专利名称：制冷剂成分控制的制作方法
技术领域：
本申请涉及从逆向布雷顿(Brayton)循环制冷系统的制冷剂流中除去污染物。其对于用于借助氮制冷剂流液化天然气的逆向布雷顿循环制冷系统而言具有特殊但非排它性的应用。直量天然气可通过采用所谓的逆向布雷顿循环(有时称为气体再循环或氮再循环)进行液化，其中等熵膨胀的气态制冷剂用于提供制冷。天然气供给通常处于比用于冷却它的氮制冷剂流更高的压力下。因此，可以想象得到，天然气可能泄漏到液化器热交换器的氮制冷剂回路中。例如，在板翅式热交换器中，隔板可能泄漏，从而容许天然气流进入制冷剂循环中。在绕管式热交换器中，例如，管道可能泄漏，从而容许天然气流进入交换器的壳体部分中的制冷剂循环中。在任一情况下，碳氢化合物且尤其甲烷可能累积在制冷剂回路中，降低了循环效率。循环效率将被降低，因为必须降低系统压力，从而使制冷剂在冷却的膨胀器排出口处保持接近露点。系统压力必须降低，以避免膨胀器的排出口处具有过量的液体，其可能对设备造成损伤。甚至小的泄漏可能随着时间而累积。利用例如纯净氮作为制冷剂的一个优点是，其是惰性的，因此，泄漏到惰性制冷剂流中的碳氢化合物则将使其成为可燃烧的。一种用于处理制冷剂回路中的碳氢化合物泄漏的方法需要降低供给气体压力，其则降低或甚至使制冷回路中的泄漏反向。然而，降低供给气体压力会降低循环效率。如果在例如单独的热交换器中发生液化和过冷，并且在过冷器中发生泄漏，那么还可通过将进入过冷器中的液化天然气(LNG)的压力降低至略低于氮压力而减轻泄漏，而不会影响循环效率。用于处理相对较小泄漏的另一方法是清扫(purge)制冷剂回路，并增加纯净的氮补充。通常需要小的补充来补偿压缩机密封损失以及其它损失。然而，清扫会浪费氮，它是气态制冷剂的主要成分。清扫物还可与燃料相组合，但这样做将增加燃料的含氮量，从而导致更多氮氧化物被释放到空气中。此外，氮补充，或使氮再生以用于制冷循环的能力在浮式应用方面可能是有限的。另一方法公开了天然气液化器的使用，其中等熵膨胀的气态制冷剂用于提供制冷，并且一部分制冷剂被液化，以回流蒸馏柱，从而根据给料成分和液化天然气的产品规格而从液化天然气产物中除去氮。然而，氮与液化天然气产物是排斥的，而与气态制冷剂不是排斥的。因此，在本领域中存在如下需要:解决在不清扫的条件下可能的泄漏问题，而不中断生产，直至下次可进行修理时的计划停机为止，并且不会降低系统的效率。发明公开本发明的方面可通过提供一种用于在不清扫的条件下除去制冷系统中的污染物的系统和方法来满足本领域中的这种需求，而不会中断生产，直至下次可进行修理时的计划停机为止，并且不会降低系统的效率。本发明的方面还提供了一种用于控制制冷剂存量的系统和方法。本发明的方法可在浮式生产储油卸油船上执行，并且本发明的系统可安装在所述船上。在一个方面，本发明提供了一种用于从逆向布雷顿循环制冷系统的制冷剂流中除去较低挥发性的污染物的方法，其包括:从逆向布雷顿循环制冷系统中除去所述制冷剂流的包括氮的气态或液化的一部分；如果是气态的，就使所述被除去的部分的至少一部分液化；将制冷剂流的所述被除去的液化部分或液化的气态部分的至少一部分作为回流引导至污染物去除柱中；从污染物去除柱的底部除去富含污染物的流；从污染物去除柱的顶部除去富含制冷剂的蒸气流；且将所述蒸气流引回到逆向布雷顿循环制冷系统中。优选地，制冷系统的供给气体是被液化和/或过冷的天然气，并且/或者氮是制冷齐U，并且/或者污染物是一种或多种碳氢化合物。在一种特殊的应用中，逆向布雷顿循环制冷系统将天然气液化和/或过冷，并且富含碳氢化合物的流是源于所述气体的污染物。因而，在另一方面，本发明提供了一种用于液化天然气流的方法，其中气流通过在逆向布雷顿循环制冷系统中与制冷剂流的间接热交换而进行液化和/或过冷，所述方法包括:除去所述制冷剂流的气态或液化的一部分；如果是气态的，就使所述被除去的部分的至少一部分液化；将被除去的液化部分或液化的气态部分的至少一部分作为回流引导至碳氢化合物污染物去除柱中；从污染物去除柱的底部除去富含碳氢化合物的流；从污染物去除柱的顶部除去富含制冷剂的蒸气流；且将所述蒸气流引回到逆向布雷顿循环制冷系统中。富含碳氢化合物的流与液化的和/或过冷的天然气流恰当地相组合。参照这两个方面，该部分制冷剂流可作为液体和/或气体而从逆向布雷顿循环制冷系统中除去。当被除去部分是液体时，通常可在已经减少其压力之后将其作为回流而直接引入到污染物去除柱中。被除去的液体部分可通过经由与加温的制冷剂流的间接热交换进行冷却和液化来获得。当除去部分是气态时，其至少一部分被液化，且然后通常在已经减少其压力之后作为回流引入到污染物去除柱中。一部分液化的气态部分可被储存起来，以用于后续在例如调高(turn-up)或重新起动期间返回逆向布雷顿循环制冷系统中。用于污染物去除柱的蒸气传输可通过从逆向布雷顿循环制冷系统中除去并引入到柱底部的部分冷却的一部分供给流来提供。作为备选或附加，柱的沸腾可通过将部分冷却的一部分供给流从逆向布雷顿循环制冷系统或将一部分制冷剂从逆向布雷顿循环制冷系统引入到柱的再沸腾器中来提供。在本发明的一个优选的实施例中，用于除去污染物的方法包括:从逆向布雷顿循环制冷系统中除去包括氮的制冷剂流中的液化部分；将所述制冷剂流的液化部分的至少一部分作为回流引入到污染物去除柱中；从污染物去除柱的底部除去污染物流；从污染物去除柱的顶部除去富含氮的蒸气流；并且将富含氮的蒸气流引回到逆向布雷顿循环制冷系统中。在本发明的另一优选的实施例中，用于除去污染物的方法包括:从逆向布雷顿循环制冷系统中除去一部分包括氮的气态制冷剂流；将气态制冷剂流的被除去部分液化；将液化的制冷剂流作为回流引入到污染物去除柱中；从污染物去除柱的底部除去污染物流；从污染物去除柱的顶部除去富含氮的蒸气流；并且将富含氮的蒸气流引回到逆向布雷顿循环制冷系统中。在本发明的另一方面，提供了一种用于除去污染物的系统，其包括:逆向布雷顿循环制冷系统；污染物去除柱；用于在逆向布雷顿循环制冷系统和污染物去除柱的顶部之间提供流体流动连通的第一导管；用于在污染物去除柱的顶部至逆向布雷顿循环制冷系统之间提供流体流动连通的第二导管；以及用于为污染物提供从污染物去除柱的底部(通常)至污染物存储介质的流体流动的第三导管。优选地，污染物去除柱是碳氢化合物去除柱。该系统还可包括第四导管，其用于提供在逆向布雷顿循环制冷系统和液体制冷剂储罐之间的流体流动连通。该系统可包括用于冷却气态制冷剂的第一热交换器和与第一热交换器流体连通的第二热交换器，以及与第一热交换器和第二热交换器流体连通的用于冷却供给流的第三热交换器。优选地，第三热交换器是绕管式液化器热交换器。该系统还可包括第四热交换器，其中第三热交换器是液化热交换器，并且第四热交换器是过冷热交换器。在另一方面，本发明包括一种用于液化天然气流的方法，其包括:通过与制冷剂流的间接热交换而冷却和液化来自逆向布雷顿循环制冷系统的一部分氮制冷剂流；并且将氮制冷剂流的所述冷却且液化的部分的至少一部分储存在存储容器中。所述储存的液化氮制冷剂的至少一部分可被收回，且然后执行选自以下的一项功倉泛:使液化的氮制冷剂的收回部分蒸发，并利用蒸发的氮制冷剂作为清扫气体；将液体氮制冷剂装载在运输工具上以用于输送；且使液化的氮制冷剂的收回部分蒸发，并将蒸发的氮制冷剂引回到逆向布雷顿循环制冷系统中，以液化天然气流。参照优选的实施例，公开了一种天然气液化系统和方法，其使用包括氮的气态制冷剂来提供液化和/或过冷天然气所需要的至少一部分制冷负荷。在碳氢化合物去除柱中可除去存在于气态制冷剂中的过量的碳氢化合物。一部分气态制冷剂可引入到柱中。耗尽碳氢化合物的顶部产物可从柱的顶部除去，并且返回到制冷剂回路中。富含碳氢化合物的底部产物可从柱的底部除去。一部分气态制冷剂可至少部分地被液化并作为回流而引入到柱的顶部。用作回流的部分气态制冷剂可通过与另一部分气态制冷剂的间接热交换而至少部分地进行液化。因此气态制冷剂可执行辅助功能，其中，其冷却和/或液化气态制冷剂，以用作回流和/或用于储存。用作回流的部分气态制冷剂可通过等熵膨胀至两相区域而至少部分地进行液化。
富含碳氢化合物的底部产物可与LNG产物相组合。柱的沸腾可通过将一部分气态天然气引入至柱的底部来提供。柱的沸腾可通过冷凝再沸腾器中的部分气态天然气来提供，再沸腾器使柱底部的一部分液体蒸发。柱的沸腾可通过将再沸腾器中的一部分液体天然气进行过冷来提供。柱的沸腾可通过冷却所述再沸腾器中的一部分气态制冷剂来提供。柱的沸腾可通过外部应用(utility) -例如水来提供。图纸简要说明以下是仅作为示例并参照附图而做出的本发明的当前优选的实施例的说明。图中:
图1A是显示了本发明的一种示例性的系统和方法的流程图；图1B是显示了本发明的一种示例性的系统和方法的流程图；图1C是显示了本发明的一种示例性的系统和方法的流程图；图2是显示了本发明的一种示例性的系统和方法的流程图；图3是显示了本发明的一种示例性的系统和方法的流程图；图4是显示了本发明的一种示例性的系统和方法的流程图；且图5是显示了一种示例性的系统和方法的流程图。用于实现本发明的示例性模式如图1A中所示，天然气供给流100可在液化器热交换器114中通过与加温的气态制冷剂流146的间接热交换而进行冷却、液化和过冷。例如，制冷剂流146可以是氮流。所得的液化的过冷的天然气流106可通过阀门107而减小压力，从而产生过冷的LNG产物流108。然后可将回收的过冷的LNG产物流108例如储存、装船或用于另一过程。在加温的气态制冷剂流146离开液化器热交换器114之后包括所得的流148的气态低压制冷剂流150可在制冷剂压缩机110中进行压缩，从而产生高压制冷剂流111。然后可将高压制冷剂流111的至少一部分112引入液化器热交换器114中并进行冷却。部分冷却的流112的一部分120可在膨胀器122中进行膨胀，以产生流124。流112的另一部分138可在去除部分120的下游从液化器热交换器114中除去，并在膨胀器140中膨胀，以产生流142。流142可与从污染物去除柱162的顶部收回的耗尽碳氢化合物的蒸气产物164的流(即，例如富含氮的蒸气流)相组合，并且组合流146可引入到液化器热交换器114的冷端中。污染物去除柱162可以是例如碳氢化合物去除柱。来自膨胀器122的流124可与部分加温的流146相组合，从而产生流148。流148可与间歇的氮补充流149相组合，以补充例如制冷剂，从而产生组合流150。然后可将组合流150引入到制冷剂压缩机110的吸入部，完成双膨胀器逆向布雷顿气体制冷循环环路(即，其中，气体经历压缩，之后经历基本恒定压力的冷却，且然后高压气体经历基本等熵膨胀，从而提供制冷)。流151是流111的一部分，其代表离开制冷环路的任何氮损失。实际上，损失可能来自多个来源或来自制冷回路的任何部分。流151还可代表氮清扫流。出于简单起见，在后续的图2-5中未显示氮补充流149和氮损失流或清扫流151，然而，它们的相关作用也可以应用于或可不应用于那些后续图中。图1A显示了液化器热交换器114中的制冷剂供给可如何形成泄漏，其被显示为进入制冷剂回路流146中的污染物流10。污染物流10可能是例如富含碳氢化合物的流。
制冷剂流112的一部分可在液化器热交换器114中进行液化，从而产生流159。流159可通过阀门160而减小压力，从而产生液体流161。然后可将液体流161作为回流引入到污染物去除柱162的顶部中。污染物去除柱162可除去例如甲烷，其由于泄漏10而累积在气态制冷剂中。当初始充料包含碳氢化合物时，污染物去除柱162还可净化氮制冷剂。例如，如果氮制冷剂的来源是从供给中除去氮的氮去除单元(NRU)或氮汽提柱，那么污染物去除柱162将净化气态氮，以用作制冷剂。在这个示例性的实施例中，污染物去除柱162可能是处理污染物流10所需要的主设备的唯一附加部件。示例性的实施例对于污染物流10的潜在泄漏的发生提供了相对较小(尺寸)且低成本的解决方案。所有示例性的实施例可用于例如浮式生产储油卸油(FPSO)船。这些示例性的实施例需要非常少的空间，并且可容许例如少量液态氮的生产和/或储存，以用作补充或替代制冷剂，从而抵消任何损失。部分冷却的天然气供给流100的一部分163可从液化器热交换器114中收回，通过阀门165减小压力，从而产生流166，且然后引入到污染物去除柱162的底部，从而为污染物去除柱162提供蒸气传输。流166可以是例如部分蒸气流。流163还可作为天然气供给流100的一部分而从液化器热交换器114的上游收回。来自污染物去除柱162的富含碳氢化合物的液体产物流167可通过阀门168而减小压力，从而产生流169。流169可与液化的过冷的天然气流108的流相组合，从而产生组合的LNG产物流109。出于简单起见，未显示压缩机中间冷却器和后冷却器，但它们可与例如制冷剂压缩机110结合使用。图1B显示了与图1A相似的示例性的设置，然而，在这个示例性的实施例中，离开液化器热交换器114的流158的一部分180可通过阀门182减小压力，从而产生流184。然后流184可进入液体氮(LIN)储罐186中。在正常操作期间，流180可能不存在，或者可能只是循环的制冷剂流158的一小部分。流180可在例如调低(turn down)之前增加,从而存储制冷剂，以用于后面的用途，包括调高或重新起动。流159现在是离开液化器热交换器114的流158的一部分，其可通过阀门160而减小压力，从而产生液体流161。液体流161可作为回流而引入到污染物去除柱162的顶部中。在调高或重新起动期间，LIN流188可从LIN储罐186中收回，并在泵190中泵压至合适的压力下，且然后可在蒸发器194中使所得的流192蒸发，从而产生流196。然后可将流196引入到制冷剂压缩机110的吸入端中。如图1B中所示，流158和更广泛的制冷回路可用于如下的双重目的:提供供给流以用作污染物去除柱162中的回流，从而用于成分控制目的，以及将LIN的供给流提供至LIN储罐186，从而用于制冷剂存量控制目的。即使没有污染物去除柱162，液体氮回路(即制冷剂在液化器热交换器114中液化所处的制冷剂回路的部分)也可存在，以用于氮存量(调高、调低)控制。例如，液体流161可储存在液体氮(LIN)罐中。如图1C中所示，流180，离开液化器热交换器114的流112的液化部分，可通过阀门182而减小压力，从而产生流184。流184然后可进入LIN储罐186中。
LIN流188可从LIN储罐186中收回，并在泵190中泵压至合适的压力下，且然后在蒸发器194中可使所得的流192蒸发，从而产生流195。流195的一部分197可用于各种目的，包括但不局限于清扫气体。因此，在这个实施例中，储存的氮的一部分可用于制冷环路以外的目的。流195的剩余流196可与流149，148相组合，以产生流150，以便然后引入到制冷剂压缩机110的吸入端中。离开LIN储罐186的流185代表小的闪蒸气体流，如果LIN在足够高的压力下储存于LIN储罐186中，那么其可能存在或可能不存在。在另一实施例中，来自LIN储罐186的液体氮制冷剂可被装载和运输，以用于运送到另一位置。图2显示了与图1A相似的一个示例性的实施例，然而，图1A的液化器热交换器114分裂成三个交换器214，232，204，其中热交换器214，232只冷却气态制冷剂，而主绕管式液化器热交换器204冷却天然气供给100。污染物去除柱162还可包括再沸腾器270，其容许更好的纯度控制，并防止制冷剂环路的可能的进一步污染。如图2中所示，可在主绕管式液化器热交换器204中对着(against)加温的气态制冷剂流146 (典型地为氮)对天然气供给流100进行冷却、液化和过冷，从而产生液化的过冷的天然气流106。气态的低压制冷剂流150可在制冷剂压缩机110中进行压缩，其中所得的高压制冷剂流112可在热交换器214中进行冷却，从而产生流216。所得的流216可被分裂成流120和230。流120可在膨胀器122中进行膨胀，以产生流124，同时流230可在热交换器232中进行进一步冷却，从而产生流234。所得的流234可被分裂成流236和138。流138可在膨胀器140中进行膨胀，以产生流142。流142可与来自污染物去除柱162的流164相组合，并且组合流146可被引入到主绕管式液化器热交换器204的冷端中。流236是流234的一小部分，其可在主绕管式液化器热交换器204中进行液化，从而产生流159。流124可被分裂成流226和228。流226可被引入到热交换器232中，同时可将流228引入到主绕管式液化器热交换器204中。流228在主绕管式液化器热交换器204中与加温的流146相组合。加温的组合流146和228的一部分可从主绕管式液化器热交换器204中作为流254而收回，以平衡需要较少的制冷的主绕管式液化器热交换器204的预冷却(温)部段。流226可在热交换器232中进行加温，从而产生流252。流252可与来自主绕管式液化器热交换器204的流254相组合，从而产生组合流256。流256可在热交换器214中进行进一步加温，从而产生流258。气态制冷剂流248离开主绕管式液化器热交换器204的热端。流258可与来自主绕管式液化器热交换器204的流248相组合，以形成组合流150。然后可将流150引入到制冷剂压缩机110的吸入部，从而完成逆向布雷顿气体制冷循环环路。在这个实施例中，泄漏显示为污染物流10，其进入主绕管式液化器热交换器204的壳体侧。污染物流10可能是例如富含碳氢化合物的流。在这个示例性的实施例中，流163可在再沸腾器热交换器270中进行液化，从而为污染物去除柱162提供沸腾。所得的液体272然后可与流106相组合，从而产生组合流206。流206可通过阀门207而减小压力，从而产生LNG产物流208。富含碳氢化合物的液体产物167可从污染物去除柱162中除去，其中，其可通过阀门168而减小压力，从而产生流169。流169可与LNG产物流208相组合，从而产生最终LNG产物流209。流163还可作为天然气供给流100的一部分而从主绕管式液化器热交换器204的上游收回。然而，从天然气供给流100中收回流163将具有较低的热力学效率，因为再沸腾器尺寸将必须是更小的。在另一实施例中，可使用另一外部加热应用，例如水。来自主绕管式液化器热交换器204的所得的流159可通过阀门160而减小压力，从而产生流161。流161可作为回流而被引入到污染物去除柱162的顶部。液体流161还可储存在例如LIN罐中。图3显示了一个示例性的实施例，其包括没有气态制冷剂液化回路(即，其中，一小部分制冷剂通过对着加温的膨胀的气态制冷剂的间接热交换而进行液化)的系统。离开膨胀器140的流342是双相流。热交换器204-优选是气态制冷剂位于壳体侧的绕管类型-的底部用作相分离器。双相流342的液体部分360离开热交换器204，以用作污染物去除柱162中的回流。液体流360可储存在例如LIN罐中。如图3中所示，可在主绕管式液化器热交换器204中对着加温的气态制冷剂流342和164(典型地为氮)对天然气供给流100进行冷却、液化和过冷，从而产生液化的过冷的天然气流106。在这个实施例中，流342和164在主绕管式液化器热交换器204中进行组
八
口 ο气态的低压制冷剂流150可在制冷剂压缩机110中进行压缩，其中所得的高压制冷剂流112可在热交换器214中进行冷却，从而产生流216。所得的流216可被分裂成流120和230。流120可在膨胀器122中进行膨胀，以产生流124，同时流230可在热交换器232中进行进一步冷却，从而产生流234。流234然后可在膨胀器140中进行膨胀，从而产生作为双相流的流342。流124可被分裂成流226和228。流226可被引入到热交换器232的热端中，同时可将流228引入到主绕管式液化器热交换器204中。流228在主绕管式液化器热交换器204中与加温的流342和164相组合。加温的组合流342，164和228的一部分可从主绕管式液化器热交换器204中作为流254而收回，以便平衡需要较少的制冷的主绕管式液化器热交换器204的预冷却(温)部段。流226可在热交换器232中进行加温，从而产生流252。流252可与来自主绕管式液化器热交换器204的流254相组合，从而产生组合流256。流256可在热交换器214中进行进一步加温，从而产生流258。气态制冷剂流248离开主绕管式液化器热交换器204的热端。流258可与来自主绕管式液化器热交换器204的流248相组合，从而形成组合流150。然后可将流150引入到制冷剂压缩机110的吸入部，从而完成逆向布雷顿气体制冷循环环路。在这个实施例中，泄漏显示为污染物流10，其进入主绕管式液化器热交换器204的壳体侧。污染物流10可能是例如富含碳氢化合物的流。在这个实施例中，流163可在再沸腾器热交换器270中进行液化，从而为污染物去除柱162提供沸腾。所得的液体272然后可与流106相组合，从而产生组合流206。流206可通过阀门207而减小压力，从而产生LNG产物流208。富含碳氢化合物的液体产物167可从污染物去除柱162中除去，其中，其可通过阀门168而减小压力，从而产生流169。流169可与LNG产物流208相组合，从而产生最终LNG产物流209。流163还可作为天然气供给流100的一部分而从主绕管式液化器热交换器204的上游收回。然而，从天然气供给流100中收回流163将具有较低的热力学效率，因为再沸腾器尺寸将必须是更小的。在另一实施例中，可使用另一外部加热应用，例如水。图4显示了一个示例性的系统，其中气态制冷剂可膨胀至两种不同的压力，并且主液化器热交换器可分裂成液化热交换器部段402和过冷热交换器部段408。如图4中所示，可在液化热交换器部段402中对着加温的气态制冷剂流228 (典型地为氮)对天然气供给流100进行冷却和液化，从而产生流404。流404可被分裂成流406和463。流406可在过冷热交换器408中进行进一步过冷，从而产生过冷的天然气流106。流463可在再沸腾器热交换器270中进行液化，从而为污染物去除柱162提供沸腾。流463还可作为天然气供给流100的一部分而从液化热交换器部段402的上游收回。然而，从天然气供给流100中收回流463将具有较低的热力学效率，因为再沸腾器尺寸将必须是更小的。在另一实施例中，可使用另一外部加热应用，例如水。气态的低压制冷剂流150可在制冷剂压缩机110中进行压缩，其中所得的高压制冷剂流112可在热交换器214中进行冷却，从而产生流216。所得的流216可被分裂成流120和230。流120可在膨胀器122中进行膨胀，以产生流124，同时流230可在热交换器232中进行进一步冷却，从而产生流234。所得的流234然后可被分裂成流138和236。流138可在膨胀器140中进行膨胀，从而产生流142。在这个实施例中，膨胀器140排出至比膨胀器122更低的压力下。流236是流234的一小部分，其可在过冷热交换器408中进行过冷，从而产生过冷流159。过冷流159可通过阀门160而减小压力，从而产生流161。流161然后可作为回流而引入到污染物去除柱162中。例如，液体流161还可储存在LIN罐中。流142可与来自污染物去除柱162的流164相组合，并且可将组合流146引入到过冷热交换器408的冷端中。所得的加温的流426然后可在热交换器232中进行进一步加温，从而产生流456。然后可在热交换器214中进一步加温流456，从而产生流458。然后可在制冷剂压缩机410中压缩流458，从而产生流448。流124可被分裂成流226和228。流226可被引入到热交换器232的热端中，同时可将流228引入到液化热交换器部段402中。加温的流228的一部分可从液化热交换器部段402中作为流254收回，从而平衡需要较少的制冷的主绕管式液化器热交换器402的预冷却(温)部段。流226可在热交换器232中进行加温，从而产生流252。流252可与来自液化热交换器402的流254相组合，从而产生组合流256。流256可在热交换器214中进行加温，从而产生流258。气态制冷剂流248离开液化热交换器部段402的热端。流258可与来自液化热交换器部段402的流248以及来自制冷剂压缩机410的流448相组合，从而产生流150。然后可将流150引入到制冷剂压缩机110的吸入部，从而完成逆向布雷顿气体制冷循环环路。
在这个实施例中，泄漏显示为污染物流10，其进入液化热交换器部段402的壳体侦U。污染物流10可能是例如富含碳氢化合物的流。流463可在再沸腾器热交换器270中进行液化，从而为污染物去除柱162提供沸腾，产生液体流272。然后可使流272与流106相组合，从而产生组合流206。流206可通过阀门207而减小压力，从而产生LNG产物流208。富含碳氢化合物的液体产物167可从污染物去除柱162中除去，其中，其可通过阀门168而减小压力，从而产生流169。流169可与LNG产物流208相组合，从而产生最终LNG产物流209。图5显示了另一示例性的系统和工艺。在这个实施例中，污染物去除柱再沸腾器270使用一部分气态制冷剂作为加热应用。如图5中所示，可在主绕管式液化器热交换器204中对着加温的气态制冷剂流146 (典型地为氮)对天然气供给流100进行冷却、液化和过冷，从而产生液化的过冷的天然气流106。气态的低压制冷剂流150可在制冷剂压缩机110中进行压缩，其中所得的高压制冷剂流112可在热交换器214中进行冷却，从而产生流216。所得的流216可被分裂成流120和230。流230可在热交换器232中进行进一步冷却，从而产生流234。流234可被分裂成流236和138。流236是流234的一小部分，其可在主绕管式液化器热交换器204中进行液化，从而产生流159。流120可被分裂成流563和520。流563可在再沸腾器热交换器270中进行液化，从而为污染物去除柱162提供沸腾。所得的流572可与流138相组合，从而产生流538。流538可在膨胀器140中进行膨胀，从而产生流142。流142可与来自污染物去除柱162的流164相组合，并且可将组合流146引入到主绕管式液化器热交换器204的冷端中。流520可在膨胀器122中进行膨胀，从而产生流124。流124可被分裂成流226和228。流226可被引入到热交换器232中，同时可将流228引入到主绕管式液化器热交换器204中。流228在主绕管式液化器热交换器204中与加温的流146相组合。加温的组合流146和228的一部分可从主绕管式液化器热交换器204中作为流254而收回，从而平衡需要较少的制冷的主绕管式液化器热交换器204的预冷却(温)部段。流226可在热交换器232中进行加温，从而产生流252。流252可与来自主绕管式液化器热交换器204的流254相组合，从而产生组合流256。流256可在热交换器214中进行进一步加温，从而产生流258。气态制冷剂流248离开主绕管式液化器热交换器204的热端。流258可与来自主绕管式液化器热交换器204的流248相组合，从而形成组合流150。然后可将流150引入到制冷剂压缩机110的吸入部，从而完成逆向布雷顿气体制冷循环环路。在这个实施例中，泄漏显示为污染物流10，其进入主绕管式液化器热交换器204的壳体侧。污染物流10可能是例如富含碳氢化合物的流。来自主绕管式液化器热交换器204的流159可通过阀门160而减小压力，从而产生流161。流161可作为回流而被引入到污染物去除柱162的顶部。液体流161还可储存在例如LIN罐中。富含碳氢化合物的液体产物167可从污染物去除柱162中除去，其中，其可通过阀门168而减小压力，从而产生流169。来自主绕管式液化器热交换器204的流106可通过阀门107而减小压力，从而产生LNG产物流108。流169可与LNG产物流108相组合，从而产生最终LNG产物流109。丞M某工厂每年生产150万短(美)吨(1.35吨)11 。该工厂使用2_膨胀器逆向布雷顿循环。该工厂使用气态氮作为制冷剂。天然气到制冷剂回路中的泄漏速率是90kg/hr。天然气包含4%的N2、91%的甲烷和5%的乙烷。带有再沸腾器的碳氢化合物去除柱如图2中所示被添加到液化器上。碳氢化合物去除柱包括五个(5)理论级加上再沸腾器。对于所有情况都使用大约四(4)英尺(1.2m)高度的填充床。再沸腾器负荷是大约290KW。表I显示了同基本情况(无漏泄，纯净的氮制冷齐U)相比的工厂的相对功率消耗以及根据保持在制冷剂回路中的甲烷浓度而使用Sulzer500Y型填料的碳氢化合物去除柱的大概直径。表I
权利要求
1.一种用于从逆向布雷顿循环制冷系统的制冷剂流中除去较低挥发性的污染物的方法，包括: 除去所述制冷剂流的气态或液化的一部分； 如果是气态的，就使所述被除去的部分的至少一部分液化； 将所述被除去的液化部分的或所述液化的气态部分的至少一部分作为回流引导至污染物去除柱中； 从所述污染物去除柱的底部除去富含污染物的流； 从所述污染物去除柱的顶部除去富含制冷剂的蒸气流；且 将所述蒸气流引回到所述逆向布雷顿循环制冷系统中。
2.一种用于液化天然气流的方法，其中气流通过与逆向布雷顿循环制冷系统中的制冷剂流的间接热交换而进行液化和/或过冷，所述方法包括: 除去所述制冷剂流的气态或液化的一部分； 如果是气态的，就使所述被除去的部分的至少一部分液化； 将所述被除去的液化部分的或所述液化的气态部分的至少一部分作为回流引导至碳氢化合物污染物去除柱中； 从所述污染物去除柱的底部除去富含碳氢化合物的流； 从所述污染物去除柱的顶部除去富含制冷剂的蒸气流；且 将所述蒸气流引回到所述逆向布雷顿循环制冷系统中。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其特征在于，从所述逆向布雷顿循环制冷系统除去的制冷剂流的所述一部分是液体，并且其至少一部分作为回流而被引入到所述污染物去除柱中。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述制冷剂流的所述被除去的液化部分已经通过与加温的制冷剂流的间接热交换而进行冷却和液化。
5.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其特征在于，从所述逆向布雷顿循环制冷系统除去的制冷剂流的所述一部分是气态的，并且其至少一部分作为回流而被液化并引入到所述污染物去除柱中。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，还包括将所述制冷剂流的所述液化的气态部分的一部分储存起来，以用于之后返回到所述逆向布雷顿循环制冷系统中。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，所述制冷剂流包括氮。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，所述污染物流是富含碳氢化合物的流。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述逆向布雷顿循环制冷系统将天然气液化和/或过冷，并且所述富含碳氢化合物的流来自于所述气体。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，还包括将所述富含碳氢化合物的流与所述液化的和/或过冷的天然气流组合起来。
11.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，还包括从所述逆向布雷顿循环制冷系统中除去部分冷却的供给流的一部分，并将所述部分冷却的供给流引入到所述污染物去除柱的底部，以便为所述污染物去除柱提供蒸气传输。
12.根据权利要求1至10中的任一项所述的方法，其特征在于，还包括从所述逆向布雷顿循环制冷系统中除去部分冷却的供给流的一部分，并将所述部分冷却的供给流引入到所述污染物去除柱的再沸腾器中，以便为所述污染物去除柱提供沸腾。
13.根据权利要求1至10中的任一项所述的方法，其特征在于，还包括从所述逆向布雷顿循环制冷系统中除去制冷剂的一部分，并将所述部分引入到所述污染物去除柱的再沸腾器中，以便为所述污染物去除柱提供沸腾。
14.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，所述方法在浮式生产储油卸油船上执行。
15.一种用 于通过权利要求1的方法除去污染物的系统，包括: 逆向布雷顿循环制冷系统； 污染物去除柱； 用于在所述逆向布雷顿循环制冷系统和所述污染物去除柱的顶部之间提供流体流动连通的第一导管； 用于在所述污染物去除柱的顶部至所述逆向布雷顿循环制冷系统之间提供流体流动连通的第二导管；和 用于提供来自所述污染物去除柱的底部的污染物流体流动的第三导管。
16.根据权利要求15所述的系统，其特征在于，所述污染物去除柱是碳氢化合物去除柱。
17.根据权利要求15或权利要求16所述的系统，其特征在于，还包括用于在所述逆向布雷顿循环制冷系统和液体制冷剂储罐之间提供流体流动连通的第四导管。
18.根据权利要求15至17中的任一项所述的系统，其特征在于，所述逆向布雷顿循环制冷系统包括用于冷却气态制冷剂的第一热交换器和与所述第一热交换器流体连通的第二热交换器，以及与所述第一热交换器和所述第二热交换器流体连通的用于冷却供给流的第三热交换器。
19.根据权利要求18所述的系统，其特征在于，所述第三热交换器是绕管式液化器热交换器。
20.根据权利要求18或权利要求19所述的系统，其特征在于，所述逆向布雷顿循环制冷系统包括第四热交换器，其中所述第三热交换器是液化热交换器，并且所述第四热交换器是过冷热交换器。
21.一种用于液化天然气流的方法，包括: 通过与制冷剂流的间接热交换而冷却和液化来自逆向布雷顿循环制冷系统的氮制冷剂流的一部分；且 将所述氮制冷剂流的所 述冷却且液化的部分的至少一部分储存在存储容器中。
22.根据权利要求21所述的方法，其特征在于，还包括收回所述储存的液化的氮制冷剂的至少一部分，以及然后执行选自以下的功能: 使所述液化的氮制冷剂的被收回部分蒸发，并利用所述蒸发的氮制冷剂作为清扫气体； 将所述液体氮制冷剂装载在运输工具上以用于输送；且 使液化的氮制冷剂的所述被收回部分蒸发，并将所述蒸发的氮制冷剂引回到所述逆向布雷顿循环制冷系统中，以液化天然气流。
全文摘要
通过将制冷剂流的液化部分(164)作为回流引入到污染物去除柱(162)中，从污染物去除柱的底部除去富含污染物的流(167)，从污染物去除柱的顶部除去富含制冷剂的蒸气流(164)，并将所述蒸气流引回到逆向布雷顿循环制冷系统中，来从逆向布雷顿循环制冷系统(110-150)的制冷剂流中除去污染物。用于柱的再沸腾负荷(270)可通过由系统冷却和/或液化的流体(163)来提供，或者蒸气传输可通过制冷剂流的一部分(563)或所述流体(163)提供给柱。本发明对于天然气液化具有特殊的应用。
文档编号F25J1/02GK103109144SQ201080036751
公开日2013年5月15日 申请日期2010年7月28日 优先权日2009年8月13日
发明者M·J·罗伯茨, A·A·布罗斯托 申请人:气体产品与化学公司