冷卻富烴餾分的方法
【專利說明】冷卻富烴餾分的方法
[0001]本發明涉及冷卻富烴餾分，特別是天然氣的方法。
[0002]為了液化富烴氣體餾分特別是天然氣，在所采用的方法中，利用氣體的做功膨脹(work-producing expans1n)產生制冷。為了增大熱力學效率從而降低單位能量消耗，可以使用多于一個的膨脹渦輪。被稱作“多膨脹器方法”的共同特征是各自供應僅僅通過由做功膨脹冷卻的氣流的顯熱的最大制冷(最低制冷劑溫度)，以及通過使用至少一個另外的膨脹渦輪在較低溫度水平下供應全部所需制冷功效的主要部分。這種膨脹器方法已經被例如美國專利5768912以及美國專利6412302公開，美國專利5768912公開了所謂雙N2的膨脹器方法，美國專利6412302公開了稱之為隊-014的膨脹器方法。
[0003]膨脹器在最低溫度水平下運行，然而，在這種情況下對全部制冷功效的貢獻只有大約25 %，典型地少于20 %。因此，如果使用多于兩個膨脹器，大部分冷卻工作取決于一個或多個溫膨脹器。
[0004]本發明的目的是提供一種冷卻富烴餾分，特別是天然氣的方法，其中，當使用兩個膨脹器時，可更均勻地分配制冷功效，在這種情況下，比例優選為40/60至60/40，從而在膨脹器的給定最大尺寸下，增加液化方法的容量而無需使用并列的膨脹器。此外，拒絕使用如上述美國專利6412302所述的單獨的制冷回路以保持低資金成本。
[0005]為了達到該目的，本發明提出一種與制冷劑回路的方向相反冷卻富烴餾分，特別是天然氣的方法，其中
[0006]a)與制冷劑回路的制冷劑的方向相反在三個熱交換區中將富烴餾分冷卻，
[0007]b)將制冷劑壓縮并且接著分流出第一支流，同時剩余的制冷劑流與其自身方向相反在第一熱交換區中被冷卻到高于制冷劑的臨界溫度至少3°C，優選為至少5°C的溫度，
[0008]c)第一支流做功膨脹，
[0009]d)將被冷卻的剩余的制冷劑流分成第二支流和第三支流，
[0010]e)第二支流做功膨脹，其中選擇壓力和溫度，使得在做功膨脹期間沒有液體產生，
[0011]f)第三支流與做功膨脹的第二支流的方向相反并與其自身方向相反在第二和第三熱交換區中被冷卻至如下程度，使得在隨后的膨脹中，形成至少90mol%，優選為至少95mol %的液體餾分，
[0012]g)第三膨脹的兩相支流在第三熱交換區中至少部分被汽化，優選地完全被汽化，
[0013]h)將做功膨脹的第二支流添加到第三支流，并且因此形成的制冷劑流在第二熱交換區中被進一步加熱，
[0014]i)將做功膨脹的第一支流添加到被加熱的制冷劑流，并且制冷劑流在其重新壓縮之前在第一熱交換區中被進一步加熱。
[0015]根據本發明的冷卻富烴餾分的方法現在同樣具有溫膨脹器和冷膨脹器，其中制冷劑支流做功膨脹。然而，相比于現有技術的方法，冷膨脹器不再用于產生最大制冷。結果是，冷膨脹器的運行點以這樣的方式變化，即現在兩個膨脹器的制冷功效在40/60至60/40之間的所需比例中。在膨脹器的給定最大尺寸下，相比于現有技術的方法，這樣可以增大設備容量而無需使用并列的膨脹器。
[0016]根據本發明的方法的更有利的實施方案，除氮氣和甲烷以外，包含至少一種選自C0、Ar、02、Kr、Xe、C2H4和C 2H6的其他組分的混合物用作制冷劑，其中氮氣以至少50mol %，優選至少60mol%的濃度存在，并且甲烷以至少10mol%，優選至少20mol%的濃度存在。
[0017]積極有利的是保持用于壓縮制冷劑的制冷機的吸氣壓力盡可能高。如果需要避免做功膨脹的第二制冷劑支流中存在液體，并同時在膨脹的第三制冷劑支流中保留盡可能多的液體，得出限定的邊界條件，該條件通過提出的制冷劑組成得到最佳滿足。
[0018]在根據本發明的冷卻富烴餾分的方法的進一步發展中，建議將制冷劑壓縮到高于臨界壓力至少5bar，優選地至少lObar。借助于該方法程序，避免了高壓范圍下制冷劑的兩相性，并且改進了部分負載容量。
[0019]在下文中將參照圖1示出的示例實施方案更詳細地描述根據本發明的冷卻富烴餾分的方法及其進一步優選實施方案。
[0020]在多個熱交換器或熱交換區El、E2、E3中將待冷卻的富烴氣體餾分A冷卻，并且在方法中任選地液化和過冷卻，或者在高于臨界壓力的壓力下轉換而無需相變成高密度流體。在這種情況下，將待液化的餾分冷卻(流體B)至如下程度，即在閥V2中膨脹至最大5bar，優選最大1.5bar的壓力后，主要形成液體，其中，液體饋分至少為85mol%，優選至少90mol% ο
[0021]除了單級或多級壓縮機C1，用于冷卻富烴餾分Α的制冷回路具有兩個膨脹器XI和X2以及膨脹閥VI。在該制冷回路中循環的制冷劑1在圖1示出的示例實施方案中以多級方式中被壓縮C1，其中，提供相應的中間冷卻器和后冷卻器E4和E5。被壓縮到所需的循環壓力的制冷劑3被分成第一支流4和剩余的制冷劑流6。第一支流4在所謂的溫膨脹器XI中做功膨脹，并且通過管線5被供給到以下描述的制冷劑流12。在這種情況下，第一支流4優選地膨脹至稍微高于壓縮機C1的吸氣壓力的壓力。溫膨脹器XI的出口和壓縮機C1的吸氣口之間的典型地小于lbar的壓差由設備和管線中的壓降引起。制冷劑流6在第一熱交換區E1中被冷卻到高于制冷劑的臨界溫度至少3°C，優選至少5°C的溫度。
[0022]然后將以這種方式冷卻的制冷劑流7分成第二支流8和第三支流10。第二支流在所謂的冷膨脹器X2中做功膨脹，其中，選擇壓力和溫度，使得在做功膨脹期間沒有液體產生。此外，隨后接著膨脹至稍微高于壓縮機C1的吸氣壓力的壓力。
[0023]第三支流10與做功膨脹的第二支流9的方向相反并與其自身方向相反在第二和第三熱交換區E2和E3中被冷卻至如下程度，即在膨脹閥VI中的被冷卻的第三支流11的隨后膨脹中，形成至少為90mol %，優選為至少95mol %的液體餾分。
[0024]接著，膨脹的兩相支流11至少部分地，優選全部地，在第三熱交換區E3中被汽化。在熱交換區E3的熱端，向其加入膨脹的第二支流9，并且因此形成的制冷劑流在第二熱交換區E3中進一步被加熱。最終，在全部制冷劑流在其重新壓縮C1的上游在熱交換區E1中被加熱至環境溫度之前，將做功膨脹的第一支流5添加到制冷劑流12中。
[0025]—個或兩個膨脹器XI和X2的機械功效可以任選地被用于驅動發生器或驅動減輕回路壓縮機C1負荷的增壓壓縮機。增壓壓縮機可以串聯或并聯設置，或者可被用于壓縮機C1的上游或下游。
[0026]合適的熱交換器El、E2和E3都是允許逆流換熱的類型的熱交換器。如圖1中示出的，熱交換器(區)E2和E3可在特殊的實施方案中構成，其中熱交換束E2和E3被建造到共用的壓力容器D中，其中膨脹的制冷劑支流9和11在殼側被加熱。
[0027]如果待冷卻的氣體餾分包含成品中不想要的(重)組分，可以從被冷卻的富烴餾分B移除所述組分，例如通過在熱交換器(區)E1和E2之間的沉積或洗滌。
【主權項】
1.與制冷劑回路的方向相反冷卻富烴餾分，特別是天然氣的方法，其中 a)與制冷劑回路的制冷劑的方向相反在三個熱交換區(E1，E2，E3)中將富烴餾分(A)冷卻， b)將制冷劑壓縮(C1)并且接著分流出第一支流(4)，同時剩余的制冷劑流(6)與其自身方向相反在第一熱交換區(E1)中被冷卻到高于制冷劑的臨界溫度至少:TC，優選為至少5°C的溫度， c)第一支流(4)做功膨脹(XI)， d)將被冷卻的剩余的制冷劑流(7)分成第二支流⑶和第三支流(10)， e)第二支流(8)做功膨脹(X2)，其中選擇壓力和溫度，使得在做功膨脹(X2)期間沒有液體產生， f)第三支流(10)與做功膨脹的第二支流(9)方向相反并與其自身方向相反在第二和第三熱交換區(E2，E3)中被冷卻至如下程度，使得在隨后的膨脹(VI)中，形成至少90mol %，優選為至少95mol %的液體饋分， g)第三膨脹的兩相支流(11)在第三熱交換區(E3)中至少部分被汽化，優選地完全被汽化， h)將做功膨脹的第二支流(9)添加到第三支流，并且因此形成的制冷劑流在第二熱交換區(E2)中被進一步加熱， i)將做功膨脹的第一支流(5)添加到被加熱的制冷劑流(12)，并且制冷劑流在其重新壓縮(C1)之前在第一熱交換區(E1)中被進一步加熱。2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于除氮氣和甲烷以外，包含至少一種選自CO、Ar、02、Kr、Xe、C2H4和C 2H6的其他組分的混合物用作制冷劑，其中氮氣以至少50mol %，優選至少60mol%的濃度存在，并且甲烷以至少10mol%，優選至少20mol%的濃度存在。3.根據權利要求1或2所述的方法，其特征在于將制冷劑(1)壓縮(C1)到高于臨界壓力至少5bar，優選至少lObar。
【專利摘要】本發明描述一種與制冷劑回路的方向相反冷卻富烴餾分，特別是天然氣的方法。在該方法中，將壓縮的制冷劑分成三個制冷劑支流(4，8，10)。而第一支流(4)在溫膨脹器(X1)中做功膨脹，第二支流(8)在冷膨脹器(X2)中做功膨脹，第三支流(10)在最低溫度水平下做功膨脹(V1)。從而結果是冷膨脹器的運行點以這樣的方式變化，使得兩個膨脹器(X1，X2)的制冷功效在40/60至60/40之間的比例中。
【IPC分類】F25B41/06, F25J3/02
【公開號】CN105371591
【申請號】CN201510594943
【發明人】H·鮑爾, C·戈爾維策
【申請人】林德股份公司
【公開日】2016年3月2日
【申請日】2015年8月17日
【公告號】CA2898745A1, DE102014012316A1, US20160054053