用于使用气相制冷剂冷却烃流的改进的方法和系统.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN110411145A(43)申请公布日2019.11.05(21)申请号201910343071.4(22)申请日2019.04.26(30)优先权数据15/9643022018.04.27US(71)申请人气体产品与化学公司地址美国宾夕法尼亚州(72)发明人G.克里什纳墨菲M.J.罗伯茨(74)专利代理机构中国专利代理(香港)有限公司72001代理人万欣陈浩然(51)Int.Cl.F25J1/02(2006.01)权利要求书5页说明书23页附图8页(54)发明名称用于使用气相制冷剂冷却烃流的改进的方法和系统(57)摘要本文描述了使用包含甲烷或甲烷和氮气的混合物的制冷剂液化天然气流的方法和系统。该方法和系统使用制冷回路和循环，其利用一个或多个涡轮膨胀机来膨胀一个或多个气态制冷剂流以提供一个或多个至少主要为气态的制冷剂流，其提供用于液化和/或预冷却天然气的制冷剂，以及J-T阀，将液体或两相制冷剂流向下压缩至较低压力以提供制冷剂蒸发流，为过冷提供制冷作用。CN110411145ACN110411145A权利要求书1/5页1.一种液化天然气进料流以产生LNG产品的方法，该方法包括：使所述天然气进料流通过并冷却所述天然气进料流在多个热交换器部分的一些或全部的加热侧，以液化和过冷所述天然气进料流，所述多个热交换器部分包括其中天然气流被液化的第一热交换器部分和其中来自所述第一热交换器部分的液化的天然气流被过冷的第二热交换器部分，所述液化和过冷的天然气流从所述第二热交换器部分撤出以提供LNG产品；和在制冷回路中循环包含甲烷或甲烷和氮的混合物的制冷剂，所述包括所述多个热交换器部分、包括多个压缩机和/或压缩级以及一个或多个中间冷却器和/或后冷却器的压缩机机组、第一涡轮膨胀机和第一J-T阀，其中循环制冷剂为所述多个热交换器部分中的每个提供制冷，并且因此为液化和过冷天然气进料流提供冷却责任，并且其中在所述制冷剂回路中循环制冷剂包括以下步骤：(i)分离制冷剂的压缩和冷却的气流以形成第一冷却气态制冷剂流和第二冷却气态制冷剂流；(ii)将所述第一冷却气态制冷剂流在所述第一涡轮膨胀机中膨胀降至第一压力，以在第一温度和所述第一压力下形成第一膨胀的冷制冷剂流，当它离开所述第一涡轮膨胀机时所述第一膨胀的冷制冷剂流为不含或基本不含液体的气态或主要是气流；(iii)使所述第二冷却气态制冷剂流通过并冷却所述第二冷却气态制冷剂流在多个热交换器部分的至少一个的加热侧，以液化和过冷所述天然气进料流，所述第二冷却气态制冷剂流的至少一部分被冷却并至少部分地液化以形成液态或两相制冷剂流；(iv)通过将所述流节流通过第一J-T阀以将所述液体或两相制冷剂流膨胀降至第二压力，从而在第二温度和所述第二压力下形成第二膨胀的冷制冷剂流，所述第二膨胀的冷制冷剂流在离开所述J-T阀时为两相流，所述第二压力低于所述第一压力并且所述第二压力低于所述第一温度；(v)使所述第一膨胀的冷制冷剂流通过并在所述多个热交换器部分的至少一个的冷却侧加热所述第一膨胀的冷制冷剂流，包括至少第一热交换器部分和/或热交换器部分，其中天然气流被预冷却和/或热交换器部分，其中所述第二冷却气态制冷剂流的全部或部分被冷却，以及使所述第二膨胀的冷制冷剂流通过并在所述多个热交换器部分的至少一个的冷却侧加热所述第二膨胀的冷制冷剂流，包括至少第二热交换器部分，其中所述第一和第二膨胀的冷制冷剂流保持分离并且不在任何所述多个热交换器部分的冷却侧混合，所述第一膨胀的冷制冷剂流被加热以形成全部或部分第一加热的气态制冷剂流和所述第二膨胀的冷制冷剂流被加热并蒸发以形成全部或部分第二加热的气态制冷剂流；和(vi)将所述第一加热的气态制冷剂流和所述第二加热的气态制冷剂流引入所述压缩机机组，由此将所述第二加热的气态制冷剂流在比所述第一加热的气态制冷剂流的压缩机机组的不同更低的压力位置处引入所述压缩机组中，并且压缩、冷却并结合所述第一加热的气态制冷剂流和所述第二加热的气态制冷剂流以形成随后在步骤（i）中分流的制冷剂的压缩和冷却的气流。2.权利要求1所述的方法，其中所述制冷剂包含25-65摩尔%的氮气和30-80摩尔%的甲烷。3.权利要求1所述的方法，其中所述第一膨胀的冷制冷剂流在离开所述第一涡轮膨胀2CN110411145A权利要求书2/5页机时的蒸汽分数为大于0.95，并且所述第二膨胀的冷制冷剂流在离开所述J-T阀时的蒸汽分数为0.02至0.1。4.权利要求1所述的方法，其中提供蒸发制冷的制冷剂比率为0.02至0.2，提供蒸发制冷的制冷剂比率定义为在所述制冷回路中通过J-T阀膨胀以形成膨胀的冷两相制冷剂流的所有液体或两相制冷剂流的总摩尔流速除以在所述制冷回路中循环的所有制冷剂的