УСТРОЙСТВО ДЛЯ СЖИЖЕНИЯ ПОТОКА УГЛЕВОДОРОДНОГО СЫРЬЯ (ВАРИАНТЫ)
DEVICE FOR LIQUEFACTION OF HYDROCARBON FEED STREAM (VERSIONS)

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[001] Ряд систем сжижения для охлаждения, сжижения и необязательно переохлаждения природного газа хорошо известен в данной области техники, например, цикл с одним смешанным хладагентом (SMR), цикл предварительно охлажденного пропаном смешанного хладагента (C3MR), цикл с двойным смешанным хладагентом (DMR), гибридные циклы C3MR-азота (например, AP-X™), цикл расширителя азота или метана и каскадные циклы. Как правило, в таких системах природный газ охлаждают, сжижают и необязательно переохлаждают путем непрямого теплообмена с одним или более хладагентами. Можно применять различные хладагенты, такие как смешанные хладагенты, чистые компоненты, двухфазные хладагенты, газофазные хладагенты и т.д. Смешанные хладагенты (MR), которые представляют собой смесь азота, метана, этана/этилена, пропана, бутанов и пентанов, применялись во многих установках сжиженного природного газа (LNG) с базовой нагрузкой. Состав потока MR обычно оптимизируют на основе состава сырьевого газа и условий эксплуатации.
[002] Хладагент циркулирует в контуре хладагента, который включает в себя один или более теплообменников и систему сжатия хладагента. Контур хладагента может быть замкнутым или незамкнутым. Природный газ охлаждают, сжижают и/или переохлаждают путем непрямого теплообмена в одном или более контурах хладагента при помощи непрямого теплообмена с хладагентами в теплообменниках.
[003] Система сжатия хладагента включает в себя последовательность сжатия для сжатия и охлаждения циркулирующего хладагента и узел двигателя для подачи мощности, необходимой для приведения компрессоров в действие. В случае систем сжижения с предварительным охлаждением количество и тип двигателей в узле двигателя и последовательность сжатия влияют на соотношение мощности, потребляемой в системе предварительного охлаждения и системе сжижения. Система сжатия хладагента является критическим компонентом системы сжижения, поскольку хладагент необходимо сжимать до высокого давления и охлаждать перед расширением, чтобы получить холодный поток хладагента низкого давления, который обеспечивает теплопроизводительность, необходимую для охлаждения, сжижения и необязательно переохлаждения природного газа.
[004] Из уровня техники известны устройства сжижения из US 4229195 и RU 2253809. US 4229195 раскрывает устройство для сжижения потока углеводородного сырья, содержащее: подсистему сжатия, включающую в себя по меньшей мере одну ступень сжатия; подсистему предварительного охлаждения, включающую в себя: множество участков теплообмена.
2
2
Способы DMR включают в себя два потока смешанного хладагента, первый для предварительного охлаждения сырьевого природного газа, а второй для сжижения предварительно охлажденного природного газа. Два потока смешанного хладагента проходят через два контура хладагента, контур хладагента, обеспечивающий предварительное охлаждение в системе предварительного охлаждения, и контур хладагента для сжижения, обеспечивающий сжижение в системе сжижения. В каждом контуре хладагента поток хладагента испаряется, обеспечивая при этом охлаждающую нагрузку, необходимую для охлаждения и сжижения сырьевого потока природного газа. Если поток хладагента испаряется при одном уровне давления, то говорят, что система и способ работают «при постоянном давлении». Если поток хладагента испаряется при двух или более уровнях давления, то говорят, что система и способ работают «при переменном давлении». Обращаясь к Фиг. 1, изображен способ DMR из предшествующего уровня техники в системе охлаждения и сжижения 100. Описанный в данном документе способ DMR включает в себя систему сжижения при постоянном давлении и систему предварительного охлаждения при переменном давлении с двумя уровнями давления. Однако может присутствовать любое количество уровней давления. Сырьевой поток, который предпочтительно является природным газом, очищают и сушат известными способами на участке предварительной обработки (не показан) для удаления воды, кислых газов, таких как CO и HS, и других загрязняющих веществ, таких как ртуть, с получением предварительно обработанного сырьевого потока 102. Предварительно обработанный сырьевой поток 102, который по существу не содержит воды, предварительно охлаждают в системе предварительного охлаждения 134 с получением второго потока предварительно охлажденного природного газа 106 и дополнительно охлаждают, сжижают и/или переохлаждают в основном криогенном теплообменнике (MCHE) 164 с получением первого потока LNG 108. Давление первого потока LNG 108 обычно сбрасывают, пропуская его через устройство для сброса давления LNG 111, с получением потока LNG пониженного давления 103, который затем направляют в барабан мгновенного испарения 107 с получением потока газа мгновенного испарения 109 и второго потока LNG 105. Давление во втором потоке LNG 105 можно сбросить до давления в резервуаре и направить в резервуар для хранения LNG (не показан). Поток газа мгновенного испарения 109 и отпарной газ (BOG), образующийся в резервуаре для хранения, можно использовать в качестве топлива в установке и/или отправлять на сжигание в факеле.
[005] Предварительно обработанный сырьевой поток 102 охлаждают в первом теплообменнике предварительного охлаждения 160 с получением первого потока предварительно охлажденного природного газа 104. Первый поток предварительно охлажденного природного газа 104 охлаждают во втором теплообменнике предварительного охлаждения 162 с получением второго потока предварительно охлажденного природного газа 106. Второй поток предварительно охлажденного природного газа 106 сжижают, и затем переохлаждают с получением первого потока LNG 108 при температуре от около -170 градусов Цельсия до около -120 градусов Цельсия, предпочтительно от около -170 градусов Цельсия до около -140 градусов Цельсия. MCHE 164, изображенный на Фиг. 1, представляет собой витой теплообменник с двумя пучками труб, теплым пучком 166 и холодным пучком 167. Однако можно применять любое количество пучков и любой тип теплообменника. Хотя на Фиг. 1 изображены два теплообменника предварительного охлаждения и два уровня давления в контуре предварительного охлаждения, можно использовать любое количество теплообменников предварительного охлаждения и уровней давления. Теплообменники предварительного охлаждения изображены на Фиг. 1 как витые теплообменники. Однако они могут быть ребристыми пластинчатыми теплообменниками, кожухотрубными теплообменниками или любыми другими теплообменниками, подходящими для предварительного охлаждения природного газа.
[006] Термин «по существу не содержащий воды» означает, что остаточная вода в предварительно обработанном сырьевом потоке 102 присутствует в достаточно низкой концентрации для предотвращения эксплуатационных проблем, связанных с замерзанием воды в любом процессе охлаждения и сжижения, находящемся на выходе. В описанных в данном документе вариантах реализации изобретения концентрация воды предпочтительно составляет не более 1,0 м. д., и более предпочтительно от 0,1 м. д. до 0,5 м. д.
[007] Хладагент для предварительного охлаждения, применяемый в способе DMR, представляет собой смешанный хладагент (MR), обозначенный в данном документе как теплый смешанный хладагент (WMR) или «первый хладагент», содержащий такие компоненты, как азот, метан, этан/этилен, пропан, бутаны и другие углеводородные компоненты. Как изображено на Фиг. 1, поток WMR низкого давления 110 отводят с теплого конца межтрубного пространства второго теплообменника предварительного охлаждения 162 и сжимают на первой ступени сжатия 112А компрессора WMR 112. Поток WMR среднего давления 118 отводят с теплого конца межтрубного пространства первого теплообменника предварительного охлаждения 160 и вводят в качестве бокового потока в компрессор WMR 112, где его смешивают со сжатым потоком (не показан) с первой ступени сжатия 112А. Смешанный поток (не показан) сжимают на второй ступени сжатия WMR 112B компрессора WMR 112 с получением потока сжатого WMR 114. Жидкость, которая может присутствовать в потоке WMR низкого давления 110 и потоке WMR среднего давления 118, удаляется в устройствах парожидкостного разделения (не показаны).
[008] Поток сжатого WMR 114 охлаждают и предпочтительно конденсируют в дополнительном охладителе WMR 115 с получением первого потока охлажденного сжатого WMR 116, который вводят в первый теплообменник предварительного охлаждения 160 для дополнительного охлаждения в трубном контуре с получением второго потока охлажденного сжатого WMR 120. Второй поток охлажденного сжатого WMR 120 разделяют на две части: первую часть 122 и вторую часть 124. Первую часть второго потока охлажденного сжатого WMR 122 расширяют в первом расширительном устройстве для WMR 126 с получением первого потока расширенного WMR 128, который вводят в межтрубное пространство первого теплообменника предварительного охлаждения 160, чтобы обеспечить холодопроизводительность. Вторую часть второго потока охлажденного сжатого WMR 124 вводят во второй теплообменник предварительного охлаждения 162 для дальнейшего охлаждения, после чего ее расширяют во втором расширительном устройстве для WMR 130 с получением второго потока расширенного WMR 132, который вводят в межтрубное пространство второго теплообменника предварительного охлаждения 162, чтобы обеспечить холодопроизводительность. Процесс сжатия и охлаждения WMR после его отведения из теплообменников предварительного охлаждения в данном документе обычно называется последовательностью сжатия WMR.
[009] Хотя на Фиг. 1 изображено, что ступени сжатия 112А и 112В осуществляются в одном корпусе компрессора, они могут осуществляться в двух или более отдельных компрессорах. Кроме того, между ступенями могут быть предусмотрены теплообменники промежуточного охлаждения. Компрессор WMR 112 может быть компрессором любого типа, таким как центробежный, осевой, объемный или любой другой тип компрессора.
[0010] В способе DMR сжижение и переохлаждение осуществляют путем теплообмена предварительно охлажденного природного газа со вторым потоком смешанного хладагента, называемым в данном документе холодным смешанным хладагентом (CMR) или «вторым хладагентом».
2
[0011] C теплого конца межтрубного пространства MCHE 164 отводят поток теплого CMR низкого давления 140, который направляют через входной сепаратор компрессора (не показан) для отделения жидкостей, которые могут присутствовать, а поток пара сжимают в компрессоре CMR 141 с получением потока сжатого CMR 142. Поток теплого CMR низкого давления 140 обычно отводят при температуре предварительного охлаждения WMR или близкой к ней, и предпочтительно ниже чем около -30 градусов Цельсия, и при давлении менее чем 10 бар абсолютного давления (145 фунт/дюйм абсолютного давления). Поток сжатого CMR 142 охлаждают в дополнительном охладителе CMR 143 с получением потока сжатого охлажденного CMR 144. Могут присутствовать дополнительные фазовые сепараторы, компрессоры и дополнительные охладители. Процесс сжатия и охлаждения CMR после его отведения с теплого конца MCHE 164 в данном документе обычно называется последовательностью сжатия CMR.
[0012] Поток сжатого охлажденного CMR 144 далее охлаждают путем теплообмена с испаряющимся WMR в системе предварительного охлаждения 134. Поток сжатого охлажденного CMR 144 охлаждают в первом теплообменнике предварительного охлаждения 160 с получением первого потока предварительно охлажденного CMR 146, а затем охлаждают во втором теплообменнике предварительного охлаждения 162 с получением второго потока предварительно охлажденного CMR 148, который может быть полностью конденсированным или двухфазным в зависимости от температуры предварительного охлаждения и состава потока CMR. Затем поток CMR 148 сжижают и необязательно переохлаждают в системе сжижения 165. На Фиг. 1 изображена схема, в которой второй поток предварительно охлажденного CMR 148 является двухфазным и направляется в фазовый сепаратор CMR 150 для получения потока жидкого CMR (CMRL) 152 и потока пара CMR (CMRV) 151, оба из которых направляют обратно в MCHE 164 для дальнейшего охлаждения. Потоки жидкости, выходящие из фазовых сепараторов, в промышленности называют жидким смешанным хладагентом (MRL), а потоки пара, выходящие из фазовых сепараторов, в промышленности называют парообразным смешанным хладагентом (MRV), даже после их дальнейшего сжижения.
[0013] Как поток CMRL 152, так и поток CMRV 151 охлаждают в двух отдельных контурах MCHE 164. Поток CMRL 152 охлаждают и частично сжижают в теплом пучке 166 MCHE 164, что дает холодный поток, давление которого сбрасывают, пропуская через расширительное устройство для CMRL 153, с получением потока расширенного CMRL 154, который направляют обратно в межтрубное пространство MCHE 164, чтобы обеспечить требуемое охлаждение в теплом пучке 166. Поток CMRV 151 охлаждают в теплом пучке 166, а затем в холодном пучке 167 MCHE 164, после чего давление понижают, пропуская через расширительное устройство для CMRV 155, с получением потока расширенного CMRV 156, который вводят в MCHE 164, чтобы обеспечить требуемое охлаждение в холодном пучке 167 и теплом пучке 166.
[0014] MCHE 164 и теплообменник предварительного охлаждения 160 могут быть любым обменником, подходящим для охлаждения и сжижения природного газа, таким как витой теплообменник, ребристый пластинчатый теплообменник или кожухотрубный теплообменник. Витые теплообменники представляют собой теплообменники из предшествующего уровня техники для сжижения природного газа и имеют по меньшей мере один трубный пучок, содержащий множество спирально навитых труб для протекания потока жидкости и потоков теплого хладагента, и межтрубное пространство для протекания потока холодного хладагента.
[0015] В схеме, изображенной на Фиг. 1, холодный конец первого теплообменника предварительного охлаждения 160 имеет температуру ниже 20 градусов Цельсия, предпочтительно ниже чем около 10 градусов Цельсия, и более предпочтительно ниже чем около 0 градусов Цельсия. Холодный конец второго теплообменника предварительного охлаждения 162 имеет температуру ниже 10 градусов Цельсия, предпочтительно ниже чем около 0 градусов Цельсия, и более предпочтительно ниже чем около -30 градусов Цельсия. Таким образом, второй теплообменник предварительного охлаждения имеет более низкую температуру, чем первый теплообменник предварительного охлаждения.
[0016] Ключевым преимуществом цикла со смешанным хладагентом является то, что композиция потока смешанного хладагента может быть оптимизирована для коррекции кривых охлаждения в теплообменнике и температуры на выходе, чтобы повысить эффективность способа. Это может быть достигнуто путем регулирования состава потока хладагента для различных стадий способа охлаждения. Например, смешанный хладагент с высокой концентрацией этана и более тяжелых компонентов хорошо подходит в качестве хладагента для предварительного охлаждения, в то время как хладагент с высокой концентрацией метана и азота хорошо подходит в качестве хладагента для переохлаждения.
[0017] В схеме, изображенной на Фиг. 1, композиция первого потока расширенного WMR 128, обеспечивающего холодопроизводительность первого теплообменника предварительного охлаждения, является такой же, как композиция второго потока расширенного WMR 132, обеспечивающего холодопроизводительность второго теплообменника предварительного охлаждения 162. Поскольку первый и второй теплообменники предварительного охлаждения охлаждают до разных температур, применение одной и той же композиции хладагента для обоих теплообменников является неэффективным. Кроме того, степень неэффективности увеличивается при использовании трех или более теплообменников предварительного охлаждения.
[0018] Сниженная эффективность приводит к увеличению мощности, потребляемой для производства такого же количества LNG. Кроме того, сниженная эффективность приводит к более высокой общей температуре предварительного охлаждения при фиксированном количестве доступной мощности двигателя для предварительного охлаждения. Это смещает нагрузку холодильной установки с системы предварительного охлаждения на систему сжижения, делая размер MCHE больше и увеличивая силовую нагрузку при сжижении, что может быть нежелательным с точки зрения капитальных затрат и эксплуатационных качеств.
[0019] Один из подходов к решению этой проблемы состоит в том, чтобы иметь два отдельных замкнутых контура хладагента для каждой стадии предварительного охлаждения. Это потребует отдельных контуров смешанного хладагента для первого теплообменника предварительного охлаждения 160 и второго теплообменника предварительного охлаждения 162. Это позволило бы независимо оптимизировать состав двух потоков хладагента и, следовательно, повысить эффективность. Однако этот подход потребует отдельных систем сжатия для каждого теплообменника предварительного охлаждения, что привело бы к увеличению капитальных затрат, занимаемой площади и сложности эксплуатации, что нежелательно.
[0020] Другая проблема схемы, изображенной на Фиг. 1, заключается в том, что потребляемая мощность в системах предварительного охлаждения и сжижения может быть неодинаковой, и это потребует другого количества двигателей для подачи мощности. Часто система сжижения потребляет больше мощности, чем система предварительного охлаждения, вследствие типичных значений температуры, достигаемых при предварительном охлаждении. В некоторых случаях может быть предпочтительным достичь распределения мощности 50-50 между двигателями систем предварительного охлаждения и сжижения.
[0021] Таким образом, существует потребность в улучшенной системе сжижения природного газа, которая обеспечивает большую степень баланса между потребляемой мощностью в системах предварительного охлаждения и сжижения, и в повышении эффективности обеих систем, избегая при этом увеличения капитальных затрат, занимаемой площади или сложности эксплуатации.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ СУТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0022] Данное Краткое описание приведено для знакомства в упрощенной форме с выбором понятий, которые дополнительно описаны в Подробном описании ниже. Данное Краткое описание не предназначено ни для определения ключевых признаков или существенных признаков заявленного объекта изобретения, ни для ограничения объема заявленного объекта изобретения.
[0023] Некоторые варианты реализации изобретения, как описано ниже и определено в прилагаемой формуле изобретения, включают в себя усовершенствования части предварительного охлаждения в способе сжижения LNG. Некоторые варианты реализации изобретения удовлетворяют существующую в данной области техники потребность путем применения нескольких участков теплообмена предварительного охлаждения в части предварительного охлаждения и введения потока хладагента, применяемого для обеспечения холодопроизводительности участков теплообмена предварительного охлаждения, в систему сжатия при разном давлении. Некоторые варианты реализации изобретения удовлетворяют существующую в данной области техники потребность путем направления жидкой фракции потока хладагента, которую подвергают промежуточному охлаждению и разделяют между ступенями сжатия в системе сжатия.
[0024] Ниже очерчены некоторые аспекты систем и способов.
[0025] Аспект 1: Устройство для сжижения потока углеводородного сырья, содержащее:
подсистему сжатия, включающую в себя по меньшей мере одну ступень сжатия;
подсистему предварительного охлаждения, включающую в себя:
множество участков теплообмена, причем множество участков теплообмена включает в себя самый теплый участок теплообмена (260, 360, 460, 560) и самый холодный участок теплообмена (262, 362, 464, 564);
первый контур для углеводородов (202, 302, 402, 502), который проходит через каждый из множества участков теплообмена, причем первый контур для углеводородов (202, 302, 402, 502) расположен ниже по потоку от подачи углеводородной жидкости и сообщается по потоку текучей среды с ней;
основной теплообменник (264), содержащий второй контур для углеводородов (106), который расположен ниже по потоку от первого контура для углеводородов (202, 302, 402, 502) и сообщается по потоку текучей среды с ним для приема потока предварительно охлажденных углеводородов из первого контура для углеводородов, причем основной теплообменник (164) имеет рабочую конфигурацию для по меньшей мере частичного сжижения потока предварительно охлажденных углеводородов путем непрямого теплообмена со вторым хладагентом с получением первого потока сжиженных углеводородов;
второй контур хладагента (244, 344, 444, 544), который проходит через каждый из множества участков теплообмена и основной теплообменник (264), причем второй контур хладагента (244, 344, 444, 544) содержит второй хладагент, и, при этом, второй контур хладагента (244, 344, 444, 544) имеет такую рабочую конфигурацию, чтобы обеспечивать охлаждение основного теплообменника (264);
первый контур хладагента для предварительного охлаждения (275, 375, 475, 575), который проходит через самый теплый участок теплообмена (260, 360, 460, 560) и подсистему сжатия, причем первый контур хладагента для предварительного охлаждения (275, 375, 475, 575) содержит первый хладагент;
второй контур хладагента для предварительного охлаждения (216, 316, 416, 516), который проходит через самый теплый участок теплообмена (260, 360, 460, 560), самый холодный участок теплообмена (262, 362, 464, 564) и подсистему сжатия, причем второй контур хладагента для предварительного охлаждения (216, 316, 416, 516) содержит первый хладагент;
устройство парожидкостного разделения (207), расположенное ниже по потоку от основного теплообменника (264) и сообщающееся по потоку текучей среды с ним для приема первого потока сжиженных углеводородов из основного теплообменника, которое имеет рабочую конфигурацию для разделения первого потока сжиженных углеводородов на поток газа мгновенного испарения и второй поток сжиженных углеводородов; и
контур рециркуляционного газа, расположенный ниже по потоку от устройства парожидкостного разделения (207) и сообщающийся по потоку текучей среды с ним, причем рециркуляционный поток имеет точку смешивания рециркуляционного потока (245), которая сообщается по потоку текучей среды с первым контуром для углеводородов (202) выше по потоку от самого теплого участка теплообмена (260);
причем подсистема сжатия и подсистема предварительного охлаждения имеют рабочую конфигурацию для подачи первого хладагента на самый теплый участок теплообмена (260, 360, 460, 560) через первый контур хладагента для предварительного охлаждения (275, 375, 475, 575) при первом давлении хладагента для предварительного охлаждения на входе и с первой композицией хладагента для предварительного охлаждения, а также для отведения первого парообразного первого хладагента с самого теплого участка теплообмена (260, 360, 460, 560) при давлении первого хладагента для предварительного охлаждения на выходе; и, при этом,
подсистема сжатия и подсистема предварительного охлаждения имеют рабочую конфигурацию для подачи первого хладагента на самый теплый участок теплообмена (260. 360. 460. 560) через второй контур хладагента для предварительного охлаждения (216, 316, 416, 516) при втором давлении хладагента для предварительного охлаждения на входе и со второй композицией хладагента для предварительного охлаждения, а также для удаления второго парообразного первого хладагента с самого холодного участка теплообмена (262, 362, 464, 564) при давлении второго хладагента для предварительного охлаждения на выходе, причем второе давление хладагента для предварительного охлаждения на входе выше первого давления хладагента для предварительного охлаждения на входе, и, при этом, давление второго хладагента для предварительного охлаждения на выходе ниже давления первого хладагента для предварительного охлаждения на выходе, а композиция второго хладагента для предварительного охлаждения отличается от композиции первого хладагента для предварительного охлаждения.
[0026] Аспект 2: Устройство по Аспекту 1, отличающееся тем, что основной теплообменник является витым теплообменником.
[0027] Аспект 3: Устройство по любому из Аспектов 1-2, отличающееся тем, что основной теплообменник содержит не более одного пучка змеевиков.
[0028] Аспект 4: Устройство по любому из Аспектов 1-3, отличающееся тем, что подсистема сжатия и подсистема предварительного охлаждения имеют рабочую конфигурацию для отведения второго парообразного первого хладагента с самого холодного участка теплообмена при давлении второго хладагента для предварительного охлаждения на выходе, которое по меньшей мере на 5 бар абсолютного давления выше давления первого хладагента для предварительного охлаждения на выходе.
[0029] Аспект 5: Устройство по любому из Аспектов 1-4, отличающееся тем, что композиция первого хладагента для предварительного охлаждения содержит менее чем 60 мол. % этана и более легких углеводородов, а композиция второго хладагента для предварительного охлаждения содержит более чем 60 мол. % этана и более легких углеводородов.
[0030] Аспект 6: Устройство по любому из Аспектов 1-5, отличающееся тем, что контур рециркуляционного газа дополнительно содержит теплообменник мгновенного испарения, расположенный ниже по потоку от устройства парожидкостного разделения и сообщающийся по потоку текучей среды с ним.
[0031] Аспект 7: Устройство для сжижения потока углеводородного сырья, содержащее:
множество участков теплообмена, причем множество участков теплообмена включает в себя самый теплый участок теплообмена и самый холодный участок теплообмена;
первый контур для углеводородов, который проходит через каждый из множества участков теплообмена, причем первый контур для углеводородов расположен ниже по потоку от подачи углеводородной жидкости и сообщается по потоку текучей среды с ней;
второй контур хладагента, который проходит через каждый из множества участков теплообмена, причем второй контур хладагента содержит второй хладагент;
первый контур хладагента для предварительного охлаждения, который проходит через самый теплый участок теплообмена, причем первый контур хладагента для предварительного охлаждения содержит первый хладагент;
второй контур хладагента для предварительного охлаждения, который проходит через самый теплый участок теплообмена и самый холодный участок теплообмена, причем второй контур хладагента для предварительного охлаждения содержит первый хладагент;
входное отверстие первого контура хладагента для предварительного охлаждения, расположенное на входном конце первого контура хладагента для предварительного охлаждения, первое устройство для сброса давления, расположенное на выходном конце первого контура хладагента для предварительного охлаждения, и первый трубопровод для расширенного хладагента, расположенный ниже по потоку от первого устройства для сброса давления и сообщающийся по потоку текучей среды с ним, а также расположенный выше по потоку от первого холодного контура самого теплого участка теплообмена и сообщающийся по потоку текучей среды с ним;
входное отверстие второго контура хладагента для предварительного охлаждения, расположенное на входном конце второго контура хладагента для предварительного охлаждения, второе устройство для сброса давления, расположенное на выходном конце второго контура хладагента для предварительного охлаждения, и второй трубопровод для расширенного хладагента, расположенный ниже по потоку от второго устройства для сброса давления и сообщающийся по потоку текучей среды с ним, а также расположенный выше по потоку от второго холодного контура самого холодного участка теплообмена и сообщающийся по потоку текучей среды с ним;
систему сжатия, содержащую:
трубопровод для первого хладагента низкого давления, сообщающийся по потоку текучей среды с первой ступенью сжатия и теплым концом самого холодного участка теплообмена,
трубопровод для первого хладагента среднего давления, сообщающийся по потоку текучей среды со второй ступенью сжатия и теплым концом первого участка теплообмена;
первый дополнительный охладитель на выходе второй ступени сжатия,
первое устройство парожидкостного разделения, снабженное первым входным отверстием, расположенным ниже по потоку от первого дополнительного охладителя и гидравлически соединенным с ним, первым выходным отверстием для пара, расположенным в верхней половине первого устройства парожидкостного разделения, первым выходным отверстием для жидкости, расположенным в нижней половине первого устройства парожидкостного разделения, причем первое выходное отверстие для жидкости расположено выше по потоку от и сообщается по потоку текучей среды  со входным отверстием первого контура хладагента для предварительного охлаждения;
третью ступень сжатия на выходе первого выходного отверстия для пара; и
второй дополнительный охладитель на выходе третьей ступени сжатия;
основной теплообменник, содержащий второй контур для углеводородов, который расположен ниже по потоку от первого контура для углеводородов и сообщается по потоку текучей среды с ним для приема потока предварительно охлажденных углеводородов из первого контура для углеводородов, причем основной теплообменник также расположен ниже по потоку от второго контура хладагента из множества участков теплообмена и сообщается по потоку текучей среды с ним, и, при этом, основной теплообменник имеет рабочую конфигурацию для по меньшей мере частичного сжижения потока предварительно охлажденных углеводородов путем непрямого теплообмена со вторым хладагентом с получением первого потока сжиженных углеводородов;
третье устройство парожидкостного разделения, расположенное ниже по потоку от основного теплообменника и сообщающееся по потоку текучей среды с ним, которое имеет рабочую конфигурацию для разделения первого потока сжиженных углеводородов на поток газа мгновенного испарения и второй поток сжиженных углеводородов;
контур для рециркуляционного газа, расположенный ниже по потоку от третьего устройства парожидкостного разделения и сообщающийся по потоку текучей среды с ним, причем контур для рециркуляционного газа проходит через теплообменник мгновенного испарения и снабжен выходным отверстием для рециркуляционного потока, которое сообщается по потоку текучей среды  с первым контуром для углеводородов выше по потоку от самого теплого участка теплообмена; и,
при этом, теплообменник мгновенного испарения имеет рабочую конфигурацию для нагревания потока газа мгновенного испарения путем теплообмена по меньшей мере с одним нагревающим потоком;
причем наиболее теплый участок теплообмена имеет рабочую конфигурацию для частичного предварительного охлаждения углеводородной жидкости, протекающей сквозь первый контур для углеводородов, второго хладагента, протекающего сквозь второй контур хладагента, первого хладагента, протекающего сквозь первый контур первого хладагента для предварительного охлаждения, и второго контура хладагента для предварительного охлаждения путем теплообмена с первым хладагентом, протекающим сквозь первый холодный контур самого теплого участка теплообмена; и,
при этом, самый холодный участок теплообмена имеет рабочую конфигурацию для предварительного охлаждения углеводородной жидкости, протекающей сквозь первый контур для углеводородов, с получением потока предварительно охлажденных углеводородов, для предварительного охлаждения второго хладагента, протекающего сквозь второй контур хладагента, с получением потока предварительно охлажденного второго хладагента, и для предварительного охлаждения первого хладагента, протекающего сквозь второй контур хладагента для предварительного охлаждения, путем теплообмена с первым хладагентом, протекающим сквозь первый холодный контур самого холодного участка теплообмена.
[0032] Аспект 8: Устройство по Аспекту 7, отличающееся тем, что первый участок теплообмена представляет собой самый теплый участок теплообмена из множества участков теплообмена.
[0033] Аспект 9: Устройство по любому из Аспектов 7-8, отличающееся тем, что первая ступень сжатия, вторая ступень сжатия и третья ступень сжатия расположены в едином корпусе первого компрессора.
[0034] Аспект 10: Устройство по любому из Аспектов 7-9, в котором система сжатия дополнительно содержит первый промежуточный охладитель на выходе второй ступени сжатия и трубопровод для охлажденного первого промежуточного хладагента, расположенный ниже по потоку от первого промежуточного охладителя и сообщающийся по потоку текучей среды с ним.
[0035] Аспект 11: Устройство по Аспекту 10, дополнительно содержащее первый трубопровод для хладагента высокого давления, сообщающийся по потоку текучей среды с теплым концом самого теплого участка теплообмена и трубопроводом для охлажденного первого промежуточного хладагента.
[0036] Аспект 12: Устройство по Аспекту 10, дополнительно содержащее:
третий дополнительный охладитель на выходе первого устройства парожидкостного разделения; и
второе устройство парожидкостного разделения, снабженное третьим входным отверстием, которое расположено ниже по потоку от третьего дополнительного охладителя и сообщается по потоку текучей среды  с ним, вторым выходным отверстием для пара, расположенным в верхней половине второго устройства парожидкостного разделения, вторым выходным отверстием для жидкости, расположенным в нижней половине второго устройства парожидкостного разделения.
[0037] Аспект 13: Устройство по любому из Аспектов 7-12, отличающееся тем, что множество участков теплообмена представляет собой несколько участков первого теплообменника.
[0038] Аспект 14: Устройство по любому из Аспектов 7-13, отличающееся тем, что каждый из множества участков теплообмена содержит витой теплообменник.
[0039] Аспект 15: Устройство по любому из Аспектов 7-14, отличающееся тем, что основной теплообменник является витым теплообменником.
[0040] Аспект 16: Устройство по любому из Аспектов 7-15, отличающееся тем, что второй контур хладагента для предварительного охлаждения проходит через самый теплый участок теплообмена, первый участок теплообмена и самый холодный участок теплообмена.
[0041] Аспект 17: Устройство по любому из Аспектов 7-16, отличающееся тем, что первый хладагент, содержащийся во втором контуре хладагента для предварительного охлаждения, имеет более высокую концентрацию этана и более легких углеводородов, чем первый хладагент, содержащийся в первом контуре хладагента для предварительного охлаждения.
[0042] Аспект 18: Устройство по любому из Аспектов 7-17, отличающееся тем, что первый холодный контур самого теплого участка теплообмена представляет собой межтрубное пространство самого теплого участка теплообмена, а первый холодный контур самого холодного участка теплообмена представляет собой межтрубное пространство самого холодного участка теплообмена.
[0043] Аспект 19: Устройство по любому из Аспектов 7-18, содержащее третий контур хладагента для предварительного охлаждения, который проходит через по меньшей мере самый теплый участок теплообмена и первый участок теплообмена, причем третий контур хладагента для предварительного охлаждения содержит первый хладагент.
[0044] Аспект 20: Устройство по любому из Аспектов 7-19, отличающееся тем, что основной теплообменник является витым теплообменником с одним пучком.
[0045] Аспект 21: Устройство по любому из Аспектов 7-20, отличающееся тем, что контур рециркуляционного газа дополнительно содержит компрессор, расположенный ниже по потоку от теплообменника мгновенного испарения и сообщающийся по потоку текучей среды с ним, и охладитель газа мгновенного испарения, расположенный ниже по потоку от компрессора и сообщающийся по потоку текучей среды с ним.
[0046] Аспект 22: Устройство по любому из Аспектов 7-21, отличающееся тем, что по меньшей мере один нагревающий поток содержит первую часть потока предварительно охлажденного второго хладагента.
[0047] Аспект 23: Устройство по любому из Аспектов 7-22, отличающееся тем, что по меньшей мере один нагревающий поток содержит первую часть хладагента для предварительного охлаждения, причем первую часть первого хладагента отбирают из второго контура хладагента для предварительного охлаждения выше по потоку от самого теплого участка теплообмена и на выходе второго дополнительного охладителя.
[0048] Аспект 24: Устройство по любому из Аспектов 7-23, отличающееся тем, что основной теплообменник имеет такую рабочую конфигурацию, чтобы второй поток сжиженных углеводородов имел вторую температуру, которая ниже или равна заданной целевой температуре, и чтобы первый поток сжиженных углеводородов имел первую температуру, которая выше второй температуры.
[0049] Аспект 25: Устройство по любому из Аспектов 7-24, отличающееся тем, что первый хладагент имеет первую композицию, а второй хладагент имеет вторую композицию, причем первая композиция отличается от второй композиции.
[0050] Аспект 26: Устройство для сжижения потока углеводородного сырья, содержащее:
множество участков теплообмена, причем множество участков теплообмена включает в себя самый теплый участок теплообмена и самый холодный участок теплообмена;
первый контур для углеводородов, который проходит через каждый из множества участков теплообмена, причем первый контур для углеводородов расположен ниже по потоку от подачи углеводородной жидкости и сообщается по потоку текучей среды с ней;
второй контур хладагента, который проходит через каждый из множества участков теплообмена, причем второй контур хладагента содержит второй хладагент;
контур хладагента для предварительного охлаждения, который проходит через множество участков теплообмена, причем контур хладагента для предварительного охлаждения содержит первый хладагент, и, при этом, контур предварительного охлаждения имеет такую рабочую конфигурацию, чтобы направлять первую часть первого хладагента через расширительное устройство в межтрубное пространство самого теплого участка теплообмена, а вторую часть первого хладагента через самый холодный участок теплообмена, через расширительное устройство в межтрубное пространство самого холодного участка теплообмена;
систему сжатия. содержащую:
первый трубопровод хладагента низкого давления, сообщающийся по потоку текучей среды с первой ступенью сжатия и теплым концом самого холодного участка теплообмена,
первый трубопровод хладагента среднего давления, сообщающийся по потоку текучей среды со второй ступенью сжатия и теплым концом самого теплого участка теплообмена;
первый дополнительный охладитель на выходе второй ступени сжатия;
первое устройство парожидкостного разделения, снабженное первым входным отверстием, которое находится ниже по потоку от первого дополнительного охладителя и сообщается по потоку текучей среды  с ним, первым выходным отверстием для пара, расположенным в верхней половине первого устройства парожидкостного разделения, первым выходным отверстием для жидкости, расположенным в нижней половине первого устройства парожидкостного разделения,
третью ступень сжатия на выходе первого выходного отверстия для пара; и
второй дополнительный охладитель на выходе третьей ступени сжатия,
насос, расположенный ниже по потоку от первого выходного отверстия для жидкости и сообщающийся по потоку текучей среды с ним, причем насос расположен выше по потоку от контура хладагента для предварительного охлаждения и сообщается по потоку текучей среды с ним;
основной теплообменник, содержащий второй контур для углеводородов, который расположен ниже по потоку от первого контура для углеводородов и сообщается по потоку текучей среды с ним для приема потока предварительно охлажденных углеводородов из первого контура для углеводородов, причем основной теплообменник также расположен ниже по потоку от второго контура хладагента и сообщается по потоку текучей среды с ним, и, при этом, основной теплообменник имеет рабочую конфигурацию для по меньшей мере частичного сжижения потока предварительно охлажденных углеводородов путем непрямого теплообмена со вторым хладагентом с получением первого потока сжиженных углеводородов;
третье устройство парожидкостного разделения, расположенное ниже по потоку от основного теплообменника и сообщающееся по потоку текучей среды с ним, которое имеет рабочую конфигурацию для разделения первого потока сжиженных углеводородов на поток газа мгновенного испарения и второй поток сжиженных углеводородов; и
контур для рециркуляционного газа, расположенный ниже по потоку от третьего устройства парожидкостного разделения и сообщающийся по потоку текучей среды с ним, причем контур для рециркуляционного газа проходит через теплообменник мгновенного испарения и снабжен выходным отверстием для рециркуляционного потока, которое сообщается по потоку текучей среды  с первым контуром для углеводородов выше по потоку от самого теплого участка теплообмена;
причем теплообменник газа мгновенного испарения имеет рабочую конфигурацию для нагревания потока газа мгновенного испарения путем теплообмена по меньшей мере с одним нагревающим потоком;
и, при этом, самый теплый участок теплообмена имеет рабочую конфигурацию для частичного предварительного охлаждения углеводородной жидкости, протекающей сквозь первый контур для углеводородов, второго хладагента, протекающего сквозь второй контур хладагента, и первого хладагента, протекающего сквозь первый контур хладагента для предварительного охлаждения, путем теплообмена с первым хладагентом, протекающим сквозь межтрубное пространство самого теплого участка теплообмена; и
притом, что самый холодный участок теплообмена имеет рабочую конфигурацию для предварительного охлаждения углеводородной жидкости, протекающей сквозь первый контур для углеводородов, с получением потока предварительно охлажденных углеводородов, для предварительного охлаждения второго хладагента, протекающего сквозь второй контур хладагента, с получением потока предварительно охлажденного второго хладагента, и для предварительного охлаждения первого хладагента, протекающего сквозь первый контур хладагента для предварительного охлаждения, путем теплообмена с первым хладагентом, протекающим сквозь межтрубное пространство самого холодного участка теплообмена.
[0051] Аспект 27: Устройство по Аспекту 26, отличающееся тем, что основной теплообменник является витым теплообменником.
[0052] Аспект 28: Устройство по Аспекту 27, отличающееся тем, что основной теплообменник имеет не более одного пучка змеевиков.
[0053] Аспект 29: Способ охлаждения потока углеводородного сырья, содержащего углеводородную жидкость, и сырьевого потока второго хладагента, содержащего второй хладагент, путем непрямого теплообмена с первым хладагентом в каждом из множества участков теплообмена подсистемы предварительного охлаждения и по меньшей мере частичного сжижения потока углеводородного сырья в основном теплообменнике, причем подсистема предварительного охлаждения включает в себя множество участков теплообмена и подсистему сжатия, и, при этом, способ включает в себя:
a. введение потока углеводородного сырья и сырьевого потока второго хладагента на самый теплый участок теплообмена из множества участков теплообмена;
b. охлаждение потока углеводородного сырья и сырьевого потока второго хладагента на каждом из множества участков теплообмена с получением потока предварительно охлажденных углеводородов и потока предварительно охлажденного второго хладагента, причем поток предварительно охлажденного второго хладагента является полностью конденсированным,
c. дальнейшее охлаждение и по меньшей мере частичное сжижение потока предварительно охлажденных углеводородов в основном теплообменнике путем теплообмена со вторым хладагентом, с получением первого потока сжиженных углеводородов;
d. отведение потока первого хладагента низкого давления с самого холодного участка теплообмена из множества участков теплообмена и сжатие потока первого хладагента низкого давления по меньшей мере на одной ступени сжатия в подсистеме сжатия;
e. отведение потока первого хладагента среднего давления с первого участка теплообмена из множества участков теплообмена, причем первый участок теплообмена является более теплым, чем самый холодный участок теплообмена;
f. объединение потока первого хладагента низкого давления и потока первого хладагента среднего давления c получением объединенного потока первого хладагента после проведения стадий (d) и (e);
g. отведение потока первого хладагента сверхвысокого давления из системы сжатия;
h. охлаждение и по меньшей мере частичную конденсацию потока первого хладагента сверхвысокого давления по меньшей мере в одном охлаждающем модуле с получением потока охлажденного первого хладагента сверхвысокого давления;
i. введение потока охлажденного первого хладагента сверхвысокого давления в первое устройство парожидкостного разделения с получением потока парообразного первого хладагента и потока жидкого первого хладагента;
j. повышение давления потока жидкого первого хладагента при помощи насоса с получением первого перекачиваемого потока жидкого хладагента;
k. сжатие по меньшей мере части потока парообразного первого хладагента со стадии (i) по меньшей мере на одной ступени сжатия;
l. охлаждение и конденсацию потока сжатого первого хладагента по меньшей мере в одном охлаждающем модуле с получением потока конденсированного первого хладагента, причем по меньшей мере один охлаждающий модуль расположен ниже по потоку от по меньшей мере одной ступени сжатия со стадии (n) и сообщается по потоку текучей среды с ней;
m. объединение первого перекачиваемого потока жидкого хладагента с потоком сжатого первого хладагента выше по потоку от по меньшей мере одного охлаждающего модуля;
n. введение потока конденсированного первого хладагента на самый теплый участок теплообмена из множества участков теплообмена;
o. охлаждение потока конденсированного первого хладагента на самом теплом участке теплообмена с образованием потока охлажденного конденсированного первого хладагента;
p. расширение первой части потока охлажденного конденсированного первого хладагента с получением первого потока расширенного первого хладагента;
q. введение первого потока расширенного первого хладагента на самый теплый участок теплообмена, чтобы обеспечить холодопроизводительность для стадии (b);
r. дальнейшее охлаждение второй части потока охлажденного конденсированного первого хладагента на самом холодном участке теплообмена с образованием потока дополнительно охлажденного конденсированного первого хладагента;
s. расширение потока дополнительно охлажденного конденсированного первого хладагента с образованием второго потока расширенного первого хладагента;
t. введение второго потока расширенного первого хладагента на самый холодный участок теплообмена, чтобы обеспечить холодопроизводительность для стадии (b);
u. расширение первого потока сжиженных углеводородов с образованием первого потока сжиженных углеводородов пониженного давления;
v. разделение первого потока сжиженных углеводородов пониженного давления на поток газа мгновенного испарения и второй поток сжиженных углеводородов;
w. нагревание потока газа мгновенного испарения путем непрямого теплообмена по меньшей мере с одним потоком из подсистемы предварительного охлаждения с образованием потока нагретого газа мгновенного испарения;
x. сжатие потока нагретого газа мгновенного испарения с образованием потока сжатого газа мгновенного испарения;
y. охлаждение потока сжатого газа мгновенного испарения с образованием рециркуляционного потока; и
z. объединение по меньшей мере первой части рециркуляционного потока с потоком углеводородного сырья перед проведением стадии (а).
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
[0054] Ниже будут описаны типичные варианты реализации изобретения в сочетании с прилагаемыми фигурами, на которых похожие цифры обозначают сходные элементы:
[0055] Фиг. 1 представляет собой схему технологического процесса системы DMR в соответствии с предшествующим уровнем техники;
[0056] Фиг. 2 представляет собой схему технологического процесса системы предварительного охлаждения в системе DMR в соответствии с первым типичным вариантом реализации изобретения;
[0057] Фиг. 3 представляет собой схему технологического процесса системы предварительного охлаждения в системе DMR в соответствии со вторым типичным вариантом реализации изобретения;
[0058] Фиг. 4 представляет собой схему технологического процесса системы предварительного охлаждения в системе DMR в соответствии с третьим типичным вариантом реализации изобретения;
[0059] Фиг. 5 представляет собой схему технологического процесса системы предварительного охлаждения в системе DMR в соответствии с четвертым типичным вариантом реализации изобретения; и
[0060] Фиг. 6 представляет собой схему технологического процесса системы предварительного охлаждения в системе DMR в соответствии с пятым типичным вариантом реализации изобретения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0061] Следующее подробное описание содержит только предпочтительные типичные варианты реализации изобретения и не предназначено для ограничения объема формулы изобретения. Скорее, последующее подробное описание предпочтительных типичных вариантов реализации изобретения предоставит специалистам в данной области техники описание, дающее возможность осуществления предпочтительных типичных вариантов реализации изобретения. В функцию и расположение элементов могут быть внесены различные изменения без отхода от сути и объема заявленного изобретения.
[0062] Номера позиций, которые вводятся в описании в связи с чертежом на фигуре, могут повторяться на одной или нескольких последующих фигурах без дополнительного объяснения в описании, чтобы обеспечить контекст для других признаков. На фигурах элементы, которые аналогичны элементам других вариантов реализации изобретения, представлены номерами позиций, увеличенными на 100. Например, барабан мгновенного испарения 207, связанный с вариантом реализации изобретения в соответствии с Фиг. 2, соответствует барабану мгновенного испарения 307, связанному с вариантом реализации изобретения в соответствии с Фиг. 3. Такие элементы необходимо рассматривать, как обладающие такой же функцией и признаками, если противоположное прямо не указано или не изображено в данном документе, и поэтому обсуждение таких элементов может не повторяться для нескольких вариантов реализации изобретения.
[0063] Термин «гидравлическое соединение», используемый в описании и формуле изобретения, относится к природе соединения между двумя или более элементами, которое позволяет перемещать жидкости, пары и/или двухфазные смеси между элементами контролируемым образом (т.е., без утечки), прямо или косвенно. Объединение двух или более элементов таким образом, что они находятся в гидравлическом соединении друг с другом, может подразумевать любой подходящий способ, известный в данной области техники, например, с использованием сварных швов, фланцевых трубопроводов, прокладок и болтов. Два или более элементов могут также быть объединены посредством других элементов системы, которые могут их разделять, например, клапанов, шлюзов или других устройств, которые могут избирательно ограничивать или направлять поток жидкости.
[0064] Термин «трубопровод», используемый в описании и формуле изобретения, относится к одной или более структурам, сквозь которые жидкости могут перемещаться между двумя или более элементами системы. Например, трубопроводы могут включать в себя трубы, каналы, протоки и их комбинации, по которым перемещаются жидкости, пары и/или газы.
[0065] Термин «природный газ», используемый в описании и формуле изобретения, обозначает смесь углеводородных газов, состоящую в основном из метана.
[0066] Термины «углеводородный газ» или «углеводородная жидкость», используемые в описании и формуле изобретения, обозначают газ/жидкость, содержащие по меньшей мере один углеводород, в которых углеводороды составляют по меньшей мере 80% и более предпочтительно по меньшей мере 90% от общей композиции газа/жидкости.
[0067] Термин «смешанный хладагент» (MR), используемый в описании и формуле изобретения, означает жидкость, содержащую по меньшей мере два углеводорода, в которой углеводороды составляют по меньшей мере 80% от общей композиции хладагента.
[0068] Термин «тяжелые углеводороды», используемый в описании и формуле изобретения, означает углеводороды с молекулярной массой по меньшей мере такой же, как у этана.
[0069] Термины «пучок» и «трубный пучок» используются взаимозаменяемо в данной заявке и являются синонимическими.
[0070] Термин «атмосферная жидкость», используемый в описании и формуле изобретения, означает жидкость, которая подается в систему при давлении и температуре окружающей среды или близких к ним.
[0071] В формуле изобретения буквы могут использоваться для идентификации заявленных стадий способа (например, (a), (b) и (c)). Эти буквы используются, чтобы упростить ссылку на стадии способа и не предназначены для указания порядка, в котором выполняются заявленные стадии, если только и только в той степени, в которой такой порядок конкретно указан в формуле изобретения.
[0072] Термины, указывающие направление, могут использоваться в описании и формуле изобретения (например, верхний, нижний, слева, справа и т.д.). Такие термины, указывающие направление, предназначены только для упрощения описания типичных вариантов реализации изобретения и не предназначены для ограничения объема заявленного изобретения. Как используется в данном документе, термин «выше по потоку от (на входе, апстрим)» обозначает направление, противоположное направлению потока жидкости в трубопроводе, исходя из точки отсчета. Аналогично, термин «на выходе (даунстрим)» обозначает направление, которое совпадает с направлением потока жидкости в трубопроводе, исходя из точки отсчета.
[0073] Как используется в описании и формуле изобретения, термины «сверхвысокий», «высокий», «средний», «низкий» и «сверхнизкий» выражают относительные значения для свойства элементов, с которыми эти термины используются. Например, поток сверхвысокого давления обозначает поток, имеющий более высокое давление, чем соответствующий поток высокого давления или поток среднего давления или поток низкого давления, описанные или заявленные в данной заявке. Подобным образом, поток высокого давления обозначает поток, имеющий более высокое давление, чем соответствующий поток среднего давления или поток низкого давления, описанные в описании или формуле изобретения, но более низкое, чем соответствующий поток сверхвысокого давления, описанный или заявленный в данной заявке. Аналогично, поток среднего давления обозначает поток, имеющий более высокое давление, чем соответствующий поток низкого давления, описанный в описании или формуле изобретения, но более низкое, чем соответствующий поток высокого давления, описанный или заявленный в данной заявке.
[0074] Если в тексте прямо не указано противоположное, любые и все процентные значения, указанные в описании, на чертежах и в формуле изобретения, необходимо понимать как молярные проценты. Если в тексте прямо не указано противоположное, любое и все значения давления, указанные в описании, на чертежах и в формуле изобретения, необходимо понимать как избыточное давление.
[0075] Используемый в данном документе термин «криоген» или «криогенная жидкость» обозначает жидкость, газ или смешанно-фазную текучую среду с температурой ниже -70 градусов Цельсия. Примеры криогенов включают жидкий азот (LIN), сжиженный природный газ (LNG), жидкий гелий, жидкий диоксид углерода и под давлением, смешанно-фазные криогены (например, смесь LIN и газообразного азота). Используемый в данном документе термин «криогенная температура» обозначает температуру ниже -70 градусов Цельсия.
[0076] Как используется в описании и формуле изобретения, термин «участок теплообмена» определяется как имеющий теплый конец и холодный конец; причем на холодный конец участка теплообмена вводят отдельный поток холодного хладагента (с параметрами, отличными от параметров окружающей среды), а теплый поток первого хладагента отводят с теплого конца участка теплообмена. Несколько участков теплообмена могут необязательно содержаться в одном или нескольких теплообменниках. В случае кожухотрубного теплообменника или витого теплообменника несколько участков теплообмена могут содержаться в одном корпусе.
[0077] Как используется в описании и формуле изобретения, «температура» участка теплообмена определяется температурой углеводородного потока на выходе с этого участка теплообмена. Например, термины «самый теплый», «более теплый», «самый холодный» и «более холодный» при использовании в отношении участка теплообмена представляют температуру углеводородного потока на выходе с этого участка теплообмена относительно температуры углеводородного потока на выходе с других участков теплообмена. Например, самый теплый участок теплообмена обозначает участок теплообмена, для которого температура углеводородного потока на выходе выше, чем температура углеводородного потока на выходе с любого другого участка теплообмена.
[0078] Как используется в описании и формуле изобретения, термин «система сжатия» определяется как одна или более ступеней сжатия. Например, система сжатия может иметь несколько ступеней сжатия в одном компрессоре. В альтернативном примере, система сжатия может включать несколько компрессоров.
[0079] Если в тексте прямо не указано противоположное, то введение потока на участке обозначает введение по существу всего указанного потока на участке. Необходимо понимать, что все потоки, обсуждаемые в описании и изображенные на чертежах (обычно представлены линией со стрелкой, показывающей общее направление потока жидкости в ходе обычной работы), находятся в соответствующем трубопроводе. Необходимо понимать, что каждый трубопровод снабжен по меньшей мере одним входным отверстием и по меньшей мере одним выходным отверстием. Кроме того, необходимо понимать, что в каждом элементе оборудования имеется по меньшей мере одно входное отверстие и по меньшей мере одно выходное отверстие.
[0080] В Табл. 1 определяется перечень сокращений, используемых во всем тексте описания и на чертежах, чтобы облегчить понимание описанных вариантов реализации изобретения.
Таблица 1
SMR
Один смешанный хладагент
MR
Смешанный хладагент
DMR
Двойной смешанный хладагент
CMR
Холодный смешанный хладагент
C3MR
Предварительно охлажденный пропаном смешанный хладагент
WMR
Теплый смешанный хладагент
LNG
Сжиженный природный газ
MRL
Жидкий смешанный хладагент
MCHE
Основной криогенный теплообменник
MRV
Парообразный смешанный хладагент
[0081] В данной заявке описаны системы и способы для повышения пропускной способности и эффективности способов сжижения природного газа, включающих систему предварительного охлаждения со смешанным хладагентом с несколькими уровнями давления, которые включают в себя охлаждение потока сжатого смешанного хладагента и разделение потока охлажденного сжатого смешанного хладагента на парообразную и жидкую части. Жидкая часть обеспечивает холодопроизводительность первого теплообменника предварительного охлаждения. Парообразную часть дополнительно сжимают, охлаждают и конденсируют и используют для обеспечения холодопроизводительности второго теплообменника предварительного охлаждения. Кроме того, системы и способы включают в себя сжижение природного газа предварительного охлаждения с получением потока LNG, снижение давления потока LNG с получением потока газа мгновенного испарения и рециркуляцию по меньшей мере части потока газа мгновенного испарения во входной сепаратор первого теплообменника предварительного охлаждения.
[0082] На Фиг. 2 изображен первый типичный вариант реализации изобретения. Для простоты, на Фиг. 2 и последующих фигурах только система предварительного охлаждения 234 изображена в деталях, а система сжижения изображена упрощенно. Подробная информация о системе сжижения 165 на Фиг. 1 применима к любой из последующих фигур.
[0083] Поток WMR низкого давления 210 (также называемый вторым потоком парообразного первого хладагента) отводят с теплого конца межтрубного пространства второго теплообменника предварительного охлаждения 262 и сжимают на первой ступени сжатия 212А компрессора WMR 212. Поток WMR среднего давления 218 (также называемый первым потоком парообразного первого хладагента) отводят с теплого конца межтрубного пространства первого теплообменника предварительного охлаждения 260 и вводят в качестве бокового потока в компрессор WMR 212, где его смешивают со сжатым потоком (не показан) с первой ступени сжатия 212А. Кроме того, сжатый поток с первой ступени сжатия 212А может быть охлажден путем теплообмена с окружающей средой перед смешиванием с потоком WMR среднего давления 218. Смешанный поток (не показан) сжимают на второй стадии сжатия WMR 212B компрессора WMR 212 с получением потока WMR сверхвысокого давления 270. Жидкость, которая может присутствовать в потоке WMR низкого давления 210 и потоке WMR среднего давления 218, удаляется в устройствах парожидкостного разделения (не показаны) перед введением в компрессор WMR 212.
[0084] Поток WMR сверхвысокого давления 270 может находиться под давлением от 5 бар абсолютного давления до 40 бар абсолютного давления, и предпочтительно от 15 бар абсолютного давления до 30 бар абсолютного давления. Поток WMR сверхвысокого давления 270 отводят из компрессора WMR 212, охлаждают и частично конденсируют в промежуточном охладителе WMR сверхвысокого давления 271 с получением охлажденного потока WMR сверхвысокого давления 272. Промежуточный охладитель WMR сверхвысокого давления 271 может быть охлаждающим модулем любого подходящего типа, таким как атмосферная охлаждающая установка, в которой используется воздух или вода, и которая может содержать один или более теплообменников. Охлажденный поток WMR сверхвысокого давления 272 может содержать фракцию пара от 0,2 до 0,8, предпочтительно от 0,3 до 0,7, и более предпочтительно от 0,4 до 0,6. Охлажденный поток WMR сверхвысокого давления 272 подвергают фазовому разделению в первом устройстве парожидкостного разделения WMR 273 с получением первого потока WMRV 274 и первого потока WMRL 275.
[0085] Первый поток WMRL 275 содержит менее чем 75% этана и более легких углеводородов, предпочтительно менее чем 70% этана и более легких углеводородов и более предпочтительно менее чем 60% этана и более легких углеводородов. Первый поток WMRV 274 содержит более чем 40% этана и более легких углеводородов, предпочтительно более чем 50% этана и более легких углеводородов, и более предпочтительно более чем 60% этана и более легких углеводородов. Первый поток WMRL 275 вводят в первый теплообменник предварительного охлаждения 260 для охлаждения в трубном контуре с получением первого потока дополнительно охлажденного WMR 236 (также называемого потоком охлажденного жидкого хладагента), который расширяется в первом расширительном устройстве для WMR 226 (также называемом устройством для сброса давления) с получением первого потока расширенного WMR 228, который обеспечивает холодопроизводительность первого теплообменника предварительного охлаждения 260. Примеры подходящих расширительных устройств включают в себя клапан Джоуля-Томсона (JT) и турбину.
[0086] Первый поток 274 WMRV вводят в компрессор WMR 212 для сжатия на третьей ступени сжатия WMR 212C компрессора WMR 212 с получением потока сжатого WMR 214. Поток сжатого WMR 214 охлаждают и предпочтительно конденсируют в дополнительном охладителе WMR 215 с получением первого потока охлажденного сжатого WMR 216 (также называемого потоком сжатого первого хладагента или вторым входящим потоком), который вводят в первый теплообменник предварительного охлаждения 260 для дополнительного охлаждения в трубном контуре с получением первого потока предварительно охлажденного WMR 217. Молярный состав первого потока охлажденного сжатого WMR 216 является таким же, как состав первого потока WMRV 274. Часть первого потока охлажденного сжатого WMR 216 может быть удалена из системы предварительного охлаждения 234 как часть потока WMR 216а (также называемая нагревающим потоком мгновенного испарения), охлаждена в газообменнике мгновенного испарения 284 с получением охлажденной части потока WMR 216b, которая может быть возвращена в систему предварительного охлаждения 234 перед расширением во втором расширительном устройстве для WMR 230 или в первом расширительном устройстве для WMR 226 или в любом другом подходящем месте. Часть потока WMR 216a предпочтительно составляет менее около 20 мол. % от первого потока охлажденного сжатого WMR 216, и предпочтительно от 2 мол. % до 10 мол. % от первого потока охлажденного сжатого WMR 216.
[0087] Первый поток предварительно охлажденного WMR 217 вводят во второй теплообменник предварительного охлаждения 262 для дополнительного охлаждения в трубном контуре с получением второго потока дополнительно охлажденного WMR 237. Второй поток дополнительно охлажденного WMR 237 расширяется во втором расширительном устройстве для WMR 230 (также называемом устройством для сброса давления) с получением второго потока расширенного WMR 232, который вводят в межтрубное пространство второго теплообменника предварительного охлаждения 262, чтобы обеспечить холодопроизводительность.
2
2
2
2
[0088] Первый поток охлажденного сжатого WMR 216 может быть полностью конденсированным или частично конденсированным. В предпочтительном варианте реализации изобретения первый поток охлажденного сжатого WMR 216 является полностью конденсированным. Поток охлажденного WMR сверхвысокого давления 272 может содержать менее чем 20% компонентов легче этана, предпочтительно менее чем 10% компонентов легче этана, и более предпочтительно менее чем 5% компонентов легче этана и называется «композицией хладагента для предварительного охлаждения». Таким образом, можно полностью конденсировать поток сжатого WMR 214 с получением полностью конденсированного первого потока охлажденного сжатого WMR 216, без необходимости в сжатии до очень высокого давления. Поток сжатого WMR 214 может находиться под давлением от 300 фунтов/дюйм абсолютного давления (21 бар абсолютного давления) до 600 фунтов/дюйм абсолютного давления (41 бар абсолютного давления), и предпочтительно от 400 фунтов/дюйм абсолютного давления (28 бар абсолютного давления) до 500 фунтов/дюйм абсолютного давления (35 бар абсолютного давления). Если второй теплообменник предварительного охлаждения 262 является теплообменником сжижения, применяемым для полного сжижения природного газа, то поток охлажденного WMR сверхвысокого давления 272 будет содержать более высокую концентрацию азота и метана, и, таким образом, давление потока сжатого WMR 214 должно быть выше, чтобы первый поток охлажденного сжатого WMR 216 был полностью конденсированным. Поскольку это может оказаться недостижимым, первый поток охлажденного сжатого WMR 216 не будет полностью конденсированным и будет содержать значительную концентрацию пара, которую, возможно, понадобится сжижать отдельно.
[0089] Предварительно обработанный сырьевой поток 202 (называемый в формуле изобретения потоком углеводородного сырья) смешивают с рециркуляционным потоком 289 с получением смешанного сырьевого потока 201, который охлаждают в первом теплообменнике предварительного охлаждения 260 с получением первого потока предварительно охлажденного природного газа 204 при температуре ниже 20 градусов Цельсия, предпочтительно ниже чем около 10 градусов Цельсия и более предпочтительно ниже чем около 0 градусов Цельсия. Как известно в данной области техники, сырьевой поток 202 предпочтительно предварительно обработан для удаления влаги и других примесей, таких как кислые газы, ртуть и другие загрязняющие вещества. Первый поток предварительно охлажденного природного газа 204 охлаждают во втором теплообменнике предварительного охлаждения 262 с получением второго потока предварительно охлажденного природного газа 206 при температуре ниже 10 градусов Цельсия, предпочтительно ниже чем около 0 градусов Цельсия и более предпочтительно ниже чем около -30 градусов Цельсия, в зависимости от температуры окружающей среды, сырьевого состава и давления природного газа. Второй поток предварительно охлажденного природного газа 206 может быть частично конденсированным.
[0090] Поток сжатого охлажденного CMR 244 (также называемый сырьевым потоком второго хладагента) охлаждают в первом теплообменнике предварительного охлаждения 260 с получением первого потока предварительно охлажденного CMR 246. Поток сжатого охлажденного CMR 244 может содержать более чем 20% компонентов легче этана, предпочтительно более чем 30% компонентов легче этана, и более предпочтительно более чем 40% компонентов легче этана и называется «композицией хладагента для сжижения». Первый поток предварительно охлажденного CMR 246 охлаждают во втором теплообменнике предварительного охлаждения 262 с получением второго потока предварительно охлажденного CMR 248 (также называемого потоком предварительно охлажденного второго хладагента).
[0091] Второй поток предварительно охлажденного природного газа 206 и второй поток предварительно охлажденного CMR 248 направляют в систему сжижения. Второй поток предварительно охлажденного природного газа сжижают и необязательно переохлаждают в MCHE 264 с получением первого потока LNG 208 (называемого в формуле изобретения потоком сжиженного углеводородного сырья) при температуре от около -160 градусов Цельсия до около -70 градусов Цельсия, предпочтительно от около -150 градусов Цельсия до около -100 градусов Цельсия. Второй поток предварительно охлажденного CMR 248 предпочтительно полностью конденсируют и переохлаждают в MCHE 264, что дает поток холодного CMR, давление которого сбрасывают, пропуская через расширительное устройство для CMRL 253 с получением потока расширенного CMRL 254, который направляют обратно в межтрубное пространство MCHE 264, чтобы обеспечить требуемое охлаждение. MCHE 264 изображен как обменник с одним пучком, однако можно использовать несколько пучков или обменников. Кроме того, второй поток предварительно охлажденного CMR 248 может быть двухфазным, и может быть полезным разделить его на паровую и жидкую фазы и использовать отдельные контуры охлаждения в MCHE, а также отдельные расширительные устройства, как изображено на Фиг. 1.
2
[0092] Теплый поток CMR низкого давления 240 отводят c теплого конца межтрубного пространства MCHE 264, направляют через входной сепаратор компрессора (не показан) для отделения жидкостей, которые могут присутствовать, а поток пара сжимают в компрессоре CMR 241 с получением потока сжатого CMR 242. Поток теплого CMR низкого давления 220 обычно отводят при температуре предварительного охлаждения WMR или близкой к ней, и предпочтительно ниже чем около -30 градусов Цельсия, и при давлении менее чем 10 бар абсолютного давления (145 фунт/дюйм абсолютного давления). Поток сжатого CMR 242 охлаждают в дополнительном охладителе CMR 243, обычно путем теплообмена с окружающей средой, с получением потока сжатого охлажденного CMR 244. Могут присутствовать дополнительные фазовые сепараторы, компрессоры и дополнительные охладители. Поток сжатого охлажденного CMR 244 далее вводят в первый теплообменник предварительного охлаждения 260.
[0093] Давление первого потока LNG 208 может сбрасываться путем пропускания его через устройство для сброса давления LNG 211 с получением потока LNG пониженного давления 203, который затем направляют в барабан мгновенного испарения 207 с получением потока газа мгновенного испарения 209 и второго потока LNG 205. Давление потока LNG пониженного давления 203 может составлять менее чем около 20 бар абсолютного давления, и предпочтительно менее чем около 10 бар абсолютного давления, и более предпочтительно менее чем около 5 бар абсолютного давления. В зависимости от температуры первого потока LNG и давления потока LNG пониженного давления 203, скорость потока газа мгновенного испарения 209 может варьировать. Как правило, более холодный первый поток LNG и/или поток LNG пониженного давления 203 с более высоким давлением будет приводить к снижению скорости потока газа мгновенного испарения 209. Скорость потока газа мгновенного испарения 209 может составлять менее чем около 30% от скорости потока LNG пониженного давления 203, и предпочтительно менее чем около 20% от скорости потока LNG пониженного давления 203. Давление второго потока LNG 205 может быть сброшено до давления в резервуаре, и он может быть направлен в резервуар для хранения LNG (не показан). Поток газа мгновенного испарения 209 может дополнительно содержать отпарной газ (BOG), образовавшийся в резервуаре для хранения. Поток газа мгновенного испарения 209 можно нагревать в газообменнике мгновенного испарения 284 с получением потока нагретого газа мгновенного испарения 285. Поток нагретого газа мгновенного испарения 285 может быть сжат в компрессоре газа мгновенного испарения 286 с получением потока сжатого газа мгновенного испарения 287, который охлаждают в охладителе газа мгновенного испарения 288 с получением рециркуляционного потока 289 и, необязательно, потока топливного газа 289а для использования в установке в качестве топлива. Компрессор газа мгновенного испарения 286 предпочтительно приводится в действие отдельным, специально предназначенным для этого двигателем 239, таким как электродвигатель. Скорость потока топливного газа 289а может составлять менее чем около 30% от скорости потока газа мгновенного испарения 209, и предпочтительно менее чем около 20% от скорости потока газа мгновенного испарения 209. Рециркуляционный поток 289 смешивают с предварительно обработанным сырьевым потоком 202 в точке смешивания рециркуляционного потока 245. В альтернативном варианте реализации изобретения рециркуляционный поток 289 может не смешиваться с предварительно обработанным сырьевым потоком 202 и может быть предварительно охлажден и сжижен при помощи отдельных, специально предназначенных для этого контуров в системах предварительного охлаждения и сжижения.
[0094] Часть потока CMR 248a может быть удалена из системы сжижения 265 в любом месте, например, из второго потока предварительно охлажденного CMR 248. Часть потока CMR 248a (также называемая нагревающим потоком мгновенного испарения) предпочтительно составляет менее чем около 20 мол. % от второго потока предварительно охлажденного CMR 248, и предпочтительно от 5 моль % до 15 мол. % от второго потока предварительно охлажденного CMR 248. Часть потока CM8 248a может быть охлаждена путем теплообмена с потоком газа мгновенного испарения 209 с получением охлажденной части потока CMR 248b (также называемой охлажденным нагревающим потоком мгновенного испарения), которая может быть возвращена в систему сжижения 265 в подходящем месте, например, выше по потоку от расширительного устройства для CMRL 253. Кроме того, часть потока WMR 216a может быть охлаждена путем теплообмена с потоком газа мгновенного испарения 209 с получением охлажденной части потока WMR 216b (также называемой охлажденным нагревающим потоком мгновенного испарения).
[0095] Хотя на Фиг. 2 изображены два теплообменника предварительного охлаждения и два уровня давления в контуре предварительного охлаждения, можно использовать любое количество теплообменников предварительного охлаждения и уровней давления. Теплообменники предварительного охлаждения на Фиг. 2 изображены как витые теплообменники. Однако они могут быть ребристыми пластинчатыми теплообменниками, кожухотрубными теплообменниками или любыми другими теплообменниками, подходящими для предварительного охлаждения природного газа. Кроме того, теплообменники могут быть изготовлены любым способом, включая технологию послойного синтеза и трехмерную печать.
[0096] Два теплообменника предварительного охлаждения (260, 262) на Фиг. 2 могут быть двумя участками теплообмена в одном теплообменнике. В качестве альтернативы, два теплообменника предварительного охлаждения могут быть двумя теплообменниками, каждый из которых имеет один или более участков теплообмена.
[0097] Необязательно, часть первого потока предварительно охлажденного WMR 217 может быть смешана с первым потоком дополнительно охлажденного WMR 236 перед расширением в первом расширительном устройстве для WMR 226, чтобы обеспечить дополнительное охлаждение первого теплообменника предварительного охлаждения 260 (изображен пунктирной линией 217a).
[0098] Хотя на Фиг. 2 изображены три ступени сжатия, может осуществляться любое количество ступеней сжатия. Кроме того, ступени сжатия 212A, 212B и 212C могут осуществляться в одном корпусе компрессора или быть представлены несколькими отдельными компрессорами. Кроме того, теплообменники промежуточного охлаждения могут быть предусмотрены между ступенями. Компрессор WMR 212, компрессор CMR 141 на Фиг. 1 и/или компрессор газа мгновенного испарения 286 могут быть компрессорами любого типа, такими как центробежный, осевой, объемный или любой другой тип компрессора и могут иметь любое количество ступеней с необязательным промежуточным охлаждением.
[0099] В варианте реализации изобретения, изображенном на Фиг. 2, самым теплым участком теплообмена является первый теплообменник предварительного охлаждения 260, а самым холодным участком теплообмена является второй теплообменник предварительного охлаждения 262.
[00100] В предпочтительном варианте реализации изобретения второй поток предварительно охлажденного CMR 248 может быть полностью конденсированным, исключая необходимость в фазовом сепараторе CMR 150 на Фиг. 1, а также расширительном устройстве для CMRV 155 на Фиг. 1. В этом варианте реализации изобретения основной криогенный теплообменник 164 на Фиг. 1 может представлять собой теплообменник с одним пучком и двумя теплыми сырьевыми потоками: вторым потоком предварительно охлажденного природного газа 206 и вторым потоком предварительно охлажденного CMR 248.
[00101] Преимущество схемы, изображенной на Фиг. 2, состоит в том, что поток хладагента WMR разделяют на две части: первый поток WMRL 275 с тяжелыми углеводородами и первый поток WMRV 274 с более легкими компонентами. Первый теплообменник предварительного охлаждения 260 охлаждают при помощи первого потока WMRL 275, а второй теплообменник предварительного охлаждения 262 охлаждают при помощи первого потока WMRV 274. Поскольку первый теплообменник предварительного охлаждения 260 охлаждают до более высокой температуры, чем второй теплообменник предварительного охлаждения 262, более тяжелые углеводороды в WMR необходимы в первом теплообменнике предварительного охлаждения 260, тогда как более легкие углеводороды в WMR необходимы, чтобы обеспечить более глубокое охлаждение во втором теплообменнике предварительного охлаждения 262. Таким образом, схема, изображенная на Фиг. 2, приводит к повышению эффективности способа и, следовательно, снижает потребление мощности для предварительного охлаждения при таком же количестве холодопроизводительности предварительного охлаждения. При фиксированной мощности предварительного охлаждения и скорости потока сырья она обеспечивает более низкие температуры предварительного охлаждения. Кроме того, такая схема позволяет смещать нагрузку холодильной установки на систему предварительного охлаждения с системы сжижения, тем самым снижая потребляемую мощность в системе сжижения и уменьшая размер MCHE. Кроме того, состав WMR и значения давления на разных ступенях сжатия компрессора WMR 212 могут быть оптимизированы, чтобы обеспечить оптимальную фракцию пара в потоке охлажденного WMR сверхвысокого давления 272, что приведет к дальнейшему повышению эффективности способа. В предпочтительном варианте реализации изобретения применяются три ступени сжатия компрессора WMR 212 (212A, 212B и 212C) в одном корпусе компрессора, тем самым минимизируя капитальные затраты.
[00102] Схема на Фиг. 2 дает композицию первого потока WMRL 275 (также называемого первым входящим потоком) с более высоким процентным содержанием тяжелых углеводородов на молярной основе, чем в первом потоке охлажденного сжатого WMR 216. Кроме того, давление первого потока WMRL 275 ниже, чем давление первого потока охлажденного сжатого WMR 216. Предпочтительно давление первого потока WMRL 275 по меньшей мере на 5 бар абсолютного давления ниже, чем давление первого потока охлажденного сжатого WMR 216, и предпочтительно на 10 бар абсолютного давления ниже, чем давление первого потока охлажденного сжатого WMR 216. Подобным образом, схема, изображенная на Фиг. 2, также дает давление потока WMR низкого давления 210 ниже, чем давление потока WMR среднего давления 218. Предпочтительно, давление потока WMR низкого давления 210 по меньшей мере на 2 бара ниже давления потока WMR среднего давления 218.
[00103] Кроме того, вариант реализации изобретения, изображенный на Фиг. 2, позволяет температуре первого потока LNG 208 быть выше, чем известная из предшествующего уровня техники температура такого же продукта LNG (т.е. температура второго потока LNG 205). Это связано с тем, что образуется большее количество газа мгновенного испарения, чем в системах из предшествующего уровня техники. Тепловая нагрузка сжижения и переохлаждения снижена, снижая общее потребление мощности установкой. Таким образом, вариант реализации изобретения позволяет уравновешивать потребляемую мощность для систем предварительного охлаждения и сжижения и в предпочтительном варианте реализации изобретения дает распределение мощности 50-50 между системами предварительного охлаждения и сжижения.
[00104] Кроме того, вариант реализации изобретения в соответствии с Фиг. 2 сводит к минимуму необходимость сжигания сырьевого газа в факеле установки и, следовательно, снижает потери сырьевого газа в факеле. Это увеличивает общую эффективность установки и делает установку более экологичной, что является ценным усовершенствованием по сравнению со способами из предшествующего уровня техники.
[00105] На Фиг. 3 изображен второй типичный вариант реализации изобретения. Поток WMR низкого давления 310 сжимают в компрессоре WMR низкого давления 312 с получением первого потока WMR высокого давления 313. Поток WMR среднего давления 318 сжимают в компрессоре WMR среднего давления 321 с получением второго потока WMR высокого давления 323. Первый поток WMR высокого давления 313 и второй поток WMR высокого давления 323 смешивают с получением потока WMR сверхвысокого давления 370 при давлении от 5 бар абсолютного давления до 25 бар абсолютного давления, и предпочтительно от 10 бар абсолютного давления до 20 бар абсолютного давления. Поток WMR сверхвысокого давления 370 охлаждают в промежуточном охладителе WMR сверхвысокого давления 371 с получением охлажденного потока WMR сверхвысокого давления 372. Промежуточный охладитель WMR сверхвысокого давления 371 может быть атмосферной охлаждающей установкой, которая осуществляет охлаждение путем теплообмена с воздухом или водой и может содержать несколько теплообменников. Поток охлажденного WMR сверхвысокого давления 372 может содержать фракцию пара от 0,3 до 0,9, предпочтительно от 0,4 до 0,8, и более предпочтительно от 0,45 до 0,6. Поток охлажденного WMR сверхвысокого давления 372 может содержать менее чем 20% компонентов легче этана, предпочтительно менее чем 10% компонентов легче этана, и более предпочтительно менее чем 5% компонентов легче этана и называется «композицией хладагента для предварительного охлаждения». Поток охлажденного WMR сверхвысокого давления 372 подвергают фазовому разделению в первом устройстве парожидкостного разделения WMR 373 с получением первого потока WMRV 374 и первого потока WMRL 375. Первый поток WMRL 375 содержит менее чем 75% этана и более легких углеводородов, предпочтительно менее чем 70% этана и более легких углеводородов, и более предпочтительно менее чем 60% этана и более легких углеводородов. Первый поток WMRV 374 содержит более чем 40% этана и более легких углеводородов, предпочтительно более чем 50% этана и более легких углеводородов, и более предпочтительно более чем 60% этана и более легких углеводородов. Первый поток WMRL 375 вводят в первый теплообменник предварительного охлаждения для охлаждения с получением первого потока дополнительно охлажденного WMR 336. Первый поток дополнительно охлажденного WMR 336 расширяют в первом расширительном устройстве для WMR 326 с получением первого потока расширенного WMR 328, который обеспечивает холодопроизводительность первого теплообменника предварительного охлаждения 360.
[00106] Первый поток WMRV 374 сжимают в компрессоре WMR высокого давления 376 с получением потока сжатого WMR 314. Поток сжатого WMR 314 охлаждают и предпочтительно конденсируют в дополнительном охладителе WMR 315 с получением первого потока охлажденного сжатого WMR 316. Молярный состав первого потока охлажденного сжатого WMR 316 является таким же, как состав первого потока WMRV 374. Часть первого потока охлажденного сжатого WMR 316 может быть удалена из системы предварительного охлаждения 334 в качестве части потока WMR 316a, охлаждена в газообменнике мгновенного испарения 384 с получением охлажденной части потока WMR 316b, которая может быть возвращена в систему предварительного охлаждения 334 перед расширением во втором расширительном устройстве для WMR 330 или первом расширительном устройстве для WMR 326 или в любом другом подходящем месте. Остальную часть первого потока охлажденного сжатого WMR 316 вводят в первый теплообменник предварительного охлаждения 360 для дополнительного охлаждения в трубном контуре с получением первого потока предварительно охлажденного WMR 317. Первый поток предварительно охлажденного WMR 317 вводят во второй теплообменник предварительного охлаждения 362 для дополнительного охлаждения с получением второго потока дополнительно охлажденного WMR 337. Второй поток дополнительно охлажденного WMR 337 расширяют во втором расширительном устройстве для WMR 330 с получением второго потока расширенного WMR 332, который вводят в межтрубное пространство второго теплообменника предварительного охлаждения 362, чтобы обеспечить холодопроизводительность.
[00107] Компрессор WMR низкого давления 312, компрессор WMR среднего давления 321 и компрессор WMR высокого давления 376 могут иметь несколько ступеней сжатия с необязательными теплообменниками промежуточного охлаждения. Компрессор WMR высокого давления 376 может находиться в том же корпусе компрессора, что и компрессор WMR низкого давления 312 или компрессор WMR среднего давления 321. Компрессоры могут быть центробежными, осевыми, объемными или любым другим типом компрессора. Кроме того, вместо охлаждения потока WMR сверхвысокого давления 370 в промежуточном охладителе WMR сверхвысокого давления 371 первый поток WMR высокого давления 313 и второй поток WMR высокого давления 323 можно индивидуально охлаждать в отдельных теплообменниках (не показаны). Первое устройство парожидкостного разделения WMR 373 может быть фазовым сепаратором. В альтернативном варианте реализации изобретения первое устройство парожидкостного разделения WMR 373 может быть дистилляционной колонной или смесительной колонной, причем в колонну вводят подходящий холодный поток.
[00108] Необязательно, часть первого потока предварительно охлажденного WMR 317 может быть смешана с первым потоком дополнительно охлажденного WMR 336 перед расширением в первом расширительном устройстве для WMR 326, чтобы обеспечить дополнительное охлаждение первого теплообменника предварительного охлаждения 360 (показан пунктирной линией 317а). Еще один вариант реализации изобретения представляет собой вариацию в соответствии с Фиг. 3, с контуром предварительного охлаждения с тремя уровнями давления. Этот вариант реализации изобретения включает в себя третий компрессор в дополнение к компрессору WMR низкого давления 312 и компрессору WMR среднего давления 321. В этом варианте реализации изобретения двигатели для компрессоров 312, 321, 376 подсистем предварительного охлаждения обозначены как двигатели 333a, 333b и 333с, соответственно.
[00109] Предварительно обработанный сырьевой поток 302 (также называемый потоком углеводородного сырья) смешивают с рециркуляционным потоком 389 с получением смешанного сырьевого потока 301, который охлаждают в первом теплообменнике предварительного охлаждения 360 с получением первого потока предварительно охлажденного природного газа 304 при температура ниже 20 градусов Цельсия, предпочтительно ниже чем около 10 градусов Цельсия, и более предпочтительно ниже чем около 0 градусов Цельсия. Как известно в данной области техники, сырьевой поток 302 предпочтительно предварительно обработан для удаления влаги и других примесей, таких как кислые газы, ртуть и другие загрязняющие вещества. Первый поток предварительно охлажденного природного газа 304 охлаждают во втором теплообменнике предварительного охлаждения 362 с получением второго потока предварительно охлажденного природного газа 306 при температуре ниже 10 градусов Цельсия, предпочтительно ниже чем около 0 градусов Цельсия, и более предпочтительно ниже чем около -30 градусов Цельсия, в зависимости от температуры окружающей среды, сырьевого состава и давления природного газа. Второй поток предварительно охлажденного природного газа 306 может быть частично конденсирован.
[00110] Поток сжатого охлажденного CMR 344 (также называемый сырьевым потоком второго хладагента) охлаждают в первом теплообменнике предварительного охлаждения 360 с получением первого потока предварительно охлажденного CMR 346. Поток сжатого охлажденного CMR 344 может содержать более чем 20% компонентов легче этана, предпочтительно более чем 30% компонентов легче этана, и более предпочтительно более чем 40% компонентов легче этана и называется «композицией хладагента для сжижения». Первый поток предварительно охлажденного CMR 346 охлаждают во втором теплообменнике предварительного охлаждения 362 с получением второго потока предварительно охлажденного CMR 348 (также называемого потоком предварительно охлажденного второго хладагента).
[00111] Второй поток предварительно охлажденного природного газа 306 и второй поток предварительно охлажденного CMR 348 направляют в систему сжижения 365. Второй поток предварительно охлажденного природного газа сжижают и необязательно переохлаждают в MCHE 364 с получением первого потока LNG 308 (называемого в формуле изобретения потоком сжиженного углеводородного сырья) при температуре от около -160 градусов Цельсия до около -70 градусов Цельсия, предпочтительно от около -150 градусов Цельсия до около -100 градусов Цельсия. Второй поток предварительно охлажденного CMR 348 предпочтительно полностью конденсируют и переохлаждают в MCHE 364 с получением холодного потока, давление которого сбрасывают, пропуская через расширительное устройство для CMRL 353, с получением потока расширенного CMRL 354, который направляют обратно в межтрубное пространство MCHE 364 для обеспечения требуемого охлаждения. MCHE 364 показан как обменник с одним пучком, однако можно использовать несколько пучков или обменников. Кроме того, второй поток предварительно охлажденного CMR 348 может быть двухфазным, и может быть предпочтительным разделять его на паровую и жидкую фазы и использовать отдельные охлаждающие контуры в MCHE, а также отдельные расширительные устройства, как изображено на Фиг. 1.
2
[00112] Поток теплого CMR низкого давления 340 отводят c теплого конца межтрубного пространства MCHE 364, направляют через входной сепаратор компрессора (не показан) для отделения жидкостей, которые могут присутствовать, а поток пара сжимают в компрессоре CMR 341 с получением потока сжатого CMR 342. Поток теплого CMR низкого давления 320 обычно отводят при температуре предварительного охлаждения WMR или близкой к ней, и предпочтительно ниже чем около -30 градусов Цельсия, и при давлении менее чем 10 бар абсолютного давления (145 фунт/дюйм абсолютного давления). Поток сжатого CMR 342 охлаждают в дополнительном охладителе CMR 343, обычно путем теплообмена с атмосферным воздухом, с получением потока сжатого охлажденного CMR 344. Могут присутствовать дополнительные фазовые сепараторы, компрессоры и дополнительные охладители. Поток сжатого охлажденного CMR 344 далее вводят в первый теплообменник предварительного охлаждения 360.
[00113] Давление первого потока LNG 308 можно сбрасывать, пропуская его через устройство для сброса давления LNG 311 с получением потока LNG пониженного давления 303, который далее направляют в барабан мгновенного испарения 307 с получением потока газа мгновенного испарения 309 и второго потока LNG 305. Давление второго потока LNG 305 можно сбрасывать до давления в резервуаре и направлять его в резервуар для хранения LNG (не показан). Поток газа мгновенного испарения 309 может дополнительно содержать отпарной газ (BOG), образовавшийся в резервуаре для хранения. Поток газа мгновенного испарения 309 можно нагревать в газообменнике мгновенного испарения 384 с получением потока нагретого газа мгновенного испарения 385. Поток нагретого газа мгновенного испарения 385 может быть сжат в компрессоре газа мгновенного испарения 386 с получением потока сжатого газа мгновенного испарения 387, который охлаждают в охладителе газа мгновенного испарения 388 с получением рециркуляционного потока 389 и, необязательно, потока топливного газа 389а для использования в установке в качестве топлива. Рециркуляционный поток 389 смешивают с предварительно обработанным сырьевым потоком 302.
[00114] Часть потока CMR 348a может быть удалена из системы сжижения 365 в любом месте, например, из второго потока предварительно охлажденного CMR 348. Часть потока CMR 348a может быть охлаждена путем теплообмена с потоком газа мгновенного испарения 309 с получением охлажденной части потока CMR 348b, которая может быть возвращена в систему сжижения 365 в подходящем месте, например, выше по потоку от расширительного устройства для CMRL 353. Кроме того, часть потока WMR 316a может быть охлаждена путем теплообмена с потоком газа мгновенного испарения 309 с получением охлажденной части потока WMR 316b.
[00115] В варианте реализации изобретения, изображенном на Фиг. 3, самым теплым участком теплообмена является первый теплообменник предварительного охлаждения 360, а самым холодным участком теплообмена является второй теплообменник предварительного охлаждения 362. Компрессор WMR 312, компрессор CMR 141 на Фиг. 1 и/или компрессор газа мгновенного испарения 386 могут представлять собой компрессор любого типа, такой как центробежный, осевой, объемной или любой другой тип компрессора и могут иметь любое количество ступеней с необязательным промежуточным охлаждением.
[00116] Как и на Фиг. 2, в предпочтительном варианте реализации изобретения второй поток предварительно охлажденного CMR 348 может быть полностью конденсирован, исключая необходимость в фазовом сепараторе CMR 150 на Фиг. 1, а также расширительном устройстве для CMRV 155 на Фиг. 1. В этом варианте реализации изобретения основной криогенный теплообменник 164 на Фиг. 1 может быть теплообменником с одним пучком и двумя теплыми сырьевыми потоками: второй поток предварительно охлажденного природного газа 306 и второй поток предварительно охлажденного CMR 348.
[00117] Подобно Фиг. 2, преимущество схемы, изображенной на Фиг. 3, состоит в том, что поток хладагента WMR разделяют на две части: первый поток WMRL 375 с более тяжелыми углеводородами и первый поток WMRV 374 с более легкими углеводородами. Поскольку первый теплообменник предварительного охлаждения 360 охлаждает до более высокой температуры, чем второй теплообменник предварительного охлаждения 362, более тяжелые углеводороды в WMR требуются в первом теплообменнике предварительного охлаждения 260, в то время как более легкие углеводороды в WMR необходимы для обеспечения более глубокого охлаждения во втором теплообменнике предварительного охлаждения 262. Таким образом, схема, изображенная на Фиг. 3, приводит к повышению эффективности способа и, следовательно, к снижению потребляемой мощности для предварительного охлаждения по сравнению со схемой из предшествующего уровня техники на Фиг. 1. Указанная схема дополнительно позволяет смещать нагрузку холодильной установки на систему предварительного охлаждения с системы сжижения, тем самым снижая потребляемую мощность в системе сжижения и уменьшая размер MCHE. Кроме того, состав WMR и значения давления сжатия могут быть оптимизированы, чтобы обеспечить оптимальную фракцию пара в потоке охлажденного WMR сверхвысокого давления 372, что приведет к дальнейшему повышению эффективности способа.
[00118] Кроме того, аналогично Фиг. 2, вариант реализации изобретения, изображенный на Фиг. 3, позволяет температуре первого потока LNG 308 быть выше, чем известно из предшествующего уровня техники для такой же температуры второго потока LNG 305 в резервуаре для хранения. Это связано с тем, что образуется большее количество газа мгновенного испарения, чем в вариантах из предшествующего уровня техники. Таким образом, тепловая нагрузка сжижения и переохлаждения снижена, снижая общее потребление мощности установкой. Кроме того, указанный вариант реализации изобретения позволяет сделать потребляемую мощность в системах предварительного охлаждения и сжижения почти равной.
[00119] Недостаток устройства, изображенного на Фиг. 3, по сравнению с Фиг. 2 заключается в том, что оно требует по меньшей мере двух корпусов компрессора из-за параллельного сжатия WMR. Однако это будет предпочтительным в сценариях, где присутствуют несколько корпусов компрессора. В варианте реализации изобретения, изображенном на Фиг. 3, поток WMR низкого давления 310 и поток WMR среднего давления 318 сжимаются параллельно, что является предпочтительным в сценариях, где размер компрессора является ограничивающим фактором. Компрессор WMR низкого давления 312 и компрессор WMR среднего давления 321 могут быть сконструированы независимо и могут иметь разное количество рабочих колес, коэффициенты давления и другие конструктивные характеристики.
[00120] На Фиг. 4 изображен третий вариант реализации изобретения, в котором предусмотрены контуры предварительного охлаждения с тремя значениями давления. Поток WMR низкого давления 419 отводят c теплого конца межтрубного пространства третьего теплообменника предварительного охлаждения 497 и сжимают на первой ступени сжатия 412A компрессора WMR 412. Поток WMR среднего давления 410 отводят с теплого конца межтрубного пространства второго теплообменника предварительного охлаждения 462 и вводят в качестве бокового потока в компрессор WMR 412, где его смешивают со сжатым потоком (не показан) с первой ступени сжатия 412А. Смешанный поток (не показан) сжимают на второй ступени сжатия 412B компрессора WMR 412 с получением первого потока промежуточного WMR 425.
[00121] Первый поток промежуточного WMR 425 отводят из компрессора WMR 412 и охлаждают в промежуточном охладителе WMR высокого давления 427, который может быть атмосферной охлаждающей установкой, с получением охлажденного первого потока промежуточного WMR 429. Поток WMR высокого давления 418 отводят с теплого конца межтрубного пространства первого теплообменника предварительного охлаждения 460 и смешивают с охлажденным первым потоком промежуточного WMR 429 с получением смешанного потока WMR высокого давления 431. Жидкость, которая может содержаться в потоке WMR низкого давления 419, потоке WMR среднего давления 410, потоке WMR высокого давления 418 и охлажденном первом потоке промежуточного WMR 429, может быть удалена в устройствах парожидкостного разделения (не показаны). В альтернативном варианте реализации изобретения поток WMR высокого давления 418 может быть введен в любом другом подходящем месте последовательности сжатия WMR, например, в качестве бокового потока в компрессор WMR 412, или смешан с любым другим потоком, входящим в компрессор WMR 412.
[00122] Поток смешанного WMR высокого давления 431 вводят в компрессор WMR 412 и сжимают на третьей ступени сжатия WMR 412C компрессора WMR 412 с получением потока WMR сверхвысокого давления 470. Поток WMR сверхвысокого давления 470 может находиться под давлением от 5 бар абсолютного давления до 35 бар абсолютного давления, и предпочтительно от 15 бар абсолютного давления до 25 бар абсолютного давления. Поток WMR сверхвысокого давления 470 отводят из компрессора WMR 412, охлаждают и частично конденсируют в промежуточном охладителе WMR высокого давления 471 с получением потока охлажденного WMR сверхвысокого давления 472. Промежуточный охладитель WMR сверхвысокого давления 471 может быть атмосферной охлаждающей установкой, в которой используется воздух или вода. Поток охлажденного WMR сверхвысокого давления 472 может содержать фракцию пара от 0,2 до 0,8, предпочтительно от 0,3 до 0,7, и более предпочтительно от 0,4 до 0,6. Поток охлажденного WMR сверхвысокого давления 472 может содержать менее чем 20% компонентов легче этана, предпочтительно менее чем 10% компонентов легче этана, и более предпочтительно менее чем 5% компонентов легче этана и называется «композицией хладагента для предварительного охлаждения». Поток охлажденного WMR сверхвысокого давления 472 подвергают фазовому разделению в первом устройстве парожидкостного разделения WMR 473 с получением первого потока WMRV 474 и первого потока WMRL 475.
[00123] Первый поток WMRL 475 содержит менее чем 75% этана и более легких углеводородов, предпочтительно менее чем 70% этана и более легких углеводородов, и более предпочтительно менее чем 60% этана и более легких углеводородов. Первый поток WMRV 474 содержит более чем 40% этана и более легких углеводородов, предпочтительно более чем 50% этана и более легких углеводородов, и более предпочтительно более чем 60% этана и более легких углеводородов. Первый поток WMRL 475 вводят в первый теплообменник предварительного охлаждения 460 для охлаждения с получением второго потока охлажденного сжатого WMR 420, который разделяют на две части; первую часть 422 и вторую часть 424. Первая часть 422 второго потока охлажденного сжатого WMR 420 расширяется в первом расширительном устройстве для WMR 426 с получением первого потока расширенного WMR 428, который обеспечивает холодопроизводительность первого теплообменника предварительного охлаждения 460. Вторую часть 424 второго потока охлажденного сжатого WMR 420 дополнительно охлаждают в трубном контуре второго теплообменника предварительного охлаждения 462 с получением второго потока дополнительно охлажденного WMR 437. Второй поток дополнительно охлажденного WMR 437 расширяется во втором расширительном устройстве для WMR 430 с получением второго потока расширенного WMR 432, который вводят в межтрубное пространство второго теплообменника предварительного охлаждения 462, чтобы обеспечить холодопроизводительность.
[00124] Первый поток WMRV 474 вводят в компрессор WMR 412 для сжатия на четвертой ступени сжатия WMR 412D с получением потока сжатого WMR 414. Поток сжатого WMR 414 охлаждают и предпочтительно конденсируют в дополнительном охладителе WMR 415 с получением первого потока охлажденного сжатого WMR 416. Молярный состав первого потока охлажденного сжатого WMR 416 является таким же, как состав первого потока WMRV 474. Часть первого потока охлажденного сжатого WMR 416 может быть удалена из системы предварительного охлаждения 434 как часть потока WMR 416a, охлаждена в газообменнике мгновенного испарения 484 с получением охлажденной части потока WMR 416b, которая может быть возвращена в систему предварительного охлаждения 434 перед расширением в третьем расширительном устройстве для WMR 482 или во втором расширительном устройстве для WMR 430 или в первом расширительном устройстве для WMR 426 или в любом другом подходящем месте. Оставшаяся часть первого потока охлажденного сжатого WMR 416 может быть введена в первый теплообменник предварительного охлаждения 460 для дальнейшего охлаждения в трубном контуре с получением второго потока предварительно охлажденного WMR 480. Второй поток предварительно охлажденного WMR 480 вводят во второй теплообменник предварительного охлаждения 462 для дальнейшего охлаждения с получением третьего потока предварительно охлажденного WMR 481, который вводят в третий теплообменник предварительного охлаждения 497 для дополнительного охлаждения с получением третьего потока дополнительно охлажденного WMR 438. Третий поток дополнительно охлажденного WMR 438 расширяется в третьем расширительном устройстве для WMR 482 с получением третьего потока расширенного WMR 483, который вводят в межтрубное пространство третьего теплообменника предварительного охлаждения 497 для обеспечения холодопроизводительности.
[00125] Необязательно, часть третьего потока предварительно охлажденного WMR 481 может быть смешана со вторым потоком дополнительно охлажденного WMR 437 перед расширением во втором расширительном устройстве для WMR 430 (показано пунктирной линией 481a), чтобы обеспечить дополнительное охлаждение второго теплообменника предварительного охлаждения 462.
[00126] Предварительно обработанный сырьевой поток 402 (также называемый потоком углеводородного сырья) смешивают с рециркуляционным потоком 489 в точке смешивания 445 с получением смешанного сырьевого потока 401, который охлаждают в первом теплообменнике предварительного охлаждения 460 с получением первого потока предварительно охлажденного природного газа 404. Первый поток предварительно охлажденного природного газа 404 охлаждают во втором теплообменнике предварительного охлаждения 462 с получением третьего потока предварительно охлажденного природного газа 498, который дополнительно охлаждают в третьем теплообменнике предварительного охлаждения 497 с получением второго потока предварительно охлажденного природного газа 406. Поток сжатого охлажденного CMR 444 охлаждают в первом теплообменнике предварительного охлаждения 460 с получением первого потока предварительно охлажденного CMR 446. Поток сжатого охлажденного CMR 444 может содержать более чем 20% компонентов легче этана, предпочтительно более чем 30% компонентов легче этана, и более предпочтительно более чем 40% компонентов легче этана и называется «композицией хладагента для сжижения». Первый поток предварительно охлажденного CMR 446 охлаждают во втором теплообменнике предварительного охлаждения 462 с получением третьего потока предварительно охлажденного CMR 447, который дополнительно охлаждают в третьем теплообменнике предварительного охлаждения 497 с получением второго потока предварительно охлажденного CMR 448.
[00127] Второй поток предварительно охлажденного природного газа 406 и второй поток предварительно охлажденного CMR 248 направляют в систему сжижения 465. Второй поток предварительно охлажденного природного газа сжижают и необязательно переохлаждают в MCHE 464 с получением первого потока LNG 408 (называемого в формуле изобретения потоком сжиженных углеводородов) при температуре от около -160 градусов Цельсия до около -70 градусов Цельсия, предпочтительно от около -150 градусов Цельсия до около -100 градусов Цельсия. Второй поток предварительно охлажденного CMR 448 предпочтительно полностью конденсируют и переохлаждают в MCHE 464 с получением холодного потока, давление которого сбрасывают, пропуская его через расширительное устройство для CMRL 453, с получением потока расширенного CMRL 454, который возвращается обратно в межтрубное пространство MCHE 464 для обеспечения требуемого охлаждения. MCHE 464 изображен как обменник с одним пучком, однако можно использовать несколько пучков или обменников. Кроме того, второй поток предварительно охлажденного CMR 448 может быть двухфазным, и может быть предпочтительным разделять его на паровую и жидкую фазы и использовать отдельные контуры охлаждения в MCHE, а также отдельные расширительные устройства, как изображено на Фиг. 1.
2
[00128] Поток теплого CMR низкого давления 440 отводят c теплого конца межтрубного пространства MCHE 464, направляют через входной сепаратор компрессора (не показан) для отделения жидкостей, которые могут присутствовать, а поток пара сжимают в компрессоре CMR 441 с получением потока сжатого CMR 442. Поток теплого CMR низкого давления 440 обычно отводят при температуре предварительного охлаждения WMR или близкой к ней, и предпочтительно ниже чем около -30 градусов Цельсия, и при давлении менее чем 10 бар абсолютного давления (145 фунт/дюйм абсолютного давления). Поток сжатого CMR 442 охлаждают в дополнительном охладителе CMR 443, обычно путем теплового обмена с атмосферным воздухом, с получением потока сжатого охлажденного CMR 444. Могут присутствовать дополнительные фазовые сепараторы, компрессоры и дополнительные охладители. Поток сжатого охлажденного CMR 444 далее вводят в первый теплообменник предварительного охлаждения 460.
[00129] Давление первого потока LNG 408 можно сбрасывать, пропуская его через устройство для сброса давления LNG 411, с получением потока LNG пониженного давления 403, который затем направляют в барабан мгновенного испарения 407 с получением потока газа мгновенного испарения 409 и второго потока LNG 405. Давление второго потока LNG 405 можно сбросить до давления хранения и направить его в резервуар для хранения LNG (не показан). Поток газа мгновенного испарения 409 может дополнительно содержать отпарной газ (BOG), образовавшийся в резервуаре для хранения. Поток газа мгновенного испарения 409 можно нагревать в газообменнике мгновенного испарения 484 с получением потока нагретого газа мгновенного испарения 485. Поток нагретого газа мгновенного испарения 485 может быть сжат в компрессоре газа мгновенного испарения 486 с получением потока сжатого газа мгновенного испарения 487, который охлаждают в охладителе газа мгновенного испарения 488 с получением рециркуляционного потока 489 и, необязательно, потока топливного газа 489а для использования в установке в качестве топлива. Рециркуляционный поток 489 смешивают с предварительно обработанным сырьевым потоком 402.
[00130] Часть потока CMR 448a может быть удалена из системы сжижения 465 в любом месте, например, из второго потока предварительно охлажденного CMR 448. Часть потока CMR 448a может быть охлаждена путем теплообмена с потоком газа мгновенного испарения 409 с получением охлажденной части потока CMR 448b, которая может быть возвращена в систему сжижения 465 в подходящем месте, например, выше по потоку от расширительного устройства для CMRL 453. Кроме того, часть потока WMR 416a может быть охлаждена путем теплообмена с потоком газа мгновенного испарения 409 с получением охлажденной части потока WMR 416b.
[00131] Хотя на Фиг. 4 изображены четыре ступени сжатия, может присутствовать любое количество ступеней сжатия. Кроме того, ступени сжатия могут осуществляться в одном корпусе компрессора или могут быть представлены несколькими отдельными компрессорами с необязательным промежуточным охлаждением. Компрессор WMR 412, компрессор CMR 141 на Фиг. 1 и/или компрессор газа мгновенного испарения 486 могут быть компрессорами любого типа, такими как центробежный, осевой, объемный или любой другой тип компрессора и могут иметь любое количество ступеней с необязательным промежуточным охлаждением.
[00132] Как и на Фиг. 2, в предпочтительном варианте реализации изобретения второй поток предварительно охлажденного CMR 448 может быть полностью конденсирован, исключая необходимость в фазовом сепараторе CMR 150 на Фиг. 1, а также расширительном устройстве для CMRV 155 на Фиг. 1. В этом варианте реализации изобретения основной криогенный теплообменник 164 на Фиг. 1 может быть теплообменником с одним пучком и двумя теплыми сырьевыми потоками: вторым потоком предварительно охлажденного природного газа 406 и вторым потоком предварительно охлажденного CMR 448.
[00133] В варианте реализации изобретения, изображенном на Фиг. 4, самым теплым участком теплообмена является первый теплообменник предварительного охлаждения 460, а самым холодным участком теплообмена является третий теплообменник предварительного охлаждения 497.
[00134] Вариант реализации изобретения, изображенный на Фиг. 4, обладает всеми преимуществами варианта реализации изобретения, изображенного на Фиг. 2. Еще один вариант реализации изобретения представляет собой вариацию Фиг. 4, с всего двумя теплообменниками предварительного охлаждения, таким образом, что весь второй поток охлажденного сжатого WMR 420 используется, чтобы обеспечить охлаждение первого теплообменника. Этот вариант реализации изобретения устраняет необходимость в дополнительном теплообменнике и снижает капитальные затраты.
[00135] На Фиг. 5 изображен четвертый вариант реализации изобретения и вариация варианта реализации изобретения, изображенного на Фиг. 4, с тремя теплообменниками предварительного охлаждения. Поток WMR низкого давления 519 отводят c теплого конца межтрубного пространства третьего теплообменника предварительного охлаждения 597 и сжимают на первой ступени сжатия 512А компрессора WMR 512. Поток WMR среднего давления 510 отводят с теплого конца межтрубного пространства второго теплообменника предварительного охлаждения 562 и вводят в качестве бокового потока в компрессор WMR 512, где его смешивают со сжатым потоком (не показан) с первой ступени сжатия 512А. Смешанный поток (не показан) сжимают на второй ступени сжатия 512B компрессора WMR 512 с получением первого потока промежуточного WMR 525. Первый поток промежуточного WMR 525 охлаждают в промежуточном охладителе WMR высокого давления 527, который может быть атмосферной охлаждающей установкой, c получением охлажденного первого потока промежуточного WMR 529.
[00136] Жидкость, которая может содержаться в потоке WMR низкого давления 519, потоке WMR среднего давления 510 и потоке WMR высокого давления 518, может быть удалена в устройствах парожидкостного разделения (не показаны).
[00137] Поток WMR высокого давления 518 отводят c теплого конца межтрубного пространства первого теплообменника предварительного охлаждения 560 и смешивают с охлажденным первым потоком промежуточного WMR 529 с получением потока смешанного WMR среднего давления 531.
[00138] Поток смешанного WMR среднего давления 531 вводят в компрессор WMR 512 для сжатия на третьей ступени сжатия WMR 512C компрессора WMR 512 с получением потока WMR сверхвысокого давления 570. Поток WMR сверхвысокого давления 570 может находиться под давлением от 5 бар абсолютного давления до 35 бар абсолютного давления, и предпочтительно от 10 бар абсолютного давления до 25 бар абсолютного давления. Поток WMR сверхвысокого давления 570 отводят из компрессора WMR 512, охлаждают и частично конденсируют в промежуточном охладителе WMR высокого давления 571 с получением потока охлажденного WMR сверхвысокого давления 572. Промежуточный охладитель WMR сверхвысокого давления 571 может быть атмосферной охлаждающей установкой, в которой используется воздух или вода. Поток охлажденного WMR сверхвысокого давления 572 может содержать фракцию пара от 0,2 до 0,8, предпочтительно от 0,3 до 0,7, и более предпочтительно от 0,4 до 0,6. Поток охлажденного WMR сверхвысокого давления 572 может содержать менее чем 20% компонентов легче этана, предпочтительно менее чем 10% компонентов легче этана, и более предпочтительно менее чем 5% компонентов легче этана и называется «композицией хладагента для предварительного охлаждения». Поток охлажденного WMR сверхвысокого давления 572 подвергают фазовому разделению в первом устройстве парожидкостного разделения WMR 573 с получением первого потока WMRV 574 и первого потока WMRL 575.
[00139] Первый поток WMRL 575 содержит менее чем 75% этана и более легких углеводородов, предпочтительно менее чем 70% этана и более легких углеводородов, и более предпочтительно менее чем 60% этана и более легких углеводородов. Первый поток WMRV 574 содержит более чем 40% этана и более легких углеводородов, предпочтительно более чем 50% этана и более легких углеводородов, и более предпочтительно более чем 60% этана и более легких углеводородов. Первый поток WMRL 575 вводят в первый теплообменник предварительного охлаждения 560 для охлаждения в трубном контуре с получением первого потока дополнительно охлажденного WMR 536. Первый поток дополнительно охлажденного WMR 536 расширяется в первом расширительном устройстве для WMR 526 с получением первого потока расширенного WMR 528. Первый поток расширенного WMR 528 обеспечивает холодопроизводительность первого теплообменника предварительного охлаждения 560.
[00140] Первый поток WMRV 574 вводят в компрессор WMR 512 для сжатия на четвертой ступени сжатия WMR 512D с получением второго промежуточного потока WMV 590 под давлением от 10 бар абсолютного давления и 50 бар абсолютного давления, и предпочтительно от 15 бар абсолютного давления и 45 бар абсолютного давления. Второй поток промежуточного WMR 590 отводят из компрессора WMR 512, охлаждают и частично конденсируют в первом промежуточном охладителе WMRV 591 с получением охлажденного второго потока промежуточного WMR 592. Первый промежуточный охладитель WMRV 591 может быть атмосферной охлаждающей установкой, которая осуществляет охлаждение путем теплообмена с воздухом или водой. Охлажденный второй поток промежуточного WMR 592 может содержать фракцию пара от 0,2 до 0,8, предпочтительно от 0,3 до 0,7, и более предпочтительно от 0,4 до 0,6. Второй поток охлажденного промежуточного WMR 592 подвергают фазовому разделению во втором устройстве парожидкостного разделения WMR 593 с получением второго потока WMRV 594 и второго потока WMRL 595. Второй поток WMRL 595 содержит от около 40 до 80% этана и более легких углеводородов, предпочтительно от около 50 до 75% этана и более легких углеводородов, и более предпочтительно от около 60% до 70% этана и более легких углеводородов.
[00141] Второй поток WMRL 595 охлаждают в трубном контуре первого теплообменника предварительного охлаждения 560 с получением первого потока предварительно охлажденного WMR 517. Первый поток предварительно охлажденного WMR 517 дополнительно охлаждают в трубном контуре второго теплообменника предварительного охлаждения 562 с получением второго потока дополнительно охлажденного WMR 537. Второй поток дополнительно охлажденного WMR 537 расширяется во втором расширительном устройстве для WMR 530 с получением второго потока расширенного WMR 532, который обеспечивает холодопроизводительность второго теплообменника предварительного охлаждения 562. В альтернативном варианте реализации изобретения, часть первого потока предварительно охлажденного WMR 517 может быть смешана с первым потоком дополнительно охлажденного WMR 536 перед расширением в первом расширительном устройстве для WMR 526, чтобы обеспечить дополнительное охлаждение первого теплообменника предварительного охлаждения 560.
[00142] Второй поток WMRV 594 вводят в компрессор WMR 512 для сжатия на пятой ступени сжатия WMR 512E с получением потока сжатого WMR 514. Поток сжатого WMR 514 охлаждают и предпочтительно конденсируют в дополнительном охладителе WMR 515 с получением первого потока охлажденного сжатого WMR 516. Первый поток охлажденного сжатого WMR 516 содержит более чем 40% этана и более легких углеводородов, предпочтительно более чем 50% этана и более легких углеводородов, и более предпочтительно более чем 60% этана и более легких углеводородов. Часть первого потока охлажденного сжатого WMR 516 может быть удалена из системы предварительного охлаждения 534 как часть потока WMR 516a, охлаждена в газообменнике мгновенного испарения 584 с получением охлажденной части потока WMR 516b, которая может быть возвращена в систему предварительного охлаждения 534 перед расширением в третьем расширительном устройстве для WMR 582 или втором расширительном устройстве для WMR 530 или первом расширительном устройстве для WMR 526 или в любом другом подходящем месте. Оставшаяся часть первого потока охлажденного сжатого WMR 516 может быть введена в первый теплообменник предварительного охлаждения 560 для дальнейшего охлаждения в трубном контуре с получением второго потока предварительно охлажденного WMR 580. Второй поток предварительно охлажденного WMR 580 вводят во второй теплообменник предварительного охлаждения 562 для дальнейшего охлаждения с получением третьего потока предварительно охлажденного WMR 581, который вводят в третий теплообменник предварительного охлаждения 597 для дальнейшего охлаждения с получением третьего потока дополнительно охлажденного WMR 538. Третий поток дополнительно охлажденного WMR 538 расширяется в третьем расширительном устройстве для WMR 582 с получением третьего потока расширенного WMR 583, который вводят в межтрубное пространство третьего теплообменника предварительного охлаждения 597, чтобы обеспечить холодопроизводительность.
[00143] Предварительно обработанный сырьевой поток 502 (называемый в формуле изобретения потоком углеводородного сырья) смешивают с рециркуляционным потоком 589 с получением смешанного сырьевого потока 501, который охлаждают в первом теплообменнике предварительного охлаждения 560 с получением первого потока предварительно охлажденного природного газа 504. Первый поток предварительно охлажденного природного газа 504 охлаждают во втором теплообменнике предварительного охлаждения 562 с получением третьего потока предварительно охлажденного природного газа 598, который дополнительно охлаждают в третьем теплообменнике предварительного охлаждения 597 с получением второго потока предварительно охлажденного природного газа 506. Поток сжатого охлажденного CMR 544 охлаждают в первом теплообменнике предварительного охлаждения 560 с получением первого потока предварительно охлажденного CMR 546. Поток сжатого охлажденного CMR 544 может содержать более чем 20% компонентов легче этана, предпочтительно более чем 30% компонентов легче этана, и более предпочтительно более чем 40% компонентов легче этана, и называется «композицией хладагента для сжижения». Первый поток предварительно охлажденного CMR 546 охлаждают во втором теплообменнике предварительного охлаждения 562 с получением третьего потока предварительно охлажденного CMR 547, который дополнительно охлаждают в третьем теплообменнике предварительного охлаждения 597 с получением второго потока предварительно охлажденного CMR 548.
[00144] Второй поток предварительно охлажденного природного газа 506 и второй поток предварительно охлажденного CMR 548 направляются в систему сжижения 565. Второй поток предварительно охлажденного природного газа сжижают и необязательно переохлаждают в MCHE 564 с получением первого потока LNG 508 (называемого в формуле изобретения потоком сжиженного углеводородного сырья) при температуре от около -160 градусов Цельсия до около -70 градусов Цельсия, предпочтительно от около -150 градусов Цельсия до около -100 градусов Цельсия. Второй поток предварительно охлажденного CMR 548 предпочтительно полностью конденсируют и переохлаждают в MCHE 564, что дает холодный поток, давление которого сбрасывают, пропуская через расширительное устройство CMRL 553 с получением потока расширенного CMRL 554, который возвращается обратно в межтрубное пространство MCHE 564, чтобы обеспечить требуемое охлаждение. MCHE 564 изображен как обменник с одним пучком, однако можно использовать несколько пучков или обменников. Кроме того, второй поток предварительно охлажденного CMR 548 может быть двухфазным, и может быть предпочтительным разделять его на паровую и жидкую фазы и использовать отдельные контуры охлаждения в MCHE, а также отдельные расширительные устройства, как изображено на Фиг. 1.
2
[00145] С теплого конца межтрубного пространства MCHE 564 отводят поток теплого CMR низкого давления 504, который направляется через входной сепаратор компрессора (не показан) для отделения жидкостей, которые могут присутствовать, а поток пара сжимают в компрессоре CMR 541 с получением потока сжатого CMR 542. Поток теплого CMR низкого давления 520 обычно отводят при температуре предварительного охлаждения WMR или близкой к ней, и предпочтительно ниже чем около -30 градусов Цельсия и при давлении менее 10 бар абсолютного давления (145 фунт/дюйм абсолютного давления). Поток сжатого CMR 542 охлаждают в дополнительном охладителе CMR 543, обычно путем теплообмена с окружающей средой, с получением потока сжатого охлажденного CMR 544. Могут присутствовать дополнительные фазовые сепараторы, компрессоры и дополнительные охладители. Поток сжатого охлажденного CMR 544 далее вводят в первый теплообменник предварительного охлаждения 560.
[00146] Давление первого потока LNG 508 можно сбрасывать, пропуская его через устройство для сброса давления LNG 511 с получением потока LNG пониженного давления 503, который затем направляют в барабан мгновенного испарения 507 с получением потока газа мгновенного испарения 509 и второго потока LNG 505. Давление второго потока LNG 505 можно сбрасывать до давления в резервуаре и отправлять его в резервуар для хранения LNG (не показан). Поток газа мгновенного испарения 509 может дополнительно содержать отпарной газ (BOG), образовавшийся в резервуаре для хранения. Поток газа мгновенного испарения 509 можно нагревать в газообменнике мгновенного испарения 584 с получением потока нагретого газа мгновенного испарения 585. Поток нагретого газа мгновенного испарения 585 может быть сжат в компрессоре газа мгновенного испарения 586 с получением потока сжатого газа мгновенного испарения 587, который охлаждают в охладителе газа мгновенного испарения 588 с получением рециркуляционного потока 589 и, необязательно, потока топливного газа 589а для использования в установке в качестве топлива. Рециркуляционный поток 589 смешивают с предварительно обработанным сырьевым потоком 502.
[00147] Часть потока CMR 548a может быть удалена из системы сжижения 565 в любом месте, например, из второго потока предварительно охлажденного CMR 548. Часть потока CMR 548a может быть охлаждена путем теплообмена с потоком газа мгновенного испарения 509 с получением охлажденной части потока CMR 548b, которая может быть возвращена в систему сжижения 565 в подходящем месте, например, выше по потоку от расширительного устройства CMRL 553. Кроме того, часть потока WMR 516a может быть охлаждена путем теплообмена с потоком газа мгновенного испарения 509 с получением охлажденной части потока WMR 516b.
[00148] В варианте реализации изобретения, изображенном на Фиг. 5, наиболее теплым участком теплообмена является первый теплообменник предварительного охлаждения 560, а самым холодным участком теплообмена является третий теплообменник предварительного охлаждения 597.
[00149] Фиг. 5 обладает всеми преимуществами варианта реализации изобретения, описанного на Фиг. 2. Она включает в себя третий теплообменник предварительного охлаждения и дополнительные ступени сжатия, поэтому ей присущи более высокие капитальные затраты, чем Фиг. 2. Однако Фиг. 5 включает в себя три различные композиции WMR, по одной для каждого из трех теплообменников предварительного охлаждения. Таким образом, вариант реализации изобретения согласно Фиг. 5 приводит к повышению эффективности способа при увеличении капитальных затрат.
[00150] Необязательно часть второго потока предварительно охлажденного WMR 580 может быть смешана с первым потоком дополнительно охлажденного WMR 536 перед расширением в первом расширительном устройстве для WMR 526, чтобы обеспечить дополнительное охлаждение первого теплообменника предварительного охлаждения 560 (изображен пунктирной линией 581a). В качестве альтернативы или дополнительно, часть третьего потока предварительно охлажденного WMR 581 может быть смешана со вторым потоком дополнительно охлажденного WMR 537 перед расширением во втором расширительном устройстве WMR 530, чтобы обеспечить дополнительную холодопроизводительность для второго теплообменника предварительного охлаждения 562.
[00151] На Фиг. 6 изображен пятый вариант реализации изобретения, который является вариацией Фиг. 2. Поток WMR низкого давления 610 отводят c теплого конца межтрубного пространства второго теплообменника предварительного охлаждения 662 и сжимают на первой ступени сжатия 612A компрессора WMR 612. Поток WMR среднего давления 618 отводят с теплого конца межтрубного пространства первого теплообменника предварительного охлаждения 660 и вводят в качестве бокового потока в компрессор WMR 612, где его смешивают со сжатым потоком (не показан) с первой ступени сжатия 612А. Смешанный поток (не показан) сжимают на второй стадии сжатия WMR 612B в компрессоре WMR 612 с получением потока WMR сверхвысокого давления 670. Жидкость, которая может присутствовать в потоке WMR низкого давления 610 и потоке WMR среднего давления 618, удаляется в устройствах парожидкостного разделения (не показаны) перед введением в компрессор WMR 612.
[00152] Поток WMR сверхвысокого давления 670 может находиться под давлением от 5 бар абсолютного давления до 40 бар абсолютного давления, и предпочтительно от 15 бар абсолютного давления до 30 бар абсолютного давления. Поток сверхвысокого давления WMR 670 отводят из компрессора WMR 612, охлаждают и частично конденсируют в промежуточном охладителе WMR сверхвысокого давления 671 с получением охлажденного потока WMR сверхвысокого давления 672. Промежуточный охладитель WMR сверхвысокого давления 671 может представлять собой охлаждающий модуль любого подходящего типа, такой как атмосферная охлаждающая установка, в которой используется воздух или вода, и может содержать один или более теплообменников. Поток охлажденного WMR сверхвысокого давления 672 может содержать фракцию пара от 0,2 до 0,8, предпочтительно от 0,3 до 0,7, и более предпочтительно от 0,4 до 0,6. Поток охлажденного WMR сверхвысокого давления 672 может содержать менее чем 20% компонентов легче этана, предпочтительно менее чем 10% компонентов легче этана, и более предпочтительно менее чем 5% компонентов легче этана и называется «композицией хладагента для предварительного охлаждения». Поток охлажденного WMR сверхвысокого давления 672 подвергают фазовому разделению в первом устройстве парожидкостного разделения WMR 673 с получением первого потока WMRV 674 и первого потока WMRL 675.
[00153] Первый поток WMRL 675 содержит менее чем 75% этана и более легких углеводородов, предпочтительно менее чем 70% этана и более легких углеводородов, и более предпочтительно менее чем 60% этана и более легких углеводородов. Первый поток WMRV 674 содержит более чем 40% этана и более легких углеводородов, предпочтительно более чем 50% этана и более легких углеводородов, и более предпочтительно более чем 60% этана и более легких углеводородов. Давление первого потока WMRL 675 повышают в насосе WMR 663 с получением перекачиваемого первого потока WMRL 677.
[00154] Первый поток WMRV 674 вводят в компрессор WMR 612 для сжатия на третьей ступени сжатия WMR 612C компрессора WMR 612 с получением потока сжатого WMR 614, который может быть смешан с перекачиваемым первым потоком WMRL 677 с получением потока смешанного сжатого WMR 661. Поток смешанного сжатого WMR 661 охлаждают и предпочтительно конденсируют в дополнительном охладителе WMR 615 с получением первого потока охлажденного сжатого WMR 616 (также называемого потоком сжатого первого хладагента). Состав первого потока охлажденного сжатого WMR 616 является таким же, как состав потока охлажденного WMR сверхвысокого давления 672. Часть первого потока охлажденного сжатого WMR 616 может быть удалена из системы предварительного охлаждения 634 как часть потока WMR 616a, охлаждена в газообменнике мгновенного испарения 684 с получением охлажденной части потока WMR 616b, которая может быть возвращена в систему WMR 634 перед расширением во втором расширительном устройстве для WMR 630 или в первом расширительном устройстве для WMR 626 или в любом другом подходящем месте.
[00155] Оставшуюся часть первого потока охлажденного сжатого WMR 616 далее вводят в первый теплообменник предварительного охлаждения 660 для дополнительного охлаждения в трубчатом контуре с получением второго потока охлажденного сжатого WMR 620. Второй поток охлажденного сжатого WMR 620 разделяют на две части; первую часть 622 и вторую часть 624. Первая часть 622 второго потока охлажденного сжатого WMR 620 расширяется в первом расширительном устройстве для WMR 626 с получением первого потока расширенного WMR 628, который вводят в межтрубное пространство первого теплообменника предварительного охлаждения 660, чтобы обеспечить холодопроизводительность. Вторую часть 624 второго потока охлажденного сжатого WMR 620 вводят во второй теплообменник предварительного охлаждения 662 для дальнейшего охлаждения, с получением таким образом второго потока дополнительно охлажденного WMR 637, после чего он расширяется во втором расширительном устройстве для WMR 630 с получением второго потока расширенного WMR 632, который вводят в межтрубное пространство второго теплообменника предварительного охлаждения 662, чтобы обеспечить холодопроизводительность.
2
2
2
2
[00156] Первый поток охлажденного сжатого WMR 616 может быть полностью конденсированным или частично конденсированным. В предпочтительном варианте реализации изобретения первый поток охлажденного сжатого WMR 616 полностью конденсирован. Благодаря составу хладагента для предварительного охлаждения можно полностью конденсировать поток сжатого WMR 614 с получением полностью конденсированного первого потока охлажденного сжатого WMR 616, без необходимости в сжатии до очень высокого давления. Поток сжатого WMR 614 может находиться под давлением от 300 фунт/дюйм абсолютного давления (21 бар абсолютного давления) до 600 фунт/дюйм абсолютного давления (41 бар абсолютного давления), и предпочтительно от 400 фунт/дюйм абсолютного давления (28 бар абсолютного давления) до 500 фунт/дюйм абсолютного давления (35 бар абсолютного давления). Если второй теплообменник предварительного охлаждения 662 будет теплообменником сжижения, используемым для полного сжижения природного газа, то поток охлажденного WMR сверхвысокого давления 672 будет содержать более высокую концентрацию азота и метана, и, таким образом, потребуется более высокое давление сжатого потока WMR 614, чтобы первый поток охлажденного сжатого WMR 616 был полностью конденсированным. Поскольку этого может быть невозможно достичь, первый поток охлажденного сжатого WMR 616 не будет полностью конденсированным и будет содержать значительную концентрацию пара, который, возможно, придется сжижать отдельно.
[00157] Предварительно обработанный сырьевой поток 602 (называемый в формуле изобретения потоком углеводородного сырья) смешивают с рециркуляционным потоком 689 с получением смешанного сырьевого потока 601, который охлаждают в первом теплообменнике предварительного охлаждения 660 с получением первого потока предварительно охлажденного природного газа 604 при температуре ниже 20 градусов Цельсия, предпочтительно ниже чем около 10 градусов Цельсия, и более предпочтительно ниже чем около 0 градусов Цельсия. Как известно из предшествующего уровня техники, сырьевой поток 602 предпочтительно предварительно обработан для удаления влаги и других примесей, таких как кислые газы, ртуть и другие загрязняющие вещества. Первый поток предварительно охлажденного природного газа 604 охлаждают во втором теплообменнике предварительного охлаждения 662 с получением второго потока предварительно охлажденного природного газа 606 при температуре ниже 10 градусов Цельсия, предпочтительно ниже чем около 0 градусов Цельсия, и более предпочтительно ниже чем около -30 градусов Цельсия, в зависимости от температуры окружающей среды, сырьевого состава и давления природного газа. Второй поток предварительно охлажденного природного газа 606 может быть частично конденсированным.
[00158] Поток сжатого охлажденного CMR 644 (также называемый сырьевым потоком второго хладагента) охлаждают в первом теплообменнике предварительного охлаждения 660 с получением первого потока предварительно охлажденного CMR 646. Поток сжатого охлажденного CMR 644 может содержать более чем 20% компонентов легче этана, предпочтительно более чем 30% компонентов легче этана, и более предпочтительно более чем 40% компонентов легче этана и называется «композицией хладагента для сжижения». Первый поток предварительно охлажденного CMR 646 охлаждают во втором теплообменнике предварительного охлаждения 662 с получением второго потока предварительно охлажденного CMR 648 (также называемого потоком предварительно охлажденного второго хладагента).
[00159] Второй поток предварительно охлажденного природного газа 606 и второй поток предварительно охлажденного CMR 648 направляют в систему сжижения 665. Второй поток предварительно охлажденного природного газа сжижают и необязательно переохлаждают в MCHE 664 с получением первого потока LNG 608 (называемого в формуле изобретения потоком сжиженного углеводородного сырья) при температуре от около -160 градусов Цельсия до около -70 градусов Цельсия, предпочтительно от около -150 градусов Цельсия до около -100 градусов Цельсия. Второй поток предварительно охлажденного CMR 648 предпочтительно полностью конденсируют и переохлаждают в MCHE 664, что дает холодный поток, давление которого понижают, пропуская через расширительное устройство для CMRL 653 с получением потока расширенного CMRL 654, который направляют обратно в межтрубное пространство MCHE 664, чтобы обеспечить требуемое охлаждение. MCHE 664 изображен как обменник с одним пучком, однако можно использовать несколько пучков или обменников. Кроме того, второй поток предварительно охлажденного CMR 648 может быть двухфазным, и может быть предпочтительным разделять его на паровую и жидкую фазы и использовать отдельные контуры охлаждения в MCHE, а также отдельные расширительные устройства, как изображено на Фиг. 1.
2
[00160] Поток теплого CMR низкого давления 640 отводят c теплого конца межтрубного пространства MCHE 664, направляют через входной сепаратор компрессора (не показан) для отделения жидкостей, которые могут присутствовать, а поток пара сжимают в компрессоре CMR 641 с получением потока сжатого CMR 642. Поток теплого CMR низкого давления 640 обычно отводят при температуре предварительного охлаждения WMR или близкой к ней, и предпочтительно ниже чем около -30 градусов Цельсия, и при давлении менее чем 10 бар абсолютного давления (145 фунт/дюйм абсолютного давления). Поток сжатого CMR 642 охлаждают в дополнительном охладителе CMR 643, обычно путем теплообмена с окружающей средой, с получением потока сжатого охлажденного CMR 644. Могут присутствовать дополнительные фазовые сепараторы, компрессоры и дополнительные охладители. Поток сжатого охлажденного CMR 644 далее вводят в первый теплообменник предварительного охлаждения 660.
[00161] Давление первого потока LNG 608 можно сбрасывать, пропуская его через устройство для сброса давления LNG 611, с получением потока LNG пониженного давления 603, который затем направляют в барабан мгновенного испарения 607 с получением потока газа мгновенного испарения 609 и второго потока LNG 605. Давление второго потока LNG 605 может быть сброшено до давления в резервуаре и он направлен в резервуар для хранения LNG (не показан). Поток газа мгновенного испарения 609 может дополнительно содержать отпарной газ (BOG), образовавшийся в резервуаре для хранения. Поток газа мгновенного испарения 609 можно нагревать в газообменнике мгновенного испарения 684 с получением потока нагретого газа мгновенного испарения 685. Поток нагретого газа мгновенного испарения 685 может быть сжат в компрессоре газа мгновенного испарения 686 с получением потока сжатого газа мгновенного испарения 687, который охлаждают в охладителе газа мгновенного испарения 688 с получением рециркуляционного потока 689 и, необязательно, потока топливного газа 689а для использования в установке в качестве топлива. Рециркуляционный поток 689 смешивают с предварительно обработанным сырьевым потоком 602.
[00162] Часть потока CMR 648a может быть удалена из системы сжижения 665 в любом месте, например, из второго потока предварительно охлажденного CMR 648. Часть потока CMR 648a можно охлаждать путем теплообмена с потоком газа мгновенного испарения 609 с получением охлажденной части потока CMR 648b, которая может быть возвращена в систему сжижения 665 в подходящем месте, например, выше по потоку от расширительного устройства для CMRL 653. Кроме того, часть потока WMR 616a может быть охлаждена относительно потока газа мгновенного испарения 609 с получением охлажденной части потока 616b WMR.
[00163] Хотя на Фиг. 6 изображены два теплообменника предварительного охлаждения и два уровня давления в контуре предварительного охлаждения, можно использовать любое количество теплообменников предварительного охлаждения и уровней давления. Теплообменники предварительного охлаждения изображены на Фиг. 6 как витые теплообменники. Однако они могут быть ребристыми пластинчатыми теплообменниками, кожухотрубными теплообменниками или любыми другими теплообменниками, подходящими для предварительного охлаждения природного газа. Кроме того, теплообменники могут быть изготовлены любым способом, включая технологию аддитивной печати.
[00164] Два теплообменника предварительного охлаждения (660, 662) на Фиг. 6 могут быть двумя участками теплообмена в одном теплообменнике. В качестве альтернативы, два теплообменника предварительного охлаждения могут быть двумя теплообменниками, каждый с одним или несколькими участками теплообмена.
[00165] Компрессор WMR 612, компрессор CMR 141 на Фиг. 1 и/или компрессор газа мгновенного испарения 686 могут представлять собой компрессор любого типа, такой как центробежный, осевой, объемный или любой другой тип компрессора и могут иметь любое количество ступеней с дополнительным промежуточным охлаждением.
[00166] В варианте реализации изобретения, изображенном на Фиг. 6, самым теплым участком теплообмена является первый теплообменник предварительного охлаждения 660, а самым холодным участком теплообмена является второй теплообменник предварительного охлаждения 662.
[00167] В предпочтительном варианте реализации изобретения второй поток предварительно охлажденного CMR 648 может быть полностью конденсированным, исключая необходимость в фазовом сепараторе CMR 150 на Фиг. 1, а также расширительном устройстве для CMRV 155 на Фиг. 1. В этом варианте реализации изобретения основной криогенный теплообменник 164 на Фиг. 1 может быть теплообменником с одним пучком и двумя теплыми сырьевыми потоками: вторым потоком предварительно охлажденного природного газа 606 и вторым потоком предварительно охлажденного CMR 648.
[00168] Преимущество Фиг. 6 по сравнению с предшествующим уровнем техники заключается в том, что она улучшает эффективность способа предварительного охлаждения путем добавления насоса WMR 663. Всего лишь путем сжатия пара из первого устройства парожидкостного разделения WMR и отделения межстадийной жидкости с отдельным ее перекачиванием, эффективность способа предварительного охлаждения значительно повышается.
[00169] Дополнительно, вариант реализации изобретения, изображенный на Фиг. 6, позволяет температуре первого потока LNG 608 быть выше, чем в предшествующем уровне техники, при этом обеспечивая такую же температуру второго потока LNG 605 в резервуаре для хранения. Это происходит из-за того, что образуется большее количество газа мгновенного испарения, чем в вариантах из предшествующего уровня техники. Таким образом, нагрузка холодильной установки при сжижении и переохлаждении снижается, снижая общее потребление мощности установкой. Указанный вариант реализации изобретения дополнительно обеспечивает равное распределение мощности между системами предварительного охлаждения и сжижения.
[00170] Во всех вариантах реализации изобретения (Фиг. 2-Фиг. 6 и их вариации), жидкость, которая может присутствовать в потоках теплого конца межтрубного пространства теплообменников предварительного охлаждения, может быть направлена в фазовый сепаратор парожидкостного разделения для удаления жидкости перед сжатием пара в компрессоре WMR. В альтернативных вариантах реализации изобретения, если значительные количества жидкости присутствуют в потоках теплого конца межтрубного пространства теплообменников предварительного охлаждения, то жидкую фракцию можно перекачивать, чтобы смешивать с выходящим потоком любой ступени сжатия или смешивать с одним или несколькими потоками жидкости, которые должны быть введены в теплообменник предварительного охлаждения или введены в отдельный контур в теплообменнике предварительного охлаждения. Например, на Фиг. 5, жидкость, которая может содержаться в потоке WMR высокого давления 518, потоке WMR низкого давления 519 или потоке WMR среднего давления 510, можно перекачивать для смешивания с потоком сжатого WMR 514 или с первым потоком WMRL 575.
[00171] Во всех вариантах реализации изобретения любой дополнительный охладитель или промежуточный охладитель может содержать несколько отдельных теплообменников, таких как пароохладитель и конденсатор.
[00172] Дополнительно, на Фиг. 2-6 часть предварительно обработанного сырьевого потока 202 на Фиг. 2 может быть охлаждена и, необязательно, сжижена в газообменнике мгновенного испарения 284 с получением дополнительного LNG, давление которого может быть сброшено до давления в резервуаре и он направлен в резервуар для хранения (не показан).
[00173] Температура второго потока предварительно охлажденного природного газа (206, 306, 406, 506) может быть определена как «температура предварительного охлаждения». Температура предварительного охлаждения представляет собой температуру, при которой сырьевой поток природного газа выходит из системы предварительного охлаждения и поступает в систему сжижения. Температура предварительного охлаждения влияет на потребление мощности для предварительного охлаждения и сжижения сырьевого природного газа.
[00174] Используемый в данном документе термин «потребляемая мощность для предварительного охлаждения» обозначает мощность, необходимую для работы компрессора 212, используемого для сжатия хладагента для предварительного охлаждения, в соответствии с определенным набором условий эксплуатации (скорость сырьевого потока, температура холодного конца предварительного охлаждения и сжижения и т.д.). Подобным образом, термин «потребляемая мощность для сжижения» означает мощность, требуемую для работы компрессора 241, используемого для сжатия хладагента для сжижения, при определенном наборе условий эксплуатации. Соотношение потребляемой мощности для предварительного охлаждения и потребляемой мощности для сжижения определяется как «распределение мощности» в системе. Для вариантов реализации изобретения, описанных на Фиг. 2-6, распределение мощности составляет от 0,2 до 0,7, предпочтительно от 0,3 до 0,6, и более предпочтительно от 0,45 до 0,55.
[00175] Компрессор 212 приводится в действие двигателем 233, а компрессор 241 приводится в действие двигателем 235, каждый из которых схематически изображен на Фиг. 2. Как известно в данной области техники, каждый компрессор в системе 200 для своей работы нуждается в двигателе. В целях упрощения чертежей двигатели изображены только для компрессоров, которые являются частью подсистем предварительного охлаждения и сжижения. Например, может быть использован любой подходящий двигатель, известный в данной области техники, такой как электродвигатель, газотурбинная установка на базе авиационного газотурбинного двигателя или промышленная газовая турбина.
[00176] При увеличении распределения мощности потребление мощности в системе сжижения уменьшается, и температура предварительного охлаждения снижается. Другими словами, нагрузка холодильной установки смещается с системы сжижения на систему предварительного охлаждения. Это предпочтительно для систем, в которых размер MCHE и/или доступная для сжижения мощность являются ограничивающими факторами. По мере уменьшения распределения мощности, потребление мощности в системе сжижения увеличивается и температура предварительного охлаждения повышается. Другими словами, нагрузка холодильной установки смещается с системы предварительного охлаждения на систему сжижения. Такая схема предпочтительна для систем, в которых размер, количество или доступная мощность для обменника предварительного охлаждения являются ограничивающими факторами. Распределение мощности обычно определяется видом, количеством и мощностью двигателей, выбранных для конкретной установки сжижения природного газа. Например, если доступно четное количество двигателей, может быть предпочтительной работа при распределении мощности около 0,5, со сдвигом силовой нагрузки на теплообменник предварительного охлаждения и снижением температуры предварительного охлаждения. Если доступно нечетное количество двигателей, то распределение мощности может составлять от 0,3 до 0,5, смещая нагрузку холодильной установки на систему сжижения и повышая температуру предварительного охлаждения.
[00177] Ключевым преимуществом всех вариантов реализации изобретения является то, что они позволяют оптимизировать распределение мощности, количество теплообменников предварительного охлаждения, ступеней сжатия, уровней давления и температуру предварительного охлаждения на основе различных факторов, таких как количество, число, вид и мощность доступных двигателей, количество теплообменников, критерии проектирования теплообменников, ограничения компрессора и другие требования к конкретным проектам.
[00178] Для всех описанных вариантов реализации изобретения в системах предварительного охлаждения и сжижения может присутствовать любое количество уровней давления. Кроме того, системы охлаждения могут быть незамкнутыми или замкнутыми.
[00179] ПРИМЕР
[00180] Ниже приведен пример работы типичного варианта реализации изобретения. Пример способа и данные основаны на моделировании способа DMR с контуром предварительного охлаждения с двумя уровнями давления и контуром сжижения с одним уровнем давления на установке LNG, которая производит около 7,5 миллионов метрических тонн LNG в год и конкретно относится к варианту реализации изобретения, изображенному на Фиг. 2. В целях упрощения описания этого примера, будут использоваться элементы и номера позиций, описанные со ссылкой на вариант реализации изобретения, изображенный на Фиг. 2.
2
2
[00181] Предварительно обработанный сырьевой поток природного газа 202 при 91 бар абсолютного давления (1320 фунт/дюйм абсолютного давления), 24 градусах Цельсия (75 градусов по Фаренгейту) и скорости потока 56000 кг-моль/час смешивают с рециркуляционным потоком 289 при 91 бар абсолютного давления (1320 фунт/дюйм абсолютного давления), 22 градусах Цельсия (72 градуса по Фаренгейту) и скорости потока 5760 кг-моль/час с получением потока смешанного сырьевого газа, который охлаждают в первом теплообменнике предварительного охлаждения 260 с получением первого потока предварительно охлажденного природного газа 204 при -22 градусах Цельсия (-8 градусов по Фаренгейту), который охлаждают во втором теплообменнике предварительного охлаждения 262 с получением второго потока предварительно охлажденного природного газа 206 при -62 градусах по Цельсию (-80 градусов по Фаренгейту).
2
2
[00182] Поток теплого CMR низкого давления (смешанный сырьевой поток) 201 при 3 бар абсолютного давления (44 фунт/дюйм абсолютного давления) и -65 градусах Цельсия (-85 градусов по Фаренгейту) сжимают и охлаждают в несколько стадий с получением потока сжатого охлажденного CMR 244 при 61 бар абсолютного давления (891 фунт/дюйм абсолютного давления) и 25 градусах Цельсия (77 градусов по Фаренгейту), который охлаждают в первом теплообменнике предварительного охлаждения 260 с получением первого потока предварительно охлажденного CMR 246 при -22 градусах Цельсия (-8 градусов по Фаренгейту). Поток сжатого охлажденного CMR 244 содержит 55% компонентов легче этана и 95% этана и более легких компонентов. Далее его охлаждают и полностью конденсируют во втором теплообменнике предварительного охлаждения 262 с получением второго потока предварительно охлажденного CMR 248 при -62 градусах Цельсия (-80 градусов по Фаренгейту). 9 мол. % второго потока предварительно охлажденного CMR 248 удаляют как часть потока CMR 248а для охлаждения в газообменнике мгновенного испарения 284 с получением охлажденной части потока CMR 248b при -156 градусах Цельсия (-249 градусов по Фаренгейту), давление сбрасывают в расширительном устройстве для CML и вводят в межтрубное пространство MCHE 264.
2
[00183] Второй поток 206 предварительно охлажденного природного газа сжижают и необязательно переохлаждают в MCHE 264 с получением первого потока LNG 208 (называемого в формуле изобретения потоком сжиженного углеводородного сырья) при температуре -140 градусов Цельсия (-220 градусов по Фаренгейту). Давление первого потока LNG 208 сбрасывают, пропуская его через устройство для сброса давления LNG 211, с получением потока LNG пониженного давления 203 при -159 градусах Цельсия (-254 градуса по Фаренгейту) и 1,2 бар абсолютного давления (18 фунт/дюйм абсолютного давления), который затем направляют в барабан мгновенного испарения 207 с получением потока газа мгновенного испарения 209 при 7000 кг-моль/час и второго потока LNG 20. Поток газа мгновенного испарения 209 составляет 11 мол. % потока LNG пониженного давления 20. Давление второго потока LNG 205 сбрасывают до давления в резервуаре и направляют его в резервуар для хранения LNG.
2
[00184] Поток газа мгновенного испарения 209 нагревают в газообменнике мгновенного испарения 284 с получением потока нагретого газа мгновенного испарения 285 при -3 градусах Цельсия (-27 градусов по Фаренгейту). Далее поток нагретого газа мгновенного испарения 285 сжимают в компрессоре газа мгновенного испарения 286 с получением потока сжатого газа мгновенного испарения 287 при 52 градусах Цельсия (126 градусов по Фаренгейту) и 92 бар абсолютного давления (1327 фунт/дюйм абсолютного давления), который охлаждают в охладителе газа мгновенного испарения 288 с получением рециркуляционного потока 289 и потока топливного газа 289а для использования в установке в качестве топлива. Поток топливного газа 289а составляет 16 мол. % от потока газа мгновенного испарения 209.
2
2
2
[00185] Поток WMR низкого давления 210 (также называемый потоком парообразного первого хладагента) при 3,8 бар абсолютного давления (56 фунт/дюйм абсолютного давления), -25 градусах Цельсия (-13 градусов по Фаренгейту) и 33000 кг-моль/час отводят с теплого конца межтрубного пространства второго теплообменника предварительного охлаждения 262 и сжимают на первой ступени сжатия 212А компрессора WMR 212. Поток WMR среднего давления 218 (также называемый потоком первого хладагента среднего давления) при 7 бар абсолютного давления (108 фунт/дюйм абсолютного давления), 17 градусах Цельсия (62 градуса по Фаренгейту) и 42125 кг-моль/час отводят c теплого конца межтрубного пространства первого теплообменника предварительного охлаждения 260 и вводят как боковой поток в компрессор WMR 212, где его смешивают со сжатым потоком (не показан) с первой ступени сжатия 212А. Смешанный поток (не показан) сжимают на второй ступени сжатия WMR 212B компрессора WMR 212 с получением потока WMR сверхвысокого давления 270 (также называемого потоком первого хладагента сверхвысокого давления) при 26 бар абсолютного давления (372 фунт/дюйм абсолютного давления) и 79 градусах Цельсия (175 градусов по Фаренгейту).
2
2
[00186] Поток WMR сверхвысокого давления 270 отводят из компрессора WMR 212 и охлаждают и частично конденсируют в промежуточном охладителе WMR сверхвысокого давления 271, чтобы получить охлажденный поток WMR сверхвысокого давления 272 при 25 бар абсолютного давления (363 фунт/дюйм абсолютного давления), 25 градусах Цельсия (77 градусов по Фаренгейту) и фракции пара 0,44. Поток охлажденного WMR высокого давления 272 подвергают фазовому разделению в первом устройстве парожидкостного разделения WMR 273 с получением первого потока WMRV 274 и первого потока WMRL 275. Первый поток WMRL 275 содержит 56% этана и более легких углеводородов, тогда как первый поток 274 WMRV содержит 80% этана и более легких углеводородов. Первый поток WMRL 275 вводят в первый теплообменник предварительного охлаждения 260 для охлаждения в трубном контуре с получением первого потока дополнительно охлажденного WMR 236 при -22 градусах Цельсия (-8 градусов по Фаренгейту), который расширяется в первом расширительном устройстве для WMR 226 с получением первого потока расширенного WMR 228 при 8 бар абсолютного давления (115 фунт/дюйм абсолютного давления) и -25 градусах Цельсия (-13 градусов по Фаренгейту), который обеспечивает холодопроизводительность первого теплообменника предварительного охлаждения 260.
2
[00187] Первый поток WMRV 274 вводят в компрессор WMR 212 для сжатия на третьей ступени сжатия WMR 212C с получением потока сжатого WMR 214 при 41 бар абсолютного давления (598 фунт/дюйм абсолютного давления) и 48 градусов Цельсия (119 градусов по Фаренгейту). Поток сжатого WMR 214 охлаждают и предпочтительно конденсируют в дополнительном охладителе WMR 215 с получением первого потока охлажденного сжатого WMR 216 при 25 градусах Цельсия (77 градусов по Фаренгейту), который вводят в первый теплообменник предварительного охлаждения 260 для дальнейшего охлаждения в трубном контуре с получением первого потока предварительно охлажденного WMR 217 при -22 градусах Цельсия (-8 градусов по Фаренгейту). 5 мол. % от первого потока WMR 216 удаляется из системы предварительного охлаждения в виде части потока WMR 216a и охлаждают в газообменнике мгновенного испарения 284 с получением охлажденной части потока газообменнике мгновенного испарения 216b при -63 градусах Цельсия (-81 градус по Фаренгейту). Давление первого потока WMRL 275 на 16 бар абсолютного давления ниже давления первого потока охлажденного сжатого WMR 216.
2
[00188] Первый поток предварительно охлажденного WMR 217 вводят во второй теплообменник предварительного охлаждения 262 для дополнительного охлаждения в трубчатом контуре с получением второго потока дополнительно охлажденного WMR 237 при -62 градусах по Цельсию (-80 градусов по Фаренгейту). Второй поток дополнительно охлажденного WMR 237 расширяется во втором расширительном устройстве для WMR 230 с получением второго потока расширенного WMR 232 при давлении 3 бар абсолютного давления (47 фунт/дюйм абсолютного давления) и -57 градусах по Цельсию (-70 градусов по Фаренгейту), который вводят в межтрубное пространство второго теплообменника предварительного охлаждения 262, чтобы обеспечить холодопроизводительность.
[00189] В этом примере распределение мощности составляет 0,52. Эффективность способа согласно этому варианту реализации изобретения на около 7% выше соответствующего показателя для Фиг. 1, а температура предварительного охлаждения на около 18 градусов Цельсия ниже, чем температура в соответствии с Фиг. 1. Таким образом, этот пример демонстрирует, что описанные в данном документе варианты реализации изобретения предлагают эффективный способ и систему для повышения эффективности и общей пропускной способности установки.