Способ и устройство для охлаждения и/или ожижения углеводородного потока
Предложен поток холодильного агента (10) при давлении холодильного агента, который пропускают по меньшей мере через три теплообменных этапа (12, 14, 16, 18), работающих при различных уровнях давления. Углеводородный поток (20) пропускают по меньшей мере через два этапа теплообмена, чтобы получить охлажденный углеводородный поток (30). Часть потока холодильного агента (10) расширяется и испаряется на каждом этапе теплообмена (12, 14, 16, 18) до другого давления, с получением первого потока (40) испарившегося холодильного агента при первом давлении выпаривания, и по меньшей мере двух других потоков (50, 60, 70) испарившегося холодильного агента при давлении выпаривания ниже, чем первое давление выпаривания. Первый поток (40) испарившегося холодильного агента подвергают сжатию на стадии (22) компримирования с наивысшим давлением компрессора, с получением по меньшей мере части потока (10) холодильного агента при давлении холодильного агента, а другие потоки (50, 60, 70) испарившегося холодильного агента подвергают сжатию по меньшей мере на двух параллельных стадиях (24, 26, 28) компримирования с пониженным давлением с получением двух или больше частично сжатых потоков холодильного агента (50a, 63a, 70a), причем все частично сжатые потоки холодильного агента (50a, 60a, 70a) пропускают через стадию (22) компримирования с наивысшим давлением. Использование изобретения позволит повысить технологическую гибкость при согласовании общего рабочего цикла охлаждения в зависимости от требуемого режима компрессора. 4 н. и 14 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл.
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к способу и устройству для охлаждения углеводородного потока. В ином аспекте, настоящее изобретение относится к способу сжижения углеводородного потока.
Общеизвестным примером углеводородного потока, подлежащего охлаждению и/или сжижению, является природный газ.
Уровень техники
Известны несколько способов сжижения потока природного газ, посредством которых получают сжиженный природный газ (СПГ). Ожижение потока природного газа желательно по целому ряду причин. В качестве примера отметим, что природный газ можно хранить и транспортировать на дальние расстояния с меньшими затратами, когда он находится в жидкой фазе, чем когда он находится в газообразной фазе, поскольку он занимает меньший объем и не требует специальных условий хранения при высоком давлении.
Природный газ может быть сжижен с помощью сжатого холодильного агента. В патенте США №6962060 описана компрессорная установка для многостадийного охлаждения СПГ, содержащая первый и второй компрессоры холодильного агента, при этом каждый имеет первую и вторую ступени, а также систему трубопроводов для объединения выхода от вторых ступеней первого и второго компрессоров с целью получения сжатого газа. Однако в связи с необходимостью объединения потоков, выходящих под высоким давлением из двух вторых стадий первого и второго компрессоров, требуется, чтобы эти два выходных потока находились при одинаковых значениях давления, расхода и так далее, с целью предотвращения противодавления и возможной пульсации потока. В этом проявляется недостаток такой системы, выражающийся в ограничении степени варьирования, допускаемой между двумя выходными потоками, с целью устранения проблем при объединении потоков. Компрессоры холодильного агента, как правило, работают при различных значениях давления на выходе, например, для того, чтобы избежать временной пульсации потока газа в одном компрессоре, как известно из уровня техники, однако высокое давление этих двух выходных потоков чрезвычайно затрудняет согласование различных значений давления на выходах компрессоров, как и поддержание определенной величины расхода ниже по потоку, без каких-либо нарушений, которые также ведут к дополнительным осложнениям на участках выше по потоку и/или ниже по потоку от компрессоров.
Кроме того, в патенте США №6962060 представлена только одна схема компоновки первого и второго компрессоров, имеющих первую и вторую спупени. Здесь отсутствует технологическая гибкость, обеспечивающая систему компрессии для других схем охлаждения.
Раскрытие изобретения
В настоящем изобретении разработан способ охлаждения углеводородного потока, такого как поток природного газа, включающий, по меньшей мере, следующие этапы:
(a) подача потока холодильного агента при значении давления холодильного агента;
(b) пропускание потока холодильного агента, по меньшей мере, через три этапа теплообмена, работающих при различных уровнях давления;
(c) пропускание углеводородного потока, по меньшей мере, через две стадии теплообмена этапа (b), тем самым постепенно снижая температуру углеводородного потока с получением охлажденного углеводородного потока;
(d) расширение и испарение части потока холодильного агента на каждом этапе теплообмена до другого давления, с получением первого потока испаренного холодильного агента при первом давлении испарения, и, по меньшей мере, двух других потоков испаренного холодильного агента при давлении испарения ниже, чем первое давление испарения;
(e) сжатие первого потока испарившегося холодильного агента на ступени компрессора наивысшего давления, в едином корпусе компрессора, до давления холодильного агента, с получением, по меньшей мере, части потока холодильного агента при давлении холодильного агента этапа (a);
(f) сжатие других потоков испарившегося холодильного агента, по меньшей мере, на двух параллельных ступенях компрессора при более низком давлении, с получением двух или больше частично сжатых потоков холодильного агента; и
(g) пропускание всех частично сжатых потоков холодильного агента через упомянутую ступень компрессора наивысшего давления этапа (e).
Настоящее изобретение дополнительно обеспечивает способ сжижения углеводородного потока с получением сжиженного углеводородного потока, включающий охлаждение углеводородного потока в соответствии со способом, указанным выше, или с использованием устройства, описанного ниже.
Настоящее изобретение дополнительно обеспечивает устройство для охлаждения углеводородного потока, такого как природный газ, по меньшей мере, включающее:
- трубопровод для потока холодильного агента при давлении холодильного агента;
- по меньшей мере, три теплообменника, содержащие средства для понижения давления с целью функционирования этапов теплообмена при различных уровнях давления;
- средства для пропускания потока холодильного агента, по меньшей мере, через три теплообменника;
- средства для пропускания углеводородного потока, по меньшей мере, через два этапа теплообмена с получением охлажденного углеводородного потока;
- трубопровод для первого потока испарившегося холодильного агента при первом давлении испарения;
- трубопроводы для по меньшей мере, двух других выпаренных потоков при давлении испарения ниже, чем первое давление испарения;
- ступень компрессора наивысшего давления, в едином корпусе компрессора, для сжатия первого потока испарившегося холодильного агента, с получением, по меньшей мере, части потока холодильного агента при давлении холодильного агента;
- по меньшей мере, две параллельные спупени компрессора пониженного давления для сжатия других потоков испарившегося холодильного агента, с получением одного или нескольких частично сжатых потоков холодильного агента; и
- канал для пропускания всех частично сжатых потоков холодильного агента через ступень компрессора наивысшего давления в упомянутом едином корпусе компрессора.
Краткое описание чертежей
Варианты осуществления настоящего изобретения теперь будут рассмотрены только в качестве примеров, со ссылками на прилагаемые чертежи, не ограничивающие изобретение, в которых:
фигура 1 представляет собой первую схему процесса охлаждения углеводорода в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения; и
фигура 2 представляет собой вторую схему процесса охлаждения углеводорода в соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения.
Для целей данного описания один и тот же номер ссылки присвоен и трубопроводу, и переносимому им потоку. Одни и те же номера ссылок относятся к одинаковым компонентам.
Варианты осуществления настоящего изобретения обеспечивают усовершенствованный способ охлаждения углеводородного потока, такого как природный газ, причем этот способ обладает большей технологической гибкостью в отношении схем компоновки компрессоров холодильного агента.
В настоящем изобретении предложен способ охлаждения углеводородного потока с использованием выхода холодильного агента от единого компрессора при определенном давлении холодильного агента из ступени компрессора наивысшего давления компрессора (компрессоров) холодильного агента. Другими словами, ступень компрессора наивысшего давления расположена в едином корпусе для компрессоров (возможно вместе с одной или несколькими более слабыми ступенями компрессора в одном и том же компрессорном блоке).
Одно преимущество такой конструкции заключается в том, что здесь не требуется никакого согласования давлений потоков, выходящих из разных компрессоров при давлении холодильного агента. Это дает дополнительное преимущество, состоящее в увеличении допускаемого варьирования величин выхода из стадий или этапов компрессии потока пониженного давления. Поэтому может иметь место большая степень варьирования компрессора, которая может потребоваться, чтобы избежать пульсации при пониженном давлении таких выходных потоков.
Другое преимущество настоящего изобретения состоит в том, что для его реализации требуются незначительные (или совсем не требуются) дополнительные капитальные или текущие затраты для создания новой схемы потоков, требуемых настоящим изобретением и соответствующих варианту его осуществления, изображенному на прилагаемой фигуре 1, описание которой следует ниже, и взято из известных схем компоновки предшествующего уровня техники, таких как представленные в патенте США №6962060.
За счет простого переключения взаимосвязей между выпаренными и частично сжатыми потоками и ступенями компрессора, может быть достигнута большая технологическая гибкость при согласовании общего рабочего цикла охлаждения, обеспечиваемого потоком холодильного агента на этапах теплообмена в зависимости от требуемого режима компрессора.
На фигуре 1 показана первая общая схема 1 процесса охлаждения углеводорода, в основном включающая в себя охлаждение углеводородного потока 20, такого как природный газ.
Этот углеводородный поток может быть любым подходящим потоком газа, подлежащего охлаждению, но обычно представляет собой поток природного газа, получаемый из пластовых коллекторов природного газа или нефти. Альтернативно такой поток природного газа можно также получать из другого источника, в том числе из синтетического источника, такого как процесс Фишера-Тропша.
Обычно поток природного газа состоит главным образом из метана. Предпочтительно поток углеводородного сырья содержит, по меньшей мере, 50 мол.% метана, более предпочтительно, по меньшей мере, 80 мол.% метана. В зависимости от источника природный газ может содержать различные количества углеводородов более тяжелых, чем метан, такие как этан, пропан, бутаны и пентаны, а также некоторые ароматические углеводороды. Состав изменяется в зависимости от типа и месторождения газа. Углеводороды более тяжелые, чем метан, в большинстве случаев приходится отделять от природного газа по нескольким причинам, например, как имеющие различные значения температуры замерзания или температуры сжижения, которые могут вызывать блокировку узлов установки для сжижения метана. Углеводороды C2-4 можно использовать в качестве источника жидкого природного газа.
Кроме того, поток природного газа может содержать вещества, не являющиеся углеводородами, такие как H2O, N2, CO2, Hg, H2S и другие сернистые соединения.
При желании, углеводородный поток, содержащий природный газ, можно подвергать предварительной обработке до использования или как части процесса охлаждения углеводорода, или отдельно. Такая предварительная обработка может включать в себя уменьшение содержания и/или удаление веществ, не являющихся углеводородами, таких как CO2 и H2S, или введение других этапов, таких как предварительное охлаждение, предварительное создание повышенного давления. Поскольку эти этапы хорошо известны специалисту в данной области техники, то механизм процессов здесь дополнительно не обсуждаются.
Предпочтительно, углеводородный поток, используемый в настоящем изобретении, подвергается, по меньшей мере, минимальной предварительной обработке, требуемой для последующего сжижения этого углеводородного потока. Такое требование для сжижения природного газа известно из уровня техники.
Поток холодильного агента, используемый в настоящем изобретении, может состоять из одного компонента, такого как пропан или азот, или может быть комбинированным холодильным агентом, составленным из смеси двух или большего числа компонентов, выбранных из группы, содержащей: азот, метан, этан, этилен, пропан, пропилеи, бутаны, пентаны и так далее.
Настоящее изобретение может включать многостадийный процесс охлаждения (или может быть его частью), содержащий две или большее число стадий охлаждения, причем каждая стадия имеет один или несколько этапов, частей, и так далее. Например, каждая стадия охлаждения может включать в себя от одного до пяти этапов теплообмена. Первая стадия охлаждения могла бы понижать температуру углеводородного потока до значения ниже 0°C, обычно в диапазоне от -20°C до -160°C, но более обычно от -20°C до -70°C. Такую первую стадию охлаждения иногда также называют стадией «предварительного охлаждения».
Любая вторая стадия охлаждения обычно размещается отдельно от первой стадии охлаждения. То есть эта вторая стадия охлаждения содержит один или несколько отдельных этапов теплообмена с использованием второго холодильного агента, циркулирующего во втором контуре холодильного агента, несмотря на то, что холодильный агент второго потока холодильного агента может также пропускаться через один или несколько этапов теплообмена первой стадии охлаждения. Такую вторую стадию охлаждения иногда также называют стадией «основного охлаждения».
В прилагаемых чертежах на фигуре 1 показан углеводородный поток 20, пропускаемый через четыре соединенных последовательно этапов теплообмена, включающих первый этап теплообмена 12, второй этап теплообмена 14, третий этап теплообмена 16 и четвертый этап теплообмена 18. Каждый из этапов теплообмена 12, 14, 16, 18 может содержать один или несколько теплообменников, при этом многочисленные теплообменники работают последовательно, параллельно или в комбинации друг с другом.
В типичном случае, на каждом из этапов теплообмена 12, 14, 16, 18 имеется единственный теплообменник, такой как котел или ребристо-пластинчатый теплообменник, известный из уровня техники. Схемы компоновки серии котлов или ребристо-пластинчатых теплообменников известны из уровня техники.
Обычно каждый из этапов теплообмена 12, 14, 16, 18 постепенно понижает температуру углеводородного потока 20 с получением из него охлажденного углеводородного потока 30. Например, этапы теплообмена 12, 14, 16, 18, показанные на фигуре 1, позволяют понижать температуру углеводородного потока, такого как природный газ, до значения ниже 0°C, обычно до значения в диапазоне от -20°C до -70°C, с использованием способа, известного из уровня техники.
Одним примером вышеуказанной схемы компоновки служит первая или предварительная стадия охлаждения в процессе охлаждения углеводорода, которая может быть одной стадией в установке сжижения углеводорода, такой как установка для получения СПГ.
На фигуре 1 также показан первый контур 3 для холодильного агента, который обеспечивает поток холодильного агента 10, такого как пропан, при давлении холодильного агента, позволяющем создать охлаждение на этапах теплообмена 12, 14, 16, 18 за счет прохождения в них агента вместе с углеводородным потоком 20.
Четыре этапа теплообмена 12, 14, 16, 18 работают при различных уровнях давления, и в каждом из этих этапов теплообмена 12, 14, 16,18 часть потока холодильного агента 10 расширяется и испаряется. Такое расширение обычно выполняют путем пропускания потока холодильного агента через средство для снижения давления (не показано), выполненное в виде детандера, клапана, или тому подобного приспособления. Обычно, остальную часть потока холодильного агента подают на следующий этап теплообмена, и так до тех пор, пока последняя оставшаяся часть не поступит на четвертый этап теплообмена 18 и не будет полностью расширена и испарена. Поскольку каждый этап теплообмена 12, 14, 16, 18 работает при различных значениях давления, то на выходе из каждого этапа теплообмена 12, 14, 16, 18 будет получаться испарившийся поток холодильного агента при различном значении давления выпаривания.
В типичном случае, первый этап теплообмена 12 обеспечивает первый поток испарившегося холодильного агента 40 при первом значении давления выпаривания, обычно при «наивысшем» давлении, ближайшем к давлению холодильного агента в потоке холодильного агента 10, Это наивысшее давление выпаривания можно также назвать «очень высокое давление», а первый поток испарившегося холодильного агента 40 можно также назвать «поток холодильного агента 40, выпаренный при очень высоком давлении».
На второй этап теплообмена 14 поступает первая оставшаяся часть 10а исходного потока холодильного агента 10, и часть первой оставшейся части 10а расширяется и испаряется с получением второго или другого потока холодильного агента 50 при более низком давлении, чем первое значение давления выпаривания первого потока испарившегося холодильного агента 40. Второй испарившийся поток 50 можно также назвать «поток холодильного агента, выпаренный при высоком давлении».
Вторую остающуюся часть 10b первой оставшейся части 10a не расширяют и не выпаривают на втором этапе теплообмена 14, а подают на третий этап теплообмена 16, где другую часть потока холодильного агента 10 расширяют и испаряют с получением третьего или другого испарившегося потока холодильного агента 60 при давлении выпаривания более низком, чем первое значение давления выпаривания. Этот третий, или другой испарившийся поток холодильного агента 60 можно также назвать «поток холодильного агента, выпаренный при промежуточном давлении».
Третью оставшуюся часть 10 с потока холодильного агента 10 подают на четвертый этап теплообмена 18, где ее расширяют и испаряют с получением четвертого, или другого испарившегося потока холодильного агента 70 при давлении выпаривания более низком, чем первое значение давления выпаривания. Этот четвертый выпаренный поток 70 можно также назвать «поток 70 холодильного агента, выпаренный при низком давлении».
Процесс, установка и схема компоновки этапов теплообмена 12, 14, 16 и 18, как и многостадийное расширение и испарение потока холодильного агента 10, известны из уровня техники, примеры которого показаны в патентах США №№6962060 и 6637238.
Эти операции расширения и испарения частично или полностью всех остающихся частей 10а, 10b и 10 с потока холодильного агента 10 на каждом втором, третьем и четвертом этапах теплообмена 14, 16, 18 позволяют производить дополнительное или более глубокое охлаждение углеводородного потока 20 по мере его прохождения через эти этапы. Однако, каждый из испарившихся потоков холодильного агента 40, 50, 60 и 70 затем должен быть повторно сжат до давления холодильного агента исходного потока холодильного агента 10.
Как показано на фигуре 1, поток первого испарившегося холодильного агента 40 сжимают с помощью ступени компрессора наивысшего давления 22, с получением, по меньшей мере, части потока холодильного агента 10 при давлении холодильного агента. Термин «ступень компрессора наивысшего давления» относится к ступени компрессора, имеющей наивысшее значение давления на входе. Там, где первый поток испарившегося холодильного агента представляет собой выпаренный поток холодильного агента 40 с очень высоким давлением, эту ступень компрессора наивысшего давления можно также назвать ступенью компрессора очень высокого давления.
Как показано на фигуре 1, ступень компрессора наивысшего давления 22 является частью блока А компрессора (компрессорного блока), который также включает в себя третью ступень компрессора 26. Здесь «блок компрессора» может включать в себя единую ступень компрессора, или две, или большее число соединенных ступеней компрессора. Обычно в компрессорном блоке все количество сжатого холодильного агента из ступени пониженного давления поступает непосредственно на следующую стадию с более высокой степенью сжатия, и существует единый выход из стадии ступени компрессора наивысшего давления в компрессорном блоке.
Схема компоновки двух или большего числа компрессоров, ступеней компрессора или их комбинации для формирования блока хорошо известна из уровня техники. В типичном случае, блок компрессии содержит одну ступень компрессора в едином корпусе, либо две, три или четыре соединенных ступени компрессора в едином корпусе. В последних из упомянутых случаев, сжатый холодильный агент из ступени компрессора с самым низким давлением проходит через каждую ступень компрессора с последовательно повышающимся давлением, обычно в комбинации с одним или большим числом сырьевых потоков более высокого давления от одного или нескольких промежуточных входов.
На фигуре 1 показан блок компрессии А, содержащий третью ступень компрессора 26 для сжатия третьего испарившегося потока холодильного агента 60. На третьей ступени компрессора 26 третий испарившийся поток холодильного агента 60 сжимается не полностью, то есть, ниже величины давления холодильного агента исходного потока 10, что обеспечивает «частично сжатый поток холодильного агента» 60a.
Затем этот частично сжатый поток холодильного агента 60а из третьей ступени компрессора 26 поступает непосредственно на ступень компрессора наивысшего давления 22. Такая ступень компрессора наивысшего давления 22 размещена в едином корпусе, или в виде одиночного узла, или, например, вместе с другой ступенью более низкого давления в блоке А.
Второй или сильно выпаренный поток холодильного агента 50 поступает во вторую (или высокого давления) ступень компрессора 24. Четвертый, или слабо испарившийся поток холодильного агента 70 поступает в четвертую (или низкого давления) ступень компрессора 28, из которого поток частично сжатого холодильного агента 70а проходит непосредственно во вторую (или высокого давления) ступень компрессора 24 наряду со вторым потоком выпаренного холодильного агента 60.
Вторая и четвертая ступени компрессора 24, 28 включают в себя второй компрессорный блок В, установленный отдельно от первого компрессорного блока А. Таким образом, по меньшей мере, две из ступеней компрессора с более низким давлением 24, 26, 28 находятся, по меньшей мере, в двух блоках компрессии А и В.
Вторая и четвертая ступени компрессора 24, 28 также расположены параллельно с третьей ступенью компрессора 26, так что имеются, по меньшей мере, две параллельно расположенные ступени компрессора более низкого давления, изображенные на общей схеме 1 фигуры 1. Ступени компрессора более низкого давления являются параллельными в том смысле, что ступени компрессора более низкого давления 24, 26, 28 не являются последовательно соединенными, или расположенными внутри одного корпуса, и/или что другие потоки испарившегося холодильного агента, обозначенные на фигуре 1 как второй, третий и четвертый потоки испарившегося холодильного агента 50, 60, 70, не сжимаются последовательно, и/или что испарившийся поток при самом низком давлении, обозначенный на фигуре 1 как четвертый поток испарившегося холодильного агента 70, не пропускают через все ступени компрессора.
Выход из второй ступени компрессора 24 все еще является частично сжатым потоком холодильного агента 50a, который проходит через выход 24a второго компрессорного блока В. Как показано на фигуре 1, этот частично сжатый поток холодильного агента 50а соединяется с помощью устройства 34 с первым потоком испарившегося холодильного агента 40 для последующей подачи на вход 32 первой (или очень высокого давления) ступени компрессора 22 в первом блоке А компрессии.
Таким путем все частично сжатые потоки холодильного агента 50а, 60а и 70а, как правило, проходят через ступень компрессора наивысшего давления 22 в едином корпусе.
На фигуре 1 также показан пример того, как выходной поток (обозначенный линией 50а на фигуре 1) ступени (или каждой ступени) компрессора более низкого давления (которые представляют собой вторую и четвертую ступени компрессора 24, 28 на фигуре 1) параллельно со ступенью компрессора наивысшего давления (которой является первая стадия компримирования 22 на фигуре 1) проходит через ступень компрессора наивысшего давления.
На фигуре 2 изображена вторая общая схема 2 процесса охлаждения углеводорода, в основном включающая охлаждение углеводородного потока 20, такого как природный газ. Углеводородный поток 20 может пропускаться через четыре этапа теплообмена 12, 14, 16, 18 точно так же, как это описано выше в отношении первой общей схемы, изображенной на фигуре 1.
В качестве первой альтернативы, данный углеводородный поток может не пропускаться через все те же этапы теплообмена 12, 14, 16, 18, как в случае потока холодильного агента 10. На фигуре 2 поток 20а представляет собой такой углеводородный поток, который охлаждается только на втором, третьем и четвертом этапах теплообмена 14, 16, 18. Первый этап теплообмена 12 можно было бы использовать для охлаждения одного или нескольких других потоков, таких как иной поток холодильного агента или холодильного агента из другого контура.
На фигуре 2 изображен второй контур холодильного агента 4, подобный первому контуру холодильного агента 3, показанному на фигуре 1, где поток холодильного агента 10 поступает на первый этап теплообмена 12, а последующие части 10a, 10b, 10c потока холодильного агента 10 проходят в следующие друг за другом второй, третий и четвертый этапы теплообмена 14, 16, 18, тогда как часть потока холодильного агента 10 на каждой теплообменной стадии 12, 14, 16, 18 расширяется и испаряется с получением первого испарившегося потока холодильного агента 40, и, аналогично, с получением второго, третьего и четвертого испарившихся потоков более низкого давления 50, 60 и 70, как это изложено выше.
Первый испарившийся поток 40 поступает на ступень компрессора наивысшего давления 22 для выполнения сжатия и обеспечения части исходного потока холодильного агента 10 при значении давления холодильного агента.
На второй общей схеме 2, показанной на фигуре 2, ступень компрессора наивысшего давления 22 является частью третьего компрессорного блока С, который также включает в себя вторую и четвертую ступени компрессора более низкого давления 24, 28. Вторая и четвертая ступени компрессора 24 и 28 расположены параллельно третьей ступени компрессора 26. Таким образом, имеются, по меньшей мере, две ступени компрессора более низкого давления 24, 26, 28, находящихся, по меньшей мере, в двух компрессорных блоках С и D.
Четвертый испаривщийся поток 70 поступает на четвертую ступень компрессора 28, откуда частично сжатый поток холодильного агента 70а проходит непосредственно на вторую ступень компрессора 24, наряду со вторым испарившимся потоком 50. Затем частично сжатый поток холодильного агента 50а из второй ступени компрессора 24 поступает непосредственно на ступень компрессора наивысшего давления 22.
Одновременно, третий поток испарившегося холодильного агента 60 поступает в параллельную третью ступень компрессора 26, которая содержит четвертый блок компрессии D. Таким образом, четвертый блок компрессии D содержит только одну ступень компрессора 26, которая размещается отдельно от ступеней компрессора 22, 24, 28 в третьем компрессорном блоке С.
Вывод частично сжатого потока холодильного агента 60a из третьей ступени компрессора 26 осуществляется через выход 2ба из второго компрессорного блока D для объединения с первым потоком выпаривания 40 с помощью узла слияния 36, а также для пропускания через ступень компрессора наивысшего давления 22.
На фигурах 1 и 2 показаны два примера технологической гибкости настоящего изобретения, предлагающего схему компоновки оборудования, которая позволяет принимать, по меньшей мере, три выпаренных потока холодильного агента при различных давлениях выпаривания, причем такие потоки подвергаются повторному сжатию посредством целого ряда схем компоновки или систем, благодаря применению трех ступеней компрессора более низкого давления 24, 26 и 28, по меньшей мере, в двух отдельных компрессорных блоках.
В таблице 1 приведено несколько примеров схем компоновки четырех ступеней компрессора для повторного сжатия испарившихся потоков холодильного агента из четырех различных этапов теплообмена, в соответствии с настоящим изобретением, используя систему условных обозначений ступеней компрессора, показанных на фигурах 1 и 2, только по соображениям простоты ссылок.
Данные таблицы 1 подтверждают, что выход из каждого блока, не сжимающего поток холодильного агента до величины наивысшего давления компрессора, направляется или на ступень компрессора наивысшего давления 22, или на более раннюю ступень компрессора в том же самом блоке, в котором находится ступень компрессора наивысшего давления 22, через которую затем будет пропущен весь такой холодильный агент.
| Таблица 1 | |||
| Пример | Компрессорные блоки | Ступени компрессора | Выход на другой блок |
| 1 (Фигура 1) | А | 22,26 | 24→22 |
| В | 24,28 | ||
| 2 (Фигура 2) | С | 22,24,28 | 26→22 |
| D | 26 | ||
| 3 | Е | 22,26,28 | 24→22 |
| F | 24 | ||
| 4 | G | 22,24,28 | 26→24 |
| Н | 26 | ||
| 5 | I | 22,24,26 | 28→24 |
| J | 28 | ||
| 6 | К | 22,24,26 | 28→22 |
| L | 28 | ||
| 7 | М | 22,24 | 26→22 |
| N | 26,28 | ||
| 8 | O | 22,28 | 24→22 |
| Р | 24 | 26→22 | |
| Q | 26 |
Примеры 1 и 2 из таблицы 1 показаны на прилагаемых фигурах 1 и 2.
Примеры 4 и 5 из таблицы 1 иллюстрируют, что частично сжатый поток холодильного агента, выходящий либо из ступени компрессора 26 компрессорного блока Н, либо из ступени компрессора 28 компрессорного блока J, сначала может быть направлен во вторую ступень компрессора 24, а не сразу на ступень компрессора наивысшего давления 22. Поскольку вторая ступень компрессора 24 является частью тех же блоков G, I, что и ступень компрессора наивысшего давления 22, то частично сжатый поток холодильного агента будет все же, как правило, пропускаться через ступень компрессора наивысшего давления 22.
В таблице 1 также приведен пример 8, охватывающий три блока О, Р и Q, из которых блоки компрессии Р и Q включают в себя только одну ступень компрессора 24, 26, соответственно. Однако частично сжатый поток, выходящий из каждой ступени компрессора более низкого давления 24 и 26, может быть, как правило, пропущен через ступень компрессора наивысшего давления 22.
Таблица 1 относится к примерам, включающим в себя четыре ступени компрессора. Однако настоящее изобретение не ограничивается этим, и схемы компоновок, содержащие 3 или 5 и больше ступеней компрессора, также попадают в объем настоящего изобретения. Специалисту в данной области техники будут очевидными различные комбинации ступеней компрессора в различных компрессорных блоках, где выход из одной или нескольких ступеней компрессора более низкого давления может подаваться на вход или входы одной или нескольких ступеней компрессора более высокого давления, тем временем, пока все частично сжатые потоки, как правило, пропускаются через ступень компрессора наивысшего давления.
Таким образом, в изобретении раскрыты способы и линии компрессии для сжатия трех или более потоков выпаренного холодильного агента посредством трех или более ступеней компрессора, в которых:
(i) первый поток испарившегося холодильного агента (40) сжимают на общей ступени компрессора наивысшего давления (22) с получением, по меньшей мере, части полностью сжатого потока холодильного агента (10) при давлении охлаждения холодильного агента;
(ii) другие потоки испарившегося холодильного агента (50, 60, 70) сжимают, по меньшей мере, на двух параллельных ступенях компрессора более низкого давления (24, 26, 28) с получением одного или нескольких частично сжатых потоков холодильного агента (50a, 60a, 70a); и
(iii) все частично сжатые потоки холодильного агента (50а, 60а, 70а), как правило, пропускают через общую ступень компрессора наивысшего давления (22).
Различные схемы компоновки или линии ступеней компрессора обеспечивают разные профили для повторного сжатия потока холодильного агента. Таким образом, настоящее изобретение обеспечивает технологическую гибкость для лучшего согласования сжатия, необходимого для потоков испарившегося холодильного агента, или с потреблением энергии обслуживающим компрессором, или с требованием режима охлаждения, либо с обоими этими факторами в комбинации друг с другом, для того, чтобы повысить эффективность схемы или установки.
Специалистам в данной области техники будет легко понять, что настоящее изобретение можно модифицировать во многих отношениях, без отклонения от объема притязаний прилагаемой формулы изобретения.
1. Способ охлаждения углеводородного потока, который включает по меньшей мере следующие этапы:
(a) подачу потока холодильного агента при давлении холодильного агента;
(b) пропускание потока холодильного агента по меньшей мере через три этапа теплообмена, работающих при различных уровнях давления;
(c) пропускание углеводородного потока по меньшей мере через два этапа теплообмена этапа (b), тем самым постепенно снижая температуру углеводородного потока с получением охлажденного углеводородного потока;
(d) расширение и испарение части потока холодильного агента на каждом этапе теплообмена до другого давления, с получением первого потока испарившегося холодильного агента при первом давлении выпаривания, и, по меньшей мере, двух других потоков испарившегося холодильного агента при давлении выпаривания ниже, чем первое давление выпаривания, которые получают посредством по меньшей мере двух этапов теплообмена этапа (c);
(e) сжатие первого потока испарившегося холодильного агента при помощи ступени компрессора наивысшего давления, в едином корпусе для компрессоров, до давления холодильного агента, с получением, по меньшей мере части потока холодильного агента при давлении холодильного агента этапа (a);
(f) сжатие других потоков испарившегося холодильного агента при помощи по меньшей мере двух параллельных ступеней компрессора пониженного давления, с получением двух или больше частично сжатых потоков холодильного агента; и
(g) пропускание всех частично сжатых потоков холодильного агента через упомянутую ступень компрессора наивысшего давления этапа (e).
2. Способ по п.1, в котором упомянутое пропускание углеводородного потока по меньшей мере через два этапа теплообмена этапа (b) включает в себя пропускание этого углеводородного потока по меньшей мере через три этапа теплообмена (b).
3. Способ по п.1, включающий четыре или пять этапов теплообмена, в котором расширение и испарение потока холодильного агента обеспечивает четыре или пять потоков испарившегося холодильного агента при четырех или пяти различных значениях давления соответственно.
4. Способ по п.3, в котором поток холодильного агента и углеводородный поток пропускают через те же самые этапы теплообмена.
5. Способ по п.1, в котором испарение части потока холодильного агента по меньшей мере на двух этапах теплообмена этапа (d) включает обмен тепловой энергией с углеводородным потоком, пропускаемым через упомянутые этапы теплообмена.
6. Способ по п.1, в котором потоком холодильного агента является пропан.
7. Способ по одному из предшествующих пунктов, включающий:
расширение и испарение первой части потока холодильного агента на первом этапе теплообмена с получением потока испарившегося холодильного агента с очень высоким давлением, который является первым потоком испарившегося холодильного агента, имеющим очень высокое давление, которое является первым давлением выпаривания,
расширение и испарение второй части потока холодильного агента на втором этапе теплообмена с получением потока испарившегося холодильного агента с высоким давлением, величина которого ниже упомянутого очень высокого давления,
расширение и испарение третьей части потока холодильного агента на третьем этапе теплообмена, с получением потока испарившегося холодильного агента с промежуточным давлением, величина которого ниже упомянутого высокого давления,
расширение и испарение четвертой части потока холодильного агента на четвертом этапе теплообмена, с получением потока испарившегося холодильного агента с низким давлением, величина которого ниже упомянутого промежуточного давления,
сжатие потока испарившегося холодильного агента при помощи ступени компрессора очень высокого давления, которая является упомянутой ступенью наивысшего давления этапа (е), с получением потока холодильного агента, имеющего давление холодильного агента этапа (а),
сжатие потока холодильного агента, испарившегося при низком давлении, при помощи ступени компрессора низкого давления,
сжатие потока холодильного агента, испарившегося при промежуточном давлении, при помощи ступени компрессора промежуточного давления, и
сжатие потока холодильного агента, испарившегося при высоком давлении, при помощи ступени компрессора высокого давления,
в котором ступень компрессора промежуточного давления и ступень компрессора очень высокого давления включены в состав первого компрессорного блока, а
ступень компрессора низкого давления и ступень компрессора высокого давления включены в состав второго компрессорного блока, по меньшей мере частично отделенного от первого компрессорного блока.
8. Способ по п.7, в котором второй компрессорный блок имеет выход для частично сжатого потока холодильного агента и в котором упомянутый частично сжатый поток холодильного агента подают на вход ступени очень высокого давления в первом компрессорном блоке.
9. Способ по одному из пп.1-6, в котором по меньшей мере две ступени компрессора пониженного давления находятся по меньшей мере в двух компрессорных блоках.
10. Способ по одному из пп.1-6, в котором углеводородный поток содержит природный газ.
11. Способ по п.7, в котором углеводородный поток содержит природный газ.
12. Способ по п.8, в котором углеводородный поток содержит природный газ.
13. Способ по п.9, в котором углеводородный поток содержит природный газ.
14. Способ сжижения углеводородного потока с получением сжиженного углеводородного потока, включающий охлаждение углеводородного потока в соответствии со способом по одному из пп.1-12.
15. Устройство для охлаждения углеводородного потока, такого как природный газ, по меньшей мере содержащее:
трубопровод для потока холодильного агента, предназначенный для переноса потока холодильного агента при давлении холодильного агента;
по меньшей мере три теплообменника, содержащие средства для понижения давления для обеспечения работы теплообменников при различных уровнях давления;
средства подачи холодильного агента для пропускания потока холодильного агента по меньшей мере через три теплообменника;
средства подачи углеводорода для пропускания углеводородного потока по меньшей мере через два теплообменника для постепенного снижения температуры углеводородного потока с получением охлажденного углеводородного потока;
трубопровод для первого потока испарившегося холодильного агента, предназначенный для переноса первого потока испарившегося холодильного агента при первом давлении выпаривания;
по меньшей мере два других трубопровода для испарившегося потока, каждый из которых предназначен для переноса другого испарившегося потока при давлении выпаривания ниже, чем первое давление выпаривания, из по меньшей мере двух теплообменников с помощью средства для подачи углеводорода;
ступень компрессора наивысшего давления, в едином корпусе для компрессоров, предназначенную для сжатия первого потока испарившегося холодильного агента с получением по меньшей мере части потока холодильного агента при давлении холодильного агента;
по меньшей мере две параллельных ступени компрессора с более низким давлением, предназначенные для сжатия других потоков испарившегося холодильного агента, с получением одного или больше частично сжатых потоков холодильного агента; и
канал, предназначенный для пропускания всех частично сжатых потоков холодильного агента через ступень компрессора с наивысшим давлением в упомянутом едином корпусе для компрессоров.
16. Устройство по п.15, в котором по меньшей мере две ступени компрессора с более низким давлением находятся по меньшей мере в двух по меньшей мере частично взаимно изолированных компрессорных блоках.
17. Устройство для охлаждения углеводородного потока, такого как природный газ, по меньшей мере содержащее:
трубопровод для потока холодильного агента, предназначенный для переноса потока холодильного агента при давлении холодильного агента;
по меньшей мере четыре теплообменника, содержащие средства для понижения давления для обеспечения работы теплообменников при различных уровнях давления;
средства подачи холодильного агента для пропускания потока холодильного агента по меньшей мере через четыре теплообменника;
средства подачи углеводорода для пропускания углеводородного потока по меньшей мере через три теплообменника для постепенного снижения температуры углеводородного потока с получением охлажденного углеводородного потока;
трубопровод для первого потока испарившегося холодильного агента, предназначенный для переноса первого потока испарившегося холодильного агента при первом давлении выпаривания;
по меньшей мере три других трубопровода для испарившегося потока, каждый из которых предназначен для переноса другого испарившегося потока при давлении выпаривания более низком, чем первое давление выпаривания, из по меньшей мере трех теплообменников с помощью средства для подачи углеводорода;
ступень компрессора очень высокого давления, в едином корпусе для компрессоров, предназначенную для сжатия первого потока испарившегося холодильного агента с получением по меньшей мере части потока холодильного агента при давлении холодильного агента;
по меньшей мере три ступени компрессора с более низким давлением, содержащие ступень компрессора низкого давления, ступень компрессора промежуточного давления и ступень компрессора высокого давления, предназначенные для сжатия других потоков испарившегося холодильного агента, с получением одного или больше частично сжатых потоков холодильного агента;
при этом ступень компрессора промежуточного давления и ступень компрессора очень высокого давления включены в состав первого компрессорного блока, а
ступень компрессора низкого давления и ступень компрессора высокого давления включены в состав второго компрессорного блока, по меньшей мере частично отделенного от первого компрессорного блока, и
устройство содержит канал, предназначенный для пропускания всех частично сжатых потоков холодильного агента через ступень компрессора с наивысшим давлением в упомянутом едином корпусе для компрессоров.
18. Устройство по п.17, в котором второй компрессорный блок имеет выходной патрубок, соединенный с трубопроводом для частично сжатого холодильного агента, и в котором ступень компрессора очень высокого давления имеет входной патрубок для пропускания одного частично сжатого потока холодильного агента из выходного патрубка во втором компрессорном блоке на вход ступени компрессора очень высокого давления в первом компрессорном блоке.
