用于lng生产的多氮气膨胀工艺的制作方法

用于lng生产的多氮气膨胀工艺的制作方法
【专利摘要】一种天然气液化的方法，该方法包括至少两个氮气制冷剂流。各个流经过压缩、冷却、膨胀和加热的循环，在此期间，将各个氮气流膨胀至与至少两个氮气流中的其它氮气流的压力不同的压力，且所述加热发生在一个或多个热交换器中。在所述一个或多个热交换器的至少一个中，膨胀的氮气流与天然气流存在热交换关系且与一个或多个压缩的氮气流也存在热交换关系。将至少一个膨胀的氮气流在主氮气压缩器的级中压缩成侧流，从而在经过所述氮气压缩器级后，将压缩的侧流与另一压缩的氮气流相结合。
【专利说明】用于LNG生产的多氮气膨胀工艺
【背景技术】
[0001]全世界用于LNG (液化天然气)生产的气体液化方法共有五类。
[0002]这些方法的复杂性和效率不同一基本系统具有低水平的效率(每单位生产的LNG的高能量需求)而更加复杂的系统具有较高的效率。需要在复杂性(就资本支出和运营成本而言)和效率之间做出权衡。
[0003]上述五类方法可以被归类为简单的气体膨胀、增强的膨胀、单一循环制冷、双循环制冷、三循环制冷。
[0004]LNG设备的效率可以以每吨生产的LNG的比功率需求(specific power demand)而进行测量，对于最高效大型的现代设备，其可以在250kWh/t (每吨千瓦时)的范围内，对于小规模的简单再液化和调峰设备，则高达600到700kWh/t。
[0005]这五种类型中的许多可用的工艺在一些重要方面也各不相同，如内在的安全风险、世界范围内作业的设备的数量和海上作业的适合度。
[0006]在第二类的增强的膨胀设备中，存在各种专利方法，目的是以不同的方式来提高单一膨胀方法的效率。为了产生更多的冷却，这些方法通常利用“压缩扩张器”(直接与气体压缩器偶联的气体涡轮-膨胀器)。大多数方法采用双级，即两个水平的气体膨胀(故而气体冷却)，以优化该方法的效率。制冷流体可以是原料气体(野马设计，Mustang design),氮气(BHP, Kanfa Aragon, APCI和Statoil设计)，或一个氮气环和一个甲烧环(CB&I Niche设计)。
[0007]基于氮气的膨胀器工艺很具有吸引力，尤其是在促进启动和关闭的方面，导致更高的可用性，由于该工艺不需要大量储存易燃制冷剂，而具有更好的内在安全性。然而它们的效率比更受欢迎的双级制冷循环方法低。
[0008]现有的双级膨胀方法具有通常在约420到约500kWh/t范围内的比功率需求，而该新的构思的目的是能够将比功率需求降低至400kWh/t以下。
[0009]以气体的形式从自然界存在的油气田中获得的天然气，从地球资源排出以形成天然气原料，该原料在商业使用之前需要经过处理。天然气原料进入处理设备，并通过各种不同的装置的操作进行处理，最终出现如适合于使用的形式的液化天然气(LNG)。该液化气随后储存和运输到另一个适合的地点用于再蒸发以及随后的使用。在天然气原料的处理中，为了减少或消除用于处理中的设备发生堵塞的可能性和克服其它处理困难，将其冷却以形成LNG前，从天然存在的油气田中获得的气体必须首先进行预处理以去除或减少杂质或污染物的浓度，例如二氧化碳和水等。杂质和/或污染物的一个实例是酸性气体如二氧化碳和硫化氢。在酸性气体脱除装置中将酸性气体去除后，原料气流被干燥以去除所有存在的水。冷却之前将汞也从天然原料气体中去除。一旦将所有的污染物或不想要或不希望的物质从原料气流中去除，即可使其经历随后的处理，如冷却，以生产LNG。
[0010]通常，在大气压强、-165°c到-155°c的温度范围内，天然气组合物会液化。天然气的临界温度为约_90°C到_80°C，这就意味着在实践中，天然气不可能仅通过施加压力而被液化，而也必须在低于临界温度下被冷却。[0011]冷却天然气原料可以通过多个不同的冷却过程循环来实现，其中一种涉及使用氮气膨胀器循环，其中，以最简单的形式，使用闭环，首先将氮气压缩并在空气或水冷却的条件下冷却，然后通过与冷低压氮气逆流交换进一步冷却。然后经冷却的氮气流通过涡轮膨胀器膨胀以产生冷的低压流，冷的氮气被用于冷却天然气原料和冷却热交换设备中的高压氮气流。通过氮气膨胀在膨胀器中所做的功会在连接在膨胀器的轴上的氮气增压压缩器中得到回收。因此，在该过程中，冷的氮气不仅仅被用于通过冷却天然气而液化它，冷的氮气还被用于预冷或冷却在同一热交换器中的氮气。经预冷或冷却的氮气随后通过膨胀被进一步冷却而形成冷氮气制冷剂。
[0012]US6, 412，302公开了双重膨胀器态位LNG的工艺，在这种用于LNG生产的工艺中，使用了双重独立的膨胀器制冷循环。
[0013]Kanfa Aragon的W02009017414公开了一种用于生产LNG的与BHP方法相似的氮
气双重膨胀器工艺。
[0014]Statoil的W02009130466和美国专利7，386，996公开了一种氮双级膨胀器方法，这是一种BHP方法的改进版本，但还是基于两个膨胀器。
[0015]US6, 250，244公开了可以通过改变经过热交换器的制冷剂的流速来改变制冷剂的升温曲线的斜率:特别地，可以通过减小制冷剂的流速来提高斜率。它也公开了如果氮气流被分成两股气流，它可能能够使氮升温曲线从单一直线变成两个相交的具有不同斜率的直线部分。这种工艺的一个实例被美国专利N0.3，677，019所公开。其说明书中公开了一种工艺，在该工艺中，将压缩的制冷剂分成至少两个部分，并且每个部分通过膨胀做功而被冷却。每个膨胀做功的部分被运输到单独的热交换器用于冷却待液化的气体，这使得制冷剂升温曲线包括至少两个具有不同斜率的直线部分，这有助于升温和冷却曲线的匹配以及提高该方法的效率。其说明书在20年前就已发表，按照现代的标准，该方法公开的方法是低效的。
[0016]在US6，250，244中公开了用于液化永久气流的工艺，该工艺也涉及为了使待液化的气体的冷却曲线与制冷剂的升温曲线相匹配，而将制冷剂流分成至少两部分。该工艺中的所有的膨胀器的出口的压强都在约IMPa以上。其说明书指出，如此高的压强增加了制冷剂的比热，因此提高了制冷剂循环的效率。为了实现效率的提高，有必要使得其中一个膨胀器的出口处的制冷剂处于或者接近它的饱和点，由于接近饱和时比热较高。如果制冷剂处于饱和点，然后在上述条件下被输送到热交换器中的制冷剂中会有一些液体。这将导致额外的费用，因为或者需要改造热交换器以处理两相制冷剂，或者制冷剂需要在被输送到热交换器之前被分离成液相和气相。
[0017]BHP的US6，250，244公开了氮气双重膨胀器工艺。在该生产LNG的工艺中，以将制冷剂流分成至少两个独立的部分，在输送到独立的热交换器前经过单独的涡轮-膨胀器的方式使用单相氮气制冷剂，以便制冷剂的升温曲线与待液化产品的冷却曲线更紧密的匹配，从而使热力学的低效率和工艺中操作所涉及的功率需求最小化。
[0018]US5768912公开了具有两个平行放置的涡轮膨胀器的氮气膨胀方法的现有技术。

【发明内容】

[0019]本发明公开了一种氮气膨胀的方法，该方法使用不同膨胀压力水平和具有多个压缩器的氮气压缩单元以及待压缩的氮气的一个或多个测流。
[0020]本发明涉及一种天然气液化的方法，该方法包括至少两个氮气制冷剂流，各个流经过压缩、冷却、膨胀和加热的循环，在此期间，将各个氮气流膨胀至与至少两个氮气流中的其它氮气流的压力不同的压力，且所述加热发生在一个或多个热交换器中；
[0021]在所述一个或多个热交换器的至少一个中，膨胀的氮气流与天然气流存在热交换关系且与一个或多个压缩的氮气流存在热交换关系，其中，将至少一个膨胀的氮气流在主氮气压缩器的级中压缩成侧流，从而在经过所述氮气压缩器级后，将压缩的侧流与另一压缩的氮气流相结合。
[0022]根据本发明的一个方面，提供了一种如上所述的方法，其中，所述主氮气压缩器包括至少两个压缩器级。
[0023]根据本发明的一个方面，提供了一种如上所述的方法，其中，氮气压缩器单元包括至少两个偶联在共同的驱动轴上的压缩器。
[0024]根据本发明的一个方面，提供了一种如上所述的方法，其中，压缩的氮气流在至少两个平行放置的膨胀器中被划分成不同的压力水平。
[0025]根据本发明的一个方面，提供了一种如上所述的方法，其中，各个膨胀器通过共同的驱动轴与用于压缩氮气流的压缩器相连接。
[0026]根据本发明的一个方面，提供了一种如上所述的方法，其中，各个与各自的膨胀器相连接的压缩器接收和压缩被主氮气压缩器压缩的氮气流的一部分。
[0027]根据本发明的一个方面，提供了一种如上所述的方法，其中，至少一个与各自的膨胀器相连接的压缩器接收和压缩经过热交换器的氮气流的至少一部分。
[0028]根据本发明的一个方面，提供了一种如上所述的方法，其中，所述主氮气压缩器是气体涡轮驱动的或电动马达驱动的或蒸汽涡轮驱动的。
[0029]根据本发明的一个方面，提供了一种如上所述的方法，其中，所述膨胀包括在各自的膨胀器中的高压、中压和低压膨胀阶段。
[0030]根据本发明的一个方面，提供了一种如上所述的方法，其中，所述主氮气压缩器包括三个压缩器级并接收具有不同压力的两个侧流。
[0031]根据本发明的一个方面，提供了一种如上所述的方法，其中，三个压缩器偶联在共同的驱动轴上。
[0032]根据本发明的一个方面，提供了一种如上所述的方法，其中，三个平行放置的膨胀器中的两个是涡轮-膨胀器，且第三个膨胀器是焦耳-汤普森阀(Joule-Thompson valve)。
[0033]本发明要求保护的方法是用于LNG生产的基于氮气的三重膨胀工艺，具有与多个氮气压力水平(高(HP:升温)，中等(IP)和低压(LP:冷却)水平)相结合的多个平行放置的膨胀器，以及具有至少一个用于氮气压缩器单元的氮气侧流。
[0034]本发明还涉及一种天然气液化装置，该装置包括一个或多个热交换器的热交换器系统，所述热交换器用于使天然气与多个氮气制冷剂流有热交换关系；至少两个用于压缩第一和至少第二氮气制冷剂流的压缩器；用于膨胀第一氮气流至第一压力的第一膨胀器和用于膨胀所述至少第二氮气流至比第一压力更低的至少第二压力的至少第二膨胀器，其中，该装置还包括具有至少两个压缩器级的主氮气压缩器，每个压缩器级被设置用于接收相关联的氮气流，并且每个氮气流具有与至少两个氮气流中的其它氮气流的压力不同的压力，一个氮气流作为将与其它氮气流相结合的侧流。
[0035]优选的配置使用三个平行操作的氮气涡轮-膨胀器。
[0036]本发明是通过增加第三膨胀器级来进一步改进现有的氮气双重膨胀器工艺以提高效率。
[0037]根据本发明的一个方面，提供了一种如上所述的装置，其中，所述一个氮气流在经过与该一个氮气流相关联的压缩器级后，在所述其它氮气流进入与该其它氮气流相关联的压缩器级前，与所述其它氮气流相结合。
[0038]根据本发明的一个方面，提供了一种如上所述的装置，其中，所述主氮气压缩器包括至少两个偶联在共同的驱动轴上的压缩器。
[0039]根据本发明的一个方面，提供了一种如上所述的装置，其中，压缩的氮气流在至少两个平行放置的膨胀器中被划分成不同的压力水平。
[0040]根据本发明的一个方面，提供了一种如上所述的装置，其中，各个膨胀器通过共同的驱动轴与被设置用于压缩氮气流的压缩器相连接。
[0041]根据本发明的一个方面，提供了一种如上所述的装置，其中，各个压缩器接收和压缩被主氮气压缩器压缩的氮气流的一部分。
[0042]根据本发明的一个方面，提供了一种如上所述的装置，其中，至少一个压缩器接收和压缩在流到主氮气压缩器之前经过热交换器系统的氮气流的至少一部分。
[0043]根据本发明的一个方面，提供了一种如上所述的装置，其中，所述主氮气压缩器单元是气体涡轮驱动的或电动马达驱动的或蒸汽涡轮驱动的。
[0044]根据本发明的一个方面，提供了一种如上所述的装置，其中，第一和至少第二膨胀器包括在各自的膨胀器中的高压、中压和低压膨胀阶段。
[0045]根据本发明的一个方面，提供了一种如上所述的装置，其中，所述主氮气压缩器包括三个压缩器并接收具有不同压力的两个侧流。
[0046]根据本发明的一个方面，提供了一种如上所述的装置，其中，三个平行放置的膨胀器中的两个是涡轮-膨胀器，且第三个膨胀器是焦耳-汤普森阀。
[0047]根据本发明的方法和工艺，实际上是非常适合作为优化的N2膨胀工艺，该方法具有用于海上作业的特定优势，它利用了 N2冷却工艺的内在安全性优势，尽管增加了一些复杂性，其结合相对短的工艺流程而最大限度地提高了系统效率。
【专利附图】

【附图说明】
[0048]下面将结合参考了附图的【具体实施方式】对本发明进行进一步地说明，其中:
[0049]图1示出的是Statoil现有的双重氮气膨胀器工艺；
[0050]图2示出的是根据本发明实施方式的一种双重膨胀工艺；
[0051]图3示出的是根据本发明实施方式的另一种双重膨胀工艺；
[0052]图4示出的是根据本发明实施方式的第一种三重膨胀工艺方案；
[0053]图5示出的是根据本发明实施方式的另一种三重膨胀工艺方案；
[0054]图6示出的是根据本发明实施方式的一种具有用于HP膨胀阶段的焦耳-汤普森(JT)阀的双重膨胀工艺；
[0055]图7示出的是根据本发明实施方式的另一种具有用于HP膨胀阶段的JT阀的双重 膨胀工艺。
【具体实施方式】
[0056]图1示出的是一种Statoil现有的用于天然气液化的双重氮气膨胀工艺；
[0057]根据现有技术的工艺系统100包括热交换器系统2,即，一个或多个热交换器或散热器或“冷箱(cold boxes)”，第一(涡轮)膨胀器单元3，第二涡轮膨胀器单元4和循环压缩器5、6。另外,工艺设备包括中间冷却器(inter-coolers)和后冷却器(after-coolers)7、8、90
[0058]工艺系统100包括天然原料气体入口 10，天然原料气体如天然气流15经热交换器系统2流向从残余气体(闪蒸气体)中分离液体天然气(LNG)的闪蒸(flash)设备11中。
[0059]在热交换器系统2中，通过冷氮气的逆流17、19将天然原料气体流冷却，冷氮气逆流在第一和第二膨胀器3b、4b中产生。在热交换器系统的出口处，热氮气被输送到产生高压氮气流18的主循环压缩器5、6。高压流通过第一和第二涡轮膨胀器3、4的压缩器3a、4a后，氮气流继续作为高压氮气流16，该高压氮气流16进入热交换器2并与天然原料气体流15平行地流向涡旋膨胀器3、4的膨胀器部分3b、4b，通过膨胀器后，在热交换器系统2中，氮气流进一步冷却并继续作为逆流17。参照图1，氮气膨胀器概念已经通过具有一个膨胀器的单一压力水平循环向具有两个膨胀器的双重压力水平循环转移而提高了效率。
[0060]图2示出的是根据本发明实施方式的一种工艺方案54，在该实施方式中，通过两个涡轮膨胀器H、L处理氮气循环的膨胀。
[0061]一个涡轮膨胀器L被设置为氮气的相对低压膨胀，另一个涡轮膨胀器H被设置为相对高压膨胀。
[0062]本实施方式的主氮气压缩器包括两个偶联的压缩器级或单元22、23。第一压缩器级22具有与低压涡轮膨胀器L的压缩器部分LC的出口相偶联的入口，第一压缩器级22进料的流来自于压缩器部分LC。
[0063]第二压缩器级23具有来自高压涡轮膨胀器H的压缩器部分HC出口的进气流。
[0064]第一压缩器级的出口与第二压缩器级的入口以这样的方式相偶联，来自于低压涡轮膨胀器L的压缩器出气流在第一压缩器级中被加压后，在第二压缩器级入口之前，被加到来自于高压涡轮膨胀器的压缩器出气流中。
[0065]以这种方式，形成高压压缩的气流CS，与天然原料气体15为平行流而进入热交换器系统2。
[0066]热交换器系统内，高压压缩的气流CS被分流为用于高压膨胀器HE的第一入气流和用于低压膨胀器LE的第二入气流。
[0067]每个涡轮膨胀器中，各自的入气流被膨胀为冷却的氮气流HS ；以相对于天然原料气流和高压压缩的氮气流CS逆流的方式将LS运输通过热交换器系统2。经过热交换器系统2后，每个冷却的氮气流HS、LS定向至各自的压缩器HC ；LC的入口处。因此，来自于低压涡轮膨胀器L的冷却的氮气流LS被运输通过热交换器2，然后定向至低压涡轮膨胀器的压缩器部分LC的入口处。来自于高压涡轮膨胀器H的冷却的氮气流HS被运输通过热交换器系统，然后定向至高压涡轮膨胀器的压缩器部分HC的入口处。
[0068]中间冷却器/后冷却器的安装:中间冷却器36安装在高压涡轮膨胀器H的压缩器出口和第二压缩器级23的入口之间；第二中间冷却器32安装在第一压缩器级22的出口和第二压缩器级23的入口之间；第三中间冷却器35安装在第二压缩器级的出口处。
[0069]值得注意的是，单一热交换器2可体现为许多热交换器单元，如板翅式热交换器，壳式-和-管式热交换器的螺旋缠绕式热交换器。
[0070]图3示出的是根据本发明实施方式的另一种工艺方案55。与图2所示实施方式相同的是，工艺方案适用于通过双涡轮膨胀器H、L和双级主氮气压缩器处理的氮气循环的膨胀。
[0071]但是，在本实施方式中，由主氮气压缩器产生的高压气流CS不直接被运输到热交换器，而首先分别被运输通过高压涡轮膨胀器和低压涡轮膨胀器的压缩器部分HC、LC。来自于主氮气压缩器的高压气流DS被分流为通往高压涡流膨胀器的压缩器部分HC的气流和通往低压涡轮膨胀器的压缩器部分LC的气流。通过各自的压缩器部分后，气流合并成单一的气流，该单一的气流以平行于天然原料气流的流体通过热交换器。
[0072]在热交换器系统2中或处，压缩的气流CS被分流成通往高压膨胀器HE的入口处的气流和通往低压膨胀器LE入口处的气流。在各自的膨胀器部分HE、LE中膨胀冷却后，每个气流被运输通过热交换器系统2，然后被运输到相应的主氮气压缩器的压缩器级22、23:从低压涡轮膨胀器L到第一压缩器级22的入口的气流，从高压涡轮膨胀器H到第二压缩器级23的入口的气流。来自于第一压缩器级的加压的气流与进入第二压缩器级的入口处的气流合并。
[0073]中间冷却器32、33被设置来冷却压缩后的气流。
[0074]图4示出的是根据本发明实施方式的第一种三重膨胀工艺方案50。
[0075]通过增加第三压力水平和第三膨胀步骤能够进一步改善液化工艺。在该设计中，为了氮气流的循环，存在四个压力水平一来自于压缩器排气的高压，两个中压和低压。
[0076]HP (高压)氮气将在冷箱中冷却，将第一提取气流供给HP膨胀器HE，产生反馈到热交换器系统中的冷队流，并返回到主氮气压缩器22、23、24的第三级吸入口(suction)处。
[0077]更冷却的HP氮气被第二提取气流吸收供给IP (中压)膨胀器IE，产生反馈到热交换器系统中的第二冷N2流，并返回到主氮气压缩器的第二级吸入口处。
[0078]剩余的次级冷却的(sub-cooled) HP氮气被第三提取气流吸收供给LP (低压)膨胀器LE，产生反馈到热交换器系统中的第三冷N2流，并返回到主氮气压缩器的第一级吸入口处。
[0079]通过使用各自偶联到三个膨胀器HE、IE、LE的压缩器HC、1C、LC,对第三级压缩器排气处的压缩的氮气进一步增压，每个压缩器通过共同的驱动轴偶联到各自的膨胀器上。
[0080]以这种方式，产生三个水平的冷却(chilling)，同时，由于来自于热交换器系统的所有返回流被汇合到主氮气压缩器，使主氮气压缩器的功率最小化，从而提高LNG生产的总效率。
[0081]此外，由各自的膨胀器产生的三个温度水平提供了在已改进效率的热交换器系统中的冷却曲线。
[0082]更多详细说明参考图4。
[0083]如图4所示，涡轮膨胀器中存在3个压力水平，包括高压水平涡轮膨胀器H、中压涡轮膨胀器I和低压涡轮膨胀器L。每个涡轮膨胀器包括膨胀器部分HE、IE、LE和压缩器部分HC、1C、LC，其中，膨胀器部分的驱动轴与压缩器部分的驱动轴相偶联。每个膨胀器HE、IE、LE的膨胀的氮气的出口与热交换器系统2相偶联，热交换器系统2用于通过热交换器分别转移高压气流HS、中压气流IS和低压气流LS中冷的膨胀的氮气。
[0084]更进一步地，循环压缩器排列由三个氮气压缩器级22、23、24构成，三个氮气压缩器级被设置用于将各自的膨胀的氮气流从各个膨胀的氮气流HS、IS、LS压缩成单一的压缩的气流CS。在每个压缩器级的出口处，设置中间冷却器32、33、34用于冷却压缩的氮气流。
[0085]压缩的气流CS被设置成通过压缩器侧HC、1C、LC，用于驱动高压涡轮膨胀器H，中压涡轮膨胀器I和低压涡轮膨胀器L。输送动能到涡轮膨胀器后，压缩的气流CS被中间冷却器35冷却，然后以平行于天然原料气流的气流被运输通过热交换器系统2。压缩的气流CS在通过热交换器期间被冷却。
[0086]在热交换器系统内或在其入口处，压缩的气流分配成分别通往高压膨胀器HE、中压膨胀器IE和低压膨胀器LE的单独气流，作为在每一各自的膨胀器HE、IE、LE中分别具有高、中和低压力水平的待膨胀的氮气的原料。
[0087]通过压缩器驱动GT驱动主氮气压缩器组件(与氮气压缩器级相偶联)，在一个实施方式中，压缩器驱动GT是通过驱动轴偶联到主氮气压缩器上的燃气涡轮(gas-turbine)。在另一个实施方式中，压缩器驱动GT可以是马达，如电动马达或蒸汽涡轮。
[0088]图5示出的是根据本发明实施方式的另一种三重膨胀工艺方案51。
[0089]图5中显示了示例的压力水平(以巴(bars)计)和流速(总流量的％),这里示出的值仅是指示性的，并非旨在限制本发明。 [0090]在此可选的实施方式中(图5)，在气流分别被输送到主氮气压缩器的第三24、第二 23和第一 22级前，各自偶联在HP、IP和LP膨胀器HE、IE、LE上的压缩器HC、1C、LC被用于增加各自的HP、IP和LP气体的压力。在主氮压缩器22、23、24的压缩器部分的出口处的各种气流中，设置中间冷却器32、33、34用于冷却各自压缩的气流。
[0091]在一个示例性的实施方式中，压缩的气流CS在进入热交换器前为在约65bar(lbar ^ latm)的压力下氮气的全流量(100%)，在热交换器中，压缩的气流被分流成高压气流 HS (33% 流量，29，8bar)、中压气流 IS (40%, 17, lbar)和低压气流 LS (27%，12bar)。
[0092]在高压膨胀器部分HE、中压膨胀器部分IE和低压膨胀器部分LE中分别膨胀各个气流后，各个气流被供给热交换器系统2，通过热交换器后到各自的压缩器部分HC、1C、LC。
[0093]在该实施例中，低压气流LS被增压到16，5bar,并进入主氮气压缩器的第一氮气压缩器级22中，中压气流IS被增压到28bar，并进入第二氮气压缩器级23中，且高压气流被增压到约43，4bar,并进入第三氮气压缩器级24中。
[0094]图6示出的是根据本发明实施方式的一种具有用于HP膨胀阶段的焦耳-汤普森(JT)阀的双重膨胀工艺方案52。
[0095]在该替代的实施方式中(图6)，设置有与参照图4描述的实施方式相似的氮气供给方案，在高压气流中设置焦耳-汤普森(JT)膨胀阀，而不是HP涡轮-膨胀器。HP涡轮膨胀器被焦耳-汤普森(JT)膨胀阀所替换，并去掉HP压缩器。通过热交换器2后，高压气流现在直接供给主氮气压缩器的第三氮气压缩器级24。
[0096]本实施方式可以容许产生三种冷却的压力水平的简单方式，但是将会使得效率低于图4和5所示的工艺。[0097]在图7中，仍示出了另一种实施方式53，其中，图6的简单的JT阀工艺与图5的另一种压缩器结构相结合，从而给出了另一种用于三重膨胀工艺的方案。
[0098]通过在进入冷箱前为了降低工艺气体的进入温度，增加使用制冷剂环或任何其它制冷方式的预冷阶段，或者，通过增加额外的制冷循环来冷却压缩器的中间冷却器和/或后冷却器，可以进一步提高整个工艺方案的效率。
[0099]在此，虽然对本发明的特定实施方式进行了解释和说明，但是，应当理解的是，本领域的技术人员容易想到进行修饰和改变，因此，权利要求书应当被理解为涵盖了这样的修饰和等同。
【权利要求】
1.一种天然气液化的方法，该方法包括至少两个氮气制冷剂流，各个流经过压缩、冷却、膨胀和加热的循环，在此期间，将各个氮气流膨胀至与至少两个氮气流中的其它氮气流的压力不同的压力，且所述加热发生在一个或多个热交换器中； 在所述一个或多个热交换器的至少一个中，膨胀的氮气流与天然气流存在热交换关系且与一个或多个压缩的氮气流也存在热交换关系，其中，将至少一个膨胀的氮气流在主氮气压缩器的级中压缩成侧流，从而在经过该氮气压缩器级后，将压缩的侧流与另一压缩的氮气流相结合。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述主氮气压缩器包括至少两个压缩器级。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，氮气压缩器单元包括至少两个偶联在共同的驱动轴上的压缩器。
4.根据权利要求1或2或3所述的方法，其中，压缩的氮气流在至少两个平行放置的膨胀器中被划分成不同的压力水平。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，各个膨胀器通过共同的驱动轴与用于压缩氮气流的压缩器相连接。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，各个与各自的膨胀器相连接的压缩器接收和压缩被主氮气压缩器压缩的氮气流的一部分。
7.根据权利要求5所述的方法，其中，至少一个与各自的膨胀器相连接的压缩器接收和压缩经过热交换器的氮气流的至少一部分。
8.根据前述权利要求中任意一项所述的方法，其中，所述主氮气压缩器是气体涡轮驱动的或电动马达驱动的或蒸汽涡轮驱动的。
9.根据前述权利要求中任意一项所述的方法，其中，所述膨胀包括在各自的膨胀器中的高压、中压和低压膨胀阶段。
10.根据前述权利要求中任意一项所述的方法，其中，所述主氮气压缩器包括三个压缩器级并接收具有不同压力的两个侧流。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，三个压缩器偶联在共同的驱动轴上。
12.根据前述权利要求中任意一项所述的方法，其中，三个平行放置的膨胀器中的两个是涡轮-膨胀器，且第三个膨胀器是焦耳-汤普森阀。
13.一种天然气液化装置，该装置包括一个或多个热交换器的热交换器系统，所述热交换器用于使天然气与多个氮气制冷剂流有热交换关系；至少两个用于压缩第一和至少第二氮气制冷剂流的压缩器；用于膨胀第一氮气流至第一压力的第一膨胀器和用于膨胀至少第二氮气流至比第一压力更低的至少第二压力的至少第二膨胀器，其中，该装置还包括具有至少两个压缩器级的主氮气压缩器，每个压缩器级被设置用于接收相关联的氮气流，并且每个氮气流具有与至少两个氮气流中的其它氮气流的压力不同的压力，一个氮气流作为将与其它氮气流相结合的侧流。
14.根据权利要求13所述的装置，其中，所述一个氮气流在经过与该一个氮气流相关联的压缩器级后，在所述其它氮气流进入与该其它氮气流相关联的压缩器级前，与所述其它氮气流相结合。
15.根据权利要求13或14所述的装置，其中，所述主氮气压缩器包括至少两个偶联在共同的驱动轴上的压缩器。
16.根据权利要求13-15中任意一项所述的装置，其中，压缩的氮气流在至少两个平行放置的膨胀器中被划分成不同的压力水平。
17.根据权利要求15所述的装置，其中，各个膨胀器通过共同的驱动轴与被设置用于压缩氮气流的压缩器相连接。
18.根据权利要求17所述的装置，其中，各个压缩器接收和压缩被主氮气压缩器压缩的氮气流的一部分。
19.根据权利要求15所述的装置，其中，至少一个压缩器接收和压缩在流到主氮气压缩器之前经过热交换器系统的氮气流的至少一部分。
20.根据权利要求14-19中任意一项所述的装置，其中，所述主氮气压缩器单元是气体涡轮驱动的或电动马达驱动的或蒸汽涡轮驱动的。
21.根据权利要求14-20中任意一项所述的装置，其中，第一和至少第二膨胀器包括在各自的膨胀器中的高压、中压和低压膨胀阶段。
22.根据权利要求14-21中任意一项所述的装置，其中，所述主氮气压缩器包括三个压缩器并接收具有不同压力的两个侧流。
23.根据权利要求22所述的装置，其中，三个平行放置的膨胀器中的两个是涡轮-膨胀器，且第三个膨胀器是焦 耳-汤普森阀。
【文档编号】F25J1/02GK103998881SQ201280051699
【公开日】2014年8月20日 申请日期:2012年10月22日 优先权日:2011年10月21日
【发明者】M·怀利, F·克里米尼西 申请人:单浮标系泊有限公司