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制冷剂和氮气回收

阅读:39发布:2020-05-08

专利汇可以提供制冷剂和氮气回收专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 提供了用于回收 液化 系统内的混合制冷剂和/或氮气的系统、装置和方法。所述系统、装置和方法有利于回收可从 压缩机 泄漏 的混合制冷剂(MR)和/或氮蒸气,将MR与氮气分离,以及在所述液化系统内再利用MR和/或氮气。回收和再利用MR和/或氮气可使MR和氮气的损失最小化,这可降低液化系统的总操作成本。此外,回收MR(而不是将其燃烧)可通过减少被燃烧的MR的量来减少环境排放。,下面是制冷剂和氮气回收专利的具体信息内容。

1.一种液化系统,所述系统包括:
第一压缩机
与所述第一压缩机流体连通的回收系统,所述回收系统包括
第一换热器,所述第一换热器被构造成从所述第一压缩机接收包含混合制冷剂和氮气的第一蒸气,并且将所述第一蒸气转化成富氮蒸气和富液体的混合物,所述第一换热器具有至少一个冷却元件,所述冷却元件被构造成接收向所述第一蒸气提供制冷的冷流体,和
分离器,所述分离器被构造成从所述第一换热器接收富烃液体和富氮蒸气的混合物,并且分离所述富烃液体和所述富氮蒸气。
2.根据权利要求1所述的液化系统,其还包括定位在所述第一换热器上游的氮气移除组件,所述氮气移除组件被构造成由包含混合制冷剂和氮气的第二蒸气产生所述第一蒸气,其中所述第一蒸气具有比所述第二蒸气少的氮气。
3.根据权利要求2所述的液化系统,其中所述氮气移除组件包括吸附床。
4.根据权利要求1所述的液化系统,其还包括定位在所述分离器下游的氮气移除组件,所述氮气移除组件被构造成从所述分离器接收所述富氮蒸气,并且从所述富氮蒸气移除所述氮气的一部分。
5.根据权利要求1所述的液化系统,其中所述第一压缩机包括密封组件,所述密封组件被构造成从所述分离器接收所述富氮蒸气的至少一部分。
6.根据权利要求5所述的液化系统,其还包括与所述分离器流体连通的第二压缩机,所述第二压缩机被构造成从所述分离器接收所述富氮蒸气的至少一部分并且迫使所述富氮蒸气的所述至少一部分到所述密封组件。
7.根据权利要求1所述的液化系统,其还包括与所述压缩机流体连通的第二换热器,所述第二换热器被构造成接收含甲烷蒸气并且将所述含甲烷蒸气转化成含甲烷液体。
8.根据权利要求7所述的液化系统,其中所述冷流体包含所述含甲烷液体的至少一部分。
9.根据权利要求1所述的液化系统,其还包括,所述泵被构造成从所述分离器接收所述富烃液体,并且将所述富烃液体泵送至储存容器。
10.一种操作液化系统的方法,所述方法包括:
在第一压缩机的密封组件处接收包括烃的密封气体;
在所述第一压缩机的所述密封组件处接收氮蒸气;
在第一换热器处接收第一蒸气,所述第一蒸气包括所述密封气体的至少一部分和所述氮蒸气的至少一部分;
将冷流体转移至所述第一换热器的冷却元件;
将热量从所述第一蒸气转移至所述冷流体,从而产生富氮蒸气和富烃液体的混合物;
以及
在定位在所述第一换热器下游的分离器处将所述富烃液体与所述富氮蒸气分离。
11.根据权利要求10所述的方法,其还包括:
在第二压缩机处接收所述富氮蒸气;
使用所述第二压缩机压缩所述富氮蒸气;以及
将所述富氮蒸气的至少一部分递送至所述第一压缩机的所述密封组件。
12.根据权利要求11所述的方法,其还包括:
在所述第二压缩机处接收来自所述第一压缩机的所述氮蒸气的一部分;以及将在所述密封组件处接收的所述氮蒸气的一部分与所述富氮蒸气混合。
13.根据权利要求10所述的方法,其中所述密封气体为混合制冷剂。
14.根据权利要求10所述的方法,其还包括:
在第二换热器处接收含甲烷蒸气;以及
从所述第二换热器内的所述含甲烷蒸气中移除热量,从而产生所述冷流体。
15.根据权利要求10所述的方法,其还包括:
在定位在所述第一换热器上游的氮气移除组件处接收第二蒸气,所述第二蒸气包含所述密封气体的至少一部分和所述氮蒸气的至少一部分;以及
从所述第二蒸气中移除所述氮蒸气的一部分,从而产生所述第一蒸气。
16.根据权利要求10所述的方法,其还包括:
在定位在所述分离器下游的氮气移除组件处接收所述富氮蒸气;以及从所述富氮蒸气移除所述氮气的一部分。
17.根据权利要求10所述的方法,其还包括:
在泵处接收所述富烃液体;以及
将所述富烃液体泵送到储存容器中。

说明书全文

制冷剂和氮气回收

[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请要求2017年8月21日提交的名称为“Refrigerant and  Nitrogen Recovery”的美国临时专利申请号62/548,163,以及2018年6月29日提交的名称为“Refrigerant and Nitrogen Recovery”的美国专利申请号16/023,885的优先权,其全文以引用方式并入本文。

技术领域

[0003] 本发明提供了用于减少液化气体(例如天然气)的液化系统中的制冷剂和/或氮气损失的系统和方法。

背景技术

[0004] 液化天然气(“LNG”)是已经在最高达大约25kPa(4psig)的压下冷却至大约-162摄氏度(~-260华氏度)的温度,从而呈液体状态的天然气。天然气(NG)主要由甲烷组成,并且可包括乙烷、丙烷,以及重质组分诸如丁烷、戊烷、己烷、苯、甲苯、乙苯和二甲苯。许多天然气源位于远离最终消费者的显著距离处。长距离运输NG的一种高性价比方法是液化天然气,将其转化为液化天然气(LNG),并将其在油轮(也称为LNG罐车)中进行运输。在目的地处将LNG转化回气态天然气。
[0005] 在典型的NG液化方法中,压缩机将混合制冷剂MR压缩至高压,从而形成加压的MR。将加压的MR递送至冷箱,其继而用于冷却NG原料以形成LNG。在正常操作期间以及在某些停工场景中,MR和氮气可从压缩机泄漏。氮气可用作干气体密封件的一部分,所述干气体密封件用于容纳压缩机内的MR并且与MR混合。通常,捕集泄漏的MR和氮气并递送至火炬进行燃烧。随着时间的推移,必须替代这种损失的、燃烧的MR和氮气,以使液化过程继续进行,这是昂贵的。

发明内容

[0006] 本发明提供了用于减少液化系统中的制冷剂和氮气的损失的系统、装置和方法。在一个方面,提供了液化系统,其包括第一压缩机和与第一压缩机流体连通的回收系统。回收系统可包括被构造成从第一压缩机接收第一蒸气的第一换热器。第一蒸气可以为例如混合制冷剂和氮气。第一换热器可被构造成将第一蒸气转化成富氮蒸气和富烃液体的混合物。在某些实施方案中,第一换热器可具有至少一个冷却元件,所述冷却元件被构造成接收向第一蒸气提供制冷的冷流体,和分离器,所述分离器被构造成从第一换热器接收富烃液体和富氮蒸气的混合物,并且分离富烃液体和富氮蒸气。
[0007] 在一个实施方案中,本发明提供了一种操作液化系统的方法。该方法可包括在第一压缩机的密封组件处接收包括烃的密封气体。该方法还可包括在第一压缩机的密封组件处接收氮蒸气。该方法还可包括在第一换热器处接收第一蒸气,所述第一蒸气包括所述密封气体的至少一部分和所述氮蒸气的至少一部分。该方法还可包括将冷流体转移至第一换热器的冷却元件。该方法还可包括将热量从第一蒸气转移至冷流体,从而产生富氮蒸气和富烃液体的混合物。该方法还可包括在定位在第一换热器下游的分离器处将富烃液体与富氮蒸气分离。附图说明
[0008] 图1为液化系统的一个示例性实施方案的图;
[0009] 图2示出了压缩机的密封组件的剖视图;
[0010] 图3为混合制冷剂(MR)回收系统的一个示例性实施方案的示意图;
[0011] 图4为氮气回收系统的一个示例性实施方案的示意图;并且
[0012] 图5为示出了操作液化系统的一个示例性实施方案的流程图

具体实施方式

[0013] 一种解决来自压缩系统的压缩机的制冷剂泄漏的方法涉及利用回收系统,所述回收系统允许制冷剂被捕集并直接注入回到压缩机中或注入制冷过程内其他地方的循环中,从而消除或减轻制冷系统中的制冷剂损失。然而,对于使用混合制冷剂(MR)的某些液化系统而言,将MR直接回收和重新引入压缩机中,或重新引入制冷过程内的循环中可能是不可行的。例如,从压缩机泄漏的MR通过压缩机的密封件来泄漏。此类压缩机密封件可包括采用氮气作为缓冲气体的干式密封件,并且该氮气可污染MR。因此,MR和氮气的混合物可从压缩机中泄漏。随时间的推移,将MR和氮气混合物直接重新引入压缩机中可导致性能下降,因为液化系统内的MR的组成将改变,变成富含氮气。
[0014] 为了解决这些问题,可采用MR和氮气回收系统以从液化系统的压缩机捕集泄漏的MR和氮气的混合物。MR和氮气回收系统各自被构造成将MR与氮气分离(例如,通过将MR烃类冷凝),从而允许回收MR和氮气。回收的MR可安全地重新引入回到压缩机中,和/或重新引入制冷过程内的循环中。回收的氮气可用作压缩机密封件的缓冲气体的组分,和/或用于其他地方。
[0015] 图1示出了新型LNG液化系统100的一个实施方案。液化系统100包括制冷剂供应系统102,所述制冷剂供应系统包含处于蒸气状态的混合制冷剂MR 102v,压缩系统106,一个或多个冷凝器108,换热器112,以及天然气(NG)供应系统114,所天然气供应系统包含处于蒸气状态的天然气(NG)原料114v。制冷剂供应系统102与压缩系统106流体连通,并且104插置在其间以调节供应MR 102v到压缩系统106的流量。冷凝器108与压缩系统106流体连通,并且在该压缩系统的下游。换热器112与冷凝器108流体连通,并且在该冷凝器的下游。膨胀阀110插置在冷凝器108和换热器112之间。换热器112还被构造成接收来自NG供应系统114的NG原料114v。换热器112也与阀门104流体连通。
[0016] 液化系统100的操作进一步参考图1进行讨论。阀门104调节混合制冷剂的流,在第一温度T1和第一压力P1下以蒸气状态将MR 102v从制冷剂供应系统102供应至压缩系统106。压缩系统106可以为例如包括压缩机105的多级压缩系统。
[0017] 压缩机105的实施方案可采用多种形式。压缩机105的示例可包括单缸压缩机、多级压缩机和多个压缩机组,每个压缩机具有一个或多个压缩级。压缩机105由推进器驱动,所述推进器可为例如燃气轮机、蒸汽轮机、膨胀器、或从外部电源(未示出)接收电力107的电动达。
[0018] 压缩系统106将供应MR 102v的温度和压力从第一温度T1和第一压力P1增加,从而产生处于蒸气状态的高温高压混合制冷剂MR 102v’,其具有大于第一温度T1的第二温度T2和大于第一压力P1的第二压力P2。
[0019] 高压高温MR 102v’可随后流至压缩系统106下游的一个或多个冷凝器108。冷凝器108可以为任何装置(例如,冷凝器、中间冷却器、空气冷却器等),其被构造成通过移除压缩过程期间产生的过量热量而有利于高温高压MR 102v’从蒸气或大部分蒸气到主要液体状态(液体MR 1021)的相变。因此,液体MR 102l可具有小于第一温度T1和第二温度T2的第三温度T3。为清楚起见,假设液体MR 1021的压力在第二压力P2下保持恒定。然而,在另选的实施方案中,液体MR的压力可小于第二压力P2。
[0020] 图1示出了冷凝器108在压缩系统106的下游。然而,在另选的实施方案中,冷凝器可位于压缩系统106的压缩机的各级之间。代替或除了压缩系统下游的冷凝器之外,可设置与压缩系统的压缩机集成的冷凝器。
[0021] 由冷凝器108输出的液体MR 102l行进通过膨胀阀110。膨胀阀110产生压降,所述压降使液体MR 1021的至少一部分处于低压低温液体状态,MR 1021′。低压低温液体MR 1021′可具有低于第一压力P1和第二压力P2的第三压力P3。为清楚起见,假设低温低压液体MR 1021′的温度在T3下保持恒定。然而,在另选的实施方案中,该液体MR的温度可小于第二温度P2。
[0022] 从膨胀阀110输出的低压、低温、低压液体MR 1021’在换热器112的换热表面的导管(或通道)内流动。如图所示,换热器112还接收天然气(NG)原料114v,并且低温低压液体MR 1021′冷却接触一个或换热表面的NG原料114v。当NG原料114v和低温低压液体MR 1021′行进通过换热器112时,热量从较热的NG原料114v转移至冷却器低温低压液体MR 102l′,使得NG原料114v冷却并开始冷凝,从而形成LNG 124。
[0023] 换热器112可以为任何类型的换热器。换热器112的示例可包括芯部板翅式、蚀刻板式、扩散粘结式、卷绕线圈式、管壳式、板框式等。
[0024] NG原料114v可包含NG蒸气120和重质烃组分(HHC),诸如丁烷、戊烷、己烷、苯、甲苯、乙苯和二甲苯。可能有利的是在LNG 124的生产期间移除HHC以防止它们冷冻。如图1所示,换热器112可包括HHC分离系统116,所述分离系统被构造成从NG原料114v移除HHC。当NG原料114v在换热器112内冷却时,HHC在比较轻的分子(例如甲烷)更高的温度下冷凝。因此,主要包含HHC的液体118可与NG原料114v分离,从而通过HHC分离系统116产生经纯化的NG蒸气120。经纯化的NG蒸气120流过换热器112并冷凝以形成LNG 124。LNG 124的压力随后可下降并储存在储存容器(未示出)中。
[0025] 液体118可以多种方式处理。在一个实施方案中,如图所示,液体118离开换热器112并储存在HHC储存容器122中。在另选的实施方案(未示出)中,可使HHC液体通过多级蒸馏过程以将其分离成其组成组分。分离的组分可储存在相应的储存容器中。
[0026] 低温低压液体MR 1021’吸收来自换热器112内的NG原料114v、经纯化的NG蒸气120、和/或LNG 124的热量。所吸收的热量足以导致低温低压液体MR 102l′的汽化。因此,离开换热器112的MR的至少一部分经历相变成蒸气。该蒸气可以流入阀门104到压缩系统106的再循环MR 102v′’的形式回收。在某些实施方案中,再循环MR 102v″可在阀门104处递送之前通过一个或多个调理系统(未示出)调理至第一温度T1和第一压力P1。通过回收和再利用再循环MR 102v″而不是将其燃烧,可避免与燃烧相关的环境排放。
[0027] 在液化系统100的正常操作期间,压缩机105可由于在各种位置处的不完全密封而泄漏MR(例如,供应MR 102v和/或高温高压MR 102v’)和氮气。液化系统100还可包括与压缩系统106的压缩机105流体连通的MR回收系统300和氮气回收系统400中的至少一者。如下文所详述的,MR回收系统300和氮气回收系统400各自被构造成将泄漏的MR与氮气分离(例如,通过冷凝MR烃),从而允许回收MR和氮气。MR回收系统300还被构造成将回收的MR重新引入回到压缩系统106的压缩机105中,和/或重新引入液化系统100的其他部分内(例如,介于冷凝器108和膨胀阀110之间)的循环中。氮气回收系统400还被构造成重新引入回收的MR作为压缩机密封件的缓冲气体的组分,和/或用于其他地方。
[0028] MR和氮气的泄漏结合图2进行讨论。图2示出了包括密封组件201的压缩机200的剖视图,所述压缩机可用于压缩系统,诸如图1所示的压缩系统106内,以容纳MR(例如,供应MR 102v和/或高温高压MR 102v′)。密封组件201邻近压缩机200的进气口和/或排气口定位以防止流体从压缩机泄漏。密封组件201包括初级密封件202、二级密封件204和三级密封件
206,所述密封件沿压缩机200的轴203的长度定位,介于压缩机200的压缩机侧209和轴承
211之间,以分离压缩机200内的流体。初级密封件202和二级密封件204可以为例如干气体密封件,并且三级密封件206可以为例如环密封件的类型。压缩侧209可包括用于压缩MR(例如,供应MR 102v)的压缩室(未示出),并且轴承侧211可包括围绕压缩机的轴203定位的一个或多个轴承(未示出)以使得轴203旋转。
[0029] 虽然图2的密封组件201以串联型干气体密封系统的形式示出,但可使用其他密封系统。示例可包括单干气体密封件、双干气体密封件、多布置干气密封件、迷宫型密封件、碳环型密封件、前述密封件的任何组合,或本领域已知的任何其他类型的密封件。
[0030] 本领域的技术人员将基本理解压缩机和密封组件是如何工作的。下面提供了简要描述。
[0031] 在正常操作期间,在压缩机侧压力下存在供应MR 102v、高温高压MR 102v’、及其呈未过滤的MR 209形式的组合。如上所述,供应MR 102v具有第一温度T1和第一压力P1,并且高温高压MR 102v’具有第二温度T2和第二压力P2。因此,未过滤的MR 209可具有在大约第一温度T1至第二温度T2范围内的温度,和在大约第一压力P1和第二压力P2范围内的压力。为清楚起见,在下文的讨论中假设未过滤的MR 209具有第二压力P2。
[0032] 未过滤的MR 209可通过密封元件230泄漏,所述密封元件可以为例如迷宫型密封件,并且可泄漏到密封组件201中,这可损坏初级密封件202、二级密封件204和三级密封件206。为了防止未过滤的MR 209通过密封元件230泄漏,可将经过滤的高压MR 208或另一密封气体递送至密封组件201的邻近压缩机侧209定位的区域205。经过滤的高压MR 208可将邻近密封元件230定位的腔207加压至高于压缩机侧209上的第二压力P2的第四压力P4,从而防止未过滤的MR 209泄漏到密封组件201。
[0033] 经过滤的MR 208的一部分可通过初级密封件202泄漏并行进至初级通气孔212。为了确保通过初级密封件202泄漏的大约所有MR(例如,未过滤的MR 209、经过滤的MR 208)均导向初级通气孔212,可将缓冲气体诸如例如氮气214(例如,氮蒸气)递送至邻近初级通气孔212的初级缓冲区域216。氮气214可处于第五压力P5,其是比在初级通气孔212处观察到的第四压力P4高的压力。氮气214的一部分可通过密封元件232泄漏到初级缓冲区域216中,所述密封元件可为(例如)防止MR泄漏的迷宫型密封件。通过密封元件232泄漏的氮气214可与通过初级密封件202泄漏的MR(例如,未过滤的MR 209、经过滤的MR 208)组合,以在初级通气孔212处产生MR泄漏物和氮气214的混合物218。氮气214的另一部分可通过二级密封件204泄漏并行进至二级通气孔220。可将MR泄漏物和氮气214的混合物218从初级通气孔212递送至待燃烧的火炬。
[0034] 为了防止轴承油雾从三级密封件206的承载侧迁移,还可将氮气222注入介于二级通气孔220和密封组件201的轴承侧211之间的二级缓冲区域224中。递送至二级缓冲区域224的氮气222的一部分可泄漏到三级密封件206之外并行进至二级通气孔220。来自二级通气孔220的氮气226可被捕获并作为缓冲气体重新引入密封组件201。
[0035] 如下文所详述的,与如通常所进行的将来自初级通气孔212的泄漏的MR和氮气214的混合物218燃烧相反,本公开的实施方案示出了有利于回收从液化系统的压缩机(例如,液化系统100的压缩机105)泄漏的MR(例如,未过滤的MR 209、经过滤的MR 208)的系统和相应的方法,所述MR可被回收并返回到循环中。这显著降低了储存、购买和将“损失的”MR重新引入液化系统100中的需要。
[0036] 图3是示出用于回收从压缩机(例如,压缩系统106的压缩机105)泄漏的MR泄漏物(例如,未过滤的MR 209、经过滤的MR 208)和/或氮气214中任一者(或两者)的全部或一部分的新型MR回收系统的一个示例性实施方案的示意图。
[0037] MR回收系统300包括换热器302和两相分离器308。换热器302被构造成从压缩系统的压缩机(诸如图1所示的压缩系统106的压缩机105)接收冷流体304和富氮蒸气305,所述富氮蒸气具有MR组分和氮气(例如,混合物218)。换热器302可包括至少一个冷却元件,所述至少一个冷却元件被构造成接收冷流体304并且向富氮蒸气305提供制冷。两相分离器308被构造成将输入流体分离成两个或更多个不同的相。
[0038] 冷流体304可以为由液化系统100产生的液化产物。例如,冷流体304可以为LNG,诸如离开图1所示的换热器112的LNG 124。因此,离开换热器302的冷流体304′经由阀门311递送至储存容器320,以根据需要进行储存和/或分配。另选地,冷流体304可以为来自被构造用于所述目的的另一制冷系统的制冷剂。因此,离开换热器302的冷流体404′可在制冷循环内继续以向富氮蒸气305提供制冷。
[0039] 换热器302可采用多种形式。在某些实施方案中,换热器302可以为(例如)管壳式换热器,或者其可以为冷凝盘管换热器。另选地,可使用其他换热器,诸如芯部式、芯部板翅式、蚀刻板式、扩散粘结式、卷绕线圈式、管壳式、板框式等。如图所示,阀门309,311定位在换热器302的任一侧上,以控制冷流体304通过换热器302的流量。
[0040] 在一些实施方案中,在递送至换热器302之前,将富氮蒸气305递送至定位在换热器302上游的氮气移除组件303。如上所述,富氮蒸气305可以为泄漏的MR和氮气的混合物218。氮气移除组件303被构造成从富氮蒸气305中移除氮气的一部分,并且输出贫氮蒸气
307,所述贫氮蒸气包含比富含氮气305少的氮气。例如,氮气移除组件303可为吸附床。将离开氮气移除组件303的贫氮蒸气307递送至换热器302。
[0041] 当贫氮蒸气307和冷流体304行进通过换热器302时,热量从贫氮蒸气307转移至冷流体304,使得贫氮蒸气307开始冷却并冷凝。当贫氮蒸气307在换热器302内冷却时,构成MR的烃组分在比较轻组分(诸如氮气)更高的温度下冷凝。因此,可形成富氮蒸气310和富烃液体312的混合物306。由于烃组分的优先冷凝,混合物306可充分冷却以获得具有高纯度的富氮蒸气310。在一些情况下,混合物306充分冷却以产生具有大约95%纯度的富氮蒸气310。例如,离开换热器302的混合物306的温度可以为在大约-51摄氏度至-160摄氏度(-60华氏度至-257华氏度)范围内的温度。
[0042] 离开换热器302的混合物306流入两相分离器308。两相分离器308被构造成从换热器302接收富氮蒸气310和富烃液体312的混合物306,并且分离富氮蒸气310和富烃液体312。如图所示,将富烃液体312递送至316,所述泵将富烃液体312泵送至制冷剂供应系统,诸如图1所示的制冷剂供应系统102,并且将富氮蒸气310递送至火炬322。
[0043] 然而,在另选的实施方案中,从两相分离器308输出的富烃液体312和/或富氮蒸气330可与上文所述不同地进行处理。
[0044] 在一个方面,富烃液体可直接重新引入液化系统内(例如,介于冷凝器和膨胀阀之间)的循环,或者可将其汽化并作为上文关于图2所述的经过滤MR 208重新引入压缩机内。在一些情况下,在重新引入液化系统内的循环中之前,和/或在重新引入压缩系统的压缩机内之前,将富烃液体加热,以防止液化系统和/或压缩机的组件低温脆化。
[0045] 在另一个方面,可蒸馏富烃液体以分离各种烃组分,诸如例如甲烷、乙烯和丙烷、以及戊烷,使得它们可单独地储存在制冷剂供应系统内。
[0046] 在另选的实施方案中,从两相分离器输出的富氮蒸气可与燃烧不同地进行处理。在一个方面,可蒸馏富氮蒸气以进一步纯化氮气。经纯化的氮蒸气可作为压缩机的干式密封件的缓冲气体递送回压缩机,其可储存在储存容器中,或其可递送至液化系统内的其他组件。
[0047] 在另选的实施方案中(未示出),可使用蒸馏系统,而不是换热器和两相分离器,将贫氮蒸气的组分分离成富氮蒸气和富烃液体。在任一种情况下,贫氮蒸气307的组分中的每一种均可根据需要分离、重新引入液化系统100、储存和/或分配。
[0048] 如上所述,从压缩机系统的压缩机泄漏的氮气和MR被回收、分离、储存和/或重新引入回到液化系统中。图4示出了用于回收从压缩机系统430的压缩机429泄漏的氮气和MR的氮气回收系统400的一个示例。在某些实施方案中,压缩机系统430可以为液化系统100的压缩系统106。还可回收从压缩机(例如,压缩机105、压缩机200)泄漏但不与MR混合的氮气缓冲气体,并且作为缓冲气体(例如密封组件201的氮气214)重新引入压缩机。
[0049] 如图所示,氮气回收系统400包括换热器402和两相分离器408,换热器402被构造成从压缩系统(诸如图1所示的压缩系统106)的压缩机(例如,压缩机105、压缩机200)接收冷流体404和具有MR组分和氮气的蒸气405。换热器402通常可类似于换热器302。阀门409,411定位在换热器402的任一侧上,以用于控制冷流体404通过换热器402的流量。两相分离器408可大致类似于两相分离器308并且被构造成将输入流体分离成两个或更多个不同的相。
[0050] 在一些实施方案中,冷流体404是由液化系统100产生的液化产物。例如,冷流体404可以为LNG,诸如离开图1所示的换热器112的LNG 124。另选地,冷流体404可以为例如丙烷、R-134A、丙烯等。又如,冷流体404可以为储存在液化系统100中的液氮或乙烯。因此,将经由阀门411离开换热器402的冷流体404′递送至储存容器420以根据需要进行储存和/或分配。另选地,冷流体404可以为来自被构造用于所述目的的另一制冷系统的制冷剂。因此,离开换热器402的冷流体404′可在制冷循环内继续以向蒸气405提供制冷。
[0051] 当蒸气405和冷流体404行进通过换热器402时,热量从蒸气405转移至冷流体404,使得蒸气405开始冷却并冷凝。当蒸气405在换热器402内冷却时,构成MR的烃组分在比较轻组分(诸如氮气)更高的温度下冷凝。因此,富氮蒸气410和富烃液体412的混合物406可离开换热器402。由于烃组分的优先冷凝,混合物406可充分冷却使得富氮蒸气410具有高纯度。在一些情况下,混合物406充分冷却以产生具有大约95%纯度的富氮蒸气410。例如,混合物
406可在大约-118摄氏度至-160摄氏度(-180华氏度至-257华氏度)范围内的温度下离开换热器402。
[0052] 离开换热器402的混合物406流入两相分离器408并分成富氮蒸气410和富烃液体412。富氮蒸气410与来自压缩机系统430的压缩机429(例如,第一压缩机)的氮蒸气431混合,并被递送至第二压缩机425。氮蒸气431可以为从压缩机泄漏的氮气,诸如上文关于图2所述的氮气226。
[0053] 迫使离开第二压缩机425的氮蒸气424与来自氮源428的氮蒸气426混合,使得其被递送回压缩机系统430的压缩机429以用作缓冲气体(例如,密封组件201的氮气214),如上文关于图2所述的。在一些情况下,在与来自氮源428的氮蒸气426混合之前,和/或在重新引入压缩机系统430中之前,可将氮蒸气424加热,以防止压缩机系统430的组件的低温脆化。
[0054] 在一些实施方案中,在与来自压缩机系统430的压缩机的氮蒸气431混合并且输入第二压缩机425之前,将富氮蒸气410递送至氮气移除系统417。氮气移除系统417定位在两相分离器408的下游,并且被构造成移除富氮蒸气410内的至少一部分氮气。例如,氮气移除系统417可为移除经吸附的氮气的一部分的吸附床。经吸附的氮气由于解吸过程被释放,并且释放的氮气被递送至第二压缩机425,并且与氮蒸气426混合,如上所述。
[0055] 在另选的实施方案中,由第二压缩机425输出的氮蒸气424可不同于与氮蒸气426混合来进行处理。在一个方面,可将氮蒸气压缩、冷凝并储存在储存容器(未示出)中,而不是将氮蒸气递送回压缩机系统。在另一方面,氮蒸气可作为蒸气储存,或递送至液化系统的另一组件以用于其他地方。
[0056] 如图所示,在图4中,离开两相分离器408的富烃液体412被递送至泵416,所述泵将富烃液体412泵送到火炬422。然而,在另选的实施方案中,富烃液体412可进行不同地处理。在一个方面,可蒸馏富烃液体412的一部分以移除过量氮气,而不是燃烧富烃液体412。蒸馏方法将富烃液体412分离成各种烃组分,诸如甲烷、乙烯和丙烷、以及戊烷,使得它们可单独地储存在制冷剂供应系统内。又如,可使用蒸馏系统来分离蒸气405的组分,而不是使用换热器402和两相分离器408。因此,蒸气的每一种组分均可根据需要分离、重新引入液化系统、储存和/或分配。
[0057] 图5为示出了用于操作液化系统的方法500的一个示例性实施方案的流程图。该方法的实施方案包括操作502-512。可以理解,在另选的实施方案中,该方法可包括更多或更少的操作,并且操作可按不同于图5所示的顺序来进行。
[0058] 在操作502中,在第一压缩机(例如,压缩机105)的密封组件处接收密封气体。在某些实施方案中,密封气体为混合制冷剂(MR),诸如供应MR 102b、高温高压MR 102v’、以及它们的组合。
[0059] 在操作504中,在第一压缩机的密封组件处接收氮蒸气。在某些实施方案中,氮蒸气是用作密封组件201中的缓冲气体的氮气214。
[0060] 在操作506中,在第一换热器处接收第一蒸气。在某些实施方案中,第一蒸气包括密封气体的至少一部分和氮蒸气的至少一部分。
[0061] 在操作508中,将冷流体传递至第一换热器的冷却元件。例如,冷流体可以为冷流体304。冷流体304的示例包括由液化系统100产生的液化产物(例如,离开换热器112的LNG 124),来自不同于液化系统100的另一制冷系统的制冷剂,以及它们的组合。
[0062] 在操作510中,热量从第一蒸气转移至冷流体,从而产生富氮蒸气和富烃液体的混合物。在某些实施方案中,富氮蒸气具有大约95%纯度或更大。热转移可通过换热器(例如,302,402)进行。
[0063] 在操作512中,在定位在第一换热器下游的分离器(例如,308,408)处,将富烃液体与富氮蒸气分离。
[0064] 方法900的实施方案可任选地包括以下操作中的一者或多者。
[0065] 在另一个实施方案中,方法500可包括在第二压缩机处接收富氮蒸气(例如,410)。例如,第二压缩机可以为第二压缩机425,并且富氮蒸气410可从换热器402接收。在由第二压缩机425接收之后,富氮蒸气410被第二压缩机425压缩。将由第二压缩机425输出的富氮蒸气410的至少一部分递送至第一压缩机的密封组件(例如,201)。任选地,在递送至密封组件201之前,将富氮蒸气410与氮气214混合。
[0066] 在另一个实施方案中,方法500可包括在第二换热器处接收含甲烷蒸气,以及从第二换热器内的含甲烷蒸气中移除热量,从而产生冷流体。在某些实施方案中,含甲烷蒸气可以为天然气(NG)。在另一个实施方案中,第二换热器可以为换热器302。
[0067] 在另一个实施方案中,方法500可包括在定位在第一换热器上游的氮气移除组件处接收第二蒸气。第二蒸气包括密封气体的至少一部分和氮蒸气的至少一部分。在某些实施方案中,第二蒸气为富氮蒸气305,并且氮气移除组件为氮气移除组件303。在接收第二蒸气之后,氮气移除组件从第二蒸气中移除氮蒸气的一部分,从而产生第一蒸气(例如,贫氮蒸气307)。
[0068] 在另一实施方案中,方法500可包括在定位在分离器下游的氮气移除组件处接收富氮蒸气;以及从富氮蒸气中移除氮气的一部分。例如,分离器为两相分离器408,定位在两相分离器408下游的氮气移除组件为氮气移除系统417,并且富氮蒸气为富氮蒸气410。
[0069] 在另一个实施方案中,方法500可包括在泵(例如,316,416)处接收富烃液体,并且将富烃液体(例如,312,412)泵送至储存容器(例如,322,422)。
[0070] 本领域的技术人员将会知道,本文所述的方法、系统和装置可应用在液化设施内,所述液化设施可产生除LNG之外的液化产物。例如,MR回收系统300和/或氮气回收系统400的实施方案可在液化系统中实施,所述液化系统产生液化石油气(LPG)、乙烷、丙烷、氦气、乙烯等。
[0071] 作为非限制性示例,本文所述的方法、系统和装置的示例性技术效果包括回收、分离和储存从压缩机泄漏的MR组分和/或氮气的能力。本文所述的方法、系统和装置的其他技术效果包括将MR组分重新引入液化系统内的循环中和/或将回收的氮气作为压缩机内的缓冲气体再利用的能力。回收和再利用MR和氮气可使MR和氮气的损失最小化,这可降低液化系统的总操作成本。此外,回收MR(而不是将其燃烧)可通过减少被燃烧的MR的量来减少环境排放。
[0072] 描述了某些示例性实施方案,以提供对本文所公开的系统、装置和方法的结构、功能、制造和使用的原理的全面理解。这些实施方案的一个或多个示例在附图中示出。本领域的技术人员将理解的是,本文中具体描述且在附图中示出的系统、装置和方法是非限制性的示例性实施方案,并且本发明的范围仅由权利要求限定。结合一个示例性实施方案示出或描述的特征可与其他实施方案的特征组合。此类修改和变型旨在包括在本发明的范围内。此外,在本公开中,实施方案的相似命名的组件通常具有类似的特征,因此在具体实施方案内,不一定完全阐述每个相似命名的组件的每个特征。
[0073] 在上述说明书和权利要求中,短语诸如“至少一个”或“一个或多个”可在元件或特征的结合式要素列表之后出现。术语“和/或”也可出现在两个或更多个要素或特征的列表中。除非在短语用于其中的上下文中另有暗示或与该上下文明确地矛盾,否则此类短语旨在表示单独地列出的要素或特征中的任一者或者所列举要素或特征中的任一者与其他列举的要素或特征中的任一者的组合。
[0074] 如本文在整个说明书和权利要求书中所用的,近似语言可用于修饰任何定量表示,所述定量表示可有所不同但不导致与其相关的基本功能的变化。因此,由一个或多个术语诸如“约”和“基本上”修饰的值不应限于所指定的精确值。在至少一些情况下,近似语言可对应于用于测量该值的仪器的精度。在此以及在整个说明书和权利要求书中,范围限制可组合和/或互换,除非上下文或语言另外指明,否则此类范围被识别并包括其中所包含的所有子范围。
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