多压力混合的制冷剂冷却方法和系统技术方案

描述用于提高天然气液化过程的能力和效率的系统和方法，该过程包括具有多压力水平的混合的制冷剂预冷系统，包括冷却压缩的混合的制冷剂流，并将冷却压缩的混合的制冷剂流分离成蒸汽和液体部分。液体部分向第一预冷热交换器提供制冷责任。蒸汽部分被进一步压缩/冷却和冷凝，并用于向第二预冷热交换器提供制冷责任。任选地可以使用另外的预冷热交换器和/或相分离器。

Cooling method and system of multi pressure mixture refrigerant

Describes a system and method for improving natural gas liquefaction process capability and efficiency, the process has the pressure level of the mixed refrigerant precooling system, including cooling compressed mixed refrigerant flow, and cooling the compressed mixed refrigerant flow into steam and liquid separation part. The liquid part provides refrigeration responsibility to the first pre cold and heat exchanger. The steam section is further compressed / cooled and condensed and used to provide refrigeration responsibility to the second pre cold and heat exchanger. Alternative cold and heat exchanger and / or phase separator can be used selectively.

【技术实现步骤摘要】
多压力混合的制冷剂冷却方法和系统
技术介绍
本领域熟知多种液化系统来冷却、液化并任选地子-冷却天然气，例如单混合的制冷剂(SMR)循环、丙烷-预冷却的混合的制冷剂(C3MR)循环、双混合的制冷剂(DMR)循环、C3MR-氮混合(例如AP-XTM)循环、氮气或甲烷膨胀循环和梯级循环。通常，在这样的系统中，天然气通过与一种或多种制冷剂间接热交换来冷却、液化并任选地子冷却。可以使用多种制冷剂，例如混合的制冷剂、纯组分、两相制冷剂、气相制冷剂等。混合的制冷剂(MR)，其是氮气、甲烷、乙烷/乙烯、丙烷、丁烷和戊烷的混合物，已用于许多基本负荷液化天然气(LNG)工厂。通常基于进料气体组成和操作条件来优化MR流的组成。制冷剂在包括一个或多个热交换器和制冷剂压缩系统的制冷剂回路中循环。制冷剂回路可以是闭环或开环。天然气通过间接热交换器和热交换器中的制冷剂在一个或多个制冷剂回路中进行间接热交换来冷却、液化和/或子冷却。制冷剂压缩系统包括用于压缩和冷却循环制冷剂的压缩顺序，以及驱动组件以提供驱动压缩机所需的动力。对于预冷却的液化系统，驱动程序组件中的驱动程序的数量和类型以及压缩顺序对预冷系统和液化系统所需功率的比例有影响。制冷剂压缩系统是液化系统的关键组成，因为制冷剂需要在膨胀之前被压缩成高压并冷却，以产生冷的低压制冷剂流，其提供热量责任以冷却、液化并任选地子冷却天然气。DMR法包括两种混合的制冷剂流，第一用于预冷却供料天然气并且第二用于液化预冷却的天然气。两种混合的制冷剂流穿过两种制冷剂回路：预冷系统内的预冷却制冷剂回路和液化系统内的液化制冷剂回路。在各制冷剂回路中，制冷剂流蒸发，同时提供冷却和液化天然气进料流所需的冷却责任。当制冷剂流在单压水平下蒸发时，系统和过程被称为“单压”。当制冷剂流在两个或多个压力水平下蒸发时，系统和过程被称为“多压”。参照图1，现有技术的DMR法示于冷却和液化系统100。本文所述DMR法包括具有两个压力水平的单压力液化系统和多压力预冷系统。然而，可存在任何数量的压力水平。进料流，其优选是天然气，在预处理段(未示出)中通过已知方法清洗和干燥以除去水、酸性气体(例如CO2和H2S)和其他污染物如汞，从而导致预处理的进料流102。预处理的进料流102，其基本上无水，在预冷系统134预冷却以产生第二预冷却的天然气流106，并且在主要低温热交换器(MCHE)164进一步冷却、液化和/或子-冷却以产生LNG流108。LNG流108通常通过阀门或涡轮机(未示出)将其压下，然后送往LNG储存罐(未示出)。在罐内压力降低和/或煮沸期间产生的任何闪蒸可用作工厂的燃料、回收进料和/或发送至火炬。预处理的进料流102在第一预冷热交换器160冷却以产生第一预冷却的天然气流104。第一预冷却的天然气流104在第二预冷热交换器162冷却以产生第二预冷却的天然气流106。第二预冷却的天然气流106液化和随后子冷却以产生温度在约-170摄氏度和约-120摄氏度之间的LNG流108，优选在约-170摄氏度和约-140摄氏度之间。图1中所示的MCHE164是具有两种管束(暖束166和冷束167)的线圈卷绕的热交换器。然而，可以使用任何数量的束和任何交换器类型。尽管图1显示了预冷回路中的两个预冷热交换器和两个压力水平，但是可以使用任何数量的预冷热交换器和压力水平。预冷热交换器在图1中显示为线圈卷绕的热交换器。然而，它们可以是板和翅片热交换器、壳和管热交换器、或任何其他适合于预冷却天然气的热交换器。术语“基本上无水”是指预处理的进料流102中的任何残留水以足够低的浓度存在，以防止与下游冷却和液化过程中的水冻结相关的操作问题。在本文所述的实施方案中，水浓度优选为1.0ppm以下，更优选为在0.1ppm和0.5ppm之间。DMR法中使用的预冷却制冷剂是本文称为暖混合的制冷剂(WMR)或“第一制冷剂”的混合的制冷剂(MR)，包含诸如氮气、甲烷、乙烷/乙烯、丙烷、丁烷和其它烃组分的组分。如图1所示，低压WMR流110从第二预冷热交换器162的壳侧的暖端取出，并在WMR压缩机112的第一压缩阶段112A中压缩。中压WMR流118从第一预冷热交换器160的壳侧的暖端取出，并作为侧流引入WMR压缩机112，其中其和来自第一压缩阶段112A的压缩流(未示出)混合。混合的流(未示出)在WMR压缩机112的第二WMR压缩阶段112B中压缩以产生压缩的WMR流114。低压WMR流110和中压WMR流118中存在的任何液体在蒸汽-液体分离装置(未示出)中除去。压缩的WMR流114冷却并优选在WMR后冷却器115冷凝以产生第一冷却压缩的WMR流116，其引入第一预冷热交换器160以在管回路进一步冷却，从而产生第二冷却压缩的WMR流120。第二冷却压缩的WMR流120分为两个部分：第一部分122和第二部分124。第二冷却压缩的WMR流122的第一部分在第一WMR膨胀装置126膨胀以产生第一膨胀的WMR流128，其引入第一预冷热交换器160的壳侧以提供制冷责任。第二冷却压缩的WMR流124的第二部分引入第二预冷热交换器162以进一步冷却，其后其在第二WMR膨胀装置130膨胀以产生第二膨胀的WMR流132，然后引入第二预冷热交换器162的壳侧以提供制冷责任。在从预冷热交换器取出后压缩和冷却WMR的方法在本文中通常称为WMR压缩顺序。虽然图1示出了在单压缩机主体内执行压缩阶段112A和112B，但是它们可以在两个或更多个分开的压缩机中执行。另外，中间冷却热交换器可以设置在多个阶段之间。WMR压缩机112可以是任何类型的压缩机，例如离心、轴向、正位移或任何其它压缩机类型。在DMR法中，液化和子冷却通过针对第二混合的制冷剂流热交换预冷却的天然气来执行，第二混合的制冷剂流本文中称为冷混合的制冷剂(CMR)或“第二制冷剂”。暖低压CMR流140从MCHE164的壳侧的暖端取出，通过吸鼓(未示出)传送以分离出任何液体，并且蒸汽流在CMR压缩机141中压缩以产生压缩的CMR流142。暖低压CMR流140通常在温度在或接近WMR预冷却温度、优选小于约-30摄氏度、压力小于10巴(145磅/平方英寸)下取出。压缩的CMR流142在CMR后冷却器143冷却以产生压缩冷却的CMR流144。另外的相分离器、压缩机和后冷却器可存在。在从MCHE164的暖端取出后压缩和冷却CMR的方法在本文中通常称为CMR压缩顺序。压缩冷却的CMR流144然后针对蒸发WMR在预冷系统134冷却。压缩冷却的CMR流144在第一预冷热交换器160冷却以产生第一预冷却的CMR流146，然后在第二预冷热交换器162冷却以产生第二预冷却的CMR流148，其可以根据预冷却温度和CMR流的组成而完全冷凝或两相。图1示出布置，其中第二预冷却的CMR流148是两相并发送至CMR相分离器150以产生CMR液体(CMRL)流152和CMR蒸汽(CMRV)流151，它们都被送回MCHE164以进一步冷却。离开相分离器的液体流在工业中称为MRL，并且离开相分离器的蒸汽流在工业中称为MRV，即使它们随后液化。在MCHE164的两个独立的回路中，CMRL流152和CMRV流151均被冷却。CMRL流152在MCHE164的暖本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种通过在多个热交换段的每一个中和第一制冷剂间接热交换来冷却包含烃流体的烃进料流和包含第二制冷剂的第二制冷剂进料流的方法，其中该方法包括：(a)将所述烃进料流和所述第二制冷剂进料流引入多个热交换段的最暖热交换段；(b)在多个热交换段的每个中冷却所述烃进料流和所述第二制冷剂进料流，以产生预冷却的烃流和预冷却的第二制冷剂流；(c)在主热交换器针对所述第二制冷剂进一步冷却和液化所述预冷却的烃流，以产生液化的烃流；(d)从多个热交换段的最冷热交换段中取出低压第一制冷剂流，并且在压缩系统的至少一个压缩阶段中压缩低压第一制冷剂流；(e)从多个热交换段的第一热交换段取出中压第一制冷剂流，所述第一热交换段暖于最冷热交换段；(f)在步骤(d)和(e)已经执行以后，联合所述低压第一制冷剂流和所述中压第一制冷剂流以产生联合的第一制冷剂流；(g)从所述压缩系统取出高‑高压第一制冷剂流；(h)在至少一个冷却单元中冷却和至少部分冷凝所述高‑高压第一制冷剂流，以产生冷却的高‑高压第一制冷剂流；(i)将冷却的高‑高压第一制冷剂流引入第一蒸汽‑液体分离装置，以产生第一蒸汽制冷剂流和第一液体制冷剂流；(j)将所述第一液体制冷剂流引入所述多个热交换段的最暖热交换段；(k)在所述多个热交换段的最暖热交换段中冷却所述第一液体制冷剂流以产生第一冷却的液体制冷剂流；(l)膨胀至少一部分的所述第一冷却的液体制冷剂流以产生第一膨胀的制冷剂流；(m)将所述第一膨胀的制冷剂流引入所述最暖热交换段，以提供制冷责任来提供步骤(b)的第一部分冷却；(n)在至少一个压缩阶段压缩步骤(i)的至少一部分的第一蒸汽制冷剂流；(o)在至少一个冷却单元冷却和冷凝压缩的第一制冷剂流以产生冷凝的第一制冷剂流，所述至少一个冷却单元为步骤(n)的至少一个压缩阶段的下游并流体流动交流；(p)将所述冷凝的第一制冷剂流引入多个热交换段的最暖热交换段；(q)在第一热交换段和最冷热交换段中冷却所述冷凝的第一制冷剂流，以产生第一冷却冷凝的制冷剂流；(r)膨胀所述第一冷却冷凝的制冷剂流以产生第二膨胀的制冷剂流；和(s)将所述第二膨胀的制冷剂流引入所述最冷热交换段，以提供制冷责任来提供步骤(b)的第二部分冷却。...

【技术特征摘要】
2016.10.07 US 15/2879631.一种通过在多个热交换段的每一个中和第一制冷剂间接热交换来冷却包含烃流体的烃进料流和包含第二制冷剂的第二制冷剂进料流的方法，其中该方法包括：(a)将所述烃进料流和所述第二制冷剂进料流引入多个热交换段的最暖热交换段；(b)在多个热交换段的每个中冷却所述烃进料流和所述第二制冷剂进料流，以产生预冷却的烃流和预冷却的第二制冷剂流；(c)在主热交换器针对所述第二制冷剂进一步冷却和液化所述预冷却的烃流，以产生液化的烃流；(d)从多个热交换段的最冷热交换段中取出低压第一制冷剂流，并且在压缩系统的至少一个压缩阶段中压缩低压第一制冷剂流；(e)从多个热交换段的第一热交换段取出中压第一制冷剂流，所述第一热交换段暖于最冷热交换段；(f)在步骤(d)和(e)已经执行以后，联合所述低压第一制冷剂流和所述中压第一制冷剂流以产生联合的第一制冷剂流；(g)从所述压缩系统取出高-高压第一制冷剂流；(h)在至少一个冷却单元中冷却和至少部分冷凝所述高-高压第一制冷剂流，以产生冷却的高-高压第一制冷剂流；(i)将冷却的高-高压第一制冷剂流引入第一蒸汽-液体分离装置，以产生第一蒸汽制冷剂流和第一液体制冷剂流；(j)将所述第一液体制冷剂流引入所述多个热交换段的最暖热交换段；(k)在所述多个热交换段的最暖热交换段中冷却所述第一液体制冷剂流以产生第一冷却的液体制冷剂流；(l)膨胀至少一部分的所述第一冷却的液体制冷剂流以产生第一膨胀的制冷剂流；(m)将所述第一膨胀的制冷剂流引入所述最暖热交换段，以提供制冷责任来提供步骤(b)的第一部分冷却；(n)在至少一个压缩阶段压缩步骤(i)的至少一部分的第一蒸汽制冷剂流；(o)在至少一个冷却单元冷却和冷凝压缩的第一制冷剂流以产生冷凝的第一制冷剂流，所述至少一个冷却单元为步骤(n)的至少一个压缩阶段的下游并流体流动交流；(p)将所述冷凝的第一制冷剂流引入多个热交换段的最暖热交换段；(q)在第一热交换段和最冷热交换段中冷却所述冷凝的第一制冷剂流，以产生第一冷却冷凝的制冷剂流；(r)膨胀所述第一冷却冷凝的制冷剂流以产生第二膨胀的制冷剂流；和(s)将所述第二膨胀的制冷剂流引入所述最冷热交换段，以提供制冷责任来提供步骤(b)的第二部分冷却。2.权利要求1所述的方法，其中步骤(e)还包括从所述多个热交换段的第一热交换段取出中压第一制冷剂流，所述第一热交换段暖于所述最冷热交换段，其中所述第一热交换段也是最暖热交换段。3.权利要求1所述的方法，其中步骤(n)还包括在至少一个压缩阶段压缩步骤(i)的第一蒸汽制冷剂流，以形成步骤(o)的压缩的第一制冷剂流。4.权利要求1所述的方法，还包括在执行步骤(g)之前在所述压缩系统的至少一个压缩阶段压缩步骤(f)的联合的第一制冷剂流。5.权利要求1所述的方法，其中步骤(e)还包括从多个热交换段的第一热交换段取出中压第一制冷剂流，并且在所述压缩系统的至少一个压缩阶段压缩中压第一制冷剂流，所述第一热交换段暖于所述最冷热交换段。6.权利要求1所述的方法，还包括:(t)在步骤(g)之前从所述压缩系统取出第一中间制冷剂流；和(u)在步骤(g)之前在至少一个冷却单元冷却第一中间制冷剂流以产生冷却的第一中间制冷剂流，并且将冷却的第一中间制冷剂流引入所述压缩系统。7.权利要求1所述的方法，还包括：(t)从多个热交换段的最暖热交换段取出高压第一制冷剂流；和(u)在步骤(g)之前将高压第一制冷剂流引入所述压缩系统。8.权利要求7所述的方法，还包括：(v)从多个热交换段的最暖热交换段取出高压第一制冷剂流；和(w)在步骤(g)之前联合高压第一制冷剂流和冷却的第一中间制冷剂流，以形成联合的第一中间制冷剂流，并且将所述联合的第一中间制冷剂流引入所述压缩系统。9.权利要求1所述的方法，其中步骤(n)还包括：(t)从所述压缩系统取出第二中间制冷剂流；和(u)在至少一个冷却单元冷却所述第二中间制冷剂流，以产生冷却的第二中间制冷剂流。10.权利要求9所述的方法，还包括:(v)将所述冷却的第二中间制冷剂流引入第二蒸汽-液体分离装置，以产生第二蒸汽制冷剂流和第二液体制冷剂流；(w)将所述第二液体制冷剂流引入多个热交换段的最暖热交换段；和(x)在产...

【专利技术属性】
技术研发人员：G克里什纳墨菲，MJ罗伯茨，
申请(专利权)人：气体产品与化学公司，
类型：发明
国别省市：美国,US