本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例大體涉及用于通過(guò)單一閉環(huán)混合制冷劑循環(huán)冷卻饋入氣流的系統(tǒng)和工藝。

背景技術(shù)：

近年來(lái)，天然氣已變?yōu)閺V泛使用的燃料源。除了其清潔燃燒質(zhì)量和方便性之外，開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)技術(shù)的進(jìn)展也已準(zhǔn)許先前不能達(dá)到的氣體儲(chǔ)備變得可行。因?yàn)檫@些先前不可達(dá)到的天然氣源中的許多在遠(yuǎn)處且未通過(guò)管線連接到商業(yè)市場(chǎng)或基礎(chǔ)設(shè)施，所以天然氣的低溫液化以為了輸送和存儲(chǔ)已變得日益重要。此外，液化準(zhǔn)許天然氣的長(zhǎng)期存儲(chǔ)，這可幫助抵消供求的周期性波動(dòng)。

當(dāng)前在實(shí)踐中有若干用于液化天然氣的方法。雖然每一設(shè)施的具體配置和/或操作可取決于(例如)使用的制冷系統(tǒng)的類型、饋入氣體的速率和組成和其它因素而變化，但多數(shù)商業(yè)設(shè)施大體包含類似的基本組件。舉例來(lái)說(shuō)，多數(shù)設(shè)施通常包含用于從傳入的氣流去除一種或多種雜質(zhì)的預(yù)處理區(qū)域、用于液化氣流的液化地帶、用于對(duì)液化地帶提供制冷的制冷系統(tǒng)，和用于接收、存儲(chǔ)和輸送最終液化產(chǎn)物的存儲(chǔ)和/或裝載區(qū)域?？傮w上，建構(gòu)和操作這些設(shè)施的成本可廣泛地變化，但一般來(lái)說(shuō)，工廠的制冷部分的成本可占到設(shè)施的總成本的高達(dá)百分之30或更多。

因此，存在對(duì)于能夠有效率地按所要的容量但用最少量的設(shè)備生產(chǎn)液化氣產(chǎn)物的優(yōu)化的制冷系統(tǒng)的需求。理想地，制冷系統(tǒng)將既穩(wěn)固又操作靈活，以便處置饋入氣體組成和流動(dòng)速率的變化，同時(shí)仍然需要最小量的資金支出和按最低可能成本的操作。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例關(guān)于一種用于生產(chǎn)液化天然氣(LNG)的工藝。所述工藝包括以下步驟：(a)在第一熱交換器中冷卻天然氣流以提供經(jīng)冷卻的天然氣流；(b)壓縮混合制冷劑流以提供經(jīng)壓縮的制冷劑流；(c)冷卻和至少部分冷凝所述經(jīng)壓縮的制冷劑流以提供兩相制冷劑流；(d)在第一蒸氣液體分離器中將所述兩相制冷劑流分離成第一制冷劑蒸氣流和第一制冷劑液體流；(e)組合從所述第一蒸氣液體分離器取出的所述第一制冷劑蒸氣流的至少一部分與所述第一制冷劑液體流的至少一部分以提供經(jīng)組合制冷劑流；(f)冷卻所述經(jīng)組合制冷劑流的至少一部分以提供經(jīng)冷卻的經(jīng)組合制冷劑流；(g)在第二蒸氣液體分離器中將所述經(jīng)冷卻的組合制冷劑流分離成第二制冷劑蒸氣流和第二制冷劑液體流；(h)將所述第二制冷劑液體流分成第一制冷劑液體部分和第二制冷劑液體部分；(i)冷卻所述第一制冷劑液體部分的至少一部分和第二制冷劑液體部分的至少一部分以提供相應(yīng)的第一經(jīng)冷卻的液體制冷劑部分和第二經(jīng)冷卻的液體制冷劑部分；以及(j)將所述第一經(jīng)冷卻的液體制冷劑部分和所述第二經(jīng)冷卻的液體制冷劑部分引入到所述第一熱交換器的單獨(dú)入口，其中所述第一經(jīng)冷卻的液體制冷劑部分和所述第二經(jīng)冷卻的液體制冷劑部分用以進(jìn)行步驟(a)的所述冷卻的至少一部分。

本發(fā)明的另一實(shí)施例關(guān)于一種用于生產(chǎn)液化氣流的工藝。所述工藝包括以下步驟：(a)在壓縮機(jī)的第一壓縮級(jí)中壓縮混合制冷劑流以提供第一經(jīng)壓縮的制冷劑流；(b)冷卻和至少部分冷凝所述第一經(jīng)壓縮的制冷劑流以提供經(jīng)冷卻的經(jīng)壓縮的制冷劑流；(c)將所述經(jīng)冷卻的經(jīng)壓縮的制冷劑流分離成第一制冷劑蒸氣流和第一制冷劑液體流；(d)在所述壓縮機(jī)的第二壓縮級(jí)中壓縮所述第一制冷劑蒸氣流以提供第二經(jīng)壓縮制冷劑流；(e)冷卻和至少部分冷凝所述第二經(jīng)壓縮制冷劑流的至少一部分以提供經(jīng)部分冷凝的制冷劑流；(f)將所述經(jīng)部分冷凝的制冷劑分離成第二制冷劑蒸氣流、第二制冷劑液體流和第三制冷劑液體流；(g)冷卻所述第二制冷劑液體流和所述第三制冷劑液體流以提供相應(yīng)的經(jīng)冷卻的第二制冷劑液體流和經(jīng)冷卻的第三制冷劑液體流；(h)膨脹所述經(jīng)冷卻的第二制冷劑液體流和經(jīng)冷卻的第三制冷劑液體流中的至少一個(gè)以提供至少一個(gè)經(jīng)冷卻的經(jīng)膨脹的制冷劑流；(i)經(jīng)由與所述至少一個(gè)經(jīng)冷卻的經(jīng)膨脹的制冷劑流的間接熱交換來(lái)冷卻饋入氣流以提供經(jīng)冷卻的饋入氣流和至少一個(gè)經(jīng)升溫的制冷劑流。

本發(fā)明的又一實(shí)施例關(guān)于一種用于冷卻天然氣流的系統(tǒng)。所述系統(tǒng)包括用于冷卻天然氣進(jìn)料流的第一熱交換器。所述第一熱交換器包括具有饋入氣體入口和涼天然氣出口的第一冷卻通道、用于接收和冷卻第一制冷劑液體流的第二冷卻通道，其中所述第二冷卻通道具有第一溫制冷劑入口和第一涼制冷劑出口；第三冷卻通道，其用于接收和冷卻第二制冷劑液體流，其中所述第三冷卻通道具有第二溫制冷劑入口和第二涼制冷劑出口；第一升溫通道，其用于接收和升溫經(jīng)冷卻的第一制冷劑流，其中所述第一升溫通道具有第一涼制冷劑入口和第一溫制冷劑出口；以及第二升溫通道，其用于接收和升溫經(jīng)冷卻的第二制冷劑液體流，其中所述第二升溫通道具有第二涼制冷劑入口和第二溫制冷劑出口。所述第二冷卻通道的所述第一涼制冷劑出口與所述第一升溫通道的所述第一涼制冷劑入口流體流連通，且所述第三冷卻通道的所述第二涼制冷劑出口與所述第二升溫通道的所述第二涼制冷劑入口流體流連通。所述系統(tǒng)還包括至少一個(gè)壓縮機(jī)，用于接收和加壓混合制冷劑流。所述壓縮機(jī)具有低壓入口和高壓出口，且所述低壓入口與所述第一升溫通道的所述第一溫制冷劑出口和所述第二升溫通道的所述第二溫制冷劑出口中的至少一個(gè)流體流連通。所述系統(tǒng)還包括第一冷卻器，用于冷卻經(jīng)加壓的所述混合制冷劑流。所述第一冷卻器具有第一溫流體入口和第一涼流體出口，且所述第一溫流體入口與所述壓縮機(jī)的所述高壓出口流體流連通。所述系統(tǒng)還包括第一蒸氣液體分離器，用于分離所述經(jīng)冷卻的制冷劑流的一部分。所述蒸氣液體分離器包括第一流體入口、第一蒸氣出口和第一液體出口，且所述第一蒸氣液體分離器的所述第一流體入口與所述第一冷卻器的所述涼流體出口流體流連通。所述系統(tǒng)還包括第一液體管道，用于輸送離開(kāi)所述第一蒸氣液體分離器的所述液體的至少一部分。所述第一液體管道具有制冷劑液體入口和一對(duì)制冷劑液體出口。所述制冷劑液體入口與所述第一蒸氣液體分離器的所述第一液體出口流體流連通。所述一對(duì)制冷劑液體出口中的一個(gè)與所述第二冷卻通道的所述第一溫制冷劑入口流體流連通，且所述一對(duì)制冷劑液體出口中的另一個(gè)與所述第三冷卻通道的所述第二溫制冷劑入口流體流連通。

附圖說(shuō)明

下文將參看附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的各種實(shí)施例，其中：

圖1提供根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例配置的液化天然氣(LNG)設(shè)施的示意性描繪，特別說(shuō)明優(yōu)化的混合制冷劑系統(tǒng)；

圖2提供根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例配置的液化天然氣(LNG)設(shè)施的示意性描繪，其類似于圖1中所描繪的實(shí)施例，但包含用于再循環(huán)制冷劑液體的方法；和

圖3提供根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例配置的液化天然氣(LNG)設(shè)施的示意性描繪，其類似于圖1中所描繪的實(shí)施例，但包含用于再循環(huán)制冷劑液體的另一方法。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明的實(shí)施例的以下詳細(xì)描述參考了附圖。希望實(shí)施例足夠詳細(xì)地描述本發(fā)明的方面以使所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠?qū)嵺`本發(fā)明?？衫闷渌鼘?shí)施例并且可在不脫離權(quán)利要求書的范圍的情況下進(jìn)行改變。因此，不應(yīng)按限制性意義來(lái)看待以下詳細(xì)描述。本發(fā)明的范圍僅由所附的權(quán)利要求書連同此權(quán)利要求書所授權(quán)的等效物的完整范圍來(lái)定義。

本發(fā)明大體涉及用于液化天然氣原料流以由此提供液化天然氣(LNG)產(chǎn)物的工藝和系統(tǒng)。確切地說(shuō)，本發(fā)明涉及用于冷卻傳入的氣體的優(yōu)化的制冷工藝和系統(tǒng)。如以下進(jìn)一步詳細(xì)地描述，可冷卻和用使用單一混合制冷劑的閉環(huán)制冷系統(tǒng)至少部分冷凝傳入的饋入氣流。根據(jù)本發(fā)明的各種實(shí)施例，可優(yōu)化制冷系統(tǒng)以提供用于饋入氣流的有效率的冷卻，同時(shí)使與裝備相關(guān)聯(lián)的費(fèi)用和設(shè)施的操作成本最小化。

首先參看圖1，LNG生產(chǎn)設(shè)施10的一個(gè)實(shí)施例被示出為包括閉環(huán)混合制冷劑制冷系統(tǒng)12和氣體分離地帶14。如圖1中所示，管道110中的傳入饋入氣流可在被分離且進(jìn)一步在氣體分離地帶14中冷卻之前在制冷循環(huán)12的主要熱交換器16中被冷卻和被至少部分冷凝，以提供LNG產(chǎn)物。以下參看圖1來(lái)描述根據(jù)本發(fā)明的各種實(shí)施例的關(guān)于LNG設(shè)施10的配置和操作的額外細(xì)節(jié)。

如圖1所示，可經(jīng)由管道110將饋入氣流引入到LNG設(shè)施10內(nèi)。管道110中的傳入氣流可為需要冷卻的任何氣流，并且，在一些實(shí)施例中，可為源自一種或多種氣體源(未示出)的天然氣進(jìn)料流。合適氣體源的實(shí)例可包含(但不限于)天然來(lái)源，例如，地層和石油生產(chǎn)井，和/或改進(jìn)單元，例如，流化催化裂化器、石油煉焦器或重油處理單元(例如，油砂質(zhì)量改善裝置)。取決于饋入氣流的來(lái)源和組成，LNG設(shè)施10可包含在主要熱交換器16上游的一個(gè)或多個(gè)額外處理單元或地帶(未示出)，用于從饋入氣流去除不想要的組分(在饋入氣流的液化前)，例如，水、硫、汞、氮和重(C₆⁺)烴材料。

根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，管道110中的饋入氣流可基于流的總重量而包括至少約65重量百分比、至少約75重量百分比、至少約85重量百分比、至少約95重量百分比、至少99重量百分比的甲烷。通常，較重組分(例如，C₂、C₃和較重?zé)N)和微量組分(例如，氫和氮)可組成饋入氣流的組成的其余部分。如先前所論述，管道110中的流可已經(jīng)歷一個(gè)或多個(gè)預(yù)處理步驟以從饋入氣流減少除甲烷外的一種或多種組分的量或去除除甲烷外的一種或多種組分。在一個(gè)實(shí)施例中，管道110中的饋入氣流包括小于約25％、小于約20％、小于約15％、小于約10％或小于約5％的除甲烷外的組分。取決于饋入氣流的來(lái)源和組成，在預(yù)處理步驟中去除的不當(dāng)組分可包含(但不限于)水、汞、含硫化合物和其它材料。

如圖1中所示，可將管道110中的饋入氣流引入到主要熱交換器16的第一冷卻通道18內(nèi)，其中可以經(jīng)由與至少一個(gè)尚待論述的混合制冷劑流的間接熱交換來(lái)冷卻和至少部分冷凝該流。在本文中和在所附權(quán)利要求書中所使用的例如“第一”、“第二”和“第三”等的術(shù)語(yǔ)是用以描述本發(fā)明的系統(tǒng)和工藝的各種要素的，且此類要素不應(yīng)受到這些術(shù)語(yǔ)限制。這些術(shù)語(yǔ)僅用以區(qū)分一個(gè)要素與另一個(gè)要素且未必暗示具體次序或甚至具體要素。舉例來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下，可在描述中將一個(gè)要素視作“第一”要素并且在權(quán)利要求書中視作“第二”要素。在描述和每項(xiàng)獨(dú)立權(quán)利要求中維持一致性，但是此術(shù)語(yǔ)未必希望在其間是一致的。

圖1中示出的主要熱交換器16可為任何類型的熱交換器，或一系列熱交換器，其可操作以冷卻和至少部分冷凝管道110中的饋入氣流。舉例來(lái)說(shuō)，在一些實(shí)施例中，主要熱交換器16可為銅焊鋁熱交換器，其包括安置于該交換器內(nèi)的多個(gè)升溫通道和冷卻通道(例如，核心)，該交換器被配置以有助于一個(gè)或多個(gè)工藝物料流與一個(gè)或多個(gè)制冷劑流之間的間接熱交換。在一些實(shí)施例中，升溫通道和/或冷卻通道中的一個(gè)或多個(gè)可交替地界定于安置于交換器16的外部“殼”內(nèi)的多個(gè)板之間。應(yīng)理解，雖然在圖1中大體示出為包括單一殼，但在一些實(shí)施例中，主要熱交換器16可包括由“冷盒”任選地涵蓋的兩個(gè)或更多個(gè)單獨(dú)殼以最小化到周圍環(huán)境的熱損失。主要熱交換器16的其它類型或配置也可為合適的，且預(yù)期在本發(fā)明的范圍內(nèi)。

返回參看圖1，可隨后將經(jīng)由管道112從主要熱交換器16的冷卻通道18取出的經(jīng)冷卻的兩相流引入到蒸氣液體分離器20內(nèi)。分離器20可為任何合適類型的蒸氣液體分離容器且可包含任何數(shù)目個(gè)實(shí)際或理論分離級(jí)。在一個(gè)實(shí)施例中，蒸氣液體分離容器可包括單一分離級(jí)，而在其它實(shí)施例中，分離容器20可包含至少約2個(gè)、至少約5個(gè)、至少約10個(gè)和/或不大于約50個(gè)、不大于約40個(gè)、不大于約25個(gè)實(shí)際或理論分離級(jí)。分離器20可包含任何合適類型的柱狀內(nèi)部件，包含(例如)除霧器、網(wǎng)墊、蒸氣液體接觸盤、隨機(jī)填料和/或結(jié)構(gòu)化填料以便有助于蒸氣與液體流之間的熱量和/或質(zhì)量轉(zhuǎn)移。在一些實(shí)施例中，當(dāng)分離器20包括單級(jí)分離容器時(shí)，可以使用極少柱狀內(nèi)部件或不使用柱狀內(nèi)部件。另外，氣體分離地帶14可包含與分離器20并聯(lián)或串聯(lián)布置的一個(gè)或多個(gè)其它分離容器(未示出)。當(dāng)氣體分離地帶14包含一個(gè)或多個(gè)額外蒸氣液體分離器時(shí)，該額外分離器中的每一個(gè)可類似于或不同于分離器20來(lái)配置。

如圖1中所示，分離器20可將管道112中的兩相流體流分離成管道114中的過(guò)頂蒸氣流和管道116中的底部液體流。通常，經(jīng)由管道114從分離器20取出的過(guò)頂蒸氣流可富含甲烷和較輕組分，而管道116中的底部液體流可為富含一種或多種較重組分(例如，乙烷、丙烷和其它者)的缺乏甲烷的流。在一些實(shí)施例中，管道116中的底部液體流可回收為單獨(dú)的天然氣液體(NGL)產(chǎn)物流，且可經(jīng)受進(jìn)一步的下游加工和/或分離(未示出)。

如圖1中所描繪的一個(gè)實(shí)施例中所示出的，可將經(jīng)由管道114從分離器20取出的過(guò)頂蒸氣流導(dǎo)引到主要熱交換器16的第二天然氣冷卻通道22內(nèi)。在冷卻通道22中，可經(jīng)由與一個(gè)或多個(gè)尚待論述的制冷劑流的間接熱交換來(lái)進(jìn)一步冷卻、冷凝和任選地過(guò)冷卻經(jīng)冷卻的氣流。如圖1中所示，所得過(guò)冷卻的LNG產(chǎn)物流可經(jīng)由管道118從主要熱交換器16取出。在一些實(shí)施例中，管道118中的LNG產(chǎn)物流可具有在從約200℉到約290℉、約220℉到約280℉或約240℉到約275℉的范圍中的溫度，和/或具有絕對(duì)壓強(qiáng)小于約50、絕對(duì)壓強(qiáng)小于約40、絕對(duì)壓強(qiáng)小于約30或絕對(duì)壓強(qiáng)小于約20的壓力。雖未在圖1中示出，但LNG設(shè)施10還可以包含在主要熱交換器16下游的額外處理單元和/或存儲(chǔ)設(shè)施以進(jìn)一步處理、分離和/或存儲(chǔ)管道118中的LNG產(chǎn)物流。在一些實(shí)施例中，可將LNG產(chǎn)物的至少一部分從LNG設(shè)施10輸送到一個(gè)或多個(gè)單獨(dú)的設(shè)施(未示出)，供隨后存儲(chǔ)、處理和/或使用。

現(xiàn)在來(lái)看圖1中所描繪的LNG設(shè)施10的制冷系統(tǒng)12的實(shí)施例，制冷循環(huán)12示出為大體上包含制冷劑吸鼓28、多級(jí)制冷劑壓縮機(jī)30、級(jí)間冷卻器32、級(jí)間蓄壓器34、級(jí)間制冷劑泵36、制冷劑冷凝器38、制冷劑蓄壓器40和制冷劑泵42。另外，制冷系統(tǒng)12包含一對(duì)制冷劑冷卻通道52與58和一對(duì)制冷劑升溫通道56與62，每一者分別具有安置于冷卻通道52與升溫通道56和冷卻通道58與升溫通道62之間的膨脹裝置54和60。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，在閉環(huán)制冷循環(huán)12中使用的制冷劑可為混合制冷劑。如本文中所使用，術(shù)語(yǔ)“混合制冷劑”指包括兩種或更多種成分的制冷劑組合物。在一個(gè)實(shí)施例中，由制冷循環(huán)12使用的混合制冷劑可為單一混合制冷劑且可包括選自由以下各者組成的群組的兩種或更多種組分：甲烷、乙烯、乙烷、丙二醇、丙烷、異丁烷、正丁烷、異戊烷、正戊烷和其組合。在一些實(shí)施例中，制冷劑組合物可包括甲烷、乙烷、丙烷、正丁烷和異戊烷，且可不包括包含(例如)氮或鹵代烴的某些組分。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，可以預(yù)料到各種具體制冷劑組成。下表1總結(jié)了根據(jù)本發(fā)明的各種實(shí)施例的可適合于在制冷劑循環(huán)12中使用的制冷劑混合物中所使用的若干示范性組分的寬、中等和窄范圍。

表1：示范性混合制冷劑組成

在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，可能需要調(diào)整混合制冷劑的組成以由此更改其冷卻曲線，并且因此改變其制冷潛能。例如，可利用此修改以適應(yīng)被引入到LNG設(shè)施10內(nèi)的饋入氣流的組成和/或流動(dòng)速率的改變。在一個(gè)實(shí)施例中，可調(diào)整混合制冷劑的組成，使得蒸發(fā)的制冷劑的加熱曲線更緊密匹配饋入氣流的冷卻曲線。美國(guó)專利第4,033,735號(hào)詳細(xì)地描述了此曲線匹配的一個(gè)方法，此專利的揭示內(nèi)容的全部且在與本發(fā)明一致的程度上以引用的方式并入本文中。在一些實(shí)施例中，更改制冷劑的組成和因此更改加熱曲線的能力為設(shè)施提供增大的靈活性和可操作性，從而使其能夠接收且有效率地處理具有較寬泛的多種氣體組成的進(jìn)料流。

再次參照在圖1中的設(shè)施10的實(shí)施例中示出的制冷循環(huán)12，可將管道120中的混合制冷劑的流引入到制冷劑吸鼓28的流體入口內(nèi)，其中可從蒸氣相分離任何存在的液體。當(dāng)存在時(shí)，液體可接著從吸鼓28的下部液體出口被取出且可返回到循環(huán)系統(tǒng)(未展示)。如圖1中所示，混合制冷劑的蒸氣相流可從吸鼓28的上部蒸氣出口被取出且被導(dǎo)引到多級(jí)壓縮機(jī)30的低壓壓縮級(jí)44的低壓入口。多級(jí)壓縮機(jī)30可為適合于增大閉環(huán)混合制冷循環(huán)12中的混合制冷劑的壓力的任何類型的壓縮機(jī)。雖然圖1中示出大體上包括兩個(gè)壓縮級(jí)，但根據(jù)本發(fā)明的其它實(shí)施例，多級(jí)壓縮機(jī)30可包含三個(gè)或更多個(gè)級(jí)。

如圖1中所示，可將經(jīng)由管道126從制冷劑壓縮機(jī)30的低壓壓縮級(jí)44的中壓出口取出的經(jīng)壓縮的制冷劑流導(dǎo)引到級(jí)間冷卻器32的溫流體入口，其中可經(jīng)由與至少一個(gè)冷卻劑流(例如，空氣或冷卻水)的間接熱交換來(lái)冷卻和至少部分冷凝所述流。可接著將管道128中的所得兩相制冷劑流導(dǎo)引到級(jí)間蓄壓器34，其中可分開(kāi)蒸氣相位與液體相位。如圖1中所示，可將經(jīng)由管道132從級(jí)間蓄壓器34取出的蒸氣流引入到多級(jí)壓縮機(jī)的高壓壓縮級(jí)46的中壓入口內(nèi)，高壓壓縮級(jí)46可經(jīng)由軸桿48連接到低壓壓縮級(jí)44。在高壓壓縮級(jí)46中，混合制冷劑流可在從高壓壓縮級(jí)46的高壓出口排放到管道134前被進(jìn)一步壓縮。另外，如圖1中示出的實(shí)施例中所描繪，可經(jīng)由制冷劑泵36將經(jīng)由管道130從級(jí)間蓄壓器34取出的制冷劑流的液體部分抽汲到較高壓力，然后與管道134中的經(jīng)壓縮的制冷劑流組合。在一個(gè)實(shí)施例中，在兩個(gè)流的組合前，管道136中的從制冷劑泵36排放的液流的壓力可在管道134中的蒸氣流的壓力的約100磅/平方英寸內(nèi)、約50磅/平方英寸內(nèi)、約20磅/平方英寸內(nèi)、約10磅/平方英寸內(nèi)或約5磅/平方英寸內(nèi)。

管道138中的經(jīng)組合的制冷劑流可接著被引入到制冷劑冷凝器38內(nèi)，其中可經(jīng)由與冷卻劑流(例如，冷卻水)的間接熱交換來(lái)冷卻和至少部分冷凝所述流。接著可將管道140中的所得經(jīng)冷卻且至少部分經(jīng)冷凝的制冷劑流引入到制冷劑蓄壓器40內(nèi)，其中可分開(kāi)蒸氣相位與液體相位。如圖1所示，管道142中的蒸氣相制冷劑流可被取出且與尚待論述的液體制冷劑流組合，然后被引入到主要熱交換器16內(nèi)。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，可經(jīng)由制冷劑泵40對(duì)經(jīng)由管道144從制冷劑蓄壓器40取出的液體制冷劑流加壓，且可使排放到管道146內(nèi)的所得流穿過(guò)劃分裝置50，所述劃分裝置可被配置以將經(jīng)加壓液體制冷劑分成管道148和管道150中的兩個(gè)單獨(dú)的部分。如圖1所示，劃分裝置50并非蒸氣液體分離器，而取而代之，可為被配置以將管道146中的液體流分成具有類似組成和狀態(tài)的兩個(gè)流的任一裝置。管道148與管道150中的個(gè)別流的流動(dòng)速率可類似或不同。舉例來(lái)說(shuō)，在一些實(shí)施例中，管道148中的流的質(zhì)量流率對(duì)管道150中的流的質(zhì)量流率的比率可以是至少約0.5:1、至少約0.75:1、至少約0.95:1和/或不大于約2:1、不大于約1.75:1、不大于約1.5:1、不大于約1.25:1。在相同或其它實(shí)施例中，管道148中的流的質(zhì)量流率對(duì)管道150中的流的質(zhì)量流率的比率可為大致1:1。

如圖1所示，管道148中的液體制冷劑流的第一部分可與從管道142中的制冷劑蓄壓器40取出的蒸氣相制冷劑流組合。可控制引入到管道142和/或管道148內(nèi)的蒸氣和/或液體的量以達(dá)成引入到安置于主要熱交換器16內(nèi)的制冷劑冷卻通道58內(nèi)的蒸氣對(duì)液體的所要的比率。在一個(gè)實(shí)施例中，引入到冷卻通道58內(nèi)的組合流可具有至少約0.45、至少約0.55、至少約0.65和/或不大于約0.95、不大于約0.90、不大于約0.85的蒸氣部分。雖然僅示出為在被引入到冷卻通道58內(nèi)前組合，但應(yīng)理解，管道148中的液體流與管道142中的蒸氣相制冷劑流可替代地在主要熱交換器16內(nèi)組合或可在處于熱交換器16的更遠(yuǎn)上游的不同位置處組合，以使得可經(jīng)由在主要熱交換器16外部的通常管道(圖1中未示出的實(shí)施例)將組合流引入到冷卻通道58內(nèi)。

如圖1所示，被引入到主要熱交換器16內(nèi)的經(jīng)組合制冷劑流垂直向下下降通過(guò)冷卻通道58，其中可經(jīng)由與一個(gè)或多個(gè)制冷劑流的熱交換而冷卻和冷凝該經(jīng)組合制冷劑流。所得經(jīng)冷凝和過(guò)冷卻的液體流可經(jīng)由管道158從主要熱交換器16的下部部分被取出。如圖1所示，可接著使管道158中的液體制冷劑流穿過(guò)膨脹裝置60，其中可減小所述流的壓力以由此閃現(xiàn)其一部分。可接著將管道160中的所得經(jīng)冷卻的兩相流引入到制冷劑升溫通道62內(nèi)，其中所述流可在其垂直向上上升通過(guò)主要熱交換器16時(shí)升溫。隨著上升的制冷劑流升溫，其可對(duì)如先前所描述的正被冷卻的流中的一個(gè)或多個(gè)提供制冷。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，經(jīng)由管道150從制冷劑蓄壓器40取出的液體制冷劑流的第二部分可以被獨(dú)立地引入到安置于主要熱交換器16內(nèi)的第二制冷劑冷卻通道52內(nèi)。隨著液體流垂直向下行進(jìn)通過(guò)冷卻通道52，該液體流經(jīng)由與一個(gè)或多個(gè)制冷劑流的間接熱交換而被冷卻和冷凝?？山又估鋮s通道52中離開(kāi)管道152的所得液體制冷劑流穿過(guò)膨脹裝置54，其中可減小所述流的壓力以由此閃現(xiàn)所述流的一部分。雖然在圖1中大體描繪為膨脹閥或焦耳-湯普森(JT)閥，但還應(yīng)理解，膨脹裝置54可包括任何合適類型的膨脹器，包含(例如)JT孔口或渦輪膨脹器(未示出)。類似地，在一些實(shí)施例中，膨脹裝置54可包含并聯(lián)或串聯(lián)布置的兩個(gè)或更多個(gè)膨脹裝置，其被配置以減小管道152中的液體制冷劑流的壓力。

可接著將管道154中的所得經(jīng)冷卻的兩相制冷劑流再引入到主要熱交換器16的另一制冷劑升溫通道56內(nèi)，其中可升溫所述流以由此對(duì)正在主要熱交換器16中冷卻的一個(gè)或多個(gè)其它流體流提供制冷，該其他流體流包含在相應(yīng)的冷卻通道52和58中的管道150和158中的制冷劑流、在冷卻通道18中的管道110中的天然氣進(jìn)料流和/或在冷卻通道22中的管道114中的過(guò)頂蒸氣流。

根據(jù)圖1中所描繪的一個(gè)實(shí)施例，制冷劑冷卻通道52的總長(zhǎng)度可小于制冷劑冷卻通道58的總長(zhǎng)度。因此，與從制冷劑冷卻通道58取出的經(jīng)冷卻的制冷劑流相比，經(jīng)由管道152離開(kāi)制冷劑冷卻通道52的經(jīng)冷卻的制冷劑流可沿著主要熱交換器16的高度從較高的垂直高度被取出。舉例來(lái)說(shuō)，在圖1中所描繪的一個(gè)實(shí)施例中，可從主要交換器16的垂直中點(diǎn)取出離開(kāi)制冷劑冷卻通道52的經(jīng)冷卻的制冷劑流，而可從定位于主要交換器16的下部垂直端附近的出口取出離開(kāi)制冷劑冷卻通道58的經(jīng)冷卻的制冷劑流。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，制冷劑冷卻通道52的總長(zhǎng)度對(duì)制冷劑冷卻通道58的總長(zhǎng)度的比率可以是至少約0.15:1、至少約0.25:1、至少約0.35:1和/或不大于約0.75:1、不大于約0.65:1、不大于約0.50:1，或在從約0.15:1到約0.75:1、約0.25:1到約0.65:1或約0.25:1到約0.50:1的范圍中。在相同或其它實(shí)施例中，制冷劑冷卻通道52的總長(zhǎng)度對(duì)主要熱交換器16的總高度(即，垂直尺寸)的比率可以是至少約0.15:1、至少約0.25:1、至少約0.35:1和/或不大于約0.75:1、不大于約0.65:1、不大于約0.55:1，而冷卻通道58的總長(zhǎng)度對(duì)主要熱交換器16的總高度的比率可為約1:1。

如圖1所示，可經(jīng)由管道162從升溫通道62取出可具有至少約0.85、至少約0.90、至少約0.95的蒸氣部分的第一經(jīng)升溫的混合制冷劑流，且可經(jīng)由管道156從升溫通道58取出具有類似蒸氣部分的第二經(jīng)升溫的制冷劑流。根據(jù)圖1中所描繪的一個(gè)實(shí)施例，可接著組合經(jīng)升溫的制冷劑流的兩個(gè)流，且其后可將管道120中的所得流再循環(huán)到制冷劑吸鼓28的入口，如先前詳細(xì)地描述。

現(xiàn)在來(lái)看圖2，說(shuō)明LNG設(shè)施10的另一實(shí)施例。圖2中示出的LNG設(shè)施10的實(shí)施例類似于圖1中描繪的實(shí)施例，但包含制冷系統(tǒng)12的各種組件的不同配置。圖2中示出的LNG設(shè)施10的主要組件與圖1中所描繪的那些組件有相同的附圖標(biāo)記?，F(xiàn)將在下文詳細(xì)地描述圖2中說(shuō)明的LNG設(shè)施10的操作，因?yàn)槠渑c先前關(guān)于圖1論述的操作不同。

如圖2所示，被引入到制冷劑吸鼓28內(nèi)的管道120中的混合制冷劑流可以被分離成管道124中的過(guò)頂蒸氣流和管道122中的底部液體流。根據(jù)圖2中所描繪的實(shí)施例，可經(jīng)由制冷劑泵64來(lái)對(duì)從制冷劑吸鼓28取出的在管道122中的底部液體流加壓，且可接著將管道123中的所得流與管道138中的兩相制冷劑流組合。其后，可將管道138中的經(jīng)組合制冷劑流引入到制冷劑冷凝器38，且所得經(jīng)冷卻的流可接著穿過(guò)制冷循環(huán)12的其余部分，如先前關(guān)于圖1詳細(xì)地論述。在一個(gè)實(shí)施例(圖2中未示出)中，可以將管道123中的經(jīng)加壓液體底部流與管道134中離開(kāi)高壓壓縮級(jí)46的經(jīng)壓縮的蒸氣制冷劑流組合，以產(chǎn)生經(jīng)組合流，隨后可將該經(jīng)組合流與管道136中的從級(jí)間泵36排放的經(jīng)加壓液體相制冷劑流組合。

根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，將制冷劑泵64添加到制冷吸鼓28的下部液體管道122，可準(zhǔn)許制冷循環(huán)12利用具有與適合于在圖1中展示的LNG設(shè)施10的實(shí)施例中使用的制冷劑不同的組成的制冷劑。確切地說(shuō)，如在圖2中所描繪的LNG設(shè)施10的實(shí)施例中所示出的，使用制冷液體回收管道123可允許制冷循環(huán)12使用這樣的混合制冷劑：與在圖1所示的LNG設(shè)施10中所利用的混合制冷劑相比，該混合制冷劑包含更高濃度的重?zé)N。如先前所描述，可能需要更改在制冷循環(huán)12中使用的混合制冷劑的組成以(例如)適應(yīng)饋入氣流的組成的改變，且更緊密地匹配混合制冷劑的加熱曲線與天然氣流的冷卻曲線。在一些實(shí)施例中，利用選擇變化組成的混合制冷劑(包括具有較高量的較重組分的那些制冷劑組成)可對(duì)根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例配置的LNG設(shè)施賦予甚至更多的操作靈活性。

現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖3，說(shuō)明LNG設(shè)施10的又一實(shí)施例。圖3中示出的LNG設(shè)施10的實(shí)施例類似于圖1中描繪的實(shí)施例，但包含制冷系統(tǒng)12的各種組件的不同配置。圖3中示出的LNG設(shè)施10的主要組件與圖1中所描繪的那些組件有相同的附圖標(biāo)記?，F(xiàn)將描述圖3中說(shuō)明的LNG設(shè)施10的操作，因?yàn)槠渑c先前關(guān)于圖1論述的操作不同。

如圖3中所示，可經(jīng)由相應(yīng)管道156和管道162從制冷劑升溫通道56和制冷劑升溫通道62取出經(jīng)升溫的混合制冷劑的兩個(gè)流。與圖1中所示的實(shí)施例中展示加以組合不同，管道156和管道162中的經(jīng)升溫的制冷劑流保持分開(kāi)，如在圖3中所示的LNG設(shè)施10的實(shí)施例中所示出的。如圖3所示，管道156中的經(jīng)升溫的制冷劑蒸氣流被導(dǎo)引到制冷劑分離器68的流體入口，其中可將蒸氣與液體部分相互分開(kāi)，管道156中的經(jīng)升溫的制冷劑蒸氣流具有比管道162中的經(jīng)升溫的制冷劑蒸氣流暖至少約25℉、至少約50℉、至少約75℉和/或不大于約150℉、不大于約125℉、不大于約100℉的溫度。制冷劑分離器68可為任何合適類型的蒸氣液體分離器，且可任選地包含先前關(guān)于分離器20詳細(xì)描述的一個(gè)或多個(gè)塔內(nèi)部件(tower internals)。

如圖3所示，引入到制冷劑分離器68內(nèi)的經(jīng)升溫的制冷劑流的液體部分可經(jīng)由管道166從分離器68取出，且經(jīng)由制冷劑泵70被抽汲到較高壓力?？山又鴮⒐艿?68中的所得經(jīng)加壓的液體制冷劑流與管道138中的先前論述的兩相經(jīng)加壓的制冷劑流組合。可接著將管道139中的所得經(jīng)組合制冷劑流引入到制冷劑冷凝器38內(nèi)，其中在繼續(xù)通過(guò)如先前關(guān)于圖1所描述的制冷循環(huán)12的其余部分前，冷卻和至少部分冷凝所述流。

再次參看圖3，引入到制冷劑分離器68內(nèi)的經(jīng)升溫的制冷劑流的蒸氣部分可經(jīng)由管道164從分離器68的上部部分取出且與管道162中的從制冷劑升溫通道62取出的第二經(jīng)升溫的制冷劑流組合。可接著將管道120中的所得經(jīng)組合蒸氣相制冷劑流導(dǎo)引到制冷劑吸鼓28的入口，其中可將所述流分離成經(jīng)由相應(yīng)管道124和管道122從鼓28取出的蒸氣部分與液體部分，如圖3中所展示。其后，蒸氣部分和液體部分中的每一個(gè)可繼續(xù)通過(guò)如先前關(guān)于圖1詳細(xì)論述的制冷循環(huán)12的其余部分。

雖然本文中關(guān)于液化天然氣流來(lái)描述，但還應(yīng)理解，本發(fā)明的工藝和系統(tǒng)也可適合于在其它氣體處理和分離應(yīng)用中使用，包含(但不限于)乙烷回收和液化、天然氣液體(NGL)的回收、合成氣分離和甲烷回收，和來(lái)自各種含烴氣流的氮和/或氧的冷卻與分離。

以上描述的本發(fā)明的優(yōu)選形式僅用作說(shuō)明，并且不應(yīng)按限制性意義使用以解釋本發(fā)明的范圍。在不脫離本發(fā)明的精神的情況下，所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員可易于進(jìn)行對(duì)上文闡述的示范性的一個(gè)實(shí)施例的明顯修改。本發(fā)明人特此將其意圖聲明為依賴于等效物原則來(lái)確定和評(píng)估合理公平的本發(fā)明的范圍，因?yàn)殛P(guān)于實(shí)質(zhì)上未脫離如所附權(quán)利要求書中闡述的本發(fā)明的文字范圍但是在所述文字范圍之外的任何設(shè)備。