專利名稱：通過第一制冷循環(huán)冷卻得到的液化天然氣流的處理方法和相關(guān)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
01本發(fā)明涉及通過第一制冷循環(huán)冷卻得到的液化天然氣(GNL)流 的處理方法，該方法包括以下步驟
02(a )將溫度低于-100'C的液化天然氣流引入第一熱交換器內(nèi)；
03] (b)在所述第一熱交換器內(nèi)，通過與制冷流體熱交換來使液化 天然氣流過冷，以形成過冷的液化天然氣流；以及由文件US-B-6 308 531知道上述類型的一種方法，在該方法中， 天然氣流通過笫 一制冷循環(huán)被液化，所述笫 一制冷循環(huán)使烴混合物冷凝和 汽化。所得天然氣的溫度約為-100。C。然后，將所述天然氣制品通過半開 式的稱為"反向布雷頓循環(huán)(cycle de Brayton invers""類型的笫二制冷 循環(huán)過冷到約-170。C，所述第二制冷循環(huán)包括級(jí)式壓縮機(jī)和氣體膨脹渦輪。 這樣的方法不完全令人滿意。實(shí)際上，所述稱為反向布雷頓循環(huán) 的最大效率限制在約40%。另外，其半開式循環(huán)的運(yùn)行難于實(shí)施。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明是上述類型的一種處理方法，其特征在于，所述方 法包括以下步驟 (ii)壓縮初始的制冷流體流到高于所述中間壓力PI的高壓PH, 以形成凈皮壓縮的制冷流體流； (vii)在所述第一熱交換器內(nèi)，汽化基本為液態(tài)的液化天然氣的 過冷流，以形成,皮加熱的過冷流； (x)將被加熱的混合流引入到所述壓縮機(jī)內(nèi)，至位于所述中間 壓力級(jí)上游的低壓級(jí)。才艮據(jù)本發(fā)明的方法可包括以下的一個(gè)或多個(gè)特征，所述特征單獨(dú) 地應(yīng)用或按所有技術(shù)上可能的組合加以應(yīng)用-頂部氣體的C2+含量使得被所述第二熱交換器冷卻的流為純氣態(tài)。
34] 本發(fā)明的目的還為了通過第一制冷循環(huán)冷卻得到的液化天然氣 流的處理設(shè)備，該設(shè)備包括
351 -液化天然氣流過冷部件，其包括使液化天然氣流與制冷流進(jìn)行 熱交換的第一熱交換器；以及
36]-半開式的笫二制冷循環(huán)，其獨(dú)立于所述第一制冷循環(huán)， 其特征在于，所述設(shè)備包括-冷卻和膨脹部件，其使出自所述中間渦輪的流冷卻和膨脹； [40-蒸餾塔，其與所述冷卻和膨脹部件連接；-級(jí)式壓縮機(jī)，其與回收所述蒸餾塔頂部的氣體流的部件相連； 以及
43-為形成可燃?xì)怏w而提取頂部的氣體流的第一部分的部件，其安 插在所述壓縮機(jī)的中間壓縮級(jí)處；-混合部件，其使出自所述主渦輪的冷卻流與被加熱的過冷流進(jìn) 4亍混合以形成混合流；-將被加熱的混合流引入到所述壓縮機(jī)內(nèi)，至位于所述中間壓力 級(jí)上游的低壓級(jí)的部件。-所述第二熱交換器包括次級(jí)制冷流體的流通部件，所述設(shè)備包 括第三制冷循環(huán)，該第三制冷循環(huán)包括次級(jí)壓縮部件，其壓縮出自所述 第三熱交換器的次級(jí)制冷流體；出自所述次級(jí)壓縮部件的次級(jí)制冷流體的 次級(jí)冷卻和膨脹部件；以及，將出自所述次級(jí)膨脹部件的次級(jí)制冷流體引 入所述第二熱交換器內(nèi)的部件；以及
64-次級(jí)制冷流體包含丙烷，并且還可能包含乙烷；以及
65-所述設(shè)備包括將過冷的液化天然氣流與天然氣的補(bǔ)給流混合 的部件；以及第四熱交換器，用以使補(bǔ)給流與頂部的氣體流進(jìn)行熱交換。


現(xiàn)參照附圖描述本發(fā)明的實(shí)施例，其中
67]-圖1是根據(jù)本發(fā)明的第一設(shè)備的運(yùn)行框圖；-圖3是類似圖1的按本發(fā)明的第二設(shè)備的示意圖； [70-圖4是類似圖1的按本發(fā)明的第三設(shè)備的示意圖；及 [71-圖5是類似圖1的按本發(fā)明的笫四設(shè)備的示意圖。
具體實(shí)施例方式 如圖l所示的根據(jù)本發(fā)明的第一過冷設(shè)備9，用于從溫度被帶到 低于-9(TC的初始的液化天然氣(GNL)流11制備除氮液化天然氣流13。 所述設(shè)備9還制備富氮的可燃?xì)怏w流16。[73如圖1所示，所述初始的液化天然氣流11由天然氣液化單元15 產(chǎn)生，該液化單元15包括第一制冷循環(huán)17。所述笫一制冷循環(huán)17例如包 括一循環(huán)，該循環(huán)具有烴混合物的冷凝和汽化部件， 所述液化天然氣流11被引入到所述第一熱交換器19內(nèi)，在該第 一熱交換器中被過冷到-150'C的溫度，以產(chǎn)生過冷的液化天然氣流57。
83] 所述流57然后被引入到所述液壓渦輪47內(nèi)，并動(dòng)力膨脹到一低 壓以形成膨脹流59。所述膨脹流59主要為液態(tài)，也就是說它包含少于2% 摩爾的氣體。所述膨脹流59在基部熱交換器53內(nèi)被冷卻，然后被引入到 膨脹閥61，在該膨脹閥它形成供給所述蒸餾塔49的流64。 在所述第四壓縮級(jí)27D內(nèi)4皮壓縮的所述頂部流的第一部分16在 中間壓力PI，被提取自所述壓縮機(jī)29D,以形成所述可燃?xì)怏w流。
91所述中間壓力PI例如高于20巴，且優(yōu)選大致等于30巴。所述 循環(huán)低壓PB例如低于20巴。此外，所述制冷流體115由乙烷和丙烷的混合物組成。所述流體 115內(nèi)的乙烷含量基本等于丙烷含量。[118如圖2的曲線126所示，當(dāng)溫度低于-130。C時(shí)，相對(duì)所述第三設(shè) 備104中所實(shí)施的方法的效率，所述第二制冷循環(huán)的平均效率因而,皮提高 約0.5%?？紤]所述渦輪47產(chǎn)生的能量，相對(duì)圖1所示裝置的總效率為 47.5%、圖3所示裝置的總效率為47.6%、以及圖4所示裝置的總效率為 49.6%，圖5所示裝置的總效率略高于50%。
權(quán)利要求
1.通過第一制冷循環(huán)(17)冷卻得到的液化天然氣流(11)的處理方 法，該方法包括以下步驟(a) 將溫度低于-100'C的液化天然氣流(11)引入第一熱交換器(19 )內(nèi)；(b) 在所述第一熱交換器內(nèi)，通過與制冷流體(83)熱交換來使液 化天然氣流(ll)過冷，以形成過冷的液化天然氣流(57);以及(c) 使制冷流體(83)經(jīng)受半開式的第二制冷循環(huán)(21)，該第二制 冷循環(huán)獨(dú)立于所述第一制冷循環(huán)(17)，其特征在于，所述方法包括以下步驟(d) 在中間渦輪(47)內(nèi)動(dòng)力膨脹過冷的液化天然氣流(57)，同 時(shí)保持該過冷的液化天然氣流基本呈液態(tài)；(e) 將出自所述中間渦輪(47)的流(59)冷卻和膨脹，然后將其引 入到蒸餾塔(49)內(nèi)；(f) 回收在所述蒸餾塔(49 )的基部的被除氮的液化天然氣流(67)， 并回收在所述蒸餾塔(49)的頂部的氣體流(69);以及(g) 在級(jí)式壓縮機(jī)(25)內(nèi)壓縮頂部的氣體流(69)，并在所述壓縮 機(jī)(25)的中間壓力級(jí)(29D)處提取被帶到中間壓力PI的頂部的氣體流(69)的第一部分(16)，以形成可燃?xì)怏w流；并且，其特征還在于，所述第二制冷循環(huán)(21)包括以下步驟(i)由凈皮壓縮到中間壓力PI的頂部氣體(69)的第二部分形成初始 的制冷流體流(73);(ii )壓縮初始的制冷流體流(73 )到高于所述中間壓力PI的高壓PH， 以形成被壓縮的制冷流體流(75);(iii) 在第二熱交換器(33)內(nèi)冷卻-皮壓縮的制冷流體流(75);(iv) 將出自所述第二熱交換器(33)的被壓縮的制冷流體流(75) 分為主要的冷卻流(79)和液化天然氣過冷流(77);(v) 先在第三熱交換器(35)內(nèi)、然后在所述第一熱交換器(19)內(nèi)冷卻液化天然氣過冷流(77);(vi) 將出自所述第一熱交換器(19)的過冷流(81)膨脹達(dá)到小于 所述中間壓力PI的低壓PB，以形成基本為液態(tài)的液化天然氣的過冷流(83);(vii) 在所述第一熱交換器(19)內(nèi)，汽化基本為液態(tài)的液化天然氣 的過冷流(83)，以形成被加熱的過冷流(85);(viii) 在主渦輪(41)內(nèi)，將主要的冷卻流(79)基本膨脹到所述低 壓PB，并將出自所述主渦輪(41)的冷卻流與被加熱的過冷流(85)混 合，以形成混合流(87);(ix) 先在所述第三熱交換器(35 )內(nèi)、然后在所述第二熱交換器(33 ) 內(nèi)相繼地加熱混合流(87)，以形成被加熱的混合流(89);以及(x) 將被加熱的混合流(89 )引入到所述壓縮機(jī)(25 )內(nèi)，至位于所 述中間壓力級(jí)(29D)上游的低壓級(jí)(29C)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，所述高壓PH介于大約 40巴至100巴之間，優(yōu)選在大約50巴至80巴之間，且尤其在大約60巴 至75巴之間。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述低壓PB低于 大約20巴。
4. 根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在所述步驟 (vi)，在液體膨脹渦輪(101)內(nèi)，將出自所述第一熱交換器(19)的過冷流(81)動(dòng)力膨脹。
5. 根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在所述步驟(ii) ，在聯(lián)接所述主渦輪(41)的輔助壓縮機(jī)(39)內(nèi)，至少部分地壓 縮初始的制冷流體流(73)。
6. 根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在所述步驟 (i),將Q烴流(92)引入到所述壓縮機(jī)(25)內(nèi)，以形成初始的制冷流體流(73)的一部分。
7. 根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在所述步驟(iii) ，佳j皮壓縮的制冷流體流(75)與在所述第二熱交換器(33)內(nèi)流通的次級(jí)制冷流體(117)進(jìn)行熱交換，次級(jí)制冷流體(117)經(jīng)受第三制 冷循環(huán)(105),在該第三制冷循環(huán)中，次級(jí)制冷流體在所述第二熱交換器 (33)的出口處被壓縮，使次級(jí)制冷流體冷卻并且至少部分地冷凝，然后 使次級(jí)制冷流體在所述第二熱交換器(33)內(nèi)汽化之前進(jìn)行膨脹。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，次級(jí)制冷流體(117) 包含丙烷，并且還可能包含乙烷。
9. 根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在所述步驟 (e)的膨脹之前，將出自所述中間渦輪(47)的流與天然氣補(bǔ)給流(63)混合，所述天然氣補(bǔ)給流在第四熱交換器(51)內(nèi)與頂部的氣體流(69) 熱交換而纟皮冷卻。
10. 根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，頂部氣體 (69)的C2+含量使得被所述第二熱交換器(33)冷卻的流為純氣態(tài)。
11. 通過第一制冷循環(huán)(17)冷卻得到的液化天然氣流(11)的處理 i殳備(9; 99; 104; 125)，該i殳備(9; 99; 104; 125)包括-液化天然氣流(11)過冷部件，其包括使液化天然氣流與制冷流(83 ) 進(jìn)行熱交換的第一熱交換器(19);以及畫半開式的笫二制冷循環(huán)(21)，其獨(dú)立于所述第一制冷循環(huán)(15), 其特征在于，所述設(shè)備包括-中間渦輪(47)，其使出自所述第一熱交換器(19)的過冷液化天然 氣流(57)動(dòng)力膨脹；-冷卻和膨脹部件(53， 61)，其使出自所述中間渦輪(47 )的流(59) 冷卻和膨脹；-蒸餾塔(49)，其與所述冷卻和膨脹部件(53， 61)連接；-回收所述蒸餾塔(49)基部的除氮液化天然氣流(67)的部件，和回 收所述蒸餾塔(49)頂部的氣體流(69)的部件；-級(jí)式壓縮機(jī)(25)，其與回收所述蒸餾塔(49)頂部的氣體流(69) 的部件相連；以及-為形成可燃?xì)怏w而提取頂部的氣體流(69)的第一部分(16)的部件， 其安插在所述壓縮機(jī)(25)的中間壓縮級(jí)(29D)處；并且，其特征還在于，所述第二制冷循環(huán)(21)包括 畫由壓縮至中間壓力的頂部氣體(69)的笫二部分形成初始的制冷流體 流(73)的部件；-初始的制冷流體流(73)的壓縮部件(39)，其將初始的制冷流體流 壓縮到高于所述中間壓力PI的高壓PH，以形成被壓縮的制冷流體流(75);-第二熱交換器(33)，用以冷卻4皮壓縮的制冷流體流(75);-分離部件，其將出自所述第二熱交換器(33)的^LH縮的制冷流體流 (75)分離為主要的冷卻流(79)和液化天然氣的過冷流(77);-笫三熱交換器(35)，用以冷卻所述過冷流(77);-將出自所述第三熱交換器(35)的過冷流(77)引入所述第一熱交換 器(19)的部件；畫出自所述第一熱交換器(19)的過冷流(81)的膨脹部件(37; 101)， 其使所述過冷流膨脹達(dá)到小于所述中間壓力PI的低壓PB,以形成基本液 態(tài)的液化天然氣過冷流(83);-基本液態(tài)的液化天然氣過冷流(83)的流通部件，其使基本液態(tài)的液 化天然氣過冷流(83)在所述第一熱交換器內(nèi)流通，以形成凈皮加熱的過冷 流(85) 5-主膨脹渦輪(41)，其使主要的冷卻流(79)基本膨脹到所述低壓PB;-混合部件，其使出自所述主渦輪(41 )的冷卻流與被加熱的過冷流(85 ) 進(jìn)4亍混合以形成混合流(87);-混合流(87)的流通部件，其使混合流先在所述第三熱交換器(35) 內(nèi)、然后在所述第二熱交換器(33)內(nèi)相繼地流通，以形成,皮加熱的混合 流(89 ) 5-將#^熱的混合流(89)引入到所述壓縮機(jī)(25)內(nèi)，至位于所述中 間壓力級(jí)(29D)上游的低壓級(jí)(29C)的部件。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的設(shè)備(9; 99; 104; 125)，其特征在于， 所述高壓PH介于大約40巴至100巴之間，優(yōu)選地在大約50巴至80巴之 間，且尤其是在大約60巴至75巴之間。
13. 根據(jù)權(quán)利要求11或12所述的設(shè)備(9; 99; 104; 125 ),其特征 在于，所述低壓PB小于大約20巴。
14. 根據(jù)權(quán)利要求11至13中任一項(xiàng)所述的設(shè)備(99; 104; 125)， 其特征在于，出自所述第一熱交換器(19 )的過冷流(81)的膨脹部件(37; 101)包括液體膨脹渦輪(101)。
15. 根據(jù)權(quán)利要求11至14中任一項(xiàng)所述的設(shè)備(9; 99; 104; 125)， 其特征在于，所述的初始的制冷流體流(73)的壓縮部件(39)包括輔助 壓縮機(jī)(39)，該輔助壓縮機(jī)與所述主渦輪(41)聯(lián)接。
16. 根據(jù)權(quán)利要求11至15中任一項(xiàng)所述的裝置(99 )，其特征在于， 所述第二制冷循環(huán)(21)包括將C2烴流(92)引入到所述壓縮機(jī)(25)以 形成初始的制冷流體流(73)的一部分的部件。
17. 根據(jù)權(quán)利要求11至16中任一項(xiàng)所述的設(shè)備(104; 125)，其特 征在于，所述第二熱交換器(33)包括次級(jí)制冷流體(117)的流通部件， 所述設(shè)備(104; 125)包括第三制冷循環(huán)(105)，該第三制冷循環(huán)包括 次級(jí)壓縮部件(107)，其壓縮出自所述第三熱交換器(33)的次級(jí)制冷流 體(115 );出自所述次級(jí)壓縮部件(107 )的次級(jí)制冷流體(117 )的次級(jí) 冷卻和膨脹部件(109， 111);以及，將出自所述次級(jí)膨脹部件(111)的 次級(jí)制冷流體(119)引入所述第二熱交換器(33)內(nèi)的部件。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的設(shè)備(104; 125)，其特征在于，次級(jí)制 冷流體(117)包含丙烷，并且還可能包含乙烷。
19. 根據(jù)權(quán)利要求11至18中任一項(xiàng)所述的設(shè)備(9; 99; 104; 125), 其特征在于，所述設(shè)備包括將過冷的液化天然氣流(59)與天然氣的補(bǔ) 給流(63)混合的部件；以及第四熱交換器(51)，用以使補(bǔ)給流(63 ) 與頂部的氣體流(69)進(jìn)行熱交換。
全文摘要
本方法中，在所述第一熱交換器(19)內(nèi)，通過與制冷流體(83)熱交換來冷卻液化天然氣流(11)。使制冷流體(83)經(jīng)受半開式的第二制冷循環(huán)(21)，該第二制冷循環(huán)獨(dú)立于所述第一制冷循環(huán)(17)。所述方法包括將過冷液化天然氣流(59)引入蒸餾塔(49)內(nèi)的步驟，以及回收所述蒸餾塔(49)頂部的氣體流(69)的步驟。所述第二制冷循環(huán)(21)包括由頂部的氣體流(69)的一部分形成制冷流體流(73)的步驟；壓縮所述制冷流體流(73)到一高壓的步驟；然后將被壓縮的制冷流體流(75)的一部分(81)膨脹以形成基本液態(tài)的過冷流(83)的步驟。所述基本液態(tài)的過冷流(83)在所述第一熱交換器(19)內(nèi)被汽化。
文檔編號(hào)F25J1/02GK101313188SQ200680043721
公開日2008年11月26日 申請(qǐng)日期2006年10月10日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月10日
發(fā)明者H·帕拉多夫斯基 申請(qǐng)人:泰克尼普法國公司