用于冷却和液化流体的设备和方法

专利名称：用于冷却和液化流体的设备和方法
技术领域：
本发明提供了一种用于冷却和液化流体流来提供液化的流体流的设备，以及用于其的方法。
背景技术：
在本发明的上下文中，术语“液化的”通常意思是部分或完全液化的，除非另外说明。流体流可以液化的产品流的形式提供，例如用于销售或运输到其他位置，或其可在应用所述设备的方法中内部地使用，例如作为制冷剂来向一个或多个换热器提供冷却负荷。流体流可以烃流的形式提供。在本发明的上下文中，这样的烃流可得自天然气，或得自 合成源。液化的烃流可用作产品流，例如以液化的天然气(LNG)的形式，或其可在采用所述设备的方法中内部地使用，例如作为制冷剂流来用于提供冷却负荷。天然气是有用的燃料源，并且是各种烃化合物的源。由于多个原因，通常期望在位于或靠近天然气流源的LNG设备中液化天然气。例如，天然气以液态形式可比以气态形式更易于存储和长距离运输，因为其占据更小的体积，并且不需要在高压下存储。通常，主要包含甲烷的天然气在升高的压カ下进入LNG设备，并且经过预处理来生产适用于在低温下液化的净化给料流。净化气使用换热器通过至少ー个冷却阶段处理，以渐进地降低其温度，直到实现液化。液态天然气可然后进ー步膨胀到适用于存储和运输的最終气压。至少ー个冷却阶段可包括预冷却和主冷却阶段，其依次地降低天然气的温度。主冷却阶段可在至少ー个主换热器中进行，以提供液化的(部分或完全液化的)烃流，例如LNG。美国专利No. 6，272，882公开了ー种用于液化气态富甲烷给料流来获得LNG的方法。所述方法利用两个冷却阶段，丙烷预冷却制冷剂循环和混合制冷剂主冷却循环。限定位于其壁内的壳侧和延伸穿过所述壳侧的至少ー个管侧的主换热器用于在主冷却阶段中液化天然气。天然气在烃流流动管中被传送通过这些管侧中的ー个，在所述烃流流动管中，天然气被换热器壳侧中的混合主制冷剂间接冷却和液化。美国专利No. 6，272，882采用先进的エ艺控制策略，尤其是利用主制冷剂馏分和待冷却烃流的质量流动速率作为受操纵变量且尤其是利用主换热器中的温度差作为受控制变量，来优化LNG的生产。美国专利No. 6，272，882的先进的エ艺控制方法可能导致作为受操纵变量的待冷却烃流的质量流动速率的改变。除了由于先进的エ艺控制方法造成的烃流质量流的改变，还可能由于液化设施为进行修理和维护而局部停机(所谓的下调(turn down)运行)或在LNG需求下降时期过程中发生这种质量流的減少。由于设计的运行条件造成的烃流质量流的減少可能导致跨过ー个或多个主换热器的烃流的摩擦压降的降低，増大冷却过程中不稳定状态的可能。

发明内容
在第一方面，本发明提供一种用于冷却和液化流体流来提供液化的流体流的设备，所述设备至少包括换热器，所述换热器具有在其壁内的壳侧和延伸穿过所述换热器的壳侧的多个流动通道，所述多个流动通道包括两个或更多个第一组的ー个或多个第一流动通道，每ー个所述第一组用于运送流体流的一部分通过所述换热器，并且由所述换热器的壳侧中的制冷剂间接冷却所述部分，以提供液化的流体流；第一入口集流管，所述第一入口集流管将两个或更多个第一组的第一流动通道连接到流体源，并且布置用于在所述两个或更多个第一组的第一流动通道之间将所述流体流分流；用于响应于所述流体流的流动速率选择地阻塞所述两个或更多个第一组的第一流动通道中的至少ー个第一组同时允许流体流流动通过其余未阻塞的第一组的第一流动 通道的装置。在又一方面，本发明提供ー种冷却和液化流体流来提供液化的流体流的方法，至少包括以下步骤将流体流和制冷剂传送到第一方面中限定的设备，以提供液化的流体流。在一个优选方面，将流体流传送到所述设备的步骤包括允许所述流体流进入所述第一入口集流管，并且响应于所述流体流的流动速率，选择地阻塞两个或更多个第一组的第一流动通道中的至少ー个，同时允许流体流流动通过其余未阻塞的第一组的第一流动通道。在另一方面，本发明提供ー种冷却和液化流体流来提供液化的流体流的方法，至少包括以下步骤将制冷剂和在一流动速率下的流体流传送到一种设备，所述设备包括至少ー个换热器，所述换热器具有在其壁内的壳侧和延伸穿过所述换热器的壳侧的多个流动通道，所述多个流动通道包括两个或更多个第一组的ー个或多个第一流动通道，所述第一组中的每ー组用于将所述流体流的一部分运送通过换热器，并且由所述换热器的壳侧中的制冷剂间接冷却所述部分，以提供液化的流体流；和第一入口集流管，所述第一入口集流管将两个或更多个第一组的第一流动通道连接到流体源，并且布置用于在所述两个或更多个第一组的第一流动通道之间将所述流体流分流；允许所述流体流进入所述第一入口集流管中；和响应于所述流体流的流动速率，选择地阻塞所述两个或更多个第一组的第一流动通道中的至少ー个第一组，同时允许所述流体流流动通过其余未阻塞的第一组的第一流动通道，以提供液化的流体流。


现在将仅以示例方式，并且參照非限制性附图描述本发明的实施例，附图中图I是根据一个实施例的用于液化烃流的设备的示意图。图2是根据又一个实施例的用于液化烃流的设备的示意图。
图3是根据另ー个实施例的用于液化烃流的设备的示意图。图4是根据另ー个实施例的利用本发明的设备液化烃流的方法的示意图。图5是根据又一个实施例的利用本发明的设备液化烃制冷剂流的方法的示意图。
具体实施例方式对于本说明书而言，单个附图标记将标示管路以及该管路中运输的流。相似的附图标记表示相似的管路或组分。在本文中使用吋，术语“流动”和“质量流”指“质量流动速
半 O本发明的设计构思试图更好地适应待液化流体流的质量流变化。
本发明提出一种设备和方法，其通过提供一种换热器而可在流体流的质量流減少过程中减轻不稳定状态，所述换热器具有多个第一组的第一流动通道，所述流体流在其液化过程中流动通过第一组的第一流动通道，其中，所述第一组的第一流动通道中的至少ー个可选择地被阻塞，同时将流体引导流动到其余第一流动通道。以该方式，通过将流体流引导通过减少数量的第一流动通道，可减轻由于较低的质量流造成的跨过全部第一流动通道的摩擦压降的任何降低。提出了一种用于冷却和液化流体流的方法，所述方法至少包括将所述流体流和制冷剂传送通过这样的设备的步骤。本文所述的方法和设备有利地能用于质量流随时间变化的流体流，提供由所述设备的热设计产生的提高的下调特征。可响应于流体流的流动速率的减小进行选择地阻塞所述第一组的第一流体通道中的至少ー个。以该方式，如果液化设施包括以上根据第一方面的设备，则可提供一种适应液化设施下调的方法。清楚的是，被选择阻塞的第一组的流动通道的选择阻塞可响应于导致流动速率恢复或部分恢复的流动速率的増大而结束，以恢复通过之前阻塞的第一组的流动通道的流体流动。冷却和液化的流体流优选从所述设备和/或方法输出。所述冷却和液化的流体流的大部分从所述设备和/或方法去除，并且不供回到所述设备和/或方法中。通常，输出涉及使得可以从所述设备/方法输送离开到另ー个位置。可任选地，其可在所述运输之前和/或过程中和/或之后存储在存储te中。美国专利4，208，198公开了ー种方法，其中，根据热蒸气体积表示的换热负荷的变化通过步进式地完全闭合换热器中的冷蒸气通道的均匀间隔开的部分来补偿。应注意的是，该方法不解决上面描述的流体流经受的与跨过换热器的摩擦压降减小相关的稳定性问题。本说明书的其余部分中，流体通常假设为烃流体，流体流假设为烃流体流，所述设备通常假设为用于冷却和液化烃流来提供液化的烃流的设备。因此，第一流动通道或其组有时可能在下文中称为烃流动通道。用于冷却和液化烃流的设备包括换热器，所述换热器具有多个横穿所述换热器壳侧的烃流动通道。对本领域技术人员显而易见的是，本文公开的方法和设备可应用于任何包括壳体和其中进行流体冷凝的多个流动通道的换热器。烃流动通道中的烃可相对于换热器壳侧中的制冷剂间接换热。这样的设备可设计用于液化的烃流例如LNG或冷凝的气转液(GTL)产品的优化生产。在以所设计输出进行生产的过程中，烃流可在全部烃流动通道之间分流。跨过烃流动通道存在由在所设计输出下的烃流的质量流造成的特定的摩擦压降。烃流动管通常以一定角度环绕地布置在主换热器中，通常围绕换热器的中部盘旋，以当烃流从主换热器的底部流动到顶部时，其至少部分冷凝，并且从蒸气相变为液相。冷凝液体烃比蒸气相密度更大，从而在不存在用于混合物向上移动的足够的驱动カ的情况下，其将向下下落回到烃流动管中。因而，所述液化方法设计用于具有足够使液化的烃向上移动并且移出所述主换热器的摩擦压降和流速的烃流。但是，烃流的质量流可能时常降低，例如在下调情况过程中或特别地由于先进的エ艺控制优化。这可导致跨过烃流动通道的摩擦压降的减小。如果烃流的质量流減少，则其可能达到使得冷凝的烃将向下返回到烃流动管的水平，发生凝聚而提供液体塞，该液体塞可能暂时阻塞蒸气烃流通过。因此在液体烃塞下方， 蒸气烃流的压カ将増大，直到所述塞移开。如果烃流的质量流太低，则更多塞将继续形成，导致烃流动管中重复的液体塞形成和释放，在主换热器中产生不稳定的流动状态。该状态导致主换热器中的快速热振荡，并且可(长期地)促成换热器的机械故障，例如由于管泄漏。这可通过使正在液化的流体中的摩擦压降保持在设计水平或接近设计水平来避免。为了使跨过烃流动通道的烃流摩擦压降保持在设计水平或接近设计水平，提出了将烃流选择地提供到ー些而不是全部烃流流动通道。通过跨过较少的烃流动通道来分布烃流的减小的质量流，可减缓摩擦压降的任何降低。这允许所述方法和设备有效地在低于设计条件的烃流质量流下运行。以该方式，可设计ー种换热器，其在烃流的100%质量流下的设计运行过程中具有减小的压降，同时仍能够在烃流的减小的质量流下稳定运行。这可导致换热器直径的减小，并且降低换热器的复杂性，降低生产成本。一种替代方法为设计ー种主换热器，其通过适应所述压降，可在最小的烃流质量流动速率下稳定运行。例如，对于具有単相流的主换热器，烃流动管中的质量流和压降之间的关系约为二次方程。因而，例如，设计用于在烃流质量流减小50%时具有稳定状态的冷却エ艺将要求主换热器设计具有为烃流的100%质量流所需压降的四倍的压降。但是制造适应烃流动管中这样的增大压降的主换热器导致CAPEX显著増大，并且导致液化的产品例如LNG的生产能力的减小。期望本发明的换热器更具有更高的成本效益，并且更实用。另外，与设计用于适应较高压降的换热器相比较，本文公开的设计用于较小压降的换热器，即使在减小的质量流下，在热动力学方面更有效。这是因为在较低压降的情况下，液化压カ更高，使得液化温度更高，并且因此提高生产能力。根据标准火用理论(exergytheory)，在较高温度下提供相等的热负荷提供较低的压缩机功率。本文公开的设备可因此设计用于适应烃流的质量流的超过50%的減少，例如60 %或更大的减少，70 %或更大的减少，80 %或更大的减少。图I是设备I的示意图，其包括换热器5，换热器5可用于冷却和液化呈烃流10形式的流体。烃流10可得自从天然气或石油储层获得的天然气，但是可替代地，可从另ー种源获得，也包括例如费托エ艺(Fischer-Tropsch)等合成源。烃流10可已经过预处理，并且这在下面更详细讨论。换热器5可以是绕管式换热器或管壳式换热器。换热器5具有壁85，其限定并且包围包括壳侧78的内部体积。所述内部体积还包括多个流动通道，例如流动管。这些流动通道分为多组，每ー组包括一个或多个流动通道。为了简明，图I显示了四组这样的流动通道两个第一组的流动通道的40a，40b，用于将待液化流体输送通过换热器5 ;第ニ组240的自动冷却流动通道，用于输送将通过自动冷却液化的制冷剂；和第三组340的辅助流动通道，用于冷却辅助流，例如另ー种制冷剂组分。本发明所属技术领域的普通技术人员应可理解，每ー组可包括数十或数百个流动通道。这些流动通道优选布置用于将其内容物从位于换热器5底部处或靠近底部的入ロ 37a，37b，237，337输送到换热器5内的重力方向上更高的点处的出口 45a，45b，245，346。
在下文的进ー步描述中，第二组的自动冷却流动通道可称为制冷剂第一流动通道，而第三组的辅助流动通道可称为制冷剂第二流动通道，前提是这些组的流动通道在用于制冷剂流的示例中。所述组的流动通道40，240，340包括两个或更多个烃流动通道40a，40b。每ー个烃流动通道运送烃流10的一部分40a，40b。所述部分烃流40a，40b被换热器5的壳侧78中的制冷剂间接冷却，所述制冷剂通常在重力的影响下向下移动通过壳侧78。 第一入口集流管6将两个或更多个第一组的第一流动通道40a，40b (这里烃流动通道40a，40b)连接到待冷却和液化的烃流体的源。第一入口集流管6布置用于将烃流体流10在两个或更多个第一组的第一流动通道40a，40b之间分流。提供用于选择地阻塞两个或更多个第一组的第一流动通道中的至少ー个同时允许流体流流动通过其余的未阻塞的第一组的第一流体通道的装置。在图I的实施例中，这些装置形成主入口集流管的一部分，但是这不是本发明的必要要求。用于选择地阻塞两个或更多个第一组的第一流动通道中的至少ー个的装置响应于流体流的流动速度运行。所述设备可包括用于响应于代表流体流10的流动速率的信号来控制选择性阻塞的装置。这样的信号可采用用于确定优选测量管路10中的流体流的流动速率的装置来产生。在图I的实施例中，其示出为连接至管路10的流量传感器F。但是，替代地，管路10中的流体流的流动速率可使用位于另ー个管路例如管路70中的流量传感器直接确定，和/或从与流动直接或间接相关的替代參数间接计算。在制冷剂为主冷却制冷剂回路中的主制冷剂的情况下，换热器5为主换热器。主制冷剂可以是混合的主制冷剂。适当的混合主制冷剂的示例在下面更详细讨论。主制冷剂可作为至少部分优选全部液化的主制冷剂，在至少ー个主制冷剂入口 275a，275b处提供到主换热器的壳侧78。全部所述组的流动通道缠绕在一起布置，以使由制冷剂提供的冷却负荷均匀地分布在其间。制冷剂液滴可在所述组40，240，340中的每ー个流体通道上形成薄膜。热在制冷剂和流动通道的内容物之间交換。所述组的流动通道40，240，340中的每ー个包括换热表面，其布置成与主换热器5的壳侧中的制冷剂发生相互热交换作用。在主换热器5中竖直地观察，流动通道分布成使得制冷剂薄膜可沿构成流动通道的流动管道从重力方向上较高的点流动到重力方向上较低的点。流动通道的各自的内容物沿着换热表面沿与重力相反方向流动。因而，例如流体流10与重力相反地，即从重力方向上较低点向重力方向上较高点，流动通过未阻塞的第一组。制冷剂滴可脱落并且在相邻的流动管40，240，340之间传递，以在壳体78内保持均匀的热分布。当主制冷剂冷却所述组40，240，340中的流动通道的内容物时，主制冷剂升温，并且可气化。升温的主制冷剂作为升温的主制冷剂流290通过在主换热器5底部处或附近的至少ー个主制冷剂出ロ 285收回。在图I中所示的实施例中，具有第一和第二馏分的主制冷剂的混合制冷剂用于冷却烃部分流40a，40b。主制冷剂流的第一馏分210a传送到主换热器5的第一馏分主制冷剂通道入口 237。主制冷剂流的第一馏分210a通过将其传送通过至少ー个主制冷剂第一流动通道240来被换热器壳侧78中的主制冷剂自动冷却，以在第一馏分主制冷剂通道出ロ 245处提供至少ー个冷却的第一馏分主制冷剂流250。单个冷却的第一馏分主制冷剂流250显示在图I中。至少ー个冷却的第一馏分主制冷剂流250可传送到至少ー个膨胀装置，这里以第 一馏分主制冷剂膨胀装置255的形式显示，在所述膨胀装置中，至少ー个流被膨胀来提供至少ー个膨胀的第一馏分主制冷剂流270。至少ー个膨胀的第一馏分主制冷剂流270可然后作为至少ー个冷却用主制冷剂流传送到主换热器5的壳侧78。所述至少ー个冷却用主制冷剂流传送到至少ー个膨胀的第一馏分主制冷剂入口 275，以提供用于冷却多个流动通道40，240，340中的流体的主制冷剂。类似地，主制冷剂流的第二馏分210b传送到主换热器5的第二馏分主制冷剂通道入口 337。主制冷剂流的第二馏分210b通过将其传送通过第三组的ー个或多个辅助流动通道中的至少ー个(这里以主制冷剂第二流动通道340的形式表示)而被换热器壳侧78中的主制冷剂自动冷却，以在第二馏分主制冷剂通道出ロ 345处提供至少ー个冷却的第二馏分主制冷剂流。单个冷却的第二馏分主制冷剂流350显示在图I中。至少ー个冷却的第二馏分主制冷剂流350可传送到至少ー个第二馏分主制冷剂膨胀装置355，在所述装置中，所述至少一个流被膨胀来提供至少ー个膨胀的第二馏分主制冷剂流370。至少ー个膨胀的第二馏分主制冷剂流370可然后作为至少ー个冷却用主制冷剂流传送到主换热器5的壳侧78。至少ー个冷却用主制冷剂流传送到至少ー个膨胀的第二馏分主制冷剂入口 375，以提供主制冷剂来冷却所述组的流动通道40，240，340中的流体。在主换热器5以设计容量正常运行过程中，两个或更多个烃流动通道中的每ー个可运送烃流的一部分40a，40b，以使其被主制冷剂冷却和液化。有时，例如由于先进的エ艺控制方法，由于部分停机或由于降低的供给或需求，造成烃流10的质量流降低。如果进入第一入口集流管6中的烃流10的质量流随时间减小，优选地，如果其减小到第一设定阈值以下，则本文所述的方法和设备可选择地阻塞烃流动通道40a，40b中的至少ー个。烃流10的质量流的这样的减小也称为“下调”。通过选择地阻塞，允许烃流减小的质量流在主换热器5中的较少烃流动通道40a，40b中分布，以使流动通道中的压降基本上保持不变，或没有改变到足以产生不稳定冷却状态。在图I中所示的实施例中，显示了两个第一组的第一流动通道40a，40b，所述组称为烃流动通道40a，40b。实际上，这些组中的每ー个通常代表主换热器5中的多个流动通道。响应于烃流10的质量流的减小,两个烃流动通道40a, 40b中的一个或另ー个可被选择地阻塞，同时允许通过其余未阻塞的烃流动通道的质量流。
第二和第三组流动通道240和340中的每ー组也包括一个或多个自动冷却或辅助流动通道，连接到自动冷却和辅助入口集流管235，335。本示例中自动冷却和辅助入口集流管为制冷剂入口集流管。由于所述组40，240，340中的流动通道穿过主换热器5均匀分布，因此烃流动通道40a，40b中的至少ー个的选择性阻塞将不会导致换热器中不均匀的热分布和热梯度。图I中所示的实施例有利地用于提供从设计运行容量在质量流方面多于50%的下调，因为烃流动通道40a，40b中的一半(即ー个)可响应于烃流10的质量流动速率的50%或更多的减小而被选择地阻塞，从而在主换热器5内保持基本上恒定的压降。显然，多于两个第一组的第一流动通道可提供进ー步的下调选择。例如使用三个第一组(烃流体通道)，其至少两组可被选择地阻塞，则通过选择地阻塞三个第一组的第一流动通道中的ー组或三个第一组中的两组，可能适应约33%和66%的下调运行。在又ー个示例中，如果提供四个烃流动通道(第一组)，其至少三个可被选择地阻塞，则通过分别选 择地阻塞三个烃流动通道中的ー个、两个或三个，可能适应约25%，50%和75%的下调运行。两个或更多个烃流动通道40a，40b的选择性阻塞可通过使用第一部分流入ロ控制阀实现，所述控制阀这里以至少ー个烃部分流入ロ控制阀25的形式提供。所述至少ー个烃部分流入口控制阀25用来将部分烃流的质量流控制到所述烃流动通道中的至少ー个。至少ー个烃部分流入ロ控制阀25设置用于使每一个烃流动通道(第一组)被选择地阻塞。优选地，烃部分流入口控制阀25通过卡扣作用控制(即，两位置开/关控制模式)来控制，其中，控制器打开或闭合阀25。优选地，阀25中不进行节流。这样的入口控制阀25可通过控制器控制，控制器使用来自传感器F的代表流动速率的信号。如果流动速率下降到低于设定第一阈值，则其关闭入口控制阀25。如果流动速率増大到高于设置第二阈值，则其打开阀25。第一和第二阈值可彼此不同，以避免振荡。替代地，其可手动操作，其中阀25被手动控制。图I显示了一个实施例，其中，第一入口集流管6包括两个或更多个第一部分流入ロ集流管35a，35b，其在本示例中也可称为“烃部分流入ロ集流管”。每ー个唯一地连接到第一组的烃流动通道形式的第一流动通道40a，40b中的ー个。第一集流管流分流装置15布置用于将流体流10分离为两个或更多个流体部分流20a，20b，其每ー个在流体部分流管道中。在本示例中，流体部分流也可称为“烃部分流”。用于选择性地阻塞的装置这里以第一部分流入ロ控制阀25a，25b的形式实现，所述控制阀位于每ー个流体部分流管道20a，20b中。在本示例中，第一部分流入ロ控制阀也可称为“烃部分流入ロ控制阀”，并且流体部分流管道20a，20b也可称为“烃部分流管道”。在图I的实施例中，烃流10传送到第一集流管流分流器15，其在两个或更多个烃流动通道40a，40b之间使烃流分流。用于分流的装置15可包括烃流分流装置。烃流分流装置15可提供两个或更多个烃部分流20a，20b。两个或更多个烃部分流20a，20b中的每ー个可传送到烃部分流入ロ控制阀25a，25b。烃部分流入口控制阀25a，25b提供受控的烃部分流30a，30b。提供两个或更多个烃部分流入ロ集流管35a，35b来接收受控烃部分流30a，30b。每ー个烃部分流入ロ集流管35a，35b连接到烃流动通道40a，40b,或流动通道的组，以选择地一起被阻塞。因而，通过闭合烃流入ロ控制阀25a，25b，防止部分烃流20a，20b到达相应的烃部分流入ロ集流管35a，35b以及因此到达相应的烃流动通道40a，40b或流动通道组。例如，闭合烃流入ロ控制阀25b将防止部分烃流20b到达烃流动通道40b。如果烃流入ロ控制阀25a保持打开，则通过烃流动通道40a的质量流可经由烃部分流入ロ集流管35a保持。显然，不止一个烃流动通道40a，40b可连接到特定烃部分流入口集流管35a，35b。在图I中所示的实施例中，烃流流动通道40a，40b的相等的比例(即ー个)可连接到指定烃部分流入口集流管35a，35b。在这样的实施例中，关闭烃流入ロ控制阀25b将选择地阻塞一半烃流流动通道40a，40b，即流动通道40b。该方案(line-up)可在烃流10的质量流减小约50%的情况下提供稳定冷却。在又一个实施例中(图I中未显示)，两个或更多个烃流动通道40a，40b的不相等的比例可连接到不同的烃部分流入ロ集流管35a，35b。例如，与第一烃部分流入口集流管相比较，两倍数量的烃流动通道可连接到第二烃部分流入口集流管。因此，闭合用于第一 烃部分流入口集流管的烃流入ロ控制阀将提供对33%的烃流动通道的选择阻塞，允许烃流10的质量流减小33%，同时针对33%的下调而在其余的未阻塞流动通道中保持相对恒定的压降。类似地，闭合用于第二烃部分流入口集流管的烃流入ロ控制阀将提供对67%的烃流动通道的选择阻塞，适应烃流10的质量流的67%的减小。显然，这样的实施例可能需要用于在两个或更多个烃流动通道40a，40b之间将烃流分流的分流装置15，以将烃流10的期望比例的质量流提供到两个或更多个烃部分流入ロ集流管35a，35b。两个或更多个烃流动通道40a，40b在两个或更多个烃流动通道出ロ 45a，45b处离开主换热器。每ー个出口 45a，45b产生液化的烃流50a，50b。两个或更多个烃流动通道40a, 40b可连接到至少ー个烃流出ロ集流管55a，55b，以混合液化的烃流50a，50b。两个或更多个烃流动通道40a，40b可连接到第一出ロ集流管7，以混合流出两个或更多个第一组的第一流动通道的液化的烃流体流。在本示例中，第一出ロ集流管包括两个或更多个第一部分流出ロ集流管55a，55b。在本示例中，它们为对于每一个烃流动通道40a, 40b ー个烃流出ロ集流管55a, 55b的形式。姆ー个烃部分流出ロ集流管55a, 55b可提供液化的烃部分流60a，60b。液化的烃部分流60a，60b可在液化的烃流混合装置65中混合，以提供混合的液化的烃流70。在一个替代实施例中(图I中未示出)，单个烃流出ロ集流管将全部烃流体动通道混合，以提供混合的液化的烃流。其余附图中没有示出流量传感器，但是无论如何，可设置流量传感器以便如上面所说明的辅助控制选择性阻塞。图2示意性地示出一组实施例，其中，多个流动通道还包括两个或更多个第二组240a，240b的一个或多个自动冷却流动通道。对于本示例，它们将被称为制冷剂第一流动通道240a，240b。第二入口集流管8将两个或更多个第二组的自动冷却通道240a，240b连接到制冷剂的源210a。第二入口集流管8还布置用于在两个或更多个第二组的自动冷却流动通道之间将制冷剂流分流。类似于第一入口集流管6，第二入口集流管6也可包括用于选择性地阻塞两个或更多个第二组的自动冷却流动通道中的至少ー个同时允许制冷剂流流动通过其余未阻塞的第二组的自动冷却流动通道的装置。这些装置可称为“第二装置“。因而，图2的设备I是设备I的示意性方案，包括可用于冷却和液化烃流10的换热器5。换热器5优选为类似于图I的实施例的方式的主换热器，以使用于间接冷却部分烃流40a，40b的制冷剂为主制冷剂。显然，在其中烃流10的质量流减小的下调运行过程中，烃流所需的冷却负荷也将减小。为了防止流量减小的烃流10的过冷，优选的是，通往主换热器5的主制冷剂的质量流也减小。主制冷剂质量流与烃流的质量流同步减小可保持冷却负荷的需求和供给相匹配，甚至在下调运行过程中也是如此。图2的实施例有利地利用混合主制冷剂，所述混合主制冷剂可作为第一和第二馏分主制冷剂流210a，210b供到主换热器5。烃流10和第二馏分主制冷剂流210b的操作类似于关于图I的实施例进行的讨论。但是，图2的主换热器5提供两个或更多个制冷剂第一·流动通道240a，240b，以及用于选择地阻塞两个或更多个制冷剂第一流动通道240a，240b中的至少一个的所述第二装置225a，225b，以使在烃流10的质量流减小时，通过主换热器5的第一馏分主制冷剂流210a的质量流可减小，而不发生不稳定冷却状态。第一馏分主制冷剂流210a可传送到用于在两个或更多个主制冷剂第一流动通道240a，240b之间将所述第一馏分主制冷剂流210分流的装置215a。用于分流的装置215a可包括第一馏分主制冷剂流分流装置。第一馏分主制冷剂分流装置215a可提供两个或更多个第一馏分主制冷剂部分流220a，220b。两个或更多个第一馏分主制冷剂部分流220a，220b中的每一个可传送到第一馏分主制冷剂部分流入口控制阀225a，225b。第一馏分主制冷剂部分流入口控制阀225a，225b提供受控的第一馏分主制冷剂部分流230a，230b。提供两个或更多个第一馏分主制冷剂部分流入口集流管235a，235b来接收受控的第一馏分主制冷剂部分流230a，230b。每一个第一馏分主制冷剂部分流入口集流管235a，235b经由相应的第一馏分主制冷剂通道入口 237a，237b连接到一个主制冷剂第一流动通道240a，240b (第二组的流动通道)。主制冷剂第一流动通道240a，240b可被选择地阻塞。因而，通过闭合第一馏分主制冷剂部分流入口控制阀225a，225b，防止相应的第一馏分主制冷剂部分流220a，220b到达相应的第一馏分主制冷剂部分流入口集流管235a，235b，并且因此到达相应的主制冷剂第一流动通道240a，240b。第一馏分主制冷剂流210a可被主制冷剂第一流动通道240a，240b中的换热器壳侧78中的主制冷剂自动冷却，以提供两个或更多个冷却的第一馏分主制冷剂流250a，250b。两个或更多个主制冷剂第一流动通道240a，240b在两个或更多个第一馏分主制冷剂通道出口 245a，245b处离开主换热器5的壁85。而且，图2的实施例还包括在第二组的自动冷却流动通道下游的至少一个膨胀装置255a，255b。膨胀装置布置在进入换热器5的壳体中的制冷剂入口装置275a的上游，并
且连接到制冷剂入口装置。对于本示例而言，膨胀装置也可称为“第一馏分主制冷剂膨胀装
β，，
直ο两个或更多个冷却的第一馏分主制冷剂流250a可传送到两个或更多个第一馏分主制冷剂膨胀装置255a，255b，在所述膨胀装置中，它们可被膨胀来提供两个或更多个膨胀的第一馏分主制冷剂流260a，260b。两个或更多个膨胀的第一馏分主制冷剂流260a，260b可然后在第一馏分主制冷剂混合装置265a中混合，以提供冷却用主制冷剂流270a。冷却用主制冷剂流270a可经由至少一个膨胀的第一馏分主制冷剂入口 275a传送到主换热器5的壳侧78，以提供用于冷却所述组的流动通道40a，40b，240a，240b，340中的流体的主制冷剂。为了使第一馏分主制冷剂流210a与烃流10同步下调，优选可被选择阻塞的两个或更多个主制冷剂第一流动通道240a，240b的比例与可被选择阻塞的两个或更多个烃流动通道40a，40b的比例相同。图2的实施例没有提供用于选择地阻塞主换热器5中的制冷剂第二流动通道40的装置。这是因为第二馏分主制冷剂流210b可作为液体流提供，使得在制冷剂第二流动通道340中的冷却过程中没有发生相转变，并且更特别地，没有发生第二馏分的冷凝。因此，在冷却过程中，这样的液体第二馏分主制冷剂流210b在减小的质量流下并没有表现出不稳定状态。但是，对本领域的技术人员显而易见的是，如果第二馏分主制冷剂流210b不作为 全液体流提供，或者，如果期望避免主制冷剂第二流动通道340中的压降的改变，则可提供包括两个或更多个主制冷剂第二流动通道的主换热器。而且，用于选择地阻塞至少一个第二流动通道同时允许一部分第二馏分主制冷剂流动通过其余的未阻塞制冷剂第二流动通道的装置将允许第二馏分主制冷剂流210b的质量流的减小。这可以类似于第一馏分主制冷剂中的方式使用第二馏分主制冷剂阀和第二馏分主制冷剂集流管来实现。图3显示了本文公开的方法和设备的第三实施例，其中，换热器5为主换热器，所述主换热器中，多组的流动通道 40a, 40a，，40a”，40b, 40b’, 40b”，240，240，，240”，340，340，被分为多个流动通道束。流动通道束包括在一对入口和出口集流管之间穿过换热器5的壁85的至少一个流动通道。以类似于图I和2的实施例的方式,烃流10分流为烃第一和第二部分流20a, 20b,其可传送到烃第一和第二部分流入口控制阀25a，25b。烃第一和第二部分流入口控制阀25a，25b将受控的烃第一和第二部分流30a，30b提供到烃第一和第二部分流下部入口集流管 35a’，35b’。与图I和2的实施例相比较，图3的主换热器5将流动通道分成换热器内不同高度处的多个束。图3显示了下部束82，其包括烃第一和第二下部流动通道40a’，40b ’，和主制冷剂第一和第二下部流动通道240’，340’。中间束84包括烃第一和第二中间流动通道40a”，40b”和主制冷剂第一和第二中间流动通道240”，340”。上部束86包括烃第一和第二上部流动通道40a’ ”，40b’ ”和主制冷剂第一上部流动通道240’ ”。烃第一和第二部分流下部入口集流管35a’，35b’分别连接到烃第一和第二下部流动通道40a’，40b’。这些烃流流动通道可使用相应的烃部分流入口控制阀25a，25b被选择地阻塞。烃第一和第二下部流动通道40a’，40b’分别连接到烃第一和第二部分流下部出口集流管105a，105b。烃第一和第二部分流下部出口集流管105a，105b产生第一液化烃第一和第二部分流110a，110b，所述第一液化烃第一和第二部分流110a，IlOb可传送到第一液化烃流混合装置115。第一液化烃流混合装置115提供混合的第一液化烃流120。混合的第一液化烃流120优选为部分液化流，例如包括液体和蒸气相的两相流。
混合第一液化烃流120可传送到第一液化烃流分离装置125，例如气/液分离器，其可提供作为液体流的底部第一液化烃流130和作为蒸气流的上部第一冷却的烃流140。底部第一液化烃流130可传送到至少一个用于天然气液化提取的馏分装置，或可用作分离装置中的回流装置。上部第一冷却的烃流140可传送到第一冷却的烃流混合装置145，其将流混合到上部第一冷却的烃第一和第二部分流150a，150b中。上部第一冷却的烃第一和第二部分流150a，150b可分别传送到第一冷却的烃第一和第二部分流入口控制阀155a，155b，以提供受控的第一冷却的烃第一和第二部分流160a，160b。受控的第一冷却的烃第一和第二部分流160a，160b可传送到烃第一和第二部分流中间入口集流管165a，165b。烃第一和第二部分流中间入口集流管165a，165b连接到烃第一和第二中间流动通道40a”，40b”。第一冷却的烃第一和第二部分流入口控制阀155a，155b可因而用于选择地阻塞到烃第一和第二中间流动通道40a”，40b”的通入。
烃第一和第二中间流动通道40a”，40b”分别连接到烃第一和第二部分流中间出口集流管175a，175b。烃第一和第二部分流中间出口集流管175a，175b产生第二冷却的烃第一和第二部分流180a，180b，其可传送到第二冷却的烃流混合装置185。第二冷却的烃流混合装置185提供混合的第二冷却的烃流190。混合的第二冷却的烃流190可以是部分液化的流，并且优选为全液化的流。混合的第二冷却的烃流190可传送到可任选的第二冷却的烃流分离装置195，其可将所述流分流为分流的第二冷却的烃第一和第二部分流710a，710b。分流的第二冷却的烃第一和第二部分流710a，710b可传送到烃第一和第二部分流上部入口集流管715a，715b。烃第一和第二部分流上部入口集流管715a，715b连接到烃第一和第二上部流动通道40a’ ”，40b’ ”，其传送通过壁85进入主换热器5中。烃第一和第二上部流动通道40a’ ”，40b’ ”作为如关于图I的实施例讨论的液化烃流50a，50b离开换热器5。在混合的第二液化烃流190为全液化流的实施例中，将不需要用于选择地阻塞第一和第二上部流动通道40a’ ”，40b’ ”中的至少一个的装置，因为所述流将基本上没有蒸气组分，并且因此更不可能在烃流10的质量流减小过程中在冷却过程中表现出不稳定状态。因此，对本领域的技术人员显而易见的是，在一个替代实施例中(图3中未示出)，可不需要第二液化烃流分离装置195，以使全部烃上部流动通道可由连接到混合的第二烃流190的单个烃上部入口集流管供给。在混合的第二液化烃流190是包括液相和蒸气相的两相流的一个替代实施例(图3中未示出)中，可以与下部和中间阶段82，84相似的方式提供用于选择地阻塞第一和第二上部流动通道40a”，40b”中的至少一个的装置。在图3所示的实施例中，具有主制冷剂的第一和第二馏分的混合制冷剂用于冷却位于烃流动通道40a’，40b’，40a”，40b”，40a’ ”，40b’ ”中的烃部分流。主制冷剂流的第一馏分210a通过将其传输通过至少一个主制冷剂下部流动通道240’、至少一个主制冷剂中间流动通道240”和至少一个主制冷剂上部第一通道240’”，而由相对于换热器壳侧78中的主制冷剂的间接换热自动冷却。第一馏分主制冷剂流中210a可传送到至少一个第一馏分主制冷剂部分流入口集流管235’。每一个第一馏分主制冷剂部分流入口集流管235’连接到至少一个主制冷剂下部第一流动通道240’或这样的流动通道组。至少一个主制冷剂下部第一流动通道240’中的另一端连接到主制冷剂第一馏分下部出口集流管755a。主制冷剂第一馏分下部出口集流管755a连接到至少一个主制冷剂第一馏分下部流760a。至少一个主制冷剂第一馏分下部流760a传送到主制冷剂第一馏分中间入口集流管 765a。主制冷剂第一馏分中间入口集流管765a连接到至少一个主制冷剂中间第一流动通道240”或这样的流动通道组。至少一个主制冷剂中间第一流动通道240”的另一端连接到主制冷剂第一馏分中间出口集流管775。主制冷剂第一馏分中间出口集流管775连接到至少一个主制冷剂第一 馏分中间流780。至少一个主制冷剂第一馏分中间流780传送到主制冷剂第一馏分上部入口集流管785。主制冷剂第一馏分上部入口集流管785连接到至少一个主制冷剂上部第一流动通道240’ ”或这样的通道组。至少一个主制冷剂上部第一流动通道240’ ”的另一端连接到主制冷剂第一馏分上部出口集流管795。主制冷剂第一馏分上部出口集流管795提供至少一个冷却的第一馏分主制冷剂流250’。单个冷却的第一馏分主制冷剂流250’显示在图3中。至少一个冷却的第一馏分主制冷剂流250’可传送到至少一个第一馏分主制冷剂膨胀装置255’，在所述膨胀装置255’中，所述至少一个流被膨胀来提供至少一个膨胀的第一馏分主制冷剂流270’。至少一个膨胀的第一馏分主制冷剂流270可然后以至少一个冷却用主制冷剂流传送到主换热器5的壳侧78。至少一个冷却用主制冷剂流提供主制冷剂来冷却所述组的下部、中间和上部流动通道 40a’，40b ’，40a”，40b ”，40a’ ”，40b ’ ”，240 ’，240 ”，240 ’ ”，340 ’，340 ” 中的流体。类似地，第二馏分主制冷剂流210b通过将其传送通过至少一个主制冷剂下部第二流动通道340’和至少一个主制冷剂中间流动通道340”，由相对于换热器壳侧78中的主制冷剂的间接换热自动冷却。第二馏分主制冷剂流210b传送到至少一个第二馏分主制冷剂部分流入口集流管335’。每一个第二馏分主制冷剂部分流入口集流管335’连接到至少一个主制冷剂下部第二流动通道340’或这样的流动通道组。至少一个主制冷剂下部第二流动通道340’的另一端连接到主制冷剂第二馏分下部出口集流管755b。主制冷剂第二馏分下部出口集流管755b连接到至少一个主制冷剂第二馏分下部流760b。至少一个主制冷剂第二馏分下部流760b传送到主制冷剂第二馏分中间入口集流管 765b。主制冷剂第二馏分中间入口集流管765b连接到至少一个主制冷剂中间第二流动通道340”或这样的流动通道组。至少一个主制冷剂中间第二流动通道340”的另一端连接到主制冷剂第二馏分中间出口集流管347。主制冷剂第二馏分中间出口集流管347提供至少一个冷却的第二馏分主制冷剂流350’。单个冷却的第二馏分主制冷剂流350’显示在图3中。至少一个冷却的第二馏分主制冷剂流350’可传送到至少一个第二馏分主制冷剂膨胀装置355’，在所述膨胀装置355’中，所述至少一个流被膨胀来提供至少一个膨胀的第二馏分主制冷剂流370’。至少一个膨胀的第二馏分主制冷剂流370’可然后作为至少一个冷却用主制冷剂流传送到主换热器5的壳侧78。至少一个冷却用主制冷剂流提供主制冷剂来冷却所述组的下部和中间流动通道40a’，40b ’，40a”，40b ”，240 ’，240 ”，340 ’，340 ”中的流体。在一个优选实施例中，本文公开的方法可用作用于烃给料流的液化工艺的一部分。烃给料流可以是任何适当的待冷却和液化的气体流，但是通常为天然气流。通常，天然气流为基本上由甲烷构成的烃组合物。优选地，烃给料流包含至少50mol %甲烷，更优选地，至少80mol %甲烧。例如天然气等烃组合物可还包含非烃类，例如H2O, N2，CO2, Hg，H2S和其他硫化合物等。如果需要，天然气可在冷却和任何液化之前预处理。该预处理可包括降低和/或去除例如CO2和H2S等不期望组分或例如早期冷却、预加压等其他步骤。由于这些步骤对本领域技术人员是公知的，因此其机制在这里不再进一步讨论。
因而，术语“烃给料流”也可包括任何处理之前的组分，所述处理包括清洁、脱湿和/或洗气，以及部分、大部分或全部处理来减少和/或去除至少一种化合物或物质的任何组分，包括但不限于硫、硫化合物、二氧化碳、水、Hg和至少一种C2+烃。根据所述源而定，天然气可包含比甲烷重的变化量的烃，例如特别是乙烷、丙烷和丁烷，和可能更少量的戊烷和芳香烃等。组分根据气体的类型和位置改变。通常，由于几个原因，可在任何重要的冷却之前，将比甲烷更重的烃从烃给料流不同程度地去除。例如比丁烷更重的组分具有足够高的冰点温度，使其可能阻塞部分甲烷液化设备，因此这些基本上完全去除。C2-4组分通常提取来符合液化产品的期望规格。C2-4烃可通过脱甲烷塔从烃给料流分离或减小其在给料流中的含量，这将提供富甲烷的上部烃流和包含C2-4烃的底部贫甲烷流。底部贫甲烷流可然后传送到其他分离器，来提供液化石油气(LPG)和冷凝流。分离后，将富甲烷的烃流冷却和液化。所述烃流逆着在至少一个制冷剂回路中例如主制冷剂回路中的至少一个制冷剂流传送。在一个优选实施例中，在主制冷剂阶段的主换热器中冷却和液化之前，可由预冷却制冷剂预冷却烃流。预冷却可由本领域中已知的多种方法提供。这样的制冷剂回路可包括用于压缩至少部分蒸发的制冷剂流以提供压缩的制冷剂流的至少一个制冷剂压缩机。压缩的制冷剂流可然后在冷却器中冷却，冷却器通常为环境冷却器，例如空气或水冷却器，以提供作为第一冷却制冷剂流的制冷剂流。制冷剂压缩机可通过至少一个涡轮机或电机驱动。烃流的冷却和液化可在至少一个阶段中进行。初始冷却，也称为预冷却或辅助冷却，可使用预冷却制冷剂回路的预制冷剂例如单一制冷剂或混合制冷剂进行，以提供预冷却的烃流。预冷却的烃流优选部分被液化，例如在低于o°c的温度下。优选地，这样的预冷却换热器可包括预冷却阶段，任何随后的冷却在至少一个主换热器中进行，以在至少一个主和/或子冷却的冷却阶段中液化一部分烃流。以该方式，可涉及两个或更多个冷却阶段，每一个阶段具有至少一步、部分等。例如，每一个冷却阶段可包括一个到五个换热器。烃流或一部分烃流和/或制冷剂可不传送通过冷却阶段的全部和/或全部相同的换热器。在一个实施例中，烃可以包括两个或三个冷却阶段的方法中冷却和液化。预冷却阶段优选用于将烃给料流的温度降低到低于0°c，通常在-20°c到-70°c范围内。用作两个或更多个预冷却换热器的换热器在本领域中是公知的。预冷却换热器可选自包括绕管式换热器、板翅式换热器和管壳式换热器。然后进行根据本文所述方法和设备的主冷却阶段。主冷却阶段与预冷却阶段分开。即，主冷却阶段包括至少一个单独的主换热器。主冷却阶段优选用于将烃流(通常为通过预冷却阶段冷却的至少一部分烃流)的温度降低到-100°C以下。任何换热器中的至少一个为本文所述的换热器，例如根据图1，2或3的实施例的绕管式换热器或管壳式换热器。可任选地，换热器可在其壳体内包括至少一个冷却部分，每一个冷却部分可视为一个冷却阶段或与其他冷却位置分开的换热器。在另一个实施例中，一个或两个预冷却制冷剂流和任何主制冷剂流可传送通过至少一个换热器，优选两个或更多个上面所述的预冷却和主换热器，以提供冷却的混合制冷剂流。 如果制冷剂为混合制冷剂回路例如预冷却制冷剂回路或任何主制冷剂回路中的混合制冷剂，则混合制冷剂可由选自包括氮、甲烷、乙烷、乙烯、丙烷、丙烯、丁烷、戊烷的组的两种或多种组分的混合物形成。可在分开的或叠置的制冷剂回路或其他制冷剂回路中使用至少一种其他制冷剂。任何预冷却制冷剂回路可包括混合的预冷却制冷剂。主制冷剂回路优选包括混合的主冷却制冷剂。本文所提到的混合的制冷剂或混合的制冷剂流包含至少5mol %的两种不同的组分。更优选地，混合的制冷剂包含氮、甲烷、乙烷、乙烯、丙烷、丙烯、丁烷和戊烷的组中的两种或多种。用于预冷却混合制冷剂的常用的组合物可以是
曱烷(Cl) 0-20mol%
乙烷(C2) 5-80mol%
丙烷(C3) 5-80mol%
丁烷(C4) 0-15mol%
总组分包含100mol%。用于主冷却混合制冷剂的常见组分可以是
氮0-25mol%
曱烷(Cl)20-70mol%
乙烷(C2)30-70mol%
丙烷(C3)0-30mol%
丁烷(C4)0-15mol%
总组分包含100mol%。在另一个实施例中，在主换热器中冷却和液化的烃流可能已经预冷却。烃流，例如预冷却的天然气流然后进一步在主换热器中冷却，以提供至少部分地优选全部液化的烃流，例如LNG流。优选地，由本文所述的方法和设备提供的液化的烃流通常在由承运船运输到另一个位置之前存储在至少一个存储罐中。图4是用于冷却和液化烃流10的设备I的示意方案。本领域中已知多种处理和液化烃流的方法。图4的实施例是一种这样的示例性方法。提供烃给料流510，例如得自天然气的流。烃给料流510优选为适用于液化的形式，以使其可经预处理来降低和/或去除不期望的组分，例如CO2和h2s。烃给料流510优选为加压流，其可传送到可任选的提取装置545，目的是从给料流510提取组分来产生经处理的流(prepared stream) 580,经处理的流580易于冷却和液化为具有在预定规格范围内的组分的液化的产品流70。经处理的流580可例如以压缩富甲烷流580的形式提供。本领域中存在很多可用的并且本领域技术人员已知的这样的提取装置。例如，其可包括洗涤塔或脱甲烷塔和可任选的再压缩机。 提取的组分可从提取装置545以通常为液体流的提取产品流70的形式排出。如果提取装置545基于脱甲烷塔，则提取产品流570可以是贫甲烷流570，通常为NGL流的形式。提取产品流570可任选地传送到至少一个其他馏分装置(未显示)，例如用于天然气液体提取的脱乙烧塔、脱丙烧塔和/或脱丁烧塔。所得的经处理的流580，其对于本示例假定为压缩富甲烷流，可传送到至少一个预冷却换热器585，在所述换热器585中，其由预制冷剂冷却来提供预冷却的经处理的流590，其在本示例中假定为预冷却的富甲烷烃流。预冷却制冷剂可作为冷却的预冷却制冷剂来流410供到预冷却换热器，并且作为升温的预冷却制冷剂出流420从预冷却换热器退出。优选地，冷却的预冷却制冷剂来流410基本上为液体形式，而升温的预冷却制冷剂出流420优选基本上为蒸气形式。预冷却制冷剂可为通常基本上由丙烷构成的单一组分预冷却制冷剂，或混合的预冷却制冷剂，例如包含丙烷的混合的预冷却制冷剂。如果使用多个预冷却换热器585，则预冷却制冷剂可在不同的压力下提供给每一个预冷却换热器585中。预冷却的富甲烷烃流590可以烃流10的形式直接传送到主换热器5。但是，在图4的实施例中，其首先传送到可任选的主换热器分离器595中，例如气液分离器，例如用于为提取装置545 (未示出)制备液体回流597。在这样的情况下，烃流10以上部蒸气流的形式从主换热器分流器595提供。为了简明，没有显示预冷却制冷剂回路的其余部分。这样的预冷却制冷剂回路的结构对本领域的技术人员是已知的。适当的预冷却制冷剂回路的一个示例显示在图5中。图4的实施例显示了传送到换热器5的烃流10，所述换热器5为主换热器，用于冷却液化。主换热器5具有与图I的实施例的主制冷剂第一和第二流动通道240，340相同的结构。图4的实施例显示了选择阻塞装置的一个替代位置。第一出口集流管V显示了混合器65，其将来自每一个第一部分流出口集流管55a，55b的液化流体部分流60a，60b混合，以提供混合的液化流体流70。但是，用于选择阻塞第一组的第一流动通道40a，40b中的至少一个的装置现在设置在第一出口集流管7’中。流体部分流出口控制阀75a，75b设置在第一部分流出口集流管55a，55b和液化流体流混合装置65之间。
因而，在该实施例中，用于选择阻塞两个烃流动通道40a，40b中的至少一个的装置75a，75b设置在主换热器5下游，而不是如图I和2中所示的上游。应可理解，选择阻塞装置的下游位置可同样应用到用于第二组的自动冷却流动通道240的第二出口集流管装置。还应理解，如果期望的话，代替选择阻塞装置的所述替代位置，图I或图2的结构可应用于图4的方案中。在图4的实施例中，烃流10传送到用于在两个或更多个烃流流动通道40a，40b之间将烃流10分流的装置15，例如烃流分流装置。用于将烃流10分流的装置15提供两个或更多个烃部分流20a，20b。两个或更多个烃部分流20a，20b可连接到两个或更多个部分流入口集流管35a，35b。每一个烃部分流入口集流管35a，35b连接到烃流动通道40a，40b中的至少一个。两个或更多个烃流动通道40a，40b在两个或更多个烃流动通道出口 45a，45b处离开主换热器5。每一个出口 45a，45b产生液化的烃流50a，50b。两个或更多个烃流动通道40a, 40b连接到两个或更多个部分流出口集流管55a，55b。每一个部分流出口集流管55a，55b将液化的烃部分流60a，60b提供给烃部分流出口控制阀75a，75b。烃部分流出口控制 阀75a，75b为用于选择地阻塞两个或更多个烃流动通道40a，40b中的至少一个的装置。每一个烃流出口控制阀75a，75b提供受控的液化烃部分流80a，80b。两个或更多个受控的液化烃部分流80a，80b可传送到受控的液化烃部分流混合装置65，以提供混合的液化烃流70。显然，闭合烃部分流出口控制阀75a，75b中的一个将选择地阻塞相应的烃流动通道40a，40b或这样的流动通道组。以该方式，到主换热器5的烃流10的质量流可降低，同时避免烃流动通道40a，40b中的不稳定冷却状态。图4另外显示了主制冷剂冷却回路201。在该实施例中，主制冷剂为如上面讨论的混合的主制冷剂。主制冷剂流200传送到主制冷剂分离装置205，例如气/液分离器。主制冷剂分离装置提供第一和第二馏分主制冷剂流210a，210b，其传送到主换热器5。第一馏分主制冷剂流210a优选为从主制冷剂分离装置205上部提取的蒸气流。第二馏分主制冷剂流210b优选为从主制冷剂分离装置205下部提取的液体流。如针对图I的实施例所讨论的，第一和第二馏分主制冷剂流210a，210b在主换热器中自动冷却、膨胀并且传送到换热器的壳侧78。主制冷剂与所述组的流动通道40a，40b，240,340中的流体间接换热，以冷却流体，并且使主制冷剂升温。升温的制冷剂作为升温的主制冷剂流290从位于主换热器5底部处或附近的至少一个主制冷剂出口 285退出。升温的主制冷剂流290传送到主制冷剂压缩机缓冲罐(knock-out drum) 295。主制冷剂压缩机缓冲罐295提供主制冷剂压缩机给料流310。主制冷剂压缩机给料流310可基本上是气态的。主制冷剂压缩机给料流310传送到主制冷剂压缩机315，在主制冷剂压缩机315中，其被压缩来提供压缩的主制冷剂流320。主制冷剂压缩机315由主制冷剂压缩机驱动装置345例如气轮机或蒸气轮机或电机机械地驱动。压缩的主制冷剂流320然后在至少一个主制冷剂冷却装置325中例如空气或水冷却器中冷却，以提供第一冷却的主制冷剂流330。第一冷却的主制冷剂流330可然后传送到至少一个预冷却换热器585’，以进一步逆着预冷却制冷剂冷却，以提供主制冷剂流200。如图4中所示，第一冷却的主制冷剂流330可在与压缩的富甲烷流580分开的预冷却换热器中冷却。然而制冷剂来流和出流410’，420’可以是相同的预冷却制冷剂循环的一部分。或者，第一冷却的主制冷剂流330可在与压缩的富甲烷流580相同的预冷却换热器中冷却，例如当预冷却换热器中存在可用的两个单独的管束时。由于第一馏分主制冷剂流210a通常在自动冷却作用下冷凝，因此选择阻塞装置也可应用到主制冷剂第一流动通道240，例如在图2中所示例说明的。清楚的是，在该情况中，选择阻塞也可位于第二出口集流管中的主换热器下游，类似于第一出口集流管。作为其中形成的液化烃流不用做这样的产品流的示例，图5显示了其中烃流10’用作主冷却混合制冷剂流来给主换热器提供冷却负荷的实施例。在该情况下，本发明的设备以预冷却换热器5a的形式提供，其中，主冷却混合制冷剂流被部分地液化。虽然图5中仅显示了单个预冷却换热器5a，但是可提供不止一个具有可被选择地·阻塞的两个或更多个烃流动通道的预冷却换热器。例如，两个预冷却换热器可例如串联或并联设置。预冷却换热器可在壳侧78a中的预冷却制冷剂的相同或不同的压力下运行。提供例如得自天然气的流的烃给料流510a。烃给料流510a优选为适于液化的形式，以使其可经预处理来减少和/或去除不期望的组分，例如CO2和H2S等。烃给料流510a优选为加压流。烃给料流510a可在烃给料换热器512中冷却，以提供冷却的烃给料流514。冷却的烃给料流514可传送到可任选的烃给料馏分装置545a，例如洗涤塔或脱甲烷塔，以提供富甲烷的上部流560a和贫甲烷的底部流570a。贫甲烷的底部流570a可传送到至少一个其他馏分装置(未示出)，例如用于天然气液体提取的脱乙烷塔、脱丙烷塔和/或脱丁烷塔。来自烃给料馏分装置545a的富甲烷上部流560a可传送到至少一个预冷却换热器585a。富甲烷上部流560a可传送通过预冷却换热器5a中的至少一个富甲烷流流动通道640，用于由换热器壳侧78a中的预冷却制冷剂冷却，以提供预冷却的富甲烷烃流590a。预冷却制冷剂可以是混合的预冷却制冷剂，例如包含丙烷的混合的预冷却制冷齐U。如果多个预冷却换热器585a使用混合的预冷却制冷剂，则，可在不同的预冷却换热器585a的壳侧78a中在不同压力下提供混合的预冷却制冷剂。预冷却制冷剂提供在预冷却制冷剂回路401中。作为来自预冷却换热器5a的升温的预冷却制冷剂出流，预冷却制冷剂压缩机给料流420a传送到预冷却制冷剂压缩机425。预冷却制冷剂压缩机压缩预冷却制冷剂压缩机给料流420a，以提供压缩的预冷却制冷剂流430。预冷却制冷剂压缩机425可由预冷却制冷剂压缩机驱动装置435例如气轮机或蒸气轮机或电机机械地驱动。压缩的预冷却制冷剂流430可然后在至少一个预冷却制冷剂冷却装置325a例如空气或水冷却器中冷却，以提供第一冷却的预冷却制冷剂流450。第一冷却的预冷却制冷剂流450可然后传送到至少一个预冷却换热器5a。第一冷却的预冷却制冷剂流450可被传送通过预冷却换热器5a中的至少一个预冷却制冷剂流动通道440。预冷却制冷剂流动通道440中的预冷却制冷剂由换热器的壳侧78a中的预冷却制冷剂自动冷却，以提供第二冷却的预冷却制冷剂流460。
第二冷却的预冷却制冷剂流460可传送到至少一个预冷却制冷剂膨胀装置465,例如Joule-Thomson阀或膨胀器，在所述阀和膨胀器中，所述流被膨胀来作为冷却的预冷却制冷剂来流提供至少一个膨胀的预冷却制冷剂流410a。至少一个膨胀的预冷却制冷剂流410a可然后传送到预冷却换热器5a的壳侧78a，以冷却流动通道40c，40d，440,640的内容物。至少一个预冷却换热器585a提供预冷却的富甲烷烃流590a。预冷却的富甲烷烃流590a可传送到主换热器分离器595a，例如气/液分离器。主换热器分离器595a可提供作为上部蒸气流的富甲烷主换热器给料流610和作为底部液体流的给料馏分回流597。给料馏分回流597可传送到烃给料馏分装置545a。优选地，在比冷却的烃给料流514重力方向上更高的点处将给料馏分回流597传送到烃给料馏分装置545a，以提供改善的分离。
图5的实施例显示了正在传送到传统的主换热器645的富甲烷主换热器给料流610。富甲烷主换热器给料流610可传送通过至少一个富甲烷流流动通道640，在所述通道中，其被主冷却制冷剂例如混合的主冷却制冷剂间接冷却和液化。主换热器645提供液化的，可能部分液化的，但是优选完全液化的富甲烷流650。当烃给料流510a得自天然气时，液化的富甲烷流650可以是LNG。图5另外显示了主制冷剂冷却回路210a。在该实施例中，主制冷剂为例如上面讨论的包括至少一种烃的混合的主冷却制冷剂。主制冷剂压缩机给料流310a传送到主制冷剂压缩机315a，在所述压缩机中，其被压缩来提供压缩的主制冷剂流320a。主制冷剂压缩机315a可由主制冷剂压缩机驱动装置345a例如气轮机或蒸气轮机或电机机械地驱动。压缩的主制冷剂流320a可然后在至少一个主制冷剂冷却装置325a中例如空气或水冷却器中冷却，从而作为烃流10’来提供第一冷却的主制冷剂流。第一冷却的主制冷剂流10’ (烃流)可然后传送到至少一个预冷却换热器5a，以进一步逆着预冷却制冷剂冷却。第一冷却的主制冷剂流10’(烃流)可在与富甲烷上部流560a相同或不同的预冷却换热器中冷却。在图5的实施例中，第一冷却的主制冷剂流10’(烃流)在与富甲烷上部流560a相同的预冷却换热器5a中冷却。图5的预冷却换热器5a作为两个或更多个第一组的第一流动通道提供两个或更多个第一冷却的主制冷剂流动通道40c，40d，并且提供用于选择地阻塞两个或更多个主制冷剂流动通道40c，40d中的至少一个的装置25c，25d，以使通过预冷却换热器5a的第一冷却的主制冷剂流10’的质量流可减小，而不发生不稳定的冷却状态。该设计在第一冷却的主制冷剂流10’是基本上蒸气流时是有利的，所述蒸气流在预冷却换热器5a中至少部分地液化。第一冷却的主制冷剂流10’可传送到第一入口集流管6’，其可包括用于在两个或更多个第一组的第一流动通道40c，40d之间将呈第一冷却的主制冷剂流10’形式的流体流分流的装置15a。所述用于分流的装置15a可包括第一冷却的主制冷剂分流装置。所述第一冷却的主制冷剂分流装置15a可作为烃部分流提供两个或更多个第一冷却的主制冷剂部分流20c，20d。两个或更多个第一冷却主制冷剂部分流20c，20d (流体部分流)中的每一个可传送到第一冷却的主制冷剂部分流入口控制阀25c，25d(第一部分流入口控制阀)。每一个第一冷却的主制冷剂部分流入口控制阀25a，25b (第一部分流入口控制阀)提供受控的第一冷却的主制冷剂部分流30c，30d。两个或更多个第一冷却的主制冷剂部分流入口集流管35c，35d作为第一部分流入口集流管提供，以接收受控的第一冷却的主制冷剂部分流30c，30d。每一个第一冷却的主制冷剂部分流入口集流管35c，35d连接到第一冷却的主制冷剂流动通道40c，40d或这样的流动通道组，从而选择地一起被阻塞。因而，通过闭合第一冷却的主制冷剂部分流入口控制阀25c，25d，防止第一冷却的主制冷剂部分流20c，20d到达相应的第一冷却的主制冷剂部分流入口集流管35c，35d并且因此到达相应的第一冷却的主制冷剂流动通道40c，40d。以该方式，通过预冷却换热器5a的主制冷剂的质量流可减小，同时减轻不稳定的冷却状态。第一冷却的主制冷剂部分流可在第一冷却的主制冷剂流动通道40c，40d中被换热器的壳侧78中的预冷却制冷剂间接冷却，从而作为液化烃流提供两个或更多个第二部分液化的主制冷剂部分流50c，50d。
两个或更多个第一冷却的主制冷剂流动通道40c，40d可连接到包括至少一个第二液化主制冷剂流出口集流管55c，55d的第一出口集流管。图5的实施例显示了用于每一个第一冷却的主制冷剂流动通道40c，40d或通道组的第二液化主制冷剂流出口集流管55c, 55d，所述流动通道40c，40d或通道组可被选择地阻塞。每一个第二液化主制冷剂流出口集流管55c, 55d可以预冷却的主制冷剂部分流60c, 60d的形式提供液化的流体。预冷却的主制冷剂部分流60c，60d可在预冷却的主制冷剂混合装置65a中混合，从而提供预冷却的主制冷剂流200’作为主制冷剂流。预冷却的主制冷剂流200’可传送到主制冷剂分离装置205a，例如气/液分离器。主制冷剂分离装置205a提供第一和第二馏分主制冷剂流210a，210b，其被传送到主换热器645。第一馏分主制冷剂流210a优选为从主制冷剂分离装置205a上部提取的蒸气流。第二馏分主制冷剂流210b优选为从主制冷剂分离装置205a底部提取的液体流。第一和第二馏分主制冷剂流210a，210b在主换热器中自动冷却、膨胀并且传送到换热器壳侧78，如针对图I的实施例所讨论的。主制冷剂与所述组的流动通道240，340，640中的流体间接换热，以冷却所述流体，并且将主制冷剂升温。升温的制冷剂作为升温的主制冷剂流290a从在主换热器65底部处或附近的至少一个主制冷剂出口 285a退出。升温的主制冷剂流290a可传送到主制冷剂压缩机缓冲罐295a。主制冷剂压缩机缓冲罐290a提供主制冷剂压缩机给料流310a，其可以是基本上蒸气流。本领域的技术人员应可理解，本发明可以多种不同方式进行而不偏离所附权利要求书的范围。例如，根据图4的工艺方案可与图2的实施例中公开的设备一起使用，在下调运行过程中允许第一馏分主制冷剂流动通道以及烃流动通道被选择地阻塞。而且，根据图5的工艺方案可与根据图I或2或4的实施例的主换热器5 —起使用，以使提高的热稳定性也可提供给烃流10和/或主制冷剂流的第一馏分210a中的一者或两者。本文提供的附图显示了烃部分流和制冷剂流的各个入口和出口集流管位于换热器壳体外部。但是，对于本领域的技术人员显而易见的是，在替代实施例中，入口和出口集流管一者或两者可设置在换热器内部，在其壁内。但是，优选至少一个用于选择阻塞的装置设置在换热器的壁外部，以便于通达并且控制这些装置。上面的说明从构思层面描述了用于选择地阻塞两个或更多个第一组的第一流动通道中的至少一个的装置。实际中，这些装置可根据由本领域技术人员采用的通常的设计实践以更复杂的方式进行。例如，用于选择阻塞的装置可布置用于避免经由进入阻塞组的流动通道的共用集流管(未示出)发生来自开放的(未阻塞)流动通道组的回流。这可例如通过在需要选择阻塞的所述组的流动通道的每一端上设置协调运行阀来实现，并且不排他地设置在所述组的流动通道的入口端或出口端上。本文公开的方法和设备特别适用于冷却和液化包含以碳床甲烷形式或得自碳床甲烷的天然气的流体，所述流体预期在流动速率方面经受相对大的变化。本领域技术人员应可理解，本发明可以多种不同的方式进行而不偏离所附权 利要求的范围。
权利要求
1.一种用于冷却和液化流体流来提供液化的流体流的设备，所述设备至少包括 换热器，所述换热器具有在其壁内的壳侧和延伸穿过所述换热器的壳侧的多个流动通道，所述多个流动通道包括两个或更多个第一组的ー个或多个第一流动通道，每ー个所述第一组用于运送流体流的一部分通过所述换热器，并且由所述换热器的壳侧中的制冷剂间接冷却所述部分，以提供液化的流体流； 第一入口集流管，所述第一入口集流管将两个或更多个第一组的第一流动通道连接到流体源，并且布置用于在所述两个或更多个第一组的第一流动通道之间将所述流体流分流； 用于响应于所述流体流的流动速率选择地阻塞所述两个或更多个第一组的第一流动通道中的至少ー个第一组同时允许流体流流动通过其余未阻塞的第一组的第一流动通道的装置。
2.根据权利要求I所述的设备，其中，所述第一入口集流管包括 两个或更多个第一部分流入ロ集流管，所述第一部分流入ロ集流管每ー个唯一地连接到其中一个所述第一组的第一流动通道中； 第一集流管分流装置，所述第一集流管分流装置用于将所述流体流分为两个或更多个流体部分流，每ー个流体部分流位于ー个流体部分流管道中； 其中，用于选择地阻塞所述第一组的第一流动通道中的至少ー个第一组同时允许流动到其余未阻塞的第一组的第一流动通道的所述装置包括在流体部分流管道的至少ー个中的第一部分流入ロ控制阀。
3.根据权利要求I或2所述的设备，其中，所述换热器选自包括绕管式换热器和管壳式换热器的组，其中，所述两个或更多个第一组的ー个或多个第一流动通道彼此相互缠绕布置。
4.根据前述任一项权利要求所述的设备，还包括 第一出口集流管，所述第一出口集流管连接到两个或更多个第一组的第一流动通道，以将从所述两个或更多个第一组的第一流动通道流出的液化的流体流混合。
5.根据权利要求4所述的设备，其中，所述第一出口集流管包括两个或更多个第一部分流出ロ集流管，所述第一部分流出ロ集流管每ー个提供液化的流体部分流，其中，所述第一部分流出ロ集流管中的每ー个唯一地连接到ー个第一组的第一流动通道，所述设备还包括 液化的流体流混合装置，所述液化的流体流混合装置位于所述第一部分流出ロ集流管下游，用于将来自每ー个第一部分流出ロ集流管的液化的流体部分流混合，以提供混合的液化的流体流。
6.根据权利要求5所述的设备，其中，用于选择地阻塞第一组的第一流动通道中的至少ー个第一组同时允许流动到其余未阻塞的第一组的第一流动通道的所述装置包括 流体部分流出ロ控制阀，所述流体部分流出ロ控制阀位于第一部分流出ロ集流管中的至少ー个和所述液化的流体流混合装置之间。
7.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中，所述第一流动通道布置用于将所述流体流从位于所述换热器底部处或所述换热器底部附近的入口输送到位于所述换热器中重力方向上较高点处的出口。
8.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中，所述第一组的第一流动通道包括换热表面，所述换热表面布置用干与制冷剂进行换热作用，从而由所述换热器的壳侧中的制冷剂间接冷却所述流体流的所述部分，其中，所述流体流的所述部分布置成沿着所述换热表面沿向上方向移动。
9.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中，用于选择地阻塞两个或更多个第一组的第一流动通道中的至少ー个第一组同时允许流体流流动通过其余未阻塞的第一组的第一流动通道的所述装置相对于所述壳侧设置在所述换热器的壁外部。
10.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中，所述多个流动通道还包括两个或更多个第二组的ー个或多个自动冷却流动通道，所述设备还包括 第二入口集流管，所述第二入口集流管将所述两个或更多个第二组的自动冷却流动通道连接到制冷剂源，并且布置用于在两个或更多个第二组的自动冷却流动通道之间将所述制冷剂流分流； 用于选择地阻塞所述两个或更多个第二组的自动冷却流动通道的至少ー个第二组同时允许所述制冷剂流流动通过其余未阻塞的第二组的自动冷却流动通道的第二装置； 至少ー个膨胀装置，所述至少一个膨胀装置位于所述第二组的自动冷却流动通道的下游，并且在通到所述换热器壳侧中的制冷剂入口装置的上游，且连接到所述制冷剂入口装置。
11.ー种冷却和液化流体流来提供液化的流体流的方法，至少包括以下步骤 将制冷剂和在一流动速率下的流体流传送到ー设备，所述设备包括至少ー个换热器，所述换热器具有在其壁内的壳侧和延伸穿过所述换热器的壳侧的多个流动通道，所述多个流动通道包括两个或更多个第一组的ー个或多个第一流动通道，所述第一组中的每ー组用于将所述流体流的一部分运送通过换热器，并且由所述换热器的壳侧中的制冷剂间接冷却所述部分，以提供液化的流体流；和第一入口集流管，所述第一入口集流管将两个或更多个第一组的第一流动通道连接到流体源，并且布置用于在所述两个或更多个第一组的第一流动通道之间将所述流体流分流； 允许所述流体流进入所述第一入口集流管中；和 响应于所述流体流的流动速率，选择地阻塞所述两个或更多个第一组的第一流动通道中的至少ー个第一组，同时允许所述流体流流动通过其余未阻塞的第一组的第一流动通道，以提供液化的流体流。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述流体流的所述部分向上流动通过所述换热器，同时其至少部分地通过所述间接冷却冷凝。
13.根据权利要求11或12所述的方法，还包括以下步骤 允许所述制冷剂流进入第二入口集流管中，所述第二入口集流管将两个或更多个第二组的自动冷却流动通道连接到制冷剂源，并且布置用于在所述两个或更多个第二组的自动冷却流动通道之间将所述制冷剂流分流； 允许所述制冷剂流进入所述第二入口集流管中；和 选择地阻塞所述两个或更多个第二组的自动冷却流动通道中的至少ー个第二组，同时允许所述制冷剂流流动通过其余未阻塞的第二组的自动冷却流动通道。
14.根据权利要求11到13中任一项所述的方法，还包括输出通过所述方法和设备获得的液化的流体流的至少一部分。
15.根据权利要求11到14中任一项所述的方法，其中，所述流体流为烃流，优选得自天然气。
全文摘要
本发明公开了一种流体在其中冷却和液化的设备，所述设备具有换热器(5)，换热器具有在其壁(85)内的壳侧(78)和延伸穿过壳侧(78)的多个流动通道。多个流动通道包括两个或更多个第一组(40a，40b)的一个或多个第一流动通道，每一个第一组用于将流体流的一部分运送通过换热器(5)，并且由换热器(5)的壳侧(78)中的制冷剂间接冷却所述部分，以提供液化的流体流(50，70)。第一入口集流管(6，6’)将两个或更多个第一组(40a，40b)的第一流动通道连接到流体源(10)，并且布置用于在两个或更多个第一组的第一流动通道(40a，40b)之间将流体流分流。提供了用于选择地阻塞两个或更多个第一组(40a，40b)的第一流动通道中的至少一个同时允许流体流流动通过其余未阻塞的第一组的第一流动通道的装置(25a，25b)。
文档编号F28F27/02GK102844639SQ201080048587
公开日2012年12月26日 申请日期2010年10月25日 优先权日2009年10月27日
发明者K·J·温克, L·J·A·佐特梅耶尔 申请人:国际壳牌研究有限公司