CN108351163B - 混合制冷***及方法 - Google Patents

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Abstract

使用混合制冷剂来冷却气体的***和方法，包括压缩机***和热交换***，其中压缩机***可包括不具有液体出口的级间分离装置或鼓，与泵流体连通的液体出口，该泵将液体向前泵送至高压分离装置或液体出口，液体经由该液体出口流至热交换器以被过冷。在最后一种情况下，过冷液体被膨胀并与膨胀的低温流束结合，该膨胀的低温流束是来自冷蒸汽分离装置的蒸汽侧的冷却和膨胀流束，以及来自高压分离装置和冷蒸汽分离装置的液体侧的过冷和膨胀流束，或者在混合和膨胀之后与来自高压分离装置和冷蒸汽分离装置的液体侧的过冷流束所形成的流束合并，以形成主制冷流束。

Description

混合制冷***及方法
优先权请求
本申请要求于2015年7月8日提交的美国临时申请No.62/190,069的优先权，该申请的内容通过引用结合于此。
技术领域
本发明总体涉及用于冷却或液化气体的***和方法，并且更具体地涉及用于冷却或液化气体的混合制冷***和方法。
背景技术
天然气和其他气体被液化以便储存和运输。液化减少了气体的体积，并且通常通过在一个或多个制冷循环中通过间接热交换冷却气体来进行。由于设备的复杂性和循环的性能效率，该制冷循环是昂贵的。因此，需要气体冷却和/或液化***，其降低设备成本并且较不复杂，更高效且运行成本更低。
液化主要是甲烷的天然气通常需要将气流冷却至约-160℃至-170℃，然后将压力降至接近大气压。液化气态甲烷的常规温度-焓曲线沿S形曲线有三个区域。当气体被冷却时，在高于约-75℃的温度下，气体被降温；在低于约-90℃的温度下，液体过冷。在这些温度之间，观察到相对平坦的区域，其中气体冷凝成液体。
制冷过程为液化天然气提供必要的冷却，其中最有效的是具有紧密接近天然气的冷却曲线的加热曲线，理想的是在整个温度范围内在几度内。然而，由于冷却曲线具有S形轮廓和较大的温度范围，所以这种制冷过程很难设计。纯组分制冷剂工艺由于其平坦的汽化曲线，所以在两相区域中效果最佳。另一方面，多组分制冷剂过程具有倾斜的汽化曲线，并且更适合于降温和过冷区域。为了液化天然气，已经开发了两种工艺和两种工艺的混合。
级联的多级纯组分制冷循环最初与诸如丙烯，乙烯，甲烷和氮的制冷剂一起使用。具有足够的层级，这样的循环可以产生近似于图1中所示的冷却曲线的净热曲线。然而，随着层级的数量增加，需要额外的压缩机机组，这不利地增加了机械复杂性。此外，由于纯组分制冷剂在恒温下蒸发而不是遵循天然气冷却曲线，并且制冷阀不可逆地使液体闪蒸成蒸汽，所以这种方法在热力学上是低效的。由于这些原因，混合制冷剂工艺已经变得流行，以降低资金成本和能耗，并提高可操作性。
Manley的美国专利第5,746,066号描述了一种用于乙烯回收的级联、多级、混合制冷剂工艺，其消除了级联多级纯组分工艺的热力学低效率。这是因为制冷剂在气体冷却曲线之后在升高的温度下蒸发，并且液体制冷剂在闪蒸之前过冷，从而降低热力学不可逆性。由于与纯制冷剂工艺相比需要更少的制冷剂循环，所以机械复杂度有所降低。参见，例如，授予Newton的美国专利号4,525,185；授予Liu等人的美国专利号4,545,795；授予Paradowski等人的美国专利号4,689,063；和授予Fischer等人的美国专利号6,041,619；和Stone等人的美国专利申请公开号2007/0227185和Hulsey等人的2007/0283718。
级联的多级混合制冷剂处理是已知的最有效的工艺之一，但是期望可以更容易操作的更简单，更有效的工艺。
已经开发了单一混合制冷剂处理，其仅需要一个用于制冷的压缩机并且进一步降低了机械复杂性。参见，例如，Swenson的第4,033,735号美国专利。然而，主要由于两个原因，与上面讨论的级联多级混合制冷剂工艺相比，该工艺消耗的功率更多。
第一，如果不是不可能的话，找到一种单一的混合制冷剂组合物是很困难的，该混合制冷剂组合物产生非常接近常规的天然气冷却曲线的净加热曲线。这种制冷剂需要一定范围的相对较高和较低沸点的组分，其沸点温度受相平衡的热力学约束。进一步限制沸点较高的成分以避免其在低温下冻结。不希望的结果是在冷却过程中的几个点必然出现相对较大的温度差，这在功耗方面是低效的。
第二，在单一混合制冷剂处理中，即使较高沸点的组分仅在该过程的热端提供制冷，所有制冷剂组分也到达最低温度。不希望的结果是必须消耗能量来冷却和再加热那些在较低温度下“惰性”的组分。级联多级纯组分制冷工艺或级联多级混合制冷工艺不是这种情况。
为了减轻该第二种效率低下并解决第一种问题，已经开发了许多解决方案，将较重的馏分从单一的混合制冷剂分开，在较高的制冷温度水平下使用较重的馏分，然后使较重的馏分与较轻的馏分再结合用于随后的压缩。参见，例如，授予Podbielniak的第2,041,725号美国专利；授予Perret的第3,364,685号美国专利；授予Sarsten的第4,057,972号美国专利；授予Garrier等人的第4,274,849号美国专利；授予Fan等人的第4,901,533号美国专利；授予Ueno等人的第5,644,931号美国专利；授予Ueno等人的第5,813,250号美国专利；授予Arman等人的第6,065,305号美国专利；和授予Roberts等人的第6,347,531号美国专利；以及Schmidt的美国专利申请公开第2009/0205366号。即使不平衡的流束的重新结合是热力学效率低下的，通过仔细的设计，这些过程也可以提高能源效率。这是因为轻质馏分和重质馏分在高压下分离，然后在低压下重新结合，使得它们可以在单个压缩机中压缩在一起。一般来说，当流体在平衡状态下分离，分开处理，然后在非平衡状态下重新组合时，会发生热力学损失，最终会增加功耗。因此应该尽量减少这种分离的次数。所有这些过程在制冷过程中的不同位置使用简单的蒸汽/液体平衡来将较重的馏分与较轻的馏分分开。
然而，简单的一级蒸汽/液体平衡分离不能像使用具有回流的多个平衡级一样浓缩馏分。浓度越高，则使得隔离在特定温度范围内提供制冷的组合物的精度越高。这增强了遵循常规气体冷却曲线的处理能力。授予Gauthier的第4,586,942号美国专利和授予Stockmann等人的第6,334,334号美国专利(后者由Linde作为
Figure BDA0001583791350000031
3工艺推向市场)描述了如何在上述环境压缩机组中使用分馏以进一步浓缩在不同温度区域中用于制冷的分离馏分，且从而改进整个过程的热力学效率。浓缩馏分和缩小其蒸发温度范围的第二个原因是确保它们在离开处理过程的制冷部分时完全蒸发。这充分利用制冷剂的潜热，并阻止液体进入下游压缩机。出于同样的原因，重馏分液体通常被重新注入到制冷剂的较轻馏分中作为该处理过程的一部分。重馏分的分馏减少了再注入时的闪蒸并改善了两相流体的机械分布。
如Stone等人的美国专利申请公开No.2007/0227185所示，已知从该处理过程的制冷部分除去部分汽化的制冷流束。Stone等人出于机械(而不是热力学)原因，并且在需要两种单独混合制冷剂的级联多级混合制冷剂工艺的情况下进行该处理。部分汽化的制冷流束在即将压缩之前与它们之前分离的蒸汽馏分重新结合而完全蒸发。
多流束混合制冷剂***是已知的，其中重质馏分的简单平衡分离被发现在重质馏分在离开主热交换器时没有完全汽化的情况下，显著提高了混合制冷剂工艺效率。参见例如Gushanas等人的美国专利申请公开第2011/0226008号。液态制冷剂(如果存在于压缩机吸入口处)必须预先分离，并且有时会被泵至更高的压力。当液体制冷剂与制冷剂的汽化较轻部分混合时，压缩机抽吸气体被冷却，这进一步降低了所需的功率。制冷剂的较重部分被排出热交换器的冷端，这降低了制冷剂冻结的可能性。此外，中间阶段过程中的重质部分的平衡分离减少了第二级或更高级压缩机上的负载，这提高了处理效率。在独立的预冷却制冷回路中使用重馏分可使得在热交换器的热端处的加热/冷却曲线的接近闭合，这导致更有效的制冷。
“冷蒸汽”分离已被用于将高压蒸汽分馏成液体和蒸汽流束。参见，例如，以上讨论的Stockmann等人的第6,334,334号美国专利；“State of the Art LNG Technology inChina”，Lange，M.，Asia LNG Summit，2010年10月14日；“Cryogenic Mixed RefrigerantProcess”，International Cryogenics Monograph Series，Venkatarathnam，G.，Springer，第199-205页；和“Efficiency of Mid Scale LNG Processes Under DifferentOperating Conditions”，Bauer，H.，Linde Engineering。在由Air Products作为AP-SMRTMLNG process推向市场的另一种工艺中，“热”混合制冷剂蒸汽被分离成冷混合制冷剂液体和蒸汽流束。参见，例如“Innovations in Natural Gas Liquidation Technology forFuture LNG Plants and Floating LNG Facilities”，International Gas UnionResearch Conference 2011，Bukowski，J.等。在这些处理中，由此分离的冷却液体本身被用作中温制冷剂，并且在与共同返回流束结合之前保持与如此分离的冷蒸汽分离。冷的液体和蒸汽流束与其余的返回的制冷剂一起通过级联重新结合并从热交换器的底部一起排出。
在上面讨论的蒸汽分离***中，用于对在冷蒸汽分离器中的液体进行部分冷凝的暖温制冷是由来自高压储存器的液体产生的。这需要更高的压力和低于理想的温度，这两者在操作期间不合需要地消耗更多的功率。
尽管在多级混合制冷剂***中，然而使用冷蒸汽分离的另一种方法在授予Costain Oil的英国专利No.2,326,464中有所描述。在该***中，来自单独的回流热交换器的蒸汽被部分冷凝并分离成液体和蒸汽流束。如此分离的液体和蒸汽流束被冷却并分别闪蒸，然后重新结合在低压返回流束中。然后，在离开主热交换器之前，低压返回流束与来自上述回流热交换器的过冷和闪蒸液体合并，然后与由设置在压缩机级之间的分离鼓提供的过冷和闪蒸液体进一步结合。在该***中，“低温蒸汽”分离的液体和来自上述回流热交换器的液体在结合至低压返回流束之前未被结合。也就是说，它们在与低压回流束独立结合之前保持分离。
尤其是通过将从高压储存器获得的液体与冷蒸汽分离液体在其加入回流之前混合，能够显著降低能耗。
期望提供用于冷却或液化气体的混合气体***和方法，其解决上述问题中的至少一些并提高效率。
发明内容
本主题的几个方面可以在下面描述和要求保护的方法，设备和***中单独地或一起实施。这些方面可以单独使用或与本文所述的主题的其他方面结合使用，并且这些方面的描述不单独分别使用这些方面或单独要求这些方面或以在此所附的权利要求所提出的不同组合。
在一个方面，提供了一种用混合制冷剂冷却气体的***，该***包括主热交换器，该主热交换器包括热端和冷端，其中进料流束冷却通道在该热端和冷端之间延伸，其中进料流束冷却通道被配置成在热端接收进料流束并将冷却的产品流束从冷端送出。主热交换器还包括高压蒸汽冷却通道，高压液体冷却通道，冷分离器蒸汽冷却通道，冷分离器液体冷却通道和制冷通道。
该***还包括具有压缩机第一部分的混合制冷剂压缩机***，该压缩机第一部分包括与制冷通道的出口流体连通的入口，以及出口。第一部分冷却器具有与压缩机第一部分的出口流体连通的入口，以及出口。级间分离装置具有与第一部分冷却器的出口流体连通的入口，以及液体出口和蒸汽出口。压缩机第二部分具有与级间分离装置的蒸汽出口流体连通的入口，以及出口。第二部分冷却器具有与压缩机第二部分的出口流体连通的入口，和出口。高压分离装置具有与第二部分冷却器的出口流体连通的入口，以及液体出口和蒸汽出口。
热交换器的高压蒸汽冷却通道具有与高压分离装置的蒸汽出口流体连通的入口，以及冷蒸汽分离器具有与高压蒸汽冷却通道的出口流体连通的入口，其中冷蒸汽分离器具有液体出口和蒸汽出口。热交换器的冷分离器液体冷却通道具有与冷蒸汽分离器的液体出口流体连通的入口和与制冷通道流体连通的出口。热交换器的低压液体冷却通道具有与级间分离装置的液体出口流体连通的入口。第一膨胀装置具有与低压液体冷却通道的出口连通的入口以及与制冷通道流体连通的出口。热交换器的高压液体冷却通道具有与高压分离装置的液体出口流体连通的入口以及与制冷通道流体连通的出口。热交换器的冷分离器蒸汽冷却通道具有与冷蒸汽分离器的蒸汽出口流体连通的入口。第二膨胀装置具有与冷分离器蒸汽冷却通道的出口流体连通的入口以及与制冷通道的入口流体连通的出口。
在另一方面，一种用混合制冷剂冷却气体的***包括主热交换器，所述主热交换器包括热端和冷端，其中进料流束冷却通道在该热端和冷端之间延伸。进料流束冷却通道被配置成在热端接收进料流束并将冷却的产品流束从冷端输送出。主热交换器还包括高压蒸汽冷却通道，高压液体冷却通道，冷分离器蒸汽冷却通道，冷分离器液体冷却通道和制冷通道。
该***还包括具有压缩机第一部分的混合制冷剂压缩机***，该压缩机第一部分包括与制冷通道的出口流体连通的入口以及出口。第一部分冷却器具有与压缩机第一部分的出口流体连通的入口以及出口。级间分离装置具有与第一部分冷却器的出口流体连通的入口和蒸汽出口。压缩机第二部分具有与级间分离装置的蒸汽出口流体连通的入口和出口。第二部分冷却器具有与压缩机第二部分的出口流体连通的入口和出口。高压分离装置具有与第二部分冷却器的出口流体连通的入口以及液体出口和蒸汽出口。
热交换器的高压蒸汽冷却通道具有与高压分离装置的蒸汽出口流体连通的入口。冷蒸汽分离器具有与高压蒸汽冷却通道的出口流体连通的入口，其中冷蒸汽分离器具有液体出口和蒸汽出口。热交换器的冷分离器液体冷却通道具有与冷蒸汽分离器的液体出口流体连通的入口以及与制冷通道流体连通的出口。热交换器的高压液体冷却通道具有与高压分离装置的液体出口流体连通的入口以及与制冷通道流体连通的出口。热交换器的冷分离器蒸汽冷却通道具有与冷蒸汽分离器的蒸汽出口流体连通的入口。膨胀装置具有与冷分离器蒸汽冷却通道的出口流体连通的入口以及与制冷通道的入口流体连通的出口。
在又一个方面，提供了一种将混合制冷剂提供给热交换器以用于冷却气体的压缩机***，并且包括压缩机第一部分，该压缩机第一部分具有被配置成从热交换器和出口接收混合制冷剂的抽吸入口。第一部分冷却器具有与压缩机第一部分的出口流体连通的入口以及出口。级间分离装置具有与第一部分后冷却器的出口流体连通的入口以及蒸汽出口。压缩机第二部分具有与级间分离装置的蒸汽出口流体连通的抽吸入口和出口。第二部分冷却器具有与压缩机第二部分的出口流体连通的入口以及出口。高压分离装置具有与第二部分冷却器的出口流体连通的入口以及蒸汽出口和液体出口，蒸汽出口被配置成向热交换器提供高压混合制冷剂蒸汽流束，并且所述液体出口被配置成向热交换器提供高压混合制冷剂液体流束。高压再循环膨胀装置具有与高压分离装置流体连通的入口以及与级间分离装置流体连通的出口。
另一方面，一种使用混合制冷剂在具有热端和冷端的热交换器中冷却气体的方法包括：使用第一和最后的压缩和冷却循环来压缩和冷却混合制冷剂，在第一和最后压缩和冷却循环之后将混合的制冷剂分离，从而形成高压液体流束和高压蒸汽流束，使用热交换器和冷分离器冷却和分离高压蒸汽流束，从而形成冷分离器蒸汽流束和冷分离器液体流束，冷却和膨胀该冷分离器蒸汽流束，从而形成膨胀的低温流束，将冷分离器液体流束冷却，从而形成过冷的冷分离器流束，在第一和最后的压缩和冷却循环之间平衡和分离混合的制冷剂，从而形成低压液体流束，冷却和膨胀低压液体流束从而形成膨胀的低压流束并将该高压液体流束过冷，从而形成过冷的高压流束。过冷的冷分离器流束和过冷的高压流束被膨胀形成膨胀的冷分离器流束和膨胀的高压流束，或者混合且然后膨胀以形成中温流束。膨胀的流束或中温流束与膨胀的低压流束和膨胀低温流束结合以形成主制冷流束。气体流束通过热交换器与主制冷流束逆流热交换，从而使气体冷却。
附图说明
图1是示出本公开的混合制冷剂***和方法的实施例的工艺流程图和示意图；
图2是图1的混合制冷剂***的混合制冷剂压缩机***的工艺流程图和示意图；
图3是示出本公开的混合制冷剂***和方法的另外实施例的工艺流程图和示意图；
图4是示出了本公开的混合制冷剂***和方法的另外实施例中的混合制冷剂压缩机***的工艺流程图和示意图；
图5是示出在本公开的混合制冷剂***和方法的另外实施例中的混合制冷剂压缩机***的工艺流程图和示意图；
图6是示出了本公开的混合制冷剂***和方法的另外实施例中的混合制冷剂压缩机***的工艺流程图和示意图；
图7是示出了本公开的混合制冷剂***和方法的另外实施例中的热交换***的工艺流程图和示意图；
图8是示出了本公开的混合制冷剂***和方法的另外实施例中的热交换***的工艺流程图和示意图；
图9是示出了本公开的混合制冷剂***和方法的另外实施例中的热交换***的工艺流程图和示意图；
图10是示出了本公开的混合制冷剂***和方法的另外实施例中的热交换***的工艺流程图和示意图；
图11是示出了本公开的混合制冷剂***和方法的另外实施例中的热交换***的中温部分的工艺流程图和示意图；
图12是示出了本公开的混合制冷剂***和方法的另外实施例中的热交换***的中温部分的工艺流程图和示意图；
图13是示出了本公开的混合制冷剂***和方法的另外实施例的工艺流程图和示意图；
图14是示出本公开的混合制冷剂***的另外实施例中的混合制冷剂压缩机***的工艺流程图和示意图；
图15是示出了本公开的混合制冷剂***和方法的另外实施例中的混合制冷剂压缩机***的工艺流程图和示意图；
图16是示出了在本公开的混合制冷剂***和方法的另外实施例中的热交换***的工艺流程图和示意图；
图17是示出了本公开的混合制冷剂***和方法的另外实施例中的热交换***的工艺流程图和示意图；
图18是示出了本公开的混合制冷剂***和方法的另外实施例中的热交换***的工艺流程图和示意图；
图19是示出了本公开的混合制冷剂***和方法的另外实施例中的热交换***的工艺流程图和示意图；
图20是示出了本公开的混合制冷剂***和方法的另外实施例中的热交换***的中温部分的工艺流程图和示意图；
图21是示出了本公开的混合制冷剂***和方法的另外实施例中的热交换***的中温部分的工艺流程图和示意图；
图22是示出了本公开的混合制冷剂***和方法的另外实施例中的热交换***的中温部分的工艺流程图和示意图；
图23是示出了本公开的包括进料处理***的混合制冷剂***和方法的另外实施例的工艺流程图和示意图；
图24是示出了本公开的包括进料处理***的混合制冷剂***和方法的另外实施例的工艺流程图和示意图；
图25是示出了本公开的包括进料处理***的混合制冷剂***和方法的另外实施例的工艺流程图和示意图。
具体实施方式
应该注意的是，尽管下面在液化天然气以生产液体天然气方面示出和描述了实施例，但是本发明可以用于液化或冷却其它类型的流体。
这里还应该注意的是，在下面的实施例中描述的通道和流束有时被图中列出的相同的元件编号所指代。此外，如本文所使用的以及如本领域中已知的那样，热交换器是设备或设备中的区域，其中在不同温度下的两个或更多流束之间或者流束与环境之间发生间接热交换。如本文所使用的，除非另有说明，否则术语“连通”(“communication”，“communicating”)等通常指流体连通。尽管两个连通的流体可以在混合时交换热量，尽管这样的交换可以发生在热交换器中，但是这样的交换将不被认为与热交换器中的热交换相同。热交换***可以包括虽然没有具体描述，但是在本领域中通常已知为热交换器的一部分或与其相关联的那些项目，诸如膨胀装置，闪蒸阀(flash valve)等。如本文所用，术语“降低压力”不涉及相变，而术语“闪蒸”(“flashing”或“flashed”)涉及相变，甚至包括部分相变。如本文所使用的，术语“高”，“中”，“温”等是相对于可比较的流束，如本领域中的常规使用和由2010年3月17日提交的美国专利申请序列号12/726,142以及2014年3月18日提交的美国专利申请序列号14/218,949所示，其每一个的内容通过引用结合于此。2001年12月25日公布的美国专利第6,333,445号的内容也通过引用结合于此。
图1中示出了混合制冷剂***和方法的第一实施例。该***包括总体以50指示的混合制冷剂(MR)压缩机***和总体以70指示的热交换***。
热交换***包括总体以100表示的多流束热交换器，其具有热端101和冷端102。热交换器接收在进料流冷却通道103中液化的高压天然气进料流束5，该进料流冷却通道103由进料流冷却通道105和处理后进料流冷却通道120构成，其通过与热交换器中的制冷剂流束进行热交换来移除热量。结果，产生了液态天然气(LNG)产品流20。热交换器的多流束设计允许将多个流束方便且节能地集成到单个交换器中。合适的热交换器可以从得克萨斯州伍德兰德的Chart Energy&Chemicals公司购买。Chart Energy&Chemicals，Inc.提供的板翅式多流束热交换器还具有结构紧凑的优点。
如下面将更详细解释的那样，图1的包括热交换器100的***可以被配置为执行现有技术中已知的其他气体处理或进料气体处理选项125。这些处理选项可能需要气流一次或多次离开和重新进入热交换器(如图1所示)，并且可以包括例如天然气液体回收，冷冻成分去除或脱氮等。
在热交换***70(以及本文所述的其他热交换***)的热交换器100中使用单一(single)的混合制冷剂来完成热量的去除，所述单一的混合制冷剂使用MR压缩机***50(和这里描述的其他MR压缩机***)来处理和更新(recondition)。仅作为示例，混合制冷剂可以包括两种或更多种C1-C5烃和可选的N2。此外，混合制冷剂可以包括甲烷，乙烷，乙烯，丙烷，丙烯，异丁烷，正丁烷，异丁烯，丁烯，正戊烷，异戊烷，N2或其组合中的两种或更多种。2014年3月18日提交的美国专利申请序列号14/218,949中提出了并非旨在限制的更详细的示例性制冷剂组合物(以及流体温度和压力)。
热交换***70包括从热交换器100从热交换器100接收混合制冷剂并将混合制冷剂返回到热交换器100的冷蒸汽分离器200，中温立管300和低温立管400。
MR压缩机***包括抽吸鼓600，多级压缩机700，级间分离装置或鼓800和高压分离装置900。虽然示出了用于装置200、300、400、600、800和900的聚积鼓(accumulation drum)或分离鼓，然而可以使用替代的分离装置，包括但不限于另一种类型的容器，回旋分离器，蒸馏单元，聚结分离器或筛网或叶片型除雾器。
应当理解的是，在使用不需要在其入口使用抽吸鼓的压缩机的实施例中，抽吸鼓600可以被省略。这种压缩机的非限制性示例是螺杆式压缩机。
现在将描述MR压缩机***50和热交换***70的功能和附加部件。
压缩机第一部分701包括压缩流体出口，用于向第一部分冷却器710C提供压缩的抽吸鼓MR蒸汽流束710，使得冷却的压缩抽吸鼓MR流束720被提供给级间分离装置或鼓800。流束720行进到级间分离装置或鼓800，并且将得到的低压MR蒸汽流855提供给压缩机第二部分702。压缩机第二部分702将压缩的高压MR蒸汽流束730提供给第二部分冷却器730C。结果，至少部分冷凝的高压MR流束740行进到高压分离装置900。
应该理解的是，在本实施例和下面的实施例中，在第一压缩和冷却部分以及第二压缩和冷却部分之间可以存在一个或多个额外的中间压缩/压缩机和冷却/冷却器部分，使得压缩机第二部分和第二部分冷却器是最后一个压缩机部分和最后一个部分冷却器。应当进一步理解的是，尽管压缩机701和702被图示和描述为多级压缩机的不同部分，但是压缩机701和702可另外地为包括两个或更多个压缩机的单独的压缩机。
高压分离装置900将MR流束740平衡(equilibrate)并分离成高压MR蒸汽流束955和高压MR液体流束975，其优选为中沸制冷剂液体流束。
在MR压缩机***的替代实施例中，总体上在图3中以52指示，提供可选的级间回转泵880P，用于将MR前向液体流束880泵送到高压分离装置900，使得如果冷却的压缩抽吸鼓MR流束720在进入级间鼓800时被部分冷凝，则来自泵880P的流束和流束740在分离装置900中被结合并平衡。仅作为例子，离开泵880P的流束可具有600psig的压力和100°F的温度。
此外，MR压缩机***52可以可选地将来自高压分离装置900的高压MR再循环液体流束980提供至膨胀装置980E，使得高压MR再循环混合相流束990被提供至级间鼓800，使得流束720和990被结合和平衡。将液体从高压分离装置900回收到级间鼓800将在级间鼓没有接收到充分的冷却液体供应的情况下，例如在存在温暖的环境温度(即在炎热的日子)，保持泵880P的运行。打开装置980E消除了关闭泵880P直到收集到足够的液体为止的必要性，并且因此保持流向高压分离装置900的制冷剂的恒定组成。仅作为示例，流束980可以具有600psig的压力和100°F的温度，而流束990可以具有200psig的压力和60°F的温度。
在MR压缩机***的另一个替代实施例中，图4中总体以54指示，混合相主MR流束610从图1和3的热交换器返回至抽吸分离装置600。抽吸分离装置600具有液体出口，抽吸鼓MR液体流束675经由该液体出口从鼓排出。流束675行进到抽吸回转泵675P，该抽吸回转泵产生抽吸鼓MR流束680，该抽吸鼓MR流束680行进到级间鼓800。可选地，流束680可以经由分支流束681流到压缩抽吸鼓MR蒸汽流束710。作为又一个替代方案，流束680可以经由分支流束682流到冷却的压缩抽吸鼓MR流束720。
如图4进一步所示，并且如本领域中已知的那样，提供了压缩机容量或浪涌(surge)控制***，其包括MR再循环蒸汽管线960，防浪涌再循环阀960E，以及从防浪涌再循环阀960E出口延伸到抽吸分离装置600的管线970。可以使用本领域已知的可选的压缩机容量或浪涌控制装置来代替图4所示的容量或浪涌控制***。
在图5中总体以56指示的MR压缩机***的简化的替代实施例中，以及如在之前的实施例中那样，抽吸分离装置600包括用于从图1的热交换器的制冷通道接收蒸汽主MR流束610的入口。抽吸鼓MR蒸汽流束655被从吸鼓的出口提供到压缩机第一部分701。
压缩机第一部分701包括压缩流体出口，用于向第一部分冷却器710C提供压缩抽吸鼓MR蒸汽流束710，使得冷却的压缩抽吸鼓MR流束720被提供至级间鼓800。流束720行进至级间鼓800，并且产生的低压MR蒸汽流束855被提供至压缩机第二部分702。压缩机第二部分702将压缩的高压MR蒸汽流束730提供给第二部分冷却器730C。结果，至少部分冷凝的高压MR流束740行进到高压分离装置900。
高压分离装置900将MR流束740分离成高压MR蒸汽流束955和高压MR液体流束975，其优选为中沸点制冷剂液体流束。
在图6中总体以58指示的MR压缩机***的可选实施例中，提供可选的级间回转泵880P，用于在冷却的压缩抽吸鼓MR流束720进入级间鼓800时部分冷凝的情况下，将来自级间鼓800的MR前向液体流束880泵送到高压分离装置900。此外，MR压缩机***58可以可选地将来自高压分离设备900的高压MR再循环液流束980提供给膨胀设备980E，从而高压MR再循环混合相流束990被提供给分离装置鼓800。
另外，图6的MR压缩机***58与图5的MR压缩机***54相同。
图1和图3的热交换***70可用于上述的各MR压缩机***(以及可选的MR压缩机***实施例)，现在将参考图7详细说明。如图7所示，并且如前所述，多流束热交换器100接收进料流体流束，其在进料流束冷却通道103中经由通过与热交换器中的制冷流束进行热交换而移除热量而被冷却和/或液化，该进料流体流束如高压天然气进料流束5。结果，产生了诸如液态天然气的产品流的流束20。
进料流束冷却通道103包括预处理进料流束冷却通道105和处理后进料流束冷却通道120，其中该预处理进料流束冷却通道105包括在热交换器100的热端处的入口，且该处理后进料流束冷却通道120包括在冷端处的产品出口，产品20从该产品出口排出。预处理进料流束冷却通道105具有连接进料流体出口10的出口，而处理后进料流冷却通道120具有与进料流体入口15连通的入口。进料流体出口和入口10和15被提供用于外部进料处理(图1和3中的125)，例如天然气液体回收，冷冻成分去除或脱氮等。以下参考图23-25给出外部进料处理***的一个例子。
在图8中总体以72指示的热交换***的可选实施例中，进料流束冷却通道103在热交换器100的热端和冷端之间不中断地通过。当外部进料处理***未与热交换器100热集成时，可以使用这样的实施例。
热交换器包括制冷通道，其在图7中总体以170指示，该制冷通道包括低温制冷通道140，该低温制冷通道140具有在热交换器的冷端处的入口，该入口接收低温MR蒸汽流束455和低温MR液体流束475。制冷通道170还包括主制冷通道160以及中温制冷剂入口150，该主制冷通道160具有在热交换器的热端处的制冷剂返回流束出口，制冷剂返回流束610通过该出口从热交换器100排出，且中温制冷剂入口150被配置成通过相应的通道接收中温MR蒸汽流束355和中温MR液体流束375。结果，如下面更详细地解释的，低温MR蒸汽和液体流(455和475)以及中温MR蒸汽和液体流(355和375)在热交换器内在中温制冷剂入口150处结合。
中温制冷剂流束和低温制冷剂流束的组合在热交换器中形成中温区域或范围，大体从它们结合的点和从其在制冷剂流动朝向主制冷通道出口的方向的下游。
处于蒸汽或混合相的主MR流束610离开热交换器100的主制冷通道160并行进到图1-6中的任一个的MR压缩机***。仅作为示例，在图1-3,5和6的实施方式中，主MR流束610可以是蒸汽。当环境温度变得比设计更冷时，主MR流束610将是混合相(蒸汽和液体)，并且液体将积聚在抽吸鼓600中(图1-3、5和6的)。在较低温度下该过程变成稳定状态之后，主MR流束也再次是处于露点的蒸汽。当天气升温时，抽吸鼓600中的液体将蒸发，并且主MR流束将全部是蒸汽。因此，混合相主MR流束仅在当环境温度比设计更冷时的过渡状态下发生。可选地，该***可以被设计成用于混合相主MR流束610。
热交换器100还包括高压蒸汽冷却通道195，其被配置成在热端处接收来自图1-6的任何MR压缩机***的高压MR蒸汽流束955，并且冷却该高压MR蒸汽流束，以形成混合相冷分离器MR进料流束210。通道195还包括与冷蒸汽分离器200连通的出口。冷蒸汽分离器200将冷分离器进料流束210分为冷分离器MR蒸汽流束255和冷分离器MR液体流束275。
热交换器100还包括冷分离器蒸汽冷却通道127，其具有与冷蒸汽分离器200连通的入口以接收冷分离器MR蒸汽流束255。冷分离器MR蒸汽流束在通道127中冷却以形成冷凝的低温MR流束410，其由膨胀装置410E闪蒸以形成被引导至低温立管400的膨胀低温MR流束420。膨胀装置410E(并且如同在此公开的所有“膨胀装置”的情况一样)作为非限制性示例可以是阀(诸如焦耳汤普森阀)，涡轮机或节流孔口(restrictive orifice)。
低温立管400将混合相流束420分离成进入低温制冷剂通道140的入口的低温MR蒸汽流束455和低温MR液体流束475。蒸汽和液体流束455和475优选经由具有分别用于流束455和475的单独的入口的集管进入低温制冷剂通道140。这在集管内提供更均匀的液体和蒸汽的分配。
冷分离器MR液体流束275在冷分离器液体冷却通道125中被冷却以形成过冷分离器MR液体流束310。
高压液体冷却通道197接收来自图1-6的任何MR压缩机***的高压MR液体流束975。高压液体975优选为中沸制冷剂液体流束。高压液体流束进入热端并被冷却以形成过冷高压MR液体流束330。制冷剂液体流束310和330分别经由膨胀装置310E和330E均被独立地闪蒸以形成膨胀的冷分离器MR流束320和膨胀的高压MR流束340。该膨胀的冷分离器MR流束320与膨胀高压MR流束340在中温竖管300中结合并平衡，以形成中温MR蒸汽流束355和中温MR液体流束375。在可选的实施例中，两个流束310和330可以被混合且然后被闪蒸。
中温MR流束355和375被引导至制冷通道的中温制冷剂入口150，在此处它们与组合的低温MR蒸汽流束455和低温MR液体流束475混合，并且在主制冷通道160中提供制冷。制冷剂作为蒸汽相或混合相主MR流束或制冷剂返回流束610而从主制冷通道160排出。返回流束610可以可选地为过热蒸汽制冷剂返回流束。
在图9中总体以74表示的热交换***的可选实施例提供了低温MR膨胀回路的可选实施例。在这个实施例中，图7和8的低温立管400被去除。因此，来自冷分离器蒸汽冷却通路127的冷凝的低温MR流束410离开热交换器的冷端，并且由膨胀装置410E闪蒸以形成低温MR流束465。接着混合相流束465进入低温制冷剂通道140入口。热交换***74的其余部分与图7的热交换器***70相同并且以相同的方式操作。进料流束处理出口和入口10和15(通往和来自处理***)可以以图8的热交换***72所示的方式被省略。
在图10中总体以76指示的热交换***的另一可选实施例中，图7-9的中温立管300被省略。结果，如图10和图11所示，制冷剂液体流束310和330两者分别经由膨胀装置310E和330E独立闪蒸以形成膨胀的冷分离器MR流束320和膨胀的高压MR流束340，其被结合以形成中温MR流束365，该中温MR流束365流经中温制冷通道136。中温MR流束365经由通道136被引导至制冷通道的中温制冷剂入口150，在那里与低温MR流束465混合以在主制冷通道160中提供制冷。热交换***76的其余部分与图9的热交换器***74相同并且以相同的方式操作。进料流束处理出口和入口10和15(通往和来自处理***)可以被省略，以图8的热交换***72所示的方式。
如图12所示，膨胀装置310E和330E可从过冷的冷分离器MR流束310和过冷的高压MR流330的通道中省略，使得两个流束结合形成流束335。在此实施例中，膨胀装置136E被放置在中温制冷通道136内，使得流束335被闪蒸以形成中温MR流束365。混合相的中温MR流束365被提供给中温制冷剂入口150。
图13中示出了混合制冷剂***和方法的另一可选实施例。该***包括总体以60指示的MR压缩机***和总体以80指示的热交换***。除了下面描述的细节之外，图13的实施方式是与图1的实施方式相同的，并且具有与图1的实施方式相同的功能。因此，对于相应的部件将使用相同的附图标记。
压缩机第一部分701包括压缩流体出口，用于向第一部分冷却器710C提供压缩的抽吸鼓MR蒸汽流束710，使得冷却的压缩抽吸鼓MR流束720被提供至级间鼓800。流束720行进至级间鼓800，并且产生的低压MR蒸汽流束855被提供至压缩机第二部分702。压缩机第二部分702将压缩的高压MR蒸汽流束730提供至第二部分冷却器730C。因此，至少部分冷凝的高压MR流束740行进到高压分离装置900。
高压分离装置900将MR流束740分为高压MR蒸汽流束955和高压MR液体流束975，其优选为中沸点制冷剂液体流束。高压MR再循环液体流束980从流束975分支出来，并被提供给膨胀装置980E，使得高压MR再循环混合相流束990被提供至级间鼓800。这使得级间鼓800在温暖环境温度(例如在炎热天气)保持不会干涸。如之前(关于图3)和以下所述，再循环流束980可以另外地直接从高压分离装置900流动到膨胀装置980E。
与上述MR压缩机***实施例不同，MR压缩机***60的级间鼓800包括用于提供具有高沸点温度的低压MR液体流束875的液体出口。低压MR液体流束875由热交换器100的低压液体冷却通道187接收，并如下所述进一步处理。
MR压缩机***的可选实施方式在图14中总体以62指示，并且还包括具有提供低压MR液体流束875的液体出口的级间鼓800。
在图15中总体以64指示的MR压缩机***的另一个可选实施例中，混合相的主MR流束610从图13的热交换器返回到抽吸分离装置600。抽吸分离装置600具有液体出口，抽吸鼓MR液体流束675通过该液体出口离开鼓。流束675行进到抽吸鼓泵675P，该抽吸鼓泵产生抽吸鼓MR流束680，该抽吸鼓MR流束680行进至级间鼓800。可选的分支抽吸鼓MR流束681和682可以流到压缩抽吸鼓MR蒸汽流束710和/或冷却的压缩抽吸鼓MR流束720。
在其它方面，图15的MR压缩机***64与图13的MR压缩机***60相同并且功能相同。
图13和16的热交换***80可用于图13、14和15的各MR压缩机***60、62和64(以及可选的MR压缩机***实施方式)。现在将参照图16详细讨论热交换***80。
如图16所示，并且如前所述，多流束热交换器100接收进料流体流束，其在进料流束冷却通道103中经由与热交换器中的制冷流束热交换来移除热量从而被冷却和/或液化，该进料流体流束例如高压天然气进料流束5。因此，产生了诸如液态天然气的产品流20的流束。
如在图7的热交换***70的情况下，热交换***80的进料流束冷却通道103包括预处理进料流束冷却通道105和处理后的进料流束冷却通道120，该预处理进料流束冷却通道105具有在热交换器100的热端处的入口，且该处理后的进料流束冷却通道120具有在冷端的产品出口，产品20从该产品出口排出。预处理进料流束冷却通道105具有连接进料流体出口10的出口，而处理后的进料流束冷却通道120具有与进料流体入口15连通的入口。进料流体出口和入口10和15被提供用于外部进料处理(图1和3中的125)，例如天然气液体回收，冷冻成分去除或脱氮等。
在图17中总体以82表示的热交换***的替代实施例中，进料流冷却通道103在热交换器100的热端和冷端之间不中断地通过。当外部进料处理***未与热交换器100热整合时，可以使用这样的实施例。
如在图7的热交换***70的情况下，热交换器100包括在图16中总体以170指示的制冷通道，其包括具有入口的低温制冷通道140，该入口在热交换器的冷端接收低温MR蒸汽流束455和低温MR液体流束475。制冷通道170还包括主制冷通道160，该主制冷通道160具有在热交换器的热端处的制冷剂返回流束出口和中温制冷剂入口150，制冷剂返回流束610通过该制冷剂返回流束出口从热交换器100排出，且该中温制冷剂入口150被配置成经由相应的通道接收中温MR蒸汽流束355和中温MR液体流束375。因此，低温MR蒸汽和液体流束(455和475)以及中温MR蒸汽和液体流束(355和375)在热交换器内在中温制冷剂入口150处结合。
中温制冷剂流束和低温制冷剂流束的组合在热交换器中形成中温区域或范围，其大体从它们组合的点并在制冷剂流动朝向主制冷通道出口的方向下游。
离开热交换器100的主制冷通道160的主MR流束610行进到图13-15中的任一个的MR压缩机***，并且处于蒸汽相或混合相。仅作为示例，在图13和14的实施例中，主MR流束610可以是蒸汽。当环境温度比设计更冷时，主MR流束610将处于混合相(蒸汽和液体)，并且液体将积聚在抽吸鼓600(图13-15)中。在较低温度下该过程变成稳定状态之后，主MR流束再次全部为处于露点的蒸汽。当天气升温时，在抽吸鼓600中的液体将蒸发，并且主MR流束将全部是蒸汽。结果，当环境温度比设计更冷时，混合相主MR流束仅在过渡情况下发生。可选地，该***可以被设计成用于混合相主MR流束610。
热交换器100还包括高压蒸汽冷却通道195，其被配置成在热端处从图13-15的MR压缩机***接收高压MR蒸汽流束955以及冷却该高压MR蒸汽流束，以形成混合相冷分离器MR进料流束210。通道195包括与冷蒸汽分离器200连通的出口，冷蒸汽分离器200将冷分离器进料流束210分为冷分离器MR蒸汽流束255和冷分离器MR液体流束275。
热交换器100还包括冷分离器蒸汽冷却通道127，其具有与冷蒸汽分离器200的蒸汽出口连通的入口，以接收冷分离器MR蒸汽流束255。冷分离器MR蒸汽流束在通道127中冷却以形成冷凝的低温MR流束410，且接着由膨胀装置410E闪蒸以形成引导至低温竖管400的膨胀的低温MR流束420。膨胀装置410E(以及在这里所公开的所有“膨胀装置”的情况下)作为非限制性实施例，可以是焦耳汤普森(Joule Thompson)阀，涡轮机或孔口。
低温竖管400将混合相流束420分为进入低温制冷剂通道140的入口的低温MR蒸汽流束455和低温MR液体流束475。
冷分离器MR液体流束275在冷分离器液体冷却通道125中被冷却以形成过冷冷分离器MR液体流束310。
高压液体冷却通道197接收来自图13-15的任何MR压缩机***的高压MR液体流束975。高压液体975优选为中沸点(mid-boiling)制冷剂液体流束。高压液体流束进入热端并被冷却以形成过冷高压MR液体流束330。制冷剂液体流束310和330分别经由膨胀装置310E和330E被独立地闪蒸以形成膨胀的冷分离器MR流束320和膨胀的高压MR流束340。膨胀的冷分离器MR流束320在中温立管300中与膨胀的高压MR流束340结合以形成中温MR蒸汽流束355和中温MR液体流束375。在可选的实施例中，两个流束310和330可以混合然后被闪蒸。
中温MR流束355和375被引导到制冷通道的中温制冷剂入口150，在此处其与组合的低温MR蒸汽流束455和低温MR液体流束475混合，并且在主制冷通道160中提供制冷。制冷剂作为蒸汽相或混合相主MR流束或制冷剂返回流束610而从主制冷通道160排出。返回流束610可以可选地为过热蒸汽制冷剂返回流束。
热交换器100还包括低压液体冷却通道187，如上所述，低压液体冷却通道187从图13-15的MR压缩机***的级间分离装置或鼓800的液体出口接收低压MR液体流束875，其优选为高沸点制冷剂。高沸点MR液体流束875在低压液体冷却通道187中被冷却以形成过冷低压MR流束，其作为流510从热交换器排出。然后，过冷低压MR液体流束510在膨胀装置510E处被闪蒸或其压力减小以形成膨胀的低压MR流束520。仅作为例子，流束510可具有200psig的压力和-130°F的温度，而流束520可具有50psig的压力和-130°F的温度。如图16所示，将流束520引导至中温立管300，在那里将其与膨胀的冷分离器MR流束320和膨胀的高压MR流束340组合。因此，将高沸点制冷剂提供给中温制冷剂入口150，从而到达主制冷通道160。
图18中的总体以84指示了热交换***的可选实施例，并且提供了低温MR膨胀回路的可选实施例。更具体地，在这个实施例中，图13、16和17的低温立管400被去除。因此，来自冷分离器蒸汽冷却通路127的冷凝的低温MR流束410离开热交换器的冷端，并且由膨胀装置410E闪蒸以形成低温MR流束465。然后，混合相流束465进入低温制冷剂通道140的入口。热交换***84的其余部分与图16的热交换***80相同，并且以相同的方式操作。进料流束处理出口和入口10和15(通往至和来自处理***)可以以图17的热交换***82所示的方式被省略。
在图19中总体以86表示的热交换***的另一替代实施例中，图16-18的中温立管300被省略。因此，如图19和图20中所示，制冷剂液体流束310和330均分别经由膨胀装置310E和330E被独立地闪蒸以形成膨胀的冷分离器MR流束320和膨胀的高压MR流束340。这两个流束与膨胀的低压MR流束520组合以形成流经中温制冷通道136的中温MR流束365。中温MR流束365被引导经过通道136至制冷通道的中温制冷剂入口150，在那里与低温MR流束465混合，以在主制冷通道160中提供制冷。热交换***86的其余部分与图18的热交换器***84相同并且以相同的方式操作。进料流束处理出口和入口10和15(导向和来自处理***)可以以图17的热交换***82所示的方式被省略。
如图21所示，膨胀装置310E和330E可从过冷冷分离器MR流束310和过冷高压MR流束330的通道中省略。在该实施例中，膨胀装置315E被放置在流束310和330的结合处的下游，且在与流520的结合处的上游。因此，由流束310和330的组合流构成的流束335被闪蒸，然后与流束520混合，使得处于混合相的中温MR流束365经由通道136被提供至中温制冷剂入口150。
在可选的实施例中，图20和21的膨胀装置510E可以被省略，使得过冷低压MR流束510(而不是流束520)被提供与经由膨胀装置315E膨胀后的流束335混合，从而形成流束365。
在图22中所示的另一可选实施例中，流束335和流束510可被引导至组合的混合和膨胀装置136E。仅作为示例，装置136E可以具有多个入口以及分离的液体和蒸汽出口。作为另一个例子，可以使用串联的两个液体膨胀器，在其间提供流束510。
在每个上述实施方式中，外部处理，预处理，后处理，集成处理或其组合中的一个或多个可以独立地与进料流束冷却通道连通，并且被配置成处理进料流束，产品流束或两者。
作为示例，并且先前参考图7和16可注意到，热交换器100的进料流束冷却通道103包括预处理进料流束冷却通道105和处理后进料流束冷却通道120，其中该预处理进料流束冷却通道105具有在热交换器100的热端处的入口，且该处理后进料流束冷却通道120具有在冷端处的产品出口，产品20从该产品出口排出。预处理进料流束冷却通道105具有连接进料流体出口10的出口，而处理后进料流束冷却通道120具有与进料流体入口15连通的入口。进料流体出口和入口10和15被提供用于外部进料处理(图1和3中的125)，例如天然气液体回收，冷冻成分去除或脱氮等。
在图23中总体以125指示用于MR压缩机***50和热交换***70的用于外部进料处理的***的示例。如图23所示，进料流体出口10将混合相进料流体引导至重质分液鼓(heavies knock out drum)12(或其他分离装置)。鼓12包括与进料流束连通入口15连通的蒸汽出口，使得来自分离装置12的蒸汽行进到热交换器的处理后进料流束冷却通道120。分离装置12还包括液体出口，液体流束14经由该液体出口流至热交换器16，在那里通过与由MR压缩机***50的高压MR液体流束975的分支提供的制冷剂流束18进行热交换而被加热。所得到的加热液体19流入冷凝物汽提塔(condensate stripping column)21以进行进一步处理。
外部进料处理***125也可以与上述MR压缩机***和热交换***实施例中的任何一个组合，包括MR压缩机***52和热交换***70，如图24所示，以及MR压缩机***60和热交换***80，如图25所示。
在图23-25中以22示出，进料气体可以在作为流束5进入热交换器100之前经由预处理***22进行预处理。
外部处理，预处理或后处理中的每一项可独立地包括从进料流束去除以下的一种或多种成分：硫，水，CO2，天然气液体(NGL)，冷冻组分，乙烷，烯烃，C6烃，C6+烃，N2或其组合。
此外，一个或多个预处理可独立地包括与进料流束冷却通道连通的以下的一个或多个：脱硫，脱水，除去CO2，除去一种或多种天然气液体(NGL)，或其组合，并且被配置成处理进料流束，产品流束或该两者。
另外，一种或多种外部处理可以独立地包括与进料流束冷却通道连通的以下一种或多种：除去一种或多种天然气液体(NGL)，除去一种或多种冷冻组分，除去乙烷，除去一种或多种烯烃，除去一种或多种C6烃，除去一种或多种C6+烃，并适于处理进料流束，产品流束或该二者。
上述实施方式中的每一个还可以设置有一个或多个后处理，所述后处理可以包括从产品中去除N2并且与进料流束冷却通道连通以及被配置成处理进料流束，产物流束或该两者。
虽然已经示出和描述了本发明的优选实施例，但是对于本领域的技术人员来说显而易见的是，在不偏离本发明的实质的情况下可以进行改变和修改，本发明的范围由所附权利要求限定。

Claims (11)

1.一种用混合制冷剂冷却气体的***，包括：
a.包括热端和冷端的主热交换器，其中进料流束冷却通道在该热端和冷端之间延伸，该进料流束冷却通道被配置成在所述热端接收进料流束并且将冷却的产品流束从所述冷端输送出，所述主热交换器还包括高压蒸汽冷却通道、高压液体冷却通道，冷分离器蒸汽冷却通道，冷分离器液体冷却通道和制冷通道；
b.混合制冷剂压缩机***，其包括具有与所述制冷通道的出口流体连通的入口以及出口的压缩机第一部分，具有与所述压缩机第一部分的出口流体连通的入口以及出口的第一部分冷却器，具有与第一部分冷却器的出口流体连通的入口以及蒸汽出口的级间分离装置，具有与级间分离装置的蒸汽出口流体连通的入口以及出口的压缩机第二部分，具有与压缩机第二部分的出口流体连通的入口以及出口的第二部分冷却器，具有与第二部分冷却器的出口流体连通的入口以及液体出口和蒸汽出口的高压分离装置；
c.所述热交换器的高压蒸汽冷却通道具有与所述高压分离装置的蒸汽出口流体连通的入口；
d.冷蒸汽分离器，其具有与所述高压蒸汽冷却通道的出口流体连通的入口，所述冷蒸汽分离器具有液体出口和蒸汽出口；
e.所述热交换器的所述冷分离器液体冷却通道具有与所述冷蒸汽分离器的液体出口流体连通的入口和与所述制冷通道流体连通的出口；
f.所述热交换器的所述高压液体冷却通道具有与所述高压分离装置的液体出口流体连通的入口，以及与所述制冷通道流体连通的出口；
g.所述热交换器的所述冷分离器蒸汽冷却通道具有与所述冷蒸汽分离器的蒸汽出口流体连通的入口；和
h.膨胀装置(410E)，其具有与所述冷分离器蒸汽冷却通道的出口流体连通的入口和与制冷通道的入口流体连通的出口。
2.根据权利要求1所述的***，其中所述级间分离装置具有液体出口。
3.根据权利要求2所述的***，还包括级间泵，其具有与级间分离装置的液体出口流体连通的入口和与高压分离装置流体连通的出口。
4.根据权利要求2所述的***，还包括高压再循环膨胀装置，该高压再循环膨胀装置具有与所述高压分离装置流体连通的入口和与所述级间分离装置流体连通的出口。
5.根据权利要求1所述的***，还包括抽吸分离装置，该抽吸分离装置具有与所述制冷通道的出口流体连通的入口以及蒸汽出口，并且其中所述压缩机第一部分入口与所述抽吸分离装置的蒸汽出口流体连通。
6.一种用于将混合制冷剂提供至热交换器以冷却气体的压缩机***，包括：
a.压缩机第一部分，其具有被配置成从所述热交换器接收混合制冷剂的抽吸入口以及出口；
b.第一部分冷却器，其具有与所述压缩机第一部分的出口流体连通的入口以及出口；
c.级间分离装置，其具有与所述第一部分后冷却器的出口流体连通的入口以及蒸汽出口；
d.压缩机第二部分，其具有与所述级间分离装置的蒸汽出口流体连通的抽吸入口以及出口；
e.第二部分冷却器，其具有与所述压缩机第二部分的出口流体连通的入口以及出口；
f.高压分离装置，其具有与第二部分冷却器的出口流体连通的入口以及蒸汽出口和液体出口，所述蒸汽出口被配置成向热交换器提供高压混合制冷剂蒸汽流束，并且所述液体出口被配置成向热交换器提供高压混合制冷剂液体流束；和
g.高压再循环膨胀装置，其具有与所述高压分离装置流体连通的入口和与所述级间分离装置流体连通的出口。
7.根据权利要求6所述的压缩机***，其中所述级间分离装置包括液体出口并且还包括级间泵，所述级间泵具有与所述级间分离装置的液体出口流体连通的入口和与所述高压分离装置流体连通的出口。
8.根据权利要求6所述的压缩机***，其中所述高压再循环膨胀装置入口与所述高压分离装置的液体出口流体连通。
9.根据权利要求6所述的压缩机***，其中所述级间分离装置具有被配置成将混合的制冷剂引导至所述热交换器的液体出口。
10.根据权利要求6所述的压缩机***，其中所述压缩机第一部分和所述压缩机第二部分是多级压缩机的级。
11.根据权利要求6所述的压缩机***，还包括抽吸分离装置，该抽吸分离装置具有被配置成从所述热交换器接收混合制冷剂的入口以及蒸汽出口，并且其中所述压缩机第一部分入口的抽吸入口与所述抽吸分离装置的蒸汽出口流体连通。
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