专利名称：常规气态物质向液体产品的转化的制作方法
技术领域：
本发明的方法和设备涉及常规气态物质、尤其是天然气的液化，从而对比现有技术减少处理容器的数量和相应的空间，同时只减少很微小的处理效率。本发明特别适用于中小规模的天然气的液化，其中没有规模效益或者规模效益无足轻重。
常规气态物质的低温液化用于以更经济和方便的形式进行成分分离、净化、储存以及运输所述成分。大多数这种液化系统不论涉及的气体如何都具有共同的操作，因此具有许多相同的问题。一个经常遇到的问题在于处理容器的数量以及这些容器操作和维护的成本和复杂性。由于规模液化处理缩减以及没有规模效益，这些问题越来越严重。尽管本发明参照天然气而讨论，但本发明可以用于在其中遇有同样问题的其他系统中的常规气态物质的处理。
在处理天然气的领域中，通常常规气态流束体要承受低温处理，以将分子重量大于甲烷(C2+)的碳氢化合物与天然气分离开，从而产生用于其他目的的甲烷和C2+流束占主导的管道气体。通常，C2+流束分成几个成分流束，例如C2、C3、C4和C5+。
而且通常低温处理天然气对其液化是为了运输和储存。液化天然气的主要原因在于液化使体积减小约1/600，从而在更经济和实际设计的容器中储存和运输液化的气体。例如，当气体由管道从供应源向远处的市场运输时，希望在基本恒定和高负荷的因素下操作管道。通常管道的可传递性和容量超过要求，而在其他时候需求又超过管道的可传递性。为了避免需求超过供给的峰值，希望将过多的气体储存起来，使其可以在供给超过需求时传送，从而使未来的需求的峰值可以由储存的材料得到满足。一种对此适用的装置将气体转化为液态用于储存，然后根据需要将液体蒸发。
当供应源与市场相距太远并且无法获得管线或管线铺设不实际时，为了从供应源向市场运输天然气而将天然气液化就更加重要。在必须由海运运输时更是如此。在气态状态下用船运输通常很不实际，因为需要进行压缩以大大减小气体的容积，这样又会需要更加昂贵的储存容器。
为了在气态下储存和运输天然气，天然气最好冷却到-240°F至-260°F，其中拥有一个接近大气蒸汽的压力。在现有技术中有许多系统用于液化天然气，其中使气体在升高的压力下连续通过多个冷却阶段而液化，这样气体冷却到连续低温直到到达液化温度。冷却通常伴随与一种或多种制冷剂如丙烷、丙烯、乙烷、乙烯和甲烷或上述一种或多种的组合进行热交换。在现有技术中，制冷剂通常多级设置，而且每种制冷剂用于封闭的冷却循环中。可以通过在一个或多个膨胀阶段将液化的天然气膨胀到大气压力而进一步冷却天然气。在每个阶段，液化的气体闪蒸到一个较低的温度，从而在一个很低的温度下产生一种两相的气-液混合物。液体回收并可以再次闪蒸。以此方式，液化的气体进一步冷却到适合在接近大气压力下进行液化气体储存的储存和运输温度。在此膨胀到接近大气压力的过程中，一些另外容积的液化气进行闪蒸。来自膨胀阶段的闪蒸的蒸汽通常被收集起来液化循环或作为产生动力的燃料气体而利用。
如前所述，本发明涉及一种设备和方法，其中处理容器的数量在每一个闭路冷却循环中大大减少。当处理步骤减少(即在每个循环中冷却要求减少)时此因素非常重要。本发明可以既减少容器的数量又减少相关的空间要求，从而减少成本同时只减少很微小的处理效率。
因此希望减少需要液化常规气态物质的处理容器的数量。
还希望减少需要液化常规气态物质的孔的要求。
另外希望开发一种用于液化常规气态物质的方法和相应的设备，它比现有的液化方法减少成本。
在本发明的一个实施例中，常规的气态流束由一种方法冷却和局部冷凝，此方法包括以下步骤(a)使所述常规气态流束和一种制冷剂流束通过一个或更多个铜镀铝板片热交换段流动，其中所述流束与一个或多个冷却流束间接热交换并逆流，所述一个或多个冷却流束由以下方式形成(ⅰ)去除从所述一个板片热交换段产生的制冷剂流束的一个侧流束或其一部分；(ⅱ)减少侧流束的压力，从而产生一个冷却流束；以及(ⅲ)将所述冷却流束流至(ⅰ)的所述制冷剂流束从此产生的热交换段，这样所述冷却流束成为一个(a)的所述冷却流束；(b)单独使制冷剂流束从(a)的最后的热交换段流过一个铜镀铝板片热交换段，其中所述流束与一个蒸汽制冷剂流束间接热交换并逆流；(c)减小来自(b)步骤的热交换段的制冷剂流束的压力；(d)利用(c)步骤的所述流束作为一个芯壶式(core-in-kettle)热交换器的壶侧上的冷却剂，从而产生一个蒸汽制冷剂流束；(e)通过使(d)的蒸汽制冷剂流束流过至少(b)的铜镀铝板片热交换段而加热蒸汽制冷剂流束；(f)压缩(a)步骤的冷却流束和(e)步骤的加热的蒸汽制冷剂流束；(g)冷却(f)步骤的压缩流束；以及(h)使来自(a)步骤的常规气态流束流过芯壶式热交换器的心侧，从而产生一种富含液体的流束。
在另一个实施例中，前面实施例中的两个或更多个板片热交换器段包含在一个单独的铜镀铝板片热交换器中。
在还一个实施例中，本发明包括一个实施上述方法的设备。
图1是一个低温LNG生产方法的简化流程图，示出本发明的方法和设备。
图2和3示出本发明的实施例，其中特定的铜镀铝板片热交换段组合在一个单独的热交换器单元中。
由于一个天然气流束的处理示出为冷却常规气态物质，其中预选的成分通常从所述流束和至少一部分液化的流束中去除，而且此应用是本发明的一个优选实施例，因此以下参照附图的描述针对天然气的处理。但是可以理解本发明不限于天然气的处理或从气体或气体的液化物中分离成分，而是广泛用于产生液体产品的常规气态物质的冷却以及产生液体产品的常规气态物质的多级冷却。
在处理天然气时，通常利用预处理步骤从传送到工厂的天然气流束中去除不希望的成分，例如酸性气体、硫醇、水银和潮气。此气体流束的成分可以变化很大。如在此所用，天然气流束是主要包含大部分来自天然气供给流束的甲烷的任何流束；例如，至少包含体积比为85％的流束，平衡物为乙烷、较高级的碳氢化合物、氮气、二氧化碳和少量其他的污染物如水银、氢化硫、硫醇。预处理步骤可以是要么在冷却循环上游的单独步骤，或者是在初始循环中冷却的一个早期阶段下游的单独步骤。以下非总括性地示出本领域普通技术人员可以获得的一些装置。利用一种含氨的水性溶液由一种吸附作用去除酸性气体和较少量的硫醇。此处理步骤通常在用于初始循环的冷却阶段上的进行。大部分水作为液体由两相气-液分离步骤去除，之前是在初始冷却循环上游以及在初始冷却循环中第一冷却阶段下游的气体压缩和冷却。水银由水银吸附剂层去除。参与的水和酸性气体通过合理选择的吸附剂层例如可再生的分子筛网去除。利用吸附剂层的方法通常在初始冷却循环中的第一冷却阶段的下游。用于天然气液化的一个最有效和高效的方法是一种分级类型的操作，而且这种类型与膨胀型冷却组合。而且由于生产液化天然气(LNG)的方法包括分离分子重量大于作为其第一部分的甲烷的碳氢化合物，对低温生产LNG的工厂的描述可以有效描述类似的从天然气流束中去除C2+碳氢化合物的工厂。
在一个利用分级制冷剂系统的优选实施例中，本发明涉及在升高的压力下例如约650psia下冷却天然气流束，具体使气体流束经过一个多阶段丙烷循环、一个多阶段乙烷循环以及或者(a)一个由单独或多阶段膨胀循环跟随的闭合甲烷循环以进一步冷却并将压力减小到接近大气压或者(b)一个利用一部分供给气体作为甲烷源并在此包括一个多级膨胀循环以进一步冷却并将压力减小到接近大气压的开端甲烷循环。在冷却循环过程中，首先使用具有最高沸点的制冷剂，然后是中间沸点的制冷剂，最后是具有最低沸点的制冷剂。
天然气流束通常在升高的压力下送到液化过程，或压缩到一个升高的压力，即大于500psia的压力，最好约500-约900psia，更好约为550-约675psia，更优为575-约650psia，最优为约600psia。流束温度通常接近并略高于周围温度。代表性的温度范围为60°F-120°F。
如前所述，在此位置天然气流束通过与多个、最好是三个制冷剂间接热交换而在多个多阶段循环或步骤(例如三个)中冷却。由于阶段数量的增加对一个给定的循环而言改进了整个冷却效率，但是这种效率的增加伴随的是净成本和复杂性的增加。最好利用一个相对高沸点的制冷剂在第一闭合冷却循环中使供给气体经过一个有效数量的冷却阶段，通常为两个、最好为两个至四个、更好为三个阶段。这种制冷剂最好包括大部分丙烷、丙烯或其混合物，最好为丙烷，更好地制冷剂基本包括丙烷。此后，处理过的供给气体流过有效数量的阶段，通常为两个、最好为两至四个、更好为两个或三个阶段，在第二闭合冷却循环中与具有一个低沸点的制冷剂间接热交换。这种制冷剂最好大部分包括乙烷、乙烯或其混合物，最好是乙烯，更好制冷剂基本由乙烯组成。上述每个制冷剂的冷却阶段包括单独的冷却区。
通常，天然气供给流束包含的C2+成分的量可以在一个或多个冷却阶段形成富含液体的C2+。这种液体由气-液分离装置、最好是一个或多个常规的气-液分离器去除。通常，控制在每个阶段天然气的连续冷却以从气体中去除尽可能多的C2和分子重量较大的碳氢化合物，以产生甲烷占主导的第一气体流束和包含大量乙烷和较重成分第二液体流束。一个数量有效的气/液分离装置位于冷却区下游的适当位置上，以去除富含C2+成分的液体。气/液分离装置的精确的位置和数量取决于许多操作参数，例如通常在LNG工厂和气体工厂操作领域的专业技术人员考虑的天然气供给流束的C2+成分，最终产品的所需BTU含量，其他应用和其他因素的C2+成分的值。C2+碳氢化合物流束可以由单阶段的闪蒸或分馏柱去除甲烷。在前一种情况下，富含甲烷的流束可以在压力下直接返回液化过程。C2+碳氢化合物流束或去甲烷C2+碳氢化合物流束可以用做燃料或可以进一步处理，例如在一个或多个分馏区分馏，以产生富含特定化学成分(例如C2、C3、C4和C5+)的各个流束。在第二冷却循环的最后阶段，甲烷占主导(通常甲烷大于95mol％而且最好甲烷大于97mol％)的气体流束的大部分、最好全部进行冷凝(即液化)。
液化天然气流束由一个或两个实施例在第三步骤中进一步冷却。在一个实施例中，液化天然气流束通过与一第三闭合冷却循环间接热交换而进一步冷却，其中冷凝的气体流束通过有效数量的阶段进行低温冷却，阶段通常为2个、最好为2-4个、更好为3个，冷却由具有比第二循环的制冷剂低的沸点的第三制冷剂提供。此制冷剂最好大部分由甲烷构成，而且最好由大于90mol％的甲烷构成，更好基本全部为甲烷。在利用开放甲烷冷却循环的第二和优选实施例中，液化天然气通过与一个主甲烷废气预热器中的闪蒸气体间接热交换而以一种下述的方式低温冷却。
在第四步骤中，通过从冷却的液体膨胀和分离闪蒸气体进一步冷却液化气体。从系统和冷凝的产品去除氮气以一种下述的方式作为此步骤的一部分或一个单独的连续部分而完成。使封闭循环与开放循环区别开的关键因素在于在闪蒸至接近大气压之前液化流束的初始温度，由此闪蒸产生的闪蒸蒸汽的相对量，以及闪蒸蒸汽的成分。尽管大部分闪蒸蒸汽在开放循环系统中循环到甲烷压缩机中，但闪蒸的蒸汽在闭合循环系统中通常用做燃料。
在开放或闭合循环甲烷系统中在第四步骤中，液化产品经过至少一个、最好2-4个、更好为3个膨胀冷却，其中每个膨胀利用或者Joule-Thomson膨胀阀或者液压膨胀器，之后是由一个分离器分离气-液产品。在此，术语“液压膨胀器”不限于接受和产生液体流束的膨胀器，而是包括接受一个液相占主导的流束并产生一个两相(气/液)流束的膨胀器。当利用一个液压膨胀器并适当操作时，在膨胀步骤中可以增大动能回收的效率，大大减小流束温度，并产生很小的蒸汽。在用于开放循环的一个实施例中，可以在闪蒸之前通过首先由一个或多个液压膨胀器闪蒸一部分此流束、然后由间接热交换装置利用所述闪蒸的流束以冷却高压液化流束而在闪蒸之前另外冷却高压液化产品。然后在开放甲烷循环中基于温度和压力考虑使闪蒸产品通过返回一个适当的位置而进行循环。
当进入第四循环的液体产品处于优选的约600psia的压力下时，第三阶段闪蒸处理的代表性闪蒸压力约为190,61和14.7psia。在开放循环系统中，在下述的氮气分离步骤中闪蒸和蒸馏以及在膨胀闪蒸步骤中闪蒸的蒸汽在上述的第三步骤或循环中作为冷却剂。在闭合循环系统中，来自闪蒸阶段的蒸汽还可以在循环或用做燃料之前用做冷却剂。在开放或闭合循环系统中，将液化流束闪蒸到接近大气压会产生具有-240°F至-260°F温度的LNG产品。
当在供给流束中存在一定量的氮气时，为了保持液化产品BTU含量处于一个可接受的限度，必须在处理中在某个位置集中并去除氮气。为此本领域普通技术人员可以获得许多方法。以下是一些例子。当利用一个开放甲烷循环并且在供给中氮气浓度很低、通常小于1.0vol％时，通常通过在甲烷压缩机的高压入口或出口处去除一个小侧流束而去除氮气。对于在供给气体中氮气浓度达到1.5vol％的闭合循环，液化流束通常在一个单独的步骤由一个闪蒸筒中从接近大气压的处理条件下闪蒸。然后富含闪蒸蒸汽的氮气通常用做驱动压缩机的汽轮机的燃料。发送接近大气压的LNG产品以进行储存。当入口供给气体中的氮气浓度约为1.0vol％-1.5vol％而且利用一个开放循环时，可以通过使来自第三冷却循环的液化气体流束在第四冷却步骤之前经受一个闪蒸步骤而去除氮气。闪蒸的蒸汽会包含可估计到的氮气浓度并可以随后用做燃料气体。在这些浓度下去除氮气的典型的闪蒸压力约为400psia。当供给流束包含大于1.5vol％的氮气浓度而且利用一个闭合循环时，闪蒸步骤不会提供适当的氮气去除。在此情况下，可以利用一个排氮柱，从此产生一个富含蒸汽流束的氮气和一个液体流束。在一个利用排氮柱的优选实施例中，到达甲烷废气预热器的高压液化甲烷分成第一和第二部分。第一部分闪蒸到约400psia而且两相化合物作为供给流束供给排氮柱。高压液化甲烷流束的第二部分通过流过一个下述的排氮柱而进一步冷却，然后闪蒸到400psia，并且生成的两相化合物或其液体部分供给排氮柱的上段，在此作为一个逆流流束逆流。从排氮柱顶部产生的富含氮气的蒸汽流束通常用做燃料。从排氮柱底部产生的液体则供给第一阶段的甲烷膨胀。
天然气液化的制冷冷却在一个分级处理中天然气液化的关键在于使用一种或多种制冷剂，用于从天然气流束向制冷剂传递热量，并最终向外界传递所述热量。通常，冷却系统起一个热泵的作用，当流束逐渐冷却到越来越低的温度时热泵从天然气流束去除热能。在此过程中，从天然气流束去除的热能通过与一个或多个制冷剂热交换最终排到(泵到)外界。
液化处理利用几种类型的冷却，包括但不限于(a)间接热交换，(b)蒸发，(c)膨胀或减压。本发明的一个关键点在于进行间接热交换的方式。在此使用的间接热交换表示其中制冷剂或冷却剂冷却要冷却的物质而在制冷剂或要冷却的物质之间不进行实质性接触。具体的例子包括在管-壳热交换器、芯壶式热交换器以及一个铜镀铝板片热交换器中进行热交换。本发明与现有技术的区别在于新颖而创造性地利用铜镀铝板片热交换器代替芯壶式热交换器，从而减少了处理容器的数量和减少了空间的需求，并且只减少很小的处理效率。如前所述，由于对于某种容器处理规模减小并且失去规模效益，这些因素越来越重要。
可以采用的第二种冷却形式是蒸发冷却。蒸发冷却指的是通过使系统保持在或接近一个恒定的压力下蒸发或蒸馏一部分物质而冷却此物质。这样在蒸发冷却过程中，蒸发的这部分物质从保持液态的那部分物质吸收热量，因此冷却液体部分。
可以采用的第三冷却装置是膨胀或减压冷却。膨胀或减压冷却指的是当通过一个减压装置减小气体、液体或一个两相系统的压力时产生的冷却。在一个实施例中，膨胀装置是一个Joule-Thomson膨胀阀。在另一个实施例中，膨胀装置是一个液压膨胀器或一个气体膨胀器。因为膨胀器从膨胀处理中回收工作能量，可以当膨胀时降低处理流束的温度。
在下面的讨论和附图中，讨论和附图可以示出通过使制冷剂流过一个节流阀的膨胀，然后是在一个芯壶式热交换器的壶侧上的气体和液体部分的分离。在一个变化的实施例中，节流阀或膨胀阀可以不是一个由导管连接到芯壶式热交换器上的分离部件，而是一个芯壶式热交换器的整体部件(即当液化的制冷剂进入芯壶式热交换器的壶侧时产生闪蒸或膨胀)。另外，可以通过在一个单独的壶中放入多个线圈而在一个单独的芯壶式热交换器中冷却多个流束。附图和讨论还可以示出分离或分隔装置，其中一个给定的流束被分成两个或多个流束。这种用于分离或分隔一个流束的装置包括那些在本领域普通技术人员通常采用的装置，并且包括但不限于t型、y型和其他管线设置，带有在分隔或分离这些流束通常采用的流量控制机构并采用本领域普通技术人员通常采用的具有至少两个或多个出口的容器。
在分级冷却处理中的第一冷却循环中，将一个沸点较高的气态制冷剂、最好是丙烷压缩到一个压力下而提供冷却，在此压力中制冷剂可以通过与一个热传递介质间接热交换而液化，它最终利用外界作为散热器，散热器通常为大气、新鲜水源、盐水源、地面或上述两个或多个。然后冷凝的制冷剂由适当的膨胀装置经历一个或多个膨胀步骤，从而产生具有很低温度的两相化合物，它们用做冷却剂，也称为冷却流束。在第一冷却循环中，冷却流束冷却和冷凝至少第二循环的制冷剂流束(常规气态流束)并冷却一个或多个富含甲烷的气体流束(例如天然气流束)。
同样在一个分级冷却处理的第二冷却循环中，冷却通过压缩一个具有低于第一循环中的制冷剂、最好是乙烷或乙烯、更好是乙烯的沸点的制冷剂至一个压力下而提供，在此压力中它通过与其他来自第一的冷却介质、冷却剂接触而液化。然后冷凝的制冷剂流束由适当的膨胀装置经历一个或多个膨胀步骤，从而产生具有较低温度的两相化合物，它们用做冷却剂，在此也称为冷却流束。这些冷却剂或冷却流束则用于冷却并至少局部、最好大部分冷凝至少一个富含甲烷的气体流束。
当采用一个三级制冷剂闭合循环系统时，第三循环中的制冷剂以逐级的方式压缩，最好通过与外界散热器(即交互阶段和/或压缩后的后冷却)有选择地冷却，并通过与在第一或第二冷却循环中的所有或有选择的冷却阶段间接热交换而冷却，对此最好使用丙烷和乙烯做为各自的制冷剂。最好，此流束分别连续地与第一和第二冷却循环中的每个逐渐变冷的冷却阶段接触。
在一个例如在图1中所示的开放分级冷却系统中，第一和第二循环以类似上述闭合循环的方式操作。但是，开放的甲烷循环系统与现有闭合冷却循环仍有区别。如前第四步骤中所述，通过逐级膨胀冷却至接近大气压而将初始升高压力下的大部分液化天然气(即富含甲烷的气体流束)冷却到约-260°F。在每个步骤中，产生在给定压力下的大量富含甲烷的蒸汽。每个蒸汽流束最好在甲烷废气预热器中经历热传递，并最好返回开放甲烷循环压缩机中进行接近大气压的阶段。在流过甲烷废气预热器过程中，闪蒸的蒸汽以逆流而且连续的方式与热流束接触，以最大地冷却热流束。为每个膨胀冷却阶段选定的压力选择成对于每个阶段，产生的气体的体积加上来自相邻低阶段的压缩蒸汽的体积导致开放的甲烷多阶段压缩机整体有效的操作。交互阶段的冷却和最终压缩气体的冷却为优选，而且最好由与直接连接在一个外界散热器上的一个或多个冷却剂间接热交换而完成。然后压缩的富含甲烷的流束通过与第一和第二循环中的制冷剂间接热交换而进一步冷却，最好为在所有与用于第一循环中的制冷剂有联系的阶段，更好为第一个两个阶段，最优为只有第一阶段。冷却的富含甲烷的流束通过与主甲烷废气预热器中的闪蒸汽体间接热交换而进一步冷却，然后在液化处理中在一个位置与天然气供给混合，在此天然气供给流束和冷却的富含甲烷的流束处于类似的温度和压力条件下。
在一个实施例中，正好在乙烯冷却阶段之前冷却的甲烷流束与天然气流束混合，其中所述的混合流束大部分液化(即乙烯冷凝器)，此阶段最好是在第二循环中的最后一个冷却阶段。在另一个更优选的实施例中，富含甲烷的流束在甲烷废气预热器中逐渐冷却，其中一部分流束被去除并与天然气流束或生成的混合天然气/富含甲烷的流束混合，这样，在第二循环中各个冷却阶段上游的预定位置上，要混合的流束的温度彼此接近。在图1中示出此方法的一个优选实施例，其中在第二阶段采用两个冷却阶段。富含甲烷的流束在甲烷废气预热器中冷却到第一温度，并且去除一个侧流束，它与第二循环中的第一冷却阶段上游的天然气混合，从而形成第一富含天然气的流束。富含甲烷的流束的其余部分在废气预热器中进一步冷却并与第一富含天然气的流束混合，第一富含天然气的流束已经在第二循环中的第二冷却阶段的上游经历进一步的冷却，从而形成第二富含天然气的流束。
本发明实施例本发明的一个关键点在于用于在一个分级冷却处理的第一和第二循环中冷却常规气态物质的方法和设备，以及以接近周围温度使冷却流束返回其各自的压缩机中的能力，从而避免或大大减少将关键的压缩机部件暴露在低温条件下。本发明可以不用使用另外的热交换器、有时称为废气预热器而进行，此预热器可以在压缩之前将各个制冷剂流束的温度升高到接近周围温度。
在以下的说明书中，参照通过铜镀铝板片热交换段中的通道的逆流和对流而进行。在此所用的逆流包括逆流、交叉逆流和其组合，这些术语用于铜镀铝板片热交换器制造业协会以及上述的铜镀铝板片热交换器制造业协会标准第一版(1994)，在此作为参考。当讨论铜镀铝板片热交换段或铜镀铝板片热交换器时会参考“通道”。这种参考不限于一个单独的通道，而是当流过所述交换器段或交换器时可以包括一个给定的流束可以获得的多个流动通道。
在本发明一个实施例中，用以下方法冷却和冷凝常规气态物质，包括以下步骤(a)使所述常规气态流束和一种制冷剂流束通过一个或更多个铜镀铝板片热交换段流动，其中所述流束与一个或多个冷却流束间接热交换并逆流，所述一个或多个冷却流束由以下方式形成(ⅰ)去除从所述一个板片热交换段产生的制冷剂流束的一个侧流束或其一部分；(ⅱ)减少侧流束的压力，从而产生一个冷却流束；以及(ⅲ)将所述冷却流束流至(ⅰ)的所述制冷剂流束从此产生的热交换段，这样所述冷却流束成为一个(a)的所述冷却流束；(b)单独使制冷剂流束从(a)的最后的热交换段流过一个铜镀铝板片热交换段，其中所述流束与一个蒸汽制冷剂流束间接热交换并逆流；(c)减小来自(b)步骤的热交换段的制冷剂流束的压力；(d)利用(c)步骤的所述流束作为一个芯壶式热交换器的壶侧上的冷却剂，从而产生一个蒸汽制冷剂流束；(e)通过使(d)的蒸汽制冷剂流束流过至少(b)的铜镀铝板片热交换段而加热蒸汽制冷剂流束；(f)压缩(a)步骤的冷却流束和(e)步骤的加热的蒸汽制冷剂流束；(g)冷却(f)步骤的压缩流束；以及(h)使来自(a)步骤的常规气态流束流过芯壶式热交换器的心侧，从而产生一种富含液体的流束。上述过程需要导管放置到位，以便于在特定的部件之间产生特定的流束。
在一个优选实施例中，上述方法还包括使(e)步骤的加热的蒸汽冷却流束流过(a)步骤的一个或更多个热交换段，其中在(f)的压缩步骤之前所述流束与所述热交换段中的所述制冷剂流束逆流。压缩机最好为碳氢化合物工作而设计，更好为乙烷、乙烯或丙烷工作而设计。优选的常规气态流束占主导地为甲烷，而优选的制冷剂占主导地为乙烷或乙烯，最好基本由乙烷、乙烯或其化合物组成，并更好地基本包括由乙烯构成。当热交换段为单独的交换器时，(b)步骤的热交换段最好包括一个核心和核心上的两个入口和两个出口集管，其中入口和出口集管定位成可以对两个流束提供逆流。同样，步骤(a)的热交换段最好包括一个核心和核心的入口和出口集管，其中集管连接到核心上，使得可以相对于一个或多个冷却流束提供这两个流束(例如制冷剂流束和常规气态流束)的逆流，最好是对流。在一个在第一循环中用于冷却的更优选的实施例中，热交换段最好包括一个核心和这个核心的入口和出口集管，用于对三个制冷剂流束提供逆流，最好是对流，这些流束最好是两个常规气态流束和一个制冷剂流束，而相对于两个流束，这两个流束最好是两个制冷却流束。
在另一个优选实施例中，用于步骤(a)和(b)中的铜镀铝板片热交换段包含在一个单独的铜镀铝板片热交换器中。利用(a)和(b)步骤中使用的交换器段冷却常规气态物质的这种设备包括(a)一个压缩机；(b)一个冷凝器；(c)一个芯壶式热交换器；(d)至少两个减压装置；(e)一个铜镀铝板片热交换器，包括(ⅰ)至少两个入口集管和至少一个出口集管，位于板片热交换器一段或其附近彼此接近；(ⅱ)至少一个入口集管和至少一个出口集管，位于(ⅰ)中的相对端或其附近彼此接近；(ⅲ)至少一个中间入口集管和至少一个中间出口集管，其中所述集管沿交换器位于(ⅰ)和(ⅱ)的集管之间；以及(ⅳ)一个核心，包括(aa)至少一个流动通道，连接一个所述(ⅰ)的入口集管、一个(ⅱ)的出口集管和至少一个(ⅲ)的中间出口集管；(bb)至少一个位于(ⅱ)的一个入口集管和或者(ⅲ)的一个中间出口集管或(ⅰ)的一个出口集管之间的流动通道；(cc)至少一个位于所述一个(ⅲ)的中间入口集管和至少一个(ⅰ)的出口集管之间的流动通道；以及(dd)至少一个位于(ⅰ)的入口集管和或者一个(ⅲ)的中间出口集管或一个(ⅱ)的出口集管之间的流动通道；(f)一个将压缩机连接到冷凝器上的导管；(g)一个将冷凝器连接到与至少一个(ⅲ)的中间出口集管流通的所述(ⅰ)的入口集管上的导管；(h)将每个与用于(g)中的入口集管流通的中间出口集管连接到一个减压装置上并将每个减压装置连接到一个中间入口集管上的导管；(I)将(ⅰ)的出口集管和(bb)的集管连接到压缩机上的导管；(j)将与中间出口集管流通的(ⅱ)的出口集管连接到一个减压装置上的导管；(k)一个确保(j)的减压装置和芯壶式热交换器的壶侧之间流通的装置；(l)将芯壶式热交换器的所述壶侧连接到用于(bb)中的一个所述入口集管上的导管；连接到一个(ⅰ)的所述剩余的入口极端上的导管；(m)将与(m)的导管流通的(dd)的出口集管或(dd)的中间出口集管连接到芯壶式热交换器中的核心上的导管；(n)连接到芯壶式热交换器的核心的出口段上的导管，其中所述导管伸出壶外。
在另一个优选实施例中，上述设备还包括(p)一个或多个另外的中间出口集管，位于(ⅲ)的中间集管和(ⅱ)的出口集管之间，其中所述集管连接到(aa)的通道上；(q)一个或多个另外的中间入口集管，每个这种集管位于板片热交换器上与一个(p)的中间出口集管接近；(r)一个导管、减压装置和提供每个(p)和(q)的集管之间流通的导管，它们在空间上彼此接近；(s)对于(q)的每个中间入口集管，一个出口集管接近(ⅰ)的集管或一个中间出口集管沿所述板片热交换器位于(ⅰ)的集管和所述(q)的中间入口集管之间；以及(t)一个核心，还包括一个将每个这种(q)的中间入口集管连接到(s)的对应的中间出口集管上的通道，其中(I)的导管还包括必须将(s)的出口集管连接到压缩机上的这种导管。
在本发明中，在现有技术中废气预热器的作用可以通过在用于第一和第二循环中的铜镀铝板片热交换段中提供需要的热传递区和相关的冷却通道来获得。以此方式，可以改进整体效率以及避免将关键的压缩机部件暴露在低温处理中的问题。本发明的实施例仍然保留一个主甲烷废气预热器，但采用一种铜镀铝板片热交换器的方式。
分级液化方法的优选开式循环实施例图1-3中所示的流程和设备是用于一个开式循环分级液化方法中的优选实施例并用于示意性目的。在此优选实施例中有意略去一个除氮设备，因为这种设备取决于供给气体中的氮气成分。但如上述除氮技术中所述，可应用于此优选实施例中的方法是本领域技术人员公知的。本领域普通技术人员还可以理解图1-3是示意性的，许多在工厂中需要的设备为了清楚起见而略去。这些设备例如可以包括压缩机控制器，流量和水平测量及相应的控制器，额外的温度和压力控制器，泵、电机、过滤器、额外的热交换器，阀等等，这些设备可以根据标准工程实践提供。
分级冷却方法的第一循环示出一种方法和设备，利用三个阶段的制冷冷却流束冷却和液化一种常规气态物质。来自第二循环的制冷剂在此阶段冷凝，而且包括天然气流的几股富含甲烷的流束在此循环中冷却。分级冷却方法的第二循环示出一种方法和设备，利用两个阶段的制冷冷却来冷却和液化一种常规气态物质。
为了便于理解图1-3，附图标记1至99通常表示直接与液化处理相关的处理容器和设备。附图标记100至199表示包含大部分甲烷的管路或导管。附图标记200至299表示包含制冷剂乙烯或乙烷的管路或导管。附图标记300至399表示包含致冷丙烷的管路或导管。附图标记400至499表示当一个或多个铜焊铝板片热交换段包括一个单独的热交换器时与铜焊板片热交换段相连的设备。
参见图1，气态丙烷在由一个未示出的气体涡轮驱动机驱动的多级压缩机18中压缩。尽管每个压缩阶段可以在一个单独单元中进行而这些单元机械联结成由一个单独的驱动机驱动，三个压缩阶段最好在一个单独的单元中进行。压缩时，压缩的丙烷经过导管300到达冷却器16，并在此液化。在闪蒸之前液化的丙烷制冷剂的代表压力和温度是约190磅/英寸2和100°F。尽管在图1中未示出，最好一个单独的容器位于冷却器16下游和高阶段的丙烷铜焊铝板片热交换器2的上游，用于从液化的丙烷去除残余的轻浮成分并提供对系统的波动控制。这种容器可以由一个单级气-液分离器构成，或者可以更复杂一些由一个聚集段、一个冷凝段以及一个吸收段组成，冷凝段和吸收段可以连续操作或阶段性在线工作用于从丙烷中去除残余的轻浮成分。来自此容器的制冷剂流束或来自冷却器16的制冷剂流束经过导管302到达一高阶段的丙烷铜焊铝板片热交换段2，在此所述气流经过核心通道10，在核心通道10中产生间接热交换。冷却的或第二制冷剂流束经由导管303产生。然后此流束由一个分隔或分开装置(示出但并未标记)分成两部分，即第三和第四制冷剂流束，并经由导管304和307产生，第三制冷剂流束经过导管304流至一减压装置，在图中示为一个安全阀14，在此液化丙烷的压力减小，从而使其一部分蒸发或闪蒸，并产生一个高阶段制冷剂流束。然后此流束流过导管305并经过核心通道12，在此所述流束与通道10中的流束以及下述的通道4,6和8中的流束逆向流动，并且在此产生间接热交换。此高阶段的循环流束经由导管306循环至丙烷压缩机18的高阶段入口。在这种循环的过程中，流束通常经过一个吸气洗气机。而且天然流束由导管100、气态乙烯流束由导管202和富含甲烷的流束由导管152供给板片热交换段2。这些进入管路6、8和4的流束以及进入通道10的制冷剂流束与通道12中的流束对流，最好逆流。这些流束之间产生间接的热交换。分别流入通道4、6和8中的流束经过导管102、204和154产生。导管204中的流束称为第一冷却流束。
导管102中的冷却天然流束、导管204中的第一冷却流束以及导管307中的第四制冷剂流束分别流过铜焊铝板片热交换段20与一个将要标明的冷却流束对流最好逆流，从而产生经由导管110、206和308产生的一个进一步冷却的天然气流束、一第二冷却流束以及一第五制冷剂流束。然后第五制冷剂流束流经由一个分隔或分开装置(示出但未标记)分成两部，即第六和第七制冷剂流束，并分别由导管309和312产生。第六制冷剂经由导管309流至一减压装置，图中示为安全阀27，在此液化的丙烷压力减小，从而蒸发或闪蒸其一部分而产生一中间阶段的冷却流束。然后此冷却流流过导管310并通过核心通道26，在此所述冷却流束与通道22、24和25中的流动对流，并且在此产生间接的热交换。生成的流动经过导管311做为一种中间阶段循环流产生。此流动同样最好在经过一个吸气洗气机后回到丙烷压缩机18的中间阶段。
进一步冷却的天然气流束和第二冷却流束分别由导管110和206流至芯壶式热交换器34中的各自的核心36和38，在此所述天然气流束进一步冷却，并且所述第二冷却流束大部分液化。这些流束分别经由导管112和208产生。
导管312中的第七制冷剂流束连到铜焊铝板片热交换段28上，在此所述的流束由通道29与经过通道30流动的一个低阶段冷却流体对流、最好是逆流并间接热交换，从而经由导管314产生一第八制冷剂流束。第八制冷剂流束由管道314流至一减压装置，图中示为安全阀32，在此液化丙烷的压力减小，从而蒸发和闪蒸其一部分而产生一个两阶段的制冷剂冷却流束。如前所述，减压步骤可以经由一个阀进行，导管(图中示为316)将阀连到芯壶式热交换器或进入芯壶式热交换器中。然后此两阶段的冷却流束用做芯壶式热交换器34的壶侧上的冷却剂，在热交换器34中流束分隔成气体和液体部，而且所述核心至少局部浸入液体部中。一种低阶段冷却流束从所述交换器的壶侧由导管318去除。此导管连接到热交换段28中的通道30中，在此所述流束逆流并由通道29中的第七制冷剂流束间接热交换，从而产生一低阶段循环流束。然后低阶段循环流束最好在经由导管320通过一吸气洗气机流动后回到压缩机18的低阶段入口，在此所述流束受压缩，从而产生低阶段循环流束，与中间阶段循环流束混合形成一种混合的中间阶段流束并压缩形成一种压缩的中间阶段循环流束。然后此流束然后与高阶段循环流束混合形成高阶段的循环流束，此流束经压缩形成由导管300产生的压缩制冷剂流束。
在本发明一个实施例中，上述铜镀铝板片热交换段2,20和28是单独的热交换器。在另一个实施例中，热交换段组合成一个或多个交换器。尽管产生一个拥有中间集管的更复杂的热交换器，但从布局和成本的角度具有优点。以下热交换器段包含在一个单独的热交换段中的实施例是一个优选实施例。
对于术语，在以下讨论中称为第一流束、第二流束、第三流束、第四流束、第五流束和第六流束。这种参照的一个例子为术语“第一流束中间集管”。在此上下文中，参考一个给定的部件即一中间集管，表示至少一部分给定的流束即第一流束。因此，第一流束入口集管、第一流束中间集管和第一流束出口集管表示连接到一个板片热交换器中的公共流动通道上的集管，其中第一流束可以通过流动通道流动。
在上述优选实施例中，利用一个铜镀铝板片热交换器，它在图2中示出。所示的交换器包括(ⅰ)位于板片热交换器495一端彼此接近的第一、第二和第三入口集管450,451,452和一第四流束出口集管453；(ⅱ)一位于上述(ⅰ)中相对端彼此接近的一第三流束出口集管458和第六流束入口集管462；(ⅲ)沿(ⅰ)和(ⅱ)集管之间的交换器在空间定位并彼此在空间上接近的第三、第四和第五流束中间集管456,459,461；(ⅳ)沿(ⅲ)的集管和(ⅱ)的集管之间的交换器在空间定位的第一、第二、第三、第五和第六流束中间集管454,455,457,460,463；以及(ⅴ)一个位于板片热交换器中的核心，包括至少一个连接第一流束入口集管450和(ⅳ)的第一流束中间集管454的热交换导管(即通道)470，至少一个连接第二流束入口集管451和(ⅳ)的第二流束中间集管455的热交换导管471，至少一个连接第三流束入口集管452、(ⅲ)的第三流束中间集管456、(ⅳ)的第三流束中间集管457以及第三流束出口集管458的热交换导管(这些导管在图2中示为472、473和474)，至少一个连接第四流束中间集管459至第四流束出口集管453的热交换导管475，至少一个连接(ⅳ)的第五流束中间集管460至(ⅲ)的第五流束中间集管461的热交换导管476，以及至少一个连接第六流束入口集管462至(ⅳ)的第六流束中间集管463。此实施例还包括两个减压装置14和27。减压装置14分别由导管304和导管305连接到(ⅲ)的第三流束中间集管456和(ⅲ)的第四流束中间集管459上。减压装置27分别由导管309和导管310连接到(ⅳ)的第三流束中间集管457和(ⅳ)的第五中间集管460上。在此实施例中，导管100连在第一流束入口集管450上，导管202连在第二流束入口集管451上，导管202连在第三流束入口集管452上，导管306连在第四流束出口集管453上，导管110连在第一流束中间集管454上，导管206连在第二流束中间集管455上，导管314连在第三流束出口集管458上，导管318连在第六流束入口集管462上，导管320连在第六流束中间集管463上，而导管311连在第五流束中间集管461上。在另一个类似的实施例中，与(ⅲ)的第五流束中间集管和(ⅳ)的第六流束中间集管相连的集管和内部通道可以移动，使出口邻近或接近分在图2中所示为热传递导管480,481和482的集管(ⅰ)以及集管位置467,468和469。以一种类似的方式，(ⅳ)的第一流束和第二流束中间集管和相连的通道可以移动，以接近在图中示为热传递导管478和479的(ⅱ)的集管以及集管位置465和466。这些后面的实施例在图2中由虚线形式表示。
在图1中所示的优选实施例中的第二冷却循环中，通常为气态物质的天然气流束冷凝。用于此循环中的制冷剂流束最好为乙烯。如图1中所示，由导管232传递的一个低阶段循环流束受压缩，而且生成的压缩低阶段循环流束最好由导管234从压缩机40中去除，由交互阶段冷却器71冷却，由导管236返回压缩机并与由导管216传递的一高阶段循环流束混合，然后压缩混合流束，从而由导管200产生一压缩制冷剂流束。用于压缩制冷剂流束的优选压力大约为300psia。尽管每一个可以为一分开的模块而这些模块机械连接到一公共驱动机上，最好两个压缩机阶段为一个单独模块。在此循环中又称为压缩制冷剂流束的压缩乙烯从压缩机经过导管200循环到下游冷却器72。来自冷却器的产品经由导管202流动并如前所述传至第一循环，其中所述流束进一步冷却、液化并由导管208返回。此流束最好流至一分离容器41，此容器41提供从液化的流束去除残余轻浮成分并提供用于冷却系统的波动容器。这些容器可以由一个单阶段气-液分离器构成或可以更复杂并包括一个聚集器段，一个冷凝器段和一吸收器段，后两个部件可以连续操作或间断在线操作用于从制冷剂去除残余轻浮成分。一个在此针对第二循环称为第一制冷剂流束的一个制冷剂流束由导管209从容器41产生。
由导管112产生的冷却的天然气流束(常规气态物质)与一个下述由导管156提供的富含甲烷的流束混合。此混合流束由导管114以及第一制冷剂流束由导管209送至此循环中的第一铜镀铝板片热交换段42中，其中这些流束流过核心通道44和46与分别流入通道48和50中的一下述高阶段冷却流束和一低阶段冷却流束对流、最好逆流并间接热交换。一个在此称为第二制冷剂流束的冷却流束从通道46经由导管210产生。然后此流束由一个分隔或分离装置(示出但未标记)分成两部分，即第三和第四制冷剂流束，并由导管212和218产生。第三制冷剂流束由导管212流至一减压装置，图中示为膨胀阀52，其中液化乙烯的压力减小，这样其一部分蒸发或闪蒸从而产生一个高阶段的冷却流束。此流束则流过导管214并经过核心通道48，从而产生一个高阶段的循环流束，由导管216运至压缩机40的高阶段入口。
从通道44由导管116产生进一步冷却的天然气，它有选择地与由导管158传送的富含甲烷的循环流束混合。生成的流束由导管120送至芯壶式热交换器58中的核心59中，其中流束大部分液化并且由导管122产生生成的流束。
第四制冷剂流束由导管218传送到第二铜镀铝板片热交换段53中的通道54中。第四制冷剂流束对流、最好逆流并与一在热交换段53中经由通道55流动的低阶段冷却流束进行间接热交换，从而由导管220产生一个第五制冷剂流束。第五制冷剂流束由导管220流过一减压装置。图中示为膨胀阀56，其中液化乙烯的压力减小，从而蒸发或闪蒸其一部分产生一个两相制冷剂流束。如前所述，减压步骤可以由一个阀产生，其中导管(图中为226)将阀连到芯壶式热交换器上或芯壶式热交换器的入口上。生成的两相制冷剂流束则用做芯壶式热交换器58壶侧上的冷却剂，其中流束分隔成气体和液化部分，而且所述核心至少局部浸入在液体部分中。一个低阶段冷却流束由导管228从所述交换器的壶侧去除。此导管连接到热交换器段53中的通道55上，其中所述流束对流并与通道54中的流体间接热交换，从而产生一个低阶段的循环流束。此流束由导管232返回压缩机40的低阶段入口。有选择地如图1中所示，此流束还可以经由导管230并通过通道50在此循环中流至第一铜镀铝板片热交换器42中，其中所述流束与通道44和46中流体对流、最好逆流，并在由导管232流至压缩机之前进一步加热。由于担心压缩机特定部分暴露在低温条件下，此后一种方式为优选。
在本发明一个实施例中，位于第二循环中的铜镀铝板片热交换段42和53是分别的热交换器。在另一个实施例中，热交换段组合在一个单独的交换器中。尽管导致拥有中间集管的更复杂的热交换器，但此方式从总体布局和成本的角度提供了优点。以下热交换器段组合在一个单独的热交换段的实施例是一个优选实施例。对于以下讨论中的术语，称为第一流束、第二流束、第三流束以及第四流束部件，例如第一流束中间集管。在此上下文中，参照一个给定的部件即中间集管，它表示一个给定流束第一流束的至少一部分。因此，第二流束入口集管、第二流束中间集管以及第二流束出口集管表示连到一个铜镀铝板片热交换器中的公共流动通道上的集管，由此第二流束可以流动。
在图3中示出一个优选实施例，其中采用一个铜镀铝板片热交换器490，它包括(ⅰ)第一流束和第二流束入口集管401和402以及第三流束和第四流束出口集管403和404，它们接近铜镀铝板片热交换器的一端彼此邻近；(ⅱ)第二流束出口集管408和第四流束入口集管409，在上述(ⅰ)的相对端上彼此接近；(ⅲ)第一流束中间集管405，第二流束中间集管406以及第三流束中间集管407，所述集管位于所述铜镀铝板片热交换器上(ⅰ)和(ⅱ)的集管之间；(ⅳ)一个位于铜镀铝板片热交换器中的核心，包括至少一个连接第一流束入口集管401和第一流束中间集管405的热交换导管或通道420，至少一个将第二流束入口集管402连到第二流束中间集管406上的热交换导管421以及至少一个将第二流束中间集管406连到第二流束出口集管408上的热交换导管422，至少一个将第三流束中间集管407连到第三流束出口集管403上的热交换导管423，以及至少一个将第四流束入口集管409连到第四流束出口集管404上的热交换导管424。减压装置52分别由导管212连到第二流束中间集管406上并由导管214连到第三流束中间集管407上。在此实施例中，导管114连到第一流束入口集管401上，导管116连到第一流束中间集管405上，导管209连到第二流束入口集管402上，导管220连到第二流束出口集管408上，导管216连到第三流束出口集管403上，导管228连到第四流束入口集管409上，而导管232连到第四流束出口集管404上。在一个有选择的结构中，第一流束中间集管405和相关的流动通道设置成可以使所述集管位于(ⅱ)的集管附近。这在图3中由虚线形式表示，其中向流动通道420增加流动通道426，并用第一流束出口集管410代替第一流束中间集管405。在另一个实施例中，热交换导管424缩短，图中示为导管425，并且第四流束出口集管404由第四流束中间集管411代替。这些结构在图3中由虚线形式示出。
导管154中的气体即一种压缩循环甲烷制冷剂流束供给主甲烷废气预热器74，此预热器在下面详细描述，其中流束由间接热交换装置冷却，在一个实施例中并如图1中所示，流束由导管154传递并由间接热交换装置97在主甲烷废气预热器74中冷却，其中一部分由导管156去除而其余的流束由间接热交换装置98进一步冷却并由导管158产生。这是一个优选实施例。在此分隔流束的实施例中，由导管156产生的一部分压缩甲烷循环流束由紧位于第二循环上游的导管112与天然气混合，而由导管158传递的其余部分与紧位于芯壶式热交换器58上游的导管116中的流束混合，其中产生大部分天然气的液化。在一个简化的实施例中(即从处理效率的角度为次优选)，甲烷循环流束在主甲烷废气预热器74中全部冷却并由导管158与紧位于第二循环上游的导管112中的天然气流束混合。
从芯壶式热交换器中由导管122产生的液化流束通常位于约-125°F的温度以及约600psi的压力下。此流束经由导管122到达主甲烷废气预热器74，其中如前所述流束由间接热交换装置76进一步冷却。液化气体从主甲烷废气预热器74通过导管124，并且其压力由图中示为膨胀阀78的减压装置减小，这样当然闪蒸或蒸发一部分气体流束。然后闪蒸的流束到达甲烷高阶段闪蒸筒80，在此流束分成一个通过导管126排出的气相和一个通过导管130排出的液相。然后气相由导管126传至主甲烷废气预热器，其中蒸汽起经过间接热传递装置82的冷却剂的作用。蒸汽由连接在压缩机83上的高阶段压力入口上的导管128离开主甲烷废气预热器，从此压缩机产生一个压缩甲烷流束，此流束由导管150送至一个冷却器86，在此所述流速冷却并由导管152产生。
由导管130产生的液相通过一第二甲烷废气预热器87，其中液体由间接热交换装置88被下游的闪蒸蒸汽进一步冷却，此装置88最好设置成可以相对于下游蒸汽流束提供液体流束的对流。冷却的液体经导管132离开第二甲烷废气预热器87并由图示为膨胀阀91的减压装置膨胀或闪蒸，以进一步减小压力同时蒸发其第二部分。然后此闪蒸流束到达中间阶段甲烷闪蒸筒92，在此流束分成一个通过通道136的气相和一个通过导管134的液相。气相流过导管136到达第二甲烷废气预热器87，其中蒸汽冷却经导管130由间接热交换器装置89导至预热器87的液体。导管138起第二甲烷废气预热器87中的间接热交换装置89和主甲烷废气预热器74中的间接热交换传递装置95之间的一个流动导管的作用。此蒸汽经由连在甲烷压缩机83上的中间阶段入口上的导管140离开主甲烷废气预热器74。
由导管134离开中间阶段闪蒸筒92的液相通过一个图示为膨胀阀93的减压装置进一步减小压力。而且，蒸发或闪蒸第三部分液化气体。流体从膨胀阀93到达最终的或低阶段闪蒸筒94。在闪蒸筒94中，分离一个蒸汽相并通过导管144到达第二甲烷废气预热器87，其中蒸汽起经过间接热交换装置90的冷却剂的作用，然后蒸汽经由连在第一甲烷废气预热器74上的导管146离开第二甲烷废气预热器，其中蒸汽起经过间接热交换装置96的冷却剂的作用并最终由连在压缩机83上的低阶段入口的导管148离开第一甲烷废气预热器。最好并如图1中所示，主甲烷废气预热器74中的间接热交换装置82、95和96中的蒸汽流束与间接热交换装置76中的流体流束和间接热交换装置97和98中的蒸汽流束对流。
基本接近大气压力的液化天然气从闪蒸筒94经过导管142到达储存单元。来自储存单元的低温、低压LNG沸腾的蒸发流束和有选择地从与LNG加载系统相关的管线冷却返回的蒸汽最好通过使这种蒸汽与导管144、146或148中的低压闪蒸蒸汽混合而回收；选定的导管基于尽可能与蒸汽流束的温度相匹配。
如图1中所示，由压缩机83提供的三个压缩阶段最好包含在一个单独单元中。但是，每个压缩阶段可以存在为各自一个分别的单元，其中这些单元机械联结在一起，由一个单独的驱动机驱动。最好压缩气体从低阶段经过一个交互阶段冷却器85并在第二阶段压缩之前与导管140中的中压气体混合。最好压缩气体从中间压缩阶段83经过一个交互阶段冷却器84并在第三压缩阶段之前与导管140中的高压气体混合。压缩气体从高阶段甲烷压缩机通过导管150排出，在冷却器86中冷却并如前所述由导管152送至高压丙烷致冷机。
图1示出使用膨胀阀膨胀液化气体，并在致冷机或冷凝机中分离气体和液体部分。尽管此简图有效并用于许多场合，但通常在分别的装置中进行局部蒸发和分离步骤更有效和高效，例如可以在使分离的蒸汽或液体流到一个致冷机之前采用一个膨胀阀和单独的闪蒸筒。同样，经历膨胀的特定的处理流束对于采用一个液压或气体膨胀器做为减压装置是非常理想的，从而可以排出工作能量并降低两相温度。
对于用于处理中的压缩机/驱动器单元，图1示出对于丙烷、乙烯和开放循环甲烷压缩阶段的各自的压缩机/驱动机单元(例如一个单独的压缩系列)。但是在对于任何分级处理的一个优选实例中，可以通过采用包括并联的两个或多个压缩机/驱动机组合的多个压缩系列代替图中所示的单独压缩机/驱动机单元而大大改进处理可靠性。在不能得到一个压缩机/驱动机单元的情况下，仍可以在减小的容量下进行处理。
尽管在此描述了特定的低温方法、物质、设备和控制仪器，但可以理解这些特定表示不是限定性的，而是示例性的，并且用于阐述本发明的最佳形式。
权利要求
1．一种用于冷却常规气态流束的方法，包括以下步骤(a)使所述常规气态流束和一种制冷剂流束通过一个或更多个铜镀铝板片热交换段流动，其中所述流束与一个或多个冷却流束间接热交换并逆流，所述一个或多个冷却流束由以下方式形成(ⅰ)去除从所述一个板片热交换段产生的制冷剂流束的一个侧流束或其一部分；(ⅱ)减少侧流束的压力，从而产生一个冷却流束；以及(ⅲ)将所述冷却流束流至(ⅰ)的所述制冷剂流束从此产生的热交换段，这样所述冷却流束成为一个(a)的所述冷却流束；(b)单独使制冷剂流束从(a)的最后的热交换段流过一个铜镀铝板片热交换段，其中所述流束与一个蒸汽制冷剂流束间接热交换并逆流；(c)减小来自(b)步骤的热交换段的制冷剂流束的压力；(d)利用(c)步骤的所述流束作为一个芯壶式热交换器的壶侧上的冷却剂，从而产生一个蒸汽制冷剂流束；(e)通过使(d)的蒸汽制冷剂流束流过至少(b)的铜镀铝板片热交换段而加热蒸汽制冷剂流束；(f)压缩(a)步骤的冷却流束和(e)步骤的加热的蒸汽制冷剂流束；(g)冷却(f)步骤的压缩流束；以及(h)使来自(a)步骤的常规气态流束流过芯壶式热交换器的心侧，从而产生一种富含液体的流束。
2．根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括另外的步骤(I)使(e)步骤的加热的蒸汽冷却流束流过(a)步骤的一个或更多个热交换段，其中在(f)的压缩步骤之前所述流束与所述热交换段中的所述制冷剂流束逆流。
3．根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述常规气态流束占主导地为甲烷而所述制冷剂流束占主导地为乙烯或乙烷。
4．根据权利要求1所述的方法，其特征在于，来自芯壶式热交换器的所述富含液体的流束大部分由液体构成。
5．一种用于冷却常规气态流束的方法，包括以下步骤(a)使所述常规气态流束和第一制冷剂流束流过一第一铜镀铝板片热交换段，其中所述流束与一高阶段冷却流束间接热交换并逆流，从而产生第一冷却的流束和第二制冷剂流束；(b)使所述第一冷却的流束流过芯壶式热交换器的核心，从而产生一个富含液体的流束；(c)将所述第二制冷剂流束分成第三制冷剂流束和第四制冷剂流束；(d)减小所述第三制冷剂流束的压力，从而产生所述的高阶段冷却流束；(e)使所述高阶段冷却流束流过所述第一热交换段，从而产生一个高阶段循环流束；(f)使所述第四制冷剂流束流过一第二铜镀铝板片热交换段，其中所述流束与一低阶段冷却流束间接热交换并逆流，从而产生第五制冷剂流束；(g)减小所述第五制冷剂流束的压力，从而产生一个两阶段的制冷剂流束；(h)利用(g)步骤的所述流束作为一个芯壶式热交换器的壶侧上的冷却剂，其中热交换器包含气体和液体部分，而且所述核心至少局部浸在液体部分中；(i)从所述芯壶式热交换器的壶侧上的气体部分去除所述的低阶段冷却流束；(j)使所述低阶段冷却流束流过所述第二热交换段，从而产生一个低阶段循环流束；(k)压缩所述低阶段循环流束，从而产生一种压缩的低阶段循环流束；(l)混合所述压缩的低阶段循环流束和高阶段循环流束，从而产生一种混合的高阶段流束；(m)压缩所述混合的高阶段流束至一升高的压力，从而产生一种压缩的制冷剂流束；以及(n)冷却所述的压缩制冷剂流束。
6．根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述常规气态流束主要为乙烯或乙烷，而所述第一制冷剂流束主要为丙烷。
7．根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述常规气态流束主要为甲烷，而所述第一制冷剂流束主要为乙烯或乙烷。
8．根据权利要求7所述的方法，其特征在于，还包括在流到芯壶式热交换器中的核心之前使所述第一冷却的流束与一预冷的富含甲烷的气体流束混合的步骤。
9．根据权利要求5所述的方法，其特征在于，来自芯壶式热交换器的所述富含液体的流束大部分由液体构成。
10．根据权利要求5所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤(o)在压缩步骤(k)之前使低阶段循环流束流过所述第一热交换段与第一制冷剂流束和常规气态流束都间接热交换和逆流。
11．根据权利要求5-10中任一项所述的方法，其特征在于，所述第一铜镀铝板片热交换段和所述第二铜镀铝板片热交换段包含在一个单独的铜镀铝板片热交换器中。
12．一种用于冷却常规气态流束的方法，包括以下步骤(a)使所述常规气态流束和第一制冷剂流束流过一第一铜镀铝板片热交换段，其中所述流束与一高阶段冷却流束间接热交换并逆流，从而产生第一冷却的流束和第二制冷剂流束；(b)将所述第二制冷剂流束分成第三制冷剂流束和第四制冷剂流束；(c)减小所述第三制冷剂流束的压力，从而产生所述的高阶段冷却流束；(d)使所述高阶段冷却流束流过所述第一热交换段，从而产生一个高阶段循环流束；(e)使所述第一冷却的流束和所述第四制冷剂流束流过一第二铜镀铝板片热交换段，其中所述流束与一中间阶段冷却流束间接热交换并逆流，从而产生第二冷却的流束和第五制冷剂流束；(f)将所述第五制冷剂流束分成第六制冷剂流束和第七制冷剂流束；(g)减小所述第六制冷剂流束的压力，从而产生一个中间阶段的冷却流束；(h)使所述中间阶段的冷却流束流过所述第二热交换段，从而产生一个中间阶段的循环流束；(i)使所述第七制冷剂流束流过一第三铜镀铝板片热交换段，其中所述流束与一低阶段冷却流束间接热交换并逆流，从而产生第八制冷剂流束；(j)使所述第二冷却的流束流过一个芯壶式热交换器的核心，从而产生一个进一步冷却的流束；(k)减小所述第七制冷剂流束的压力，从而产生一个两阶段的制冷剂流束；(l)利用(k)步骤的所述流束作为一个芯壶式热交换器的壶侧上的冷却剂，其中热交换器包含气体和液体部分，而且所述核心至少局部浸在液体部分中；(m)从所述芯壶式热交换器的壶侧上的气体部分去除所述的低阶段冷却流束；(n)使所述低阶段冷却流束流过所述第三热交换段，从而产生一个低阶段循环流束；(o)压缩所述低阶段循环流束，从而产生一种压缩的低阶段循环流束；(p)混合所述压缩的低阶段循环流束和中间阶段循环流束，从而产生一种混合的中间阶段流束；(q)压缩所述混合的中间阶段流束至一升高的压力，从而产生一种压缩的中间阶段循环流束；(r)混合所述压缩的中间阶段循环流束和高阶段循环流束，从而产生一种混合的高阶段循环流束；(s)压缩所述的混合高阶段循环流束至一升高的压力，从而产生一种压缩制冷剂流束；以及(t)冷却所述压缩的制冷剂流束。
13．根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述常规气态流束主要为乙烯或乙烷，而所述第一制冷剂流束主要为丙烷。
14．根据权利要求12所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤(u)使占主流的甲烷流束流过所述第一热交换段与所述高阶段冷却流束间接热交换并逆流，从而产生第一冷却的甲烷流束；(v)使所述第一冷却的甲烷流束流过所述第二热交换段与所述中间阶段冷却流束间接热交换并逆流，从而产生第二冷却的甲烷流束；以及(w)使所述第二冷却的甲烷流束流过一第二核心，其中所述第二核心位于步骤(l)的芯壶式热交换器中的壶中，从而产生第三冷却的甲烷流束。
15．根据权利要求12所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤(u)在压缩步骤之前使低阶段循环流束流过所述第二热交换段与所述第一冷却的流束和第四制冷剂流束间接热交换并逆流。
16．根据权利要求13所述的方法，其特征在于，还包括另外的步骤(u)在压缩步骤之前使所述中间阶段循环流束流过所述第一热交换段与所述常规气态流束和第一制冷剂流束间接热交换并逆流。
17．根据权利要求15所述的方法，其特征在于，还包括另外的步骤(v)在压缩步骤之前使所述中间阶段循环流束流过所述第一热交换段与所述常规气态流束和第一制冷剂流束间接热交换并逆流。
18．根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述常规气态流束主要为甲烷而所述第一制冷剂流束主要为乙烯或乙烷。
19．根据权利要求18所述的方法，其特征在于，还包括在使所述混合的流束流过芯壶式热交换器中的所述核心之前使第二冷却的流束和一预冷的富含甲烷的气体流束混合的步骤。
20．根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述来自芯壶式热交换器的进一步冷却的流束大部分由液体构成。
21．根据权利要求15-20中任一项所述的方法，其特征在于，从由第一板片热交换段、第二板片热交换段以及第三板片热交换段构成的组中选出的两个或更多个热交换段包含在一个单独的铜镀铝板片热交换器中。
22．一种用于冷却常规气态流束的方法，包括以下步骤(a)使所述常规气态流束和第一循环制冷剂流束流过一第一铜镀铝板片热交换段，其中所述流束与一高阶段第一循环冷却流束间接热交换并逆流，从而产生一冷却的流束和第二第一循环制冷剂流束；(b)将所述第二第一循环制冷剂流束分成第三第一循环制冷剂流束和第四第一循环制冷剂流束；(c)减小所述第三第一循环制冷剂流束的压力，从而产生所述高阶段第一循环冷却流束；(d)使所述高阶段第一循环冷却流束流过所述第一热交换段，从而产生一个高阶段第一循环循环流束；(e)使所述冷却的流束和所述第四第一循环制冷剂流束流过一第二铜镀铝板片热交换段，其中所述流束与一中间阶段第一循环冷却流束间接热交换并逆流，从而产生第二冷却的流束和第五第一循环制冷剂流束；(f)将所述第五第一循环制冷剂流束分成第六第一循环制冷剂流束和第七第一循环制冷剂流束；(g)减小所述第六第一循环制冷剂流束的压力，从而产生一个中间阶段第一循环冷却流束；(h)使所述中间阶段的第一循环冷却流束流过所述第二热交换段，从而产生一个中间阶段第一循环循环流束；(i)使所述第七第一循环制冷剂流束流过一第三铜镀铝板片热交换段，其中所述流束与一低阶段第一循环冷却流束间接热交换并逆流，从而产生第八第一循环制冷剂流束；(j)使所述第二冷却的流束流过一个芯壶式热交换器的核心，从而产生第三冷却的流束；(k)减小所述第八第一循环制冷剂流束的压力，从而产生一个两阶段的第一循环制冷剂流束；(l)利用(k)步骤的所述流束作为一个芯壶式热交换器的壶侧上的冷却剂，其中热交换器包含气体和液体部分，而且所述核心至少局部浸在液体部分中；(m)从所述芯壶式热交换器的壶侧上的气体部分去除所述的低阶段第一循环冷却流束；(n)使所述低阶段第一循环冷却流束流过所述第三板片热交换段，从而产生一个低阶段第一循环循环流束；(o)压缩所述低阶段第一循环循环流束，从而产生一种压缩的低阶段第一循环循环流束；(p)混合所述压缩的低阶段第一循环循环流束和中间阶段第一循环循环流束，从而产生一种混合的中间阶段第一循环流束；(q)压缩所述混合的中间阶段第一循环流束至一升高的压力，从而产生一种压缩的中间阶段第一循环循环流束；(r)混合所述压缩的中间阶段第一循环流束和高阶段第一循环循环流束，从而产生一种混合的高阶段第一循环循环流束；(s)压缩所述的混合高阶段第一循环循环流束至一升高的压力，从而产生一种压缩第一循环制冷剂流束；(t)冷却所述压缩第一循环制冷剂流束，从而产生步骤(a)的第一第一循环制冷剂流束；(u)使所述第三冷却的流束和一第二循环制冷剂流束流过一第四铜镀铝板片热交换段，其中所述流束与一高阶段第二循环冷却流束间接热交换并逆流，从而产生一第四冷却的流束和一第二第二循环制冷剂流束；(v)将所述第二第二循环制冷剂流束分成第三第二循环制冷剂流束和第四第二循环制冷剂流束；(w)减小所述第三第二循环制冷剂流束的压力，从而产生所述的高阶段第二循环冷却流束；(x)使所述高阶段第二循环冷却流束流过所述第四热交换段，从而产生一个高阶段第二循环循环流束；(y)使所述第四第二循环制冷剂流束流过一第五铜镀铝板片热交换段，其中所述流束与一低阶段第二循环冷却流束间接热交换并逆流，从而产生第五第二循环制冷剂流束；(z)减小所述第五第二循环制冷剂流束的压力，从而产生一个两阶段的第二循环制冷剂流束；(aa)利用(z)步骤的所述流束作为一个芯壶式热交换器的壶侧上的冷却剂，其中热交换器包含气体和液体部分，而且所述核心至少局部浸在液体部分中；(bb)从所述芯壶式热交换器的壶侧上的气体部分去除一个低阶段第二循环冷却流束；(cc)使所述第四冷却流束流过一芯壶式热交换器的核心，从而产生一个富含液体的流束；(dd)使所述低阶段第二循环冷却流束流过所述第四热交换段，从而产生一低阶段第二循环循环流束；(ee)压缩所述低阶段第二循环循环流束，从而产生一种压缩的低阶段第二循环循环流束；(ff)混合所述压缩的低阶段第二循环循环流束和高阶段第二循环循环流束，从而产生一种混合的高阶段第二循环流束；(gg)压缩所述混合的高阶段第二循环流束至一升高的压力，从而产生一种压缩的第二循环制冷剂流束；以及(hh)冷却所述压缩的第二循环制冷剂流束，从而产生步骤(u)的第二第二循环制冷剂流束。
23．根据权利要求22所述的方法，其特征在于，所述常规气态流束主要为甲烷，所述第一循环制冷剂流束主要为丙烷，而所述第二循环制冷剂流束主要为乙烯或乙烷。
24．根据权利要求22所述的方法，其特征在于，还包括在使所述混合的流束流过芯壶式热交换器中的所述核心之前使第四冷却的流束和一预冷的富含甲烷的气体流束混合的步骤。
25．根据权利要求22所述的方法，其特征在于，从由第一板片热交换段、第二板片热交换段以及第三板片热交换段构成的组中选出的两个或更多个热交换段包含在一个单独的铜镀铝板片热交换器中。
26．根据权利要求25所述的方法，其特征在于，第四板片热交换段和第五板片热交换段包含在一个单独的铜镀铝板片热交换器中。
27．根据权利要求22所述的方法，其特征在于，第四板片热交换段和第五板片热交换段包含在一个单独的铜镀铝板片热交换器中。
28．根据权利要求22所述的方法，其特征在于，用于步骤(hh)的至少一部分冷却通过使所述压缩的流束流过一个或多个从由第一板片热交换段、第二板片热交换段以及第三板片热交换段构成的组中选出的热交换段而提供，其中所述流束与所述一个或多个所述的冷却流束间接热交换并逆流。
29．根据权利要求28所述的方法，其特征在于，用于步骤(hh)的至少一部分冷却通过使所述压缩的流束流过一个第二核心而提供，其中所述核心位于步骤(j)的芯壶式热交换器中。
30．根据权利要求26所述的方法，其特征在于，用于步骤(hh)的至少一部分冷却通过使所述压缩的流束流过一个或多个从由第一板片热交换段、第二板片热交换段以及第三板片热交换段构成的组中选出的热交换段而提供，其中所述流束与所述一个或多个所述的冷却流束间接热交换并逆流。
31．根据权利要求30所述的方法，其特征在于，用于步骤(hh)的至少一部分冷却通过使所述压缩的流束流过一个第二核心而提供，其中所述核心位于步骤(j)的芯壶式热交换器的壶中。
32．一种设备，包括(a)一个压缩机；(b)一个冷凝器；(c)一个芯壶式(core-in-kettle)热交换器；(d)一个铜镀铝板片热交换段，包括两个入口和两个出口集管和一个核心，它们定位成可以提供流体的逆流；(e)至少一个冷却阶段，包括(ⅰ)一个铜镀铝板片热交换段，包括入口和出口集管和一个核心，提供与一第三流体流束逆流的第一和第二流体流束；(ⅱ)一个分隔装置；(ⅲ)一个减压装置；(ⅳ)多个导管，提供第一流束的出口集管和分隔装置之间、分隔装置和减压装置之间、减压装置和第三流束的入口集管之间、第三流束的出口集管和压缩机之间以及分隔装置和在下一个冷却阶段中的下游的板片热交换段中第一流束的入口集管或(d)的板片热交换段的一个入口集管之间流通；以及(ⅴ)将第二流束的出口集管连接到在下一个冷却阶段中的下游的板片热交换段中第二流束的入口集管或芯壶式热交换器中核心的入口上的一个导管；(f)一个减压装置；(g)一个将与所述板片热交换段的(ⅳ)的入口集管流通的(d)的板片热交换段的出口集管与(f)的减压装置和减压装置相连的导管；(h)一个保证(f)的减压装置和芯壶式热交换器的壶侧之间流通的装置；(i)一个将芯壶式热交换器的壶侧连接至(d)的板片热交换段上的剩余入口集管上的导管；(j)一个将(d)的板片热交换段上的剩余的出口集管连接到压缩机上的导管；(k)一个将所述压缩机上的所述出口连接到冷凝器上的导管；(l)一个将所述冷凝器连接到(e)的所述铜镀铝板片热交换段上的入口集管上的导管，其中所述集管与(ⅳ)的出口集管流通；(m)一个连接到初始冷却阶段的剩余入口集管上的导管；以及(n)一个连接到芯壶式热交换器中的核心出口端上的导管，其中所述导管通过壶壁。
33．根据权利要求32所述的设备，其特征在于，所述压缩机为碳氢压缩工作而设计。
34．根据权利要求32所述的设备，其特征在于，所述碳氢压缩工作用于乙烷、乙烯或丙烷的压缩。
35．一种用于冷却常规气态流束的设备，包括(a)一个两阶段的压缩机；(b)一个制冷剂冷凝器；(c)一个第一板片热交换器，包括(ⅰ)在空间上位于板片热交换器一端附近的第一和第二入口集管以及第三和第四出口集管；(ⅱ)在空间上位于上述(ⅰ)的相对端附近的第一和第二出口集管以及第三和第四入口集管；(ⅲ)一个包括至少四个导管的核心，其中导管分别将第一入口集管连到第一出口集管上，将第二入口集管连到第二出口集管上，将第三入口集管连到第三出口集管上，并将第四入口集管连到第四出口集管上；(d)一个第二板片热交换器，包括(ⅰ)在空间上位于板片热交换器一端附近的第一入口集管和第二出口集管；(ⅱ)在空间上位于上述(ⅰ)的相对端附近的第一出口集管和第二入口集管；(ⅲ)一个包括至少两个导管的核心，其中导管分别将第一入口集管连到第一出口集管上，将第二入口集管连到第二出口集管上；(e)一个第一流束分隔装置；(f)第一和第二减压装置；(g)一个芯壶式热交换器；(h)一个将压缩机上的高阶段出口连接到所述制冷剂冷凝器上的第一制冷剂导管；(i)一个将所述冷凝器连接到所述第一板片热交换器上的第一入口集管的第二制冷剂导管；(j)一个将所述板片热交换器中的第一出口集管连接到流束分隔装置上的第三制冷剂导管；(k)一个将所述流束分隔装置连接到第一减压装置上的第四制冷剂导管；(l)一个将所述第一减压装置连接到所述板片热交换器中的第三入口集管上的第五制冷剂导管；(m)一个将所述第一板片热交换器中的第三出口集管连接到制冷剂压缩机上的高阶段入口上的第六制冷剂导管；(n)一个将分隔装置连接到所述第二板片热交换器的第一入口集管上的第七制冷剂导管；(o)一个将所述第二板片热交换器中的出口集管连接到所述减压装置上的第八制冷剂导管；(p)一个在所述第二减压装置和芯壶式热交换器的壶侧之间提供流通的连接装置；(q)一个将芯壶式热交换器上的壶侧蒸汽出口连接到所述第二板片热交换器上的第二入口集管上的第九制冷剂导管；(r)一个将第二板片热交换器上的第二出口集管连接到所述第一板片热交换器上的第四入口集管上的第十制冷剂导管；(s)一个将所述第一板片热交换器中的第四出口集管连接到压缩机上的低阶段入口上的第十一制冷剂导管；(t)一个连接到所述第一板片热交换器上的第二入口集管上的第一导管；(u)一个将所述第一板片热交换器上的第二出口集管连接到所述芯壶式热交换器中的核心的入口段上的第二导管；(v)一个连接到所述芯壶式热交换器中的核心的出口段上并通过所述芯壶式热交换器的壶壁延伸的第三导管。
36．根据权利要求35所述的设备，其特征在于，还包括(w)一个位于所述第二导管中的混合装置；以及(x)一个连接到所述混合装置上的第一循环导管。
37．根据权利要求35所述的设备，其特征在于，所述两阶段的压缩机具有交互阶段的冷却。
38．根据权利要求35所述的设备，其特征在于，所述压缩机为碳氢压缩工作而设计。
39．根据权利要求35所述的设备，其特征在于，所述压缩机为丙烷、乙烷或乙烯工作而设计。
40．根据权利要求35所述的设备，其特征在于，所述压缩机为乙烷或乙烯工作而设计。
41．一种设备，包括(a)一个压缩机；(b)一个冷凝器；(d)一个芯壶式热交换器；(e)至少两个减压装置；(f)一个铜镀铝板片热交换器，包括(ⅰ)至少两个入口集管和至少一个出口集管，位于板片热交换器一段或其附近彼此接近；(ⅱ)至少一个入口集管和至少一个出口集管，位于上述(ⅰ)中的相对端或其附近彼此接近；(ⅲ)至少一个中间入口集管和至少一个中间出口集管，其中所述集管沿交换器位于(ⅰ)和(ⅱ)的集管之间；以及(ⅳ)一个核心，包括(aa)至少一个流动通道，连接一个所述(ⅰ)的入口集管、一个(ⅱ)的出口集管和至少一个(ⅲ)的中间出口集管；(bb)至少一个位于(ⅱ)的一个入口集管和或者(ⅲ)的一个中间出口集管或者(ⅰ)的一个出口集管之间的流动通道；(cc)至少一个位于所述一个(ⅲ)的中间入口集管和至少一个(ⅰ)的出口集管之间的流动通道；以及(dd)至少一个位于(ⅰ)的入口集管和或者一个(ⅲ)的中间出口集管或者一个(ⅱ)的出口集管之间的流动通道；(f)将压缩机连接到冷凝器上的导管；(g)将冷凝器连接到与至少一个(ⅲ)的中间出口集管流通的所述(ⅰ)的入口集管上的导管；(h)将每个与用于(g)中的入口集管流通的中间出口集管连接到一个减压装置上并将每个减压装置连接到一个中间入口集管上的导管；(I)将(ⅰ)的出口集管和(bb)的集管连接到压缩机上的导管；(j)将与中间出口集管流通的(ⅱ)的出口集管连接到一个减压装置上的导管；(k)一个确保(j)的减压装置和芯壶式热交换器的壶侧之间流通的装置；(l)将芯壶式热交换器的所述壶侧连接到用于(bb)中的一个所述入口集管上的导管；(m)连接到一个(ⅰ)的所述剩余的入口集管上的导管；(n)将与(m)的导管流通的(dd)的出口集管或(dd)的中间出口集管连接到芯壶式热交换器中的核心上的导管；(o)连接到芯壶式热交换器的核心的出口段上的导管，其中所述导管伸出壶外。
42．根据权利要求41所述的设备，其特征在于，所述压缩机为碳氢压缩工作而设计。
43．根据权利要求41所述的设备，其特征在于，所述碳氢压缩服务用于乙烷、乙烯或丙烷的压缩。
44．根据权利要求41所述的设备，其特征在于，还包括(p)一个或多个另外的中间出口集管，位于(ⅲ)的中间集管和(ⅱ)的出口集管之间，其中所述集管连接到(aa)的通道上；(q)一个或多个另外的中间入口集管，每个这种集管位于板片热交换器上与一个(p)的中间出口集管接近；(r)一个导管、减压装置和提供每个(p)和(q)的集管之间流通的导管，它们在空间上彼此接近；(s)对于(q)的每个中间入口集管，一个出口集管接近(ⅰ)的集管或一个中间出口集管沿所述板片热交换器位于(ⅰ)的集管和所述(q)的中间入口集管之间；以及(t)一个核心，还包括一个将每个这种(q)的中间入口集管连接到(s)的对应的中间出口集管上的通道，其中(I)的导管还包括必须将(s)的出口集管连接到压缩机上的这种导管。
45．根据权利要求44所述的设备，其特征在于，所述压缩机为碳氢压缩工作而设计。
46．根据权利要求45所述的设备，其特征在于，所述碳氢压缩工作用于乙烷、乙烯或丙烷的压缩。
47．一种设备，包括(a)一个两阶段的压缩机；(b)一个冷凝器；(c)一个铜镀铝板片热交换器，包括(ⅰ)在空间上位于板片热交换器一端附近彼此接近的第一和第二入口集管以及第三和第四出口集管；(ⅱ)在空间上位于上述(ⅰ)的相对端彼此接近的第二出口集管以及第四入口集管；(ⅲ)位于所述板片热交换器上的所述(ⅰ)和(ⅱ)的集管之间的第一中间集管、第二中间集管和第三中间集管；以及(ⅳ)一个位于板片热交换器中的核心，包括至少一个连接第一入口集管和第一中间集管的热交换导管，至少一个将第二入口集管连接到第二中间集管和第二出口集管上的热交换导管，至少一个将第三中间集管连接到第三出口集管上的热交换导管，以及至少一个将第四入口集管连接到第四出口集管上的热交换导管；(d)一个第一减压装置；(e)一个第二减压装置；(f)一个芯壶式热交换器；(g)一个将压缩机上的高阶段出口连接到所述制冷剂冷凝器上的第一制冷剂导管；(h)一个将所述冷凝器连接到所述板片热交换器上的第二入口集管的第二制冷剂导管；(i)一个将第二中间集管连接到第一减压装置上的第三制冷剂导管；(j)一个将减压装置连接到第三中间集管上的第四制冷剂导管；(k)一个将第三出口集管连接到压缩机上的第二阶段入口上的第五制冷剂导管；(l)一个将所述第二出口集管连接到第二减压装置上的第六制冷剂导管；(m)一个确保(l)的减压装置和芯壶式热交换器的壶侧之间流通的装置；(n)一个连接芯壶式热交换器上的壶侧蒸汽出口和第四入口集管的第七制冷剂导管；(o)一个连接第四出口集管和压缩机上的第一阶段入口的第八制冷剂导管；(p)一个连接到第一入口集管上的导管；(q)一个将第一中间集管连接到芯壶式热交换器中的核心入口端上的导管；(r)一个连接到心壶中的核心出口端上的导管。
48．根据权利要求47所述的设备，其特征在于，还包括(s)一个位于第一中间集管和芯壶式热交换器之间的所述导管中的混合装置；以及(b)连接到所述混合装置上的第一循环导管。
49．根据权利要求42所述的设备，其特征在于，所述压缩机具有交互阶段的冷却。
50．根据权利要求42所述的设备，其特征在于，所述压缩机为碳氢压缩工作而设计。
51．根据权利要求47所述的设备，其特征在于，所述压缩机为丙烷、乙烯或乙烷压缩工作而设计。
52．根据权利要求47所述的设备，其特征在于，所述压缩机为乙烯或乙烷压缩工作而设计。
53．一种设备，包括(a)一个两阶段的压缩机；(b)一个冷凝器；(c)一个铜镀铝板片热交换器，包括(ⅰ)位于板片热交换器一端附近彼此接近的第一和第二入口集管以及第三和第四出口集管；(ⅱ)位于上述(ⅰ)的相对端彼此接近的第一和第二出口集管以及第四入口集管；(ⅲ)第二中间集管和第三中间集管，其中所述集管位于所述板片热交换器上的(ⅰ)和(ⅱ)的集管之间；以及(ⅳ)一个位于板片热交换器中的核心，包括至少一个连接第一入口集管和第一出口集管的热交换导管，至少一个将第二入口集管连接到第二中间集管和第二出口集管上的热交换导管，至少一个将第三中间集管连接到第三出口集管上的热交换导管，以及至少一个将第四入口集管连接到第四出口集管上的热交换导管；(d)一个第一减压装置；(e)一个第二减压装置；(f)一个芯壶式热交换器；(g)一个将压缩机上的高阶段出口连接到所述制冷剂冷凝器上的第一制冷剂导管；(h)一个将所述冷凝器连接到所述板片热交换器上的第二入口集管上的第二制冷剂导管；(I)一个将第二中间集管连接到第一减压装置上的第三制冷剂导管；(j)一个将减压装置连接到第三中间集管上的第四制冷剂导管；(k)一个将第三出口集管连接到压缩机上的第二阶段入口上的第五制冷剂导管；(l)一个将第二出口集管连接到第二减压装置上的第六制冷剂导管；(m)一个确保(k)的减压装置和芯壶式热交换器的壶侧之间流通的装置；(n)一个连接芯壶式热交换器的上壶侧蒸汽出口和第四入口集管的第七制冷剂导管；(o)一个连接第四出口集管和压缩机上的第一阶段入口的第八制冷剂导管；(p)一个连接到第一入口集管上的导管；(q)一个将第一出口集管连接到芯壶式热交换器中的核心入口端上的导管；(r)一个连接到芯壶式热交换器中的核心出口端上的导管。
54．根据权利要求53所述的设备，其特征在于，还包括(s)一个位于第一出口集管和芯壶式热交换器之间的所述导管中的混合装置；以及(t)一个连接到所述混合装置上的第一循环导管。
55．根据权利要求53所述的设备，其特征在于，所述压缩机是一个具有交互阶段冷却的两阶段压缩机。
56．根据权利要求53所述的设备，其特征在于，所述压缩机为碳氢压缩工作而设计。
57．根据权利要求53所述的设备，其特征在于，所述压缩机用于乙烯或乙烷压缩工作。
58．一种设备，包括(a)一个三阶段的压缩机；(b)一个冷凝器；(c)一个铜镀铝板片热交换器，包括(ⅰ)位于板片热交换器一端附近彼此接近的第一、第二和第三流束入口集管以及第四流束出口集管；(ⅱ)位于上述(ⅰ)的相对端彼此接近的第三流束出口集管以及第六流束入口集管；(ⅲ)在空间上沿交换器位于(ⅰ)和(ⅱ)的集管之间并在空间上彼此接近的第三、第四和第五流束中间集管；(ⅳ)在空间上沿交换器位于(ⅲ)的集管和(ⅱ)的集管之间的第一、第二、第三、第五和第六流束中间集管；以及(ⅴ)一个位于板片热交换器中的核心，包括至少一个连接(ⅳ)的第一流束入口集管和第一流束中间集管的热交换导管，至少一个将第二流束入口集管连接到(ⅳ)的第二流束中间集管上的热交换导管，至少一个连接第三流束入口集管、(ⅲ)的第三流束中间集管、(ⅳ)的第三流束中间集管和第三出口集管的热交换导管，至少一个将第四流束中间集管连接到第四流束出口集管上的热交换导管，至少一个将(ⅳ)的第五流束中间集管连接到(ⅲ)的第五流束中间集管上的热交换导管，以及至少一个将第六流束入口集管连接到(ⅳ)的第六流束中间集管上的热交换导管；(d)第一、第二和第三减压装置；(e)一个芯壶式热交换器，其中所述热交换器包含一第一核心和一第二核心；(g)一个将压缩机上的高阶段出口连接到所述制冷剂冷凝器上的第一制冷剂导管；(h)一个将所述冷凝器连接到所述板片热交换器上的第三流束入口集管上的第二制冷剂导管；(ⅰ)一个将(ⅲ)的第三流束中间集管连接到第一减压装置上的第三制冷剂导管；(j)一个将减压装置连接到(ⅲ)的第四流束中间集管上的第四制冷剂导管；(k)一个将第四流束出口集管连接到压缩机上的第三阶段入口上的第五制冷剂导管；(l)一个将(ⅳ)的第三流束中间集管连接到第二减压装置上的第六制冷剂导管；(m)一个将减压装置连接到(ⅳ)的第五流束中间集管上的第七制冷剂导管；(n)一个将(ⅲ)的第五流束中间集管连接到压缩机上的第二阶段入口上的第八制冷剂导管；(o)一个将所述第三流束出口集管连接到第三减压装置上的第九制冷剂导管；(p)一个确保(o)的减压装置和芯壶式热交换器的壶侧之间流通的装置；(q)一个连接芯壶式热交换器上的壶侧蒸汽出口和第六流束入口集管的第十制冷剂导管；(r)一个将(ⅳ)的第六流束中间集管连接到压缩机上的第一阶段入口上的第十一制冷剂导管；(s)一个连接到所述第一入口集管上的导管；(t)一个将(ⅳ)的第一中间集管连接到芯壶式热交换器中的第一核心入口上的导管；(u)一个连接到芯壶式热交换器中的第一核心出口端上的导管；(v)一个连接到第二入口集管上的导管；(w)一个连接(ⅳ)的第二中间集管和芯壶式热交换器中的第二核心入口的导管；(x)一个连接到芯壶式热交换器中的第二核心出口端上的导管。
59．根据权利要求58所述的设备，其特征在于，所述压缩机为碳氢压缩工作而设计。
60．根据权利要求58所述的设备，其特征在于，所述压缩机为丙烷工作而设计。
全文摘要
本发明的方法和设备用于小规模液化天然气。本发明提供了一种用于液化常规气态物质、主要是天然气的方法和设备,同现有技术相比,本发明可以减少所需的处理容器(34,58)的数量以及相应的空间要求,并且只略微减小处理效率。
文档编号F25J1/02GK1323386SQ99811998
公开日2001年11月21日 申请日期1999年10月18日 优先权日1998年10月23日
发明者威廉·R·洛, 邓恩·M·贝利 申请人:菲利浦石油公司