使用操作负载彭胀器之天然气液化制造技术

本发明专利技术揭露了天然气之液化方法，其中用于低阶多成分冻剂及被液化气体产品流之膨胀阀被以具有液体进入流之操作负载（ｐｒｏｃｅｓｓ－ｌｏａｄｅｄ）涡轮膨胀器取代。每一膨胀器结合一压缩机或泵，以使得从一特定流所获取之膨胀功被直接应用于压缩或泵压被冷却及膨胀前之相同流。使用操作负载涡轮膨胀器降低了液化所需之最小功及增加了该方法之液化产能。（*该技术在2010年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术系关于天然气之液化方法，其应用了操作负载(process-loaded)液体膨胀器以增进液化之效率。天然气之液化为一重要且广泛运用之技术，其将天然气气体转换成一种容易且较经济之输送及贮藏形态。液化天然气所消耗之能源必须被尽量降低以产生一种将天然气从产地生产并运送至终端使用者之有效低成本方式。所使用技术如果能降低液化成本，当然也就降低终端使用者使用天然气之成本。习知天然气之液化循环运用了等熵(isentropic)膨胀阀，或焦耳-汤普生(J-T)阀以产生液化天然气所需之冷冻。典型地使用有此等膨胀阀之方法循环例如有美国专利第3，763，658号，第4，065，276号，第4，404，008号，第4，445，916号，第4，445，917号，及4，504，296号所描述者。当操作流体经过此等阀所产生之膨胀功基本上系流失掉。为了获得至少一部分此等操作流体膨胀所产生之功，可以使用膨胀机构例如往复式膨胀器或涡轮膨胀器。此等膨胀机械所产生之作功轴可用于发电，压缩或泵送其它操作流体，或其它用途。使用此等膨胀器于饱和或过冷液态操作流之膨胀，在选择情况下系对整体操作效率有利。此“膨胀器”名词通常系用于描述涡轮膨胀器或往复式膨胀器。在天然气液化领域中，“膨胀器”一词经常指涡轮膨胀器而言，在本
技术实现思路
中亦同。美国专利第3，205，191号揭露了一液压发动机之使用包含在一过冷液化天然气流经过一阀而等熵膨胀前，以-Pelton轮膨胀该过冷液化天然气流。其操作情况被控制以使得该液压发动机膨胀器内没有发生蒸发现象。此膨胀所产生的功例如可以被用作为驱动液化方法中之一或多个压缩机。于美国专利第3，400，547号中揭露了一方法，其中液态氮或液态空气被运用于气井旁天然气之冷冻液化，以使用冷槽车将液化天然气送至一运送站。于运送站时该液化天然气被蒸发，而所产生冷冻再用来液化氮气或空气，其液化氮气或空气再由槽车送回气井旁再次蒸发以提供液化另一槽车量之天然气的冷冻。于气井旁时，过冷天然气被膨胀并且此膨胀所作的功被用于泵送槽车中之液态氮或空气。于运送站时，加压过之液态氮或空气被膨胀并且膨胀所作的功被用于泵送槽车中之液化天然气。日本专利公开54(1976)-86479号揭露了运用液化天然气蒸发所产生之冷冻来生产液态空气之方法。于此方法中，饱和液态空气于一膨胀涡轮中膨胀，而膨胀所作的功被用于起初液化所需之进料空气之压缩。美国专利第4，334，902号揭露了液化-压缩过天然气流之方法，其系藉于-冷冻热交换器中与一蒸发多成分冻剂进行非直接热交换而达成。预冷之双相冻剂被分离成一液态及一气态流;该液态流于一冷冻热交换器中被进一步冷却，于一涡轮膨胀器膨胀，并导入于该热交换器而在其中蒸发产生冷冻;而该气态流冷该热交换器中被进一步冷却及液化，于一涡轮膨胀器膨胀，再导入该交换器而在其中蒸发产生附加之冷冻。压力为45 bar之天然气被送经该热交换器，藉非直接热交换而液化，并于一涡轮膨胀器中膨胀至约3bar压力而产生液化天然气产品。该液体涡轮膨胀器所产生之膨胀功被用于发电或其它未特定用途。一附加冷冻循环被揭露用于上述冻剂之预冷，此等循环中亦使用液体膨胀器，其中膨胀所产生的功被用于发电或其它未特定用途。在美国专利第4，456，459号中揭露了于一最后骤沸步骤前使用一涡轮膨胀器进行一液化天然气流之膨胀。在骤沸前之膨胀增加了液化天然气之产量并且减少了骤沸气体量。该涡轮膨胀器所产生之功可藉合适之具有轴的压缩机，泵或发电机而操作各种不同需动力来源之元件。美国专利第4，778，497号揭露了一气体液化方法，其中一气体被压缩并且冷却而产生一冷的高压流体，并进一步冷却而产生一冷的高压流体，并进一步冷却而产生一冷的超临界流体。该冷的高压流体之一部分被膨胀以提供进一步之冷却并且膨胀所产生之功被利用于冷却前气体压缩之进行。该冷的超临界流体被进一步冷却并于一膨胀器中膨胀但不经过蒸发而产生一最终液体产品。此液体产品之一部分被骤沸而提供了该冷的临界流体进一步冷却所需要的冷冻。于一冷冻或气体液化方法中使用膨胀所产生之功来驱动该方法中之泵或压缩机可以增进该方法之效率。于一给定气体液化方法中将膨胀所产生的功与压缩所作之功最佳地结合，以产生该方法在资本及操作成本上最大整体降低系与一些因素呈相依。在此等因素中牵涉到所处理气体流之组成成分及热力学性质以及有关于压缩机、泵、膨胀器及管线上之机械设计因素。如以下内容所描述之本专利技术允许了在天然气液化方法中膨胀所产生之功的改良运用。所附之惟一图示为本专利技术方法，包括将三个膨胀器与一个泵及二个压缩机结合使用之流程示意图。本专利技术为液化一被加压气体进料流，例如天然气之方法，其中一部分之冷冻系藉膨胀至少一液态操作流而提供，并利用所产生之膨胀功来压缩或泵送被冷却及膨胀前之相同操作流。以此方式利用膨胀功降低了液化所需之最小功并且增加了该方法之液化产能。于一天然气液化方法中，一加压进料流于一冷冻热交换器中藉与一或多个蒸发多成分冻剂流进行非直接热交换而被液化，依本专利技术方法数个液态流选择性地于一操作负载膨胀器中膨胀而在液化方法功能表现上产生改良。此等液态流中的第一个为加压天然气进料流，其于一冷冻热交换器中加压、冷却并液化，并被膨胀而产生一最终液化产品。从膨胀器所获得之功被用于驱动压缩机;该压缩器与压缩机系机械地连结成一单一压缩膨胀单元。而且，一多成分液态冻剂流在于冷冻热交换器中蒸发以提供大部分冷冻前被选择性地膨胀，此膨胀之功被用于压缩被液化及压缩前之相同冻剂流(其原始为一蒸气)。此膨胀器及压缩器系机械地连结成一单一压缩膨胀单元。一第二多成分液态冻剂流在于冷冻热交换器中蒸发以提供另一大部分冷冻前被选择性地膨胀，此膨胀之功被用于泵送被过冷及膨胀前之相同液态冻剂流。此膨胀器及泵系机械地连结成一单一膨胀/泵单元。液化方法之进料流及冻剂流在膨胀前的冷却及液化系藉于一冷冻热交换器与蒸发冻剂流进行非直接热交换而达成，该于冻热交换器包含位于一垂直容器中之复数根蛇管及将液态冻剂流分散并使其往下流而在该蛇管外表面蒸发之机构。从该热交换器出来之蒸发过冻剂藉一外界冷冻系统而被压缩、冷却并部分液化，并回流而提供如上所述被压缩之蒸发冻剂流及被泵送之液态冻剂流。应用本专利技术方法可以增进气体液化方法之效率并降低所消耗之能源，或者在固定能源消耗下增加液化容量。本专利技术之特点为每个膨胀器之膨胀功藉直接机械联结而驱动形成本身液化循环方法之一部分的一液体泵或气体压缩机。每一膨胀器及与其所结合机械均作用在相同操作流，而达到增加操作效率及可靠性，并且降低资本成本等目的。依本专利技术方法将液体膨胀器与一泵及压缩机结合使用而进行天然气之液化，比利用等熵膨胀阀而非操作负载液体膨胀器之相似液化方法者具有整体操作压缩能量减少6.3%之优点。相对地，于固定操作压缩能量下，本专利技术方法比使用等熵膨胀阀者具有液化容量增加6.3%之优点。于本专利技术中将膨胀功应用于泵及压缩机之驱动比将膨胀功应用于其它目的例如发电者具有液化容量增加1.5%之优点。液化天然气(LNG)系从一含有甲烷之进料流中产生，典型地该进料流包含约60至90莫耳%甲烷，较重碳氢化合物例如乙烷，丙烷，丁烷，及一些较重分子量碳氢化合物，及氮。此含甲烷进料流以一习知方式被本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种液化一被加压气体进料流之方法，包含以下步骤：（ａ）于一第一压缩机压缩该被加压气体进料流；（ｂ）藉于一冷冻热交换器与一第一及第二蒸发多成分冻剂流进行非直接热交换而将上述被压缩进料流冷却及液化；（ｃ）于一第一膨胀器膨胀上述液化进 料流，其中该第一膨胀器所产生之膨胀功用于驱动该第一压缩机；及（ｄ）从该第一膨胀器取出一液化气体产品；其中因为利用第一膨胀器之膨胀功来驱动第一压缩机，所以降低了液化所需之最小功及增加了本方法之液化产能。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：唐迈克尔赫伦，尼莫查特吉，
申请(专利权)人：气体产品与化学公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]