專利名稱：天然氣液化裝置及其相關(guān)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
總的來說，本發(fā)明涉及氣體的壓縮和液化，更具體地涉及通過使用制冷和膨脹聯(lián)合過程，將天然氣等氣體小規(guī)模地部分液化。
背景技術(shù)：
天然氣是汽油和柴油等燃料的一種已知替代物。人們已經(jīng)在開發(fā)天然氣作為替代燃料以克服汽油和柴油包括生產(chǎn)成本和使用后排放等各種缺點方面作出了很多努力。本領(lǐng)域已知天然氣是一種比其他燃料更清潔的燃料。另外，天然氣也被認為比汽油或柴油更安全，因為天然氣會上升到空氣中并散逸，而不是沉降。
為了用作替代燃料，天然氣(這里也稱為“原料氣”)通常被轉(zhuǎn)化成壓縮天然氣(CNG)或液化(或液體)天然氣(LNG)，便于在使用前進行儲存和運輸。對于液化天然氣通常有兩個已知的基本循環(huán)，被稱為“階式循環(huán)”和“膨脹循環(huán)”。
簡單地說，階式循環(huán)由一系列原料氣的熱交換組成，每次交換都在逐步更低溫度下發(fā)生，直至完成要求的液化。使用不同的制冷劑或在不同蒸發(fā)壓力下使用相同制冷劑，獲得一定的制冷程度。利用階式循環(huán)生產(chǎn)LNG被認為是非常有效的，因為操作成本較低。但是，操作的有效性經(jīng)常會被制冷系統(tǒng)中昂貴的熱交換器和壓縮設(shè)備造成的較高投資成本所抵消。另外，當實際空間有限時，包括這種系統(tǒng)的液化裝置可能并不實用，因為階式系統(tǒng)中使用的實際部件體積較大。
在膨脹循環(huán)中，氣體通常被壓縮至選定的壓力，被冷卻，然后使其通過膨脹渦輪發(fā)生膨脹，從而做功，并降低原料氣的溫度。然后，低溫原料氣發(fā)生熱交換，使原料氣液化。通常，這種循環(huán)在天然氣的液化中行不通，因為天然氣中存在的一些組分例如水和二氧化碳會在熱交換器的溫度下發(fā)生凍結(jié)，而這種循環(huán)中沒有處理這些組分的設(shè)備。
另外，要使傳統(tǒng)系統(tǒng)的操作在成本上更為有效，通常將這種系統(tǒng)的規(guī)模做大，以處理大量的天然氣。因此，設(shè)備很少，向液化裝置或設(shè)備提供原料氣較困難，并使液化產(chǎn)物的分配也成為一個問題。大規(guī)模設(shè)備的另一個主要問題是與其相關(guān)的資本和操作費用。比如，能生產(chǎn)70,000加侖/天的LNG的傳統(tǒng)大規(guī)模液化裝置，可能需要花費2百萬到1千5百萬美元，或更多的資金。而且，這種液化裝置需要幾千馬力的功率以驅(qū)動制冷循環(huán)中的壓縮機，使該液化裝置的操作費用昂貴。
大規(guī)模設(shè)備的另一個問題是儲存大量燃料以供未來使用和/或運輸?shù)某杀尽２粌H有建設(shè)大儲存設(shè)施的成本，還有與其相關(guān)的效率問題，因為儲存的LNG會隨時間升溫而蒸發(fā)，使LNG燃料產(chǎn)品發(fā)生損失。而且，在儲存大量LNG燃料產(chǎn)品時，安全也成為一個問題。
面對以上問題，已經(jīng)開發(fā)出各種系統(tǒng)，試圖以小規(guī)模方式從原料氣生產(chǎn)LNG或CNG，努力消除長期儲存的問題，并降低與天然氣的液化和/或壓縮相關(guān)的資金和操作費用。但是，這種系統(tǒng)和技術(shù)都存在一個或多個缺點。
在1996年4月9日公布的Barclay的美國專利5505232涉及一種生產(chǎn)LNG和/或CNG的系統(tǒng)。據(jù)該專利所稱，該公開的系統(tǒng)能以小規(guī)模方式操作生產(chǎn)約1000加侖/天的液化或壓縮的燃料產(chǎn)品。但是，該系統(tǒng)的液化部分本身需要“清潔的”或“純化的”氣流，這意味著必須在實際開始液化過程之前，將氣體中的二氧化碳，水，或重質(zhì)烴等各種組分除去。
類似的，在2000年7月11日公布的Johnston的美國專利6085546和6085547中描述了生產(chǎn)LNG的方法和系統(tǒng)。Johnston的專利都涉及小規(guī)模生產(chǎn)LNG，但是同樣都需要“預(yù)純化”氣體，以完成實際液化循環(huán)。需要向液化循環(huán)提供“清潔的”或“預(yù)純化”氣體是基于某些氣體組分會在液化過程中由于其高于天然氣主要組分甲烷的凝固點而可能發(fā)生凝固并堵塞系統(tǒng)的實際情況。
因為許多天然氣源，比如住宅或工業(yè)供應(yīng)氣，被認為是較“臟”的，要求提供“清潔的”或“預(yù)純化的”氣體實際上就需要在液化過程之前安排昂貴和通常是復(fù)雜的過濾和純化系統(tǒng)。這種要求的確增加建造和操作這種液化裝置或設(shè)備的費用和復(fù)雜性。
考慮到現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本發(fā)明提供一種方法和實施這個方法的裝置，其優(yōu)點是能以小規(guī)模有效生產(chǎn)液化天然氣。更具體地說，其優(yōu)點是提供一種從較“臟”或“未純化的”天然氣無須“預(yù)純化”而生產(chǎn)液化天然氣的系統(tǒng)。這種系統(tǒng)或可以包括各種為了提高效率而與液化循環(huán)結(jié)合在一起的凈化循環(huán)。
其另一優(yōu)點是提供了一種建造和操作起來較不昂貴的天然氣液化的裝置，該裝置最好很少或不需要操作者看管。
其再一優(yōu)點是提供了一種能容易運輸而且能在人口稠密社區(qū)中或附近的現(xiàn)有天然氣源處安放和操作的液化裝置，從而使LNG燃料的消費者能很方便地利用。
發(fā)明概述本發(fā)明一方面提供了一種從大量天然氣中除去二氧化碳的方法。該方法包括冷卻該大量天然氣中的至少一部分形成至少包含液體天然氣和固體二氧化碳的漿料。使?jié){料流入旋液分離器并形成增稠的泥漿。該增稠的泥漿包含固體二氧化碳和部分液體天然氣。通過旋液分離器的底流口排出增稠的泥漿，而液體天然氣的其余部分則通過旋液分離器的溢流口流出。
冷卻所述大量天然氣的所述部分可以通過膨脹所述氣體完成，比如通過一個Joule-Thomson閥。冷卻所述大量天然氣的所述部分還可以包括使該氣體流過一個熱交換器。
該方法還可以包括在所述液體天然氣離開旋液分離器的溢流口之后，使其通過附加的二氧化碳過濾器。
本發(fā)明另一方面提供了一種從大量天然氣中除去二氧化碳的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括配置成從該大量天然氣中的至少一部分產(chǎn)生壓縮的天然氣流的壓縮機。至少一個熱交換器接受并冷卻壓縮的天然氣流。配置膨脹閥或其他氣體膨脹機，使冷卻和壓縮的氣流發(fā)生膨脹，并由此形成漿料，該漿料包含液體天然氣和固體二氧化碳。配置旋液分離器接受漿料并將其分離成第一部分液體天然氣和增稠的泥漿，該增稠的泥漿含有固體二氧化碳和第二部分液體天然氣。
該系統(tǒng)還可包括附加的熱交換器和氣體膨脹機。另外，可以配置二氧化碳過濾器來接受第一部分液體天然氣以除去任何殘余的固體二氧化碳。
本發(fā)明另一方面提供了一種液化裝置。該液化裝置入口配置成與天然氣源連接，天然氣源可以是未純化的天然氣。配置渦輪膨脹機來接受通過液化裝置入口引入的第一股天然氣流，由此產(chǎn)生膨脹的冷卻流。壓縮機與渦輪膨脹機機械連接，用來接受通過該入口引入的第二股天然氣流，由此產(chǎn)生壓縮的處理流。配置第一熱交換器接受以逆流方式布置的壓縮的處理流，和膨脹的冷卻流以方式冷卻壓縮的處理流。液化裝置第一出口配置成與未純化的天然氣源連接，使膨脹的冷卻流通過熱交換器之后通過液化裝置第一出口排出。配置第一膨脹閥接受冷卻和壓縮的過程流的第一部分并使其發(fā)生膨脹，形成附加的冷卻流，在膨脹的冷卻流進入第一熱交換器之前，附加的冷卻流與膨脹的冷卻流混合。配置第二膨脹閥接受冷卻和壓縮的處理流的第二部分并使其發(fā)生膨脹，由此形成氣-固-液混合物。配置第一氣-液分離器接受該氣-固-液混合物。配置液化裝置第二出口與儲存容器連接，該第一氣-液分離器配置成將其包含的液體送至液化裝置第二出口。
本發(fā)明另一方面提供了一種生產(chǎn)液體天然氣的方法。該方法包括提供未純化的天然氣源。從該氣源流出的一部分天然氣被分流成處理流和第一冷卻流。第一冷卻流流過渦輪膨脹機并在該處做功帶動壓縮機。處理流流過壓縮機并隨后被該膨脹的冷卻流冷卻。冷卻和壓縮的處理流被分流成產(chǎn)物流和第二冷卻流。第二冷卻流發(fā)生膨脹并與該膨脹的第一冷卻流混合。使產(chǎn)物流膨脹形成包含液體，蒸氣和固體的混合物。從蒸氣中分離液體和固體，最后從該液-固混合物中分離出至少一部分液體。
附圖簡要說明通過閱讀以下詳細說明和參考附圖，本發(fā)明的上述和其他優(yōu)點是顯而易見的，其中附

圖1是本發(fā)明一個實例的液化裝置的示意圖；附圖2是本發(fā)明一個實例的液化裝置基本循環(huán)的工藝流程附圖3是本發(fā)明一個實例的與液化循環(huán)相結(jié)合的水凈化循環(huán)的工藝流程圖；附圖4是本發(fā)明一個實例的與液化循環(huán)相結(jié)合的二氧化碳凈化循環(huán)的工藝流程圖；附圖5A和5B表示本發(fā)明一個實例的一種熱交換器；附圖6A和6B表示附圖5A和5B所示熱交換器中所用冷卻盤管的平面圖和正視圖；附圖7A到7C表示本發(fā)明各種實例中附圖5A和5B所示熱交換器的不同方式操作的示意圖；附圖8A和8B表示可與附圖5A和5B所示熱交換器一起使用的堵頭的透視圖和正視圖；附圖9是可與附圖4所示液化裝置和過程一起使用的CO2過濾器實例的截面圖；附圖10是本發(fā)明另一個實例的液化循環(huán)的工藝流程圖；附圖11A是附圖10所示液化裝置和過程所包含的壓差回路的工藝示意圖；附圖11B是附圖10所示液化裝置和過程中所包含的優(yōu)選壓差回路的工藝示意圖；附圖12是本發(fā)明另一個實例的液化循環(huán)的工藝流程圖；附圖13是本發(fā)明一個實例的液化裝置的透視圖；附圖14表示附圖4所示液化裝置往裝置地點運輸；和附圖15是表示本發(fā)明一個實例的整個系統(tǒng)流體物質(zhì)狀態(tài)點的工藝流程圖。
發(fā)明詳細說明參見附圖1，其為本發(fā)明一個實例的天然氣(LNG)液化站100的部分示意圖。要注意的是，雖然通過天然氣的液化對本發(fā)明進行說明，但是本發(fā)明也可用于液化其他氣體，這是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員能夠認識和理解的。
液化站100包括一個與管道104等天然氣源相連的“小規(guī)?！碧烊粴庖夯b置102，但預(yù)期比如井口等其他氣源也是同樣適用的。這里用術(shù)語“小規(guī)模”表示不同于產(chǎn)量高達70,000加侖/天或更多LNG的大規(guī)模裝置。相比而言，本發(fā)明公開的液化裝置產(chǎn)量約是10,000加侖/天LNG，但是也可以按照需要改為不同產(chǎn)量，并且不限于小規(guī)模操作或裝置。另外將在下文中詳細說明的是，本發(fā)明的液化裝置102在尺寸上大大小于大規(guī)模裝置，能容易地從一處被運輸?shù)搅硪惶帯?br> 沿著管道104分布有一個或多個調(diào)壓器106，用于控制其中流過的氣體壓力。這種結(jié)構(gòu)的代表是一種減壓站，其中天然氣的壓力從上游位置的高傳輸壓被降低至適于分配給下游位置的一個或多個用戶的壓力。調(diào)壓器106的上游壓力，比如，在管道中的壓力約是300到1000磅/平方英寸絕對值(psia)，而調(diào)壓器的下游壓力可以被降低至約65psia或更小。當然，這些壓力值只是舉例，可以根據(jù)特定管道104和下游用戶的需要進行變化。還要注意的是，管道104中上游氣體的可獲得壓力(即，位于液化裝置入口112)并非關(guān)鍵，因為可以在氣體進入上述液化過程之前，通過使用輔助增壓泵和熱交換器將其壓力升高。
在沿著管道104進行減壓之前，來自管道104的原料氣流108被分流，并通過流量計110，對流過的氣體量進行測量和記錄。然后使原料氣流108通過液化裝置入口112流入小規(guī)模液化裝置102中進行處理，這將在下文詳細說明。進入液化裝置102的一部分原料氣被轉(zhuǎn)變成LNG并在液化裝置出口114處離開液化裝置102，被儲存在合適的儲罐或容器116中。容器116優(yōu)選能在約30到35psia的壓力和低至-240°F的溫度下容納至少10,000加侖的LNG。但是，可以根據(jù)液化裝置102的具體輸出要求，使用其他的容器尺寸和結(jié)構(gòu)。
容器出口118與流量計120相連，共同從容器116分配LNG，比如分配至LNG驅(qū)動的車輛，或者按照需要分配入運輸車輛。與閥/計量設(shè)備124相連的容器入口122包括流量或過程測量器件，能在分配來自容器116的LNG時對車輛油罐進行通風和/或吹掃。管道126與容器116相連，并與液化裝置第二入口128相連，能靈活地控制來自液化裝置102的LNG流量，還能把該流體從容器116中轉(zhuǎn)移開，或者從容器116中引出蒸氣，如果條件需要進行這些操作的話。
液化裝置102還與管道104的下游部分130在液化裝置第二出口132處相連，使在液化裝置102中進行處理的未液化天然氣部分以及其他能在LNG生產(chǎn)過程中被除去的組分一起排出。任選地，可以在與容器入口122處相鄰的位置，將排氣管道134與液化裝置102的管道相連，表示為接點136A和136B。這種排氣管道134同樣會將氣體帶入管道104的下游部分130中。
當各種氣體組分離開液化裝置102并進入管道104的下游部分130中時，可以使用閥/計量設(shè)備138來測量通過的氣體流量，該閥/計量設(shè)備138包括流量和/或過程測量器件。閥/計量設(shè)備124和138以及流量計110和120可以按照要求位于液化裝置102的外部和/或內(nèi)部。因此，通過比較流量計110和126的輸出，有助于確定從管道104被除去的原料氣凈量，因為上游流量計110測量除去氣體的總量，而下游流量計130測量放回到管道104中的氣體量，其差值就是從管道104除去的原料氣凈量。同樣，任選流量計120和124表示從容器116排出的LNG凈量。
參見附圖2，其為附圖1液化裝置102一個實例的工藝流程圖。如附圖1中所示，溫度約是60°F的高壓原料氣流(即，300到1000psia)通過液化裝置入口112進入液化裝置102。處理原料氣之前，一小部分原料氣140被分流，通過干燥過濾器142作為儀器控制氣，操縱和控制液化裝置102中的各種部件。雖然只示出一股儀器氣流144，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠認識到可以用相同方式形成多股儀器控制氣。
或者，可以使用獨立的儀器控制氣源，比如，用氮氣控制液化裝置102中的各種設(shè)備和部件。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員能夠認識到也可以使用其他儀器控制手段，比如電驅(qū)動。
在進入液化裝置102時，原料氣流過過濾器146以除去可能導(dǎo)致?lián)p壞或堵塞氣流通過液化裝置102各部件的大物體。還能用過濾器146除去某些液體和固體組分。比如，過濾器146可以是一種聚結(jié)型過濾器。一種典型過濾器可以從位于Tewksbury，Massachusetts的Parker Filtration獲得，其設(shè)計成在約60°F和約500psia的壓力下能處理約5000標準立方英尺/分鐘(SCFM)的天然氣。
過濾器146可以具有任選的排出口148，能排入液化裝置出口132附近的管道中，其表示為連接處136C和136A，該排出物最終再進入管道104的下游部分130(參見附圖1)。旁通管150環(huán)繞過濾器146，使過濾器146能被隔斷，需要時檢修而不切斷液化裝置102中的氣體流動。
原料氣流過過濾器146(或者通過管道150環(huán)繞過濾器)之后，原料氣被分流成兩股流體，冷卻流152和處理流154。冷卻流152通過渦輪膨脹機156，被膨脹成具有比如在約100°F的較低溫和大氣壓和約100psia之間的較低壓力的膨脹的冷卻流152’。渦輪膨脹機156是一種渦輪機，能使氣體膨脹，并由膨脹過程得到動力。旋轉(zhuǎn)壓縮機158與渦輪膨脹機156通過機械方式連接，比如通過軸160連接，利用渦輪膨脹機156所產(chǎn)生的動力壓縮處理流154。根據(jù)壓縮機158的功率要求以及橫跨渦輪膨脹機156的流量和壓力降，確定各冷卻和工藝管線152和154中的氣體比例。可以用渦輪膨脹機156中的葉輪控制閥，根據(jù)上述參數(shù)的要求控制冷卻和工藝管線152和154之間的氣體比例。
一種典型的渦輪膨脹機156和壓縮機158系統(tǒng)包括一個從位于Gardona，California的GE Rotoflow獲得的構(gòu)架尺寸(10)系統(tǒng)。膨脹機156壓縮機158系統(tǒng)被設(shè)計成能在約440psia，5000磅質(zhì)量/小時，約60°F下操作。膨脹機/壓縮機系統(tǒng)還可以被安裝在磁性軸承上，以減少膨脹機156和壓縮機158上的軌跡并簡化對其的保養(yǎng)。
旁通管162使冷卻流152環(huán)繞渦輪膨脹機156。同樣，旁通管164使處理流154環(huán)繞壓縮機158?？梢栽趩訒r使用旁通管162和164，在液化裝置102中處理LNG之前，使特定部件處于穩(wěn)定狀態(tài)。比如，旁通管162和164使熱交換器166，和/或其他部件處于不會引起熱沖擊的穩(wěn)定溫度。如果沒有旁通管162和164，由于渦輪膨脹機156和壓縮機154中直接流出氣體會產(chǎn)生熱沖擊。根據(jù)液化裝置102中所使用特定部件(即，熱交換器166)的設(shè)計，可能需要幾個小時，才能使系統(tǒng)在啟動液化裝置102時達到熱穩(wěn)定狀態(tài)。
比如，使處理流154環(huán)繞壓縮機158，處理流154的溫度就不會在其被引入熱交換器166之前升高。但是，當繞過膨脹機156的冷卻流152通過Joule-Thomson(JT)閥163時使冷卻流發(fā)生膨脹，從而使其溫度降低。JT閥163應(yīng)用了Joule-Thomson原理，即氣體的膨脹會導(dǎo)致伴隨的氣體冷卻，這是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員能夠理解的。然后可以使用冷卻流152逐漸降低熱交換器166的溫度。
在一個下文將再詳細討論的實例中，熱交換器166是一種鋁制高效熱交換器。在啟動狀態(tài)下，可能最好能使這種熱交換器166的溫度以高達1.8°F/分的速度降低至指定溫度限值。在啟動液化裝置時，可以在溫度逐漸下降時監(jiān)控熱交換器166的溫度?？梢韵鄳?yīng)控制JT閥163和其他閥165或設(shè)備，以達到冷卻流152’和處理流154’的流速和壓力，最終控制熱交換器166和/或液化裝置其他部件的冷卻速率。
而且，在啟動時，儲罐116(附圖1)中最好已經(jīng)有一定量的LNG。儲罐中的LNG產(chǎn)生的一些冷蒸氣，或從其他來源產(chǎn)生的冷蒸氣或氣體，在系統(tǒng)中循環(huán)，使各種部件冷卻，這是最好的或認為是必需的。而且，可以在啟動時同樣可控制其他冷卻設(shè)備，包括位于各種“回路”或流體中的另外JT閥，以冷卻熱交換器166或液化裝置102的其他部件，在閱讀了以下說明書的其他部分之后，這一點是顯而易見的。
達到穩(wěn)定狀態(tài)后，處理流154流過壓縮機158，使處理流154的壓力升高。旋轉(zhuǎn)式壓縮機出口與入口處的典型壓力比約是1.5到2.0，平均比是1.7左右。壓縮過程并非理想的，因此，在其被壓縮時會對處理流154進行加熱。為了除去壓縮的處理流154’的熱量，使其流過熱交換器166，將其冷卻至一個非常低的溫度，比如約是-200°F。如附圖2所示熱交換器166的實例是一種應(yīng)用逆流的設(shè)備，這是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的。
離開熱交換器166后，冷卻和壓縮的處理流154″被分流成兩股新的流體，冷卻流170和產(chǎn)物流172。冷卻流170和產(chǎn)物流172各自通過JT閥174和176發(fā)生膨脹。冷卻流和處理流170和172通過JT閥174和176所發(fā)生的膨脹導(dǎo)致壓力降低，比如在大氣壓和約100psia之間，并導(dǎo)致溫度降低，比如約為-240°F。壓力和溫度的降低會使冷卻流和產(chǎn)物流170和172形成液體和蒸氣天然氣的混合物。
冷卻流170與離開渦輪膨脹機156的膨脹的冷卻流152’混合形成混合冷卻流178。然后用混合冷卻流178通過熱交換器166冷卻壓縮的處理流154’。在熱交換器166中冷卻壓縮的處理流154’之后，可以使混合冷卻流178排放回下游部分130處的天然氣管道104中(附圖1)。
通過JT閥176發(fā)生膨脹之后，產(chǎn)物流172進入液體/蒸氣分離器180。收集來自分離器180的蒸氣組分并通過管道182將其排出，加入熱交換器166上游處的混合冷卻流178中。分離器中的液體組分是LNG燃料產(chǎn)物，通過液化裝置出口114儲存在容器116中(附圖1)。
通過控制分別流過冷卻流和產(chǎn)物流170和172的氣體比例，過程熱力學(xué)能生產(chǎn)出具有高液體組成的產(chǎn)物流。如果液體組成高，即大于90％，則液體中的甲烷含量高，而重質(zhì)烴(乙烷，丙烷，等)的含量低，從而接近輸入氣流112的相同組成。如果液體組成低，則液體中的甲烷含量低，而液體中的重質(zhì)烴含量高。重質(zhì)烴會增加燃料的內(nèi)能，使燃料在燃燒過程中燒得更熱。
附圖2所示的液化過程提供了低成本，高效，和有效的生產(chǎn)LNG的方法，而送入液化循環(huán)的氣源是不含水和/或二氧化碳的。
參見附圖3，其為液化裝置102’另一個實例所使用的液化過程的工藝流程圖。其中所示液化裝置102’和過程具有與附圖2所示液化裝置102和過程相同的標號，為了清楚起見，對相同的部件以相同的標號進行表示。
附圖3中所示液化裝置102’基本上改進了附圖2所示的基本循環(huán)，能在生產(chǎn)LNG時從天然氣流中除去水，防止在整個系統(tǒng)中形成冰。如附圖3所示，水凈化循環(huán)包括甲醇源200，或其他吸水產(chǎn)品，通過泵202在氣體被分流成冷卻流152和處理流154之前的位置處被射入氣流中。泵202最好包括不同流量配件，優(yōu)選通過至少一個霧化或氣化噴嘴將甲醇射入氣流中?；蛘撸梢允褂瞄y203適應(yīng)多種噴嘴，使得可以根據(jù)原料氣的流量特性使用合適的噴嘴。當氣源中的水含量波動不明顯時，優(yōu)選使用單個噴嘴而不用閥203。
噴射甲醇的合適泵202可以包括各種流量控制器，在設(shè)計壓力約是1000psia，水含量約是2到7磅質(zhì)量/百萬標準立方英尺(1bm/mmscf)時，其流量在0.4到2.5加侖/分(GPM)范圍內(nèi)。可以通過使用不同頻率傳動與泵202的馬達相連來完成對不同流量的控制。這種典型的泵可以從位于Holliston，Massachusetts的America LEWA獲得。
甲醇與氣流混合，降低其中所含水的冰點。甲醇與氣流混合并與水鍵合，防止在渦輪膨脹機156中發(fā)生膨脹時在冷卻流152中形成冰。另外，如上所述，甲醇存在于處理流154中并與其一起通過壓縮機158。約在熱交換過程的中途(即，約-60°F和-90°F之間)，甲醇和水形成液體。使壓縮的處理流154’臨時從熱交換器166轉(zhuǎn)移，并通過分離罐204，使甲醇/水液體與壓縮的處理流154’分離，液體通過閥206排出，氣體流向聚結(jié)式過濾器208以除去附加量的甲醇/水混合物?？梢酝ㄟ^閥210將甲醇/水混合物從聚結(jié)式過濾器208中排出，而干燥的氣體再進入熱交換器166中接受進一步的冷卻和處理。用接點136D和136A表示，閥206和210都將除去的甲烷/水混合物排入液化裝置排出口132附近的管道中以再排入管道104下游部分130中(參見附圖1)。
一種典型的用于除去甲烷/水混合物的聚結(jié)式過濾器208被設(shè)計成能在約-70°F，流速約是2500 SCFM，壓力約是800psia的條件下處理天然氣。這種過濾器除去甲烷/水混合物的能力達到小于75ppm/w。適用的過濾器可以從位于Tewksbury，Massachusetts的Parker Filtration獲得。
因此附圖3中所示的液化過程能高效地生產(chǎn)天然氣，在過程中結(jié)合了除去水，不需要在液化循環(huán)前，特別是在通過渦輪膨脹機156使氣體發(fā)生膨脹之前，使用昂貴的設(shè)備和預(yù)處理。
參見附圖4，其為液化裝置102″另一個實例所使用的液化過程的工藝流程圖。對液化裝置102″和其中進行的過程采用與附圖2和3中分別表示的液化裝置102和102’以及過程相同的標號，為了清楚起見用相同的標號表示相同的部件。另外，為了清楚起見，附圖4中省略了液化裝置入口112和膨脹機156/壓縮機158之間的循環(huán)部分，但是可以認為該部分是附圖4中所示液化裝置102″和過程中的一個整體部分。
附圖4中所示液化裝置102″改進了附圖2中所示的基本循環(huán)，增加了用于在LNG生產(chǎn)中從天然氣流中除去二氧化碳(CO2)的另一循環(huán)。雖然附圖4所示的液化裝置102″和過程中包括附圖3所示液化裝置102’和過程中的水凈化循環(huán)，但是CO2凈化循環(huán)并不依賴于水凈化循環(huán)的存在，可以被獨立結(jié)合于本發(fā)明的液化過程中。
可以用三個不同的熱交換器166，220和224分割熱交換過程。第一熱交換器220位于壓縮的處理流154’的流動途徑中，使用環(huán)境條件，比如，空氣，水或地面溫度或其組合，對壓縮的處理流154’進行冷卻。熱交換器220用來對壓縮的處理流154’進行降溫的環(huán)境條件能保證壓縮機158產(chǎn)生的熱量不會以熱的方式損害環(huán)境熱交換器220之后的高效熱交換器166。
一種典型的環(huán)境熱交換器220被設(shè)計成能在約6700到6800磅質(zhì)量/小時(1bm/hr)，在約800psia的設(shè)計壓力下處理壓縮的處理流154’。熱交換器220還可以配置成使氣體的入口溫度是約240°F，而氣體的出口溫度是約170°F，這時的環(huán)境溫度(即，空氣溫度，等)約是100°F。如果熱交換器中配備有風扇，則可以用合適的電動機進行驅(qū)動。
沿著流動途徑位于環(huán)境熱交換器220之后的高效熱交換器166可以是一種逆流，板式和翅片型熱交換器。另外，這種板和翅片可以用高導(dǎo)熱材料制成，比如是鋁制的。高效熱交換器166的位置和配置能有效地將盡可能多的熱量從壓縮的處理流154’傳遞至混合冷卻流178’。高效熱交換器166的配置能使氣體的入口溫度約為170°F，而氣體的出口溫度約是-105°F。液化裝置102’的配置最好使高效熱交換器166內(nèi)的溫度決不低到足以形成固體CO2，而固體CO2可能在壓縮的處理流154’的流動途徑中造成堵塞。
沿著處理流的流動途徑依次設(shè)置的第三熱交換器224部分在循環(huán)的較后位置處與處理流中除去的固體CO2的處理有關(guān)。更具體地說，通過將以待排放回管道104中的除去的固體CO2升華，熱交換器224將CO2再引入氣體管道104的下游部分。固體CO2在熱交換器224中升華有助于防止損壞或堵塞熱交換器166。要注意的是，如果需要的話，可以將熱交換器166和224組合。固體CO2的升華也能進一步冷卻以待液化的處理氣體。
一種典型的用于處理固體CO2的熱交換器224可以包括一種管殼式熱交換器。參見附圖5a，其為典型的本發(fā)明管殼式熱交換器224，其被截去罐230的一部分，以顯示多個垂直堆放在其中的冷卻盤管232A-232C，所示為三個。在下盤管232A部分附近的罐230中可以放置過濾材料234，以保證沒有固體CO2離開熱交換器224。過濾材料234可以包括，例如不銹鋼網(wǎng)。根據(jù)盤管232A-232C尺寸和構(gòu)造的需要，罐中可以放置一個或多個結(jié)構(gòu)支撐物236，用以支撐盤管232A-232C。
參見附圖6A和6B，其為典型的冷卻盤管或盤管束232，其可以包括入口/出口管道238和240，其間連接有多根獨立的盤管242。盤管242與每個入口/出口管道238和240處于流體連通狀態(tài)，而且與其密封連接。因此，在操作中，流體可以流入第一入口/出口管道240，在多根盤管242中分配，并通過盤管242進入第二入口/出口管道238，并隨后從中被排出。當然，如果需要的話，通過冷卻盤管232的流體可以是相反方向的，以下將對此進行說明。
典型的盤管232可以包括例如入口/出口管道238和240，其直徑是3英寸，80號304L不銹鋼管。盤管242可以由304L不銹鋼管制成，其壁厚是0.049英寸。冷卻盤管232的設(shè)計和尺寸進一步使其能接納流體，包括但并不限于壓力約為815psia和溫度約在-240°F和-200°F之間的流體。這種盤管232可以從位于Batavia，New York的Graham Corporation獲得。
參見附圖5A，每個獨立冷卻盤管的入口/出口管道238和240的末端，比如盤管232B，與每個相鄰盤管的對應(yīng)入口/出口管道238和240，即232A和232C，在結(jié)構(gòu)上相連并密封。這種連接可以通過例如焊接或其他機械方式形成。
參見附圖5B，罐230中包括外殼244和端部蓋帽246，并連接有多個入口和出口。外殼244和端部蓋帽246可以由例如304或304L不銹鋼制成，使罐230在約-240°F的操作溫度下具有約為95psia的設(shè)計壓力。罐230最好被設(shè)計成具有最少20年使用期限的足夠腐蝕留量。
可以通過一對盤管入口248A和250A將流體引入盤管232A-232C，這一對入口分別連接冷卻盤管232A的入口/出口管道238和240。盤管入口248A和250A被設(shè)計成例如能接納在約-102°F的溫度下壓力約是750psia的至少約為5000lbm/hr的高密度氣體。
一組盤管出口248B和250B分別與盤管232C的入口/出口管道238和240密封連接。每個管道出口248B和250B都被設(shè)計成例如能接納在約-205°F的溫度下壓力約是740psia的至少約為5000lbm/hr的高密度流體。
多個罐入口252A-252I與罐230相連，使冷卻流253和255(附圖4)，(包括除去的固體CO2)進入罐230，并在一個或多個盤管232A-232C上流過。比如，罐入口252A-252C能使一股或多股冷卻流253和255進入罐230，并在盤管232A上流過，同時罐入口252D-252F能使一股或多股冷卻流253和255進入罐230，并首先在盤管232B上流過，然后在盤管232A上流過。罐入口252A-252I可以圍繞外殼244的圓周分布，使冷卻流253和255對于盤管232A-232C按照要求進行分配。
每個罐入口252A-252I都被設(shè)計成能接納具有不同性質(zhì)的流體。比如，罐入口252G可以被設(shè)計成能接納具有約10％的固體CO2，質(zhì)量流速約是5311bm/hr，壓力約是70psia，溫度約是-238°F的液體甲烷漿料。罐入口252H可以被設(shè)計成能接納流速約是1012lbm/hr，壓力約是70psia，溫度約是-218°F的氣體，液體和固體CO2的混合流體。罐入口252I可以被設(shè)計成能接納流速約是4100lbm/hr，壓力約是70psia，溫度約是-218°F的氣體，液體和固體CO2的混合流體。
還要注意的是，如附圖6A所示，冷卻盤管232A-232C周圍可形成一個最外的內(nèi)殼或水套(splash)292，使得在內(nèi)殼和罐外殼244之間能形成一個環(huán)狀空間。內(nèi)殼的配置或控制通過各個罐入口252A-252I進入冷卻流的流動，使冷卻流能在冷卻盤管232A-232c上流過，但是不接觸熱交換器224的罐外殼244。另外，可以在冷卻盤管232A-232C內(nèi)形成一個最內(nèi)的內(nèi)殼或水套294，使得在盤管內(nèi)部和入口/出口管道240之間可形成一個環(huán)狀空間。不銹鋼，比如304L或其他耐腐蝕材料適用于制造水套292和/或294。
冷卻流在一個或多個盤管232A-232c上通過之后，罐出口254能將冷卻流253和255排出。罐出口254的設(shè)計例如使其能接納質(zhì)量流速約是5637lbm/hr，壓力約是69psia，溫度約是-158°F的氣流。
參見附圖7A到7c，其為熱交換器224可能有的各種流動狀態(tài)的示意圖。熱交換器224的配置使通過管道入口248A進入的處理流154′″能通過少于其總數(shù)的冷卻盤管232A-232C。因此，如果需要的話，處理流154′″可以流過全部三個冷卻盤管232A-232C，僅流過兩個冷卻盤管232A和232B，或僅流過一個冷卻盤管232A或250B。對于通過第一盤管232A的流體，合適的管道使處理流154′″能通過相連的管道出口250A離開。類似地，如果要求處理流154′″流過盤管232A和232B的話，其可通過相連的管道出口248B離開。
比如，參見附圖7A，處理流154′″可進入盤管入口248A，首先流過入口/出口管道240。在第一盤管232A與入口/出口管道240相連的上方位置處，有一個流體轉(zhuǎn)向器251A阻擋處理流154′″，強迫其流過第一冷卻盤管232A。雖然可能有一些會短暫流入其他盤管232B和232C中，但是處理流154′″的穩(wěn)定狀態(tài)流體將通過入口/出口管道238，離開盤管出口250B和/或盤管出口250A。
參見附圖7B，可看到使用了兩個流體轉(zhuǎn)向器251A和251B，使處理流154′″旋轉(zhuǎn)通過第一盤管232A，如附圖7A中所示，然后流過入口/出口管道238，直至其遇到第二轉(zhuǎn)向器251B。第二轉(zhuǎn)向器會使處理流154′″流過第二盤管232B，然后通過入口/出口管道240，流過盤管出口248B。
參見附圖7C，其顯示使用了三個流體轉(zhuǎn)向器251A-251C，使處理流154′″轉(zhuǎn)旋通過前兩個盤管，如附圖7B中所示，然后流過入口/出口管道240，直至其遇到第三轉(zhuǎn)向器251C。第三轉(zhuǎn)向器使處理流154′″流過第三盤管232C，然后通過入口/出口管道238離開盤管出口250B。因此，根據(jù)轉(zhuǎn)向器251A-251C的位置，容易使熱交換器的能力適合于各種處理條件和輸出要求。
若合適的話，流體轉(zhuǎn)向器251A-251C可包括堵頭，閥或盲法蘭。雖然閥或盲法蘭位于熱交換器224外部時(比如，位于盤管出口248B)能很容易適合于所述過程，但是最好在內(nèi)部位置使用堵頭(比如，分別用于與第一和第二盤管相鄰的轉(zhuǎn)向器251A和251B)。一種典型的堵頭251如附圖8A和8B中所示。堵頭251可包括一個有螺紋的外部290，用于嚙合位于入口/出口管道238和240中的一個配合的螺紋結(jié)構(gòu)。一個楔形頭292能與一種工具共同配合，在安裝堵頭或從入口/出口管道238和240上將其拆除時使堵頭251發(fā)生轉(zhuǎn)動。另外，可以在楔形頭上形成一組內(nèi)螺紋294，從而鎖定安裝/拆除工具，使堵頭能被插進入口/出口管道238和240中一段顯著長度。而且，所討論和說明的流體轉(zhuǎn)向器和冷卻盤管的結(jié)構(gòu)，數(shù)量和位置是示范性的。因此，能夠理解可以在本發(fā)明中使用各種不同的流體轉(zhuǎn)向器和冷卻盤管排列。
在控制通過冷卻盤管232A-232C的處理流154′″的同時，可以采用類似方法通過合適的閥和管道控制通過罐入口252A-252I進入的冷卻流。
再回到附圖4，當處理流154′″通過管道256離開熱交換器224時，其被分流成冷卻流170’和產(chǎn)物流172’。冷卻流170’通過JT閥174’，使冷卻流170’發(fā)生膨脹，產(chǎn)生各種相的CO2，包括固體CO2，形成天然氣和CO2的漿料。這種富含CO2的漿料通過一個或多個罐入口252A-252I進入熱交換器224，并在一個或多個盤管232A-232c上通過(參見附圖5A和5B)。
產(chǎn)物流172’通過JT閥176’，被膨脹至低壓，比如約為35psia。通過JT閥176’的膨脹還起到降低溫度的作用，比如降至約-240°F。這時在該過程中，產(chǎn)物流172’中形成固體CO2。這時，膨脹的產(chǎn)物流172″包含固體CO2，進入液體/蒸氣分離器180，收集蒸氣并通過管道182’從分離器180中排出，加入混合冷卻流257中，作為熱交換器224中的致冷劑。液體/蒸氣分離器180中的液體成為包含LNG燃料產(chǎn)物和固體CO2的漿料。
漿料從分離器180排出后，通過一種尺寸和結(jié)構(gòu)合適的泵260被送至旋液分離器258。泵260主要用來處理通過旋液分離器258的壓力降所形成的蒸氣。即，泵260通過帶走冷漿料并將其增壓至亞冷卻狀態(tài)來處理蒸氣。當亞冷卻漿料通過旋液分離器258時，漿料回復(fù)至平衡狀態(tài)，從而防止由于漿料在通過旋液分離器時產(chǎn)生壓力降，而形成燃料產(chǎn)物蒸氣和/或蒸發(fā)的CO2。泵260如附圖4中所示，位于液體/蒸氣分離器180的外部，如果有要求的話，泵實際上可位于液體/蒸氣分離器260內(nèi)。采用這種結(jié)構(gòu)，可以將泵浸沒在分離器180的下部中。配置適用泵使之具有約2到6.2加侖/分(gpm)LNG的可調(diào)節(jié)流速，在-240°F操作時具有80psi的差壓?？梢酝ㄟ^采用變頻傳動來控制可調(diào)流速。這種典型的泵可以從位于Arvada，Colorado的Barber-Nichols獲得。
旋液分離器258作為一種分離器，能從漿料中除去固體CO2，使LNG產(chǎn)物燃料能被收集和儲存。一種典型的旋液分離器258被設(shè)計成例如能在約125psia的壓力和約-238°F的溫度下操作。旋液分離器258應(yīng)用壓力降產(chǎn)生離心力，從液體中分離固體。由部分液體天然氣和固體CO2所形成的增稠泥漿通過底流口262離開旋液分離器258。其余的液體天然氣通過溢流口264再進行過濾。在旋液分離器的下流口262和溢流口264之間存在很小的壓差，比如約是0.5psi。因此，例如增稠泥漿可以以約40.5psia的壓力離開底流口262，而液體天然氣以約40psia的壓力離開溢流口264。但是根據(jù)所用的特定旋液分離器258，其他壓差可能更合適?？刂崎y265可位于旋液分離器258的溢流口264處，幫助控制旋液分離器258中的壓差。
一種適用的旋液分離器258可以從Tucson，Arizona的Krebs Engineering獲得。一種典型的旋液分離器可配置成使其能在高達約125psi的設(shè)計壓力，約100°F到-300°F的溫度范圍內(nèi)操作。另外，一種典型的旋液分離器內(nèi)部最好被精細研磨至8-12微英寸或更好的光潔度。
液體天然氣通過平行放置的多個CO2篩濾器中的一個，在本例中有兩個篩濾器，是266A和266B。篩濾器266A和266B捕集沒有在旋液分離器258中分離掉的所有殘余固體CO2。參見附圖9，其為典型的篩濾器266，由6英寸的40號不銹鋼管268制成，包括粗不銹鋼網(wǎng)的第一濾網(wǎng)270，不銹鋼網(wǎng)的第二錐形濾網(wǎng)272，其不銹鋼網(wǎng)眼沒有第一濾篩270粗大，和由細不銹鋼網(wǎng)制成的第三濾網(wǎng)274。比如，在一個實例中，第一濾網(wǎng)270由50到75目的不銹鋼網(wǎng)形成，第二濾網(wǎng)272由75到100目的不銹鋼網(wǎng)形成，第三濾網(wǎng)274由100到150目的不銹鋼網(wǎng)形成。在另一個實施例中，其中的兩個濾網(wǎng)270和274由相同目數(shù)的篩網(wǎng)形成，比如是40目的不銹鋼網(wǎng)或更細的篩網(wǎng)，以較不緊密或更緊密方式填充以獲得所需效果。即，濾網(wǎng)270可由網(wǎng)層或篩網(wǎng)形成，較松地卷在一起，形成較不密，或表面積較小的填充物，篩網(wǎng)274可由相同的網(wǎng)層或篩網(wǎng)材料形成，但是更緊地卷成更密，或表面積更大的填充物。
CO2篩濾器266A和266b常常會被捕集的固體CO2阻塞或堵塞。因此，如果使用一個過濾器，比如266A來從液體天然氣流中捕集CO2的話，則可以在另一個過濾器266B中以逆流方式通過一股溫度較高的天然氣流，將CO2吹走。比如，可以從水凈化循環(huán)之后通過第四熱交換器275引入氣體，表示為接點276C和276B，使其流過并清潔CO2篩濾器266B。可以在通過熱交換器275并進入CO2篩濾器266B之前，使氣體先流過一個或多個調(diào)壓閥277，對過程中的壓力和流動狀態(tài)進行控制。
在清潔過濾器266B時，清潔氣體可以被排放回到盤管型熱交換器224中，其連接處表示為301B和301C。通過適當?shù)拈y和管道能換接過濾器266A和266B并在需要時將其彼此隔斷。除去積聚在過濾器上CO2固體的其他方法是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的。
經(jīng)過過濾的液體天然氣離開液化裝置102″，如上所述進行儲存。可以在從液化裝置入口和出口的管道之間放置一個故障開啟型閥279，當液化裝置102″中或外部天然氣源，比如儲罐116(附圖1)出現(xiàn)失常情況時，作為故障安全器。
在旋液分離器258中形成的增稠泥漿離開底流口262并通過管道278流向熱交換器224，幫助冷卻流過的處理流154’。從液體/蒸氣分離器180通過管道182’的蒸氣，經(jīng)過背壓控制閥280A，與一部分通過管道259離開熱交換器224的氣體混合，形成混合冷卻流257。流過管道259的混合冷卻流257進一步起到“補充”的作用，當通過背壓控制閥280A的流速太低時，保持排放器282正常工作。優(yōu)選將背壓控制閥280B設(shè)置成比壓力控制閥280A高幾個psi，使混合冷卻流257保持正確方向的流動。然后混合冷卻流257通過排放器282。在高效熱交換器166和盤管型熱交換器224之間從處理流中被引出的動力(motive)流284，也流過排放器，并起到將混合冷卻流257引入一個或多個罐入口252A-252I的作用(附圖5B)。一種典型的排放器282配置成使其能在動力流約為764psia的壓力，溫度約為-105°F，抽吸流壓力約是35psia以及溫度約為-240°F，排放壓力約是69psia的條件下操作。這種排放器可以從Dover，New Jersey的Fox Valve Development Corp.獲得。
通過冷卻流170’，混合冷卻流257或者底流278被引入熱交換器224中的CO2漿料，在一個或多個冷卻盤管232A-232c上，向下流過熱交換器224，使固體CO2升華。這產(chǎn)生溫度高到足以除去其中的固體CO2的冷卻流286。離開熱交換器224的冷卻流286與從渦輪膨脹機156中流出的膨脹的冷卻流152’混合，形成混合冷卻流178’，用于冷卻高效熱交換器166中的壓縮的處理流154’。離開熱交換器166時，混合冷卻流178’進一步與流過所述連接處136A的各種其他氣體組分混合，以排入管道104的下游部分130中(附圖1)。
參見附圖10，其為本發(fā)明另一個實例的液化裝置102′″。液化裝置102′″基本上以與附圖4的液化裝置102’相同的方式操作，但有一些微小的改進。
第四熱交換器222按順序位于高效熱交換器166’和熱交換器224之間的處理流的流動途徑上。熱交換器222與除去CO2有關(guān)，主要起到對在循環(huán)的較后位置從處理流中除去的固體CO2加熱的作用，這將在下文詳細說明。第四熱交換器222還能幫助冷卻氣體，為液化和除去CO2作準備。
在旋液分離器258中形成的增稠泥漿離開底流口262并通過管道278’流至熱交換器222處，其中增稠泥漿的密度減小。當CO2漿料離開熱交換器222時，其與任何通過液化裝置入口128(來自附圖1所示的儲罐116)進入的蒸氣以及從液體/蒸氣分離器180通過管道182’的蒸氣混合，形成混合冷卻流257’?；旌侠鋮s流257’通過背壓控制閥280A，然后通過排放器282。在熱交換器222和熱交換器224之間從處理流中引出的動力流284’也流過排放器，起到將混合冷卻流158引入一個或多個罐入口252A-252I(附圖5B)的作用。
在附圖4所示的實例中，通過冷卻流170’或混合冷卻流257被引入熱交換器224的CO2漿料，在一個或多個冷卻盤管232A-232c上，向下流過熱交換器224，使固體CO2升華。這產(chǎn)生溫度高到足以除去其中的固體CO2的冷卻流286。離開熱交換器224的冷卻流與從渦輪膨脹機156流出的膨脹的冷卻流152’混合，形成混合冷卻流178’，用來冷卻高效熱交換器166中的壓縮的處理流154’。離開熱交換器166時，混合冷卻流178’進一步與流過所述連接136A的各種其他氣體組分混合，以排入管道104的下游部分130中(附圖1)。
在上述討論的實例中，CO2篩濾器266A和266B可能需要常常進行清潔或吹掃。但是，在附圖10所示的實例中，可以在水凈化循環(huán)之后在接點276C引出氣體，進入接點276A或276B，流過并清潔CO2篩濾器266A或266B。在清潔過濾器266B時，清潔氣體可以被排放回到管道104(附圖1)中，表示為接點136E或136F和136A。通過合適的閥和管道，能換接過濾器266A和266B，并按要求將其彼此隔斷。除去積聚在過濾器上的CO2固體的其他方法是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的。經(jīng)過過濾的液體天然氣離開液化裝置102″，如上所述進行儲存。
現(xiàn)在參見附圖11A和12，其為液化裝置102′″的差壓回路300。差壓回路300被設(shè)計成能根據(jù)壓縮的處理流154’和產(chǎn)物流172’之間的平衡進入正好，在液體/蒸氣分離器180之前的JT閥176’的流體。JT閥174’位于冷卻流170’中，起到主控制閥的作用，使從熱交換器224離開的大部分流體能通過，在產(chǎn)物流172’中保持正確的溫度。在常規(guī)操作條件下，假設(shè)氣體總是會流過JT閥174’。打開JT閥174’，增加返回進入熱交換器224的流體，從而降低產(chǎn)物流172’中的溫度。相反，限制流體通過JT閥174’會導(dǎo)致增加產(chǎn)物流172’中的溫度。
JT閥176’位于產(chǎn)物流172’中，在控制產(chǎn)物流172’溫度時出現(xiàn)變化或者在壓縮機158操作時發(fā)生波動的情況下，起到平衡產(chǎn)物流172’中任何過量流體的作用。
壓差控制(PDC)閥302位于壓縮的處理流154’和產(chǎn)物流172’之間并與之相連(在附圖4中也表示連接處301A和301B)?？刂乒艿?04被連接于PDC閥302的低壓側(cè)306和JT閥176’的控制器308之間。PDC閥302和JT閥176’的控制器308在壓力抵銷方面都是偏置的(即，用彈簧)，以補償處理流154’流過包括熱交換器166，222(如果使用的話)和224的回路時產(chǎn)生的壓力損失。
以下是壓差回路300在某些典型條件下工作的例子。
在一種情況下，由于壓縮機158中的波動，使壓縮的處理流154’的壓力和流量增加。當壓縮的處理流154’的壓力增加時，PDC閥302的高壓側(cè)310使PCD閥302打開，從而增加JT閥176’的控制管道304和控制器308中的壓力。流過各個熱交換器之后，會在產(chǎn)物流172’中產(chǎn)生新的壓力。在通過JT閥174’使流量保持情況下，在產(chǎn)物流172’中產(chǎn)生過多的處理流體，導(dǎo)致經(jīng)過熱交換器產(chǎn)生更小的壓力損失，使產(chǎn)物流172’中的壓力接近于壓縮的處理流154’的壓力。可以用PDC閥302感應(yīng)產(chǎn)物流172’中增加的壓力，使該閥關(guān)閉，從而克服控制管道304中的壓力和控制器308的偏置因素。結(jié)果是，JT閥176’打開，增加通過的流量。當通過JT閥176’的流量增加時，能夠降低產(chǎn)物流172’中的壓力。
在第二種情況下，壓縮的處理流154’中的壓力和流量都處于穩(wěn)定狀態(tài)。這時壓縮機產(chǎn)生比JT閥174’所移除的更大的流量，導(dǎo)致產(chǎn)物流172’中的壓力增加。隨著產(chǎn)物流中壓力的建立，PDC392閥和JT閥176’會發(fā)生如第一種情況中所述的動作，以降低產(chǎn)物流172’中的壓力。
在第三種情況下，JT閥174’突然打開，增加經(jīng)過熱交換器224和166的壓力損失，從而降低產(chǎn)物流172’中的壓力。用PDC閥302感應(yīng)產(chǎn)物流172’中的壓力損失，從而驅(qū)動控制器308關(guān)閉JT閥176’，直至流體回到平衡狀態(tài)。
在第四種情況下，JT閥174’突然關(guān)閉，使產(chǎn)物流172’中出現(xiàn)壓力峰。這時，用PDC閥302感應(yīng)壓力的增加，從而驅(qū)動控制器308打開JT閥176’，釋放過多的壓力/流量，直至壓力和流量回復(fù)平衡狀態(tài)。
在第五種情況下，由于壓縮機中的波動，導(dǎo)致壓縮的處理流154’中的壓力降低。使回路300發(fā)生響應(yīng)，暫時關(guān)閉JT閥176’，直至產(chǎn)物流172’中的壓力和流量達到平衡。
JT閥174’是差壓回路300的一個重要部件，因為其起到在壓縮的處理流154’通過熱交換器224之后，保持冷卻流170’和產(chǎn)物流172’之間互相分隔的作用。JT閥174’通過保持離開熱交換器224的管道256中的流體溫度來起到這個作用。當管道256中(以及由此在冷卻流170’和處理流172’中)的溫度降至低于要求溫度時，可以調(diào)節(jié)通過JT閥174’的流量，減小對熱交換器224的冷卻作用。相反，當管道256中的溫度升高至超過要求溫度時，可以調(diào)節(jié)通過JT閥174’的流量，對熱交換器224提供額外的冷卻。
現(xiàn)在參見附圖11b，其為優(yōu)選的回路300’?；芈?00’的操作一般與上述回路300的相同，但是300中使用了機械控制，而回路300’是電-氣動控制的。回路300和300’之間的主要區(qū)別包括用壓力傳感器374和376以及導(dǎo)電線370’和372’代替壓力感應(yīng)管道370和372。而且，用電控制器302’和電-氣動感應(yīng)管線304’代替差壓調(diào)節(jié)器302和控制管道304，并用電流-氣動(I/P)導(dǎo)頻控制器308’代替控制器308。要注意的是，使用回路300或300’時，應(yīng)使其與能從154’到172’提供壓力降的任意數(shù)量的熱交換器共同工作。
參見附圖12，其為本發(fā)明另一個實例的液化裝置102″″和過程。液化裝置102″″基本上以與附圖10的液化裝置″′相同的方式操作，進行了一些微小的改進。沒有使來自旋液分離器258的增稠CO2泥漿通過熱交換器222(附圖10)，而是用泵320調(diào)節(jié)增稠的CO2泥漿回到熱交換器224中的流量。液化裝置102″″的結(jié)構(gòu)消除了使用附加熱交換器(即，附圖10的222)的需要。但是，增稠CO2泥漿的流量會受到附圖10所示結(jié)構(gòu)中泵流量和增稠泥漿密度的限制。
參見附圖13，其為根據(jù)附圖4所述液化裝置102″的一個實例的典型實際結(jié)構(gòu)。為了觀察的需要，所示液化裝置102″沒有側(cè)壁或頂面?；旧险麄€液化裝置102″都被固定在如導(dǎo)軌330的支撐結(jié)構(gòu)上，使液化裝置102″能按需要進行移動和運輸。以下指出液化裝置102″的一些主要部件，渦輪膨脹機156/壓縮機158位于導(dǎo)軌330的右方。操作者332位于渦輪膨脹機156/壓縮機158旁邊，以此作為液化裝置102″整個構(gòu)架尺寸的參考。總的來說，整個液化裝置的配置成約30英尺長，17英尺高和8又1/2英尺寬。但是，可以按照要求縮小或放大整個液化裝置的尺寸。
用于升華固體CO2的高效熱交換器166和熱交換器224位于導(dǎo)軌330的左方?？煽吹讲⒙?lián)的CO2過濾器266A和226B與熱交換器224相鄰。導(dǎo)線334從導(dǎo)軌330延伸至遠距離位置，比如獨立板335或控制室，用以控制各部件，比如渦輪膨脹機156/壓縮機158，這是本領(lǐng)域技術(shù)人員知曉和理解的。另外，氣動和/或液壓管道可以從導(dǎo)軌330延伸出來用以進行控制，或者在需要時使用外部動率輸入。要注意的是，通過將控制器，或至少是一些控制器置于遠距離，能降低成本，因為這些置于遠距離的控制器和設(shè)備不需要具備例如防爆外殼或其他安全部件，而如果它們位于導(dǎo)軌330上時，這些是防爆外殼和安全部件是要求的。
還注意到有構(gòu)架340被固定在導(dǎo)軌330上，基本上能包圍液化裝置102″。第一部分342具有第一高度，基本包圍渦輪膨脹機156和壓縮機158周圍的空間。第二節(jié)344基本上占據(jù)熱交換器166，224，過濾器266A和266B以及在低溫下操作的其他部件周圍的空間。第二部分344包括兩個亞部分344A和344B，其中亞部分344A基本上與第一部分342等高。亞部分344B在第一部分342的高度上方延伸，如下文所述為了運輸可以將其拆除。為了使不希望有的熱傳遞減至最少，與液化裝置102″相連的管道可以是隔熱的?；蛘撸谶B接隔熱管道與選定部件時，用隔熱壁346將第一部分342與第二部分344分開，并與液化裝置102″的外部環(huán)境隔絕。另外，將隔熱壁放在液化裝置102″外圍的構(gòu)架340上，至少使液化裝置102″的一部分與環(huán)境溫度條件隔絕，否則會降低液化裝置102″的效率。而且，除了互連管道之外，各個部件也可以是各自隔絕的，包括但并不限于分離罐180，過濾模件266A，B，和熱交換器166和224。
參見附圖14，液化裝置102″，或是其絕大部分，例如可裝載在拖車350上，能被卡車352運輸至裝置地點?；蛘?，支撐結(jié)構(gòu)起到拖車作用，導(dǎo)軌330配有輪子，懸架和掛鉤，能一端固定在卡車352上，另一組輪子354位于另一端。其他運輸方式對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員而言是顯而易見的。
注意到上亞部分344B已經(jīng)被移開，雖然附圖中沒有清楚表示，但是一些較大的部件，比如高效熱交換器166和固體CO2處理熱交換器224已經(jīng)被移開。這樣可能允許運輸液化裝置而不需要特別的許可(即，載貨寬度，負載過大，等)，同時能保持液化裝置基本完整。
還要注意的是，液化裝置可以包括只需要最少操作輸入的控制器。事實上，可能最好希望液化裝置102-102″″工作時都不需要現(xiàn)場操作者。因此，通過正確的編程和控制設(shè)計，液化裝置能通過遠程遙測對液化裝置的操作進行監(jiān)控和/或調(diào)節(jié)。類似地，這些控制器中也裝有各種警報器，能在液化裝置處于失常狀態(tài)下警告遠程操作者或?qū)⑵潢P(guān)閉。一種適用的控制器例如是從Cumming，Georgia的Automation Direct購得的DL405系列可編程邏輯控制器(PLC)。
雖然主要根據(jù)天然氣的液化對本發(fā)明進行說明，但是要注意的是，本發(fā)明可以僅用于除去任何較“臟”氣流中的氣體組分，比如CO2。另外，還可以處理其他氣體并除去其他氣體組分，比如氮氣等。因此本發(fā)明并不限于天然氣的液化和從中除去CO2。
實施例參見附圖4和15，說明在液化裝置102″中進行的過程實例。注意到附圖14是與附圖4(與附圖3的另加部件結(jié)合——比如壓縮機154和膨脹機156等)相同的工藝流程圖，但是為了清楚起見省略了部件的標號。上文參考附圖4已說明了總過程，以下將根據(jù)計算的液化裝置102″的操作設(shè)計，列出整個液化裝置中各位置處氣體/液體/漿料的典型條件，這里將其稱為狀態(tài)點。
在狀態(tài)點400處，氣體離開分配管道進入液化裝置，氣體狀態(tài)是，約60°F，壓力約是440psia，流量約是10000lbm/hr。
在狀態(tài)點402和404處發(fā)生分流，約有5056lbm/hr的流體通過狀態(tài)點402，約有4945lbm/hr的流體通過狀態(tài)點404，每個狀態(tài)點的溫度和壓力都與狀態(tài)點400相似。
在狀態(tài)點406處，流體離開渦輪膨脹機156，氣體狀態(tài)是，約-104°F，壓力約是65psia。在狀態(tài)點408處，氣體離開壓縮機158，氣體狀態(tài)是，約187°F，壓力約是770psia。
狀態(tài)點410位于第一熱交換器220之后和高效熱交換器166之前，氣體狀態(tài)是，約175°F，壓力約是770psia。狀態(tài)點412位于水凈化之后和通過高效熱交換器166的中途，氣體狀態(tài)是，約-70°F，壓力約是766psia，流速約是4939lbm/hr。
在狀態(tài)點414處，氣體離開高效熱交換器166，約是-105°F，壓力約是763psia。
在狀態(tài)點418處，流過產(chǎn)物流172’的狀態(tài)是，約-205°F，壓力約是761psia，流速約是3735lbm/hr。狀態(tài)點420位于通過Joule-Thomson閥之后，和進入分離器180之前，該產(chǎn)物流轉(zhuǎn)變?yōu)闅怏w，液體天然氣，和固體CO2的混合物，約是-240°F，壓力約是35psia。固體CO2和液體天然氣的漿料離開分離器180時具有類似的溫度和壓力，但是其流速約是1324lbm/hr。
在狀態(tài)點422處，漿料壓力經(jīng)泵260升高，至約114psia的壓力和約-236°F的溫度。在狀態(tài)點424處，經(jīng)旋液分離器258分離后，液體天然氣的狀態(tài)是，約-240°F，壓力約是35psia，流速約是1059lbm/hr。在其離開液化裝置102″進入儲存容器時，液體天然氣的狀態(tài)將基本保持相同。
在狀態(tài)點426處，增稠的泥漿(包括固體CO2)離開旋液分離器258，約是-235°F，壓力約是-68.5psia，流速約是265lbm/hr。
在狀態(tài)點430處，氣體離開分離器180，約是240°F，壓力約是35psia，流速約是263lbm/hr。
在狀態(tài)點434處，進入排放器的動力流中的氣體，約是-105°F和約764psia。狀態(tài)點434處的流速約是1205lbm/hr。在狀態(tài)點436處，在排放器之后，混合流約是-217°F和約70psia，混合流速約是698lbm/hr。
在狀態(tài)點438處，在JT閥174’之前，氣體約是-205°F，壓力約是761psia，流速約是2147lbm/hr。在狀態(tài)點440處，在通過JT閥174’從而形成固體CO2之后，漿料約是-221°F，壓力約是68.5psia。
在狀態(tài)點442處，離開熱交換器224時，氣體溫度約是-195°F，壓力約是65psia。狀態(tài)點442處的流速約是3897lbm/hr。在狀態(tài)點444處，在兩股流體混合后，氣體溫度約是-151°F，壓力約是65psia。
在狀態(tài)點446處，離開高效熱交換器166時，并且在被排放進入管道104中之前，氣體溫度約是99°F，壓力約是65psia。狀態(tài)點446處的流速約是8962lbm/hr。
通過以上說明，能夠理解本文所述液化過程提供了一種生產(chǎn)LNG的低成本，高效和有效的方法，無須在將氣體導(dǎo)入液化循環(huán)之前對氣體進行“預(yù)純化”。這樣就能使用住宅和工業(yè)供應(yīng)管線中的較“臟”的氣體，并且不需要昂貴的預(yù)處理設(shè)備，能顯著降低處理這種較“臟”氣體的操作成本。
雖然可以對本發(fā)明進行各種改進和替換，但是已經(jīng)通過附圖中的例子顯示并詳細說明了具體實例，因此應(yīng)理解本發(fā)明并不限于公開的具體形式。相反，本發(fā)明包括在以下所附權(quán)利要求書所述的本發(fā)明精神和范圍內(nèi)的所有改進，等同形式和替換形式。
權(quán)利要求
1.一種從包含至少一種其他組分的大量天然氣中除去二氧化碳的方法，該方法包括使該大量天然氣中的至少一部分冷卻，形成至少包含液體天然氣和固體二氧化碳的漿料；使該漿料流入旋液分離器中；形成包含固體二氧化碳和部分液體天然氣的增稠泥漿；使這種增稠泥漿流過旋液分離器的底流口；和使液體天然氣的其余部分流過旋液分離器的溢流口。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，該方法還包括在冷卻和隨后形成漿料之前壓縮該大量天然氣。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，對該大量天然氣中的至少一部分冷卻包括使該至少一部分流過至少一個熱交換器。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，該方法還包括使該大量天然氣的至少另一部分發(fā)生膨脹，形成一股冷卻流并使該冷卻流流過該至少一個熱交換器，冷卻該大量天然氣中的至少一部分。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，對該大量天然氣中的至少一部分冷卻包括使該天然氣中的至少一部分發(fā)生膨脹。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，該方法還包括使液體天然氣的其余部分流過至少一個篩濾器。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，使液體天然氣的其余部分流過至少一個篩濾器包括使液體天然氣的其余部分流過多個篩濾器。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，對該大量天然氣中的至少一部分冷卻包括使用該增稠泥漿作為致冷劑。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，該方法還包括從未純化的天然氣源引出該大量天然氣。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，該方法還包括形成增稠泥漿的蒸氣并將該蒸氣排放回到未純化的天然氣源中。
11.一種從包含至少一種其他組分的大量天然氣中除去二氧化碳的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括壓縮機，其配置成從該大量天然氣中的至少一部分中產(chǎn)生壓縮的天然氣流；至少一個熱交換器，其位置和配置使其能接受并冷卻該壓縮的流體；若干裝置，其位置和配置使其能接受該冷卻和壓縮的流體并使之膨脹，形成包含液體天然氣和固體二氧化碳的漿料；旋液分離器，其位置和配置使其接受漿料，并將漿料分成第一部分液體天然氣和增稠泥漿，該增稠泥漿含有固體二氧化碳和第二部分液體天然氣。
12.如權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)還包括渦輪膨脹機，其位置和配置使其接受該大量天然氣的至少另一部分，并由此產(chǎn)生膨脹的天然氣冷卻流，該渦輪膨脹機與壓縮機機械連接以帶動動該壓縮機。
13.如權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其特征在于，該至少一個熱交換器的位置使其以相對于壓縮的流體是逆流的方式接受膨脹的冷卻流流過。
14.如權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)還包括過濾器，其位置和配置使其在該壓縮的流體流過該至少一個熱交換器時從該流體中除去水。
15.如權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)還包括至少一個篩濾器，其位置和配置使其接受第一部分液體天然氣通過。
16.如權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其特征在于，該至少一個篩濾器包括多個由不銹鋼網(wǎng)制成的篩濾器，該篩濾器按順序放置在第一部分液體天然氣的流動途徑中，每個沿流動途徑依次放置的過濾器具有比沿流動途徑上游的相鄰篩濾器更小的網(wǎng)眼尺寸。
17.如權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其特征在于，該至少一個熱交換器包括含有至少一個高效熱交換器的多個熱交換器。
18.如權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其特征在于，該至少一個高效熱交換器包括多塊鋁板。
19.如權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其特征在于，該多個熱交換器包括管殼式熱交換器。
20.如權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其特征在于，該管殼式熱交換器包括多個垂直堆放于不銹鋼罐中的不銹鋼盤管。
21.如權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)還包括液-氣分離器，其位置和配置使其在漿料進入旋液分離器之前接受漿料并從天然氣蒸氣中分離漿料。
22.一種液化裝置，包括液化裝置入口，其配置使其與未純化的天然氣源密封連接并且流體相通；渦輪膨脹機，其位置和配置使其接受第一股流過液化裝置入口的天然氣并產(chǎn)生一股膨脹的冷卻流；與渦輪膨脹機機械連接的壓縮機，其位置和配置使其接受第二股流過液化裝置入口的天然氣流并產(chǎn)生一股壓縮的處理流；第一熱交換器，其位置和配置使其接受以逆流方式布置的壓縮的處理流和膨脹的冷卻流，以對壓縮的處理流進行冷卻；第一液化裝置出口，其位置和配置使其與未純化的氣源密封連接并且流體相通，并使膨脹的冷卻流在通過所述熱交換器之后排入該氣源；第一膨脹閥，其位置和配置使其接受并膨脹冷卻和壓縮的處理流的第一部分，形成一股附加冷卻流，該液化裝置還包括導(dǎo)管結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)在膨脹的冷卻流進入第一熱交換器之前使附加冷卻流與膨脹的冷卻流混合；第二膨脹閥，其位置和配置使其接受并膨脹冷卻和壓縮的處理流的第二部分，由此形成氣-固-液的混合物；第一氣-液分離器，其位置和配置使其接受該氣-固-液混合物；和液化裝置第二出口，其位置和配置使其與儲存容器密封連接并且液體相通，該第一氣-液分離器的位置和配置使其將其包含的液體送入該液化裝置第二出口。
23.如權(quán)利要求22所述的液化裝置，其特征在于，該液化裝置還包括旋液分離器，該旋液分離器可操作地連接于第一氣-液分離器和液化裝置第二出口之間。
24.如權(quán)利要求23所述的液化裝置，其特征在于，該液化裝置還包括泵，該泵可操作地被連接于該旋液分離器和該第一氣-液分離器之間，用于控制要引入該旋液分離器中的液體的狀態(tài)。
25.如權(quán)利要求23所述的液化裝置，其特征在于，該液化裝置還包括至少一個篩濾器，該篩濾器位于該旋液分離器和該液化裝置第二出口之間。
26.如權(quán)利要求25所述的液化裝置，其特征在于，該液化裝置還包括除去水的過濾器，該液體過濾器位于該壓縮的處理流的流動途徑之內(nèi)，其位置在第一熱交換器之內(nèi)的該流動途徑上。
27.如權(quán)利要求26所述的液化裝置，其特征在于，該液化裝置還包括個第二氣-液分離器，位于與液體過濾器相鄰的該壓縮的處理流的流動途徑之內(nèi)。
28.如權(quán)利要求27所述的液化裝置，其特征在于，該第一熱交換器包括多塊耐腐蝕板。
29.如權(quán)利要求28所述的液化裝置，其特征在于，該液化裝置還包括第二熱交換器，其位置和配置使其接受冷卻和壓縮的處理流通過。
30.如權(quán)利要求29所述的液化裝置，其特征在于，該第二熱交換器包括多個垂直堆放在耐腐蝕罐中的耐腐蝕盤管。
31.如權(quán)利要求30所述的液化裝置，其特征在于，該多個垂直堆放的耐腐蝕盤管中的至少一個包含不銹鋼。
32.如權(quán)利要求31所述的液化裝置，其特征在于，該耐腐蝕罐包含不銹鋼。
33.如權(quán)利要求30所述的液化裝置，其特征在于，該第二熱交換器包括至少一個最靠內(nèi)的水套，該水套位于至少一個垂直堆放的耐腐蝕盤管之內(nèi)。
34.如權(quán)利要求33所述的液化裝置，其特征在于，該至少一個最內(nèi)的水套由不銹鋼組成。
35.如權(quán)利要求30所述的液化裝置，其特征在于，該第二熱交換器包括至少一個最靠外的水套，該水套位于至少一個垂直堆放的耐腐蝕盤管和耐腐蝕罐之間。
36.如權(quán)利要求35所述的液化裝置，其特征在于，該至少一個最靠外的水套由不銹鋼組成。
37.如權(quán)利要求30所述的液化裝置，其特征在于，該液化裝置還包括支撐結(jié)構(gòu)，其特征在于渦輪膨脹機，壓縮機，第一熱交換器，第二熱交換器，旋液分離器，至少一個篩濾器，液體過濾器，第一氣-液分離器和第二氣-液分離器分別裝在該支撐結(jié)構(gòu)上。
38.如權(quán)利要求30所述的液化裝置，其特征在于，該支撐結(jié)構(gòu)是約8英尺寬，約30英尺長。
39.如權(quán)利要求38所述的液化裝置，其特征在于，該液化裝置還包括固定在支撐結(jié)構(gòu)上的構(gòu)架，該構(gòu)架基本上限定了該液化裝置的外部空間輪廓。
40.如權(quán)利要求39所述的液化裝置，其特征在于，該構(gòu)架具有約17英尺的標稱高度。
41.如權(quán)利要求40所述的液化裝置，其特征在于，該構(gòu)架至少包括第一部分和能被拆除的第二部分，該能被拆除的第二部分可以被拆除，從而降低該構(gòu)架的最大高度。
42.如權(quán)利要求39所述的液化裝置，其特征在于，該液化裝置還包括至少一個被固定在構(gòu)架上的隔熱壁，其位置使渦輪膨脹機和壓縮機位于該至少一個隔熱壁的第一側(cè)上，而第一熱交換器和第二熱交換器位于該至少一個隔熱壁的相對第二側(cè)上。
43.如權(quán)利要求42所述的液化裝置，其特征在于，該液化裝置配置成使其能作為基本完整的整體進行運輸。
44.如權(quán)利要求39所述的液化裝置，其特征在于，該液化裝置還包括控制單元，該單元配置成便于對該液化裝置進行遠程遙測監(jiān)視和控制。
45.如權(quán)利要求37所述的液化裝置，其特征在于，該液化裝置還包括各自隔絕的部件連接管道。
46.如權(quán)利要求45所述的液化裝置，其特征在于，該液化裝置還包括各自隔絕的渦輪膨脹機，壓縮機，第一熱交換器，第二熱交換器中的至少一個。
47.一種制造液體天然氣的方法，該方法包括提供未純化的天然氣源；使一部分天然氣從氣源中流出；將這部分天然氣分流成處理流和第一冷卻流；使該第一冷卻流流過渦輪膨脹機并由此產(chǎn)生功輸出；用該渦輪膨脹機功輸出帶動壓縮機做功；使該處理流流過壓縮機；至少用該膨脹的冷卻流冷卻壓縮的處理流；將冷卻和壓縮的處理流分流成產(chǎn)物流和第二冷卻流；使該第二冷卻流膨脹并使該膨脹的第二冷卻流與該膨脹的第一冷卻流混合；使該產(chǎn)物流膨脹形成包含液體，蒸氣和固體的混合物；從該蒸氣中分離該液體和固體；和從該固體中分離至少一部分液體。
48.如權(quán)利要求47所述的方法，其特征在于，將從固體中分離至少一部分液體包括使該固體和液體受到離心力。
49.如權(quán)利要求48所述的方法，其特征在于，該方法還包括將該固體和至少另一部分液體與膨脹的第一冷卻流和膨脹的第二冷卻流混合。
50.如權(quán)利要求49所述的方法，其特征在于，該方法還包括將該混合冷卻流排放回到未純化的天然氣源中。
51.一種熱交換器，包括罐；至少兩個位于罐中的盤管；至少一個盤管入口，其配置成能使第一股流體通過這至少兩個盤管中的至少一個；多個盤管出口，其配置成使來自該盤管的第一股流體通過；至少兩個罐入口，其配置成使第二股流體流過該罐，該至少兩個罐入口中的每一個位置都靠近該至少兩個盤管的相應(yīng)盤管，使該第二股流體至少能在靠近該相應(yīng)罐入口的盤管上流過；和罐出口，其配置成該罐從中引出第二股流體，其中該熱交換器的配置使該第一股流體選擇性地流過的該至少兩個盤管中的所需數(shù)量盤管，使第二股流體能基本同時在第一股流體選擇性流過的相同的盤管上流過。
52.如權(quán)利要求51所述的熱交換器，其特征在于，該熱交換器的配置使第一股流體能選擇性地只流過該至少兩個盤管中的一個盤管，使第二股流體基本同時選擇性地只在該至少兩個盤管中的一個盤管上流過。
53.如權(quán)利要求51所述的熱交換器，其特征在于，該罐配置為壓力容器。
54.如權(quán)利要求51所述的熱交換器，其特征在于，該罐包含不銹鋼。
55.如權(quán)利要求51所述的熱交換器，其特征在于，該至少兩個盤管包含不銹鋼。
56.如權(quán)利要求51所述的熱交換器，其特征在于，該熱交換器還包括至少一個流體轉(zhuǎn)向器，該轉(zhuǎn)向器位于第一股流體的流動途徑中，其中該流體轉(zhuǎn)向器有助于限定該第一股流體流過的所需數(shù)目盤管中的那些盤管。
57.如權(quán)利要求56所述的熱交換器，其特征在于，該至少一個流體轉(zhuǎn)向器包含至少一個堵頭。
58.如權(quán)利要求57所述的熱交換器，其特征在于，該至少一個堵頭包含具有第一組外螺紋的本體和一個能與安裝工具共同配合的楔形頭。
59.如權(quán)利要求57所述的熱交換器，其特征在于，該至少一個堵頭還包括一組形成于該楔形頭中的內(nèi)螺紋。
60.如權(quán)利要求56所述的熱交換器，其特征在于，該至少一個流體轉(zhuǎn)向器包括閥。
61.如權(quán)利要求56所述的熱交換器，其特征在于，該至少一個流體轉(zhuǎn)向器包括一個盲法蘭。
62.如權(quán)利要求51所述的熱交換器，其特征在于，該至少兩個盤管包括三個盤管。
63.一種熱交換器，包括罐，其具有多個罐入口和至少一個罐出口；至少兩個位于罐中的冷卻盤管，串聯(lián)連接在一起，其配置使第一股流體選擇性地流過該至少兩個盤管中的一個或多個，其中該多個罐入口中的至少一個罐入口與該至少兩個冷卻盤管中的每一個相連，并配置成使第二股流體選擇性地流過一個或多個與第一股流體選擇性流過相對應(yīng)的罐入口。
64.一種從大量天然氣中除去二氧化碳的方法，包括冷卻至少一部分天然氣形成包括液體天然氣和固體二氧化碳的漿料；使該漿料流過旋液分離器；通過該旋液分離器的底流口除去固體二氧化碳和部分液體天然氣。
65.如權(quán)利要求64所述的方法，其特征在于，冷卻至少一部分天然氣形成漿料包括使該至少一部分天然氣發(fā)生膨脹。
66.如權(quán)利要求64所述方法，其特征在于，冷卻至少一部分天然氣形成漿料包括使該至少一部分天然氣流過至少一個熱交換器。
67.如權(quán)利要求64所述的方法，其特征在于，冷卻至少一部分天然氣形成漿料包括使該至少一部分天然氣流過至少一個Joule-Thomson閥。
68.如權(quán)利要求64所述的方法，其特征在于，該方法還包括使一部分液體天然氣流過該旋液分離器的溢流口并通過過濾器。
69.如權(quán)利要求64所述的方法，其特征在于，該方法還包括在使該至少一部分天然氣流過該旋液分離器之前，從該至少一部分天然氣中除去水。
70.如權(quán)利要求64所述的方法，其特征在于，該方法還包括使至少另一部分天然氣流過膨脹機并由此做功，用膨脹機所做的功壓縮該至少一部分天然氣，并用該膨脹的至少另一部分天然氣對該壓縮的至少一部分天然氣進行部分冷卻。
全文摘要
一種生產(chǎn)液化天然氣的裝置和方法。液化裝置可以與未純化的天然氣源，比如減壓站的天然氣管道連接。引出一部分天然氣，并分流成處理流(154)和冷卻流(152)。冷卻流(152)通過渦輪膨脹機(156)產(chǎn)生功輸出。用該功輸出帶動壓縮機(158)，并壓縮處理流。壓縮的處理流被冷卻，比如被膨脹的冷卻流冷卻。冷卻和壓縮的處理流被分流成第一和第二部分，膨脹第一部分使天然氣液化。用氣－液分離器從液體天然氣中分離蒸氣。經(jīng)過冷卻和壓縮的處理流的第二部分也被膨脹，用來冷卻壓縮的處理流。液化過程還可以結(jié)合其他部件和技術(shù)，包括水凈化循環(huán)和二氧化碳(CO
文檔編號B01D21/26GK1615415SQ02827305
公開日2005年5月11日 申請日期2002年7月1日 優(yōu)先權(quán)日2002年2月27日
發(fā)明者B·M·維爾丁, D·N·賓漢姆, M·G·麥克凱拉, T·D·特納, K·T·拉特曼, G·L·帕爾默, K·M·克林格, J·J·瓦蘭尼卡 申請人:柏克德Bwxt愛達荷有限責任公司