专利名称：将利用第一冷却循环冷却所获gnl流过冷的方法及相关设备的制作方法
技术领域：
为此，本发明的目的是上述类型的过冷方法，其特征在于，所述 制冷流体由含氮的流体混合物形成。
14符合本发明的方法可以包括以下特征中的一个或多个，这些特征 可以单独或以任何可能的技术组合的方式出现—在所述阶段(iii)之后
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(iiil)将来自所述压缩装置的制冷流体分离成过冷流和二次冷 却流；
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(iii2)使所述二次冷却流在次级透平中膨胀；
221 (iii3) 4吏来自所述次级透平的二次冷却流与来自所述第一热交
换器的制冷流体流混合，以便形成制冷混合流；
23] (iii4)使来自所述阶段的过冷流在第三热交换器中与所述制冷
混合流进行热交换；
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(出5)将来自所述第三热交换器的过冷流引入所述冷透平中；
25一 所述次级透平与所述压缩装置的压缩^目联结；—液化天然气流的过冷装置，其包括第一热交换器，所述第一 热交换器用于使所述液化天然气流与制冷流体进行热交换；及
33一 第二封闭冷却循环，其独立于所述第一冷却循环并包括
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-第二热交换器，其包括使来自所述第一热交换器的制冷流体 流动的装置；
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-压缩装置，其压缩来自所述第二热交换器的制冷流体，并能 够将所述制冷流体带到一高于其临界压力的高压；
361 _使来自所述压缩装置的制冷流体在所述第二热交换器中流 动的装置；
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-冷透平，其使至少一部分的来自所迷第二热交换器的制冷流 体动态膨胀；及
381 -将来自所述冷透平的制冷流体引入所述第一热交换器内的 装置；
39其特征在于，所述制冷流体由含氮的流体混合物形成。 [40符合本发明的设备可以包括以下特征中的一个或多个，这些特征 可以单独或以任何可能的技术组合的方式出现
411一制冷流体包括氮和至少一种烃类；42—制冷流体含有氮和甲烷；
431 —所述第二热交换器包括使二次制冷流体流动的装置，所述设 施包括第三冷却循环，该第三冷却循环相继包括次级压缩装置，其压缩 来自所述第二热交换器的二次制冷流体；冷却装置和膨胀装置，它们使来
自所述次级压缩装置的二次制冷流体冷却和膨胀；以及将来自所述膨胀装 置的二次制冷流体引入所述第二热交换器内的装置；—该设备在所述冷透平的上游包括将来自所述第三热交换器 的过冷流SI入所述第 一热交换器中的装置，以侵Z使该过冷流与在所述冷透 平出口、于所述第一热交换器中流动的制冷流体进行热交换；53一 所述制冷流体包括C2烃。
541 现在参照附图描述本发明的实施例，附图如下55一图l是按照本发明的第一设备的运行概图；56一图2是表示图1设备和现有技术设备的第二冷却循环的效率 随压缩机出口处制冷流体压力变化的曲线57〗一图3是按照本发明的第一设备的第一变型的与图l类似的58一图4是对于图3i殳备类似于图2曲线的曲线59—图5是按照本发明的第一设备的第二变型与图1类似的60一图6是按照本发明的第二设施的与图1类似的61]一图7是按照本发明的第二设施与图2曲线类似的曲线62一图8是按照本发明的第三设备与图3类似的示意图；及 呈基本在10 bar到30 bar之间的低压的制冷流体流42进入第二 热交换器23内，并且在该交换器23中被加热，以便形成被加热的制冷流 体流43。过冷流85进入第三热交换器81内，在其中冷却，以形成冷却的 过冷流89。此时该过冷流89进入透平31中，在其中膨胀。膨胀后的过冷 流90在透平31的出口呈气态。过冷流90进入第一热交换器19内，在其 中通过热交换过冷所述液化天然气流11，并形成加热后的过冷流93。
108二次冷却流87被带到次级透平83，在其中膨胀，以便形成膨胀 后的呈气态的二次冷却流91。 二次冷却流91在位于第三热交换器81上游 的一点，与来自第一热交换器19的变热的过冷流93混合。这样得到的混 合物引入其冷却过冷流85的第三热交换器81内，以便形成制冷流体流42。
[109作为变型，按照本发明的第二设施79具有含丙烷或以乙烷-丙烷 为基础的第三制冷循环59，该第三制冷循环59冷却第二热交换器23。第 三制冷循环59在结构上与图3和5分别表示的第三循环59相同。
110图7表示图6所示的设施未设有制冷循环时所述循环21随高压 的效率曲线95 ，而曲线97和99表示使用分别含有丙烷或以丙烷和乙烷混 合物为基础的第三制冷循环59时所述循环21随压力变化的效率曲线。如 图7所示，循环21的效率相对只包括氮作为制冷流体的循环(曲线51) 增大.
111图8所示的按照本发明的第三设施100与第二设施79的区别在 于以下特征。
[112压缩装置25不包括第三压缩级27C。另外，该设施包括可以使 膨胀后的流体液化的动态膨胀透平99。该透平99与发电机99A相联结。
[113该设施100中实施的按照本发明的第三方法与第二方法的区别在 于过冷流85与二次冷却流87的流量之比，该比小于l。
114另外，在第三交换器81的出口，冷却的过冷流89进入第一热交 换器19内，在其中重新被冷却，然后进入透平99中。来自透平99的膨胀
后的过冷流101完全呈液态。
115然后，液态过冷流101在第一热交换器19中汽化，并且一方面 与待过冷的液态天然气流ll反向，而另一方面与第一热交换器19中流动 的冷却过冷流89反向。
[116二次冷却流91在次级透平83的出口为气态。
117在该设施中，在第一循环21中流动的制冷流体优选包含氮和曱 烷的混合物，该混合物中氮的摩尔百分率小于50%。制冷流体有利地还包 括含量低于10%的C2烃，如乙烯。如图9中所述循环21随压力变化的效 率曲线103所示，该方法的效率又有提高。
[118作为变型，图3和5描述的含丙烷或以乙烷-丙烷混合物为差J出 的第三制冷循环59用于冷却第二热交换器23。对这两个变型，循环21的 随压力变化的效率曲线105和107示于图9中，且同样表现出循环21的效 率在考虑的高压范围内增加。
119因此，符合本发明的方法可以具有灵活的、且容易在生产GNL 的设施中实施的过冷方法，其中GNL或作为主要产品，例如在GNL生产 设备中，或作为副产品，例如在天然气液体(LGN)提取设备中。
[120为过冷GNL而在反向布雷顿循环中使用包括氮的制冷流体混合 物，极大地提高了该循环的效率，这就降低了设施中GNL的生产成本。
[121在绝热压缩之前使用次级冷却循环以便冷却制冷流体，会显著地 提高设施效率。
122利用笫一热交换器19中大于或等于4°C的平均温差来计算出所 得到的效率值。但是，通过减小该平均温差，反向布雷顿循环的效率可以 超过50%，这与以传统的方式使用烃类混合物的冷凝和汽化循环以液化并 过冷GNL的效率相当。
权利要求
1.将利用第一制冷循环(15)冷却所获的液化天然气流(11)过冷的方法，该方法包括以下步骤(a)将温度低于-90℃的液化天然气流(11)引入第一热交换器(19)中；(b)在所述第一热交换器(19)中通过与制冷流体(41)进行热交换，过冷所述液化天然气流(11)；(c)使所述制冷流体(41)经受独立于所述第一制冷循环(15)的第二封闭制冷循环(21)，所述第二封闭制冷循环(21)包括以下相继的阶段(i)在第二热交换器(23)中加热来自所述第一热交换器(19)的保持在低压的制冷流体(42)；(ii)在压缩装置(25)中将来自所述第二热交换器(23)中的制冷流体(43)压缩到高于其临界压力的高压；(iii)在所述第二热交换器(23)中冷却来自所述压缩装置(25)的制冷流体(45)；(iv)在冷透平(31；99)中使至少一部分的来自所述第二热交换器(23)的制冷流体(47；85)动态膨胀到一低压；(v)将来自所述冷透平(31；99)的制冷流体(41；101)引入所述第一热交换器(19)中；其特征在于，所述制冷流体(41)包括氮和甲烷的混合物。
2. 如权利要求l所述的方法，其特征在于，所述制冷流体中甲烷的摩 尔含量介于5%到15%之间。
3. 如上迷权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在所述阶段 (iii)，使来自所述压缩装置(25)的制冷流体(45)与在所述第二热交换器(23)中流动的二次制冷流体(67)发生热交换，所述二次制冷流体 (67)经受第三冷却循环(59)，在该第三冷却循环中，在所述第二热交 换器(23)的出口压缩所述二次制冷流体(67)，使该二次制冷流体冷却并使该二次制冷流体至少部分地冷凝，然后在使所述二次制冷流体在所述第二热交换器(23)中汽化之前膨胀。
4. 如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述二次制冷流体(67) 包含丙烷。
5. 如权利要求4所述的方法，其特征在于，所迷二次制冷流体包含乙 烷和丙烷的混合物、特别是具有约50%摩尔乙烷和50%摩尔丙烷的混合 物。
6. 如上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在所迷阶段(iii) 之后，(1111) 将来自所述压缩装置(25 )的制冷流体(47 )分离成过冷流(85 ) 和二次冷却流(87 );(1112) 使所述二次冷却流(87)在次级透平(83)中膨胀；(iii3 )使来自所述次级透平(83 )的二次冷却流(91)与来自所述第 一热交换器(19)的制冷流体流(93)混合，以便形成制冷混合流；(iiW )使来自所述阶段(iiil)的过冷流(85 )在第三热交换器(81) 中与所述制冷混合流进行热交换；(iii5 )将来自所述第三热交换器(81)的过冷流(85 )引入所述冷透 平(31; 99)中
7. 如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述次级透平(83)与所 述压缩装置(25)的压缩机(27D)相联结。
8. 如上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在所述阶段 (iv)，在所述冷透平(31)中使所述制冷流体(47)保持基本呈气态。
9. 如权利要求6或7所述的方法，其特征在于，在所述阶段(iv)， 在所述冷透平(99)中使所述制冷流体(101)按多于95%的质量液化。
10. 如权利要求9所述的方法，其特征在于，来自所述笫三热交换器 (81)的过冷流(85)在其进入所述冷透平(99)内之前，通过与在所述冷透平(99)出口、于所述第一热交换器(19)中流动的制冷流体(101) 进行热交换而冷却。
11. 如权利要求9或IO所述的方法，其特征在于，所述制冷流体包含C2烃。
12. 如权利要求9至11中任一项所述的方法，其特征在于，所述制冷 流体中氮的摩尔百分率小于50%。
13. 如上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，高压高于约 70bar，且低压低于约30 bar。
14. 将来自包括第一冷却循环(15)的液化设备(13)的液化天然气 流(11)过冷的设施(10; 79; 100)，所述设施(10; 79; 100)包括一液化天然气流(11)的过冷装置，其包括笫一热交换器(19),所 述第一热交换器用于使所述液化天然气流与制冷流体(41)进行热交换； 及一第二封闭冷却循环(21)，其独立于所述第一冷却循环(15)并包括-第二热交换器(23),其包括使来自所述第一热交换器(19)的 制冷流体(42)流动的装置；-压缩装置(25),其压缩来自所述第二热交换器(23)的制冷流 体，并能够将所述制冷流体带到一高于其临界压力的高压；-使来自所述压缩装置(25)的制冷流体(45)在所述第二热交换 器(23)中流动的装置；-冷透平(31; 99),其使至少一部分(47; 85)的来自所述第二 热交换器(23)的制冷流体动态膨胀；-将来自所述冷透平(31; 99)的制冷流体(41; 101)引入所述第 一热交换器(19)内的装置；及其特征在于，所述制冷流体(41)包括氮和甲烷的混合物。
15，如权利要求14所述的设施(10; 79; 100)，其特征在于，所述 制冷流体中甲烷的摩尔含量介于5%到15%之间。
16.如权利要求14或15所述的设施(10; 79; 100)，其特征在于， 所述第二热交换器(23)包括使二次制冷流体(67)流动的装置，所述设 施(10; 79; 100)包括第三冷却循环(59),该第三冷却循环相继包括 次级压缩装置(61),其压缩来自所述第二热交换器(23)的二次制冷流 体(67);冷却装置(63)和膨胀装置(65),它们使来自所述次级压缩 装置(61)的二次制冷流体冷却和膨胀；以及将来自所述膨胀装置(65) 的二次制冷流体(67)引入所述第二热交换器(23)内的装置。
17. 如权利要求16所述的设施(10; 79; 100)，其特征在于，所述 二次制冷流体(67)包含丙烷。
18. 如权利要求17所述的设施(10; 79; 100)，其特征在于，所述 二次制冷流体包含乙烷和丙烷的混合物、特别是具有50%摩尔乙烷和50% 丙烷的混合物。
19. 如权利要求14至18中任一项所述的设施(10; 79; 100)，其特 征在于，该设施包括一分离装置，其使来自所述压缩装置(25)的制冷流体(47)分离， 以^t形成过冷流(85)和二次冷却流(87);—次级透平(83)，其使所述二次冷却流(87)膨胀；—混合装置，其使来自所迷次级透平(83)的二次冷却流(91)与来 自所迷第一热交换器(19)的制冷流体流(93)混合，以便形成混合流；一第三热交换器(81)，其用以使来自所述分离装置的过冷流(85) 与所述混合流发生热交换;.及一将来自所述第三热交换器(81 )的过冷流(85 )引入所述冷透平(31; 99)内的装置。
20. 如权利要求19所述的设施(10; 79),其特征在于，所述次级透 平(83)与所述压缩装置(25)的一压缩机(27D)相联结。
21. 如权利要求19或20所述的设施，其特征在于，所述冷透平能够 使所述制冷流体按多于95%的质量液化。
22. 如权利要求21所述的设施，其特征在于，所述制冷流体中氮的摩 尔百分率小于50%。
23. 如权利要求19至22中任一项所述的设施(100 )，其特征在于， 该i殳备在所述冷透平(99)的上游包括将来自所述第三热交换器(81) 的过冷流(89)引入所述第一热交换器(19)中的装置，以俊z使该过冷流 与在所迷冷透平(99)出口、于所述第一热交换器(19)中流动的制冷流 体(101)进行热交换。
24. 如权利要求23所述的设施(100 )，其特征在于，所述制冷流体 包括Q烃。
全文摘要
在该方法中，在第一热交换器(19)中利用制冷流体(41)过冷液化天然气流(11)。该制冷流体(41)经受一封闭制冷循环(21)。封闭循环(21)包括在第二热交换器(23)中加热所述制冷流体(42)的阶段、和在压缩装置(25)中将制冷流体(43)压缩到一高于它的临界压力的高压的阶段。该方法另外包括在第二热交换器(23)中使来自压缩装置(25)的制冷流体(45)冷却的阶段、和使来自第二热交换器(23)的制冷流体的一部分(47)在透平(31)中动态膨胀的阶段。制冷流体(41)包含氮和甲烷的混合物。
文档编号F25J1/02GK101180509SQ200680017686
公开日2008年5月14日 申请日期2006年4月7日 优先权日2005年4月11日
发明者H·帕拉多夫斯基 申请人:泰克尼普法国公司