Установка для сжиженного природного газа, использующая оптимизированную систему со смесью холодильных агентов

Обеспечены способы и системы для производства сжиженного природного газа (СПГ) с одним замкнутым контуром охлаждения со смесью холодильных агентов. Установки для сжижения природного газа, выполненные согласно вариантам выполнения настоящего изобретения, включают в себя контуры охлаждения, оптимизированные для обеспечения повышенной эффективности и улучшенных эксплуатационных качеств с минимальными дополнительными оборудованием или расходами. 3 н. и 26 з.п. ф-лы, 3 ил., 1 табл.

 

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

1. Область техники

[0001] Один или более вариантов выполнения настоящего изобретения в общем относятся к системам и способам для охлаждения потока сырьевого газа при помощи одного замкнутого контура со смесью холодильных агентов.

2. Описание предшествующего уровня техники

[0002] В последние годы природный газ стал широко применяться в качестве источника топлива. Помимо его свойств полного сгорания и удобства развитие технологий разведки и производства позволили получить доступ к ранее недосягаемым запасам газа. Поскольку множество из этих ранее недосягаемых источников природного газа удалены и не соединены с коммерческими рынками или инфраструктурой посредством трубопровода, криогенное сжижение природного газа для транспортировки и хранения имеет все возрастающее значение. Кроме того, сжижение обеспечивает длительное хранение природного газа, что может помочь нейтрализовать периодические колебания предложения и спроса.

[0003] Несколько способов сжижения природного газа используются в настоящее время. Хотя конкретная конфигурация и/или функционирование каждой установки может различаться, например, в зависимости от типа используемой холодильной системы, скорости и состава сырьевого газа и других факторов, большинство коммерческих установок в общем включают в себя аналогичные основные компоненты. Например, большинство установок обычно включают в себя зону предварительной обработки для удаления одной или более примесей из поступающего потока газа, зону сжижения для сжижения потока газа, холодильную систему для обеспечения охлаждения зоны сжижения и зону хранения и/или погрузки для приема, хранения и перемещения готового сжиженного продукта. В целом стоимость возведения и эксплуатации данных установок может значительно различаться, но в общем стоимость участка охлаждения на заводе может насчитывать до 30 процентов или более от общей стоимости установки.

[0004] Таким образом, существует потребность в оптимизированной холодильной системе, выполненной с возможностью эффективного производства сжиженного газового продукта с требуемой производительностью, но с наименьшим количеством оборудования. Предпочтительно, холодильная система будет как надежной, так и эксплуатационно гибкой, для того чтобы работать с изменениями в составе сырьевого газа и скорости потока, в то же время по-прежнему требуя минимальных капитальных затрат и функционируя с наименьшими возможными издержками.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0005] Один вариант выполнения настоящего изобретения касается способа производства сжиженного природного газа (СПГ). Способ содержит следующие этапы: (a) охлаждение потока природного газа в первом теплообменнике для обеспечения охлажденного потока природного газа; (b) сжатие потока смеси холодильных агентов для обеспечения сжатого потока холодильного агента; (c) охлаждение и по меньшей мере частичное конденсирование сжатого потока холодильного агента для обеспечения двухфазного потока холодильного агента; (d) разделение двухфазного потока холодильного агента на первый поток пара холодильного агента и первый поток жидкого холодильного агента в первом парожидкостном сепараторе; (e) объединение по меньшей мере части первого потока пара холодильного агента, отведенного из первого парожидкостного сепаратора, с по меньшей мере частью первого потока жидкого холодильного агента для обеспечения объединенного потока холодильного агента; (f) охлаждение по меньшей мере части объединенного потока холодильного агента для обеспечения объединенного, охлажденного потока холодильного агента; (g) разделение объединенного, охлажденного потока холодильного агента на второй поток пара холодильного агента и второй поток жидкого холодильного агента во втором парожидкостном сепараторе; (h) разделение второго потока жидкого холодильного агента на первую жидкую фракцию холодильного агента и вторую жидкую фракцию холодильного агента; (i) охлаждение по меньшей мере части из первой и второй жидких фракций холодильного агента для обеспечения соответствующих первой и второй охлажденных жидких фракций холодильного агента; и (j) введение первой и второй охлажденных жидких фракций холодильного агента в отдельные впускные отверстия первого теплообменника, в котором первая и вторая охлажденные жидкие фракции холодильного агента используются для выполнения по меньшей мере части охлаждения на этапе (a).

[0006] Другой вариант выполнения настоящего изобретения касается способа производства потока сжиженного газа. Способ содержит следующие этапы: (a) сжатие потока смеси холодильных агентов на первой ступени сжатия компрессора для обеспечения первого сжатого потока холодильного агента; (b) охлаждение и по меньшей мере частичное конденсирование первого сжатого потока холодильного агента для обеспечения охлажденного, сжатого потока холодильного агента; (c) разделение охлажденного, сжатого потока холодильного агента на первый поток пара холодильного агента и первый поток жидкого холодильного агента; (d) сжатие первого потока пара холодильного агента на второй ступени сжатия компрессора для обеспечения второго сжатого потока холодильного агента; (e) охлаждение и по меньшей мере частичное конденсирование по меньшей мере части второго сжатого потока холодильного агента для обеспечения частично конденсированного потока холодильного агента; (f) разделение частично конденсированного холодильного агента на второй поток пара холодильного агента, второй поток жидкого холодильного агента и третий поток жидкого холодильного агента; (g) охлаждение второго и третьего потоков жидкого холодильного агента для обеспечения соответствующих второго и третьего охлажденных потоков жидкого холодильного агента; (h) дросселирование по меньшей мере одного из второго и третьего охлажденных потоков жидкого холодильного агента для обеспечения по меньшей мере одного охлажденного, дросселированного потока холодильного агента; (i) охлаждение потока сырьевого газа посредством косвенного теплообмена с по меньшей мере одним охлажденным, дросселированным потоком холодильного агента для обеспечения охлажденного потока сырьевого газа и по меньшей мере одного нагретого потока холодильного агента.

[0007] Еще один вариант выполнения настоящего изобретения касается системы для охлаждения потока природного газа. Система содержит первый теплообменник для охлаждения сырьевого потока природного газа. Первый теплообменник содержит первый охлаждающий канал, имеющий впускное отверстие для сырьевого газа и выпускное отверстие для холодного природного газа, второй охлаждающий канал для приема и охлаждения первого потока жидкого холодильного агента, в котором второй охлаждающий канал имеет первое впускное отверстие для теплого холодильного агента и первое выпускное отверстие для холодного холодильного агента; третий охлаждающий канал для приема и охлаждения второго потока жидкого холодильного агента, в котором третий охлаждающий канал имеет второе впускное отверстие для теплого холодильного агента и второе выпускное отверстие для холодного холодильного агента; первый нагревающий канал для приема и нагрева первого потока охлажденного холодильного агента, в котором первый нагревающий канал имеет первое впускное отверстие для холодного холодильного агента и первое выпускное отверстие для теплого холодильного агента; и второй нагревающий канал для приема и нагрева второго потока охлажденного жидкого холодильного агента, в котором второй нагревающий канал имеет второе впускное отверстие для холодного холодильного агента и второе выпускное отверстие для теплого холодильного агента. Первое выпускное отверстие для холодного холодильного агента второго охлаждающего канала сообщается по потоку текучей среды с первым впускным отверстием для холодного холодильного агента первого нагревающего канала, и второе выпускное отверстие для холодного холодильного агента третьего охлаждающего канала сообщается по потоку текучей среды со вторым впускным отверстием для холодного холодильного агента второго нагревающего канала. Система также содержит по меньшей мере один компрессор для приема и сжатия потока смеси холодильных агентов. Компрессор имеет впускное отверстие на стороне низкого давления и выпускное отверстие на стороне высокого давления, и впускное отверстие на стороне низкого давления сообщается по потоку текучей среды с по меньшей мере одним из первого выпускного отверстия для теплого холодильного агента первого нагревающего канала и второго выпускного отверстия для теплого холодильного агента второго нагревающего канала. Система также содержит первый охладитель для охлаждения сжатого потока смеси холодильных агентов. Первый охладитель имеет первое впускное отверстие для теплой текучей среды и первое выпускное отверстие для холодной текучей среды, и первое впускное отверстие для теплой текучей среды сообщается по потоку текучей среды с выпускным отверстием на стороне высокого давления компрессора. Система также содержит первый парожидкостный сепаратор для разделения части охлажденного потока холодильного агента. Парожидкостный сепаратор содержит первое впускное отверстие для текучей среды, первое выпускное отверстие для пара и первое выпускное отверстие для жидкости, и первое впускное отверстие для текучей среды первого парожидкостного сепаратора сообщается по потоку текучей среды с первым выпускным отверстием для холодной текучей среды первого охладителя. Система также содержит первый жидкостный трубопровод для перемещения по меньшей мере части жидкости, выходящей из первого парожидкостного сепаратора. Первый жидкостный трубопровод имеет впускное отверстие для жидкого холодильного агента и пару выпускных отверстий для жидкого холодильного агента. Впускное отверстие для жидкого холодильного агента сообщается по потоку текучей среды с первым выпускным отверстием для жидкости первого парожидкостного сепаратора. Одно из пары выпускных отверстий для жидкого холодильного агента сообщается по потоку текучей среды с первым впускным отверстием для теплого холодильного агента второго охлаждающего канала, и другое из пары выпускных отверстий для жидкого холодильного агента сообщается по потоку текучей среды со вторым впускным отверстием для теплого холодильного агента третьего охлаждающего канала.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0008] Различные варианты выполнения настоящего изобретения описаны подробно ниже со ссылкой на сопровождающие чертежи, на которых:

[0009] ФИГ. 1 обеспечивает схематичное изображение установки для сжиженного природного газа (СПГ), выполненной согласно одному варианту выполнения настоящего изобретения, в частности изображая оптимизированную систему со смесью холодильных агентов;

[0010] ФИГ. 2 обеспечивает схематичное изображение установки, для сжиженного природного газа (СПГ), выполненной согласно другому варианту выполнения настоящего изобретения, аналогичного варианту выполнения, изображенному на ФИГ. 1, но включающему в себя способ повторного использования жидких холодильных агентов; и

[0011] ФИГ. 3 обеспечивает схематичное изображение установки для сжиженного природного газа (СПГ), выполненной согласно другому варианту выполнения настоящего изобретения, аналогичному варианту выполнения, изображенному на ФИГ. 1, но включающему в себя другой способ повторного использования жидких холодильных агентов.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

[0012] Следующее подробное описание вариантов выполнения изобретения ссылается на сопровождающие чертежи. Варианты выполнения описывают аспекты изобретения достаточно подробно, чтобы позволить специалистам в данной области техники практически осуществить изобретение. Другие варианты выполнения могут быть использованы и изменения могут быть выполнены без отступления от объема формулы изобретения. Следовательно, следующее подробное описание не является ограничивающим. Объем настоящего изобретения определен только пунктами прилагаемой формулы изобретения, вместе с полным объемом эквивалентов, для которых такие пункты формулы изобретения являются основанием.

[0013] Настоящее изобретение в общем относится к способам и системам для сжижения сырьевого потока природного газа, чтобы таким образом обеспечить продукт из сжиженного природного газа (СПГ). В частности, настоящее изобретение относится к оптимизированным способам охлаждения и системам для охлаждения поступающего газа. Как описано более подробно ниже, поступающий поток сырьевого газа может быть охлажден и по меньшей мере частично конденсирован при помощи замкнутой холодильной системы, используя одну смесь холодильных агентов. Согласно различным вариантам выполнения настоящего изобретения холодильная система может быть оптимизирована для обеспечения эффективного охлаждения для потока сырьевого газа, в то же время уменьшая расходы, связанные с оборудованием, и эксплуатационные расходы на установку.

[0014] Ссылаясь сначала на ФИГ. 1, один вариант выполнения установки 10 для производства СПГ изображен содержащим замкнутую холодильную систему 12 со смесью холодильных агентов и зону 14 газоотделения. Как показано на ФИГ. 1, поступающий поток сырьевого газа в трубопроводе 110 может быть охлажден и по меньшей мере частично конденсирован в первичном теплообменнике 16 контура 12 охлаждения до разделения и дополнительного охлаждения в зоне 14 газоотделения, чтобы обеспечить СПГ продукт. Дополнительные детали в отношении конфигурации и функционирования установки 10 для СПГ согласно различным вариантам выполнения настоящего изобретения описаны ниже со ссылкой на ФИГ. 1.

[0015] Как показано на ФИГ. 1, поток сырьевого газа может быть введен в установку 10 для СПГ посредством трубопровода 110. Поступающий поток газа в трубопроводе 110 может являться любым потоком газа, требующим охлаждения, и в некоторых вариантах выполнения может являться сырьевым потоком природного газа, поступающим из одного или более источников газа (не показаны). Примеры подходящих источников газа могут включать в себя, но не ограничены ими, природные источники, такие как подземные образования и скважины для добычи нефти, и/или очистные устройства, такие как установки каталитического крекинга в кипящем слое, установки для производства нефтяного кокса или установки для переработки тяжелой нефти, такие как установки для обогащения нефтяных песков. В зависимости от происхождения и состава потока сырьевого газа, установка 10 для СПГ может включать в себя один или более дополнительных обрабатывающих блоков или зон (не показаны) ближе по ходу первичного теплообменника 16 для удаления нежелательных компонентов, таких как вода, сера, ртуть, азот и тяжелые (C6+) углеводородные материалы, из потока сырьевого газа перед его сжижением.

[0016] Согласно одному варианту выполнения, потока сырьевого газа в трубопроводе 110 может содержать по меньшей мере около 65, по меньшей мере около 75, по меньшей мере около 85, по меньшей мере около 95, по меньшей мере 99 весовых процентов метана, на основе общего веса потока. Обычно более тяжелые компоненты, такие как C2, C3 и более тяжелые углеводороды, и незначительное количество компонентов, таких как водород и азот, могут обеспечивать баланс состава потока сырьевого газа. Как описывалось ранее, поток в трубопроводе 110 может быть подвергнут одному или более этапам предварительной обработки, чтобы уменьшить количество или удалить один или более компонентов, отличных от метана, из потока сырьевого газа. В одном варианте выполнения поток сырьевого газа в трубопроводе 110 содержит менее около 25, менее около 20, менее около 15, менее около 10 или менее около 5 процентов компонентов, отличных от метана. В зависимости от источника и состава потока сырьевого газа, нежелательные компоненты, удаленные на этапе предварительной обработки, могут включать в себя, но не ограничены ими, воду, ртуть, соединения серы и другие материалы.

[0017] Как показано на ФИГ. 1, поток сырьевого газа в трубопроводе 110 может быть введен в первый охлаждающий канал 18 первичного теплообменника 16, в котором поток может быть охлажден и по меньшей мере частично конденсирован посредством косвенного теплообмена с по меньшей мере одним, описанным ниже, потоком из смеси холодильных агентов. Термины, такие как ʺпервыйʺ, ʺвторойʺ и ʺтретийʺ, используются здесь и в прилагаемой формуле изобретения, чтобы описать различные элементы систем и способов настоящего изобретения, и такие элементы не ограничены этими терминами. Эти термины используются только для отличия одного элемента от другого и необязательно подразумевают конкретный порядок или даже конкретный элемент. Например, элемент может быть рассмотрен в качестве ʺпервогоʺ элемента в описании и ʺвторого элементаʺ в формуле изобретения без отступления от объема настоящего изобретения. Согласованность поддерживается в пределах описания и каждого независимого пункта формулы изобретения, но такое обозначение необязательно согласовано между ними.

[0018] Первичный теплообменник 16, показанный на ФИГ. 1, может являться теплообменником любого типа или рядом теплообменников, выполненных с возможностью охлаждения и по меньшей мере частичного конденсирования потока сырьевого газа в трубопроводе 110. Например, в некоторых вариантах выполнения первичный теплообменник 16 может являться паяным алюминиевым теплообменником, содержащим множество нагревающих и охлаждающих каналов (например сердцевин), расположенных внутри теплообменника, выполненного с возможностью упрощения косвенного теплообмена между одним или более технологическими потоками и одним или более потоками холодильного агента. В некоторых вариантах выполнения один или более нагревающих и/или охлаждающих каналов могут быть поочередно образованы между множеством пластин, расположенных внутри внешней ʺоболочкиʺ теплообменника 16. Ясно, что, хотя в общем на ФИГ. 1 первичный теплообменник 16 изображен содержащим одну оболочку, он может в некоторых вариантах выполнения содержать две или более отдельных оболочек, возможно, охваченных ʺтеплоизолированным кожухомʺ, чтобы уменьшить тепловые потери в окружающую среду. Другие типы или конфигурации первичного теплообменника 16 также могут подходить и лежат в пределах объема настоящего изобретения.

[0019] Возвращаясь к ФИГ. 1, охлажденный, двухфазный поток, отведенный из охлаждающего канала 18 первичного теплообменника 16 посредством трубопровода 112, может впоследствии быть введен в парожидкостный сепаратор 20. Сепаратор 20 может являться емкостью для парожидкостной сепарации любого подходящего типа и может включать в себя любое количество фактических или теоретических ступеней сепарации. В одном варианте выполнения емкость для парожидкостной сепарации может содержать одну ступень сепарации, в то время как в других вариантах выполнения емкость 20 для сепарации может включать в себя по меньшей мере около 2, по меньшей мере около 5, по меньшей мере около 10 и/или не более около 50, не более около 40, не более около 25 фактических или теоретических ступеней сепарации. Сепаратор 20 может включать в себя внутренние устройства колонны любого подходящего типа, включая в себя, например, туманоуловители, сетчатые прокладки, парожидкостные контактные тарелки, неупорядоченную насадку и/или структурированную насадку, для того чтобы упростить тепло- и/или массообмен между потоками пара и жидкости. В некоторых вариантах выполнения, когда сепаратор 20 содержит емкость для одноступенчатой сепарации, может быть использовано малое количество или ни одного внутреннего устройства колонны. Дополнительно, зона 14 газоотделения может включать в себя одну или более других емкостей для сепарации (не показаны), расположенных параллельно или последовательно с сепаратором 20. Когда зона 14 газоотделения включает в себя один или более дополнительных парожидкостных сепараторов, каждый из дополнительных сепараторов может быть выполнен аналогично или отлично от сепаратора 20.

[0020] Как показано на ФИГ. 1, сепаратор 20 может разделить двухфазный поток текучей среды в трубопроводе 112 на поток отводимого сверху пара в трубопроводе 114 и поток отводимой снизу жидкости в трубопроводе 116. Обычно поток отводимого сверху пара, отведенный из сепаратора 20 посредством трубопровода 114, может быть обогащен метаном и более легкими компонентами, в то время как поток отводимой снизу жидкости в трубопроводе 116 может быть обеднен метаном и обогащен одним или более тяжелыми компонентами, такими как этан, пропан и другие. В некоторых вариантах выполнения поток отводимой снизу жидкости в трубопроводе 116 может быть извлечен в виде отдельного потока продукта газоконденсатных жидкостей (ГСЖ) и может быть подвержен дополнительной обработке и/или сепарации (не показаны) дальше по ходу.

[0021] Как показано в одном варианте выполнения, изображенном на ФИГ. 1, поток отводимого сверху пара, отведенный из сепаратора 20 посредством трубопровода 114, может направляться во второй канал 22 охлаждения природного газа первичного теплообменника 16. В охлаждающем канале 22 поток охлажденного газа может быть дополнительно охлажден, конденсирован и, возможно, вспомогательно охлажден посредством косвенного теплообмена с одним или более описанными ниже потоками холодильного агента. Как показано на ФИГ. 1, получаемый поток вспомогательно охлажденного СПГ продукта может быть отведен из первичного теплообменника 16 посредством трубопровода 118. В некоторых вариантах выполнения поток СПГ продукта в трубопроводе 118 может иметь температуру в диапазоне от около -200°F до около -290°F, от около -220°F до около -280°F или от около -240°F до около -275°F и/или давление менее около 50 фунт/кв. дюйм, менее около 40 фунт/кв. дюйм, менее около 30 фунт/кв. дюйм или менее около 20 фунт/кв. дюйм. Хотя не изображено на ФИГ. 1, установка 10 для СПГ также может включать в себя дополнительные блоки обработки и/или установки для хранения дальше по ходу первичного теплообменника 16 для дальнейшей обработки, сепарации и/или хранения потока СПГ продукта в трубопроводе 118. В некоторых вариантах выполнения по меньшей мере часть СПГ продукта может быть перемещена из установки 10 для СПГ к одной или более отдельным установкам (не показаны) для последующего хранения, обработки и/или использования.

[0022] Возвращаясь теперь к варианту выполнения холодильной системы 12 установки 10 для СПГ, изображенной на ФИГ. 1, контур 12 охлаждения, показанный в общем, включает в себя вакуумный барабан 28 для холодильного агента, многоступенчатый компрессор 30 для холодильного агента, промежуточный охладитель 32, промежуточный накопитель 34, промежуточный насос 36 для холодильного агента, конденсатор 38 холодильного агента, накопитель 40 холодильного агента и насос 42 для холодильного агента. Дополнительно, холодильная система 12 включает в себя пару охлаждающих каналов 52 и 58 для холодильного агента и пару нагревающих каналов 56 и 62 для холодильного агента, причем каждый имеет дросселирующее устройство 54 и 60, соответственно расположенное между охлаждающим каналом 52 и нагревающим каналом 56 и охлаждающим каналом 58 и нагревающим каналом 62.

[0023] Согласно одному варианту выполнения настоящего изобретения холодильный агент, используемый в замкнутом контуре 12 охлаждения, может являться смесью холодильных агентов. В данном контексте термин ʺсмесь холодильных агентовʺ относится к составу холодильного агента, содержащему два или более компонентов. В одном варианте выполнения смесь холодильных агентов, используемая контуром 12 охлаждения, может являться одной смесью холодильных агентов и может содержать два или более компонентов, выбранных из группы, состоящей из метана, этилена, этана, пропилена, пропана, изобутана, н-бутана, изопентана, н-пентана и их комбинаций. В некоторых вариантах выполнения состав холодильного агента может содержать метан, этан, пропан, нормальный бутан и изопентан и может исключать некоторые компоненты, включающие в себя, например, азот или галогенизированные углеводороды. Согласно вариантам выполнения настоящего изобретения предполагаются различные конкретные составы холодильных агентов. Таблица 1 ниже обобщает широкий, промежуточный и узкий диапазоны для нескольких примеров компонентов, которые могут быть использованы в смесях холодильных агентов, подходящих для использования в контуре 12 охлаждения, согласно различным вариантам выполнения настоящего изобретения.

Таблица 1: Примеры составов смеси холодильных агентов

Компонент Широкий диапазон,
мол. %
Промежуточный диапазон,
мол. %
Узкий диапазон, мол. %
метан 0-50 5-40 10-30
этилен 0-50 5-40 10-30
этан 0-50 5-40 10-30
пропилен 0-50 5-40 5-30
пропан 0-50 5-40 5-30
изобутан 0-10 0-5 0-2
н-бутан 0-25 1-20 5-15
изопентан 0-30 1-20 2-15
н-пентан 0-10 0-5 0-2
азот 0-30 0-25 0-20

[0024] В некоторых вариантах выполнения настоящего изобретения может быть желательным изменить состав смеси холодильных агентов, чтобы таким образом изменить ее кривую охлаждения и, следовательно, ее потенциал охлаждения. Такая модификация может быть использована для компенсации, например, изменения состава и/или скорости потока сырьевого газа, вводимого в установку 10 для СПГ. В одном варианте выполнения состав смеси холодильных агентов может быть изменен так, чтобы кривая нагрева испаряющегося холодильного агента более точно совпадала с кривой охлаждения потока сырьевого газа. Один способ для такого совмещения кривых подробно описан в патенте США № 4033735, описание которого включено сюда путем ссылки во всей полноте и в пределах, не противоречащих настоящему описанию. В некоторых вариантах выполнения возможность изменить состав и, следовательно, кривую нагрева холодильного агента обеспечивает повышенную гибкость и эксплуатационные качества установки, позволяя ей принять и эффективно обработать сырьевые потоки, имеющие более широкое разнообразие составов газа.

[0025] Ссылаясь вновь на контур 12 охлаждения, показанный в варианте выполнения установки 10 на ФИГ. 1, поток смеси холодильных агентов в трубопроводе 120 может быть введен во впускное отверстие для текучей среды вакуумного барабана 28 для холодильного агента, в котором любая присутствующая жидкость может быть отделена от парообразной фазы. Тогда жидкости, когда присутствуют, могут быть отведены из нижнего выпускного отверстия для жидкости вакуумного барабана 28 и могут быть возвращены обратно в циркуляционную систему (не показана). Как показано на ФИГ. 1, парофазный поток смеси холодильных агентов может быть отведен из верхнего выпускного отверстия для пара вакуумного барабана 28 и направлен к впускному отверстию на стороне низкого давления ступени 44 сжатия низкого давления многоступенчатого компрессора 30. Многоступенчатый компрессор 30 может являться компрессором любого типа, подходящего для повышения давления смеси холодильных агентов в замкнутом контуре 12 охлаждения со смесью холодильных агентов. Хотя на ФИГ. 1 изображен в общем содержащим две ступени сжатия, многоступенчатый компрессор 30 может включать в себя три или более ступеней в соответствии с другими вариантами выполнения настоящего изобретения.

[0026] Как показано на ФИГ. 1, поток сжатого холодильного агента, отведенный из выпускного отверстия на стороне промежуточного давления ступени 44 сжатия низкого давления компрессора 30 для холодильного агента посредством трубопровода 126, может быть направлен во впускное отверстие для теплой текучей среды промежуточного охладителя 32, в котором поток может быть охлажден и по меньшей мере частично конденсирован посредством косвенного теплообмена с по меньшей мере одним потоком холодильного агента (например, воздуха или охлаждающей воды). Затем получаемый двухфазный поток холодильного агента в трубопроводе 128 может быть направлен в промежуточный накопитель 34, в котором парообразная и жидкая фазы могут быть отделены. Как показано на ФИГ. 1, поток пара, отведенный из промежуточного накопителя 34 посредством трубопровода 132, может быть введен во впускное отверстие на стороне промежуточного давления ступени 46 сжатия высокого давления многоступенчатого компрессора, которая может быть соединена со ступенью 44 сжатия низкого давления посредством вала 48. На ступени 46 сжатия высокого давления поток смеси холодильных агентов может быть дополнительно сжат перед выпуском из выпускного отверстия на стороне высокого давления ступени 46 сжатия высокого давления в трубопровод 134. Дополнительно, как изображено в варианте выполнения, показанном на ФИГ. 1, давление жидкой части потока холодильного агента, отведенной из промежуточного накопителя 34 посредством трубопровода 130, может быть повышено посредством насоса 36 для холодильного агента до объединения с потоком сжатого холодильного агента в трубопроводе 134. В одном варианте выполнения давление потока жидкости, выпускаемого из насоса 36 для холодильного агента в трубопровод 136, может составлять в пределах около 100, в пределах около 50, в пределах около 20, в пределах около 10 или в пределах около 5 фунт/кв. дюйм давления потока пара в трубопроводе 134 перед объединением двух потоков.

[0027] Объединенный поток холодильного агента в трубопроводе 138 затем может быть введен в конденсатор 38 холодильного агента, в котором поток может быть охлажден и по меньшей мере частично конденсирован посредством косвенного теплообмена с потоком холодильного агента (например, охлаждающей водой). Получаемый охлажденный, по меньшей мере частично конденсированный поток холодильного агента в трубопроводе 140 затем может быть введен в накопитель 40 холодильного агента, в котором парообразная и жидкая фазы могут быть разделены. Как показано на ФИГ. 1, парофазный поток холодильного агента в трубопроводе 142 может быть отведен и объединен с описанным ниже потоком жидкого холодильного агента до введения в первичный теплообменник 16.

[0028] Согласно одному варианту выполнения настоящего изобретения поток жидкого холодильного агента, отведенный из накопителя 40 холодильного агента посредством трубопровода 144, может быть сжат посредством насоса 36 для холодильного агента и получаемый поток, выпускаемый в трубопровод 146, может быть пропущен через делительное устройство 50, которое может быть выполнено с возможностью разделения сжатого жидкого холодильного агента на две отдельные части в трубопроводах 148 и 150. Как показано на ФИГ. 1, делительное устройство 50 не является парожидкостным сепаратором, но взамен может являться любым устройством, выполненным с возможностью разделения потока жидкости в трубопроводе 146 на два потока аналогичного состава и состояния. Скорости отдельных потоков в трубопроводах 148 и 150 могут быть аналогичными или различными. Например, в некоторых вариантах выполнения отношение массовой скорости потока в трубопроводе 148 к массовой скорости потока в трубопроводе 150 может составлять по меньшей мере около 0,5:1, по меньшей мере около 0,75:1, по меньшей мере около 0,95:1 и/или не более около 2:1, не более около 1,75:1, не более около 1,5:1, не более около 1,25:1. В том же или других вариантах выполнения отношение массовой скорости потока в трубопроводе 148 к массовой скорости потока в трубопроводе 150 может составлять приблизительно 1:1.

[0029] Как показано на ФИГ. 1, первая часть потока жидкого холодильного агента в трубопроводе 148 может быть объединена с парофазным потоком холодильного агента, отведенного из накопителя 40 холодильного агента в трубопровод 142. Количество пара и/или жидкости, вводимое в трубопроводы 142 и/или 148, может регулироваться для достижения требуемого соотношения пара и жидкости, вводимых в охлаждающий канал 58 для холодильного агента, расположенный внутри первичного теплообменника 16. В одном варианте выполнения объединенный поток, введенный в охлаждающий канал 58, может иметь паровую фракцию по меньшей мере около 0,45, по меньшей мере около 0,55, по меньшей мере около 0,65 и/или не более около 0,95, не более около 0,90, не более около 0,85. Хотя объединение изображено непосредственно перед введением в охлаждающий канал 58, ясно, что поток жидкости в трубопроводе 148 и парофазный поток холодильного агента в трубопроводе 142 могут быть альтернативно объединены внутри первичного теплообменника 16 или могут быть объединены в ином месте далее ближе по ходу теплообменника 16, так чтобы объединенный поток мог быть введен в охлаждающий канал 58 посредством общего трубопровода, внешнего по отношению к первичному теплообменнику 16 (вариант выполнения не показан на ФИГ. 1).

[0030] Как показано на ФИГ. 1, объединенный поток холодильного агента, введенный в первичный теплообменник 16, опускается вертикально вниз по охлаждающему каналу 58, в котором он может быть охлажден и конденсирован посредством косвенного теплообмена с одним или более потоками холодильного агента. Получаемый конденсированный и дополнительно охлажденный поток жидкости может быть отведен из нижнего участка первичного теплообменника 16 посредством трубопровода 158. Как показано на ФИГ. 1, поток жидкого холодильного агента в трубопроводе 158 затем может быть пропущен через дросселирующее устройство 60, в котором давление потока может быть уменьшено, чтобы таким образом испарить его часть. Получаемый охлажденный, двухфазный поток в трубопроводе 160 затем может быть введен в нагревающий канал 62 для холодильного агента, в котором поток может быть нагрет по мере того, как он поднимается вертикально вверх через первичный теплообменник 16. По мере нагрева восходящего потока холодильного агента он может обеспечить охлаждение одного или более охлаждаемых потоков, как описано ранее.

[0031] Согласно одному варианту выполнения настоящего изобретения вторая часть потока жидкого холодильного агента, отведенная из накопителя 40 холодильного агента посредством трубопровода 150, может быть отдельно введена во второй охлаждающий канал 52 для холодильного агента, расположенный внутри первичного теплообменника 16. По мере того как поток жидкости перемещается вертикально вниз по охлаждающему каналу 52, он охлаждается и конденсируется посредством косвенного теплообмена с одним или более потоками холодильного агента. Получаемый поток жидкого холодильного агента, выходящий из охлаждающего канала 52 в трубопровод 152, затем может быть пропущен через дросселирующее устройство 54, в котором давление потока может быть уменьшено, чтобы таким образом испарить часть потока. Хотя в общем изображен в виде дроссельного клапана или клапана Джоуля-Томпсона (JT - ДТ) на ФИГ. 1, ясно, что дросселирующее устройство 54 может содержать любой подходящий тип детандера, включая в себя, например, отверстие Джоуля-Томпсона или турбодетандер (не показаны). Аналогично, дросселирующее устройство 54 может включать в себя, в некоторых вариантах выполнения, два или более дросселирующих устройств, расположенных параллельно или последовательно, выполненных с возможностью уменьшения давления потока жидкого холодильного агента в трубопроводе 152.

[0032] Получаемый охлажденный, двухфазный поток холодильного агента в трубопроводе 154 затем может быть повторно введен в другой нагревающий канал 56 для холодильного агента первичного теплообменника 16, в котором поток может быть нагрет, чтобы таким образом обеспечить охлаждение одного или более других потоков текучих сред, охлаждаемых в первичном теплообменнике 16, включая в себя поток холодильного агента в трубопроводах 150 и 158 в соответствующих охлаждающих каналах 52 и 58, сырьевой поток природного газа в трубопроводе 110 в охлаждающем канале 18 и/или отводимый сверху поток пара в трубопроводе 114 в охлаждающем канале 22.

[0033] Согласно одному варианту выполнения, изображенному на ФИГ. 1, общая длина охлаждающего канала 52 для холодильного агента может быть меньше общей длины охлаждающего канала 58 для холодильного агента. Следовательно, охлажденный поток холодильного агента, выходящий из охлаждающего канала 52 для холодильного агента посредством трубопровода 152, может быть отведен из более высокого положения по вертикали вдоль высоты первичного теплообменника 16, чем охлажденный поток холодильного агента, отведенный из охлаждающего канала 58 для холодильного агента. Например, в одном варианте выполнения, изображенном на ФИГ. 1, охлажденный поток холодильного агента, выходящий из охлаждающего канала 52 для холодильного агента, может быть отведен из средней по вертикали точки первичного теплообменника 16, в то время как охлажденный поток холодильного агента, выходящий из охлаждающего канала 58 для холодильного агента, может быть отведен из выпускного отверстия, расположенного вблизи нижнего по вертикали конца первичного теплообменника 16. Согласно одному варианту выполнения отношение общей длины охлаждающего канала 52 для холодильного агента к общей длине охлаждающего канала 58 для холодильного агента может составлять по меньшей мере около 0,15:1, по меньшей мере около 0,25:1, по меньшей мере около 0,35:1 и/или не более около 0,75:1, не более около 0,65:1, не более около 0,50:1 или в диапазоне от около 0,15:1 до около 0,75:1, от около 0,25:1 до около 0,65:1 или от около 0,25:1 до около 0,50:1. В том же или других вариантах выполнения отношение общей длины охлаждающего канала 52 для холодильного агента к общей высоте (то есть к вертикальному размеру) первичного теплообменника 16 может составлять по меньшей мере около 0,15:1, по меньшей мере около 0,25:1, по меньшей мере около 0,35:1 и/или не более около 0,75:1, не более около 0,65:1, не более около 0,55:1, в то время как отношение общей длины охлаждающего канала 58 к общей высоте первичного теплообменника 16 может составлять около 1:1.

[0034] Как показано на ФИГ. 1, первый нагретый поток смеси холодильных агентов, который может иметь паровую фракцию по меньшей мере около 0,85, по меньшей мере около 0,90, по меньшей мере около 0,95, может быть отведен из нагревающего канала 62 посредством трубопровода 162 и второй нагретый поток холодильного агента, имеющий аналогичную паровую фракцию, может быть отведен из нагревающего канала 58 посредством трубопровода 156. Согласно одному варианту выполнения, изображенному на ФИГ. 1, два потока нагретого потока холодильного агента затем могут быть объединены и полученный поток в трубопроводе 120 после этого может быть повторно использован во впускном отверстии вакуумного барабана 28 для холодильного агента, как описано подробно ранее.

[0035] Возвращаясь теперь к ФИГ. 2, показан другой вариант выполнения установки 10 для СПГ. Вариант выполнения установки 10 для СПГ, показанной на ФИГ. 2, аналогичен варианту выполнения, изображенному на ФИГ. 1, но включает в себя другую конфигурацию различных компонентов холодильной системы 12. Основные компоненты установки 10 для СПГ, показанной на ФИГ. 2, пронумерованы так же, как компоненты, изображенные на ФИГ. 1. Работа установки 10 для СПГ, изображенной на ФИГ. 2, поскольку она отличается от работы, описанной ранее в отношении ФИГ. 1, будет теперь описана подробно ниже.

[0036] Как показано на ФИГ. 2, поток смеси холодильных агентов в трубопроводе 120, введенный в вакуумный барабан 28 для холодильного агента, может быть разделен на отводимый сверху поток пара в трубопроводе 124 и отводимый снизу поток жидкости в трубопроводе 122. Согласно варианту выполнения, изображенному на ФИГ. 2, отводимый снизу поток жидкости в трубопроводе 122, отведенный из вакуумного барабана 28 для холодильного агента, может быть сжат посредством насоса 64 для холодильного агента и получаемый поток в трубопроводе 123 затем может быть объединен с двухфазным потоком холодильного агента в трубопроводе 138. После этого, объединенный поток холодильного агента в трубопроводе 138 может быть введен в конденсатор 38 холодильного агента и получаемый охлажденный поток затем может пройти через остальные части контура 12 охлаждения, как описано подробно ранее в отношении ФИГ. 1. В одном варианте выполнения (не показан на ФИГ. 2), может быть возможным объединение сжатого отводимого снизу потока жидкости в трубопроводе 123 со сжатым потоком пара холодильного агента, выходящим из ступени 46 сжатия высокого давления в трубопроводе 134, чтобы образовать объединенный поток, который впоследствии может быть объединен со сжатым жидкофазным потоком холодильного агента, выпускаемым из промежуточного насоса 36 в трубопроводе 136.

[0037] Согласно одному варианту выполнения дополнительный насос 64 для холодильного агента в нижнем жидкостном трубопроводе 122 вакуумного барабана 28 для холодильного агента может позволить контуру 12 охлаждения использовать холодильные агенты, имеющие другие составы, чем холодильные агенты, подходящие для использования в варианте выполнения установки 10 для СПГ, показанной на ФИГ. 1. В частности, применение трубопровода 123 повторного использования охлаждающей жидкости, как показано в варианте выполнения установки 10 для СПГ, изображенной на ФИГ. 2, может позволить контуру 12 охлаждения использовать смесь холодильных агентов, которая включает в себя более высокую концентрацию тяжелых углеводородов, чем смесь холодильных агентов, использованная в установке 10 для СПГ, показанной на ФИГ. 1. Как описано ранее, может быть желательным изменить состав смеси холодильных агентов, применяемой в контуре 12 охлаждения, чтобы, например, компенсировать изменения в составе потока сырьевого газа и чтобы кривая нагрева смеси холодильных агентов более точно совпадала с кривой охлаждения потока природного газа. В некоторых вариантах выполнения возможность использования смеси холодильных агентов различного состава, включая в себя эти составы холодильного агента, включающие в себя более высокое количество более тяжелых компонентов, может обеспечивать еще большую эксплуатационную гибкость СПГ установок, выполненных согласно вариантам выполнения настоящего изобретения.

[0038] Возвращаясь теперь к ФИГ. 3, показан еще один вариант выполнения установки 10 для СПГ. Вариант выполнения установки 10 для СПГ, показанной на ФИГ. 3, аналогичен варианту выполнения, изображенному на ФИГ. 1, но включает в себя другую конфигурацию различных компонентов холодильной системы 12. Основные компоненты установки 10 для СПГ, показанной на ФИГ. 3, пронумерованы так же, как компоненты, изображенные на ФИГ. 1. Работа установки 10 для СПГ, изображенной на ФИГ. 3, поскольку она отличается от работы, описанной ранее в отношении ФИГ. 1, будет теперь описана.

[0039] Как показано на ФИГ. 3, два потока нагретой смеси холодильных агентов могут быть отведены из нагревающего канала 56 для холодильного агента и нагревающего канала 62 для холодильного агента посредством соответствующих трубопроводов 156 и 162. Вместо объединения, как показано в варианте выполнения, изображенном на ФИГ. 1, нагретые потоки холодильного агента в трубопроводах 156 и 162 остаются разделенными, как показано в варианте выполнения установки 10 для СПГ, показанной на ФИГ. 3. Как показано на ФИГ. 3, нагретый поток пара холодильного агента в трубопроводе 156, который может иметь температуру, которая на по меньшей мере около 25°F, по меньшей мере около 50°F, по меньшей мере около 75°F и/или не более около 150°F, не более около 125°F, не более около 100°F теплее потока пара холодильного агента в трубопроводе 162, может быть направлен к впускному отверстию для текучей среды сепаратора 68 холодильного агента, в котором парообразная и жидкая части могут быть отделены друг от друга. Сепаратором 68 для холодильного агента может являться любой подходящий тип парожидкостного сепаратора и может, возможно, включать в себя одно или более внутренних устройств колонны, описанных подробно ранее в отношении сепаратора 20.

[0040] Как показано на ФИГ. 3, жидкая часть нагретого потока холодильного агента, введенная в сепаратор 68 для холодильного агента, может быть отведена из сепаратора 68 посредством трубопровода 166 и сжата до более высокого давления посредством насоса 70 для холодильного агента. Получаемый сжатый поток жидкого холодильного агента в трубопроводе 168 затем может быть объединен с описанным ранее двухфазным сжатым потоком холодильного агента в трубопроводе 138. Получаемый объединенный поток холодильного агента в трубопроводе 139 затем может быть введен в конденсатор 38 холодильного агента, в котором поток может быть охлажден и по меньшей мере частично конденсирован до прохождения через оставшиеся участки контура 12 охлаждения, как описано ранее в отношении ФИГ. 1.

[0041] Ссылаясь вновь на ФИГ. 3, парообразная часть нагретого потока холодильного агента, введенного в сепаратор 68 для холодильного агента, может быть отведена из верхнего участка сепаратора 68 посредством трубопровода 164 и объединена со вторым нагретым потоком холодильного агента, отведенным из нагревающего канала 62 для холодильного агента в трубопроводе 162. Получаемый объединенный парофазный поток холодильного агента в трубопроводе 120 затем может быть направлен к впускном отверстию вакуумного барабана 28 для холодильного агента, в котором поток может быть разделен на парообразную и жидкую части, отведенные из барабана 28 посредством соответствующих трубопроводов 124 и 122, как показано на ФИГ. 3. После этого каждая из парообразной и жидкой частей может продолжить перемещение через остальные части контура 12 охлаждения, как описано подробно ранее в отношении ФИГ. 1.

[0042] Хотя описаны здесь в отношении сжижения потока природного газа, ясно также, что способы и системы настоящего изобретения также могут подходить для использования в других применениях по переработке и разделению газа, включая в себя, но не ограничиваясь ими, извлечение и сжижение этана, извлечение газоконденсатных жидкостей (ГКЖ), отделение синтетического газа и извлечение метана, и охлаждение и отделение азота и/или кислорода от различных углеводородсодержащих газовых потоков.

[0043] Предпочтительные формы изобретения, описанные выше, подлежат использованию только в качестве пояснений и не должны использоваться в качестве ограничения объема настоящего изобретения. Очевидные модификации примера одного варианта выполнения, изложенного выше, могут быть легко выполнены специалистами в данной области техники без отступления от сущности настоящего изобретения. Таким образом, изобретатели заявили свое намерение положиться на доктрину эквивалентов, чтобы определить и установить достаточно справедливый объем настоящего изобретения, которое относится к любому устройству, несущественно отличающемуся от, но лежащего вне буквального объема изобретения, как изложено в следующей формуле изобретения.

1. Способ производства сжиженного природного газа (СПГ), содержащий следующие этапы, на которых:

(a) охлаждают поток природного газа в первом теплообменнике для обеспечения охлажденного потока природного газа;

(b) сжимают поток смеси холодильных агентов для обеспечения сжатого потока холодильного агента;

(c) охлаждают и по меньшей мере частично конденсируют сжатый поток холодильного агента для обеспечения двухфазного потока холодильного агента;

(d) разделяют двухфазный поток холодильного агента на первый поток пара холодильного агента и первый поток жидкого холодильного агента в первом парожидкостном сепараторе;

(e) объединяют по меньшей мере часть первого потока пара холодильного агента, отведенного из первого парожидкостного сепаратора, с по меньшей мере частью первого потока жидкого холодильного агента для обеспечения объединенного потока холодильного агента;

(f) охлаждают по меньшей мере часть объединенного потока холодильного агента для обеспечения объединенного потока охлажденного холодильного агента;

(g) разделяют объединенный, охлажденный поток холодильного агента на второй поток пара холодильного агента и второй поток жидкого холодильного агента во втором парожидкостном сепараторе;

(h) разделяют второй поток жидкого холодильного агента на первую жидкую фракцию холодильного агента и вторую жидкую фракцию холодильного агента;

(i) охлаждают по меньшей мере часть из первой и второй жидких фракций холодильного агента для обеспечения соответствующих первой и второй охлажденных жидких фракций холодильного агента; и

(j) вводят первую и вторую охлажденные жидкие фракции холодильного агента в отдельные впускные отверстия первого теплообменника,

причем первую и вторую охлажденные жидкие фракции холодильного агента используют для выполнения по меньшей мере части охлаждения на этапе (a).

2. Способ по п.1, дополнительно содержащий, перед упомянутым сжатием на этапе (b), разделение потока смеси холодильных агентов в третьем парожидкостном сепараторе для обеспечения парофазного потока смеси холодильных агентов и жидкофазного потока смеси холодильных агентов, в котором поток смеси холодильных агентов, сжатый на этапе (b), содержит по меньшей мере часть парофазного потока смеси холодильных агентов, отведенного из третьего парожидкостного сепаратора.

3. Способ по п.2, дополнительно содержащий объединение по меньшей мере части жидкофазного потока смеси холодильных агентов, отведенного из третьего парожидкостного сепаратора, с по меньшей мере частью объединенного потока холодильного агента перед охлаждением на этапе (f).

4. Способ по п.1, дополнительно содержащий, после охлаждения на этапе (a), отведение первого нагретого потока холодильного агента и второго нагретого потока холодильного агента из первого теплообменника, в котором поток смеси холодильных агентов, сжатый на этапе (b), содержит по меньшей мере часть первого и второго нагретых потоков холодильного агента.

5. Способ по п.4, дополнительно содержащий объединение первого и второго нагретых потоков холодильного агента для обеспечения объединенного нагретого потока холодильного агента, в котором поток смеси холодильных агентов, сжатый на этапе (b), содержит по меньшей мере часть объединенного нагретого потока холодильного агента.

6. Способ по п.4, дополнительно содержащий разделение первого нагретого потока холодильного агента на первый нагретый поток пара холодильного агента и первый нагретый поток жидкого холодильного агента в четвертом парожидкостном сепараторе, в котором поток смеси холодильных агентов, сжатый на этапе (b), содержит по меньшей мере часть первого нагретого потока пара холодильного агента.

7. Способ по п.6, дополнительно содержащий объединение первого нагретого потока пара холодильного агента со вторым нагретым потоком холодильного агента для обеспечения объединенного потока пара холодильного агента, в котором поток смеси холодильных агентов, сжатый на этапе (b), содержит по меньшей мере часть объединенного потока пара холодильного агента.

8. Способ по п.6, дополнительно содержащий объединение по меньшей мере части первого нагретого потока жидкого холодильного агента с по меньшей мере частью объединенного потока холодильного агента перед охлаждением на этапе (f).

9. Способ по п.1, дополнительно содержащий сжатие по меньшей мере части первого потока пара холодильного агента, отведенного из первого парожидкостного сепаратора, для обеспечения первого сжатого потока пара холодильного агента, в котором первый поток пара холодильного агента, объединенный с первым потоком жидкого холодильного агента на этапе (e), содержит первый сжатый поток пара.

10. Способ по п.1, дополнительно содержащий дросселирование первой и второй охлажденных жидких фракций холодильного агента для обеспечения соответствующих первой и второй дросселированных фракций холодильного агента, в котором первый и второй потоки охлажденного жидкого холодильного агента, введенные в первый теплообменник на этапе (j), содержат соответствующие первую и вторую дросселированные фракции холодильного агента.

11. Способ по п.10, в котором по меньшей мере часть охлаждения на этапе (i) выполняется посредством косвенного теплообмена с по меньшей мере частью первой и второй дросселированных жидких фракций холодильного агента.

12. Способ по п.1, дополнительно содержащий объединение по меньшей мере части второго потока пара холодильного агента со второй жидкой фракцией холодильного агента для обеспечения второго объединенного потока холодильного агента, в котором упомянутая вторая жидкая фракция холодильного агента, охлажденная на этапе (i), содержит второй объединенный поток холодильного агента.

13. Способ по п.1, дополнительно содержащий разделение охлажденного потока природного газа на обогащенный метаном поток пара и обедненный метаном поток жидкости и охлаждение по меньшей мере части обогащенного метаном потока пара в первом теплообменнике для обеспечения потока сжиженного природного газа, в котором по меньшей мере часть охлаждения обогащенного метаном потока пара выполняется при помощи по меньшей мере одной из первой и второй охлажденных жидких фракций холодильного агента.

14. Способ производства потока сжиженного газа, содержащий следующие этапы, на которых:

(a) сжимают поток смеси холодильных агентов на первой ступени сжатия компрессора для обеспечения первого сжатого потока холодильного агента;

(b) охлаждают и по меньшей мере частично конденсируют первый сжатый поток холодильного агента для обеспечения охлажденного, сжатого потока холодильного агента;

(c) разделяют охлажденный, сжатый поток холодильного агента на первый поток пара холодильного агента и первый поток жидкого холодильного агента;

(d) сжимают первый поток пара холодильного агента на второй ступени сжатия компрессора для обеспечения второго сжатого потока холодильного агента;

(e) охлаждают и по меньшей мере частично конденсируют по меньшей мере часть второго сжатого потока холодильного агента для обеспечения частично конденсированного потока холодильного агента;

(f) разделяют частично конденсированный холодильный агент на второй поток пара холодильного агента, второй поток жидкого холодильного агента и третий поток жидкого холодильного агента;

(g) охлаждают второй и третий потоки жидкого холодильного агента для обеспечения соответствующих второго и третьего охлажденных потоков жидкого холодильного агента;

(h) дросселируют по меньшей мере один из второго и третьего охлажденных потоков жидкого холодильного агента для обеспечения по меньшей мере одного охлажденного, дросселированного потока холодильного агента;

(i) охлаждают поток сырьевого газа посредством косвенного теплообмена с по меньшей мере одним охлажденным, дросселированным потоком холодильного агента для обеспечения охлажденного потока сырьевого газа и по меньшей мере одного нагретого потока холодильного агента.

15. Способ по п.14, в котором по меньшей мере один нагретый поток холодильного агента, обеспеченный посредством охлаждения на этапе (i), содержит первый нагретый поток холодильного агента и второй нагретый поток холодильного агента, в котором поток смеси холодильных агентов, сжатый на этапе (a), содержит по меньшей мере часть первого и второго нагретых потоков холодильного агента.

16. Способ по п.15, дополнительно содержащий разделение по меньшей мере части первого нагретого потока холодильного агента на первую нагретую паровую фракцию холодильного агента и первую нагретую жидкую фракцию холодильного агента; и объединение по меньшей мере части первой нагретой паровой фракции холодильного агента со вторым нагретым потоком холодильного агента для обеспечения объединенного потока пара, в котором поток смеси холодильных агентов, сжатый на этапе (a), содержит объединенный поток пара.

17. Способ по п.16, дополнительно содержащий объединение первой нагретой жидкой фракции холодильного агента с по меньшей мере частью второго сжатого потока холодильного агента перед охлаждением на этапе (e).

18. Способ по п.14, в котором дросселирование на этапе (h) включает в себя дросселирование каждого из второго и третьего охлажденных потоков жидкого холодильного агента для обеспечения соответствующих первого и второго охлажденных, дросселированных потоков холодильного агента, в котором каждый из первого и второго охлажденных, дросселированных потоков холодильного агента используется для выполнения по меньшей мере части охлаждения на этапе (i).

19. Способ по п.14, дополнительно содержащий объединение по меньшей мере части первого потока жидкого холодильного агента с частью второго потока сжатого холодильного агента перед охлаждением на этапе (e).

20. Способ по п.19, в котором давление первого потока жидкого холодильного агента составляет в пределах около 100 фунт/кв. дюйм давления второго потока сжатого холодильного агента во время объединения.

21. Способ по п.14, дополнительно содержащий, перед сжатием на этапе (a), разделение потока смеси холодильных агентов на первую паровую фракцию и первую жидкую фракцию в первом парожидкостном сепараторе, в котором поток смеси холодильных агентов, сжатый на этапе (a), содержит первую паровую фракцию; и объединение первой жидкой фракции с по меньшей мере частью второй сжатой паровой фракцией перед охлаждением на этапе (e).

22. Способ по п.14, дополнительно содержащий дополнительное охлаждение по меньшей мере части охлажденного потока сырьевого газа посредством косвенного теплообмена с по меньшей мере одним охлажденным, дросселированным потоком холодильного агента, чтобы таким образом обеспечить конденсированный поток газа; и извлечение сжиженного природного газа (СПГ) из конденсированного потока газа.

23. Система для охлаждения потока природного газа, содержащая:

первый теплообменник для охлаждения сырьевого потока природного газа, причем первый теплообменник содержит

первый охлаждающий канал, имеющий впускное отверстие для сырьевого газа и выпускное отверстие для холодного природного газа;

второй охлаждающий канал для приема и охлаждения первого потока жидкого холодильного агента, причем второй охлаждающий канал имеет первое впускное отверстие для теплого холодильного агента и первое выпускное отверстие для холодного холодильного агента;

третий охлаждающий канал для приема и охлаждения второго потока жидкого холодильного агента, причем третий охлаждающий канал имеет второе впускное отверстие для теплого холодильного агента и второе выпускное отверстие для холодного холодильного агента;

первый нагревающий канал для приема и нагрева первого потока охлажденного холодильного агента, причем первый нагревающий канал имеет первое впускное отверстие для холодного холодильного агента и первое выпускное отверстие для теплого холодильного агента; и

второй нагревающий канал для приема и нагрева второго потока охлажденного жидкого холодильного агента, причем второй нагревающий канал имеет второе впускное отверстие для холодного холодильного агента и второе выпускное отверстие для теплого холодильного агента,

причем первое выпускное отверстие для холодного холодильного агента второго охлаждающего канала находится в сообщении по потоку текучей среды с первым впускным отверстием для холодного холодильного агента первого нагревающего канала,

причем второе выпускное отверстие для холодного холодильного агента третьего охлаждающего канала находится в сообщении по потоку текучей среды со вторым впускным отверстием для холодного холодильного агента второго нагревающего канала;

по меньшей мере один компрессор для приема и сжатия потока смеси холодильных агентов, при этом компрессор имеет впускное отверстие на стороне низкого давления и выпускное отверстие на стороне высокого давления, причем впускное отверстие на стороне низкого давления сообщается по потоку текучей среды с по меньшей мере одним из первого выпускного отверстия для теплого холодильного агента первого нагревающего канала и второго выпускного отверстия для теплого холодильного агента второго нагревающего канала;

первый охладитель для охлаждения сжатого потока смеси холодильных агентов, причем первый охладитель имеет первое впускное отверстие для теплой текучей среды и первое выпускное отверстие для холодной текучей среды, причем первое впускное отверстие для теплой текучей среды сообщается по потоку текучей среды с выпускным отверстием на стороне высокого давления компрессора;

первый парожидкостный сепаратор для отделения части охлажденного потока холодильного агента, причем парожидкостный сепаратор содержит первое впускное отверстие для текучей среды, первое выпускное отверстие для пара и первое выпускное отверстие для жидкости, причем первое впускное отверстие для текучей среды первого парожидкостного сепаратора сообщается по потоку текучей среды с первым выпускным отверстием для холодной текучей среды первого охладителя;

первый жидкостный трубопровод для перемещения по меньшей мере части жидкости, выходящей из первого парожидкостного сепаратора, причем первый жидкостный трубопровод имеет впускное отверстие для жидкого холодильного агента и пару выпускных отверстий для жидкого холодильного агента, причем впускное отверстие для жидкого холодильного агента находится в сообщении по потоку текучей среды с первым выпускным отверстием для жидкости первого парожидкостного сепаратора, причем одно из пары выпускных отверстий для жидкого холодильного агента находится в сообщении по потоку текучей среды с первым впускным отверстием для теплого холодильного агента второго охлаждающего канала, а другое из пары выпускных отверстий для жидкого холодильного агента находится в сообщении по потоку текучей среды со вторым впускным отверстием для теплого холодильного агента третьего охлаждающего канала.

24. Система по п.23, в которой компрессор является многоступенчатым компрессором, который содержит первую ступень сжатия и вторую ступень сжатия, в котором первая ступень сжатия содержит впускное отверстие на стороне низкого давления и выпускное отверстие на стороне промежуточного давления и вторая ступень сжатия содержит впускное отверстие на стороне промежуточного давления и выпускное отверстие на стороне высокого давления; и

дополнительно содержащая

второй охладитель, имеющий второе впускное отверстие для теплой текучей среды и второе выпускное отверстие для холодной текучей среды, в котором второе впускное отверстие для теплой текучей среды находится в сообщении по потоку текучей среды с выпускным отверстием на стороне промежуточного давления первой ступени сжатия;

второй парожидкостный сепаратор, имеющий второе впускное отверстие для текучей среды, второе выпускное отверстие для пара и второе выпускное отверстие для жидкости, в котором второе впускное отверстие для текучей среды сообщается по потоку текучей среды со вторым выпускным отверстием для холодной текучей среды второго охладителя, в котором второе выпускное отверстие для пара находится в сообщении по потоку текучей среды с впускным отверстием на стороне промежуточного давления второй ступени сжатия,

причем каждое из выпускного отверстия на стороне высокого давления второй ступени сжатия и второго выпускного отверстия для жидкости второго парожидкостного сепаратора находятся в сообщении по потоку текучей среды с первым впускным отверстием для теплой текучей среды первого охладителя.

25. Система по п.24, дополнительно содержащая

третий парожидкостный сепаратор, имеющий третье впускное отверстие для текучей среды, третье выпускное отверстие для пара и третье выпускное отверстие для жидкости, в котором третье впускное отверстие для текучей среды сообщается по потоку текучей среды с по меньшей мере одним из второго выпускного отверстия для теплого холодильного агента второго нагревающего канала и первого выпускного отверстия для теплого холодильного агента первого нагревающего канала, в котором третье выпускное отверстие для пара сообщается по потоку текучей среды с впускным отверстием на стороне низкого давления первой ступени сжатия и в котором третье выпускное отверстие для жидкости сообщается по потоку текучей среды с первым впускным отверстием для теплой текучей среды второго теплообменника.

26. Система по п.25, в которой третье впускное отверстие для текучей среды третьего парожидкостного сепаратора сообщается по потоку текучей среды как со вторым выпускным отверстием для теплого холодильного агента второго нагревающего канала, так и с первым выпускным отверстием для теплого холодильного агента первого нагревающего канала.

27. Система по п.23, дополнительно содержащая четвертый парожидкостный сепаратор, имеющий четвертое впускное отверстие для текучей среды, четвертое выпускное отверстие для пара и четвертое выпускное отверстие для жидкости, в котором четвертое впускное отверстие для текучей среды находится в сообщении по потоку текучей среды с первым выпускным отверстием для теплого холодильного агента первого нагревающего канала, в котором четвертое выпускное отверстие для пара находится в сообщении по потоку текучей среды с впускным отверстием на стороне низкого давления компрессора, и в котором четвертое выпускное отверстие для жидкости сообщается по потоку текучей среды с первым впускным отверстием для теплой текучей среды первого охладителя.

28. Система по п.23, дополнительно содержащая

первое дросселирующее устройство, имеющее первое впускное отверстие на стороне высокого давления и первое выпускное отверстие на стороне низкого давления; и

второе дросселирующее устройство, имеющее второе впускное отверстие на стороне высокого давления и второе выпускное отверстие на стороне низкого давления,

причем первое впускное отверстие на стороне высокого давления первого дросселирующего устройства находится в сообщении по потоку текучей среды с первым выпускным отверстием для холодного холодильного агента второго охлаждающего канала, и в которой первое выпускное отверстие на стороне низкого давления первого дросселирующего устройства находится в сообщении по потоку текучей среды с первым впускным отверстием для холодного холодильного агента первого нагревающего канала,

причем второе впускное отверстие на стороне высокого давления второго дросселирующего устройства находится в сообщении по потоку текучей среды со вторым выпускным отверстием для холодного холодильного агента третьего охлаждающего канала, и в которой второе выпускное отверстие на стороне низкого давления второго дросселирующего устройства находится в сообщении по потоку текучей среды со вторым впускным отверстием для холодного холодильного агента второго нагревающего канала.

29. Система по п.23, дополнительно содержащая пятый парожидкостный сепаратор, имеющий пятое впускное отверстие для текучей среды, пятое выпускное отверстие для пара и пятое выпускное отверстие для жидкости;

четвертый охлаждающий канал, имеющий впускное отверстие для холодного природного газа и выпускное отверстие для холодного продукта; и

трубопровод для СПГ продукта для перемещения потока СПГ продукта,

причем пятое впускное отверстие для текучей среды пятого парожидкостного сепаратора находится в сообщении по потоку текучей среды с выпускным отверстием для холодного природного газа первого охлаждающего канала, причем пятое выпускное отверстие для пара сообщается по потоку текучей среды со впускным отверстием для холодного природного газа четвертого охлаждающего канала и причем выпускное отверстие для холодного продукта четвертого охлаждающего канала находится в сообщении по потоку текучей среды с трубопроводом для СПГ продукта.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к комплексным технологиям и устройствам для сжижения природного газа и извлечения газоконденсатных жидкостей. Охлаждают и частично конденсируют поступающий поток, содержащий легкие углеводороды в одном или большем количестве теплообменников.

Изобретение относится к газовой промышленности, конкретно к технологиям производства компримированного природного газа, и может найти применение на газораспределительных станциях (ГРС).

Группа изобретений относится к газовой промышленности, а именно, к технологиям производства сжиженного природного газа и компримированного природного газа на газораспределительных станциях.

Изобретение относится к системам управления компрессионных холодильных машин, а именно к способам управления процессом сжижения природного газа (СПГ), и может быть использовано для сжижения и переохлаждения природного газа.

Изобретение описывает способ удаления тяжелых углеводородов при сжижении природного газа, заключающийся в том, что предварительно очищенный и осушенный исходный природный газ охлаждают, разделяют полученную парожидкостную смесь в сепараторе на жидкую и паровую фазы, отводят жидкую фазу с повышенным содержанием тяжелых углеводородов на утилизацию, при этом охлаждение исходного природного газа осуществляют в теплообменнике, паровую фазу из сепаратора направляют на вход пассивного потока эжектора, из установки сжижения природного газа выводят часть холодного потока высокого давления и направляют ее на вход активного потока эжектора, выходящий из эжектора поток направляют в дополнительный сепаратор, в котором поток разделяют на газ и жидкость, газ направляют в теплообменник для рекуперации холода, после рекуперации холода газ направляют в компрессор, газ после компрессора направляют в установку сжижения природного газа.

Изобретение относится к газовой промышленности и криогенной технике, конкретно к технологиям сжижения природного газа на газораспределительных станциях. Способ производства сжиженного природного газа включает подачу потока сжатого природного газа из магистрального трубопровода высокого давления со входа газораспределительной станции и разделение потока на продукционный и технологический потоки.

Изобретение может быть использовано для обеспечения экспорта природного газа. Комплекс сжижения, хранения и отгрузки природного газа включает объединенные прямыми и обратными связями следующие звенья, параметры которых определяют в соответствии с содержанием примесей в сырьевом природном газе, а также с климатическими условиями региона и топографией местности: звено сепарации и замера природного газа, звено очистки природного газа от ртути и метанола, звено очистки природного газа от кислых примесей, звено осушки и очистки природного газа от меркаптанов, звено очистки природного газа от тяжелых углеводородов С5 и выше, звено сжижения природного газа, звено хранения и компаундирования компонентов хладагента, звено компримирования хладагента, звено хранения сжиженного природного газа, звено отгрузки сжиженного природного газа, звено компримирования отпарного газа и звено очистки стабильного конденсата от меркаптанов.

Изобретение относится к газовой промышленности, в частности к области сжижения газов и их смесей, и может найти применение при сжижении природного газа, отбираемого из магистрального газопровода.

В компрессоре, приводимом в действие электрическим двигателем, сжимают, по меньшей мере, часть текучей среды. Компрессор содержит регулируемые входные направляющие лопатки, угол поворота которых можно регулировать.

Изобретение относится к отделению диоксида углерода от газового потока. Заявлены способ отделения диоксида углерода (CO2) от газового потока и устройство отделения диоксида углерода (CO2) от потока, содержащего CO2.

Изобретение относится к области сжижения газов и их смесей и может быть применено для частичного сжижения в каскадных установках на газораспределительных станциях (ГРС) магистральных газопроводов. Отбирают поток природного газа из магистрального газопровода на ГРС, предварительно осушают, очищают и направляют его в многопоточный теплообменник. Затем в испаритель нижнего каскада двухкаскадной холодильной машины, где природный газ охлаждается до температуры начала его конденсации и, по крайней мере, частично конденсируется. В нижнем и верхнем каскадах холодильной машины циркулируют хладагент нижнего каскада и хладагент верхнего каскада, которые представляют собой чистый химический компонент или азеотропную смесь, кипящую при постоянной температуре в испарителе нижнего каскада и верхнего каскада соответственно. После испарителя нижнего каскада природный газ расширяют в расширительном устройстве, а затем подают в сборник-сепаратор. Его разделяют на поток сжиженного природного газа, отводимого в качестве товарного продукта, и обратный поток несжиженного природного газа. Обратный поток подают в многопоточный теплообменник в качестве среды, охлаждающей природный газ, после чего отводят в распределительный газопровод на ГРС. Часть паров хладагента нижнего каскада, отгоняемых из испарителя нижнего каскада, направляется для предварительного охлаждения природного газа в многопоточный теплообменник. Природный газ на выходе из испарителя нижнего каскада имеет температуру, равную сумме температуры кипения хладагента и температурной недорекуперации в испарителе нижнего каскада. При увеличении расхода газа через ГРС в холодный период года увеличивают величину расхода природного газа, поступающего на сжижение, относительно величины расхода, обеспечивающего максимально достижимый коэффициент сжижения природного газа. 1 з.п. ф-лы, 3 ил., 1 табл.

Изобретение относится к технологии сжижения природного газа. Способ сжижения природного газа заключается в том, что подготовленный природный газ предварительно охлаждают, отделяют этан, переохлаждают сжижаемый газ с использованием охлажденного азота в качестве хладагента, снижают давление сжижаемого газа, отделяют несжиженный газ и отводят сжиженный природный газ. При этом перед предварительным охлаждением природный газ компримируют, отделение этана осуществляют в процессе многоступенчатого предварительного охлаждения сжижаемого газа с одновременным испарением этана с использованием охлажденного этана в качестве хладагента. Этан, полученный при испарении, компримируют, конденсируют и используют в качестве хладагента при охлаждении сжижаемого газа и азота, причем азот компримируют, охлаждают, расширяют и подают на стадию переохлаждения природного газа. Изобретение направлено на упрощение технологического процесса сжижения природного газа. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области криогенной техники. Способ заключается в том, что формируют воздушный поток атмосферного воздуха, осушают его в роторном адсорбционном осушителе воздуха низкого давления 1, направляют осушенный воздух в воздушный компрессор 2 для его сжатия, разделяют сжатый воздух с помощью разделителя воздуха 3 на два потока, один поток сжатого воздуха направляют потребителю кислорода, а другой - через азотный компрессор 4 в накопительный азотный ресивер 5 для последующего осуществления пневматического привода криогенной арматуры. Технический результат - повышается безопасность управления приводом криогенной арматуры. 1 ил.

Обеспечены способы и системы для производства сжиженного природного газа с одним замкнутым контуром охлаждения со смесью холодильных агентов. Установки для сжижения природного газа, выполненные согласно вариантам выполнения настоящего изобретения, включают в себя контуры охлаждения, оптимизированные для обеспечения повышенной эффективности и улучшенных эксплуатационных качеств с минимальными дополнительными оборудованием или расходами. 3 н. и 26 з.п. ф-лы, 3 ил., 1 табл.

Наверх