在天然氣液化工藝中的制冷劑回收的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及從天然氣液化系統(tǒng)移除制冷劑的方法，其使用混合的制冷劑以使天然 氣液化和/或過冷，并且涉及改變液化的或過冷的天然氣的生產(chǎn)率的方法，其中制冷劑是 在生產(chǎn)關(guān)閉或怠速（turn down)期間從液化系統(tǒng)中移除的。本發(fā)明還涉及可執(zhí)行上述方法 的天然氣液化系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 許多用于對天然氣進行液化和可選地過冷的液化系統(tǒng)在本領(lǐng)域中是眾所周知的。 通常，在這種系統(tǒng)中，天然氣通過與一種或多種制冷劑的間接熱交換被液化，或者被液化并 過冷。在許多這種系統(tǒng)中，混合的制冷劑用作制冷劑或其中一種制冷劑。通常，混合的制冷 劑在閉環(huán)制冷回路中進行循環(huán)，閉環(huán)制冷回路包括主熱交換器，天然氣輸送通過該主熱交 換器，以便通過與循環(huán)的混合制冷劑的間接熱交換而進行液化和/或過冷。這種制冷循環(huán) 的示例包括單個混合制冷劑（SMR)循環(huán)、丙烷-預(yù)冷的混合制冷劑（C3MR)循環(huán)、雙混合制 冷劑（DMR)循環(huán)和C3MR-氮混合（例如AP-X ? )循環(huán)。
[0003] 在這種系統(tǒng)的正常（穩(wěn)態(tài)）操作期間，混合的制冷劑在閉環(huán)制冷回路內(nèi)部循環(huán)，并 且不會被有意地從回路中移除。離開主熱交換器的蒸發(fā)的變暖的制冷劑在返回主熱交換器 之前通常被壓縮、冷卻、至少部分地冷凝，然后作為冷的蒸發(fā)的或正在蒸發(fā)的制冷劑進行膨 脹（閉環(huán)制冷回路因此通常還包括一個或多個壓縮機、冷卻器和膨脹裝置），從而為主熱交 換器再次提供冷卻任務(wù)。少量的混合制冷劑可能隨著時間而損失了，例如由于回路中小的 泄漏，回路則可能需要添加少量的補充制冷劑，但在正常操作期間通常沒有或者少量制冷 劑從回路中進行移除或添加。
[0004] 然而，在不利（upset)的條件下，例如在液化系統(tǒng)的關(guān)閉或怠速期間，可能需要從 閉環(huán)制冷回路移除混合的制冷劑。在關(guān)閉期間，在壓縮機、冷卻器和主熱交換器不運轉(zhuǎn)的條 件下，閉環(huán)冷卻回路內(nèi)部的混合制冷劑的溫度和因而壓力將由于回路周圍的變暖而隨著時 間穩(wěn)定地升高，這則需要在累積的壓力可能導(dǎo)致對主熱交換器或回路的任何其它構(gòu)件造成 損傷的點之前從回路中移除制冷劑。在怠速期間，可能需要調(diào)整混合制冷劑的庫存量，以便 正確地匹配減少的生產(chǎn)率（更具體地說，主熱交換器中所需要的減少的冷卻任務(wù)量），這再 次需要從閉環(huán)制冷回路中移除某些制冷劑。
[0005] 從閉環(huán)制冷回路移除制冷劑可被簡單地排出或燃燒，但時常制冷劑是很有價值的 貨物，這使得這是不符合要求的。為了避免這個問題，本領(lǐng)域中已經(jīng)被采用的另一選擇是在 儲存容器中儲存從閉環(huán)制冷回路中移除的制冷劑，使其可以保持并在后續(xù)返回至閉環(huán)冷卻 回路中。然而，這種方案還涉及操作上的困難。從閉環(huán)制冷回路中移除的混合制冷劑通常將 仍然需要進行連續(xù)地冷卻，從而使其以至少部分冷凝狀態(tài)儲存，從而避免過大的儲存壓力 和/或體積。提供這種冷卻和冷凝任務(wù)則可能涉及極大的能量消耗和相關(guān)聯(lián)的操作成本。
[0006] 例如，US2012/167616A1公開了一種用于操作用于氣體的液化的系統(tǒng)的方法，該系 統(tǒng)包括主熱交換器和相關(guān)聯(lián)的閉環(huán)制冷回路。該系統(tǒng)還包括制冷劑鼓，其連接在主熱交換 器上或形成制冷回路的一部分，其中制冷劑可在液化系統(tǒng)的關(guān)閉期間進行儲存，從而避免 不得不排出蒸發(fā)的制冷劑。儲存鼓設(shè)有熱傳遞器件（例如供輔助制冷劑穿過的熱傳遞盤 管），其用于冷卻和液化容納在儲存鼓中的制冷劑。主熱交換器還可連接在供給線路上，其 中液體制冷劑可直接注入到主熱交換器中，從而冷卻容納在那里的制冷劑。
[0007] 類似地，ip. com數(shù)據(jù)庫中的文獻IPC0M00021585?公開了一種防止在關(guān)閉期間盤 管纏繞式熱交換器發(fā)生過壓的方法。蒸發(fā)的混合制冷劑從盤管纏繞式熱交換器的殼側(cè)抽 出，并發(fā)送給具有熱傳遞盤管的容器，液化天然氣流可抽送通過盤管，或者液化天然氣可直 接注入到盤管中，從而冷卻和冷凝混合的制冷劑，混合的制冷劑然后返回盤管纏繞式熱交 換器的殼側(cè)。在備選的布置中，通過將熱傳遞盤管放置在殼的內(nèi)部或者將液化天然氣直接 注入到殼中，蒸發(fā)的混合制冷劑的冷卻和冷凝可發(fā)生在盤管纏繞式熱交換器的殼側(cè)。液化 天然氣流可從儲存槽或從液化單元的冷端的任何點獲得。
[0008] US2014/075986A1描述了在液化設(shè)施起動期間利用一種液化設(shè)施的主熱交換器和 閉環(huán)制冷回路來分離乙烷與天然氣的方法，而非用于生產(chǎn)液化天然氣，從而加速乙烷的生 產(chǎn)，乙烷即將用作在液化設(shè)施的后續(xù)正常操作期間混合制冷劑的一部分。
[0009] US2011/0036121A1描述了一種移除已經(jīng)泄漏到循環(huán)的氮制冷劑中的天然氣污染 物的方法，氮制冷劑在逆向布雷頓循環(huán)中用于液化天然氣。氮制冷劑的一部分從循環(huán)中抽 出，在主熱交換器的冷端進行液化，并作為回流引進到蒸餾塔的頂部。凈化的氮蒸氣從蒸餾 塔的頂部抽出，以便返回循環(huán)。從蒸餾塔底部抽出的包括天然氣污染物的液體可添加至液 化系統(tǒng)生產(chǎn)的液化天然氣流中。
[0010] US2008/0115530 Al描述了一種從液化天然氣設(shè)施的閉環(huán)制冷循環(huán)所采用的制冷 劑流中移除污染物的方法。制冷劑流可能是級聯(lián)循環(huán)中所采用的甲烷制冷劑或乙烷制冷 劑，其中污染物包括已經(jīng)泄漏到來自級聯(lián)循環(huán)的獨立的閉環(huán)回路的制冷劑中的較重的制冷 劑（例如分別乙烷或丙烷）。該系統(tǒng)利用蒸餾塔移除污染物。被污染的制冷劑在中間位置 引進到蒸餾塔中。清除污染物的制冷劑的蒸汽流從塔的頂部抽出，并返回其閉環(huán)制冷回路。 富含污染物的液體從塔的底部抽出并被丟棄掉。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種從天然氣液化系統(tǒng)中移除制冷劑的方法，其 使用混合制冷劑對天然氣進行液化和/或過冷，混合制冷劑包括甲烷和一種或多種較重成 分的混合物，并且液化系統(tǒng)包括閉環(huán)制冷回路，其中混合制冷劑在使用液化系統(tǒng)時進行循 環(huán)，閉環(huán)制冷回路包括主熱交換器，天然氣輸送通過主熱交換器，以便通過與循環(huán)的混合制 冷劑的間接熱交換而進行液化和/或過冷，所述方法包括： (a) 從閉環(huán)制冷回路抽出蒸發(fā)的混合制冷劑； (b) 將蒸發(fā)的混合制冷劑引進到蒸餾塔中，并為蒸餾塔提供回流，從而將蒸發(fā)的混合制 冷劑分離成富含甲烷的塔頂蒸氣和富含較重成分的底部液體； (c) 從蒸餾塔中抽出塔頂蒸氣，以形成富含甲烷的流，富含甲烷的流從液化系統(tǒng)中移 除；和 (d) 將底部液體從蒸餾塔再引進到閉環(huán)制冷回路中，并且/或者儲存底部液體，使其后 續(xù)可再引進到閉環(huán)制冷回路中。
[0012] 根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了一種改變天然氣液化系統(tǒng)中的液化和過冷的天然 氣的生產(chǎn)率的方法，液化系統(tǒng)使用混合制冷劑對天然氣進行液化和/或過冷，液化系統(tǒng)包 括閉環(huán)制冷回路，其中混合制冷劑在閉環(huán)回路中進行循環(huán)，混合制冷劑包括甲烷和一種或 多種較重成分的混合物，并且閉環(huán)制冷回路包括主熱交換器，天然氣輸送通過主熱交換器， 以便通過與循環(huán)的混合制冷劑的間接熱交換而進行液化和/或過冷，所述方法包括： 第一時段，在此期間以第一進給速率輸送天然氣通過主熱交換器，并且混合的制冷劑 在閉環(huán)制冷回路中以第一循環(huán)速率進行循環(huán)，從而以第一生產(chǎn)率生產(chǎn)液化或過冷的天然 氣； 第二時段，在此期間，通過停止通過主熱交換器的天然氣進給或者將其進給速率減少 至第二進給速率，停止混合制冷劑在閉環(huán)制冷回路中的循環(huán)或者將其循環(huán)速率減少至第二 循環(huán)速率，并且從液化系統(tǒng)中移除制冷劑，來停止液化或過冷的天然氣的生產(chǎn)，或者將液化 或過冷的天然氣的生產(chǎn)率減少至第二生產(chǎn)率，其中從液化系統(tǒng)中移除制冷劑的方法包括： (a) 從閉環(huán)制冷回路抽出蒸發(fā)的混合制冷劑； (b) 將蒸發(fā)的混合制冷劑引進到蒸餾塔中，并為蒸餾塔提供回流，從而將蒸發(fā)的混合制 冷劑分離成富含甲烷的塔頂蒸氣和富含較重成分的底部液體； (c) 從蒸餾塔中抽出塔頂蒸氣，以形成富含甲烷的流，富含甲烷的流從液化系統(tǒng)中移 除；和 (d) 將底部液體從蒸餾塔再引進到閉環(huán)制冷回路中，并且/或者儲存底部液體，使其后 續(xù)可再引進到閉環(huán)制冷回路中。
[0013] 根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供了一種天然氣液化系統(tǒng)對天然氣進行液化和/或過 冷，天然氣液化系統(tǒng)使用混合的制冷劑，混合的制冷劑包括甲烷和一種或多種較重成分的 混合物，所述液化系統(tǒng)包括： 閉環(huán)制冷回路，其用于在使用液化系統(tǒng)時容納并使混合的制冷劑循環(huán)，閉環(huán)制冷回路 包括主熱交換器，天然氣可輸送通過主熱交換器，以便通過與循環(huán)的混合制冷劑的間接熱 交換而進行液化和/或過冷； 蒸餾塔，其用于接收來自閉環(huán)制冷回路的蒸發(fā)的混合制冷劑，并且可操作，以便將蒸發(fā) 的混合制冷劑分離成混合制冷劑的富含甲烷的塔頂蒸氣和富含較重成分的底部液體； 用于為蒸餾塔提供回流的器件； 導(dǎo)管，其用于將蒸發(fā)的混合制冷劑從閉環(huán)制冷回路傳遞給蒸餾塔，用于從蒸餾塔中抽 出并從液化系統(tǒng)中移除由塔頂蒸氣形成的富含甲烷的流，并且用于將底部液體從蒸餾塔再 弓丨進到閉環(huán)制冷回路中。
【附圖說明】
[0014] 圖1是示意性的流程圖，其描繪了在第一時段期間操作的根據(jù)本發(fā)明的一個實施 例的天然氣液化系統(tǒng)，其中其在正常條件下進行操作，在此期間，液化和過冷的天然氣正在 以第一生產(chǎn)率或正常生產(chǎn)率進行生產(chǎn)。
[0015] 圖2是示意性的流程圖，其描繪了現(xiàn)在在第二時段期間操作的天然氣液化系統(tǒng)， 其中其在怠速或關(guān)閉條件下進行操作，在此期間，液化和過冷的天然氣的生產(chǎn)被減少或停 止，并且制冷劑現(xiàn)在正在從天然氣液化系統(tǒng)中移除。
[0016] 圖3是示意性的流程圖，其描繪了同樣在第二時段期間操作的根據(jù)本發(fā)明的另一 實施例的天然氣液化系統(tǒng)，其中其在怠速或關(guān)閉條件下進行操作，在此期間，液化和過冷的 天然氣的生產(chǎn)被減少或停止，并且制冷劑現(xiàn)在正在從天然氣液化系統(tǒng)中移除。
[0017] 圖4是示意性的流程圖，其描繪了同樣在第二時段期間操作的根據(jù)本發(fā)明的另一 實施例的天然氣液化系統(tǒng)，其中其在怠速或關(guān)閉條件下進行操作，在此期間，液化和過冷的 天然氣的生產(chǎn)被