用於天然氣液化的改進的驅動器和壓縮機系統的製作方法

2023-06-07 12:13:41 3

專利名稱：用於天然氣液化的改進的驅動器和壓縮機系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種使天然氣液化的方法和裝置。另一方面，本發明涉及一種用於階式天然氣液化裝置的改進的驅動器和壓縮機配置。
背景技術：
通常對天然氣進行低溫液化以將天然氣轉換成更便於運輸和儲存的形式。這樣的液化方法可使體積減小大約600倍，並且可得到可在接近大氣壓力下儲存和運輸的產品。
為將所存儲的天然氣取出，經常是用管道將天然氣從供給源運輸到一遠方的市場。這樣需要管道在基本恆定且高的負荷係數下操作，但是該管道的輸送能力或容量常常會超過需求，而在其它時候需求可能超過管道的輸送能力。為了消除需求超過供給時的峰值或供給超過需求時的谷值，需要以當供給超過需求時仍可輸送過量氣體的方式來儲存過量氣體。這種方法使得可以用所儲存的物質來填補將來的需求峰值。實現這一點的一種可行方法是將天然氣轉化為液態以便儲存，然後在需要時使該液體汽化。
當從一與待供應的市場距離非常遠的供給源輸送天然氣並且沒有管道或者管道不實用時，對天然氣進行液化更加重要。這在必須使用遠洋輪船運輸時尤其如此。通常在氣態下進行輪船運輸是不可行的，因為需要大量加壓以大大減小氣體的比容。該加壓需要使用較昂貴的儲存容器。
為了儲存和運輸液態天然氣，優選地將天然氣冷卻到-151℃到-162℃(-240°F到-260°F)，其中液態天然氣(LNG)的蒸汽壓力接近大氣壓力。現有技術中有許多用於使天然氣液化的系統，其中通過使天然氣在高壓下依次通過多個冷卻階段，從而依次將天然氣冷卻到更低的溫度直到達到液化溫度，來使天然氣液化。通常通過與一種或多種製冷劑例如丙烷、丙烯、乙烷、乙烯、甲烷、氮或前述製冷劑的組合(例如，混合製冷系統)進行熱交換來實現冷卻。一種尤其可用於本發明的液化方法是採用一開放式的甲烷循環作為最終的製冷循環，其中加壓的LNG運載流被閃蒸，然後該閃蒸蒸汽(即閃蒸氣流)被用作製冷劑、被重新壓縮、冷卻、與處理過的天然氣原料流混合併被液化，從而生成被加壓的LNG運載流。
當設計一種天然氣液化裝置時必須考慮五個關鍵的經濟方面的激勵1)資本費用；2)運行費用；3)可用性；4)生產效率；以及5)熱效率。資本費用和運行費用是用於分析方案在經濟上的可行性的常用的金融標準。但是可用性、生產效率以及熱效率則是應用於利用複雜的設備和熱能以特定的速率生產特定量的產品的方案的較不普遍的標準。在天然氣液化領域，「可用性」僅是對該裝置在線(即生產LNG)的時間量的度量，而與在該裝置在線時生產的LNG的量無關。LNG裝置的「生產效率」是對該裝置在線並以全部設計生產能力進行生產的時間的度量。LNG裝置的「熱效率」是對該裝置生產特定量的LNG所耗費的能量的度量。
LNG裝置中的壓縮機和機械驅動器(例如燃氣輪機、蒸汽輪機、電動機等)的配置對該裝置的資本費用、運行費用、可用性、生產效率以及熱效率有很大的影響。通常，隨著在LNG裝置中壓縮機和驅動器的數量的增加，該裝置的可用性也會因為該裝置可在更大比例的時間內在線而增加。這種可用性的增加可通過一「兩套配置(two-trains-in-one)」的設計來實現，其中一製冷循環的(多個)壓縮機平行地連接到該製冷循環中，從而如果一個壓縮機出現故障，則該製冷循環可在容量減小的情況下繼續工作。該「兩套配置」設計中所要求的重複配置的一個缺點是壓縮機和驅動器的數量必然會增加，從而增加該方案的資金成本。
還已知，通過從LNG裝置的特定的發熱操作回收熱量並將該回收的熱量傳送給該裝置的耗熱操作，可提高天然氣液化裝置的熱效率。但是，這些增加的熱量回收系統所需的設備、管道系統和結構的費用會使得LNG裝置的資本費用大大增加。
因此，很明顯，對於所有LNG裝置的設計而言存在資本費用、運行費用、可用性、生產效率和熱效率之間的平衡。提供一種在經濟上有競爭力的LNG裝置的關鍵是給出一種利用資本費用、運行費用、可用性、生產效率和熱效率之間的最佳平衡的設計。
需要提供一種新的具有最優的驅動器和壓縮機配置的天然氣液化系統，該系統可使得資本費用和運行費用最小，同時可用性、生產效率和熱效率最大。
此外，需要提供一種新的具有一廢熱回收系統的天然氣液化系統，該系統可大大提高熱效率而不會顯著增加資本費用或運行費用。
應指出，上述要求是示例性的，並且不是全部要由本發明來實現。從下面的說明和附圖中可清楚地了解本發明的其它目標和優點。

發明內容
因此，在本發明的一個實施例中，提供一種用於使天然氣液化的方法，其包括以下步驟(a)使用第一燃氣輪機驅動第一壓縮機，從而壓縮第一製冷循環的第一製冷劑；(b)使用第二燃氣輪機驅動第二壓縮機，從而壓縮該第一製冷循環的該第一製冷劑；(c)使用第一蒸汽輪機驅動第三壓縮機，從而壓縮第二製冷循環的第二製冷劑；以及(d)使用第二蒸汽輪機驅動第四壓縮機，從而壓縮該第二製冷循環的該第二製冷劑。
在本發明的另一實施例中，提供一種用於使天然氣液化的方法，其包括以下步驟(a)使用第一燃氣輪機驅動第一壓縮機和第二壓縮機，從而分別在該第一和第二壓縮機中壓縮第一製冷劑和第二製冷劑；(b)使用第二燃氣輪機驅動第三壓縮機和第四壓縮機，從而分別在該第三和第四壓縮機中壓縮該第一製冷劑和該第二製冷劑；(c)從該第一和第二燃氣輪機中的至少一個回收廢熱；(d)利用至少一部分該回收的廢熱以協助向第一蒸汽輪機提供動力；以及(e)在被該第一蒸汽輪機驅動的第五壓縮機中壓縮第三製冷劑。
在本發明的另一實施例中，提供一種用於使天然氣液化的方法，其包括以下步驟(a)在由第一燃氣輪機驅動的第一壓縮機中壓縮第一製冷劑；(b)從該第一燃氣輪機回收廢熱；(c)利用至少一部分從該第一燃氣輪機回收的廢熱以協助向第一蒸汽輪機提供動力；以及(d)在由該第一蒸汽輪機驅動的第二壓縮機中壓縮第二製冷劑，其中該第二製冷劑主要包括甲烷。
在本發明的另一實施例中，提供一種用於使天然氣液化的方法，其包括以下步驟(a)在由第一輪機(turbine)驅動的第一壓縮機中壓縮第一製冷劑，其中該第一製冷劑主要包括選自丙烷、丙烯及其組合的碳氫化合物；(b)在由該第一輪機驅動的第二壓縮機中壓縮第二製冷劑，其中該第二製冷劑主要包括選自乙烷、乙烯及其組合的碳氫化合物；(c)在第一冷卻器中用該第一製冷劑冷卻該天然氣；以及(d)在第二冷卻器中用該第二製冷劑冷卻該天然氣。
在本發明的另一實施例中，提供一種用於使天然氣液化的方法，其包括以下步驟(a)使用至少一部分該天然氣作為第一製冷劑以冷卻該天然氣；(b)利用由第一蒸汽輪機驅動的第一組壓縮機壓縮至少一部分該第一製冷劑；以及(c)利用由第二蒸汽輪機驅動的第二組壓縮機壓縮至少一部分該第一製冷劑。
在本發明的另一實施例中，提供一種用於使天然氣液化的裝置，其在多個級中使用多種製冷劑冷卻天然氣。該裝置包括第一、第二、第三、第四和第五壓縮機，第一和第二燃氣輪機、第一蒸汽輪機，以及熱量回收系統。該第一和第三壓縮機可用於壓縮第一製冷劑，該第二和第四壓縮機可用於壓縮第二製冷劑，而該第五壓縮機可用於壓縮第三製冷劑。該第一燃氣輪機驅動該第一和第二壓縮機，該第二燃氣輪機驅動該第三和第四壓縮機，而該第一蒸汽輪機驅動該第五壓縮機。該熱量回收系統可用於從該第一和第二燃氣輪機中的至少一個回收廢熱，並利用該回收的廢熱協助向該第一蒸汽輪機提供動力。
在本發明的另一實施例中，提供一種用於使天然氣液化的裝置，該裝置使用至少一部分該天然氣作為第一製冷劑。該裝置包括第一和第二蒸汽輪機，以及第一組和第二組壓縮機。該第一組壓縮機由該第一蒸汽輪機驅動並且可用於壓縮至少一部分該第一製冷劑。該第二組壓縮機由該第二蒸汽輪機驅動並且可用於壓縮至少一部分該第一製冷劑。


下面將參照附圖詳細說明本發明的一優選實施例，在附圖中圖1是一用於LNG生產的階式製冷過程的簡化流程圖，其中使用一種新的驅動器/壓縮機配置和熱量回收系統。圖1中的標號可總結如下100-199用於主要為甲烷的流的管道200-199用於主要為甲烷的流的設備和容器300-399用於主要為丙烷的流的管道400-499用於主要為丙烷的流的設備和容器500-599用於主要為乙烯的流的管道600-699用於主要為乙烯的流的設備和容器700-799驅動器及相關設備800-899用於熱量回收、流的生成以及各種元件的管道和設備具體實施方式
在本文中，術語「開放式循環階式製冷工藝」是指包括至少一個封閉式製冷循環和一個開放式製冷循環的階式製冷工藝，其中在該開放式循環中使用的製冷劑/冷卻劑的沸點低於在該封閉式循環中使用的一種或多種製冷劑的沸點，並且由該封閉式循環中的一個或多個循環提供使被壓縮的開放式循環製冷劑/冷卻劑冷凝的一部分冷卻功率(cooling duty)。在本發明中，在開放式循環中使用甲烷流或主要為甲烷的流作為製冷劑/冷卻劑。該流由處理過的天然氣原料流和被壓縮的開放式的甲烷循環氣流構成。
階式製冷工藝的設計包括在熱力效率和資本費用之間實現平衡。在熱傳遞過程中，隨著加熱流體和冷卻流體之間的溫度梯度變小，熱力的不可逆性也減小，但是獲得這麼小的溫度梯度通常需要顯著增加熱傳遞區域的量、對各種處理設備進行大的修改並且適當選擇通過該設備的流量，以便確保流量以及入口溫度和出口溫度均與所需的加熱/冷卻負荷相符合。
一種用於使天然氣液化的最高效和最有效的方法是使用一種與膨脹式冷卻相結合的優化的階式操作。該液化過程包括在高壓例如大約4.30Mpa(625psia)下依次冷卻天然氣氣流，通過使氣流經過多級丙烷循環、多級乙烷或乙烯循環以及開放的甲烷循環來順序冷卻該氣流，該甲烷循環使用原料氣的一部分作為甲烷的來源，並且其中包括多級膨脹循環以進一步冷卻該氣流並將壓力降低到接近大氣壓力。在冷卻循環的次序中，首先使用沸點最高的冷卻劑，然後使用沸點居中的冷卻劑，最後使用沸點最低的冷卻劑。在本文中，術語「丙烷冷卻器」是指使用其沸點與丙烷或丙烯的沸點相同或接近的製冷劑的冷卻系統。術語「乙烯冷卻器」是指使用其沸點與乙烷或乙烯的沸點相同或接近的製冷劑的冷卻系統。術語「上遊」和「下遊」用於說明天然氣液化裝置的各種元件沿天然氣通過該裝置的流動路徑的相對位置。
各種預處理步驟提供一種用於從輸送給該裝置的天熱氣原料流中除去不希望有的成分例如酸氣、硫醇、汞和溼氣的方法。該氣流的組成可能有很大的變化。這裡，天然氣氣流可以是任何主要由甲烷構成的流，該甲烷大部分來源於天然氣原料流，這種原料流例如包含按體積計算至少85％的甲烷，餘下的是乙烷、較重的碳氫化合物、氮、二氧化碳和少量的其它雜質例如汞、硫化氫和硫醇。該預處理步驟可以是位於冷卻循環的上遊或初始循環中的一個早期冷卻階段的下遊的獨立的步驟。下面列出一些(非全部)本領域內的技術人員可容易地應用的方法。通常通過一個使用含胺的水溶液(aqueous amine-bearing solution)的吸附過程除去酸氣和較少量的硫醇。該處理步驟通常在該初始循環中的冷卻階段的上遊進行。在該初始冷卻循環的上遊，也可在該初始冷卻循環中的第一冷卻階段的下遊，在氣體壓縮和冷卻之後，通常通過兩級氣-液分離(處理)將大部分水分作為液體除去。通常通過汞吸附層除去汞。通常使用適當選擇的吸附層例如可再生的分子篩除去剩餘的水分和酸氣。
通常將經過預處理的天然氣原料流在高壓下傳送到液化工藝流程，或將其壓縮到高壓，即大於3.44MPa(500psia)，優選地大約3.44MPa到大約6.20MPa(大約500psia到大約900psia)，更優選地大約3.44MPa到大約4.65MPa(大約500psia到大約675psia)，還優選地大約4.13MPa到大約4.65MPa(大約600psia到大約675psia)，最優選地大約4.30MPa(625psia)。氣流的溫度通常是從接近環境溫度到稍高於環境溫度。典型的溫度範圍是15.5℃到58.8℃(60°F到138°F)。
如上所述，在多個多級(例如三級)循環或步驟中通過與多種冷卻劑，優選地為三種進行間接熱交換來冷卻天然氣原料流。隨著級數增加，對於一個確定的循環，其總的冷卻效率也提高，但是伴隨這種效率提高的是淨資本費用和工藝複雜度相應增加。在使用沸點較高的製冷劑的第一封閉式製冷循環中，原料氣優選地通過有效數量的製冷級，額定是兩個，優選地是兩到四個，尤其優選地是三級。該製冷劑優選地主要包括丙烷、丙烯或其混合物，更優選該冷卻劑包含至少大約75摩爾百分比的丙烷，尤其優選地至少90摩爾百分比的丙烷，並且最優選地該製冷劑基本上由丙烷組成。此後，在第二封閉式製冷循環中，經過處理的原料氣通過有效數量的製冷級與沸點較低的冷卻劑進行熱交換，該製冷級額定是兩個，優選地是兩到四個，尤其優選地是兩級或三級。該製冷劑優選地主要包括乙烷、乙烯或其混合物，更優選該製冷劑包含至少大約75摩爾百分比的乙烯，尤其優選地至少90摩爾百分比的乙烯，並且最優選地該製冷劑基本上由乙烯組成。每個冷卻級(製冷級)包括一個單獨的冷卻區域。如上所述，在該第二循環中該處理過的天然氣原料流與一個或多個再循環流(即被壓縮的開放式的甲烷循環氣流)在不同位置混合，從而生成液化流。在該第二冷卻循環的最後一級中，使該液化流的大部分，優選地全部冷凝(即液化)，從而生成加壓的LNG運載流。通常，在此位置的工藝壓力僅稍低於供給第一循環的第一級的被預處理的原料氣的壓力。
通常，天然氣原料流所包含的C2+成分的量會使得在一個或多個冷卻級中形成富含C2+的液體。通過氣-液分離裝置，優選地為一個或多個常規的氣-液分離器移出該液體。通常，在每一級中控制對天然氣的連續冷卻以便從天然氣中移出儘可能多的C2和分子量較高的碳氫化合物，以生成以甲烷為主的氣流和包含大量乙烷和較重的成分的液流。有效數量的氣/液分離裝置位於冷卻區域的下遊的重要位置以便除去富含C2+成分的液流。氣/液分離裝置，優選地為常規的氣/液分離器的準確位置和數量取決於許多操作參數，例如天然氣原料流的C2+組分、LNG產品所需的BTU含量、C2+成分對於其它應用的價值，以及LNG裝置和天然氣生產的技術領域內的技術人員通常考慮的其它因素。可通過單級閃蒸或分餾塔對C2+碳氫化合物流脫甲烷。在後者的情況中，得到的富含甲烷的流可在一定壓力下直接返回到液化過程。在前者的情況中，該富含甲烷的流可被再次加壓和循環或可用作燃料氣體。該C2+碳氫化合物流或被脫甲烷的C2+碳氫化合物流可用作燃料，或例如通過在一個或多個分餾區域內分餾而被進一步處理，以生成富含特定化學成分(例如，C2、C3、C4和C5+)的特定流。
然後在被稱為開放式甲烷循環的第三循環或步驟中，通過使被加壓的LNG運載流在一主甲烷節熱器(economizer)中與以一種下面所述的方式在此第三循環中生成的閃蒸氣體(即閃蒸氣流)接觸，並通過使該被加壓的LNG運載流膨脹到接近大氣壓力，來進一步冷卻該被加壓的LNG運載流。在該第三製冷循環中的用作製冷劑的閃蒸氣體優選地主要包括甲烷，更優選地該製冷劑包含至少大約75摩爾百分比的甲烷，尤其優選地包含至少90摩爾百分比的甲烷，最優選地該製冷劑基本上由甲烷組成。在該被加壓的LNG運載流膨脹到接近大氣壓力期間，該被加壓的LNG運載流通過至少一次，優選地為二到四次，更優選地為三次膨脹被冷卻，其中每次膨脹使用Joule-Thomson膨脹閥或液力膨脹器作為減壓裝置。在膨脹之後，使用分離器對該氣-液產品進行分離。當使用並正確地操作液力膨脹器時，在閃蒸步驟中所獲得的較高的功率回收效率、流的溫度的大大降低以及生成較少的蒸汽(這些效果)往往可以大大抵消因該膨脹器產生的更多的資本費用和運行費用。在一個實施例中，可通過首先用一個或多個液力膨脹器閃蒸該流的一部分，然後藉助於間接熱交換裝置用所述閃蒸氣流在閃蒸之前冷卻該被加壓的LNG運載流的剩餘部分，從而在閃蒸之前進一步冷卻該被加壓的LNG運載流。然後，根據溫度和壓力情況使該被加熱的閃蒸氣流返回適當的位置以在該開放式甲烷循環中再循環，然後被再壓縮。
當進入該第三循環的被加壓的LNG運載流，優選地為液流的壓力優選地為大約3.79MPa-4.48MPa(大約550-650psia)時，三級閃蒸過程的典型的閃蒸壓力是大約1171-1447(170-210)，310-517(45-75)，68.9-276(10-40)kPa(psia)。將該被加壓的LNG運載流優選地為液流閃蒸到接近大氣壓力可生成溫度為大約-151℃到-162℃(大約-240°F到-260°F)的LNG產品。
階式工藝使用一種或多種製冷劑以便將熱能從天然氣流傳遞給該製冷劑並最終將所述熱能傳遞到環境中。本質上，整個的製冷系統用作一熱泵，其在天然氣流被逐漸冷卻到越來越低的溫度時從該天然氣流中除去熱能。
液化工藝可使用以下多種冷卻(方法)之一，該冷卻(方法)包括但不局限於(a)間接熱交換，(b)蒸發和(c)膨脹或減壓。這裡，間接熱交換是指這樣一個過程，其中製冷劑冷卻該要被冷卻的物質但在該製冷劑和該要被冷卻的物質之間沒有實際的物理接觸。間接熱交換方式的具體示例包括在殼管式換熱器、釜式(core-in-kettle)換熱器以及釺焊鋁製板翅換熱器中進行的熱交換。製冷劑和要被冷卻的物質的物理狀態可根據系統的需求以及所選擇的換熱器的類型而變化。因此，當製冷劑處於液態並且該要被冷卻的物質處於液態或氣態時，或者當其中一種物質發生相變並且工藝條件不適於使用釜式換熱器時，通常使用殼管式換熱器。例如，鋁和鋁合金優選地是構成該換熱器管(core)的材料，但是這些材料可能在指定的工藝條件下不適用。當製冷劑處於氣態並且該將被冷卻的物質處於液態或氣態時，通常使用板翅式換熱器。最後，當要被冷卻的物質處於液態或氣態而製冷劑在熱交換期間發生從液態到氣態的相變時，通常使用釜式換熱器。
蒸發冷卻是指通過在系統保持恆定壓力的條件下使物質的一部分蒸發或汽化來冷卻該物質。因此，在蒸發過程中，該物質的蒸發的部分從該物質的保持液態的部分吸收熱量，從而冷卻該液態部分。
最後，膨脹或減壓冷卻是指在使氣體、液體或兩相系統通過一減壓裝置以減小其壓力時發生的冷卻。在一實施例中，該膨脹裝置是一Joule-Thomson膨脹閥。在另一實施例中，該膨脹裝置是液力膨脹器或氣體膨脹器。因為膨脹器可從膨脹過程中回收工作能量，所以通過膨脹可使工藝流的溫度較低。
圖1中示出的流程示意圖和裝置是本發明的液化工藝的一優選實施例。本領域內的技術人員應當認識到，圖1僅是示意性視圖，因此為了清楚起見，省略了工業設備為成功運行所必需的許多裝置。這些裝置包括例如壓縮機控制器、流量和水位測量器以及相應的控制器、溫度和壓力控制器、泵、電機、過濾器、附加的換熱器，以及閥等。可根據標準的工程實踐配備這些裝置。
為了便於理解圖1，使用以下的標號命名。標號為100-199的項對應於主要容納甲烷的流動管路或管道。標號為200-299的項是容納和/或處理主要包含甲烷的液流的工藝容器和設備。標號為300-399的項是容納和/或處理主要包含丙烷的液流的流動管路或管道。標號為400-499的項是容納和/或處理主要包含丙烷的液流的工藝容器和設備。標號為500-599的項是主要容納乙烯的流動管路或管道。標號為600-699的項是容納和/或處理主要包含乙烯的液流的工藝容器和設備。標號為700-799的項是機械驅動器。標號為800-899的項是與圖1中所示的系統中的熱量回收系統、蒸汽生成或其它各種元件有關的管道或設備。
參照圖1，如上所述的，天然氣原料流從一天然氣管道進入管道100。在一入口壓縮機202中，天然氣被壓縮並被空氣冷卻，從而從壓縮機202流出的天然氣的壓力通常在大約3.44MPa到大約5.51Mpa(大約500psia到大約800psia)的範圍內，溫度通常在大約23.8℃到大約79.4℃(大約75°F到大約175°F)的範圍內。然後，天然氣經由管道102流入一酸氣去除單元204。酸氣去除單元優選地使用胺溶劑(例如Diglycol Amine)以除去酸氣例如CO2和H2S。優選地，酸氣去除單元204可用於將CO2除至小於50ppmv，將H2S除至小於2ppmv。在除去酸氣之後，天然氣經由管道104傳送給可用於除去天然氣中基本所有的水分的脫水單元206。脫水單元206優選地使用多層的可再生分子篩系統來乾燥該天然氣。然後被乾燥的天然氣經由管道106傳送到一汞去除系統208。汞去除系統208優選地使用至少一個包含浸硫活性碳的固定的床式容器(bed vessel)以從天然氣中除去汞。所得到的經過預處理的天然氣通過管道108進入該液化系統。
作為第一製冷循環的一部分，在分別被第一和第二燃氣輪機驅動器700、702驅動的第一和第二多級丙烷壓縮機400、402中壓縮氣態丙烷。儘管可以使用由一個驅動器驅動的機械連接在一起的分離的單元，但是該三級壓縮優選地由一個整體單元(即主體部分)提供。一旦壓縮完，則分別經由管道300、302將從第一和第二丙烷壓縮機400、402流出的壓縮過的丙烷引入一共用管道304中。然後該壓縮過的丙烷通過共用管道304到達冷卻器404。緊接該冷卻器404下遊的液化丙烷的壓力和溫度優選地為大約37.7-54.4℃(大約100-130°F)和1.17-1.45Mpa(170-210psia)。儘管圖1中未示出，但是優選地，一分離容器可位於冷卻器404的下遊以及膨脹閥406的上遊以便從液化丙烷中除去剩餘的輕的成分。該容器可以由單級氣液分離器組成，或者更複雜地由一蓄積器部分、一冷凝器部分以及一吸收器部分組成，後兩者可連續操作或定期地在線以便從丙烷中除去剩餘的輕的成分。根據具體情況，流出該容器的流或流出冷卻器404的流通過一管道306到達一減壓裝置例如膨脹閥406，在其中通過蒸發或閃蒸該液化丙烷的一部分以減小該液化丙烷的壓力。然後，所得到的兩相產物通過管道308流到高級丙烷冷卻器408，以便通過間接熱交換裝置239、210和606與經由管道158引入的氣態甲烷製冷劑、經由管道108引入的天然氣原料流，以及經由管道506引入的氣態乙烯製冷劑進行間接熱交換，從而生成分別經由管道160、110和312輸送的冷卻過的氣流。
從冷卻器408流出的被閃蒸的丙烷氣通過管道310返回到該第一和第二丙烷壓縮機400、402的高級入口。剩餘的液態丙烷通過管道312，並因通過一減壓裝置(示出為膨脹閥410)其壓力進一步降低，於是該液態丙烷的另一部分被閃蒸。然後，所得的兩相流通過管道314被供給到一中間級丙烷冷卻器412，從而為冷卻器412提供冷卻劑。
從高級丙烷冷卻器408流出的冷卻過的天然氣原料流經由管道110流到一分液容器210，在該容器中氣相和液相分離。經由管道112移出富含C3+成分的液相。經由管道114移出氣相併將該氣相傳送到中間級丙烷冷卻器412。經由管道508將乙烯製冷劑引入冷卻器412。在冷卻器412中，分別用間接熱交換裝置214和608冷卻該處理過的天然氣流和乙烯製冷劑流，從而生成通過管道116和510的被冷卻的處理過的天然氣流和乙烯製冷劑流。丙烷製冷劑的被這樣蒸發的部分被分離出來並通過管道316到達丙烷壓縮機400、402的中間級的入口。液態丙烷通過管道318，並因通過一減壓裝置(示出為膨脹閥414)其壓力進一步降低，於是另一部分液化丙烷被閃蒸。然後，所得的兩相流通過管道320被供給到一低級丙烷冷卻器/冷凝器416，從而向冷卻器416提供冷卻劑。
如圖1所示，被冷卻的處理過的天然氣流從中間級丙烷冷卻器412經由管道116流到低級的丙烷冷卻器/冷凝器416。在冷凝器416中，通過間接熱交換裝置216冷卻該流。乙烯製冷劑流以類似的方式從中間級丙烷冷卻器412經由管道510流到低級丙烷冷卻器/冷凝器416。在該冷卻器/冷凝器中，通過間接熱交換裝置610幾乎使該乙烯製冷劑全部冷凝。從該低級丙烷冷卻器/冷凝器416移出該蒸發的丙烷並經由管道322將其返回到丙烷壓縮機400、402的低級入口。儘管圖1示出在同一容器中冷卻通過管道116和510提供的流，但是冷卻流116以及冷卻和冷凝流510可分別在單獨的工藝容器(例如，一個單獨的冷卻器和一個單獨的冷凝器)中進行。
如圖1中所示，經由管道162提供一部分經冷卻的壓縮的開放式甲烷循環氣流，該氣流與通過管道118流出低級丙烷冷卻劑/冷凝器416的處理過的天然氣原料流組合，從而形成液化流，該液化流然後經由管道120被引入高級乙烯冷卻器618。乙烯製冷劑通過管道512流出低級丙烷冷卻器/冷凝器416並供給到一分離容器612，在該容器中通過管道513移出輕的成分，並經由管道514移出冷凝的乙烯。分離容器612類似於前面所述的用於從液化丙烷製冷劑中移出輕的成分的容器，它可以是單級氣/液分離器或對從該系統移出的輕的成分有更大的選擇性的多級操作(組件)。在此過程中在該位置的乙烯製冷劑的溫度通常在大約-26℃到大約-34.4℃(大約-15°F到大約-30°F)的範圍內，並且壓力在大約1.86MPa到大約2.07MPa(大約270psia到大約300psia)的範圍內。然後，該乙烯製冷劑經由管道514流入一主乙烯節熱器690，其中使用間接熱交換裝置614冷卻該製冷劑，然後經由管道516移出該製冷劑，並將該製冷劑傳送到一減壓裝置例如膨脹閥616，於是該製冷劑被閃蒸到預先選擇的溫度和壓力並經由管道518供給高級乙烯冷卻器618。經由管道520從該冷卻器中移出蒸汽，並將蒸汽傳送給主乙烯節熱器690，在該節熱器中該蒸汽用作通過間接熱交換裝置619的冷卻劑。然後，經由管道522從該乙烯節熱器690中移出乙烯蒸汽，並將該蒸汽傳送給第一和第二乙烯壓縮機600、602的高級入口。經由管道524移出沒有在該高級乙烯冷卻器618中蒸發的乙烯冷卻劑，並將其返回到乙烯節熱器690以便通過間接熱交換裝置620進一步冷卻，該冷卻劑經由管道526從該乙烯節熱器690中被移出，並在一減壓裝置(示出為膨脹閥622)中被閃蒸，隨之經由管道528將所得的兩相產物引入一低級乙烯冷卻器624。通過管道122從該高級乙烯冷卻器618移出該液化流，並將其直接供給低級乙烯冷卻器624，在該冷卻器中通過間接熱交換裝置220該液化流進行進一步冷卻並且部分冷凝。然後，所得的兩相流經由管道124流入一兩相分離器222，從該分離器生成通過管道128的富含甲烷的蒸汽流，和通過管道126的富含C2+成分的液流，該液流隨後在容器224中被閃蒸或分餾，從而生成通過管道132的較重的流以及經由管道164傳送的第二富含甲烷的流，該第二富含甲烷的流與通過管道150的第二流混合之後供給高級甲烷壓縮機234、236。
管道128中的流和經由管道129提供的冷卻過的被壓縮的開放式甲烷循環氣流相混合，並經由管道130供給到一低級乙烯冷凝器628，在該冷凝器中該流通過間接熱交換裝置226與從低級乙烯冷卻器624流出的液體進行熱交換，該液體經由管道532傳送到低級乙烯冷凝器628。在冷凝器628中，該混合流被冷凝，並且從該冷凝器628中通過管道134排出，成為加壓的LNG運載流。通過管道530的從低級的乙烯冷卻器624流出的蒸汽和通過管道534的從低級乙烯冷凝器628流出的蒸汽相混合，並經由管道536傳送到主乙烯節熱器690，在其中該蒸汽用作通過間接熱交換裝置630的冷卻劑。然後，該流通過管道538從主乙烯節熱器690傳送到乙烯壓縮機600、602的低級入口。如圖1中所示，將來源於經由壓縮機600、602的低級入口引入的蒸汽的該壓縮機排出物移出，通過中間級冷卻器640、642對其冷卻，並使其返回乙烯壓縮機600、602以便與管道522中的高級流一起注入(該壓縮機)。儘管該兩級的每一級均可以是一個單獨的組件並且這些組件機械連接在一公共驅動器上，但優選地該兩級是一個整體組件。乙烯壓縮機600、602的壓縮的乙烯產物經由管道500和502傳送到一共用管道504。然後，該壓縮的乙烯經由共用管道504傳送到下遊冷卻器604。冷卻器604的產物經由管道506流動，並如上所述被引入高級丙烷冷卻器408。
管道134中的該加壓的LNG運載流的溫度通常在從大約-95.5℃到大約-78.8℃(大約-140°F到大約-110°F)的範圍內，並且壓力通常在從大約4.14Mpa到大約4.34Mpa(大約600psia到大約630psia)的範圍內，該流優選地全部是液流。該流經由管道134通過一主甲烷節熱器290，在其中使用間接熱交換裝置228進一步冷卻該流，這在下文中將說明。從該主甲烷節熱器290流出的加壓的LNG運載流通過管道136，並且因通過一減壓裝置(示出為膨脹閥229)其壓力進一步降低，該減壓裝置蒸發或閃蒸該氣流的一部分從而生成閃蒸氣流。然後，該經過閃蒸的流經由管道138傳送到一高級甲烷閃蒸器230，在該閃蒸器中該流分離成一從管道140排出的閃蒸氣流和一從管道166排出的液相流(即被加壓的LNG運載流)。然後，該閃蒸氣流經由管道140傳送到主甲烷節熱器290，在該裝置中該流用作通過間接熱交換裝置232的冷卻劑。該閃蒸氣流(即被加熱的閃蒸氣流)經由管道150流出該主甲烷節熱器290，在該管道150中該閃蒸氣流與通過管道164傳送的氣流相混合。然後，這些流供給到高級甲烷壓縮機234、236的入口。管道166中的液相通過第二甲烷節熱器244，在其中使用下遊的閃蒸氣流通過間接熱交換裝置246進一步冷卻該液體。被冷卻的液體經由管道168離開該第二甲烷節熱器244，並且被一減壓裝置(示出為膨脹閥248)膨脹或閃蒸以進一步降低壓力，同時該液體的第二部分被蒸發。然後，該經過閃蒸的流被傳送到中間級的甲烷閃蒸器250，在其中該流被分離成一通過管道172的閃蒸氣流和一通過管道170的液相流。該閃蒸氣流通過管道172流到第二甲烷節熱器244，其中該氣體經由間接熱交換裝置252冷卻通過管道166引入到該節熱器244的液體。管道174用作第二甲烷節熱器244中的間接熱交換裝置252和主甲烷節熱器290中的間接熱交換裝置254之間的流動管道。被加熱的閃蒸氣流經由管道176從主甲烷節熱器290流出，該管道176與中間級的甲烷壓縮機256、258的入口相連接。因通過一減壓裝置(示出為膨脹閥260)，經由管道170離開該中間級閃蒸器250的液相的壓力進一步降低，優選為大約172kPa(25psia)。再次蒸發或閃蒸該液化氣體的第三部分。從膨脹閥260流出的流體傳送到最後的或低級閃蒸器262。在閃蒸器262中，分離出作為閃蒸氣流的汽相，並且使其通過管道180傳送到第二甲烷節熱器244，在其中該閃蒸氣流用作通過間接熱交換裝置264的冷卻劑，然後經由與該主甲烷節熱器290相連接的管道182離開第二甲烷節熱器244，在該節熱器290中該閃蒸氣體用作通過間接熱交換裝置266的冷卻劑，並最終通過與低級甲烷壓縮機268、270的入口相連接的管道184流出該主甲烷節熱器290。閃蒸器262的液化天然氣產物(即LNG流)通過管道178傳送給儲存單元，該產物接近大氣壓力。優選地，從該儲存單元流出的低壓、低溫LNG汽化蒸汽流可通過與管道180、182或184中的低壓閃蒸氣體相混合而被復原；根據要儘可能接近地使氣流溫度匹配的需要選擇管道。
如圖1所示，甲烷壓縮機234、236、256、258、268、270優選地為機械連接到一起以被兩個驅動器704和706驅動的獨立單元。在進行第二級壓縮之前，來自低級甲烷壓縮機268、270的壓縮氣體通過中間級冷卻器280、282並與管道176中的中壓氣體相混合。在進行第三級壓縮之前，來自中間級甲烷壓縮機256、258的壓縮氣體通過中間級冷卻器284、286並與經由管道150提供的高壓氣體相混合。該壓縮氣體(即壓縮過的開放式甲烷循環氣流)通過管道152、154從高級甲烷壓縮機234、236排出，並在管道156內相混合。然後，如上所述，該被壓縮的甲烷氣在冷卻器238中被冷卻並經由管道158傳送到高級丙烷冷卻器408。該流在冷卻器408中通過間接熱交換裝置239進行冷卻，並經由管道160流到該主甲烷節熱器290中。這裡以及如上所述，壓縮機也指每個壓縮級以及任何與級間冷卻相關的設備。
如圖1所示，從冷卻器408流出並進入主甲烷節熱器290的被壓縮的開放式甲烷循環氣流通過流經間接熱交換裝置240而被全部冷卻。然後，經由管道162移出該被冷卻的氣流的一部分，並使其在高級乙烯冷卻器618的上遊與處理過的天然氣原料流相混合。在主甲烷節熱器290中該被冷卻的氣流的剩餘部分通過間接熱交換裝置242被進一步冷卻，並且通過管道129從其中排出。該流在乙烯冷凝器628的上遊的一個位置與管道128中的流相混合，然後在乙烯冷凝器628中，該液化流的大部分通過流經間接熱交換裝置226而發生液化。
如圖1所示，優選地，第一丙烷壓縮機400和第一乙烯壓縮機600由一個第一燃氣輪機700驅動，而第二丙烷壓縮機402和第二乙烯壓縮機602由一個第二燃氣輪機702驅動。該第一和第二燃氣輪機700、702可以是任何合適的市場上可買到的燃氣輪機。優選地，燃氣輪機700、702是可從GE Power Systems，Atlanta、Georgia得到的Frame7或Frame9燃氣輪機。從圖1可見，丙烷壓縮機400、402和乙烯壓縮機600、602都平行地流體連通到它們各自的丙烷製冷循環和乙烯製冷循環中，從而每個壓縮機可為在各製冷循環中使用的大約一半製冷劑流提供全部壓力增量。這種多個丙烷和乙烯壓縮機的平行配置可提供一種「兩套配置」的設計，該設計可大大提高LNG裝置的可用性。因此，例如，即使需要關閉第一燃氣輪機700以便進行維護或維修，整個LNG裝置也不需要關閉，因為仍可使用第二燃氣輪機702、第二丙烷壓縮機402和第二乙烯壓縮機602以保持該裝置在線。
這種「兩套配置」的理念還可通過使用兩個驅動器704、706向甲烷壓縮機234、236、256、258、268、270提供動力來表現。第一蒸汽輪機704用於向第一高級甲烷壓縮機234、第一中間級甲烷壓縮機256和第一低級甲烷壓縮機268提供動力，而第二蒸汽輪機706用於向第二高級甲烷壓縮機236、第二中間級甲烷壓縮機258和第二低級甲烷壓縮機270提供動力。該第一和第二蒸汽輪機704、706可以是任何合適的市場上可買到的蒸汽輪機。從圖1可見，該第一甲烷壓縮機234、256、268互相串聯並且與第二甲烷壓縮機236、258、270平行地流體連通到該開放式甲烷製冷循環中。因此，第一甲烷壓縮機234、256、268相配合以便為該開放式甲烷製冷循環中的大約一半甲烷製冷劑流提供全部壓力增量，每個第一壓縮機268、256、234提供該全部壓力增量的一部分。同樣，第二甲烷壓縮機236、258、270相配合以便為該開放式甲烷製冷循環中的另一半甲烷製冷劑流提供全部壓力增量，每個第二壓縮機270、258、236提供該全部壓力增量的一部分。甲烷驅動器和壓縮機的這種配置與該「兩套配置」的設計理念一致。因此，例如，即使需要關閉第一蒸汽輪機704以便進行維護或維修，整個LNG裝置也不需要關閉，因為仍可使用第二蒸汽輪機706、第二甲烷壓縮機236、258、270以保持該裝置在線。
除了由開放式甲烷循環的驅動器/壓縮機配置所提供的「兩套配置「的優點之外，使用兩個蒸汽輪機704、706而不是一個驅動器使得可省略串聯連接的甲烷壓縮機234、256、268以及236、258、270之間的齒輪箱。就購買、安裝和維護而言該齒輪箱是比較昂貴的。兩個蒸汽輪機704、706的運行速度可高於一個大的傳統輪機，從而可以省略齒輪箱(通常位於中間級壓縮機和高級壓縮機之間)。此外，尤其是從這種設計帶來的好處考慮，兩個較小的蒸汽輪機的資本費用與一個大的輪機相比是很小的。
在開放式甲烷製冷循環中使用蒸汽輪機704、706而不是燃氣輪機，還使得可通過廢熱回收而提高該裝置的熱效率。圖1示出熱廢氣離開燃氣輪機700、702並經由管道800傳送到一間接換熱器802。在換熱器802中，燃氣輪機的廢氣的熱量被傳送給在管道804中流動的水/蒸汽流。然後，在管道804中被加熱的流可經由蒸汽管道806，810傳送到第一和第二蒸汽輪機704、706。因此，可利用從燃氣輪機700、702的廢氣中回收的熱量協助向蒸汽輪機704、706提供動力，從而提高LNG裝置的熱效率。
使用燃氣輪機驅動壓縮機的LNG裝置面臨的一個難題是該燃氣輪機的起動。為了起動燃氣輪機，必須首先使用外部起動器使該燃氣輪機旋轉。然而，起動蒸汽輪機就不需要使用外部起動器。圖1示出，可使用一蒸汽源例如小型鍋爐812，通過經由管道814、804、806、810將高壓蒸汽引入蒸汽輪機704、706來起動蒸汽輪機704、706。此外，輔助/起動蒸汽輪機708、710可與燃氣輪機700、702機械連接。該輔助/起動蒸汽輪機708、710可由小型鍋爐812提供動力(經由管道816、818、820)，並用於使燃氣輪機700、702旋轉到一個合適的起動RPM。此外，在LNG裝置的正常操作期間也可使用輔助/起動(蒸汽)輪機708、710，以提供驅動丙烷壓縮機400、402和乙烯壓縮機600、602的附加動力。
上述的本發明的優選形式僅用作示例，而不應用於限定本發明的範圍。本領域內的技術人員可容易地對上述的示例性實施例進行各種變型而不會偏離本發明範圍。
因此，發明人的目的是根據等同原則確定和評價本發明的合理的公平的範圍。該範圍適用於任何本質上不偏離由下面的權利要求書闡明的本發明的範圍但卻偏離其字面範圍的裝置。
權利要求
1.一種用於使天然氣液化的工藝，所述工藝包括以下步驟(a)使用第一燃氣輪機驅動第一壓縮機，從而壓縮第一製冷循環的第一製冷劑；(b)使用第二燃氣輪機驅動第二壓縮機，從而壓縮該第一製冷循環的該第一製冷劑；(c)使用第一蒸汽輪機驅動第三壓縮機，從而壓縮第二製冷循環的第二製冷劑；以及(d)使用第二蒸汽輪機驅動第四壓縮機，從而壓縮該第二製冷循環的該第二製冷劑。
2.一種根據權利要求1的工藝，其特徵在於，該工藝還包括以下步驟(e)使用該第一燃氣輪機驅動第五壓縮機，從而壓縮第三製冷劑；以及(f)使用該第二燃氣輪機驅動第六壓縮機，從而壓縮該第三製冷劑。
3.一種根據權利要求2的工藝，其特徵在於，所述第二和第三製冷劑的成分基本不相同。
4.一種根據權利要求2的工藝，其特徵在於，所述第一和第三製冷劑的成分基本不相同。
5.一種根據權利要求4的工藝，其特徵在於，所述第一製冷劑主要包括丙烷。
6.一種根據權利要求5的工藝，其特徵在於，所述第二製冷劑主要包括甲烷，所述第三製冷劑主要包括乙烯。
7.一種根據權利要求1的工藝，其特徵在於，所述第一製冷循環是一封閉式製冷循環。
8.一種根據權利要求7的工藝，其特徵在於，所述第二製冷循環是一開放式製冷循環。
9.一種根據權利要求1的工藝，其特徵在於，所述第一和第二壓縮機平行地連接到該第一製冷循環中，所述第三和第四壓縮機平行地連接到該第二製冷循環中。
10.一種根據權利要求1的工藝，其特徵在於，該工藝還包括以下步驟(g)從該第一和第二燃氣輪機中的至少一個回收廢熱；以及(h)利用至少一部分該回收的廢熱協助向該第一和第二蒸汽輪機中的至少一個提供動力。
11.一種根據權利要求1的工藝，其特徵在於，該工藝還包括以下步驟(i)從該第一和第二燃氣輪機兩者回收廢熱；以及(j)利用至少一部分該回收的廢熱協助向該第一和第二蒸汽輪機提供動力。
12.一種根據權利要求1的工藝，其特徵在於，該工藝還包括以下步驟(k)使用第三蒸汽輪機協助驅動該第一壓縮機；以及(l)使用第四蒸汽輪機協助驅動該第二壓縮機。
13.一種用於使天然氣液化的工藝，所述工藝包括以下步驟(a)使用第一燃氣輪機驅動第一壓縮機和第二壓縮機，從而分別在該第一和第二壓縮機中壓縮第一和第二製冷劑；(b)使用第二燃氣輪機驅動第三壓縮機和第四壓縮機，從而分別在該第三和第四壓縮機中壓縮該第一和該第二製冷劑；(c)從該第一和第二燃氣輪機中的至少一個回收廢熱；(d)利用至少一部分該回收的廢熱以協助向第一蒸汽輪機提供動力；以及(e)在由該第一蒸汽輪機驅動的第五壓縮機中壓縮第三製冷劑。
14.一種根據權利要求13的工藝，其特徵在於，所述第一、第二和第三製冷劑分別包含至少50摩爾百分比的不同的第一、第二和第三碳氫化合物。
15.一種根據權利要求14的工藝，其特徵在於，所述第一碳氫化合物是丙烷或丙烯，所述第二碳氫化合物是乙烷或乙烯，所述第三碳氫化合物是甲烷。
16.一種根據權利要求15的工藝，其特徵在於，所述第一、第二和第三製冷劑分別包含至少75摩爾百分比的該第一、第二和第三碳氫化合物。
17.一種根據權利要求13的工藝，其特徵在於，所述第一和第三壓縮機平行地連接到第一製冷循環中，所述第二和第四壓縮機平行地連接到第二製冷循環中。
18.一種根據權利要求13的工藝，其特徵在於，該工藝還包括以下步驟(f)利用至少一部分該回收的廢熱以協助向第二蒸汽輪機提供動力；以及(g)在由該第二蒸汽輪機驅動的第六壓縮機中壓縮該第三製冷劑。
19.一種根據權利要求18的工藝，其特徵在於，所述第一和第三壓縮機平行地連接到第一製冷循環中，所述第二和第四壓縮機平行地連接到第二製冷循環中，所述第五和第六壓縮機平行地連接到第三製冷循環中。
20.一種根據權利要求19的工藝，其特徵在於，該工藝還包括以下步驟(h)在由該第一蒸汽輪機驅動的第七和第八壓縮機中壓縮該第三製冷劑；以及(i)在由第二蒸汽輪機驅動的第九和第十壓縮機中壓縮該第三製冷劑。
21.一種根據權利要求20的工藝，其特徵在於，所述第五、第七和第八壓縮機串聯地連接到該第三製冷循環中，所述第六、第九和第十壓縮機串聯地連接到該第三製冷循環中。
22.一種根據權利要求21的工藝，其特徵在於，所述第五、第七和第八壓縮機與所述第六、第九和第十壓縮機平行地連接到該第三製冷循環中。
23.一種根據權利要求22的工藝，其特徵在於，所述第一製冷劑主要包括丙烷，所述第二製冷劑主要包括乙烯，所述第三製冷劑主要包括甲烷。
24.一種根據權利要求13的工藝，其特徵在於，該工藝還包括以下步驟(j)使至少一部分該第三製冷劑與該天然氣相混合。
25.一種根據權利要求13的工藝，其特徵在於，該工藝還包括以下步驟(k)在一開放式甲烷製冷循環中使用至少一部分該天然氣作為該第三製冷劑。
26.一種根據權利要求13的工藝，其特徵在於，該工藝還包括以下步驟(l)用該第一和第二製冷劑冷卻該第三製冷劑。
27.一種根據權利要求13的工藝，其特徵在於，所述工藝是一種階式天然氣液化工藝。
28.一種用於使天然氣液化的工藝，所述工藝包括以下步驟(a)在由第一燃氣輪機驅動的第一壓縮機中壓縮第一製冷劑；(b)從該第一燃氣輪機回收廢熱；(c)利用至少一部分從該第一燃氣輪機回收的廢熱協助向第一蒸汽輪機提供動力；以及(d)在由該第一蒸汽輪機驅動的第二壓縮機中壓縮第二製冷劑，所述第二製冷劑主要包括甲烷。
29.一種根據權利要求28的工藝，其特徵在於，所述第一製冷劑主要包括選自丙烷、丙烯、乙烷、乙烯及其組合的碳氫化合物。
30.一種根據權利要求28的工藝，其特徵在於，所述第一製冷劑主要包括丙烷或丙烯，所述第二製冷劑包括至少大約75摩爾百分比的甲烷。
31.一種根據權利要求28的工藝，其特徵在於，該工藝還包括以下步驟(e)在第一冷卻器中用該第一製冷劑冷卻該天然氣；以及(f)在該第一冷卻器的下遊，在一節熱器中用該第二製冷劑冷卻該天然氣。
32.一種根據權利要求31的工藝，其特徵在於，該工藝還包括以下步驟(g)在由第二燃氣輪機驅動的第三壓縮機中壓縮第三製冷劑；(h)從該第二燃氣輪機回收廢熱；以及(i)利用至少一部分從該第二燃氣輪機回收的廢熱協助向該第一蒸汽輪機提供動力。
33.一種根據權利要求32的工藝，其特徵在於，該工藝還包括以下步驟(j)在該第一冷卻器的下遊和該節熱器的上遊，在第二冷卻器中用該第三製冷劑冷卻該天然氣。
34.一種根據權利要求33的工藝，其特徵在於，所述第一製冷劑主要包括丙烷或丙烯，所述第二製冷劑主要包括甲烷，所述第三製冷劑主要包括乙烷或乙烯。
35.一種根據權利要求34的工藝，其特徵在於，該工藝還包括以下步驟(k)在該第二冷卻器的下遊，分離至少一部分該天然氣以用作該第二製冷劑。
36.一種根據權利要求33的工藝，其特徵在於，該工藝還包括以下步驟(l)在由該第一燃氣輪機驅動的第四壓縮機中壓縮至少一部分該第三製冷劑；以及(m)在由該第二燃氣輪機驅動的第五壓縮機中壓縮至少一部分該第一製冷劑。
37.一種根據權利要求28的工藝，其特徵在於，該工藝還包括以下步驟(n)利用至少一部分從該第一燃氣輪機回收的廢熱協助向一第二蒸汽輪機提供動力；以及(o)在由該第二蒸汽輪機驅動的第六壓縮機中壓縮至少一部分該第二製冷劑。
38.一種根據權利要求37的工藝，其特徵在於，該工藝還包括以下步驟(p)在由該第一蒸汽輪機驅動的第七和第八壓縮機中壓縮至少一部分該第二製冷劑；以及(q)在由該第二蒸汽輪機驅動的第九和第十壓縮機中壓縮至少一部分該第二製冷劑。
39.一種根據權利要求38的工藝，其特徵在於，所述第一製冷劑主要包含丙烷，所述第二製冷劑主要包含甲烷，所述第三製冷劑主要包含乙烯。
40.一種用於使天然氣液化的工藝，所述工藝包括以下步驟(a)在由第一輪機驅動的第一壓縮機中壓縮第一製冷劑，所述第一製冷劑主要包括選自丙烷、丙烯及其組合的碳氫化合物；(b)在由該第一輪機驅動的第二壓縮機中壓縮第二製冷劑，所述第二製冷劑主要包括選自乙烷、乙烯及其組合的碳氫化合物；(c)在第一冷卻器中用該第一製冷劑冷卻該天然氣；以及(d)在第二冷卻器中用該第二製冷劑冷卻該天然氣。
41.一種根據權利要求40的工藝，其特徵在於，該工藝還包括以下步驟(e)在由第二輪機驅動的第三壓縮機中壓縮至少一部分該第一製冷劑；以及(f)在由該第二輪機驅動的第四壓縮機中壓縮至少一部分該第二製冷劑。
42.一種根據權利要求41的工藝，其特徵在於，所述第一和第二輪機是氣動輪機。
43.一種根據權利要求42的工藝，其特徵在於，該工藝還包括以下步驟(g)在一節熱器中用一部分該天然氣作為第三製冷劑來冷卻該天然氣。
44.一種根據權利要求43的工藝，其特徵在於，該工藝還包括以下步驟(h)在由第三輪機驅動的第五壓縮機中壓縮至少一部分該第三製冷劑，所述第三輪機是一蒸汽驅動的輪機。
45.一種根據權利要求44的工藝，其特徵在於，該工藝還包括以下步驟(i)從該第一和第二輪機中的至少一個回收廢熱；以及(j)利用至少一部分該回收的廢熱協助向該第三輪機提供動力。
46.一種根據權利要求45的工藝，其特徵在於，所述第二冷卻器位於該第一冷卻器的下遊，所述節熱器位於該第二冷卻器的下遊。
47.一種根據權利要求46的工藝，其特徵在於，所述第一製冷劑主要包括丙烷，所述第二製冷劑主要包括乙烯，所述第三製冷劑主要包括甲烷。
48.一種根據權利要求47的工藝，其特徵在於，該工藝還包括以下步驟(k)在由第四輪機驅動的第六壓縮機中壓縮至少一部分該第三製冷劑，所述第四輪機是一蒸汽驅動的輪機。
49.一種用於使天然氣液化的工藝，所述工藝包括以下步驟(a)使用一部分該天然氣作為第一製冷劑以冷卻該天然氣；(b)利用由第一蒸汽輪機驅動的第一組壓縮機壓縮至少一部分該第一製冷劑；以及(c)利用由第二蒸汽輪機驅動的第二組壓縮機壓縮至少一部分該第一製冷劑。
50.一種根據權利要求49的工藝，其特徵在於，所述第一和第二組壓縮機平行地連接到第一製冷循環中。
51.一種根據權利要求50的工藝，其特徵在於，所述第一組壓縮機包含串聯連接到該第一製冷循環中的至少兩個單獨的壓縮機，所述第二組壓縮機包含串聯連接到該第一製冷循環中的至少兩個單獨的壓縮機。
52.一種根據權利要求51的工藝，其特徵在於，步驟(b)包括使該第一組壓縮機中的各壓縮機以基本相同的速度旋轉，步驟(c)包括使該第二組壓縮機中的各壓縮機以基本相同的速度旋轉。
53.一種根據權利要求49的工藝，其特徵在於，該第一組壓縮機中相鄰的各壓縮機在不使用齒輪箱的情況下彼此驅動連接，該第二組壓縮機中相鄰的各壓縮機在不使用齒輪箱的情況下彼此驅動連接。
54.一種根據權利要求53的工藝，其特徵在於，所述第一組壓縮機包含串聯連接到該第一製冷循環中的至少三個單獨的壓縮機，所述第二組壓縮機包含串聯連接到該第一製冷循環中的至少三個單獨的壓縮機。
55.一種根據權利要求49的工藝，其特徵在於，該工藝還包括以下步驟(d)用由第一燃氣輪機驅動的第二製冷劑壓縮機壓縮第二製冷劑；(e)用該第二製冷劑冷卻該天然氣；(f)從該第一燃氣輪機回收廢熱；以及(g)利用該回收的廢熱協助向該第一和第二蒸汽輪機中的至少一個提供動力。
56.一種根據權利要求55的工藝，其特徵在於，所述第一製冷劑主要包括甲烷，所述第二製冷劑主要包括選自丙烷、丙烯、乙烷、乙烯及其組合的碳氫化合物。
57.一種用於起動一LNG裝置的方法，所述方法包括以下步驟(a)在蒸汽發生器中生成高壓蒸汽；(b)用該高壓蒸汽的第一部分向與第一燃氣輪機驅動地連接的第一起動蒸汽輪機提供動力；(c)用該高壓蒸汽的第二部分向與第二燃氣輪機驅動地連接的第二起動蒸汽輪機提供動力；(d)用該高壓蒸汽的第三部分向與第一組壓縮機驅動地連接的第一主蒸汽輪機提供動力；以及(e)用該高壓蒸汽的第四部分向與第一組壓縮機驅動地連接的第二主蒸汽輪機提供動力；
58.一種用於使天然氣液化的裝置，所述裝置在多個製冷循環中使用多種製冷劑以便在多個級中冷卻該天然氣，所述裝置包括用於壓縮第一製冷循環的第一製冷劑的第一壓縮機；用於壓縮第二製冷循環的第一製冷劑的第二壓縮機；用於驅動該第一和第二壓縮機的第一燃氣輪機；用於壓縮該第一製冷循環的該第一製冷劑的第三壓縮機；用於壓縮該第二製冷循環的該第二製冷劑的第四壓縮機；用於驅動該第三和第四壓縮機的第二燃氣輪機；用於壓縮第三製冷循環的第三製冷劑的第五壓縮機；用於驅動該第五壓縮機的第一蒸汽輪機；以及用於從該第一和第二燃氣輪機中的至少一個回收廢熱並利用該回收的廢熱協助向該第一蒸汽輪機提供動力的熱量回收系統。
59.一種根據權利要求58的裝置，其特徵在於，所述第一燃氣輪機包括一排氣口，所述第一蒸汽輪機包括一進氣口，所述熱量回收系統包括一間接換熱器，該換熱器具有與該第一燃氣輪機的排氣口流體連通的第一側和與該第一蒸汽輪機的進氣口流體連通的第二側。
60.一種根據權利要求58的裝置，其特徵在於，所述第一和第三壓縮機平行地流體連通到該第一製冷循環中，所述第二和第四壓縮機平行地流體連通到該第二製冷循環中。
61.一種根據權利要求60的裝置，其特徵在於，該裝置還包括用於壓縮該第三製冷循環中的第三製冷劑的第六壓縮機；以及用於向該第六壓縮機提供動力的第二蒸汽輪機。
62.一種根據權利要求61的裝置，其特徵在於，所述第五和第六壓縮機平行地流體連通到該第三製冷循環中。
63.一種根據權利要求62的裝置，其特徵在於，該裝置還包括用於壓縮該第三製冷劑的第七壓縮機，所述第七壓縮機由該第一蒸汽輪機驅動；以及用於壓縮該第三製冷劑的第八壓縮機，所述第八壓縮機由該第二蒸汽輪機驅動。
64.一種根據權利要求63的裝置，其特徵在於，該裝置還包括用於壓縮該第三製冷劑的第九壓縮機，所述第九壓縮機由該第一蒸汽輪機驅動；以及用於壓縮該第三製冷劑的第十壓縮機，所述第十壓縮機由該第二蒸汽輪機驅動。
65.一種根據權利要求64的裝置，其特徵在於，所述第五、第七和第九壓縮機串聯地流體連通到該第三製冷循環中，所述第六、第八和第十壓縮機串聯地流體連通到該第三製冷循環中。
66.一種根據權利要求65的裝置，其特徵在於，所述第五、第七和第九壓縮機與所述第六、第八和第十壓縮機平行地流體連通到該第三製冷循環中。
67.一種用於使天然氣液化的裝置，所述裝置在第一製冷循環中使用第一製冷劑以協助冷卻該天然氣，所述裝置包括第一蒸汽輪機；由該第一蒸汽輪機驅動並可用於壓縮至少一部分該第一製冷劑的第一組壓縮機；第二蒸汽輪機；以及由該第二蒸汽輪機驅動並可用於壓縮至少一部分該第一製冷劑的第二組壓縮機。
68.一種根據權利要求67的裝置，其特徵在於，所述第一組壓縮機包含串聯連接到該第一製冷循環中的至少兩個單獨的壓縮機，所述第二組壓縮機包含串聯連接到該第一製冷循環中的至少兩個單獨的壓縮機。
69.一種根據權利要求68的裝置，其特徵在於，該第一組壓縮機中的所述各壓縮機以一種方式彼此驅動連接，該方式要求當由該第一蒸汽輪機驅動時該第一組壓縮機中的所有壓縮機以基本相同的速度旋轉；並且，該第二組壓縮機中的所述各壓縮機以一種方式彼此驅動連接，該方式要求當由該第二蒸汽輪機驅動時該第二組壓縮機中的所有壓縮機以基本相同的速度旋轉。
70.一種根據權利要求68的裝置，其特徵在於，所述第一和第二組壓縮機平行地連接到該第一製冷循環中。
71.一種根據權利要求70的裝置，其特徵在於，所述第一製冷劑主要包括甲烷。
72.一種根據權利要求68的裝置，其特徵在於，該第一組壓縮機中的所述各壓縮機在不使用齒輪箱的情況下彼此驅動連接，該第二組壓縮機中的所述各壓縮機在不使用齒輪箱的情況下彼此驅動連接。
73.一種根據權利要求72的裝置，其特徵在於，所述第一組壓縮機包含串聯連接到該第一製冷循環中的至少三個單獨的壓縮機，所述第二組壓縮機包含串聯連接到該第一製冷循環中的至少三個單獨的壓縮機。
74.一種根據權利要求73的裝置，其特徵在於，所述第一製冷劑包含至少75摩爾百分比的甲烷。
75.一種根據權利要求1的工藝，其特徵在於，該工藝還包括以下步驟(m)蒸發通過步驟(a)-(d)生成的液化天然氣。
76.一種根據權利要求13的工藝，其特徵在於，該工藝還包括以下步驟(m)蒸發通過步驟(a)-(e)生成的液化天然氣。
77.一種根據權利要求28的工藝，其特徵在於，該工藝還包括以下步驟(r)蒸發通過步驟(a)-(d)生成的液化天然氣。
78.一種根據權利要求40的工藝，其特徵在於，該工藝還包括以下步驟(l)蒸發通過步驟(a)-(d)生成的液化天然氣。
79.一種根據權利要求49的工藝，其特徵在於，該工藝還包括以下步驟(h)蒸發通過步驟(a)-(c)生成的液化天然氣。
全文摘要
本發明公開了一種具有最優的機械驅動器和壓縮機配置的天然氣液化系統。該液化系統可使用熱量回收系統以提高熱效率。還可使用一獨特的起動系統。
文檔編號F25J1/02GK1703606SQ03823899
公開日2005年11月30日 申請日期2003年9月24日 優先權日2002年10月7日
發明者B·D·馬丁內斯, S·R·薩克爾, P·R·哈恩, N·P·博達, W·R·奎爾斯 申請人:科諾科菲利浦公司