[发明专利]控制温度以液化气体的方法及使用该方法的制备设备

说明书

发明领域

本发明涉及从输气管道液化天然气的方法。开发所述方法以高效地生产液体天然气(LNG)。

发明背景

LNG是冷却到低温状态以冷凝甲烷(天然气的主要成分)的天然气。在标准大气压力下，需要约-161C的温度的生产天然气并将天然气保持在液体状态。液化将其体积减少600倍，从而使之与传统管道相比，对于远距离运输更加经济。目前，LNG主要跨洲运输，从而使其供给世界各地。小规模液化设备也生产LNG，以满足调峰需求，并且为需要天然气但经济或技术上无法建设管道的地区供应天然气。

选择大或小LNG设备的区别在于：对于大型设备来说，主要标准是尽量减少投资成本，降低能源消耗则被视为次要目标。这两个目标也可以并肩完成；因此设备效率的优化可能降低对设备的投资。另一方面，较高效率可以增加LNG产量，所以效率因素对设备的经济性有着显著的影响。在中小型LNG设备中，当选择液化技术时，与效率相比，其他因素例如简单化、模块化、易于维护性、操作及安装等因素的标准更高。这些不同选择标准的直接影响是，用于中小规模应用的液化技术与大型LNG设备中所采用的液化技术不同。

液化技术的两个主要类别是混合制冷剂技术和基于膨胀的技术。混合制冷剂技术是“冷凝式”工艺，其中用于液化的制冷剂利用其蒸发潜热来冷却天然气。在基于膨胀的技术的工艺中，制冷剂总是处于气相态，并仅利用其显热来冷却天然气。

以下的混合制冷剂技术是行业内最有代表性的工艺：PRICO(多制冷剂集成循环操作(poly Refrigerant Integrated Cycle Operations))，由Black and Veatch许可，其由一个循环的混合制冷剂(甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、氮气及任选存在的异戊烷的混合物)组成，许可方宣称的优点是操作灵活、模块化设计，和减少制冷剂库存。AP-M(Air Products)由APCI许可，是在两个不同压力水平下蒸发的单个混合制冷剂。双压力循环比单压循环效率更高，使用较小的热交换器和压缩机。LiMuM(林德多级混合制冷剂)由Linde许可，由螺旋卷绕热交换器和用于预冷、液化和过冷天然气的一个3级单混合制冷再循环组成。这个工艺允许高产能作业。PCMR(预冷却混合制冷剂((Pre-cooled Mixed Refrigerant))由Kryopak许可，由预冷阶段(氨或丙烷循环)与随后的单混合制冷剂循环组成，其中所述混合制冷剂由氮、甲烷、乙烷、丙烷和丁烷的混合物组成，该工艺主要用于小型设备中。OSMR(优化单混合制冷剂)由LNG Limited许可，该工艺是单混合制冷剂工艺，辅以标准的封装氨水吸收工艺。氨工艺的利用提高了工艺效率并相比传统的单混合制冷剂工艺来说增加了LNG产量。在所有的上述混合制冷剂技术中，它们之间的主要区别是混合制冷剂的组成(虽然制冷剂是相同的，即氮、甲烷、乙烷等)、热交换器的冶金、设备的定向以及操作设定点。在所有的混合制冷剂工艺中，创新的目的是提高效率、减少投资和操作成本。

基于膨胀的技术具有多种工艺，基于使用氮气作为制冷剂来液化天然气、N₂膨胀循环。其中的一些工艺使用单循环，其他的使用双膨胀再循环，并在其他情况中加入预冷循环，以提高效率。一些许可方，例如APCI、Hamworthy、BHP Petroleum Pty、Mustang Engineering与Kanfa Oregon提供N₂膨胀循环工艺，它们之间的主要在于专有的工艺布置。在所有这些工艺中，通过外部制冷设备使用N₂膨胀器来提供冷却。Niche LNG工艺由CB&ILummus许可，由两个循环组成：一个循环使用甲烷作为制冷剂，另一个循环使用氮气。甲烷在适中和温暖的温度水平下制冷，而氮循环在最低温度水平下制冷。OCX工艺由Mustang Engineering许可，基于在具有涡轮膨胀器的开放制冷剂循环内使用进气作为制冷剂，也存在变化方案，例如OCX-R，其对OCX工艺和结合LPG开采的与OCX-Angle工艺添加了闭环丙烷制冷剂。

如上所述，目前有许多液化LNG的方案和工艺。所有这些工艺都基于低沸点流体的膨胀，无论是通过膨胀器或JT阀，无论是封闭或开放循环，它们之间的区别在于工艺效率，其使得相对于生产的每单位LNG，投资和运行成本降低。

所需要的是液化气体例如LNG的可选方法。

发明内容