[發明專利]混合制冷劑系統和方法

有效

• 申請號: 201810576540.2
• 申請日: 2014-03-18
• 公開（公告）號: CN108955084B
• 公開（公告）日: 2020-10-30
• 發明（設計）人: 小道格拉斯·A·杜科特;蒂莫西·P·古沙納斯
• 申請（專利權）人: 查特能源化工公司
• 主分類號: F25J1/00
• 分類號: F25J1/00;F25J1/02;F25B9/00
• 代理公司: 北京市磐華律師事務所 11336
• 代理人: 董巍;謝栒

本發明涉及混合制冷劑系統和方法。提供混合制冷劑系統和方法，更具體地說，混合制冷劑系統和方法，所述系統和方法提供了更高的效率和減小的功耗。本發明總體涉及混合制冷劑系統和方法，所述系統和方法適于冷卻例如天然氣的流體。天然氣和其它氣體被液化用于儲存和運輸。液化減少了氣體的體積并且通常通過在一個或多個制冷循環中的間接的熱交換將氣體變冷來進行。

本申請是分案申請，其原申請的國際申請號為PCT/US2014/031135，國際申請日是2014年3月18日，中國國家申請號為201480028329.7，進入中國的日期為2015年11月16日，發明名稱為“混合制冷劑系統和方法”。

技術領域

本發明總體涉及適合用于冷卻流體(例如天然氣)的混合制冷劑的系統和方法。

相關申請

本申請要求2013年3月15日遞交的第61/802,350號美國臨時申請的優先權，該美國臨時申請的全部內容通過引用并入本文。

背景技術

天然氣和其它氣體被液化用于儲存和運輸。液化減小了氣體的體積并且通常通過在一個或多個制冷循環中的間接的熱交換來冷卻氣體而進行。由于設備的復雜性和循環的操作效率，該制冷循環是昂貴的。因此，對于較簡單、更高效、較廉價地操作的氣體冷卻和/或液化系統，存在需求。

液化天然氣(主要是甲烷)通常需要將氣流冷卻到大約-160℃至-170℃，然后將壓力降到大約大氣壓。例如在圖1中示出的用于液化氣態甲烷的通常的溫度-焓曲線(在60bar壓力下的甲烷、在35bar壓力下的甲烷以及在35bar壓力下的甲烷/乙烷的混合物)具有沿著S形曲線的三個區域。隨著氣體被冷卻，在高于大約-75℃的溫度處，氣體被減溫，并且在低于大約-90℃的溫度處，液體被過冷。在這些溫度之間，可以觀察到相對平坦的區域，其中氣體被冷凝成液體。在60bar甲烷曲線中，因為氣體在臨界壓力之上，故在臨界溫度之上僅存在一個相，但是在靠近臨界溫度處它的比熱是大的；在臨界溫度之下，冷卻曲線類似于低壓(35bar)曲線。對于95％甲烷/5％乙烷的35bar曲線示出雜質的作用，其舍入露點與泡點。

制冷過程提供了用于液化天然氣所需的冷卻，并且這些中最有效的制冷過程具有非常接近于圖1中的冷卻曲線的加熱曲線，理想地在整個溫度范圍內的幾度內。然而，由于冷卻曲線的S形形式和大的溫度范圍，該制冷過程難以設計。純組分制冷劑過程由于它們的平坦的汽化曲線，故在兩個相區域中運行的最好。另一方面，多組分制冷劑過程具有傾斜的汽化曲線，并且更加適合于減溫區域和過冷區域。兩種過程和兩者的混合已經被開發用于液化天然氣。

級聯式、多級的、純組分制冷循環最初與諸如丙烯、乙烯、甲烷、和氮氣的制冷劑一起使用。通過足夠的等級，該循環可以生成凈加熱曲線，該凈加熱曲線近似于圖1中示出的冷卻曲線。然而，隨著級數的增大，需要額外的壓縮機組，該額外的壓縮機組不利地增加了機械復雜性。另外，該過程在熱力學上是效率低的，這是因為純組分制冷劑在恒定溫度下蒸發而不是遵循天然氣冷卻曲線，并且制冷閥門不可逆地將液體閃蒸成蒸汽。出于這些原因，混合制冷劑過程已經變得普遍用以減小資本成本和能量消耗并且用以提高可操作性。

曼利(Manley)的美國專利No.5,746,066描述了一種用于乙烷回收的級聯式、多級的、混合制冷劑過程，該制冷劑過程消除了級聯式、多級的純組分過程的熱力學的低效性。這是由于制冷劑遵循氣體冷卻曲線在升溫下蒸發，并且液體制冷劑在閃蒸之前被過冷，因此減少了熱力學的不可逆性。機械復雜性多少有所降低，因為相較于純的制冷劑過程，需要更少的制冷劑循環。例如，參見牛頓的美國專利No.4,525,185和劉等的美國專利No.4,545,795；帕拉多斯基等的美國專利No.4,689,063；以及費舍爾等的美國專利No.6,041,619；以及斯托內等的美國申請公開No.2007/0227185和赫爾希等的美國申請公開No.2007/0227185。