專利名稱：液化方法和系統(tǒng)的制作方法
液化方法和系統(tǒng)
背景技術(shù)：
液化方法和系統(tǒng)是已知的，其中通過以逆布雷頓循環(huán)(Brayton cycle)使氣態(tài)制冷劑膨脹而產(chǎn)生制冷。這些方法和系統(tǒng)通常采用兩個(gè)膨脹器，其中使氣態(tài)制冷劑在設(shè)備壓降公差內(nèi)膨脹到基本上相同壓力。一些系統(tǒng)還包括多于兩個(gè)膨脹器，其中冷膨脹器排放壓力高于其余膨脹器的排放壓力。這些方法和系統(tǒng)具有潛在地簡(jiǎn)單的壓縮系統(tǒng)(因?yàn)椴o流引入到壓縮級(jí)之間)和簡(jiǎn)單的熱交換器(因?yàn)榇嬖诟俚耐泛图?。另外一些方法和系統(tǒng)是開環(huán)系統(tǒng)，其利用液化流體作為制冷劑。但用于液化的先前方法和系統(tǒng)由于若干原因是有問題的。舉例而言，使用簡(jiǎn)單壓縮系統(tǒng)和簡(jiǎn)單熱交換器不能得到改進(jìn)的效率。此外，使用開環(huán)系統(tǒng)的成本節(jié)省并不勝過使用閉環(huán)系統(tǒng)的靈活性。需要一種液化方法和系統(tǒng)，其中預(yù)冷、液化和過冷的步驟更安全、高效且可靠。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實(shí)施例通過提供安全、高效和可靠的系統(tǒng)和過程用于液化，特別地用于天然氣液化而滿足本領(lǐng)域中的這種需要。根據(jù)一個(gè)示范性實(shí)施例，公開了一種使用閉環(huán)制冷系統(tǒng)的液化方法，該方法包括以下步驟(a)在至少一個(gè)壓縮機(jī)中壓縮氣態(tài)制冷劑流；(b)在第一熱交換器中冷卻該壓縮氣態(tài)制冷劑流；(c)在第一膨脹器中使自第一熱交換器的冷卻的壓縮氣態(tài)制冷劑流的至少第一部分膨脹以提供第一膨脹氣態(tài)制冷劑流；以及，(d)在第二熱交換器中通過與自第一膨脹器的第一膨脹氣態(tài)制冷劑流的至少第一部分進(jìn)行間接熱交換而冷卻且基本上液化進(jìn)料氣流以形成基本上液化的進(jìn)料流，其中離開第一膨脹器的第一膨脹氣態(tài)制冷劑流基本上為蒸汽。根據(jù)另一示范性實(shí)施例，公開了一種使用閉環(huán)制冷系統(tǒng)的液化方法，該方法包括以下步驟(a)在低壓壓縮機(jī)中壓縮氣態(tài)制冷劑流；(b)在高壓壓縮機(jī)中進(jìn)一步壓縮該壓縮氣態(tài)制冷劑流；(c)在第一熱交換器中冷卻該壓縮氣態(tài)制冷劑流；(d)在第一膨脹器中使自第一熱交換器的冷卻的壓縮氣態(tài)制冷劑流的至少第一部分膨脹以提供第一膨脹氣態(tài)制冷劑流，其中自第一膨脹器的第一膨脹氣態(tài)制冷劑流提供對(duì)第二熱交換器和第一熱交換器的冷卻；(e)通過在第二熱交換器和第一熱交換器中與自第一膨脹器的第一膨脹氣態(tài)制冷劑流進(jìn)行間接熱交換器來冷卻并基本上液化進(jìn)料氣流；以及，(f)通過在過冷器交換器中與離開第二膨脹器的第二膨脹氣態(tài)制冷劑流進(jìn)行間接熱交換而過冷該冷卻且基本上液化的進(jìn)料氣流，其中離開第一膨脹器的第一膨脹氣態(tài)制冷劑流和離開第二膨脹器的第二膨脹氣態(tài)制冷劑流基本上為蒸汽，且第二膨脹氣態(tài)制冷劑流的壓力低于第一膨脹氣態(tài)制冷劑流的壓力。根據(jù)又一示范性實(shí)施例，公開了一種用于液化的閉環(huán)系統(tǒng)，其包括制冷回路，該制冷回路包括第一熱交換器；第二熱交換器，其流體地聯(lián)接到第一熱交換器；第一膨脹器，其流體地聯(lián)接到第一熱交換器且適于自第一熱交換器接受制冷劑流；第二膨脹器，其流體地聯(lián)接到第二熱交換器且適于自第二熱交換器接受制冷劑流；以及，第三熱交換器，其流體地聯(lián)接到第一膨脹器且適于接受自第一膨脹器的第一膨脹氣態(tài)制冷劑流和進(jìn)料氣流，其中自第一膨脹器的第一膨脹氣態(tài)制冷劑流和自第二膨脹器的第二膨脹氣態(tài)制冷劑流基本上為蒸汽流。如本文所用的術(shù)語“基本上”在液相或氣相的情形下表示相關(guān)流分別具有至少80 摩爾％，優(yōu)選地至少90摩爾％，特別地至少95摩爾％的液體含量或蒸汽含量，且可完全為液體或蒸汽。舉例而言，陳述“離開第一膨脹器的第一膨脹氣態(tài)制冷劑流基本上為蒸汽”表示該流為至少80摩爾％蒸汽且可為100摩爾％蒸汽。根據(jù)另一示范性實(shí)施例，公開了一種使用具有至少兩個(gè)膨脹器的閉環(huán)蒸汽膨脹循環(huán)來液化氣態(tài)進(jìn)料的方法，其中，第二膨脹器的排放壓力低于第一膨脹器的排放壓力，以及第一膨脹器提供液化氣態(tài)進(jìn)料所需制冷的至少一部分。


前文的簡(jiǎn)要總結(jié)以及下文示范性實(shí)施例的詳細(xì)描述，當(dāng)結(jié)合附圖閱讀時(shí)更好理解。出于說明本發(fā)明的實(shí)施例的目的，在附圖中示出本發(fā)明的示范性構(gòu)造，但本發(fā)明并不限于所公開的具體方法和儀器。在附圖中
圖1示出涉及本發(fā)明多方面的示范性氣體液化系統(tǒng)和方法的流程圖； 圖2示出涉及本發(fā)明多方面的示范性氣體液化系統(tǒng)和方法的流程圖； 圖3示出涉及本發(fā)明多方面的示范性氣體液化系統(tǒng)和方法的流程圖； 圖4示出涉及本發(fā)明多方面的示范性氣體液化系統(tǒng)和方法的流程圖； 圖5示出涉及本發(fā)明多方面的示范性氣體液化系統(tǒng)和方法的流程圖； 圖6示出涉及本發(fā)明多方面的示范性預(yù)冷制冷系統(tǒng)和方法的流程圖； 圖7a是根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的冷卻曲線的曲線圖； 圖7b是根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的冷卻曲線的曲線圖； 圖7c是根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的冷卻曲線的曲線圖； 圖8示出涉及本發(fā)明多方面的示范性氣體液化系統(tǒng)和方法的流程圖； 圖9示出涉及本發(fā)明多方面的示范性氣體液化系統(tǒng)和方法的流程圖； 圖10示出涉及本發(fā)明多方面的示范性氣體液化系統(tǒng)和方法的流程圖；以及圖11示出涉及本發(fā)明多方面的示范性氣體液化系統(tǒng)和方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式在一個(gè)示范性實(shí)施例中，液化過程可使用兩個(gè)膨脹器且離開兩個(gè)膨脹器的氣態(tài)制冷劑流在每個(gè)膨脹器的排放中可基本上為蒸汽。由此術(shù)語“膨脹器”可用于描述在做外部功的同時(shí)使氣體膨脹的諸如離心渦輪機(jī)或往復(fù)式膨脹器這樣的裝置。該過程可基本上等熵且通常被稱作膨脹功或可逆絕熱膨脹且不同于通過閥的等焓(焦耳-湯普森)節(jié)流。冷膨脹器的排放壓力可低于溫?zé)?最溫?zé)?的膨脹器的排放壓力以實(shí)現(xiàn)更冷溫度。自冷膨脹器的排放的氣態(tài)制冷劑可用于過冷該液化產(chǎn)物。自溫?zé)?最溫?zé)?膨脹器的排放的制冷劑可用于液化。使用兩種不同壓力可更好地匹配例如天然氣液化(即，預(yù)冷、液化和過冷)的冷卻曲線。自溫?zé)?最溫?zé)?膨脹器的排放的氣態(tài)制冷劑流可引入于氣態(tài)制
6冷劑壓縮機(jī)的級(jí)之間。進(jìn)料氣流和/或氣態(tài)制冷劑可在閉環(huán)壓縮循環(huán)中由另一制冷劑(諸如丙烷)預(yù)冷。進(jìn)料氣流和/或氣態(tài)制冷劑也可例如由自第三膨脹器的氣態(tài)制冷劑預(yù)冷。在另一示范性實(shí)施例中，自溫?zé)?最溫?zé)?膨脹器的排放的氣態(tài)制冷劑流可在單獨(dú)壓縮機(jī)中被壓縮到最終排放壓力，該單獨(dú)壓縮機(jī)的吸入壓力高于用于壓縮源自冷膨脹器的排放的氣體的壓縮機(jī)的吸入壓力。進(jìn)料氣流和/或制冷劑可例如通過汽化液態(tài)制冷劑預(yù)冷，液態(tài)制冷劑諸如C02、甲烷、丙烷、丁烷、異丁烷、丙烯、乙烷、乙烯、R22、HFC制冷劑(包括但不限于R410A、R134A、 R507, R23)或其組合。環(huán)保的氟化烴和其混合物可優(yōu)選地用于離岸或浮動(dòng)應(yīng)用。舉例而言，CO2可用作制冷劑。CO2預(yù)冷最小化物理占據(jù)面積，特別是對(duì)于離岸浮式采油貯油和卸油 (FPSO)應(yīng)用而言。液態(tài)制冷劑可在一系列熱交換器中在不同壓力汽化，在多級(jí)壓縮機(jī)中壓縮，冷凝且被節(jié)流至待重新汽化的適當(dāng)壓力。利用適當(dāng)密封系統(tǒng)，壓縮機(jī)吸入壓力可保持在真空以允許冷卻到更低溫度。或者，該進(jìn)料氣流和/或氣態(tài)制冷劑可通過在第三膨脹器中使相同氣態(tài)制冷劑膨脹而預(yù)冷。在另一示范性實(shí)施例中，進(jìn)料氣流可通過在第一組熱交換器中與氣態(tài)制冷劑間接熱交換而冷卻，第一組熱交換器包括其中不冷卻氣體的至少一個(gè)熱交換器。氣態(tài)制冷劑可在第二組熱交換器中冷卻，第二組熱交換器包括至少一個(gè)交換器。第一組熱交換器可包括例如纏繞盤管熱交換器。第二組熱交換器可包括例如板翅式釬焊鋁(芯)型熱交換器。在又一示范性實(shí)施例中，進(jìn)料氣流可在熱交換器中冷卻，氣態(tài)制冷劑的一部分可在中間點(diǎn)(優(yōu)選地在預(yù)冷部段與液化部段之間)自熱交換器抽取。氣態(tài)制冷劑可通過在屬于第二組熱交換器的熱交換器中使液態(tài)制冷劑汽化而預(yù)冷。這種制冷劑可為例如氟化烴或 CO2。在另一示范性實(shí)施例中，進(jìn)料氣流可通過在一系列釜或殼管式熱交換器中使液態(tài)制冷劑汽化而預(yù)冷。氣態(tài)制冷劑的一部分也可在屬于第二組熱交換器的多流熱交換器中冷卻。氣態(tài)制冷劑的另一部分可通過在一系列釜或殼管式熱交換器中使液態(tài)制冷劑汽化而冷卻至大約相同溫度，一系列釜或殼管式熱交換器可單獨(dú)于用于預(yù)冷進(jìn)料氣流的熱交換器或與之合并?，F(xiàn)參看具體附圖，可采用各種實(shí)施例。在一個(gè)示范性實(shí)施例中且如圖1所示，進(jìn)料氣流100可例如在熱交換器110中由溫?zé)岬牡獨(dú)鈶B(tài)制冷劑流154冷卻和液化。例如，進(jìn)料氣流100可為天然氣。雖然本文所公開的液化系統(tǒng)和方法可用于液化除了天然氣之外的氣體且因此進(jìn)料氣流100可為除了天然氣之外的氣體，但出于說明目的，其余示范性實(shí)施例將參考進(jìn)料氣流100為天然氣流。部分溫?zé)崃?54的一部分(流156)可從熱交換器110抽取以平衡需要更少制冷的熱交換器110的預(yù)冷(溫?zé)?部段。氣態(tài)制冷劑流158可離開熱交換器110的溫?zé)岫艘岳缭傺h(huán)。例如離開熱交換器110的冷端的基本上液化的天然氣(LNG)流102可在過冷器交換器112中由溫?zé)釟鈶B(tài)制冷劑流172過冷，且在離開過冷器交換器112的冷端之后例如作為液化天然氣產(chǎn)物104回收。氣態(tài)制冷劑流174可離開過冷器交換器112的溫?zé)岫?。氣態(tài)低壓制冷劑流140可在低壓制冷劑壓縮機(jī)130中壓縮。所得到的流142可與流158和166合并且可作為流144進(jìn)入高壓制冷劑壓縮機(jī)132。低壓制冷劑壓縮機(jī)130和高壓制冷劑壓縮機(jī)132可包括由環(huán)境熱沉冷卻的后冷卻器和中間冷卻器。熱沉可例如為自水塔的冷卻水、海水、淡水或空氣。為了簡(jiǎn)單起見，中間冷卻器和后冷卻器未示出。自高壓制冷劑壓縮機(jī)132的排放的高壓制冷劑流146可在熱交換器114中冷卻。 所得到的流148可被分成流150和168。流150可在膨脹器136中膨脹以產(chǎn)生流152。膨脹器136可例如為蒸汽膨脹器。 蒸汽膨脹器可為任何膨脹器，其中排放基本上為蒸汽(即，其中排放流為至少80%蒸汽)。 流152可在熱交換器110(上述流154)與熱交換器116(作為流160)之間分配。流160可在熱交換器116中溫?zé)帷Ｋ玫降牧?62可與自熱交換器110的流156合并。所得到的流 164還可在熱交換器114中被進(jìn)一步溫?zé)嵋援a(chǎn)生流166。流168可在熱交換器116中冷卻。所得到的流170可在膨脹器138中膨脹以產(chǎn)生上述流172，流172然后可在過冷器交換器112中被溫?zé)帷Ｅ蛎浧?38可例如為蒸汽膨脹器。所得到的流174可在熱交換器116中被進(jìn)一步溫?zé)嵋援a(chǎn)生流176。流176可在熱交換器114中被進(jìn)一步溫?zé)嵋援a(chǎn)生流140。熱交換器114可由制冷系統(tǒng)120冷卻，制冷系統(tǒng)120包括至少一級(jí)汽化液態(tài)制冷劑，例如諸如CO2、甲烷、丙烷、丁烷、異丁烷、丙烯、乙烷、乙烯、R22、HFC制冷劑(包括但不限于R410A、R134A、R507、R23)或其組合。使用CO2作為預(yù)冷液態(tài)制冷劑被認(rèn)為最小化物理占據(jù)面積，特別是對(duì)于浮式采油貯油和卸油(FPSO)應(yīng)用而言。也可采用使用氣態(tài)制冷劑的其它制冷循環(huán)。熱交換器114、116可例如合并成一個(gè)交換器。熱交換器114、116也可例如為板翅式釬焊鋁(芯)型熱交換器。熱交換器110、112可例如合并或安裝在彼此的頂部。熱交換器110、112可例如為板翅式釬焊鋁(芯)型熱交換器。熱交換器110、112也可例如為纏繞盤管型熱交換器，其確保更好的安全性、耐用性和可靠性。例如可使用穩(wěn)固型熱交換來冷卻天然氣，因?yàn)樘烊粴獾睦鋮s涉及可造成熱交換器上更顯著熱應(yīng)力的相變?？墒褂美p繞盤管熱交換器，因?yàn)樗鼈冊(cè)谙嘧兤陂g通常不太易受熱應(yīng)力，包含泄漏好于芯型熱交換器，且通常不易受水銀腐蝕。纏繞盤管熱交換器也可例如提供在殼側(cè)上更低的制冷劑壓降。制冷劑壓縮機(jī)132、134可例如由電動(dòng)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)或者直接由一個(gè)或多個(gè)燃?xì)廨啓C(jī)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)?？衫鐝木哂邪l(fā)電機(jī)的燃?xì)廨啓C(jī)和/或蒸汽輪機(jī)得到電力。制冷劑壓縮機(jī)132、134的壓縮負(fù)荷的部分可從膨脹器136、138得到。這通常意味著循序壓縮的至少一級(jí)，或者在單級(jí)壓縮的情況下，整個(gè)壓縮機(jī)或并聯(lián)的壓縮機(jī)直接地或間接地由膨脹器驅(qū)動(dòng)。例如，直接驅(qū)動(dòng)通常意味著共同軸，而間接驅(qū)動(dòng)涉及使用例如齒輪箱。在圖2至圖5和圖8至圖11中，為了簡(jiǎn)單起見，對(duì)應(yīng)于圖1中示出的實(shí)施例或其它相應(yīng)實(shí)施例中的元件或流體流的元件或流體流用相同附圖標(biāo)記來表示。在另一示范性實(shí)施例中且如圖2所示，自高壓制冷劑壓縮機(jī)132的排放的流146 被分成兩個(gè)流M6J47。流246在熱交換器214中冷卻以產(chǎn)生流M8，流248被分成流168 和250。流247繞過熱交換器214且在制冷系統(tǒng)220中冷卻，制冷系統(tǒng)220包括至少一級(jí)汽化液態(tài)制冷劑。汽化可發(fā)生于釜中，例如諸如殼管式熱交換器，其中沸騰的制冷劑在殼側(cè)上，如圖6所示。所得到的流249與流250合并以形成進(jìn)入膨脹器136的流150。在又一示范性實(shí)施例中且如圖3所示，天然氣進(jìn)料流100例如可在制冷系統(tǒng)320 中預(yù)冷，制冷系統(tǒng)320包括至少一級(jí)汽化液態(tài)制冷劑。所得到的流301可在熱交換器310 中液化以產(chǎn)生基本上液態(tài)的流102。自310的氣態(tài)制冷劑，流356，可與流162合并，類似于圖1和圖2中流156。制冷系統(tǒng)320和220例如可合并成一個(gè)制冷系統(tǒng)，其中例如液態(tài)制冷劑在系列熱交換器的殼側(cè)上沸騰且天然氣和蒸汽制冷劑流在管回路中冷卻。制冷劑壓縮機(jī)和冷凝器優(yōu)選地是兩個(gè)系統(tǒng)共用的，如圖6所示。在又一示范性實(shí)施例中且如圖4所示，流146可被分成兩個(gè)流446、447。流446可在熱交換器214中冷卻以產(chǎn)生流448。流447可繞過熱交換器214且可在膨脹器434中膨脹。所得到的流449可與流156和162合并以形成流464，流464可以與圖1和圖2中的流 164相同的方式進(jìn)入熱交換器214。在另一示范性實(shí)施例中且如圖5所示，可以循序方式實(shí)現(xiàn)膨脹。流548可與流M9 合并以產(chǎn)生流150，流150可在膨脹器136中膨脹。流160的一部分可在熱交換器116中被部分地溫?zé)?流570)且可在膨脹器138中膨脹。因此，膨脹器138的入口壓力可接近膨脹器136的排放壓力。流166可引入于氣態(tài)制冷劑壓縮機(jī)的級(jí)之間或可與流158合并以產(chǎn)生流M4，流 544在單獨(dú)的壓縮機(jī)532中壓縮以產(chǎn)生流M6。在此情況下，流140可在壓縮機(jī)530中壓縮以產(chǎn)生與流546相同壓力的流M2。配置的選擇可取決于壓縮機(jī)裝配和相關(guān)聯(lián)的成本。合并的流542和546可被分成流547和M7。流547可在熱交換器214中冷卻以產(chǎn)生流M8， 且如圖2所示，流247可繞過熱交換器214且可在制冷系統(tǒng)220中冷卻。過冷產(chǎn)物104可在閥590中被節(jié)流到較低壓力。所得到的流506可部分為蒸汽。 閥590可例如替換為液壓渦輪機(jī)。流506可在相分離器592中分成液態(tài)產(chǎn)物508和閃蒸汽 580。流580可在壓縮機(jī)594中冷壓縮以產(chǎn)生流582，流582可在接近流160和174溫度的溫度。在替代方案中，流580也可在過冷器交換器112中或在單獨(dú)熱交換器中由流102的一部分溫?zé)?。?82可在熱交換器116中被溫?zé)嵋援a(chǎn)生流584，流584可在熱交換器214中被進(jìn)一步溫?zé)嵋援a(chǎn)生流586。流586可通常被壓縮到更高壓力且例如用作燃料用于一個(gè)或多個(gè)發(fā)電機(jī)、蒸汽輪機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)或電機(jī)用于發(fā)電。圖5所示的三種修改(循序膨脹、平行氣態(tài)燃料壓縮機(jī)和自閃蒸氣體回收制冷) 也可應(yīng)用于在其它示范性實(shí)施例中所示的配置。圖6示出在圖1至圖3和圖5中所描繪的預(yù)冷制冷系統(tǒng)的示范性實(shí)施例。流630 可為氣態(tài)制冷劑和/或天然氣進(jìn)料，其可在熱交換系統(tǒng)620 (對(duì)應(yīng)于先前圖中的系統(tǒng)120、 220和320)中冷卻以得到流632。氣態(tài)制冷劑可在制冷劑壓縮機(jī)600中壓縮。所得到的流602可在冷凝器604中完全冷凝。液態(tài)的流606可在閥607中節(jié)流且在熱交換系統(tǒng)620的高壓蒸發(fā)器中部分地汽化以產(chǎn)生兩相流608，兩相流608然后可在相分離器609中分離。蒸汽部分610可作為高壓流引入于600的級(jí)之間。液體部分611可在閥612中節(jié)流且在熱交換系統(tǒng)620的中壓蒸發(fā)器中部分地汽化以產(chǎn)生兩相流613，兩相流613然后可在相分離器614中分離。蒸汽部分615可作為中壓流引入于600的級(jí)之間。液體部分616可在閥617中節(jié)流，在熱交換系統(tǒng)620 的低壓蒸發(fā)器中完全汽化以作為低壓流617引入于600的級(jí)之間。因此，制冷可以在對(duì)應(yīng)于三個(gè)蒸發(fā)器壓力的三個(gè)溫度水平下供應(yīng)。也可能具有多于三個(gè)或少于三個(gè)蒸發(fā)器和溫度 /壓力水平。流602可例如為超臨界的，在高于臨界壓力的壓力。它然后可在冷凝器604中冷卻而不發(fā)生相變以產(chǎn)生稠密流體606。超臨界流606可在節(jié)流后變成部分液體。圖7a至圖7c示出圖1所示的示范性實(shí)施例的冷卻曲線的曲線圖。圖7a示出合并的熱交換器114、116。圖7b代表熱交換器110。可以看出提取流156顯著地改進(jìn)了交換器效率。圖7c示出過冷器交換器112。在又一示范性實(shí)施例中且如圖8所示，可使用類似于圖1的系統(tǒng)，但氣態(tài)制冷劑可在僅一個(gè)壓力水平提供制冷。舉例而言，膨脹器138的排放壓力可與膨脹器136基本上相同。流152可例如被分成流860和854。流邪4可在對(duì)應(yīng)于液化部段與過冷部段之間過渡的中間位置引入到合并的液化器/過冷器交換器810的殼側(cè)。在那里，它與溫?zé)崃?72混合。流856可在例如對(duì)應(yīng)于預(yù)冷部段與液化部段之間過渡的熱交換器810內(nèi)的中間位置提取。因此熱交換器810可與用于中間液化部段的大部分制冷劑良好地平衡。流860可在熱交換器116中溫?zé)嵋援a(chǎn)生流862。流862可與流856合并以產(chǎn)生流 864。流864可在熱交換器114中溫?zé)嵋孕纬闪?40，與自熱交換器810的溫?zé)岫说牧?58 合并，且引入到制冷劑壓縮機(jī)830的吸入。壓縮機(jī)830可例如具有多個(gè)級(jí)。同樣，為了簡(jiǎn)單起見，未示出中間冷卻器和后冷卻器。在另一示范性實(shí)施例中且如圖9所示，可使用類似于圖1的系統(tǒng)，但液化器熱交換器110和熱交換器116和114可合并為熱交換器916和914。熱交換器914和916也可合并。過冷器交換器112可與熱交換器916合并。所有三個(gè)交換器914、916和112可例如合并成單個(gè)熱交換器。進(jìn)料氣流100可在熱交換器914中冷卻以形成流901。流901可在熱交換器916中進(jìn)一步冷卻以形成基本上液化的氣流102。在又一示范性實(shí)施例中且如圖10所示，可使用類似于圖8的系統(tǒng)，但可如圖4包括第三膨脹器434。額外膨脹器434可替換制冷系統(tǒng)120以提供制冷來預(yù)冷該氣態(tài)制冷劑， 在此情況下為流447。在又一示范性實(shí)施例中且如圖11所示，可使用類似于圖8的系統(tǒng)，但冷膨脹器138 與液化器熱交換器810的頂部段一起取消。預(yù)冷的氣態(tài)制冷劑流1148在單個(gè)膨脹器1136 中膨脹。所得到的膨脹流IlM用于在例如液化器熱交換器810中使該天然氣進(jìn)料100液化。此示范性實(shí)施例特別適用于產(chǎn)生在溫?zé)釡囟确秶囊簯B(tài)天然氣。這些溫度范圍可包括例如-215 0F (-137°C )至-80 0F (-62°C )。對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，顯然的是在圖1中的預(yù)冷系統(tǒng)120可被如圖10所示的額外膨脹器替換，或者可如圖2中在交換器114外部。如果使用兩個(gè)膨脹器，一個(gè)用于預(yù)冷， 一個(gè)用于液化，那么它們可在兩個(gè)不同壓力排放，自溫?zé)?預(yù)冷)膨脹器的更高壓流引入于低壓制冷劑壓縮機(jī)與高壓制冷劑壓縮機(jī)之間，如在圖1中那樣。下面為本申請(qǐng)的一些方面和實(shí)施例。#1. 一種使用閉環(huán)制冷系統(tǒng)的液化方法，該方法包括以下步驟(a)在至少一個(gè)壓縮機(jī)中壓縮氣態(tài)制冷劑流；
(b)在第一熱交換器中冷卻該壓縮氣態(tài)制冷劑流；
(C)在第一膨脹器中使自第一熱交換器的冷卻的壓縮氣態(tài)制冷劑流的至少第一部分膨脹以提供第一膨脹氣態(tài)制冷劑流；以及
(d)冷卻且基本上液化進(jìn)料氣流以在第二熱交換器中通過與自第一膨脹器的第一膨脹氣態(tài)制冷劑流的至少第一部分進(jìn)行間接熱交換而形成基本上液化的進(jìn)料氣流，其中離開第一膨脹器的第一膨脹氣態(tài)制冷劑流基本上為蒸汽。#2.根據(jù)#1的方法，還包括通過在過冷器交換器中與離開第二膨脹器的第二膨脹氣態(tài)制冷劑流進(jìn)行間接熱交換而過冷該冷卻且基本上液化的進(jìn)料氣流，其中離開第二膨脹器的第二膨脹氣態(tài)制冷劑流基本上為蒸汽。#3.根據(jù)#2的方法，其中#1的步驟(a)的壓縮氣態(tài)制冷劑流通過以下步驟發(fā)生 (a) (1)在低壓壓縮機(jī)中壓縮該氣態(tài)制冷劑流；以及
(a) (2)在高壓壓縮機(jī)中進(jìn)一步壓縮該氣態(tài)制冷劑流。#4.根據(jù)#3的方法，其中離開第二膨脹器的第二膨脹氣態(tài)制冷劑流的壓力小于離開第一膨脹器的第一膨脹氣態(tài)制冷劑流的壓力。#5.根據(jù)#1的方法，其中在#1的步驟(d)中自第一膨脹器的第一膨脹氣態(tài)制冷劑流的第一部分通過在第二熱交換器中進(jìn)行間接熱交換而冷卻該進(jìn)料氣流，且自第一膨脹器的第一膨脹氣態(tài)制冷劑流的第二部分在第三熱交換器中冷卻自該第一熱交換器的該冷卻的壓縮氣態(tài)制冷劑流的第二部分。#6.根據(jù)#1的方法，還包括通過與包括至少一級(jí)汽化液態(tài)制冷劑的補(bǔ)充制冷系統(tǒng)進(jìn)行間接熱交換來提供對(duì)第一熱交換器的補(bǔ)充冷卻。#7.根據(jù)#6的方法，其中汽化液態(tài)制冷劑包括CO2、甲烷、丙烷、丁烷、異丁烷、丙烯、乙烷、乙烯、R22、HFC制冷劑(其包括R410A、R134A、R507、R2;3)或其組合。#8.根據(jù)#1的方法，其中用于液化的進(jìn)料氣流是天然氣流。#9.根據(jù)#8的方法，其中天然氣液化發(fā)生于浮式采油貯油和卸油(FPSO)船只上。#10.根據(jù)#1的方法，其中氣態(tài)制冷劑流是氮?dú)饬鳌?11.根據(jù)#3的方法，還包括在第三熱交換器和第一熱交換器中溫?zé)犭x開第一膨脹器的第一膨脹氣態(tài)制冷劑流的第二部分以形成溫?zé)岬臍鈶B(tài)制冷劑流，且在#3的步驟 (a)⑴與步驟(a) (2)之間合并該溫?zé)岬臍鈶B(tài)制冷劑流與離開低壓壓縮機(jī)的壓縮氣態(tài)制冷劑流。#12.根據(jù)#5的方法，其中離開第一膨脹器的第一膨脹氣態(tài)制冷劑流的第三部分在第二膨脹器中膨脹之前在第三熱交換器中加熱。#13.根據(jù)#2的方法，還包括從第二熱交換器的中間位置提取在第二熱交換器中下降的氣態(tài)制冷劑流的一部分，在第一熱交換器中加熱該氣態(tài)制冷劑流的提取部分，以及，在#3的步驟(a) (1)與步驟(a) (2)之間合并該溫?zé)岬臍鈶B(tài)制冷劑流與離開低壓壓縮機(jī)的壓縮氣態(tài)制冷劑流。#14.根據(jù)#1的方法，其中第一熱交換器和第三熱交換器是單個(gè)熱交換器。#15.根據(jù)#1的方法，其中第二熱交換器和過冷器交換器是單個(gè)熱交換器。#16.根據(jù)#1的方法，其中第一熱交換器和第三熱交換器是板翅釬焊鋁(芯)型熱交換器。#17.根據(jù)#1的方法，其中第二熱交換器和過冷器交換器是纏繞盤管式熱交換
ο#18.根據(jù)#3的方法，還包括
使離開該高壓壓縮機(jī)的壓縮氣態(tài)制冷劑流分流；在補(bǔ)充制冷系統(tǒng)中冷卻離開該高壓壓縮機(jī)的壓縮氣態(tài)制冷劑流的第一部分，該補(bǔ)充制冷系統(tǒng)包括至少一級(jí)汽化液態(tài)制冷劑，以及，在#1的步驟(c)中合并該壓縮氣態(tài)制冷劑流的冷卻的第一部分與自第一熱交換器的冷卻的壓縮氣態(tài)制冷劑流的第一部分以在第一膨脹器中膨脹，以及其中在#1的步驟(b)中離開該高壓壓縮機(jī)的壓縮氣態(tài)制冷劑流的第二部分在第一熱交換器中被冷卻。#19.根據(jù)#18的方法，還包括在#1的步驟(d)之前，在包括至少一級(jí)汽化液態(tài)制冷劑的補(bǔ)充制冷系統(tǒng)中預(yù)冷該進(jìn)料氣流。#20.根據(jù)#19的方法，其中用于預(yù)冷該進(jìn)料氣流的補(bǔ)充制冷系統(tǒng)和用于冷卻離開該高壓壓縮機(jī)的壓縮氣態(tài)制冷劑流的第一部分的補(bǔ)充制冷系統(tǒng)是單個(gè)補(bǔ)充制冷系統(tǒng)。#21.根據(jù)#3的方法，還包括使離開該高壓壓縮機(jī)的該壓縮氣態(tài)制冷劑流分流； 在第三膨脹器中使離開至少一個(gè)壓縮機(jī)的壓縮氣態(tài)制冷劑流的第一部分膨脹，在第一熱交換器中溫?zé)嵩搲嚎s氣態(tài)制冷劑流的膨脹的第一部分，且然后在#3的步驟(a) (1)與步驟(a) (2)之間合并壓縮氣態(tài)制冷劑流的溫?zé)帷⑴蛎浀牡谝徊糠峙c離開低壓壓縮機(jī)的壓縮氣態(tài)制冷劑流，以及在#1的步驟(b)中在第一熱交換器中冷卻離開該高壓壓縮機(jī)的壓縮氣態(tài)制冷劑流的第二部分。#22.根據(jù)#4的方法，還包括使離開該高壓壓縮機(jī)的壓縮氣態(tài)制冷劑流分流；在第三膨脹器中使離開該高壓壓縮機(jī)的壓縮氣態(tài)制冷劑流的第一部分膨脹；在第一熱交換器中溫?zé)嵩搲嚎s氣態(tài)制冷劑流的膨脹的第一部分，以及然后在#3的步驟(a) (1)與步驟(a) (2)之間合并壓縮氣態(tài)制冷劑流的溫?zé)?、膨脹的第一部分與離開該低壓壓縮機(jī)的壓縮氣態(tài)制冷劑流，以及在#1的步驟(b)中在第一熱交換器中冷卻離開該高壓壓縮機(jī)的壓縮氣態(tài)制冷劑流的第二部分。#23.根據(jù)#2的方法，還包括節(jié)流該過冷液化進(jìn)料氣體流，在相分離器中分離該節(jié)流的過冷液化進(jìn)料氣流為液體產(chǎn)物和閃蒸汽，其中該閃蒸汽可被進(jìn)一步壓縮、溫?zé)岷陀米髂芰慨a(chǎn)生的燃料。#24.根據(jù)#1的方法，還包括在高壓儲(chǔ)存罐中儲(chǔ)存該冷卻且基本上液化的進(jìn)料氣流。#25. 一種使用閉環(huán)制冷系統(tǒng)的液化方法，該方法包括以下步驟
(a)在低壓壓縮機(jī)中壓縮氣態(tài)制冷劑流；
(b)在高壓壓縮機(jī)中進(jìn)一步壓縮該壓縮氣態(tài)制冷劑流； (C)在第一熱交換器中冷卻該壓縮氣態(tài)制冷劑流；
(d)在第一膨脹器中使自第一熱交換器的冷卻的壓縮氣態(tài)制冷劑流的至少第一部分膨脹以提供第一膨脹氣態(tài)制冷劑流；其中自第一膨脹器的第一膨脹氣態(tài)制冷劑流提供對(duì)第二熱交換器和第一熱交換器的冷卻；
(e)通過在第二熱交換器和第一熱交換器中與自第一膨脹器的第一膨脹氣態(tài)制冷劑流進(jìn)行間接熱交換器來冷卻并基本上液化進(jìn)料氣流；以及(f)通過在過冷器交換器中與離開第二膨脹器的第二膨脹氣態(tài)制冷劑流進(jìn)行間接熱交換而過冷該冷卻且基本上液化的進(jìn)料氣流；
其中離開第一膨脹器的第一膨脹氣態(tài)制冷劑流和離開第二膨脹器的第二膨脹氣態(tài)制冷劑流基本上為蒸汽，且其中第二膨脹氣態(tài)制冷劑流的壓力低于第一膨脹氣態(tài)制冷劑流的壓力。#26. 一種用于液化的閉環(huán)系統(tǒng)，包括
制冷回路，該制冷回路包括
第一熱交換器；
第二熱交換器，其流體地聯(lián)接到第一熱交換器；
第一膨脹器，其流體地聯(lián)接到第一熱交換器且適于自第一熱交換器接受制冷劑流； 第二膨脹器，其流體地聯(lián)接到第二熱交換器且適于自第二熱交換器接受制冷劑流；以
及
第三熱交換器，其流體地聯(lián)接到第一膨脹器且適于接受自第一膨脹器的第一膨脹氣態(tài)制冷劑流和進(jìn)料氣流，
其中自第一膨脹器的第一膨脹氣態(tài)制冷劑流和自第二膨脹器的第二膨脹氣態(tài)制冷劑流基本上為蒸汽流。#27.根據(jù)#26的系統(tǒng)，其還包括過冷器交換器，其流體地聯(lián)接到第三熱交換器和第二熱交換器且適于自第三熱交換器接受進(jìn)料氣流。#28.根據(jù)#26的系統(tǒng)，還包括
(a)低壓制冷劑壓縮機(jī)，其流體地聯(lián)接到第一熱交換器；以及
(b)高壓制冷劑壓縮機(jī)，其流體地聯(lián)接到第一熱交換器和低壓制冷劑壓縮機(jī)，適于自第一熱交換器和低壓制冷劑壓縮機(jī)接受制冷劑流。#29.根據(jù)#28的系統(tǒng)，其中自第二膨脹器的第二膨脹氣態(tài)制冷劑流的壓力低于自第一膨脹器的第一膨脹氣態(tài)制冷劑流的壓力。#30.根據(jù)#28的系統(tǒng)，還包括補(bǔ)充制冷系統(tǒng)，其適于向第一熱交換器提供冷卻， 其中補(bǔ)充制冷系統(tǒng)包括至少一級(jí)汽化液態(tài)制冷劑。#31.根據(jù)#30的系統(tǒng)，其中汽化液態(tài)制冷劑包括CO2、甲烷、丙烷、丁烷、異丁烷、丙烯、乙烷、乙烯、R22、HFC制冷劑(其包括R410A、R134A、R507、R23)或其組合。#32.根據(jù)#26的系統(tǒng)，其中進(jìn)料氣流是天然氣流。#33.根據(jù)#32的系統(tǒng)，其中該系統(tǒng)用于浮式采油貯油和卸油(FPSO)船只上。#34.根據(jù)#26的系統(tǒng)，其中該制冷劑流是氮?dú)饬鳌?35.根據(jù)#26的系統(tǒng)，其中第一熱交換器和第二熱交換器是單個(gè)熱交換器。#36.根據(jù)#27的系統(tǒng)，其中第三熱交換器和過冷器交換器是單個(gè)熱交換器。#37.根據(jù)#26的系統(tǒng)，其中第一熱交換器和第二熱交換器是板翅釬焊鋁(芯)型熱交換器。#38.根據(jù)#27的系統(tǒng)，其中第三熱交換器和過冷器交換器112是纏繞盤管式熱交換器。#39.根據(jù)#28的系統(tǒng)，還包括補(bǔ)充制冷系統(tǒng)，其流體地聯(lián)接到高壓制冷劑壓縮機(jī)且適于自高壓制冷劑壓縮機(jī)接受壓縮氣態(tài)制冷劑流。
#40.根據(jù)#26的系統(tǒng)，還包括補(bǔ)充制冷系統(tǒng)，其流體地聯(lián)接到第三熱交換器且適于接受該進(jìn)料氣流。#41.根據(jù)#28的系統(tǒng)，還包括第三膨脹器，其流體地聯(lián)接到高壓制冷劑壓縮機(jī)且適于自高壓制冷劑壓縮機(jī)接受壓縮氣態(tài)制冷劑流的一部分。#42.根據(jù)#27的系統(tǒng)，還包括
閥，其流體地聯(lián)接到過冷器交換器，適于自過冷器交換器接受進(jìn)料氣流； 相分離器，其流體地聯(lián)接到所述閥且適于將進(jìn)料氣流分離成液體產(chǎn)物和閃蒸汽。#43.根據(jù)#26的系統(tǒng)，還包括
第一低壓制冷劑壓縮機(jī)，其流體地聯(lián)接到第一熱交換器；以及， 第二低壓制冷劑壓縮機(jī)，其流體地聯(lián)接到第三熱交換器。#44. 一種使用具有至少兩個(gè)膨脹器的閉環(huán)蒸汽膨脹循環(huán)來液化氣態(tài)進(jìn)料的方法，其中，第二膨脹器的排放壓力低于第一膨脹器的排放壓力，且其中第一膨脹器提供液化氣態(tài)進(jìn)料所需制冷的至少一部分。#45.根據(jù)#44的方法，其中氣態(tài)進(jìn)料包括天然氣。#46.根據(jù)#44的方法，其中自第二膨脹器所得的膨脹流被溫?zé)岬浇咏h(huán)境溫度， 被壓縮，且與自第一膨脹器的溫?zé)岬乃门蛎浟骱喜ⅰ?47.根據(jù)#46的方法，其中自第一膨脹器和第二膨脹器的合并流被進(jìn)一步壓縮且然后冷卻用于進(jìn)一步膨脹。#48.根據(jù)#44的方法，其中使自第一膨脹器的所得膨脹流分流使得所得膨脹流的第一部分用于通過間接熱交換而冷卻該氣態(tài)進(jìn)料且所得膨脹流的第二部分用于提供熱交換器中的冷卻。實(shí)例
參看圖3，將在113 0F (450C )和180psia(l. 24MPa)下的含大約92%甲烷、1. 6%氮?dú)狻?3. 4%乙烷、洲丙烷和1%更重組分的3，160 lbmol/h(l, 433kgmol/h)天然氣(流100)由制冷系統(tǒng)320預(yù)冷至大約-31. 6 0F (-35. 3°C )，制冷系統(tǒng)320包括利用R134A制冷劑(C2H2F4) 汽化的3個(gè)釜。制冷劑在3級(jí)壓縮機(jī)中壓縮，如圖6所示。制冷劑壓縮機(jī)吸入壓力大約為 0. 5巴(50kPa)絕對(duì)值。保持吸入壓力在真空，允許過冷至更低溫度。使用不易燃的制冷劑，保證安全操作。所得到的流301在液化器熱交換器310中冷卻至-136 °F (-93°C )，在此點(diǎn)，流102 全都是液體。其然后在過冷器交換器112中過冷到-261 T (-163°C )，提供所得到的流104。自高壓制冷劑壓縮機(jī)132的排放的氣態(tài)氮?dú)?46在104 °F (40°C )和1，200 psia(8. 27MPa)。流 146 然后被分成進(jìn)入制冷系統(tǒng) 220 的 21，495 lbmol/h(9, 750kgmol/h) g 和進(jìn)入合并熱交換器 214,216 的 196，230 lbmol/h (89，008kgmol/h)。自合并流 M9 和 250 得到的流 150 在-49 0F (-45 V )和 164，634 lbmol/ h(74, 677kgmol/h)的流率進(jìn)入膨脹器136。其在-141 T (-96 °C )膨脹至大約 475psia(3. 28MPa)且分成在 141，326 lbmol/h (64, 104kgmol/h)進(jìn)入液化器熱交換器 310 的流154和進(jìn)入合并熱交換器214、116的流160。流356在-54. 4 T (-48°C )離開液化器熱交換器310。其然后與流162合并，在合并熱交換器 214、116 中溫?zé)嶂?97. 5 °F (36. 4°C )，且以 164, 634 lbmol/h (74，677kgmol/h)的流率引入于低壓制冷劑壓縮機(jī)130與高壓制冷劑壓縮機(jī)132之間(流166)。流170 在-136 0F (-93°C )且以 53，091 lbmol/h(24, 082kgmol/h)的流率進(jìn)入膨脹器138。流170在-165 0F (-109°C )膨脹至大約192pSia(l· 32MPa)(流172)且然后進(jìn)入過冷器交換器112。流174在大約-140 T (-96°C )離開過冷器交換器112。流174然后在合并熱交換器214、116中溫?zé)嶂?7.5下(36. 4°C )且進(jìn)入低壓制冷劑壓縮機(jī)130的吸入(流140)。雖然結(jié)合各個(gè)附圖的優(yōu)選實(shí)施例描述了本發(fā)明的多方面，應(yīng)了解在不偏離本發(fā)明的情況下可使用其它類似實(shí)施例或者可對(duì)所描述的實(shí)施例做出修改和添加以執(zhí)行本發(fā)明的相同功能。因此，所要求保護(hù)的本發(fā)明不應(yīng)限于任何單個(gè)實(shí)施例，而是應(yīng)根據(jù)所附權(quán)利要求書的幅度和范圍來解釋。附圖標(biāo)記提供于權(quán)利要求中只是輔助理解且并不限制權(quán)利要求的范圍。
1權(quán)利要求
1.一種使用閉環(huán)制冷系統(tǒng)的液化方法，所述方法包括以下步驟(a)在至少一個(gè)壓縮機(jī)(132)中壓縮氣態(tài)制冷劑流(144)；(b)在第一熱交換器(114)中冷卻所述壓縮氣態(tài)制冷劑流(144)的至少一部分；(c)在第一膨脹器(136)中使來自第一熱交換器(114)的冷卻的壓縮氣態(tài)制冷劑流的至少第一部分(150)膨脹以提供第一膨脹氣態(tài)制冷劑流(152)；以及(d)冷卻且基本上液化進(jìn)料氣流(100)以在第二熱交換器(110)中通過與來自第一膨脹器(136)的第一膨脹氣態(tài)制冷劑流的至少第一部分(154)進(jìn)行間接熱交換而形成基本上液化的進(jìn)料氣流(102)，其中離開所述第一膨脹器(136)的所述第一膨脹氣態(tài)制冷劑流(15 基本上為蒸汽。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于還包括在過冷器交換器(112)中與離開第二膨脹器(138)的第二膨脹氣態(tài)制冷劑流(17 進(jìn)行間接熱交換而過冷所述冷卻且基本上液化的進(jìn)料氣流(102)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，離開所述第二膨脹器(138)的所述第二膨脹氣態(tài)制冷劑流(17 基本上為蒸汽。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，離開所述過冷器交換器(112)的第二膨脹氣態(tài)制冷劑流(174)在低壓壓縮機(jī)(130)中壓縮；至少與離開所述第二熱交換器的所述第一膨脹氣態(tài)制冷劑流合并；以及，混合流(144)在高壓壓縮機(jī)(132)中被進(jìn)一步壓縮。
5.根據(jù)權(quán)利要求2至4中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述第二膨脹氣態(tài)制冷劑流是從所述第一熱交換器(114)的冷卻的壓縮氣態(tài)制冷劑流的第二部分(168)得到。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述冷卻的氣態(tài)制冷劑流(148)的第二部分(168)在第三熱交換器(116)中通過與來自所述第一膨脹器(136)的第一膨脹氣態(tài)制冷劑流(15 的至少第二部分(160)進(jìn)行間接熱交換而進(jìn)一步冷卻且被進(jìn)給到所述第二膨脹器(138)來提供所述第二膨脹氣態(tài)制冷劑流(172)。
7.根據(jù)權(quán)利要求2至4中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述第二膨脹氣態(tài)制冷劑流是從所述第一膨脹氣態(tài)制冷劑流的一部分(570)得到。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述部分(570)在所述膨脹(138)之前通過與離開所述過冷器交換器(112)的基本上液化的進(jìn)料氣流分離的壓縮蒸汽進(jìn)行熱交換(116)而被溫?zé)帷?br> 9.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于還包括從所述第二熱交換器 (110)的中間位置提取在所述第二熱交換器(110)中下降的氣態(tài)制冷劑流的一部分(154) 且在所述第一熱交換器(116)中加熱所述提取的部分(巧4)。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，進(jìn)行液化的進(jìn)料氣流是天然氣流。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述氣態(tài)制冷劑流是氮?dú)饬鳌?br> 12.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于還包括在第三熱交換器 (116)和所述第一熱交換器(114)中溫?zé)犭x開所述第一膨脹器(136)的第一膨脹氣態(tài)制冷劑流(15 的第二部分(160)以形成溫?zé)岬臍鈶B(tài)制冷劑流，以及合并所述溫?zé)岬臍鈶B(tài)制冷劑流(168)與離開所述第二熱交換器(110)的第一膨脹氣態(tài)制冷劑流(158)。
13.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于還包括將離開所述至少一個(gè)壓縮機(jī)(13 的所述壓縮氣態(tài)制冷劑流(146)分成第一部分(M7)和第二部分046)；在包括至少一級(jí)汽化液態(tài)制冷劑的補(bǔ)充制冷系統(tǒng)(220)中冷卻所述第一部分047)；在權(quán)利要求1的步驟(b)中在所述第一熱交換器(114)中冷卻所述第二部分；以及，在權(quán)利要求1 的步驟(c)中合并所述冷卻的第一部分(M9)與所述冷卻的第二部分(M8)的至少一部分 (250)以在所述第一膨脹器(136)中膨脹。
14.根據(jù)權(quán)利要求1至12中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于還包括將離開所述至少一個(gè)壓縮機(jī)(13 的所述壓縮的氣態(tài)制冷劑流(146)分成第一部分(447)和第二部分046)； 在第三膨脹器(434)中使所述第一部分(447)膨脹，在所述第一熱交換器014)中溫?zé)崴门蛎浀牡谝徊糠?49)，且然后合并所得溫?zé)岬呐蛎浀牡谝徊糠?部分166)與離開所述第二熱交換器(110)的氣態(tài)制冷劑流(158)，以及，在權(quán)利要求1的步驟(b)中在所述第一熱交換器(114)中冷卻所述第二部分046)。
15.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于包括以下步驟(a)在低壓壓縮機(jī)(130)中壓縮氣態(tài)制冷劑流(140)；(b)在高壓壓縮機(jī)(132)中進(jìn)一步壓縮所述壓縮氣態(tài)制冷劑流(142)；(c)在第一熱交換器(914)中冷卻所述壓縮氣態(tài)制冷劑流(146)；(d)在第一膨脹器(136)中使來自所述第一熱交換器(914)的冷卻的壓縮氣態(tài)制冷劑流(148)的至少第一部分(150)膨脹以提供第一膨脹氣態(tài)制冷劑流(152)，其中來自所述第一膨脹器(136)的第一膨脹氣態(tài)制冷劑流(15 提供對(duì)第二熱交換器(916)和第一熱交換器(914)的冷卻；(e)通過在第二熱交換器(916)和第一熱交換器(914)中與來自所述第一膨脹器 (136)的第一膨脹氣態(tài)制冷劑流(15 進(jìn)行間接熱交換來冷卻并基本上液化進(jìn)料氣流 (100)；以及(f)通過在過冷器交換器(112)中與離開第二膨脹器(138)的第二膨脹氣態(tài)制冷劑流 (172)進(jìn)行間接熱交換而過冷所述冷卻且基本上液化的進(jìn)料氣流(102)；其中離開所述第一膨脹器(136)的第一膨脹氣態(tài)制冷劑流(152)和離開所述第二膨脹器(138)的第二膨脹氣態(tài)制冷劑流(17 基本上為蒸汽，且其中所述第二膨脹氣態(tài)制冷劑流(172)的壓力低于所述第一膨脹氣態(tài)制冷劑流(15 的壓力。
16.一種利用權(quán)利要求2所述的方法進(jìn)行液化的閉環(huán)系統(tǒng)，包括制冷回路，所述制冷回路包括第一熱交換器(114)；第二熱交換器(116)，其流體地聯(lián)接到所述第一熱交換器(114)；第一膨脹器(136)，其流體地聯(lián)接到所述第一熱交換器(114)且適于接受來自所述第一熱交換器(114)的制冷劑流(150)；第二膨脹器(138)，其流體地聯(lián)接到所述第二熱交換器(116)且適于接受來自所述第二熱交換器(116)的制冷劑流(170)；第三熱交換器(110)，其流體地聯(lián)接到所述第一膨脹器(136)且適于接受來自所述第一膨脹器(136)的第一膨脹氣態(tài)制冷劑流(154)和進(jìn)料氣流(110)；以及過冷器交換器(112)，其流體地聯(lián)接到所述第三熱交換器(110)和所述第二膨脹器(138)且適于接受來自所述第三熱交換器(110)的進(jìn)料氣流(102)。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其適用于利用權(quán)利要求3至14中任一項(xiàng)所述的方法進(jìn)行液化的閉環(huán)系統(tǒng)。
18.一種使用具有至少兩個(gè)膨脹器的閉環(huán)蒸汽膨脹循環(huán)來使氣態(tài)進(jìn)料液化的方法，其中，第二膨脹器的排放壓力低于第一膨脹器的排放壓力，且第一膨脹器提供液化氣態(tài)進(jìn)料所需制冷的至少一部分。
全文摘要
使用閉環(huán)制冷系統(tǒng)液化進(jìn)料氣體，其中使冷卻的壓縮氣態(tài)制冷劑流(150)膨脹(136)以提供第一膨脹氣態(tài)制冷劑流(154)，第一膨脹氣態(tài)制冷劑流(154)基本上為蒸汽且用于通過間接熱交換(110)來冷卻且基本上液化進(jìn)料氣流(100)。基本上液化的進(jìn)料氣流(102)優(yōu)選地通過與第二膨脹氣態(tài)制冷劑流(172)間接熱交換(112)而過冷，第二膨脹氣態(tài)制冷劑流(172)優(yōu)選地也基本上為蒸汽且可由冷卻的壓縮氣態(tài)制冷劑流(170)或者由第一膨脹氣態(tài)制冷劑流(152)的一部分提供。用于壓縮氣態(tài)制冷劑流(146)的冷卻負(fù)荷由第一膨脹氣態(tài)制冷劑流(152)的一部分(160)、通過與進(jìn)料氣體進(jìn)行所述熱交換(110)而部分地溫?zé)岬臍鈶B(tài)制冷劑(156)和/或通過所述過冷(112)而溫?zé)岬牡诙蛎洑鈶B(tài)制冷劑流(174)提供。
文檔編號(hào)F25J1/02GK102334001SQ200980145955
公開日2012年1月25日 申請(qǐng)日期2009年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月18日
發(fā)明者A. 布羅斯托 A., J. 羅伯茨 M. 申請(qǐng)人:氣體產(chǎn)品與化學(xué)公司