способ для сжижения углеводородных потоков и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ сжижения по меньшей мере двух углеводородных потоков, таких как по меньшей мере два потока природного газа, включающий стадии: (а) подвода по меньшей мере первого и второго углеводородных потоков; (b) пропускания первого углеводородного потока через один или более первых теплообменников с образованием первого охлажденного углеводородного потока; (с) пропускания второго углеводородного потока через один или более вторых теплообменников с образованием второго охлажденного углеводородного потока и (d) последующего сжижения названных первого и второго углеводородных потоков, в котором контур хладагента обеспечивает охлаждение одного или более первых теплообменников и одного или более вторых теплообменников путем пропускания отдельных потоков хладагента через один или более первых теплообменников стадии (b) и через один или более вторых теплообменников стадии (с) и раздельное сжатие каждого отдельного потока хладагента после пропускания через по меньшей мере один или более первых теплообменников и, соответственно, через по меньшей мере один или более вторых теплообменников и совместное охлаждение сжатых потоков хладагента в одном или более общих охладителях.

2. Способ по п.1, в котором стадия (b) включает пропускание первого углеводородного потока через 2, 3, 4 или 5 первых теплообменников, преимущественно через два первых теплообменника; и в котором стадия (с) включает пропускание второго углеводородного потока через 2, 3, 4 или 5 вторых теплообменников, преимущественно через два вторых теплообменника.

3. Способ по п.1, дополнительно включающий объединение раздельно сжатых потоков хладагента перед указанным совместным охлаждением в указанном одном или более общих охладителях.

4. Способ по п.2, дополнительно включающий объединение раздельно сжатых потоков хладагента перед указанным совместным охлаждением в указанном одном или более общих охладителях.

5. Способ по п.4, дополнительно включающий пропускание каждого потока сжатого хладагента через отдельные водяные и/или воздушные охладители до указанного объединения.

6. Способ по п.5, в котором по меньшей мере охлаждение большей части хладагента обеспечивают одним или более общим охладителем.

7. Способ по одному из пп.1-6, в котором стадии пропускания (b) и (с) составляют часть первой стадии охлаждения и в котором последующая стадия (d) сжижения включает в себя дополнительное охлаждение указанных первого и второго углеводородных потоков на второй стадии охлаждения.

8. Способ по одному из пп.1-6, в котором первый и второй углеводородные потоки на стадии (d) сжижают в виде отдельных потоков.

9. Способ по п.7, в котором первый и второй углеводородные потоки на стадии (d) сжижают в виде отдельных потоков.

10. Способ по одному из пп.1-6, в котором первый и второй углеводородные потоки являются сырьевыми потоками, преимущественно образующимися из единого потока сырья.

11. Способ по п.7, в котором первый и второй углеводородные потоки являются сырьевыми потоками, преимущественно образующимися из единого потока сырья.

12. Способ по п.8, в котором первый и второй углеводородные потоки являются сырьевыми потоками, преимущественно образующимися из единого потока сырья.

13. Способ по п.9, в котором первый и второй углеводородные потоки являются сырьевыми потоками, преимущественно образующимися из единого потока сырья.

14. Устройство для сжижения по меньшей мере двух углеводородных потоков, таких как по меньшей мере два потока природного газа, включающее в себя: один или более первых теплообменников для охлаждения первого углеводородного потока и образования первого охлажденного углеводородного потока; один или более вторых теплообменников для охлаждения второго углеводородного потока и образования второго охлажденного углеводородного потока; по меньшей мере, одну систему сжижения, скомпонованную таким образом, чтобы сжижать указанные первый и второй охлажденные углеводородные потоки; и контур хладагента, включающий по меньшей мере два отдельных потока хладагента, один из которых обеспечивает охлаждение одного или более первых теплообменников, а другой обеспечивает охлаждение одного или более вторых теплообменников, по меньшей мере один отдельный компрессор в каждом отдельном потоке хладагента для сжатия потоков хладагента и один или более общих охладителей для совместного охлаждения потоков сжатого хладагента.

15. Устройство по п.14, дополнительно включающее в себя делитель потока для разделения потока сырья по меньшей мере на первый и второй углеводородные потоки.

16. Устройство по п.14 или 15, дополнительно включающее в себя объединитель, расположенный после отдельных компрессоров и до одного или более общих охладителей для объединения отдельных потоков сжатого хладагента.

17. Устройство по п.16, дополнительно содержащее компрессоры-охладители в виде водного и/или воздушного охладителя, соответственно расположенные в каждом потоке сжатого хладагента до объединителя, причем уровень охлаждения одного или более общих охладителей больше, чем уровень охлаждения компрессоров-охладителей.

18. Способ сжижения по меньшей мере двух углеводородных потоков, таких как по меньшей мере два потока природного газа, включающий в себя стадии: (а) подвода по меньшей мере первого и второго углеводородных потоков; (b) пропускания первого углеводородного потока через один или более первых теплообменников с образованием первого охлажденного углеводородного потока; (с) пропускания второго углеводородного потока через один или более вторых теплообменников с образованием второго охлажденного углеводородного потока и (d) последующее сжижение названных первого и второго углеводородных потоков, в котором контур хладагента обеспечивает охлаждение одного или более первых теплообменников и одного или более вторых теплообменников путем пропускания отдельных потоков хладагента через один или более первых теплообменников стадии (b) и через один или более вторых теплообменников стадии (с), раздельное сжатие каждого отдельного потока хладагента после пропускания через по меньшей мере один или более первых теплообменников и, соответственно, через по меньшей мере один или более вторых теплообменников и объединение отдельных потоков сжатого хладагента.

19. Устройство для сжижения по меньшей мере двух углеводородных потоков, таких как по меньшей мере два потока природного газа, включающее в себя: один или более первых теплообменников для охлаждения первого углеводородного потока и образования первого охлажденного углеводородного потока; один или более вторых теплообменников для охлаждения второго углеводородного потока и образования второго охлажденного углеводородного потока; по меньшей мере, одну систему сжижения, скомпонованную таким образом, чтобы сжижать указанные первый и второй охлажденные углеводородные потоки; и контур хладагента, включающий по меньшей мере два отдельных потока хладагента, один из который обеспечивает охлаждение одного или более первых теплообменников, а другой обеспечивает охлаждение одного или более вторых теплообменников; по меньшей мере один отдельный компрессор в каждом из отдельных потоков хладагента и объединитель, расположенный после отдельных компрессоров, для объединения отдельных потоков сжатого хладагента.

Описание изобретения к патенту

Настоящее изобретение относится к способу и устройству для сжижения, по меньшей мере, двух углеводородных потоков, таких, например, как, по меньшей мере, два потока природного газа.

Известны несколько способов сжижения потока природного газа с получением сжиженного природного газа (СПГ). Сжижение потока природного газа желательно по нескольким причинам. Например, природный газ легче хранить и транспортировать на большие расстояния в жидкой форме, чем в газообразной форме, поскольку он занимает меньший объем и его не нужно хранить под высоким давлением.

Как правило, природный газ, содержащий преимущественно метан, поступает на установку СПГ при повышенных давлениях и предварительно обрабатывается с целью получения очищенного сырья, пригодного для сжижения при криогенных температурах. Очищенный газ обрабатывают на нескольких стадиях охлаждения с использованием теплообменников для постепенного снижения температуры газа до тех пор, пока не будет достигнуто сжижение. Жидкий природный газ после этого охлаждают и расширяют на одной или более стадиях расширения до конечного атмосферного давления, пригодного для хранения и транспортировки. Образующийся при мгновенном испарении на каждой стадии пар может быть использован в качестве источника топливного газа на установке.

Затраты на создание и эксплуатацию установки или системы сжижения природного газа, естественно, высоки и значительная часть их связана со схемами охлаждения. Любое снижение потребности в энергии на установке или в системе существенно экономит расходы. Особенно выгодно какое бы то ни было снижение затрат на какой-либо из схем охлаждения.

US 6272882 В1 посвящен способу сжижения газообразного обогащенного метаном сырья, в результате чего получают сжиженный продукт. Процесс сжижения включает в себя несколько стадий, одна из которых состоит в разделении частично сконденсированного хладагента, предназначенного для главного теплообменника, на жидкую тяжелую фракцию хладагента и газообразную легкую фракцию хладагента. По меньшей мере, часть жидкой фракции хладагента охлаждают, сжижают и дополнительно охлаждают с помощью отходящего газа, выводимого из аппарата мгновенного испарения, установленного после главного теплообменника. Способ в US 6272882 B1 имеет одну «цепочку» сжижения.

US 6389844 B1 посвящен установке для сжижения природного газа. Более конкретно, предварительно охлажденному двойному теплообменнику и двойной холодильной системе. Установка в US 6389844 B1 обладает сжижающей емкостью, которая на 40-60% больше сжижающей емкости в случае одной цепочки сжижения и включает в себя теплообменник предварительного охлаждения и, по меньшей мере, два главных теплообменника. В каждом из главных теплообменников используется главный хладагент, который разделяется на тяжелую жидкую фракцию хладагента и легкую газообразную фракцию, которые находятся в главном теплообменнике только будучи охлаждаемыми перед расширением.

Целью настоящего изобретения является улучшение эффективности установки для обработки иди способа обработки, в частности установки или способа сжижения.

Дополнительной целью настоящего изобретения является снижение потребностей в энергии установки для обработки или способа обработки, в частности установки или способа сжижения.

Еще одной целью настоящего изобретения является создание альтернативного способа и устройства для обработки углеводородного потока, в частности для сжижения углеводородного потока.

Настоящее изобретение предлагает способ сжижения, по меньшей мере, двух углеводородных потоков, таких как, по меньшей мере, два потока природного газа, и при этом способ включает в себя, по меньшей мере, следующие стадии:

(a) подвод, по меньшей мере, первого и второго углеводородных потоков;

(b) пропускание первого углеводородного потока через один или более первых теплообменников с образованием первого охлажденного углеводородного потока;

(c) пропускание второго углеводородного потока через один или более вторых теплообменников с образованием второго охлажденного углеводородного потока; и

(d) последующее сжижение названных первого и второго углеводородных потоков.

Контур хладагента обеспечивает охлаждение одного или более первых теплообменников и одного или более вторых теплообменников путем пропускания отдельных потоков хладагента через один или более первых теплообменников на стадии (b) и через один или более вторых теплообменников на стадии (с).

Отдельные потоки хладагента после пропускания, соответственно, через первый теплообменник(и) и второй теплообменник(и) и/или после обмена теплом с соответствующими углеводородными потоками могут быть сжаты, совместно или по отдельности.

Потоки сжатого хладагента могут быть после этого совместно охлаждены в одном или более общих охладителях. Этим путем можно уменьшить число необходимых охладителей, что снизит капитальные и эксплуатационные расходы.

В еще одном своем аспекте настоящее изобретение предлагает устройство для сжижения, по меньшей мере, двух углеводородных потоков, таких как, по меньшей мере, два потока природного газа, которое включает в себя:

- один или более первых теплообменников для охлаждения первого углеводородного потока и создания первого охлажденного углеводородного потока;

- один или более вторых теплообменников для охлаждения второго углеводородного потока и создания второго охлажденного углеводородного потока;

- по меньшей мере, одну систему сжижения, скомпонованную таким образом, чтобы сжижать указанные первый и второй углеводородные потоки; и

- контур хладагента, включающий, по меньшей мере, два отдельных потока хладагента, один из которых обеспечивает охлаждение одного или более первых теплообменников, а другой обеспечивает охлаждение одного или более вторых теплообменников.

Контур хладагента может, кроме того, включать в себя, по меньшей мере, один компрессор для сжатия потоков хладагента, совместно или по отдельности, после того, как они произвели охлаждение в первом и втором теплообменниках(е).

Контур хладагента может, кроме того, включать в себя один или более общих охладителей для совместного охлаждения потоков сжатого хладагента.

Далее варианты осуществления настоящего изобретения описываются только на примере и со ссылками на сопровождающие, не ограничивающие изобретения схематические чертежи, на которых:

фиг.1 - обобщенная схема части установки сжижения согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения; и

фиг.2 - детализированная схема установки сжижения, приведенной на фиг.1.

В предлагаемом описании один ссылочный номер относится как к линии, так и к потоку, переносимому по этой линии. Одинаковые ссылочные номера относятся к одним и тем же компонентам, потокам или линиям.

В заявке описаны способы и устройства, в которых два углеводородных потока охлаждаются хладагентом в контуре хладагента при пропускании потока хладагента через один или более первых теплообменников и пропускании отдельного потока хладагента через один или более вторых теплообменников с последующим сжатием отдельных потоков хладагента с использованием, по меньшей мере, одного компрессора.

При использовании контура (предпочтительно одного) хладагента для обеспечения охлаждения первого теплообменника(ов) и второго теплообменника(ов) снижение капитальных и эксплуатационных расходов может быть обеспечено благодаря общности элементов в едином контуре хладагента, обслуживающем разные теплообменники для двух углеводородных потоков.

Контур хладагента может включать в себя любое число отдельных линий или потоков хладагента для охлаждения разных углеводородных потоков и любое число общих элементов и деталей, включая компрессоры, охладители и т.д. Некоторые потоки хладагента могут быть общими, а некоторые отдельными.

Первый и второй теплообменники могут быть отдельными и при этом можно обойтись без какого-либо изменения в существующей компоновке первого и второго теплообменников, что является преимуществом изобретения.

Варианты осуществления изобретения включают совместное охлаждение двух или более потоков сжатого хладагента.

Потоки сжатого хладагента могут быть объединены с целью их совместного охлаждения с помощью одного или более общих охладителей. Как правило, в совместном или объединенном охлаждении должен принимать участие хладагент контура охлаждения в конденсированном состоянии. Совместное охлаждение равноценно общему отводу тепла из отдельных потоков хладагента после их сжатия. Как это известно из уровня техники, могут быть использованы также один или более других охладителей, либо отдельных, либо интегрированных, либо связанных с компрессорами.

При использовании в контуре хладагента частичного, предпочтительно большей части, общего охлаждения настоящее изобретение может снизить общие энергетические потребности способа и установки или устройства для обработки, в частности сжижения, углеводородного потока и/или сделать способ и установку или устройство более эффективными и, таким образом, более экономичными.

Хладагент контура хладагента может быть единственным компонентом, например пропаном. Предпочтительно, чтобы хладагент был смешанным на основе двух или более компонентов, которые предпочтительно выбраны из группы, содержащей азот, метан, этан, этилен, пропан, пропилен, бутан и пентан.

На стадии (b) описанных здесь способов первый углеводородный поток пропускают через один или более первых теплообменников с образованием первого охлажденного углеводородного потока, а на стадии (с) второй углеводородный поток пропускают через один или более вторых теплообменников с образованием второго охлажденного углеводородного потока.

В вариантах осуществления настоящего изобретения каждая из стадий (b) и (с) включает в себя пропускание углеводородного потока через 2, 3, 4 или 5 первых и вторых теплообменников, преимущественно через два первых теплообменника и два вторых теплообменника.

Первый и второй охлажденные углеводородные потоки могут быть затем обработаны, например сжижены.

Предпочтительно, чтобы первый и второй углеводородные потоки были сырьевыми потоками, преимущественно происходящими из единого потока сырья. В том случае, когда первый и второй углеводородные потоки образованы этим путем, они могут быть при этом разделены поровну или не поровну, но предпочтительно, чтобы они были одинаковыми. Поток сырья может быть разделен с помощью любого подходящего разделителя, делителя потока или какого-либо подобного им известного из уровня техники средства.

В общем случае сырьевой поток или потоки могут быть сжижены пропусканием их через, по меньшей мере, две стадии охлаждения. Может быть использовано любое число стадий охлаждения, а каждая стадия охлаждения может включать в себя два или более теплообменников, а также одну или более операций, уровней или секций. Каждая стадия охлаждения может включать в себя два или более теплообменников, расположенных последовательно, параллельно или комбинированным образом.

Компоновки подходящих теплообменников, способных охлаждать и сжижать сырьевой поток, такой как углеводородный поток типа природного газа, известны из уровня техники.

Одна из компоновок включает в себя две стадии охлаждения, включающие первую стадию охлаждения и вторую стадию охлаждения, из которых первая стадия охлаждения является преимущественно стадией предварительного охлаждения для охлаждения ниже 0°С, а вторая стадия является преимущественно главной криогенной стадией для сжижения при температуре ниже -100°С.

В одном из специальных вариантов осуществления настоящего изобретения способ обработки углеводородных потоков является частью способа сжижения углеводородного потока, такого как природный газ, из потока сырья и при этом способ обработки включает в себя первую стадию охлаждения, за которой следует вторая стадия охлаждения для сжижения первого и второго охлажденных углеводородных потоков.

Углеводородными потоками могут быть любые предназначенные для сжижения подходящие углеводородсодержащие потоки, но обычно они представляют собой поток природного газа, получаемый из источника природного газа или нефтяных резервуаров. В качестве альтернативы поток природного газа может быть получен из какого-либо другого источника, включающего в том числе синтетический источник, такой как процесс Фишера-Тропша.

Как правило, природный газ состоит в значительной степени из метана. Предпочтительно, чтобы поток сырья содержал, по меньшей мере, 60 мол.% метана и, более предпочтительно, по меньшей мере, 80 мол.% метана.

В зависимости от источника природный газ может содержать варьируемые количества более тяжелых, чем метан, углеводородов, таких как этан, пропан, бутаны и пентаны, а также некоторые ароматические углеводороды. Поток природного газа может также содержать неуглеводородные вещества, такие как Н₂О, N₂, CO₂, H₂S и другие сернистые соединения, и т.п.

При необходимости углеводородные потоки перед их использованием в настоящем изобретении можно подвергнуть предварительной обработке. Эта предварительная обработка может включать в себя удаление каких-либо нежелательных присутствующих компонентов типа СО₂ и H₂ S или другие операции, такие как предварительное охлаждение, предварительное воздействие давлением и т.п. Поскольку эти операции хорошо известны специалистам в данной области, далее они обсуждаться не будут.

Хотя способ согласно настоящему изобретению применим к различным углеводородным сырьевым потокам, он в особенности подходит для сжижаемых потоков природного газа. Поскольку специалист в данной области легко поймет, как сжижать углеводородный поток, далее этот вопрос здесь детально обсуждаться не будет.

Кроме того, специалисту в данной области несложно понять, что сжиженный природный газ после сжижения может при необходимости быть обработан дополнительно. Например, полученный СПГ может быть декомпримирован с помощью вентиля Джоуля-Томсона или с помощью криогенного турбодетандера.

Настоящее изобретение может включать в себя один или более дополнительных контуров хладагента, например включенных в первую стадию охлаждения или проходящих через нее. В некоторых случаях для охлаждения первого и второго углеводородных потоков с контуром хладагента необязательно могут быть соединены какие-либо другие или дополнительные контуры хладагента и/или они могут располагаться параллельно ему.

На фиг.1 показана общая компоновка части установки сжиженного природного газа (СПГ). Показан исходный сырьевой поток 10, содержащий природный газ. Наряду с метаном природный газ, как правило, включает некоторое количество более тяжелых углеводородов и примесей, например диоксида углерода, азота, гелия, воды и неуглеводородных кислых газов. С целью максимально возможного отделения указанных примесей и подготовки очищенного сырья, пригодного для сжижения при криогенных температурах, сырьевой поток 10 подвергают, как правило, предварительной обработке.

Сырьевой поток 10 разделяется с помощью делителя 15 потока, образуя перед первой стадией 2 охлаждения первый и второй углеводородные потоки 20 и 20а. Сырьевой поток 20 может разделяться на любое число углеводородных потоков, а показанное на фиг.1 разделение на два углеводородных потока является лишь предпочтительным примером. Разделение сырьевого потока 10 может быть осуществлено на основе любого соотношения: по массе и/или по объему, и/или по скорости потока. Это соотношение может базироваться на размере или емкости последующих частей стадий снижения, систем или узлов, или же иметь в основе другие соображения. Одним из примеров соотношения является разделение потока сырья на равные части по массе.

На первой стадии 2 охлаждения первый углеводородный поток 20 проходит через первый каскад из двух первых теплообменников 12, 14, образуя первый охлажденный углеводородный поток 30. Второй углеводородный поток 20а проходит через второй каскад из вторых теплообменников 12а, 14а, который может быть идентичным или отличным от первого каскада из первых теплообменников 12, 14, в результате чего образуется второй охлажденный углеводородный поток 30а.

Первые теплообменники 12, 14 и вторые теплообменники 12а, 14а охлаждаются первым контуром 100 хладагента. Первый контур 100 хладагента имеет два потока хладагента, 101 и 101a, которые по отдельности охлаждают первые теплообменники 12, 14 и вторые теплообменники 12а, 14а, соответственно. После завершения их охлаждения потоки 101, 101a хладагента подаются в один или более отдельных компрессоров 32, 32а перед тем, как сжатые потоки 101d, 101e будут объединены с образованием единого потока 101f для общего отвода тепла. Единый поток 101f проходит через один или более общих водяных и/или воздушных охладителей, два из которых, а именно охладители 34, 34а, показаны на фиг.1. Затем сконденсированный (как правило) поток 101g хладагента разделяется с образованием предназначенных для охлаждения отдельных потоков 101, 101a хладагента.

Первая стадия 2 охлаждения может включать в себя любое число теплообменников для каждого углеводородного потока, а сырьевой поток 10 может быть разделен на более чем два углеводородных потока.

Первая стадия 2 охлаждения должна, как правило, охлаждать первый и второй углеводородные потоки 20, 20а до температуры ниже 0°С и преимущественно до температуры от -20 до -60°С.

На фиг.1 первый и второй охлажденные углеводородные потоки 30, 30а проходят через вторую стадию 4 охлаждения, на которой они сжижаются с помощью двух отдельных систем сжижения, каждая из которых, как правило, включает в себя, по меньшей мере, один теплообменник, в результате чего образуются отдельные сжиженные потоки 40, 40а, соответственно. Системы сжижения и условия процесса для сжижения хорошо известны из уровня техники и далее не описываются. На фиг.1 две системы сжижения символически представлены сжижающими теплообменниками 16 и 16а. При этом они являются также и теплообменниками, но упоминаются именно как сжижающие теплообменники просто с целью того, чтобы подчеркнуть их отличие (функциональное) от описанных выше первого и второго теплообменников.

В каждом из сжижающих теплообменников 16, 16а на второй стадии 4 охлаждения в показанном на фиг.1 примере использован контур хладагента: в первом сжижающем теплообменнике 16 используется первый контур 102 хладагента, а во втором сжижающем теплообменнике 1ба используется второй контур 103 хладагента. В каждом из этих контуров 102, 103 хладагента могут использоваться одни и те же или разные хладагенты. Предпочтительно, чтобы в каждом из контуров использовался один и тот же хладагент и, более предпочтительно, чтобы хладагентом для каждого из контуров 102, 103 хладагента был смешанный хладагент. Смешанный хладагент может быть на основе двух или более компонентов, предпочтительно выбранных из группы, содержащей азот, метан, этан, этилен, пропан, пропилен, бутан и пентан.

Как правило, первый и второй охлажденные углеводородные потоки 30, 30а охлаждаются на второй стадии 4 охлаждения до температуры, по меньшей мере, ниже -100°С.

Сжиженные потоки 40 и 40а после этого объединяют. Их можно объединять любым известным способом и с любым известным сочетанием ступеней. Такое объединение потоков может производиться до или после какого-либо расширения какого-либо из сжиженных потоков 40, 40а. При объединении сжиженных потоков для их последующего прохождения через газожидкостной сепаратор может и не потребоваться полная интеграция или смешение. Предпочтительно объединять потоки перед их пропусканием через газожидкостной сепаратор.

Компоновки для объединения потоков известны специалистам. Пример компоновки, показанный на фиг.1, предназначен для объединения сжиженных потоков 40, 40а с использованием известного в технике объединителя 18 с целью образования объединенного сжиженного углеводородного потока 50. Объединитель может иметь любую подходящую компоновку, включающую, как правило, объединение или связку труб или трубопроводов, которые могут включать в себя один или более клапанов.

Объединенный сжиженный углеводородный поток 50, образующийся на второй стадии 4 охлаждения, может проходить через предохранительный клапан воздушной заслонки (не показан) на газожидкостный сепаратор типа концевого аппарата 22 мгновенного разделения, в котором, как правило, получают жидкий поток в качестве товарного потока 60 сжиженного углеводородного продукта и пар в виде газообразного потока 70. Сжиженный углеводородный поток 60 после этого направляют с помощью одного или более насосов (не показаны) на хранение и/или к средствам транспортировки.

На фиг.2 показана более детальная схема варианта осуществления настоящего изобретения, показанного на фиг.1, на которой сырьевой поток 10 разделяется на первый и второй углеводородные потоки 20а, 20b, которые проходят через два отдельных, но параллельных и одинаковых каскада первых теплообменников 12, 14 и вторых теплообменников 12а, 14а, обеспечивающих первую стадию 2 охлаждения.

Оба каскада первых и вторых теплообменников 12, 14, 12а, 14а включают в себя охлаждение с помощью одного контура 100 охлаждения. Первый контур 100 охлаждения имеет две линии 101 и 101а хладагента, которые по отдельности охлаждают первый каскад первых теплообменников 12, 14 при двух различных уровнях давления известным из уровня техники способом и, соответственно, охлаждают второй каскад вторых теплообменников 12а, 14а при двух различных уровнях давления известным из уровня техники способом.

По завершении их охлаждения потоки 101 и 101а хладагента подают на два каскада компрессоров 36 и 36а, соответственно. Каждый поток сжатого хладагента пропускают через отдельные водяные и/или воздушные охладители 38 и 38а, соответственно, и затем объединяют с образованием единого потока 101f хладагента. Отдельные охладители 38, 38а в процессе их рециркуляции также обеспечивают охлаждение компрессоров 36 и 36а.

Единый поток 101f хладагента проходит затем через большой водяной и/или воздушный охладитель 34, где большая часть тепла хладагента обменивается путем отвода ее в окружающую среду в процессе конденсации хладагента. После этого хладагент поступает в известный из уровня техники сборник 42. Из сборника 42 поток хладагента проходит через последний и, как правило, меньшего размера водяной и/или воздушный охладитель 34а, после чего разделяется по двум линиям 101 и 101а хладагента.

Предпочтительно, чтобы большой охладитель 34 обеспечивал тот же самый уровень охлаждения, что и охладители существующего уровня техники в раздельных контурах хладагента, используемые в настоящее время для охлаждения двух углеводородных потоков.

Следует отметить, что все охлаждение хладагента в первом контуре 100 хладагента осуществляется или должно осуществляться с помощью общего холодильного агрегата или агрегатов, таких как большой охладитель 34. Отдельные охладители 38 и 38а должны обеспечивать некоторое начальное охлаждение, хотя их функцией является обеспечение компрессорам 36 и 36а рециркуляции газа известным из уровня техники способом. Отметим лишь в качестве примера, что отношение емкости охлаждения большого (и общего) охладителя 34 к емкости охлаждения компрессоров-охладителей 38 и 38а может составлять от 5:1 до 20:1 или выше, но предпочтительно составляет 10:1. В случае настоящего изобретения, по меньшей мере, большая часть охлаждения хладагента в контуре 100 хладагента обеспечивается общим охладителем или охладителями после повторного объединения всех отдельных потоков хладагента (после того, как они охладили углеводородные потоки в соответствующих теплообменниках).

Компоновка первого охладительного контура 100 на фиг.1 и 2 упрощает охлаждение, подаваемое на один теплообменник или на несколько из теплообменников, или на все теплообменники первой стадии 2 охлаждения или какой-либо из стадий охлаждения, конфигурацию или компоновку. В частности, показанные на фиг.1 и 2 компоновки уменьшают число водяных и/или воздушных узлов и сборников, необходимых для первого контура 100 хладагента, который при этом, тем не менее, все еще может обеспечить два потока хладагента для раздельных каскадов теплообменников. С целью дополнительного снижения капитальных и эксплуатационных расходов на первый контур 100 хладагента и/или на первую стадию 2 охлаждения можно дополнительно уменьшить количество деталей, относящихся к первому контуру 100 хладагента, путем дополнительного объединения охладителей, клапанов и/или компрессоров.

После второго по ходу процесса теплообменника 14 из первых теплообменников 12, 14 выходит охлажденный углеводородный поток 30. Этот поток 30 и эквивалентный ему охлажденный углеводородный поток 30а из второго каскада вторых теплообменников 12а, 14а первой стадии 2 охлаждения поступают затем в два параллельных, преимущественно идентичных сжижающих теплообменника 16, 16а, которые образуют вторую стадию 4 охлаждения.

Сжижающие теплообменники 16, 16а второй стадии 4 охлаждения представляют собой преимущественно криогенные теплообменники с бобинной или спиральной обмоткой, работа которых известна из уровня техники и охлаждение которых обеспечивается вторым и третьим контурами 102,103 хладагента, соответственно.

Каждый из сжижающих теплообменников 16, 16а создает сжиженные углеводородные потоки 40, 40а, которые вслед за тем объединяются в объединенный сжиженный углеводородный поток 50. После прохождения через третий теплообменник 24 охлажденный объединенный сжиженный углеводородный поток 50а проходит через детандер в газожидкостный сепаратор, представляющий собой известный из уровня техники концевой аппарат 22 мгновенного разделения. Из концевого аппарата 22 мгновенного разделения выходит поток 60 сжиженного углеводородного продукта, который с помощью насоса 26 может быть направлен на хранение и/или на транспортировку, и газообразный поток 70, который после некоторого теплообмена может использоваться как топливный газ и/или быть использованным в других частях СПГ-установки.

В показанном на фиг.2 примере в первом, втором и третьем контурах 100, 102, 103 хладагента используется смешанный хладагент. Во втором и третьем контурах 102 и 103 хладагента используют один и тот же смешанный хладагент.

Смешанный хладагент каждого контура хладагента может быть на основе двух или более компонентов, которые, более предпочтительно, выбраны из группы, содержащей азот, метан, этан, этилен, пропан, пропилен, бутан и пентан. Средний молекулярный вес хладагента в первом контуре 100 хладагента предпочтительно выше среднего молекулярного веса хладагента во втором и третьем контурах 102 и 103 хладагента.

В целях ясности второй контур 102 хладагента раскрыт ниже более детально. Из сжижающего теплообменника 16 выходит поток 102е парообразного хладагента, который сжимается и охлаждается двумя компрессорами и двумя водяными или воздушными охладителями с образованием потока 102а охлажденного хладагента. Этот поток 102а охлажденного хладагента проходит далее через каскад из двух теплообменников 12, 14 одной части первой стадии 2 охлаждения, который до некоторой степени охлаждает второй хладагент. Поток 102b дополнительно охлажденного хладагента подают затем в газожидкостный сепаратор 46. Из сепаратора 46 выходят легкая фракция 102 с хладагента и тяжелая фракция I02d хладагента, обе из которых поступают в сжижающий теплообменник 16 с целью охлаждения и расширяются с целью использования их холодной энергии в сжижающем теплообменнике 16 известным из уровня техники способом.

В таблице 1 приведен репрезентативный рабочий пример температур, давлений и направлений потоков в разных частях примера процесса настоящего изобретения, представленного на фиг.1.

Таблица 1
Номер потока	Температура (°C)	Давление (бар)	Массовая скорость (кг/сек)	Фаза
10	51,0	92,6	277,7	Пар
20	51,0	92,6	139,5	Пар
30	-41,5	89,0	140,0	Пар
40	-151,4	83,5	140,0	Жидкость
50а	-156,8	81,0	280,0	Жидкость
60	-162,5	1,1	251,6	Жидкость
70	-165,1	1,0	28,4	Пар
102а	46,0	53,3	205,0	Пар
102b	-41,5	49,0	205,0	Смешанная
102с	-41,6	48,9	36,0	Пар
102d	-41,6	48,9	169,0	Жидкость
102е	62,3	19,9	205,0	Пар
101	41,0	37,8	442,9	Жидкость
101f	68,7	38,6	885,9	Пар

Специалисту должно быть понятно, что настоящее изобретение может быть осуществлено различными путями без изменения объема прилагаемой формулы изобретения.