制冷剂和氮气回收制造技术

本发明专利技术提供了用于回收液化系统内的混合制冷剂和/或氮气的系统、装置和方法。所述系统、装置和方法有利于回收可从压缩机泄漏的混合制冷剂(MR)和/或氮蒸气，将MR与氮气分离，以及在所述液化系统内再利用MR和/或氮气。回收和再利用MR和/或氮气可使MR和氮气的损失最小化，这可降低液化系统的总操作成本。此外，回收MR(而不是将其燃烧)可通过减少被燃烧的MR的量来减少环境排放。

Refrigerant and nitrogen recovery

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】制冷剂和氮气回收相关申请的交叉引用本申请要求2017年8月21日提交的名称为“RefrigerantandNitrogenRecovery”的美国临时专利申请号62/548,163，以及2018年6月29日提交的名称为“RefrigerantandNitrogenRecovery”的美国专利申请号16/023,885的优先权，其全文以引用方式并入本文。
本专利技术提供了用于减少液化气体(例如天然气)的液化系统中的制冷剂和/或氮气损失的系统和方法。
技术介绍
液化天然气(“LNG”)是已经在最高达大约25kPa(4psig)的压力下冷却至大约-162摄氏度(～-260华氏度)的温度，从而呈液体状态的天然气。天然气(NG)主要由甲烷组成，并且可包括乙烷、丙烷，以及重质烃组分诸如丁烷、戊烷、己烷、苯、甲苯、乙苯和二甲苯。许多天然气源位于远离最终消费者的显著距离处。长距离运输NG的一种高性价比方法是液化天然气，将其转化为液化天然气(LNG)，并将其在油轮(也称为LNG罐车)中进行运输。在目的地处将LNG转化回气态天然气。在典型的NG液化方法中，压缩机将混合制冷剂MR压缩至高压，从而形成加压的MR。将加压的MR递送至冷箱，其继而用于冷却NG原料以形成LNG。在正常操作期间以及在某些停工场景中，MR和氮气可从压缩机泄漏。氮气可用作干气体密封件的一部分，所述干气体密封件用于容纳压缩机内的MR并且与MR混合。通常，捕集泄漏的MR和氮气并递送至火炬进行燃烧。随着时间的推移，必须替代这种损失的、燃烧的MR和氮气，以使液化过程继续进行，这是昂贵的。
技术实现思路
本专利技术提供了用于减少液化系统中的制冷剂和氮气的损失的系统、装置和方法。在一个方面，提供了液化系统，其包括第一压缩机和与第一压缩机流体连通的回收系统。回收系统可包括被构造成从第一压缩机接收第一蒸气的第一换热器。第一蒸气可以为例如混合制冷剂和氮气。第一换热器可被构造成将第一蒸气转化成富氮蒸气和富烃液体的混合物。在某些实施方案中，第一换热器可具有至少一个冷却元件，所述冷却元件被构造成接收向第一蒸气提供制冷的冷流体，和分离器，所述分离器被构造成从第一换热器接收富烃液体和富氮蒸气的混合物，并且分离富烃液体和富氮蒸气。在一个实施方案中，本专利技术提供了一种操作液化系统的方法。该方法可包括在第一压缩机的密封组件处接收包括烃的密封气体。该方法还可包括在第一压缩机的密封组件处接收氮蒸气。该方法还可包括在第一换热器处接收第一蒸气，所述第一蒸气包括所述密封气体的至少一部分和所述氮蒸气的至少一部分。该方法还可包括将冷流体转移至第一换热器的冷却元件。该方法还可包括将热量从第一蒸气转移至冷流体，从而产生富氮蒸气和富烃液体的混合物。该方法还可包括在定位在第一换热器下游的分离器处将富烃液体与富氮蒸气分离。附图说明图1为液化系统的一个示例性实施方案的图；图2示出了压缩机的密封组件的剖视图；图3为混合制冷剂(MR)回收系统的一个示例性实施方案的示意图；图4为氮气回收系统的一个示例性实施方案的示意图；并且图5为示出了操作液化系统的一个示例性实施方案的流程图。具体实施方式一种解决来自压缩系统的压缩机的制冷剂泄漏的方法涉及利用回收系统，所述回收系统允许制冷剂被捕集并直接注入回到压缩机中或注入制冷过程内其他地方的循环中，从而消除或减轻制冷系统中的制冷剂损失。然而，对于使用混合制冷剂(MR)的某些液化系统而言，将MR直接回收和重新引入压缩机中，或重新引入制冷过程内的循环中可能是不可行的。例如，从压缩机泄漏的MR通过压缩机的密封件来泄漏。此类压缩机密封件可包括采用氮气作为缓冲气体的干式密封件，并且该氮气可污染MR。因此，MR和氮气的混合物可从压缩机中泄漏。随时间的推移，将MR和氮气混合物直接重新引入压缩机中可导致性能下降，因为液化系统内的MR的组成将改变，变成富含氮气。为了解决这些问题，可采用MR和氮气回收系统以从液化系统的压缩机捕集泄漏的MR和氮气的混合物。MR和氮气回收系统各自被构造成将MR与氮气分离(例如，通过将MR烃类冷凝)，从而允许回收MR和氮气。回收的MR可安全地重新引入回到压缩机中，和/或重新引入制冷过程内的循环中。回收的氮气可用作压缩机密封件的缓冲气体的组分，和/或用于其他地方。图1示出了新型LNG液化系统100的一个实施方案。液化系统100包括制冷剂供应系统102，所述制冷剂供应系统包含处于蒸气状态的混合制冷剂MR102v，压缩系统106，一个或多个冷凝器108，换热器112，以及天然气(NG)供应系统114，所天然气供应系统包含处于蒸气状态的天然气(NG)原料114v。制冷剂供应系统102与压缩系统106流体连通，并且阀门104插置在其间以调节供应MR102v到压缩系统106的流量。冷凝器108与压缩系统106流体连通，并且在该压缩系统的下游。换热器112与冷凝器108流体连通，并且在该冷凝器的下游。膨胀阀110插置在冷凝器108和换热器112之间。换热器112还被构造成接收来自NG供应系统114的NG原料114v。换热器112也与阀门104流体连通。液化系统100的操作进一步参考图1进行讨论。阀门104调节混合制冷剂的流，在第一温度T1和第一压力P1下以蒸气状态将MR102v从制冷剂供应系统102供应至压缩系统106。压缩系统106可以为例如包括压缩机105的多级压缩系统。压缩机105的实施方案可采用多种形式。压缩机105的示例可包括单缸压缩机、多级压缩机和多个压缩机组，每个压缩机具有一个或多个压缩级。压缩机105由推进器驱动，所述推进器可为例如燃气轮机、蒸汽轮机、膨胀器、或从外部电源(未示出)接收电力107的电动马达。压缩系统106将供应MR102v的温度和压力从第一温度T1和第一压力P1增加，从而产生处于蒸气状态的高温高压混合制冷剂MR102v’，其具有大于第一温度T1的第二温度T2和大于第一压力P1的第二压力P2。高压高温MR102v’可随后流至压缩系统106下游的一个或多个冷凝器108。冷凝器108可以为任何装置(例如，冷凝器、中间冷却器、空气冷却器等)，其被构造成通过移除压缩过程期间产生的过量热量而有利于高温高压MR102v’从蒸气或大部分蒸气到主要液体状态(液体MR1021)的相变。因此，液体MR102l可具有小于第一温度T1和第二温度T2的第三温度T3。为清楚起见，假设液体MR1021的压力在第二压力P2下保持恒定。然而，在另选的实施方案中，液体MR的压力可小于第二压力P2。图1示出了冷凝器108在压缩系统106的下游。然而，在另选的实施方案中，冷凝器可位于压缩系统106的压缩机的各级之间。代替或除了压缩系统下游的冷凝器之外，可设置与压缩系统的压缩机集成的冷凝器。由冷凝器108输出的液体MR102l行进通过膨胀阀110。膨胀阀110产生压降，所述压降使液体MR1021的至少一部分处于低压低温液体状态，MR1021′。低压低温液体MR102本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种液化系统，所述系统包括：/n第一压缩机；/n与所述第一压缩机流体连通的回收系统，所述回收系统包括/n第一换热器，所述第一换热器被构造成从所述第一压缩机接收包含混合制冷剂和氮气的第一蒸气，并且将所述第一蒸气转化成富氮蒸气和富烃液体的混合物，所述第一换热器具有至少一个冷却元件，所述冷却元件被构造成接收向所述第一蒸气提供制冷的冷流体，和/n分离器，所述分离器被构造成从所述第一换热器接收富烃液体和富氮蒸气的混合物，并且分离所述富烃液体和所述富氮蒸气。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170821 US 62/548,163;20180629 US 16/023,8851.一种液化系统，所述系统包括：
第一压缩机；
与所述第一压缩机流体连通的回收系统，所述回收系统包括
第一换热器，所述第一换热器被构造成从所述第一压缩机接收包含混合制冷剂和氮气的第一蒸气，并且将所述第一蒸气转化成富氮蒸气和富烃液体的混合物，所述第一换热器具有至少一个冷却元件，所述冷却元件被构造成接收向所述第一蒸气提供制冷的冷流体，和
分离器，所述分离器被构造成从所述第一换热器接收富烃液体和富氮蒸气的混合物，并且分离所述富烃液体和所述富氮蒸气。


2.根据权利要求1所述的液化系统，其还包括定位在所述第一换热器上游的氮气移除组件，所述氮气移除组件被构造成由包含混合制冷剂和氮气的第二蒸气产生所述第一蒸气，其中所述第一蒸气具有比所述第二蒸气少的氮气。


3.根据权利要求2所述的液化系统，其中所述氮气移除组件包括吸附床。


4.根据权利要求1所述的液化系统，其还包括定位在所述分离器下游的氮气移除组件，所述氮气移除组件被构造成从所述分离器接收所述富氮蒸气，并且从所述富氮蒸气移除所述氮气的一部分。


5.根据权利要求1所述的液化系统，其中所述第一压缩机包括密封组件，所述密封组件被构造成从所述分离器接收所述富氮蒸气的至少一部分。


6.根据权利要求5所述的液化系统，其还包括与所述分离器流体连通的第二压缩机，所述第二压缩机被构造成从所述分离器接收所述富氮蒸气的至少一部分并且迫使所述富氮蒸气的所述至少一部分到所述密封组件。


7.根据权利要求1所述的液化系统，其还包括与所述压缩机流体连通的第二换热器，所述第二换热器被构造成接收含甲烷蒸气并且将所述含甲烷蒸气转化成含甲烷液体。


8.根据权利要求7所述的液化系统，其中所述冷流体包含所述含甲烷液体的至少一部分。


9.根据权利要求1所述的液化系统，其还包...

【专利技术属性】
技术研发人员：杰伊·C·施莱彻，克里斯托弗·斯科特·扬特，卡尔·埃哈德·贝克，
申请(专利权)人：通用电气石油和天然气有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国;US