TWI547676B - 集成的預冷混合製冷劑系統和方法 - Google Patents

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Description

集成的預冷混合製冷劑***和方法
本發明總體上涉及用於使氣體冷卻或使氣體液化的處理和系統，更具體地說，涉及用於使氣體冷卻或使氣體液化的經改進的混合製冷劑系統和方法。
主要為甲烷的天然氣以及其它氣體在壓力下被液化以便於存儲和運輸。由液化導致的體積減小使得可以使用具有更實際更經濟的設計的容器。通常通過利用一個或更多個製冷週期的間接熱交換使氣體變冷來實現液化。由於所需要的設備的複雜性以及製冷劑的性能的所需要的效率而導致這些製冷週期在設備成本和操作這兩方面都很昂貴。因此，需要具有經降低的複雜性並具有經改進的製冷效率和經降低的操作成本的氣體冷卻和液化系統。
使天然氣液化需要將天然氣流冷卻至大約160℃至170℃，接著將壓力降低至約為環境壓力。圖1示出60巴(bar)壓力的甲烷、35巴壓力的甲烷以及35巴壓力的甲烷和乙烷混合物的典型的溫度─焓(enthalpy)曲線。針對這些S形曲線有三個區。在大約-75℃以上，氣體去過熱(de-superheat)，而在約-90℃以下，液體過冷。在這兩者之間的相對平坦的區域中，氣體冷凝為液體。由於60巴曲線在臨界壓力以上，所以僅存在一種相；但是其特定的熱量在臨界溫度附近較大，並且冷卻曲線與較低的壓力曲線相似。包含5%的乙烷的曲線示出了雜質的效果，其圓滑了露點和始沸點。
製冷過程在針對使天然氣液化提供冷卻時是必需的，並且最有效率的製冷過程將具有在它們的全部範圍內緊密逼近圖1的冷卻曲線至幾度以內的加熱曲線。然而，由於冷卻曲線的S形形式和較大的溫度範圍，這種制冷處理難以設計。由於純組分製冷劑處理的平坦的氣化曲線，它們在兩相區域工作最好，但是由於多組分製冷劑處理的傾斜的汽化曲線，它們更適於去過熱和過冷區。已經針對天然氣液化開發了這兩類處理以及兩者的混合物。
級聯的、多級的純組分週期最初與諸如丙烯、乙烯、甲烷和氮氣的製冷劑一起使用。以足夠的級別，這些週期可以產生逼近圖1所示的冷卻曲線的淨加熱曲線。然而，由於隨著級別數量的增加需要額外的壓縮機組，所以機械複雜度變得不可承受。這些處理在熱力學上也是無效率的，因為純組分製冷劑在恒定的溫度下氣化而並不遵循天然氣冷卻曲線，並且製冷閥不可逆轉地將液體快速氣化為蒸氣。因為這些原因，已經找到了經改進的處理，以便降低資金成本、降低能耗以及提高操作性。
Manley的美國專利第5,746,066號說明了一種級聯的、多級混合製冷劑處理，以應用於用於乙烯回收的類似的製冷要求，乙烯回收消除級聯的多級的純組分處理的熱力學無效率。這是因為製冷劑沿著氣體冷卻曲線在升高的溫度下氣化，並且液體製冷劑在快速氣化之前被過冷，因而降低了熱力學的不可逆轉性。此外，機械複雜度會有些降低，因為對於純製冷劑處理僅需要兩個不同的製冷劑週期而不是三個或四個製冷劑週期。Newton的美國專利第4,525,185號、Liu等人的美國專利第4,545,795號、Paradowski等人的美國專利第4,689,063號以及Fischer等人的美國專利第6,041,619號都示出了針對應用於天然氣液化的該計劃的變化，Stone等人的美國專利申請公開第2007/0227185和Hulsey等人的美國專利申請公開第2007/0283718號也示出了這樣的內容。
級聯的、多級的混合製冷劑處理是公知的最有效率的處理，但是，大多數工廠期望能夠更容易操作的較簡單的、有效率的處理。
Swenson的美國專利第4,033,735號說明了一種單混合製冷劑處理，該處理僅需要一個壓縮機用於制冷處理，並且該處理還降低了機械複雜度。然而，主要由於兩個原因，該處理比上文討論的級聯的、多級的混合製冷劑處理消耗更多的功率。
首先，即使不是不可能，該處理也難以找到可以產生嚴格遵循圖1所示的典型的天然氣冷卻曲線的淨加熱曲線的單混合製冷劑成分。這種製冷劑必須由一系列相對較高沸點組分和相對較低沸點組分組成，這些組分的沸點溫度在熱力學上被相平衡限制。此外，較高沸點組分被限制，因為它們必須在最低溫度不凍結。因為這些原因，所以在冷卻處理中必然在多個點處出現相對較大的溫差。圖2示出Swenson的美國專利第4,033,735號中的典型的複合物加熱和冷卻曲線。
其次，針對單混合製冷劑處理，儘管較高沸點組分僅在該處理的經製冷部分的較暖的端部提供製冷，但是製冷劑中的所有組分會達到最低的溫度水平。這就需要能量來對在較低溫度下“惰性”的這些組分進行冷卻和再加熱。而無論在級聯的、多級的純組分制冷處理還是在級聯的、多級的混合製冷劑處理中都不是這種情況。
為了減輕該第二種無效率問題並解決第一個問題，已經開發了多種解決方案，這些解決方案將較重的餾分從單混合製冷劑中分離，在製冷的較高溫度級別上使用較重的餾分，接著將其與較輕的餾分重新組合，以供後續壓縮。Podbielniak的美國專利第2,041,725號中說明了一種進行該處理的方法，該方法在低環境溫度下結合若干相分離階段。Perret的美國專利第3,364,685號、Sarsten的美國專利第4,057,972號，Garrier等人的美國專利第4,274,849號、Fan等人的美國專利第4,901,533號、Ueno等人的美國專利第5,644,931號、Ueno等人的美國專利第5,813,250號、Arman等人的美國專利第6,065,305號、Roberts等人的美國專利第6,347,531號以及Schmidt的美國專利申請公開第2009/0205366號也示出了針對該計劃的變化。當進行仔細設計時，即使並不處於平衡狀態的物流的重新組合在熱力學上效率很低，它們也能改進能量效率。這是因為輕和重餾分在高壓下被分離，接著在低壓下被重新組合，所以它們可以在單獨的壓縮機中被壓縮在一起。只要物流在平衡狀態被分離，在非平衡條件下被單獨處理並隨後被重新組合，就會出現熱力學損失，該損失最終導致能耗增加。因此，應當使這樣的分離的次數最小化。所有這些處理在制冷處理中的各個位置處都使用簡單的蒸氣/液體平衡，以將較重的餾分與較輕的餾分分離。
然而，簡單的一級蒸氣/液體平衡分離不會濃縮與使用具有回流的多級平衡所實現的同樣多的餾分。較大的濃度使得在隔離成分時有較大的精度，該成分在特定的溫度範圍內提供製冷。這樣增強了處理的能力，以遵循圖1中的S形冷卻曲線。Gauthier的美國專利第4,586,942號和Stockmann等人的美國專利第6,334,334號說明了怎樣在以上的環境壓縮機組中實施分餾，以進一步濃縮用於在不同的溫度區中製冷的經分離的餾分，因而改進整體處理的熱力學效率。濃縮餾分並且減小它們的氣化的溫度範圍的第二個原因是為了確保當它們離開該處理的製冷部分時被完全氣化。這完全利用了製冷劑的潛熱，並防止了將液體夾帶到下游的壓縮機中。由於相同的原因，作為該處理的一部分，重餾分液體通常被重新注入到製冷劑的較輕的餾分中。重餾分的分餾降低了在重新注入時的快速氣化，並改進了兩相流體的機械分佈。
如Stone等人的美國專利申請公開第2007/0227185號所述，從該處理的經製冷的部分去除部分氣化的製冷流是公知的。Stone等人由於機械原因(而不是熱力學原因)進行該處理，並且在需要兩個分離的混合製冷劑的級聯的、多級的混合製冷劑處理中進行該處理。此外，部分氣化的製冷流在即將壓縮之前與它們的先前被分離的蒸氣餾分重新組合時被完全氣化。
根據本發明，並且如下文更詳細的說明，如果重餾分在其離開該處理的主要熱交換器時沒有被完全氣化，則重餾分的簡單的平衡分離足以顯著改進混合製冷劑處理的效率。這意味著一些液體製冷劑會出現在壓縮機吸入口處，並且必須預先被分離並被抽吸至較高的壓力。當液體製冷劑與製冷劑的被氣化的較輕餾分混合時，壓縮機的吸入口氣體被大大冷卻，並且所需要的壓縮機功率被進一步降低。重餾分在中間階段期間的平衡分離還降低了第二或較高階段的壓縮機上的負荷，導致處理效率得到改進。製冷劑的重組分還被保持在處理的冷端以外，降低製冷劑冷凍的可能性。
此外，在獨立的預冷卻製冷回路中使用重餾分導致熱交換器的暖端處的加熱/冷卻曲線接近閉合，得到製冷的更有效率的使用。這在圖8中最佳地示出，其中在同一個軸線上畫出根據圖2(開放的曲線)和圖4(閉合的曲線)的曲線，並且溫度範圍限於+40℃至-40℃。
圖3中提供了示出本發明的系統和方法的實施方式的處理流程圖和示意圖。現在將參照圖3來說明實施方式的操作。
如圖3所示，該系統包括用6總體指示的多流式熱交換器，其具有暖端7和冷端8。熱交換器接收通過經由與熱交換器中的製冷流進行熱交換而去除熱量從而在冷卻通道5中液化的高壓天然氣饋送流9。結果，產生了液體天然氣產品的流10。熱交換器的多流式設計使得將多個流方便並且高效的整合到單個交換器中。可以從德克薩斯州Woodlands的Chart Energy & Chemicals公司購買適當的熱交換器。從Chart Energy & Chemicals公司可獲取的板翅式的多流式熱交換器(plate and fin multi-stream heat exchanger)提供了物理上緊湊的進一步優點。
圖3的包括熱交換器6的系統可被配置為執行用13處的虛線指示的其它氣體處理選項，這在本領域中是公知的。這些處理選項可以要求氣體流排出並重新進入熱交換器一次或者更多次，並且可以包括例如天然氣凝液回收(natural gas liquids recovery)或者脫氮。此外，雖然下文針對天然氣的液化說明本發明的系統和方法，但是，它們也可用於除了天然氣以外的包括但不限於空氣或氮氣的氣體的冷卻、液化和/或處理。
在利用單混合製冷劑的熱交換器和圖3所示的系統的其餘部分中實現熱量去除。如下文所述，在表1中示出製冷劑成分、該系統的製冷部分的流條件和流量。
參照圖3的右上部分，第一級壓縮機11接收低壓蒸氣製冷劑流12，並將其壓縮至中壓。流14接著行進至第一級後冷卻器(after-cooler)16，在此處被冷卻。作為示例，後冷卻器16可以是熱交換器。所得到的中壓混合相製冷劑流18行進至級間筒(interstage drum)22。雖然示出的是級間筒22，但是也可以使用另選的分離裝置，這包括但不限於其它的類型的容器、氣旋分離器(cyclonic separator)、蒸餾單元、聚結分離器(coalescing separator)或者網狀或葉片類型的除霧器(mist eliminator)。級間筒22還接收中壓液體製冷劑流24，其如下文更詳細的說明，由泵26來提供。在另選的實施方式中，流24可以替代地與後冷卻器16的上游流14或者後冷卻器16的下游流18相結合。
流18和24在級間筒22中結合並保持平衡，這導致經分離的中壓蒸氣流28從筒22的蒸氣出口排出，而中壓液體流32從筒的液體出口排出。作為暖並且是重餾分的中壓液體流32從筒22的液體側排出並進入熱交換器6的預冷卻液體通道33，如下所述，通過與同樣通過熱交換器的各種冷卻流進行熱交換來被過冷。所得到的流34從熱交換器排出並通過膨脹閥36快速氣化。作為膨脹閥36的替換，可以使用其它類型的膨脹裝置，這包括但不限於渦輪或節流孔。所得到的流38重新進入熱交換器6以經由預冷卻製冷通道39提供額外的製冷。流42從熱交換器的暖端7排出，作為具有顯著的液體餾分的兩相混合物。
中壓蒸氣流28從筒22的蒸氣出口行進至第二或最末級壓縮機44，在壓縮機44處被壓縮為高壓。流46從壓縮機44排出，並通過第二級或最末級後冷卻器48行進，並在後冷卻器48處被冷卻。所得到的流52包含在儲蓄筒(accumulator drum)54中分離的蒸氣相和液相兩者。儘管示出的是儲能筒54，但是，也可以使用另選的分離裝置，這包括但不限於其它的類型的容器、氣旋分離器、蒸餾單元、聚結分離器或者網狀或葉片類型的除霧器。高壓蒸氣製冷劑流56從筒54的蒸氣出口排出，並行進至熱交換器6的暖側。高壓液體製冷劑流58從筒54的液體出口排出，還行進至熱交換器6的暖端。應當注意，第一級壓縮機11和第一級後冷卻器16組成第一壓縮和冷卻週期，而最末級壓縮機44和最末級後冷卻器48組成最末的壓縮和冷卻週期。然而，還應當注意，每個冷卻週期階段可以另選地表現多個壓縮機和/或後冷卻器的特徵。
暖的、高壓的蒸氣製冷劑流56在其通過熱交換器6的高壓蒸氣通道59行進時被冷卻、冷凝並且過冷。結果，流62從熱交換器6的冷端排出。流62通過膨脹閥64快速氣化，並重新進入熱交換器作為流66，以在流67通過主要製冷通道65行進時提供製冷。作為膨脹閥64的替代，可以使用其它類型的膨脹裝置，這包括但不限於渦輪和節流孔。
暖的、高壓液體製冷劑流58進入熱交換器6，並在高壓液體通道69中過冷。所得到的流68從熱交換器排出，並通過膨脹閥72快速氣化。作為膨脹閥72的替代，可以使用其它類型的膨脹裝置，這包括但不限於渦輪和節流孔。所得到的流74重新進入熱交換器6，在熱交換器6中，流74加入並與主要製冷通道65中的流67結合，以作為流76提供額外的製冷，並作為過熱蒸氣流78從熱交換器6的暖端排出。
過熱的蒸氣流78和如上所述作為具有顯著的液體餾分的兩相混合物的流42分別通過蒸氣和混合相入口進入低壓吸入筒(suction drum)82，並在低壓吸入筒中結合並保持平衡。儘管示出的是吸入筒82，但是也可以使用另選的分離裝置，這包括但不限於其它的類型的容器、氣旋分離器、蒸餾單元、聚結分離器或者網狀或葉片類型的除霧器。結果，低壓蒸氣製冷劑流12從筒82的蒸氣出口排出。如上所述，流12行進至第一級壓縮機11的入口。混合相流42與包括極為不同的成分的蒸氣的流78在壓縮機11的吸入口處的吸入筒82中的混合而產生了部分快速氣化冷卻的效果，這降低了行進至壓縮機的蒸氣流的溫度，進而降低了壓縮機本身的溫度，進而降低了操作壓縮機所需的功率。
已經被混合的快速氣化冷卻效果降低了溫度的低壓液體製冷劑流84從筒82的液體出口排出，並被泵26抽吸為中壓。如上所述，出口流24從泵行進至級間筒22。
結果，根據本發明，包括流32、34、38和42的預冷卻製冷劑環進入熱交換器6的暖側，並與顯著的液體餾分一起排出。部分的液體流42與來自流78的廢製冷劑蒸氣結合，以在吸入筒82中保持平衡並進行分離，在壓縮機11中壓縮所得到的蒸氣，並由泵26來抽吸所得到的液體。吸入筒82中的平衡通過熱傳遞和質量傳遞這兩者降低了進入壓縮機11的流的溫度，因而降低了壓縮機所使用的功率。
圖4中示出了圖3中的處理的複合加熱和冷卻曲線。與圖2的經過優化的、單混合製冷劑處理的曲線進行比較(與Swenson的美國專利第4,033,735號中所述的類似)，示出了複合物的加熱和冷卻曲線已經更接近彼此，因而將壓縮機功率降低了約5%。這有助於降低工廠的資金成本，並降低了與環境排放相關聯的能量消耗。這些優點為小規模至中等規模的液體天然氣工廠一年節省幾百萬美元。
圖4還示出圖3的系統和方法導致冷卻曲線的熱交換器暖端接近閉合(可參見圖8)。這是因為中壓的重餾分液體在比剩餘的製冷劑更高的溫度下沸騰，因而非常適於暖端熱交換器製冷。使中壓重餾分液體沸騰以從熱交換器中的較輕餾分製冷劑中分離出來，允許甚至更高的沸騰溫度，這導致曲線更加“閉合的”(因而更有效率的)暖端。此外，保持重餾分在熱交換器的冷端以外有助於防止出現凍結。
應當注意，上述實施方式針對超臨界壓力處的代表性的天然氣饋送。當在不同壓力處使其它不太純的天然氣液化時，最優的製冷劑成分和操作條件將變化。但是，由於其熱力學效率，該處理的優點得以保持。
圖5提供了示出本發明的系統和方法的第二實施方式的處理流程圖和示意圖。在圖5的實施方式中，過熱的蒸氣流78與兩相的混合流42在混合裝置中(用102示出)而不是在圖3的吸入筒82處結合。混合裝置102可以是例如靜態混合器、流78和42流入其中的單管道段、熱交換器6的填密料(packing)或頭部。在離開混合裝置102以後，經結合並混合的流78和42作為流106行進至低壓吸入筒104的單個入口。雖然示出的是吸入筒104，但是也可以使用另選的分離裝置，這包括但不限於其它的類型的容器、氣旋分離器、蒸餾單元、聚結分離器或者網狀或葉片類型的除霧器。當流106進入吸入筒104時，蒸氣相和液相被分離，使得低壓液體製冷劑流84從筒104的液體出口排出，並且低壓蒸氣流12從筒104的蒸氣出口排出，如以上針對圖3的實施方式所述。圖5的實施方式的其餘部分表現出了與針對圖3的實施方式所述相同的組分和操作，當然表1的數據可以不同。
圖6提供了示出本發明的系統和方法的第三實施方式的處理流程圖和示意圖。在圖6的實施方式中，來自熱交換器6的兩相混合流42行進至返回筒120。所得到的蒸氣相作為返回蒸氣流122行進至低壓吸入筒124的第一蒸氣入口。來自熱交換器6的過熱蒸氣流78行進至低壓吸入筒124的第二蒸氣入口。經結合的流126從吸入筒124的蒸氣出口排出。筒120和124可以另選地結合到執行返回分離器筒和吸入筒的功能的單個筒或容器中。此外，另選的類型的分離裝置可以替代筒120和124，這包括但不限於其它的類型的容器、氣旋分離器、蒸餾單元、聚結分離器或者網狀或葉片類型的除霧器。
第一級壓縮機131接收低壓蒸氣製冷劑流126並將其壓縮為中壓。接著經壓縮的流132行進至第一級後冷卻器134，在此處被冷卻。此外，來自返回分離器筒120的液體出口的液體作為返回液體流136行進至泵138，所得到的流142接著加入來自第一級後冷卻器134的上游的流132。
離開第一級後冷卻器134的中壓混合相製冷劑流144行進至級間筒146。雖然示出的是級間筒146，但是也可以使用另選的分離裝置，這包括但不限於其它的類型的容器、氣旋分離器、蒸餾單元、聚結分離器或者網狀或葉片類型的除霧器。經分離的中壓蒸氣流28從級間筒146的蒸氣出口排出，而中壓液體流32從筒的液體出口排出。中壓蒸氣流28行進至第二級壓縮機44，而作為暖的重餾分的中壓液體流32行進至熱交換器6，如針對圖3的實施方式所述。圖6的實施方式的其餘部分表現出了與針對圖3的實施方式所述相同的組件和操作，雖然表1的數據可能不同。圖6的實施方式不在筒124處提供任何冷卻，因而第一級壓縮機吸入流126不會冷卻。然而，關於改進效率，為降低到壓縮機吸入口的蒸氣莫耳流率對冷卻壓縮機吸入流進行了折中。經降低的到壓縮機吸入口的蒸氣流提供了對壓縮機功率需求的降低，這大致等同於由圖3的實施方式的經冷卻的壓縮機吸入流所提供的降低。雖然泵138存在相關聯的功率需求的增加，但是與圖3的實施方式中的泵26相比，泵的功率增加與壓縮機功率的節省相比非常小(近似為1/100)。
在本發明的系統和方法的第四實施方式中，如圖7所示，圖3的系統可選地配備有一個或更多個預冷卻系統，用202、204和/或206指示出。當然，圖5或圖6的實施方式或者本發明的系統的任意其它實施方式可以配備有圖7的預冷卻系統。預冷卻系統202用於在熱交換器6之前預冷卻天然氣流9。預冷卻系統204在混合相流18從第一級後冷卻器16行進至級間筒22時用來對混合相流18進行級間預冷卻。預冷卻系統206在混合相流52從第二級後冷卻器48行進至儲蓄器筒54時用來對混合相流52進行排放預冷卻。圖7的實施方式的其餘部分表現出了與針對圖3的實施方式所述相同的組件和操作，雖然表1的數據可能不同。
預冷卻系統202、204或206中的每一個可以被結合到或者依賴熱交換器6來進行操作，或者包括例如可以是第二多流熱交換器的冷卻器。此外，預冷卻系統202、204和/或206中的兩個或全部三個可以被結合到單個多流熱交換器。雖然可以使用現有技術中公知的預冷卻系統，但是圖7的預冷卻系統各自優選地包括使用諸如丙烷的單組分製冷劑或者第二混合製冷劑作為預冷卻系統的製冷劑。更具體地說，可以使用具有在單壓力或多壓力下蒸發的預冷卻製冷劑的公知的丙烷C3-MR預冷卻處理或雙混合製冷劑處理。其它適當的單組分製冷劑的示例包括但不限於正丁烷、異丁烷、丙烯、乙烷、乙烯、氨、氟利昂或水。
除了配備有預冷卻系統202以外，圖7的系統(或者任何其它系統實施方式)可以作為下游處理的預冷卻系統，諸如液化系統或第二混合製冷劑系統。在熱交換器的冷卻通道中被冷卻的氣體還可以是第二混合製冷劑或單組分混合製冷劑。
雖然已經示出並說明了本發明的優選實施方式，但是對於本領域技術人員明顯的是，無需脫離由所附申請專利範圍限定的本發明的精神和範圍可以對本發明進行改變和修改。
5．．．冷卻通道
6．．．熱交換器
7．．．暖端
8．．．冷端
9．．．液化的高壓天然氣饋送流
10．．．液體天然氣產品的流
11、131．．．第一級壓縮機
12、126．．．低壓蒸氣製冷劑流
14．．．上游流
16．．．後冷卻器
18、144．．．中壓混合相製冷劑流
22、146．．．級間筒
24．．．中壓液體製冷劑流
26、138．．．泵
28．．．中壓蒸氣流
32．．．中壓液體流
33．．．預冷卻液體通道
36、64、72．．．膨脹閥
39．．．預冷卻製冷通道
42．．．混合流
44．．．壓縮機
48．．．後冷卻器
52．．．混合相流
54．．．儲蓄筒
56．．．高壓蒸氣製冷劑流
58．．．高壓液體製冷劑流
59．．．高壓蒸氣通道
65．．．主要製冷通道
69．．．高壓液體通道
78．．．過熱蒸氣流
82、104．．．低壓吸入筒
84．．．低壓液體製冷劑流
102．．．混合裝置
120．．．返回筒
122．．．返回蒸氣流
124．．．低壓吸入筒
134．．．第一級後冷卻器
136．．．返回液體流
202、204、206．．．預冷卻系統
圖1是35巴和60巴的壓力下的甲烷以及35巴的壓力下的甲烷和乙烷的混合物的溫度─焓曲線的圖形表示；
圖2是現有技術的處理和系統的複合物加熱和冷卻曲線的圖形表示；
圖3是示出本發明的處理和系統的實施方式的處理流程圖和示意圖；
圖4是圖3的處理和系統的複合物加熱和冷卻曲線的圖形表示；
圖5是示出本發明的處理和系統的第二實施方式的處理流程圖和示意圖；
圖6是示出本發明的處理和系統的第三實施方式的處理流程圖和示意圖；
圖7是示出本發明的處理和系統的第四實施方式的處理流程圖和示意圖；
圖8是提供了對圖2和圖4的複合物加熱和冷卻曲線的暖端部的放大視圖的圖形表示。
5．．．冷卻通道
6．．．熱交換器
7．．．暖端
8．．．冷端
9．．．液化的高壓天然氣饋送流
10．．．液體天然氣產品的流
11．．．第一級壓縮機
12．．．低壓蒸氣製冷劑流
14．．．上游流
16．．．後冷卻器
18．．．中壓混合相製冷劑流
22．．．級間筒
24．．．中壓液體製冷劑流
26．．．泵
28．．．中壓蒸氣流
32．．．中壓液體流
33．．．預冷卻液體通道
36、64、72．．．膨脹閥
39．．．預冷卻製冷通道
44．．．壓縮機
48．．．後冷卻器
54．．．儲蓄筒
56．．．高壓蒸氣製冷劑流
58．．．高壓液體製冷劑流
59．．．高壓蒸氣通道
65．．．主要製冷通道
69．．．高壓液體通道
78．．．過熱蒸氣流
82．．．低壓吸入筒
84．．．低壓液體製冷劑流

Claims (80)

  1. 一種用來利用混合製冷劑冷卻氣體的系統，該系統包括：a)熱交換器，其包括暖端和冷端，該暖端具有適於接收所述氣體的饋送的饋送氣體入口，該冷端具有產品出口，產品通過該產品出口排出所述熱交換器，所述熱交換器還包括與所述饋送氣體入口和所述產品出口連通的冷卻通道、預冷卻液體通道、預冷卻製冷通道、高壓通道和主要製冷通道；b)吸入分離裝置，其具有蒸氣出口；c)第一級壓縮機，其具有吸入口以及出口，該吸入口與所述吸入分離裝置的蒸氣出口流體連通；d)第一級後冷卻器，其具有入口以及出口，該入口與所述第一級壓縮機的所述出口流體連通；e)級間分離裝置，其具有與所述第一級後冷卻器的出口流體連通的入口，並具有與所述熱交換器的高壓通道流體連通的蒸氣出口以及與所述熱交換器的預冷卻液體通道流體連通的液體出口；f)第一膨脹裝置，其具有與所述熱交換器的預冷卻液體通道流體連通的入口以及與所述熱交換器的預冷卻製冷通道連通的出口；g)第二膨脹裝置，其具有與所述熱交換器的高壓通道流體連通的入口以及與所述熱交換器的主要製冷通道連通的出口； h)所述預冷卻製冷通道適於產生混合相流，而所述主要製冷通道適於產生過熱蒸氣流；以及i)所述吸入分離裝置還與所述熱交換器的所述主要製冷通道的出口和所述預冷卻製冷通道流體連通，且其中所述混合相流和所述過熱蒸氣流在所述第一級壓縮機的吸入口之前結合，以降低所述第一級壓縮機的能耗。
  2. 根據申請專利範圍第1項所述的系統，其中，所述預冷卻製冷通道穿過所述熱交換器的暖端而不穿過冷端，所述主要製冷通道穿過所述熱交換器的暖端和冷端，並且所述級間分離裝置適於產生包含所述製冷劑的重餾分的液體流，以使得所述氣體的冷卻曲線的暖端和製冷劑的冷卻曲線的暖端通過產生混合相流的所述預冷卻製冷通道和產生蒸氣流的所述主要製冷通道而被移動得更靠近彼此。
  3. 根據申請專利範圍第1項所述的系統，其中，所述吸入分離裝置表現出與熱交換器的主要製冷通道連通的蒸氣入口以及與熱交換器的預冷卻製冷通道連通的混合相入口的特徵，以使得來自主要製冷通道的蒸氣流和來自預冷卻製冷通道的混合相流在吸入分離裝置中結合並保持平衡，以向第一級壓縮機的吸入口提供經冷卻的蒸氣流，從而降低第一級壓縮機的能耗。
  4. 根據申請專利範圍第3項所述的系統，其中，通過熱傳遞和 質量傳遞來提供經冷卻的蒸氣流。
  5. 根據申請專利範圍第3項所述的系統，其中，所述吸入分離裝置的特徵在於液體出口，並且還包括泵，該泵具有與吸入分離裝置的液體出口連通的入口以及與級間分離裝置流體連通的出口。
  6. 根據申請專利範圍第1項所述的系統，其中，所述冷卻通道、所述高壓通道和所述主要製冷通道穿過所述熱交換器的暖端和冷端。
  7. 根據申請專利範圍第6項所述的系統，其中，所述預冷卻液體通道和所述預冷卻製冷通道穿過所述熱交換器的暖端，而不穿過所述熱交換器的冷端。
  8. 根據申請專利範圍第1項所述的系統，其中，所述預冷卻液體通道和所述預冷卻製冷通道穿過所述熱交換器的暖端，而不穿過所述熱交換器的冷端。
  9. 根據申請專利範圍第1項所述的系統，其中，所述氣體是天然氣。
  10. 根據申請專利範圍第9項所述的系統，其中，所述產品是液化天然氣。
  11. 根據申請專利範圍第1項所述的系統，其中，所述產品是液化氣。
  12. 根據申請專利範圍第1項所述的系統，該系統還包括第一預冷卻系統，該第一預冷卻系統適於接收並冷卻氣體的饋送，並將所冷卻的氣體引導至熱交換器的氣體饋送入口。
  13. 根據申請專利範圍第12項所述的系統，其中，所述第一預冷卻系統使用單組分製冷劑作為預冷卻系統的製冷劑。
  14. 根據申請專利範圍第13項所述的系統，其中，所述單組分製冷劑是丙烷。
  15. 根據申請專利範圍第12項所述的系統，其中，所述第一預冷卻系統使用第二混合製冷劑作為預冷卻系統製冷劑。
  16. 根據申請專利範圍第12項所述的系統，該系統還包括在第一級壓縮機的出口與級間分離裝置的入口之間的回路中的第二預冷卻系統。
  17. 根據申請專利範圍第16項所述的系統，其中，所述第一預冷卻系統和所述第二預冷卻系統被包含在單個預冷卻系統中。
  18. 根據申請專利範圍第1項所述的系統，該系統還包括在第一級壓縮機的出口與級間分離裝置的入口之間的回路中的預冷卻系統。
  19. 根據申請專利範圍第18項所述的系統，其中，所述預冷卻系統使用單組分製冷劑作為預冷卻系統的製冷劑。
  20. 根據申請專利範圍第19項所述的系統，其中，所述單組分製冷劑是丙烷。
  21. 根據申請專利範圍第18項所述的系統，其中，所述預冷卻系統使用第二混合製冷劑作為預冷卻系統的製冷劑。
  22. 根據申請專利範圍第1項所述的系統，其中，所述吸入分離裝置表現出入口的特徵，並且還包括混合裝置，所述混合裝置具有與熱交換器的主要製冷通道流體連通的蒸氣入口以及與熱交換器的預冷卻製冷通道連通的混合相入口，以使得來自主要製冷通道的蒸氣流與來自預冷卻製冷通道的混合相流在所述混合裝置中結合並混合，所述混合裝置還具有與吸入分離裝置的入口連通的出口，以使得向所述吸入分離裝置提供經結合和混合的流。
  23. 根據申請專利範圍第22項所述的系統，其中，所述混合裝置包括靜態混合器。
  24. 根據申請專利範圍第22項所述的系統，其中，所述混合裝置包括管段。
  25. 根據申請專利範圍第22項所述的系統，其中，所述混合裝置包括熱交換器的頭部。
  26. 根據申請專利範圍第1項所述的系統，該系統還包括返回分離裝置，該返回分離裝置具有與熱交換器的預冷卻製冷通道流體連通 的入口、與吸入分離裝置連通的蒸氣出口以及與級間分離裝置連通的液體出口，以使得第一級壓縮機的吸入口接收經降低的蒸氣莫耳流率，從而降低第一級壓縮機的功率需求。
  27. 根據申請專利範圍第26項所述的系統，該系統還包括在返回分離裝置的液體出口與級間分離裝置之間的回路中的泵。
  28. 根據申請專利範圍第26項所述的系統，其中，所述返回分離裝置和所述級間分離裝置是筒。
  29. 根據申請專利範圍第28項所述的系統，其中，所述返回筒與所述級間筒被結合到單個筒中。
  30. 根據申請專利範圍第1項所述的系統，其中，所述吸入分離裝置和所述級間分離裝置是筒。
  31. 根據申請專利範圍第1項所述的系統，其中，所述第一膨脹裝置和所述第二膨脹裝置是膨脹閥。
  32. 一種使用混合製冷劑冷卻氣體的系統，該系統包括：a)熱交換器，其包括暖端和冷端，該暖端具有適於接收所述氣體的饋送的饋送氣體入口，該冷端具有產品出口，產品通過該產品出口從所述熱交換器排出，所述熱交換器還包括在所述饋送氣體入口與所述產品出口之間延伸的冷卻通道、預冷卻液體通道、預冷卻製冷通道、高壓蒸氣通道、高壓液體通道和主要製冷通道； b)吸入分離裝置，其具有蒸氣出口；c)第一級壓縮機，其具有吸入口以及出口，該吸入口與所述吸入分離裝置的蒸氣出口流體連通；d)第一級後冷卻器，其具有入口以及出口，該入口與所述第一級壓縮機的所述出口流體連通；e)級間分離裝置，其具有與所述第一級後冷卻器的出口流體連通的入口，所述級間分離裝置還具有蒸氣出口和液體出口，所述液體出口與所述熱交換器的預冷卻液體通道流體連通；f)第一膨脹裝置，其具有與所述熱交換器的預冷卻液體通道流體連通的入口以及與所述熱交換器的預冷卻製冷通道連通的出口；g)最末級壓縮機，其具有吸入口以及出口，該吸入口與所述級間分離裝置的蒸氣出口流體連通；h)最末級後冷卻器，其具有入口以及出口，該入口與所述最末級壓縮機的出口流體連通；i)儲蓄器分離裝置，其具有與所述最末級後冷卻器的出口流體連通的入口以及蒸氣出口和液體出口，所述蒸氣出口與所述熱交換器的高壓蒸氣通道流體連通，而所述液體出口與所述熱交換器的高壓液體通道流體連通；j)第二膨脹裝置，其具有與所述熱交換器的高壓蒸氣通道流體 連通的入口以及與所述熱交換器的主要製冷通道流體連通的出口；k)第三膨脹裝置，其具有與所述熱交換器的高壓液體通道流體連通的入口以及與所述熱交換器的主要製冷通道流體連通的出口；l)所述預冷卻製冷通道適於產生混合相流，而所述主要製冷通道適於產生蒸氣流；以及m)所述吸入分離裝置還與所述熱交換器的所述主要製冷通道流體連通，以接收蒸氣流。
  33. 根據申請專利範圍第32項所述的系統，其中，所述預冷卻製冷通道穿過所述熱交換器的暖端而不穿過冷端，所述主要製冷通道穿過所述熱交換器的暖端和冷端，並且所述級間分離裝置適於產生包含所述製冷劑的重餾分的液體流，以使得所述氣體的冷卻曲線的暖端和製冷劑的冷卻曲線的暖端通過產生混合相流的所述預冷卻製冷通道和產生蒸氣流的所述主要製冷通道而被移動得更靠近彼此。
  34. 根據申請專利範圍第32項所述的系統，其中，所述吸入分離裝置表現出與熱交換器的主要製冷通道連通的蒸氣入口以及與熱交換器的預冷卻製冷通道連通的混合相入口的特徵，以使得來自主要製冷通道的蒸氣流和來自預冷卻製冷通道的混合相流在吸入分離裝置中結合並保持平衡，以向第一級壓縮機的吸入口提供經冷卻的蒸氣流，從而降低第一級壓縮機的能耗。
  35. 根據申請專利範圍第34項所述的系統，其中，通過熱傳遞和質量傳遞來提供經冷卻的蒸氣流。
  36. 根據申請專利範圍第34項所述的系統，其中，所述吸入分離裝置的特徵在於液體出口，並且還包括泵，該泵具有與吸入分離裝置的液體出口連通的入口以及與級間分離裝置流體連通的出口。
  37. 根據申請專利範圍第32項所述的系統，其中，所述冷卻通道和所述主要製冷通道穿過所述熱交換器的暖端和冷端。
  38. 根據申請專利範圍第37項所述的系統，其中，所述預冷卻液體通道和所述預冷卻製冷通道穿過所述熱交換器的暖端，而不穿過所述熱交換器的冷端。
  39. 根據申請專利範圍第32項所述的系統，其中，所述預冷卻液體通道和所述預冷卻製冷通道穿過所述熱交換器的暖端，而不穿過所述熱交換器的冷端。
  40. 根據申請專利範圍第32項所述的系統，其中，所述氣體是天然氣。
  41. 根據申請專利範圍第40項所述的系統，其中，所述產品是液化天然氣。
  42. 根據申請專利範圍第32項所述的系統，其中，所述產品是液化氣。
  43. 根據申請專利範圍第32項所述的系統，該系統還包括第一預冷卻系統，該第一預冷卻系統適於接收並冷卻氣體的饋送，並將所冷卻的氣體引導至熱交換器的氣體饋送入口。
  44. 根據申請專利範圍第43項所述的系統，其中，所述第一預冷卻系統使用單組分製冷劑作為預冷卻系統的製冷劑。
  45. 根據申請專利範圍第44項所述的系統，其中，所述單組分製冷劑是丙烷。
  46. 根據申請專利範圍第43項所述的系統，其中，所述第一預冷卻系統使用第二混合製冷劑作為預冷卻系統的製冷劑。
  47. 根據申請專利範圍第43項所述的系統，該系統還包括在第一級壓縮機的出口與級間分離裝置的入口之間的回路中的第二預冷卻系統以及在所述最末級後冷卻器的出口與所述儲蓄器分離裝置的入口之間的回路中的第三預冷卻系統。
  48. 根據申請專利範圍第47項所述的系統，其中，所述第一預冷卻系統、所述第二預冷卻系統和所述第三預冷卻系統被包含在單個預冷卻系統中。
  49. 根據申請專利範圍第32項所述的系統，該系統還包括在第一級壓縮機的出口與級間分離裝置的入口之間的回路中的預冷卻系統。
  50. 根據申請專利範圍第32項所述的系統，該系統還包括在最末級後冷卻器的出口與儲蓄器分離裝置的入口之間的回路中的預冷卻系統。
  51. 根據申請專利範圍第32項所述的系統，其中，所述吸入分離裝置表現出入口的特徵，並且還包括混合裝置，所述混合裝置具有與熱交換器的主要製冷通道流體連通的蒸氣入口以及與熱交換器的預冷卻製冷通道連通的混合相入口，以使得來自主要製冷通道的蒸氣流與來自預冷卻製冷通道的混合相流在所述混合裝置中結合並混合，所述混合裝置還具有與吸入分離裝置的入口連通的出口，以使得向所述吸入分離裝置提供經結合和混合的流。
  52. 根據申請專利範圍第51項所述的系統，其中，所述混合裝置包括靜態混合器。
  53. 根據申請專利範圍第51項所述的系統，其中，所述混合裝置包括管段。
  54. 根據申請專利範圍第51項所述的系統，其中，所述混合裝置包括熱交換器的頭部。
  55. 根據申請專利範圍第32項所述的系統，該系統還包括返回分離裝置，該返回分離裝置具有與熱交換器的預冷卻製冷通道流體連通的入口、與吸入分離裝置連通的蒸氣出口以及與級間分離裝置連通 的液體出口，以使得第一級壓縮機的吸入口接收經降低的蒸氣莫耳流率，從而降低第一級壓縮機的功率需求。
  56. 根據申請專利範圍第55項所述的系統，該系統還包括在返回分離裝置的液體出口與級間分離裝置之間的回路中的泵。
  57. 根據申請專利範圍第55項所述的系統，其中，所述返回分離裝置和所述級間分離裝置是筒。
  58. 根據申請專利範圍第57項所述的系統，其中，所述返回筒與所述級間筒被結合到單個筒中。
  59. 根據申請專利範圍第32項所述的系統，其中，所述吸入分離裝置、所述級間分離裝置和所述儲蓄器分離裝置是筒。
  60. 根據申請專利範圍第32項所述的系統，其中，所述第一膨脹裝置、所述第二膨脹裝置和所述第三膨脹裝置是膨脹閥。
  61. 一種在具有暖端和冷端的熱交換器中冷卻氣體的方法，包括以下步驟：a)利用第一壓縮週期、最末壓縮週期和冷卻週期來壓縮並冷卻經混合的製冷劑；b)在第一壓縮週期、最末壓縮週期和冷卻週期之後平衡並分離經混合的製冷劑，以形成高壓液體和蒸氣流；c)使所述高壓液體和蒸氣流冷卻並膨脹，以使得在所述熱交換 器中提供主要製冷流；d)在所述第一壓縮週期、最末壓縮週期與冷卻週期之間平衡並分離所混合的製冷劑，以形成預冷卻液體流；e)使所述預冷卻液體流穿過所述熱交換器，與所述主要製冷流進行逆流熱交換，以使得所述預冷卻液體流冷卻；f)使經冷卻的預冷卻液體流膨脹，以形成預冷卻製冷流；g)使所述預冷卻製冷流穿過所述熱交換器；h)使所述氣體的流穿過所述熱交換器，與所述主要製冷流和所述預冷卻製冷流進行逆流熱交換，以使得所述氣體被冷卻，並且從所述預冷卻製冷流產生混合相流，並從所述主要製冷流產生蒸氣流。
  62. 根據申請專利範圍第61項所述的方法，其中，步驟h)導致主要製冷流提供蒸氣流，而所述預冷卻流提供兩相流，並且該方法還包括以下步驟：i)在所述第一壓縮週期和冷卻週期之前混合所述蒸氣流與所述兩相流，以使得溫度降低的蒸氣流被提供到第一壓縮和冷卻週期壓縮機，從而降低壓縮機的溫度。
  63. 根據申請專利範圍第62項所述的方法，該方法還包括以下步驟：j)平衡並分離所述蒸氣流和所述兩相流，以使得產生溫度降低 的蒸氣流和經冷卻的液體流；以及k)抽吸經冷卻的液體流，以使得該經冷卻的液體流在最末壓縮和冷卻週期之前與混合製冷劑再結合。
  64. 根據申請專利範圍第61項所述的方法，該方法還包括以下步驟：i)平衡並分離所述混合相流，以使得產生返回蒸氣流和返回液體流；和j)平衡並分離所述返回蒸氣流和來自所述主要製冷流的蒸氣流，以使得產生經結合的流，並將該經結合的流引導至第一壓縮和冷卻週期。
  65. 根據申請專利範圍第64項所述的方法，該方法還包括抽吸所述返回液體流的步驟，以使得該返回液體流在所述最末壓縮和冷卻週期之前與混合製冷劑再結合。
  66. 根據申請專利範圍第61項所述的方法，其中，步驟c)包括使高壓蒸氣和高壓液體流穿過熱交換器，與主要製冷流和預冷卻製冷流進行逆流熱交換，以使得高壓蒸氣和高壓液體流被冷卻。
  67. 根據申請專利範圍第61項所述的方法，其中，所述氣體是天然氣。
  68. 根據申請專利範圍第61項所述的方法，其中，通過壓縮機 和熱交換器來實現所述壓縮和冷卻以及部分第一和最末壓縮和冷卻週期。
  69. 根據申請專利範圍第61項所述的方法，其中，所述氣體流和所述主要製冷流穿過熱交換器的暖端和冷端兩者。
  70. 根據申請專利範圍第69項所述的方法，其中，所述預冷卻製冷流穿過所述熱交換器的暖端，而不穿過所述熱交換器的冷端。
  71. 根據申請專利範圍第61項所述的方法，其中，通過膨脹裝置來實現步驟c)和步驟f)中的膨脹。
  72. 根據申請專利範圍第71項所述的方法，其中，所述膨脹裝置是膨脹閥。
  73. 根據申請專利範圍第61項所述的方法，其中，在步驟h)中也使所述氣體液化。
  74. 根據申請專利範圍第61項所述的方法，還包括在預冷卻氣體的流穿過所述熱交換器之前預冷卻所述氣體的步驟。
  75. 根據申請專利範圍第61項所述的方法，還包括在所述第一壓縮和冷卻週期之後預冷卻所混合的製冷劑的步驟。
  76. 根據申請專利範圍第61項所述的方法，還包括在所述最末壓縮和冷卻週期之後預冷卻所混合的製冷劑的步驟。
  77. 根據申請專利範圍第61項所述的方法，還包括在下游混合 製冷劑系統中進一步冷卻來自步驟h)的經冷卻的氣體的步驟。
  78. 根據申請專利範圍第61項所述的方法，還包括在下游混合製冷劑系統中使來自步驟h)的經冷卻的氣體液化的步驟。
  79. 根據申請專利範圍第61項所述的方法，其中，所述氣體是混合製冷劑。
  80. 根據申請專利範圍第61項所述的方法，其中，所述氣體是單組分製冷劑。
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Families Citing this family (30)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9441877B2 (en) 2010-03-17 2016-09-13 Chart Inc. Integrated pre-cooled mixed refrigerant system and method
EP2627434A4 (en) * 2010-10-12 2014-12-24 Gtlpetrol Llc CARBON DIOXIDE DEPOSITION FROM HIGH PRESSURE STREAMS
CN102748919A (zh) * 2012-04-26 2012-10-24 中国石油集团工程设计有限责任公司 单循环混合冷剂四级节流制冷***及方法
US11408673B2 (en) 2013-03-15 2022-08-09 Chart Energy & Chemicals, Inc. Mixed refrigerant system and method
KR102312640B1 (ko) * 2013-03-15 2021-10-13 차트 에너지 앤드 케미칼즈 인코포레이티드 혼합 냉매 시스템 및 방법
US11428463B2 (en) * 2013-03-15 2022-08-30 Chart Energy & Chemicals, Inc. Mixed refrigerant system and method
WO2014205216A2 (en) * 2013-06-19 2014-12-24 Bechtel Hydrocarbon Technology Solutions, Inc. Systems and methods for natural gas liquefaction capacity augmentation
US10436505B2 (en) * 2014-02-17 2019-10-08 Black & Veatch Holding Company LNG recovery from syngas using a mixed refrigerant
US10443930B2 (en) 2014-06-30 2019-10-15 Black & Veatch Holding Company Process and system for removing nitrogen from LNG
KR101615444B1 (ko) * 2014-08-01 2016-04-25 한국가스공사 천연가스 액화공정
KR102448446B1 (ko) 2014-09-30 2022-09-30 다우 글로벌 테크놀로지스 엘엘씨 프로필렌 플랜트로부터 에틸렌 및 프로필렌 수율을 증가시키기 위한 방법
TWI707115B (zh) 2015-04-10 2020-10-11 美商圖表能源與化學有限公司 混合製冷劑液化系統和方法
US10619918B2 (en) 2015-04-10 2020-04-14 Chart Energy & Chemicals, Inc. System and method for removing freezing components from a feed gas
AR105277A1 (es) 2015-07-08 2017-09-20 Chart Energy & Chemicals Inc Sistema y método de refrigeración mixta
FR3043451B1 (fr) * 2015-11-10 2019-12-20 L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Methode pour optimiser la liquefaction de gaz naturel
FR3044747B1 (fr) * 2015-12-07 2019-12-20 L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Procede de liquefaction de gaz naturel et d'azote
US10393429B2 (en) * 2016-04-06 2019-08-27 Air Products And Chemicals, Inc. Method of operating natural gas liquefaction facility
US10663220B2 (en) * 2016-10-07 2020-05-26 Air Products And Chemicals, Inc. Multiple pressure mixed refrigerant cooling process and system
CN106595220B (zh) * 2016-12-30 2022-07-12 上海聚宸新能源科技有限公司 一种用于液化天然气的液化***及其液化方法
US11668523B2 (en) * 2017-05-21 2023-06-06 EnFlex, Inc. Process for separating hydrogen from an olefin hydrocarbon effluent vapor stream
BR112020004957A2 (pt) 2017-09-14 2020-09-15 Chart Energy & Chemicals, Inc. separador misto do coletor de saída do condensador de refrigerante
TWI800532B (zh) * 2017-09-21 2023-05-01 美商圖表能源與化學有限公司 混合製冷劑系統和方法
EP3781885A1 (en) 2018-04-20 2021-02-24 Chart Energy & Chemicals, Inc. Mixed refrigerant liquefaction system and method with pre-cooling
US10866022B2 (en) * 2018-04-27 2020-12-15 Air Products And Chemicals, Inc. Method and system for cooling a hydrocarbon stream using a gas phase refrigerant
US10788261B2 (en) 2018-04-27 2020-09-29 Air Products And Chemicals, Inc. Method and system for cooling a hydrocarbon stream using a gas phase refrigerant
US20210148632A1 (en) 2018-10-09 2021-05-20 Chart Energy & Chemicals, Inc. Dehydrogenation Separation Unit with Mixed Refrigerant Cooling
CN118009629A (zh) * 2018-10-09 2024-05-10 查特能源化工股份有限公司 具有混合制冷剂冷却的脱氢分离装置
WO2021247713A1 (en) 2020-06-03 2021-12-09 Chart Energy & Chemicals, Inc. Gas stream component removal system and method
US20220074654A1 (en) * 2020-09-04 2022-03-10 Air Products And Chemicals, Inc. Method to control the cooldown of main heat exchangers in liquefied natural gas plant
AU2022289716A1 (en) 2021-06-08 2023-12-14 Chart Energy & Chemicals, Inc. Hydrogen liquefaction system and method

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2326465A (en) * 1997-06-12 1998-12-23 Costain Oil Gas & Process Limi A refrigeration cycle utilising a multi-component refrigerant
CN1965204A (zh) * 2004-06-23 2007-05-16 埃克森美孚上游研究公司 混合冷却剂液化方法

Family Cites Families (97)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB248711A (en) 1925-03-09 1927-03-24 Emile Bracq Improvements in or relating to furnaces for roasting sulphide and other ores
BE345620A (zh) 1926-10-06
US2041725A (en) 1934-07-14 1936-05-26 Walter J Podbielniak Art of refrigeration
US3364685A (en) 1965-03-31 1968-01-23 Cie Francaise D Etudes Et De C Method and apparatus for the cooling and low temperature liquefaction of gaseous mixtures
FR1516728A (fr) 1965-03-31 1968-02-05 Cie Francaise D Etudes Et De C Méthode et appareillage pour le refroidissement et la liquéfaction à basse température de mélanges gazeux
US4033735A (en) 1971-01-14 1977-07-05 J. F. Pritchard And Company Single mixed refrigerant, closed loop process for liquefying natural gas
US4057972A (en) 1973-09-14 1977-11-15 Exxon Research & Engineering Co. Fractional condensation of an NG feed with two independent refrigeration cycles
FR2292203A1 (fr) 1974-11-21 1976-06-18 Technip Cie Procede et installation pour la liquefaction d'un gaz a bas point d'ebullition
US4223104A (en) 1978-08-11 1980-09-16 Stauffer Chemical Company Copoly (carbonate/phosphonate) compositions
FR2540612A1 (fr) 1983-02-08 1984-08-10 Air Liquide Procede et installation de refroidissement d'un fluide, notamment de liquefaction de gaz naturel
US4545795A (en) 1983-10-25 1985-10-08 Air Products And Chemicals, Inc. Dual mixed refrigerant natural gas liquefaction
US4525185A (en) 1983-10-25 1985-06-25 Air Products And Chemicals, Inc. Dual mixed refrigerant natural gas liquefaction with staged compression
FR2578637B1 (fr) 1985-03-05 1987-06-26 Technip Cie Procede de fractionnement de charges gazeuses et installation pour l'execution de ce procede
US4901533A (en) * 1986-03-21 1990-02-20 Linde Aktiengesellschaft Process and apparatus for the liquefaction of a natural gas stream utilizing a single mixed refrigerant
US4856942A (en) 1988-07-19 1989-08-15 Gte Valenite Corporation Polygonal cutting insert
FR2703762B1 (fr) 1993-04-09 1995-05-24 Maurice Grenier Procédé et installation de refroidissement d'un fluide, notamment pour la liquéfaction de gaz naturel.
DE69523437T2 (de) 1994-12-09 2002-06-20 Kabushiki Kaisha Kobe Seiko Sho (Kobe Steel, Ltd.) Anlage und Verfahren zur Gasverflüssigung
JP3320934B2 (ja) 1994-12-09 2002-09-03 株式会社神戸製鋼所 ガスの液化方法
FR2739916B1 (fr) 1995-10-11 1997-11-21 Inst Francais Du Petrole Procede et dispositif de liquefaction et de traitement d'un gaz naturel
DE19612173C1 (de) * 1996-03-27 1997-05-28 Linde Ag Verfahren zum Verflüssigen eines kohlenwasserstoffreichen Einsatzstromes
US5950450A (en) 1996-06-12 1999-09-14 Vacupanel, Inc. Containment system for transporting and storing temperature-sensitive materials
US5746066A (en) 1996-09-17 1998-05-05 Manley; David B. Pre-fractionation of cracked gas or olefins fractionation by one or two mixed refrigerant loops and cooling water
DE19716415C1 (de) 1997-04-18 1998-10-22 Linde Ag Verfahren zum Verflüssigen eines Kohlenwasserstoff-reichen Stromes
DE19722490C1 (de) 1997-05-28 1998-07-02 Linde Ag Verfahren zum Verflüssigen eines Kohlenwasserstoff-reichen Stromes
GB9712304D0 (en) 1997-06-12 1997-08-13 Costain Oil Gas & Process Limi Refrigeration cycle using a mixed refrigerant
TW368596B (en) 1997-06-20 1999-09-01 Exxon Production Research Co Improved multi-component refrigeration process for liquefaction of natural gas
FR2764972B1 (fr) 1997-06-24 1999-07-16 Inst Francais Du Petrole Procede de liquefaction d'un gaz naturel a deux etages interconnectes
US6085305A (en) 1997-06-25 2000-07-04 Sun Microsystems, Inc. Apparatus for precise architectural update in an out-of-order processor
TW421704B (en) 1998-11-18 2001-02-11 Shell Internattonale Res Mij B Plant for liquefying natural gas
US6119479A (en) 1998-12-09 2000-09-19 Air Products And Chemicals, Inc. Dual mixed refrigerant cycle for gas liquefaction
MY117548A (en) 1998-12-18 2004-07-31 Exxon Production Research Co Dual multi-component refrigeration cycles for liquefaction of natural gas
US6041621A (en) 1998-12-30 2000-03-28 Praxair Technology, Inc. Single circuit cryogenic liquefaction of industrial gas
US6065305A (en) 1998-12-30 2000-05-23 Praxair Technology, Inc. Multicomponent refrigerant cooling with internal recycle
DE19937623B4 (de) 1999-08-10 2009-08-27 Linde Ag Verfahren zum Verflüssigen eines Kohlenwasserstoff-reichen Stromes
US6347532B1 (en) 1999-10-12 2002-02-19 Air Products And Chemicals, Inc. Gas liquefaction process with partial condensation of mixed refrigerant at intermediate temperatures
US6347531B1 (en) 1999-10-12 2002-02-19 Air Products And Chemicals, Inc. Single mixed refrigerant gas liquefaction process
US6298688B1 (en) 1999-10-12 2001-10-09 Air Products And Chemicals, Inc. Process for nitrogen liquefaction
US6308531B1 (en) 1999-10-12 2001-10-30 Air Products And Chemicals, Inc. Hybrid cycle for the production of liquefied natural gas
US7310971B2 (en) 2004-10-25 2007-12-25 Conocophillips Company LNG system employing optimized heat exchangers to provide liquid reflux stream
AU2905301A (en) 1999-11-24 2001-06-04 Impulse Devices, Inc. A liquid based cavitation nuclear reactor including a system for externally processing the reactor liquid
MY122625A (en) 1999-12-17 2006-04-29 Exxonmobil Upstream Res Co Process for making pressurized liquefied natural gas from pressured natural gas using expansion cooling
FR2803851B1 (fr) 2000-01-19 2006-09-29 Inst Francais Du Petrole Procede de liquefaction partielle d'un fluide contenant des hydrocarbures tel que du gaz naturel
EG23193A (en) 2000-04-25 2001-07-31 Shell Int Research Controlling the production of a liquefied natural gas product stream.
AU2001294306A1 (en) 2000-10-05 2002-04-15 Operon Co., Ltd. Cryogenic refrigerating system
JP3895541B2 (ja) 2000-12-13 2007-03-22 本田技研工業株式会社 ホイールアライメント測定方法及び同測定装置
FR2818365B1 (fr) 2000-12-18 2003-02-07 Technip Cie Procede de refrigeration d'un gaz liquefie, gaz obtenus par ce procede, et installation mettant en oeuvre celui-ci
UA76750C2 (uk) 2001-06-08 2006-09-15 Елккорп Спосіб зрідження природного газу (варіанти)
FR2826969B1 (fr) 2001-07-04 2006-12-15 Technip Cie Procede de liquefaction et de deazotation de gaz naturel, installation de mise en oeuvre, et gaz obtenus par cette separation
EP1306632A1 (en) 2001-10-25 2003-05-02 Shell Internationale Researchmaatschappij B.V. Process for liquefying natural gas and producing liquid hydrocarbons
US6530240B1 (en) 2001-12-10 2003-03-11 Gas Technology Institute Control method for mixed refrigerant based natural gas liquefier
DE10209799A1 (de) 2002-03-06 2003-09-25 Linde Ag Verfahren zum Verflüssigen eines Kohlenwasserstoff-reichen Stromes
FR2841330B1 (fr) 2002-06-21 2005-01-28 Inst Francais Du Petrole Liquefaction de gaz naturel avec recyclage de gaz naturel
CA2519212C (en) 2003-03-18 2009-07-14 Air Products And Chemicals, Inc. Integrated multiple-loop refrigeration process for gas liquefaction
US6742357B1 (en) 2003-03-18 2004-06-01 Air Products And Chemicals, Inc. Integrated multiple-loop refrigeration process for gas liquefaction
US7127914B2 (en) 2003-09-17 2006-10-31 Air Products And Chemicals, Inc. Hybrid gas liquefaction cycle with multiple expanders
US7866184B2 (en) 2004-06-16 2011-01-11 Conocophillips Company Semi-closed loop LNG process
DE102005010055A1 (de) 2005-03-04 2006-09-07 Linde Ag Verfahren zum Verflüssigen eines Kohlenwasserstoff-reichen Stromes
JP4391440B2 (ja) 2005-04-05 2009-12-24 ジョンソン・エンド・ジョンソン株式会社 バイポーラピンセット
FR2885679A1 (fr) 2005-05-10 2006-11-17 Air Liquide Procede et installation de separation de gaz naturel liquefie
FR2885673B1 (fr) 2005-05-13 2008-10-17 Nicoll Raccords Plastiques Element tubulaire souple
AU2006280426B2 (en) 2005-08-09 2010-09-02 Exxonmobil Upstream Research Company Natural gas liquefaction process for LNG
FR2891900B1 (fr) 2005-10-10 2008-01-04 Technip France Sa Procede de traitement d'un courant de gnl obtenu par refroidissement au moyen d'un premier cycle de refrigeration et installation associee.
JP5097951B2 (ja) 2005-11-24 2012-12-12 シエル・インターナシヨネイル・リサーチ・マーチヤツピイ・ベー・ウイ 流れの冷却方法及び装置、特に天然ガスなどの炭化水素流の冷却方法及び装置
EP2005056A2 (en) 2006-04-13 2008-12-24 Fluor Technologies Corporation Lng vapor handling configurations and methods
US20070283718A1 (en) 2006-06-08 2007-12-13 Hulsey Kevin H Lng system with optimized heat exchanger configuration
RU2432534C2 (ru) 2006-07-14 2011-10-27 Шелл Интернэшнл Рисерч Маатсхаппий Б.В. Способ для сжижения потока углеводородов и устройство для его осуществления
US20080016910A1 (en) 2006-07-21 2008-01-24 Adam Adrian Brostow Integrated NGL recovery in the production of liquefied natural gas
US20110185767A1 (en) 2006-08-17 2011-08-04 Marco Dick Jager Method and apparatus for liquefying a hydrocarbon-containing feed stream
RU2443952C2 (ru) 2006-09-22 2012-02-27 Шелл Интернэшнл Рисерч Маатсхаппий Б.В. Способ и устройство для сжижения потока углеводородов
US20080141711A1 (en) 2006-12-18 2008-06-19 Mark Julian Roberts Hybrid cycle liquefaction of natural gas with propane pre-cooling
RU2469249C2 (ru) 2007-07-12 2012-12-10 Шелл Интернэшнл Рисерч Маатсхаппий Б.В. Способ и устройство для охлаждения потока углеводородов
WO2009029142A1 (en) 2007-07-24 2009-03-05 Hartford Fire Insurance Company Method and system for an enhanced step-up provision in a deferred variable annuity with a rising guaranteed step-up
CA2695348A1 (en) 2007-08-24 2009-03-05 Exxonmobil Upstream Research Company Natural gas liquefaction process
WO2009050178A2 (en) 2007-10-17 2009-04-23 Shell Internationale Research Maatschappij B.V. Methods and apparatuses for cooling and/or liquefying a hydrocarbon stream
US8020406B2 (en) 2007-11-05 2011-09-20 David Vandor Method and system for the small-scale production of liquified natural gas (LNG) from low-pressure gas
KR101560851B1 (ko) 2007-12-20 2015-10-15 이 아이 듀폰 디 네모아 앤드 캄파니 바이패스를 갖는 이차 루프 냉각 시스템 및 시스템 내의 저장용기를 바이패싱하는 방법
JP4884527B2 (ja) 2008-01-23 2012-02-29 株式会社日立製作所 天然ガス液化プラント及び天然ガス液化プラント用動力供給設備
US8464551B2 (en) 2008-11-18 2013-06-18 Air Products And Chemicals, Inc. Liquefaction method and system
US20100147024A1 (en) 2008-12-12 2010-06-17 Air Products And Chemicals, Inc. Alternative pre-cooling arrangement
US20100206542A1 (en) 2009-02-17 2010-08-19 Andrew Francis Johnke Combined multi-stream heat exchanger and conditioner/control unit
EA022672B1 (ru) 2009-02-17 2016-02-29 Ортлофф Инджинирс, Лтд. Обработка углеводородного газа
US20100281915A1 (en) 2009-05-05 2010-11-11 Air Products And Chemicals, Inc. Pre-Cooled Liquefaction Process
CN102428332B (zh) 2009-05-18 2015-07-01 国际壳牌研究有限公司 用于冷却气态烃流的方法和设备
DE102010011052A1 (de) 2010-03-11 2011-09-15 Linde Aktiengesellschaft Verfahren zum Verflüssigen einer Kohlenwasserstoff-reichen Fraktion
US9441877B2 (en) 2010-03-17 2016-09-13 Chart Inc. Integrated pre-cooled mixed refrigerant system and method
WO2011117655A2 (en) 2010-03-25 2011-09-29 The University Of Manchester Refrigeration process
US10030908B2 (en) 2010-08-16 2018-07-24 Korea Gas Corporation Natural gas liquefaction process
CA2819128C (en) 2010-12-01 2018-11-13 Black & Veatch Corporation Ngl recovery from natural gas using a mixed refrigerant
WO2012112692A1 (en) 2011-02-16 2012-08-23 Conocophillips Company Integrated waste heat recovery in liquefied natural gas facility
US8814992B2 (en) 2011-06-01 2014-08-26 Greene's Energy Group, Llc Gas expansion cooling method
DE102011104725A1 (de) 2011-06-08 2012-12-13 Linde Aktiengesellschaft Verfahren zum Verflüssigen einer Kohlenwasserstoffreichen Fraktion
EP3032205A3 (en) 2011-08-24 2016-12-21 David Vandor Method and system for the small-scale production of liquified natural gas (lng) and cold compressed gas (ccng) from low-pressure natural gas
WO2013055305A1 (en) 2011-10-14 2013-04-18 Price, Brian, C. Process for separating nitrogen from a natural gas stream with nitrogen stripping in the production of liquefied natural gas
CN104321581B (zh) 2011-12-02 2016-10-19 氟石科技公司 Lng蒸发气体再冷凝配置和方法
WO2013087571A2 (en) 2011-12-12 2013-06-20 Shell Internationale Research Maatschappij B.V. Method and apparatus for removing nitrogen from a cryogenic hydrocarbon composition
RU2622212C2 (ru) 2011-12-12 2017-06-13 Шелл Интернэшнл Рисерч Маатсхаппий Б.В. Способ и устройство для удаления азота из криогенной углеводородной композиции
SG11201504193VA (en) 2013-01-24 2015-08-28 Exxonmobil Upstream Res Co Liquefied natural gas production

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2326465A (en) * 1997-06-12 1998-12-23 Costain Oil Gas & Process Limi A refrigeration cycle utilising a multi-component refrigerant
CN1965204A (zh) * 2004-06-23 2007-05-16 埃克森美孚上游研究公司 混合冷却剂液化方法

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Publication number Publication date
JP6117298B2 (ja) 2017-04-19
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