製冷劑成分控制的製作方法

2023-12-06 15:54:16 1

專利名稱：製冷劑成分控制的製作方法
技術領域：
本申請涉及從逆向布雷頓(Brayton)循環製冷系統的製冷劑流中除去汙染物。其對於用於藉助氮製冷劑流液化天然氣的逆向布雷頓循環製冷系統而言具有特殊但非排它性的應用。直量天然氣可通過採用所謂的逆向布雷頓循環(有時稱為氣體再循環或氮再循環)進行液化，其中等熵膨脹的氣態製冷劑用於提供製冷。天然氣供給通常處於比用於冷卻它的氮製冷劑流更高的壓力下。因此，可以想像得到，天然氣可能洩漏到液化器熱交換器的氮製冷劑迴路中。例如，在板翅式熱交換器中，隔板可能洩漏，從而容許天然氣流進入製冷劑循環中。在繞管式熱交換器中，例如，管道可能洩漏，從而容許天然氣流進入交換器的殼體部分中的製冷劑循環中。在任一情況下，碳氫化合物且尤其甲烷可能累積在製冷劑迴路中，降低了循環效率。循環效率將被降低，因為必須降低系統壓力，從而使製冷劑在冷卻的膨脹器排出口處保持接近露點。系統壓力必須降低，以避免膨脹器的排出口處具有過量的液體，其可能對設備造成損傷。甚至小的洩漏可能隨著時間而累積。利用例如純淨氮作為製冷劑的一個優點是，其是惰性的，因此，洩漏到惰性製冷劑流中的碳氫化合物則將使其成為可燃燒的。一種用於處理製冷劑迴路中的碳氫化合物洩漏的方法需要降低供給氣體壓力，其則降低或甚至使製冷迴路中的洩漏反向。然而，降低供給氣體壓力會降低循環效率。如果在例如單獨的熱交換器中發生液化和過冷，並且在過冷器中發生洩漏，那麼還可通過將進入過冷器中的液化天然氣(LNG)的壓力降低至略低於氮壓力而減輕洩漏，而不會影響循環效率。用於處理相對較小洩漏的另一方法是清掃(purge)製冷劑迴路，並增加純淨的氮補充。通常需要小的補充來補償壓縮機密封損失以及其它損失。然而，清掃會浪費氮，它是氣態製冷劑的主要成分。清掃物還可與燃料相組合，但這樣做將增加燃料的含氮量，從而導致更多氮氧化物被釋放到空氣中。此外，氮補充，或使氮再生以用於製冷循環的能力在浮式應用方面可能是有限的。另一方法公開了天然氣液化器的使用，其中等熵膨脹的氣態製冷劑用於提供製冷，並且一部分製冷劑被液化，以回流蒸餾柱，從而根據給料成分和液化天然氣的產品規格而從液化天然氣產物中除去氮。然而，氮與液化天然氣產物是排斥的，而與氣態製冷劑不是排斥的。因此，在本領域中存在如下需要:解決在不清掃的條件下可能的洩漏問題，而不中斷生產，直至下次可進行修理時的計劃停機為止，並且不會降低系統的效率。發明公開本發明的方面可通過提供一種用於在不清掃的條件下除去製冷系統中的汙染物的系統和方法來滿足本領域中的這種需求，而不會中斷生產，直至下次可進行修理時的計劃停機為止，並且不會降低系統的效率。本發明的方面還提供了一種用於控制製冷劑存量的系統和方法。本發明的方法可在浮式生產儲油卸油船上執行，並且本發明的系統可安裝在所述船上。在一個方面，本發明提供了一種用於從逆向布雷頓循環製冷系統的製冷劑流中除去較低揮發性的汙染物的方法，其包括:從逆向布雷頓循環製冷系統中除去所述製冷劑流的包括氮的氣態或液化的一部分；如果是氣態的，就使所述被除去的部分的至少一部分液化；將製冷劑流的所述被除去的液化部分或液化的氣態部分的至少一部分作為回流引導至汙染物去除柱中；從汙染物去除柱的底部除去富含汙染物的流；從汙染物去除柱的頂部除去富含製冷劑的蒸氣流；且將所述蒸氣流引回到逆向布雷頓循環製冷系統中。優選地，製冷系統的供給氣體是被液化和/或過冷的天然氣，並且/或者氮是製冷齊U，並且/或者汙染物是一種或多種碳氫化合物。在一種特殊的應用中，逆向布雷頓循環製冷系統將天然氣液化和/或過冷，並且富含碳氫化合物的流是源於所述氣體的汙染物。因而，在另一方面，本發明提供了一種用於液化天然氣流的方法，其中氣流通過在逆向布雷頓循環製冷系統中與製冷劑流的間接熱交換而進行液化和/或過冷，所述方法包括:除去所述製冷劑流的氣態或液化的一部分；如果是氣態的，就使所述被除去的部分的至少一部分液化；將被除去的液化部分或液化的氣態部分的至少一部分作為回流引導至碳氫化合物汙染物去除柱中；從汙染物去除柱的底部除去富含碳氫化合物的流；從汙染物去除柱的頂部除去富含製冷劑的蒸氣流；且將所述蒸氣流引回到逆向布雷頓循環製冷系統中。富含碳氫化合物的流與液化的和/或過冷的天然氣流恰當地相組合。參照這兩個方面，該部分製冷劑流可作為液體和/或氣體而從逆向布雷頓循環製冷系統中除去。當被除去部分是液體時，通常可在已經減少其壓力之後將其作為回流而直接引入到汙染物去除柱中。被除去的液體部分可通過經由與加溫的製冷劑流的間接熱交換進行冷卻和液化來獲得。當除去部分是氣態時，其至少一部分被液化，且然後通常在已經減少其壓力之後作為回流引入到汙染物去除柱中。一部分液化的氣態部分可被儲存起來，以用於後續在例如調高(turn-up)或重新起動期間返回逆向布雷頓循環製冷系統中。用於汙染物去除柱的蒸氣傳輸可通過從逆向布雷頓循環製冷系統中除去並引入到柱底部的部分冷卻的一部分供給流來提供。作為備選或附加，柱的沸騰可通過將部分冷卻的一部分供給流從逆向布雷頓循環製冷系統或將一部分製冷劑從逆向布雷頓循環製冷系統引入到柱的再沸騰器中來提供。在本發明的一個優選的實施例中，用於除去汙染物的方法包括:從逆向布雷頓循環製冷系統中除去包括氮的製冷劑流中的液化部分；將所述製冷劑流的液化部分的至少一部分作為回流引入到汙染物去除柱中；從汙染物去除柱的底部除去汙染物流；從汙染物去除柱的頂部除去富含氮的蒸氣流；並且將富含氮的蒸氣流引回到逆向布雷頓循環製冷系統中。在本發明的另一優選的實施例中，用於除去汙染物的方法包括:從逆向布雷頓循環製冷系統中除去一部分包括氮的氣態製冷劑流；將氣態製冷劑流的被除去部分液化；將液化的製冷劑流作為回流引入到汙染物去除柱中；從汙染物去除柱的底部除去汙染物流；從汙染物去除柱的頂部除去富含氮的蒸氣流；並且將富含氮的蒸氣流引回到逆向布雷頓循環製冷系統中。在本發明的另一方面，提供了一種用於除去汙染物的系統，其包括:逆向布雷頓循環製冷系統；汙染物去除柱；用於在逆向布雷頓循環製冷系統和汙染物去除柱的頂部之間提供流體流動連通的第一導管；用於在汙染物去除柱的頂部至逆向布雷頓循環製冷系統之間提供流體流動連通的第二導管；以及用於為汙染物提供從汙染物去除柱的底部(通常)至汙染物存儲介質的流體流動的第三導管。優選地，汙染物去除柱是碳氫化合物去除柱。該系統還可包括第四導管，其用於提供在逆向布雷頓循環製冷系統和液體製冷劑儲罐之間的流體流動連通。該系統可包括用於冷卻氣態製冷劑的第一熱交換器和與第一熱交換器流體連通的第二熱交換器，以及與第一熱交換器和第二熱交換器流體連通的用於冷卻供給流的第三熱交換器。優選地，第三熱交換器是繞管式液化器熱交換器。該系統還可包括第四熱交換器，其中第三熱交換器是液化熱交換器，並且第四熱交換器是過冷熱交換器。在另一方面，本發明包括一種用於液化天然氣流的方法，其包括:通過與製冷劑流的間接熱交換而冷卻和液化來自逆向布雷頓循環製冷系統的一部分氮製冷劑流；並且將氮製冷劑流的所述冷卻且液化的部分的至少一部分儲存在存儲容器中。所述儲存的液化氮製冷劑的至少一部分可被收回，且然後執行選自以下的一項功倉泛:使液化的氮製冷劑的收回部分蒸發，並利用蒸發的氮製冷劑作為清掃氣體；將液體氮製冷劑裝載在運輸工具上以用於輸送；且使液化的氮製冷劑的收回部分蒸發，並將蒸發的氮製冷劑引回到逆向布雷頓循環製冷系統中，以液化天然氣流。參照優選的實施例，公開了一種天然氣液化系統和方法，其使用包括氮的氣態製冷劑來提供液化和/或過冷天然氣所需要的至少一部分製冷負荷。在碳氫化合物去除柱中可除去存在於氣態製冷劑中的過量的碳氫化合物。一部分氣態製冷劑可引入到柱中。耗盡碳氫化合物的頂部產物可從柱的頂部除去，並且返回到製冷劑迴路中。富含碳氫化合物的底部產物可從柱的底部除去。一部分氣態製冷劑可至少部分地被液化並作為回流而引入到柱的頂部。用作回流的部分氣態製冷劑可通過與另一部分氣態製冷劑的間接熱交換而至少部分地進行液化。因此氣態製冷劑可執行輔助功能，其中，其冷卻和/或液化氣態製冷劑，以用作回流和/或用於儲存。用作回流的部分氣態製冷劑可通過等熵膨脹至兩相區域而至少部分地進行液化。
富含碳氫化合物的底部產物可與LNG產物相組合。柱的沸騰可通過將一部分氣態天然氣引入至柱的底部來提供。柱的沸騰可通過冷凝再沸騰器中的部分氣態天然氣來提供，再沸騰器使柱底部的一部分液體蒸發。柱的沸騰可通過將再沸騰器中的一部分液體天然氣進行過冷來提供。柱的沸騰可通過冷卻所述再沸騰器中的一部分氣態製冷劑來提供。柱的沸騰可通過外部應用(utility) -例如水來提供。圖紙簡要說明以下是僅作為示例並參照附圖而做出的本發明的當前優選的實施例的說明。圖中:

圖1A是顯示了本發明的一種示例性的系統和方法的流程圖；圖1B是顯示了本發明的一種示例性的系統和方法的流程圖；圖1C是顯示了本發明的一種示例性的系統和方法的流程圖；圖2是顯示了本發明的一種示例性的系統和方法的流程圖；圖3是顯示了本發明的一種示例性的系統和方法的流程圖；圖4是顯示了本發明的一種示例性的系統和方法的流程圖；且圖5是顯示了一種示例性的系統和方法的流程圖。用於實現本發明的示例性模式如圖1A中所示，天然氣供給流100可在液化器熱交換器114中通過與加溫的氣態製冷劑流146的間接熱交換而進行冷卻、液化和過冷。例如，製冷劑流146可以是氮流。所得的液化的過冷的天然氣流106可通過閥門107而減小壓力，從而產生過冷的LNG產物流108。然後可將回收的過冷的LNG產物流108例如儲存、裝船或用於另一過程。在加溫的氣態製冷劑流146離開液化器熱交換器114之後包括所得的流148的氣態低壓製冷劑流150可在製冷劑壓縮機110中進行壓縮，從而產生高壓製冷劑流111。然後可將高壓製冷劑流111的至少一部分112引入液化器熱交換器114中並進行冷卻。部分冷卻的流112的一部分120可在膨脹器122中進行膨脹，以產生流124。流112的另一部分138可在去除部分120的下遊從液化器熱交換器114中除去，並在膨脹器140中膨脹，以產生流142。流142可與從汙染物去除柱162的頂部收回的耗盡碳氫化合物的蒸氣產物164的流(即，例如富含氮的蒸氣流)相組合，並且組合流146可引入到液化器熱交換器114的冷端中。汙染物去除柱162可以是例如碳氫化合物去除柱。來自膨脹器122的流124可與部分加溫的流146相組合，從而產生流148。流148可與間歇的氮補充流149相組合，以補充例如製冷劑，從而產生組合流150。然後可將組合流150引入到製冷劑壓縮機110的吸入部，完成雙膨脹器逆向布雷頓氣體製冷循環環路(即，其中，氣體經歷壓縮，之後經歷基本恆定壓力的冷卻，且然後高壓氣體經歷基本等熵膨脹，從而提供製冷)。流151是流111的一部分，其代表離開製冷環路的任何氮損失。實際上，損失可能來自多個來源或來自製冷迴路的任何部分。流151還可代表氮清掃流。出於簡單起見，在後續的圖2-5中未顯示氮補充流149和氮損失流或清掃流151，然而，它們的相關作用也可以應用於或可不應用於那些後續圖中。圖1A顯示了液化器熱交換器114中的製冷劑供給可如何形成洩漏，其被顯示為進入製冷劑迴路流146中的汙染物流10。汙染物流10可能是例如富含碳氫化合物的流。
製冷劑流112的一部分可在液化器熱交換器114中進行液化，從而產生流159。流159可通過閥門160而減小壓力，從而產生液體流161。然後可將液體流161作為回流引入到汙染物去除柱162的頂部中。汙染物去除柱162可除去例如甲烷，其由於洩漏10而累積在氣態製冷劑中。當初始充料包含碳氫化合物時，汙染物去除柱162還可淨化氮製冷劑。例如，如果氮製冷劑的來源是從供給中除去氮的氮去除單元(NRU)或氮汽提柱，那麼汙染物去除柱162將淨化氣態氮，以用作製冷劑。在這個示例性的實施例中，汙染物去除柱162可能是處理汙染物流10所需要的主設備的唯一附加部件。示例性的實施例對於汙染物流10的潛在洩漏的發生提供了相對較小(尺寸)且低成本的解決方案。所有示例性的實施例可用於例如浮式生產儲油卸油(FPSO)船。這些示例性的實施例需要非常少的空間，並且可容許例如少量液態氮的生產和/或儲存，以用作補充或替代製冷劑，從而抵消任何損失。部分冷卻的天然氣供給流100的一部分163可從液化器熱交換器114中收回，通過閥門165減小壓力，從而產生流166，且然後引入到汙染物去除柱162的底部，從而為汙染物去除柱162提供蒸氣傳輸。流166可以是例如部分蒸氣流。流163還可作為天然氣供給流100的一部分而從液化器熱交換器114的上遊收回。來自汙染物去除柱162的富含碳氫化合物的液體產物流167可通過閥門168而減小壓力，從而產生流169。流169可與液化的過冷的天然氣流108的流相組合，從而產生組合的LNG產物流109。出於簡單起見，未顯示壓縮機中間冷卻器和後冷卻器，但它們可與例如製冷劑壓縮機110結合使用。圖1B顯示了與圖1A相似的示例性的設置，然而，在這個示例性的實施例中，離開液化器熱交換器114的流158的一部分180可通過閥門182減小壓力，從而產生流184。然後流184可進入液體氮(LIN)儲罐186中。在正常操作期間，流180可能不存在，或者可能只是循環的製冷劑流158的一小部分。流180可在例如調低(turn down)之前增加,從而存儲製冷劑，以用於後面的用途，包括調高或重新起動。流159現在是離開液化器熱交換器114的流158的一部分，其可通過閥門160而減小壓力，從而產生液體流161。液體流161可作為回流而引入到汙染物去除柱162的頂部中。在調高或重新起動期間，LIN流188可從LIN儲罐186中收回，並在泵190中泵壓至合適的壓力下，且然後可在蒸發器194中使所得的流192蒸發，從而產生流196。然後可將流196引入到製冷劑壓縮機110的吸入端中。如圖1B中所示，流158和更廣泛的製冷迴路可用於如下的雙重目的:提供供給流以用作汙染物去除柱162中的回流，從而用於成分控制目的，以及將LIN的供給流提供至LIN儲罐186，從而用於製冷劑存量控制目的。即使沒有汙染物去除柱162，液體氮迴路(即製冷劑在液化器熱交換器114中液化所處的製冷劑迴路的部分)也可存在，以用於氮存量(調高、調低)控制。例如，液體流161可儲存在液體氮(LIN)罐中。如圖1C中所示，流180，離開液化器熱交換器114的流112的液化部分，可通過閥門182而減小壓力，從而產生流184。流184然後可進入LIN儲罐186中。
LIN流188可從LIN儲罐186中收回，並在泵190中泵壓至合適的壓力下，且然後在蒸發器194中可使所得的流192蒸發，從而產生流195。流195的一部分197可用於各種目的，包括但不局限於清掃氣體。因此，在這個實施例中，儲存的氮的一部分可用於製冷環路以外的目的。流195的剩餘流196可與流149，148相組合，以產生流150，以便然後引入到製冷劑壓縮機110的吸入端中。離開LIN儲罐186的流185代表小的閃蒸氣體流，如果LIN在足夠高的壓力下儲存於LIN儲罐186中，那麼其可能存在或可能不存在。在另一實施例中，來自LIN儲罐186的液體氮製冷劑可被裝載和運輸，以用於運送到另一位置。圖2顯示了與圖1A相似的一個示例性的實施例，然而，圖1A的液化器熱交換器114分裂成三個交換器214，232，204，其中熱交換器214，232隻冷卻氣態製冷劑，而主繞管式液化器熱交換器204冷卻天然氣供給100。汙染物去除柱162還可包括再沸騰器270，其容許更好的純度控制，並防止製冷劑環路的可能的進一步汙染。如圖2中所示，可在主繞管式液化器熱交換器204中對著(against)加溫的氣態製冷劑流146 (典型地為氮)對天然氣供給流100進行冷卻、液化和過冷，從而產生液化的過冷的天然氣流106。氣態的低壓製冷劑流150可在製冷劑壓縮機110中進行壓縮，其中所得的高壓製冷劑流112可在熱交換器214中進行冷卻，從而產生流216。所得的流216可被分裂成流120和230。流120可在膨脹器122中進行膨脹，以產生流124，同時流230可在熱交換器232中進行進一步冷卻，從而產生流234。所得的流234可被分裂成流236和138。流138可在膨脹器140中進行膨脹，以產生流142。流142可與來自汙染物去除柱162的流164相組合，並且組合流146可被引入到主繞管式液化器熱交換器204的冷端中。流236是流234的一小部分，其可在主繞管式液化器熱交換器204中進行液化，從而產生流159。流124可被分裂成流226和228。流226可被引入到熱交換器232中，同時可將流228引入到主繞管式液化器熱交換器204中。流228在主繞管式液化器熱交換器204中與加溫的流146相組合。加溫的組合流146和228的一部分可從主繞管式液化器熱交換器204中作為流254而收回，以平衡需要較少的製冷的主繞管式液化器熱交換器204的預冷卻(溫)部段。流226可在熱交換器232中進行加溫，從而產生流252。流252可與來自主繞管式液化器熱交換器204的流254相組合，從而產生組合流256。流256可在熱交換器214中進行進一步加溫，從而產生流258。氣態製冷劑流248離開主繞管式液化器熱交換器204的熱端。流258可與來自主繞管式液化器熱交換器204的流248相組合，以形成組合流150。然後可將流150引入到製冷劑壓縮機110的吸入部，從而完成逆向布雷頓氣體製冷循環環路。在這個實施例中，洩漏顯示為汙染物流10，其進入主繞管式液化器熱交換器204的殼體側。汙染物流10可能是例如富含碳氫化合物的流。在這個示例性的實施例中，流163可在再沸騰器熱交換器270中進行液化，從而為汙染物去除柱162提供沸騰。所得的液體272然後可與流106相組合，從而產生組合流206。流206可通過閥門207而減小壓力，從而產生LNG產物流208。富含碳氫化合物的液體產物167可從汙染物去除柱162中除去，其中，其可通過閥門168而減小壓力，從而產生流169。流169可與LNG產物流208相組合，從而產生最終LNG產物流209。流163還可作為天然氣供給流100的一部分而從主繞管式液化器熱交換器204的上遊收回。然而，從天然氣供給流100中收回流163將具有較低的熱力學效率，因為再沸騰器尺寸將必須是更小的。在另一實施例中，可使用另一外部加熱應用，例如水。來自主繞管式液化器熱交換器204的所得的流159可通過閥門160而減小壓力，從而產生流161。流161可作為回流而被引入到汙染物去除柱162的頂部。液體流161還可儲存在例如LIN罐中。圖3顯示了一個示例性的實施例，其包括沒有氣態製冷劑液化迴路(即，其中，一小部分製冷劑通過對著加溫的膨脹的氣態製冷劑的間接熱交換而進行液化)的系統。離開膨脹器140的流342是雙相流。熱交換器204-優選是氣態製冷劑位於殼體側的繞管類型-的底部用作相分離器。雙相流342的液體部分360離開熱交換器204，以用作汙染物去除柱162中的回流。液體流360可儲存在例如LIN罐中。如圖3中所示，可在主繞管式液化器熱交換器204中對著加溫的氣態製冷劑流342和164(典型地為氮)對天然氣供給流100進行冷卻、液化和過冷，從而產生液化的過冷的天然氣流106。在這個實施例中，流342和164在主繞管式液化器熱交換器204中進行組
八
口 ο氣態的低壓製冷劑流150可在製冷劑壓縮機110中進行壓縮，其中所得的高壓製冷劑流112可在熱交換器214中進行冷卻，從而產生流216。所得的流216可被分裂成流120和230。流120可在膨脹器122中進行膨脹，以產生流124，同時流230可在熱交換器232中進行進一步冷卻，從而產生流234。流234然後可在膨脹器140中進行膨脹，從而產生作為雙相流的流342。流124可被分裂成流226和228。流226可被引入到熱交換器232的熱端中，同時可將流228引入到主繞管式液化器熱交換器204中。流228在主繞管式液化器熱交換器204中與加溫的流342和164相組合。加溫的組合流342，164和228的一部分可從主繞管式液化器熱交換器204中作為流254而收回，以便平衡需要較少的製冷的主繞管式液化器熱交換器204的預冷卻(溫)部段。流226可在熱交換器232中進行加溫，從而產生流252。流252可與來自主繞管式液化器熱交換器204的流254相組合，從而產生組合流256。流256可在熱交換器214中進行進一步加溫，從而產生流258。氣態製冷劑流248離開主繞管式液化器熱交換器204的熱端。流258可與來自主繞管式液化器熱交換器204的流248相組合，從而形成組合流150。然後可將流150引入到製冷劑壓縮機110的吸入部，從而完成逆向布雷頓氣體製冷循環環路。在這個實施例中，洩漏顯示為汙染物流10，其進入主繞管式液化器熱交換器204的殼體側。汙染物流10可能是例如富含碳氫化合物的流。在這個實施例中，流163可在再沸騰器熱交換器270中進行液化，從而為汙染物去除柱162提供沸騰。所得的液體272然後可與流106相組合，從而產生組合流206。流206可通過閥門207而減小壓力，從而產生LNG產物流208。富含碳氫化合物的液體產物167可從汙染物去除柱162中除去，其中，其可通過閥門168而減小壓力，從而產生流169。流169可與LNG產物流208相組合，從而產生最終LNG產物流209。流163還可作為天然氣供給流100的一部分而從主繞管式液化器熱交換器204的上遊收回。然而，從天然氣供給流100中收回流163將具有較低的熱力學效率，因為再沸騰器尺寸將必須是更小的。在另一實施例中，可使用另一外部加熱應用，例如水。圖4顯示了一個示例性的系統，其中氣態製冷劑可膨脹至兩種不同的壓力，並且主液化器熱交換器可分裂成液化熱交換器部段402和過冷熱交換器部段408。如圖4中所示，可在液化熱交換器部段402中對著加溫的氣態製冷劑流228 (典型地為氮)對天然氣供給流100進行冷卻和液化，從而產生流404。流404可被分裂成流406和463。流406可在過冷熱交換器408中進行進一步過冷，從而產生過冷的天然氣流106。流463可在再沸騰器熱交換器270中進行液化，從而為汙染物去除柱162提供沸騰。流463還可作為天然氣供給流100的一部分而從液化熱交換器部段402的上遊收回。然而，從天然氣供給流100中收回流463將具有較低的熱力學效率，因為再沸騰器尺寸將必須是更小的。在另一實施例中，可使用另一外部加熱應用，例如水。氣態的低壓製冷劑流150可在製冷劑壓縮機110中進行壓縮，其中所得的高壓製冷劑流112可在熱交換器214中進行冷卻，從而產生流216。所得的流216可被分裂成流120和230。流120可在膨脹器122中進行膨脹，以產生流124，同時流230可在熱交換器232中進行進一步冷卻，從而產生流234。所得的流234然後可被分裂成流138和236。流138可在膨脹器140中進行膨脹，從而產生流142。在這個實施例中，膨脹器140排出至比膨脹器122更低的壓力下。流236是流234的一小部分，其可在過冷熱交換器408中進行過冷，從而產生過冷流159。過冷流159可通過閥門160而減小壓力，從而產生流161。流161然後可作為回流而引入到汙染物去除柱162中。例如，液體流161還可儲存在LIN罐中。流142可與來自汙染物去除柱162的流164相組合，並且可將組合流146引入到過冷熱交換器408的冷端中。所得的加溫的流426然後可在熱交換器232中進行進一步加溫，從而產生流456。然後可在熱交換器214中進一步加溫流456，從而產生流458。然後可在製冷劑壓縮機410中壓縮流458，從而產生流448。流124可被分裂成流226和228。流226可被引入到熱交換器232的熱端中，同時可將流228引入到液化熱交換器部段402中。加溫的流228的一部分可從液化熱交換器部段402中作為流254收回，從而平衡需要較少的製冷的主繞管式液化器熱交換器402的預冷卻(溫)部段。流226可在熱交換器232中進行加溫，從而產生流252。流252可與來自液化熱交換器402的流254相組合，從而產生組合流256。流256可在熱交換器214中進行加溫，從而產生流258。氣態製冷劑流248離開液化熱交換器部段402的熱端。流258可與來自液化熱交換器部段402的流248以及來自製冷劑壓縮機410的流448相組合，從而產生流150。然後可將流150引入到製冷劑壓縮機110的吸入部，從而完成逆向布雷頓氣體製冷循環環路。
在這個實施例中，洩漏顯示為汙染物流10，其進入液化熱交換器部段402的殼體偵U。汙染物流10可能是例如富含碳氫化合物的流。流463可在再沸騰器熱交換器270中進行液化，從而為汙染物去除柱162提供沸騰，產生液體流272。然後可使流272與流106相組合，從而產生組合流206。流206可通過閥門207而減小壓力，從而產生LNG產物流208。富含碳氫化合物的液體產物167可從汙染物去除柱162中除去，其中，其可通過閥門168而減小壓力，從而產生流169。流169可與LNG產物流208相組合，從而產生最終LNG產物流209。圖5顯示了另一示例性的系統和工藝。在這個實施例中，汙染物去除柱再沸騰器270使用一部分氣態製冷劑作為加熱應用。如圖5中所示，可在主繞管式液化器熱交換器204中對著加溫的氣態製冷劑流146 (典型地為氮)對天然氣供給流100進行冷卻、液化和過冷，從而產生液化的過冷的天然氣流106。氣態的低壓製冷劑流150可在製冷劑壓縮機110中進行壓縮，其中所得的高壓製冷劑流112可在熱交換器214中進行冷卻，從而產生流216。所得的流216可被分裂成流120和230。流230可在熱交換器232中進行進一步冷卻，從而產生流234。流234可被分裂成流236和138。流236是流234的一小部分，其可在主繞管式液化器熱交換器204中進行液化，從而產生流159。流120可被分裂成流563和520。流563可在再沸騰器熱交換器270中進行液化，從而為汙染物去除柱162提供沸騰。所得的流572可與流138相組合，從而產生流538。流538可在膨脹器140中進行膨脹，從而產生流142。流142可與來自汙染物去除柱162的流164相組合，並且可將組合流146引入到主繞管式液化器熱交換器204的冷端中。流520可在膨脹器122中進行膨脹，從而產生流124。流124可被分裂成流226和228。流226可被引入到熱交換器232中，同時可將流228引入到主繞管式液化器熱交換器204中。流228在主繞管式液化器熱交換器204中與加溫的流146相組合。加溫的組合流146和228的一部分可從主繞管式液化器熱交換器204中作為流254而收回，從而平衡需要較少的製冷的主繞管式液化器熱交換器204的預冷卻(溫)部段。流226可在熱交換器232中進行加溫，從而產生流252。流252可與來自主繞管式液化器熱交換器204的流254相組合，從而產生組合流256。流256可在熱交換器214中進行進一步加溫，從而產生流258。氣態製冷劑流248離開主繞管式液化器熱交換器204的熱端。流258可與來自主繞管式液化器熱交換器204的流248相組合，從而形成組合流150。然後可將流150引入到製冷劑壓縮機110的吸入部，從而完成逆向布雷頓氣體製冷循環環路。在這個實施例中，洩漏顯示為汙染物流10，其進入主繞管式液化器熱交換器204的殼體側。汙染物流10可能是例如富含碳氫化合物的流。來自主繞管式液化器熱交換器204的流159可通過閥門160而減小壓力，從而產生流161。流161可作為回流而被引入到汙染物去除柱162的頂部。液體流161還可儲存在例如LIN罐中。富含碳氫化合物的液體產物167可從汙染物去除柱162中除去，其中，其可通過閥門168而減小壓力，從而產生流169。來自主繞管式液化器熱交換器204的流106可通過閥門107而減小壓力，從而產生LNG產物流108。流169可與LNG產物流108相組合，從而產生最終LNG產物流109。丞M某工廠每年生產150萬短(美)噸(1.35噸)11 。該工廠使用2_膨脹器逆向布雷頓循環。該工廠使用氣態氮作為製冷劑。天然氣到製冷劑迴路中的洩漏速率是90kg/hr。天然氣包含4%的N2、91%的甲烷和5%的乙烷。帶有再沸騰器的碳氫化合物去除柱如圖2中所示被添加到液化器上。碳氫化合物去除柱包括五個(5)理論級加上再沸騰器。對於所有情況都使用大約四(4)英尺(1.2m)高度的填充床。再沸騰器負荷是大約290KW。表I顯示了同基本情況(無漏洩，純淨的氮製冷齊U)相比的工廠的相對功率消耗以及根據保持在製冷劑迴路中的甲烷濃度而使用Sulzer500Y型填料的碳氫化合物去除柱的大概直徑。表I
權利要求
1.一種用於從逆向布雷頓循環製冷系統的製冷劑流中除去較低揮發性的汙染物的方法，包括: 除去所述製冷劑流的氣態或液化的一部分； 如果是氣態的，就使所述被除去的部分的至少一部分液化； 將所述被除去的液化部分的或所述液化的氣態部分的至少一部分作為回流引導至汙染物去除柱中； 從所述汙染物去除柱的底部除去富含汙染物的流； 從所述汙染物去除柱的頂部除去富含製冷劑的蒸氣流；且 將所述蒸氣流引回到所述逆向布雷頓循環製冷系統中。
2.一種用於液化天然氣流的方法，其中氣流通過與逆向布雷頓循環製冷系統中的製冷劑流的間接熱交換而進行液化和/或過冷，所述方法包括: 除去所述製冷劑流的氣態或液化的一部分； 如果是氣態的，就使所述被除去的部分的至少一部分液化； 將所述被除去的液化部分的或所述液化的氣態部分的至少一部分作為回流引導至碳氫化合物汙染物去除柱中； 從所述汙染物去除柱的底部除去富含碳氫化合物的流； 從所述汙染物去除柱的頂部除去富含製冷劑的蒸氣流；且 將所述蒸氣流引回到所述逆向布雷頓循環製冷系統中。
3.根據權利要求1或權利要求2所述的方法，其特徵在於，從所述逆向布雷頓循環製冷系統除去的製冷劑流的所述一部分是液體，並且其至少一部分作為回流而被引入到所述汙染物去除柱中。
4.根據權利要求3所述的方法，其特徵在於，所述製冷劑流的所述被除去的液化部分已經通過與加溫的製冷劑流的間接熱交換而進行冷卻和液化。
5.根據權利要求1或權利要求2所述的方法，其特徵在於，從所述逆向布雷頓循環製冷系統除去的製冷劑流的所述一部分是氣態的，並且其至少一部分作為回流而被液化並引入到所述汙染物去除柱中。
6.根據權利要求5所述的方法，其特徵在於，還包括將所述製冷劑流的所述液化的氣態部分的一部分儲存起來，以用於之後返回到所述逆向布雷頓循環製冷系統中。
7.根據前述權利要求中的任一項所述的方法，其特徵在於，所述製冷劑流包括氮。
8.根據前述權利要求中的任一項所述的方法，其特徵在於，所述汙染物流是富含碳氫化合物的流。
9.根據權利要求8所述的方法，其特徵在於，所述逆向布雷頓循環製冷系統將天然氣液化和/或過冷，並且所述富含碳氫化合物的流來自於所述氣體。
10.根據權利要求9所述的方法，其特徵在於，還包括將所述富含碳氫化合物的流與所述液化的和/或過冷的天然氣流組合起來。
11.根據前述權利要求中的任一項所述的方法，其特徵在於，還包括從所述逆向布雷頓循環製冷系統中除去部分冷卻的供給流的一部分，並將所述部分冷卻的供給流引入到所述汙染物去除柱的底部，以便為所述汙染物去除柱提供蒸氣傳輸。
12.根據權利要求1至10中的任一項所述的方法，其特徵在於，還包括從所述逆向布雷頓循環製冷系統中除去部分冷卻的供給流的一部分，並將所述部分冷卻的供給流引入到所述汙染物去除柱的再沸騰器中，以便為所述汙染物去除柱提供沸騰。
13.根據權利要求1至10中的任一項所述的方法，其特徵在於，還包括從所述逆向布雷頓循環製冷系統中除去製冷劑的一部分，並將所述部分引入到所述汙染物去除柱的再沸騰器中，以便為所述汙染物去除柱提供沸騰。
14.根據前述權利要求中的任一項所述的方法，其特徵在於，所述方法在浮式生產儲油卸油船上執行。
15.一種用 於通過權利要求1的方法除去汙染物的系統，包括: 逆向布雷頓循環製冷系統； 汙染物去除柱； 用於在所述逆向布雷頓循環製冷系統和所述汙染物去除柱的頂部之間提供流體流動連通的第一導管； 用於在所述汙染物去除柱的頂部至所述逆向布雷頓循環製冷系統之間提供流體流動連通的第二導管；和 用於提供來自所述汙染物去除柱的底部的汙染物流體流動的第三導管。
16.根據權利要求15所述的系統，其特徵在於，所述汙染物去除柱是碳氫化合物去除柱。
17.根據權利要求15或權利要求16所述的系統，其特徵在於，還包括用於在所述逆向布雷頓循環製冷系統和液體製冷劑儲罐之間提供流體流動連通的第四導管。
18.根據權利要求15至17中的任一項所述的系統，其特徵在於，所述逆向布雷頓循環製冷系統包括用於冷卻氣態製冷劑的第一熱交換器和與所述第一熱交換器流體連通的第二熱交換器，以及與所述第一熱交換器和所述第二熱交換器流體連通的用於冷卻供給流的第三熱交換器。
19.根據權利要求18所述的系統，其特徵在於，所述第三熱交換器是繞管式液化器熱交換器。
20.根據權利要求18或權利要求19所述的系統，其特徵在於，所述逆向布雷頓循環製冷系統包括第四熱交換器，其中所述第三熱交換器是液化熱交換器，並且所述第四熱交換器是過冷熱交換器。
21.一種用於液化天然氣流的方法，包括: 通過與製冷劑流的間接熱交換而冷卻和液化來自逆向布雷頓循環製冷系統的氮製冷劑流的一部分；且 將所述氮製冷劑流的所 述冷卻且液化的部分的至少一部分儲存在存儲容器中。
22.根據權利要求21所述的方法，其特徵在於，還包括收回所述儲存的液化的氮製冷劑的至少一部分，以及然後執行選自以下的功能: 使所述液化的氮製冷劑的被收回部分蒸發，並利用所述蒸發的氮製冷劑作為清掃氣體； 將所述液體氮製冷劑裝載在運輸工具上以用於輸送；且 使液化的氮製冷劑的所述被收回部分蒸發，並將所述蒸發的氮製冷劑引回到所述逆向布雷頓循環製冷系統中，以液化天然氣流。
全文摘要
通過將製冷劑流的液化部分(164)作為回流引入到汙染物去除柱(162)中，從汙染物去除柱的底部除去富含汙染物的流(167)，從汙染物去除柱的頂部除去富含製冷劑的蒸氣流(164)，並將所述蒸氣流引回到逆向布雷頓循環製冷系統中，來從逆向布雷頓循環製冷系統(110-150)的製冷劑流中除去汙染物。用於柱的再沸騰負荷(270)可通過由系統冷卻和/或液化的流體(163)來提供，或者蒸氣傳輸可通過製冷劑流的一部分(563)或所述流體(163)提供給柱。本發明對於天然氣液化具有特殊的應用。
文檔編號F25J1/02GK103109144SQ201080036751
公開日2013年5月15日 申請日期2010年7月28日 優先權日2009年8月13日
發明者M·J·羅伯茨, A·A·布羅斯託 申請人:氣體產品與化學公司