用於生產冷卻的烴流的方法和設備的製作方法

2023-05-04 03:41:36 2

專利名稱：用於生產冷卻的烴流的方法和設備的製作方法
技術領域：
本發明提供了一種生產冷卻的烴流的方法，所述方法包括對烴流進行冷卻。本發明還提供了一種用於從烴流中生產出冷卻的烴流的設備。
背景技術：
要冷卻的普通烴流是天然氣流。這樣的天然氣流可被冷卻到其被液化的程度，在這種情況下，其通常被稱為液化天然氣(LNG)。有很多理由期望對天然氣進行液化。作為一個實例，天然氣作為液體可比氣體形式更加容易進行存儲以及長距離運輸，因為其佔據較小的體積並且不需要在高壓下存儲。 這種液化天然氣如果被保持在低溫溫度(諸如處於-160°C或以下)下，可在大氣壓力下進行存儲。美國專利US 6，370，910公開了一種用於對富甲烷的流進行液化的方法。天然氣流流到洗滌塔，在該洗滌塔中，較重的烴被移除，以提供一種氣態的塔頂流(overhead stream)。來自洗滌柱的氣態塔頂流在輔助(預冷卻)的換熱器中被部分冷凝。冷凝流然後從部分冷凝的塔頂氣態流中移除，以提供富甲烷的流。富甲烷的流然後通過在主換熱器的殼側中在低壓下蒸發的多組分冷凍劑進行間接熱交換而在布置在主換熱器內的管中被液化。多組分冷凍劑可從主換熱器的殼側排出並且被壓縮。壓縮的多組分冷凍劑然後通過與在輔助換熱器的殼側中在低壓下蒸發的輔助(預冷卻)多組分冷凍劑進行間接熱交換，而在布置於輔助(預冷卻)換熱器內的管中以升高的冷凍劑壓力被部分地冷凝。部分冷凝的多組分冷凍劑然後返回到主換熱器。美國專利US 6，370，910公開了一個實施例，其中，對壓縮的多組分冷凍劑進行部分冷凝的步驟包括通過與在第一輔助換熱器的殼側中在中等壓力下蒸發的輔助多組分冷凍劑進行間接熱交換，而在布置於第一輔助換熱器中的管中以升高的壓力將其進行冷卻。 然後通過與在第二輔助換熱器的殼側中在低壓下蒸發的輔助多組分冷凍劑進行間接熱交換，該多組分冷凍劑在布置於第二輔助換熱器內的管中被進一步冷卻。與美國專利US 6, 370,910的液化過程相關聯的一個問題是，如何對其進行優化控制，尤其是關於提供在輔助多組分冷凍劑的不同壓力下操作的兩個輔助換熱器的布局 (line-up)。存在所有類型的過程變量，該過程變量可被選擇或操控，以控制輔助換熱器中的冷卻過程。

發明內容
本發明提供了一種生產冷卻的烴流的方法，所述方法包括對烴流的冷卻。該方法包括至少以下步驟(a)通過在第一壓力水平下在第一換熱器中依靠第一膨脹的第一冷凍劑流來冷卻第一流和第一冷凍劑迴路中的壓縮的第一冷凍劑流，以提供冷卻的第一流、第一冷卻的第一冷凍劑流和第一暖化的第一冷凍劑流，該第一冷凍劑迴路包括第一混合的冷凍劑；(b)在第一膨脹裝置中對第一冷卻的第一冷凍劑流的第一部分進行膨脹，以提供第一膨脹的第一冷凍劑流；(C)通過在第二換熱器中依靠第二膨脹的第一冷凍劑流來冷卻一股或多股第二流以及第一冷卻的第一冷凍劑流的第二部分，以提供一股或多股冷卻的第二流、進一步冷卻的第一冷凍劑流以及第二暖化的第一冷凍劑流，其中，一股或多股第二流至少包括所述冷卻的第一流和由所述冷卻的第一流衍生的附屬流，由此烴流被包含在所述一股或多股第二流中，以至少提供所述冷卻的烴流；(d)在第二膨脹裝置中對所述進一步冷卻的第一冷凍劑流的至少第一部分進行膨脹，以提供第二膨脹的第一冷凍劑流，所述第二膨脹的第一冷凍劑流處於比所述第一膨脹的第一冷凍劑流低的壓力下，以及(e)在第一壓縮機中對所述第一暖化的第一冷凍劑流和所述第二暖化的第一冷凍劑流的氣態部分進行壓縮，然後對來自第一壓縮機的壓縮流進行冷卻，以提供壓縮的第一冷凍劑流；所述方法還包括下述步驟通過使用基於模型預測控制的先進過程控制器而對步驟(a)到(e)進行控制，以確定對於一組操控變量的同步控制行為，以便在控制一組控制變量中的至少一個的同時對要優化的一組參數中的至少一個參數進行優化，其中所述一組操控變量包括-第一冷凍劑迴路中的第一混合的冷凍劑存量的組分，-第一膨脹裝置的設定，和-第二膨脹裝置的設定，其中所述一組控制變量包括-所述一股或多股冷卻的第二流中的至少一股的溫度，-所述第一暖化的第一冷凍劑流與下述流中的至少一種之間的溫度差(i)所述壓縮的第一冷凍劑流和(ii)所述第一流，-所述第二暖化的第一冷凍劑流與下述流中的至少一種之間的溫度差(i)所述第一冷卻的第一冷凍劑流的第二部分和(ii)呈所述冷卻的第一流和/或從所述冷卻的第一流衍生的附屬流的形式的所述一股或多股第二流中的一股，-下述控制變量中的至少一個(i)第一冷卻的第一冷凍劑流與第一膨脹的第一冷凍劑流之間的溫度差和(ii)所述進一步冷卻的第一冷凍劑流與所述第二膨脹的第一冷凍劑流之間的溫度差，以及-由第一壓縮機消耗的動力；以及，其中要優化的所述一組參數包括冷卻的烴流的生產率和/或第一冷凍劑迴路的冷卻效率。在另一個方面，本發明提供了一種用於從烴流生產出冷卻的烴流的設備，所述設備包括-第一冷凍劑迴路，所述第一冷凍劑迴路包括第一混合的冷凍劑存量；第一膨脹裝置；第二膨脹裝置；第一壓縮機；和一個或多個第一冷卻器，所述一個或多個第一冷卻器對於來自第一壓縮機的壓縮流進行冷卻，從而提供壓縮的第一冷凍劑流；
-第一換熱器，所述第一換熱器布置用於在第一壓力下依靠第一膨脹的第一冷凍劑流來對第一流和壓縮的第一冷凍劑流進行冷卻，以提供冷卻的第一流、第一冷卻的第一冷凍劑流和第一暖化的第一冷凍劑流，第一膨脹裝置布置用於接收第一冷卻的第一冷凍劑流的第一部分並且提供第一膨脹的第一冷凍劑流；-第二換熱器，第二換熱器布置用於依靠第二膨脹的第一冷凍劑流對一股或多股第二流和第一冷卻的第一冷凍劑流的第二部分進行冷卻，以提供一股或多股冷卻的第二流、進一步冷卻的第一冷凍劑流和第二暖化的第一冷凍劑流，第二膨脹裝置布置用於接收進一步冷卻的第一冷凍劑流的至少第一部分，以提供第二膨脹的第一冷凍劑流，所述第二膨脹的第一冷凍劑流處於比所述第一膨脹的第一冷凍劑流低的壓力下，所述一股或多股第二流至少包括所述冷卻的第一流或由所述冷卻的第一流衍生出的附屬流，由此烴流被包括在所述一股或多股第二流中，以便至少提供所述冷卻的烴流；-第一壓縮機，所述第一壓縮機布置用於對所述第一暖化的第一冷凍劑流和所述第二暖化的第一冷凍劑流中的氣態部分進行壓縮；-先進的過程控制器，所述過程控制器包括基於模型預測控制的計算機可執行代碼來確定對於一組操控變量的同步控制作用，以便在控制一組控制變量中的至少一個的同時對要優化的一組參數中的至少一個參數進行優化，其中，所述一組操控變量包括-第一冷凍劑迴路中的第一混合的冷凍劑存量的組分，-第一膨脹裝置的設定，和-第二膨脹裝置的設定，其中所述一組控制變量包括-所述一股或多股冷卻的第二流中的至少一股的溫度，-第一暖化的第一冷凍劑流與下述流中的至少一種之間的溫度差(i)壓縮的第一冷凍劑流和(ii)第一流，-第二暖化的第一冷凍劑流與下述流中的至少一種之間的溫度差(i)第一冷卻的第一冷凍劑流的第二部分和(ii)呈冷卻的第一流和/或由該冷卻的第一流衍生的附屬流的形式的一股或多股第二流中的一種，-下述控制變量中的至少一個(i)第一冷卻的第一冷凍劑流與第一膨脹的第一冷凍劑流之間的溫度差和(ii)進一步冷卻的第一冷凍劑流與第二膨脹的第一冷凍劑流之間的溫度差，以及-由第一壓縮機消耗的動力；以及，其中要優化的一述組參數包括所述冷卻的烴流的生產率和/或所述第一冷凍劑迴路的冷卻效率。所述冷卻效率可反映隨著時間的推移在第一壓縮機中消耗的動力與所生產出的冷卻烴流的量的關係。


現在將參照所附的非限制性附圖僅僅通過舉例來描述本發明的實施例，附圖中圖1是根據第一實施例的用於對烴流進行冷卻的方法和設備的圖示方案；以及圖2是根據第二實施例的用於對烴流進行冷卻和液化的方法和設備的圖示方案；
具體實施例方式為了進行描述，單個附圖標記將被分配給線路以及在該線路中運送的流。在不同附圖中所使用的相同附圖標記標識同一線路和流。每當參考「低壓」、「中等壓力」和「高壓」時；這意味著涉及以該次序相對於第一冷凍劑迴路中的其他壓力水平的相對壓力水平。如在此所使用，術語「設定」用來表示設備(諸如閥)的打開程度。術語「對控制變量進行控制」表示將控制變量保持在預定值(設定點)或者保持在預定範圍(設定範圍) 內。如在此所使用的，術語「對參數進行優化」用於指使參數最大化或最小化，以及使參數處於預定值。在此所公開的方法和設備優選地作為用於烴的液化過程的一部分而對烴流進行冷卻。該冷卻過程使用基於模型預測控制的先進過程控制器進行控制，以對冷卻的烴流的生產率和/或製冷過程的效率進行優化。膨脹裝置的設定是操控變量。對將第一混合製冷劑傳送到第一換熱器和第二換熱器的膨脹裝置的設定進行操控使得冷卻方法最優化。通過改變膨脹裝置的設定，可操縱第一混合的製冷劑在膨脹裝置兩側間的壓力變化。這進而調整第一冷凍劑在膨脹裝置兩側間的溫度變化，從而使得可操縱膨脹的第一冷凍劑流冷卻第一流和第二流所處的溫度。模型預測控制或基於模型預測控制的模型本身是一種已知的技術，如在Perry』 s Chemical Engineers'Handbook, 7th Edition, page 8-5to 8-27 (Perry ^^ΨΧ^ΜΨΜ, 第7版，第8-25頁到第8-27頁)所公開的。在美國專利US 6，272，882中，其已經被應用於液化工藝中，該工藝對氣態富甲烷進料進行液化，以獲得液化產品，並且冷凍劑部分的質量流率和要冷卻的流的質量流率可被用作操控變量。在主換熱器的暖化終端與中點之間的溫度差作為控制變量，以用於優化液化產品的生產量。美國專利US 6，272，882主要涉及主換熱器的操控，而不涉及預冷卻換熱器。在美國專利US 6，272，882中所公開的先進過程控制原理，在單一壓力下利用了較輕的混合冷凍劑部分和較重的混合冷凍劑部分的不同組分和流速，該應用並不適合於如在本發明的情況那樣在不同壓力水平下對混合的冷凍劑進行控制。尤其是，美國專利US 6，272，882將混合冷凍劑的較輕部分和較重部分的質量流率作為操控變量。在當前情況下，將其用來對第一流和第二流進行冷卻會導致對第一混合冷凍劑的質量流率進行操控。已經發現的是，第一混合冷凍劑的質量流率的操控並不使得對冷卻的烴流的生產量進行可接受的最優化。本發明的方法利用了對第一膨脹裝置和第二膨脹裝置中至少一個的兩側間的溫度差進行控制，而不是對冷凍劑流的質量流率進行控制。本發明的一個優點是，第一混合冷凍劑的冷卻曲線易於與第一流和第二流的冷卻曲線相匹配。美國專利US 6，272，882教導了使用兩種混合冷凍劑組分(即較輕的氣態部分和較重的液態部分)，這可通過在分離容器中對部分冷凝的冷凍劑流進行分離而被控制。 改變這樣的混合冷凍劑的整體組分以更改較輕冷凍劑部分和較重冷凍劑部分的各自組分是很難並且費時的。相比之下，本發明使得第一混合冷凍劑的冷卻曲線通過控制第一混合冷凍劑的溫度差而改變。單個混合冷凍劑組分的冷卻曲線可被優化，以與第一流和第二流的冷卻曲線精密匹配。圖1示出了設備1的第一實施例，該設備用於實施對烴流50進行冷卻以提供呈冷卻的烴流60形式的冷卻的第二流的方法。該設備包括第一冷凍劑迴路100，第一冷凍劑迴路包含第一混合的冷凍劑存量。第一冷凍劑迴路100包括第一壓縮機105以及用於對來自第一壓縮機105的壓縮流出流(effluent stream) 110進行冷卻的一個或多個第一冷卻器 11 到115c。來自最後一個第一冷卻器(在此為115c)的流出流是壓縮的第一冷凍劑流 120。圖1的設備還包括第一換熱器125。第一換熱器125布置用於對第一流(例如呈第二冷凍劑流220形式)以及壓縮的第一冷凍劑流120進行冷卻，每股流分別處於管側221， 121中。冷卻介質由第一換熱器125的殼側中的第一膨脹的第一冷凍劑流140形成。在第一換熱器125的冷端部處，有用於提供至少一股冷卻的第一流(例如呈冷卻的第二冷凍劑流230)的出口，以及有用於第一冷卻的第一冷凍劑流130的出口。在暖端部處或附近，有用於第一暖化的第一冷凍劑流150的出口。第一膨脹裝置135布置用於接收第一冷卻的第一冷凍流130的第一部分130a，以及將第一膨脹的第一冷凍劑流140提供給第一換熱器125 的殼側。該設備還包括第二換熱器145，該第二換熱器布置用於對冷卻的第一流進行冷卻， 該冷卻的第一流可以是冷卻的第二冷凍劑流230、烴流50以及第一冷卻的第一冷凍劑流 130的第二部分130b，每股流分別處於管側231、51、131中。冷卻介質由第二換熱器145的殼側中的第二膨脹的第一冷凍劑流170形成。在第二換熱器145的冷端部處，有用於至少提供冷卻的烴流60的出口，有用於另一冷卻的第一流(例如呈另一冷卻的第二主冷凍劑流 240)的出口，以及有用於進一步冷卻的第一冷凍劑流160的出口。在暖端部處或附近，有用於第二暖化的第一冷凍劑流180的出口。第一膨脹裝置165布置用於至少接收進一步冷卻的第一冷凍劑流160的第一部分，並且將第二膨脹的第一冷凍劑流170提供給第二換熱器 145的殼側。壓縮機105布置用於對第一暖化的第一冷凍劑流150和第二暖化的第一冷凍劑流 180的氣態部分進行壓縮。其具有低壓吸入口和中等壓力吸入口，該低壓吸入口布置用於接收第二暖化的第一冷凍劑流180的其他部分180'，該中等壓力吸入口用於接收第一暖化的第一冷凍劑流150的氣態部分150'。可替代地，可使用多個壓縮機。烴流50是流到一個或多個第二換熱器145的一股或多股第二流中的一股(第一股)。烴流50被供給到第二換熱器145中的第二換熱器烴流管51，在該處，其可通過與在第二換熱器145的殼側中的低壓蒸發的第一混合的冷凍劑進行間接熱交換而被冷卻。優選的是，烴流50可在第二換熱器145中被部分冷凝。冷卻的(優選部分冷凝的)烴作為冷卻的烴流60流出第二換熱器145，該冷卻的烴流是冷卻的第二流。第一混合的冷凍劑可以是預冷卻的冷凍劑迴路中的預冷卻冷凍劑， 下面更詳細地描述對第一混合的冷凍劑的操作。圖1的排布還公開了對另一第二流(例如，呈冷卻的第二冷凍劑流230)以及一個或多個第一流(例如，包括第二冷凍劑流220)的冷卻。在此所公開的方法對於第二混合的冷凍劑進行冷卻是尤其有益的，該第二混合的冷凍劑可用於在第二冷卻階段(未顯示)中對冷卻的烴流60進一步冷卻和優選液化。將結合圖2的實施例更詳細地描述這樣的第二冷卻階段。第二混合的冷凍劑優選被冷卻，並且更加優選地在兩個階段中進行部分冷凝。第二混合的冷凍劑可在第一冷卻階段中流過第一換熱器125和第二換熱器145中的一個或兩個。第一混合的冷凍劑可流入第二換熱器125中，作為呈第二冷凍劑流220形式的一股(第一)第一流。在第一換熱器125的第二冷凍劑管221中，第二股第二混合的冷凍劑通過與在第一換熱器125的殼側中在中等壓力下蒸發的第一混合的冷凍劑進行間接熱交換而在升高的壓力下被冷卻。冷卻的第二混合的冷凍劑作為呈冷卻的第二冷凍劑流230形式的冷卻的第一流離開第一換熱器125。冷卻的第二冷凍劑流230可作為(第二)第二流230而流到第二換熱器145。在第二換熱器145的第二個第二冷凍劑管231中，冷卻的第二混合的冷凍劑流通過與在第二換熱器145的殼側中在低壓下蒸發的第一冷凍劑進行間接熱交換而在升高的壓力下被進一步冷卻，優選地被部分冷凝。另一冷卻的第二冷凍劑作為(第二)冷卻的第二流而離開第二換熱器145，該冷卻的第二流可呈現另一冷卻的第二主冷凍劑流240的形式。另一冷卻的第二冷凍劑流240然後可流到主換熱器(未顯示)，以提供冷卻。回到第一冷凍劑迴路，在第一換熱器125的殼側中在中等壓力下蒸發的第一混合的冷凍劑作為第一暖化的冷凍劑流150而在大約中等壓力水平下從該處移除。第一暖化的第一冷凍劑流150可流到第一擋板式氣液分離罐(knock out drum) 155，以移除任何液相，之後，將第一暖化的第一冷凍劑流150的氣態組分作為氣態的第一暖化的第一冷凍劑流150'而流到第一壓縮機105。第一壓縮機105可以是兩級壓縮機。第一壓縮機可設置成一個或多個第一壓縮機的形式(例如，串聯結構，其中一個或多個第一壓縮機中的一個執行一個或多個壓縮階段， 而一個或多個第一壓縮機中的隨後一個進行一個或多個隨後的壓縮階段；或者並聯結構， 其中並行布置的壓縮機中的每一個對所有氣態的第一暖化的第一冷凍劑流150'中的一部分進行壓縮)，共同用作第一壓縮機。第一壓縮機105可由第一驅動器Dl所驅動，該第一驅動器諸如是氣體渦輪機、蒸汽渦輪機、電動機或者它們的組合。在第一壓縮機105的第二階段中，混合的氣態第一暖化的第一冷凍劑流150'被壓縮到升高的壓力，以提供壓縮流 110。壓縮熱連同從第一流和第二流(對於此，可使用120、50、130b、230中的任一個) 以及壓縮的第一冷凍劑流120中吸收的熱量中的至少一部分通過使用一個或多個第一冷卻設備115(諸如環境空氣冷卻器115a、115b)而被移除，以分別提供(第一)和(第二) 冷卻且壓縮的第一冷凍劑流lHa、114b。存在於壓縮流110中的熱量的大部分從作為第一流的第二冷凍劑流220和作為第二流的冷卻的第二冷凍劑流230中吸收。(第二)冷卻且壓縮的第一冷凍劑流114b示出為流到第一冷凍劑存儲器117。第一冷凍劑存儲器117還可由一個或多個冷凍劑組分組成流116進行供給。圖1示出了第一個和第二個第一冷凍劑組分組成流116a、116b，其可補充從第一冷凍劑迴路100中的第一冷凍劑存量中移除或洩露的組分。第一組分和第二組分的選擇性添加則可改變第一混合冷凍劑的組分。為了保持第一冷凍劑迴路中的第一混合的冷凍劑的穩定的質量平衡，可設置第一冷凍劑排出流。如在圖1中所示的實施例中的實例，第一冷凍劑可從(第一)冷卻且壓縮的第一冷凍劑流IHa中經由第一冷凍劑排出流119而被移除。如果期望從第一冷凍劑迴路100中的第一混合冷凍劑存量中移除較輕組分和較重組分，則這是優選的。在一個可替代實施例中(並未在圖1中示出)，一個或多個第一冷凍劑排出流可從第一冷凍劑存儲器117中移除。如果第一冷凍劑排出流來自存儲器117的頂部，則可擇優移除第一混合的冷凍劑的輕的氣態組分。如果第一冷凍劑排出流處於存儲器117的底部或附近，則可擇優移除第一混合的冷凍劑的重的液態組分。由此，可能調節第一混合的冷凍劑的組分。第一混合的冷凍劑可從第一冷凍劑存儲器117作為第一冷凍劑進料流118被排出，該第一冷凍劑進料流可在冷卻設備(諸如環境冷卻器)115c中被冷卻，以提供壓縮的第一冷凍劑流120。壓縮的第一冷凍劑流120作為(第二)第一流而流到第一換熱器125。壓縮的第一冷凍劑流120流過第一換熱器125中的(第二)第一流管121，在其中，該壓縮的第一冷凍劑流被冷卻，以提供第一冷卻的第一冷凍劑流130。第一冷卻的第一冷凍劑流130例如通過使用分流器(諸如T形管)被分成第一部分130a和第二部分130b，保持第一部分和第二部分的組分與第一冷卻的第一冷凍劑流130 的組分相同。第一冷卻的第一冷凍劑流130的第一部分130a流過第一膨脹裝置(諸如呈焦耳-湯姆遜閥的形式)135，流到第一換熱器125的殼側的冷端部，在該處，使得其在中等壓力水平下蒸發。蒸發的第一冷凍劑從流過管121和221的兩個第一流(壓縮的第一冷凍劑流120和第二冷凍劑流220)中提取熱量。第一冷卻的第一冷凍劑流130的剩餘部分(即第一冷卻的第一冷凍劑流130的第二部分130b)流到第二換熱器145。第二部分130b流到布置在第二換熱器145中的第二個第一冷凍劑管131中，在該處，該第二部分被冷卻以提供進一步冷卻的第一冷凍劑流160。進一步冷卻的第一冷凍劑流160流到第二膨脹裝置(諸如呈焦耳-湯姆遜閥的形式)165，以提供第二膨脹的第一冷凍劑流170。第二膨脹的第一冷凍劑流170處於比第一膨脹的第一冷凍劑流140低的壓力下。第二膨脹的第一冷凍劑流170流到第二換熱器145 的殼側的冷端部，在該處，使得其在低壓下蒸發。蒸發的第一冷凍劑從流過管51和231的第二流(例如，烴流50和/或冷卻的第二冷凍劑流230)中提取熱量，以及從管131中的第一冷卻的第一冷凍劑流130的第二部分130b中提取熱量。在低冷凍劑壓力下蒸發的第一混合的冷凍劑作為第二暖化的第一冷凍劑流180 而從第二換熱器145的殼側中移除。第二暖化的第一冷凍劑流180可流動到第二擋板式氣液分離罐185，以在使第二暖化的第一冷凍劑流180的氣態組分以氣態第二暖化的第一冷凍劑流180'的形式流到第一壓縮機105之前移除任何液相。在兩級壓縮機105中，第一混合的冷凍劑可被壓縮到升高的壓力，以提供壓縮流110。明顯的是，一個或多個第一冷卻器115可以是水冷卻器而不是空氣冷卻器，如果需要的話，還可由設使用另一冷卻劑的換熱器進行補充。第一膨脹裝置135和/或第二膨脹裝置165可由膨脹渦輪替代或補充。第一換熱器125和第二換熱器145可獨立選自於捲筒(spool wound)式換熱器或翼板式換熱器，儘管上述描述是具體參照捲筒式換熱器進行描述的。
在一個可替代的實施例中，烴流可在第一換熱器和第二換熱器兩者中進行冷卻。 例如，圖2公開了一種設備(line-up)，其包括兩個都在中等壓力下操作的(也就是第一個和第二個)第一換熱器12fe、125b以及一個在低壓下運行的第二換熱器145。烴進料流20被提供並流到第二個第一換熱器12 ，在該處，其被冷卻。烴進料流 20優選已經被預處理，以便移除不期望的組分，例如酸性氣體，下面將進行進一步描述。在一個優選的實施例中，第二個第一換熱器12 可用於分離出存在於烴進料流20中的任何 (剩餘的)水。烴進料流20可存在於第一換熱器烴流管21中，並且依靠在中等壓力下在第二個第一換熱器12 的殼側中的第一混合的冷凍劑被冷卻。第二個第一換熱器12 根據期望可以是釜式換熱器，捲筒式換熱器或翼板式換熱器。使得第一混合的冷凍劑隨著其冷卻烴進料流20而蒸發，以提供第二股第一暖化的第一冷凍劑流150b以及作為冷卻的第一流的冷卻的烴進料流30。第二股第一暖化的第一冷凍劑流150b由第二股第一膨脹的第一冷凍劑流140b以及由第一冷卻的第一冷凍劑流130的流過(第二個)第一膨脹裝置13 的第三部分130c 來提供，該第一膨脹裝置例如為焦耳-湯姆遜閥或渦輪膨脹器。第一股冷卻的第一冷凍劑流130作為來自不同換熱器的第一冷卻流進行提供，在這種情況下，第一個第一換熱器12 可以是盤管式換熱器或翼板式換熱器。第一個的第一換熱器12 以與圖1的實施例類似的方式對一股第一流(呈第二冷凍劑流220的形式)以及壓縮的第一冷凍劑流120進行冷卻。因而，在圖2所述的設備中，提供兩個第一流，烴進料流20和第二冷凍劑流220，這兩個第一流在單獨的第一換熱器12fe、125b中進行冷卻。在這種情況下，在冷卻之後，第一股的第一暖化的第一冷凍劑流150a從第一個的第一換熱器12 的殼側提供。這可與來自第二個第一換熱器的(第二股)第一暖化的第一冷凍劑流150b相組合，並且流到第一壓縮機105的中等壓力階段的吸入口。第一壓縮機105提供了壓縮流110，該壓縮流可流動到一個或多個第一冷卻器(諸如環境空氣或水冷卻器)115，其移除了壓縮熱以及從第一流和第二流(例如由120、50、 130b,230標記的流)中所吸收的熱量的至少一部分，以及提供了第一混合的冷凍劑的自身冷卻。第一冷卻器115提供了可流到第一存儲器117的冷卻的第一壓縮機冷凍劑流114。 可在第一存儲器117中以與圖1的實施例類似的方式調整第一混合的冷凍劑存量的組分。 第一存儲器117將壓縮的第一冷凍劑流120提供給第一個第一換熱器12fe。回到由第二個第一冷凍劑換熱器12 所提供的冷卻的烴進料流30，其可流動到天然氣液體(NGL)回收塔45，例如分餾塔或洗滌塔，例如，呈脫甲烷塔的形式，其提供了液體底部流，例如來自塔底部處或附近的天然氣液體流40，以及提供了塔頂氣態流，該塔頂氣態流為烴流50。在第二換熱器145中以與圖1的實施例類似的方式用第一冷卻的第一冷凍劑流 130的第二部分130b對作為第二流的烴流50以及作為另一個第二流的冷卻的第二冷凍劑流230進行冷卻。冷卻的烴流60是由第二換熱器145所提供的冷卻的第二流，其可流到第一分離器 65。第一分離器65提供了冷卻的烴流60的呈富甲烷頂部流70的形式一部分和貧甲烷的底部流80。該貧甲烷的底部流80可作為回流流動到NGL回收塔45。貧甲烷的底部流80 可首先被輸送到回流的擋板式氣液分離器(未示出)，以移除氣態部分。貧甲烷的底部流的液體部分然後由回流泵75進行加壓，以提供(加壓的)貧甲烷底部流80a，該(加壓的) 貧甲烷底部流80a可在塔工作壓力下或稍高於該壓力的壓力下供給到NGL回收塔45。貧甲烷的底部流80可返回到分餾塔45的上部部分。通過在第一分離器65進行分離之前在第二換熱器145中冷卻該冷卻的烴流50，回流流可在與沒有進行該預冷卻的設備相比更低的溫度下被提供。該回流的溫度確定了供給到NGL回收塔45的冷卻的烴流60 的溫度上限。這允許提供更高效的工藝，因為從NGL回收塔45的頂部抽出的富甲烷流70 可在更加低的溫度下被冷卻，優選被部分冷凝。結果，第二換熱器145的冷端部處的溫度可以更加低。因而，第一混合的冷凍劑被冷卻到的溫度更加低，並且這導致了冷凍劑的較低循環率。富甲烷流70然後可流到一個或多個主換熱器85，在該主換熱器中，其可在主換熱器的富甲烷流管71中依靠主換熱器85的殼側中的第二冷凍劑而被冷卻並且至少部分地 (優選完全)被液化。第二冷凍劑可以是第二冷凍劑迴路中的第二混合的冷凍劑，其操作對於本領域技術人員來說是已知的。操作第二冷凍劑的一個實例可在US專利6，370910中找到。主換熱器85可以是低溫主換熱器。主換熱器85提供了呈部分(優選完全)液化的烴流90形式的至少部分(優選完全)液化的流。該至少部分(優選完全)液化的烴流90的壓力可在終端閃蒸膨脹裝置(諸如焦耳-湯姆遜閥和/或膨脹器)87中被降低，以提供膨脹的烴流91。膨脹的烴流91可流到終端閃蒸分離器95，以提供終端閃蒸流97和液化烴產品流 99。在一個優選的實施例中，當烴進料流20是天然氣流時，液化烴產品流99將是LNG流。在此所描述的用於冷卻的方法和設備可使用先進的過程控制器進行控制。在控制器中所使用的模型基於預測控制來確定一組操控變量的同步控制行為，從而在控制至少一個控制變量或一組控制變量的同時優化要優化的一組參數中的至少一個參數。該一組操控變量包括-第一冷凍劑迴路100中的第一混合的冷凍劑存量的組分，-第一膨脹裝置1；35的設定，以及-第二膨脹裝置165的設定。第一膨脹裝置135和第二膨脹裝置165中，先進的過程控制器可有益地賦予兩側間壓力變化最低的設備更多權重，以使得其提供第一混合的冷凍劑的最小溫度降低。對第一膨脹裝置135和第二膨脹裝置165的設定可通過由來自先進的過程控制器的控制信號所控制的致動器來改變。這種控制器還可將致動器構造在第一排出流和一個或多個第一冷凍劑組分構成流中一個或多個上，經由控制信號調整第一冷凍劑迴路100中的第一混合的冷凍劑存量的組分。如上所論述的，第一混合的冷凍劑存量的組分的任何操控可經由第一冷凍劑存儲器117來實現。然而，重要的是要注意到，儘管第一冷凍劑迴路100中的第一混合的冷凍劑
13存量的組分可被改變，壓縮的第一冷凍劑流120中以及第一個暖化的第一冷凍劑流150和第二個暖化的第一冷凍劑流180中的一個或優選兩個中的第一混合的冷凍劑存量的組分是相同的。優選地，流過第一膨脹裝置135的第一冷凍劑流的組分與流過第二膨脹裝置165 的第一冷凍劑流的組分相同。該一組控制變量包括以下組中的一個或多個-一股或多股冷卻的第二流(例如呈冷卻的烴流60和/或另一冷卻的第二主冷凍劑流MO的形式)中的至少一個的溫度，優選地為冷卻的烴流60的溫度，-第一暖化的第一冷凍劑流150與下述流中的至少一種之間的溫度差(i)壓縮的第一冷凍劑流120和(ii)第一流(例如呈烴進料流20和/或第二冷凍劑流220的形式)，-第二暖化的第一冷凍劑流180與下述流中的至少一種之間的溫度差(i)第一冷卻的第一冷凍劑流130的第二部分130b和(ii) 一個或多個呈冷卻的第一流(冷卻的烴進料流30和/或冷卻的第二冷凍劑流230)和/或衍生於冷卻的第一流30的流(其被稱為 「附屬流」)的形式的第二流(例如呈流30、50、230中任一種的形式)中的一種，下述控制變量中的至少一個(i)第一冷卻的第一冷凍劑流130與第一膨脹的第一冷凍劑流140之間的溫度差以及(ii)進一步冷卻的第一冷凍劑流160與第二膨脹的第一冷凍劑流170之間的溫度差，以及-由一個或多個第一壓縮機105消耗的動力。上述的第二控制變量和第三控制變量設法限定流出第一換熱器和第二換熱器的暖化的第一冷凍劑與進入該換熱器的暖端部的流中的至少一股之間的溫度變化。關於上述的第二控制變量，確定了第一暖化的第一冷凍劑流150與第一換熱器 125暖端部處的流中的至少一股之間的溫度差。第一換熱器125的暖端部處的所述流可選自包括第一流和壓縮的第一冷凍劑流120的組。第一流可優選地選自包括烴進料流20 (如圖2中所論述的)和第二冷凍劑迴路(未示出)中的第二冷凍劑流22的組。優選的是，導致最低溫度差的這些流的結合被作為控制變量賦予了相對大的權重。關於上述的第三控制變量，確定了第二暖化的第一冷凍劑流180與第二換熱器 145的暖端部處的這些流中的至少一股之間的溫度差。第二換熱器145的暖端部處的所述流可選自包括第一冷卻的第一冷凍劑流130的第二部分130b以及呈冷卻的第一流30、230 和/或從冷卻的第一流衍生出的附屬流的形式的一股或多股第二流(其可用於這些流30、 50、230中的一個或多個)中的一個的組。優選的是，導致最低溫度差的這些流的結合的溫度差作為控制變量而賦予相對大的權重。確定上述四個控制變量中的第一個所需要的溫度和溫度差可通過用於監測相關流中溫度的溫度傳感器進行測量。溫度傳感器可將溫度傳感器信號傳送到先進的過程控制器，該控制器執行在此所述的控制方法。響應於溫度信號，控制信號可例如被傳送到用於膨脹裝置和/或第一冷凍劑排出以及組分補充流的致動器，以便改變操控變量中的一個或多個。類似地，一個或多個第一壓縮機的動力需求可通過一個或多個壓縮機或相應的一個或多個第一壓縮機設備中的傳感器進行測量，並且被傳送到先進的過程控制器。要優化的一組參數包括冷卻的烴流的生產率和/或第一冷凍劑迴路的冷卻效率。冷卻的烴流的生產率可通過例如使用流量傳感器測量質量流率或者相關特性而確定。第一冷凍劑迴路的冷卻效率可通過已知技術來計算，該已知技術基於隨著時間的推移第一壓縮機的動力需求與所生產出的冷卻的烴流60的量的關係。模型預測控制的重要特徵在於未來的行為通過使用模型和控制變量的有效測量而進行予頁測° 如在 Perry』 s Chemical Engineers' Handbook, 7th Edition, page 8-5 to 8-27中進一步解釋的，其通過引用合併於本文，計算控制器的輸出以便對性能指標進行優化，該性能指標可以是預測誤差和所計算的將來控制進展(moves)的線性或二次函數。在每個採樣時刻，重複進行控制計算，並且基於當前測量而更新該預測。適當的模型是一種包括表示了在控制變量上的操控變量的階躍響應作用的一組經驗式階躍響應模型。要優化的參數的最佳值可從單獨的優化步驟獲得，或者要優化的變量可包含在性能函數中。在可以應用模型預測控制之前，首先確定操控變量的階躍變化對要優化的變量的影響以及對控制變量的影響。該操作提供了一組階躍響應係數。該組階躍響應係數形成了冷卻過程的模型預測控制的基礎。在正常運行期間，控制變量的預測值對於許多將來的控制進展來說進行有規則的計算。然後，可計算用於這些將來的控制進展的性能指標。該性能指標可包括兩個項目，第一項目表示用於每個控制進展的預測誤差的將來控制進展的總和，而第二項目表示用於每個控制進展的操控變量的變化的將來控制進展的總和。對於每個控制變量，預測誤差是控制變量的預測值與控制變量的參考值之間的差值。預測誤差乘以加權因子，並且用於控制進展的操控變量的變化乘以進展抑制因子。在這種情況下，性能指標將是線性的。可替代地，項目可以是項目平方和，在這種情況下，該性能指標是二次的。可對這些操控變量、操控變量的變化以及控制變量設置約束條件。這導致了獨立的一組等式，這些等式通過使性能指標最小化而同時進行求解。當獨立地執行最優化時，可包括要優化的參數，以作為用於每個控制進展的預測誤差中的控制變量，並且該最優化給出控制變量的參考值。可替代地，在性能指標的計算範圍內進行優化，並且這為性能指標中的第三項目給定了適當的加權因子。在這種情況下，控制變量的參考值是保持恆定的預定的穩態值。考慮約束條件使性能指標最小化，以為將來的控制進展賦予操控變量值。但是，僅僅執行接下來的控制進展。然後，重新開始對將來進展的性能指標的計算。具有階躍響應係數的模型和用於模型預測控制的等式可以是電腦程式的一部分，該程序被執行以控制該冷卻過程。裝載有這種可處理模型預測控制的程序的計算機被稱為先進的過程控制器。缺少在此公開的特定模型預測控制的基本程序包是可從市場上獲得的並對於本領域技術人員來說是已知的。在此描述的方法和設備受益於對與操控變量和控制變量的設定的有益選擇。例如，在一個實施例中，當第一混合的冷凍劑至少包括甲烷、乙烷和丙烷時，在第一冷凍劑迴路100中包括第一混合的冷凍劑存量的組分的操控變量可包括操控第一冷凍劑存量中的甲烷、乙烷和丙烷內容物中一種或多種。在此描述的方法和設備可用於液化任一種烴流，但是期望在天然氣液化中特別有用，以提供液化天然氣(LNG)。因而，烴流可以是任一適當的要被冷卻且可選地被液化的氣流，但是適當地是由天然氣或石油氣儲層中獲得的天然氣流。作為一種替代方案，天然氣流還可從另外來源獲得，還包括合成來源，諸如費-託工藝。通常，天然氣流是主要包含甲烷的烴組分。優選地，烴進料流包括至少50mol% (摩爾百分比)的甲烷，更優選地包括至少SOmol %的甲烷。烴組分(諸如天然氣)還可包含非烴類，諸如H20j2、C02、Hgd2S及其他硫化物等等。如果期望的話，天然氣可在冷卻和任何液化之前進行預處理。該預處理可包括降低和 /或移除不期望的組分，(諸如CO2和H2S)或其他步驟(例如早期冷卻、預加壓等)。由於這些步驟對於本領域技術人員來說是公知的，在此不再論述它們的機理。因此，術語「烴流」還可包括在任何處理之前的組分，所述處理包括清洗、脫水和/ 或除塵，以及為了降低和/或移除一種或多種混合物或物質而已經被部分、基本上或全部處理的任何組分，其包括但並不限於硫、硫化合物、二氧化碳、水、汞和一種或多種C2+烴。根據來源，天然氣可包含比甲烷重的變化量的烴類，例如尤其是乙烷、丙烷和丁烷，以及可能較少量的戊烷和芳烴。該組分根據氣體的類型和場合而變化。傳統地，由於各種原因，例如具有可導致其阻塞甲烷液化設備的各部分的不同冷凍或液化溫度，比丁烷重的烴在進行任何顯著冷卻之前被儘可能高效地移除。通過脫甲烷塔，C2+烴可從烴進料流中分離出，或者使它們在烴進料流中的含量降低，這將提供富甲烷的頂部烴流和包括大部分的C2+烴的底部貧甲烷流。底部貧甲烷的流然後可流到另一個分離器中，以提供液化石油氣(LPG)和冷凝流。在分離之後，所產生的烴流可被冷卻。這例如如上所述在圖2中的線路50中示出。可通過本領域已知的很多方法提供該冷卻，包括所謂的雙混合冷凍劑(DMR)工藝，例如但並不限制於如上所述的工藝以及例如在下列專利中所描述的工藝US 5, 826, 444 ； US 6, 041, 619 ；US 6, 105,389 ；US 7, 096,688 ；US 6, 370,910 ；WO 2008/009721 ； W02008/019999 ；WO 2008/043806 ；WO 2009/007435,以及包括所謂單混合冷凍劑(SMR)工藝，例如但並不限於例如以下專利所說明的工藝:US6, 041,619 ；US 6658891 ；US 5832745。 烴流逆著一個或多個冷凍劑迴路中的一個或多個冷凍劑流而流過。這種冷凍劑迴路可包括一個或多個壓縮機，以壓縮至少部分蒸發的冷凍劑流，從而提供壓縮的冷凍劑流。壓縮的冷凍劑流然後可在冷卻器(諸如空氣或水冷卻器)中被冷卻，以提供冷凍劑流。該壓縮機還可由一個或多個渦輪來驅動。烴流的冷卻可在一個或多個階段中實現。初始冷卻，也稱作預冷卻或輔助冷卻，可在兩個或更多個預冷卻換熱器中通過預冷卻的冷凍劑迴路的預冷卻混合冷凍劑來進行，以提供冷卻的烴流。冷卻的烴流優選例如在低於零。C的溫度下被部分液化。優選地，這種預冷卻的換熱器可包括預冷卻階段，其中在一個或多個主換熱器中進行任何隨後的冷卻，以在一個或多個主和/或副冷卻的冷卻階段中對烴流的一部分進行液化。在上述實施例中所論述的第一換熱器和第二換熱器可以是在預冷卻階段中的這種預冷卻換熱器，並且第一混合冷凍劑可以是預冷卻的混合冷凍劑。由此，在此所公開的方法可包括兩個或更多個冷卻階段，每個階段具有一個或多個步驟、部分等。例如，每個冷卻階段可包括一到五個換熱器。烴流或烴流的一部分和/或混合的冷凍劑可並不流過冷卻階段的所有換熱器和/或所有相同的換熱器。
在一個實施例中，烴冷卻過程可包括單個冷卻階段。在另一實施例中，烴可在包含兩個或三個冷卻階段的方法中進行冷卻和液化。預冷卻階段優選地用於將烴進料流的溫度降低到低於0°c，通常在-20°c到-70°c的範圍內。主冷卻階段優選地與預冷卻階段分開。也就是說，主冷卻階段包括一個或多個單獨的主換熱器。主冷卻階段可通過使用上述的第二冷凍劑流而被冷凍。主冷卻階段優選地用於將烴流(通常是通過預冷卻階段冷卻的烴流的一部分)的溫度降低到低於-100°c。用作兩個或更多預冷卻的換熱器或者任何主換熱器在本領域中是公知的。預冷卻換熱器優選地是管殼式換熱器。所有這些主換熱器中的至少一個優選地是本領域中公知的捲筒式低溫換熱器。可選地，換熱器可包括處於其殼體內部的一個或多個冷卻部段，並且每個冷卻部段可被認為是一個冷卻階段或者被認為是相對於另一個冷卻位置單獨的「換熱器」。在在此所述的另一實施例中，混合的預冷卻冷凍劑流和任一混合的主冷凍劑流中的一個或兩個可流過一個或多個換熱器，優選地流過上述預冷卻和主換熱器中的兩個或更多個，以提供冷卻的混合的冷凍劑流。混合的冷凍劑迴路(例如第一(例如預冷卻)中的冷凍劑迴路或者任一主冷凍劑迴路)中的混合的冷凍劑，可由選自包括以下的組中的兩種或更多種組分的混合物形成 氮氣、甲烷、乙烷、乙烯、丙烷、丙烯、丁烷、戊烷等等。本發明可包含在分離的或重疊的冷凍劑迴路或其他冷卻迴路中使用一種或多種其他的冷凍劑。如在此所指出的混合的冷凍劑或混合的冷凍劑流包括至少5mol %的兩種不同的組分。更優選地，混合的冷凍劑包括包含以下物質的組中的兩個或更多甲烷、乙烷、乙烯、 丙烷、丙烯、丁烷和戊烷。對於混合的冷凍劑，共同的組分可以是甲烷(Cl) 0-20mol% ；乙烷(C2) 5-80mol% ；丙烷(C3)5-80mol% ；丁烷(C4) 0-15mol% ；總組分包括IOOmol %。在另一個實施例中，冷卻的烴流(諸如冷卻的天然氣流)可被進一步冷卻，以提供液化的烴流(諸如LNG流)。優選地，由在此所述的方法和設備提供的冷卻的烴流可用於提供液化的烴流，該烴流可存儲在一個或多個存儲罐中。在液化之後，液化的烴流如果需要的話還可被進一步處理。作為一個實例，所獲得的液化烴可藉助於焦耳-湯姆遜閥或藉助於低溫渦輪膨脹機而減壓。在此所公開的另一實施例中，液化的烴流流過終端氣體/液體分離器(諸如終端閃蒸器)，以提供終端閃蒸頂部氣流和液體底部流，該液體底部流可選地用於存儲在存儲罐中作為液化產品，諸如LNG。終端閃蒸氣體可在終端閃蒸氣體壓縮機中被壓縮以提供壓縮的終端閃蒸氣體流，以及可被冷卻以提供冷卻的終端閃蒸流，該冷卻的終端閃蒸流可流到一個或多個燃氣匯管或者作為可燃氣輸出。本領域技術人員應理解的是，本發明可以在不脫離所附權利要求的範圍的情況下以很多不同的方式來實現。
權利要求
1. 一種生產冷卻的烴流的方法，所述方法包括對烴流進行冷卻，該方法至少包括以下步驟(a)通過在第一壓力水平下在第一換熱器中依靠第一膨脹的第一冷凍劑流來冷卻第一流和第一冷凍劑迴路中的壓縮的第一冷凍劑流，以提供冷卻的第一流、第一冷卻的第一冷凍劑流和第一暖化的第一冷凍劑流，該第一冷凍劑迴路包括第一壓縮機和第一混合的冷凍劑；(b)在第一膨脹裝置中對第一冷卻的第一冷凍劑流的第一部分進行膨脹，以提供第一膨脹的第一冷凍劑流；(c)通過在第二換熱器中依靠第二膨脹的第一冷凍劑流來冷卻一股或多股第二流以及第一冷卻的第一冷凍劑流的第二部分，以提供一股或多股冷卻的第二流、進一步冷卻的第一冷凍劑流以及第二暖化的第一冷凍劑流，其中，所述一股或多股第二流至少包括所述冷卻的第一流和由所述冷卻的第一流衍生的附屬流，由此烴流被包含在所述一股或多股第二流中，以至少提供所述冷卻的烴流；(d)在第二膨脹裝置中對所述進一步冷卻的第一冷凍劑流的至少第一部分進行膨脹， 以提供第二膨脹的第一冷凍劑流，所述第二膨脹的第一冷凍劑流處於比所述第一膨脹的第一冷凍劑流低的壓力下，以及(e)在第一壓縮機中對所述第一暖化的第一冷凍劑流和所述第二暖化的第一冷凍劑流的氣態部分進行壓縮，然後對來自第一壓縮機的壓縮流進行冷卻，以提供壓縮的第一冷凍劑流；所述方法還包括下述步驟通過使用基於模型預測控制的先進過程控制器而對步驟 (a)到(e)進行控制，以確定對於一組操控變量的同步控制行為，以便在控制一組控制變量中的至少一個的同時對要優化的一組參數中的至少一個參數進行優化，其中所述一組操控變量包括-第一冷凍劑迴路中的第一混合的冷凍劑存量的組分，-第一膨脹裝置的設定，和-第二膨脹裝置的設定，其中所述一組控制變量包括-所述一股或多股冷卻的第二流中的至少一股的溫度，-所述第一暖化的第一冷凍劑流與下述流中的至少一種之間的溫度差(i)所述壓縮的第一冷凍劑流和(ii)所述第一流，-所述第二暖化的第一冷凍劑流與下述流中的至少一種之間的溫度差(i)所述第一冷卻的第一冷凍劑流的第二部分和(ii)呈所述冷卻的第一流和/或從所述冷卻的第一流衍生的附屬流的形式的所述一股或多股第二流中的一股，-下述控制變量中的至少一個(i)第一冷卻的第一冷凍劑流與第一膨脹的第一冷凍劑流之間的溫度差和(ii)所述進一步冷卻的第一冷凍劑流與所述第二膨脹的第一冷凍劑流之間的溫度差，以及-由第一壓縮機消耗的動力；以及，其中要優化的所述一組參數包括冷卻的烴流的生產率和/或第一冷凍劑迴路的冷卻效率，所述冷卻效率反映了隨著時間的推移在第一壓縮機中消耗的動力與所產生的冷卻烴流的量的關係。
2.如權利要求1所述的方法，其中，所述第一混合的冷凍劑至少包括甲烷、乙烷和丙烷，對所述第一混合的冷凍劑的組分進行操控包括操控第一冷凍劑迴路中的第一混合冷凍劑的甲烷、乙烷和丙烷存量中的一個或多個。
3.如前述權利要求中任一項所述的方法，其中，所述第一流包括烴進料流，從而所述冷卻的第一流包括冷卻的烴進料流，所述一股或多股第二流包括冷卻的烴進料流或者由所述冷卻的第一流衍生的附屬流。
4.如權利要求3所述的方法，還包括在步驟(c)之前，通過在天然氣液體回收塔中對烴進料流進行分餾而從所述冷卻的第一流中衍生出烴，以提供烴流和液體底部流。
5.如上述權利要求中任一項所述的方法，其中，所述第一流包括第二冷凍劑迴路中的第二混合的冷凍劑的第二冷凍劑流，由此所述冷卻的第一流包括冷卻的第二冷凍劑流，所述一股或多股第二流包括冷卻的第二冷凍劑流以及烴流，而且所述一股或多股冷卻的第二流包括另一冷卻的第二冷凍劑流以及冷卻的烴流。
6.如上述權利要求中任一項所述的方法，其中對第一流進行冷卻包括將兩股或更多股第一流在相同的第一換熱器中或者每股第一流在單獨的高壓第一換熱器中進行冷卻。
7.如上述權利要求中任一項所述的方法，其中對所述一股或多股第二流進行冷卻包括對兩股或更多股第二流在相同的第二換熱器或每股第二流在單獨的第二換熱器中進行冷卻。
8.如上述權利要求中任一項所述的方法，還包括以下步驟(h)在主換熱器中對所述冷卻的烴流中的至少一部分進行至少部分液化，優選進行完全液化。
9.如權利要求8中所述的方法，還包括以下步驟(f)在第一分離器中分離出所述冷卻的烴流，以提供呈富甲烷的頂部流和貧甲烷的底部流的形式的部分；以及可選地，(g)對貧甲烷的底部流進行加壓，以提供(加壓的)貧甲烷底部流，並且使得所述(加壓的)貧甲烷的底部流作為回流流到天然氣液體回收塔。
10.如權利要求8或9所述的方法，其中，對所述冷卻的烴流的一部分進行至少部分液化，優選完全液化，包括將富甲烷流與第二冷凍劑進行熱交換，以提供至少部分優選完全液化的烴流。
11.如權利要求8或9所述的方法，其中，對所述冷卻的烴流的一部分進行至少部分，優選完全液化，包括將所述冷卻的烴流的所述一部分與進一步冷卻的第一冷凍劑流的第二部分進行熱交換，以提供至少部分液化，優選完全液化的烴流。
12.如權利要求8-11中任一項所述的方法，還包括以下步驟(i)減小所述至少部分液化，優選完全液化的烴流的壓力，以提供液化的烴產品流和終端閃蒸氣體流。
13.如上述權利要求中任一項所述的方法，其中所述烴流是天然氣流。
14.如上述權利要求中任一項所述的方法，其中，在步驟(b)中被膨脹的第一部分的組分基本上與在步驟(d)中被膨脹的進一步冷卻的第一冷凍劑流的至少部分的組分相同。
15.一種用於從烴流生產出冷卻的烴流的設備，所述設備包括-第一冷凍劑迴路，所述第一冷凍劑迴路包括第一混合的冷凍劑存量；第一膨脹裝置； 第二膨脹裝置；第一壓縮機；和一個或多個第一冷卻器，所述一個或多個第一冷卻器對於來自第一壓縮機的壓縮流進行冷卻，從而提供壓縮的第一冷凍劑流；-第一換熱器，所述第一換熱器布置用於在第一壓力下依靠第一膨脹的第一冷凍劑流來對第一流和壓縮的第一冷凍劑流進行冷卻，以提供冷卻的第一流、第一冷卻的第一冷凍劑流和第一暖化的第一冷凍劑流，第一膨脹裝置布置用於接收第一冷卻的第一冷凍劑流的第一部分並且提供第一膨脹的第一冷凍劑流；-第二換熱器，第二換熱器布置用於依靠第二膨脹的第一冷凍劑流對一股或多股第二流和第一冷卻的第一冷凍劑流的第二部分進行冷卻，以提供一股或多股冷卻的第二流、進一步冷卻的第一冷凍劑流和第二暖化的第一冷凍劑流，第二膨脹裝置布置用於接收進一步冷卻的第一冷凍劑流的至少第一部分，以提供第二膨脹的第一冷凍劑流，所述第二膨脹的第一冷凍劑流處於比所述第一膨脹的第一冷凍劑流低的壓力下，所述一股或多股第二流至少包括所述冷卻的第一流或由所述冷卻的第一流衍生出的附屬流，由此烴流被包括在所述一股或多股第二流中，以便至少提供所述冷卻的烴流；-所述第一壓縮機布置用於對所述第一暖化的第一冷凍劑流和所述第二暖化的第一冷凍劑流中的氣態部分進行壓縮；-先進的過程控制器，所述過程控制器包括基於模型預測控制的計算機可執行代碼來確定對於一組操控變量的同步控制作用，以便在控制一組控制變量中的至少一個的同時對要優化的一組參數中的至少一個參數進行優化，其中，所述一組操控變量包括 -第一冷凍劑迴路中的第一混合的冷凍劑存量的組分， -第一膨脹裝置的設定，和 -第二膨脹裝置的設定， 其中所述一組控制變量包括 -所述一股或多股冷卻的第二流中的至少一股的溫度，-第一暖化的第一冷凍劑流與下述流中的至少一種之間的溫度差(i)壓縮的第一冷凍劑流和(ii)第一流，-第二暖化的第一冷凍劑流與下述流中的至少一種之間的溫度差(i)第一冷卻的第一冷凍劑流的第二部分和(ii)呈冷卻的第一流和/或由該冷卻的第一流衍生的附屬流的形式的一股或多股第二流中的一股，-下述控制變量中的至少一個(i)第一冷卻的第一冷凍劑流與第一膨脹的第一冷凍劑流之間的溫度差和(ii)進一步冷卻的第一冷凍劑流與第二膨脹的第一冷凍劑流之間的溫度差，以及-由第一壓縮機消耗的動力；以及，其中要優化的一組參數包括所述冷卻的烴流的生產率和/或所述第一冷凍劑迴路的冷卻效率，所述冷卻效率反映了隨著時間的推移在第一壓縮機中消耗的動力與所生產出的冷卻烴流的量的關係。
全文摘要
一種用於生產冷卻的烴流(60)的方法和設備。該方法採用在至少兩個連續的壓力水平下通過在第一和第二換熱器(125、145)中使用來自第一混合的冷凍劑流的第一混合冷凍劑的部分而對第一流和第一混合冷凍劑流進行冷卻；第一和第二膨脹裝置(135、165)；以及用於提供第一混合的冷凍劑流的第一壓縮機(105)。冷卻過程通過基於模型預測控制的先進的過程控制器而進行控制，從而確定對於一組操控變量的同步控制行為，以便在控制一組控制變量中的至少一個的同時對一組參數中的至少一個參數進行優化。該組操控變量包括混合的第一冷凍劑的組分；第一膨脹裝置(135)的設定；和第二膨脹裝置(165)的設定。
文檔編號G05B13/04GK102472572SQ201080029190
公開日2012年5月23日 申請日期2010年7月1日 優先權日2009年7月3日
發明者F·尚丹, T·B·隆格 申請人:國際殼牌研究有限公司