申请/专利权人：PTX技术公司

申请日：2016-03-23

公开（公告）日：2020-09-15

公开（公告）号：CN107683397B

主分类号：F25J1/00(20060101)

分类号：F25J1/00(20060101);F25J1/02(20060101)

优先权：["20150323 US 62/136,839"]

专利状态码：有效-授权

法律状态：2020.09.15#授权;2018.04.13#实质审查的生效;2018.02.09#公开

摘要：用于液化工业气体或气体混合物烃类和或非烃类的方法利用用于在液化过程期间冷却气体或气体混合物的改良型氨水吸收式制冷系统ARP。所述气体可以被压缩至高于其临界点，并且压缩热能可以被回收以提供驱动ARP所需的一些或全部的热能。所述方法利用焦耳‑汤姆逊JT绝热膨胀过程，其导致对专用的低温旋转设备没有需求。氨水吸收式制冷系统包括蒸气吸收塔VAT，当无水氨蒸气被吸收到过冷的贫氨水溶液中时所述蒸气吸收塔VAT允许回收系统中的溶液热和冷凝热能中的一些或全部。具有VAT的改良型ARP可以实现低至10kPa的操作压力，其导致氨气冷区器操作温度低至–71℃。

主权项：1.用于液化气体的方法，包括以下步骤：a接收具有进口压力的气体并且将所述气体压缩或减压至期望的压力，或接收处于所述期望的压力的气体；b通过至少一个吸收式冷却器冷却所述气体；c绝热地降低所述气体的压力以液化至少一部分所述气体；d在精馏器中加热富氨水流体以释放氨气，产生贫氨水流体；e使所述贫氨水流体过冷并且循环至蒸气吸收塔的顶部；f冷凝来自所述精馏器的氨气并且闪蒸液体氨以产生冷却的氨气，其用于至少一个吸收式冷却器；g将氨气从至少一个吸收式冷却器吸入所述蒸气吸收塔中的贫氨水流体中以产生用于步骤d的富氨水流体，同时维持在所述蒸气吸收塔的顶部的亚大气操作压力。

全文数据：工业气体和烃类气体的液化发明领域[0001]本发明涉及用于液化工业气体或烃类气体或气体混合物的系统和方法。[0002]发明背景[0003]通常利用基于公知的卡诺制冷循环或涡轮膨胀机循环来液化诸如C02、H2S、N2、02、出、你）^空气和其他气体的工业气体以及诸如甲烷、乙烷、丙烷、乙烯和其他烃气的烃类气体，或气体的混合物。在能够实现液化的这些工业过程期间实现的低温可能需要复杂的级联型制冷循环，其是资本密集型、能量密集型且操作成本密集型的。[0004]因此，本领域仍需要可以实施起来相对节能、经济且实用的液化工业气体和烃气体或气体混合物的替代方法。[0005]发明概述[0006]在一方面，本发明包括用于液化气体的方法，所述方法包括以下非顺序的步骤：[0007]a.接收具有进口压力的气体并且将所述气体压缩或减压至期望的压力；[0008]b.通过至少一个吸收式冷却器冷却所述气体；[0009]c.绝热地降低所述气体的压力以液化至少一部分所述气体；[0010]d.在精馏器中加热富氨水流体以释放氨气，如果所述气体在步骤a中被压缩，则使用从步骤a回收的修整热或压缩热中的一种或组合，产生贫氨水流体；[0011]e.使所述贫氨水过冷并且循环至蒸气吸收塔的顶部；[0012]f.冷凝来自所述精馏器的氨气并且闪蒸液体氨以产生冷却的氨气，其用于至少一个吸收式冷却器；[0013]g.将氨气从至少一个吸收式冷却器吸入所述蒸气吸收塔中的贫氨水中以产生用于步骤d的富氨水。[0014]所述气体可以包括工业气体或烃类气体，或工业气体或烃类气体的任何混合物。所述方法可以导致所述气体的至少一种组分、一部分所述气体，或基本所有的所述气体的液化。[0015]在一个方面，本发明可以包括气体液化系统，其包括用于接收处于进口压力的进口气体的接收级、包括用于冷却所接收的气体的吸收式制冷回路的冷却级，和包括用于至少部分地液化所冷却的气体的JT阀的液化级。在一个实施方案中，所述系统可以还包括用于将气体压缩至期望的压力的压缩级，和用于将热从压缩级转移至吸收式制冷回路的压缩热能回收级。在另一实施方案中，所述系统可以包括用于在低压蒸气循环回路中循环气体的非液化组分的气体循环级，该回路还冷却经压缩和冷却的气体，并且所述气体随后被引导至压缩级。[0016]在一个实施方案中，所述吸收式制冷回路包括精馏器和蒸气吸收塔。[0017]附图简述[0018]现在将参考随附的简化示意图，通过示例性实施方案来描述本发明。[0019]图1是本发明的一个实施方案的示意性描述。[0020]图2A和2B—起是一个实施方案的工艺流程图（pro，其中所述气体被压缩至小于该气体的临界压力。[0021]图3是利用本发明的一个实施方案的用于二氧化碳CO2的莫氏图。该莫氏图和其他莫氏图示出由ChemicalogicCorporationUSA提供的比焰-压力图。[0022]图4是利用气体液化方法2的工艺流程图（pro，其用于170kPa进口压力的低硫天然气，由2%CO2和98%CH4饱和的水。液化循环利用单次闪蒸液化应用达到170kPa压力的储存。[0023]图5A和5B—起是利用改良型吸收式制冷循环的工艺流程图（PFD，标注出关键设备和工艺数据点。工艺示出用于4级NH3冷却器系统的关键组件，S卩，蒸气吸收塔VAT、贫液冷却器、废热交换器、发电机、精馏塔、回流冷凝器分凝器）、氨冷凝器和其他辅助设备。[0024]图6A是利用液化循环的用于甲烷CH4的莫氏图，示出本发明的一个实施方案。图6B是利用供替代的实施方案的用于甲烷的莫氏图，其具有任选的高压供给。[0025]图7是用于无水氨NH3的莫氏图，其示出4级液化冷却器系统的热力学点，所述热力学点示出无水氨蒸气当其返回VAT时的压力和温度。此实例的周围冷却系统温度假设为22°C的冷凝温度。[0026]图8是用于氨水溶液的PTX图，其呈现出通过本发明所用的改良型吸收式循环的VAT和其余部分的操作点，特别是关键工艺操作压力、温度和溶液浓度。利用来自PR0MAX™工艺模拟器的工艺数据来绘制氨水的PTX图。[0027]图9是一个实施方案的工艺流程图（PFD，其中在液化气体汽化热交换器中发生最终的气体液化冷却。[0028]图10是利用如图9所示的液化循环的一个实施方案的用于液化空气的莫氏图。[0029]优选实施方案详述[0030]在物理学上，术语“气体”包括其中物质具有完美的分子移动性和无限膨胀特性的物质状态。如本文所用，“气体”包括在标准温度和压力下呈气体的物质，例如⑶2、H2S、N2、〇2、H2、He、Ar、空气或诸如甲烷、乙烷、丙烷、乙烯和其他烃气的烃类气体，或气体的任何混合物。如本文所用，术语“液化气体”意指已经被液化以用于销售、处置或者商用、研究或工业目的的任何气体或气体混合物。[0031]如本文所用，术语“JT阀”或“JT节流阀”意指适于使气体根据焦耳-汤姆逊效应绝热膨胀的气体阀。JT阀是本领域公知的，并且是可商购的。[0032]如本文所用，术语“低压分离器”或“LPS”意指这样的分离容器，其在“JT”节流阀下游的规定的低压和温度下操作，以使液化气体可以从流道移除或在流道内进一步被加工。[0033]如本所用，术语“高压分离器”或“HPS”意指这样的分离容器，其在期望的压力下操作以用于气体冷却，并且位于JT节流阀的上游。[0034]如本文所用，术语“稠密相”当其涉及任何气体或气体混合物时，意指在大致由气体临界温度定义的范围内的温度下通过在高于气体的临界凝结压力（cricodenbar压缩气体而产生的气体状态，所述临界凝结压力是高于其时气体不能形成为气相的最大压力无论温度如何），所述临界温度是对应于临界点的温度，所述临界点是其中物质的气相和液相的强度性质（intensiveproperties相等的压力和温度之组合，并且所述临界温度大致是其临界凝结温度，所述临界凝结温度是高于其时天然气体不能形成液相的最大温度无论压力如何）。在稠密相中，气体具有与气相类似的粘度，但可以具有更接近液相的密度。[0035]如本文所用，术语“不凝的”意指在用于流道内的任何LPS的具体级的操作压力和温度下不能液化的任何气体。[0036]如本文所用，术语“吸收式制冷过程”或“ARP”意指利用本领域公认的基于驱动制冷过程的热输入的热动力学制冷过程的制冷系统。[0037]如本文所用，术语“修整热（trimheat”意指源自以下的任何装置的向系统的热输入：废热回收、热传递介质、电阻加热器，或向本发明的改良型ARP富溶液（richsolution加热回路提供热输入的其他常规装置。修整热优选由低位热源供给。低位热意指具有较少有效能密度exergydensity并且不能由常规方法有效转化的低温热和中温热。尽管对低位热的温度范围没有统一规定，但是应理解温度低于370°C的热源被认为低位热源，因为认为使用蒸汽朗肯循环在低于该温度时不能有效转化热。主要的低位热源来自太阳能热、地热和工业废热。[0038]如本文所用，术语“机械式制冷过程”意指利用本领域公认的基于驱动制冷过程的压缩输入的热动力学制冷过程的制冷系统。[0039]如本文所用，术语“涡轮膨胀机制冷过程”意指利用本领域公认的基于作为制冷过程的绝热膨胀和压缩功恢复的热动力学制冷过程的制冷系统。[0040]在一方面，本发明的实施方案包括系统，所述系统包括气体接收级、冷却级、一个或多个液化级，以及驱动冷却级的改良型ARP。在优选的实施方案中，本发明还包括压缩级、压缩热能回收级，以及气体循环级。本发明的一个实施方案寻求利用进口气流的势能（焓）并且回收在液化过程的压缩级期间的压缩热能以改善气体液化过程的总热力学效率。[0041]在一个实施方案中，如图1示例性示出的，本发明包括与改良型氨水吸收式制冷系统相组合的气体液化系统。可以经由热交换器，利用氨水吸收来自作功的流体气流的热，从而回收由待液化的气体或气体混合物上的压缩功产生的压缩热能。常规气体加工技术通过空气翅片风扇或水冷系统将这种大量的低位热能排到环境中。本发明的实施方案利用了在提供制冷冷却以允许气体液化的吸收式制冷循环中回收的压缩热能。[0042]在待液化的气体中可用的势能（焓）与当气体进入系统时的气体压力和温度直接相关，并且在诸如焦耳-汤姆逊JT降压过程的降压制冷过程期间被用于通过来自绝热降压的自制冷来冷却气体或气体混合物。JT过程是稳固且简单的，并且适于对气-液相包络线gas-liquidphaseenvelope内的操作没有实际限制的制冷，并且不需要使用复杂、昂贵且具有实际限制要求在气-液相包络线之外操作）的专用冷冻旋转设备。[0043]对于热源，与由吸收式制冷系统产生的冷却能相比，吸收式制冷系统通常利用少于5%的净电能。从对正在液化的气流施加的压缩功回收的低位压缩热能可以提供一些、所有、或过量的制冷负荷，这取决于具体的气体液化应用和用于液化的方法。在其中不足的热能可从液化循环回收的应用中，可能需要额外的修整热能形式为其他可用的低位废热流）和或其他常规热输入装置，以提供需要的热能，从而允许由吸收器制冷系统产生所需的制冷负荷。[0044]吸收式制冷系统包括利用热能以从富氨水溶液释放氨的精馏器，和蒸气吸收塔VAT，所述蒸气吸收塔在一个实施方案中允许冷却器在低至-71°C和IOkPa操作压力下操作。VAT设计采用了热动力学原理以消除对用于实现期望真空操作压力的常规机械式真空栗的需求。VAT设计还允许当无水蒸气氨在VAT顶部和任选地在VAT的另外进入点处被吸收入纯氨水溶液时，溶液热能和冷凝热能的至少一些回收，并且可能地，全部回收。溶液浓度和温度在VAT中从上向下增加，并且水头hydraulichead保持氨水溶液处于过冷状态，直至获得最终的富溶液浓度。溶液和冷凝的热在富溶液中可以保持为可用的能量，与将这种能量排到散热器的常规吸收器不同。[0045]在接收级，进口气流被压缩或减压至期望的压力，其可以高于或低于在开始冷却液化过程之前气体的临界压力。如果进口气流高于期望的压力，其可以由JT阀来节流，以启动在较低温度下的过程。在这样的情况中，没有压缩热被回收并转移至改良型ARP。[0046]在一个实施方案中，所述方法适于液化具有低于气体临界点的进口压力的气体。所述方法利用压缩机一个或多个级）、压缩热能热回收系统、改良型ARP、一个或多个JT阀、一个或多个LPS容器，以及具有一个或多个级的循环气体制冷压缩机。液化气体的这种方法减少或消除了利用常规机械式制冷系统例如卡诺循环第二组制冷压缩机的需求。正在液化的气体在蒸气相组分由于JT闪蒸JTflash被循环且液相组分被送至储存时用作热传递流体。所述方法的这种实例可以适于液化C02、H2S、丙烷的液化，或浅脱的C3+液化天然气NGL回收，其中液化所需的温度高于-70°C。[0047]例如，这种方法可以用于液化⑶2气体，如PFD形式的图2中示例性示出，以及在莫氏图形式的图3中示例性示出。典型的液态CO2储存范围是约-15°C至_29°C。所述过程可以在约-23°C的温度、约1600kPa的压力下产生液态C02。在进口处，在大气压和约30°C完全低于气体的临界点传送C02。该气体随后在级中被压缩，同时经过回收压缩热能的热交换器，并且该热交换器与富氨水溶液直接连通，从而提供用于给改良型吸收式制冷冷却器系统提供动力所需的所有或一部分热能。然后，压缩的CO2被至少一个吸收式冷却器冷却。用于给吸收式冷却器系统提供动力的热能由回收的压缩热能和或修整热的任意组合来提供，所述修整热可以由直接或间接燃烧热交换或具有必要温度和质量流量条件的可用废热回收流产生。然后，压缩并冷却的CO2通过JT阀在释放压力和释放温度下被释放入低压分离器LPS，以使CO2处于两相气-液态，其可以在某些条件下处于过冷状态。液态CO2可以被排放到储存容器，同时包含任何闪蒸气体和或不凝蒸气的气体部分被引导至循环压缩机、用于排放的放泄流、燃料气体和或根据需要的额外加工。循环压缩机是循环回路的一部分，其中气体部分在压缩级被引入气体流道中，如图2的C02-11和C02-lla中所见。[0048]在另一实施方案，本发明提供了用于液化气体的方法，所述气体在高于其临界点时被接收，或被压缩至高于其临界点，所述方法利用压缩机一个或多个级）、压缩热能热回收系统、改良型ARP、一个或多个JT阀、一个或多个LPS容器，以及具有一个或多个级的循环气体制冷压缩机。所述方法利用：流道，包括但不限于制冷循环，其用于将气体压缩至足以成为稠密相的压力，从而允许通过使用以下的组合来冷却稠密相气体来液化:压缩热能热回收系统、吸收式制冷系统和具有来自一个或多个LPS的低压循环气体蒸气流的热交换器、一个或多个JT阀以及具有一个或多个压缩级的循环气体制冷压缩机。根据进入液化过程的气体的供给压力和温度，可以有利地将气体进一步压缩成足够高于气体的临界压力和温度的稠密相，以优化在用于待液化的具体气体或气体混合物的冷却过程中移除的热焓变）。[0049]对具体气体或气体混合物的冷却过程所选的压力与高于临界点的气体或气体混合物的等温线的斜率变化直接相关，如在压力对具体焓莫氏图上所呈现的。等温线斜率是垂直无限斜率的点提供了对于在给定温度下的给定气体或气体混合物而言发生显热传递的最大可能性。所选的实际压力可以不必是该点，因为必须考虑多种因素的组合，例如对于压缩和热交换设备的实际压力和温度限制，以及由吸收式冷却系统可得的或提供的最小温度。具体气体的等温线的斜率可以在莫氏图（X轴为具体焓，并且Y轴为绝对压力）上观察至IJ，以辅助选择用于在液化步骤之前冷却给定的气体或气体混合物的最佳压力。这种选择过程将在下文进一步描述。[0050]在该实施方案的实例中，以处于期望的稠密相压力的进口压力接收气体，或者如果进口压力不是期望的稠密相压力，对于液化而言需要将气体压缩或减压至期望的稠密相压力。如果压缩，则压缩热能可以由热交换器回收，并转移至富氨水溶液，从而提供给改良型吸收式制冷冷却器系统提供动力所需的所有或一部分热能。如果从压缩热回收的热能是不足的，则可以由任何直接或间接燃烧热交换或其他可用的具有必要温度和质量流量条件的废热回收流提供修整热。[0051]惰性气体可以根据需要在单级或多级压缩器中压缩以实现期望的最终压力等于JT阀的进口压力）。通常，在一个实施方案中，任何特定压缩级的排放温度被限于150°C至160°C，这取决于具体的压缩设备规格。[0052]压缩的气体经由至少一个、优选2、3或4个级的吸收式冷却器被冷却至_70°C的最低温度。在一个实施方案中，压缩的气体可以最初被来自LPS的低压蒸气循环流冷却，如下文所讨论的。[0053]冷却的工业气体或气体混合物通过JT阀以释放压力和释放温度被释放入低压分离器LPS，以使气体处于气体的两相区域内的蒸气品质“X”。在图6A和6B中，X=O.53分别在M17和M12。液体从LPS排放到储存容器，并且蒸气被引导至低压蒸气循环流。这种循环流包括热交换器，其于在吸收式冷却器中冷却稠密相气体之前将稠密相工业气体或气体混合物冷却至期望的温度。低压蒸气循环流由此被升温至适于压缩设备进口的温度，并且随后在一个或多个级中压缩，直至实现期望的稠密相液化，然后与进口气流合并。[0054]来自LPS的不凝的蒸气可以被引导至用于排放的放泄流、额外的加工或作为燃料气体，这取决于具体的工业气体或气体混合物的性质以及过程应用。[0055]若需要，可以执行用于闪蒸从LPS移除的液体的额外的级，以进一步降低液化的工业气体或气体混合物的温度和压力，根据需要使用额外的JT阀、LPS容器和压缩级。[0056]对于一些气体，吸收式制冷冷却器不在足够低的温度下操作，以允许冷却的稠密相液体在期望的最终液化温度下被简单地JT闪蒸成过冷状态，但不允许闪蒸至在气体的气-液相包络线内某些蒸气品质“X”所期望的最终温度和压力。液体部分从LPS移除并送至液体储存容器，同时气相从分离器移除并且冷的低压气相可以用于进一步冷却较温暖的稠密相气流，该稠密相气流已经在最末级吸收式冷却器热交换器中被冷却。[0057]在一个实施方案中，通过冷却稠密相气流，来自LPS的低压蒸气循环流被升温至接近最末吸收式冷却器操作温度的温度。其随后可以被引导至另一热交换器，进一步将压缩器回路中的循环气体升温至对于所选的循环压缩器设备而言可接受的温度_29°C或更高，以利用标准球墨铸铁或碳钢材料并且避免对低温操作所必须的不锈钢的需求）。一旦低压蒸气循环气体已经交换足够的能量并且被适当地升温，则其可以与进口气流合并并且如本文所述的那样压缩。[0058]根据具体的应用，可以存在过量的可用于其他过程的冷却，或可以存在允许由吸收式制冷冷却设备产生足够的冷却负荷所需的额外修整热能。在已经从进口流和循环流合并的流量等于进口流量+循环流量（“Y”））回收压缩热能之后，这种流被吸收式冷血系统的一个或多个级进一步冷却，直至达到来自吸收式冷却系统的期望的最终温度。来自LPS的低压蒸气循环流具有等于待液化的进口流量的Ύ’或“ΧΛ1-Χ”倍的质量流量。离开LPS的液体质量流量等于进入系统的气体或气体混合物减去任何燃料气体或放泄流用于防止在期望的系统液化条件下形成不凝气体的进口质量流量。[0059]本文描述的气体液化的方法可以使得对与级联多级外部制冷过程或混合制冷剂系统（目前用于大规模LNG液化设施并且需要大量的净能量输入和构建成本以及用于操作和维护的工作成本相关的常规制冷过程所需的额外设备的需求最小化。另外，不需要钎焊铝制热交换器BAHX和低温旋转设备。[0060]如果期望更冷和更低压力的液化气体或混合气体产物，可以增添额外的JT闪蒸级，这导致额外的循环或气体放泄流。根据正在液化的气体或气体混合物的性质，可以期望将蒸气流中的一种或蒸气流的组合用于燃料气体或用作供给流以在供替代的操作压力和温度允许不凝气体或气体混合物的液化下于另一液化过程中回收不凝气体。这种方法的一个实例适于液化温度低至-170°c的应用，并且特别适于LNG生产或深脱C2+回收。[0061]上文描述的使用稠密相气体的方法能够在绝热膨胀之前将气体冷却至-71°C的温度，这足以液化甲烷。在其中所需的液化温度较低的另一实施方案中，本发明可以包括额外的冷却步骤，其中单独的液化工业气体的蒸发进一步冷却期望被液化的气体。用于液化气体的这种方法利用压缩机一个或多个级）、压缩热能热回收系统、改良型ARP、一个或多个JT阀、一个或多个LPS容器，具有一个或多个级的循环气体制冷压缩机，以及一个或多个液化气体蒸发器热交换器。[0062]在这种实施方案中，使用上文所述的步骤产生液化气体，并且进一步增添利用液化气体蒸发器热交换器将另一稠密相气体从最末级改良型吸收式冷却器温度冷却至足够低的温度的步骤，其中冷却的稠密相气体可以进一步由来自LPS的回收蒸气流冷却以允许通过在期望的温度和压力下JT绝热膨胀至蒸气品质“X”来液化工业气体或气体混合物。如果LNG用于液化气体蒸发器，则使用图9和10中例示的所述方法的实施方案，蒸发的每0.35kg的LNG可以液化大约Ikg的空气。[0063]相应地，用于供替代的实施方案的级是类似的，但是不同之处可以是气体液化应用所需的操作温度、压力以及热和材料平衡。贫和富氨水溶液浓缩物的溶液浓度和流动速率主要取决于环境散热器温度和期望的最末冷却器及操作温度。给定的溶液混合物的循环速率取决于所需的总冷却负载和可用的向系统的热输入。这些参数的计算和确定完全在具有本公开内容的益处的普通技术人员的技术范围内。[0064]本发明的一个特征包括回收大量的、在一些情况下回收全部的在VAT中的溶液热和冷凝热能，这些热在常规ARP构造中被排到周围环境或散热器。本发明的VAT部分的一个实施方案的另一特征是其可以在这种冷却器级中实现非常低-7ΓΟ的冷却，而不需要旋转真空栗设备，因此提供了更简单、稳固、更低资本成本的解决方案以在使用最少的旋转设备的情况下实现LNG液化，并且特别是没有使用低温旋转设备。[0065]实例一一针对例示出的所要求保护的发明的具体实施方案描述以下实例，并且不旨在限制所要求保护的发明。[0066]在图2和3中，CO2气体在大气压和约30°C被接收，然后通过三个压缩级（STG-1、STG-2和STG-3压缩至约4400kPa的压力，同时用热交换器WHX-1、WHX-2和WHX3冷却。然后，该气体通过来自最末分离器MPSep的蒸气循环流初步冷却，然后通过吸收式冷却器NH3-CH110冷却。WHX-UWHX-2和WHX3将热传递至氨水系统，以给吸收式冷却器系统提供动力。[0067]冷却的CO2通过JT阀在释放压力和释放温度下进入分离器MPSep，以使⑶2处于气-液两相，其可以在某些条件下处于过冷状态。液体部分可以被排放到储存容器，同时包含任何闪蒸气体和或不凝蒸气的气体部分被引导至循环压缩机、用于排放的放泄流、燃料气体和或根据需要的额外加工。[0068]图4和5所示的pro示出用于液化低硫天然气的液化方法和系统，而图6示出用于天然气流道的莫氏图。所附的表1总结了这些实例的热和材料平衡。[0069]图8描述了在降至IOkPa的压力下，在PTX图上的改良型ARP和VAT的流道，开发出图8以描述该实例的流道。用于氨水的常规PTX图通常不延伸至IOOkPa以下，并且不考虑在低于大气压下操作的ARP系统的操作。图8描述了无水氨4级气体冷却系统的流道，以允许在低至IOkPa的压力和-71°C下于VAT的顶部的操作。表1总结了气体、甲醇、氨水溶液和无水氨当它们行进穿过流道时的性质，从以下获得，甲烷和无水氨的可得的莫氏图，氨水溶液热动力学性质的公众可得的表、图和图表，蒸气和蒸汽表。改良型ARP和VAT的预期的性能和操作参数的计算由发明人开发，作为本发明的一部分。手动计算经历开发关键参数和关键系统操作参数所必须的舍入、简化、估算和近似。例如，排除不凝气体，并且假设纯无水氨以简化所需的手动计算相对于目标的99.5%纯度）。使用过程模拟软件的数学模拟可以产生计算结果精化，以允许气体液化回路以及改良型ARP和VAT系统所需的放泄流的详细过程设计。[0070]用于液化水饱和低硫天然气（98%CH4和2%C〇2的方法示于图4、5和6A中。该天然气在170kPa的压力和17°C下于Ml的进口分离器供应到流道中。该气体在第一级进口（C0MP-IN中压缩，并且压缩至650kPaM2，与第一级循环气体STG-1，M3的压力相同。来自第一级进口的压缩热在WHX-INM2至M2a中回收，来自第一级进口（M3至M3a的压缩热用于将循环气体M20至M21升温到至少-29°C，其是构造非低温）的标准材料的压缩机中的操作的最低可接受温度。第二级循环压缩机的抽吸进口的合并温度为47°CM4。必须检查M4处的温度和压力以确保水合或冷冻不成问题，对于该实例，不存在问题，但是进口气体的循环速率和水含量可以根据应用而改变。[0071]合并的进口和循环气体在第二循环级中被压缩至2,200kPaM5，该气体被冷却并且在WHX-IM5至M6中回收压缩热。该气体在第三级循环（STG-3中被进一步压缩，并且回收压缩热在WHX-2M7toM8中的160°C起始达到47°C。[0072]气体现在进入用于液化过程的预处理的流道中的点。利用HSX-5以提供在流道中的气体进入氨接触器M9之前对温度的控制，在氨接触器M9中CO2含量从20，OOOppm降低到少于50ppm以防止CO2在液化过程中的凝固。在点Ml0排出氨接触器的气体当其进入TEG乙二醇脱水器时是水饱和的，其中在点Mll排出，水蒸气含量已经降低至0.065kg103m3。在点M12，注入11.7kg的甲醇以确保在沿着8，200kPa和-88°C的通向HPS的流道M14发生冷凝时，大致7525的甲醇水混合物。冷凝的甲醇和水混合物从HPSM16移除，留下脱水的具有痕量的Me0HH20的蒸气流，其将在气体穿过JT-I阀闪蒸至170kPa和-152°C时凝固，并且可以通过过滤液体产物而移除。这种用于脱水的技术在本领域中未被用作和认作在生产低温气体例如LNG期间气流脱水的方法，并且是可以用于本发明以消除对常规分子筛脱水单元的需求的方法。[0073]返回到Ml2，即，流道中用于甲醇注入的点，气体经由氨冷却器NH3-CHl、NH3-CH2、NH3-CH3、NH3-CH4和GGX-2继续从22°CM12冷却至-88°CM14。在该实例中，由于更温暖的周围温度，HSX-3不提供任何有益的热传递负荷。在更冷的气候中，HSX-3可以提供显著的冷却，这将减少NH3-CH1的冷却负荷。由此，气体液化过程的热效率会在冬季月份中周围温度降低时得到改善。[0074]一旦冷却的稠密相已经达到HPS，稠密的Me0HH20液体在点M16移除，如先前所注意的，脱水的冷却的高压气体在点M15-88°C，8，200kPa离开HPS，并且穿过焦耳-汤姆逊阀11-1闪蒸至姐71701^，-152°：，并且蒸气分数乂=0.53，进入1^。从1^移除的液体1^通过重力经由M-18达到LNG储存系统具有痕量的从LNG过滤并移除的MeOHUO固体），并且冷的循环气体蒸气被循环回去以用作热传递流体，冷却GGX-2M13至M-15中的气流并且从M-19至M20升温-152至-71，利用高压低温热交换器获得近似温度。循环气体在GGX-I更低压力的低温热交换器进一步升温至_29°C的最低值以允许使用非低温压缩设备，其随着气体液化工厂的规模增加而可以是往复式或离心式。[0075]对于此应用，富溶液以50°C以下和10.4wt%的过冷状态从VAT底部在点Aql被接收到富氨水溶液栗的进口。相对于冷的冬季周围条件，更温暖的周围条件导致更低的总的富和贫溶液用于改良型吸收式ARP。在此实例中，贫浓度为5wt%，而富浓度为10.4wt%。[0076]在此实例中，从四个气体冷却器NH3-CHl、NH3-CH2、NH3-CH3、NH3-CH4接收无水氨蒸气的VAT在顶部以IOkPa操作，并且贫溶液过冷温度为22°C。[0077]通常，由于可用更冷的周围温度或散热器，因此降低NH3-CH1负荷的冷却器负荷，在此实例中，由于HSX-3不能将M12a的流道温度降低到低于22°C，因此其负荷是最小的。更低的周围温度还导致降低了HSX-2无水氨冷凝器的冷凝操作压力。周围温度的降低对改良型ARP和VAT的敏感性可以在图8中图示出（吸收器操作压力下降至IOkPa的PTX图）。更低的氨冷凝压力HSX-2和对贫氨水溶液的降低的负荷负载提供了进一步优化富和贫溶液浓度和循环速率的机会。[0078]返回到富氨水溶液栗，栗的排放压力是氨冷凝器HSX-2的冷凝温度和压力）的直接函数。在此实例中，对于Aq-2需要950kPa压力，在流道的此点处的10.4wt%富溶液是过冷的。富溶液首先流向压缩热回收步骤，平行分开，并且流动速率分开与每一交换器印!^-IN、WHX-l、WHX-2的废热回收负荷成比例，在10.4wt%和940kPa下温度从50°CAq2升至72.5°CAqlO，所述富溶液仍是过冷的。[0079]流道中的下一个点是富贫溶液交换器，其中富溶液被进一步加热到143°C，在点Aql2，富溶液进入改良型ARP精馏塔。[0080]由于在22°C冷凝温度下的操作压力（HSX-2，此实例的改良型ARP经计算具有924kW的修整热需求，其可以由可用的低位废热回收流补充，但需要最终159°C的温度以实现5wt%的贫溶液浓度。额外的废热可以制剂供给至发电机缓冲罐，或沿着富溶液热交换加热回路供给。[0081]—旦提供足够的额外的修整热，在精馏塔中将实现所需的回流和蒸气交往。精馏器DPX需要436kW冷却负荷以实现50°C出口温度，这导致氨流预期为99.5wt%氨，基于假设的为2的回流率和为5wt%的贫饱和溶液浓度AqH。[0082]贫溶液AqH在贫富溶液交换器中是过冷的，并且温度从159°C降至85°CAql5。在此实例中，在流道中的点Aql6处，贫溶液在HSX-I中进一步冷却至22°C。将过冷的5wt%贫溶液注入VAT柱的顶部，与富Aq栗抽吸相比，海拔高约10.6m。5wt%的贫氨水溶液在22°C过冷以允许来自流道中的NH3-19的氨在-71°C和IOkPa完全溶解在过冷的贫溶液中，并且在由于溶液热和冷凝热能以及氨蒸气和贫溶液的焓混合导致温度上升之后仍保持过冷状态。[0083]通过收紧贫氨水闪蒸阀来导致IOkPa操作压力，由此降低富氨栗的栗抽吸压力，但保持抽吸压力高于NPSHR和过冷的贫溶液，从而确保无水氨蒸气的吸收。[0084]返回到流道中氨蒸气NH3-1排出DPX顶部的点，蒸气继续通向氨冷凝器HSX-2。这种热交换器的冷凝温度设置了改良型ARP的富溶液侧的操作压力。HSX-2移除230kW以冷凝此实例所需的氨蒸气流动。[0085]在NH3-2之后，氨被完全冷凝，并且图7中，无水氨莫氏图详述了本发明的此部分的热动力学方面。对于22°C，氨处于900kPa冷凝压力，并且闪蒸至4个冷却器的相应压力，如用于本发明的改良型ARP和VAT的Pro中所示。在与氨冷却器相关的图5上示出NH3放泄阀1、2、3和4。处于在此实例中简化手工计算的目的，未使用放泄流。然而，在实际中，对于每一个氨冷却器可以需要约5%的放泄流，以防止在氨冷区器中堆积H2O,其会导致系统变成无功能的。实际的放泄流将取决于由精馏塔产生的氨的纯度，对于此实例而言，其针对99.5%纯度。[0086]在VAT的顶部，进入VAT的氨所处的高度、温度、质量流动速率导致随着溶液在VAT向下流动，氨水溶液的密度和温度增加。如图8PTX图）中所示，溶液在此实例中对于四个气体流道冷却器的流动NH3-19Aql724.6°C，10kPa，5.5wt%、NH3_15Aql828.1°C，13kPa,6·2wt%、NH3-11Aq1934·IcC，30kPa，7·3wt%和NH3-6Aq20，49·8°C，72kPa，10·4wt%而言，保持过冷的。如果过热的溶液在最低混合点Aq20发生，则热交换器HSX-4可以用于去除过量的热以在栗抽吸Aql之前过冷富含水溶液以维持VAT顶部的期望的操作压力。[0087]在另一实例中，如图8和9例示出空气液化所示，在低于临界点的压力下递送进口气体。通过利用液化气体蒸发器产生液化空气以提供在最末级吸收冷却器在-70°C操作）的下游流道中的额外冷却，从而允许达到这样的温度和压力条件，该条件导致在期望的温度和压力下的闪蒸气体或气体混合物处于某一品质“X”的气-液相包络线内。[0088]例如，可以使用上述方法液化天然气，然后可以蒸发LNG以向空气流提供超过由改良型吸收式冷却系统的最末冷区器级提供的冷却的额外冷却。利用上文所述的供替代的实施方案，蒸发的天然气随后可以变成用于LNG液化回路的供给，或如果空气液化工厂与利用LNG作为燃料源的地点同位置，则用作气体燃料源。这种方法可以适于需要非常低的温度低于-170°C以确保液化发生的气体液化，并且使得由具有级联多级外部制冷过程的常规制冷过程所需的额外设备最少。[0089]定义和解释[0090]在本文描述中对温度和压力的所有提及应理解为由术语“约”修饰，其意指规定值的±5%、±10%、±20%或±25%的变化。例如，“约”50%在一些实施方案中可以具有45-55%的变化。对于整数范围，术语“约”可以包括大于和或小于范围每一末端处引述的整数的一个或两个整数。除非本文另外规定，术语“约”意指包括近似于所引述的范围的在组成的功能或所述的实施方案方面等同的值和范围。术语“约”还可以反映出用于测量所规定的值的仪器、装置或方法的任何不精确度。[0091]如本领域技术人员会显而易见的，可以在不背离本文所要求保护的发明范围的情况下，进行上文具体的公开内容的各种调整、修改和改变。本文描述的本发明的各种特征和要素，在不背离本发明的范围的情况下，可以以与本文描述或所要求保护的具体实例不同的方式组合。换而言之，任何要素或特征可以与不同实施方案中的任何其他要素或特征组合，除非在二者之间存在明显或固有的不相容性，或其被明确排除。[0092]单数形式“一a”、“一an”和“该the”包括复数参考物，除非本文明确另有所指。因此，例如，“一个工厂”的提及包括多个这样的工厂。进一步注意，可以撰写权利要求以排除任何可选的要素。由此，这种阐述旨在用作使用排他性术语的引用基础，例如，“仅仅”、“仅”等，与权利要求药物的引述或“负面”限制的使用相关。术语“优选地”、“优选的”、“优选”、“任选地”、“可以”和类似术语用于指示被提及为本发明的任选未必要特征的项目、条件或步骤。[0093]术语“和或”意指项目中的人一个、项目的任何组合，或与该术语相关的项目的所有组合。措词“一个或多个”是本领域技术人员容易理解的，特别是当在其使用的语境中阅读时。[0094]如技术人员所理解的，所有数字包括表达试剂或成分的量、诸如分子量、反应条件等的性质的那些是近似值，并且应理解成在所有情况中由术语“约”任选地修饰。这些值可以根据由本领域技术人员利用本文描述的教导所意欲获得的期望性质而变化。还理解，此类值固有地包含由在它们各自测试测量结果中发现的标准偏差所必然导致的变化。[0095]如本领域技术人员会理解的，对于任何和所有目的，特别是依照提供书面的描述，本文引述的所有范围还包括任何和所有的可能的子范围及其子范围的组合，以及构成该范围的单独的值，特别是整数值。所引述的范围（例如重量百分比或碳基团）包括该范围内的每一具体的数值、整数、小数或恒等式。任何列举的范围可以容易地被认为充分地描述和实施了分解成至少等半、三分之一、四分之一、五分之一或十分之一的相同范围。作为非限制性实例，本文讨论的每一范围可以容易地分解成下三分之一、中三分之一和上三分之一等。[0096]如本领域技术人员还会理解的，所有语言如“至多”、“至少”、“大于”、“小于”、“多于”、“或更多”等包括引述的数值，并且此类术语是指可以随后分解成上文讨论的子范围的范围。以相同的方式，本文引述的所有比例还包括落在较宽的比例内的所有子比例。因此，对于基团、取代基和范围所引述的具体数值仅是示例的，它们不排除其他的定义的值，或在对于基团和取代基所定义的范围内的其他值。[0097]本领域技术人员还会容易地认识到当成员以常规方式分组在一起例如在马库什组中）的情况下，本发明不仅包括作为整体而列出的整个组，还单独组及主组的所有可能的亚组的每一成员。另外，出于所有目的，本发明不仅包括主组，还包括不存在一个或多个组成员的主组。本发明因此设想所引述的组的任一个或多个成员的具体排除。因此，附带条件可以适用于任何公开的类别或实施方案，其中引述的元素、物质或实施方案中的任一个或多个可以从这样的类别或实施方案中排除，例如，如在具体的负面限制中使用的。[0098]表1[0100]表I续）[0102]表I续）

权利要求：1.用于液化气体的方法，包括以下非顺序的步骤：a接收具有进口压力的气体并且将所述气体压缩或减压至期望的压力；⑹通过至少一个吸收式冷却器冷却所述气体；c绝热地降低所述气体的压力以液化至少一部分所述气体；d在精馏器中加热富氨水流体以释放氨气，如果所述气体在步骤a中被压缩，则使用从步骤a回收的修整热或压缩热中的一种或组合，产生贫氨水流体；e使所述贫氨水过冷并且循环至蒸气吸收塔VAT的顶部；f冷凝来自所述精馏器的氨气并且闪蒸液体氨以产生冷却的氨气，其用于至少一个吸收式冷却器；g将氨气从至少一个吸收式冷却器吸入所述蒸气吸收塔中的贫氨水中以产生用于步骤⑹的富氨水。2.如权利要求1所述的方法，其中所述气体在等于或高于期望的压力被接收，并且没有压缩热在步骤a中被回收。3.如权利要求1所述的方法，其中所述气体在步骤c中部分地液化，并且所述方法包括移除液化气体产物并将剩余的气体在蒸气循环回路中循环的其他步骤，所述蒸气循环回路在绝热降压之前冷却气流，所述剩余的气体随后压缩并与惰性气流合并。4.如权利要求1所述的方法，其中所述气体包括工业气体或烃类气体，或工业气体或烃类气体的任何混合物。5.如权利要求1所述的方法，其中所述气体被压缩至低于所述气体的临界点，并且所述方法在绝热膨胀之前实现高于-71°C的气体液化温度。6.如权利要求1所述的方法，其中所述气体被压缩至高于所述气体的临界点，并且所述方法在绝热膨胀之前实现约-71°C的气体液化温度。7.如权利要求1所述的方法，其中至少一个吸收式冷却器包括液体放泄流以防止水浓度在氨制冷剂中的增加。8.如权利要求1所述的方法，其中通过在无水氨蒸气和贫氨水的混合点处使用过冷的贫氨水溶液的充足的质量流动来维持在VAT顶部的亚大气操作压力。9.如权利要求1所述的方法，其中在VAT中回收溶液热和混合无水氨蒸气与贫氨水溶液的冷凝热能中的一些或全部。10.如权利要求9所述的方法，其中通过使用水头和预先冷却贫氨水VAT供给流来促进VAT中的热回收。11.如权利要求1所述的方法，包括利用气体气体热交换器来冷却来自步骤b的冷却气流以在步骤c之前进一步降低气流温度的其他步骤。12.如权利要求1所述的方法，包括在压缩之后且在吸收式冷却器之前使气体脱水的其他步骤。13.如权利要求12所述的方法，其中通过向流道添加足量的醇并在绝热降压步骤之前冷凝醇和水来使气体脱水。14.如权利要求1所述的方法，其中在绝热降压之后过滤液化气体以从液化气体产物移除任何固体。15.用于液化气体的方法，包括以下非顺序的步骤：a将具有进口压力的气体压缩至期望的压力，同时从所述气体提取热以保持期望的温度；⑹通过至少一个吸收式冷却器冷却所述气体；c绝热降低所述气体的压力以降低所述气体的温度；d通过使用液化气体蒸发器热交换器来液化所述气体；e在精馏器中使用来自步骤a的热以从富氨水流体中释放氨，如需要，向所述富氨水添加修整热，并且产生贫氨水流体；f使贫氨水过冷并且循环至蒸气吸收塔的顶部；g冷凝来自所述精馏器的氨气并且闪蒸液体氨以产生冷却的氨气，其用于至少一个吸收式冷却器；⑹将氨气从至少一个吸收式冷却器吸入所述蒸气吸收塔中的贫氨水中以产生用于步骤⑹的富氨水。16.如权利要求15所述的方法，其中液化气体蒸发器利用根据权利要求1所述的方法产生的液化气体。17.气体液化系统，包括用于接收处于期望的压力的进口气体的接收级、包括用于冷却所述气体的吸收式制冷回路的冷却级，和包括用于至少部分地液化所述气体的JT阀的液化级。18.如权利要求17所述的系统，还包括用于将所述气体压缩至所述期望的压力的压缩级，和用于将热从所述压缩级转移至所述吸收式制冷回路的压缩热能回收级。19.如权利要求18所述的系统，还包括用于在低压蒸气循环回路中循环所述气体的非液化组分的气体循环级，所述回路还冷却经压缩和冷却的气体并且随后将所述气体引导至压缩级。

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