用于小型LNG生产的构造和方法与流程

本申请是35u.s.c.§119的pct国际申请，并要求根据35u.s.c.§119享有共同未决的2016年7月1日提交的且名称为“用于小型lng生产的构造和方法”的美国专利申请序列号15/201,070的权益，其出于所有目的据此通过引用并入，如同以其整体复制一样。

关于联邦政府资助的研究或开发的声明

不适用。

参考缩微胶片附录

不适用。

背景技术：

北美的天然气供应持续增长，主要是由于新页岩气(shalegas)的生产、海上气田的近期发现，且以较小程度，在阿拉斯加天然气管道建设后投入市场的滞留天然气，并且相信的是，页岩气和煤层甲烷(coal-bedmethane)将占能源市场中未来增长的大部分。

虽然天然气供应正在增加，但由于没有石油储备的重大新发现，原油供应正在减少。如果这种趋势继续，源自原油的运输燃料将很快变得成本过高，并且需要代替的可再生燃料(且尤其运输燃料)。此外，由于与其它化石材料(例如煤或汽油)相比，天然气的燃烧也生产显著更少的co2，因此甚至更期望使用天然气。用于运输燃料的天然气必须是以更密集的形式，要么作为cng(压缩天然气)，要么lng(液化天然气)。cng通过将天然气压缩至约3000至4000psig的非常高的压力来生产。然而，即使在这样的压力下，cng的密度相对低，并且在高压力下的储存需要重量级容器并且是潜在危险。另一方面。lng具有显著更高的密度，并且可在约20至150psig的相对低的压力下储存。仍进一步来说，lng是比cng更安全的燃料，因为它处于较低的压力，并且直到它蒸发并以适当的比例与空气混合不可燃。尽管如此，作为运输燃料，cng比lng更常见，主要由于高的液化成本和缺乏支持lng加油设施的基础设施。

lng可用于替代柴油，并且目前用于许多重负荷车辆中，包含垃圾运输车(refusehauler)、杂货运输卡车(grocerydeliverytruck)、公共巴士(transitbus)和煤矿工升降机(coalminerlifter)。为了增加lng燃料市场，必须靠近管道和lng消费者两者建造小到中型lng装置(lngplant，有时也称为lng厂或液化天然气厂)，因为lng的长距离转移是昂贵的且因此通常是不经济的。这种小到中型lng装置应设计成生产0.2mtpy至2.0mtpy(每年百万吨)。此外，这种小到中型lng装置必须设计简单，易于操作，并足够坚固以支持无人操作。仍进一步来说，将期望使液化与lng卡车加油操作集成以允许用于甚至更大的输送灵活性。

各种制冷过程用于lng液化。这些制冷过程中最常见的是级联过程(cascadeprocess)、混合制冷过程和丙烷预冷混合制冷剂过程。虽然这些方法是节能的，但是这种方法通常复杂且需要循环若干烃类制冷剂或混合的烃类制冷剂。不幸的是，这种制冷剂(例如丙烷、乙烯和丙烯)在泄漏的情况下是爆炸性的且危险的。

在lng装置设计中存在若干最近的创新。例如，给予foglietta的美国专利号5,755,114教导了一种混交液化循环，其包含闭环丙烷制冷循环和涡轮膨胀机循环。与其它液化过程相比，该液化过程已经简化，但对于小到中型lng装置仍然是不适合的和/或在经济上不具吸引力。给予whitesell的美国专利号7,673,476公开了一种紧凑且模块化的液化系统，其不需要外部制冷。该系统通过再循环进料气以产生冷却来使用气体膨胀。虽然该设计相对紧凑，但再循环系统的操作是复杂的，并且使用烃类气体来用于冷却仍然是安全忧虑。给予kikkawa的美国专利号5,363,655教导了使用气体膨胀机和翅式热交换器(finheatexchanger)用于lng液化。虽然提供了若干优点，但对于小到中型lng装置来说，这种过程仍然过于复杂和昂贵。

进一步加重上面提及的弊端的是，事实上大多数系统缺乏将小到中型lng装置与lng装载操作集成的能力。因此，目前用于装载lng卡车的实践通常需要lng泵来将lng从储罐泵送到lng卡车。值得注意的是，在lng卡车装载操作期间产生的汽化蒸汽(boil-offvapor)排到大气，这是一种安全危险并且造成排放污染。

因此，仍存在各种缺点。其中，大多数lng液化方法和构造是复杂且昂贵的，并且因此不适用于小到中型lng装置。此外，大多液化装置缺乏用于lng装载操作的集成系统，这对于小到中型lng装置来说是高度期望的。

技术实现要素：

在一个实施例中，lng装置包括冷箱，其包括多个热交换器通道和制冷单元，该制冷单元包括封闭的制冷循环。冷箱与制冷单元流体地联接，并且冷箱构造成接收天然气进料流，并使用来自制冷单元的制冷内含物(content，有时也称为内容物)从进料流生产lng。制冷单元包括第一压缩机单元，其构造成压缩制冷剂以在第一压力下生产压缩的制冷剂；多个热交换器通道中的第一热交换器通道，其构造成使压缩的制冷剂通过冷箱以冷却压缩的制冷剂；分离器，其构造成将冷却、压缩的制冷剂分离成第一部分和第二部分；第一膨胀机，其构造成从分离器接收第一部分并将第一部分膨胀至第二压力；第二膨胀机，其构造成从分离器接收第二部分并将第二部分膨胀至第三压力；多个热交换器通道中的第二热交换器通道，其构造成使第一部分在第二压力下通过冷箱；多个热交换器通道中的第三热交换器通道，其构造成使第二部分在第三压力下通过冷箱以在冷箱中提供制冷内含物的至少一部分；至少一个第二压缩机，其构造成接收第三热交换器通道的下游的第二部分，并将第二部分压缩至第二压力；以及混合器，其构造成将至少一个第二压缩机的下游的压缩的第二部分与第二热交换器通道的下游的第一部分组合，以在第一压缩机的上游形成制冷剂。第二压力小于第一压力，并且第三压力小于第二压力。

在一个实施例中，lng装置包括冷箱，其包括热交换器，其具有多个热交换器通道和与多个热交换器通道流体地联接的制冷单元。制冷单元构造成在第一压力下将第一制冷剂流提供到多个热交换器通道中的第一热交换器通道，将第二制冷剂流提供到多个热交换器通道中的第二热交换器通道，并将第三制冷剂流提供到多个热交换器通道中的第三热交换器通道。第二制冷剂流包括第一热交换器通道的下游的第一制冷剂流的第一部分，并且第二制冷剂流处于第二压力。第三制冷剂流包括第一热交换器通道的下游的第一制冷剂流的第二部分，并且第三制冷剂流处于第三压力。第二压力和第三压力都低于第一压力。冷箱构造成接收天然气进料流，并使用来自多个热交换器通道中的制冷单元的制冷内含物从天然气进料流生产lng。

在一个实施例中，从天然气进料产生lng的方法包括使第一制冷剂流在第一压力下在冷箱中通过多个热交换器通道中的第一热交换器通道，在冷箱下游将第一制冷剂流分离成第二制冷剂流和第三制冷剂流，使第二制冷剂流在第二压力下通过多个热交换器通道中的第二热交换器通道，使第三制冷剂流通过多个热交换器通道中的第三热交换器通道，使天然气进料流通过多个热交换器通道中的至少第四热交换器通道，并且在冷箱中使用由第二制冷剂流或第三制冷剂流中的至少一个提供的制冷内含物将天然气流的至少一部分液化，以形成lng流。第三制冷剂流处于第三压力，并且第二压力和第三压力都低于第一压力。

各种目的、特征、方面和优点将从各种实施例的随后详细描述连同附图中变得更加明显。

附图说明

图1是根据使用氮气循环的一个实施例的一个示例性构造。

图2是根据使用具有集成的lng装载的氮气循环的一个实施例的另一示例性构造。

图3是说明图2的制冷回路与进料气之间的热复合曲线(heatcompositecurve)的接近温度差(temperatureapproach)的一个示例性图表。

具体实施方式

起先应该理解，尽管下面说明了一个或多个实施例的说明性实施方案，但是所公开的系统和方法可使用任何数量的技术来实施，无论是当前已知的还是尚未存在的。本公开绝不应限于下面说明的说明性实施方案、附图、和技术，而是可在所附权利要求以及它们的等同物的全部范围内进行修改。

术语的随后简要定义应贯穿申请来应用：

术语“包括”意味着包含但不限于，并应该以其在专利上下文中通常使用的方式解释；

短语“在一个实施例中”、“根据一个实施例”等通常意味着短语之后的特定特征、结构或特点可包含在本发明的至少一个实施例中，并且可包含在本发明的多于一个实施例中(重要的是，这些短语不一定是指相同的实施例)；

如果说明书将某些描述为“示例性”或“示例”，则应理解为指代非排他性的示例；

当与数字一起使用时，术语“约”、“近似”等可意味着特定数量，或者备选地，接近特定数字的范围，如由本领域技术人员所理解的；并且

如果说明书声明部件或零件“可(may)”、“可以(can)”、“可以(could)”、“应该”、“将”、“优选地”、“可能地(possible)”、“通常(typically)”、“可选地”、“例如”、“通常(often)”或“可能(might)”(或其它此类语言)被包含或具有特点，该特定部件或零件不需要被包含或具有该特点。在一些实施例中可以可选地包含这样的部件和特征，或者可将其排除。

本文描述的系统和方法针对天然气液化和lng(液化天然气)卡车装载，并且特别地针对用于小到中型lng装置的气体膨胀过程和天然气液化与lng卡车装载设施的集成的使用。如本文所述，小到中型lng装置可以以简单且成本有效的方式与lng卡车装载设施集成。在一些方面，通过液化适量的进料气，小到中型lng装置可具有的容量通常为lng的约0.2mtpy至约0.7mtpy、通常在约0.7mtpy至约1.5mtpy之间、并且最通常在约1.5mtpy至约2.5mtpy之间。对于一些应用，预期的过程还可适用于生产低于约0.1mtpy的lng。在其他方面，制冷过程在压缩膨胀循环中使用非烃类制冷剂(例如氮气、空气等)，以这样避免通常与烃类制冷系统相关的安全问题。

如本文所公开的，(例如，从管道输送的)天然气可使用气体膨胀循环在冷箱中液化，该气体膨胀循环采用两级压缩机以这样生产至少两种压力水平的气体。然后将这样生产的气体冷却并膨胀至较低压力，从而在热交换器中混合为单一气流之前产生制冷，然后将其供给至由膨胀机驱动的压缩机。

膨胀机循环可使用氮气，其本质上操作安全并且比传统的混合制冷剂过程更可靠，同时氮气膨胀机循环可以具有低压或高压设计，以使进料气组成和压力与产生每单位lng的约320至约425kw/吨的能量消耗相匹配。

在一些实施例中，lng装载设施具有压力控制系统，其使用高压进料气作为动力以将lng产物从lng储罐移动到lng卡车，同时在液化装置中回收来自lng卡车的汽化蒸汽。

在一个方面，小到中型lng装置可具有集成的装载终端，其中，该装置包含具有封闭的制冷循环(优选地以非烃类制冷剂操作的两级膨胀机制冷系统)的冷箱，以这样将制冷内含物在足以从天然气进料生产lng的温度下提供给天然气进料。通常优选的是，lng储罐热联接至制冷循环以接收和储存lng，并且第一汽化蒸汽管线将第一汽化蒸汽从lng运输器提供到冷箱，并从冷箱提供到lng储罐，而第二汽化蒸汽管线将第二汽化蒸汽从lng储罐提供给冷箱，并从冷箱提供给天然气进料。最通常的是，压缩机压缩第一和第二汽化蒸汽中的至少一个，和/或压差控制器维持lng储罐与lng运输器之间的预定压差(例如，5-200psi，更通常为10-50psi)。

在另一方面，使用储罐中的内部管从储罐的顶部卸载来自储罐的lng，这消除了通常在常用罐构造中使用的lng罐库存的lng溢出的潜在危险。

因此，从不同的视角来看，将天然气液化和将lng装载至lng运输器的方法将包含使用封闭的制冷循环在冷箱中将天然气进料液化并将lng供给lng储罐的步骤。在另一步骤中，将来自lng运输器的第一汽化蒸汽冷却和压缩且用作将lng从lng储罐输送至lng运输器的动力。在这样的方法中，可将来自lng储罐的第二汽化蒸汽冷却和压缩且从冷箱移动至天然气进料。如前面，将天然气进料液化的步骤可使用两级封闭的制冷循环执行，通常使用非烃类制冷剂，比如氮气。

图1说明了lng液化系统100的一个实施例。可将进料气流102供应给小型lng液化装置。进料气流可主要包括轻质烃(lighthydrocarbon)，比如甲烷和乙烷。还可存在少量的各种其它气体，包含惰性气体如氮气、氩气等。进料气流可在气体处理单元中处理，其通常包含胺单元(amineunit)和脱水单元，用于去除co2和水，形成干燥且基本上无co2的气流。进料气流可具有在约50℉与200℉之间的温度和在约100psia与700psia之间的压力。进料气流102可进入冷箱151，其可包括多个热交换器通道152,153,154和155。虽然图1中示出了四个热交换器通道，但是多于四个热交换器通道或少于四个热交换器通道也可与系统100一起使用。可在热交换器通道152中由氮气制冷来使进料气变冷，并形成过冷(sub-cooled)lng流103，然后其压力可在下游jt阀中降低，形成闪蒸(flashed)lng流。闪蒸蒸汽可返回到液化单元，并且所得的液体lng可储存在lng储罐中，如本文中更详细描述的。

用于冷箱151的制冷可由封闭的制冷循环提供。如图1中所示，封闭的制冷循环可包括使用了高压制冷剂循环的两级液化循环，通常在大于约1,000psia的压力下操作。在制冷循环中，来自压缩机150的流126可在约400psia与600psia之间的压力下排出，以供给压缩机单元160，其将制冷剂气体压缩至大于约1,000psia(例如，大于1,100psia，大于1,200psia，或大于1,300psia)以形成流128。压缩机单元160通常可具有大约1,500psia的上压缩极限，尽管在大多数构造中流126可不被压缩至该极限。压缩机单元160可包括单级或多极压缩机，可选地具有中间冷却器。压缩机排出物可在冷却器164中冷却以形成流129，其可在交换器通道155中在冷箱151中进一步冷却至-10℉与约-50℉之间，形成流130。流130可分为两部分：流130a和130b。两个流的摩尔比(molarratio)可分成任何合适的量，其可基于进料气组成和/或压力。在一些方面，两个流130a和130b可以以流130a与流130的约0.5与约0.75之间、或约0.6与约0.7之间、或处于约0.68的摩尔比划分。

流130a可在膨胀机170中在绝对压力标度上膨胀至原始压力的约20%与约50%之间、或约30%与约45%之间、或约35%与约42%之间，以形成通过热交换器通道153的流179。流179可冷却冷箱151中的进料气流102和高压制冷剂流129。流179可从冷箱151流出作为流132。流130b可在膨胀机180中在绝对压力标度上膨胀至原始压力的约3%与约20%之间、或约4%与约15%之间、或约5%与约10%之间、或约7%与约9%之间，以形成通过热交换器通道154的流127。流127可用于冷却冷箱151中的进料气和高压制冷剂。流127可从冷箱151流出作为流121，其然后可由压缩机150压缩至与流179的压力基本相同的压力，并且流121然后可与流132混合以形成流120作为至压缩机160的进料。

在一些情况下，穿过冷箱151的两个膨胀的制冷剂流动路径的使用可允许更有效的冷却。在一个实施例中，通过穿过冷箱151的分离的热交换器通道的两个较低压力流可具有约10:1与约2:1之间、约7:1与约3:1之间、或约5:1与约4:1之间的相对压力比，每个在绝对压力标度上作为较高压力制冷剂流179与较低压力制冷剂流127的比例。

因此，封闭的制冷循环可包括冷箱，其具有多个热交换器通道，包含用于制冷剂的多个热交换器通道和用于天然气进料流的至少一个热交换器通道。制冷单元流体联接至冷箱和多个热交换器通道，以提供制冷剂和制冷内含物，用于从冷箱中的天然气进料流形成lng。如图1中所示，制冷单元构造成将至少第一制冷剂流提供到多个热交换器通道中的第一热交换器通道。第一制冷剂流可处于第一压力，其在压缩机单元160中经压缩之后可以是相对高的压力。制冷单元还构造成将第二制冷剂流提供到冷箱中的第二热交换器通道。第二制冷剂流可以是压缩的制冷剂流的一部分，其从在第一热交换器通道的下游将压缩的制冷剂流分开产生。第二制冷剂流可膨胀(例如，使用膨胀机)，使得第二制冷剂流可处于第二压力，其低于在至第二热交换器通道的入口处的压缩的压力。制冷单元还可将第三制冷剂流提供到第三热交换器通道。第三制冷剂流可以是压缩的制冷剂流的剩余部分，其从在第一热交换器通道的下游将压缩的制冷剂流分开产生。第三制冷剂流可膨胀(例如，使用膨胀机)，使得第三制冷剂流处于第三压力，其低于在至第三热交换器通道的入口处的第二压力。第二和/或第三热交换器通道可在冷箱内提供制冷内含物。所得的制冷内含物然后可用于从天然气进料流中的天然气形成lng，其中生产每单位lng的能量消耗为约320kw/吨至约425kw/吨。

图2说明了lng生产系统200的另一实施例。图2的制冷单元类似于图1中所说明的系统100的制冷单元，并且将参考图2更详细地描述区别。在系统200中，进料气流201可以以任何合适的流速(flowrate)、温度和压力供应至lng液化装置。进料气流可相同于或类似于关于图1描述的进料气流102，包含组成、压力和温度。在一个实施例中并且作为合适条件的一个示例，进料气流201可以以约1.7mmscfd的流速、在约100℉的温度下且在约453psia的压力下输送。作为另外的示例，进料气流可具有包括约1.0mol%n2、约0.1mol%co2、约96.5mol%甲烷、约2mol%乙烷和约0.5mol%丙烷以及更重组分的组成。进料气可在气体处理单元241中处理，其可包含胺单元和/或脱水单元(例如分子筛脱水单元)，用于去除co2和水，形成基本干燥且无co2的气流202。

如本文更详细描述的，干燥的气流202可与再循环气流211组合，并且可进入冷箱251，其通常包括多个热交换器通道152,153,154,155和156。可由热交换器通道152中的氮气制冷来使进料气102变冷，以形成过冷流203，并且然后其压力可在焦耳-汤姆孙阀271中降低以形成流204。作为一个示例，过冷流可冷却至约-223℉，并且jt阀271的下游的闪蒸液体可处于约-227℉。闪蒸液体可储存在储罐265中，其可在高于大气的压力下操作，例如在约20psia与100psi之间，或处于约60psia。通过将流208中的气体经由阀270再循环回到交换器通道156可回收闪蒸气流208。当流208中的气体与储罐265中的液体处于平衡时，气体可具有低于冷箱151中的其它流的温度的温度。该再循环流的制冷内含物可在冷箱151中回收。因此，应当注意，来自储罐265的闪蒸流可在冷箱151中加热。一旦气流通过冷箱151以形成流210，流210可离开冷箱151，并由压缩机268压缩至进料气压力处或之上的压力，以在与进料气流102混合之前形成流211。

如上面关于图1所描述的，两级氮气液化循环还可使用高压氮气循环来构造，通常以高于1,000psia(例如，处于或高于约1,100psia、1,200psia、1,300psia等)操作。只要气体是干燥的，就可在该循环中使用氮气或空气。如本领域中已知的那样监测烃含量以检测任何泄漏，并且该单元可在紧急情况期间立即关闭。图2中所示的制冷循环类似于图1中所示的制冷循环，除了图1中所示的压缩机单元160可包括如图2中所示的两级压缩机。此外，压缩制冷剂流的一部分的压缩机单元150可包括两级压缩，其中两级压缩可机械地联接至平行的膨胀机170,180，如图1中所示。

气体预处理、蒸汽处置(vaporhandling)和装载系统与以前的设计相同；区别在于液化循环的设计。如图1中所示，使进料气变冷并且在交换器通道152中由制冷循环至少部分地液化以形成过冷流103。作为一个示例，过冷流可处于约-238℉，然后如上所述，其压力可在jt阀271中降低以形成传到储罐265的流204。

在制冷循环内，可将来自压缩机260的可以可选地机械地联接至膨胀机259的流226排出，并且在与流132组合以形成至压缩机单元的进料之前可选地在环境冷却器212中冷却。作为一个示例，在与流132组合之前，流226可压缩至约507psia。压缩机单元可包括两级制冷剂压缩机单元，其包括压缩机261和压缩机262连同中间冷却器263。例如，可在压缩机261中压缩流120，压缩的流22可传到中间冷却器263，并且然后冷却的、压缩的流223可传到第二级压缩机262。压缩机单元可将制冷剂压缩至高于1,000psi的高压或本文公开的其它压力中的另一个。压缩的制冷剂流128可在环境冷却器164中冷却以形成流129。环境冷却器164可包括任何合适的热交换器以冷却压缩的制冷剂，比如空气交换器、水交换器等。

流129可从环境冷却器164传到冷箱151，并通过热交换器通道155以冷却高压制冷剂流并形成流130。作为一个示例，可将流129中的制冷剂冷却，以在约-30℉下形成流130。然后流130可分为两部分，包括流130a和130b。两个流的摩尔比可分成任何合适的量(例如，如关于图1所公开的)，其可基于进料气组成和/或压力。在一些方面，两个流130a和130b可以以关于图1描述的任何摩尔比分开。

流130a可在膨胀机257中膨胀以形成流179。膨胀机257可相同于或类似于关于图1所描述的膨胀机170。膨胀机可根据关于图1描述的任何压力范围来膨胀流130a。作为一个示例，流130a可从约1282psia膨胀至约508psia，这是约40%的比例。膨胀机257中的流130a的膨胀可致使流179的形成，其可传回到热交换器通道153中的冷箱151。作为一个示例，流130a的膨胀可致使具有约-126℉的温度的流179。流179可用于在热交换器通道153中冷却进料气流102和高压氮气流129以形成流132。作为一个示例，流132可在约507psia和约94℉下离开冷箱151。

流130b可在膨胀机259中膨胀以形成流127。膨胀机159可相同于或类似于关于图1描述的膨胀机180。膨胀机159可根据关于图1描述的任何压力范围来膨胀流130b。此外，两个膨胀的流彼此且相对于高压流的相对压力比可落入关于图1描述的任何范围内。作为一个示例，使用膨胀机259，流130b可从约1282psia膨胀至约110psia，这致使流127具有为流130b的压力的约8.5%的压力。膨胀可致使流127具有较低的温度，例如约-242℉。然后流127可用于在热交换器通道154中冷却进料气102和高压制冷剂流。然后可在与流132组合之前压缩低压流121。如图2中所示，流121可由压缩机258压缩，通过管线233，并由第二级压缩机260压缩以将制冷剂的部分压缩至流132中的压力处或之上的压力。与图1相比，流121的压缩可使用串联布置的压缩机258,260在两级压缩中进行。作为压缩条件的一个示例，流121可在压缩机258,260中压缩至约508psia，使得流121可与流132组合以形成流120作为至制冷剂压缩机261,262的进料。

如图2中所示，膨胀和压缩循环可机械地联接。例如，用于膨胀流130a和130b的膨胀机可机械地联接至压缩机，用于离开热交换器通道154的低压流121。具体地，膨胀机257可机械地联接至压缩机258，并且压缩机259可机械地联接至压缩机260。这种类型的构造可用于降低总压缩能量需求。图3说明了热复合曲线，其示出了根据关于图2描述的系统的进料气与制冷回路之间的温度差。该复合热曲线表明了在实现本文所描述的系统的天然气液化中的效率。

在传统lng卡车装载操作期间，通常使用lng泵将lng从储罐泵送至lng卡车。该操作需要至少2小时的时间，因为lng卡车必须从通常环境温度变冷至低温(cryogenictemperature)。该操作还产生显著数量的汽化蒸汽，其在大多情况下排到大气，并因此提出重大的环境忧虑。

相反，并且如图2中所示，通过压差，lng可经由流205,206和装载软管266从lng储罐265转移至lng运输工具267，从而允许在不使用lng泵的情况下进行装填操作。使用储罐265内的内部管299可从顶部出口喷嘴298转移lng。该构造有助于避免来自储罐265的任何底部喷嘴，从而避免在传统储罐设计中通常遇到的储罐库存的溢出。因此，不需要lng泵。必要时可调节流动控制器(flowcontroller)282以将流量(flowquantity)输送到lng运输工具267。当储罐265中的液位(level)下降到低液位时，液位控制297可将流205中的流动减少或停止在预定的低液位。lng储罐265可构造成带有在约10,000加仑与约50,000加仑之间或约30,000加仑的容量，这足以装载至少两个lng运输工具267，比如每个带有10,000加仑容量的lng卡车。在lng卡车装载操作期间，阀270关闭，并且阀269打开，允许汽化蒸汽流207作为流209从lng运输工具267排到冷箱151。阀269可使用压力控制器281将lng运输蒸汽集管(header)控制在约50psig，即lng运输工具267的较低压力设定点。其中这些阀成串联操作，在装载期间回收汽化蒸汽并避免排到大气。在一些实施例中，汽化蒸汽可处于比冷箱151中的流更低的温度，并且将这些汽化蒸汽引导回到冷箱151可允许汽化蒸汽的制冷剂内含物在冷箱151中回收。

为了提供驱动力以将储罐265内的lng库存加压并将lng从储罐265传到lng运输工具267，可打开阀284以将流285中的高压气体提供给储罐265。压差控制器288和压力控制器283可用于控制lng到lng运输工具267的流速。通常，压差可设定在约10psi或更高，取决于储罐265与lng运输工具267之间的距离。使用流动控制器282，lng装载速率可从约250gpm变化到约500gpm。通常，可增加压差以增加装载速率。因此，应当认识到，lng泵送不是必需的，并且可显著减小装载系统尺寸和成本。

虽然本文提出的预期方法和装置可具有任何容量，但应当认识到，这种装置和方法特别适用于小到中型lng装置，其通过适量的进料气的液化具有通常在lng生产的0.2至0.7mtpy(每年百万吨)之间、更通常在0.7至1.5mtpy之间、最通常在1.5至2.5mtpy之间的容量。因此，预期的装置和方法可在可获得大量天然气的任何位置处实施，并且特别地优选的位置包含产气井(gasproducingwell)、气化装置(例如，煤和其它含碳材料)，和使用来自天然气管道的气体的分散位置处。因此，应当认识到，进料气组成可显著变化，并且取决于气体组成的类型，可需要一个或多个预处理单元。例如，合适的预处理单元包含脱水单元、酸性气体去除单元等。

还要注意，使用具有惰性气体的冷箱是特别优选的，特别是液化/装填站在城市环境中的情况下。然而，各种其它低温设备也被认为是合适的，并且备选设备包含那些使用混合烃类制冷剂的设备。此外，尤其是在储罐具有稍大的容量的情况下，预期的是，来自lng的制冷内含物还可用于补充制冷要求。

关于压差控制器(dpc)，注意的是，dpc优选地实施为具有cpu的控制设备，并因此可构造为适当编程的个人计算机或可编程逻辑控制器。还通常优选的是，dpc构造成使得dpc控制控制阀的操作，从而使用压力传感器和阀维持储罐与在lng运输容器中的罐之间的预定压差，如本领域所公知的。例如，可通过调整从压缩机出口到储罐的途中的压缩的汽化蒸汽的压力和/或流体积(flowvolume，有时也称为流量)来实现控制，通过调整来自lng运输容器中的罐的汽化蒸汽的压力和/或流体积，和/或通过调整从储罐到lng运输容器中的罐的lng的压力和/或流体积。因此，在至少一些实施例中，压差控制器将构造成允许液化操作与lng运输器的装填操作并行。因此，天然气到液化单元的进料是以连续的方式完成。然而，不连续的进料和液化也被预期。

应当注意，与大多数已知的构造相反，来自储罐和/或lng运输容器中的罐的汽化蒸汽的至少一部分是未液化的，但用作动力流体以将lng从储罐移动至lng运输容器中的罐。因此，消除了对于lng泵的需求。此外，应当注意，来自lng运输容器中的罐的汽化蒸汽的制冷内含物可用于冷箱中的补充制冷要求。因此，如在大多数操作中已知的那样，汽化蒸汽被加热而不是被冷却和再液化。

仍进一步预期的是，可以以这样的方式修改储罐，使得将从储罐运出的lng通过罐的蒸汽空间到装填管线/装载软管从储罐的较低部分(例如，贮槽(sump，有时也称为集油槽)或其它位置，通常低于罐的重心)抽出，从而避免了与储罐的较低部分处的装填端口相关的问题。最通常地，罐将包含内部装填管，其终止于罐的较高部分处，以这样允许将内部装填管连接至装填管线/装载软管。

已描述了本文的系统和方法，各种方面可包含但不限于：

在第一方面，lng装置包括冷箱，其包括多个热交换器通道；和制冷单元，其包括封闭的制冷循环，其中，冷箱与制冷单元流体地联接，其中，冷箱构造成接收天然气进料流，并使用来自制冷单元的制冷内含物从进料流生产lng，其中，制冷单元包括：第一压缩机单元，其构造成压缩制冷剂以在第一压力下生产压缩的制冷剂；多个热交换器通道中的第一热交换器通道，其中，第一热交换器通道构造成使压缩的制冷剂通过冷箱以冷却压缩的制冷剂；分离器，其构造成将冷却的、压缩的制冷剂分离成第一部分和第二部分；第一膨胀机，其构造成从分离器接收第一部分并将第一部分膨胀至第二压力，其中，第二压力小于第一压力；第二膨胀机，其构造成从分离器接收第二部分并将第二部分膨胀至第三压力，其中，第三压力小于第二压力；多个热交换器通道中的第二热交换器通道，其构造成使第一部分在第二压力下通过冷箱；多个热交换器通道中的第三热交换器通道，其构造成使第二部分在第三压力下通过冷箱，以在冷箱中提供制冷内含物的至少一部分；至少一个第二压缩机，其中，该至少一个第二压缩机构造成接收第三热交换器通道的下游的第二部分，并将第二部分压缩至第二压力；和混合器，其中，混合器构造成将至少一个第二压缩机的下游的压缩的第二部分与第二热交换器通道的下游的第一部分组合，以在第一压缩机的上游形成制冷剂。

第二方面可包含第一方面的lng装置，其中，第一压缩机单元包括串联布置的多个压缩机和设置在连续的压缩机之间的中间冷却器。

第三方面可包含第一或第二方面的lng装置，其中，该至少一个第二压缩机包括多个第二压缩机，并且其中，多个第二压缩机中的至少一个第二压缩机机械地联接至第一膨胀机或第二膨胀机。

第四方面可包含第一至第三方面中任一项的lng装置，其中，第二压力在绝对标度(absolutescale，有时也称为绝对温标)上处于第一压力的约20%与约50%之间。

第五方面可包含第一至第四方面中任一项的lng装置，其中，第三压力在绝对标度上处于第一压力的约3%与约20%之间。

第六方面可包含第一至第五方面中任一项的lng装置，还包括流体地联接在第一压缩机与第一热交换器通道之间的热交换器，其中，热交换器构造成在压缩的制冷剂传到第一热交换器通道之前将压缩的制冷剂冷却。

在第七方面，lng装置包括冷箱，其包括热交换器，其中，热交换器包括多个热交换器通道；制冷单元，其与多个热交换器通道流体地联接，其中，制冷单元构造成：将第一制冷剂流提供到多个热交换器通道中的第一热交换器通道，其中，第一制冷剂流处于第一压力；将第二制冷剂流提供到多个热交换器通道中的第二热交换器通道，其中，第二制冷剂流包括第一热交换器通道的下游的第一制冷剂流的第一部分，并且其中，第二制冷剂流处于第二压力；并且将第三制冷剂流提供到多个热交换器通道中的第三热交换器通道，其中，第三制冷剂流包括第一热交换器通道的下游的第一制冷剂流的第二部分，并且其中，第三制冷剂流处于第三压力，其中，第二压力和第三压力都低于第一压力；其中，冷箱构造成接收天然气进料流，并使用来自多个热交换器通道中的制冷单元的制冷内含物从该天然气进料流生产lng。

第八方面可包含第七方面的lng装置，其中，第一压力在约1,000psia与2,000psia之间。

第九方面可包含第七或第八方面的lng装置，其中，第二压力在绝对标度上处于第一压力的约20%与约50%之间。

第十方面可包含第七至第九方面中任一项的lng装置，其中，第三压力在绝对标度上处于第一压力的约3%与约20%之间。

第十一方面可包含第七至第十方面中任一项的lng装置，其中，第二压力与第三压力的比例在约10:1与约2:1之间。

第十二方面可包含第七至第十一方面中任一项的lng装置，其中，第二制冷剂流的流速与第一制冷剂流的流速的摩尔比在约0.5与约0.75之间。

第十三方面可包含第七至第十二方面中任一项的lng装置，其中，制冷单元构造成以约320kw/吨与约425kw/吨之间的能量提供lng。

在第十四方面，从天然气进料产生lng的方法包括使第一制冷剂流在冷箱中通过多个热交换器通道中的第一热交换器通道，其中，第一制冷剂流处于第一压力；在冷箱的下游将第一制冷剂流分离成第二制冷剂流和第三制冷剂流；使第二制冷剂流通过多个热交换器通道中的第二热交换器通道，其中，第二制冷剂流处于第二压力；使第三制冷剂流通过多个热交换器通道中的第三热交换器通道，其中，第三制冷剂流处于第三压力，其中，第二压力和第三压力都低于第一压力；使天然气进料流通过多个热交换器通道中的至少第四热交换器通道；并且使用由第二制冷剂流或第三制冷剂流中的至少一个提供的制冷内含物在冷箱中将天然气流的至少一部分液化，以形成lng流。

第十五方面可包含第十四方面的方法，还包括在冷箱的下游将第二制冷剂流与第三制冷剂流组合，以形成再循环流；并且压缩再循环流以形成第一制冷剂流。

第十六方面可包含第十五方面的方法，其中，压缩再循环流包括在两级压缩机中压缩再循环流。

第十七方面可包含第十五或第十六方面的方法，还包括在第一膨胀机中将第二制冷剂流膨胀至第二压力；在第二膨胀机中将第三制冷剂流膨胀至第三压力，其中，第二压力在绝对标度上处于第一压力的约20%与约50%之间；并且在将第二制冷剂流与第三制冷剂流组合之前压缩第三制冷剂流。

第十八方面可包含第十七方面的方法，其中，第一膨胀机或第二膨胀机中的至少一个联接至压缩机，其中，在将第二制冷剂流与第三制冷剂流组合之前压缩第三制冷剂流包括使用压缩机来压缩第三制冷剂流。

第十九方面可包含第十四至第十八方面中任一项的方法，其中，第二压力在绝对标度上处于第一压力的约20%与约50%之间。

第二十方面可包含第十四至第十九方面中任一项的方法，其中，第三压力在绝对标度上处于第一压力的约3%与约20%之间。

因此，已经公开了小型lng生产和装填的具体实施例和应用。对于本领域技术人员应该显而易见的是，在不脱离本文描述的概念的情况下，除了已经描述的那些之外更多修改是可能的。因此，除了在所附权利要求的范围中，本主题不受限制。此外，在解释说明书和权利要求两者时，所有术语应以与上下文一致的最广泛的可能方式解释。尤其地，术语“包括(comprises)”和“包括(comprising)”应解释为以非排他的方式指代元件、部件或步骤，指示了，所引用的元件、部件或步骤是可存在的、可利用的或可与未明确引用的其它元件、部件或步骤组合的。在说明书或权利要求涉及某些选自由a,b,c…和n组成的组中的至少一个的情形中，则该文本应解释为需要来自该组的仅一个元件，而不是a加n、或b加n等等。