处理能力可升级的液化天然气厂

摘要

本发明涉及烃类流体加工厂，设计烃类流体加工厂的方法，操作烃类流体加工厂的方法，以及利用烃类流体加工厂生产烃类流体的方法。更具体地，本发明的一些实施方式涉及天然气液化厂，设计天然气液化厂的方法，操作天然气液化厂的方法和用天然气液化厂生产LNG的方法。

说明书

相关申请的交叉参考

【0001】本申请要求2004年6月18日提交的美国临时申请60/580,746的权益。

技术领域

【0002】本发明涉及烃类流体加工厂或处理系统(processing plant)，设计烃类流体加工厂的方法，操作烃类流体加工厂的方法和用烃类流体加工厂生产烃类流体的方法。更具体地，本发明的一些实施方式涉及天然气液化厂，设计天然气液化厂的方法，操作天然气液化厂的方法和用天然气液化厂生产LNG(液化天然气)的方法。

背景技术

【0003】体积巨大的天然气(即主要为甲烷)储藏在世界的边远地区。如果这种气体能够被经济地输送到市场，那么将具有显著的价值。如果天然气储地的位置合理靠近市场且两地之间的地形允许的话，天然气可被典型地生产出，然后通过水下和/或陆基管线输送到市场。然而，当出产天然气的地方铺设管线不可行或在经济上行不通时，就必须利用其他技术将天然气输送到市场。

【0004】用于对气体进行非管线输送的一种常用技术包括在产地处或产地附近使天然气液化，然后用运输容器上的特别设计的储罐将液化天然气输送到市场。天然气被冷却，然后冷凝成液态，从而得到液化天然气(“LNG”)。LNG通常(但不总是)是在基本为大气压的压力和大约-162℃(-260)的温度下运输，籍此大大提高了运输容器上特定储罐中能够存储的气体量。一旦LNG输送容器到达它的目的地，通常将LNG卸入其他储罐，然后根据需求对来自所述其他储罐的液化气进行汽化，并将其作为气体通过管线或其他类似物输送到终端用户。LNG已经成为一种越来越受欢迎的输送方法，用以向主要的能量消耗国供应天然气。

【0005】随着原料气或进料气(即天然气)的供给和销售合同的气体量的增大，用来对天然气进行液化的加工厂通常被分阶段建造。建造LNG加工厂的一种传统方法是通过几次连续增加或以并行生产线(train)的形式去修建厂地。每一阶段的构建可包括分离的独立运行的生产线，该独立运行的生产线又包括将原料气流液化成LNG并将其送去储藏必需的所有独立的处理单元或步骤。每条生产线与一套独立的生产设施功能相同。每条生产线的尺寸或规模主要取决于资源规模、生产线内采用的技术和设备，以及在项目开发的投资中可用的资金。

【0006】一条传统LNG生产线通常被设计为以选定的天然气原料处理速率进行操作，正常情况下不会以明显降低的天然气原料处理速率进行设计或操作。天然气原料处理速率灵活性的不足将减弱传统LNG生产线工厂适应市场条件变化的能力。对于传统的LNG生产线工厂，天然气原料处理速率灵活性的不足将导致经济操作能力的范围窄。

【0007】由于近年来需求增长，为了降低输送气体的费用，人们更加重视新建气体液化项目的成本和进度效益上。由于大型天然气液化项目的初始资金成本非常之大(50亿美元或更多)，因而会给开发者造成巨大的商业风险。在成本、设计和进度效益上的改进将有助于减少大型LNG开发项目带来的巨大商业风险。

发明内容

【0008】本发明的一种实施方式包括烃类流体加工厂，该烃类流体加工厂包括多个处理单元模块类型，该多个处理单元模块类型至少包括第一处理单元模块类型和第二处理单元模块类型，该第一处理单元模块类型包括一个或更多个第一处理单元模块，该第二处理单元模块类型包括两个或更多个集成的第二处理单元模块，其中第一处理单元模块中至少一个和第二处理单元模块中至少一个的规模被设计为处于它们各自的基本上最大的处理效率。

【0009】本发明的一种替代性实施方式包括一种设计烃类流体加工厂的方法，包括：A)提供包括在烃类流体加工厂中的多个处理单元模块类型的识别特征，所述多个处理单元模块类型至少包括第一处理单元模块类型和第二处理单元模块类型；B)为所述第一处理单元模块类型的第一处理单元模块确定一个第一最大处理效率，为所述第二处理单元模块类型的第二处理单元模块确定一个第二最大处理效率；和C)设计所述烃类流体加工厂，该烃类流体加工厂的设计包括一个或更多个第一处理单元模块和一个或更多个第二处理单元模块，所述第一处理单元模块的规模被设计成基本满足所述第一最大处理效率，所述第二处理单元模块的规模被设计成基本满足所述第二最大处理效率。

【0010】本发明的一种替代性实施方式包括一种对具有现有工厂最大进料处理能力的烃类流体加工厂的扩充处理能力进行设计的方法，包括：A)提供所述烃类流体加工厂的现有配置，所述烃类流体加工厂包括多个处理单元模块类型；B)确定需要额外最大进料处理能力的第一处理单元模块类型，增加所述现有工厂最大原料处理能力；C)确定所述第一处理单元模块类型中第一处理单元模块的最大处理效率；和D)设计一个扩充的烃类流体加工厂，所述设计包括附加一个或更多个第一处理单元模块，所述第一处理单元模块的规模被设计成基本满足最大处理效率。

【0011】本发明的一种替代性实施方式包括一种操作具有多个处理单元模块类型的烃类流体加工厂的方法，所述多个处理单元模块类型至少包括第一处理单元模块类型和第二处理单元模块类型，所述第一处理单元模块类型包括一个或更多个第一处理单元模块，所述第二处理单元模块类型包括两个或更多个集成的第二处理单元模块，其中所述第一处理单元模块中至少一个和所述第二处理单元模块中至少一个的规模被设计成处于它们各自的基本上最大的处理效率，所述方法包括：A)确定第一工厂原料处理速率；B)确定用于满足所述第一工厂原料处理速率所必需的每个处理单元模块类型的处理单元模块的数目；C)至少起动步骤B中确定的用于满足所述第一工厂原料处理速率所必需的每个处理单元模块类型的每个处理单元模块的数目；和D)生产烃类流体产品。

【0012】本发明的一种替代性实施方式包括一种利用烃类流体加工厂生产烃类流体的方法，该烃类流体加工厂包括多个处理单元模块类型，所述多个处理单元模块类型中的每一个包括一个或更多个处理单元模块，所述方法包括：A)为所述多个处理单元模块类型中包括的每个处理单元模块类型提供至少一个原始处理单元模块，所述原始处理单元模块中一个或更多个的规模被设计成处于它们各自的基本上最大的处理效率，籍此提供第一阶段烃类流体加工厂；B)为所述第一阶段烃类流体加工厂中包括的一个或更多个处理单元模块类型提供一个或更多个附加的处理单元模块，所述附加的处理单元模块与所述处理单元模块类型内的所述原始处理单元模块集成，由此提供第二阶段烃类流体加工厂；和C)由所述第二阶段烃类流体加工厂生产烃类流体。

【0013】本发明的一种替代性实施方式包括一种生产液化天然气的方法，包括：A)提供一个包括多个已定产品规模处理单元模块类型的LNG液化厂，所述LNG液化厂具有第一工厂最大进料处理能力；B)扩充所述已定产品规模处理单元模块类型中至少一个(但并非所有的已定产品规模处理单元模块类型)的最大进料处理能力，从而达到第二工厂最大进料处理能力，所述第二工厂最大进料处理能力比所述第一工厂最大进料处理能力高出10％或更多；和C)在扩充步骤B开始后，LNG液化厂生产LNG。

【0014】本发明的一种替代性实施方式包括一种利用LNG液化厂生产液化天然气的方法，所述LNG液化厂包括多个处理单元模块类型，所述多个处理单元模块类型中的每一个包括一个或更多个处理单元模块，所述方法包括：A)为所述多个处理单元模块类型中包括的每个处理单元模块类型提供至少一个原始处理单元模块，籍此提供第一阶段LNG液化厂；B)从所述第一阶段LNG液化厂生产第一LNG；C)在完成所述生产步骤B的至少一部分的同时，为所述第一阶段LNG液化厂中包括的一个或更多个处理单元模块类型构建一个或更多个附加的处理单元模块；D)将所述一个或更多个附加的处理单元模块投入使用，所述附加的处理单元模块与所述处理单元模块类型内的所述原始处理单元模块集成，籍此提供第二阶段LNG液化厂；和E)从所述第二阶段LNG液化厂生产第二LNG。

【0015】本发明的替代性实施方式包括一种LNG液化厂，其包括一个或更多个高构建成本的已定产品规模处理单元模块类型和一个或更多个低构建成本的已定产品规模处理单元模块类型，所述低构建成本的已定产品规模处理单元模块类型中至少一个的最大进料处理能力为所述有高构建成本的已定产品规模处理单元模块类型中至少一个的最大进料处理能力的至少110％。

【0016】本发明的一种替代性实施方式包括一种生产液化天然气的方法，包括：A)提供一个LNG液化厂，所述LNG液化厂包括多个处理单元模块类型，所述LNG液化厂至少有一个第一制冷剂循环，所述第一制冷剂循环包括至少一个第一制冷剂压缩机服务(service)类型，所述第一制冷剂压缩机服务类型包括一个或更多个并行的原始第一制冷剂压缩机，所述LNG液化厂有工厂最大进料处理能力；B)通过增加至少一个附加的第一制冷剂压缩机到所述第一制冷剂压缩机服务类型，来扩大所述LNG液化厂的工厂最大进料处理能力，所述附加的第一制冷剂压缩机与所述第一制冷剂压缩机服务类型内的所述一个或更多个原始第一制冷剂压缩机集成；和C)在所述扩充步骤B开始后，在所述LNG液化厂中生产LNG。

【0017】本发明的一种替代性实施方式包括一种利用LNG液化厂生产液化天然气的方法，所述LNG液化厂包括多个处理单元模块类型，所述多个处理单元模块类型中的每一个包括一个或更多个处理单元模块，所述方法包括：A)为所述多个处理单元模块类型中包括的每个处理单元模块类型提供至少一个原始处理单元模块，籍此提供第一阶段LNG液化厂；B)为所述多个处理单元模块类型中包括的每个处理单元模块类型提供至少一个第二处理单元模块，籍此提供第二阶段LNG液化厂；C)对于两个或更多个各自的处理单元模块类型，将所述原始处理单元模块中的一个或更多个与所述第二处理单元模块中的一个或更多个集成；和D)在所述集成步骤C开始后，从所述LNG液化厂中生产LNG。

附图说明

【0018】图1是LNG液化厂的一种示例性配置的方块流程图。

【0019】图2A是示例性酸性气体脱除接触器单元的简化工艺流程图。

【0020】图2B是第二示例性酸性气体脱除接触器单元的简化工艺流程图。

【0021】图3A是示例性酸性气体脱除再生器单元的简化工艺流程图。

【0022】图3B是第二示例性酸性气体脱除再生器单元的简化工艺流程图。

【0023】图4是示例性脱乙烷器单元的简化工艺流程图。

【0024】图5是示例性深冷或低温(cryogenic)热交换器单元的简化工艺流程图。

【0025】图6A是示例性制冷剂压缩机单元的简化工艺流程图。

【0026】图6B是第二示例性制冷剂压缩机单元的简化工艺流程图。

【0027】图7A是第二示例性制冷剂压缩机单元的简化工艺流程图。

【0028】图7B是第二示例性制冷剂压缩机单元的简化工艺流程图。

【0029】图8是示例性氦回收单元的简化工艺流程图。

具体实施方式

【0030】本文和权利要求书所用的术语“烃类流体加工厂”是指任何把烃类流体原料或进料(feed)加工成产品的加工厂，产品在一定程度上随原料改变。例如，原料可能在成分、物理状态、和/或物理状态及成分的组合方面存在不同。烃类流体加工厂的一个实施例是LNG液化厂。

【0031】本文和权利要求书所用的术语“LNG液化厂”是指一种烃类流体加工厂，其包括把含有气态甲烷的原料流加工成含有液态甲烷的产品流。例如，一个LNG液化厂可包括深冷热交换器、制冷剂压缩机和/或一个扩产步骤。一个LNG液化厂可任选包括其他的流体处理步骤。任选流体处理步骤的非限制性实施例包括原料提纯处理步骤(脱液、脱硫化氢、脱二氧化碳、脱水)、产品提纯步骤(脱氦气、脱氮气)和非甲烷产品产出步骤(脱乙烷、脱丙烷、硫回收)。例如，LNG液化厂的一个实施例包括一个将含有甲烷、乙烷、二氧化碳、硫化氢和其他物质的原料气转化为液化天然气的工厂，该液化天然气含有甲烷以及与原料流相比一些其他较少的非甲烷种类物质。

【0032】本文和权利要求书所用的术语“设备类型”是指用于任意类型的处理单元模块中的任意类型的处理设备。设备类型的非限制性实施例包括压缩机、热交换器、蒸馏柱、闪蒸罐、反应器、泵、膨胀器、燃气涡轮机(或气体涡轮机)、发动机、燃火加热器(fired heater)、液/气接触器、液/气分离器和其他用于烃类流体加工厂的处理设备。

【0033】本文和权利要求书所用的术语“处理单元模块”是指单独成一组的一个或更多个设备类型，当把这些设备类型组合在一起时，其完成烃类流体加工厂中的一项特定处理功能或者对烃类流体加工厂中的该项功能的完成提供支持。例如，这样的功能包括改变原料温度、压力、成分、物理状态、和/或温度、压力、成分和物理状态组合的步骤。此外，支持这些功能的处理单元包括，例如，向完成一个处理步骤的生产设备，提供电、蒸汽和/或冷却水的生产设备。处理单元模块的非限定性实施例包括公用工程单元(utility units)、气体预热单元、段塞流捕集器单元、废气压缩机单元、冷凝物稳定器单元、酸性气体脱除接触器单元、酸性气体脱除再生器单元、硫回收单元、脱水单元、脱乙烷器单元、脱丙烷器单元、分馏单元、预冷却热交换器单元、深冷热交换器单元、制冷剂压缩机单元、脱氮单元、热电联产单元、液化单元、氦回收单元、压缩单元、制冷剂制备单元及其组合。

【0034】本文和权利要求书所用的术语“处理单元模块类型”是指烃类流体加工厂中一个特定类型的处理单元模块的总和。处理单元模块类型由一个或更多个处理单元模块组成。例如，一个特定的处理单元模块类型可由多个并行的处理单元模块组成，各个处理单元模块具有执行相同处理步骤的能力。

【0035】本文和权利要求书所用的术语“最大进料处理能力”是指包括在烃类流体加工厂中的一个特定处理单元模块类型以烃类流体加工厂原料为基础的最大处理能力。最大进料处理能力代表一个烃类流体加工厂的进料量，其不同于特定处理单元模块类型的进料量，可以被具有特定处理单元模块类型处理能力的烃类流体加工厂处理。例如，假设一个烃类流体加工厂有三个处理单元模块类型A、B和C。如果处理单元模块类型A满负荷运转，当该烃类流体加工厂处理了100单位的进料量时，那么处理单元模块类型A的最大进料处理能力是100单位。即使处理单元模块类型A实际加工150单位的中间流、50单位的中间流或0单位的中间流也是如此。此外，如果处理单元模块类型B未满负荷运转，当该烃类流体加工厂处理100单位的进料量，并且以烃类流体加工厂进料为基础，处理单元模块类型B有10％未投入运行，这意味着处理单元模块类型B能以增加10％的能力运行，因此处理单元模块类型B的最大进料处理能力可被定为110单位。

【0036】本文和权利要求书所用的术语“工厂最大进料处理能力”是指整个烃类流体加工厂的最大进料处理能力。

【0037】本文和权利要求书所用的术语“工厂最小进料处理能力”是指整个烃类流体加工厂能够以稳定操作方式运转的最小进料处理能力。稳定操作方式是指控制系统能有效地控制相关工艺参数、并且设备类型基本以它们的设计效率操作的方式。例如，在一稳定操作方式中，蒸馏柱将基本实现期望的分离程度，且压缩机将基本能提供所需要的头压而不进入浪涌或激增模式。

【0038】本文和权利要求书所用的术语“构建成本”是指某位置处一个项目(例如一个处理单元模块或一个处理单元模块类型)的总成本，以致该模块准备投入运行。构建成本包括制作成本、安装成本、设备成本、前期成本、许可成本、培训成本和委托成本等。

【0039】本文和权利要求书所用的术语“每单位最大进料处理能力构建成本”是指一个项目(例如一个处理单元模块或一个处理单元模块类型)的构建成本除以其“最大进料处理能力”的值。

【0040】本文和权利要求书所用的术语“最大处理效率”是指对于一种处理单元模块类型，使每单位处理单元模块能力成本最小的处理单元模块能力规模，其中该成本可选自总加工模块构建成本、总处理单元模块操作成本、总处理单元模块寿命周期成本、或其组合。

【0041】本文和权利要求书所用的术语“寿命周期成本”是指一种对设备类型或处理单元模块的构建成本和操作成本的综合判断。例如，如果构建成本价值基本上能用现值金额表示，而且与操作成本等量的现值可以通过将未来的支出通过以本领域技术人员已知的方法考虑资金的时间价值调整为一个现值来计算的话，那么就可用现值金额基本表示寿命周期成本。

【0042】本文和权利要求书所用的术语“集成”，对处理单元模块类型而言，是指该处理单元模块类型包括多个并行的处理单元模块，每个处理单元模块提供了处理单元模块类型最大进料处理能力的一部分，且该处理单元模块类型被配置成使得每个处理单元模块：1)能加工烃类流体加工厂原料的任一部分、烃类流体加工厂产品的任一部分或烃类流体加工厂的特定中间流的任一部分；和/或2)能完成烃类流体加工厂中的任一特定处理步骤，和/或3)能为烃类流体加工厂中的一个处理单元模块类型、多个处理单元模块或多个设备类型完成特定支持服务的任一部分；在上述1、2和3的任一个中均不考虑各自的原料、产品、中间流、处理步骤、处理单元模块类型、多个处理单元模块或多个设备类型的来源。

【0043】本文和权利要求书所用的术语“已定产品规模处理单元模块类型”是指处理能力(规模)主要由对烃类流体加工厂最有价值的产品流速率确定的处理单元模块类型。该最有价值的产品流是指产生最高总收入(例如，市场价乘生产量，未必是每单位的量具有最高价格的产品)的产品流。例如，对LNG液化厂来说，最有价值的产品流是LNG产品流。用于LNG液化厂的已定产品规模处理单元模块类型的非限定性实施例包括酸性气体脱除接触器单元、脱水单元、脱乙烷器单元、深冷热交换器单元、制冷剂压缩机单元、脱氮单元、液化单元、氦回收单元、及其组合。并非已定产品规模处理单元模块类型的用于LNG液化厂的处理单元模块类型的非限定性实施例包括公用工程单元、硫回收单元、热电联产单元、气体预热单元、段塞流捕集器单元、废气压缩机单元、冷凝物稳定器单元、酸性气体脱除再生器单元、以及分馏单元。

【0044】本文和权利要求书所用的术语“高构建成本已定产品规模处理单元模块类型”是指这样一种已定产品规模处理单元模块类型，其占用构建含有这类处理单元的烃类流体加工厂的成本的10％以上。

【0045】本文和权利要求书所用的术语“低构建成本已定产品规模处理单元模块类型”是指这样一种已定产品规模处理单元模块类型，其占用构建含有这类处理单元的烃类流体加工厂的成本的7％以下。

【0046】本文和权利要求书所用的术语“运输容器”是指能在陆地上或水上运输烃类流体产品的任何容器。运输容器可以包括轨道车、罐车、驳船、轮船或在陆地上和水上行进的其他装置中的一种或多种。

【0047】本文和权利要求书所用的术语“资本成本基础”是指在资本成本等价基础上代表资本和非资本成本的任何成本基础。资本成本一般表示设计、采购、构建和安装设备的成本，以及工厂首次启用或工厂整改后首次启用之前项目所投入的任何其他成本。可通过下面的方法，将非资本成本(例如连续的操作成本)转化为等价的资本成本：确定这种连续成本的“现值”或确定实现与该连续成本相同经济效益的资本成本。这些经济估算技术是本领域技术人员惯用的。

【0048】本文和权利要求书所用的术语“模块化热交换器”是指这样一种热交换器，其主要的交换功能很容易通过增加相似规模的交换器来扩大。

【0049】本文和权利要求书所用的术语“制冷剂循环或回路”是指在冷却功能的执行中，准备好失效的制冷剂以便随后应用的处理步骤。例如，一个制冷剂循环可包括将失效的制冷剂压缩至高压、高压制冷剂的冷却和冷凝、以及降低已冷凝制冷剂压力的手段(例如膨胀)。在脱离该制冷剂循环后，制冷剂可以进入一个实现预期冷却功能的热交换器。

【0050】本文和权利要求书所用的术语“操作成本”是指在工厂日常操作中投入的任何成本。例如，操作成本包括修理成本、工资薪水、化学品和催化剂成本，以及其他日常工厂操作成本。

【0051】本发明的一种实施方式包括一个烃类流体加工厂。该烃类流体加工厂可包括多个处理单元模块类型。出于示例性的目的，将参照图1简要描述一种类型的烃类流体加工厂的一个总体布局，图1描述了一个示例性的LNG液化厂。

【0052】LNG液化厂45可包括若干个不连续的加工段。示例性加工段包括入口设施、气体处理、脱水、气体液化、制冷剂压缩和制冷剂制备，其每一个可在一个或更多个处理单元模块类型内执行。通过利用包括在图1中的LNG液化厂，很容易描述该方案。

【0053】原料气被接收到入口设施，其从液态水和任何可能存在的烃液(冷凝物)中分离出气体。入口设施也可使冷凝物稳定成一种可销售的产品。入口设施可由以下装置构成：段塞流捕集器单元30、各种分离容器(未示出)、冷凝物稳定器单元31、用于将冷凝物稳定器废气返回主气流的废气压缩机单元(未示出)、以及原料气预热单元32。原料流初始时穿过一个段塞流捕集器和分离设备(未示出)，脱除大量易于在深冷处理中引起冻结和堵塞问题的组分。从气流中分离出的冷凝液(气体冷凝物)一般处于高压(例如500-1000psig或更高)，且含有大量溶解的甲烷和乙烷。为了运输和随后的使用，通常在冷凝物稳定器单元31中使冷凝物稳定；也就是说，降低蒸气压力，一般使其低于大气压。除去轻烃以降低蒸气压力不仅增加了冷凝产品的热值，而且还减少了轻组分的后续排气引起的潜在问题，因为在运输和储存过程中冷凝物的压力和温度会变化。

【0054】在气体处理和脱水段中，主要的加工功能区域是酸性气体脱除(AGR)系统，其包括AGR接触器单元33和AGR再生单元34、汞吸附剂(未示出)、和脱水单元35。多种工艺可用于处理该气体，以脱除酸性气体(H₂S和CO₂)。一种用于处理酸气流的工艺包括使气体流在接触容器中与一种溶剂(例如有机胺，如甲基二乙醇胺和其他添加剂)接触，该熔剂吸收酸性气体并将它们从气体流中运载出去。

【0055】为使这类工艺更经济，必须在AGR再生单元34中再生这种“富”溶剂，以便在该处理工艺中重用该溶剂。也就是说，该富溶剂在重新用于处理工艺中之前，其中的酸性气体(H₂S和CO₂)和烃类被脱除或基本上降低。富溶剂通过穿过再生容器被再生，在再生容器中，基本上脱除了所有的酸性气体，此后再生的溶剂返回处理工艺中重新使用。然后通过将回收的酸性气体流通过硫回收单元(SRU)38进行处理，可从H₂S回收硫产品。

【0056】脱水单元35(例如，使用分子筛和/或乙二醇工艺)将H₂O脱除到与-260的LNG产品温度相适应的露点级。该脱水吸附剂容器一般包括并行的容器，其实现从原料气脱水到再生模式的循环。

【0057】气体液化段37通常包含一个或更多个深冷热交换器单元和任选的一个或更多个预冷却热交换器单元，其通过一个或更多个制冷剂的热交换，使接近室温的天然气流冷却到深冷温度。用于深冷热交换器单元的深冷热交换器例如可以是螺旋缠绕式热交换器(有时也被称为卷轴缠绕式热交换器)或钎焊铝质板翅式热交换器。

【0058】制冷剂压缩单元(未示出)获得存在于深冷热交换器或预冷却热交换器中的蒸发制冷剂，并将其压缩到足以使其冷凝并重用的压力。LNG液化厂可有一个或更多个制冷剂压缩循环，其可用单一组分的制冷剂(例如丙烷)或混合制冷剂(例如甲烷、乙烷和丙烷)。如果采用两个或更多个制冷剂循环，那么各个循环可以串行地、并行地或以某种级联结构来冷却和冷凝天然气流，在级联结构中，一个制冷剂循环用来冷却第二制冷剂，而第二制冷剂又对天然气流进行冷却。

【0059】尽管很多制冷循环可用于对天然气进行液化，但仅进一步说明下面三种类型的制冷循环：(1)“级联循环”，其在热交换器中采用了多个单组分制冷剂，而且这些热交换器被布置成逐渐将该气体的温度降至液化温度；(2)“膨胀器循环”，其使气体从高压膨胀到低压，从而使温度相应降低，和(3)“多组分制冷循环”，其在热交换器中采用一种多组分制冷剂。大多数的天然气液化循环使用这三种基本类型的变型或组合。

【0060】一个混合制冷剂气体液化系统包括一个多组分制冷流的循环，该循环通常是在用丙烷或另一种混合制冷剂进行预冷却之后。一个示例性多组分系统可包括甲烷、乙烷、丙烷和任选的其他轻组分。在没有进行预冷却的情况下，较重的组分(如丁烷和戊烷)可被包括在多组分制冷剂内。混合制冷剂表现出在一温度范围上进行冷凝和蒸发的期望性能，这允许设计出在热力学上比纯组分制冷剂系统更有效的液化系统。

【0061】制冷剂制备单元(未示出)包含一个或更多个蒸馏柱，蒸馏柱可以从原料气乙烷、丙烷等产生可用来组成液化单元37中使用的一些或所有制冷剂的产品。

【0062】气体液化段37或一个分离的独立单元的另一任选组件是蒸馏塔，例如洗涤塔(未示出)、脱甲烷器单元(未示出)或脱乙烷器单元36，蒸馏塔至少有从原料气中脱除戊烷和较重组分的作用，以防在深冷热交换器中发生冻结。为了将某些天然气液体作为独立产品生产，一些工厂可替代使用脱甲烷器单元或脱乙烷器单元36。离开脱水单元35的天然气可以进行分馏。在这个示意图中，通过脱乙烷蒸馏柱，使C₃₊烃的一部分从该天然气中分离。在脱乙烷器柱的顶部收集的轻馏份被送往液化单元37。在脱乙烷器柱的底部收集的液态馏份被送到分馏单元40，以便回收C₃/C₄液化石油气(LPG)和C₅₊液体(冷凝物)。如果打算单独销售LPG产品，那么这种布局是优选的。在原料气中LPG含量很低或LPG价值很低的地方，可以用洗涤塔代替脱乙烷器柱，该洗涤塔将戊烷和较重的烃脱除到一个指定水平。

【0063】一个LNG厂还可包括一个硫回收单元(SUR)38和脱氮单元(NRU)39，而且或许有一个氦回收单元(HRU)39。为直接使H₂S转变为元素硫，几种工艺已经被开发出来。大多数的转化工艺是基于将H₂S直接转变为硫的氧化-还原反应。在大型液化生产线中，这种Claus工艺可在反应炉中通过使该酸性气体流的一部分与空气“燃烧”，使H₂S转变为硫。这提供了与未燃烧的H₂S通过Claus反应形成元素硫的SO₂：H₂S+SO₂→3/2S₂+2H₂O。

【0064】在液化工艺37的最后，可对该LNG进行处理，以便脱除氮(NRU)，并且可能回收氦(HRU)39，如果存在的话。许可人提供了完成这一提纯的工艺。天然气中存在的大部分氮气通常在液化后被脱除，因为在常规的LNG运输中氮气不能以液态保存，并且根据销售规定，交付点不期望LNG中有氮气。为了便于储存和/或运输，液化天然气的压力通常被降至接近大气压。这种压力降低常被称作“终端闪蒸(end flash)”降压，最后产生终端闪蒸气和LNG。这种终端闪蒸降压的优点在于低沸点组分(如氮气和氦气)至少部分地与某些甲烷一起被从LNG中脱除。终端闪蒸气可在机械驱动的燃气涡轮机中或在发电厂41中作为燃料气使用。依据在天然气原料流中氦气的量和氦气的市场价值，氦回收是任选的。

【0065】在商业上和工业操作中，热电联产单元41可用于降低与能量使用有关的成本。在一个示例性热电联产单元41中，驱动制冷剂压缩机的机械驱动的燃气涡轮机或发电机(例如驱动发电机的燃气涡轮机)被用于发电以满足工厂的电力需求。产生的任何过剩电力可以卖给电力公司或用于该LNG厂，而从该电力公司或购买的电力在某种程度上仅用于补足热电联产单元41产生的电量。由于产生了电力来满足工厂的加热和/或冷却需求或至少对此作出贡献，使得通过利用产生的热可降低浪费(如热损失)。燃气涡轮机运转产生的热可通过热交换器从废气中提取出，并用于供应工厂的热需求，如蒸发。替代性地，从该工艺中产生的蒸汽可用于在蒸汽驱动的涡轮发电机中产生更多的电力。

【0066】本发明的一种实施方式包括一种为烃类流体加工厂(例如LNG液化厂)的设计方案，该烃类流体加工厂在任何工厂能力下都有成本效益而且是可扩充的。在本发明的替代性实施方式中，该工厂的一部分可以被完成和委托制作，同时同一工厂的扩充部分可被构建。这种方案的优点在于，烃类生产能比整条生产线构建好时所允许的时间更早地投产，从而改善了总的项目经济性。这种类型的安排改变了生产线的概念，支持一个更大、更完整、更容易发挥规模经济优势的工厂。本发明的一些实施方式对于一个为大型资源设计的LNG项目尤为有用，其处初始液化生产线将被构建好，而且以后可扩充。这种开发计划可利用初始构建阶段的一些先期投资完成，并且具有缩短扩充所需时间的好处。

【0067】一种设计、构建和/或操作一个具有成本效率的烃类流体加工厂的方法可包括：基本上以它们各自的最大处理效率去设计一个或更多个处理单元模块类型的一个或更多个处理单元模块。一个处理单元模块的最大处理效率是用于一种处理单元模块类型的处理单元模块能力或规模，该处理单元模块类型使以下成本中的一种或多种减至最小：每单位处理单元模块能力的总处理单元模块构建成本、每单位处理单元模块能力的总处理单元模块操作成本、每单位处理单元模块能力的总处理单元模块寿命周期成本、或这些成本的组合。优选地，该最大处理效率的确定与每单位处理单元模块能力的总处理单元模块寿命周期成本有关，因为这种评测方法最适于实现一个烃类流体加工厂在其整个寿命上的总成本最低。寿命周期成本是一个设备类型或处理单元模块构建成本和操作成本的联合评测。无论使用何种成本评测方法，优选应调整该成本去适应资本成本基础。非资本成本(如连续的操作成本)可通过确定这种连续费用的“现值”被等价地与资本成本比较，这是本领域技术人员惯用的技术。替代性地，这个基本上最大的处理效率在实际最大处理效率的25％以内。或者，该基本上最大的处理效率在实际最大处理效率的20％、15％、10％或5％以内。

【0068】为了确定一个处理单元模块的最大处理效率，确定一个或更多个设备项目的成本和设计能力之间的关系。优选地，确定较高成本设备项目的成本和设计能力之间的关系。当到达单套设备设计极限时，这种关系说明了通过增加并行设备解决这些设备类型的设计极限。一个处理单元模块的总费用可包括主要设备成本、次要设备成本和安装成本之和。通常根据过去实际建造的类似模块，将后两个成本表示为主要设备成本的一个分数。安装成本包括其他五金件(如管子、阀门和配件)的费用、安装的人力成本和其他附带项目(如焊接耗材和工具)的成本。例如，脱乙烷器处理单元模块的主要设备类型可由一个蒸馏柱、若干个热交换器、分离罐以及泵构成。一旦确定了成本-能力之间的关系，可通过利用任何标准的优化技术来定位每处理单元模块能力的最小成本来找到最大处理效率。例如，对复杂的处理单元模块，最昂贵的单套设备可用来近似整个处理单元模块的成本。替代性地，多设备类型的多套设备可用来近似整个处理单元模块的成本。优选地，可使用一个或更多个高构建成本设备类型。例如，一个脱乙烷器处理单元模块可由一个蒸馏柱、若干个热交换器、分离罐以及泵构成。该模块中最昂贵的单套设备项目可能是脱乙烷器柱，其可用来近似该模块整体的成本-能力关系。一旦该成本-能力关系被确定或被近似，就可通过利用任意的标准优化技术定位每处理单元模块能力的最小成本来找到最大处理效率。最大处理效率将趋向更大的能力，直至到达某种成本、制造、原料、运输或安装极限。例如，深冷热交换器的规模会受到制造技术和/或设备运输极限的限制。建造一条能力比通过单个深冷交换器即可满足要求的能力更大的LNG生产线，需要使用两个并行的较小交换器。交换器服务的分开和较小交换器的使用可能会消弱天然气规模经济的优势。

【0069】这种设计理念寻求确定一个所选烃类流体加工厂中所包括的各个处理单元模块类型中的处理单元模块的最佳规模。一旦最佳规模被确定，那么基本以最大处理效率设计的一个处理单元模块类型的多个处理单元模块可以被集成或整合为更大处理能力的并行单元，这或者在工厂第一阶段的构建之初，或者在扩充现有工厂以便为一个特定处理单元模块类型提供附加的进料处理能力时进行。通过将这些处理单元模块类型中的两个或更多个设计成使其所包括的处理单元模块处于它们各自的最大处理效率，即可根据市场条件的导向构建、操作和扩充一个更经济的工厂。

【0070】前面的设计理念聚焦于设计和构建规模正好足以满足期望的工厂处理能力的最昂贵那套设备，然后设计其他的设备和装置与这套最昂贵的设备的能力相匹配。本发明的一种实施方式抛弃了前面这一设计理念，将多个处理单元模块类型的处理单元模块设计成处于它们各自的最大处理效率。一旦确定了一个处理单元模块类型的最大处理效率，那么处理单元模块中的一个或更多个可被包括在一个设计中，以满足一个烃类流体加工厂的期望的工厂最大进料处理能力。在此所讨论的设计方法也适用于扩充一个现有烃类流体加工厂的处理能力。通过将一个或更多个附加的处理单元模块增加到现有的处理单元模块中，来扩大该处理单元模块类型的最大进料处理能力，也可在投产前或投产后对一个现有烃类流体加工厂进行扩充。

【0071】在替代性实施方式中，多个处理单元模块可被集成或整合为，使得多个处理单元模块在烃类流体加工厂中起到一个单一公共处理单元的作用。对特定类型进行集成的实施例包括并行集成和/或在内部集成的处理单元模块。并行集成包括，例如两个或更多个处理单元模块共享一个或更多个公共入口流以及一个或更多个公共出口流。在内部集成包括，例如一个或更多个含有某些设备类型的处理单元模块，这些设备类型共享一个或更多个入口流和一个或更多个公共出口流。图2A提供了一个集成的酸性气体脱除接触器单元的示例性处理单元配置的图形表示，该集成的酸性气体脱除接触器单元可以是一个LNG液化厂的一部分。图2A描述了一种含有酸性天然气(即含有二氧化碳(CO₂)和硫化氢(H₂S))的公共原料流11，其进入酸性气体脱除器接触器单元10。如图所示，示例性的酸性气体脱除接触器单元10实际上由两个并行的、集成的处理单元模块构成。在原料流被分开后，在进入溶剂接触器13和13a前，其流到各自的处理单元模块中的第一热交换器12和12a中加热。在溶剂接触器13和13a中，气态的原料流11被导入与贫溶剂14接触。贫溶剂14例如可以是一种胺溶剂，其被描述为在被分开并送往各自的酸性气体脱除接触器单元模块之前，作为一个流进入酸性气体脱除接触器单元10。在溶剂接触器13和13a中，原料流11中包含的酸性气体(H₂S气体、其他含硫组分和/或CO₂)溶解于液体溶剂14。原料流中剩余的气态烃部分作为低硫的天然气流20从该溶剂接触器的顶部流出。在离开各自的酸性气体接触器后，各个天然气流合并为单一的低硫气体流20。粗馏分富溶剂16和16a(即含有酸性气体、一些甲烷和溶剂)离开溶剂接触器13和13a的底部，进入闪蒸罐15和15a。在闪蒸罐15和15a中，粗馏分富溶剂16和16a的压力降低，籍此生成一种含有甲烷的闪蒸气(flash gas)，其可作为用于工厂的燃料气21。在离开各自的闪蒸罐15和15a后，各个燃料气流合并成单个燃料气流21。离开闪蒸罐15和15a的液体流17和17a包括富溶剂(即含有酸性气体和溶剂)，并流入第二热交换器18和18a，在此，液体流17和17a在离开该酸性气体脱除接触器单元10前被加热，以便在一个酸性气体脱除再生器单元(未示出)中再生。在再生之后，热的贫溶剂14流过第二热交换器18和18a，在此，贫溶剂14通过与离开闪蒸罐15和15a的液体流17和17a进行热交换而被冷却。贫溶剂14在被泵20和20a泵送入溶剂接触器13和13a之前，被翅片风扇热交换器19和19a进一步冷却。图2B描述了第二示例性酸性气体脱除接触器单元10，其包含了三个并行的集成处理单元模块。图2A和图2B示出了并行集成的处理单元模块的两个实施例。可以改变处理单元模块类型中的集成级别，而且无意用图2A和2B描述的实施例来限制本发明。此外，图2A和2B描述的酸性气体脱除接触器单元示例性说明了一个特定酸性气体脱除接触器单元的流程方案和设备布局，并无意限定本发明。处理单元模块集成、酸性气体脱除接触器单元流程方案和设备布局的其他方式应包括在本发明的范围内。

【0072】通过集成一个处理单元模块类型内的多个处理单元模块，可提高操作灵活性。在一种替代性实施方式中，集成了两个或更多个处理单元模块类型。在一种替代性实施方式中，集成了烃类流体加工厂的三个、四个、五个、六个或所有的处理单元模块类型。

【0073】一个或更多个以它们各自的最大处理效率设计的处理单元模块组成了多个处理单元模块类型，由这些多个处理单元模块类型设计和构造成的烃类流体加工厂可以有不同的各自最大原料处理效率的处理单元模块类型。因为不同的处理单元模块根据不同的经济效率目标设计，这与匹配处理能力目标相对，各个处理单元模块类型未必有相同的最大进料处理能力。在本发明的替代性实施方式中，不同处理单元模块类型的最大进料处理能力可有超过10％的差异。在替代性实施方式中，一个处理单元模块类型具有的最大进料处理能力可低于第二和/或第三处理单元模块类型的85％或80％。

【0074】在本发明的一个替代性实施方式中，为一个处理单元模块类型确定最大处理效率，并确定出一个标准化的处理单元配置。两个配置基本相同的处理单元模块是具有基本相同的总体工艺流程方案的处理单元模块。例如，一个处理单元模块的工艺流程方案至少包括设备类型的布局和在设备类型间输送生产流体的流动路径的布局。在一个烃类流体加工厂中，标准化的处理单元配置可以被重复用于处理单元模块类型的多个处理单元模块。优选地，该标准化处理单元配置也有标准化的规模或处理能力。规模基本相同的处理单元模块是优选具有相同处理能力的处理单元模块。替代性地，相同规模的处理单元模块是彼此间处理能力相差在15％之内的处理单元模块。替代性地，它们的处理能力彼此相差10％、5％或2％之内。以这种方式，一个标准化处理单元模块可以被并行地重复，或者在初始设计或构建的工厂中扩大处理单元模块类型的最大进料处理能力，或者扩大现有工厂的工厂最大进料处理能力。在这两种情况中，优选集成或整合各个标准化处理单元模块，以便提供操作灵活性。

【0075】一个处理单元模块可包括一个或更多个不同的设备类型。在本发明的一个替代性实施方式中，构成一个标准化处理单元模块的设备类型具有基本相同的规模和/或配置。两套规模基本相同的设备意味着两套设备具有大致相同的处理能力。优选地，它们的处理能力彼此相差在15％之内。替代性地，它们的处理能力彼此相差在10％、5％或2％之内。两套配置基本相同的设备具有基本上相同的设计。如果两套设备是在不同时间制作和安装的，那么该设备的制造商可被期望对设备进行轻微的改变或改进，然而，两套设备将保持基本上相同的设计，以致它们是可以相对互换的。

【0076】通过使处理单元模块和/或包括这项处理单元模块的设备类型标准化，烃类流体加工厂的设计者、构建者或操作者可使工厂实现更好的成本效率。例如，工厂设计者能设计出单个处理单元模块，并重复该设计以达到一个期望的处理单元模块类型最大进料处理能力，从而降低设计成本。实际上，处理单元模块的设计可被重复利用多次。当用标准化的处理单元模块构建一个工厂时，通过低价采购到多个某些相同的设备类型，可实现成本节约。此外，通过将目标定为能被多个厂家制造的设备规模，可用竞争性的招标来实现更低的成本。例如，如果工厂设计者或构建者需要某种大处理能力的处理单元模块或设备类型，但这种大规模的设备类型仅有一家或有限的几家制造商能提供，那么可用多家制造商能够提供的多套小处理能力设备来获得期望的处理能力。因此，实际上可通过购买多套小处理能力的设备来降低某种期望处理能力的总设备成本。此外，可储备常规配件用于计划外的修理，以便降低或延迟了更换部件的购买。用标准化处理单元模块和/或设备类型可在工厂操作中实现成本节约，因为工厂的操作者仅需学会如何操作和修理有限数目的处理单元模块和/或设备类型。

【0077】在本发明的一个替代性实施方式中，提供了一个具有显著进料处理能力灵活性的烃类流体加工厂。包含多个处理单元模块类型的烃类流体加工厂有相当大的工厂原料处理灵活性，其中所述处理单元模块类型包含多个集成处理单元模块。例如，通过将一个或更多个单独的处理单元模块投入使用或从生产线中取出，包含4个规模相同的集成处理单元模块的处理单元模块类型可以一种稳定的方式在至少为25％、50％、75％和100％的最大进料处理能力下运转。如果多处理单元模块类型包括多个处理单元模块，各个处理单元模块类型也能以多种进料处理能力工作。通过在一个处理单元模块中使用多个集成设备类型，可实现附加进料处理能力的灵活性，这样就提供了进料处理能力的附加灵活性。替代性地，某些处理单元模块类型可包括与固定速度(固定处理能力)设备相反的可变速度(处理能力可变)设备。例如，压缩机可被连接到变速电动机，这与固定速度的燃气涡轮机相反。在一种替代性实施方式中，烃类流体加工厂可具有一个工厂最小进料处理能力，其为工厂最大进料处理能力的75％或更低。替代性地，该烃类流体加工厂具有的工厂最小进料处理能力可为工厂最大进料处理能力的70％、65％、60％、55％、50％、45％、40％、35％、30％或25％或更低。

【0078】以上所讨论的设计、构建和操作方法尤其适用于大型LNG液化厂和/或随时间增加处理能力而变成大型LNG液化厂的LNG液化厂。在一种替代性实施方式中，LNG液化厂具有超过400万吨/年(MTA)的工厂最大进料处理能力。在替代性实施方式中，LNG液化厂具有超过每年大于5、6、7、8或9百万吨(MTA)的最大进料处理能力。在一种实施方式中，该LNG液化厂能随着时间扩大而成为前面讨论的大型LNG液化厂。在一种实施方式中，LNG液化厂开始运转时的第一阶段工厂最大进料处理能力为1-5MTA。在替代性实施方式中，液化厂开始运转时的第一阶段工厂最大进料处理能力为1.5-4.5、2.0-4或2.5-3.5MTA。在一种实施方式中，LNG液化厂以1到5MTA的工厂最大进料处理能力增量，分阶段扩充到某个阶段性扩充规模。在替代性实施方式中，LNG液化厂以1.5-4.5、2.0-4或2.5-3.5MTA的工厂最大进料处理能力增量，分阶段扩充到某个阶段性扩充规模。在一种实施方式中，该LNG液化厂在第一阶段以及1-6个后续阶段中进行扩充。替代性地，LNG液化厂在第一阶段以及2-5或2-3个后续阶段中进行扩充。

本发明的一种实施方式包括扩充烃类流体加工厂的工厂最大进料处理能力，这是通过扩充一个或更多个处理单元模块类型(但并非烃类流体加工厂中包括的所有处理单元模块类型)的最大进料处理能力来实现的。在一种实施方式中，这些处理单元模块类型是已定产品规模处理单元模块类型。已定产品规模处理单元模块类型是指主要由烃类流体加工厂的最有价值的产品流决定其处理能力的处理单元模块类型。在一个LNG液化厂，最有价值的产品流是LNG。可利用本文所述的本发明各种方面中的一个或更多个来实施本发明的这个实施方式。在本发明的一种实施方式中，如果一个现有烃类流体加工厂包括一个或更多个已定产品规模处理单元模块类型，而已定产品规模处理单元模块类型具有以它们各自最大处理效率设计的产品规模处理单元模块，那么扩充这样的现有烃类流体加工厂可通过扩充一个或更多个已定产品规模处理单元模块类型(但并非烃类流体加工厂中所有的已定产品规模处理单元模块类型)的最大进料处理能力来实现。如前文所讨论的，如果一个烃类流体加工厂由多处理单元模块类型设计成或构成，而多处理单元模块类型由一个或更多个以它们各自最大进料处理能力设计的处理单元模块组成，那么这样的烃类流体加工厂可具有不同的各自最大进料处理能力的处理单元模块类型。因为不同的处理单元模块都是以经济效益为目标设计而成的(这与匹配处理能力的目标相反)，因此各个处理单元模块类型不一定具有相同的最大进料处理能力。本发明的一种实施方式在扩充烃类流体加工厂时利用了不同处理单元模块类型的不相等的最大进料处理能力。在这个实施方式中，扩充工厂最大进料处理能力可以通过如下方式实现：为那些需要额外处理能力以增加工厂最大进料处理能力的已定产品规模处理单元模块类型，增加附加的已定产品规模处理单元模块，同时并不会为一个或更多个不需要额外最大进料处理能力来增加工厂最大进料处理能力的已定产品规模处理单元模块，增加附加的已定产品规模处理单元模块。通过利用这样的扩充方案，烃类流体加工厂的寿命周期成本与现有技术的方案相比得到了降低。

【0079】一种替代性实施方式包括一个烃类流体加工厂，该烃类流体加工厂包括一个或更多个高构建成本的已定产品规模处理单元模块类型和一个或更多个低构建成本的已定产品规模处理单元模块类型，其中所述低构建成本的已定产品规模处理单元模块类型中的至少一个具有的最大进料处理能力是所述高构建成本的已定产品规模处理单元模块类型中至少一个的最大进料处理能力的至少110％。可利用本文所述的本发明各种方面中的一个或更多个来实施本发明的这个实施方式。该实施方式可用于生产LNG的LNG液化厂。

【0080】在本发明的替代性实施方式中，一个或更多个低构建成本的已定产品规模处理单元模块类型的最大进料处理能力，是所述高构建成本的已定产品规模处理单元模块类型中至少一个的最大进料处理能力的至少115％、125％、135％或150％。在替代性实施方式中，所述高构建成本的已定产品规模处理单元模块类型具有的每单位最大进料处理能力总构建成本是所述低构建成本的已定产品规模处理单元模块类型的每单位最大进料处理能力总构建成本的1.25、1.5、1.75或2.0倍或更高。在替代性实施方式中，所述低构建成本的已定产品规模处理单元模块类型选自酸性气体脱除接触器单元、脱水单元、分馏单元、脱氮单元和氦回收单元。在替代性实施方式中，所述高构建成本的已定产品规模处理单元模块类型选自入口设施单元(即段塞流捕集器单元、气体预热单元和冷凝物稳定器单元)、制冷剂压缩机单元、深冷热交换器单元和液化单元。

【0081】在一种替代性实施方式中，在第一阶段烃类流体加工厂正在生产烃类流体产品的同时，对该烃类流体加工厂进行扩充。这种方法可用于生产LNG的LNG液化厂。在这种实施方式中，可以提供第一阶段烃类流体加工厂。第一阶段烃类流体加工厂可包括多个处理单元模块类型，各个处理单元模块类型包括一个或更多个处理单元模块。该方法包括由第一阶段烃类流体加工厂生产烃类流体(例如LNG)，同时为第一阶段烃类流体加工厂中包括的处理单元模块类型中的一个或更多个构建一个或更多个附加的处理单元模块。该方法可包括使一个或更多个附加的处理单元模块投入运行中，并使附加的处理单元模块与处理单元模块类型的原始处理单元模块集成，从而提供增加了处理能力的第二阶段烃类流体加工厂。该方法可包括从第二阶段烃类流体加工厂中生产烃类流体(例如LNG)。可利用本文所述的本发明各种方面中的一个或更多个来实施本发明的这个实施方式。

【0082】在该方法的替代性实施方式中，可在第一阶段工厂生产烃类流体的同时或在有限的停工期间，将附加的处理单元模块投入使用。在一种实施方式中，该方法可包括在第一阶段烃类流体加工厂生产烃类流体的同时，将一个或更多个附加的处理单元模块投入使用。安装这些集成附加单元的装置可被包括进第一阶段烃类流体加工厂，并且可包括接入件(tie-ins)、截止阀、隔离阀、平衡阀、盲法兰、带双圈的盲板、集管以及歧管。在一种实施方式中，该方法可以包括，在至少部分使一个或更多个附加处理单元模块投入运行的同时，从第一阶段烃类流体加工厂生产烃类流体。在一种实施方式中，该方法可包括在第一阶段烃类流体加工厂不生产烃类流体的时候，至少部分实现使一个或更多个附加的处理单元模块投入生产。在一种实施方式中，该方法可以包括在第一阶段烃类流体加工厂未生产烃类流体的时间少于30天时，至少部分实现使一个或更多个附加的处理单元模块投入运行。在一种替代性实施方式中，该方法可以包括在第一阶段烃类流体加工厂未生产烃类流体的时间少于20、10、5、2或1天时，至少部分实现使一个或更多个附加的处理单元模块投入运行或投产。

【0083】本方法用于以一种经济上有利的方式增加工厂最大进料处理能力。例如，在第一阶段烃类流体加工厂继续生产烃类流体时或通过关闭烃类流体加工厂仅一段有限时间，增加工厂最大进料处理能力。用这种方式，在扩充期间，第一阶段烃类流体加工厂可继续产出有价值的产品，这样避免或降低收入损失。替代性地，烃类流体加工厂停工进行定期维护时，将附加的处理单元模块投入运行。此外，本方法可以用于建造一个相对较小的第一阶段工厂，使第一阶段工厂投入运行并产生产品收入，并且一旦建立了产品收入流，然后就扩充工厂最大进料处理能力。这种分步扩充可随着资源开发计划的扩展和/或随着烃类流体加工厂产品买主的确定而被重复。在一种实施方式中，LNG液化厂开始运转时的第一阶段工厂最大进料处理能力为1到5MTA。在替代性实施方式中，LNG液化厂开始运转时的第一阶段工厂最大进料处理能力1.5-4.5、2.0-4或2.5-3.5MTA。在一种实施方式中，LNG液化厂以1到5MTA的工厂最大进料处理能力增量分阶段扩充到某个阶段性扩充规模。在替代性实施方式中，LNG液化厂以1.5-4.5、2.0-4或2.5-3.5MTA的工厂最大进料处理能力增量分阶段扩充到某个阶段性扩充规模。在一种实施方式中，该LNG液化厂在第一阶段以及1-6个后续阶段中进行扩充。替代性地，LNG液化厂在第一阶段以及2-5或2-3个后续阶段中进行扩充。通过这种方式，资本工厂成本可能更趋于与收入产出平衡，这样当市场条件较有利时，通过延缓后期的资本投入，从而减少工厂的寿命周期成本。

【0084】本发明的一种实施方式包括生产烃类流体的方法。该方法包括提供一个具有工厂最大进料处理能力的烃类流体加工厂，该工厂包括多个处理单元模块类型，并至少具有第一制冷剂循环。第一制冷剂循环可包括至少一个第一制冷剂压缩机服务类型，其包括并行的一个或更多个原始第一制冷剂压缩机。该方法可以包括通过向第一制冷剂压缩机服务类型增加至少一个附加的第一制冷剂压缩机，来扩大工厂的工厂最大进料处理能力，其中附加的第一制冷剂压缩机与第一制冷剂压缩机服务类型内的一个或更多个原始第一制冷剂压缩机集成。该方法包括在扩充步骤开始后，在烃类流体加工厂(例如LNG液化厂)中生产烃类流体(例如LNG)。可利用本文所述的本发明各种方面中的一个或更多个来实施本发明的这个实施方式。这种实施方式可用于生产LNG产品的LNG液化厂。

【0085】在替代性实施方式中，压缩机具有某种增强烃类流体加工厂的设计、构建和操作的特性。在一种实施方式中，该方法可包括原始第一制冷剂压缩机中的至少一个和规模基本相等的附加第一制冷剂压缩机中的至少一个。在一种实施方式中，该方法可包括原始第一制冷剂压缩机中的至少一个和机械配置基本相同的附加第一制冷剂压缩机中的至少一个。在一种实施方式中，该方法可包括由多个第一制冷剂压缩机构成的原始第一制冷剂压缩机，和具有最大联合处理能力的多个原始第一制冷剂压缩机，其中最大联合处理能力小于用于该服务的商业上可得到的最大压缩机的处理能力。在一种实施方式中，该方法可包括处理能力小于商业上可得到的最大压缩机的处理能力的所述多个原始第一制冷剂压缩机中的每一个。如前面所讨论的，当用标准化处理单元模块构建一个工厂时，通过低价采购到相同多个的某些设备类型(例如压缩机)，可节约成本。此外，通过将目标定为能被多个厂家制造的压缩机规模，可用竞争性的招标来实现更低的成本。例如，如果工厂设计者或构建者希望得到具有某种压缩能力的处理单元模块，那么对于某些大规模的压缩机，可能仅有唯一的或数目有限的制造商能够生产该压缩机。替代性地，可利用多个可由多个制造商提供的较小处理能力的压缩机来获得期望的处理能力，从而可潜在地降低总压缩循环成本。

【0086】在一种实施方式中，该方法可包括原始和/或附加的第一制冷剂压缩机，它们是电动机驱动的压缩机。在一种实施方式中，该方法可包括原始和/或附加的第一制冷剂压缩机，它们是燃气涡轮驱动的压缩机。根据情况，可能希望使用变速电动机驱动的压缩机，其具有能够在一能力范围上运行的好处。尤其是当工厂与热电联产单元连接时，其中该热电联产单元能产生足够的电力供给电驱动的压缩机。热电联产单元可用来降低与压缩机驱动的能量使用有关的成本。在一个示例性的热电联产系统中，电力发电机(如燃气涡轮发电机)可用于发电，提供电动机驱动的压缩机所需的电力。由于产生了电力来满足工厂的加热和/或冷却需求或至少对此作出贡献，使得通过利用产生的热可降低浪费(如热损失)。燃气涡轮机运转产生的热可通过废热锅炉从废气中提取出，用来产生蒸汽，而蒸汽可用于供应工厂的热需求。替代性地，在废热锅炉中产生的蒸汽可用来在蒸汽驱动的涡轮发电机中产生更多的电。替代性地，在可变操作能力不是很重要或可用电力不足的情况下，燃气涡轮机可能是人们所期望的。

【0087】在一种实施方式中，该方法包括第一制冷剂循环，其进一步包括一个或更多个板翅式热交换器和/或多个螺旋缠绕式热交换器，其中各个热交换器适于通过与第一制冷剂压缩机压缩的制冷剂进行热交换，来冷却天然气流。在一种实施方式中，该方法可包括一个或更多个板翅式热交换器，例如钎焊铝质板翅式热交换器。替代性地，多个板翅式热交换器可被布置在一个冷箱中。传统的大型螺旋缠绕式热交换器已被用来提供大型LNG液化厂中所需的表面积。然而，这些大型螺旋缠绕式热交换器与板翅式热交换器相比，通常更为昂贵。在一些情况下，把多个较小的板翅式热交换器集合在一个冷箱中代替大型螺旋缠绕式热交换器，可能更经济。如前面所讨论的，当用标准化处理单元模块构建一个工厂时，通过低价采购到相同多个的某些设备类型(例如板翅式热交换器)，可节约成本。另外，通过将目标定为能由多个厂家制造提供的较小的板翅式热交换器，可用竞争性的招标来实现更低的成本。

【0088】本发明的一种实施方式包括一种利用烃类流体加工厂生产烃类流体的方法，其中该烃类流体加工厂包括多个处理单元模块类型，所述多个处理单元模块类型中的每一个包括一个或更多个处理单元模块。这个实施方式可用于一个生产LNG的LNG液化厂。该方法可包括：通过为包括在多个处理单元模块类型中的每一处理单元模块类型提供至少一个原始处理单元模块，来提供第一阶段LNG液化厂。第一阶段工厂可以是一个独立的工厂，其能够投入运行，从而开始产生产品收入。该方法可包括通过以下方式提供第二阶段LNG液化厂：为包括在所述多个处理单元模块类型中的每一处理单元模块类型提供至少一个第二处理单元模块；为两个或更多个各自的处理单元模块类型，将所述原始处理单元模块中的一个或更多个与所述第二处理单元模块中的一个或更多个集成；和在开始为两个或更多个各自的处理单元模块类型将所述原始处理单元模块中的一个或更多个与第二处理单元模块中的一个或更多个集成之后，从烃类流体加工厂中生产烃类流体。替代性地，该方法可包括将原始处理单元模块中的一个或更多个与3、4、5、6、7或更多个或所有各自的处理单元模块类型中的第二处理单元模块中的一个或更多个集成。第一阶段工厂的处理单元模块与第二阶段工厂的处理单元模块集成提供了附加的操作灵活性，如先前针对本发明的其他实施方式所讨论的。此外，可利用本文所述的本发明各种方面中的一个或更多个来实施本发明的这个实施方式，以获得进一步的利益。

【0089】大型烃类流体加工厂(例如大型LNG液化生产线)的修建规模可能需要将很多较大的设备项目安装在多个并行的处理单元模块中。如本文所讨论的，当集成或整合多个并行处理单元模块时获得附加利益。随着烃类流体加工厂规模的增大，必须设计多套设备，例如2×50％、3×33％、4×25％等(或3×50％、4×33％、5×25％等，如果使用了已安装的备用设备)的并行处理单元模块，因为单一设备可能巨大、笨重或超出经验范围而不可使用。为了使规模的经济性最大化，购买的每个独立设备优选尽可能大。

【0090】如前面所讨论的，一个LNG液化厂通常由若干个不连续的处理段构成。为了利用本文所讨论的工厂设计概念的某些实施方式，一个生产功能区内的每个处理单元模块类型尽可能的以较少倍数的形式来设计，最大利用规模的经济性和/或处于与各自的处理单元模块类型最大处理效率一致的规模。这种概念的一种实施方式非常容易通过一个大型的2000万吨/年(MTA)的LNG液化厂来描述。

【0091】单个断塞流捕集器单元可能能够为该非常大型的工厂处理所有的原料气，尽管两个冷凝稳定器单元可能是必需的。即使可能需要两个冷凝稳定器单元，但可能仅需要一个废气压缩器单元，因为通过这个操作的体积相对较小。然而，可能需要四个或更多个气体预热单元，因为通过这些设备的流速很大。

【0092】AGR系统常包含液化工厂的一个最重的项目：AGR接触器容器。该工厂中需要的这种高压容器多达四个。前面已经结合图2A和图2B讨论了含有多个酸性气体接触器容器的示例性酸性气体脱除接触器单元。在该工厂需要多达四个的酸性气体接触器容器的同时，可能在一个或两个AGR溶剂再生器单元中再生所有的溶剂。图3A和3B中描述了示例性的酸性气体脱除再生器单元。图3A示出了进入酸性气体再生容器53的富溶剂50。两个并行集成的酸性气体再生器重沸器55a和55b为酸性气体再生容器53服务，负责加热酸性气体再生容器53中的富溶剂，并使酸性气体从溶剂中释放出来。热的酸性气体向上穿过再生器，离开酸性气体再生容器53的顶部，并在进入沉降罐57之前在塔顶冷却器56a中被冷却。在沉降罐57中，酸性气体蒸汽从冷凝液中分离出，通过泵58a和58b回流到酸性气体再生容器53。被脱除的酸性气体52离开沉降罐57，并从酸性气体脱除再生器单元49中出去。贫溶剂51通过并行集成的泵54a、b和c从酸性气体再生容器53的底部排出。图3B描述了一个扩充的酸性气体脱除再生器单元49，其通过附加一个并行集成的泵54d和58c、塔顶冷却器56c和酸性气体再生器的重沸器55c得到扩充。依据酸性气体再生容器53的初始设计，也可能需要对其进行内部修改，然而在这个实施方式中，酸性气体再生容器53本身并未被替换。图3A和图3B示出了一种内部集成(internalintegration)的形式。可改变某个处理单元模块类型的集成级别，而且并无意用图3A和图3B中所述的实施例来限制本发明。此外，图3A和图3B中所述的该酸性气体脱除再生器单元是对一个特定酸性气体脱除再生器单元流程方案和设备布局的示意性说明，并无意用其限制本发明。处理单元模块集成、酸性气体脱除再生器单元流程方案和设备布局的其他方式应包括在本发明的范围内。

【0093】在这个示例性的工厂中，可能需要若干个汞吸收容器。即使对于最小的工厂，分子筛系统一般由两个或更多个并行的容器构成。在这个大规模的工厂，需要15个或更多个容器也并不罕见，这取决于指定的技术。

【0094】在一些LNG液化厂中，因其所用的热交换技术(例如螺旋缠绕式热交换器)，使得气体液化单元限制了生产线的处理能力。考虑到这些交换器的制造成本，强烈促使人们购买处于它们最大处理能力附近的交换器。例如，如果一个交换器的最大处理能力为5MTA，那么用两个3MTA的交换器来建造一个6MTA的工厂在经济上是不划算的。本文所述概念的一种实施方式优选使用一种模块化的热交换器类型，通常即钎焊铝质板翅式热交换器。这种大型液化厂可能需要建造许多尽可能大的板翅式热交换器。替代性地，这么大的一个液化厂可能要用多个(5个或更多个)螺旋缠绕式热交换器，只要每个交换器接近其最大可用规模，就有利于规模的经济性。

【0095】在预冷却热交换器单元、深冷热交换器和制冷剂压缩单元中，可集成多个类似服务(like service)压缩机，以向一个或更多个类似服务的深冷热交换器提供制冷剂压缩。单个制冷剂制备单元可用于制备单组分或混合组分的制冷剂。在一种实施方式中，整个工厂需求由单个分馏单元支持。图5描述了深冷热交换器95的一种实施方式，其包括多个并行的、集成的冷箱(89a、b、c和d)，冷箱包含多个深冷热交换器。原料气83被分成4股气流，并在4个冷箱(89a、b、c和d)所包括的多个深冷热交换器中被冷却，作为LNG从4个冷箱(89a、b、c和d)中输出。在这些深冷热交换器中，原料气83被制冷剂(例如冷混合制冷剂(CMR)81和温混合制冷剂(WMR)82)冷却。温混合制冷剂82以三个不同的压力84、85和86离开深冷热交换器，以便返回到温混合制冷剂压缩循环111(参见图6A和6B)。在冷却了原料气83后，冷混合制冷剂81从深冷热交换器离开，并将88返回到冷混合制冷剂压缩循环125(参见图7A和7B)。图5示出了并行集成的处理单元模块的例子。可以改变处理单元模块类型的集成级别，并且图5描述的实施例无意限制本发明。此外，图5描述的深冷热交换器是对一个特定深冷热交换器单元流程方案和设备布局的示例，无意用其限制本发明。处理单元模块集成，深冷热交换器流程方案和设备布局的其他方式应包括在本发明的范围内。

【0096】图6描述了一个示例性的集成温混合制冷剂压缩循环111，其包括3级制冷剂压缩。返回到深冷热交换器95的低压温混合制冷剂(LPWMR)流86，在被第一级压缩机101a和101b压缩前，被分开和流入并行的第一级原料缓冲罐100a和100b中。在离开第一级压缩机101a和101b后，低压温混合制冷剂流(其压力现在有所提高)与从深冷热交换器单元95返回的中压温混合制冷剂(MP WMR)流85一起进入第二级原料缓冲罐(surge drum)102a和102b中。汇集流被第二级压缩机103a和103b压缩，并与从深冷热交换器单元95返回的高压温混合制冷剂(HP WMR)流一起进入第三级原料缓冲罐105a和105b中。在流入温混合制冷剂的最后的分离罐110a和110b前，第二和三级压缩机各自的出口被级间冷却器104a和104b和最后一级冷却器107a、107b、108a和108b冷却。各个液态温混合制冷剂流然后汇集82，并返回到深冷热交换器单元95。图6B示出了第二个示例性温混合制冷剂压缩循环111，其包含3个并行的、集成的温混合制冷剂压缩循环模块。图6A和图6B示出了并行集成的处理单元模块的两个实施例。可以改变处理单元模块类型的集成级别，而且图6A和6B中描述的示例并无意限制本发明。此外，图6A和6B中描述的温混合制冷剂压缩循环单元是对一个特定温混合制冷剂压缩循环装置流程方案和设备布局的示例，同样无意限制本发明。处理单元模块集成、温混合制冷剂压缩循环流程方案和设备布局的其他方式应包括在本发明的范围内。

【0097】图7A描述了一个示例性的集成冷混合制冷剂压缩循环125，其包括2级制冷剂压缩。返回用于深冷热交换器95的冷混合制冷剂流88，在被第一级压缩机120a和120b压缩前，被分开和流入并行的第一级原料缓冲罐中。在离开第一级压缩机120a和120b后，各个冷混合制冷剂流进入第二级原料缓冲罐。然后制冷剂流被第二级压缩机122a和122b压缩。第一和第二级压缩机各自的出口被第一级冷却器121a和121b和最后一级的冷却器123a、123b冷却。各个液体冷混合制冷剂流然后汇集81，并返回深冷热交换器单元95。图7B示出了第二个示例性的冷混合制冷剂压缩循环125，其包含3个并行的、集成的冷混合制冷剂压缩循环模块。图7A和图7B示出了并行集成的处理单元模块的两个实施例。可以改变处理单元模块类型的集成级别，而且图7A和7B中描述的示例并无意限制本发明。此外，图7A和7B中描述的冷混合制冷剂压缩循环是对一个特定冷混合制冷剂压缩循环装置流程方案和设备布局的示例，同样无意将其限制本发明。处理单元模块集成、冷混合制冷剂压缩循环流程方案和设备布局的其他方式应包括在本发明的范围内。

【0098】气体液化段或一独立单元的另一组件是一个蒸馏塔(例如洗涤塔、脱甲烷器柱、或脱乙烷器柱)，蒸馏塔至少具有从原料气中脱除戊烷和较重组分的功能，以防在深冷热交换器中发生冻结。对于一个20MTA的工厂，可能需要两至三个并行柱(无论选择哪种类型的柱)，。图4描述了脱乙烷器单元60的一种实施方式，该单元包括很多并行的集成设备。处理后的气体61作为一个公共原料流进入脱乙烷器单元60，然后在进入一个公共的气液分离器或剔液槽(knock out drum)65b之前，被分成两股，进入两个并行的热交换器64a和64b，之后送入3个并行的集成膨胀器-压缩机组66a、66b和66c。膨胀后的气体然后流入两个柱71a和b，以便从气体中回收出期望量的NGL。从这些柱的顶部流出的冷气体流过交换器组72a、72b、64a和64b，以便回收气体中的冷却能量。该气体然后在膨胀器-压缩机组66a、b、c以及68a和b中被压缩到期望的液化压力。该气体在进入深冷热交换器单元前，在环境-介质交换器70a和b中被冷却。来自柱71a和b底部的液体在进入脱乙烷器柱73前于交换器72a和b中被温热。脱乙烷器柱从液体中脱除残余的轻烃。该柱的塔顶气体流在交换器72a和b中被部分冷凝，并在回流罐74中发生相分离。来自回流罐的蒸汽与来自柱71a和b的蒸气在冷回收和压缩之前汇和。来自回流罐的液体在泵75a、b和c中被泵送，以提供两组蒸馏柱71a与b以及73的冷回流。图4示出了一种内部集成形式。可以改变处理单元模块类型的集成级别，并且无意用图4中描述的示例限制本发明。此外，图4中描述的脱乙烷器单元是对一个特定脱乙烷器单元流程方案和设备布局的示例，同样无意用其限制本发明。处理单元模块集成、脱乙烷器单元流程方案和设备布局的其他方式应包括在本发明的范围内。

【0099】在液化工艺的最后，可对LNG进行处理，以便在脱氮单元(NRU)中脱除氮，并且可能回收氦，如果存在的话。LNG液化厂通常还需要一个硫回收单元(SRU)。这些单元可用本文所述的方法设计。许可人提供了完成这些提纯的工艺，而且也根据这一基本原理，教导和指导许可人设计他们的系统。图8描述了一个示例性的组合式脱氮和氦回收单元130。LNG原料131通过并行的集成膨胀器135a、b和c进入公共的原料闪蒸罐136a，进行减压。来自闪蒸罐136a的蒸气流在进入氦气产品闪蒸罐138前于并行的集成交换器137a和137b中冷却。来自氦气产品闪蒸罐138的蒸气流是一种富含氦的气流，其成为粗氦产品流133。来自罐138的液体流在热交换器137a和b中被汽化，以提供所需的冷却。在进入燃料气闪蒸罐140前，来自公共的原料闪蒸罐136的液体流通过并行的集成热交换器139a和139b。来自燃料气闪蒸蒸馏柱140的液体流变成LNG产品132，同时该蒸气流与来自热交换器137a和b的汽化蒸气汇和，然后在进入燃料气系统134之前，在并行的集成燃料气压缩机141a和141b中被压缩。图8示出了一种内部集成形式。可以改变处理单元模块类型的集成级别，而且无意用图8中描述的示例限制本发明。此外，图8中描述的HRU装置是对一个特定HRU装置流程方案和设备布局的示例，同样无意限制本发明。处理单元模块集成、HUR装置流程方案和设备布局的其他方式应包括在本发明的范围内。

【0100】为了使本发明一种实施方式的利益最大化，工厂处理能力的发展总是被安排成，使最昂贵的设备类型和/或处理单元模块总是被充分地使用。例如，如果一个或多个制冷机压缩机单元模块是最贵的，那么初始的LNG液化厂可能就会被设计成或许具有两个制冷机压缩机单元模块以及其他处理单元模块类型中适当数目的其他功能处理单元模块，以处理期望的工厂生产量。如果一旦工厂扩充，那么将需要更多的制冷机压缩机单元模块，进而可增加其他功能处理单元模块类型中适当数目的其它处理单元模块，以便充分利用最昂贵的处理单元模块的可用处理能力。

【0101】用本文所描述的方法设计、构建和/或操作的工厂的总单位成本可低于按传统生产线概念设计的工厂，因为每个设备类型和/或处理单元模块是以一个非常大的规模和/或以各自最大处理效率构建的。由于仅需设计一个设备类型中的一套设备(尽管需要制造若干个)，还降低了工程成本。通过共享控制系统和大规模公用工程系统也降低了成本。

【0102】这种设计的工厂的一个潜在优势在于它的模块化。因为几乎每个设备项目都是按多个提供的，所以可以完成工厂的一部分并投产，而工厂的另一部分仍在构建中。就工程经济学而言，这种概念可能具有巨大的好处，因为在项目的早期即可产生较多的收入。而且，不用使整个工厂停产，即可取下工厂的各种部分进行维护，这使工厂具有较高的有效利用率。

【0103】本文所描述的方法可用于设计一个或更多个处理单元模块类型或一个完整的烃类流体加工厂。该方法也可用于扩大现有处理单元模块类型或烃类流体加工厂的处理能力。利用本文所述方法设计的单元或工厂可以被更有效地构建和操作。这样的单元和工厂可被用来生产适于出售的产品(例如LNG)，其可以通过管线或利用运输容器输送到市场中。运输容器可包括轨道车、罐车、驳船、轮船或在陆地上和水上行进的其他装置中的一种或多种。

【0104】本发明的某些特征是用一组上限数值和一组下限数值描述的。应该意识到：由这些上下限的任意组合形成的范围都在本发明的范围内(除非另行指出)。尽管一些从属权利要求根据美国实践仅具有单一从属性，但所有这类从属权利要求中的每个特征可以与从属于相同独立权利要求(一个或多个)的一个或更多个其他从属权利要求的每个特征组合，。

【0105】现已结合本发明的优选实施方式对其进行了描述。然而，由于前文的描述仅针对了本发明的特定实施方式或特定用途，所以这应该只是说明性的，而不应被解释成限制本发明的范围。相反，所附权利要求定义了本发明的精神和范围，而本发明应覆盖包含在本发明精神和范围内的所有替代、修改和等同物。