常規氣態物質向液體產品的轉化的製作方法

2023-10-10 14:27:29

專利名稱：常規氣態物質向液體產品的轉化的製作方法
技術領域：
本發明的方法和設備涉及常規氣態物質、尤其是天然氣的液化，從而對比現有技術減少處理容器的數量和相應的空間，同時只減少很微小的處理效率。本發明特別適用於中小規模的天然氣的液化，其中沒有規模效益或者規模效益無足輕重。
常規氣態物質的低溫液化用於以更經濟和方便的形式進行成分分離、淨化、儲存以及運輸所述成分。大多數這種液化系統不論涉及的氣體如何都具有共同的操作，因此具有許多相同的問題。一個經常遇到的問題在於處理容器的數量以及這些容器操作和維護的成本和複雜性。由於規模液化處理縮減以及沒有規模效益，這些問題越來越嚴重。儘管本發明參照天然氣而討論，但本發明可以用於在其中遇有同樣問題的其他系統中的常規氣態物質的處理。
在處理天然氣的領域中，通常常規氣態流束體要承受低溫處理，以將分子重量大於甲烷(C2+)的碳氫化合物與天然氣分離開，從而產生用於其他目的的甲烷和C2+流束佔主導的管道氣體。通常，C2+流束分成幾個成分流束，例如C2、C3、C4和C5+。
而且通常低溫處理天然氣對其液化是為了運輸和儲存。液化天然氣的主要原因在於液化使體積減小約1/600，從而在更經濟和實際設計的容器中儲存和運輸液化的氣體。例如，當氣體由管道從供應源向遠處的市場運輸時，希望在基本恆定和高負荷的因素下操作管道。通常管道的可傳遞性和容量超過要求，而在其他時候需求又超過管道的可傳遞性。為了避免需求超過供給的峰值，希望將過多的氣體儲存起來，使其可以在供給超過需求時傳送，從而使未來的需求的峰值可以由儲存的材料得到滿足。一種對此適用的裝置將氣體轉化為液態用於儲存，然後根據需要將液體蒸發。
當供應源與市場相距太遠並且無法獲得管線或管線鋪設不實際時，為了從供應源向市場運輸天然氣而將天然氣液化就更加重要。在必須由海運運輸時更是如此。在氣態狀態下用船運輸通常很不實際，因為需要進行壓縮以大大減小氣體的容積，這樣又會需要更加昂貴的儲存容器。
為了在氣態下儲存和運輸天然氣，天然氣最好冷卻到-240°F至-260°F，其中擁有一個接近大氣蒸汽的壓力。在現有技術中有許多系統用於液化天然氣，其中使氣體在升高的壓力下連續通過多個冷卻階段而液化，這樣氣體冷卻到連續低溫直到到達液化溫度。冷卻通常伴隨與一種或多種製冷劑如丙烷、丙烯、乙烷、乙烯和甲烷或上述一種或多種的組合進行熱交換。在現有技術中，製冷劑通常多級設置，而且每種製冷劑用於封閉的冷卻循環中。可以通過在一個或多個膨脹階段將液化的天然氣膨脹到大氣壓力而進一步冷卻天然氣。在每個階段，液化的氣體閃蒸到一個較低的溫度，從而在一個很低的溫度下產生一種兩相的氣-液混合物。液體回收並可以再次閃蒸。以此方式，液化的氣體進一步冷卻到適合在接近大氣壓力下進行液化氣體儲存的儲存和運輸溫度。在此膨脹到接近大氣壓力的過程中，一些另外容積的液化氣進行閃蒸。來自膨脹階段的閃蒸的蒸汽通常被收集起來液化循環或作為產生動力的燃料氣體而利用。
如前所述，本發明涉及一種設備和方法，其中處理容器的數量在每一個閉路冷卻循環中大大減少。當處理步驟減少(即在每個循環中冷卻要求減少)時此因素非常重要。本發明可以既減少容器的數量又減少相關的空間要求，從而減少成本同時只減少很微小的處理效率。
因此希望減少需要液化常規氣態物質的處理容器的數量。
還希望減少需要液化常規氣態物質的孔的要求。
另外希望開發一種用於液化常規氣態物質的方法和相應的設備，它比現有的液化方法減少成本。
在本發明的一個實施例中，常規的氣態流束由一種方法冷卻和局部冷凝，此方法包括以下步驟(a)使所述常規氣態流束和一種製冷劑流束通過一個或更多個銅鍍鋁板片熱交換段流動，其中所述流束與一個或多個冷卻流束間接熱交換並逆流，所述一個或多個冷卻流束由以下方式形成(ⅰ)去除從所述一個板片熱交換段產生的製冷劑流束的一個側流束或其一部分；(ⅱ)減少側流束的壓力，從而產生一個冷卻流束；以及(ⅲ)將所述冷卻流束流至(ⅰ)的所述製冷劑流束從此產生的熱交換段，這樣所述冷卻流束成為一個(a)的所述冷卻流束；(b)單獨使製冷劑流束從(a)的最後的熱交換段流過一個銅鍍鋁板片熱交換段，其中所述流束與一個蒸汽製冷劑流束間接熱交換並逆流；(c)減小來自(b)步驟的熱交換段的製冷劑流束的壓力；(d)利用(c)步驟的所述流束作為一個芯壺式(core-in-kettle)熱交換器的壺側上的冷卻劑，從而產生一個蒸汽製冷劑流束；(e)通過使(d)的蒸汽製冷劑流束流過至少(b)的銅鍍鋁板片熱交換段而加熱蒸汽製冷劑流束；(f)壓縮(a)步驟的冷卻流束和(e)步驟的加熱的蒸汽製冷劑流束；(g)冷卻(f)步驟的壓縮流束；以及(h)使來自(a)步驟的常規氣態流束流過芯壺式熱交換器的心側，從而產生一種富含液體的流束。
在另一個實施例中，前面實施例中的兩個或更多個板片熱交換器段包含在一個單獨的銅鍍鋁板片熱交換器中。
在還一個實施例中，本發明包括一個實施上述方法的設備。


圖1是一個低溫LNG生產方法的簡化流程圖，示出本發明的方法和設備。
圖2和3示出本發明的實施例，其中特定的銅鍍鋁板片熱交換段組合在一個單獨的熱交換器單元中。
由於一個天然氣流束的處理示出為冷卻常規氣態物質，其中預選的成分通常從所述流束和至少一部分液化的流束中去除，而且此應用是本發明的一個優選實施例，因此以下參照附圖的描述針對天然氣的處理。但是可以理解本發明不限於天然氣的處理或從氣體或氣體的液化物中分離成分，而是廣泛用於產生液體產品的常規氣態物質的冷卻以及產生液體產品的常規氣態物質的多級冷卻。
在處理天然氣時，通常利用預處理步驟從傳送到工廠的天然氣流束中去除不希望的成分，例如酸性氣體、硫醇、水銀和潮氣。此氣體流束的成分可以變化很大。如在此所用，天然氣流束是主要包含大部分來自天然氣供給流束的甲烷的任何流束；例如，至少包含體積比為85％的流束，平衡物為乙烷、較高級的碳氫化合物、氮氣、二氧化碳和少量其他的汙染物如水銀、氫化硫、硫醇。預處理步驟可以是要麼在冷卻循環上遊的單獨步驟，或者是在初始循環中冷卻的一個早期階段下遊的單獨步驟。以下非總括性地示出本領域普通技術人員可以獲得的一些裝置。利用一種含氨的水性溶液由一種吸附作用去除酸性氣體和較少量的硫醇。此處理步驟通常在用於初始循環的冷卻階段上的進行。大部分水作為液體由兩相氣-液分離步驟去除，之前是在初始冷卻循環上遊以及在初始冷卻循環中第一冷卻階段下遊的氣體壓縮和冷卻。水銀由水銀吸附劑層去除。參與的水和酸性氣體通過合理選擇的吸附劑層例如可再生的分子篩網去除。利用吸附劑層的方法通常在初始冷卻循環中的第一冷卻階段的下遊。用於天然氣液化的一個最有效和高效的方法是一種分級類型的操作，而且這種類型與膨脹型冷卻組合。而且由於生產液化天然氣(LNG)的方法包括分離分子重量大於作為其第一部分的甲烷的碳氫化合物，對低溫生產LNG的工廠的描述可以有效描述類似的從天然氣流束中去除C2+碳氫化合物的工廠。
在一個利用分級製冷劑系統的優選實施例中，本發明涉及在升高的壓力下例如約650psia下冷卻天然氣流束，具體使氣體流束經過一個多階段丙烷循環、一個多階段乙烷循環以及或者(a)一個由單獨或多階段膨脹循環跟隨的閉合甲烷循環以進一步冷卻並將壓力減小到接近大氣壓或者(b)一個利用一部分供給氣體作為甲烷源並在此包括一個多級膨脹循環以進一步冷卻並將壓力減小到接近大氣壓的開端甲烷循環。在冷卻循環過程中，首先使用具有最高沸點的製冷劑，然後是中間沸點的製冷劑，最後是具有最低沸點的製冷劑。
天然氣流束通常在升高的壓力下送到液化過程，或壓縮到一個升高的壓力，即大於500psia的壓力，最好約500-約900psia，更好約為550-約675psia，更優為575-約650psia，最優為約600psia。流束溫度通常接近並略高於周圍溫度。代表性的溫度範圍為60°F-120°F。
如前所述，在此位置天然氣流束通過與多個、最好是三個製冷劑間接熱交換而在多個多階段循環或步驟(例如三個)中冷卻。由於階段數量的增加對一個給定的循環而言改進了整個冷卻效率，但是這種效率的增加伴隨的是淨成本和複雜性的增加。最好利用一個相對高沸點的製冷劑在第一閉合冷卻循環中使供給氣體經過一個有效數量的冷卻階段，通常為兩個、最好為兩個至四個、更好為三個階段。這種製冷劑最好包括大部分丙烷、丙烯或其混合物，最好為丙烷，更好地製冷劑基本包括丙烷。此後，處理過的供給氣體流過有效數量的階段，通常為兩個、最好為兩至四個、更好為兩個或三個階段，在第二閉合冷卻循環中與具有一個低沸點的製冷劑間接熱交換。這種製冷劑最好大部分包括乙烷、乙烯或其混合物，最好是乙烯，更好製冷劑基本由乙烯組成。上述每個製冷劑的冷卻階段包括單獨的冷卻區。
通常，天然氣供給流束包含的C2+成分的量可以在一個或多個冷卻階段形成富含液體的C2+。這種液體由氣-液分離裝置、最好是一個或多個常規的氣-液分離器去除。通常，控制在每個階段天然氣的連續冷卻以從氣體中去除儘可能多的C2和分子重量較大的碳氫化合物，以產生甲烷佔主導的第一氣體流束和包含大量乙烷和較重成分第二液體流束。一個數量有效的氣/液分離裝置位於冷卻區下遊的適當位置上，以去除富含C2+成分的液體。氣/液分離裝置的精確的位置和數量取決於許多操作參數，例如通常在LNG工廠和氣體工廠操作領域的專業技術人員考慮的天然氣供給流束的C2+成分，最終產品的所需BTU含量，其他應用和其他因素的C2+成分的值。C2+碳氫化合物流束可以由單階段的閃蒸或分餾柱去除甲烷。在前一種情況下，富含甲烷的流束可以在壓力下直接返回液化過程。C2+碳氫化合物流束或去甲烷C2+碳氫化合物流束可以用做燃料或可以進一步處理，例如在一個或多個分餾區分餾，以產生富含特定化學成分(例如C2、C3、C4和C5+)的各個流束。在第二冷卻循環的最後階段，甲烷佔主導(通常甲烷大於95mol％而且最好甲烷大於97mol％)的氣體流束的大部分、最好全部進行冷凝(即液化)。
液化天然氣流束由一個或兩個實施例在第三步驟中進一步冷卻。在一個實施例中，液化天然氣流束通過與一第三閉合冷卻循環間接熱交換而進一步冷卻，其中冷凝的氣體流束通過有效數量的階段進行低溫冷卻，階段通常為2個、最好為2-4個、更好為3個，冷卻由具有比第二循環的製冷劑低的沸點的第三製冷劑提供。此製冷劑最好大部分由甲烷構成，而且最好由大於90mol％的甲烷構成，更好基本全部為甲烷。在利用開放甲烷冷卻循環的第二和優選實施例中，液化天然氣通過與一個主甲烷廢氣預熱器中的閃蒸氣體間接熱交換而以一種下述的方式低溫冷卻。
在第四步驟中，通過從冷卻的液體膨脹和分離閃蒸氣體進一步冷卻液化氣體。從系統和冷凝的產品去除氮氣以一種下述的方式作為此步驟的一部分或一個單獨的連續部分而完成。使封閉循環與開放循環區別開的關鍵因素在於在閃蒸至接近大氣壓之前液化流束的初始溫度，由此閃蒸產生的閃蒸蒸汽的相對量，以及閃蒸蒸汽的成分。儘管大部分閃蒸蒸汽在開放循環系統中循環到甲烷壓縮機中，但閃蒸的蒸汽在閉合循環系統中通常用做燃料。
在開放或閉合循環甲烷系統中在第四步驟中，液化產品經過至少一個、最好2-4個、更好為3個膨脹冷卻，其中每個膨脹利用或者Joule-Thomson膨脹閥或者液壓膨脹器，之後是由一個分離器分離氣-液產品。在此，術語「液壓膨脹器」不限於接受和產生液體流束的膨脹器，而是包括接受一個液相佔主導的流束並產生一個兩相(氣/液)流束的膨脹器。當利用一個液壓膨脹器並適當操作時，在膨脹步驟中可以增大動能回收的效率，大大減小流束溫度，並產生很小的蒸汽。在用於開放循環的一個實施例中，可以在閃蒸之前通過首先由一個或多個液壓膨脹器閃蒸一部分此流束、然後由間接熱交換裝置利用所述閃蒸的流束以冷卻高壓液化流束而在閃蒸之前另外冷卻高壓液化產品。然後在開放甲烷循環中基於溫度和壓力考慮使閃蒸產品通過返回一個適當的位置而進行循環。
當進入第四循環的液體產品處於優選的約600psia的壓力下時，第三階段閃蒸處理的代表性閃蒸壓力約為190,61和14.7psia。在開放循環系統中，在下述的氮氣分離步驟中閃蒸和蒸餾以及在膨脹閃蒸步驟中閃蒸的蒸汽在上述的第三步驟或循環中作為冷卻劑。在閉合循環系統中，來自閃蒸階段的蒸汽還可以在循環或用做燃料之前用做冷卻劑。在開放或閉合循環系統中，將液化流束閃蒸到接近大氣壓會產生具有-240°F至-260°F溫度的LNG產品。
當在供給流束中存在一定量的氮氣時，為了保持液化產品BTU含量處於一個可接受的限度，必須在處理中在某個位置集中並去除氮氣。為此本領域普通技術人員可以獲得許多方法。以下是一些例子。當利用一個開放甲烷循環並且在供給中氮氣濃度很低、通常小於1.0vol％時，通常通過在甲烷壓縮機的高壓入口或出口處去除一個小側流束而去除氮氣。對於在供給氣體中氮氣濃度達到1.5vol％的閉合循環，液化流束通常在一個單獨的步驟由一個閃蒸筒中從接近大氣壓的處理條件下閃蒸。然後富含閃蒸蒸汽的氮氣通常用做驅動壓縮機的汽輪機的燃料。發送接近大氣壓的LNG產品以進行儲存。當入口供給氣體中的氮氣濃度約為1.0vol％-1.5vol％而且利用一個開放循環時，可以通過使來自第三冷卻循環的液化氣體流束在第四冷卻步驟之前經受一個閃蒸步驟而去除氮氣。閃蒸的蒸汽會包含可估計到的氮氣濃度並可以隨後用做燃料氣體。在這些濃度下去除氮氣的典型的閃蒸壓力約為400psia。當供給流束包含大於1.5vol％的氮氣濃度而且利用一個閉合循環時，閃蒸步驟不會提供適當的氮氣去除。在此情況下，可以利用一個排氮柱，從此產生一個富含蒸汽流束的氮氣和一個液體流束。在一個利用排氮柱的優選實施例中，到達甲烷廢氣預熱器的高壓液化甲烷分成第一和第二部分。第一部分閃蒸到約400psia而且兩相化合物作為供給流束供給排氮柱。高壓液化甲烷流束的第二部分通過流過一個下述的排氮柱而進一步冷卻，然後閃蒸到400psia，並且生成的兩相化合物或其液體部分供給排氮柱的上段，在此作為一個逆流流束逆流。從排氮柱頂部產生的富含氮氣的蒸汽流束通常用做燃料。從排氮柱底部產生的液體則供給第一階段的甲烷膨脹。
天然氣液化的製冷冷卻在一個分級處理中天然氣液化的關鍵在於使用一種或多種製冷劑，用於從天然氣流束向製冷劑傳遞熱量，並最終向外界傳遞所述熱量。通常，冷卻系統起一個熱泵的作用，當流束逐漸冷卻到越來越低的溫度時熱泵從天然氣流束去除熱能。在此過程中，從天然氣流束去除的熱能通過與一個或多個製冷劑熱交換最終排到(泵到)外界。
液化處理利用幾種類型的冷卻，包括但不限於(a)間接熱交換，(b)蒸發，(c)膨脹或減壓。本發明的一個關鍵點在於進行間接熱交換的方式。在此使用的間接熱交換表示其中製冷劑或冷卻劑冷卻要冷卻的物質而在製冷劑或要冷卻的物質之間不進行實質性接觸。具體的例子包括在管-殼熱交換器、芯壺式熱交換器以及一個銅鍍鋁板片熱交換器中進行熱交換。本發明與現有技術的區別在於新穎而創造性地利用銅鍍鋁板片熱交換器代替芯壺式熱交換器，從而減少了處理容器的數量和減少了空間的需求，並且只減少很小的處理效率。如前所述，由於對於某種容器處理規模減小並且失去規模效益，這些因素越來越重要。
可以採用的第二種冷卻形式是蒸發冷卻。蒸發冷卻指的是通過使系統保持在或接近一個恆定的壓力下蒸發或蒸餾一部分物質而冷卻此物質。這樣在蒸發冷卻過程中，蒸發的這部分物質從保持液態的那部分物質吸收熱量，因此冷卻液體部分。
可以採用的第三冷卻裝置是膨脹或減壓冷卻。膨脹或減壓冷卻指的是當通過一個減壓裝置減小氣體、液體或一個兩相系統的壓力時產生的冷卻。在一個實施例中，膨脹裝置是一個Joule-Thomson膨脹閥。在另一個實施例中，膨脹裝置是一個液壓膨脹器或一個氣體膨脹器。因為膨脹器從膨脹處理中回收工作能量，可以當膨脹時降低處理流束的溫度。
在下面的討論和附圖中，討論和附圖可以示出通過使製冷劑流過一個節流閥的膨脹，然後是在一個芯壺式熱交換器的壺側上的氣體和液體部分的分離。在一個變化的實施例中，節流閥或膨脹閥可以不是一個由導管連接到芯壺式熱交換器上的分離部件，而是一個芯壺式熱交換器的整體部件(即當液化的製冷劑進入芯壺式熱交換器的壺側時產生閃蒸或膨脹)。另外，可以通過在一個單獨的壺中放入多個線圈而在一個單獨的芯壺式熱交換器中冷卻多個流束。附圖和討論還可以示出分離或分隔裝置，其中一個給定的流束被分成兩個或多個流束。這種用於分離或分隔一個流束的裝置包括那些在本領域普通技術人員通常採用的裝置，並且包括但不限於t型、y型和其他管線設置，帶有在分隔或分離這些流束通常採用的流量控制機構並採用本領域普通技術人員通常採用的具有至少兩個或多個出口的容器。
在分級冷卻處理中的第一冷卻循環中，將一個沸點較高的氣態製冷劑、最好是丙烷壓縮到一個壓力下而提供冷卻，在此壓力中製冷劑可以通過與一個熱傳遞介質間接熱交換而液化，它最終利用外界作為散熱器，散熱器通常為大氣、新鮮水源、鹽水源、地面或上述兩個或多個。然後冷凝的製冷劑由適當的膨脹裝置經歷一個或多個膨脹步驟，從而產生具有很低溫度的兩相化合物，它們用做冷卻劑，也稱為冷卻流束。在第一冷卻循環中，冷卻流束冷卻和冷凝至少第二循環的製冷劑流束(常規氣態流束)並冷卻一個或多個富含甲烷的氣體流束(例如天然氣流束)。
同樣在一個分級冷卻處理的第二冷卻循環中，冷卻通過壓縮一個具有低於第一循環中的製冷劑、最好是乙烷或乙烯、更好是乙烯的沸點的製冷劑至一個壓力下而提供，在此壓力中它通過與其他來自第一的冷卻介質、冷卻劑接觸而液化。然後冷凝的製冷劑流束由適當的膨脹裝置經歷一個或多個膨脹步驟，從而產生具有較低溫度的兩相化合物，它們用做冷卻劑，在此也稱為冷卻流束。這些冷卻劑或冷卻流束則用於冷卻並至少局部、最好大部分冷凝至少一個富含甲烷的氣體流束。
當採用一個三級製冷劑閉合循環系統時，第三循環中的製冷劑以逐級的方式壓縮，最好通過與外界散熱器(即交互階段和/或壓縮後的後冷卻)有選擇地冷卻，並通過與在第一或第二冷卻循環中的所有或有選擇的冷卻階段間接熱交換而冷卻，對此最好使用丙烷和乙烯做為各自的製冷劑。最好，此流束分別連續地與第一和第二冷卻循環中的每個逐漸變冷的冷卻階段接觸。
在一個例如在圖1中所示的開放分級冷卻系統中，第一和第二循環以類似上述閉合循環的方式操作。但是，開放的甲烷循環系統與現有閉合冷卻循環仍有區別。如前第四步驟中所述，通過逐級膨脹冷卻至接近大氣壓而將初始升高壓力下的大部分液化天然氣(即富含甲烷的氣體流束)冷卻到約-260°F。在每個步驟中，產生在給定壓力下的大量富含甲烷的蒸汽。每個蒸汽流束最好在甲烷廢氣預熱器中經歷熱傳遞，並最好返回開放甲烷循環壓縮機中進行接近大氣壓的階段。在流過甲烷廢氣預熱器過程中，閃蒸的蒸汽以逆流而且連續的方式與熱流束接觸，以最大地冷卻熱流束。為每個膨脹冷卻階段選定的壓力選擇成對於每個階段，產生的氣體的體積加上來自相鄰低階段的壓縮蒸汽的體積導致開放的甲烷多階段壓縮機整體有效的操作。交互階段的冷卻和最終壓縮氣體的冷卻為優選，而且最好由與直接連接在一個外界散熱器上的一個或多個冷卻劑間接熱交換而完成。然後壓縮的富含甲烷的流束通過與第一和第二循環中的製冷劑間接熱交換而進一步冷卻，最好為在所有與用於第一循環中的製冷劑有聯繫的階段，更好為第一個兩個階段，最優為只有第一階段。冷卻的富含甲烷的流束通過與主甲烷廢氣預熱器中的閃蒸汽體間接熱交換而進一步冷卻，然後在液化處理中在一個位置與天然氣供給混合，在此天然氣供給流束和冷卻的富含甲烷的流束處於類似的溫度和壓力條件下。
在一個實施例中，正好在乙烯冷卻階段之前冷卻的甲烷流束與天然氣流束混合，其中所述的混合流束大部分液化(即乙烯冷凝器)，此階段最好是在第二循環中的最後一個冷卻階段。在另一個更優選的實施例中，富含甲烷的流束在甲烷廢氣預熱器中逐漸冷卻，其中一部分流束被去除並與天然氣流束或生成的混合天然氣/富含甲烷的流束混合，這樣，在第二循環中各個冷卻階段上遊的預定位置上，要混合的流束的溫度彼此接近。在圖1中示出此方法的一個優選實施例，其中在第二階段採用兩個冷卻階段。富含甲烷的流束在甲烷廢氣預熱器中冷卻到第一溫度，並且去除一個側流束，它與第二循環中的第一冷卻階段上遊的天然氣混合，從而形成第一富含天然氣的流束。富含甲烷的流束的其餘部分在廢氣預熱器中進一步冷卻並與第一富含天然氣的流束混合，第一富含天然氣的流束已經在第二循環中的第二冷卻階段的上遊經歷進一步的冷卻，從而形成第二富含天然氣的流束。
本發明實施例本發明的一個關鍵點在於用於在一個分級冷卻處理的第一和第二循環中冷卻常規氣態物質的方法和設備，以及以接近周圍溫度使冷卻流束返回其各自的壓縮機中的能力，從而避免或大大減少將關鍵的壓縮機部件暴露在低溫條件下。本發明可以不用使用另外的熱交換器、有時稱為廢氣預熱器而進行，此預熱器可以在壓縮之前將各個製冷劑流束的溫度升高到接近周圍溫度。
在以下的說明書中，參照通過銅鍍鋁板片熱交換段中的通道的逆流和對流而進行。在此所用的逆流包括逆流、交叉逆流和其組合，這些術語用於銅鍍鋁板片熱交換器製造業協會以及上述的銅鍍鋁板片熱交換器製造業協會標準第一版(1994)，在此作為參考。當討論銅鍍鋁板片熱交換段或銅鍍鋁板片熱交換器時會參考「通道」。這種參考不限於一個單獨的通道，而是當流過所述交換器段或交換器時可以包括一個給定的流束可以獲得的多個流動通道。
在本發明一個實施例中，用以下方法冷卻和冷凝常規氣態物質，包括以下步驟(a)使所述常規氣態流束和一種製冷劑流束通過一個或更多個銅鍍鋁板片熱交換段流動，其中所述流束與一個或多個冷卻流束間接熱交換並逆流，所述一個或多個冷卻流束由以下方式形成(ⅰ)去除從所述一個板片熱交換段產生的製冷劑流束的一個側流束或其一部分；(ⅱ)減少側流束的壓力，從而產生一個冷卻流束；以及(ⅲ)將所述冷卻流束流至(ⅰ)的所述製冷劑流束從此產生的熱交換段，這樣所述冷卻流束成為一個(a)的所述冷卻流束；(b)單獨使製冷劑流束從(a)的最後的熱交換段流過一個銅鍍鋁板片熱交換段，其中所述流束與一個蒸汽製冷劑流束間接熱交換並逆流；(c)減小來自(b)步驟的熱交換段的製冷劑流束的壓力；(d)利用(c)步驟的所述流束作為一個芯壺式熱交換器的壺側上的冷卻劑，從而產生一個蒸汽製冷劑流束；(e)通過使(d)的蒸汽製冷劑流束流過至少(b)的銅鍍鋁板片熱交換段而加熱蒸汽製冷劑流束；(f)壓縮(a)步驟的冷卻流束和(e)步驟的加熱的蒸汽製冷劑流束；(g)冷卻(f)步驟的壓縮流束；以及(h)使來自(a)步驟的常規氣態流束流過芯壺式熱交換器的心側，從而產生一種富含液體的流束。上述過程需要導管放置到位，以便於在特定的部件之間產生特定的流束。
在一個優選實施例中，上述方法還包括使(e)步驟的加熱的蒸汽冷卻流束流過(a)步驟的一個或更多個熱交換段，其中在(f)的壓縮步驟之前所述流束與所述熱交換段中的所述製冷劑流束逆流。壓縮機最好為碳氫化合物工作而設計，更好為乙烷、乙烯或丙烷工作而設計。優選的常規氣態流束佔主導地為甲烷，而優選的製冷劑佔主導地為乙烷或乙烯，最好基本由乙烷、乙烯或其化合物組成，並更好地基本包括由乙烯構成。當熱交換段為單獨的交換器時，(b)步驟的熱交換段最好包括一個核心和核心上的兩個入口和兩個出口集管，其中入口和出口集管定位成可以對兩個流束提供逆流。同樣，步驟(a)的熱交換段最好包括一個核心和核心的入口和出口集管，其中集管連接到核心上，使得可以相對於一個或多個冷卻流束提供這兩個流束(例如製冷劑流束和常規氣態流束)的逆流，最好是對流。在一個在第一循環中用於冷卻的更優選的實施例中，熱交換段最好包括一個核心和這個核心的入口和出口集管，用於對三個製冷劑流束提供逆流，最好是對流，這些流束最好是兩個常規氣態流束和一個製冷劑流束，而相對於兩個流束，這兩個流束最好是兩個製冷卻流束。
在另一個優選實施例中，用於步驟(a)和(b)中的銅鍍鋁板片熱交換段包含在一個單獨的銅鍍鋁板片熱交換器中。利用(a)和(b)步驟中使用的交換器段冷卻常規氣態物質的這種設備包括(a)一個壓縮機；(b)一個冷凝器；(c)一個芯壺式熱交換器；(d)至少兩個減壓裝置；(e)一個銅鍍鋁板片熱交換器，包括(ⅰ)至少兩個入口集管和至少一個出口集管，位於板片熱交換器一段或其附近彼此接近；(ⅱ)至少一個入口集管和至少一個出口集管，位於(ⅰ)中的相對端或其附近彼此接近；(ⅲ)至少一個中間入口集管和至少一個中間出口集管，其中所述集管沿交換器位於(ⅰ)和(ⅱ)的集管之間；以及(ⅳ)一個核心，包括(aa)至少一個流動通道，連接一個所述(ⅰ)的入口集管、一個(ⅱ)的出口集管和至少一個(ⅲ)的中間出口集管；(bb)至少一個位於(ⅱ)的一個入口集管和或者(ⅲ)的一個中間出口集管或(ⅰ)的一個出口集管之間的流動通道；(cc)至少一個位於所述一個(ⅲ)的中間入口集管和至少一個(ⅰ)的出口集管之間的流動通道；以及(dd)至少一個位於(ⅰ)的入口集管和或者一個(ⅲ)的中間出口集管或一個(ⅱ)的出口集管之間的流動通道；(f)一個將壓縮機連接到冷凝器上的導管；(g)一個將冷凝器連接到與至少一個(ⅲ)的中間出口集管流通的所述(ⅰ)的入口集管上的導管；(h)將每個與用於(g)中的入口集管流通的中間出口集管連接到一個減壓裝置上並將每個減壓裝置連接到一個中間入口集管上的導管；(I)將(ⅰ)的出口集管和(bb)的集管連接到壓縮機上的導管；(j)將與中間出口集管流通的(ⅱ)的出口集管連接到一個減壓裝置上的導管；(k)一個確保(j)的減壓裝置和芯壺式熱交換器的壺側之間流通的裝置；(l)將芯壺式熱交換器的所述壺側連接到用於(bb)中的一個所述入口集管上的導管；連接到一個(ⅰ)的所述剩餘的入口極端上的導管；(m)將與(m)的導管流通的(dd)的出口集管或(dd)的中間出口集管連接到芯壺式熱交換器中的核心上的導管；(n)連接到芯壺式熱交換器的核心的出口段上的導管，其中所述導管伸出壺外。
在另一個優選實施例中，上述設備還包括(p)一個或多個另外的中間出口集管，位於(ⅲ)的中間集管和(ⅱ)的出口集管之間，其中所述集管連接到(aa)的通道上；(q)一個或多個另外的中間入口集管，每個這種集管位於板片熱交換器上與一個(p)的中間出口集管接近；(r)一個導管、減壓裝置和提供每個(p)和(q)的集管之間流通的導管，它們在空間上彼此接近；(s)對於(q)的每個中間入口集管，一個出口集管接近(ⅰ)的集管或一個中間出口集管沿所述板片熱交換器位於(ⅰ)的集管和所述(q)的中間入口集管之間；以及(t)一個核心，還包括一個將每個這種(q)的中間入口集管連接到(s)的對應的中間出口集管上的通道，其中(I)的導管還包括必須將(s)的出口集管連接到壓縮機上的這種導管。
在本發明中，在現有技術中廢氣預熱器的作用可以通過在用於第一和第二循環中的銅鍍鋁板片熱交換段中提供需要的熱傳遞區和相關的冷卻通道來獲得。以此方式，可以改進整體效率以及避免將關鍵的壓縮機部件暴露在低溫處理中的問題。本發明的實施例仍然保留一個主甲烷廢氣預熱器，但採用一種銅鍍鋁板片熱交換器的方式。
分級液化方法的優選開式循環實施例圖1-3中所示的流程和設備是用於一個開式循環分級液化方法中的優選實施例並用於示意性目的。在此優選實施例中有意略去一個除氮設備，因為這種設備取決於供給氣體中的氮氣成分。但如上述除氮技術中所述，可應用於此優選實施例中的方法是本領域技術人員公知的。本領域普通技術人員還可以理解圖1-3是示意性的，許多在工廠中需要的設備為了清楚起見而略去。這些設備例如可以包括壓縮機控制器，流量和水平測量及相應的控制器，額外的溫度和壓力控制器，泵、電機、過濾器、額外的熱交換器，閥等等，這些設備可以根據標準工程實踐提供。
分級冷卻方法的第一循環示出一種方法和設備，利用三個階段的製冷冷卻流束冷卻和液化一種常規氣態物質。來自第二循環的製冷劑在此階段冷凝，而且包括天然氣流的幾股富含甲烷的流束在此循環中冷卻。分級冷卻方法的第二循環示出一種方法和設備，利用兩個階段的製冷冷卻來冷卻和液化一種常規氣態物質。
為了便於理解圖1-3，附圖標記1至99通常表示直接與液化處理相關的處理容器和設備。附圖標記100至199表示包含大部分甲烷的管路或導管。附圖標記200至299表示包含製冷劑乙烯或乙烷的管路或導管。附圖標記300至399表示包含致冷丙烷的管路或導管。附圖標記400至499表示當一個或多個銅焊鋁板片熱交換段包括一個單獨的熱交換器時與銅焊板片熱交換段相連的設備。
參見圖1，氣態丙烷在由一個未示出的氣體渦輪驅動機驅動的多級壓縮機18中壓縮。儘管每個壓縮階段可以在一個單獨單元中進行而這些單元機械聯結成由一個單獨的驅動機驅動，三個壓縮階段最好在一個單獨的單元中進行。壓縮時，壓縮的丙烷經過導管300到達冷卻器16，並在此液化。在閃蒸之前液化的丙烷製冷劑的代表壓力和溫度是約190磅/英寸2和100°F。儘管在圖1中未示出，最好一個單獨的容器位於冷卻器16下遊和高階段的丙烷銅焊鋁板片熱交換器2的上遊，用於從液化的丙烷去除殘餘的輕浮成分並提供對系統的波動控制。這種容器可以由一個單級氣-液分離器構成，或者可以更複雜一些由一個聚集段、一個冷凝段以及一個吸收段組成，冷凝段和吸收段可以連續操作或階段性在線工作用於從丙烷中去除殘餘的輕浮成分。來自此容器的製冷劑流束或來自冷卻器16的製冷劑流束經過導管302到達一高階段的丙烷銅焊鋁板片熱交換段2，在此所述氣流經過核心通道10，在核心通道10中產生間接熱交換。冷卻的或第二製冷劑流束經由導管303產生。然後此流束由一個分隔或分開裝置(示出但並未標記)分成兩部分，即第三和第四製冷劑流束，並經由導管304和307產生，第三製冷劑流束經過導管304流至一減壓裝置，在圖中示為一個安全閥14，在此液化丙烷的壓力減小，從而使其一部分蒸發或閃蒸，並產生一個高階段製冷劑流束。然後此流束流過導管305並經過核心通道12，在此所述流束與通道10中的流束以及下述的通道4,6和8中的流束逆向流動，並且在此產生間接熱交換。此高階段的循環流束經由導管306循環至丙烷壓縮機18的高階段入口。在這種循環的過程中，流束通常經過一個吸氣洗氣機。而且天然流束由導管100、氣態乙烯流束由導管202和富含甲烷的流束由導管152供給板片熱交換段2。這些進入管路6、8和4的流束以及進入通道10的製冷劑流束與通道12中的流束對流，最好逆流。這些流束之間產生間接的熱交換。分別流入通道4、6和8中的流束經過導管102、204和154產生。導管204中的流束稱為第一冷卻流束。
導管102中的冷卻天然流束、導管204中的第一冷卻流束以及導管307中的第四製冷劑流束分別流過銅焊鋁板片熱交換段20與一個將要標明的冷卻流束對流最好逆流，從而產生經由導管110、206和308產生的一個進一步冷卻的天然氣流束、一第二冷卻流束以及一第五製冷劑流束。然後第五製冷劑流束流經由一個分隔或分開裝置(示出但未標記)分成兩部，即第六和第七製冷劑流束，並分別由導管309和312產生。第六製冷劑經由導管309流至一減壓裝置，圖中示為安全閥27，在此液化的丙烷壓力減小，從而蒸發或閃蒸其一部分而產生一中間階段的冷卻流束。然後此冷卻流流過導管310並通過核心通道26，在此所述冷卻流束與通道22、24和25中的流動對流，並且在此產生間接的熱交換。生成的流動經過導管311做為一種中間階段循環流產生。此流動同樣最好在經過一個吸氣洗氣機後回到丙烷壓縮機18的中間階段。
進一步冷卻的天然氣流束和第二冷卻流束分別由導管110和206流至芯壺式熱交換器34中的各自的核心36和38，在此所述天然氣流束進一步冷卻，並且所述第二冷卻流束大部分液化。這些流束分別經由導管112和208產生。
導管312中的第七製冷劑流束連到銅焊鋁板片熱交換段28上，在此所述的流束由通道29與經過通道30流動的一個低階段冷卻流體對流、最好是逆流並間接熱交換，從而經由導管314產生一第八製冷劑流束。第八製冷劑流束由管道314流至一減壓裝置，圖中示為安全閥32，在此液化丙烷的壓力減小，從而蒸發和閃蒸其一部分而產生一個兩階段的製冷劑冷卻流束。如前所述，減壓步驟可以經由一個閥進行，導管(圖中示為316)將閥連到芯壺式熱交換器或進入芯壺式熱交換器中。然後此兩階段的冷卻流束用做芯壺式熱交換器34的壺側上的冷卻劑，在熱交換器34中流束分隔成氣體和液體部，而且所述核心至少局部浸入液體部中。一種低階段冷卻流束從所述交換器的壺側由導管318去除。此導管連接到熱交換段28中的通道30中，在此所述流束逆流並由通道29中的第七製冷劑流束間接熱交換，從而產生一低階段循環流束。然後低階段循環流束最好在經由導管320通過一吸氣洗氣機流動後回到壓縮機18的低階段入口，在此所述流束受壓縮，從而產生低階段循環流束，與中間階段循環流束混合形成一種混合的中間階段流束並壓縮形成一種壓縮的中間階段循環流束。然後此流束然後與高階段循環流束混合形成高階段的循環流束，此流束經壓縮形成由導管300產生的壓縮製冷劑流束。
在本發明一個實施例中，上述銅鍍鋁板片熱交換段2,20和28是單獨的熱交換器。在另一個實施例中，熱交換段組合成一個或多個交換器。儘管產生一個擁有中間集管的更複雜的熱交換器，但從布局和成本的角度具有優點。以下熱交換器段包含在一個單獨的熱交換段中的實施例是一個優選實施例。
對於術語，在以下討論中稱為第一流束、第二流束、第三流束、第四流束、第五流束和第六流束。這種參照的一個例子為術語「第一流束中間集管」。在此上下文中，參考一個給定的部件即一中間集管，表示至少一部分給定的流束即第一流束。因此，第一流束入口集管、第一流束中間集管和第一流束出口集管表示連接到一個板片熱交換器中的公共流動通道上的集管，其中第一流束可以通過流動通道流動。
在上述優選實施例中，利用一個銅鍍鋁板片熱交換器，它在圖2中示出。所示的交換器包括(ⅰ)位於板片熱交換器495一端彼此接近的第一、第二和第三入口集管450,451,452和一第四流束出口集管453；(ⅱ)一位於上述(ⅰ)中相對端彼此接近的一第三流束出口集管458和第六流束入口集管462；(ⅲ)沿(ⅰ)和(ⅱ)集管之間的交換器在空間定位並彼此在空間上接近的第三、第四和第五流束中間集管456,459,461；(ⅳ)沿(ⅲ)的集管和(ⅱ)的集管之間的交換器在空間定位的第一、第二、第三、第五和第六流束中間集管454,455,457,460,463；以及(ⅴ)一個位於板片熱交換器中的核心，包括至少一個連接第一流束入口集管450和(ⅳ)的第一流束中間集管454的熱交換導管(即通道)470，至少一個連接第二流束入口集管451和(ⅳ)的第二流束中間集管455的熱交換導管471，至少一個連接第三流束入口集管452、(ⅲ)的第三流束中間集管456、(ⅳ)的第三流束中間集管457以及第三流束出口集管458的熱交換導管(這些導管在圖2中示為472、473和474)，至少一個連接第四流束中間集管459至第四流束出口集管453的熱交換導管475，至少一個連接(ⅳ)的第五流束中間集管460至(ⅲ)的第五流束中間集管461的熱交換導管476，以及至少一個連接第六流束入口集管462至(ⅳ)的第六流束中間集管463。此實施例還包括兩個減壓裝置14和27。減壓裝置14分別由導管304和導管305連接到(ⅲ)的第三流束中間集管456和(ⅲ)的第四流束中間集管459上。減壓裝置27分別由導管309和導管310連接到(ⅳ)的第三流束中間集管457和(ⅳ)的第五中間集管460上。在此實施例中，導管100連在第一流束入口集管450上，導管202連在第二流束入口集管451上，導管202連在第三流束入口集管452上，導管306連在第四流束出口集管453上，導管110連在第一流束中間集管454上，導管206連在第二流束中間集管455上，導管314連在第三流束出口集管458上，導管318連在第六流束入口集管462上，導管320連在第六流束中間集管463上，而導管311連在第五流束中間集管461上。在另一個類似的實施例中，與(ⅲ)的第五流束中間集管和(ⅳ)的第六流束中間集管相連的集管和內部通道可以移動，使出口鄰近或接近分在圖2中所示為熱傳遞導管480,481和482的集管(ⅰ)以及集管位置467,468和469。以一種類似的方式，(ⅳ)的第一流束和第二流束中間集管和相連的通道可以移動，以接近在圖中示為熱傳遞導管478和479的(ⅱ)的集管以及集管位置465和466。這些後面的實施例在圖2中由虛線形式表示。
在圖1中所示的優選實施例中的第二冷卻循環中，通常為氣態物質的天然氣流束冷凝。用於此循環中的製冷劑流束最好為乙烯。如圖1中所示，由導管232傳遞的一個低階段循環流束受壓縮，而且生成的壓縮低階段循環流束最好由導管234從壓縮機40中去除，由交互階段冷卻器71冷卻，由導管236返回壓縮機並與由導管216傳遞的一高階段循環流束混合，然後壓縮混合流束，從而由導管200產生一壓縮製冷劑流束。用於壓縮製冷劑流束的優選壓力大約為300psia。儘管每一個可以為一分開的模塊而這些模塊機械連接到一公共驅動機上，最好兩個壓縮機階段為一個單獨模塊。在此循環中又稱為壓縮製冷劑流束的壓縮乙烯從壓縮機經過導管200循環到下遊冷卻器72。來自冷卻器的產品經由導管202流動並如前所述傳至第一循環，其中所述流束進一步冷卻、液化並由導管208返回。此流束最好流至一分離容器41，此容器41提供從液化的流束去除殘餘輕浮成分並提供用於冷卻系統的波動容器。這些容器可以由一個單階段氣-液分離器構成或可以更複雜並包括一個聚集器段，一個冷凝器段和一吸收器段，後兩個部件可以連續操作或間斷在線操作用於從製冷劑去除殘餘輕浮成分。一個在此針對第二循環稱為第一製冷劑流束的一個製冷劑流束由導管209從容器41產生。
由導管112產生的冷卻的天然氣流束(常規氣態物質)與一個下述由導管156提供的富含甲烷的流束混合。此混合流束由導管114以及第一製冷劑流束由導管209送至此循環中的第一銅鍍鋁板片熱交換段42中，其中這些流束流過核心通道44和46與分別流入通道48和50中的一下述高階段冷卻流束和一低階段冷卻流束對流、最好逆流並間接熱交換。一個在此稱為第二製冷劑流束的冷卻流束從通道46經由導管210產生。然後此流束由一個分隔或分離裝置(示出但未標記)分成兩部分，即第三和第四製冷劑流束，並由導管212和218產生。第三製冷劑流束由導管212流至一減壓裝置，圖中示為膨脹閥52，其中液化乙烯的壓力減小，這樣其一部分蒸發或閃蒸從而產生一個高階段的冷卻流束。此流束則流過導管214並經過核心通道48，從而產生一個高階段的循環流束，由導管216運至壓縮機40的高階段入口。
從通道44由導管116產生進一步冷卻的天然氣，它有選擇地與由導管158傳送的富含甲烷的循環流束混合。生成的流束由導管120送至芯壺式熱交換器58中的核心59中，其中流束大部分液化並且由導管122產生生成的流束。
第四製冷劑流束由導管218傳送到第二銅鍍鋁板片熱交換段53中的通道54中。第四製冷劑流束對流、最好逆流並與一在熱交換段53中經由通道55流動的低階段冷卻流束進行間接熱交換，從而由導管220產生一個第五製冷劑流束。第五製冷劑流束由導管220流過一減壓裝置。圖中示為膨脹閥56，其中液化乙烯的壓力減小，從而蒸發或閃蒸其一部分產生一個兩相製冷劑流束。如前所述，減壓步驟可以由一個閥產生，其中導管(圖中為226)將閥連到芯壺式熱交換器上或芯壺式熱交換器的入口上。生成的兩相製冷劑流束則用做芯壺式熱交換器58壺側上的冷卻劑，其中流束分隔成氣體和液化部分，而且所述核心至少局部浸入在液體部分中。一個低階段冷卻流束由導管228從所述交換器的壺側去除。此導管連接到熱交換器段53中的通道55上，其中所述流束對流並與通道54中的流體間接熱交換，從而產生一個低階段的循環流束。此流束由導管232返回壓縮機40的低階段入口。有選擇地如圖1中所示，此流束還可以經由導管230並通過通道50在此循環中流至第一銅鍍鋁板片熱交換器42中，其中所述流束與通道44和46中流體對流、最好逆流，並在由導管232流至壓縮機之前進一步加熱。由於擔心壓縮機特定部分暴露在低溫條件下，此後一種方式為優選。
在本發明一個實施例中，位於第二循環中的銅鍍鋁板片熱交換段42和53是分別的熱交換器。在另一個實施例中，熱交換段組合在一個單獨的交換器中。儘管導致擁有中間集管的更複雜的熱交換器，但此方式從總體布局和成本的角度提供了優點。以下熱交換器段組合在一個單獨的熱交換段的實施例是一個優選實施例。對於以下討論中的術語，稱為第一流束、第二流束、第三流束以及第四流束部件，例如第一流束中間集管。在此上下文中，參照一個給定的部件即中間集管，它表示一個給定流束第一流束的至少一部分。因此，第二流束入口集管、第二流束中間集管以及第二流束出口集管表示連到一個銅鍍鋁板片熱交換器中的公共流動通道上的集管，由此第二流束可以流動。
在圖3中示出一個優選實施例，其中採用一個銅鍍鋁板片熱交換器490，它包括(ⅰ)第一流束和第二流束入口集管401和402以及第三流束和第四流束出口集管403和404，它們接近銅鍍鋁板片熱交換器的一端彼此鄰近；(ⅱ)第二流束出口集管408和第四流束入口集管409，在上述(ⅰ)的相對端上彼此接近；(ⅲ)第一流束中間集管405，第二流束中間集管406以及第三流束中間集管407，所述集管位於所述銅鍍鋁板片熱交換器上(ⅰ)和(ⅱ)的集管之間；(ⅳ)一個位於銅鍍鋁板片熱交換器中的核心，包括至少一個連接第一流束入口集管401和第一流束中間集管405的熱交換導管或通道420，至少一個將第二流束入口集管402連到第二流束中間集管406上的熱交換導管421以及至少一個將第二流束中間集管406連到第二流束出口集管408上的熱交換導管422，至少一個將第三流束中間集管407連到第三流束出口集管403上的熱交換導管423，以及至少一個將第四流束入口集管409連到第四流束出口集管404上的熱交換導管424。減壓裝置52分別由導管212連到第二流束中間集管406上並由導管214連到第三流束中間集管407上。在此實施例中，導管114連到第一流束入口集管401上，導管116連到第一流束中間集管405上，導管209連到第二流束入口集管402上，導管220連到第二流束出口集管408上，導管216連到第三流束出口集管403上，導管228連到第四流束入口集管409上，而導管232連到第四流束出口集管404上。在一個有選擇的結構中，第一流束中間集管405和相關的流動通道設置成可以使所述集管位於(ⅱ)的集管附近。這在圖3中由虛線形式表示，其中向流動通道420增加流動通道426，並用第一流束出口集管410代替第一流束中間集管405。在另一個實施例中，熱交換導管424縮短，圖中示為導管425，並且第四流束出口集管404由第四流束中間集管411代替。這些結構在圖3中由虛線形式示出。
導管154中的氣體即一種壓縮循環甲烷製冷劑流束供給主甲烷廢氣預熱器74，此預熱器在下面詳細描述，其中流束由間接熱交換裝置冷卻，在一個實施例中並如圖1中所示，流束由導管154傳遞並由間接熱交換裝置97在主甲烷廢氣預熱器74中冷卻，其中一部分由導管156去除而其餘的流束由間接熱交換裝置98進一步冷卻並由導管158產生。這是一個優選實施例。在此分隔流束的實施例中，由導管156產生的一部分壓縮甲烷循環流束由緊位於第二循環上遊的導管112與天然氣混合，而由導管158傳遞的其餘部分與緊位於芯壺式熱交換器58上遊的導管116中的流束混合，其中產生大部分天然氣的液化。在一個簡化的實施例中(即從處理效率的角度為次優選)，甲烷循環流束在主甲烷廢氣預熱器74中全部冷卻並由導管158與緊位於第二循環上遊的導管112中的天然氣流束混合。
從芯壺式熱交換器中由導管122產生的液化流束通常位於約-125°F的溫度以及約600psi的壓力下。此流束經由導管122到達主甲烷廢氣預熱器74，其中如前所述流束由間接熱交換裝置76進一步冷卻。液化氣體從主甲烷廢氣預熱器74通過導管124，並且其壓力由圖中示為膨脹閥78的減壓裝置減小，這樣當然閃蒸或蒸發一部分氣體流束。然後閃蒸的流束到達甲烷高階段閃蒸筒80，在此流束分成一個通過導管126排出的氣相和一個通過導管130排出的液相。然後氣相由導管126傳至主甲烷廢氣預熱器，其中蒸汽起經過間接熱傳遞裝置82的冷卻劑的作用。蒸汽由連接在壓縮機83上的高階段壓力入口上的導管128離開主甲烷廢氣預熱器，從此壓縮機產生一個壓縮甲烷流束，此流束由導管150送至一個冷卻器86，在此所述流速冷卻並由導管152產生。
由導管130產生的液相通過一第二甲烷廢氣預熱器87，其中液體由間接熱交換裝置88被下遊的閃蒸蒸汽進一步冷卻，此裝置88最好設置成可以相對於下遊蒸汽流束提供液體流束的對流。冷卻的液體經導管132離開第二甲烷廢氣預熱器87並由圖示為膨脹閥91的減壓裝置膨脹或閃蒸，以進一步減小壓力同時蒸發其第二部分。然後此閃蒸流束到達中間階段甲烷閃蒸筒92，在此流束分成一個通過通道136的氣相和一個通過導管134的液相。氣相流過導管136到達第二甲烷廢氣預熱器87，其中蒸汽冷卻經導管130由間接熱交換器裝置89導至預熱器87的液體。導管138起第二甲烷廢氣預熱器87中的間接熱交換裝置89和主甲烷廢氣預熱器74中的間接熱交換傳遞裝置95之間的一個流動導管的作用。此蒸汽經由連在甲烷壓縮機83上的中間階段入口上的導管140離開主甲烷廢氣預熱器74。
由導管134離開中間階段閃蒸筒92的液相通過一個圖示為膨脹閥93的減壓裝置進一步減小壓力。而且，蒸發或閃蒸第三部分液化氣體。流體從膨脹閥93到達最終的或低階段閃蒸筒94。在閃蒸筒94中，分離一個蒸汽相併通過導管144到達第二甲烷廢氣預熱器87，其中蒸汽起經過間接熱交換裝置90的冷卻劑的作用，然後蒸汽經由連在第一甲烷廢氣預熱器74上的導管146離開第二甲烷廢氣預熱器，其中蒸汽起經過間接熱交換裝置96的冷卻劑的作用並最終由連在壓縮機83上的低階段入口的導管148離開第一甲烷廢氣預熱器。最好並如圖1中所示，主甲烷廢氣預熱器74中的間接熱交換裝置82、95和96中的蒸汽流束與間接熱交換裝置76中的流體流束和間接熱交換裝置97和98中的蒸汽流束對流。
基本接近大氣壓力的液化天然氣從閃蒸筒94經過導管142到達儲存單元。來自儲存單元的低溫、低壓LNG沸騰的蒸發流束和有選擇地從與LNG加載系統相關的管線冷卻返回的蒸汽最好通過使這種蒸汽與導管144、146或148中的低壓閃蒸蒸汽混合而回收；選定的導管基於儘可能與蒸汽流束的溫度相匹配。
如圖1中所示，由壓縮機83提供的三個壓縮階段最好包含在一個單獨單元中。但是，每個壓縮階段可以存在為各自一個分別的單元，其中這些單元機械聯結在一起，由一個單獨的驅動機驅動。最好壓縮氣體從低階段經過一個交互階段冷卻器85並在第二階段壓縮之前與導管140中的中壓氣體混合。最好壓縮氣體從中間壓縮階段83經過一個交互階段冷卻器84並在第三壓縮階段之前與導管140中的高壓氣體混合。壓縮氣體從高階段甲烷壓縮機通過導管150排出，在冷卻器86中冷卻並如前所述由導管152送至高壓丙烷致冷機。
圖1示出使用膨脹閥膨脹液化氣體，並在致冷機或冷凝機中分離氣體和液體部分。儘管此簡圖有效並用於許多場合，但通常在分別的裝置中進行局部蒸發和分離步驟更有效和高效，例如可以在使分離的蒸汽或液體流到一個致冷機之前採用一個膨脹閥和單獨的閃蒸筒。同樣，經歷膨脹的特定的處理流束對於採用一個液壓或氣體膨脹器做為減壓裝置是非常理想的，從而可以排出工作能量並降低兩相溫度。
對於用於處理中的壓縮機/驅動器單元，圖1示出對於丙烷、乙烯和開放循環甲烷壓縮階段的各自的壓縮機/驅動機單元(例如一個單獨的壓縮系列)。但是在對於任何分級處理的一個優選實例中，可以通過採用包括並聯的兩個或多個壓縮機/驅動機組合的多個壓縮系列代替圖中所示的單獨壓縮機/驅動機單元而大大改進處理可靠性。在不能得到一個壓縮機/驅動機單元的情況下，仍可以在減小的容量下進行處理。
儘管在此描述了特定的低溫方法、物質、設備和控制儀器，但可以理解這些特定表示不是限定性的，而是示例性的，並且用於闡述本發明的最佳形式。
權利要求
1．一種用於冷卻常規氣態流束的方法，包括以下步驟(a)使所述常規氣態流束和一種製冷劑流束通過一個或更多個銅鍍鋁板片熱交換段流動，其中所述流束與一個或多個冷卻流束間接熱交換並逆流，所述一個或多個冷卻流束由以下方式形成(ⅰ)去除從所述一個板片熱交換段產生的製冷劑流束的一個側流束或其一部分；(ⅱ)減少側流束的壓力，從而產生一個冷卻流束；以及(ⅲ)將所述冷卻流束流至(ⅰ)的所述製冷劑流束從此產生的熱交換段，這樣所述冷卻流束成為一個(a)的所述冷卻流束；(b)單獨使製冷劑流束從(a)的最後的熱交換段流過一個銅鍍鋁板片熱交換段，其中所述流束與一個蒸汽製冷劑流束間接熱交換並逆流；(c)減小來自(b)步驟的熱交換段的製冷劑流束的壓力；(d)利用(c)步驟的所述流束作為一個芯壺式熱交換器的壺側上的冷卻劑，從而產生一個蒸汽製冷劑流束；(e)通過使(d)的蒸汽製冷劑流束流過至少(b)的銅鍍鋁板片熱交換段而加熱蒸汽製冷劑流束；(f)壓縮(a)步驟的冷卻流束和(e)步驟的加熱的蒸汽製冷劑流束；(g)冷卻(f)步驟的壓縮流束；以及(h)使來自(a)步驟的常規氣態流束流過芯壺式熱交換器的心側，從而產生一種富含液體的流束。
2．根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，還包括另外的步驟(I)使(e)步驟的加熱的蒸汽冷卻流束流過(a)步驟的一個或更多個熱交換段，其中在(f)的壓縮步驟之前所述流束與所述熱交換段中的所述製冷劑流束逆流。
3．根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述常規氣態流束佔主導地為甲烷而所述製冷劑流束佔主導地為乙烯或乙烷。
4．根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，來自芯壺式熱交換器的所述富含液體的流束大部分由液體構成。
5．一種用於冷卻常規氣態流束的方法，包括以下步驟(a)使所述常規氣態流束和第一製冷劑流束流過一第一銅鍍鋁板片熱交換段，其中所述流束與一高階段冷卻流束間接熱交換並逆流，從而產生第一冷卻的流束和第二製冷劑流束；(b)使所述第一冷卻的流束流過芯壺式熱交換器的核心，從而產生一個富含液體的流束；(c)將所述第二製冷劑流束分成第三製冷劑流束和第四製冷劑流束；(d)減小所述第三製冷劑流束的壓力，從而產生所述的高階段冷卻流束；(e)使所述高階段冷卻流束流過所述第一熱交換段，從而產生一個高階段循環流束；(f)使所述第四製冷劑流束流過一第二銅鍍鋁板片熱交換段，其中所述流束與一低階段冷卻流束間接熱交換並逆流，從而產生第五製冷劑流束；(g)減小所述第五製冷劑流束的壓力，從而產生一個兩階段的製冷劑流束；(h)利用(g)步驟的所述流束作為一個芯壺式熱交換器的壺側上的冷卻劑，其中熱交換器包含氣體和液體部分，而且所述核心至少局部浸在液體部分中；(i)從所述芯壺式熱交換器的壺側上的氣體部分去除所述的低階段冷卻流束；(j)使所述低階段冷卻流束流過所述第二熱交換段，從而產生一個低階段循環流束；(k)壓縮所述低階段循環流束，從而產生一種壓縮的低階段循環流束；(l)混合所述壓縮的低階段循環流束和高階段循環流束，從而產生一種混合的高階段流束；(m)壓縮所述混合的高階段流束至一升高的壓力，從而產生一種壓縮的製冷劑流束；以及(n)冷卻所述的壓縮製冷劑流束。
6．根據權利要求5所述的方法，其特徵在於，所述常規氣態流束主要為乙烯或乙烷，而所述第一製冷劑流束主要為丙烷。
7．根據權利要求5所述的方法，其特徵在於，所述常規氣態流束主要為甲烷，而所述第一製冷劑流束主要為乙烯或乙烷。
8．根據權利要求7所述的方法，其特徵在於，還包括在流到芯壺式熱交換器中的核心之前使所述第一冷卻的流束與一預冷的富含甲烷的氣體流束混合的步驟。
9．根據權利要求5所述的方法，其特徵在於，來自芯壺式熱交換器的所述富含液體的流束大部分由液體構成。
10．根據權利要求5所述的方法，其特徵在於，還包括以下步驟(o)在壓縮步驟(k)之前使低階段循環流束流過所述第一熱交換段與第一製冷劑流束和常規氣態流束都間接熱交換和逆流。
11．根據權利要求5-10中任一項所述的方法，其特徵在於，所述第一銅鍍鋁板片熱交換段和所述第二銅鍍鋁板片熱交換段包含在一個單獨的銅鍍鋁板片熱交換器中。
12．一種用於冷卻常規氣態流束的方法，包括以下步驟(a)使所述常規氣態流束和第一製冷劑流束流過一第一銅鍍鋁板片熱交換段，其中所述流束與一高階段冷卻流束間接熱交換並逆流，從而產生第一冷卻的流束和第二製冷劑流束；(b)將所述第二製冷劑流束分成第三製冷劑流束和第四製冷劑流束；(c)減小所述第三製冷劑流束的壓力，從而產生所述的高階段冷卻流束；(d)使所述高階段冷卻流束流過所述第一熱交換段，從而產生一個高階段循環流束；(e)使所述第一冷卻的流束和所述第四製冷劑流束流過一第二銅鍍鋁板片熱交換段，其中所述流束與一中間階段冷卻流束間接熱交換並逆流，從而產生第二冷卻的流束和第五製冷劑流束；(f)將所述第五製冷劑流束分成第六製冷劑流束和第七製冷劑流束；(g)減小所述第六製冷劑流束的壓力，從而產生一個中間階段的冷卻流束；(h)使所述中間階段的冷卻流束流過所述第二熱交換段，從而產生一個中間階段的循環流束；(i)使所述第七製冷劑流束流過一第三銅鍍鋁板片熱交換段，其中所述流束與一低階段冷卻流束間接熱交換並逆流，從而產生第八製冷劑流束；(j)使所述第二冷卻的流束流過一個芯壺式熱交換器的核心，從而產生一個進一步冷卻的流束；(k)減小所述第七製冷劑流束的壓力，從而產生一個兩階段的製冷劑流束；(l)利用(k)步驟的所述流束作為一個芯壺式熱交換器的壺側上的冷卻劑，其中熱交換器包含氣體和液體部分，而且所述核心至少局部浸在液體部分中；(m)從所述芯壺式熱交換器的壺側上的氣體部分去除所述的低階段冷卻流束；(n)使所述低階段冷卻流束流過所述第三熱交換段，從而產生一個低階段循環流束；(o)壓縮所述低階段循環流束，從而產生一種壓縮的低階段循環流束；(p)混合所述壓縮的低階段循環流束和中間階段循環流束，從而產生一種混合的中間階段流束；(q)壓縮所述混合的中間階段流束至一升高的壓力，從而產生一種壓縮的中間階段循環流束；(r)混合所述壓縮的中間階段循環流束和高階段循環流束，從而產生一種混合的高階段循環流束；(s)壓縮所述的混合高階段循環流束至一升高的壓力，從而產生一種壓縮製冷劑流束；以及(t)冷卻所述壓縮的製冷劑流束。
13．根據權利要求12所述的方法，其特徵在於，所述常規氣態流束主要為乙烯或乙烷，而所述第一製冷劑流束主要為丙烷。
14．根據權利要求12所述的方法，其特徵在於，還包括以下步驟(u)使佔主流的甲烷流束流過所述第一熱交換段與所述高階段冷卻流束間接熱交換並逆流，從而產生第一冷卻的甲烷流束；(v)使所述第一冷卻的甲烷流束流過所述第二熱交換段與所述中間階段冷卻流束間接熱交換並逆流，從而產生第二冷卻的甲烷流束；以及(w)使所述第二冷卻的甲烷流束流過一第二核心，其中所述第二核心位於步驟(l)的芯壺式熱交換器中的壺中，從而產生第三冷卻的甲烷流束。
15．根據權利要求12所述的方法，其特徵在於，還包括以下步驟(u)在壓縮步驟之前使低階段循環流束流過所述第二熱交換段與所述第一冷卻的流束和第四製冷劑流束間接熱交換並逆流。
16．根據權利要求13所述的方法，其特徵在於，還包括另外的步驟(u)在壓縮步驟之前使所述中間階段循環流束流過所述第一熱交換段與所述常規氣態流束和第一製冷劑流束間接熱交換並逆流。
17．根據權利要求15所述的方法，其特徵在於，還包括另外的步驟(v)在壓縮步驟之前使所述中間階段循環流束流過所述第一熱交換段與所述常規氣態流束和第一製冷劑流束間接熱交換並逆流。
18．根據權利要求12所述的方法，其特徵在於，所述常規氣態流束主要為甲烷而所述第一製冷劑流束主要為乙烯或乙烷。
19．根據權利要求18所述的方法，其特徵在於，還包括在使所述混合的流束流過芯壺式熱交換器中的所述核心之前使第二冷卻的流束和一預冷的富含甲烷的氣體流束混合的步驟。
20．根據權利要求12所述的方法，其特徵在於，所述來自芯壺式熱交換器的進一步冷卻的流束大部分由液體構成。
21．根據權利要求15-20中任一項所述的方法，其特徵在於，從由第一板片熱交換段、第二板片熱交換段以及第三板片熱交換段構成的組中選出的兩個或更多個熱交換段包含在一個單獨的銅鍍鋁板片熱交換器中。
22．一種用於冷卻常規氣態流束的方法，包括以下步驟(a)使所述常規氣態流束和第一循環製冷劑流束流過一第一銅鍍鋁板片熱交換段，其中所述流束與一高階段第一循環冷卻流束間接熱交換並逆流，從而產生一冷卻的流束和第二第一循環製冷劑流束；(b)將所述第二第一循環製冷劑流束分成第三第一循環製冷劑流束和第四第一循環製冷劑流束；(c)減小所述第三第一循環製冷劑流束的壓力，從而產生所述高階段第一循環冷卻流束；(d)使所述高階段第一循環冷卻流束流過所述第一熱交換段，從而產生一個高階段第一循環循環流束；(e)使所述冷卻的流束和所述第四第一循環製冷劑流束流過一第二銅鍍鋁板片熱交換段，其中所述流束與一中間階段第一循環冷卻流束間接熱交換並逆流，從而產生第二冷卻的流束和第五第一循環製冷劑流束；(f)將所述第五第一循環製冷劑流束分成第六第一循環製冷劑流束和第七第一循環製冷劑流束；(g)減小所述第六第一循環製冷劑流束的壓力，從而產生一個中間階段第一循環冷卻流束；(h)使所述中間階段的第一循環冷卻流束流過所述第二熱交換段，從而產生一個中間階段第一循環循環流束；(i)使所述第七第一循環製冷劑流束流過一第三銅鍍鋁板片熱交換段，其中所述流束與一低階段第一循環冷卻流束間接熱交換並逆流，從而產生第八第一循環製冷劑流束；(j)使所述第二冷卻的流束流過一個芯壺式熱交換器的核心，從而產生第三冷卻的流束；(k)減小所述第八第一循環製冷劑流束的壓力，從而產生一個兩階段的第一循環製冷劑流束；(l)利用(k)步驟的所述流束作為一個芯壺式熱交換器的壺側上的冷卻劑，其中熱交換器包含氣體和液體部分，而且所述核心至少局部浸在液體部分中；(m)從所述芯壺式熱交換器的壺側上的氣體部分去除所述的低階段第一循環冷卻流束；(n)使所述低階段第一循環冷卻流束流過所述第三板片熱交換段，從而產生一個低階段第一循環循環流束；(o)壓縮所述低階段第一循環循環流束，從而產生一種壓縮的低階段第一循環循環流束；(p)混合所述壓縮的低階段第一循環循環流束和中間階段第一循環循環流束，從而產生一種混合的中間階段第一循環流束；(q)壓縮所述混合的中間階段第一循環流束至一升高的壓力，從而產生一種壓縮的中間階段第一循環循環流束；(r)混合所述壓縮的中間階段第一循環流束和高階段第一循環循環流束，從而產生一種混合的高階段第一循環循環流束；(s)壓縮所述的混合高階段第一循環循環流束至一升高的壓力，從而產生一種壓縮第一循環製冷劑流束；(t)冷卻所述壓縮第一循環製冷劑流束，從而產生步驟(a)的第一第一循環製冷劑流束；(u)使所述第三冷卻的流束和一第二循環製冷劑流束流過一第四銅鍍鋁板片熱交換段，其中所述流束與一高階段第二循環冷卻流束間接熱交換並逆流，從而產生一第四冷卻的流束和一第二第二循環製冷劑流束；(v)將所述第二第二循環製冷劑流束分成第三第二循環製冷劑流束和第四第二循環製冷劑流束；(w)減小所述第三第二循環製冷劑流束的壓力，從而產生所述的高階段第二循環冷卻流束；(x)使所述高階段第二循環冷卻流束流過所述第四熱交換段，從而產生一個高階段第二循環循環流束；(y)使所述第四第二循環製冷劑流束流過一第五銅鍍鋁板片熱交換段，其中所述流束與一低階段第二循環冷卻流束間接熱交換並逆流，從而產生第五第二循環製冷劑流束；(z)減小所述第五第二循環製冷劑流束的壓力，從而產生一個兩階段的第二循環製冷劑流束；(aa)利用(z)步驟的所述流束作為一個芯壺式熱交換器的壺側上的冷卻劑，其中熱交換器包含氣體和液體部分，而且所述核心至少局部浸在液體部分中；(bb)從所述芯壺式熱交換器的壺側上的氣體部分去除一個低階段第二循環冷卻流束；(cc)使所述第四冷卻流束流過一芯壺式熱交換器的核心，從而產生一個富含液體的流束；(dd)使所述低階段第二循環冷卻流束流過所述第四熱交換段，從而產生一低階段第二循環循環流束；(ee)壓縮所述低階段第二循環循環流束，從而產生一種壓縮的低階段第二循環循環流束；(ff)混合所述壓縮的低階段第二循環循環流束和高階段第二循環循環流束，從而產生一種混合的高階段第二循環流束；(gg)壓縮所述混合的高階段第二循環流束至一升高的壓力，從而產生一種壓縮的第二循環製冷劑流束；以及(hh)冷卻所述壓縮的第二循環製冷劑流束，從而產生步驟(u)的第二第二循環製冷劑流束。
23．根據權利要求22所述的方法，其特徵在於，所述常規氣態流束主要為甲烷，所述第一循環製冷劑流束主要為丙烷，而所述第二循環製冷劑流束主要為乙烯或乙烷。
24．根據權利要求22所述的方法，其特徵在於，還包括在使所述混合的流束流過芯壺式熱交換器中的所述核心之前使第四冷卻的流束和一預冷的富含甲烷的氣體流束混合的步驟。
25．根據權利要求22所述的方法，其特徵在於，從由第一板片熱交換段、第二板片熱交換段以及第三板片熱交換段構成的組中選出的兩個或更多個熱交換段包含在一個單獨的銅鍍鋁板片熱交換器中。
26．根據權利要求25所述的方法，其特徵在於，第四板片熱交換段和第五板片熱交換段包含在一個單獨的銅鍍鋁板片熱交換器中。
27．根據權利要求22所述的方法，其特徵在於，第四板片熱交換段和第五板片熱交換段包含在一個單獨的銅鍍鋁板片熱交換器中。
28．根據權利要求22所述的方法，其特徵在於，用於步驟(hh)的至少一部分冷卻通過使所述壓縮的流束流過一個或多個從由第一板片熱交換段、第二板片熱交換段以及第三板片熱交換段構成的組中選出的熱交換段而提供，其中所述流束與所述一個或多個所述的冷卻流束間接熱交換並逆流。
29．根據權利要求28所述的方法，其特徵在於，用於步驟(hh)的至少一部分冷卻通過使所述壓縮的流束流過一個第二核心而提供，其中所述核心位於步驟(j)的芯壺式熱交換器中。
30．根據權利要求26所述的方法，其特徵在於，用於步驟(hh)的至少一部分冷卻通過使所述壓縮的流束流過一個或多個從由第一板片熱交換段、第二板片熱交換段以及第三板片熱交換段構成的組中選出的熱交換段而提供，其中所述流束與所述一個或多個所述的冷卻流束間接熱交換並逆流。
31．根據權利要求30所述的方法，其特徵在於，用於步驟(hh)的至少一部分冷卻通過使所述壓縮的流束流過一個第二核心而提供，其中所述核心位於步驟(j)的芯壺式熱交換器的壺中。
32．一種設備，包括(a)一個壓縮機；(b)一個冷凝器；(c)一個芯壺式(core-in-kettle)熱交換器；(d)一個銅鍍鋁板片熱交換段，包括兩個入口和兩個出口集管和一個核心，它們定位成可以提供流體的逆流；(e)至少一個冷卻階段，包括(ⅰ)一個銅鍍鋁板片熱交換段，包括入口和出口集管和一個核心，提供與一第三流體流束逆流的第一和第二流體流束；(ⅱ)一個分隔裝置；(ⅲ)一個減壓裝置；(ⅳ)多個導管，提供第一流束的出口集管和分隔裝置之間、分隔裝置和減壓裝置之間、減壓裝置和第三流束的入口集管之間、第三流束的出口集管和壓縮機之間以及分隔裝置和在下一個冷卻階段中的下遊的板片熱交換段中第一流束的入口集管或(d)的板片熱交換段的一個入口集管之間流通；以及(ⅴ)將第二流束的出口集管連接到在下一個冷卻階段中的下遊的板片熱交換段中第二流束的入口集管或芯壺式熱交換器中核心的入口上的一個導管；(f)一個減壓裝置；(g)一個將與所述板片熱交換段的(ⅳ)的入口集管流通的(d)的板片熱交換段的出口集管與(f)的減壓裝置和減壓裝置相連的導管；(h)一個保證(f)的減壓裝置和芯壺式熱交換器的壺側之間流通的裝置；(i)一個將芯壺式熱交換器的壺側連接至(d)的板片熱交換段上的剩餘入口集管上的導管；(j)一個將(d)的板片熱交換段上的剩餘的出口集管連接到壓縮機上的導管；(k)一個將所述壓縮機上的所述出口連接到冷凝器上的導管；(l)一個將所述冷凝器連接到(e)的所述銅鍍鋁板片熱交換段上的入口集管上的導管，其中所述集管與(ⅳ)的出口集管流通；(m)一個連接到初始冷卻階段的剩餘入口集管上的導管；以及(n)一個連接到芯壺式熱交換器中的核心出口端上的導管，其中所述導管通過壺壁。
33．根據權利要求32所述的設備，其特徵在於，所述壓縮機為碳氫壓縮工作而設計。
34．根據權利要求32所述的設備，其特徵在於，所述碳氫壓縮工作用於乙烷、乙烯或丙烷的壓縮。
35．一種用於冷卻常規氣態流束的設備，包括(a)一個兩階段的壓縮機；(b)一個製冷劑冷凝器；(c)一個第一板片熱交換器，包括(ⅰ)在空間上位於板片熱交換器一端附近的第一和第二入口集管以及第三和第四出口集管；(ⅱ)在空間上位於上述(ⅰ)的相對端附近的第一和第二出口集管以及第三和第四入口集管；(ⅲ)一個包括至少四個導管的核心，其中導管分別將第一入口集管連到第一出口集管上，將第二入口集管連到第二出口集管上，將第三入口集管連到第三出口集管上，並將第四入口集管連到第四出口集管上；(d)一個第二板片熱交換器，包括(ⅰ)在空間上位於板片熱交換器一端附近的第一入口集管和第二出口集管；(ⅱ)在空間上位於上述(ⅰ)的相對端附近的第一出口集管和第二入口集管；(ⅲ)一個包括至少兩個導管的核心，其中導管分別將第一入口集管連到第一出口集管上，將第二入口集管連到第二出口集管上；(e)一個第一流束分隔裝置；(f)第一和第二減壓裝置；(g)一個芯壺式熱交換器；(h)一個將壓縮機上的高階段出口連接到所述製冷劑冷凝器上的第一製冷劑導管；(i)一個將所述冷凝器連接到所述第一板片熱交換器上的第一入口集管的第二製冷劑導管；(j)一個將所述板片熱交換器中的第一出口集管連接到流束分隔裝置上的第三製冷劑導管；(k)一個將所述流束分隔裝置連接到第一減壓裝置上的第四製冷劑導管；(l)一個將所述第一減壓裝置連接到所述板片熱交換器中的第三入口集管上的第五製冷劑導管；(m)一個將所述第一板片熱交換器中的第三出口集管連接到製冷劑壓縮機上的高階段入口上的第六製冷劑導管；(n)一個將分隔裝置連接到所述第二板片熱交換器的第一入口集管上的第七製冷劑導管；(o)一個將所述第二板片熱交換器中的出口集管連接到所述減壓裝置上的第八製冷劑導管；(p)一個在所述第二減壓裝置和芯壺式熱交換器的壺側之間提供流通的連接裝置；(q)一個將芯壺式熱交換器上的壺側蒸汽出口連接到所述第二板片熱交換器上的第二入口集管上的第九製冷劑導管；(r)一個將第二板片熱交換器上的第二出口集管連接到所述第一板片熱交換器上的第四入口集管上的第十製冷劑導管；(s)一個將所述第一板片熱交換器中的第四出口集管連接到壓縮機上的低階段入口上的第十一製冷劑導管；(t)一個連接到所述第一板片熱交換器上的第二入口集管上的第一導管；(u)一個將所述第一板片熱交換器上的第二出口集管連接到所述芯壺式熱交換器中的核心的入口段上的第二導管；(v)一個連接到所述芯壺式熱交換器中的核心的出口段上並通過所述芯壺式熱交換器的壺壁延伸的第三導管。
36．根據權利要求35所述的設備，其特徵在於，還包括(w)一個位於所述第二導管中的混合裝置；以及(x)一個連接到所述混合裝置上的第一循環導管。
37．根據權利要求35所述的設備，其特徵在於，所述兩階段的壓縮機具有交互階段的冷卻。
38．根據權利要求35所述的設備，其特徵在於，所述壓縮機為碳氫壓縮工作而設計。
39．根據權利要求35所述的設備，其特徵在於，所述壓縮機為丙烷、乙烷或乙烯工作而設計。
40．根據權利要求35所述的設備，其特徵在於，所述壓縮機為乙烷或乙烯工作而設計。
41．一種設備，包括(a)一個壓縮機；(b)一個冷凝器；(d)一個芯壺式熱交換器；(e)至少兩個減壓裝置；(f)一個銅鍍鋁板片熱交換器，包括(ⅰ)至少兩個入口集管和至少一個出口集管，位於板片熱交換器一段或其附近彼此接近；(ⅱ)至少一個入口集管和至少一個出口集管，位於上述(ⅰ)中的相對端或其附近彼此接近；(ⅲ)至少一個中間入口集管和至少一個中間出口集管，其中所述集管沿交換器位於(ⅰ)和(ⅱ)的集管之間；以及(ⅳ)一個核心，包括(aa)至少一個流動通道，連接一個所述(ⅰ)的入口集管、一個(ⅱ)的出口集管和至少一個(ⅲ)的中間出口集管；(bb)至少一個位於(ⅱ)的一個入口集管和或者(ⅲ)的一個中間出口集管或者(ⅰ)的一個出口集管之間的流動通道；(cc)至少一個位於所述一個(ⅲ)的中間入口集管和至少一個(ⅰ)的出口集管之間的流動通道；以及(dd)至少一個位於(ⅰ)的入口集管和或者一個(ⅲ)的中間出口集管或者一個(ⅱ)的出口集管之間的流動通道；(f)將壓縮機連接到冷凝器上的導管；(g)將冷凝器連接到與至少一個(ⅲ)的中間出口集管流通的所述(ⅰ)的入口集管上的導管；(h)將每個與用於(g)中的入口集管流通的中間出口集管連接到一個減壓裝置上並將每個減壓裝置連接到一個中間入口集管上的導管；(I)將(ⅰ)的出口集管和(bb)的集管連接到壓縮機上的導管；(j)將與中間出口集管流通的(ⅱ)的出口集管連接到一個減壓裝置上的導管；(k)一個確保(j)的減壓裝置和芯壺式熱交換器的壺側之間流通的裝置；(l)將芯壺式熱交換器的所述壺側連接到用於(bb)中的一個所述入口集管上的導管；(m)連接到一個(ⅰ)的所述剩餘的入口集管上的導管；(n)將與(m)的導管流通的(dd)的出口集管或(dd)的中間出口集管連接到芯壺式熱交換器中的核心上的導管；(o)連接到芯壺式熱交換器的核心的出口段上的導管，其中所述導管伸出壺外。
42．根據權利要求41所述的設備，其特徵在於，所述壓縮機為碳氫壓縮工作而設計。
43．根據權利要求41所述的設備，其特徵在於，所述碳氫壓縮服務用於乙烷、乙烯或丙烷的壓縮。
44．根據權利要求41所述的設備，其特徵在於，還包括(p)一個或多個另外的中間出口集管，位於(ⅲ)的中間集管和(ⅱ)的出口集管之間，其中所述集管連接到(aa)的通道上；(q)一個或多個另外的中間入口集管，每個這種集管位於板片熱交換器上與一個(p)的中間出口集管接近；(r)一個導管、減壓裝置和提供每個(p)和(q)的集管之間流通的導管，它們在空間上彼此接近；(s)對於(q)的每個中間入口集管，一個出口集管接近(ⅰ)的集管或一個中間出口集管沿所述板片熱交換器位於(ⅰ)的集管和所述(q)的中間入口集管之間；以及(t)一個核心，還包括一個將每個這種(q)的中間入口集管連接到(s)的對應的中間出口集管上的通道，其中(I)的導管還包括必須將(s)的出口集管連接到壓縮機上的這種導管。
45．根據權利要求44所述的設備，其特徵在於，所述壓縮機為碳氫壓縮工作而設計。
46．根據權利要求45所述的設備，其特徵在於，所述碳氫壓縮工作用於乙烷、乙烯或丙烷的壓縮。
47．一種設備，包括(a)一個兩階段的壓縮機；(b)一個冷凝器；(c)一個銅鍍鋁板片熱交換器，包括(ⅰ)在空間上位於板片熱交換器一端附近彼此接近的第一和第二入口集管以及第三和第四出口集管；(ⅱ)在空間上位於上述(ⅰ)的相對端彼此接近的第二出口集管以及第四入口集管；(ⅲ)位於所述板片熱交換器上的所述(ⅰ)和(ⅱ)的集管之間的第一中間集管、第二中間集管和第三中間集管；以及(ⅳ)一個位於板片熱交換器中的核心，包括至少一個連接第一入口集管和第一中間集管的熱交換導管，至少一個將第二入口集管連接到第二中間集管和第二出口集管上的熱交換導管，至少一個將第三中間集管連接到第三出口集管上的熱交換導管，以及至少一個將第四入口集管連接到第四出口集管上的熱交換導管；(d)一個第一減壓裝置；(e)一個第二減壓裝置；(f)一個芯壺式熱交換器；(g)一個將壓縮機上的高階段出口連接到所述製冷劑冷凝器上的第一製冷劑導管；(h)一個將所述冷凝器連接到所述板片熱交換器上的第二入口集管的第二製冷劑導管；(i)一個將第二中間集管連接到第一減壓裝置上的第三製冷劑導管；(j)一個將減壓裝置連接到第三中間集管上的第四製冷劑導管；(k)一個將第三出口集管連接到壓縮機上的第二階段入口上的第五製冷劑導管；(l)一個將所述第二出口集管連接到第二減壓裝置上的第六製冷劑導管；(m)一個確保(l)的減壓裝置和芯壺式熱交換器的壺側之間流通的裝置；(n)一個連接芯壺式熱交換器上的壺側蒸汽出口和第四入口集管的第七製冷劑導管；(o)一個連接第四出口集管和壓縮機上的第一階段入口的第八製冷劑導管；(p)一個連接到第一入口集管上的導管；(q)一個將第一中間集管連接到芯壺式熱交換器中的核心入口端上的導管；(r)一個連接到心壺中的核心出口端上的導管。
48．根據權利要求47所述的設備，其特徵在於，還包括(s)一個位於第一中間集管和芯壺式熱交換器之間的所述導管中的混合裝置；以及(b)連接到所述混合裝置上的第一循環導管。
49．根據權利要求42所述的設備，其特徵在於，所述壓縮機具有交互階段的冷卻。
50．根據權利要求42所述的設備，其特徵在於，所述壓縮機為碳氫壓縮工作而設計。
51．根據權利要求47所述的設備，其特徵在於，所述壓縮機為丙烷、乙烯或乙烷壓縮工作而設計。
52．根據權利要求47所述的設備，其特徵在於，所述壓縮機為乙烯或乙烷壓縮工作而設計。
53．一種設備，包括(a)一個兩階段的壓縮機；(b)一個冷凝器；(c)一個銅鍍鋁板片熱交換器，包括(ⅰ)位於板片熱交換器一端附近彼此接近的第一和第二入口集管以及第三和第四出口集管；(ⅱ)位於上述(ⅰ)的相對端彼此接近的第一和第二出口集管以及第四入口集管；(ⅲ)第二中間集管和第三中間集管，其中所述集管位於所述板片熱交換器上的(ⅰ)和(ⅱ)的集管之間；以及(ⅳ)一個位於板片熱交換器中的核心，包括至少一個連接第一入口集管和第一出口集管的熱交換導管，至少一個將第二入口集管連接到第二中間集管和第二出口集管上的熱交換導管，至少一個將第三中間集管連接到第三出口集管上的熱交換導管，以及至少一個將第四入口集管連接到第四出口集管上的熱交換導管；(d)一個第一減壓裝置；(e)一個第二減壓裝置；(f)一個芯壺式熱交換器；(g)一個將壓縮機上的高階段出口連接到所述製冷劑冷凝器上的第一製冷劑導管；(h)一個將所述冷凝器連接到所述板片熱交換器上的第二入口集管上的第二製冷劑導管；(I)一個將第二中間集管連接到第一減壓裝置上的第三製冷劑導管；(j)一個將減壓裝置連接到第三中間集管上的第四製冷劑導管；(k)一個將第三出口集管連接到壓縮機上的第二階段入口上的第五製冷劑導管；(l)一個將第二出口集管連接到第二減壓裝置上的第六製冷劑導管；(m)一個確保(k)的減壓裝置和芯壺式熱交換器的壺側之間流通的裝置；(n)一個連接芯壺式熱交換器的上壺側蒸汽出口和第四入口集管的第七製冷劑導管；(o)一個連接第四出口集管和壓縮機上的第一階段入口的第八製冷劑導管；(p)一個連接到第一入口集管上的導管；(q)一個將第一出口集管連接到芯壺式熱交換器中的核心入口端上的導管；(r)一個連接到芯壺式熱交換器中的核心出口端上的導管。
54．根據權利要求53所述的設備，其特徵在於，還包括(s)一個位於第一出口集管和芯壺式熱交換器之間的所述導管中的混合裝置；以及(t)一個連接到所述混合裝置上的第一循環導管。
55．根據權利要求53所述的設備，其特徵在於，所述壓縮機是一個具有交互階段冷卻的兩階段壓縮機。
56．根據權利要求53所述的設備，其特徵在於，所述壓縮機為碳氫壓縮工作而設計。
57．根據權利要求53所述的設備，其特徵在於，所述壓縮機用於乙烯或乙烷壓縮工作。
58．一種設備，包括(a)一個三階段的壓縮機；(b)一個冷凝器；(c)一個銅鍍鋁板片熱交換器，包括(ⅰ)位於板片熱交換器一端附近彼此接近的第一、第二和第三流束入口集管以及第四流束出口集管；(ⅱ)位於上述(ⅰ)的相對端彼此接近的第三流束出口集管以及第六流束入口集管；(ⅲ)在空間上沿交換器位於(ⅰ)和(ⅱ)的集管之間並在空間上彼此接近的第三、第四和第五流束中間集管；(ⅳ)在空間上沿交換器位於(ⅲ)的集管和(ⅱ)的集管之間的第一、第二、第三、第五和第六流束中間集管；以及(ⅴ)一個位於板片熱交換器中的核心，包括至少一個連接(ⅳ)的第一流束入口集管和第一流束中間集管的熱交換導管，至少一個將第二流束入口集管連接到(ⅳ)的第二流束中間集管上的熱交換導管，至少一個連接第三流束入口集管、(ⅲ)的第三流束中間集管、(ⅳ)的第三流束中間集管和第三出口集管的熱交換導管，至少一個將第四流束中間集管連接到第四流束出口集管上的熱交換導管，至少一個將(ⅳ)的第五流束中間集管連接到(ⅲ)的第五流束中間集管上的熱交換導管，以及至少一個將第六流束入口集管連接到(ⅳ)的第六流束中間集管上的熱交換導管；(d)第一、第二和第三減壓裝置；(e)一個芯壺式熱交換器，其中所述熱交換器包含一第一核心和一第二核心；(g)一個將壓縮機上的高階段出口連接到所述製冷劑冷凝器上的第一製冷劑導管；(h)一個將所述冷凝器連接到所述板片熱交換器上的第三流束入口集管上的第二製冷劑導管；(ⅰ)一個將(ⅲ)的第三流束中間集管連接到第一減壓裝置上的第三製冷劑導管；(j)一個將減壓裝置連接到(ⅲ)的第四流束中間集管上的第四製冷劑導管；(k)一個將第四流束出口集管連接到壓縮機上的第三階段入口上的第五製冷劑導管；(l)一個將(ⅳ)的第三流束中間集管連接到第二減壓裝置上的第六製冷劑導管；(m)一個將減壓裝置連接到(ⅳ)的第五流束中間集管上的第七製冷劑導管；(n)一個將(ⅲ)的第五流束中間集管連接到壓縮機上的第二階段入口上的第八製冷劑導管；(o)一個將所述第三流束出口集管連接到第三減壓裝置上的第九製冷劑導管；(p)一個確保(o)的減壓裝置和芯壺式熱交換器的壺側之間流通的裝置；(q)一個連接芯壺式熱交換器上的壺側蒸汽出口和第六流束入口集管的第十製冷劑導管；(r)一個將(ⅳ)的第六流束中間集管連接到壓縮機上的第一階段入口上的第十一製冷劑導管；(s)一個連接到所述第一入口集管上的導管；(t)一個將(ⅳ)的第一中間集管連接到芯壺式熱交換器中的第一核心入口上的導管；(u)一個連接到芯壺式熱交換器中的第一核心出口端上的導管；(v)一個連接到第二入口集管上的導管；(w)一個連接(ⅳ)的第二中間集管和芯壺式熱交換器中的第二核心入口的導管；(x)一個連接到芯壺式熱交換器中的第二核心出口端上的導管。
59．根據權利要求58所述的設備，其特徵在於，所述壓縮機為碳氫壓縮工作而設計。
60．根據權利要求58所述的設備，其特徵在於，所述壓縮機為丙烷工作而設計。
全文摘要
本發明的方法和設備用於小規模液化天然氣。本發明提供了一種用於液化常規氣態物質、主要是天然氣的方法和設備,同現有技術相比,本發明可以減少所需的處理容器(34,58)的數量以及相應的空間要求,並且只略微減小處理效率。
文檔編號F25J1/02GK1323386SQ99811998
公開日2001年11月21日 申請日期1999年10月18日 優先權日1998年10月23日
發明者威廉·R·洛, 鄧恩·M·貝利 申請人:菲利浦石油公司