在通常条件下为气态的烃类混合物的深度冷却方法技术

一项用于深度冷却在制冷工艺装置中产生的、在通常条件下为气态的烃类混合物的方法。其中，烃类混合物被引至气—液分离器，分离器可以是一个储槽。含有烃类混合物组分中两种组分以上的蒸汽被回收作为致冷剂，并在一开路循环的制冷系统中用来深度冷却烃类混合物，其后，致冷剂返回分离器。本系统特别适合于在深度冷却烃类产品物料流的同时，回收从冷冻储槽中汽化出的蒸汽。（*该技术在2008年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及诸如液化石油气(LPG)、天然气液体(NGL)和伴有少量氮气的液化天然气(LNG)等，，本专利技术特别适用于回收从储存经深度冷却了的烃类混合物产品的冷冻储槽中汽化出来的蒸汽。在一般的致冷工艺中，采用各种致冷介质，例如单组分致冷剂、多级致冷剂及混合致冷剂或采用等熵膨胀等手段，或者是上述方法的联合，用冷却和降压方法使LPG、NGL和LNG得以净制和液化。为了减少由于储槽中物料吸热所造成的汽化损耗，通常将获得的产品流深度冷却至它们的沸点温度以下。通常，储槽位置与制冷工艺装置间有一定距离。尽管有良好的隔热、产品进行了深度冷却，但是所储存的烃类混合物中的较轻组分仍有一定程度的汽化。一般说，此种由于蒸汽汽化引起的损耗是不希望发生和不允许的。因而，通常使用某种单组分致冷剂通过独立的闭路循环系统回收汽化出来的蒸汽，并以液体形式返回储槽。但是，由于装料及卸料的操作以及气候条件是变化的，所以汽化速率不是恒定的。这样，用于回收逸出蒸汽的制冷系统的能力通常是按最大需求量来确定的，这就导致了在大部分时间里大量的致冷能力被闲置。独立的致冷剂闭路循环系统的另一缺点是致冷温度固定不变。例如在丙烷致冷系统中，可获得的最低致冷剂温度可以达到-40℃，此温度在回收的汽化物组成与设计装置时所选定的汽化物组成相同的条件下是合适的。但是，如果原料或工艺条件改变，就可能导致逸出蒸汽中轻组分的含量有予想不到的增高，在上述固定的致冷剂温度下无法回收这些轻组分。因此，本专利技术的目的是，提供一个通过制冷来深度冷却通常条件下为气态的烃类混合物(例如某种低温烃类产品料流)的方法，此制冷也用于在一自平衡系统中回收逸出的蒸汽，此自平衡系统将进行调节，以适应逸出蒸汽混合物组成的变化。根据本项专利技术，一个多组分的、在通常条件下为气态的烃类物料流被引至一绝热的气-液分离区，在此区获得液体产品以便销售、储存或用于进一步加工，蒸汽也在此区被回收。回收的蒸汽作为气体致冷剂，它含有引入分离区的烃类物料流所含各组分中的二种以上的最轻组分。气体致冷剂被压缩、冷凝、深度冷却、膨胀、与进料流进行间接热交换而汽化，并最终返回气-液分离区与加入的进料流混合。因为致冷剂是在与气-液分离区的主要制冷方法的低压端相通的开式循环系统中使用，气体致冷剂总是会含有进料流中所含的最轻的几种组分，因此，为使逸出蒸汽液化，致冷剂可能达到的温度，将依据从进料物流中逸出的气体或闪蒸蒸汽的组成而升高或降低。附图说明图1表示出本项专利技术的一个实施例，此实施例中冷凝后的致冷剂在膨胀之前先由一外部致冷剂物流进行深度冷却。图2表示了本项专利技术的另一实施例，其中，冷凝后的致冷剂在膨胀前，先由减压后的该致冷剂本身在同一热交换区里进行深度冷却，加入的烃类物料流也在此区被深度冷却。图3表示了本专利技术的一个较佳的实施例，其中，高压的致冷剂液体在膨胀之前，先通过两个热交换级进行深度冷却，并将一部份经初步深度冷却了的液体膨胀至一中间压力，以便满足初步深度冷却所需的致冷要求。图4表示了本专利技术中所采用的使高压致冷剂液体进行二级深度冷却的另一个较佳的实施例，在此实施例中，送入进行深度冷却的烃类进料流是丙烷产品流，其中也含有少量乙烷和丁烷。正如图4所示，依据所处理的具体烃类混合物以及设备的实际组合方式的不同，绝热的气-液分离区可以是一园筒形闪蒸分离器或是一个冷冻储槽，也可以是二者兼有。如果储槽紧挨着主要的制冷工艺设备，那么它可以起气-液分离器的作用，但是最好在储槽的上游处使用一独立的闪蒸罐，以便对于烃类混合物组成的变化提供较迅速的系统反应。尽管冷冻储槽通常也吸收大气中的一些热量，但与再汽化的分馏柱或精馏塔不同，气-液分离区是绝热的。绝热的气-液分离区可以在0.8巴～2.0巴的压力下操作，不过最好是在比大气压略高的压力下操作(在0.987巴以上)。为了达到能把送入的烃类进料流深度冷却到冷冻储槽的温度所要求的低致冷温度，也必须深度冷却已冷凝的致冷剂料流。致冷剂可以用一外部物料流，例如图1所示的来自主要制冷工艺装置的一股致冷剂料流，进行深度冷却，但是最好还是如图2所示那样，在致冷剂膨胀之后采用传统的“自举”(“bootstrap”)式冷却技术，与其自身热交换进行深度冷却，这样，因料流膨胀而产生的致冷作用被利用来冷却膨胀前较高压力的原物料流。当然，现有的制冷作用也用来深度冷却送入的烃类料流。如果送入的料流主要是甲烷并且含有少量氮(在LNG装置中的情况通常就是这样的)，那么气态致冷剂被压缩到14巴～35巴、冷凝后在膨胀之前被深度冷却至-140℃～-170℃以便获得致冷效果。当送入的料流主要是乙烷并含有较少的甲烷时，则气态致冷剂被压缩到7巴～31巴、冷凝后被深度冷却到-70℃～-110℃。如果送入的料流主要是丙烷或主要是丁烷，或者如通常遇到的主要为含有某些较轻气体的丙烷及丁烷混合物，那么就将气态致冷剂压缩至3巴～25巴，冷凝后再深度冷却至10℃～-60℃。已被深度冷却了的致冷剂最好是通过一个焦耳-汤普森阀(Joule-ThompsonValVe)，膨胀到绝热的气-液分离区所具有的低压，这样，无需分离蒸汽和液体就可以从所形成的膨胀料流获得致冷效果。膨胀后的料流通常是两相混合物，但是如果料流在膨胀前已被深度冷却到极低的温度，那么膨胀后也可能是完全的液相。显然，在与送入的烃类料流，或者最好也和膨胀前的具有较高压力的原物料流自身，进行间接的热交换来获得制冷目的的过程中，致冷剂将再度汽化成主要为蒸汽的相，以便返回绝热的气-液分离区。最好视情况而定将这股返回的料流引至实际的分离器或储槽，并且与通常膨胀进入同一储槽的经深度冷却的多组分液相烃类进料流分开。这股返回的再次汽化了的料流的引入位置，应在经深度冷却了的那股液体流的注入口上方，以利于这两股料流的气-液分离，并从储罐或在气-液分离区使用的各储槽中获得在通常条件下为气态的液相烃类产品料流。冷凝后的致冷剂最好如图3所示那样，在两个间接热交换级中被深度冷却，从而使致冷要求与可以获得的温度级别不同的两股致冷剂料流实现良好的匹配。因此，在此实施例中，全部致冷剂液体先被初步深度冷却，并把深度冷却后的一部分料流膨胀至2巴～15巴的中间压力，以便满足初步深度冷却所需的致冷要求。而后，所生成的再次汽化了的致冷剂返回气态致冷剂压缩工序的中间压力位置，例如返回一台两段压缩机的段间位置。如上面所述，将初步深度冷却后剩余的致冷剂液体，如前述那样在膨胀之前通过第二级热交换进行最终的深度冷却。参阅附图及说明书，利用下列图例注释来鉴别各股物料流及处理过程1、在通常条件下为气态的多组分烃类物料流1a、液相，已经过深度冷却的、在通常条件下为气态的多组分烃类物料流2、热交换器3、热交换器4、低压的绝热气-液分离区5、在通常条件下为气态的液相烃类产品流6、LPG储槽7、LPG产品8、气相致冷剂料流9、压缩机10、热交换器(冷凝器)11、收集槽12、高压致冷剂液体12a、初步深度冷却后的高压致冷剂液体13、热交换器14、热交换器15、第一股低温致冷剂液体16、第二股低温致冷剂液体17、膨胀阀18、第一股中间压力的致冷剂19、第一股中间压力的再汽化了的致冷剂20、膨胀阀21、丁烷料流22、第二股中间压力的再汽化了的致冷剂23、中间压力的本文档来自技高网...

【技术保护点】
在通常条件下为气态的烃类产品物料流的深度冷却方法，它包括：ａ）将液相的、经深度冷却了的、在通常条件下为气态的多组分烃类物料流（１ａ）膨胀进入低压的绝热气－液分离区（４，６）；ｂ）从低压的绝热气－液分离区（４，６）回收其中含有多组分的 、通常条件下为气态的烃类物料流组分中两种以上最轻组分的气态致冷剂物料流（８）；（ｃ）将这股气态致冷剂物流（８）压缩（９）至较高的压力后再冷凝（１０）这股料流以获得高压致冷剂液体（１２）；ｄ）至少深度冷却（１４）一部分高压致冷剂液体， 获得第一股低温致冷剂液体（１５）；ｅ）至少膨胀一部分第一股低温致冷剂液体（１５），获得第一股低压致冷剂（２７）；ｆ）汽化（３）第一股低压致冷剂（２７），获得第一股低压的再汽化了的致冷剂（２９）；ｇ）将第一股低压的再汽化了的致冷剂 （２９）引至低压的绝热气－液分离区（４，６）；ｈ）与第一股低压致冷剂（２７）进行间接热交换，将通常条件下为气态的多组分烃类物料流（１）深度冷却（３），获得液相的、经深度冷却了的、在通常条件下为气态的多组分烃类物料流（１ａ），并使其膨胀进 入低压的绝热气－液分离区（４、６）；以及ｉ）从低压的绝热气－液分离区（４，６）获得在通常条件下为气态的液相烃类产品物料流（５）。...

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：查尔斯A多尔，
申请(专利权)人：凯洛格总公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]