[发明专利]制冷剂成分控制

说明书

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。

背景

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/或者氮是制冷剂，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。