出的驅(qū)動方案,而且能應(yīng)用于其他驅(qū)動方案。圖3到5(并不旨在形成排他性列表)也示出了一些可能的可替代選項。類似的和/或各種其他選項在2004年(論文2. 6)由Mark J. Roberts等人發(fā)表的標(biāo)題為 "REDUCING LNG CAPITAL COST IN TODAY,S COMPETITIVE ENVIRONMENT(在當(dāng)今競爭環(huán)境下降低液化天然氣的資金成本),,的LNG-14文章中也有簡要描述。例如,圖3示出了線路130中的第一制冷劑被提供給第一壓縮機(jī)110的多個入口, 每個入口處于不同壓力下。用來壓縮第二制冷劑的壓縮機(jī)210呈現(xiàn)為串聯(lián)布置的低壓第二制冷劑壓縮機(jī)210a和高壓第二制冷劑壓縮機(jī)210b,二者都由第二汽輪機(jī)220在單根軸215 上驅(qū)動。線路230中的第二制冷劑被供給到低壓第二制冷劑壓縮機(jī)210a,而高壓第二制冷劑壓縮機(jī)210b排放到線路219中。如圖4所示,本發(fā)明可應(yīng)用于空氣產(chǎn)品與化學(xué)制品公司(Air Products and Chemicals Inc)所引入的所謂的Split-MRTM中,而且在2001年(論文PS5-4)由Yu Nan Liu博士等人發(fā)表的標(biāo)題為"REDUCING LNG COSTS BY BETTER CAPITAL UTILIZATION(通過更好的資本使用來降低液化天然氣成本),,的LNG-13文章中有簡要介紹。本質(zhì)上,由第二汽輪機(jī)220驅(qū)動的第二壓縮機(jī)210用作圖3中的低壓第二制冷劑壓縮機(jī)210a,而第一汽輪機(jī)120驅(qū)動第一壓縮機(jī)110以及第二個第二壓縮機(jī)211兩者,該第二個第二壓縮機(jī)用作圖 3的高壓第二制冷劑壓縮機(jī)210b。因此,線路230中的第二制冷劑供給到第二壓縮機(jī)210, 第二個第二壓縮機(jī)211排放到線路219中。圖5示出了一個使用由第三汽輪機(jī)420驅(qū)動的輔助第二壓縮機(jī)410的實施例。與圖4類似,第二壓縮機(jī)210由第二汽輪機(jī)220驅(qū)動,并且用作圖3中的低壓第二制冷劑壓縮機(jī)210a。但是在這種情況下,第三汽輪機(jī)420經(jīng)由軸415驅(qū)動輔助第二壓縮機(jī)410,該輔助第二壓縮機(jī)用作圖3中的高壓第二制冷劑壓縮機(jī)210b。因此,線路230中的第二制冷劑被供給到第二壓縮機(jī)210,且輔助第二壓縮機(jī)410排放到線路219。如圖5所示,只有第一汽輪機(jī)入口空氣流125和第二汽輪機(jī)入口空氣流225被冷卻,而第三汽輪機(jī)入口空氣流425以環(huán)境溫度且未被冷卻地提供給第三汽輪機(jī)。可替代的實施例也冷卻進(jìn)入第三汽輪機(jī)420的第三入口空氣流425 (要么分享來自變冷的冷卻劑320 的冷卻負(fù)荷,要么用單獨(dú)的冷卻源),或者冷卻第三入口空氣流425而不是第二入口空氣流 22。中間冷卻器(諸如空氣冷或水冷的中間冷卻器)可設(shè)置在第二制冷劑回路的連續(xù)壓力階段之間(諸如圖3到5的任一個實施例中的低壓制冷劑壓縮機(jī)與高壓制冷劑壓縮機(jī)之間)的線路中。本發(fā)明還可被應(yīng)用于其它驅(qū)動方案中。典型的變型(例如圖4所示的Split-MR 驅(qū)動方案)是兩個壓力階段(例如,低壓和中等壓力)由第二汽輪機(jī)220在單根軸215上驅(qū)動,當(dāng)然在此情況下,中等壓力的壓縮機(jī)排放到第二個第二壓縮機(jī)211(其用作高壓壓縮機(jī))中。同樣,多個壓縮階段可在圖5中的軸215上被驅(qū)動。上文所述的發(fā)明不限于兩個制冷劑回路,它還可應(yīng)用于將變冷的冷卻劑分配給三個或更多個部分,以用于冷卻其他制冷劑回路的第三或更多個入口空氣流。以上描述的實施例包括另一項發(fā)明,它可與以下特征相結(jié)合或者單獨(dú)地應(yīng)用,這些特征與將變冷的冷卻劑中的可用冷卻負(fù)荷分配成至少第一部分和第二部分相關(guān)聯(lián),而且與利用變冷的冷卻劑來冷卻至少第一汽輪機(jī)入口空氣流和第二汽輪機(jī)入口空氣流相關(guān)聯(lián)。 另外一項發(fā)明甚至可應(yīng)用于基于單個制冷劑循環(huán)的冷卻和/或液化工藝。這項發(fā)明涉及生產(chǎn)液化烴流的方法及其設(shè)備,其將在本說明書的剩余部分中描述。Exxon Mobil (??松梨?的美國專利6,3 ,867所描述的方法的另一缺點(diǎn)是, 它使用來自制冷劑回路的冷卻負(fù)荷,該冷卻負(fù)荷因此不能用于冷卻要被液化的天然氣。在一方面中,在此所描述的另一項發(fā)明可被限定為提供了一種用于生產(chǎn)出液化烴流的方法,該方法包括-在一個或多個熱交換器中使烴流與來自一個或多個制冷劑回路的一種或多種制冷劑進(jìn)行間接熱交換,制冷劑回路中的至少一個包括由汽輪機(jī)驅(qū)動的壓縮機(jī),該制冷劑回路中的制冷劑通過該壓縮機(jī)被壓縮;-在烴流在至少一個或多個熱交換器中進(jìn)行熱交換之后,從烴流中回收一部分;-通過使變冷的冷卻劑與烴流回收部分中的至少一部分進(jìn)行間接熱交換而提供變冷的冷卻劑流;-使入口空氣流變冷包括與變冷的冷卻劑進(jìn)行熱交換從而產(chǎn)生變冷的入口空氣流,并且將變冷的入口空氣流供給到汽輪機(jī);其中所產(chǎn)生的液化烴流包括未曾被回收的烴流的至少一部分。因此,在另一項發(fā)明的實施例中,在烴流在一個或多個熱交換器中的至少一個中已經(jīng)進(jìn)行熱交換之后從烴流中回收一部分烴流,由此,適當(dāng)?shù)卦谝粋€或多個熱交換器中的至少一個的下游,提供變冷的冷卻劑流,該變冷的冷卻劑流又被用于至少通過將變冷的冷卻劑與入口空氣流進(jìn)行熱交換而生產(chǎn)出變冷的入口空氣流。進(jìn)入用于驅(qū)動制冷劑回路的汽輪機(jī)中的變冷的入口空氣流用來在一個或多個熱交換器中冷卻烴流,并且由此生產(chǎn)出液化的烴流。由于各種用途或理由,總之,烴流的這些部分經(jīng)常被從要液化的烴流中移走。由于此部分被從一個或多個熱交換器中的至少一個的下游移走,它有能力在其用作其他用途或被丟棄掉之前使入口空氣流變冷??蓮挠糜谑蛊啓C(jī)入口空氣變冷的移走部分提供的任何冷卻負(fù)荷不需要從制冷劑循環(huán)中被移走,其旨在冷卻要液化的烴流。以這種方式,本發(fā)明有助于進(jìn)一步提高液化烴的產(chǎn)率,而不需要設(shè)置附加的制冷動力??捎脕硎蛊啓C(jī)的入口空氣流變冷的移走部分的實例包括-已從烴流中萃取出以便達(dá)到液化烴流的組分要求的天然氣液體流;
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-從烴流中移走的燃?xì)饬黧w,例如在一個或多個汽輪機(jī)中用于燃燒目的;-在使加壓的液化烴流減壓時形成的終端閃蒸流;-在液化烴流在儲存罐中的儲存期間源自液化烴流的蒸發(fā)氣流。再者,在另一項發(fā)明的上下文中,術(shù)語“變冷的冷卻劑”應(yīng)被理解為溫度低于環(huán)境空氣溫度的流體。但在這種情況下,變冷的冷卻劑可通過下述方式來制備使用來自在烴流液化工藝中但不在制冷劑回路中循環(huán)的任何可用冷流中的制冷負(fù)荷而使流體主動地變冷。有利的實例包括萃取塔和/或分餾塔中的液態(tài)底部流,和/或來自分餾塔的頂部流;在液化烴流降壓時可產(chǎn)生的終端閃蒸氣體流;在存儲時可從液化烴中蒸發(fā)出的蒸發(fā)氣。這些被移走部分中的一個或多個的可用冷卻負(fù)荷可通過從在制冷劑回路中循環(huán)的制冷劑中獲得的冷卻負(fù)荷進(jìn)行補(bǔ)充。實例包括機(jī)械變冷或吸附變冷。冷卻負(fù)荷可例如使用外部冷凍組件而進(jìn)行補(bǔ)充。在一個或多個熱交換器中使烴流與來自一個或多個制冷劑回路的一種或多種制冷劑進(jìn)行間接熱交換可包括-通過與來自第一制冷劑回路的第一制冷劑進(jìn)行熱交換來冷卻烴流,在第一制冷劑回路中,第一制冷劑在由具有第一入口空氣流的第一汽輪機(jī)驅(qū)動的第一壓縮機(jī)中被壓縮,所述冷卻提供冷卻過的烴流;-使用第二制冷劑來液化冷卻過的烴流中的至少一部分,該第二制冷劑在由具有第二入口空氣流的第二汽輪機(jī)驅(qū)動的第二壓縮機(jī)中被壓縮,并且通過至少與來自第一制冷劑回路的所述第一制冷劑進(jìn)行熱交換而被冷卻,所述液化提供液化的烴流;其中所述入口空氣流的所述變冷包括使用變冷的冷卻劑中的至少一部分來冷卻所述第一入口空氣流和第二入口空氣流中的一個或兩個。這些特征在本說明書的之前部分中已被詳細(xì)地描述。跟在說明書的之前部分后面的是,有利的實施例還可包括-將變冷的冷卻劑中的可用冷卻負(fù)荷分配成至少第一部分和第二部分,由此,第一部分中的可用冷卻負(fù)荷用來冷卻第一入口空氣流,而第二部分中的可用冷卻負(fù)荷用來冷卻第二入口空氣流。所述冷卻負(fù)荷依照已經(jīng)在說明書的之前部分所提到的共同輸入?yún)?shù)進(jìn)行分配,優(yōu)選地,將變冷的冷卻劑中的可用冷卻負(fù)荷進(jìn)行分配,以便向驅(qū)動第一制冷劑回路和第二制冷劑回路中的最有限制性的制冷劑回路的汽輪機(jī)的入口空氣流提供較多的冷卻負(fù)荷。然而,應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是,現(xiàn)在描述的另一項發(fā)明并不限于兩個制冷劑回路。它可例如應(yīng)用于將變冷的冷卻劑中的冷卻負(fù)荷分配成三個或更多個部分,以用于冷卻其他制冷劑回路的第三個或更多個入口空氣流。并且,該另一項發(fā)明在使用僅僅一個制冷劑回路的液化工藝中也是有用的,該僅僅一個制冷劑回路典型地包括所謂的單一混合制冷劑工藝。另外, 在美國專利5,832,745中描述了由殼牌公司的單一混合制冷劑工藝所形成的一個實例。在烴流已經(jīng)在一個或多個熱交換器中的至少一個中進(jìn)行熱交換之后,從該烴流中回收的那部分的回收可包括-從氣態(tài)烴流中生產(chǎn)出部分冷凝的烴流;-使部分冷凝的烴流通過氣/液相分離器;以及
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-從氣/液相分離器中取出液態(tài)底部流和氣態(tài)頂部流。在這樣的實施例中,來自烴流的所述部分可有利地包括液態(tài)底部流,而且所述液態(tài)烴流從氣態(tài)頂部流中生產(chǎn)出。可替代地或者除此之外的,這樣的實施例可包括從氣態(tài)頂部流中取出燃?xì)饬鳎渲衼碜詿N流的所述部分包括燃?xì)饬?。在烴流已經(jīng)在一個或多個熱交換器中的至少一個中進(jìn)行熱交換之后,從該烴流中回收的那部分的回收可還包括-從烴流中獲得至少中間液化的烴流;-將中間液化的烴流降壓;-使降壓的流進(jìn)入相分離器;-使降壓的流中的氣態(tài)成分與任何液態(tài)烴分離;-從相分離器中移走液態(tài)烴,作為生產(chǎn)出的液化烴產(chǎn)物流;-從相分離器中移走氣態(tài)成分。其中來自烴流的所述部分包括從相分離器回收的氣態(tài)組分。在烴流已經(jīng)在一個或多個熱交換器中的至少一個中進(jìn)行熱交換之后,從該烴流中回收的那部分的回收還可包括或代替地包括-將生產(chǎn)出的液化烴產(chǎn)物流儲存在儲存罐中;以及-從儲存罐中回收源自被儲存的液化烴流的蒸發(fā)氣;其中來自烴流的所述部分包括蒸發(fā)氣。在另一方面,另一項發(fā)明可被限定為提供了一種用于生產(chǎn)出液化烴流的設(shè)備,該設(shè)備包括-一個或多個制冷劑回路,每個制冷劑回路均包括制冷劑,制冷劑回路中的至少一個包括由汽輪機(jī)驅(qū)動的壓縮機(jī),以用于壓縮該制冷劑回路的制冷劑;-進(jìn)入汽輪機(jī)的入口空氣流;-一個或多個熱交換器,其用于使烴流與來自一個或多個制冷劑回路中的一種或多種制冷劑進(jìn)行間接熱交換,所述一個或多個制冷劑回路包括所述至少一個熱交換器;-回收裝置,該回收裝置用于在一個或多個熱交換器中的至少一個的下游回收烴流的一部分,以及提供烴流的該部分已經(jīng)從其中回收走的剩余烴流;-冷凍器,該冷凍器與回收裝置連接,并且布置用于接收來自回收裝置的回收部分中的至少一部分,并且還布置用于使冷卻劑流體與回收部分中的至少一部分進(jìn)行間接熱交換,以由冷卻劑流體產(chǎn)生變冷的冷卻劑流;-用于冷卻入口空氣的熱交換器,其布置在入口空氣流中,以利用變冷的冷卻劑來冷卻該入口空氣流;-進(jìn)料管,該進(jìn)料管用于將來自用于冷卻入口空氣的熱交換器的冷卻過的入口空氣流供給到汽輪機(jī)內(nèi);-管道裝置,該管道裝置用于運(yùn)輸液化烴流,該液化烴流包括剩余烴流的至少一部分。如在本說明書的之前部分所述的實施例中,一個或多個制冷劑回路可包括-第一制冷劑回路,其包括第一制冷劑;第一壓縮機(jī);第一汽輪機(jī),該第一汽輪機(jī)與第一壓縮機(jī)聯(lián)接以驅(qū)動第一壓縮機(jī);以及進(jìn)入第一汽輪機(jī)的第一入口空氣流;該第一壓縮機(jī)布置用于壓縮所述第一制冷劑;-第二制冷劑回路,其包括第二制冷劑;第二壓縮機(jī);第二汽輪機(jī),所述第二汽輪機(jī)與第二壓縮機(jī)聯(lián)接以驅(qū)動第二壓縮機(jī);以及進(jìn)入第二汽輪機(jī)的第二入口空氣流;該第二壓縮機(jī)布置用于壓縮所述第二制冷劑;并且其中一個或多個熱交換器包括-一個或多個第一熱交換器,其布置用于接收氣態(tài)烴流和第二制冷劑,并且用于使用來自所述冷卻步驟的所述第一制冷劑來冷卻氣態(tài)烴流和第二制冷劑,從而提供冷卻過的烴流和冷卻過的第二制冷劑流;-一個或多個第二熱交換器,其布置用于接收冷卻過的烴流,并且用于使用冷卻過的第二制冷劑流來液化冷卻過的烴流,以提供液化的烴流;并且其中用于冷卻入口空氣的熱交換器布置在第一入口空氣流和第二入口空氣流中的至少一個內(nèi)。這樣的實施例還可包括-分配器,其用于依照共同輸入?yún)?shù)將變冷的冷卻劑分配成至少第一部分和第二部分;其中用于冷卻入口空氣的熱交換器包括-第一入口空氣冷卻熱交換器,其布置在第一入口空氣流中,用于利用變冷的冷卻劑的第一部分來冷卻第一入口空氣流;-第二入口空氣冷卻熱交換器,其布置在第二入口空氣流中,用于利用變冷的冷卻劑的第二部分來冷卻第二入口空氣流。在優(yōu)選的實施例中,回收裝置可包括氣/液分離器,該氣/液分離器具有用于排放氣態(tài)頂部流的頂部出口和用于排放液態(tài)底部流的底部出口。在這樣的實施例中,烴流的所述部分可有利地包括液態(tài)底部流,并且所述剩余流包括氣態(tài)頂部流。可替代地或者除此之外,這樣的實施例還可在氣態(tài)頂部流中包括分流器,該分流器用于從氣態(tài)頂部流中取出燃?xì)饬?,并且其中烴流的所述部分包括燃?xì)饬鳌?商娲鼗蛘叱酥?,回收裝置可包括-降壓裝置,其布置用于接收從烴流形成的中間液化的烴流,以及形成由此所產(chǎn)生的降壓流;-相分離裝置,其布置在降壓裝置的下游,以接收降壓流,并且將降壓流中的任何氣態(tài)組分與任何液態(tài)烴分離;-與相分離裝置連接的液體排放線路,其用于從相分離器中移出液態(tài)烴,作為生產(chǎn)出的液化烴產(chǎn)物流;-與相分離裝置連接的氣體排放線路,其用于回收來自相分離器的氣態(tài)組分,其中來自烴流的所述部分包括從相分離器移出的氣態(tài)組分。該設(shè)備可包括用于儲存生產(chǎn)出的液化烴流的儲存罐。在這種情況下,回收裝置可包括-與儲存罐連接的蒸發(fā)氣管道,其用于從儲存罐中回收源自所儲存的液化烴流的蒸發(fā)氣。在這樣的實施例中,來自烴流的所述部分可包括蒸發(fā)氣。參照附圖中的圖并且通過舉例的方式進(jìn)一步詳細(xì)闡釋其他發(fā)明。
參照圖1,液化烴流20通過在一個或多個熱交換器140 (和/或沈0)中使烴流10 與來自一個或多個制冷劑回路100 (和/或200)中的一種或多種制冷劑進(jìn)行間接熱交換而產(chǎn)生。這些制冷劑回路中的至少一個包括由汽輪機(jī)120(和/或220)驅(qū)動的壓縮機(jī)110(和 /或210),該制冷劑回路中的制冷劑被所述壓縮機(jī)壓縮。在烴流在一個或多個熱交換器中的至少一個中進(jìn)行熱交換之后從該烴流中回收一部分70 (和/或62和/或9 ,并且變冷的冷卻劑流320通過使冷卻劑315與烴流的回收部分中的至少一部分CF進(jìn)行間接熱交換來提供。入口空氣流125(和/或22 利用變冷的冷卻劑320變冷,以生產(chǎn)出變冷的入口空氣流,該變冷的入口空氣流被供給到汽輪機(jī)中。生產(chǎn)出的液化烴流20包括未被回收的烴流中的至少一部分。在此提出使用由未在制冷劑回路中循環(huán)的工藝中可獲得的任何冷流來提供冷卻負(fù)荷。更特別地,冷卻負(fù)荷可通過在烴流在一個或多個熱交換器中的至少一個中進(jìn)行熱交換之后從烴流回收的一部分來提供,因而適當(dāng)?shù)匚挥谝粋€或多個熱交換器中的至少一個的下游。適當(dāng)?shù)兀摬糠蛛S后從工藝中被丟棄掉,或隨后在工藝中以需要其較熱的方式進(jìn)行使用。在這兩種情況下,該部分中的冷量有利地被用來使入口空氣變冷,并且從而提高液化天然氣產(chǎn)量。例如,參照圖1,如果氣/液相分離器50存在的話,它可被包括在回收裝置中,在此情況下,冷流體CF可例如源自液態(tài)底部流70,或包括液態(tài)底部流70。在這種情況下,可選的熱交換器73可與流320連通,或者可選的熱交換器73可以是一個或多個冷凍器325之
ο仍參照圖1,可用來提供用于主動地冷卻冷卻劑的部分或全部冷卻負(fù)荷的冷流體的其他實例包括燃?xì)饬?2、終端閃蒸汽流體92和來自(可選的)分餾系統(tǒng)75的任何冷流。圖1象征性示出了可選的冷凍器61和91,其可被用做一個或多個冷凍器325,或者被定位成與線路320連通。蒸發(fā)氣例如來自儲存罐,液化烴流20可存儲在該儲存罐中,蒸發(fā)氣還可用來提供用來主動地冷卻冷卻劑的部分或全部冷卻負(fù)荷。除以上提到這些流中的任一個流以外,所提供的其他來源的冷凍負(fù)荷可用來使入口空氣變冷,包括在制冷劑回路中循環(huán)的任何制冷劑,以及在回路中經(jīng)歷壓縮和膨脹的任何制冷劑(如本領(lǐng)域所已知的),或在熱驅(qū)動的變冷過程中循環(huán)的制冷劑。進(jìn)一步的細(xì)節(jié)可參照圖1的前述描述。如圖3-5所示的可替代的驅(qū)動方案也可與正被描述的其他發(fā)明一起應(yīng)用。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解的是,在不偏離所附權(quán)利要求的范圍的情況下,本發(fā)明中的每一項發(fā)明均可以多種方式實施。
權(quán)利要求
1.一種用于冷卻氣態(tài)烴流以生產(chǎn)出液化烴流的方法,所述方法包括-在一個或多個熱交換器中使用來自第一制冷劑回路的第一制冷劑來冷卻氣態(tài)烴流, 其中所述第一制冷劑在由具有第一入口空氣流的第一汽輪機(jī)驅(qū)動的第一壓縮機(jī)中被壓縮, 所述冷卻提供冷卻過的烴流;-使用第二制冷劑來液化冷卻過的烴流,所述第二制冷劑在由具有第二入口空氣流的第二汽輪機(jī)驅(qū)動的第二壓縮機(jī)中被壓縮,并且至少通過與來自第一制冷劑回路的所述第一制冷劑進(jìn)行熱交換而被冷卻,所述液化提供液化的烴流;-提供變冷的冷卻劑流;-依照共同輸入?yún)?shù),將變冷的冷卻劑中的可用冷卻負(fù)荷至少分配成第一部分和第二部分;-利用變冷的冷卻劑來冷卻所述第一入口空氣流和第二入口空氣流中的一個或兩個, 由此,第一部分中的可用冷卻負(fù)荷用來冷卻第一入口空氣流,而第二部分中的可用冷卻負(fù)荷用來冷卻第二入口空氣流。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法,其中,共同輸入?yún)?shù)用來將變冷的冷卻劑中的可用冷卻負(fù)荷分開,以便向驅(qū)動第一制冷劑回路和第二制冷劑回路中的最有限制性的制冷劑回路的汽輪機(jī)的入口空氣流提供較多的冷卻負(fù)荷。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法,其中共同輸入?yún)?shù)包括一個或多個參數(shù),所述一個或多個參數(shù)用來表示包括以下參數(shù)的組中的至少一個參數(shù)環(huán)境溫度;第一壓縮機(jī)排放壓力;第一汽輪機(jī)負(fù)載/動力輸出;第二汽輪機(jī)負(fù)載/動力輸出;第一汽輪機(jī)燃?xì)忾y的開啟; 第二汽輪機(jī)燃?xì)忾y的開啟;在第一制冷循環(huán)與第二制冷循環(huán)之間的切流點(diǎn)溫度;第一壓縮機(jī)吸收能量;第二壓縮機(jī)吸收能量;第一汽輪機(jī)與第二汽輪機(jī)的動力輸出之間的差別;液化烴流的流動速率。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法,共同輸入?yún)?shù)包括表示至少環(huán)境溫度的一個或多個參數(shù)。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的方法,其中所述提供變冷的冷卻劑流包括使流體變冷。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法,其中,使用取自第一制冷劑回路和第二制冷劑回路中的一條或多條的冷卻負(fù)荷來主動地使流體變冷。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法,其中,使用取自第一制冷劑回路的冷卻負(fù)荷來主動地使流體變冷。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求5至7中的任一項所述的方法,其中,提供所述冷卻過的烴流包括從氣態(tài)烴流生產(chǎn)出部分冷凝的烴流,使所述部分冷凝的烴流通過氣/液相分離器,以及從氣/液相分離器取出液態(tài)底部流和氣態(tài)頂部流,其中使用取自液態(tài)底部流的制冷負(fù)荷來主動地使所述流體變冷。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求5至8中的任一項所述的方法,其中在流體已經(jīng)被用于第一入口空氣流和第二入口空氣流中的一個或兩個的所述冷卻之后,所述流體包括變冷的冷卻劑。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的方法,依照共同輸入?yún)?shù)將變冷的冷卻劑中的可用冷卻負(fù)荷分配成至少第一部分和第二部分包括基于所述共同輸入?yún)?shù)來確定將所述變冷的制冷劑中的可用冷卻負(fù)荷分配成第一部分和第二部分的最佳分配,并根據(jù)所確定的最佳分配來分配冷卻負(fù)荷。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法,其中最佳分配是一種使得液化烴流的產(chǎn)率最大的分配。
12.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的方法,其中最佳分配被定義為一種使得第一冷卻劑回路和第二冷卻劑回路對使液化烴流產(chǎn)量最大的限制相等的分配。
13.一種用于冷卻氣態(tài)烴流以生產(chǎn)出液化烴流的設(shè)備,所述設(shè)備包括-第一制冷劑回路,所述第一制冷劑回路包括第一制冷劑;第一壓縮機(jī);第一汽輪機(jī), 所述第一汽輪機(jī)與所述第一壓縮機(jī)聯(lián)接以驅(qū)動第一壓縮機(jī);以及進(jìn)入第一汽輪機(jī)的第一入口空氣流;所述第一壓縮機(jī)布置用于壓縮所述第一制冷劑;-第二制冷劑回路,所述第二制冷劑回路包括第二制冷劑;第二壓縮機(jī);第二汽輪機(jī), 所述第二汽輪機(jī)與所述第二壓縮機(jī)聯(lián)接以驅(qū)動第二壓縮機(jī);以及進(jìn)入第二汽輪機(jī)的第二入口空氣流;所述第二壓縮機(jī)布置用于壓縮所述第二制冷劑;-一個或多個第一熱交換器,所述一個或多個第一熱交換器布置用于接收氣態(tài)烴流和第二制冷劑,并且使用來自冷卻步驟的第一制冷劑來冷卻所述氣態(tài)烴流和第二制冷劑,從而提供冷卻過的烴流和冷卻過的第二制冷劑流;-一個或多個第二熱交換器,所述一個或多個第二熱交換器布置用于接收冷卻過的烴流,并且使用冷卻過的第二制冷劑流來液化所述冷卻過的烴流,以提供液化的烴流;-變冷的冷卻劑流;-分配器,所述分配器用于依照共同輸入?yún)?shù)將變冷的冷卻劑分配成至少第一部分和第二部分;-第一入口空氣冷卻熱交換器,所述第一入口空氣冷卻熱交換器布置在第一入口空氣流中,以便利用變冷的冷卻劑的第一部分來冷卻第一入口空氣流;-第二入口空氣冷卻熱交換器,所述第二入口空氣冷卻熱交換器布置在第二入口空氣流中,以便利用變冷的冷卻劑的第二部分來冷卻第二入口空氣流。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的設(shè)備,所述設(shè)備還包括控制器,所述控制器布置用于接收代表共同輸入?yún)?shù)的信號,用于基于共同輸入?yún)?shù)確定將變冷的制冷劑中的可用冷卻負(fù)荷分配成第一部分和第二部分的最佳分配。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的設(shè)備,其中,通過確定第一制冷劑回路和第二制冷劑回路中的用于使液化烴的產(chǎn)量最大的最有限制性的那一個回路來確定最佳分配。
全文摘要
氣態(tài)烴流(10)被冷卻以生產(chǎn)出液化烴流(20)。氣態(tài)烴流(10)在一個或多個熱交換器(140a)中使用來自第一制冷劑回路(100)的第一制冷劑被冷卻,其中所述第一制冷劑在由具有第一入口空氣流(125)的第一汽輪機(jī)(120)驅(qū)動的第一壓縮機(jī)(110)中被壓縮,并且使用第二制冷劑回路(200)被液化;其中第二制冷劑在由具有第二入口空氣流(225)的第二汽輪機(jī)(220)驅(qū)動的第二壓縮機(jī)(210)中被壓縮。根據(jù)共同的輸入?yún)?shù),變冷的冷卻劑(320)中的可用冷卻負(fù)荷被分配成至少第一部分(340)和第二部分(350),并且所述第一和第二入口空氣流(125、225)中一個或兩個利用變冷的冷卻劑(320)被冷卻,由此,第一部分(340)中的可用冷卻負(fù)荷用來冷卻第一入口空氣流(125),而第二部分(350)中可用冷卻負(fù)荷用來冷卻第二入口空氣流(225)。
文檔編號F02C7/143GK102428332SQ201080021732
公開日2012年4月25日 申請日期2010年5月11日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月18日
發(fā)明者C·A·C·范德利斯東克, R·克萊因內(nèi)格爾伍特, W·J·梅林格 申請人:國際殼牌研究有限公司