专利名称：减少能量消耗的方法
技术领域：
本发明涉及减少冷却和/或液化过程、尤其是结合制冷回路-循环的天然气冷却和/或液化过程的能量消耗的方法，所述制冷回路-循环用于提供冷却和/或液化过程所必须的能量。
在通常的低温过程中，例如天然气的液化，一般情况下将带有环境温度的荒气引入低温过程，并且首先在过程的所谓冷却部分被冷却和液化。荒气的冷却或液化所需的冷一般情况下通过一个闭环的制冷回路提供。在制冷回路中循环的制冷剂的压缩可以例如由燃气轮机驱动实现。在此，燃烧所需的空气在环境温度下被吸入。EP-PS 0143267描述了一个天然气的液化过程，其中，应用两个闭环的制冷回路将待液化的天然气冷却并液化，在所述制冷回路中循环着多组分的制冷剂。
本发明的目的是提供一种减少与制冷回路-循环结合在一起的冷却和/或液化过程的能量消耗的方法。
上述目的根据本发明被如下完成通过设置一单独的辅助制冷回路直接地、或中间附加连接至少一个制冷(盐水)回路，实现通入制冷回路-循环中之燃气轮机的燃烧用空气的预冷，以及待冷和/或待液化介质的预冷。
本发明及其进一步的结构根据
图1和图2被进一步描述。
其中，图1描述了天然气液化方法，它与应用于液化天然气-基底负荷装置(LNG-Baseload Anlage)的方法相同。图2描述了N2/C1+的分离方法，它与应用于由天然气中分离氮的方法相同。
在图1所提及的方法中，由管路1引入的天然气气流首先在一个二氧化碳洗涤器A中将其所含的二氧化碳去除。天然气气流在二氧化碳洗涤器A的出口还具有313K的温度。然后，去除二氧化碳的天然气流通过管路2通入热交换器B中，在这里，天然气在与单独的辅助制冷回路中的制冷剂相逆流动中冷却了30°K，辅助制冷回路将在以后进一步描述。被冷却的天然气然后被通入分离器C，其中，在该分离器中落下的水通过虚线表示的管路4回输到洗涤器A中。在分离器C顶部引出的天然气气流通过管路3通入干燥单元D中。在其中，尤其是通过吸附的方式，实现天然气流的干燥。然后，预冷的天然气流通过管路5通入热交换器E，在其中它相逆于循环制冷回路进一步冷却并被液化，这一循环制冷回路同样将在以后涉及。来自热交换器E的液化天然气由管路6排出并进一步被应用，例如排到液化天然气罐的中间储存器中。由于液化天然气罐的中间存储大约在大气压下实现，液化的天然气首先在阀F中减到液化天然气罐中所具有的压力，然后通过管7通入液化天然气罐中。天然气进一步冷却和液化所需的循环制冷回路包含由烃或氮与烃构成的混合物作为制冷剂。这种制冷剂混合物在目前这种过程中被两级压缩(H，H’)，在压缩机H中第一次压缩后，制冷剂混合物通过管路8通入空气冷却器J中，在其中它相逆于环境空气被冷却，然后通入第二压缩级H’中。由第二压缩级H’通过管路9排出的制冷剂混合物又被通入已提到的空气冷却器J中，并随后通过管路10通入热交换器K，它在其中相逆于制冷盐水回路中的制冷剂被冷却，该制冷盐水回路同样在以后还将被涉及。预冷的制冷剂混合物然后通过管11通入热交换器E中，在高压下被冷却，根据循环设计通过阀L和/或L’减压并逆于管5中待冷却和待液化的天然气流以及逆于管11中的高压制冷剂流被加热。然后，制冷剂流通过管路12又被通入第一压缩机级H。两级压缩(H，H’)的驱动通过一个燃气轮机G实现，燃烧用空气通过管路13通入燃气轮机中。由管路13引入的燃烧用空气在通入燃气轮机之前，在热交换器K’中逆于已提及的制冷盐水回路的支流被冷却。通过管路15实现所需燃气的添加，而管路16是废气管路。出于安全考虑可以预设定已提及的制冷盐水回路，它含有例如1，2亚乙基二醇与水的混合物作为制冷盐水。这个制冷盐水回路的制冷盐水为了提高压力被通过管路20通入泵M中，然后由管路21通入热交换器N中。在热交换器N中，在相对于已提及的辅助制冷回路的一个支流的对流过程中实现制冷盐水的冷却，正如前面所述，该辅助制冷回路用于天然气流的预冷。由热交换器N出来的制冷盐水由管路22排出，并通过管路23部分通入热交换器K，部分通入热交换器K’。来自热交换器K经管路20排出的制冷盐水部分与来自热交换器K’经管路24排出的制冷盐水的其余部分相混合。
已提及的辅助制冷回路含有作为制冷剂的一种在环境温度下可液化的高纯度物质，例如丙烷，或者一种在环境温度下可液化的混合物。这种制冷剂由管路30通入压缩机O中，然后由管路31通入一空气冷却器P，然后通入积蓄器Q中。由该积蓄器出来经管路33可得液态的制冷剂，通过泵R后由管34通到一个分流点。制冷剂的一部分在阀S中制冷地减压并由管路35通入已提及的热交换器N，并在此相逆于待冷却的制冷盐水回路的制冷盐水被加热，被加热的辅助制冷回路的制冷剂随后由管路36又混入管30中。制冷剂的一部分由已提及的分流点经管路37通入减压阀T，在此被减压并由管路38通入热交换器B，在热交换器B中加热的制冷剂然后经管路39又通入管路30中。
如上所述，图2描述了一种N2/C1+分离方法，它与例如天然气分离氮的方法相同。其中，由管路1引入的含有氮的天然气流在热交换器A中相对于制冷盐水回路制冷盐水的逆流过程中被冷却，这种天然气流中其它不希望存在的组分例如二氧化碳已被去除，而制冷盐水回路还将在以后进一步描述。天然气流然后经管路2通入又一热交换器B，在其中，它相逆于循环制冷回路进一步被冷却并且部分或完全地被液化，所述循环制冷回路同样在以后还要涉及。这种部分或完全液化了的天然气通过管路3由热交换器B排出，经减压阀C由管路4通入分离塔D的顶部，在分离塔D中分出富含氮的馏份及富含C1+的馏份。富含氮的留分由分离塔D顶部的管路5排出，在热交换器B中相逆于待冷却的天然气流被加热，并随后经管路6从过程中排出。分离塔D的加热借助于塔加热器E实现。富含C1+的留份由分离塔D底部的管路7排出，其中，它被泵到所需的输压力，然后由管路8通入热交换器B中。在热交换器B中富含C1+的留分被加热并被蒸发，然后由管路9从过程中排出。
天然气流冷却和液化所需的冷由循环制冷回路X提供。它同图1所描述的循环制冷回路的区别仅在于，它除了具有最初的两个压缩机级H和H’外，还具有第三个压缩机级U。第三个压缩机级U的驱动由透平式制冷发动机V中的制冷剂混合物的膨胀(Entspannen)实现。正如已经在图1所描述的，制冷剂混合物在经过每个压缩机级后通入空气冷却器J，然后制冷剂混合物又各被引入一热交换器K，在热交换器K中制冷剂混合物相逆于制冷盐水回路的一个支流被冷却，关于这个制冷盐水回路以及关于辅助制冷回路在以后进一步描述。这种辅助制冷回路的制冷剂混合物，尤其是在环境温度下可液化的高纯度物质，例如丙烷，或者一种在环境温度下可液化的混合物，由管路10通入压缩机L。在被压缩之后该制冷剂混合物经管路11通入空气冷却器M并随后通入积蓄器N，经管路13由积蓄器排出液态的制冷剂混合物，并分为两个支流。制冷剂混合物第一支流在阀O中被制冷地减压，并在热交换器P中相逆于待冷却的制冷盐水回路中的制冷盐水而被加热并汽化。然后，该制冷剂混合物支流经管路15和管路10通回到压缩机L中。制冷剂混合物第二支流经管路16通入减压阀Q，在减压阀Q中冷却膨胀后，该制冷剂混合物支流经管路17通入热交换器R，在其中，它相逆于待冷却的制冷盐水回路中的制冷盐水而被加热并汽化。该制冷冷剂混合物然后由热交换器R排出经管路18和管路10通入压缩机L。制冷盐水回路中的制冷盐水经管路20通到泵S，在其中被泵到所希望的压力，并被通到已经提及的热交换器R。在热交换器R中，制冷盐水相逆于待加热的辅助制冷回路中的制冷剂混合物被冷却，并随后经管路21通到一个分流点。在此分流点，制冷盐水的一个支流经管路22通入同样已被提及的热交换器P，并在此相逆于辅助制冷回路中待加热的制冷剂混合物被冷却。然后，制冷盐水回路中的制冷盐水经管路23和管路20又通到泵S。制冷盐水的第二支流由分流点经管路24被排走。它的一个支流经管路25通入同样已提及的热交换器A，并在其中相逆于待冷却的含有氮的天然气流而被加热并汽化。被加热和汽化的制冷盐水随后经管路26、31、32及20又通入泵S。制冷盐水同路的制冷盐水的另一个支流经管路24和管路27通入同样已提及的热交换器K，在其中，制冷盐水被加热并随后经管路28与管路31和管路32中的制冷盐水相混合。制冷盐水的另一支流经管路29通入热交换器K’，在热交换器K’中，通入燃气轮机E中的燃烧用空气被冷却。在热交换器K’中加热的制冷盐水随后经管路30与管路26及管路31中的制冷盐水相混合。
在图1和2之天然气实施例中，通过对通入燃气轮机的燃烧用空气的预冷，以及待冷却和/或待液化介质的预冷和/或循环制冷回路的预冷，实现了特定的液化及制冷负荷的明显减小。尤其是在大型装置的情况下，例如液化天然气-基底负荷装置，总效率决定了单个液化管路的尺寸并由此决定了此类装置的投资费用。通过本发明的方法实现了液化天然气-基底负荷装置中管路尺寸的明显的扩大，以及在其它大型装置中特定能量需求的明显减少。
用于燃烧用空气预冷以及待冷却和/或待液化介质预冷的辅助制冷回路或制冷盐水回路当然也可用于其它的预冷或冷却过程，这种预冷或冷却过程例如是吸收器前蒸气的预冷，去除二氧化碳的胺类洗涤器的顶产品(Kopfprodukt)的冷却，制冷剂或制冷剂混合物的过冷，高压循环制冷回路的预冷却等等。
按照本发明的方法的应用当然不仅仅限于在图1和图2所描述的过程。它尤其优选地应用于使用多级丙烷制冷回路的液化过程，或者可应用于使用C2/C3制冷回路或高纯度物质制冷回路的过程中。
权利要求
1.减少冷却和/或液化过程、尤其是结合制冷回路-循环的天然气冷却和/或液化过程的能量消耗的方法，所述制冷回路-循环提供冷却和/或液化过程所必须的能量，所述方法的特征是，a)借助-单独的辅助制冷回路直接地、或通过中间接入至少一个另外的制冷(盐水)回路，实现通入制冷回路-循环中燃气轮机的燃烧用空气的预冷，以及b)实现待冷却和/或待液化的介质的预冷。
2.根据权利要求1的方法，其特征是，待冷却和/或待液化的荒气和/或循环制冷回路中的制冷剂或制冷剂混合物是待冷却和/或待液化的介质。
3.根据权利要求1或2的方法，其特征是，单独的辅助制冷回路具有作为制冷剂的在环境温度下可液化的高纯度物质例如丙烷、或混合物。
全文摘要
减少冷却和/或液化过程、尤其是结合制冷回路—循环的天然气冷却和/或液化过程的能量消耗的方法,所述制冷回路—循环提供冷却和/或液化过程所必须的能量,其中,a)借助于一个单独的辅助制冷回路直接地、或通过中间接入至少一个另外的制冷(盐水)回路实现通入制冷回路—循环中的燃气轮机的燃烧用空气的预冷,以及,b)实现待冷却和/或待液化的介质的预冷。
文档编号F25J1/00GK1187877SQ96194789
公开日1998年7月15日 申请日期1996年5月7日 优先权日1996年5月7日
发明者汉斯·施米特 申请人:林德股份公司