專(zhuān)利名稱(chēng)：用于天然氣液化的改進(jìn)的驅(qū)動(dòng)器和壓縮機(jī)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種使天然氣液化的方法和裝置。另一方面，本發(fā)明涉及一種用于階式天然氣液化裝置的改進(jìn)的驅(qū)動(dòng)器和壓縮機(jī)配置。
背景技術(shù)：
通常對(duì)天然氣進(jìn)行低溫液化以將天然氣轉(zhuǎn)換成更便于運(yùn)輸和儲(chǔ)存的形式。這樣的液化方法可使體積減小大約600倍，并且可得到可在接近大氣壓力下儲(chǔ)存和運(yùn)輸?shù)漠a(chǎn)品。
為將所存儲(chǔ)的天然氣取出，經(jīng)常是用管道將天然氣從供給源運(yùn)輸?shù)揭贿h(yuǎn)方的市場(chǎng)。這樣需要管道在基本恒定且高的負(fù)荷系數(shù)下操作，但是該管道的輸送能力或容量常常會(huì)超過(guò)需求，而在其它時(shí)候需求可能超過(guò)管道的輸送能力。為了消除需求超過(guò)供給時(shí)的峰值或供給超過(guò)需求時(shí)的谷值，需要以當(dāng)供給超過(guò)需求時(shí)仍可輸送過(guò)量氣體的方式來(lái)儲(chǔ)存過(guò)量氣體。這種方法使得可以用所儲(chǔ)存的物質(zhì)來(lái)填補(bǔ)將來(lái)的需求峰值。實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)的一種可行方法是將天然氣轉(zhuǎn)化為液態(tài)以便儲(chǔ)存，然后在需要時(shí)使該液體汽化。
當(dāng)從一與待供應(yīng)的市場(chǎng)距離非常遠(yuǎn)的供給源輸送天然氣并且沒(méi)有管道或者管道不實(shí)用時(shí)，對(duì)天然氣進(jìn)行液化更加重要。這在必須使用遠(yuǎn)洋輪船運(yùn)輸時(shí)尤其如此。通常在氣態(tài)下進(jìn)行輪船運(yùn)輸是不可行的，因?yàn)樾枰罅考訅阂源蟠鬁p小氣體的比容。該加壓需要使用較昂貴的儲(chǔ)存容器。
為了儲(chǔ)存和運(yùn)輸液態(tài)天然氣，優(yōu)選地將天然氣冷卻到-151℃到-162℃(-240°F到-260°F)，其中液態(tài)天然氣(LNG)的蒸汽壓力接近大氣壓力?，F(xiàn)有技術(shù)中有許多用于使天然氣液化的系統(tǒng)，其中通過(guò)使天然氣在高壓下依次通過(guò)多個(gè)冷卻階段，從而依次將天然氣冷卻到更低的溫度直到達(dá)到液化溫度，來(lái)使天然氣液化。通常通過(guò)與一種或多種制冷劑例如丙烷、丙烯、乙烷、乙烯、甲烷、氮或前述制冷劑的組合(例如，混合制冷系統(tǒng))進(jìn)行熱交換來(lái)實(shí)現(xiàn)冷卻。一種尤其可用于本發(fā)明的液化方法是采用一開(kāi)放式的甲烷循環(huán)作為最終的制冷循環(huán)，其中加壓的LNG運(yùn)載流被閃蒸，然后該閃蒸蒸汽(即閃蒸氣流)被用作制冷劑、被重新壓縮、冷卻、與處理過(guò)的天然氣原料流混合并被液化，從而生成被加壓的LNG運(yùn)載流。
當(dāng)設(shè)計(jì)一種天然氣液化裝置時(shí)必須考慮五個(gè)關(guān)鍵的經(jīng)濟(jì)方面的激勵(lì)1)資本費(fèi)用；2)運(yùn)行費(fèi)用；3)可用性；4)生產(chǎn)效率；以及5)熱效率。資本費(fèi)用和運(yùn)行費(fèi)用是用于分析方案在經(jīng)濟(jì)上的可行性的常用的金融標(biāo)準(zhǔn)。但是可用性、生產(chǎn)效率以及熱效率則是應(yīng)用于利用復(fù)雜的設(shè)備和熱能以特定的速率生產(chǎn)特定量的產(chǎn)品的方案的較不普遍的標(biāo)準(zhǔn)。在天然氣液化領(lǐng)域，“可用性”僅是對(duì)該裝置在線(即生產(chǎn)LNG)的時(shí)間量的度量，而與在該裝置在線時(shí)生產(chǎn)的LNG的量無(wú)關(guān)。LNG裝置的“生產(chǎn)效率”是對(duì)該裝置在線并以全部設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力進(jìn)行生產(chǎn)的時(shí)間的度量。LNG裝置的“熱效率”是對(duì)該裝置生產(chǎn)特定量的LNG所耗費(fèi)的能量的度量。
LNG裝置中的壓縮機(jī)和機(jī)械驅(qū)動(dòng)器(例如燃?xì)廨啓C(jī)、蒸汽輪機(jī)、電動(dòng)機(jī)等)的配置對(duì)該裝置的資本費(fèi)用、運(yùn)行費(fèi)用、可用性、生產(chǎn)效率以及熱效率有很大的影響。通常，隨著在LNG裝置中壓縮機(jī)和驅(qū)動(dòng)器的數(shù)量的增加，該裝置的可用性也會(huì)因?yàn)樵撗b置可在更大比例的時(shí)間內(nèi)在線而增加。這種可用性的增加可通過(guò)一“兩套配置(two-trains-in-one)”的設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)，其中一制冷循環(huán)的(多個(gè))壓縮機(jī)平行地連接到該制冷循環(huán)中，從而如果一個(gè)壓縮機(jī)出現(xiàn)故障，則該制冷循環(huán)可在容量減小的情況下繼續(xù)工作。該“兩套配置”設(shè)計(jì)中所要求的重復(fù)配置的一個(gè)缺點(diǎn)是壓縮機(jī)和驅(qū)動(dòng)器的數(shù)量必然會(huì)增加，從而增加該方案的資金成本。
還已知，通過(guò)從LNG裝置的特定的發(fā)熱操作回收熱量并將該回收的熱量傳送給該裝置的耗熱操作，可提高天然氣液化裝置的熱效率。但是，這些增加的熱量回收系統(tǒng)所需的設(shè)備、管道系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)的費(fèi)用會(huì)使得LNG裝置的資本費(fèi)用大大增加。
因此，很明顯，對(duì)于所有LNG裝置的設(shè)計(jì)而言存在資本費(fèi)用、運(yùn)行費(fèi)用、可用性、生產(chǎn)效率和熱效率之間的平衡。提供一種在經(jīng)濟(jì)上有競(jìng)爭(zhēng)力的LNG裝置的關(guān)鍵是給出一種利用資本費(fèi)用、運(yùn)行費(fèi)用、可用性、生產(chǎn)效率和熱效率之間的最佳平衡的設(shè)計(jì)。
需要提供一種新的具有最優(yōu)的驅(qū)動(dòng)器和壓縮機(jī)配置的天然氣液化系統(tǒng)，該系統(tǒng)可使得資本費(fèi)用和運(yùn)行費(fèi)用最小，同時(shí)可用性、生產(chǎn)效率和熱效率最大。
此外，需要提供一種新的具有一廢熱回收系統(tǒng)的天然氣液化系統(tǒng)，該系統(tǒng)可大大提高熱效率而不會(huì)顯著增加資本費(fèi)用或運(yùn)行費(fèi)用。
應(yīng)指出，上述要求是示例性的，并且不是全部要由本發(fā)明來(lái)實(shí)現(xiàn)。從下面的說(shuō)明和附圖中可清楚地了解本發(fā)明的其它目標(biāo)和優(yōu)點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
因此，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，提供一種用于使天然氣液化的方法，其包括以下步驟(a)使用第一燃?xì)廨啓C(jī)驅(qū)動(dòng)第一壓縮機(jī)，從而壓縮第一制冷循環(huán)的第一制冷劑；(b)使用第二燃?xì)廨啓C(jī)驅(qū)動(dòng)第二壓縮機(jī)，從而壓縮該第一制冷循環(huán)的該第一制冷劑；(c)使用第一蒸汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)第三壓縮機(jī)，從而壓縮第二制冷循環(huán)的第二制冷劑；以及(d)使用第二蒸汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)第四壓縮機(jī)，從而壓縮該第二制冷循環(huán)的該第二制冷劑。
在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，提供一種用于使天然氣液化的方法，其包括以下步驟(a)使用第一燃?xì)廨啓C(jī)驅(qū)動(dòng)第一壓縮機(jī)和第二壓縮機(jī)，從而分別在該第一和第二壓縮機(jī)中壓縮第一制冷劑和第二制冷劑；(b)使用第二燃?xì)廨啓C(jī)驅(qū)動(dòng)第三壓縮機(jī)和第四壓縮機(jī)，從而分別在該第三和第四壓縮機(jī)中壓縮該第一制冷劑和該第二制冷劑；(c)從該第一和第二燃?xì)廨啓C(jī)中的至少一個(gè)回收廢熱；(d)利用至少一部分該回收的廢熱以協(xié)助向第一蒸汽輪機(jī)提供動(dòng)力；以及(e)在被該第一蒸汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)的第五壓縮機(jī)中壓縮第三制冷劑。
在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，提供一種用于使天然氣液化的方法，其包括以下步驟(a)在由第一燃?xì)廨啓C(jī)驅(qū)動(dòng)的第一壓縮機(jī)中壓縮第一制冷劑；(b)從該第一燃?xì)廨啓C(jī)回收廢熱；(c)利用至少一部分從該第一燃?xì)廨啓C(jī)回收的廢熱以協(xié)助向第一蒸汽輪機(jī)提供動(dòng)力；以及(d)在由該第一蒸汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)的第二壓縮機(jī)中壓縮第二制冷劑，其中該第二制冷劑主要包括甲烷。
在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，提供一種用于使天然氣液化的方法，其包括以下步驟(a)在由第一輪機(jī)(turbine)驅(qū)動(dòng)的第一壓縮機(jī)中壓縮第一制冷劑，其中該第一制冷劑主要包括選自丙烷、丙烯及其組合的碳?xì)浠衔铮?b)在由該第一輪機(jī)驅(qū)動(dòng)的第二壓縮機(jī)中壓縮第二制冷劑，其中該第二制冷劑主要包括選自乙烷、乙烯及其組合的碳?xì)浠衔铮?c)在第一冷卻器中用該第一制冷劑冷卻該天然氣；以及(d)在第二冷卻器中用該第二制冷劑冷卻該天然氣。
在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，提供一種用于使天然氣液化的方法，其包括以下步驟(a)使用至少一部分該天然氣作為第一制冷劑以冷卻該天然氣；(b)利用由第一蒸汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)的第一組壓縮機(jī)壓縮至少一部分該第一制冷劑；以及(c)利用由第二蒸汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)的第二組壓縮機(jī)壓縮至少一部分該第一制冷劑。
在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，提供一種用于使天然氣液化的裝置，其在多個(gè)級(jí)中使用多種制冷劑冷卻天然氣。該裝置包括第一、第二、第三、第四和第五壓縮機(jī)，第一和第二燃?xì)廨啓C(jī)、第一蒸汽輪機(jī)，以及熱量回收系統(tǒng)。該第一和第三壓縮機(jī)可用于壓縮第一制冷劑，該第二和第四壓縮機(jī)可用于壓縮第二制冷劑，而該第五壓縮機(jī)可用于壓縮第三制冷劑。該第一燃?xì)廨啓C(jī)驅(qū)動(dòng)該第一和第二壓縮機(jī)，該第二燃?xì)廨啓C(jī)驅(qū)動(dòng)該第三和第四壓縮機(jī)，而該第一蒸汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)該第五壓縮機(jī)。該熱量回收系統(tǒng)可用于從該第一和第二燃?xì)廨啓C(jī)中的至少一個(gè)回收廢熱，并利用該回收的廢熱協(xié)助向該第一蒸汽輪機(jī)提供動(dòng)力。
在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，提供一種用于使天然氣液化的裝置，該裝置使用至少一部分該天然氣作為第一制冷劑。該裝置包括第一和第二蒸汽輪機(jī)，以及第一組和第二組壓縮機(jī)。該第一組壓縮機(jī)由該第一蒸汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)并且可用于壓縮至少一部分該第一制冷劑。該第二組壓縮機(jī)由該第二蒸汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)并且可用于壓縮至少一部分該第一制冷劑。


下面將參照附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的一優(yōu)選實(shí)施例，在附圖中圖1是一用于LNG生產(chǎn)的階式制冷過(guò)程的簡(jiǎn)化流程圖，其中使用一種新的驅(qū)動(dòng)器/壓縮機(jī)配置和熱量回收系統(tǒng)。圖1中的標(biāo)號(hào)可總結(jié)如下100-199用于主要為甲烷的流的管道200-199用于主要為甲烷的流的設(shè)備和容器300-399用于主要為丙烷的流的管道400-499用于主要為丙烷的流的設(shè)備和容器500-599用于主要為乙烯的流的管道600-699用于主要為乙烯的流的設(shè)備和容器700-799驅(qū)動(dòng)器及相關(guān)設(shè)備800-899用于熱量回收、流的生成以及各種元件的管道和設(shè)備具體實(shí)施方式
在本文中，術(shù)語(yǔ)“開(kāi)放式循環(huán)階式制冷工藝”是指包括至少一個(gè)封閉式制冷循環(huán)和一個(gè)開(kāi)放式制冷循環(huán)的階式制冷工藝，其中在該開(kāi)放式循環(huán)中使用的制冷劑/冷卻劑的沸點(diǎn)低于在該封閉式循環(huán)中使用的一種或多種制冷劑的沸點(diǎn)，并且由該封閉式循環(huán)中的一個(gè)或多個(gè)循環(huán)提供使被壓縮的開(kāi)放式循環(huán)制冷劑/冷卻劑冷凝的一部分冷卻功率(cooling duty)。在本發(fā)明中，在開(kāi)放式循環(huán)中使用甲烷流或主要為甲烷的流作為制冷劑/冷卻劑。該流由處理過(guò)的天然氣原料流和被壓縮的開(kāi)放式的甲烷循環(huán)氣流構(gòu)成。
階式制冷工藝的設(shè)計(jì)包括在熱力效率和資本費(fèi)用之間實(shí)現(xiàn)平衡。在熱傳遞過(guò)程中，隨著加熱流體和冷卻流體之間的溫度梯度變小，熱力的不可逆性也減小，但是獲得這么小的溫度梯度通常需要顯著增加熱傳遞區(qū)域的量、對(duì)各種處理設(shè)備進(jìn)行大的修改并且適當(dāng)選擇通過(guò)該設(shè)備的流量，以便確保流量以及入口溫度和出口溫度均與所需的加熱/冷卻負(fù)荷相符合。
一種用于使天然氣液化的最高效和最有效的方法是使用一種與膨脹式冷卻相結(jié)合的優(yōu)化的階式操作。該液化過(guò)程包括在高壓例如大約4.30Mpa(625psia)下依次冷卻天然氣氣流，通過(guò)使氣流經(jīng)過(guò)多級(jí)丙烷循環(huán)、多級(jí)乙烷或乙烯循環(huán)以及開(kāi)放的甲烷循環(huán)來(lái)順序冷卻該氣流，該甲烷循環(huán)使用原料氣的一部分作為甲烷的來(lái)源，并且其中包括多級(jí)膨脹循環(huán)以進(jìn)一步冷卻該氣流并將壓力降低到接近大氣壓力。在冷卻循環(huán)的次序中，首先使用沸點(diǎn)最高的冷卻劑，然后使用沸點(diǎn)居中的冷卻劑，最后使用沸點(diǎn)最低的冷卻劑。在本文中，術(shù)語(yǔ)“丙烷冷卻器”是指使用其沸點(diǎn)與丙烷或丙烯的沸點(diǎn)相同或接近的制冷劑的冷卻系統(tǒng)。術(shù)語(yǔ)“乙烯冷卻器”是指使用其沸點(diǎn)與乙烷或乙烯的沸點(diǎn)相同或接近的制冷劑的冷卻系統(tǒng)。術(shù)語(yǔ)“上游”和“下游”用于說(shuō)明天然氣液化裝置的各種元件沿天然氣通過(guò)該裝置的流動(dòng)路徑的相對(duì)位置。
各種預(yù)處理步驟提供一種用于從輸送給該裝置的天熱氣原料流中除去不希望有的成分例如酸氣、硫醇、汞和濕氣的方法。該氣流的組成可能有很大的變化。這里，天然氣氣流可以是任何主要由甲烷構(gòu)成的流，該甲烷大部分來(lái)源于天然氣原料流，這種原料流例如包含按體積計(jì)算至少85％的甲烷，余下的是乙烷、較重的碳?xì)浠衔铩⒌?、二氧化碳和少量的其它雜質(zhì)例如汞、硫化氫和硫醇。該預(yù)處理步驟可以是位于冷卻循環(huán)的上游或初始循環(huán)中的一個(gè)早期冷卻階段的下游的獨(dú)立的步驟。下面列出一些(非全部)本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員可容易地應(yīng)用的方法。通常通過(guò)一個(gè)使用含胺的水溶液(aqueous amine-bearing solution)的吸附過(guò)程除去酸氣和較少量的硫醇。該處理步驟通常在該初始循環(huán)中的冷卻階段的上游進(jìn)行。在該初始冷卻循環(huán)的上游，也可在該初始冷卻循環(huán)中的第一冷卻階段的下游，在氣體壓縮和冷卻之后，通常通過(guò)兩級(jí)氣-液分離(處理)將大部分水分作為液體除去。通常通過(guò)汞吸附層除去汞。通常使用適當(dāng)選擇的吸附層例如可再生的分子篩除去剩余的水分和酸氣。
通常將經(jīng)過(guò)預(yù)處理的天然氣原料流在高壓下傳送到液化工藝流程，或?qū)⑵鋲嚎s到高壓，即大于3.44MPa(500psia)，優(yōu)選地大約3.44MPa到大約6.20MPa(大約500psia到大約900psia)，更優(yōu)選地大約3.44MPa到大約4.65MPa(大約500psia到大約675psia)，還優(yōu)選地大約4.13MPa到大約4.65MPa(大約600psia到大約675psia)，最優(yōu)選地大約4.30MPa(625psia)。氣流的溫度通常是從接近環(huán)境溫度到稍高于環(huán)境溫度。典型的溫度范圍是15.5℃到58.8℃(60°F到138°F)。
如上所述，在多個(gè)多級(jí)(例如三級(jí))循環(huán)或步驟中通過(guò)與多種冷卻劑，優(yōu)選地為三種進(jìn)行間接熱交換來(lái)冷卻天然氣原料流。隨著級(jí)數(shù)增加，對(duì)于一個(gè)確定的循環(huán)，其總的冷卻效率也提高，但是伴隨這種效率提高的是凈資本費(fèi)用和工藝復(fù)雜度相應(yīng)增加。在使用沸點(diǎn)較高的制冷劑的第一封閉式制冷循環(huán)中，原料氣優(yōu)選地通過(guò)有效數(shù)量的制冷級(jí)，額定是兩個(gè)，優(yōu)選地是兩到四個(gè)，尤其優(yōu)選地是三級(jí)。該制冷劑優(yōu)選地主要包括丙烷、丙烯或其混合物，更優(yōu)選該冷卻劑包含至少大約75摩爾百分比的丙烷，尤其優(yōu)選地至少90摩爾百分比的丙烷，并且最優(yōu)選地該制冷劑基本上由丙烷組成。此后，在第二封閉式制冷循環(huán)中，經(jīng)過(guò)處理的原料氣通過(guò)有效數(shù)量的制冷級(jí)與沸點(diǎn)較低的冷卻劑進(jìn)行熱交換，該制冷級(jí)額定是兩個(gè)，優(yōu)選地是兩到四個(gè)，尤其優(yōu)選地是兩級(jí)或三級(jí)。該制冷劑優(yōu)選地主要包括乙烷、乙烯或其混合物，更優(yōu)選該制冷劑包含至少大約75摩爾百分比的乙烯，尤其優(yōu)選地至少90摩爾百分比的乙烯，并且最優(yōu)選地該制冷劑基本上由乙烯組成。每個(gè)冷卻級(jí)(制冷級(jí))包括一個(gè)單獨(dú)的冷卻區(qū)域。如上所述，在該第二循環(huán)中該處理過(guò)的天然氣原料流與一個(gè)或多個(gè)再循環(huán)流(即被壓縮的開(kāi)放式的甲烷循環(huán)氣流)在不同位置混合，從而生成液化流。在該第二冷卻循環(huán)的最后一級(jí)中，使該液化流的大部分，優(yōu)選地全部冷凝(即液化)，從而生成加壓的LNG運(yùn)載流。通常，在此位置的工藝壓力僅稍低于供給第一循環(huán)的第一級(jí)的被預(yù)處理的原料氣的壓力。
通常，天然氣原料流所包含的C2+成分的量會(huì)使得在一個(gè)或多個(gè)冷卻級(jí)中形成富含C2+的液體。通過(guò)氣-液分離裝置，優(yōu)選地為一個(gè)或多個(gè)常規(guī)的氣-液分離器移出該液體。通常，在每一級(jí)中控制對(duì)天然氣的連續(xù)冷卻以便從天然氣中移出盡可能多的C2和分子量較高的碳?xì)浠衔?，以生成以甲烷為主的氣流和包含大量乙烷和較重的成分的液流。有效數(shù)量的氣/液分離裝置位于冷卻區(qū)域的下游的重要位置以便除去富含C2+成分的液流。氣/液分離裝置，優(yōu)選地為常規(guī)的氣/液分離器的準(zhǔn)確位置和數(shù)量取決于許多操作參數(shù)，例如天然氣原料流的C2+組分、LNG產(chǎn)品所需的BTU含量、C2+成分對(duì)于其它應(yīng)用的價(jià)值，以及LNG裝置和天然氣生產(chǎn)的技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員通?？紤]的其它因素。可通過(guò)單級(jí)閃蒸或分餾塔對(duì)C2+碳?xì)浠衔锪髅摷淄?。在后者的情況中，得到的富含甲烷的流可在一定壓力下直接返回到液化過(guò)程。在前者的情況中，該富含甲烷的流可被再次加壓和循環(huán)或可用作燃料氣體。該C2+碳?xì)浠衔锪骰虮幻摷淄榈腃2+碳?xì)浠衔锪骺捎米魅剂?，或例如通過(guò)在一個(gè)或多個(gè)分餾區(qū)域內(nèi)分餾而被進(jìn)一步處理，以生成富含特定化學(xué)成分(例如，C2、C3、C4和C5+)的特定流。
然后在被稱(chēng)為開(kāi)放式甲烷循環(huán)的第三循環(huán)或步驟中，通過(guò)使被加壓的LNG運(yùn)載流在一主甲烷節(jié)熱器(economizer)中與以一種下面所述的方式在此第三循環(huán)中生成的閃蒸氣體(即閃蒸氣流)接觸，并通過(guò)使該被加壓的LNG運(yùn)載流膨脹到接近大氣壓力，來(lái)進(jìn)一步冷卻該被加壓的LNG運(yùn)載流。在該第三制冷循環(huán)中的用作制冷劑的閃蒸氣體優(yōu)選地主要包括甲烷，更優(yōu)選地該制冷劑包含至少大約75摩爾百分比的甲烷，尤其優(yōu)選地包含至少90摩爾百分比的甲烷，最優(yōu)選地該制冷劑基本上由甲烷組成。在該被加壓的LNG運(yùn)載流膨脹到接近大氣壓力期間，該被加壓的LNG運(yùn)載流通過(guò)至少一次，優(yōu)選地為二到四次，更優(yōu)選地為三次膨脹被冷卻，其中每次膨脹使用Joule-Thomson膨脹閥或液力膨脹器作為減壓裝置。在膨脹之后，使用分離器對(duì)該氣-液產(chǎn)品進(jìn)行分離。當(dāng)使用并正確地操作液力膨脹器時(shí)，在閃蒸步驟中所獲得的較高的功率回收效率、流的溫度的大大降低以及生成較少的蒸汽(這些效果)往往可以大大抵消因該膨脹器產(chǎn)生的更多的資本費(fèi)用和運(yùn)行費(fèi)用。在一個(gè)實(shí)施例中，可通過(guò)首先用一個(gè)或多個(gè)液力膨脹器閃蒸該流的一部分，然后借助于間接熱交換裝置用所述閃蒸氣流在閃蒸之前冷卻該被加壓的LNG運(yùn)載流的剩余部分，從而在閃蒸之前進(jìn)一步冷卻該被加壓的LNG運(yùn)載流。然后，根據(jù)溫度和壓力情況使該被加熱的閃蒸氣流返回適當(dāng)?shù)奈恢靡栽谠撻_(kāi)放式甲烷循環(huán)中再循環(huán)，然后被再壓縮。
當(dāng)進(jìn)入該第三循環(huán)的被加壓的LNG運(yùn)載流，優(yōu)選地為液流的壓力優(yōu)選地為大約3.79MPa-4.48MPa(大約550-650psia)時(shí)，三級(jí)閃蒸過(guò)程的典型的閃蒸壓力是大約1171-1447(170-210)，310-517(45-75)，68.9-276(10-40)kPa(psia)。將該被加壓的LNG運(yùn)載流優(yōu)選地為液流閃蒸到接近大氣壓力可生成溫度為大約-151℃到-162℃(大約-240°F到-260°F)的LNG產(chǎn)品。
階式工藝使用一種或多種制冷劑以便將熱能從天然氣流傳遞給該制冷劑并最終將所述熱能傳遞到環(huán)境中。本質(zhì)上，整個(gè)的制冷系統(tǒng)用作一熱泵，其在天然氣流被逐漸冷卻到越來(lái)越低的溫度時(shí)從該天然氣流中除去熱能。
液化工藝可使用以下多種冷卻(方法)之一，該冷卻(方法)包括但不局限于(a)間接熱交換，(b)蒸發(fā)和(c)膨脹或減壓。這里，間接熱交換是指這樣一個(gè)過(guò)程，其中制冷劑冷卻該要被冷卻的物質(zhì)但在該制冷劑和該要被冷卻的物質(zhì)之間沒(méi)有實(shí)際的物理接觸。間接熱交換方式的具體示例包括在殼管式換熱器、釜式(core-in-kettle)換熱器以及釬焊鋁制板翅換熱器中進(jìn)行的熱交換。制冷劑和要被冷卻的物質(zhì)的物理狀態(tài)可根據(jù)系統(tǒng)的需求以及所選擇的換熱器的類(lèi)型而變化。因此，當(dāng)制冷劑處于液態(tài)并且該要被冷卻的物質(zhì)處于液態(tài)或氣態(tài)時(shí)，或者當(dāng)其中一種物質(zhì)發(fā)生相變并且工藝條件不適于使用釜式換熱器時(shí)，通常使用殼管式換熱器。例如，鋁和鋁合金優(yōu)選地是構(gòu)成該換熱器管(core)的材料，但是這些材料可能在指定的工藝條件下不適用。當(dāng)制冷劑處于氣態(tài)并且該將被冷卻的物質(zhì)處于液態(tài)或氣態(tài)時(shí)，通常使用板翅式換熱器。最后，當(dāng)要被冷卻的物質(zhì)處于液態(tài)或氣態(tài)而制冷劑在熱交換期間發(fā)生從液態(tài)到氣態(tài)的相變時(shí)，通常使用釜式換熱器。
蒸發(fā)冷卻是指通過(guò)在系統(tǒng)保持恒定壓力的條件下使物質(zhì)的一部分蒸發(fā)或汽化來(lái)冷卻該物質(zhì)。因此，在蒸發(fā)過(guò)程中，該物質(zhì)的蒸發(fā)的部分從該物質(zhì)的保持液態(tài)的部分吸收熱量，從而冷卻該液態(tài)部分。
最后，膨脹或減壓冷卻是指在使氣體、液體或兩相系統(tǒng)通過(guò)一減壓裝置以減小其壓力時(shí)發(fā)生的冷卻。在一實(shí)施例中，該膨脹裝置是一Joule-Thomson膨脹閥。在另一實(shí)施例中，該膨脹裝置是液力膨脹器或氣體膨脹器。因?yàn)榕蛎浧骺蓮呐蛎涍^(guò)程中回收工作能量，所以通過(guò)膨脹可使工藝流的溫度較低。
圖1中示出的流程示意圖和裝置是本發(fā)明的液化工藝的一優(yōu)選實(shí)施例。本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，圖1僅是示意性視圖，因此為了清楚起見(jiàn)，省略了工業(yè)設(shè)備為成功運(yùn)行所必需的許多裝置。這些裝置包括例如壓縮機(jī)控制器、流量和水位測(cè)量器以及相應(yīng)的控制器、溫度和壓力控制器、泵、電機(jī)、過(guò)濾器、附加的換熱器，以及閥等?？筛鶕?jù)標(biāo)準(zhǔn)的工程實(shí)踐配備這些裝置。
為了便于理解圖1，使用以下的標(biāo)號(hào)命名。標(biāo)號(hào)為100-199的項(xiàng)對(duì)應(yīng)于主要容納甲烷的流動(dòng)管路或管道。標(biāo)號(hào)為200-299的項(xiàng)是容納和/或處理主要包含甲烷的液流的工藝容器和設(shè)備。標(biāo)號(hào)為300-399的項(xiàng)是容納和/或處理主要包含丙烷的液流的流動(dòng)管路或管道。標(biāo)號(hào)為400-499的項(xiàng)是容納和/或處理主要包含丙烷的液流的工藝容器和設(shè)備。標(biāo)號(hào)為500-599的項(xiàng)是主要容納乙烯的流動(dòng)管路或管道。標(biāo)號(hào)為600-699的項(xiàng)是容納和/或處理主要包含乙烯的液流的工藝容器和設(shè)備。標(biāo)號(hào)為700-799的項(xiàng)是機(jī)械驅(qū)動(dòng)器。標(biāo)號(hào)為800-899的項(xiàng)是與圖1中所示的系統(tǒng)中的熱量回收系統(tǒng)、蒸汽生成或其它各種元件有關(guān)的管道或設(shè)備。
參照?qǐng)D1，如上所述的，天然氣原料流從一天然氣管道進(jìn)入管道100。在一入口壓縮機(jī)202中，天然氣被壓縮并被空氣冷卻，從而從壓縮機(jī)202流出的天然氣的壓力通常在大約3.44MPa到大約5.51Mpa(大約500psia到大約800psia)的范圍內(nèi)，溫度通常在大約23.8℃到大約79.4℃(大約75°F到大約175°F)的范圍內(nèi)。然后，天然氣經(jīng)由管道102流入一酸氣去除單元204。酸氣去除單元優(yōu)選地使用胺溶劑(例如Diglycol Amine)以除去酸氣例如CO2和H2S。優(yōu)選地，酸氣去除單元204可用于將CO2除至小于50ppmv，將H2S除至小于2ppmv。在除去酸氣之后，天然氣經(jīng)由管道104傳送給可用于除去天然氣中基本所有的水分的脫水單元206。脫水單元206優(yōu)選地使用多層的可再生分子篩系統(tǒng)來(lái)干燥該天然氣。然后被干燥的天然氣經(jīng)由管道106傳送到一汞去除系統(tǒng)208。汞去除系統(tǒng)208優(yōu)選地使用至少一個(gè)包含浸硫活性碳的固定的床式容器(bed vessel)以從天然氣中除去汞。所得到的經(jīng)過(guò)預(yù)處理的天然氣通過(guò)管道108進(jìn)入該液化系統(tǒng)。
作為第一制冷循環(huán)的一部分，在分別被第一和第二燃?xì)廨啓C(jī)驅(qū)動(dòng)器700、702驅(qū)動(dòng)的第一和第二多級(jí)丙烷壓縮機(jī)400、402中壓縮氣態(tài)丙烷。盡管可以使用由一個(gè)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)的機(jī)械連接在一起的分離的單元，但是該三級(jí)壓縮優(yōu)選地由一個(gè)整體單元(即主體部分)提供。一旦壓縮完，則分別經(jīng)由管道300、302將從第一和第二丙烷壓縮機(jī)400、402流出的壓縮過(guò)的丙烷引入一共用管道304中。然后該壓縮過(guò)的丙烷通過(guò)共用管道304到達(dá)冷卻器404。緊接該冷卻器404下游的液化丙烷的壓力和溫度優(yōu)選地為大約37.7-54.4℃(大約100-130°F)和1.17-1.45Mpa(170-210psia)。盡管圖1中未示出，但是優(yōu)選地，一分離容器可位于冷卻器404的下游以及膨脹閥406的上游以便從液化丙烷中除去剩余的輕的成分。該容器可以由單級(jí)氣液分離器組成，或者更復(fù)雜地由一蓄積器部分、一冷凝器部分以及一吸收器部分組成，后兩者可連續(xù)操作或定期地在線以便從丙烷中除去剩余的輕的成分。根據(jù)具體情況，流出該容器的流或流出冷卻器404的流通過(guò)一管道306到達(dá)一減壓裝置例如膨脹閥406，在其中通過(guò)蒸發(fā)或閃蒸該液化丙烷的一部分以減小該液化丙烷的壓力。然后，所得到的兩相產(chǎn)物通過(guò)管道308流到高級(jí)丙烷冷卻器408，以便通過(guò)間接熱交換裝置239、210和606與經(jīng)由管道158引入的氣態(tài)甲烷制冷劑、經(jīng)由管道108引入的天然氣原料流，以及經(jīng)由管道506引入的氣態(tài)乙烯制冷劑進(jìn)行間接熱交換，從而生成分別經(jīng)由管道160、110和312輸送的冷卻過(guò)的氣流。
從冷卻器408流出的被閃蒸的丙烷氣通過(guò)管道310返回到該第一和第二丙烷壓縮機(jī)400、402的高級(jí)入口。剩余的液態(tài)丙烷通過(guò)管道312，并因通過(guò)一減壓裝置(示出為膨脹閥410)其壓力進(jìn)一步降低，于是該液態(tài)丙烷的另一部分被閃蒸。然后，所得的兩相流通過(guò)管道314被供給到一中間級(jí)丙烷冷卻器412，從而為冷卻器412提供冷卻劑。
從高級(jí)丙烷冷卻器408流出的冷卻過(guò)的天然氣原料流經(jīng)由管道110流到一分液容器210，在該容器中氣相和液相分離。經(jīng)由管道112移出富含C3+成分的液相。經(jīng)由管道114移出氣相并將該氣相傳送到中間級(jí)丙烷冷卻器412。經(jīng)由管道508將乙烯制冷劑引入冷卻器412。在冷卻器412中，分別用間接熱交換裝置214和608冷卻該處理過(guò)的天然氣流和乙烯制冷劑流，從而生成通過(guò)管道116和510的被冷卻的處理過(guò)的天然氣流和乙烯制冷劑流。丙烷制冷劑的被這樣蒸發(fā)的部分被分離出來(lái)并通過(guò)管道316到達(dá)丙烷壓縮機(jī)400、402的中間級(jí)的入口。液態(tài)丙烷通過(guò)管道318，并因通過(guò)一減壓裝置(示出為膨脹閥414)其壓力進(jìn)一步降低，于是另一部分液化丙烷被閃蒸。然后，所得的兩相流通過(guò)管道320被供給到一低級(jí)丙烷冷卻器/冷凝器416，從而向冷卻器416提供冷卻劑。
如圖1所示，被冷卻的處理過(guò)的天然氣流從中間級(jí)丙烷冷卻器412經(jīng)由管道116流到低級(jí)的丙烷冷卻器/冷凝器416。在冷凝器416中，通過(guò)間接熱交換裝置216冷卻該流。乙烯制冷劑流以類(lèi)似的方式從中間級(jí)丙烷冷卻器412經(jīng)由管道510流到低級(jí)丙烷冷卻器/冷凝器416。在該冷卻器/冷凝器中，通過(guò)間接熱交換裝置610幾乎使該乙烯制冷劑全部冷凝。從該低級(jí)丙烷冷卻器/冷凝器416移出該蒸發(fā)的丙烷并經(jīng)由管道322將其返回到丙烷壓縮機(jī)400、402的低級(jí)入口。盡管圖1示出在同一容器中冷卻通過(guò)管道116和510提供的流，但是冷卻流116以及冷卻和冷凝流510可分別在單獨(dú)的工藝容器(例如，一個(gè)單獨(dú)的冷卻器和一個(gè)單獨(dú)的冷凝器)中進(jìn)行。
如圖1中所示，經(jīng)由管道162提供一部分經(jīng)冷卻的壓縮的開(kāi)放式甲烷循環(huán)氣流，該氣流與通過(guò)管道118流出低級(jí)丙烷冷卻劑/冷凝器416的處理過(guò)的天然氣原料流組合，從而形成液化流，該液化流然后經(jīng)由管道120被引入高級(jí)乙烯冷卻器618。乙烯制冷劑通過(guò)管道512流出低級(jí)丙烷冷卻器/冷凝器416并供給到一分離容器612，在該容器中通過(guò)管道513移出輕的成分，并經(jīng)由管道514移出冷凝的乙烯。分離容器612類(lèi)似于前面所述的用于從液化丙烷制冷劑中移出輕的成分的容器，它可以是單級(jí)氣/液分離器或?qū)脑撓到y(tǒng)移出的輕的成分有更大的選擇性的多級(jí)操作(組件)。在此過(guò)程中在該位置的乙烯制冷劑的溫度通常在大約-26℃到大約-34.4℃(大約-15°F到大約-30°F)的范圍內(nèi)，并且壓力在大約1.86MPa到大約2.07MPa(大約270psia到大約300psia)的范圍內(nèi)。然后，該乙烯制冷劑經(jīng)由管道514流入一主乙烯節(jié)熱器690，其中使用間接熱交換裝置614冷卻該制冷劑，然后經(jīng)由管道516移出該制冷劑，并將該制冷劑傳送到一減壓裝置例如膨脹閥616，于是該制冷劑被閃蒸到預(yù)先選擇的溫度和壓力并經(jīng)由管道518供給高級(jí)乙烯冷卻器618。經(jīng)由管道520從該冷卻器中移出蒸汽，并將蒸汽傳送給主乙烯節(jié)熱器690，在該節(jié)熱器中該蒸汽用作通過(guò)間接熱交換裝置619的冷卻劑。然后，經(jīng)由管道522從該乙烯節(jié)熱器690中移出乙烯蒸汽，并將該蒸汽傳送給第一和第二乙烯壓縮機(jī)600、602的高級(jí)入口。經(jīng)由管道524移出沒(méi)有在該高級(jí)乙烯冷卻器618中蒸發(fā)的乙烯冷卻劑，并將其返回到乙烯節(jié)熱器690以便通過(guò)間接熱交換裝置620進(jìn)一步冷卻，該冷卻劑經(jīng)由管道526從該乙烯節(jié)熱器690中被移出，并在一減壓裝置(示出為膨脹閥622)中被閃蒸，隨之經(jīng)由管道528將所得的兩相產(chǎn)物引入一低級(jí)乙烯冷卻器624。通過(guò)管道122從該高級(jí)乙烯冷卻器618移出該液化流，并將其直接供給低級(jí)乙烯冷卻器624，在該冷卻器中通過(guò)間接熱交換裝置220該液化流進(jìn)行進(jìn)一步冷卻并且部分冷凝。然后，所得的兩相流經(jīng)由管道124流入一兩相分離器222，從該分離器生成通過(guò)管道128的富含甲烷的蒸汽流，和通過(guò)管道126的富含C2+成分的液流，該液流隨后在容器224中被閃蒸或分餾，從而生成通過(guò)管道132的較重的流以及經(jīng)由管道164傳送的第二富含甲烷的流，該第二富含甲烷的流與通過(guò)管道150的第二流混合之后供給高級(jí)甲烷壓縮機(jī)234、236。
管道128中的流和經(jīng)由管道129提供的冷卻過(guò)的被壓縮的開(kāi)放式甲烷循環(huán)氣流相混合，并經(jīng)由管道130供給到一低級(jí)乙烯冷凝器628，在該冷凝器中該流通過(guò)間接熱交換裝置226與從低級(jí)乙烯冷卻器624流出的液體進(jìn)行熱交換，該液體經(jīng)由管道532傳送到低級(jí)乙烯冷凝器628。在冷凝器628中，該混合流被冷凝，并且從該冷凝器628中通過(guò)管道134排出，成為加壓的LNG運(yùn)載流。通過(guò)管道530的從低級(jí)的乙烯冷卻器624流出的蒸汽和通過(guò)管道534的從低級(jí)乙烯冷凝器628流出的蒸汽相混合，并經(jīng)由管道536傳送到主乙烯節(jié)熱器690，在其中該蒸汽用作通過(guò)間接熱交換裝置630的冷卻劑。然后，該流通過(guò)管道538從主乙烯節(jié)熱器690傳送到乙烯壓縮機(jī)600、602的低級(jí)入口。如圖1中所示，將來(lái)源于經(jīng)由壓縮機(jī)600、602的低級(jí)入口引入的蒸汽的該壓縮機(jī)排出物移出，通過(guò)中間級(jí)冷卻器640、642對(duì)其冷卻，并使其返回乙烯壓縮機(jī)600、602以便與管道522中的高級(jí)流一起注入(該壓縮機(jī))。盡管該兩級(jí)的每一級(jí)均可以是一個(gè)單獨(dú)的組件并且這些組件機(jī)械連接在一公共驅(qū)動(dòng)器上，但優(yōu)選地該兩級(jí)是一個(gè)整體組件。乙烯壓縮機(jī)600、602的壓縮的乙烯產(chǎn)物經(jīng)由管道500和502傳送到一共用管道504。然后，該壓縮的乙烯經(jīng)由共用管道504傳送到下游冷卻器604。冷卻器604的產(chǎn)物經(jīng)由管道506流動(dòng)，并如上所述被引入高級(jí)丙烷冷卻器408。
管道134中的該加壓的LNG運(yùn)載流的溫度通常在從大約-95.5℃到大約-78.8℃(大約-140°F到大約-110°F)的范圍內(nèi)，并且壓力通常在從大約4.14Mpa到大約4.34Mpa(大約600psia到大約630psia)的范圍內(nèi)，該流優(yōu)選地全部是液流。該流經(jīng)由管道134通過(guò)一主甲烷節(jié)熱器290，在其中使用間接熱交換裝置228進(jìn)一步冷卻該流，這在下文中將說(shuō)明。從該主甲烷節(jié)熱器290流出的加壓的LNG運(yùn)載流通過(guò)管道136，并且因通過(guò)一減壓裝置(示出為膨脹閥229)其壓力進(jìn)一步降低，該減壓裝置蒸發(fā)或閃蒸該氣流的一部分從而生成閃蒸氣流。然后，該經(jīng)過(guò)閃蒸的流經(jīng)由管道138傳送到一高級(jí)甲烷閃蒸器230，在該閃蒸器中該流分離成一從管道140排出的閃蒸氣流和一從管道166排出的液相流(即被加壓的LNG運(yùn)載流)。然后，該閃蒸氣流經(jīng)由管道140傳送到主甲烷節(jié)熱器290，在該裝置中該流用作通過(guò)間接熱交換裝置232的冷卻劑。該閃蒸氣流(即被加熱的閃蒸氣流)經(jīng)由管道150流出該主甲烷節(jié)熱器290，在該管道150中該閃蒸氣流與通過(guò)管道164傳送的氣流相混合。然后，這些流供給到高級(jí)甲烷壓縮機(jī)234、236的入口。管道166中的液相通過(guò)第二甲烷節(jié)熱器244，在其中使用下游的閃蒸氣流通過(guò)間接熱交換裝置246進(jìn)一步冷卻該液體。被冷卻的液體經(jīng)由管道168離開(kāi)該第二甲烷節(jié)熱器244，并且被一減壓裝置(示出為膨脹閥248)膨脹或閃蒸以進(jìn)一步降低壓力，同時(shí)該液體的第二部分被蒸發(fā)。然后，該經(jīng)過(guò)閃蒸的流被傳送到中間級(jí)的甲烷閃蒸器250，在其中該流被分離成一通過(guò)管道172的閃蒸氣流和一通過(guò)管道170的液相流。該閃蒸氣流通過(guò)管道172流到第二甲烷節(jié)熱器244，其中該氣體經(jīng)由間接熱交換裝置252冷卻通過(guò)管道166引入到該節(jié)熱器244的液體。管道174用作第二甲烷節(jié)熱器244中的間接熱交換裝置252和主甲烷節(jié)熱器290中的間接熱交換裝置254之間的流動(dòng)管道。被加熱的閃蒸氣流經(jīng)由管道176從主甲烷節(jié)熱器290流出，該管道176與中間級(jí)的甲烷壓縮機(jī)256、258的入口相連接。因通過(guò)一減壓裝置(示出為膨脹閥260)，經(jīng)由管道170離開(kāi)該中間級(jí)閃蒸器250的液相的壓力進(jìn)一步降低，優(yōu)選為大約172kPa(25psia)。再次蒸發(fā)或閃蒸該液化氣體的第三部分。從膨脹閥260流出的流體傳送到最后的或低級(jí)閃蒸器262。在閃蒸器262中，分離出作為閃蒸氣流的汽相，并且使其通過(guò)管道180傳送到第二甲烷節(jié)熱器244，在其中該閃蒸氣流用作通過(guò)間接熱交換裝置264的冷卻劑，然后經(jīng)由與該主甲烷節(jié)熱器290相連接的管道182離開(kāi)第二甲烷節(jié)熱器244，在該節(jié)熱器290中該閃蒸氣體用作通過(guò)間接熱交換裝置266的冷卻劑，并最終通過(guò)與低級(jí)甲烷壓縮機(jī)268、270的入口相連接的管道184流出該主甲烷節(jié)熱器290。閃蒸器262的液化天然氣產(chǎn)物(即LNG流)通過(guò)管道178傳送給儲(chǔ)存單元，該產(chǎn)物接近大氣壓力。優(yōu)選地，從該儲(chǔ)存單元流出的低壓、低溫LNG汽化蒸汽流可通過(guò)與管道180、182或184中的低壓閃蒸氣體相混合而被復(fù)原；根據(jù)要盡可能接近地使氣流溫度匹配的需要選擇管道。
如圖1所示，甲烷壓縮機(jī)234、236、256、258、268、270優(yōu)選地為機(jī)械連接到一起以被兩個(gè)驅(qū)動(dòng)器704和706驅(qū)動(dòng)的獨(dú)立單元。在進(jìn)行第二級(jí)壓縮之前，來(lái)自低級(jí)甲烷壓縮機(jī)268、270的壓縮氣體通過(guò)中間級(jí)冷卻器280、282并與管道176中的中壓氣體相混合。在進(jìn)行第三級(jí)壓縮之前，來(lái)自中間級(jí)甲烷壓縮機(jī)256、258的壓縮氣體通過(guò)中間級(jí)冷卻器284、286并與經(jīng)由管道150提供的高壓氣體相混合。該壓縮氣體(即壓縮過(guò)的開(kāi)放式甲烷循環(huán)氣流)通過(guò)管道152、154從高級(jí)甲烷壓縮機(jī)234、236排出，并在管道156內(nèi)相混合。然后，如上所述，該被壓縮的甲烷氣在冷卻器238中被冷卻并經(jīng)由管道158傳送到高級(jí)丙烷冷卻器408。該流在冷卻器408中通過(guò)間接熱交換裝置239進(jìn)行冷卻，并經(jīng)由管道160流到該主甲烷節(jié)熱器290中。這里以及如上所述，壓縮機(jī)也指每個(gè)壓縮級(jí)以及任何與級(jí)間冷卻相關(guān)的設(shè)備。
如圖1所示，從冷卻器408流出并進(jìn)入主甲烷節(jié)熱器290的被壓縮的開(kāi)放式甲烷循環(huán)氣流通過(guò)流經(jīng)間接熱交換裝置240而被全部冷卻。然后，經(jīng)由管道162移出該被冷卻的氣流的一部分，并使其在高級(jí)乙烯冷卻器618的上游與處理過(guò)的天然氣原料流相混合。在主甲烷節(jié)熱器290中該被冷卻的氣流的剩余部分通過(guò)間接熱交換裝置242被進(jìn)一步冷卻，并且通過(guò)管道129從其中排出。該流在乙烯冷凝器628的上游的一個(gè)位置與管道128中的流相混合，然后在乙烯冷凝器628中，該液化流的大部分通過(guò)流經(jīng)間接熱交換裝置226而發(fā)生液化。
如圖1所示，優(yōu)選地，第一丙烷壓縮機(jī)400和第一乙烯壓縮機(jī)600由一個(gè)第一燃?xì)廨啓C(jī)700驅(qū)動(dòng)，而第二丙烷壓縮機(jī)402和第二乙烯壓縮機(jī)602由一個(gè)第二燃?xì)廨啓C(jī)702驅(qū)動(dòng)。該第一和第二燃?xì)廨啓C(jī)700、702可以是任何合適的市場(chǎng)上可買(mǎi)到的燃?xì)廨啓C(jī)。優(yōu)選地，燃?xì)廨啓C(jī)700、702是可從GE Power Systems，Atlanta、Georgia得到的Frame7或Frame9燃?xì)廨啓C(jī)。從圖1可見(jiàn)，丙烷壓縮機(jī)400、402和乙烯壓縮機(jī)600、602都平行地流體連通到它們各自的丙烷制冷循環(huán)和乙烯制冷循環(huán)中，從而每個(gè)壓縮機(jī)可為在各制冷循環(huán)中使用的大約一半制冷劑流提供全部壓力增量。這種多個(gè)丙烷和乙烯壓縮機(jī)的平行配置可提供一種“兩套配置”的設(shè)計(jì)，該設(shè)計(jì)可大大提高LNG裝置的可用性。因此，例如，即使需要關(guān)閉第一燃?xì)廨啓C(jī)700以便進(jìn)行維護(hù)或維修，整個(gè)LNG裝置也不需要關(guān)閉，因?yàn)槿钥墒褂玫诙細(xì)廨啓C(jī)702、第二丙烷壓縮機(jī)402和第二乙烯壓縮機(jī)602以保持該裝置在線。
這種“兩套配置”的理念還可通過(guò)使用兩個(gè)驅(qū)動(dòng)器704、706向甲烷壓縮機(jī)234、236、256、258、268、270提供動(dòng)力來(lái)表現(xiàn)。第一蒸汽輪機(jī)704用于向第一高級(jí)甲烷壓縮機(jī)234、第一中間級(jí)甲烷壓縮機(jī)256和第一低級(jí)甲烷壓縮機(jī)268提供動(dòng)力，而第二蒸汽輪機(jī)706用于向第二高級(jí)甲烷壓縮機(jī)236、第二中間級(jí)甲烷壓縮機(jī)258和第二低級(jí)甲烷壓縮機(jī)270提供動(dòng)力。該第一和第二蒸汽輪機(jī)704、706可以是任何合適的市場(chǎng)上可買(mǎi)到的蒸汽輪機(jī)。從圖1可見(jiàn)，該第一甲烷壓縮機(jī)234、256、268互相串聯(lián)并且與第二甲烷壓縮機(jī)236、258、270平行地流體連通到該開(kāi)放式甲烷制冷循環(huán)中。因此，第一甲烷壓縮機(jī)234、256、268相配合以便為該開(kāi)放式甲烷制冷循環(huán)中的大約一半甲烷制冷劑流提供全部壓力增量，每個(gè)第一壓縮機(jī)268、256、234提供該全部壓力增量的一部分。同樣，第二甲烷壓縮機(jī)236、258、270相配合以便為該開(kāi)放式甲烷制冷循環(huán)中的另一半甲烷制冷劑流提供全部壓力增量，每個(gè)第二壓縮機(jī)270、258、236提供該全部壓力增量的一部分。甲烷驅(qū)動(dòng)器和壓縮機(jī)的這種配置與該“兩套配置”的設(shè)計(jì)理念一致。因此，例如，即使需要關(guān)閉第一蒸汽輪機(jī)704以便進(jìn)行維護(hù)或維修，整個(gè)LNG裝置也不需要關(guān)閉，因?yàn)槿钥墒褂玫诙羝啓C(jī)706、第二甲烷壓縮機(jī)236、258、270以保持該裝置在線。
除了由開(kāi)放式甲烷循環(huán)的驅(qū)動(dòng)器/壓縮機(jī)配置所提供的“兩套配置“的優(yōu)點(diǎn)之外，使用兩個(gè)蒸汽輪機(jī)704、706而不是一個(gè)驅(qū)動(dòng)器使得可省略串聯(lián)連接的甲烷壓縮機(jī)234、256、268以及236、258、270之間的齒輪箱。就購(gòu)買(mǎi)、安裝和維護(hù)而言該齒輪箱是比較昂貴的。兩個(gè)蒸汽輪機(jī)704、706的運(yùn)行速度可高于一個(gè)大的傳統(tǒng)輪機(jī)，從而可以省略齒輪箱(通常位于中間級(jí)壓縮機(jī)和高級(jí)壓縮機(jī)之間)。此外，尤其是從這種設(shè)計(jì)帶來(lái)的好處考慮，兩個(gè)較小的蒸汽輪機(jī)的資本費(fèi)用與一個(gè)大的輪機(jī)相比是很小的。
在開(kāi)放式甲烷制冷循環(huán)中使用蒸汽輪機(jī)704、706而不是燃?xì)廨啓C(jī)，還使得可通過(guò)廢熱回收而提高該裝置的熱效率。圖1示出熱廢氣離開(kāi)燃?xì)廨啓C(jī)700、702并經(jīng)由管道800傳送到一間接換熱器802。在換熱器802中，燃?xì)廨啓C(jī)的廢氣的熱量被傳送給在管道804中流動(dòng)的水/蒸汽流。然后，在管道804中被加熱的流可經(jīng)由蒸汽管道806，810傳送到第一和第二蒸汽輪機(jī)704、706。因此，可利用從燃?xì)廨啓C(jī)700、702的廢氣中回收的熱量協(xié)助向蒸汽輪機(jī)704、706提供動(dòng)力，從而提高LNG裝置的熱效率。
使用燃?xì)廨啓C(jī)驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)的LNG裝置面臨的一個(gè)難題是該燃?xì)廨啓C(jī)的起動(dòng)。為了起動(dòng)燃?xì)廨啓C(jī)，必須首先使用外部起動(dòng)器使該燃?xì)廨啓C(jī)旋轉(zhuǎn)。然而，起動(dòng)蒸汽輪機(jī)就不需要使用外部起動(dòng)器。圖1示出，可使用一蒸汽源例如小型鍋爐812，通過(guò)經(jīng)由管道814、804、806、810將高壓蒸汽引入蒸汽輪機(jī)704、706來(lái)起動(dòng)蒸汽輪機(jī)704、706。此外，輔助/起動(dòng)蒸汽輪機(jī)708、710可與燃?xì)廨啓C(jī)700、702機(jī)械連接。該輔助/起動(dòng)蒸汽輪機(jī)708、710可由小型鍋爐812提供動(dòng)力(經(jīng)由管道816、818、820)，并用于使燃?xì)廨啓C(jī)700、702旋轉(zhuǎn)到一個(gè)合適的起動(dòng)RPM。此外，在LNG裝置的正常操作期間也可使用輔助/起動(dòng)(蒸汽)輪機(jī)708、710，以提供驅(qū)動(dòng)丙烷壓縮機(jī)400、402和乙烯壓縮機(jī)600、602的附加動(dòng)力。
上述的本發(fā)明的優(yōu)選形式僅用作示例，而不應(yīng)用于限定本發(fā)明的范圍。本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員可容易地對(duì)上述的示例性實(shí)施例進(jìn)行各種變型而不會(huì)偏離本發(fā)明范圍。
因此，發(fā)明人的目的是根據(jù)等同原則確定和評(píng)價(jià)本發(fā)明的合理的公平的范圍。該范圍適用于任何本質(zhì)上不偏離由下面的權(quán)利要求書(shū)闡明的本發(fā)明的范圍但卻偏離其字面范圍的裝置。
權(quán)利要求
1.一種用于使天然氣液化的工藝，所述工藝包括以下步驟(a)使用第一燃?xì)廨啓C(jī)驅(qū)動(dòng)第一壓縮機(jī)，從而壓縮第一制冷循環(huán)的第一制冷劑；(b)使用第二燃?xì)廨啓C(jī)驅(qū)動(dòng)第二壓縮機(jī)，從而壓縮該第一制冷循環(huán)的該第一制冷劑；(c)使用第一蒸汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)第三壓縮機(jī)，從而壓縮第二制冷循環(huán)的第二制冷劑；以及(d)使用第二蒸汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)第四壓縮機(jī)，從而壓縮該第二制冷循環(huán)的該第二制冷劑。
2.一種根據(jù)權(quán)利要求1的工藝，其特征在于，該工藝還包括以下步驟(e)使用該第一燃?xì)廨啓C(jī)驅(qū)動(dòng)第五壓縮機(jī)，從而壓縮第三制冷劑；以及(f)使用該第二燃?xì)廨啓C(jī)驅(qū)動(dòng)第六壓縮機(jī)，從而壓縮該第三制冷劑。
3.一種根據(jù)權(quán)利要求2的工藝，其特征在于，所述第二和第三制冷劑的成分基本不相同。
4.一種根據(jù)權(quán)利要求2的工藝，其特征在于，所述第一和第三制冷劑的成分基本不相同。
5.一種根據(jù)權(quán)利要求4的工藝，其特征在于，所述第一制冷劑主要包括丙烷。
6.一種根據(jù)權(quán)利要求5的工藝，其特征在于，所述第二制冷劑主要包括甲烷，所述第三制冷劑主要包括乙烯。
7.一種根據(jù)權(quán)利要求1的工藝，其特征在于，所述第一制冷循環(huán)是一封閉式制冷循環(huán)。
8.一種根據(jù)權(quán)利要求7的工藝，其特征在于，所述第二制冷循環(huán)是一開(kāi)放式制冷循環(huán)。
9.一種根據(jù)權(quán)利要求1的工藝，其特征在于，所述第一和第二壓縮機(jī)平行地連接到該第一制冷循環(huán)中，所述第三和第四壓縮機(jī)平行地連接到該第二制冷循環(huán)中。
10.一種根據(jù)權(quán)利要求1的工藝，其特征在于，該工藝還包括以下步驟(g)從該第一和第二燃?xì)廨啓C(jī)中的至少一個(gè)回收廢熱；以及(h)利用至少一部分該回收的廢熱協(xié)助向該第一和第二蒸汽輪機(jī)中的至少一個(gè)提供動(dòng)力。
11.一種根據(jù)權(quán)利要求1的工藝，其特征在于，該工藝還包括以下步驟(i)從該第一和第二燃?xì)廨啓C(jī)兩者回收廢熱；以及(j)利用至少一部分該回收的廢熱協(xié)助向該第一和第二蒸汽輪機(jī)提供動(dòng)力。
12.一種根據(jù)權(quán)利要求1的工藝，其特征在于，該工藝還包括以下步驟(k)使用第三蒸汽輪機(jī)協(xié)助驅(qū)動(dòng)該第一壓縮機(jī)；以及(l)使用第四蒸汽輪機(jī)協(xié)助驅(qū)動(dòng)該第二壓縮機(jī)。
13.一種用于使天然氣液化的工藝，所述工藝包括以下步驟(a)使用第一燃?xì)廨啓C(jī)驅(qū)動(dòng)第一壓縮機(jī)和第二壓縮機(jī)，從而分別在該第一和第二壓縮機(jī)中壓縮第一和第二制冷劑；(b)使用第二燃?xì)廨啓C(jī)驅(qū)動(dòng)第三壓縮機(jī)和第四壓縮機(jī)，從而分別在該第三和第四壓縮機(jī)中壓縮該第一和該第二制冷劑；(c)從該第一和第二燃?xì)廨啓C(jī)中的至少一個(gè)回收廢熱；(d)利用至少一部分該回收的廢熱以協(xié)助向第一蒸汽輪機(jī)提供動(dòng)力；以及(e)在由該第一蒸汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)的第五壓縮機(jī)中壓縮第三制冷劑。
14.一種根據(jù)權(quán)利要求13的工藝，其特征在于，所述第一、第二和第三制冷劑分別包含至少50摩爾百分比的不同的第一、第二和第三碳?xì)浠衔铩?br> 15.一種根據(jù)權(quán)利要求14的工藝，其特征在于，所述第一碳?xì)浠衔锸潜榛虮?，所述第二碳?xì)浠衔锸且彝榛蛞蚁?，所述第三碳?xì)浠衔锸羌淄椤?br> 16.一種根據(jù)權(quán)利要求15的工藝，其特征在于，所述第一、第二和第三制冷劑分別包含至少75摩爾百分比的該第一、第二和第三碳?xì)浠衔铩?br> 17.一種根據(jù)權(quán)利要求13的工藝，其特征在于，所述第一和第三壓縮機(jī)平行地連接到第一制冷循環(huán)中，所述第二和第四壓縮機(jī)平行地連接到第二制冷循環(huán)中。
18.一種根據(jù)權(quán)利要求13的工藝，其特征在于，該工藝還包括以下步驟(f)利用至少一部分該回收的廢熱以協(xié)助向第二蒸汽輪機(jī)提供動(dòng)力；以及(g)在由該第二蒸汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)的第六壓縮機(jī)中壓縮該第三制冷劑。
19.一種根據(jù)權(quán)利要求18的工藝，其特征在于，所述第一和第三壓縮機(jī)平行地連接到第一制冷循環(huán)中，所述第二和第四壓縮機(jī)平行地連接到第二制冷循環(huán)中，所述第五和第六壓縮機(jī)平行地連接到第三制冷循環(huán)中。
20.一種根據(jù)權(quán)利要求19的工藝，其特征在于，該工藝還包括以下步驟(h)在由該第一蒸汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)的第七和第八壓縮機(jī)中壓縮該第三制冷劑；以及(i)在由第二蒸汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)的第九和第十壓縮機(jī)中壓縮該第三制冷劑。
21.一種根據(jù)權(quán)利要求20的工藝，其特征在于，所述第五、第七和第八壓縮機(jī)串聯(lián)地連接到該第三制冷循環(huán)中，所述第六、第九和第十壓縮機(jī)串聯(lián)地連接到該第三制冷循環(huán)中。
22.一種根據(jù)權(quán)利要求21的工藝，其特征在于，所述第五、第七和第八壓縮機(jī)與所述第六、第九和第十壓縮機(jī)平行地連接到該第三制冷循環(huán)中。
23.一種根據(jù)權(quán)利要求22的工藝，其特征在于，所述第一制冷劑主要包括丙烷，所述第二制冷劑主要包括乙烯，所述第三制冷劑主要包括甲烷。
24.一種根據(jù)權(quán)利要求13的工藝，其特征在于，該工藝還包括以下步驟(j)使至少一部分該第三制冷劑與該天然氣相混合。
25.一種根據(jù)權(quán)利要求13的工藝，其特征在于，該工藝還包括以下步驟(k)在一開(kāi)放式甲烷制冷循環(huán)中使用至少一部分該天然氣作為該第三制冷劑。
26.一種根據(jù)權(quán)利要求13的工藝，其特征在于，該工藝還包括以下步驟(l)用該第一和第二制冷劑冷卻該第三制冷劑。
27.一種根據(jù)權(quán)利要求13的工藝，其特征在于，所述工藝是一種階式天然氣液化工藝。
28.一種用于使天然氣液化的工藝，所述工藝包括以下步驟(a)在由第一燃?xì)廨啓C(jī)驅(qū)動(dòng)的第一壓縮機(jī)中壓縮第一制冷劑；(b)從該第一燃?xì)廨啓C(jī)回收廢熱；(c)利用至少一部分從該第一燃?xì)廨啓C(jī)回收的廢熱協(xié)助向第一蒸汽輪機(jī)提供動(dòng)力；以及(d)在由該第一蒸汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)的第二壓縮機(jī)中壓縮第二制冷劑，所述第二制冷劑主要包括甲烷。
29.一種根據(jù)權(quán)利要求28的工藝，其特征在于，所述第一制冷劑主要包括選自丙烷、丙烯、乙烷、乙烯及其組合的碳?xì)浠衔铩?br> 30.一種根據(jù)權(quán)利要求28的工藝，其特征在于，所述第一制冷劑主要包括丙烷或丙烯，所述第二制冷劑包括至少大約75摩爾百分比的甲烷。
31.一種根據(jù)權(quán)利要求28的工藝，其特征在于，該工藝還包括以下步驟(e)在第一冷卻器中用該第一制冷劑冷卻該天然氣；以及(f)在該第一冷卻器的下游，在一節(jié)熱器中用該第二制冷劑冷卻該天然氣。
32.一種根據(jù)權(quán)利要求31的工藝，其特征在于，該工藝還包括以下步驟(g)在由第二燃?xì)廨啓C(jī)驅(qū)動(dòng)的第三壓縮機(jī)中壓縮第三制冷劑；(h)從該第二燃?xì)廨啓C(jī)回收廢熱；以及(i)利用至少一部分從該第二燃?xì)廨啓C(jī)回收的廢熱協(xié)助向該第一蒸汽輪機(jī)提供動(dòng)力。
33.一種根據(jù)權(quán)利要求32的工藝，其特征在于，該工藝還包括以下步驟(j)在該第一冷卻器的下游和該節(jié)熱器的上游，在第二冷卻器中用該第三制冷劑冷卻該天然氣。
34.一種根據(jù)權(quán)利要求33的工藝，其特征在于，所述第一制冷劑主要包括丙烷或丙烯，所述第二制冷劑主要包括甲烷，所述第三制冷劑主要包括乙烷或乙烯。
35.一種根據(jù)權(quán)利要求34的工藝，其特征在于，該工藝還包括以下步驟(k)在該第二冷卻器的下游，分離至少一部分該天然氣以用作該第二制冷劑。
36.一種根據(jù)權(quán)利要求33的工藝，其特征在于，該工藝還包括以下步驟(l)在由該第一燃?xì)廨啓C(jī)驅(qū)動(dòng)的第四壓縮機(jī)中壓縮至少一部分該第三制冷劑；以及(m)在由該第二燃?xì)廨啓C(jī)驅(qū)動(dòng)的第五壓縮機(jī)中壓縮至少一部分該第一制冷劑。
37.一種根據(jù)權(quán)利要求28的工藝，其特征在于，該工藝還包括以下步驟(n)利用至少一部分從該第一燃?xì)廨啓C(jī)回收的廢熱協(xié)助向一第二蒸汽輪機(jī)提供動(dòng)力；以及(o)在由該第二蒸汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)的第六壓縮機(jī)中壓縮至少一部分該第二制冷劑。
38.一種根據(jù)權(quán)利要求37的工藝，其特征在于，該工藝還包括以下步驟(p)在由該第一蒸汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)的第七和第八壓縮機(jī)中壓縮至少一部分該第二制冷劑；以及(q)在由該第二蒸汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)的第九和第十壓縮機(jī)中壓縮至少一部分該第二制冷劑。
39.一種根據(jù)權(quán)利要求38的工藝，其特征在于，所述第一制冷劑主要包含丙烷，所述第二制冷劑主要包含甲烷，所述第三制冷劑主要包含乙烯。
40.一種用于使天然氣液化的工藝，所述工藝包括以下步驟(a)在由第一輪機(jī)驅(qū)動(dòng)的第一壓縮機(jī)中壓縮第一制冷劑，所述第一制冷劑主要包括選自丙烷、丙烯及其組合的碳?xì)浠衔铮?b)在由該第一輪機(jī)驅(qū)動(dòng)的第二壓縮機(jī)中壓縮第二制冷劑，所述第二制冷劑主要包括選自乙烷、乙烯及其組合的碳?xì)浠衔铮?c)在第一冷卻器中用該第一制冷劑冷卻該天然氣；以及(d)在第二冷卻器中用該第二制冷劑冷卻該天然氣。
41.一種根據(jù)權(quán)利要求40的工藝，其特征在于，該工藝還包括以下步驟(e)在由第二輪機(jī)驅(qū)動(dòng)的第三壓縮機(jī)中壓縮至少一部分該第一制冷劑；以及(f)在由該第二輪機(jī)驅(qū)動(dòng)的第四壓縮機(jī)中壓縮至少一部分該第二制冷劑。
42.一種根據(jù)權(quán)利要求41的工藝，其特征在于，所述第一和第二輪機(jī)是氣動(dòng)輪機(jī)。
43.一種根據(jù)權(quán)利要求42的工藝，其特征在于，該工藝還包括以下步驟(g)在一節(jié)熱器中用一部分該天然氣作為第三制冷劑來(lái)冷卻該天然氣。
44.一種根據(jù)權(quán)利要求43的工藝，其特征在于，該工藝還包括以下步驟(h)在由第三輪機(jī)驅(qū)動(dòng)的第五壓縮機(jī)中壓縮至少一部分該第三制冷劑，所述第三輪機(jī)是一蒸汽驅(qū)動(dòng)的輪機(jī)。
45.一種根據(jù)權(quán)利要求44的工藝，其特征在于，該工藝還包括以下步驟(i)從該第一和第二輪機(jī)中的至少一個(gè)回收廢熱；以及(j)利用至少一部分該回收的廢熱協(xié)助向該第三輪機(jī)提供動(dòng)力。
46.一種根據(jù)權(quán)利要求45的工藝，其特征在于，所述第二冷卻器位于該第一冷卻器的下游，所述節(jié)熱器位于該第二冷卻器的下游。
47.一種根據(jù)權(quán)利要求46的工藝，其特征在于，所述第一制冷劑主要包括丙烷，所述第二制冷劑主要包括乙烯，所述第三制冷劑主要包括甲烷。
48.一種根據(jù)權(quán)利要求47的工藝，其特征在于，該工藝還包括以下步驟(k)在由第四輪機(jī)驅(qū)動(dòng)的第六壓縮機(jī)中壓縮至少一部分該第三制冷劑，所述第四輪機(jī)是一蒸汽驅(qū)動(dòng)的輪機(jī)。
49.一種用于使天然氣液化的工藝，所述工藝包括以下步驟(a)使用一部分該天然氣作為第一制冷劑以冷卻該天然氣；(b)利用由第一蒸汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)的第一組壓縮機(jī)壓縮至少一部分該第一制冷劑；以及(c)利用由第二蒸汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)的第二組壓縮機(jī)壓縮至少一部分該第一制冷劑。
50.一種根據(jù)權(quán)利要求49的工藝，其特征在于，所述第一和第二組壓縮機(jī)平行地連接到第一制冷循環(huán)中。
51.一種根據(jù)權(quán)利要求50的工藝，其特征在于，所述第一組壓縮機(jī)包含串聯(lián)連接到該第一制冷循環(huán)中的至少兩個(gè)單獨(dú)的壓縮機(jī)，所述第二組壓縮機(jī)包含串聯(lián)連接到該第一制冷循環(huán)中的至少兩個(gè)單獨(dú)的壓縮機(jī)。
52.一種根據(jù)權(quán)利要求51的工藝，其特征在于，步驟(b)包括使該第一組壓縮機(jī)中的各壓縮機(jī)以基本相同的速度旋轉(zhuǎn)，步驟(c)包括使該第二組壓縮機(jī)中的各壓縮機(jī)以基本相同的速度旋轉(zhuǎn)。
53.一種根據(jù)權(quán)利要求49的工藝，其特征在于，該第一組壓縮機(jī)中相鄰的各壓縮機(jī)在不使用齒輪箱的情況下彼此驅(qū)動(dòng)連接，該第二組壓縮機(jī)中相鄰的各壓縮機(jī)在不使用齒輪箱的情況下彼此驅(qū)動(dòng)連接。
54.一種根據(jù)權(quán)利要求53的工藝，其特征在于，所述第一組壓縮機(jī)包含串聯(lián)連接到該第一制冷循環(huán)中的至少三個(gè)單獨(dú)的壓縮機(jī)，所述第二組壓縮機(jī)包含串聯(lián)連接到該第一制冷循環(huán)中的至少三個(gè)單獨(dú)的壓縮機(jī)。
55.一種根據(jù)權(quán)利要求49的工藝，其特征在于，該工藝還包括以下步驟(d)用由第一燃?xì)廨啓C(jī)驅(qū)動(dòng)的第二制冷劑壓縮機(jī)壓縮第二制冷劑；(e)用該第二制冷劑冷卻該天然氣；(f)從該第一燃?xì)廨啓C(jī)回收廢熱；以及(g)利用該回收的廢熱協(xié)助向該第一和第二蒸汽輪機(jī)中的至少一個(gè)提供動(dòng)力。
56.一種根據(jù)權(quán)利要求55的工藝，其特征在于，所述第一制冷劑主要包括甲烷，所述第二制冷劑主要包括選自丙烷、丙烯、乙烷、乙烯及其組合的碳?xì)浠衔铩?br> 57.一種用于起動(dòng)一LNG裝置的方法，所述方法包括以下步驟(a)在蒸汽發(fā)生器中生成高壓蒸汽；(b)用該高壓蒸汽的第一部分向與第一燃?xì)廨啓C(jī)驅(qū)動(dòng)地連接的第一起動(dòng)蒸汽輪機(jī)提供動(dòng)力；(c)用該高壓蒸汽的第二部分向與第二燃?xì)廨啓C(jī)驅(qū)動(dòng)地連接的第二起動(dòng)蒸汽輪機(jī)提供動(dòng)力；(d)用該高壓蒸汽的第三部分向與第一組壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)地連接的第一主蒸汽輪機(jī)提供動(dòng)力；以及(e)用該高壓蒸汽的第四部分向與第一組壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)地連接的第二主蒸汽輪機(jī)提供動(dòng)力；
58.一種用于使天然氣液化的裝置，所述裝置在多個(gè)制冷循環(huán)中使用多種制冷劑以便在多個(gè)級(jí)中冷卻該天然氣，所述裝置包括用于壓縮第一制冷循環(huán)的第一制冷劑的第一壓縮機(jī)；用于壓縮第二制冷循環(huán)的第一制冷劑的第二壓縮機(jī)；用于驅(qū)動(dòng)該第一和第二壓縮機(jī)的第一燃?xì)廨啓C(jī)；用于壓縮該第一制冷循環(huán)的該第一制冷劑的第三壓縮機(jī)；用于壓縮該第二制冷循環(huán)的該第二制冷劑的第四壓縮機(jī)；用于驅(qū)動(dòng)該第三和第四壓縮機(jī)的第二燃?xì)廨啓C(jī)；用于壓縮第三制冷循環(huán)的第三制冷劑的第五壓縮機(jī)；用于驅(qū)動(dòng)該第五壓縮機(jī)的第一蒸汽輪機(jī)；以及用于從該第一和第二燃?xì)廨啓C(jī)中的至少一個(gè)回收廢熱并利用該回收的廢熱協(xié)助向該第一蒸汽輪機(jī)提供動(dòng)力的熱量回收系統(tǒng)。
59.一種根據(jù)權(quán)利要求58的裝置，其特征在于，所述第一燃?xì)廨啓C(jī)包括一排氣口，所述第一蒸汽輪機(jī)包括一進(jìn)氣口，所述熱量回收系統(tǒng)包括一間接換熱器，該換熱器具有與該第一燃?xì)廨啓C(jī)的排氣口流體連通的第一側(cè)和與該第一蒸汽輪機(jī)的進(jìn)氣口流體連通的第二側(cè)。
60.一種根據(jù)權(quán)利要求58的裝置，其特征在于，所述第一和第三壓縮機(jī)平行地流體連通到該第一制冷循環(huán)中，所述第二和第四壓縮機(jī)平行地流體連通到該第二制冷循環(huán)中。
61.一種根據(jù)權(quán)利要求60的裝置，其特征在于，該裝置還包括用于壓縮該第三制冷循環(huán)中的第三制冷劑的第六壓縮機(jī)；以及用于向該第六壓縮機(jī)提供動(dòng)力的第二蒸汽輪機(jī)。
62.一種根據(jù)權(quán)利要求61的裝置，其特征在于，所述第五和第六壓縮機(jī)平行地流體連通到該第三制冷循環(huán)中。
63.一種根據(jù)權(quán)利要求62的裝置，其特征在于，該裝置還包括用于壓縮該第三制冷劑的第七壓縮機(jī)，所述第七壓縮機(jī)由該第一蒸汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)；以及用于壓縮該第三制冷劑的第八壓縮機(jī)，所述第八壓縮機(jī)由該第二蒸汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)。
64.一種根據(jù)權(quán)利要求63的裝置，其特征在于，該裝置還包括用于壓縮該第三制冷劑的第九壓縮機(jī)，所述第九壓縮機(jī)由該第一蒸汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)；以及用于壓縮該第三制冷劑的第十壓縮機(jī)，所述第十壓縮機(jī)由該第二蒸汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)。
65.一種根據(jù)權(quán)利要求64的裝置，其特征在于，所述第五、第七和第九壓縮機(jī)串聯(lián)地流體連通到該第三制冷循環(huán)中，所述第六、第八和第十壓縮機(jī)串聯(lián)地流體連通到該第三制冷循環(huán)中。
66.一種根據(jù)權(quán)利要求65的裝置，其特征在于，所述第五、第七和第九壓縮機(jī)與所述第六、第八和第十壓縮機(jī)平行地流體連通到該第三制冷循環(huán)中。
67.一種用于使天然氣液化的裝置，所述裝置在第一制冷循環(huán)中使用第一制冷劑以協(xié)助冷卻該天然氣，所述裝置包括第一蒸汽輪機(jī)；由該第一蒸汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)并可用于壓縮至少一部分該第一制冷劑的第一組壓縮機(jī)；第二蒸汽輪機(jī)；以及由該第二蒸汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)并可用于壓縮至少一部分該第一制冷劑的第二組壓縮機(jī)。
68.一種根據(jù)權(quán)利要求67的裝置，其特征在于，所述第一組壓縮機(jī)包含串聯(lián)連接到該第一制冷循環(huán)中的至少兩個(gè)單獨(dú)的壓縮機(jī)，所述第二組壓縮機(jī)包含串聯(lián)連接到該第一制冷循環(huán)中的至少兩個(gè)單獨(dú)的壓縮機(jī)。
69.一種根據(jù)權(quán)利要求68的裝置，其特征在于，該第一組壓縮機(jī)中的所述各壓縮機(jī)以一種方式彼此驅(qū)動(dòng)連接，該方式要求當(dāng)由該第一蒸汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)該第一組壓縮機(jī)中的所有壓縮機(jī)以基本相同的速度旋轉(zhuǎn)；并且，該第二組壓縮機(jī)中的所述各壓縮機(jī)以一種方式彼此驅(qū)動(dòng)連接，該方式要求當(dāng)由該第二蒸汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)該第二組壓縮機(jī)中的所有壓縮機(jī)以基本相同的速度旋轉(zhuǎn)。
70.一種根據(jù)權(quán)利要求68的裝置，其特征在于，所述第一和第二組壓縮機(jī)平行地連接到該第一制冷循環(huán)中。
71.一種根據(jù)權(quán)利要求70的裝置，其特征在于，所述第一制冷劑主要包括甲烷。
72.一種根據(jù)權(quán)利要求68的裝置，其特征在于，該第一組壓縮機(jī)中的所述各壓縮機(jī)在不使用齒輪箱的情況下彼此驅(qū)動(dòng)連接，該第二組壓縮機(jī)中的所述各壓縮機(jī)在不使用齒輪箱的情況下彼此驅(qū)動(dòng)連接。
73.一種根據(jù)權(quán)利要求72的裝置，其特征在于，所述第一組壓縮機(jī)包含串聯(lián)連接到該第一制冷循環(huán)中的至少三個(gè)單獨(dú)的壓縮機(jī)，所述第二組壓縮機(jī)包含串聯(lián)連接到該第一制冷循環(huán)中的至少三個(gè)單獨(dú)的壓縮機(jī)。
74.一種根據(jù)權(quán)利要求73的裝置，其特征在于，所述第一制冷劑包含至少75摩爾百分比的甲烷。
75.一種根據(jù)權(quán)利要求1的工藝，其特征在于，該工藝還包括以下步驟(m)蒸發(fā)通過(guò)步驟(a)-(d)生成的液化天然氣。
76.一種根據(jù)權(quán)利要求13的工藝，其特征在于，該工藝還包括以下步驟(m)蒸發(fā)通過(guò)步驟(a)-(e)生成的液化天然氣。
77.一種根據(jù)權(quán)利要求28的工藝，其特征在于，該工藝還包括以下步驟(r)蒸發(fā)通過(guò)步驟(a)-(d)生成的液化天然氣。
78.一種根據(jù)權(quán)利要求40的工藝，其特征在于，該工藝還包括以下步驟(l)蒸發(fā)通過(guò)步驟(a)-(d)生成的液化天然氣。
79.一種根據(jù)權(quán)利要求49的工藝，其特征在于，該工藝還包括以下步驟(h)蒸發(fā)通過(guò)步驟(a)-(c)生成的液化天然氣。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種具有最優(yōu)的機(jī)械驅(qū)動(dòng)器和壓縮機(jī)配置的天然氣液化系統(tǒng)。該液化系統(tǒng)可使用熱量回收系統(tǒng)以提高熱效率。還可使用一獨(dú)特的起動(dòng)系統(tǒng)。
文檔編號(hào)F25J1/02GK1703606SQ03823899
公開(kāi)日2005年11月30日 申請(qǐng)日期2003年9月24日 優(yōu)先權(quán)日2002年10月7日
發(fā)明者B·D·馬丁內(nèi)斯, S·R·薩克爾, P·R·哈恩, N·P·博達(dá), W·R·奎爾斯 申請(qǐng)人:科諾科菲利浦公司