專利名稱：改進(jìn)的閉合回路單混合制冷劑工藝的制作方法
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)簡述由于其潔凈燃燒性和便利性，天然氣近年來已經(jīng)被廣泛應(yīng)用。若干天然氣資源位于偏遠(yuǎn)地區(qū)，這不便于任何商業(yè)市場獲得這種氣體。如果不能用管道將天然氣輸送到商業(yè)市場，則通常將制備的天然氣加工成液化天然氣(LNG)而輸送到市場。LNG設(shè)備的一個顯著特點是需要大量的設(shè)備資金投入。液化設(shè)備由若干基本系統(tǒng)組成，包括氣體處理以除去雜質(zhì)、液化、制冷、動力設(shè)施、儲存和船運設(shè)施。這些設(shè)備的成本可以有很大變化，但是設(shè)備制冷部分的成本一般最高可占總成本的30％。LNG制冷系統(tǒng)十分昂貴的原因在于需要大量制冷來液化天然氣。在溫度為40～約120°F的條件下，典型的天然氣流壓力約為250psig(每平方英寸量器的磅數(shù))～約1500psig。主要為甲烷的天然氣不能象用作能源的重質(zhì)烴類那樣，只通過簡單增加天然氣壓力來進(jìn)行液化。甲烷的臨界溫度為-82.5℃(-116.5°F)，這表明無論附加壓力有多大，甲烷也只能在這個溫度以下才能液化。因為天然氣通常是一種氣體混合物，因此它是在一定溫度范圍內(nèi)液化。天然氣的臨界溫度一般為約-121°F～約-80°F。通常，在大氣壓下，天然氣組合物的液化溫度范圍為約-265°F～約-247°F。由于制冷裝置占LNG設(shè)備成本的顯著部分，因此，人們?yōu)榱私档椭评涑杀疽呀?jīng)付出了相當(dāng)多的努力。
各種制冷循環(huán)已經(jīng)被用于液化天然氣，其中最常見的三種循環(huán)是階式循環(huán)，它利用多種漸進(jìn)式排列的單組分制冷劑和熱交換器來將氣體溫度降低至液化溫度；膨脹器循環(huán)，它使氣體從高壓膨脹至低壓來相應(yīng)地降低溫度；和多組分制冷循環(huán)，它利用多組分制冷劑和專業(yè)設(shè)計的熱交換器來液化天然氣。
在很多情況下，也可使天然氣液化，以將其儲存在需要天然氣的地區(qū)附近，例如在居住人口密集地區(qū)，這些地區(qū)在冬季對天然氣的需求量超過了通過管道系統(tǒng)可提供的量。在這種情況下，可將液化天然氣儲存于儲罐、地下儲洞等中，這樣，在天然氣高峰負(fù)荷月份就可以使用這些液化天然氣。為了儲存而液化這種氣體的設(shè)備可稍微小于那些為了船運到市場而在偏遠(yuǎn)地區(qū)液化天然氣的設(shè)備等。
其它氣體也被液化，但是頻率稍微低一些。這些氣體可通過上述工藝來進(jìn)行液化。
以前，象天然氣這樣的物質(zhì)已經(jīng)通過下列工藝來進(jìn)行液化，例如于1977年7月5日授予Leonard K.Swenson的美國專利4,033,735，和于1997年8月19日授予Brian C.Price的美國專利5,657,643，在這里整體引入這兩個專利作為參考。在這些工藝中使用了一種單混合制冷劑。與其它工藝?yán)珉A式系統(tǒng)相比，這些工藝具有許多優(yōu)點，它們所需設(shè)備比階式工藝設(shè)備價格更便宜，操作更簡單。令人遺憾的是，單混合制冷劑工藝所需動力稍微大于階式系統(tǒng)。
階式系統(tǒng)例如1974年12月24日授予Simon等人的美國專利3,855,810中所列系統(tǒng)，主要是利用多制冷區(qū)，在多制冷區(qū)中蒸發(fā)沸點降低的制冷劑來制備冷卻劑。在這些系統(tǒng)中，一般是將沸點最高的制冷劑單獨地或與其它制冷劑一起壓縮、冷凝和分離，以在第一制冷區(qū)中進(jìn)行冷卻。然后，將經(jīng)過壓縮和冷卻的沸點最高的制冷劑進(jìn)行閃蒸，以提供冷制冷流，用于冷卻第一制冷區(qū)中被壓縮的沸點最高的制冷劑。在第一制冷區(qū)中，某些沸點較低的制冷劑也可被冷卻，然后經(jīng)冷凝和蒸發(fā)后，用作第二或后續(xù)制冷區(qū)等中的冷卻劑。因此，該工藝主要是壓縮沸點最高的制冷劑，這比壓縮全部單混合制冷流更有效。但是應(yīng)注明的是，這些工藝所需設(shè)備更加昂貴。
為了降低單混合制冷劑工藝的設(shè)備成本和操作難度，人們已經(jīng)進(jìn)行了不懈地努力來改善這種工藝，其中，動力需求已經(jīng)降低，并且工藝靈活性已經(jīng)增大。
發(fā)明概述本發(fā)明提供了一種改善閉合回路混合制冷劑工藝效率的方法，用于使流體材料由超過200°F的溫度冷卻到低于約-200°F的溫度。
該方法包括將從閉合回路混合制冷劑工藝的制冷區(qū)排出的液體流體材料的溫度調(diào)節(jié)至為約-200～約-245°F，降低該液體流體材料壓力以使其溫度降低至小于約-245°F并制備一種閃蒸氣體，從上述液體流體材料中至少分離大部分閃蒸氣體，將至少部分閃蒸氣體加熱至溫度高于約40°F，將至少部分加熱閃蒸氣體壓縮至壓力至少等于加入制冷區(qū)的流體材料壓力，和合并至少部分壓縮加熱閃蒸氣體與加入制冷區(qū)的流體材料。
該方法還包括一種通過在閉合回路制冷循環(huán)中與單混合制冷劑的熱交換來提高閉合回路混合制冷劑工藝效率和靈活性的方法，用于使流體材料由超過200°F的溫度冷卻至低于約-200°F的溫度，該工藝包括壓縮一種氣態(tài)混合制冷劑以制備壓縮混合制冷劑，冷卻該壓縮混合制冷劑，將冷卻壓縮混合制冷劑加入制冷區(qū)并在該制冷區(qū)中冷卻該壓縮混合制冷劑，以制備基本為液態(tài)的混合制冷劑；使該液態(tài)混合制冷劑通過膨脹閥以制備一種低溫制冷劑，將該低溫制冷劑與冷卻壓縮混合制冷劑和流體材料進(jìn)行逆流熱交換，以制備基本為液態(tài)的混合制冷劑、基本為液態(tài)的流體材料和氣態(tài)混合制冷劑，該方法包括將液體流體材料的溫度調(diào)節(jié)至為約-200～約-245°F，降低該液體流體材料壓力以使其溫度降低至小于約-245°F并制備一種閃蒸氣體，從上述液體流體材料中至少分離大部分閃蒸氣體，將至少部分閃蒸氣體加熱至溫度高于約40°F，將至少部分加熱閃蒸氣體壓縮至高于流體材料進(jìn)入制冷區(qū)的入口壓力；和合并至少部分壓縮加熱閃蒸氣體與加入制冷區(qū)的流體材料。
本發(fā)明還包括一種閉合回路單混合制冷劑工藝，用于通過在閉合回路制冷循環(huán)中與單混合制冷劑的熱交換來使流體材料由超出200°F的溫度冷卻至低于約-200°F的溫度，該工藝包括壓縮一種氣態(tài)混合制冷劑以制備壓縮混合制冷劑，冷卻該壓縮混合制冷劑以制備冷卻壓縮制冷劑，將冷卻壓縮制冷劑加入制冷區(qū)并在制冷區(qū)中進(jìn)一步冷卻該冷卻壓縮制冷劑，以制備基本上為液體的混合制冷劑，使該液體混合制冷劑通過膨脹閥以制備一種低溫制冷劑，將該低溫制冷劑與冷卻壓縮制冷劑和流體材料進(jìn)行逆流熱交換，以制備基本液體的混合制冷劑、溫度為約-200～約-245°F的冷卻的基本液體流體材料和氣態(tài)混合制冷劑，將該氣態(tài)混合制冷劑再循環(huán)至壓縮步驟，降低上述基本液體流體材料壓力以使其溫度進(jìn)一步降低至小于約-245°F并制備一種閃蒸氣體，從上述液體流體材料中至少分離大部分閃蒸氣體以制備分離閃蒸氣體，將至少部分分離閃蒸氣體加熱至溫度高于約40°F以制備加熱分離閃蒸氣體，將至少部分上述加熱分離閃蒸氣體壓縮至高于加入制冷區(qū)的流體材料壓力以制備壓縮部分，和合并至少部分加熱分離閃蒸氣體的壓縮部分和流體材料。
本發(fā)明進(jìn)一步包括一種閉合回路單混合制冷劑系統(tǒng)，用于通過在閉合回路制冷循環(huán)中與單混合制冷劑的熱交換來使流體材料由超出200°F的溫度冷卻至低于約-200°F的溫度，該系統(tǒng)包括混合制冷劑吸入桶，入口與混合制冷劑吸入桶的氣態(tài)混合制冷劑出口流體相連的壓縮機(jī)，入口與壓縮機(jī)出口流體相連的冷凝器，入口與第一冷凝器出口流體相連的制冷劑分離器，制冷容器，它包括與制冷劑分離器的氣態(tài)制冷劑出口和液體制冷劑出口流體相連的第一熱交換通路，與流體材料源流體相連的第二熱交換通路，在制冷容器中與第一熱交換通路和第二熱交換通路逆流排列的第三熱交換通路，和與第一熱交換通路出口和第三熱交換通路入口流體相連的膨脹閥，與第三熱交換通路出口和混合制冷劑吸入桶入口流體相連的再循環(huán)制冷劑管線，與第二熱交換通路出口相連的液化流體材料管線，與液化流體材料管線流體相連并具有液化流體材料出口的膨脹器，入口與減壓液化流體材料出口流體相連并具有閃蒸氣體出口和液化流體材料出口的閃蒸桶，入口與閃蒸氣體出口流體相連并具有加熱閃蒸氣體出口的熱交換器，和與加熱閃蒸氣體出口流體相連并具有與第二熱交換通路流體相連的再循環(huán)閃蒸氣體出口和第二閃蒸氣體出口的閃蒸氣體壓縮機(jī)。
附圖簡述

圖1公開了一種現(xiàn)有技術(shù)的閉合回路混合制冷劑工藝；圖2列出了本發(fā)明的閉合回路混合制冷劑工藝；圖3是一張圖1所示現(xiàn)有技術(shù)工藝的產(chǎn)物回收部分的更加詳細(xì)的草圖；和圖4是一張圖3所示工藝的產(chǎn)物回收部分的更加詳細(xì)的草圖。
優(yōu)選實施方案描述在各圖的描述中，將采用相同序號來表示全部相應(yīng)部件。圖中并未列出獲得所需流分所必需的所有閥和泵等，因為它們對本發(fā)明描述而言不是必需的。
圖1中列出了現(xiàn)有技術(shù)的單混合制冷劑閉合回路系統(tǒng)。將混合制冷劑從制冷劑吸入桶10中吸出，通過管線12進(jìn)入壓縮機(jī)14。在壓縮機(jī)14中壓縮上述混合制冷劑，經(jīng)管線16排出并進(jìn)入充當(dāng)制冷劑冷凝器的熱交換器18，在這里通過與例如水或空氣等制冷劑的熱交換來冷卻該混合制冷劑。然后，冷卻的壓縮混合制冷劑經(jīng)管線22進(jìn)入制冷劑分離器24，在這里制冷劑被分成液態(tài)制冷劑部分和氣態(tài)制冷劑部分。氣態(tài)制冷劑經(jīng)管線26進(jìn)入制冷劑和流體材料熱交換器36。液態(tài)制冷劑從分離器24排出，經(jīng)管線32進(jìn)入泵30，在這里制冷劑經(jīng)管線34被泵抽至與管線26的結(jié)合處，然后經(jīng)管線28重新組成壓縮混合制冷劑。然后，將該混合制冷劑通過熱交換器36。壓縮混合制冷劑經(jīng)流路38通過熱交換器36，進(jìn)入卸出線40。在熱交換器36中根據(jù)需要將混合制冷劑冷卻至使其經(jīng)熱交換器進(jìn)入管線40時完全為液體的溫度。除去通過通路38和管線40時的管線損耗，管線40中制冷劑的壓力基本上與管線28中的壓力相同。使上述混合制冷劑通過膨脹閥42，在這里足量液態(tài)混合制冷劑被閃蒸，以使混合制冷劑溫度降低至所需溫度。天然氣液化所需溫度一般是熱交換器出口溫度為約-230°F～約-275°F。通常，溫度約為-235°F。通過膨脹閥42使壓力降低至為約50～約75psia。經(jīng)流路46通過熱交換器36時，低壓混合制冷劑沸騰，因此當(dāng)被排入管線50中時，混合制冷劑為氣態(tài)。在排入管線50時，混合制冷劑基本上被蒸發(fā)。通過管線50的氣態(tài)混合制冷劑經(jīng)管線50進(jìn)入制冷劑吸入桶10。如果任何痕量液態(tài)制冷劑經(jīng)管線50被回收，可使其在制冷劑吸入桶10中積聚，在這里它們最終蒸發(fā)并剩余一部分混合制冷劑經(jīng)管線12進(jìn)入壓縮機(jī)14。
盡管其它氣體也可通過上述工藝來進(jìn)行液化，但是天然氣是最普通的液化氣。天然氣一般是干燥的并可經(jīng)過處理，除去例如硫化合物和二氧化碳等物質(zhì)。天然氣經(jīng)管線48加入熱交換器36并且經(jīng)熱交換通路52通過熱交換器36?？蓮臒峤粨Q器36的中間點處抽出天然氣流并輸送至重質(zhì)液體分離器部件(未列出)，在這里含6個或更多碳原子的烴類被優(yōu)先分離和回收，而天然氣則由分離器返回到熱交換器36的熱交換通路52中。在某些情況下，為了用作產(chǎn)物或基于其它原因，可能需要在分離器中除去C2-C5+流。合適的重質(zhì)液體分離器部件的用途和操作列于美國專利4,033,735中，前面已引入作為參考。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)熟知這些重質(zhì)材料的分離。在某些情況下，當(dāng)天然氣被冷卻成液相時，天然氣中的重質(zhì)材料將在通路52中凍結(jié)，這就必須從天然氣流中分離出這些重質(zhì)材料。除去這些在通路52中會凝固的化合物，這樣，這些重質(zhì)材料將不存在或者其存在量足夠小，因此在通路52中就不會產(chǎn)生固體材料沉淀。
在通常為約-230～約-275°F的溫度下，經(jīng)管線54從熱交換器36中回收液化天然氣。然后，上述液化天然氣經(jīng)管線54進(jìn)入膨脹閥、水輪機(jī)或其它膨脹裝置，或它們的組合裝置，這里指的是膨脹器56，在該膨脹器中液化天然氣閃蒸至較低壓力，在壓力約為1大氣壓的條件下可將液化天然氣溫度降低至約為-260°F。在該溫度條件下，液化天然氣可適當(dāng)儲存，可在大氣壓下為約-250～約-260°F保持為液態(tài)。如前面所注明的，這種方法描述于美國專利4,033,735中，前面已經(jīng)引入作為參考。
從膨脹器56中回收的流分經(jīng)管線58進(jìn)入分離器60，其中，閃蒸氣流通過管線66進(jìn)行回收，液化天然氣通過管線62進(jìn)行回收并進(jìn)入儲藏庫64。管線66中的流分在熱交換器68中一般被加熱至溫度為約40～約130°F，優(yōu)選為約70～約120°F，并進(jìn)入壓縮機(jī)72，在這里它被壓縮至用作燃料氣體或類似物的合適壓力。
在前面同樣已經(jīng)引入作為參考的美國專利5,657,643中列出了一種改進(jìn)工藝，其中，采用了許多壓縮機(jī)和中間冷卻器。
根據(jù)本發(fā)明，如圖2所示，進(jìn)入壓縮機(jī)72的閃蒸氣流被壓縮至足夠大壓力，以使部分閃蒸氣體經(jīng)管線78和閥80返回到管線48中，其中，入口流體材料或天然氣流通過該管線進(jìn)入熱交換器36。通過管線74來回收一部分加熱壓縮氣體并使其經(jīng)過閥76用作燃料或其它用途。
在閉合回路混合制冷劑工藝的使用中，當(dāng)工藝設(shè)備安裝好時，可壓縮量一般是固定的。因此，熱交換器36的制冷量受已安裝壓縮設(shè)備的限制而固定。根據(jù)本發(fā)明，如果經(jīng)管線54回收的液化流體材料或天然氣溫度增加約30～約75°F，則可在分離器60中回收額外的閃蒸氣體。以前，必須限制管線54中的流分溫度，以使制得的閃蒸氣體量等同于LNG設(shè)備中燃料氣的需要，或者等同于該地區(qū)天然氣的其它消費需要。一般而言，這種液化廠修建在偏遠(yuǎn)地區(qū)，在這里除了驅(qū)動LNG設(shè)備自身之外，對天然氣沒有別的需求。因此，必須使管線54中的液化天然氣保持較低溫度(約-230～約-275°F)，以使通過閃蒸制備的閃蒸氣體量基本上等于設(shè)備操作所需的天然氣量。必須分離閃蒸氣體，將其加熱至合適溫度并壓縮至適當(dāng)壓力，以供使用。
通常，視氣體制備過程中的壓力和輸送至原料管道中的壓力等而定，加入到這類設(shè)備中的天然氣壓力可以有很大變化。典型的壓力為約250～約1500psig，更普通的壓力為約400～約1300psig。如果在該壓力下將液化天然氣閃蒸至極低壓力，例如為約0～約50psig，優(yōu)選為約2～約15psig，則可蒸發(fā)顯著量的閃蒸氣體。因此，經(jīng)閃蒸后液化天然氣溫度降低了約10～約70°F。閃蒸氣體量由壓力降低時液化天然氣的溫度所決定。合乎需求的是，選擇管線54中的液化天然氣溫度，使其只閃蒸足量的用作設(shè)備燃料氣的閃蒸氣體，并提供管線62中的液化天然氣，以在1大氣壓和溫度低于約-250°F的條件下儲存，優(yōu)選溫度為約-250～約-260°F。
這嚴(yán)格限制了設(shè)備的操作參數(shù)。除非在設(shè)備附近對閃蒸氣體有顯著需求，否則必須將管線54中的液化天然氣冷卻至較低溫度。
根據(jù)本發(fā)明，管線54中的液化天然氣流溫度增加了大約30～75°F(即從約為-230～-275°F增加至約為-200～-245°F)，因此在LNG膨脹器56中閃蒸了相當(dāng)大量的天然氣。優(yōu)選管線54中的溫度范圍約為-215～-235°F。然后使該流分經(jīng)管線58進(jìn)入分離器60，在這里通過管線66來回收增量的天然氣(閃蒸氣體)并進(jìn)入熱交換器68。根據(jù)需要將溫度升高至適當(dāng)溫度，即一般約為40～130°F，優(yōu)選約為70～120°F，然后使上述氣體進(jìn)入壓縮機(jī)72。在壓縮機(jī)72中將閃蒸氣體壓縮至一定壓力，使其足以用作燃料氣并足以使部分閃蒸氣體返回入口天然氣流，經(jīng)管線48進(jìn)入熱交換器36，其中，該壓縮機(jī)是一種獨立驅(qū)動的壓縮機(jī)，它可以是電驅(qū)動的或是由氣體渦輪機(jī)等所驅(qū)動的。
通過這種工藝，由于壓縮再循環(huán)流分的壓縮機(jī)72中的壓縮量增加，就可獲得額外制冷量。因此，管線54中的液化天然氣可采用較高溫度，這增加了熱交換器36的效率，其原因在于熱交換器36中的熱交換動力是熱交換器36中的天然氣流至少在最低溫度下獲得的，并且熱交換器36的熱交換量受壓縮機(jī)14可達(dá)到的壓縮量所限制。因為熱交換器36的熱負(fù)荷隨管線54中溫度的增加而降低，所以通過相同設(shè)備可加工更大量的天然氣。較高溫度的結(jié)果是更多閃蒸氣體被回收，但是通過如前面所討論的再壓縮和再循環(huán)，這種氣體可以很容易地進(jìn)行再循環(huán)。通過使用壓縮機(jī)72，可以增加固定設(shè)備的容量，視燃料氣等需要而定，可用該壓縮機(jī)壓縮不同量的閃蒸氣體。此外，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，通過使用本發(fā)明的方法，還可獲得更大的工藝效率。
實施例對比工藝列于圖3和4。圖3所示工藝是與圖1所示工藝相同的現(xiàn)有技術(shù)工藝。圖3稍微詳細(xì)地列出了天然氣回收部件的工藝。管線62中列出了泵82，并列出了燃料氣處理部件84，制冷劑處理部件作為86列出。
圖4是可對比的、更詳細(xì)的本發(fā)明工藝描述。
圖3所示工藝對比實施方案和圖4所示工藝被詳細(xì)列于表1中。
表1
應(yīng)注明的是，圖4所示實施方案中管線54中的溫度已經(jīng)增加。仍然在相同溫度和壓力下于管線62中制備天然氣。類似地，仍然在相同溫度和壓力下于管線74中制備燃料氣。在所列實施方案中，雖然制備了等量的液化天然氣，但是與圖3相比，圖4中操作總工藝所需的動力降低了大約2.4％。
如上所述，本發(fā)明方法可增加閉合回路混合制冷劑工藝操作的效率和靈活性。上述實施例清楚表明工藝效率得到了提高，其本質(zhì)在于，如果需要，在增加管線54中的溫度的情況下，可增加熱交換器36中所制備的液化天然氣量。
雖然參照優(yōu)選實施方案描述了本發(fā)明，但是應(yīng)當(dāng)指出，上述實施方案的本質(zhì)只是闡述性的，而非限制性的，并且在本發(fā)明范圍內(nèi)的若干變化和修改是可能的。在回顧上述優(yōu)選實施方案描述的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)理解這些變化和修改是顯而易見的和合乎需要的。
權(quán)利要求
1.一種改善閉合回路混合制冷劑工藝效率的方法，用于使液體材料溫度由超過200°F冷卻至低于約-200°F，該方法包括a)將從閉合回路混合制冷劑工藝制冷區(qū)排出的液態(tài)流體材料溫度從約30～約75°F調(diào)節(jié)至約-200～約-245°F；b)降低該液態(tài)流體材料壓力，以使其溫度降低至小于約-245°F并制備一種閃蒸氣體；c)從上述液態(tài)流體材料中至少分離大部分閃蒸氣體；d)將至少部分閃蒸氣體加熱至溫度高于約40°F；e)將至少部分加熱閃蒸氣體壓縮至壓力至少等于加入制冷區(qū)的流體材料壓力；和，f)使至少部分壓縮加熱閃蒸氣體與加入制冷區(qū)的流體材料合并。
2.權(quán)利要求1的方法，其中，所述流體材料是天然氣。
3.權(quán)利要求2的方法，其中，所述液態(tài)流體材料的壓力被降低至低于約50psia。
4.權(quán)利要求3的方法，其中，所述壓力被降低至低于約10psia。
5.權(quán)利要求1的方法，其中，所述液態(tài)流體材料溫度被降低至至少約為-250°F。
6.權(quán)利要求1的方法，其中，所述液態(tài)流體材料溫度被降低至至少約為-260°F。
7. 一種提高閉合回路混合制冷劑工藝的效率和靈活性的方法，通過在閉合回路制冷循環(huán)中與單混合制冷劑的熱交換，用于使液體材料溫度由超過200°F冷卻至低于約-200°F，該工藝包括壓縮氣態(tài)混合制冷劑以制備壓縮氣態(tài)混合制冷劑，冷卻該壓縮混合制冷劑，將上述冷卻壓縮混合制冷劑加入制冷區(qū)并在制冷區(qū)中冷卻該壓縮混合制冷劑，以制備基本為液態(tài)的混合制冷劑；使該液態(tài)混合制冷劑通過膨脹閥以制備低溫制冷劑，使該低溫制冷劑與冷卻壓縮混合制冷劑和流體材料進(jìn)行逆流熱交換，以制備基本為液態(tài)的混合制冷劑、基本為液態(tài)的流體材料和氣態(tài)混合制冷劑，該方法包括a)將上述液態(tài)流體材料溫度從約30～約75°F調(diào)節(jié)至約-200～約-245°F；b)降低該液態(tài)流體材料壓力，以使其溫度降低至小于約-245°F，并制備閃蒸氣體；c)從上述液態(tài)流體材料中至少分離大部分閃蒸氣體；d)將至少部分閃蒸氣體加熱至溫度高于約40°F；e)將至少部分加熱閃蒸氣體壓縮至壓力大于進(jìn)入制冷區(qū)的流體材料壓力；和，f)使至少部分壓縮加熱閃蒸氣體與加入制冷區(qū)的流體材料合并。
8.權(quán)利要求7的方法，其中，所述流體材料是天然氣。
9.權(quán)利要求8的方法，其中，所述液態(tài)流體材料的壓力被降低至低于約50psia。
10.權(quán)利要求9的方法，其中，所述壓力被降低至低于約10psia。
11.權(quán)利要求7的方法，其中，所述液態(tài)流體材料溫度被降低至至少約為-250°F。
12.權(quán)利要求7的方法，其中，所述液態(tài)流體材料溫度被降低至至少約為-260°F。
13.一種閉合回路單混合制冷劑工藝，用于通過在閉合回路制冷循環(huán)中與單混合制冷劑的熱交換，使流體材料溫度由超過200°F冷卻至低于約-200°F，該工藝包括a)壓縮氣態(tài)混合制冷劑以制備壓縮氣態(tài)混合制冷劑；b)冷卻該壓縮混合制冷劑以制備冷卻壓縮制冷劑；c)將上述冷卻壓縮制冷劑加入制冷區(qū)并冷卻該冷卻壓縮制冷劑，以制備基本為液態(tài)的混合制冷劑；d)使該液態(tài)混合制冷劑通過膨脹閥以制備低溫制冷劑；e)在壓力至少約為50psi的條件下，使該低溫制冷劑與冷卻壓縮制冷劑和流體材料進(jìn)行逆流熱交換，以制備基本為液態(tài)的混合制冷劑、溫度為約-200～約-245°F的基本為液態(tài)的流體材料和氣態(tài)混合制冷劑；f)將該氣態(tài)混合制冷劑再循環(huán)至壓縮步驟；g)降低上述基本為液態(tài)的流體材料的壓力，以使其溫度進(jìn)一步降低至小于約-245°F并制備閃蒸氣體；h)從上述液態(tài)流體材料中至少分離大部分閃蒸氣體，以制備分離閃蒸氣體；i)將至少部分分離閃蒸氣體加熱至溫度為約40～約130°F，以制備加熱分離閃蒸氣體；j)將至少部分上述加熱分離閃蒸氣體壓縮至高于加入制冷區(qū)的流體材料壓力，以制備壓縮部分；和，k)使至少部分加熱分離閃蒸氣體的壓縮部分和流體材料合并。
14.權(quán)利要求13的方法，其中，所述流體材料是天然氣。
15.權(quán)利要求14的方法，其中，所述液態(tài)流體材料的壓力被降低至低于約50psia。
16.權(quán)利要求15的方法，其中，所述壓力被降低至低于約10psia。
17.權(quán)利要求13的方法，其中，所述液態(tài)流體材料溫度被降低至至少約為-250°F。
18.一種閉合回路單混合制冷劑系統(tǒng)，用于通過在閉合回路制冷循環(huán)中與單混合制冷劑的熱交換，使液體材料溫度由超過200°F冷卻至低于約-200°F，該系統(tǒng)包括a)混合制冷劑吸入桶；b)入口與混合制冷劑吸入桶的氣態(tài)混合制冷劑出口流體相連的壓縮機(jī)；c)入口與壓縮機(jī)出口流體相連的熱交換器；d)入口與熱交換器出口流體相連的制冷劑分離器；e)制冷容器，包括與制冷劑分離器的氣態(tài)制冷劑出口和制冷劑分離器的液態(tài)制冷劑出口流體相連的第一熱交換通路，與流體材料源流體相連的第二熱交換通路，在制冷容器中與第一熱交換通路和第二熱交換通路逆流排列的第三熱交換通路，和與第一熱交換通路出口和第三熱交換通路入口流體相連的膨脹閥；f)與第三熱交換通路出口和混合制冷劑吸入桶入口流體相連的再循環(huán)制冷劑管線；g)與第二熱交換通路出口流體相連的液化流體材料管線；h)與液化流體材料管線流體相連并具有減壓液化流體材料出口的膨脹器；i)入口與上述減壓液化流體材料出口流體相連并具有閃蒸氣體出口流體和液態(tài)流體材料出口的閃蒸桶；j)入口與上述閃蒸氣體出口流體相連并具有加熱閃蒸氣體出口的熱交換器；和，k)與上述加熱閃蒸氣體出口流體相連并具有與第二熱交換通路流體相連的再循環(huán)閃蒸氣體出口和第二閃蒸氣體出口的閃蒸氣體壓縮機(jī)。
19.權(quán)利要求18的系統(tǒng)，其中，所述壓縮機(jī)包含許多壓縮機(jī)。
20.權(quán)利要求18的系統(tǒng)，其中，所述流體材料是天然氣。
全文摘要
一種閉合回路單混合制冷劑工藝和系統(tǒng)，其中，通過提高熱交換制冷區(qū)中所制備的液化材料溫度，然后通過閃蒸部分液化材料來冷卻上述液化材料，以制備進(jìn)一步冷卻的液化材料和一部分被循環(huán)至熱交換制冷器的閃蒸氣體，從而提高了工藝效率。該工藝和系統(tǒng)提高了工藝的效率和靈活性。
文檔編號F25J1/02GK1451090SQ0181089
公開日2003年10月22日 申請日期2001年6月8日 優(yōu)先權(quán)日2000年6月9日
發(fā)明者S·D·霍夫阿特, B·C·布萊斯 申請人:布拉克及維特奇普里特查德有限公司