Способ и устройство для охлаждения углеводородного потока
Способ охлаждения углеводородного потока, такого как поток природного газа, включает, по меньшей мере, следующие стадии: (а) осуществление теплообмена углеводородного потока (10) с потоком (20) первого хладагента, в результате чего образуются охлажденный углеводородный поток (30) и, по крайней мере, частично испаренный поток (40) хладагента; (b) сжатие, по крайней мере, частично испаренного потока (40) хладагента с использованием одного или более компрессоров (14, 16, 18), в результате чего образуется поток (50, 60, 70) сжатого хладагента; (с) охлаждение потока (50, 60, 70) сжатого хладагента окружающей средой после одного или более сжатий, в результате чего образуется поток (70а) охлажденного сжатого хладагента; (d) расширение потока (70а) охлажденного сжатого хладагента с образованием расширенного потока (80) хладагента и (е) дополнительное охлаждение расширенного потока (80) хладагента, в результате чего получают, по крайней мере, частично конденсированный поток хладагента. Использование изобретения позволит увеличить эффективность охладительного процесса. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 3 ил., 1 табл.
Настоящее изобретение относится к способу и устройству для охлаждения (возможно включающего сжижение) углеводородного потока, в частности, но не исключительно, природного газа.
Известны несколько способов сжижения потока природного газа, в результате которых получают сжиженный природный газ (СПГ). Сжижение потока природного газа желательно по ряду причин. Например, природный газ можно хранить и транспортировать на большие расстояния легче в виде жидкости, чем в газообразной форме, поскольку жидкость занимает меньший объем и не требует хранения под высоким давлением.
В US 3763658 описаны охладительная система и способ сжижения сырьевого потока путем осуществления теплообмена сырьевого потока с двумя хладагентами. После использования второй хладагент сжимают на двух компрессорных стадиях. Но даже при применении промежуточного холодильника и холодильника на выходе необходимо пропустить хладагент через два пропановых теплообменника, прежде чем будет достигнута, по крайней мере, частичная конденсация перед фазовым сепаратором. Это требует значительной конденсирующей нагрузки в пропановых теплообменниках при расходе определенной части их охладительной способности на охлаждение других потоков.
Предметом изобретения является улучшение эффективности охладительного процесса и устройство. Другой целью изобретения является увеличение мощности процесса охлаждения углеводородов.
В одном из своих аспектов настоящее изобретение предлагает способ охлаждения углеводородного потока, такого как природный газ, который (способ) включает, по меньшей мере, следующие стадии:
(a) осуществление теплообмена углеводородного потока с потоком первого хладагента, в результате чего образуются охлажденный углеводородный поток и, по крайней мере, частично испаренный поток хладагента;
(b) сжатие, по крайней мере, частично испаренного потока хладагента с использованием одного или более компрессоров, в результате чего образуется поток сжатого хладагента;
(c) охлаждение потока сжатого хладагента окружающей средой после одного или более сжатий, в результате чего образуется поток охлажденного сжатого хладагента;
(d) динамическое расширение потока охлажденного сжатого хладагента со стадии (c) с образованием расширенного потока хладагента; и
(e) дополнительное охлаждение расширенного потока хладагента, в результате чего получают, по крайней мере, частично конденсированный поток хладагента.
В еще одном своем аспекте настоящее изобретение предлагает устройство для охлаждения углеводородного потока, например, природного газа, которое, по меньшей мере, включает:
- охлаждающую установку для охлаждения углеводородного потока потоком первого хладагента, в результате чего образуются охлажденный углеводородный поток и поток, по крайней мере, частично испаренного хладагента;
- один или более компрессоров для сжатия потока, по крайней мере, частично испаренного хладагента;
- один или более воздушных холодильников для охлаждения сжатого хладагента окружающей средой после одного или более сжатий с помощью компрессоров;
- один или более динамических детандеров для расширения охлажденного и сжатого газообразного потока с образованием потока расширенного хладагента;
- установку охлаждения хладагента для дополнительного охлаждения потока расширенного хладагента, в результате чего образуется поток, по крайней мере, частично конденсированного хладагента;
причем между одним или более воздушными холодильниками и одним или более динамическими детандерами отсутствуют какие-либо дополнительные средства рабочего теплообмена.
Варианты осуществления настоящего изобретения далее будут описаны только с помощью примера со ссылками на прилагаемые не ограничивающие изобретения чертежи, из которых:
фиг.1 - первая общая схема процесса охлаждения согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения;
фиг.2 - кривая зависимости Р-Н для циркуляции потока хладагента, показанного на схеме фиг.1; и
фиг.3 - вторая общая схема процесса сжижения согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения.
Для целей настоящего описания, той или иной линии, а также потоку, переносимому в этой линии, присваивается один и тот же ссылочный номер. Аналогичные компоненты обозначаются одними и теми же ссылочными номерами.
Описаны способы и устройства, в которых углеводородный поток охлаждается потоком хладагента, который после этого сжимают, охлаждают окружающей средой, динамически расширяют перед последующим охлаждением и затем вновь охлаждают и, возможно, возвращают в поток хладагента, которым охлаждают углеводородный поток.
Одним из преимуществ настоящего изобретения является то, что путем охлаждения с последующим расширением потока хладагента, по крайней мере, некоторая часть потока хладагента частично конденсируется, в результате чего какая-либо необходимость в дополнительном охлаждении хладагента (перед его повторным использованием) снижается.
Динамическое расширение охлажденного окружающей средой и сжатого хладагента перед его последующим охлаждением отбирает количество работы от охлажденного окружающей средой и сжатого потока хладагента, уменьшая тем самым энтальпию, характеризующую охлажденный окружающей средой и сжатый поток хладагента, и тепло, которое должно быть отобрано при каком-либо последующем охлаждении потока хладагента. Это способствует снижению тепловой нагрузки на какой-либо другой хладагент, теплообменник и другой способ, который используют для дополнительного охлаждения предыдущего потока хладагента. Напротив, при расширении через клапан и т.п., как правило, никакой работы не отбирается и, следовательно, энтальпия не изменяется.
Если планируемая доступная холодопроизводительность при последующем охлаждении не уменьшается в действительности на тот же объем, на какой понизилась требуемая производительность, создаваемый таким образом избыток производительности позволяет при последующем охлаждении охлаждать большее количество хладагента, чем перед этим, благодаря чему может быть охлаждено большее количество углеводородного потока. Следовательно, описываемые здесь способы и устройства могут быть применены для повышения производительности процесса и устройства для охлаждения, например процесса сжижения природного газа.
В настоящем описании и формуле изобретения выражение «охлаждение» используется в тех случаях, когда понижение температуры происходит в результате теплообмена. Понижение температуры, обусловленное расширением, не рассматривается как охлаждение, так как при этом отсутствует обмен тепла с охладительной средой. В этом случае охлаждающей средой считается окружающая среда. Напротив, изменение температуры при расширении может иметь одну или более из следующих причин: (i) отбор количества работы; (ii) фазовое изменение; и (iii) так называемый эффект Джоуля-Томсона.
Описанные в заявке способы и устройства выгодны в особенности в тех случаях, когда последующее охлаждение потока хладагента каким-либо другим хладагентом, теплообменником или иным способом ограничено размером или производительностью охлаждающей способности.
Углеводородным потоком может быть любой подходящий газовый поток, предназначенный для обработки, получаемый из залежей природного газа или нефти. В альтернативном случае поток природного газа может быть также получен из какого-либо другого источника, в том числе и из искусственного источника, например процесса Фишера-Тропша.
Обычно природный газ в основном состоит из метана. Предпочтительно, чтобы сырьевой поток содержал не менее 60 мол.% метана и, более предпочтительно, по меньшей мере 80 мол.% метана.
В зависимости от источника природный газ может содержать разные количества углеводородов тяжелее метана, таких как этан, пропан, бутаны и пентаны, а также некоторое количество ароматических углеводородов. Поток природного газа может также содержать неуглеводородные соединения, такие как H2O, N2, CO2, H2S и другие соединения серы и т.п.
При желании содержащий природный газ углеводородный поток перед его применением может быть подвергнут предварительной обработке. Эта предварительная обработка может включать удаление нежелательных компонентов, таких как CO2 и H2S, или другие операции, например предварительное охлаждение, предварительное воздействие давлением и т.п. Поскольку эти операции специалистам хорошо известны, далее они обсуждаться не будут.
Углеводороды тяжелее метана обычно необходимо удалять из природного газа по нескольким причинам, таким как то, что они имеют разные температуры замерзания и сжижения, что может привести к закупорке частей установки сжижения. C2-4-углеводороды могут быть использованы в качестве источника сжиженного нефтяного газа (СНГ).
Выражение «углеводородный поток» включает композицию до какой-либо обработки, в том числе очистки, обезвоживания и/или мокрой очистки, а также композицию, которая уже была частично, в значительной степени или полностью обработана с целью уменьшения и/или удаления одного или более соединений или веществ, включая (но не ограничиваясь ими) серу, соединения серы, диоксид углерода, воду и С2+-углеводороды.
(Первый) хладагент из потока первого хладагента может быть индивидуальным компонентом, таким как пропан, или смешанным хладагентом, включающим два или более компонентов, выбранных из группы: азот, метан, этан, этилен, пропан, пропилен, бутаны и пентаны.
Компрессоры и детандеры для сжатия и расширения потока первого хладагента в уровне техники известны. Расширение потока первого хладагента является преимущественно изоэнтропийным (адиабатическим). Это максимизирует количество работы, отбираемое от потока хладагента, и вследствие этого максимально снижает заключенную в нем энтальпию.
Охлаждение углеводородного потока описанными в заявке способами может также в некоторых случаях включать сжижение углеводородного потока, в результате чего образуется сжиженный природный газ. Способы сжижения углеводородного потока в уровне техники известны, например способы, показанные в US 6370910 В1 и US 6389844 B1, и далее в заявке не описываются. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения охлаждение углеводородного потока на стадии (a) является стадией охлаждения в способе сжижения углеводородного потока, например природного газа. Углеводородный поток преимущественно подвергается операции первого, начального или предварительного охлаждения, после чего его дополнительно охлаждают согласно одному из описанных в заявке способов с целью сжижения углеводородного потока известным из уровня техники способом.
На фиг.1 показана общая схема для охлаждения углеводородного потока, такого как природный газ. На схеме показан углеводородный поток 10, содержащий природный газ, который (поток 10) мог быть предварительно обработан для отделения, по крайней мере, тяжелых углеводородов и примесей, таких как диоксид углерода, азот, гелий, вода, сера и соединения серы, включая, но не ограничиваясь ими, кислые газы.
Углеводородный поток 10 проходит стадию 12 охлаждения путем теплообмена, т.е. охлаждения поступающим потоком 20 первого хладагента, в результате чего образуется охлажденный углеводородный поток 30. Стадия 12 охлаждения может включать один или более теплообменников, которые могут располагаться параллельно, последовательно или и тем и другим способом, и может включать одну или более секций, ступеней или уровней, в частности уровней давления. В уровне техники известно множество вариантов расположения теплообменников для охлаждения углеводородных потоков.
Охлаждение, создаваемое на стадии 12 охлаждения, может создавать охлажденный углеводородный поток 30, который сжижается подобно сжижению природного газа.
Перед стадией 12 охлаждения углеводородный поток 10 может быть в некоторых случаях предварительно охлажден.
В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения на стадии 12 охлаждения образуется охлажденный углеводородный поток 30 с температурой ниже 0°C и, преимущественно, ниже -20°C. В тех случаях когда стадия 12 охлаждения включает в себя сжижение углеводородного потока, такого как природный газ, охлажденный углеводородный поток 30 может иметь температуру ниже -100°C, предпочтительно ниже -150°C.
На стадии охлаждения 12 происходит нагревание поступающего потока первого 20 хладагента таким образом, что создается, по крайней мере, частично испаренный поток 40 первого хладагента, который, как правило, полностью или в значительной степени испарен. Хладагентом, как уже указывалось выше, является преимущественно смешанный хладагент.
По крайней мере, частично испаренный поток 40 первого хладагента со стадии 12 охлаждения пропускают через первый компрессор 14, который сжимает хладагент известным в технике образом, в результате чего образуется первый сжатый поток 50 первого хладагента, который затем охлаждается одним или более известными в технике холодильниками. Такими холодильниками могут быть водные и/или воздушные холодильники, в качестве примера которых на фиг.1 показан первый холодильник 21. Первый охлажденный поток 50а первого сжатого хладагента поступает затем во второй компрессор 16, в результате чего образуется второй сжатый поток 60 первого хладагента, который вновь охлаждают известным в технике способом, представленным на фиг.1 вторым холодильником 22, в результате чего получают второй охлажденный сжатый поток 60а первого хладагента.
Как правило, поток хладагента после одной или более операций сжатия, таких как первые две, показанные на фиг.1, охлаждается далее и, по крайней мере, частично конденсируется без какого-либо дальнейшего изменения давления. Один из типичных примеров такого рода охлаждения показан в US 3763658 и включает в себя охлаждение каким-либо другим контуром или циклом хладагента, обычно при пропускании через другой теплообменник, например как часть стадии предварительного охлаждения известным в технике способом.
Однако, чтобы повлиять на обычную, по крайней мере, частичную конденсацию хладагента в сжатом состоянии, требуется значительная охлаждающая способность или мощность. Такая охлаждающая способность имеется при некоторых традиционных компоновках установок сжижения, особенно на крупномасштабных установках, но существует и много компоновок, которые не в состоянии обеспечить такую охлаждающую способность, чтобы, по крайней мере, частично сконденсировать хладагент, или которые в состоянии обеспечить такую охлаждающую способность лишь в некоторых ситуациях. Такие компоновки вероятно не способны сделать установку сжижения максимально эффективной или результативной.
Второй охлажденный сжатый поток 60а первого хладагента далее не охлаждают, вместо этого он поступает в третий компрессор 18, в результате чего образуется третий сжатый поток 70 первого хладагента, который после этого охлаждается, например, с помощью третьего холодильника 23, которым может быть воздушный или водяной холодильник, подобный холодильникам 21 и 22. Образовавшийся таким образом третий охлажденный сжатый поток 70а первого хладагента после этого подают в детандер 24. Детандер 24 создает динамически расширенный поток 80 хладагента при давлении, которое близко к давлению потока 60, перед последней стадией сжатия.
Преимущественно, ни один из разных потоков хладагента, полученных ниже по потоку от первого компрессора (например, компрессора 14) и до динамического расширения (например, потоков 50, 50а, 60, 60а и 70), не содержит какой-либо жидкой фазы (таким образом, потоки могут быть полностью в паровой фазе или, возможно, в сверхкритической фазе, которая не является ни паровой, ни жидкой фазой), в то время как динамически расширенный поток 80 хладагента, по крайней мере, частично конденсирован.
При расширении температура хладагента падает. Поскольку после этого хладагент имеет более низкую удельную энтальпию, то требуется (от какого-либо другого хладагента) меньше охлаждающей способности для дальнейшего охлаждения, в частности для конденсации или дополнительной конденсации хладагента до той степени, при которой он пригоден для использования, обычно для повторного использования, или рециркуляции, в теплообменнике.
Расширение третьего потока 70а охлажденного сжатого первого хладагента преимущественно заставляет первый хладагент пересекать линию его точки росы и, таким образом, создает поток, по крайней мере, частично конденсированного хладагента.
Как следует из фиг.1, дальнейшее охлаждение расширенного потока 80 хладагента проводится на стадии 26 охлаждения хладагента. Стадия 26 охлаждения хладагента может включать в себя один или более теплообменников, которые могут располагаться параллельно, последовательно или и тем и другим способом, причем варианты расположения теплообменников для обеспечения охлаждения потоков хладагента в технике известны.
Стадия 26 охлаждения хладагента может также обеспечивать охлаждение одной или более других линий, потоков или частей установки сжижения. Как правило, стадия 26 охлаждения хладагента включает в себя поток 90 второго хладагента, который поступает на стадию 26 охлаждения хладагента для охлаждения расширенного потока 80 хладагента и создания подогретого потока 90а второго хладагента.
В показанном на фиг.1 примере дополнительно охлажденный поток первого хладагента из теплообменника 26 хладагента полностью или в значительной степени сконденсирован и пригоден для рециркуляции в качестве потока 20 первого хладагента для поступления на стадию 12 охлаждения.
Далее настоящее изобретение иллюстрируется с помощью фиг.2, на которой приведен график зависимости давления (P) от энтальпии (H) для типичного многокомпонентного или «смесевого» углеводородного хладагента, пригодного для использования в качестве первого хладагента 20 на фиг.1.
На графике фиг.2 показаны линия точки росы (α) и линия температуры начала кипения (β) для смешанного хладагента, образующие в общих чертах участок (V) только паровой фазы, участок (L+V) жидкой и паровой фазы и участок (L) только жидкой фазы.
Начиная с точки А на фиг.2, где хладагент был использован и выведен со стадии своего охлаждения (по линии 40 на фиг.1), например, из криогенного теплообменника хладагент вначале сжимается вдоль линии АВ с помощью первого компрессора (первого компрессора 14), после чего он охлаждается (в первом холодильнике) вдоль линии ВС. Далее хладагент вновь сжимается во втором компрессоре 16 вдоль линии CD и вслед за этим охлаждается (во втором холодильнике 22) вдоль линии DE.
Обычно, как это показано в US 3763658, хладагент после этого дополнительно охлаждается и в значительной степени конденсируется (т.е. продолжая маршрут непосредственно вдоль линии E-I, показанной штриховой линией на фиг.2), как правило, в результате теплообмена с каким-либо другим хладагентом, например, однокомпонентного углеводородного хладагента, который подвергается испарению. При этом охлаждающая нагрузка, необходимая для охлаждения и конденсации хладагента между точкой Е и точкой I, помечена на фиг.2 как "у", является традиционной охлаждающей нагрузкой, необходимой для единичного процесса охлаждения.
Как предлагается в заявке, хладагент в точке Е дополнительно сжимается другим компрессором (таким, как третий компрессор 18 на фиг.1) вдоль линии E-F, вслед за чем он охлаждается от окружающей среды вдоль линии F-G известным в технике способом (третий холодильник 23) и затем расширяется вдоль линии G-H (например, с использованием динамического детандера 24). При таком динамическом расширении хладагент пересекает свою линию точки росы (α), в результате чего он, по крайней мере, частично конденсируется в точке Н. При достижении точки Н дополнительная охлаждающая нагрузка, необходимая для того, чтобы привести хладагент к тому же необходимому в точке I состоянию, помечена на фиг.2 как "x".
Ясно, что x меньше, чем у. Это означает, что нагрузка, переносимая на второй хладагент, является меньшей, что приведет к пониженному потреблению энергии или, альтернативно, к повышенной производительности при том же потреблении энергии.
От точки I хладагент расширяется до того, как он будет использован в теплообменнике в точке J, что приводит к его испарению до точки А известным в технике образом.
В целях полноты следует отметить, что штрихпунктирная линия 4 изображена на фиг.2 для схематичного представления взаимозависимости между Р и Н для первого хладагента при температуре после охлаждения окружающей средой (как в холодильниках 21, 22, 23 на фиг.3) в предположении, что после всех указанных стадий охлаждения температура одна и та же. По этой причине предполагается, что точки С, Е и G лежат на линии 4.
На фиг.3 показано использование второй схемы для настоящего изобретения на установке 2 сжижения. Как следует из фиг.3, углеводородный поток 10 вначале охлаждается на первой стадии 38 охлаждения, на которой охлажденный углеводородный поток 10а образуется при температуре ниже 0°C, преимущественно от -20°C до -50°C. Охлажденный углеводородный поток 10а после этого подается на вторую стадию охлаждения типа стадии 12 охлаждения, описанной выше для фиг.1, в результате чего образуется охлажденный углеводородный поток 30, который преимущественно является сжиженным углеводородным потоком, таким как сжиженный природный газ, и обычно он образуется при температуре ниже -100°C, преимущественно ниже -150°C.
В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения первая стадия 38 охлаждения является стадией предварительного охлаждения двухстадийной установки сжижения, а (вторая) стадия 12 охлаждения является стадией сжижения, включающей, как правило, один или более криогенных теплообменников. Один из примеров такой компоновки показан в ЕР 1088192 В1.
Аналогично тому, как указано на фиг.1, охлаждение на стадии 12 охлаждения обеспечивается поступающим потоком 20 первого хладагента (после осуществления его собственного охлаждения на стадии 12 охлаждения и расширения известным в технике способом), который нагревается путем теплообмена с предварительно охлажденным углеводородным потоком 10а, в результате чего образуется, по крайней мере, частично испаренный поток 40 первого хладагента.
По крайней мере, частично испаренный поток 40 первого хладагента пропускают через один или более компрессоров (представленных как компрессор 52 на фиг.3), которые сжимают первый хладагент известным в технике образом, в результате чего образуется сжатый поток 100 первого хладагента. После одного или более сжатий, предпочтительно после каждого сжатия, сжатый первый хладагент охлаждается одним или более известными в технике холодильниками. Такими холодильниками могут быть водные и/или воздушные холодильники, которые представлены на фиг.3 холодильником 54.
Настоящее изобретение может включать в себя любое число компрессоров и любое число холодильников, которые (числа) могут и не быть одинаковыми. Речь может идти о двух, трех, четырех или более компрессорах и/или холодильниках, возможно на один компрессор или холодильник больше, чем обычно используют для создания дополнительного сжатия и охлаждения перед показанной на фиг.2 стадией расширения. По желанию или при необходимости может быть обеспечен дополнительный теплообмен с помощью одного или более посткомпрессионных холодильников, например путем установки дополнительного теплообменного участка в каком-либо холодильнике для обеспечения достаточного объема охлаждения хладагенту перед расширением.
На фиг.3 перед тем как быть подвергнутым дальнейшему охлаждению охлажденный сжатый поток 100а первого хладагента из холодильника(ов) 54 поступает далее в детандер 24. Из детандера 24 выходит расширенный поток 80 первого хладагента, который затем охлаждается при прохождении первой стадии 38 охлаждения известным в технике образом, в результате чего образуется дополнительно охлажденный, возможно полностью сконденсированный, поток 110 первого хладагента перед стадией 12 охлаждения (на стадии 12 поток может быть еще более охлажден сам от себя и расширен, после чего он вновь становится пригодным в качестве входящего потока 20 первого хладагента).
Охлаждение на первой стадии 38 охлаждения может проводиться с помощью контура с третьим хладагентом, по которому проходит поток 120 третьего хладагента, обеспечивая охлаждение на первой стадии 38 охлаждения. Выходящий с этой стадии подогретый поток 130 третьего хладагента сжимается в компрессоре 34 с образованием сжатого потока 140 третьего хладагента, который после охлаждения в холодильнике 36 образует поток 120 третьего хладагента, пригодный для повторного использования. Компрессор 34 и холодильник 36 могут включать в себя один или более компрессоров или холодильников известным в технике образом. Третьим хладагентом может быть однокомпонентный хладагент, такой как пропан, или описанный выше смешанный хладагент.
Показанная на фиг.3 компоновка имеет особое преимущество в том случае, когда охлаждающая способность потока 120 третьего хладагента снижена и/или она может быть не достаточной для обеспечения полной охлаждающей способности, необходимой для, по крайней мере, частичной конденсации сжатого потока 100 первого хладагента и создания желаемой энергии холода в потоке 20 первого хладагента.
Причиной этого является то, что в показанной на фиг.3 компоновке некоторая часть охлаждающей способности или нагрузки, которую обычно необходимо подавать или получать от потока 120 третьего хладагента, создается или восполняется в результате расширения сжатого охлажденного потока 100а первого хладагента. Это дает ряд особых преимуществ.
Во-первых, работа, создаваемая при расширении первого хладагента в детандере 24, может быть использована для, по крайней мере, частичной подачи энергии компрессору типа компрессора 52, возможно путем непосредственной связи типа приводного вала 42 или с помощью зубчатой муфты. Эффективность достигается при использовании энергии для поддержки какого-либо другого блока.
Во-вторых, в показанной на фиг.3 компоновке некоторое количество охлаждающей нагрузки, необходимое для первого хладагента, переносится от потока 120 третьего хладагента (проходя через первую стадию 38 охлаждения) и направляется к одному или более холодильникам, представленным на фиг.3 холодильником 54. Это в некоторой степени уменьшает или «разгружает» охлаждающую емкость или нагрузку, необходимую для потока 120 третьего хладагента (для того, чтобы обеспечить тот же уровень или количество сконденсированного первого хладагента, который обеспечивается традиционно), позволяя тем самым охлаждающей способности потока 120 третьего хладагента обеспечивать большее охлаждение потока первого хладагента и/или углеводородного потока 10. Таким образом, либо поток 20 первого хладагента обладает большей охлаждающей способностью для второй стадии 12 охлаждения, которая, как правило, является главной стадией охлаждения установки сжижения, и/или охлажденный углеводородный поток 10а уже является более холодным до того, как он поступит на вторую стадию 12 охлаждения.
Предлагаемые в заявке способы могут снизить температуру потока 110 хладагента (и/или предварительно охлажденного углеводородного потока 10а) между первой стадией 38 охлаждения и стадией 12 охлаждения, и/или они могут увеличить количество сконденсированного материала в потоке 20 первого хладагента.
Альтернативным образом, в тех случаях, когда охлаждающая способность потока 120 третьего хладагента не достаточна для охлаждения и конденсации первого хладагента до желаемого уровня или количества перед его использованием на стадии 12 охлаждения, настоящее изобретение предлагает способ компенсации ограниченной имеющейся охлаждающей способности потока 120 третьего хладагента.
В приведенной ниже таблице показаны типичные давление, температура и фазовые составы из рабочего примера настоящего изобретения на основе компоновки, показанной на фиг.3.
| Линия | Давление (бар) | Температура (°C) | Фазовый состав |
| 10 | 72,65 | 45,50 | Пар |
| 10а | 71,40 | -31,22 | Пар |
| 30 | 65,90 | -150,86 | Жидкость |
| 110 | 46,00 | -31,22 | Пар/жидкость |
| 40 | 3,90 | -33,21 | Пар |
| 100 | 94,80 | 99,00 | Пар |
| 100а | 94,30 | 40,50 | Пар |
| 80 | 47,40 | 8,55 | Пар/жидкость |
Специалисту в данной области техники должно быть понятно, что настоящее изобретение может быть осуществлено множеством различных путей без выхода за пределы формулы изобретения.
1. Способ охлаждения углеводородного потока, такого как поток природного газа, который включает следующие стадии:
(a) осуществление теплообмена углеводородного потока с потоком первого хладагента, в результате чего образуются охлажденный углеводородный поток и, по крайней мере, частично испаренный поток хладагента;
(b) сжатие, по крайней мере, частично испаренного потока хладагента с использованием одного или более компрессоров, в результате чего образуется поток сжатого хладагента;
(c) охлаждение потока сжатого хладагента окружающей средой после одного или более сжатий, в результате чего образуется поток охлажденного сжатого хладагента;
(d) динамическое расширение потока охлажденного сжатого хладагента со стадии (с) с образованием расширенного потока хладагента; и
(e) дополнительное охлаждение расширенного потока хладагента, в результате чего получают, по крайней мере, частично конденсированный поток хладагента.
2. Способ по п.1, в котором частично конденсированный поток хладагента, образованный на стадии (е), рециркулируют на стадию (а) в качестве потока первого хладагента.
3. Способ по п.1, в котором расширенный поток дополнительно охлаждают на стадии (е) в результате теплообмена с потоком второго хладагента в теплообменнике.
4. Способ по п.1, в котором хладагент потока первого хладагента представляет собой смешанный хладагент, включающий два или более компонентов, выбранных из группы: азот, метан, этан, этилен, пропан, пропилен, бутаны и пентаны.
5. Способ по п.1, в котором расширенный поток хладагента является, по крайней мере, частично жидким после расширения охлажденного потока сжатого хладагента на стадии (d).
6. Способ по п.1, в котором стадия (b) включает два или более компрессоров, преимущественно два, три или четыре компрессора.
7. Способ по п.1, в котором охлаждение углеводородного потока на стадии (а) включает операцию охлаждения в способе сжижения углеводородного потока, такого как природный газ.
8. Способ по п.1, в котором потоки хладагента, полученные ниже по потоку от первого компрессора в одном или более компрессоров стадии (b) и до динамического расширения на стадии (d), не содержат жидкой фазы.
9. Способ по п.1, в котором динамическое расширение потока охлажденного сжатого хладагента на стадии (d) проводят перед дополнительным его охлаждением.
10. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором углеводородный поток сжижают на стадии (а) преимущественно как сжиженный природный газ.
11. Устройство для охлаждения углеводородного потока, которое, по меньшей мере, включает:
- охлаждающую установку для охлаждения углеводородного потока потоком первого хладагента с образованием охлажденного углеводородного потока и потока, по крайней мере, частично испаренного хладагента;
- один или более компрессоров для сжатия потока, по крайней мере, частично испаренного хладагента;
- один или более воздушных холодильников для охлаждения сжатого хладагента окружающей средой после одного или более сжатий с помощью компрессоров;
- один или более динамических детандеров для расширения охлажденного и сжатого потока с образованием потока расширенного хладагента;
- установку охлаждения хладагента для дополнительного охлаждения потока расширенного хладагента с образованием потока, по крайней мере, частично конденсированного хладагента;
причем между одним или более воздушными холодильниками и одним или более динамическими детандерами отсутствуют какие-либо дополнительные средства рабочего теплообмена.
12. Устройство по п.11, в котором установка охлаждения хладагента включает поток второго хладагента, обеспечивающий охлаждение расширенного потока хладагента.
13. Устройство по п.11, в котором охлажденный и сжатый поток является охлажденным сжатым газообразным потоком.
14. Устройство по п.11, в котором потоки сжатого хладагента, полученные ниже по потоку от первого компрессора в одном или более компрессоров и перед одним или более динамических детандеров, не содержат жидкой фазы.
15. Устройство по п.11, в котором хладагент потока первого хладагента представляет собой смешанный хладагент, включающий два или более компонентов, выбранных из группы: азот, метан, этан, этилен, пропан, пропилен, бутаны и пентаны.
