液化烃进料流的装置的制作方法

本实用新型涉及一种液化烃进料流的装置。

背景技术：

用于冷却、液化和任选地冷却天然气的许多液化系统在本领域中是公知的，例如单混合制冷剂(smr)循环、丙烷预冷混合制冷剂(c3mr)循环、双混合制冷剂(dmr)循环、c3mr-氮杂化(例如ap-x^tm)循环、氮气或甲烷膨胀循环和级联循环。通常，在这样的系统中，天然气通过与一种或多种制冷剂的间接热交换而被冷却、液化并任选地进行过冷。可以使用各种制冷剂，例如混合制冷剂、纯组分、两相制冷剂、气相制冷剂等。混合制冷剂(mr)，其是氮气、甲烷、乙烷/乙烯、丙烷、丁烷和戊烷的混合物，已用于许多基本负荷液化天然气(lng)工厂。通常基于进料气体组成和操作条件优化mr流的组成。

制冷剂在制冷剂回路中循环，该制冷剂回路包括一个或多个热交换器和制冷剂压缩系统。制冷剂回路可以是闭环或开环的。通过与热交换器中的制冷剂的间接热交换，在一个或多个制冷剂回路中通过间接热交换来冷却、液化和/或过冷天然气。

制冷剂压缩系统包括用于压缩和冷却循环制冷剂的压缩程序，以及用于提供驱动压缩机所需的动力的驱动器组件。对于预冷却的液化系统，驱动器组件中的驱动器的数量和类型以及压缩顺序对预冷却系统和液化系统所需的功率的比率有影响。制冷剂压缩系统是液化系统的关键部件，因为制冷剂需要在膨胀之前被压缩至高压并冷却，以产生冷的低压制冷剂流，其提供冷却、液化和任选地冷却天然气所需的热负荷。

dmr工艺涉及两种混合制冷剂流，第一种用于预冷进料天然气，第二种用于液化预冷天然气。两种混合制冷剂流通过两个制冷剂回路，预冷却系统内的预冷却制冷剂回路和液化系统内的液化制冷剂回路。在每个制冷剂回路中，制冷剂流被蒸发，同时提供冷却和液化天然气进料流所需的冷却负荷。当制冷剂流在单一压力水平下蒸发时，该系统和过程称为“单压”。当制冷剂流在两个或更多个压力水平下蒸发时，该系统和过程称为“多重压力”。参照图1，在冷却和液化系统100中示出了现有技术的dmr过程。本文所述的dmr过程涉及单压力液化系统和具有两个压力水平的多压力预冷系统。但是，可能存在任何数量的压力水平。在预处理部分(未示出)中通过已知方法清洁和干燥进料流，优选天然气，以除去水、酸性气体如co2和h2s，以及其他污染物如汞，从而产生预处理的进料流102。基本上不含水的预处理进料流102在预冷却系统134中预冷，以产生第二预冷天然气流106，并在主低温换热器(mche)164中进一步冷却、液化和/或过冷，以产生第一lng流108。第一lng流108通常通过使其通过lng压力降低装置111而降低压力以产生减压lng流103，然后将其送至闪蒸罐107以产生闪蒸气流109和第二lng流105。第二lng流105可以降低到储存压力并且被送到lng储罐(未示出)。闪蒸气流109和在储罐中产生的任何蒸发气体(bog)可以用作工厂中的燃料和/或送到火炬。

预处理的进料流102在第一预冷却热交换器160中冷却以产生第一预冷的天然气流104。第一预冷的天然气流104在第二预冷却的热交换器162中冷却以产生第二预冷的天然气流106。将第二预冷天然气流106液化并随后进行过冷却以产生第一lng流108，其温度在约-170摄氏度至约-120摄氏度之间，优选在约-170摄氏度至约-140摄氏度之间。图1中所示的mche164是线圈缠绕的热交换器，具有两个管束，暖束166和冷束167。然而，可以使用任何数量的束和任何交换器类型。尽管图1示出了预冷却回路中的两个预冷却热交换器和两个压力水平，但是可以使用任何数量的预冷却热交换器和压力水平。预冷却的热交换器在图1中示出为线圈缠绕的热交换器。然而，它们可以是板翅式热交换器、壳管式热交换器、或适于预冷天然气的任何其他热交换器。

术语“基本上不含水”是指预处理的进料流102中的任何残余水以足够低的浓度存在，以防止与下游冷却和液化过程中的水冻结相关的操作问题。在本文所述的实施方案中，水浓度优选不大于1.0ppm，更优选在0.1ppm和0.5ppm之间。

在dmr过程中使用的预冷却制冷剂是混合制冷剂(mr)，在此称为温混合制冷剂(wmr)或“第一制冷剂”，包括诸如氮气、甲烷、乙烷/乙烯、丙烷、丁烷和其他碳氢化合物的组分。如图1所示，低压wmr流110从第二预冷却热交换器162的壳侧的热端抽出，并在wmr压缩机112的第一压缩级112a中压缩。中压wmr流118从第一预冷却热交换器160的壳侧的热端抽出，并作为侧流引入wmr压缩机112，在那里它与来自第一压缩级112a的压缩流(未示出)混合。混合流(未示出)在wmr压缩机112的第二wmr压缩级112b中被压缩以产生压缩的wmr流114。低压wmr流110中存在的任何液体和中压wmr流118在汽-液分离装置中移除(未示出)。

压缩的wmr流114被冷却并且优选地在wmr后冷却器115中冷凝以产生第一冷却的压缩wmr流116，将其引入第一预冷却热交换器160中以在管路中进一步冷却以产生第二冷却压缩wmr流120。第二冷却压缩wmr流120分成两部分：第一部分122和第二部分124。第二冷却压缩wmr流122的第一部分在第一wmr扩展装置126中扩展以产生第一扩展wmr流128，其被引入第一预冷却热交换器160的壳侧以提供制冷作用。第二冷却压缩wmr流124的第二部分被引入第二预冷却热交换器162以进一步冷却，之后在第二wmr膨胀装置130中膨胀以产生第二膨胀wmr流132，将其引入第二预冷却热交换器162的壳侧以提供制冷负荷。从预冷却热交换器中取出后压缩和冷却wmr的过程在本文中通常称为wmr压缩序列。

尽管图1示出压缩级112a和112b在单个压缩机主体内执行，但是它们可以在两个或更多个单独的压缩机中执行。此外，可以在级之间提供中间冷却热交换器。wmr压缩机112可以是任何类型的压缩机，例如离心式、轴向式、正排量式或任何其他压缩机类型。

在dmr过程中，通过将预冷的天然气与第二混合制冷剂流进行热交换来执行液化和过冷，在此称为冷混合制冷剂(cmr)或“第二制冷剂”。

温暖的低压cmr流140从mche164的壳侧的热端抽出，通过抽吸鼓(未示出)送出以分离出任何液体，并且蒸汽流在cmr压缩机141中被压缩以产生压缩的cmr流142。温暖的低压cmr流140通常在wmr预冷温度或其附近的温度下抽出，优选小于约-30摄氏度，压力小于10巴(145psia)。压缩的cmr流142在cmr后冷却器143中冷却，以产生压缩的冷却cmr流144。可以存在附加的相分离器、压缩机和后冷却器。在从mche164的暖端抽出之后压缩和冷却cmr的过程在此通常称为cmr压缩序列。

然后冷却压缩冷却的cmr流144以防止在预冷却系统134中蒸发wmr。压缩冷却的cmr流144在第一预冷却热交换器160中冷却以产生第一预冷cmr流146，然后在第二预冷却热交换器162中冷却，以产生第二预冷却的cmr流148，取决于预冷温度和cmr流的组成，其可以是完全冷凝的或两相的。然后将cmr流148液化并任选地在液化系统165中过冷。图1示出了一种布置，其中第二预冷cmr流148是两相的并且被发送到cmr相分离器150以产生cmr液体(cmrl)流152和cmr蒸汽(cmrv)流151，它们都被发回到mche164进一步冷却。离开相分离器的液体物流在工业上称为mrl，离开相分离器的蒸汽物流在工业上称为mrv，即使它们随后液化。

cmrl流152和cmrv流151都在mche164的两个独立电路中冷却。cmrl流152在mche164的暖束166中被冷却并部分液化，导致冷流在cmrl膨胀装置153上降低压力以产生膨胀的cmrl流154，其被送回mche164的壳侧以提供暖束166中所需的制冷。cmrv流151在暖束166中冷却，随后在mche164的冷束167中冷却，然后，通过cmrv膨胀装置155降低压力以产生膨胀的cmrv流156，其被引入mche164以提供冷束167和暖束166中所需的制冷。

mche164和预冷却热交换器160可以是适用于天然气冷却和液化的任何交换器，例如盘管式热交换器、板翅式热交换器或壳管式热交换器。线圈缠绕式热交换器是用于天然气液化的现有技术的交换器，并且包括至少一个管束，该管束包括用于流动过程的多个螺旋缠绕管和温暖的制冷剂流以及用于使冷制冷剂流流动的壳体空间。

在图1所示的布置中，第一预冷却热交换器160的冷端温度低于20摄氏度，优选低于约10摄氏度，更优选低于约0摄氏度。第二预冷却热交换器162的冷端温度低于10摄氏度，优选低于约0摄氏度，更优选低于约-30摄氏度。因此，第二预冷却热交换器的温度低于第一预冷却热交换器的温度。

混合制冷剂循环的关键益处在于可以优化混合制冷剂流的组成以调节热交换器中的冷却曲线和出口温度，以提高过程效率。这可以通过调节冷却过程的各个阶段的制冷剂流的组成来实现。例如，具有高浓度乙烷和较重组分的混合制冷剂非常适合作为预冷制冷剂，而具有高浓度甲烷和氮的混合制冷剂非常适合作为过冷制冷剂。

在图1所示的布置中，向第一预冷却热交换器提供制冷负荷的第一膨胀wmr流128的组成与向第二预冷热交换器162提供制冷负荷的第二膨胀wmr流132的组成相同。由于第一和第二预冷却热交换器冷却到不同的温度，因此对于两个交换器使用相同的制冷剂组合物是低效的。此外，低效率随着三个或更多个预冷却热交换器而增加。

效率降低导致产生相同量的lng所需的功率增加。降低的效率进一步导致在固定量的可用预冷驱动器功率下更温暖的整体预冷温度。这将制冷负荷从预冷系统转移到液化系统，使mche更大并增加液化功率负荷，从资金成本和可操作性的观点来看，这可能是不希望的。

解决该问题的一种方法是对于每个预冷阶段具有两个单独的闭环制冷剂回路。这将需要用于第一预冷却热交换器160和第二预冷却热交换器162的单独的混合制冷剂回路。这将允许两个制冷剂流的组成独立地优化并因此提高效率。然而，这种方法将需要用于每个预冷却热交换器的单独的压缩系统，这将导致增加的资金成本、占地面积和操作复杂性，这是不期望的。

图1所示装置的另一个问题是预冷和液化系统所需的功率可能不相等，需要不同数量的驱动器来提供功率。由于可实现典型的预冷温度，液化系统通常具有比预冷系统更高的功率要求。在某些情况下，可能优选在预冷和液化系统驱动器之间实现50-50的功率分配。

因此，需要一种用于液化天然气的改进系统，其在预冷和液化系统的功率要求之间提供更多平衡并提高两个系统的效率，同时避免增加资金成本、占地面积或操作复杂性。

技术实现要素：

提供本

技术实现要素：
是为了以简化的形式介绍一些概念，这些概念将在下面的具体实施方式中进一步描述。本发明内容不旨在标识所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不旨在用于限制所要求保护的主题的范围。

如下所述并由所附权利要求限定的一些实施例包括对lng液化过程的预冷却部分的改进。一些实施例通过在预冷却部分中使用多个预冷却热交换部分并将用于向预冷却热交换部分提供制冷负荷的制冷剂流引入到不同压力下的压缩系统中来满足本领域的需要。一些实施例通过引导在压缩系统的压缩级之间进行中间冷却和分离的制冷剂流的液体部分来满足本领域的需要。

以下概述了系统和方法的若干方面。

方面1：一种用于液化烃进料流的装置，包括：

压缩子系统，包括至少一个压缩级；

预冷子系统包括：

多个热交换部分，多个热交换部分包括最热的热交换部分(260、360、460、560)和最冷的热交换部分(262、362、464、564)；

第一碳氢化合物回路(202、302、402、502)，其延伸通过多个热交换部分中的每一个，第一碳氢化合物回路(202、302、402、502)位于烃流体的下游并与烃流体供应流体流动连通；

主热交换器(264)具有第二烃回路(106)，该第二烃回路位于第一烃回路的下游并与第一烃回路(202、302、402、502)流体连通，用于接收来自第一烃回路的预冷烃流，主热交换器(164)可操作地构造成通过与第二制冷剂的间接热交换至少部分地液化预冷的烃流以产生第一液化烃流；

第二制冷剂回路(244、344、444、544)延伸通过多个热交换部分和主热交换器(264)中的每一个，第二制冷剂回路(244、344、444、544)包含第二制冷剂，第二制冷剂回路(244、344、444、544)可操作地构造成向主热交换器(264)提供制冷；

第一预冷却制冷剂回路(275、375、475、575)，其延伸通过最热的热交换部分(260、360、460、560)和压缩子系统，第一预冷却制冷剂回路(275、375、475、575)包含第一制冷剂；

第二预冷却制冷剂回路(216、316、416、516)，其延伸通过最热的热交换部分(260、360、460、560)，最冷的热交换部分(262、362、464、564)和压缩子系统，第二预冷却制冷剂回路(216、316、416、516)包含第一制冷剂；

汽-液分离装置(207)，在主热交换器的下游和与主热交换器(264)流体连通，用于接收来自主热交换器的第一液化烃流，并且可操作地配置成将第一液化烃流分离成闪蒸气流和第二液化烃流；

循环气体回路位于气液分离装置的下游并与气液分离装置(207)流体连通，循环流具有循环流混合点(245)，该循环流混合点与最热的热交换部分(260)上游的第一烃回路(202)流体流动连通；

其中压缩子系统和预冷却子系统可操作地配置成在第一预冷却制冷剂入口压力和第一预冷却制冷剂组合物下通过第一预冷却制冷剂回路(275、375、475、575)将第一制冷剂供应到最热的热交换部分(260、360、460、560)，并在第一预冷却制冷剂出口压力下从最热的热交换部分移除第一蒸发的第一制冷剂；

其中压缩子系统和预冷却子系统可操作地配置成在第二预冷却制冷剂入口压力和第二预冷却制冷剂组合物下通过第二预冷却制冷剂回路(216、316、416、516)将第一制冷剂供应到最热的热交换部分(260、360、460、560)，并在第二预冷却制冷剂出口压力下从最冷的热交换部分(262、362、464、564)移除第二蒸发的第一制冷剂，第二预冷却制冷剂入口压力高于第一预冷却制冷剂入口压力，第二预冷却制冷剂出口压力低于第一预冷却制冷剂出口压力，第二预冷却制冷剂组合物不同于第一预冷却制冷剂组合物。

方面2：根据方面1所述的装置，其中主热交换器是线圈缠绕的热交换器。

方面3：根据方面1-2中任一项所述的装置，其中主热交换器具有不多于一个的线圈束。

方面4：方面1-3中任一方面的装置，其中所述压缩子系统和预冷却子系统在操作上配置成在第二预冷却制冷剂出口压力下从所述最冷热交换部分移除所述第二蒸发的第一制冷剂，所述第二预冷却制冷剂出口压力比所述第一预冷却制冷剂出口压力高至少5巴。

方面5：方面1-4中任一项的装置，其中第一预冷却制冷剂组合物具有小于60摩尔％的乙烷和较轻的烃，第二预冷却的制冷剂组合物具有大于60摩尔％的乙烷和较轻的烃。

方面6：方面1-5中任一方面的装置，其中，再循环气体回路还包括位于与气液分离装置流体流动连通的下游的闪蒸热交换器。

方面7：一种液化烃进料流的装置，包括：

多个热交换部分，多个热交换部分包括最热的热交换部分和最冷的热交换部分；

第一碳氢化合物回路延伸通过多个热交换部分中的每一个，第一碳氢化合物回路位于烃流体的下游并与烃流体供应流体流动连通；

第二制冷剂回路延伸通过多个热交换部分中的每一个，第二制冷剂回路包含第二制冷剂；

第一预冷却制冷剂回路，其延伸通过最热的热交换部分，第一预冷却制冷剂回路包含第一制冷剂；

第二预冷却制冷剂回路，其延伸通过最热的热交换部分和最冷的热交换部分，第二预冷却制冷剂回路包含第一制冷剂；

第一预冷却制冷剂回路入口，位于第一预冷却制冷剂回路的上游端，

第一压力降低装置位于第一预冷却制冷剂回路的下游端，第一膨胀制冷剂导管在第一压力降低装置的下游并与第一压力降低装置流体连通并在与最热的热交换部分的第一冷回路的上游和流体流动连通；

第二预冷却制冷剂回路入口位于第二预冷却制冷剂回路的上游端，第二压力降低装置位于第二预冷却制冷剂回路的下游端，第二膨胀制冷剂导管，其位于第二压力降低装置的下游并与第二压力降低装置流体连通，并且在最冷热交换部分的第二冷回路的上游并与之流体连通；

压缩系统包括：

低压第一制冷剂导管，与第一压缩级和最冷热交换部分的热端流体连通；

中压第一制冷剂导管，与第二压缩级和第一热交换部分的热端流体连通；

第二压缩级下游的第一个后冷器；

第一汽-液分离装置，具有与第一后冷却器流体连通的第一入口和第一后冷却器的下游，第一蒸汽出口位于第一汽-液分离装置的上半部分中，第一液体出口位于第一汽-液分离装置的下半部分中，第一液体出口位于第一预冷却制冷剂回路入口的上游并与第一预冷却制冷剂回路入口流体连通；

第一蒸汽出口下游的第三压缩级；

第三压缩级下游的第二个后冷器；

主热交换器具有第二碳氢化合物回路，该第二碳氢化合物回路位于第一碳氢化合物回路的下游并与第一碳氢化合物回路流体连通，用于接收来自第一碳氢化合物回路的预冷烃流，主热交换器也在多个热交换部分的第二制冷剂回路的下游并与之流体连通，主热交换器可操作地构造成通过与第二制冷剂的间接热交换至少部分地液化预冷的烃流，以产生第一液化烃流；

第三气液分离装置，其位于主热交换器的下游并与主热交换器流体连通，其可操作地构造成将第一液化烃流分离成闪蒸气流和第二液化烃流；

在第三汽-液分离装置的下游和与第三汽-液分离装置流体连通的循环气体回路，循环气体回路延伸通过闪蒸热交换器并具有与最热的热交换部分上游的第一烃回路流体流动连通的循环流出口；

其中闪蒸气体热交换器在操作上配置成使闪蒸气流对至少一个加热流加热；

其中，最热的热交换部分可操作地构造成部分地预冷流过第一碳氢化合物回路的烃流体，第二制冷剂流过第二制冷剂回路，第一制冷剂流过第一预冷却的第一制冷剂回路，第二预冷却制冷剂回路抵靠流过最热的热交换部分的第一冷回路的第一制冷剂；

其中，最冷的热交换部分可操作地构造成预冷流过第一烃回路的烃流体以产生预冷的烃流，以预冷流过第二制冷剂回路的第二制冷剂以产生预冷的第二制冷剂流，并预先冷却流过第二预冷却制冷剂回路的第一制冷剂抵抗流过最冷热交换部分的第一冷回路的第一制冷剂。

方面8：根据方面7所述的装置，其中第一热交换部分是多个热交换部分中最热的热交换部分。

方面9：方面7-8中任一方面的装置，其中，所述第一压缩级、所述第二压缩级和所述第三压缩级位于第一压缩机的单个壳体中。

方面10：方面7-9中任一方面的装置，所述压缩系统还包括位于所述第二压缩级下游的第一中间冷却器和位于所述第一中间冷却器下游并与所述第一中间冷却器流体连通的冷却的第一中间制冷剂导管。

方面11：方面10的装置，还包括高压第一制冷剂导管，其与最热的热交换部分和冷却的第一中间制冷剂导管的热端流体连通。

方面12：方面10的装置，还包括：

第一个汽液分离装置下游的第三个后冷器；

第二汽-液分离装置，具有与第三后冷却器流体连通的第三入口和第三后冷却器的下游，第二蒸汽出口位于第二汽-液分离装置的上半部分，第二液体出口位于第二汽-液分离装置的下半部分中。

方面13：根据方面7-12中任一项所述的装置，其中所述多个热交换部分是第一热交换器的多个部分。

方面14：根据方面7-13中任一项所述的装置，其中所述多个热交换部分每个包括线圈缠绕的热交换器。

方面15：根据方面7-14中任一项所述的装置，其中主热交换器是线圈缠绕的热交换器。

方面16：根据方面7-15中任一项所述的装置，其中第二预冷却制冷剂回路延伸通过最热的热交换部分，第一热交换部分和最冷的热交换部分。

方面17：方面7-16中任一方面的装置，包含在第二预冷却制冷剂回路中的第一制冷剂具有比包含在第一预冷却制冷剂回路中的第一制冷剂更高浓度的乙烷和更轻质的烃。

方面18：根据方面7-17中任一项所述的装置，其中，最热的热部分的第一冷回路是最热的热交换部分的壳侧，并且最冷的热交换部分的第一冷回路是最冷的热交换部分的壳侧。

方面19：根据方面7-18中任一项所述的装置，包括第三预冷却制冷剂回路，所述第三预冷却制冷剂回路延伸穿过至少最热的热交换部分和第一热交换部分，所述第三预冷却制冷剂回路包含第一制冷剂。

方面20：根据方面7-19中任一项所述的装置，其中主热交换器是单束线圈缠绕热交换器。

方面21：根据方面7-20中任一项所述的装置，其中所述再循环气体回路还包括压缩机，所述压缩机位于所述闪蒸热交换器的下游并且与所述闪蒸热交换器和与所述压缩机流体流动连通的闪蒸气冷却器流体流动连通。

方面22：根据方面7-21中任一项所述的装置，其中所述至少一个加温流包括所述预冷的第二制冷剂流的第一部分。

方面23：根据方面7-22中任一项所述的装置，其中所述至少一个加温流包括所述预冷却制冷剂的第一部分，所述第一制冷剂的第一部分从最热的热交换部分上游和第二后冷却器下游的第二预冷却制冷剂回路中取出。

方面24：根据方面7-23中任一项所述的装置，其中所述主热交换器在操作上配置成使得所述第二液化烃流具有小于或等于预定目标温度的第二温度并且使得第一液化烃流的第一温度高于第二温度。

方面25：方面7-24中任一项的装置，其中第一制冷剂具有第一组分，第二制冷剂具有第二组合物，第一组合物不同于第二组合物。

方面26：一种用于液化烃进料流的装置，包括：

多个热交换部分，多个热交换部分包括最热的热交换部分和最冷的热交换部分；

第一碳氢化合物回路延伸通过多个热交换部分中的每一个，第一碳氢化合物回路位于烃流体的下游并与烃流体供应流体流动连通；

第二制冷剂回路延伸通过多个热交换部分中的每一个，第二制冷剂回路包含第二制冷剂；

预冷却制冷剂回路，其延伸通过多个热交换部分，预冷却制冷剂回路包含第一制冷剂，预冷却制冷回路可操作地构造成将第一制冷剂的第一部分引导通过膨胀装置并进入最热的换热部分的壳侧，将第一制冷剂的第二部分引导通过最冷的热交换部分，通过膨胀装置进入最冷的热交换部分的壳侧；

压缩系统包括：

低压第一制冷剂导管，与第一压缩级和最冷热交换部分的热端流体连通；

中压第一制冷剂导管，与第二压缩级和最热的热交换部分的热端流体连通；

第二压缩级下游的第一个后冷器；

第一汽-液分离装置，具有与第一后冷却器流体连通的第一入口和第一后冷却器的下游，第一蒸汽出口位于第一汽-液分离装置的上半部分中，第一液体出口位于第一汽-液分离装置的下半部分中；

第一蒸汽出口下游的第三压缩级；和

第三压缩级下游的第二个后冷器；

泵位于第一液体出口的下游并与第一液体出口流体连通，该泵位于预冷却制冷剂回路的上游并与预冷却制冷剂回路流体连通；

主热交换器具有第二碳氢化合物回路，该第二碳氢化合物回路位于第一碳氢化合物回路的下游并与第一碳氢化合物回路流体连通，用于接收来自第一碳氢化合物回路的预冷烃流，主热交换器也在第二制冷剂回路的下游并与第二制冷剂回路流体连通，主热交换器可操作地构造成通过与第二制冷剂的间接热交换至少部分地液化预冷的烃流，以产生第一液化烃流；

第三气液分离装置，其位于主热交换器的下游并与主热交换器流体连通，其可操作地构造成将第一液化烃流分离成闪蒸气流和第二液化烃流；

在第三汽-液分离装置的下游和与第三汽-液分离装置流体连通的循环气体回路，循环气体回路延伸通过闪蒸热交换器并具有与最热的热交换部分上游的第一烃回路流体流动连通的循环流出口；

其中闪蒸气体热交换器在操作上配置成使闪蒸气流对至少一个加热流加热；

其中，最热的热交换部分可操作地构造成部分地预冷流过第一碳氢化合物回路的烃流体，第二制冷剂流过第二制冷剂回路，并且流过预冷的第一制冷剂回路的第一制冷剂抵靠流过最热的热交换部分的壳侧的第一制冷剂；

其中，最冷的热交换部分可操作地构造成预冷流过第一烃回路的烃流体以产生预冷的烃流，以预冷流过第二制冷剂回路的第二制冷剂以产生预冷的第二制冷剂流，并将流过第一预冷却制冷剂回路的第一制冷剂预冷到流过最冷热交换部分的壳侧的第一制冷剂。

方面27：根据方面26所述的装置，其中主热交换器是线圈缠绕的热交换器。

方面28：根据方面27所述的装置，其中主热交换器具有不多于一个的线圈束。

方面29:一种冷却烃进料流的方法，包括烃流体和包含第二制冷剂的第二制冷剂进料流，通过在预冷却子系统的多个热交换部分的每一个中与第一制冷剂进行间接热交换并在主热交换器中至少部分地液化烃进料流，预冷子系统包括多个热交换部分和压缩子系统，其中该方法包括：

(a)将烃进料流和第二制冷剂进料流引入多个热交换部分的最热的热交换部分；

(b)冷却多个热交换部分的每一个中的烃进料流和第二制冷剂进料流，以产生预冷的烃流和预冷的第二制冷剂流，预冷的第二制冷剂流完全冷凝；

(c)进一步冷却并至少部分地使主热交换器中的预冷烃流相对于第二制冷剂液化，以产生第一液化烃流；

(d)从多个热交换部分的最冷的热交换部分抽出低压的第一制冷剂流，并在压缩子系统的至少一个压缩级压缩低压的第一制冷剂流；

(e)从多个热交换部分的第一热交换部分抽出中压第一制冷剂流，第一热交换部分比最冷的热交换部分更热；

(f)在执行步骤(d)和(e)之后，将低压第一制冷剂流和中压第一制冷剂流合并以产生组合的第一制冷剂流；

(g)从压缩系统中取出高-高压第一制冷剂流；

(h)冷却并至少部分地冷凝至少一个冷却单元中的高压第一制冷剂流，以产生冷却的高-高压第一制冷剂流；

(i)将冷却的高-高压第一制冷剂流引入第一汽-液分离装置，以产生第一蒸气制冷剂流和第一液态制冷剂流；

(j)使用泵增加第一液体制冷剂流的压力以产生第一泵送液体制冷剂流；

(k)在至少一个压缩阶段压缩步骤(i)的第一蒸气制冷剂流的至少一部分；

(l)在至少一个冷却单元中冷却和冷凝压缩的第一制冷剂流以产生冷凝的第一制冷剂流，所述至少一个冷却单元位于步骤(n)的至少一个压缩级的下游并与所述至少一个压缩级流体连通；

(m)将第一泵送液体制冷剂流与在至少一个冷却单元上游的压缩第一制冷剂流组合；

(n)将冷凝的第一制冷剂流引入多个热交换部分的最热的热交换部分；

(o)冷却最热的热交换部分中的冷凝的第一制冷剂流，以形成冷却的冷凝的第一制冷剂流；

(p)使第一部分冷却的冷凝的第一制冷剂流膨胀，以产生第一膨胀的第一制冷剂流；

(q)将第一膨胀的第一制冷剂流引入最热的热交换部分，以提供步骤(b)的制冷负荷；

(r)在最冷的热交换部分中进一步冷却第二部分冷却的冷凝的第一制冷剂流，以形成进一步冷却的冷凝的第一制冷剂流；

(s)使进一步冷却的冷凝的第一制冷剂流膨胀以形成第二膨胀的第一制冷剂流；

(t)将第二膨胀的第一制冷剂流引入最冷的热交换部分，以为步骤(b)提供制冷负荷；

(u)使第一液化烃物流膨胀，形成减压的第一液化烃物流；

(v)将减压的第一液化烃流分离成闪蒸气流和第二液化烃流；

(w)通过与来自预冷却子系统的至少一股流进行间接热交换来加热闪蒸气流，以形成加热的闪蒸气流；

(x)压缩加热的闪蒸气流以形成压缩的闪蒸气流；

(y)冷却压缩的闪蒸气流以形成循环流；

(z)在进行步骤(a)之前，将至少第一部分循环物流与烃进料物流合并。

附图说明

在下文中将结合附图描述示例性实施例，其中相同的数字表示相同的元件：

图1是根据现有技术的dmr系统的示意流程图；

图2是根据第一示例性实施例的dmr系统的预冷系统的示意流程图；

图3是根据第二示例性实施例的dmr系统的预冷系统的示意流程图。

图4是根据第三示例性实施例的dmr系统的预冷系统的示意流程图；

图5是根据第四示例性实施例的dmr系统的预冷系统的示意流程图；

图6是根据第五示例性实施例的dmr系统的预冷系统的示意流程图。

具体实施方式

随后的详细描述仅提供了优选的示例性实施例，并且不旨在限制权利要求的范围。而是，随后对优选示例性实施例的详细描述将为本领域技术人员提供用于实现优选示例性实施例的使能描述。在不脱离其精神和范围的情况下，可以对元件的功能和布置进行各种改变。

在说明书中结合附图引入的附图标记可以在一个或多个后续附图中重复，而无需说明书中的附加描述，以便为其他特征提供上下文。在附图中，与其他实施例类似的元件由增加值100的附图标记表示。例如，与图2的实施例相关联的闪蒸鼓207对应于与图3的实施例相关联的闪蒸鼓307。除非本文另有说明或描述，否则这些元件应被视为具有相同的功能和特征，因此对于多个实施例可以不重复对这些元件的讨论。

在说明书和权利要求书中使用的术语“流体流动通信”是指两个或更多个部件之间的连接性质，其使液体、蒸汽和/或两相混合物能够以受控方式(即无泄漏)直接或间接地在部件之间运输。将两个或更多个部件联接使得它们彼此流体流动连通可以涉及本领域已知的任何合适的方法，例如使用焊接、法兰导管、垫圈和螺栓。两个或更多个部件也可以经由系统的其他部件耦合在一起，这些部件可以将它们分开，例如，阀门、门或可以选择性地限制或引导流体流动的其他装置。

在说明书和权利要求书中使用的术语“导管”是指一种或多种结构，通过该结构可以在系统的两个或更多个部件之间输送流体。例如，导管可包括输送液体、蒸汽和/或气体的管道、管道、通道及其组合。

在说明书和权利要求书中使用的术语“天然气”是指主要由甲烷组成的烃类气体混合物。

在说明书和权利要求书中使用的术语“烃类气体”或“烃类流体”是指包含至少一种烃的气体/流体，并且烃占总体的至少80％，更优选至少90％的气体/流体的总组成。

在说明书和权利要求书中使用的术语“混合制冷剂”(mr)是指包含至少两种烃的流体，并且烃的含量占制冷剂总组合物的至少80％。

在说明书和权利要求书中使用的术语“重质烃”是指分子量至少与乙烷一样重的烃。

术语“束”和“管束”在本申请中可互换使用，并且旨在是同义词。

如说明书和权利要求书中所用的术语“环境流体”是指在环境压力和温度或接近环境压力和温度下提供给系统的流体。

在权利要求中，字母可用于识别要求保护的方法步骤(例如(a)、(b)和(aa))。这些字母用于帮助引用方法步骤，并不旨在表示执行所要求保护的步骤的顺序，除非且仅在权利要求中具体陈述这种顺序的范围内。

定向术语可以在说明书和权利要求中使用(例如，上、下、左、右等)。这些方向术语仅旨在帮助描述示例性实施例，并且不旨在限制其范围。如本文所用，术语“上游”旨在表示与导管中的流体从参考点的流动方向相反的方向。类似地，术语“下游”旨在表示在与从参考点的管道中的流体的流动方向相同的方向上。

如说明书和权利要求书中所使用的，术语“高-高”、“高”、“中”、“低”和“低-低”旨在表示使用这些术语的元素的属性的相对值。例如，高-高压流旨在表示具有比本申请中描述或要求保护的相应高压流或中压流或低压流更高压力的流。类似地，高压流旨在表示具有比在说明书或权利要求中描述的相应的中压流或低压流更高的压力的流，但是低于在本申请中描述或要求保护的相应的高压流。类似地，中压流旨在表示具有比在说明书或权利要求中描述的相应低压流更高压力的流，但是低于在本申请中描述或要求保护的相应高压流。

除非本文另有说明，否则说明书、附图和权利要求中确定的任何和所有百分比应理解为基于摩尔百分比。除非本文另有说明，否则在说明书、附图和权利要求中确定的任何和所有压力应理解为表压。

如本文所用，术语“致冷剂”或“低温流体”旨在表示温度低于-70摄氏度的液体、气体或混合相流体。冷冻剂的实例包括液氮(lin)、液化天然气(lng)、液氦、液态二氧化碳和加压的混合相冷冻剂(例如，lin和气态氮的混合物)。如本文所用，术语“低温温度”旨在表示低于-70摄氏度的温度。

如说明书和权利要求书中所用，术语“热交换部分”定义为具有暖端和冷端，其中，在热交换部分的冷端引入单独的冷制冷剂流(除环境之外)，并且从热交换部分的热端抽出温暖的第一制冷剂流。多个热交换部分可任选地包含在单个或多个热交换器中。在壳管式热交换器或线圈缠绕式热交换器的情况下，多个热交换部分可以包含在单个壳体内。

如说明书和权利要求书中所用，热交换部分的“温度”由来自该热交换部分的烃流的出口温度限定。例如，当相对于热交换部分使用时，术语“最热”、“较热”、“最冷”和“较冷”表示来自该热交换部分的烃流的出口温度相对于其它热交换部分的烃流的出口温度。例如，最热的热交换部分旨在表示热交换部分，其具有比任何其他热交换部分中的烃流出口温度更高的烃流出口温度。

如说明书和权利要求书中所使用的，术语“压缩系统”被定义为一个或多个压缩级。例如，压缩系统可包括单个压缩机内的多个压缩级。在替代示例中，压缩系统可包括多个压缩机。

除非本文另有说明，否则在某个位置引入流意味着在该位置引入基本上所有的所述流。在说明书中讨论并在附图中示出的所有流(通常由带有箭头的线表示，示出了在正常操作期间流体流动的总体方向)应该被理解为包含在相应的管道内。每个导管应理解为具有至少一个入口和至少一个出口。此外，每件设备应理解为具有至少一个入口和至少一个出口。

表1定义了整个说明书和附图中使用的首字母缩略词列表，以帮助理解所描述的实施例

本文描述了用于提高具有多个压力水平的混合制冷剂预冷系统的天然气液化方法的容量和效率的系统和方法，包括冷却压缩的混合制冷剂流并将冷却的压缩混合制冷剂流分离成蒸气和液体部分。液体部分为第一预冷却热交换器提供制冷负荷。蒸汽部分被进一步压缩、冷却和冷凝，并用于为第二预冷却热交换器提供制冷负荷。此外，该系统和方法包括液化预冷天然气以产生lng流，降低lng流的压力以产生闪蒸气流，并且将至少一部分闪蒸气流再循环到第一预冷却热交换器的吸入口。

图2示出了第一示例性实施例。为简单起见，在图2和随后的图中，仅详细示出了预冷却系统234，并且以简化的方式示出了液化系统。图1中的液化系统165的细节适用于任何后续附图。

低压wmr流210(也称为第二蒸发的第一制冷剂流)从第二预冷却热交换器262的壳侧的热端排出，并在wmr压缩机212的第一压缩级212a中压缩。中压wmr流218(也称为第一蒸发的第一制冷剂流)从第一预冷却热交换器260的壳侧的热端排出，并作为侧流引入wmr压缩机212，在那里它与来自第一压缩级212a的压缩流(未示出)混合。此外，来自第一压缩级212a的压缩流可以在与中压wmr流218混合之前相对于环境冷却。混合流(未示出)在wmr压缩机212的第二wmr压缩级212b中被压缩以产生高压wmr流270。低压wmr流210和中压wmr流218中存在的任何液体在引入wmr压缩机212之前在汽-液分离装置(未示出)中被移除。

高-高压wmr流270的压力可以在5巴到40巴之间，优选在15巴到30巴之间。高-高压wmr流270从wmr压缩机212中取出，并在高压wmr中间冷却器271中冷却并部分冷凝，以产生冷却的高-高高压wmr流272。高-高压wmr中间冷却器271可以是任何合适类型的冷却单元，例如使用空气或水的环境冷却器，并且可以包括一个或多个热交换器。冷却的高-高压wmr流272可具有0.2至0.8之间的蒸气分数，优选0.3至0.7之间，更优选0.4至0.6之间的蒸汽分数。冷却的高-高压wmr流272在第一wmr汽-液分离装置273中相分离，以产生第一wmrv流274和第一wmrl流275。

第一wmrl流275含有少于75％的乙烷和较轻的烃，优选少于70％的乙烷和较轻的烃，更优选少于60％的乙烷和较轻的烃。第一wmrv流274含有超过40％的乙烷和较轻的烃，优选超过50％的乙烷和较轻的烃，更优选超过60％的乙烷和较轻的烃。将第一wmrl流275引入第一预冷却热交换器260中以在管路中冷却以产生第一进一步冷却的wmr流236(也称为冷却的液体制冷剂流)，其在第一wmr膨胀装置226中膨胀(也称为减压装置)以产生第一膨胀wmr流228，其向第一预冷却热交换器260提供制冷负荷。合适的膨胀装置的实例包括焦耳-汤姆逊(jt)阀和涡轮。

第一wmrv流274被引入wmr压缩器212以在wmr压缩器212的第三wmr压缩级212c中被压缩以产生压缩的wmr流214。压缩的wmr流214被冷却并且优选地在wmr后冷却器215中被压缩以产生第一冷却压缩wmr流216(也称为压缩第一制冷剂流或第二入口流)，将其引入第一预冷却热交换器260中以在管路中进一步冷却以产生第一预冷wmr流217。第一冷却压缩wmr流216的摩尔组成与第一wmrv流274的摩尔组成相同。第一冷却压缩wmr流216的一部分可以作为wmr流216a的一部分(也称为闪蒸加热流)从预冷却系统234中移除，在闪蒸气体交换器284中冷却以产生wmr流216b的冷却部分，其可以在第二wmr膨胀设备230或第一wmr膨胀设备226或任何其他合适位置的膨胀上游返回到预冷却系统234。wmr流216a的部分优选小于第一冷却压缩wmr流216的约20摩尔％，优选小于第一冷却压缩wmr流216的2摩尔％至10摩尔％。

将第一预冷wmr流217引入第二预冷却热交换器262，以在管路中进一步冷却，以产生第二进一步冷却的wmr流237。第二进一步冷却的wmr流237在第二wmr扩展装置230中扩展(也称为压力降低装置，以产生第二膨胀wmr流232，其被引入第二预冷却热交换器262的壳侧以提供制冷负荷。

第一冷却压缩wmr流216可以完全冷凝或部分冷凝。在优选实施例中，第一冷却压缩wmr流216完全冷凝。冷却的高-高压wmr流272可以包含少于20％的比乙烷轻的组分，优选少于10％的比乙烷轻的组分，更优选少于5％的组分比乙烷轻，并且被称为“预冷却制冷剂组合物”。因此，可以完全冷凝压缩的wmr流214以产生完全冷凝的第一冷却压缩wmr流216，而不需要压缩到非常高的压力。压缩的wmr流214可以处于300psia(21bara)和600psia(41bara)之间的压力，并且优选地在400psia(28bara)和500psia(35bara)之间。如果第二预冷却热交换器262是用于使天然气完全液化的液化热交换器，则冷却的高-高压wmr流272将具有更高的氮气和甲烷浓度，因此为了使第一冷却压缩wmr流216完全冷凝，压缩wmr流214的压力必须更高。由于这可能无法实现，因此第一冷却压缩wmr流216将不会完全冷凝并且将包含可能需要单独液化的显着蒸汽浓度。

将经预处理的进料流202(称为烃进料流)与再循环流289混合以产生混合进料流201，其在第一预冷却热交换器260中冷却，以在低于20摄氏度的温度下产生第一预冷天然气流204，优选低于约10摄氏度，更优选低于约0摄氏度。如本领域所知，优选对进料流202进行预处理以除去水分和其他杂质，例如酸性气体、汞和其他污染物。第一预冷天然气流204在第二预冷却热交换器262中冷却，以在低于10摄氏度，优选低于约0摄氏度，更优选低于约-30摄氏度的温度下产生第二预冷天然气流206，取决于环境温度、天然气进料组成和压力。第二预冷天然气流206可以部分冷凝。

压缩冷却的cmr流244(也称为第二制冷剂进料流)在第一预冷却热交换器260中冷却以产生第一预冷cmr流246。压缩冷却cmr流244可包含比乙烷轻20％以上的组分，优选比乙烷轻30％以上的组分，更优选比乙烷轻40％以上的组分，称为“液化制冷剂组合物”。第一预冷却的cmr流246在第二预冷却热交换器262中冷却，以产生第二预冷的cmr流248(也称为预冷的第二制冷剂流)。

将第二预冷天然气流206和第二预冷cmr流248送至液化系统。将第二预冷天然气流液化并任选地在mche264中过冷，以在约-160摄氏度至约-70摄氏度的温度下产生第一lng流208(在权利要求中称为液化烃流)，优选地，在约-150摄氏度和约-100摄氏度之间。第二预冷cmr流248优选地在mche264中完全冷凝和过冷，产生冷cmr流，其在cmrl扩展装置253上的压力下降以产生扩展的cmrl流254，其被发送回mche264的壳侧提供所需的制冷。mche264显示为单束交换器，但是可以使用多个束或交换器。此外，第二预冷cmr流248可以是两相的，并且将其分成蒸汽相和液相并且在mche中使用单独的冷却回路以及单独的膨胀装置可能是有益的，如图1所示。

从mche264的壳侧的暖端抽出温暖的低压cmr流240，通过抽吸鼓(未示出)输出以分离出任何液体，蒸汽流在cmr压缩机241中被压缩以产生压缩的cmr流242。温暖的低压cmr流220通常在wmr预冷温度或其附近的温度下抽出，优选小于约-30摄氏度，压力小于10巴(145psia)。压缩的cmr流242在cmr后冷却器243中冷却，通常相对于环境冷却，以产生压缩的冷却cmr流244。可以存在附加的相分离器、压缩机和后冷却器。然后将压缩的冷却cmr流244引入第一预冷却热交换器260中。

第一lng流208可以通过使其通过lng压力降低装置211而降低压力以产生减压lng流203，然后将其输送到闪蒸罐207以产生闪蒸气流209和第二lng。减压lng流203的压力可小于约20巴，优选小于约10巴，更优选小于约5巴。取决于第一lng流的温度和减压lng流203的压力，闪蒸气流209的流速可以变化。通常，较冷的第一lng流和/或较高压力的减压lng流203将导致较低的闪蒸气流209流速。闪蒸气流209的流速可小于减压lng流203的流速的约30％，优选地小于减压lng流203的流速的约20％。第二lng流205可能会降低储存压力并送到液化天然气储罐(未示出)。闪蒸气流209还可包括在储罐中产生的任何蒸发气体(bog)。闪蒸气流209可以在闪蒸气体交换器284中加热以产生加热的闪蒸气流285。加热的闪蒸气流285可以在闪蒸气体压缩机286中压缩以产生压缩的闪蒸气流287，将其在闪蒸气冷却器288中冷却以产生再循环流289，以及任选地在设施中用作燃料的燃料气流289a。闪蒸气体压缩机286优选地由单独的专用驱动器239驱动，例如电动机。燃料气流289a的流速可小于闪蒸气流209的流速的约30％，优选小于闪蒸气流209的流速的约20％。再循环流289在再循环流混合点245处与预处理的进料流202混合。在另一个实施方案中，循环流289可以不与预处理的进料流202混合，并且可以通过预冷和液化系统中的单独的专用回路预冷和液化。

cmr流248a的一部分可以在任何位置从液化系统265中移除，例如从第二预冷却的cmr流248中移除。cmr流248a的一部分(也称为闪蒸加热流)优选小于约20摩尔％的第二预冷cmr流248，优选5摩尔％至15摩尔％的第二预冷cmr流248。cmr流248a的一部分可以相对于闪蒸气流209冷却，以产生cmr流248b的冷却部分(也称为冷却闪蒸加温流)，其可以在合适的位置返回到液化系统265，例如cmrl膨胀装置253的上游。wmr流216a的一部分也可以相对于闪蒸气流209冷却以产生wmr流216b的冷却部分(也称为冷却闪蒸加热流)。

尽管图2示出了预冷却回路中的两个预冷却热交换器和两个压力水平，但是可以使用任何数量的预冷却热交换器和压力水平。预冷却热交换器在图2中显示为线圈缠绕的热交换器。然而，它们可以是板翅式热交换器、壳管式热交换器、或适于预冷天然气的任何其他热交换器。此外，热交换器可以通过任何方法制造，包括增材制造和三维印刷。

图2的两个预冷却热交换器(260、262)可以是单个热交换器内的两个热交换部分。或者，两个预冷却热交换器可以是两个热交换器，每个热交换器具有一个或多个热交换部分。

可选地，第一预冷wmr流217的一部分可以在第一wmr膨胀装置226中膨胀之前与第一进一步冷却的wmr流236混合，以向第一预冷却热交换器260提供补充制冷(用虚线217a示出)。

尽管图2示出了三个压缩级，但是可以执行任何数量的压缩级。此外，压缩级212a、212b和212c可以是单个压缩机主体的一部分，或者是多个单独的压缩机。另外，可以在级之间提供中间冷却热交换器。wmr压缩机212、图1中的cmr压缩机141和/或闪蒸气体压缩机286可以是任何类型的压缩机，例如离心式、轴向式、正排量式或任何其他压缩机类型，并且可包括具有可选的中间冷却的任何数量的级。

在图2所示的实施例中，最热的热交换部分是第一预冷却热交换器260，而最冷的热交换部分是第二预冷却热交换器262。

在优选实施例中，第二预冷cmr流248可以是完全冷凝的，从而消除了对图1中的cmr相分离器150以及图1中的cmrv膨胀装置155的需要。在该实施例中，图1中的主低温热交换器164可以是具有两个温热进料流的单束热交换器：第二预冷天然气流206和第二预冷cmr流248。

图2所示装置的一个好处是wmr制冷剂流被分成两部分：第一wmrl流275和重烃，第一wmrv流274具有较轻的组分。使用第一wmrl流275冷却第一预冷却热交换器260，并使用第一wmrv流274冷却第二预冷热交换器262。由于第一预冷热交换器260冷却到比第二预冷热交换器262更高的温度，在第一预冷却热交换器260中需要wmr中较重的烃，而wmr中的较轻烃需要在第二预冷却热交换器262中提供更深的冷却。因此，图2中所示的布置导致改进的处理效率，并因此降低了相同量的预冷负荷所需的预冷功率。在固定的预冷功率和进料流量下，它可以实现更冷的预冷温度。这种布置还使得可以将制冷负载从液化系统转移到预冷系统中，从而降低液化系统中的功率需求并减小mche的尺寸。此外，可以优化wmr压缩机212的各个压缩级的wmr组成和压力，以在冷却的高-高压wmr流272中产生最佳蒸汽分数，从而进一步提高过程效率。在优选实施例中，wmr压缩机212(212a、212b和212c)的三个压缩级在单个压缩机主体中执行，从而最小化资金成本。

图2的布置导致第一wmrl流275(也称为第一入口流)的组成以摩尔为基础具有比第一冷却压缩wmr流216更高百分比的重烃。此外，第一wmrl流275的压力低于第一冷却压缩wmr流216的压力。优选地，第一wmrl流275的压力比第一冷却压缩wmr流216的压力低至少5巴，优选比第一冷却压缩wmr流216的压力低10巴。类似地，图2的布置还导致低压wmr流210的压力低于中压wmr流218的压力。优选地，低压wmr流210的压力比中压wmr流218的压力低至少2巴。

另外，对于相同的lng产品温度(即，第二lng流205的温度)，图2中所示的实施例允许第一lng流208的温度比现有技术更温暖。这是因为产生了比现有技术系统更大量的闪蒸气体。液化和过冷责任减少，降低了设施的总体电力需求。因此，该实施例能够平衡预冷和液化系统的功率要求，并且在优选实施例中，导致预冷和液化系统之间的功率分配为50-50。

此外，图2的实施例使设施中对原料气燃烧的需求最小化，因此降低了燃烧损失的原料气量。这提高了整个工厂的效率并使该设施更加环保，这是对现有技术方法的有价值的改进。

图3示出了第二示例性实施例。低压wmr流310在低压wmr压缩机312中被压缩以产生第一高压wmr流313。中压wmr流318在中压wmr压缩机321中被压缩以产生第二高压wmr流323。将第一高压wmr流313和第二高压wmr流323混合以产生压力在5巴和25巴之间，优选在10巴和20巴之间的高-高压wmr流370。高-高压wmr流370在高-高压wmr中冷器371中冷却，以产生冷却的高-高压wmr流372。高-高压wmr中冷器371可以是对空气或水进行冷却的环境冷却器，并且可以包括多个换热器。冷却的高-高压wmr流372可具有0.3至0.9之间，优选0.4至0.8之间，更优选0.45至0.6之间的蒸汽分数。冷却的高-高压wmr流372可以包含少于20％的比乙烷轻的组分，优选少于10％的比乙烷轻的组分，更优选少于5％的组分比乙烷轻，并且被称为“预冷却制冷剂组合物”。冷却的高-高压wmr流372在第一wmr气液分离装置373中相分离以产生第一wmrv流374和第一wmrl流375。第一wmrl流375包含少于75％的乙烷和轻烃，优选小于70％的乙烷和轻烃，更优选小于60％的乙烷和轻烃。第一wmrv流374含有超过40％的乙烷和较轻的烃，优选超过50％的乙烷和较轻的烃，更优选超过60％的乙烷和较轻的烃。将第一wmrl流375引入第一预冷却热交换器以进行冷却以产生第一进一步冷却的wmr流336。第一进一步冷却的wmr流336在第一wmr扩展装置326中扩展以产生第一扩展的wmr流328，其为第一预冷却热交换器360提供制冷负荷。

第一wmrv流374在高压wmr压缩机376中被压缩以产生压缩的wmr流314。压缩的wmr流314被冷却并且优选地在wmr后冷却器315中冷凝以产生第一冷却的压缩wmr流316。第一冷却压缩wmr流316的一部分与第一wmrv流374的相同。第一冷却压缩wmr流316的一部分可作为wmr流316a的一部分从预冷却系统334中移除，在闪蒸气体交换器384冷却以产生wmr流316b的冷却部分，其在第二wmr扩展装置330或第一wmr扩展装置326或任何其它合适位置扩展之前，可以将其返回到预冷却系统334。将第一冷却压缩wmr流316的剩余部分引入第一预冷却热交换器360中以在管回路中进一步冷却以产生第一预冷wmr流317。将第一预冷wmr流317引入第二预冷却热交换器362中以进一步冷却以产生第二进一步冷却的wmr流337。第二进一步冷却的wmr流337在第二wmr扩展装置330中扩展以产生第二扩展的wmr流332，将其引入第二预冷却热交换器362的壳侧以提供制冷负荷。

低压wmr压缩机312、中压wmr压缩机321和高压wmr压缩机376可包括具有可选的中间冷却热交换器的多个压缩级。高压wmr压缩机376可以是与低压wmr压缩机312或中压wmr压缩机321相同的压缩机主体的一部分。压缩机可以是离心式、轴向式、正排量式或任何其他压缩机类型。此外，代替冷却高-高压wmr中间冷却器371中的高-高压wmr流370，第一高压wmr流313和第二高压wmr流323可以在单独的热交换器(未示出)中单独冷却。第一wmr汽-液分离装置373可以是相分离器。在一个替代实施方案中，第一wmr汽-液分离装置373可以是蒸馏塔或混合塔，其中合适的冷流引入塔中。

可选地，第一预冷wmr流317的一部分可以在第一wmr膨胀装置326中膨胀之前与第一进一步冷却的wmr流336混合，以向第一预冷却热交换器360提供补充制冷(用虚线317a示出)。另一实施例是图3的变型，其具有三个压力预冷却回路。除了低压wmr压缩机312和中压wmr压缩机321之外，该实施例还涉及第三压缩机。在该实施例中，预冷却子系统的压缩机312、321、376的驱动器分别被用作驱动器333a、333b、333c。

将预处理的进料流302(也称为烃进料流)与再循环流389混合以产生混合的进料流301，其在第一预冷却热交换器360中冷却以在温度低于20摄氏度时产生第一预冷的天然气流304，优选低于约10摄氏度，更优选低于约0摄氏度。如本领域所知，优选对进料流302进行预处理以除去水分和其他杂质，例如酸性气体、汞和其他污染物。第一预冷天然气流304在第二预冷却热交换器362中冷却，以在低于10摄氏度，优选低于约0摄氏度，更优选低于约-30摄氏度的温度下产生第二预冷天然气流306，取决于环境温度、天然气进料组成和压力。第二预冷天然气流306可以部分冷凝。

压缩冷却的cmr流344(也称为第二制冷剂进料流)在第一预冷却热交换器360中冷却以产生第一预冷cmr流346。压缩冷却cmr流344可包含超过20％比乙烷轻的成分，优选超过30％比乙烷轻的成分，更优选超过40％比乙烷轻的成分，称为“液化制冷剂组合物”。第一预冷却的cmr流346在第二预冷却热交换器362中冷却，以产生第二预冷却的cmr流348(也称为预冷的第二制冷剂流)。

第二预冷天然气流306和第二预冷cmr流348被送至液化系统365。第二预冷天然气流被液化并任选地在mche364中过冷以在约-160摄氏度至约-70摄氏度之间，优选在约-150摄氏度至约-100摄氏度之间产生第一lng流308(在权利要求中称为液化烃流)。第二预冷却的cmr流348优选地在mche364中完全冷凝和过冷，产生冷却流，其在压力下穿过cmrl膨胀装置353以产生膨胀的cmrl流354，其被送回mche364的壳侧以提供所需的制冷。mche364显示为单束交换器，但是可以使用多个束或交换器。此外，第二预冷却的cmr流348可以是两相的，并且将其分成蒸汽相和液相并且在mche中使用单独的冷却回路以及单独的膨胀装置可能是有益的，如图1所示。

从mche364的壳侧的暖端抽出温暖的低压cmr流340，通过抽吸鼓(未示出)输出以分离出任何液体，并且在cmr压缩机341中压缩蒸汽流以产生压缩的cmr流342。温暖的低压cmr流320通常在wmr预冷温度或其附近的温度下抽出，优选小于约-30摄氏度，压力小于10巴(145psia)。压缩的cmr流342在cmr后冷却器343中冷却，通常抵抗环境空气，以产生压缩冷却的cmr流344。可以存在附加的相分离器、压缩机和后冷却器。然后将压缩的冷却cmr流344引入第一预冷却热交换器360中。

第一lng流308可以通过使其通过lng压力降低装置311而降低压力以产生减压lng流303，然后将其输送到闪蒸鼓307以产生闪蒸气流309和第二lng。第二lng流305可以降低到储存压力并且被送到lng储罐(未示出)。闪蒸气流309还可包括在储罐中产生的任何蒸发气体(bog)。闪蒸气流309可以在闪蒸气体交换器384中加热以产生加热的闪蒸气流385。加热的闪蒸气流385可以在闪蒸气体压缩机386中压缩以产生压缩的闪蒸气流387，将其在闪蒸气冷却器388中冷却以产生再循环流389，并任选地在设施中用作燃料的燃料气流389a。将再循环流389与预处理的进料流302混合。

一部分cmr流348a可以在任何位置从液化系统365中移除，例如从第二预冷却的cmr流348中移除。cmr流348a的一部分可以相对于闪蒸气流309冷却以产生cmr流348b的冷却部分，其可以在合适的位置返回到液化系统365，例如cmrl膨胀装置353的上游。wmr流316a的一部分也可以相对于闪蒸气流309冷却，以产生wmr流316b冷却的部分。

在图3所示的实施例中，最热的热交换部分是第一预冷却热交换器360，而最冷的热交换部分是第二预冷却热交换器362。wmr压缩机312、图1中的cmr压缩机141和/或闪蒸气体压缩机386可以是任何类型的压缩机，例如离心式、轴向式、正排量式或任何其他压缩机类型，并且可以包括任选数量的级，其具有可选的中间冷却。

如图2所示，在优选实施例中，第二预冷cmr流348可以完全冷凝，从而消除了对图1中的cmr相分离器150以及图1中的cmrv扩展装置155的需要。在该实施例中，图1中的主低温热交换器164可以是具有两个温热进料流的单束热交换器：第二预冷天然气流306和第二预冷cmr流348。

类似于图2，图3中所示的布置的益处是wmr制冷剂流被分成两部分：具有较重烃的第一wmrl流375和具有较轻烃的第一wmrv流374。由于第一预冷却热交换器360冷却到比第二预冷却热交换器362更温暖的温度，因此在第一预冷却热交换器260中需要wmr中较重的烃，而wmr中较轻的烃需要在第二预冷却热交换器262中提供更深的冷却。因此，与现有技术的图1相比，图3中所示的布置导致改进的处理效率并因此降低了所需的预冷功率。这种布置还使得可以将制冷负荷从液化系统转移到预冷系统中，从而降低了液化系统中的功率需求并减小了mche的尺寸。此外，可以优化wmr组成和压缩压力以产生冷却的高-高压wmr流372的最佳蒸汽分数，从而进一步提高过程效率。

另外，类似于图2，图3中所示的实施例允许第一lng流308的温度比现有技术中的温度高于罐中的第二lng流305的相同温度。这是因为产生了比现有技术情况更大量的闪蒸气体。因此，降低了液化和过冷责任，降低了设施的总体功率需求。该实施例还允许预冷和液化系统的功率要求几乎相等。

与图2中的布置相比，图3中所示的布置的缺点在于，由于wmr的并行压缩，它需要至少两个压缩机本体。然而，在存在多个压缩体的情况下，它是有益的。在图3所示的实施例中，低压wmr流310和中压wmr流318被并行压缩，这在压缩机尺寸限制受到关注的情况下是有益的。低压wmr压缩机312和中压wmr压缩机321可以独立设计，并且可以具有不同数量的叶轮、压力比和其他设计特性。

图4示出了第三实施例，其中提供了三个压力预冷电路。从第三预冷却热交换器497的壳侧的热端抽出低压wmr流419，并在wmr压缩机412的第一压缩级412a中压缩。中压wmr流410从第二预冷却热交换器462的壳侧的热端抽出，并作为侧流引入wmr压缩机412，在那里它与来自第一压缩级412a的压缩流(未示出)混合。在wmr压缩机412的第二压缩级412b中压缩混合流(未示出)以产生第一中间wmr流425。

第一中间wmr流425从wmr压缩机412中取出，并在高压wmr中间冷却器427中冷却，该中间冷却器427可以是环境冷却器，以产生冷却的第一中间wmr流429。高压wmr流418从第一预冷却热交换器460的壳侧的热端抽出并与冷却的第一中间wmr流429混合以产生混合的高压wmr流431。低压wmr流419、中压wmr流410、高压wmr流418、冷却的第一中间wmr流429中存在的任何液体可以在汽-液分离装置(未示出)中被移除。在替代实施例中，高压wmr流418可以在wmr压缩序列中的任何其他合适位置处引入，例如作为到wmr压缩机412的侧流或者与到wmr压缩机412的任何其他入口流混合。

将混合高压wmr流431引入wmr压缩机412并在wmr压缩机412的第三wmr压缩级412c中压缩以产生高-高压wmr流470。高-高压wmr流470可处于介于5巴和35巴之间压力下，最好介于15巴和25巴之间。高压wmr流470从wmr压缩机412中取出，在高-高压wmr中冷器471中冷却并部分冷凝，以产生冷却的高-高压wmr流472。高-高压wmr中冷器471可以是使用空气或水的环境冷却器。冷却的高-高压wmr流472可具有0.2至0.8之间，优选0.3至0.7之间，更优选0.4至0.6之间的蒸汽分数。冷却的高-高压wmr流472可以包含少于20％的比乙烷轻的组分，优选少于10％的比乙烷轻的组分，更优选少于5％比乙烷轻的组分，并且被称为“预冷却制冷剂组合物”。冷却的高-高压wmr流472在第一wmr汽-液分离装置473中相分离，以产生第一wmrv流474和第一wmrl流475。

第一wmrl流475含有少于75％的乙烷和较轻的烃，优选少于70％的乙烷和较轻的烃，更优选少于60％的乙烷和较轻的烃。第一wmrv流474含有超过40％的乙烷和较轻的烃，优选超过50％的乙烷和较轻的烃，更优选超过60％的乙烷和较轻的烃。将第一wmrl流475引入第一预冷却热交换器460中以进行冷却，以产生第二冷却压缩wmr流420，其被分成两部分，第一部分422和第二部分424。第二冷却压缩wmr流420的第一部分422在第一wmr膨胀装置426中膨胀，以产生第一膨胀wmr流428，其向第一预冷却热交换器460提供制冷负荷。第二冷却压缩wmr流420的第二部分424在第二预冷却热交换器462的管路中进一步冷却，以产生第二进一步冷却的wmr流437。第二进一步冷却的wmr流437在第二wmr扩展装置430中扩展，以产生第二扩展的wmr流432，其被引入第二预冷却热交换器462的壳侧以提供制冷作用。

第一wmrv流474被引入wmr压缩器412以在第四wmr压缩级412d中被压缩以产生压缩的wmr流414。压缩的wmr流414被冷却并且优选地在wmr后冷却器415中冷凝以产生第一冷却压缩的wmr流416。第一冷却压缩wmr流416的摩尔组成与第一wmrv流474的摩尔组成相同。第一冷却压缩wmr流416的一部分可以作为wmr流416a的一部分从预冷却系统434中移除，在闪蒸气体交换器484中冷却以产生wmr流416b的冷却部分，其可在第三wmr扩展装置482或第二wmr扩展装置430或第一wmr扩展装置426或任何其它合适位置扩展之前，返回预冷系统434。可以将第一冷却压缩wmr流416的剩余部分引入第一预冷却热交换器460中，以在管路中进一步冷却，以产生第二预冷wmr流480。将第二预冷wmr流480引入第二预冷却热交换器462以进一步冷却以产生第三预冷wmr流481，其被引入第三预冷却热交换器497以进一步冷却以产生第三进一步冷却的wmr流438。第三进一步冷却的wmr流438在第三wmr膨胀装置482中膨胀，以产生第三膨胀wmr流483，其被引入第三预冷却热交换器497的壳侧以提供制冷负荷。

可选地，第三预冷wmr流481的一部分可以在第二wmr膨胀装置430(用虚线481a示出)中膨胀之前与第二进一步冷却的wmr流437混合，以向第二预冷却热交换器462提供补充制冷。

经预处理的进料流402(也称为烃进料流)在混合点445与再循环流489混合以产生混合进料流401，其在第一预冷却热交换器460中冷却以产生第一预冷天然气流404。第一预冷天然气流404在第二预冷却热交换器462中冷却以产生第三预冷天然气流498，其在第三预冷却热交换器497中进一步冷却以产生第二预冷天然气流406。压缩冷却的cmr流444在第一预冷却热交换器460中冷却以产生第一预冷cmr流446。压缩冷却cmr流444可包含比乙烷轻20％以上的组分，优选比乙烷轻30％以上的组分，更优选比乙烷轻40％以上的组分，并且被称为“液化制冷剂组合物”。第一预冷却的cmr流446在第二预冷却热交换器462中冷却以产生第三预冷却的cmr流447，其在第三预冷却热交换器497中进一步冷却以产生第二预冷却的cmr流448。

第二预冷天然气流406和第二预冷cmr流248被送至液化系统465。第二预冷天然气流被液化并任选地在mche464中过冷以在约-160摄氏度至约-70摄氏度之间，优选在约-150摄氏度至约-100摄氏度之间产生第一lng流408(在权利要求中称为液化烃流)。第二预冷cmr流448优选地在mche464中完全冷凝和过冷，导致冷流在cmrl膨胀装置453上降低压力以产生膨胀的cmrl流454，其被送回mche464的壳侧以提供所需的制冷。mche464显示为单束交换器，但是可以使用多个束或交换器。此外，第二预冷cmr流448可以是两相的，并且将其分成蒸汽相和液相并且在mche中使用单独的冷却回路以及单独的膨胀装置可能是有益的，如图1所示。

从mche464的壳侧的热端抽出温暖的低压cmr流440，通过抽吸鼓(未示出)输出以分离出任何液体，并且蒸汽流在cmr压缩机441中被压缩以产生压缩cmr流442。温暖的低压cmr流440通常在wmr预冷温度或其附近的温度下抽出，优选小于约-30摄氏度，压力小于10巴(145psia)。压缩的cmr流442在cmr后冷却器443中冷却，通常抵抗环境空气，以产生压缩冷却的cmr流444。可以存在附加的相分离器、压缩机和后冷却器。然后将压缩的冷却cmr流444引入第一预冷却热交换器460中。

第一lng流408可以通过使其通过lng压力降低装置411而降低压力以产生减压lng流403，然后将其输送到闪蒸鼓407以产生闪蒸气流409和第二lng流405。第二lng流405可以降低到储存压力并且被送到lng储罐(未示出)。闪蒸气流409还可包括在储罐中产生的任何蒸发气体(bog)。闪蒸气流409可以在闪蒸气体交换器484中加热以产生加热的闪蒸气体流485。加热的闪蒸气体流485可以在闪蒸气体压缩机486中压缩以产生压缩的闪蒸气体流487，将其在闪蒸气冷却器488中冷却以产生再循环流489，以及任选地在设施中用作燃料的燃料气流489a。将再循环流489与预处理的进料流402混合。

cmr流448a的一部分可以在任何位置从液化系统465移除，例如从第二预冷cmr流448移除。cmr流448a的一部分可以相对于闪蒸气流409冷却以产生cmr流448b的冷却部分，其可以在合适的位置返回到液化系统465，例如cmrl膨胀装置453的上游。wmr流416a的一部分也可以相对于闪蒸气流409冷却以产生wmr流416b冷却的部分。

尽管图4示出了四个压缩级，但是可以存在任何数量的压缩级。此外，压缩级可以是单个压缩机主体的一部分，或者是具有可选中间冷却的多个单独的压缩机。wmr压缩机412、图1中的cmr压缩机141和/或闪蒸气体压缩机486可以是任何类型的压缩机，例如离心式、轴向式、正排量式或任何其他压缩机类型，并且可包括具有可选的中间冷却的任何数量的级。

如在图2中，在优选实施例中，第二预冷cmr流448可以是完全冷凝的，从而消除了对图1中的cmr相分离器150以及图1中的cmrv扩展装置155的需要。在该实施例中，图1中的主低温热交换器164可以是具有两个温热进料流的单束热交换器：第二预冷天然气流406和第二预冷cmr流448。

在图4所示的实施例中，最热的热交换部分是第一预冷却热交换器460，而最冷的热交换部分是第三预冷却热交换器497。

图4所示的实施例具有图2所示实施例的所有优点。另一实施例是图4的变型，其仅具有两个预冷却热交换器，使得整个第二冷却压缩wmr流420用于为第一热交换器提供制冷。该实施例消除了对额外热交换器的需要并且降低了资金成本。

图5示出了第四实施例和图4所示实施例的变型，其具有三个预冷却热交换器。从第三预冷却热交换器597的壳侧的热端抽出低压wmr流519，并在wmr压缩机512的第一压缩级512a中压缩。中压wmr流510从第二预冷却热交换器562的壳侧的热端退出并作为侧流引入wmr压缩机512，在这里它与来自第一压缩级512a的压缩流(未示出)混合。混合流(未示出)在wmr压缩机512的第二压缩级512b中被压缩以产生第一中间wmr流525。第一中间wmr流525在高压wmr中间冷却器527中冷却，其可以是环境冷却器，以产生冷却的第一中间wmr流529。

存在于低压wmr流519、中压wmr流510和高压wmr流518中的任何液体可以在汽-液分离装置(未示出)中被移除。

从第一预冷却热交换器560的壳侧的热端取出高压wmr流518，并与冷却的第一中间wmr流529混合，以产生混合的中压wmr流531。

混合中压wmr流531被引入wmr压缩机512以在wmr压缩机512的第三wmr压缩级512c中被压缩以产生高-高压wmr流570。高-高压wmr流570可以在5巴到35巴之间的压力，最好在10巴到25巴之间。从wmr压缩机512取出高-高压wmr流570，并在高-高压wmr中冷器571中冷却并部分冷凝，以产生冷却的高-高压wmr流572。高-高压wmr中冷器571可以是使用空气或水的环境冷却器。冷却的高-高压wmr流572可具有0.2至0.8之间，优选0.3至0.7之间，更优选0.4至0.6之间的蒸汽分数。冷却的高-高压wmr流572可以包含少于20％的比乙烷轻的组分，优选少于10％的比乙烷轻的组分，更优选少于5％比乙烷轻的组分，并且被称为“预冷却制冷剂组合物”。冷却的高-高压压wmr流572在第一wmr气液分离装置573中相分离，以产生第一wmrv流574和第一wmrl流575。

第一wmrl流575含有少于75％的乙烷和较轻的烃，优选少于70％的乙烷和较轻的烃，更优选少于60％的乙烷和较轻的烃。第一wmrv流574含有超过40％的乙烷和较轻的烃，优选超过50％的乙烷和较轻的烃，更优选超过60％的乙烷和较轻的烃。将第一wmrl流575引入第一预冷却热交换器560，以在管路中冷却，以产生第一进一步冷却的wmr流536。第一进一步冷却的wmr流536在第一wmr扩展装置526中扩展，以产生第一扩展的wmr流528。第一扩展的wmr流528为第一预冷却热交换器560提供制冷负荷。

将第一wmrv流574引入wmr压缩器512，以在第四wmr压缩级512d中压缩，以产生压力在10bara和50bara之间，优选地在15bara和45bara之间的第二中间wmr流590。第二中间wmr流590从wmr压缩机512中取出，并在第一wmrv中间冷却器591中冷却并部分冷凝，以产生冷却的第二中间wmr流592。第一wmrv中间冷却器591可以是冷却空气或水的环境冷却器。冷却的第二中间wmr流592可具有0.2至0.8之间，优选0.3至0.7之间，更优选0.4至0.6之间的蒸气分数。冷却的第二中间wmr流592在第二wmr气液分离装置593中相分离以产生第二wmrv流594和第二wmrl流595。第二wmrl流595包含约40％至80％的乙烷和较轻的烃，优选约50％至75％的乙烷和较轻的烃，更优选约60％至70％的乙烷和较轻的烃。

第二wmrl流595在第一预冷却热交换器560的管路中冷却，以产生第一预冷wmr流517。第一预冷wmr流517在第二预冷却热交换器562的管路中进一步冷却，以产生第二进一步冷却的wmr流537。第二进一步冷却的wmr流537在第二wmr扩展装置530中扩展，以产生第二扩展的wmr流532，其向第二预冷却热交换器562提供制冷负荷。在替代实施例中，在第一wmr扩展装置526中扩展之前，第一预冷wmr流517的一部分可以与第一进一步冷却的wmr流536混合，以便为第一预冷却热交换器560提供补充制冷。

第二wmrv流594被引入wmr压缩器512以在第五wmr压缩级512e中被压缩以产生压缩的wmr流514。压缩的wmr流514被冷却并且优选地在wmr后冷却器515中冷凝以产生第一冷却压缩wmr流516。第一冷却压缩wmr流516包含多于40％的乙烷和轻质烃，优选多于50％的乙烷和轻质烃，更优选多于60％的乙烷和轻质烃。第一冷却压缩wmr流516的一部分可以作为wmr流516a的一部分从预冷却系统534移除，在闪蒸气体交换器584中冷却以产生wmr流516b的冷却部分，其可以在第三wmr扩展装置582或者第二wmr扩展设备530或第一wmr扩展设备526或任何其他合适的位置中扩展之前返回到预冷系统534。第一冷却压缩wmr流516的剩余部分可以被引入第一预冷却热交换器560以在管路中进一步冷却以产生第二预冷wmr流580。第二预冷wmr流580被引入第二预冷换热器562以进一步冷却以产生第三预冷wmr流581，其被引入第三预冷却热交换器597以进一步冷却以产生第三进一步冷却的wmr流538。第三进一步冷却的wmr流538在第三wmr膨胀装置582膨胀以产生第三膨胀wmr流583，其被引入第三预冷却热交换器597的壳侧以提供制冷负荷。

将经预处理的进料流502(称为烃进料流)与再循环流589混合以产生混合进料流501，其在第一预冷却热交换器560中冷却以产生第一预冷天然气流504。第一预冷天然气流504在第二预冷却热交换器562中冷却以产生第三预冷天然气流598，其在第三预冷却热交换器597中进一步冷却以产生第二预冷天然气流506。压缩冷却的cmr流544在第一预冷却热交换器560中冷却以产生第一预冷cmr流546。压缩冷却cmr流544可包含20％以上比乙烷轻的组分，优选30％以上比乙烷轻的组分，并且更优选地，40％以上比乙烷轻的组分，并且被称为“液化制冷剂组合物”。第一预冷却的cmr流546在第二预冷却热交换器562中冷却以产生第三预冷却的cmr流547，其在第三预冷却热交换器597中进一步冷却以产生第二预冷却的cmr流548。

第二预冷天然气流506和第二预冷cmr流548被送至液化系统565。第二预冷天然气流在mche564中液化并任选地过冷以在约-160摄氏度至约-70摄氏度之间，优选在约-150摄氏度至约-100摄氏度之间产生第一lng流508(在权利要求中称为液化烃流)。第二预冷cmr流548优选地在mche564中完全冷凝和过冷，导致冷流在cmrl膨胀装置553上降低压力以产生膨胀的cmrl流554，其被送回mche564的壳侧以提供所需的冷冻。mche564显示为单束交换器，但是可以使用多个束或交换器。此外，第二预冷cmr流548可以是两相的，并且将其分成蒸汽相和液相并且在mche中使用单独的冷却回路以及单独的膨胀装置可能是有益的，如图1所示。

温暖的低压cmr流540从mche564的壳侧的热端抽出，通过抽吸鼓(未示出)送出以分离出任何液体，并且蒸汽流在cmr压缩机541中被压缩以产生压缩cmr流542。温暖的低压cmr流520通常在wmr预冷温度或其附近的温度下抽出，优选小于约-30摄氏度，压力小于10巴(145psia)。压缩的cmr流542在cmr后冷却器543中冷却，通常相对于环境冷却，以产生压缩的冷却cmr流544。可以存在附加的相分离器、压缩机和后冷却器。然后将压缩的冷却cmr流544引入第一预冷却热交换器560。

第一lng流508可以通过使其通过lng压力降低装置511而降低压力以产生减压lng流503，然后将其送至闪蒸鼓507以产生闪蒸气流509和第二lng流505。第二lng流505可以降低到储存压力并且被送到lng储罐(未示出)。闪蒸气流509还可包括在储罐中产生的任何蒸发气体(bog)。闪蒸气流509可以在闪蒸气体交换器584中加热以产生加热的闪蒸气体流585。加热的闪蒸气体流585可以在闪蒸气体压缩机586中压缩以产生压缩的闪蒸气体流587，其在闪蒸气冷却器588中冷却以产生再循环流589和任选的燃料气流589a以用作设施中的燃料。将再循环流589与预处理的进料流502混合。

cmr流548a的一部分可以在任何位置从液化系统565移除，例如从第二预冷却的cmr流548移除。cmr流548a的一部分可以相对于闪蒸气流509冷却以产生cmr流548b的冷却部分，其可以在合适的位置返回到液化系统565，例如cmrl膨胀装置553的上游。wmr流516a的一部分也可以相对于闪蒸气流509冷却以产生wmr流516b冷却的部分。

在图5所示的实施例中，最热的热交换部分是第一预冷却热交换器560，而最冷的热交换部分是第三预冷却热交换器597。

图5具有图2中描述的实施例的所有益处。它涉及第三预冷却热交换器和附加压缩级，因此它具有比图2更高的投资成本。然而，图5涉及三种不同的wmr组合，每种组合三个预冷换热器。因此，图5的实施例在增加的资金成本下导致改进的处理效率。

可选地，第二预冷wmr流580的一部分可以在第一wmr膨胀装置526中膨胀之前与第一进一步冷却的wmr流536混合，以向第一预冷却热交换器560提供补充制冷(用虚线581a示出)。可选地或另外地，第三预冷wmr流581的一部分可以在第二wmr膨胀装置530中膨胀之前与第二进一步冷却的wmr流537混合，以便向第二预冷却热交换器562提供补充的制冷负荷。

图6示出了第五实施例，其是图2的变型。低压wmr流610从第二预冷却热交换器662的壳侧的热端抽出并在wmr压缩机612的第一压缩级612a中压缩。中压wmr流618从第一预冷却热交换器660的壳侧的热端抽出，并作为侧流引入wmr压缩机612，其中它与来自第一压缩级612a的压缩流(未示出)混合。混合流(未示出)在wmr压缩机612的第二wmr压缩级612b中被压缩以产生高-高压wmr流670。低压wmr流610和中压wmr流618中存在的任何液体在引入wmr压缩机612之前，在汽-液分离装置(未示出)中被除去。

高-高压wmr流670的压力可以在5巴到40巴之间，优选在15巴到30巴之间。高-高压wmr流670从wmr压缩机612中取出，并在高-高压wmr中冷器671中冷却并部分冷凝，以产生冷却的高-高压wmr流672。高-高压wmr中冷器671可以是任何合适的冷却单元类型，例如使用空气或水的环境冷却器，并且可包括一个或多个热交换器。冷却的高-高压wmr流672可具有0.2至0.8之间，优选0.3至0.7之间，更优选0.4至0.6之间的蒸汽分数。冷却的高-高压wmr流672可以包含少于20％的比乙烷轻的组分，优选少于10％的比乙烷轻的组分，更优选少于5％比乙烷轻的组分，并且被称为“预冷却制冷剂组合物”。冷却的高-高压wmr流672在第一wmr气液分离装置673中相分离，以产生第一wmrv流674和第一wmrl流675。

第一wmrl流675含有少于75％的乙烷和较轻的烃，优选少于70％的乙烷和较轻的烃，更优选少于60％的乙烷和较轻的烃。第一wmrv流674含有超过40％的乙烷和更轻的烃，优选超过50％的乙烷和更轻的烃，更优选超过60％的乙烷和更轻的烃。第一wmrl流675在wmr泵663中增加压力以产生泵送的第一wmrl流677。

第一wmrv流674被引入wmr压缩器612以在wmr压缩器612的第三wmr压缩级612c中被压缩以产生压缩wmr流614，其可与泵送的第一wmrl流677混合以产生混合压缩wmr流661。混合的压缩wmr流661被冷却并且优选地在wmr后冷却器615中冷凝以产生第一冷却压缩wmr流616(也称为压缩的第一制冷剂流)。第一冷却压缩wmr流616的组成与冷却的高-高压wmr流672的组成相同。第一冷却压缩wmr流616的一部分可以作为wmr流616a的一部分从预冷却系统634中移除，在闪蒸气体交换器684中冷却以产生wmr流616b的冷却部分，其可在第二wmr膨胀装置630或第一wmr膨胀装置626或任何其他合适的位置在第一wmr膨胀装置626中膨胀之前返回到预冷却系统634。

然后将第一冷却压缩wmr流616的剩余部分引入第一预冷却热交换器660以在管路中进一步冷却以产生第二冷却压缩wmr流620。第二冷却压缩wmr流620分成两部分，第一部分622和第二部分624。第一冷却压缩wmr流620的第一部分622在第一wmr扩展装置626中扩展以产生第一扩展wmr流628，将其引入第一预冷却热交换器660的壳侧以提供制冷作用。第二冷却压缩wmr流620的第二部分624被引入第二预冷却热交换器662以进一步冷却，从而形成第二进一步冷却的wmr流637，之后在第二wmr膨胀装置630中膨胀以产生第二膨胀wmr流632，其被引入第二预冷却热交换器662的壳侧以提供制冷负荷。

第一冷却压缩wmr流616可以完全冷凝或部分冷凝。在优选实施例中，第一冷却压缩wmr流616完全冷凝。由于预冷却的制冷剂组合物，可以完全冷凝压缩的wmr流614以产生完全冷凝的第一冷却压缩wmr流616，而不需要压缩到非常高的压力。压缩的wmr流614的压力可以在300psia(21bara)和600psia(41bara)之间，并且优选地在400psia(28bara)和500psia(35bara)之间。如果第二预冷却热交换器662是用于完全液化天然气的液化热交换器，则冷却的高-高压wmr流672将具有更高的氮气和甲烷浓度，因此为了使第一冷却压缩wmr流616完全冷凝，压缩wmr流614的压力必须更高。由于这可能无法实现，因此第一冷却压缩wmr流616将不会完全冷凝并且将包含可能需要单独液化的显着蒸汽浓度。

将经预处理的进料流602(称为烃进料流)与再循环流689混合以产生混合进料流601，其在第一预冷却热交换器660中冷却以在低于20摄氏度，优选低于约10摄氏度，更优选低于约0摄氏度产生第一预冷天然气流604。如本领域所知，优选对进料流602进行预处理以除去水分和其他杂质，例如酸性气体、汞和其他污染物。第一预冷天然气流604在第二预冷却热交换器662中冷却，以在低于10摄氏度，优选低于约0摄氏度，更优选低于约-30摄氏度的温度下产生第二预冷天然气流606，取决于环境温度、天然气进料组成和压力。第二预冷天然气流606可以部分冷凝。

压缩冷却的cmr流644(也称为第二制冷剂进料流)在第一预冷却热交换器660中冷却以产生第一预冷cmr流646。压缩冷却cmr流644可包含超过20％比乙烷轻的组分，优选超过30％比乙烷轻的组分，更优选超过40％比乙烷轻的组分，称为“液化制冷剂组合物”。第一预冷却的cmr流646在第二预冷却热交换器662中冷却，以产生第二预冷的cmr流648(也称为预冷的第二制冷剂流)。

第二预冷天然气流606和第二预冷cmr流648被送至液化系统665。第二预冷天然气流被液化并任选地在mche664中过冷以在约-160摄氏度至约-70摄氏度之间，优选在约-150摄氏度至约-100摄氏度之间产生第一lng流608(在权利要求中称为液化烃流)。第二预冷cmr流648优选地在mche664中完全冷凝和过冷，导致冷流在cmrl膨胀装置653的压力下降低以产生膨胀的cmrl流654，其被送回mche664的壳侧以提供所需的制冷。mche664显示为单束交换器，但是可以使用多个束或交换器。此外，第二预冷cmr流648可以是两相的，并且将其分成蒸汽相和液相并且在mche中使用单独的冷却回路以及单独的膨胀装置可能是有益的，如图1所示。

从mche664的壳侧的暖端抽出温暖的低压cmr流640，通过抽吸鼓(未示出)送出以分离出任何液体，并且蒸汽流在cmr压缩机641中被压缩以产生压缩cmr流642。温暖的低压cmr流640通常在wmr预冷温度或其附近的温度下抽出，优选小于约-30摄氏度，压力小于10巴(145psia)。压缩的cmr流642在cmr后冷却器643中冷却，通常相对于环境冷却，以产生压缩的冷却cmr流644。可以存在附加的相分离器、压缩机和后冷却器。然后将压缩的冷却cmr流644引入第一预冷却热交换器660。

第一lng流608可以通过使其通过lng压力降低装置611而降压以产生减压lng流603，然后将其输送到闪蒸罐607以产生闪蒸气流609和第二lng流60。第二lng流605可以降低到储存压力并且被送到lng储罐(未示出)。闪蒸气流609还可包括在储罐中产生的任何蒸发气体(bog)。闪蒸气流609可在闪蒸气体交换器684中加热以产生温热的闪蒸气流685。加热的闪蒸气流685可在闪蒸气体压缩机686中压缩以产生压缩的闪蒸气流687，其在闪蒸气冷却器688中冷却以产生再循环流689，并且任选地将燃料气体流689a用作设施中的燃料。将再循环流689与预处理的进料流602混合。

cmr流648a的一部分可以在任何位置从液化系统665中移除，例如从第二预冷却的cmr流648中移除。cmr流648a的一部分可以相对于闪蒸气流609冷却以产生cmr流648b的冷却部分，其可以在合适的位置返回到液化系统665，例如cmrl膨胀装置653的上游。wmr流616a的一部分也可以相对于闪蒸气流609冷却以产生wmr流616b冷却的部分。

尽管图6示出了预冷却回路中的两个预冷却热交换器和两个压力水平，但是可以使用任何数量的预冷却热交换器和压力水平。预冷却热交换器在图6中显示为线圈缠绕的热交换器。然而，它们可以是板翅式热交换器、壳管式热交换器、或适于预冷天然气的任何其他热交换器。此外，热交换器可以通过任何方法制造，包括添加剂印刷制造方法。

图6的两个预冷却热交换器(660、662)可以是单个热交换器内的两个热交换部分。或者，两个预冷却热交换器可以是两个热交换器，每个热交换器具有一个或多个热交换部分。

wmr压缩机612、图1中的cmr压缩机141和/或闪蒸气体压缩机686可以是任何类型的压缩机，例如离心式、轴向式、正排量式或任何其他压缩机类型，并且可包括具有可选的中间冷却的任何数量的级。

在图6所示的实施例中，最热的热交换部分是第一预冷却热交换器660，而最冷的热交换部分是第二预冷却热交换器662。

在优选实施例中，第二预冷cmr流648可以是完全冷凝的，从而消除了对图1中的cmr相分离器150以及图1中的cmrv膨胀装置155的需要。在该实施例中，图1中的主低温热交换器164可以是具有两个温热进料流的单束热交换器：第二预冷天然气流606和第二预冷cmr流648。

图6优于现有技术的优点在于，它通过添加wmr泵663来提高预冷过程的效率。仅通过压缩来自第一wmr气液分离装置的蒸汽并将级间液体分离出来并分别泵送，预冷过程的效率显着提高。

另外，图6中所示的实施例允许第一lng流608的温度比现有技术更温暖，同时仍然在罐中提供第二lng流605的相同温度。这是因为产生了比现有技术情况更大量的闪蒸气体。因此，降低了液化和过冷责任，降低了设施的总体功率需求。该实施例还允许在预冷和液化系统之间进行相等的功率分配。

在所有实施例中(图2至图6及其变型)，来自预冷却热交换器的暖壳侧流中存在的任何液体可被送至气-液相分离器以在压缩wmr压缩机中的蒸汽之前去除任何液体。在备选实施例中，如果来自预冷却热交换器的暖壳侧流中存在大量液体，液体馏分可以被泵送以与任何压缩级的排出物混合或者与一种或多种液体流混合以被引入预冷却热交换器中，或者被引入预冷却热交换器中的单独回路中。例如，在图5中，可以泵送存在于高压wmr流518、低压wmr流519或中压wmr流510中的任何液体以与压缩的wmr流514或第一wmrl流575混合。

在所有实施例中，任何后冷却器或中间冷却器可包括多个单独的热交换器，例如过热降温器和冷凝器。

在图2-6中，图2中的一部分预处理进料流202也可以在闪蒸气体交换器284中冷却并任选地液化，以产生可以在储存压力下降低并送至储罐的补充lng(未示出)。

第二预冷天然气流(206、306、406、506)的温度可以定义为“预冷温度”。预冷温度是进料天然气流离开预冷却系统并进入液化系统的温度。预冷温度对预冷和液化进料天然气的功率要求有影响。

如本文所用，术语“预冷功率要求”是指在一组特定的操作条件(进料流速率、预冷和液化冷端温度等)下操作用于压缩预冷却制冷剂的压缩机212所需的功率。类似地，术语“液化动力需求”是指操作压缩机241所需的动力，该压缩机241用于在特定的一组操作条件下压缩液化制冷剂。预冷功率要求与液化功率要求之比定义为系统的“功率分配”。对于图2-6中描述的实施例，功率分配在0.2和0.7之间，优选地在0.3和0.6之间，并且更优选地在0.45和0.55之间。

压缩机212由驱动器233驱动，压缩机241由驱动器235驱动，每个驱动器在图2中示意性地示出。如本领域所公知的，系统200中的每个压缩机都需要驱动器来操作。为了简化附图，驱动器仅显示在作为预冷和液化子系统的一部分的压缩机上。可以使用本领域中已知的任何合适的驱动器，例如电动机、航空衍生燃气涡轮机或工业燃气涡轮机。

随着功率分流增加，液化系统的功率需求降低并且预冷温度降低。换句话说，制冷负载从液化系统转移到预冷系统中。这对于mche尺寸和/或液化功率可用性控制的系统是有益的。随着功率分流减小，液化系统的功率需求增加并且预冷温度增加。换句话说，制冷负载从预冷系统转移到液化系统中。这种布置对于其中预冷却交换器的尺寸、数量或预冷功率可用性是有限的系统是有益的。功率分配通常由为特定天然气液化设施选择的驱动器的类型、数量和容量确定。例如，如果有偶数个驱动器可用，则可能优选的是以约0.5的功率分配操作，将功率负载转移到预冷却热交换器中，并降低预冷温度。如果可以使用奇数个驱动器，则功率分配可以在0.3和0.5之间，将制冷负载转移到液化系统中，并提高预冷温度。

所有实施例的主要优点在于它允许基于各种因素，例如可用驱动器的数量、类型和容量、热交换器的数量、热交换器设计标准、压缩机限制以及其他项目特定要求，来优化功率分配、预冷却热交换器的数量、压缩级、压力水平和预冷温度。

对于所描述的所有实施例，预冷和液化系统中可存在任何数量的压力水平。此外，制冷系统可以是开环或闭环。

例子

以下是示例性实施例的操作的示例。示例性过程和数据基于dmr过程的模拟，该过程在lng设备中具有两个压力预冷却回路和单个压力液化回路，其每年产生约750万公吨的lng，并且具体参考图2中所示的实施例。为了简化该示例的描述，将使用关于图2中所示的实施例描述的元件和附图标记。

在91巴(1320psia)、24摄氏度(75华氏度)和56、000kgmoles/小时的流速下的预处理天然气进料流202与在91巴(1320psia)、22摄氏度(72华氏度)和5760kgmoles/小时的流速下的再循环流289混合，以产生混合进料气流，其在第一预冷却热交换器260中冷却以在-22摄氏度(-8华氏度)下产生第一预冷天然气流204，其在第二预冷却热交换器262中冷却，以在-62摄氏度(-80华氏度)下产生第二预冷天然气流206。

温暖的低压cmr流(混合进料流)201在3巴(44psia)、-65摄氏度(-85华氏度)下被压缩并在多个阶段冷却以在61巴(891psia)和25摄氏度(77华氏度)下产生压缩冷却的cmr流244，其在第一预冷却热交换器260中冷却，以在-22摄氏度(-8华氏度)下产生第一预冷cmr流246。压缩冷却的cmr流244包含55％比乙烷轻的组分和95％的乙烷和更轻的组分。然后将其冷却并在第二预冷却热交换器262中完全冷凝，以在-62摄氏度(-80华氏度)下产生第二预冷cmr流248。将9摩尔％的第二预冷cmr流248作为cmr流248a的一部分除去，以在闪蒸气体交换器284中冷却，以在-156摄氏度(-249华氏度)下产生cmr流248b的冷却部分，并且降低cml膨胀装置的压力并将其引入mche264的壳侧。

第二预冷天然气流206在mche264中液化并任选地过冷，以在-140摄氏度(-220华氏度)的温度下产生第一lng流208(在权利要求中称为液化烃流)。第一lng流208通过使其通过lng压力降低装置211而降低压力，以在-159摄氏度(-254华氏度)和1.2巴(18psia)下产生减压lng流203，然后将其送入闪蒸罐207以产生7、000kgmoles/小时的闪蒸气流209和第二lng流205。闪蒸气流209是减压lng流203的11摩尔％。第二lng流205降低到储存压力并送至lng储罐。

闪蒸气流209在闪蒸气体交换器284中加热，以在-3摄氏度(-27华氏度)下产生温热的闪蒸气流285。然后将加热的闪蒸气流285在闪蒸气体压缩机286中压缩以产生52摄氏度(126华氏度)和92巴(1327psia)的压缩闪蒸气流287，其在闪蒸气冷却器288中冷却以产生再循环流289，以及在设施中用作燃料的燃料气流289a。燃料气流289a是闪蒸气流209的16摩尔％。

3.8巴(56psia)、-25摄氏度(-13华氏度)和33、000kgmole/小时的低压wmr流210(也称为汽化的第一制冷剂流)从第二预冷却热交换器262的壳侧的热端抽出并在wmr压缩机212的第一压缩级212a中压缩。7巴(108psia)、17摄氏度(62华氏度)和42、125kgmole/小时的中压wmr流218(也称为中压第一制冷剂流)从第一预冷却热交换器260的壳侧的热端抽出，并作为侧流引入wmr压缩机212，在那里它与来自第一压缩级212a的压缩流(未示出)混合。在wmr压缩机212的第二wmr压缩级212b中压缩混合流(未示出)，以在26巴(372psia)和79摄氏度(175华氏度)下产生高-高压wmr流270(也称为高-高压第一制冷剂流)。

从wmr压缩机212中取出高-高压wmr流270，并在高-高压wmr中冷器271中冷却并部分冷凝，以产生25巴(363psia)、25摄氏度(华氏77度)的冷却高-高压wmr流272，蒸气分数为0.44。冷却的高-高压wmr流272在第一wmr汽-液分离装置273中相分离，以产生第一wmrv流274和第一wmrl流275。第一wmrl流275包含56％的乙烷和较轻的烃，而第一wmrv流274含有80％的乙烷和较轻的烃。将第一wmrl流275引入第一预冷却热交换器260中以在管路中冷却以产生在-22摄氏度(-8华氏度)的第一进一步冷却的wmr流236，其在第一wmr膨胀装置226中膨胀，以在8巴(115psia)和-25摄氏度(-13华氏度)下产生第一膨胀wmr流228，其为第一预冷却热交换器260提供制冷作用。

将第一wmrv流274引入wmr压缩器212以在第三wmr压缩级212c中压缩，以在41巴(598psia)和48摄氏度(119华氏度)下产生压缩的wmr流214。压缩的wmr流214被冷却并且优选地在wmr后冷却器215中冷凝，以在25摄氏度(77华氏度)下产生第一冷却的压缩wmr流216，其被引入第一预冷却热交换器260中以在管路中进一步冷却，以在-22摄氏度(-8华氏度)下产生第一预冷wmr流217。将5摩尔％的第一冷却压缩wmr流216作为wmr流216a的一部分从预冷却系统中移除，并在闪蒸气体交换器284中冷却，以在-63摄氏度(-81华氏度)下产生wmr流216b的冷却部分。第一wmrl流275的压力比第一冷却压缩wmr流216低16巴。

将第一预冷wmr流217引入第二预冷却热交换器262，以在管路中进一步冷却，以在-62摄氏度(-80华氏度)下产生第二进一步冷却的wmr流237。第二进一步冷却的wmr流237在第二wmr扩展装置230中扩展，以产生在3巴(47psia)和-57摄氏度(-70华氏度)的第二扩展wmr流232，其被引入第二预冷却热交换器262的壳侧以提供制冷负荷。

在此示例中，功率分配为0.52。该实施例的处理效率比对应于图1的处理效率高约7％，并且预冷却温度比图1的冷处理温度低约18摄氏度。因此，该示例表明这里描述的实施例提供了一种有效的方法和系统来改进设施的效率和整体能力。