專利名稱：用于增強的天然氣生產的超導系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及氣體加工和天然氣冷卻或溫熱的領域。更具體地，本發明涉及超導組 件在液化天然氣設備中的用途。背景隨著世界對化石燃料的需求增加，能源公司發現其自身尋求位于世界更遙遠地區的烴資源。這種尋求發生在岸上和離岸。化石燃料的ー種類型是天然氣。術語“天然氣(natural gas)”通常是指甲烷。天然氣也可包括こ烷、丙烷，以及痕量成分的氦、氮、CO2和H2S。商業可得數量的天然氣通常是在遠離現有天然氣市場的位置發現的。因此，需要將天然氣運輸很遠的距離。這時常通過跨越大洋的油輪完成。為了增加油輪對于運輸的氣態商品的容積量，將天然氣液化是眾所周知的。液化是通過將氣相產品冷卻以使其冷凝為液相進行的。這又減小其體積以便于經濟的運輸到遙遠的市場。冷凝的天然氣產品通常被稱為液化天然氣或“LNG”。LNG大約占氣態天然氣體積的1/600。LNG通常是無味、無色、無毒且無腐蝕性的。已經設計了專門的LNG容器以運輸LNG。此外，已經建立了 LNG接收站(terminal)，其接收卸載的LNG并將LNG汽化回其天然氣形態。在一些情況下，卸載的LNG儲存在岸上或近岸的油罐中，或在地下儲庫中。在其它情況下，卸載的LNG被釋放到天然氣傳輸網中用于現有天然氣市場。在原始生產的地區，液化過程是在LNG廠中進行的，這可能是資本高度集約的。需要大型制冷単元以將天然氣下降到相變為液態所需的溫度。在甲烷的情況下，冷凝點大約為-162 で(-260 0F )。在LNG廠中，在生產中放置一個或多個制冷劑流與天然氣熱交換。制冷劑通常是純組分烴，比如甲烷、こ烷、こ烯、丙烷、丁烷、戊烷或這些組分的混合物。氮也可以用在摻和物中。非常大規模的LNG液化廠有助于世界上ー些最低単位成本的低溫制冷系統。 LNG廠依賴于大型壓縮機。在大多數LNG廠中，制冷壓縮機由大型燃氣輪機直接驅動。這些エ廠可以使用發電機以對驅動較小負荷的電機提供電力。壓縮機和發電機需要顯著的發電和相當大的配電系統。也應當注意，許多當前在生產中并可用于液化天然氣加工的儲集層在相對深的水中。這種水趨向遠離陸地。為了減少將生產的氣體運輸到海岸的基礎設施和成本，LNG產業已經考慮發展浮動的LNG加工廠。在這種情況下，天然氣將被現場冷卻，隨后直接卸載到用于立即運輸的LNG油輪上。一個與這種離岸項目相關的挑戰涉及非常大型LNG生產設備的空間和重量要求。將這種大型設備放置在船的甲板上或船體內可能在商業上不可行。替代方案是用例如結構鋼建造平臺。這也需要顯著的基礎設施成本。LNG接收站和再汽化設備也可以是離岸或岸上的，并且需要泵和其它旋轉設備。這些設備常常具有獨立的發電設備，或緊挨發電設備建造，所述發電設備利用天然氣作為燃料源，用于通過可能包括聯合循環發電的燃氣輪機和發電機產生電力。 因此對于使用的設備占地(footprint)比當前使用的氣體加工組件更小的氣體加工廠、發電廠、LNG接收和再汽化設備存在需求。進ー步對于使用的組件在電カ利用上具有更高效率，使得燃料需求減少并且溫室氣體排放降低的氣體加工廠、發電廠、LNG接收和再汽化設備存在需求。發明概述本文所述的設備和方法在天然氣的加工方面具有各種益處。在各種實施方式中，這些益處可以包括使用的電組件具有比用于LNG廠的已知發電設備更小的占地和/或更小的重量。這些益處還可以包括合并超導電組件，比如電機、發電機、變壓器、開關裝置、輸電導體、變速驅動單元或其它用于發電、傳輸、配電和使用的設備，以提供效率提高的電運行。提供的設備減少了驅動與LNG廠有關的渦輪和軸所需的能量。提供的設備提高了機械動カ或電カ產生、分配和使用的效率，從而有益于LNG液化方法。增強的效率減少了資本成本和燃料需求。這也可以減少與可燃燃料驅動的發電相關的氣體排放。此外，通過避免與在船或離岸平臺上支撐較大氣體驅動設備和傳統發電機相關的基礎設施，使用較小的加工組件提供了成本節約。提供的天然氣加工設備包括用于給設備提供電カ的電源、主要加工単元例如用于冷卻或溫熱天然氣的制冷単元、至少ー個超導電組件、流入制冷劑管線和流出制冷劑管線。該設備操作以溫熱/再汽化天然氣或將天然氣冷卻為液化的狀態。附圖
簡述為了能夠更好地理解本發明，在此附上ー些圖、圖表、曲線圖和流程圖。然而，應當注意，這些圖僅僅圖解了本發明所選的實施方式并且因此不應當認為限制了范圍，因為本發明可以容許其它等效的實施方式和應用。圖I是ー個實施方式中可以用于支持液化天然氣液化方法的超導電系統的示意圖。圖2是ー個實施方式中天然氣液化設備的制冷方法的示意圖。在這里，用于在主要LNG熱交換器中冷卻過冷天然氣的制冷劑也用于冷卻超導電組件。圖3是另ー個實施方式中天然氣液化設備的制冷方法的示意圖。為了便于控制和設計，用于天然氣液化和超導組件冷卻的熱交換器是分開的。用于在主要LNG熱交換器中冷卻過冷天然氣的制冷劑同樣也用于冷卻超導電組件。圖4是另ー個實施方式中天然氣液化設備的制冷方法的示意圖。在這里，用于冷卻過冷天然氣的制冷劑在獨立于用于冷卻超導電組件的制冷劑的環路中。
圖5是另ー個實施方式中天然氣液化設備的制冷方法的示意圖。在這里，LNG產品本身用于冷卻超導電組件。圖6是另ー個實施方式中天然氣液化設備的制冷方法的示意圖。在這里，過冷LNG本身用作冷卻超導組件的制冷劑。從超導組件返回的LNG并入末端閃蒸罐(end-flashdrum),末端閃蒸氣體返回到主要制冷單元。圖7是ー個實施方式中天然氣液化設備的輔助制冷方法的示意圖。在這里，末端閃蒸氣體或其它來自LNG廠的冷尾氣流(cold off-gas stream)用于使冷卻超導組件的制冷劑過冷。某些實施方式的詳述定義
如本文所用，術語“烴(hydrocarbon) ”是指這樣的有機化合物，如果不是窮盡地，其主要包括元素氫和碳。烴也可以包括其他元素，比如但不限于鹵素、金屬元素、氮、氧和/或硫。烴通常分成兩類脂族或直鏈烴，和環狀或閉環烴，包括環狀萜烯。含烴物質的實例包括任何形式的可用作燃料或升級成燃料的天然氣、油、煤和浙青。如本文所用，術語“烴流體(hydrocarbon fluids) ”是指為氣體或液體的烴或烴混合物。例如，烴流體可包括在地層條件下、在加工條件下或在環境條件(15°C以及I個大氣壓)下為氣體或液體的烴或烴混合物。烴流體可以包括例如油、天然氣、煤層甲烷、頁巖油、熱解油、熱解氣、煤的熱解產物以及其它處于氣態或液態的烴。如本文所用，術語“流體(fluid) ”是指氣體、液體及氣體和液體的組合物，以及氣體和固體的組合物，還有液體和固體的組合物。如本文所用，術語“氣體(gas) ”是指在I個大氣壓和15°C下處于其氣相的流體。如本文所用，術語“可冷凝烴(condensable hydrocarbons) ”是指在大約15°C和一個絕對大氣壓下冷凝成液體的那些烴。可冷凝烴可以包括碳數大于4的烴的混合物。如本文所用，術語“非冷凝(non-condensable) ”是指在25°C和一個絕對大氣壓下不冷凝成液體的那些化學種類。非冷凝種類可以包括非冷凝烴和非冷凝非烴種類，例如ニ氧化碳、氫、一氧化碳、硫化氫和氮。非冷凝烴可以包括碳數小于5的烴。術語“液化天然氣(liquefied natural gas) ”或“LNG”是這樣的天然氣，一般已知其包括高百分比的甲烷，但是任選地其它成分和/或化合物，包括但不限于こ烷、丙烷、丁烷、ニ氧化碳、氮、氦、硫化氫或其組合，其被加工以去除一個或多個組分(例如，氦)或雜質(例如，水和/或重烴)，之后通過冷卻在幾乎大氣壓下冷凝成液體。如本文所用，術語“油(oil) ”是指主要含有可冷凝烴混合物的烴流體。選擇的具體實施方式
的描述本發明連同某些具體實施方式
在本文被描述。然而，就下面的詳述具體到特定實施方式或特定應用來講，這意圖只是例證性的并且不應當解釋為限制本發明的范圍。如上所述，期望用較小的發電設備替代大型的可燃燃料動カ渦輪或常規的電驅動器/發電機。近來，已經發展了允許電機和發電機在電カ和機械動カ之間以非常高的效率轉化但具有較小占地的技木。這種技術利用了被稱為超導性的現象。首先，提供了用于天然氣的再汽化或液化的設備。在ー個方面，該設備包括給設備提供電カ的電源。該電源將通常包括電網、至少ー個燃氣輪發電機或其組合。
設備也包括主要加工単元，例如制冷單元，其在一些實施方式中被理解為是設備中的唯一加工単元，即，加工単元。主要制冷單元將天然氣至少冷卻到液化的溫度。主要制冷単元具有循環通過其中的第一制冷劑。第一制冷劑優選地通過制冷劑循環管線在主要制冷単元中循環。設備操作以使天然氣再汽化(regas)、或冷卻到液化的狀態。因此，設備包括天然氣入口管線和天然氣出口管線。天然氣入口管線將天然氣輸送至主要制冷単元，天然氣出ロ管線將液化天然氣從主要制冷單元釋放。在一些情況下，天然氣入口管線中的天然氣可以通過在前面的制冷單元被預冷卻。為了將天然氣冷卻以液化，設備包括第一制冷劑入ロ管線。第一制冷劑入ロ管線將第一制冷劑輸送至主要制冷単元。第一制冷劑隨后被輸送至制冷劑循環管線。為了促進液化過程，設備使用各種電組件。在本發明中，那些組件中的至少ー些是超導電組件。超導電組件包含了超導材料以便提高由組件提供的運行的電效率，與通過使用常規的電組件以其它方式經歷的相比，提高了至少1%。超導電組件可以表示ー個或多個 電機、一個或多個發電機、一個或多個變壓器、ー個或多個輸電導體、一個或多個開關裝置、一個或多個變速驅動器或其組合。優選地，超導電組件比同等非超導組件的重量至少輕大約三分之一。另外，超導電組件優選地具有比同等非超導組件的占地至少小大約三分之一的占地。超導電組件需要通過LNG或第二制冷劑的循環冷卻。更具體而言，超導電組件需要保持在持續超導的臨界溫度以下。為了實現這ー需求，設備包括流入制冷劑管線和流出制冷劑管線。流入制冷劑管線將LNG或第二制冷劑輸送至超導電組件。這使得超導電組件保持在臨界溫度以下。流出制冷劑管線從超導電組件釋放制冷劑。在ー個布置中，至少ー個超導電組件是用于使軸轉動的電機。軸使用于壓縮或泵送LNG或制冷劑流的壓縮機或泵的機械組件轉動。在更優選的情況下，設備包括多個用于壓縮或泵送氣體或液體流的壓縮機和/或泵，并且超導電組件包括多個用于轉動各自軸的電機。各自軸使相應的用于壓縮或泵送設備中氣體和液體流的壓縮機或泵的機械組件轉動。在ー個方面，設備放置在離岸。在這個情況下，設備進ー步包括離岸單元，其用于支持用于天然氣液化或汽化的設備。離岸單元可以是，例如浮動容器、船形容器或建立在海底上的機械結構。在一個實施方式中，第一制冷劑和第二制冷劑是相同的制冷劑。在該實施方式的ー種執行中，第二制冷劑至少部分通過主要制冷単元冷卻。對于該執行，設備可進ー步包括制冷劑滑移管線(slip line)。制冷劑滑移管線將一部分第一制冷劑輸送至流入制冷劑管線，該流入制冷劑管線用于將第二制冷劑輸送至至少ー個超導電組件。在該實施方式的另ー種執行中，第二制冷劑至少部分通過單獨的制冷單元冷卻。對于該執行，設備進一歩包括輔助制冷単元，連同用于輔助制冷単元的流入制冷劑滑移管線和流出制冷劑滑移管線。流入制冷劑滑移管線從第一制冷劑入口管線取出一部分第一制冷劑，并將該部分第一制冷劑作為第三制冷劑輸送至輔助制冷單元。流出制冷劑滑移管線將一部分第三制冷劑輸送至流入制冷劑管線，該流入制冷劑管線用于將第二制冷劑輸送至至少ー個超導電組件。在一方面，輔助制冷単元的運行獨立于主要制冷単元進行控制。
在另ー個實施方式中，用于將至少ー個超導電組件保持在臨界溫度以下的第二制冷劑包括獨立的制冷劑，該獨立的制冷劑具有不同于第一制冷劑的組成并且不與第一制冷劑流體連通。在該實施方式的ー種執行中，第二和獨立制冷劑在主要制冷単元中被冷卻，并且與用于將第二制冷劑輸送至至少ー個超導電組件的流入制冷劑管線流體連通。被溫熱的獨立制冷劑隨后在獨立于主要制冷壓縮機的壓縮系統中被壓縮。在該實施方式的另ー個執行中，用于將至少ー個超導電組件保持在臨界溫度以下的第二制冷劑包括一部分來自天然氣出ロ管線的液化天然氣。這部分液化天然氣從天然氣出口管線取出作為滑流，該滑流與用于將第二制冷劑輸送至至少ー個超導電組件的流入制冷劑管線流體連通。在一個實施方式中，第ニ天然氣出ロ管線在冷卻的中間或最后階段取出這部分液化天然氣。該冷卻的中間或最后階段可以提供過冷，其低于LNG液化通常所需的溫度，但足以將超導組件冷卻在臨界溫度以下。

對于處于其“正常(normal)”狀態的導體，電流以連續或交替的電子“流(current)”的形式通過導體。電子穿過導體內的重離子晶格。隨著電子通過晶格，它們不斷地與晶格中的離子碰撞。在每次碰撞期間，由電流攜帯的一些能量被晶格吸收。因此，由電子流攜帯的能量消散。這種情況被稱為電阻。已知，金屬導體的電阻率隨溫度的降低逐漸地減小。在常用的導體比如銅和銀中，雜質和其它缺陷產生了下限。即便接近絕對零度，銅的典型樣品也顯示正電阻。然而，ー些被稱為超導體的材料，盡管不完美，但達到接近零的電阻。超導性是指在非常低的溫度下對電流幾乎沒有電阻的材料。這發生在不存在內部磁場的情況下。達到超導的材料被稱為超導體。每種超導體具有其各自的電阻下降到接近零的點。這個溫度被稱為“臨界溫度(,critical temperature)，，或 T 。超導性由荷蘭的Heike Kamerlingh Onnes于1911年發現。在當時，Onnes正在研究固體汞在深冷溫度時的電阻。Onnes使用液氦作為制冷劑。Onnes觀察到在4. 2Κ的溫度，固體汞的電阻突然消失。在之后的數十年中，在幾種其它材料中發現了超導性。例如，在1913年發現鉛在7Κ吋“超導”。現在已知超導發生在各種材料中。這些包括簡單的元素如錫和鋁，以及某些金屬合金。超導一般不會發生在貴金屬如金和銀中，也不會發生在鐵磁金屬的純樣品中。期望確定在較高溫度時具有超導特性的材料。具體而言，期望確定這種材料，其中超導性在高于氮的沸點的溫度。在大氣壓下，氮的沸點為77Κ。由于可以輕易地在現場從空氣生產液氮，所以使用氮作為制冷劑在商業上是重要的。在1986年，當時在蘇黎世的IBM實驗室工作的Georg Bednorz和Karl Miiller發現某些半導體氧化物在35Κ的溫度成為超導。該材料是鑭鋇銅氧化物，其是氧缺乏的鈣鈦礦相關的材料。然而，臨界溫度顯著低于氮的沸點。其后不久，Μ. K. Wu等人發現了鑭組分可以替換為釔，形成釔鋇銅氧化物，或“YBCO”。YBCO是結晶的化合物，分子式為YBa2Cu3O715發現了 YBCO在高于氮的沸點達到超導性。具體而言，YBCO將超導性的臨界溫度上升到大約92Κ。后來發現其它銅酸鹽超導體。重要的是，已經開發了鉍鍶鈣銅氧化物，或BSCC0。BSCCO是高溫超導體的成員，其具有一般性化學式Bi2Sr2CanCun+102n+6_d。BSCCO于1988年發現，并且代表第一個不含稀土元素的高溫超導體。BSCCO的具體類型通常用金屬離子數量的順序來提及。例如，BSCC0-2212表示為(Bi2Sr2Ca1Cu2O8K BSCC0-2223 表示為(Bi2Sr2Ca2Cu3Oltl)。這些 BSCCO 材料的每ー個都具有超過90K的臨界溫度，其遠高于液氮的沸點。發現YBCO的重要性是將材料冷卻至臨界溫度以下所需制冷劑的成本低得多。超導材料已被用在用于發電的組件的建造中。這些材料提供了減小的對電流的電阻。超導材料可以有益地用于電カ電纜、轉子和定子的磁體、等等。應當相信，通過用超導電組件替換標準電組件，從發電至終端應用的配電的效率相對于同等大小的設備提高了大約1%至3%。由于超導組件較高的電流密度，電機和發電機的大小和重量與其常規的相對物相比可以減少三分之一。本文提出使用超導電組件。這種電組件包括超導的電機、發電機、變壓器和傳輸線。超導材料可以減少這種組件的電阻，允許在LNG生產設備中輸電所需材料的重量和體積減小，并且增加這種設備中電力使用、產生和消耗的效率。本文還提供了冷卻超導電組件的方法。 超導組件可以應用于任何LNG設備中所需的大型電カ負荷。這種負荷最經常與驅動壓縮機的軸有關，所述壓縮機用于操作入口氣體、用于從油罐和裝載系統中回收LNG汽化氣體、以及用于產生一般操作エ廠所需的電力。使用超導電組件在提供全電LNG系統方面是特別有利的，以便大型制冷壓縮機可以由電動機驅動，而不是傳統燃氣輪機驅動的制冷壓縮機。電動機提供了相比于燃氣輪機驅動的壓縮機提高的可靠性。電動機還可以通過允許使用更高效的聯合循環發電廠減少燃料消耗和排放物。最后，能量產生合并為電形式可以允許通過選擇通常具有較小單位成本的較大燃氣輪機驅動器獲得成本降低。因此，例如，可以使用較小數量的給電系統提供動カ的較大燃氣輪機，而不是在每個制冷劑壓縮機都具有燃氣輪機。超導組件的缺點是其在深冷溫度操作。如所示，材料在正常導電和超導之間過渡時的溫度稱為臨界溫度。所謂的高溫超導(HTS)材料是那些臨界溫度高于液氮的大氣沸點(77K)的材料。迄今為止已知最高的臨界溫度是138K。鉍鍶鈣銅氧化物(BSCCO)具有大約95K至107K的臨界溫度。有益地，BSCCO材料具有形成超導電線的能力。值得注意LNG的大氣沸點大約為105K。為了保持超導材料冷卻，必須提供冷卻劑或“制冷劑(refrigerant)”。典型地，對于HTS材料，液氮由于其容易獲得而使用。從外部供應得到液氮或用“低溫冷卻器(cryo-cooler) ”從大氣中產生液氮。通常不單獨使用氮來冷卻天然氣產品以液化，相反，使用烴氣體比如甲烷、こ烷、こ烯、丙烷、丁烷、戊烷或這些組分的混合物。氮優選地與ー種或多種烴氣體摻合使用，或者在一些情況下，以純的形式但結合之前的烴制冷運行使用。由于天然氣液化在商業上是以這種大規模進行的，因此正是極低單位成本的低溫制冷的根源可有利地用于獲得超導組件的低成本冷卻。圖I是ー個實施方式中可以用于支持液化天然氣液化方法的超導電系統100的示意圖。在系統100中，出于最大化效率和節約重量，所有電組件都是超導的。然而，應當理解系統100可以修改以便只有一個子集的組件或者甚至只有一個或兩個選擇的單個組件是超導的。如本文所用，所有非超導的電組件可以被稱為常規組件。在系統100中，首先提供機械能量源110。機械能源110可以是燃氣輪機。可選地，機械能量源110可以是柴油機、蒸汽輪機、或者エ藝氣體或液體膨脹輪機(liquidexpansion turbine)。機械能量源110驅動超導發電機120。超導發電機120隨后產生電力。優選地，電カ通過超導傳輸線10傳輸。之后電カ可以通過超導變壓器130被轉換、升壓或降壓為更合適的配電電壓。機械能量源110、發電機120、傳輸線10和變壓器130 —起作為發電單元運行，以給LNG生產設備中許多電力負荷的任何ー種提供能量。較大的LNG設備可以共同使用ー些發電單元。在圖I的布置中，通過超導傳輸線20給電カ負荷提供電能或動力。然而，應當理解機械能量源110、發電機120、傳輸線10和變壓器130可以被連接現有商業電網的聯絡(tie-in)取代或補充。電網隨后將通過作為“最后距離(last mile) ”聯絡的超導傳輸線 20輸送電力。LNG生產設備中的電カ負荷表示各種電組件。一個這種負荷是壓縮機140。壓縮機140壓縮氣流。流進入管線在142可見。壓縮機140隨后排放較高壓強的氣流。高壓氣流在144示出。壓縮機140可以是各種壓縮機中的任意ー種。例如，壓縮機140可以是用于將從液化天然氣釋放的、被稱為“汽化氣體(boil-off gas) ”的氣體加壓的壓縮機。本領域普通技術人員將理解天然氣的液化過程偶然地在各個階段造成冷甲烷或其它制冷劑汽化。壓縮機還可以用于對溫熱的制冷劑再增壓。壓縮機140由超導電機145驅動。電機145可以通過結合超導傳輸線30和超導變壓器150以所需電壓供應。其它重要的電カ負荷可以存在于天然氣液化廠中。這些可以表示附加的壓縮機。圖I呈現了兩個附加的壓縮機160和180。壓縮機160可以是例如第一制冷劑壓縮機，而壓縮機180可以是例如冷卻水泵、第二制冷劑壓縮機或其它機械負載。壓縮機160、180中的每ー個壓縮氣流或泵送液流。各流進入管線在162和182可見。壓縮機160、180隨后排放較高壓的氣流。高壓流在164和184示出。壓縮機160、180通過各自的超導電機165、185驅動。電機165、185通過結合超導傳輸線40、50以所需電壓供應，并且可需要相應的超導變壓器170、180。因此，與附加的壓縮機160、180相關聯的組件也可以用超導體運行。超導電系統100可以具有附加的壓縮機和泵，以及相關的變壓器、電機和氣體或液體流。這通過虛線105示意地顯示。另外，且如上所示,超導電系統100本身是LNG設備的一部分，其可以具有附加的發電單元，也就是發電組件，比如機械能量源110、發電機120、傳輸線10和變壓器130。所有的超導電組件必須保持在深冷溫度。超導組件可以是例如發電機120、電機145，165，185、傳輸線30，40，50、以及變壓器130，150，170，190。超導組件通過循環的制冷劑冷卻。在下面討論的圖中，超導組件以方框1000示意地共同表示。另外，在下面討論的圖中，用于冷卻組件1000的流入制冷劑管線在1010示出，同時流出溫熱制冷劑管線在1020可見。圖2呈現了一個實施方式中天然氣液化設備200的第一制冷劑方法的示意圖。超導電組件在方框1000可見。電組件1000與設備200或LNG加工廠結合以產生或配送電カ。在圖2的設備200中，首先可見大型制冷單元1030。合適的制冷單元的實例包括銅焊招板翅型(brazed aluminum plate fin-type)熱交換器、一套并聯的管殼式熱交換器或者螺旋纏繞型熱交換器。天然氣通過氣體輸送管線1032進入制冷單元1030。任選地，輸送管線1032中的天然氣已經在ー個或多個冷卻交換器中用環境介質(未顯示)預冷卻。另外，輸送管線1032中天然氣的附加預冷卻可以通過ー個或多個前面階段的制冷単元(未顯示)來提供。因此，制冷単元1030可僅僅是設備200的液化方法中最后或最冷的熱交換器。在一些情況下，制冷単元1030可以是唯一的制冷単元。冷卻的天然氣作為冷的液化天然氣或LNG離開制冷単元1030。LNG通過LNG管線1034離開液化設備200。在一個實施方式中，管線1034中的LNG大約-260 °F。LNG通常在制冷單元1030最冷的點排出。可選地，LNG可以在制冷單元1030中間的點排出。LNG最終移動至越洋船舶上的保溫(insulated)儲罐或至保溫油罐車，以運輸到天然氣市場。然而，本領域技術人員將理解LNG將在ー些情況下需要進ー步加工。例如，壓カ罐(比如圖6中所示的罐652)可以用于最終冷卻以及用于產生可用作原料氣或燃料的“末端閃蒸(endflash) ” 氣體。制冷劑用于在制冷単元1030中冷卻過冷的天然氣。制冷劑包括組分烴，比如甲烷、こ烷、こ烯、丙烷、丁烷、戊烷或這些組分的混合物。可選地或另外，制冷劑可以包括氮。制冷劑通過管線210引入到制冷単元1030。在這個階段，制冷劑通常被冷卻到大約120 T的環境溫度。然而，可以施加使用丙烷的進ー步預冷卻，以便將管線210中的制冷劑預冷卻到更低的溫度，比如大約-40 T。來自管線210的制冷劑循環通過制冷單元1030。制冷劑循環管線在220示出。雖然循環管線220顯示在制冷単元1030的外面，應當理解管線220可以在制冷単元1030內或與其緊鄰，用于使制冷劑作為工作流體循環。由于通過制冷単元1030的循環，在ー個實施方式中，管線220中的工作流體被冷卻到大約-150 °F。循環管線220中的大多數工作流體可以通過膨脹閥222。這可用于進一歩冷卻エ作流體。作為替代方案，可用水輪機或氣體膨脹器(gas expander)替代膨脹閥222。在任何情況下，進ー步冷卻的工作流體移動通過管線224。在一個實施方式中，管線224中進ー步冷卻的工作流體大約-270 0F。管線224中進ー步冷卻的工作流體循環回到制冷單元1030，用于進ー步與來自管線1032的天然氣和來自管線210的溫熱制冷劑熱交換。通過管線224循環工作流體提供了用于液化方法的冷卻能量的守恒。溫熱的低壓制冷劑離開制冷単元1030。這在溫熱制冷劑流226可見。這表示充分熱交換的制冷劑。在一個實施方式中，比如當來自管線210的初始制冷劑沒有預冷卻，制冷劑在大約100 °F的溫度。當制冷劑用丙烷預冷卻，管線226中溫熱制冷劑的溫度大約是-60 0F。制冷劑隨后移動通過壓縮機230，以再次壓縮。本領域普通技術人員將理解，在可選的制冷方法中，制冷単元1030可以分解為ー些熱交換裝置，其中熱量在從管線1032進入的天然氣和單獨串聯的或并聯的裝置中的預冷卻制冷劑210之間交換。在到壓縮機230的途中，管線226中的制冷劑優選地與通過管線1020離開超導電組件1000的制冷劑合并。在圖2的布置中，管線1020中的制冷劑與管線210中的制冷劑、相同。在一個實施方式中，管線1020中制冷劑的溫度從大約-320 °F至大約-240 °F。本領域普通技術人員將理解，合并具有相似溫度的流體管線是更有效的。管線1020中的制冷劑比管線226中溫熱的制冷劑冷得多。因此，優選的是管線1020中的制冷劑實際上在與管線226中溫熱的制冷劑合并之前按路線返回通過制冷単元1030。例如，管線1020中的制冷劑可以與管線224中冷卻的工作流體合井。這允許系統100利用從管線1020中的制冷劑可得到的冷卻能量。作為替代方案，由于對于超導組件要達到更低溫度的需求，管線1020中的制冷劑可以下降到比管線226中的制冷劑更低的壓力。因此，在與管線226中溫熱的制冷劑合并之前，管線1020可以供給壓縮機(未顯示)以平衡壓力。如所示，來自管線226的溫熱的制冷劑被輸送至壓縮機230。壓縮機230可以由電動機驅動。電機(未顯不)具有轉動壓縮機230中的軸或其它機械部件的軸。電機(未顯示)可以是方框1000的超導電組件中的ー個。當離開壓縮機230時，制冷劑通移動過管線232并輸送至熱交換器240a以冷卻。熱交換器240a可以使用環境介質以冷卻。如所示，制冷劑通常被冷卻到大約120 T的溫度。 優選地，制冷劑進ー步通過第二熱交換器240b。如所示，用另ー個制冷系統進ー步預冷卻冷卻了制冷劑。在丙烷制冷劑系統的情況下，來自管線232的制冷劑可以被冷卻到更低的溫度，比如大約-40 0F。從而再次產生冷制冷劑流210。重新回到管線220中的制冷劑，部分冷卻的制冷劑的一部分作為滑流225被保留。滑流225中制冷劑的溫度與管線220中的制冷劑相同，也就是大約-150 °F。滑流225穿過膨脹閥228以進一歩冷卻制冷劑。作為替代方案，可用水輪機或氣體膨脹器替代膨脹閥228。在任何情況下，進ー步冷卻的制冷劑成為用于冷卻超導電組件1000的流入制冷劑管線1010。管線1010中的制冷劑必須要冷卻到超導組件的臨界溫度以下。在一個實施方式中，膨脹閥228 (或其它冷卻裝置)將流入制冷劑管線1010的制冷劑冷卻到大約-320 °F。可見，在液化設備200中，用于冷卻來自管線1032的天然氣的制冷劑也可以是在用于冷卻超導組件1000的流入制冷劑管線1010中使用的制冷劑。這也提供了用于超導電組件1000的現成且便宜的冷卻劑來源。應當理解，圖2所示的冷卻方法需要超導組件1000具有這樣的臨界溫度，該臨界溫度高于LNG制冷劑流225的膨脹能達到的溫度。因此，氮基制冷劑可以是最適用于圖2的設備200的。在一個實施方式中，設備200包括分離器，比如重力分離器或旋液分離器(未顯示)。當制冷劑是物質混合物時使用分離器。分離器沿管線224放置，以將較輕組分比如氮和甲烷與其它制冷劑組分比如こ烷或重烴分離。較輕的組分可隨后傳送通過管線225，作為部分或者甚至全部的超導電組件1000的專用制冷劑。應當注意，在啟動期間，可能需要超導組件1000的一些初始冷卻。這允許電系統100在LNG制冷系統200啟動之前充分起作用。這個問題可以通過提供用于容納制冷劑來源的儲罐1040來解決。來自儲罐1040的制冷劑通過管線1042被輸送至電組件1000，作為外部冷卻流。來自儲罐1040用作制冷劑的初始工作流體可以是與在用于持續冷卻超導組件的常規操作期間使用的制冷劑相同的類型。可選地，可以使用不同的組成。出于這個目的，液氮是優選的制冷劑。初始工作流體可能需要通過出ロ管線1044從設備200中移除到合適的處置。處置可以包括用作現場的燃料氣體。在氮或者氦的情況下，材料可被簡單地排放。在輕烴的情況下，材料可被燃燒。在ー個方面，通過管線1042運送的初始工作流體的溫度比之后的LNG滑流225的溫度要高。盡管如此，該較暖溫度的初始工作流體將足夠冷以預冷卻電組件1000，以便在用更冷的LNG持續冷卻之前基本上減小電組件的電阻。例如，通過管線1042運送的初始工作流體的溫度可以是大約-100 T。圖3描述了圖2中的氣體加工設備的可選形式。圖3是天然氣液化設備300的制冷劑方法的另ー個示意圖。設備300共用了設備200的許多組件。例如，超導電組件再次在方框1000可見。電組件1000與設備300結合以提供運行的電力。大型制冷単元1030再次可見。天然氣通過氣體輸送管線1032進入制冷単元1030。優選地，輸送管線1032中的天然氣已經在ー個或多個冷卻塔中或通過ー個或多個前面階段的制冷単元(未顯示)預冷卻。因此，制冷単元1030可以表示液化方法中最后或最冷的 熱交換器。冷卻的天然氣作為冷的液化天然氣或LNG離開制冷単元1030。LNG通過LNG管線1034離開液化設備300。在一個實施方式中，管線1034中的LNG大約-260 °F。LNG最終移動至越洋船舶上的保溫儲罐，用于運輸到天然氣市場。然而，再一次，LNG可以通過泄壓罐(pressure let-down drum)進一步加工，用于LNG的“末端閃蒸”。制冷劑用于在制冷単元1030中冷卻過冷天然氣。制冷劑可以是純組分烴，比如甲烷、こ烷、こ烯、丙烷、戊烷或這些組分的混合物。對于設備300，氮優選地用作混合物的大部分。制冷劑通過管線310引入到制冷単元1030。在這個階段，制冷劑通常被冷卻到大約120 °F的環境溫度。然而，可以應用進ー步的預冷卻，以便將管線210中的制冷劑預冷卻。在丙烷制冷劑系統的情況下，來自管線310的制冷劑可以冷卻到大約-40 °F。來自管線310的制冷劑循環通過制冷單元1030。目的是提供與來自管線1032的預冷卻天然氣熱交換。制冷劑循環管線在330示出。雖然管線330顯示在制冷単元1030的外面，但應當理解管線330可以在制冷単元1030內或與其緊鄰，用于使制冷劑作為工作流體循環。由于通過制冷單元1030的循環，在一個實施方式中，管線220中的工作流體被冷卻到大約-150 °F。如圖2中，管線1032中的天然氣和來自管線310的溫熱制冷劑的冷卻可以在串聯的或并聯的熱交換裝置中完成。在圖3的設備300中，管線330中的工作流體全部穿過膨脹閥332。這可用于進ー步冷卻工作流體。作為替代方案，可用水輪機或氣體膨脹器替代膨脹閥332。在任何情況下，進ー步冷卻的工作流體移動通過管線334，并且全部回到制冷単元1030，用于進一歩與來自氣體管線1032的天然氣和來自管線210的天然氣熱交換。不使用圖2的滑流225。溫熱的低壓制冷劑離開制冷単元1030。這在溫熱制冷劑流336可見。這表示完全熱交換的制冷劑。在一個實施方式中，比如當來自管線310的初始制冷劑沒有預冷卻，制冷劑在大約100 T的溫度。當制冷劑被預冷卻，管線336中溫熱制冷劑的溫度大約是-60 T。制冷劑隨后移動通過壓縮機230，以再次壓縮。在到壓縮機230的途中，管線336中的制冷劑優選地與通過管線326離開超導電組件1000的制冷劑合并。在一個實施方式中，管線326中制冷劑的溫度大約與管線226中的相同。
為了冷卻超導電組件1000，移出一部分來自管線310的制冷劑。管線312顯示了取自管線310的LNG滑流。LNG滑流312直接進入第二制冷單元1050。來自管線312的制冷劑循環通過第二制冷単元1050用于冷卻。來自管線312的制冷劑循環通過第二制冷單元1050。制冷劑按路線通過管線320。管線320中的工作流體可以穿過膨脹閥328。作為替代方案，可以用水輪機或氣體膨脹器替代膨脹閥328。這可用于進一歩冷卻工作流體。進ー步冷卻的工作流體移動通過管線1010以冷卻超導組件1000。在一個實施方式中，管線328中進ー步冷卻的工作流體大約-320 0F。 制冷劑通過管線1020離開超導組件。管線1020中的制冷劑被再次引入第二制冷単元1050以對工作流體提供冷卻。溫熱的低壓制冷劑隨后離開第二制冷単元1050。這在溫熱制冷劑流326可見。溫熱制冷劑隨后移動通過壓縮機230以再次壓縮。在到壓縮機230的途中，管線326中的制冷劑優選地與通過管線1020離開超導電組件1000的制冷劑合并。另外，管線326中的溫熱制冷劑與來自管線336的溫熱制冷劑合并。本領域普通技術人員將理解合并具有相似溫度的流體管線是更有效的。管線326和336中的制冷劑盡管未必相同，但將具有相似的溫度，從大約-60 °F—直到大約100 °F。在一些情況下，管線326中的制冷劑的壓カ將低于管線336中的制冷劑。因此管線326中的流體在與管線336合并之前可能需要在增壓壓縮機(未顯示)中壓縮。如所示，來自管線326和336的溫熱的制冷劑被輸送至壓縮機230。壓縮機230可以由電動機驅動。電機(未顯示)具有轉動壓縮機230中的軸或其它機械部件的軸。電機(未顯示)可以是方框1000的超導電組件中的ー個。當離開壓縮機230時，來自管線326和336的結合的制冷劑移動通過管線232并輸送至熱交換器340a以冷卻。熱交換器240a可以使用環境介質冷卻。優選地，制冷劑進一步穿過第二熱交換器340b，其中制冷劑通過另ー個制冷単元冷卻，例如在丙烷的情況下，被冷卻到大約-40 0F。從而再次產生冷制冷劑流310和滑流312。可見，在液化設備300中，用于冷卻LNG的制冷劑再次用于冷卻超導電組件1000。然而，在系統300中，用于天然氣液化的熱交換器1030與用于超導組件冷卻的熱交換器1050分離。由于這兩種功能之間的所需制冷工作有很大差別，所以這種布置是有利的。兩個制冷單元1030、1050的使用有利于設計、控制和操作。圖4呈現了另ー個實施方式中天然氣液化設備400的制冷方法的示意圖。設備400共用了設備200的許多組件。例如，超導電組件再次在方框1000可見。電組件1000與設備400結合以提供運行的電力。大型制冷単元1030再次可見。天然氣通過氣體輸送管線1032進入制冷単元1030。優選地，輸送管線1032中的天然氣已經在ー個或多個冷卻塔中或通過ー個或多個前面階段的制冷単元(未顯示)預冷卻。因此，制冷単元1030可以表示液化方法中最后或最冷的熱交換器。冷卻的天然氣作為冷的液化天然氣或LNG離開制冷単元1030。LNG通過LNG管線1034離開液化設備400。在一個實施方式中，管線1034中的LNG大約-260 °F。LNG最終移動至越洋船舶上的保溫儲罐，用于運輸到天然氣市場。可選地，可以裝載保溫的長途運輸的油罐車。還可選地，LNG可以通過泄壓罐(未顯示)進ー步加工，用于LNG的“末端閃蒸”和附加冷卻。
制冷劑用于在制冷単元1030中冷卻過冷天然氣。制冷劑可以是純氮，或者可以是純的或混合的烴制冷劑、氦氣或其它低溫沸點的氣體。制冷劑通過管線442引入到制冷單元1030。在這個階段，制冷劑通常被冷卻到大約120 T的環境溫度。然而，可以應用進ー步預冷卻，以便預冷卻管線442中的制冷劑。在丙烷制冷劑系統的情況下，管線442中的制冷劑可被冷卻到更低的溫度，大約-40 T。來自管線442的制冷劑循環通過制冷單元1030。目的是提供與來自管線1032的預冷卻的天然氣熱交換。制冷劑循環管線在420示出。雖然管線420顯示在制冷単元1030的外面，應當理解管線420可以在制冷単元1030內或與其緊鄰，用于使制冷劑作為工作流體循環。由于通過制冷單元1030的循環，在一個實施方式中，管線420中的工作流體被冷卻到大約-150 0F0在圖4的設備400中，管線420中的工作流體全部穿過膨脹閥422。這可用于進ー步冷卻工作流體。作為替代方案，可用水輪機或氣體膨脹器替代膨脹閥422。在任何情況下，進ー步冷卻的工作流體移動通過管線424，并且全部回到制冷単元1030，用于進一歩與來自氣體管線1032的天然氣和來自管線442的原始制冷劑交換。如圖2中，管線1032中 的天然氣和來自管線442的溫熱制冷劑的冷卻可以在串聯的或并聯的熱交換裝置中完成。溫熱的低壓制冷劑離開制冷単元1030。這在溫熱制冷劑流426可見。這表示完全熱交換的制冷劑。在一個實施方式中，比如當來自管線410的初始制冷劑沒有預冷卻，制冷劑流426中的制冷劑在大約100 °F的溫度。當來自管線410的制冷劑用丙烷預冷卻吋，制冷劑流426中的溫熱制冷劑溫度大約是-60 T。流426中的制冷劑隨后移動通過壓縮機230，以再次壓縮。在圖4的設備400中，溫熱制冷劑流426不像設備200和300中進行的那樣與通過管線1020離開超導電組件1000的制冷劑合井。溫熱制冷劑流426通過管線423離開壓縮機430。管線432中的工作流體可以通過經由熱交換器440進ー步冷卻。熱從熱交換器440內的冷卻回路中排出，優選地排到環境介質。冷卻的工作流體隨后通過管線442進入制冷單元1030。如之前，來自管線410的初始制冷劑進ー步例如用丙烷制冷預冷卻到-40 0F。為了冷卻超導電組件1000，使用獨立制冷劑流。這在管線425示出。這意味著不像設備200和300中那樣使用制冷劑的滑流。該獨立制冷劑的組成與管線442中工作流體的組成不同。管線425中的獨立制冷劑穿過膨脹閥428以進一歩冷卻管線425中的制冷劑。可用水輪機或氣體膨脹器取代膨脹閥428。在任何情況下，冷卻的獨立制冷劑成為用于冷卻超導電組件1000的流入制冷劑管線1010。流入管線1010中制冷劑的溫度大約是-320 °F。流入的制冷劑可以任選地為混合氣液相。獨立制冷劑隨管線1020離開電カ系統1000。獨立制冷劑現處于溫熱和汽化的狀態，已經與超導電組件1000進行了熱交換。獨立制冷劑在大約-320 T至-240 °F的溫度。管線1020中的獨立制冷劑通過壓縮機230移出。壓縮的制冷劑或工作流體在管線232離開壓縮機230。在一些實施方式中，獨立制冷劑在送入壓縮機230之前可以返回通過制冷單元1030以提供附加的冷卻。工作流體隨后通過經由熱交換器450冷卻。熱從熱交換器450內的冷卻回路中排出。工作流體可以通過環境介質或中間溫度的制冷劑冷卻，這取決于LNG液化方法。從而再次產生冷制冷劑流410。在一些情況下，如果管線232中工作流體的溫度比管線442中制冷劑的溫度低，則可以完全繞開熱交換器440。可見，在液化設備400中，用于超導電組件1000的冷卻流與LNG流1034物理上分離。換句話說，用于冷卻來自管線1032的過冷天然氣的制冷劑在獨立于用于冷卻超導電組件1000的制冷劑的環路中。用于冷卻超導電組件1000的冷卻流1010可具有或可不具有與用于冷卻氣體輸送管線1032中的預冷卻天然氣的制冷劑410相同的組成。然而，冷卻流1010的確共用來自制冷單元1030的LNG制冷。獨立制冷劑和壓縮機允許設置獨立制冷劑的組成和壓カ繼而溫度的靈活性。這允許控制獨立制冷劑溫度以便將其保持在超導組件的臨界溫度以下，無論獨立制冷劑的要求如何。當超導組件1000需要冷卻的溫度在臨界溫度以下的液氮，但選擇的LNG方法不具 有大型氮制冷劑環路吋，圖4的設備400是特別有益的。如圖3中，制冷単元1030可以被分離為獨立并聯的熱交換器，用于更好的設計、控制和操作LNG和超導組件冷卻。在這種實施方式中，管線442中的流體將被分離，隨后送往并聯的交換器。之后來自并聯的熱交換器的溫熱制冷劑流將在壓縮機430之前被重新合并以形成溫熱的制冷劑流426。在圖5中提供了將超導電組件集成到LNG加工廠中的另ー種布置。圖5是ー個可選實施方式中氣體加工設備500的示意圖。設備500共用了設備200的許多組件。例如，超導電組件再次在方框1000可見。電組件1000與設備500結合以提供運行的電力。大型制冷単元1030再次可見。天然氣通過氣體輸送管線1032進入制冷単元1030。優選地，輸送管線1032中的天然氣已經在ー個或多個冷卻塔中或通過ー個或多個前面階段的制冷単元(未顯示)預冷卻。因此，制冷単元1030可以表示液化方法中最后或最冷的熱交換器。冷卻的天然氣作為冷的液化天然氣或LNG離開制冷単元1030。LNG通過LNG管線1034離開液化設備500。LNG最終移動至越洋船舶上的保溫儲罐，用于運輸到天然氣市場。然而，再一次，LNG可以通過泄壓罐(未顯示)進ー步加工，用于LNG的“末端閃蒸”。制冷劑用于在制冷単元1030中冷卻天然氣。制冷劑可以是純組分烴，比如甲烷、こ烷、こ烯、丙烷、丁烷或這些組分的混合物。氮也可用在混合物中。制冷劑通過管線510引入到制冷単元1030。在這個階段，制冷劑通常被冷卻到大約120 T的環境溫度。然而，可以應用進ー步的預冷卻，以便將管線510中的制冷劑預冷卻。在丙烷制冷劑系統的情況下，制冷劑可以冷卻到大約-40 0F。來自管線510的制冷劑循環通過制冷單元1030。目的是提供與來自管線1032的預冷卻的天然氣熱交換，并且進ー步冷卻管線510中的制冷劑。制冷劑循環管線在520示出。雖然管線520顯示在制冷単元1030的外面，應當理解循環管線520可以在制冷単元1030內或與其緊鄰，用于使制冷劑作為工作流體循環。由于通過制冷單元1030的循環，在一個實施方式中，管線520中的工作流體被冷卻到大約-150 °F。在圖5的設備500中，制冷劑循環管線520中的工作流體全部穿過膨脹閥522。這可用于進一歩冷卻工作流體。作為替代方案，可用水輪機或氣體膨脹器替代膨脹閥522。在任何情況下，進ー步冷卻的工作流體移動通過管線524，并且全部回到制冷単元1030，用于進ー步與來自氣體管線1032的天然氣和來自管線510的天然氣熱交換。不使用圖2的滑流225。如圖2中，冷卻管線1032中的天然氣為LNG和冷卻來自管線410的溫熱制冷劑可以在串聯的或并聯的熱交換裝置中完成。溫熱的低壓制冷劑離開制冷単元1030。這在溫熱制冷劑流526可見。這表示完全熱交換的制冷劑。在一個實施方式中，比如當來自管線510的初始制冷劑沒有預冷卻，制冷劑在大約100 T的溫度。當制冷劑被預冷卻，管線526中溫熱制冷劑的溫度大約是-60 T。在溫熱制冷劑流526中的制冷劑隨后移動通過壓縮機230，以再次壓縮。當離開壓縮機230時，制冷劑移動通過管線232并輸送至熱交換器540a以冷卻。熱交換器540a可以使用環境介質冷卻。優選地，制冷劑進ー步穿過第二熱交換器540b。從而再次產生冷制冷劑流510。為了冷卻超導電組件1000，從LNG管線1034移出液化天然氣的滑流。滑流在管線1036可見。管線1036中的滑流基本上是液相，但也通常具有混合的氣相。在一個實施方式中，滑流1036中的LNG在-260 0F。 管線1036中的滑流優選地移出通過膨脹閥528。可選地，可用水輪機或氣體膨脹器取代膨脹閥528。結果是進ー步冷卻管線1036中的LNG滑流。冷卻的LNG被送往流入制冷劑管線1010并用于冷卻超導電組件1000。在圖5的設備500中，流入制冷劑管線1010中的制冷劑冷卻超導組件1000，之后作為流出溫熱制冷劑管線1020離開。溫熱的制冷劑再次構成汽化的天然氣并在大約-250 T。溫熱的制冷劑與管線534進入的其他低壓低溫天然氣流合井。合并的流進入壓縮機530，在那里增壓，然后制冷劑通過管線532排放。低壓低溫的天然氣流可以是，例如，在LNG油輪的裝載期間從油罐移走的末端閃蒸氣體，或從LNG儲罐汽化的氣體。管線1040中的天然氣任選地返回到主要LNG制冷單元1030。另外，管線532中的一部分溫熱氣體可以通過管線536傳送，并在天然氣液化設備500處用于燃料氣體。應當注意，在圖5的設備布置500中，隨著超導組件1000被冷卻，來自天然氣的重烴組分可以液體形式積聚。重烴可以以其它方式引起制冷劑溫度上升超過超導組件的臨界溫度。這些重烴組分可作為液體進行重力分離并在管線1002中收集以去除任何積聚物(build-up)。管線1002中積聚的重烴液體隨后可在泵1044中增壓，并通過合并管線1004與天然氣流1032再次引入熱交換器1030。如在圖5中可見，在設備500中，來自LNG管線1034的一部分LNG產品用作超導電組件1000的冷卻液1010。不是直接循環冷卻液通過壓縮機230并回到制冷單元1030，而是管線1020中的冷卻液被送至単獨的壓縮機530，并與管線534中的各種低壓低溫氣流合井。管線1020中溫熱的制冷劑(其為現已汽化的天然氣產品)與低壓低溫的氣體合并到管線536中。合并的天然氣可在點燃例如圖I的大型發電渦輪110中用于燃料。在一些情況下，過量的天然氣可以通過管線536輸送。這意味著LNG液化廠不需要所有由管線536提供的燃料氣體。在這個情況下，過量的天然氣可以返回制冷単元1030。這在管線1040顯示。在一些情況下，管線1040可以在與管線1032合并之前通過熱交換器1030，比如在圖6中的管線654中示出。設備500利用液化天然氣，冷卻超導電組件1000。當LNG足夠冷以冷卻至超導材料的臨界溫度以下時，這是特別有益的。在圖6中提供了將超導電組件集成到LNG加工廠的另ー種布置。圖6是ー個可選實施方式中氣體加工設備600的示意圖。設備600共用了設備500的許多組件。例如，超導電組件再次在方框1000可見。電組件1000與設備500結合以提供運行的電力。大型制冷単元1030再次可見。天然氣通過氣體輸送管線1032進入制冷単元1030。優選地，輸送管線1032中的天然氣已經在ー個或多個冷卻塔中或通過ー個或多個前面階段的制冷単元(未顯示)預冷卻。因此，制冷単元1030可以表示液化方法中最后或最冷的熱交換器。冷卻的天然氣作為冷的液化天然氣或LNG離開制冷単元1030。LNG通過LNG管線1034離開液化設備600。在圖6的設備600中，產品管線1034中的液化天然氣被傳送至末端閃蒸系統650。末端閃蒸系統650對于LNG生產エ藝不是非典型的。作為末端閃蒸系統650的一部分，管線1034中的LNG產品優選地首先運送通過膨脹裝置618。膨脹裝置618可以是，例如，閥或水輪機。膨脹裝置618將LNG產品進ー步冷卻到例如-260 0F。進ー步冷卻的LNG隨后通過管線612排放。管線612中進ー步冷卻的LNG產品被輸送至閃蒸罐652。應當理解圖6所示的閃蒸罐652僅僅是示意性的。實際上，閃蒸罐652可以是多個類似的容器。管線638被顯示從閃蒸罐652輸送進一步冷卻的LNG產品。閃蒸罐652將LNG產品保持在液化狀態直至被輸送到LNG運輸船舶或者也許更持久的儲存設備。閃蒸罐652被保持在略高于LNG儲存壓力，也就是在越洋船舶或更持久的儲存設備中保持的壓力。閃蒸罐652將LNG產品排放到管線638。LNG產品大約在-260 0F。LNG產品通過管線638被輸送到越洋船舶或者更持久的儲存設備。在閃蒸罐652中保持期間，由于壓カ下降，ー些天然氣蒸汽被排放。這種天然氣蒸汽被稱為“末端閃蒸氣體”。末端閃蒸氣體通過管線654排放。管線654中的閃蒸氣體返回制冷単元1030以提供附加的冷卻。在一個實施方式中，閃蒸氣體在專用管線630中循環，用于在制冷單元1030內冷卻，并隨后用作LNG設備600的燃料氣體。在另ー個實施方式中，管線1030中的ー些或全部氣體可被壓縮并返回管線1032以再液化。為了冷卻超導電組件1000，液化天然氣的滑流從LNG管線1034移出。滑流在管線1036可見，并且表示在其通過閃蒸罐652并離開設備600之前取出的來自管線1034的一部分LNG。管線1036中的滑流基本上是液相，但也通常具有混合的氣相。在一個實施方式中，管線1036中的LNG滑流在大約-250 0F。管線1036中的滑流優選地移出通過膨脹閥628。可選地，可用水輪機或氣體膨脹器取代膨脹閥628。結果是進ー步冷卻管線1036中的LNG滑流。在一個實施方式中，來自管線1036中的滑流被冷卻到大約-260 T。冷卻的LNG制冷劑傳送至流入制冷劑管線1010并用于冷卻超導電組件1000。流入制冷劑管線1010中的LNG制冷劑循環通過超導電組件1000以將超導材料保持在臨界溫度以下。制冷劑隨后通過流出制冷劑管線1020離開超導組件1000。優選地，流出制冷劑管線1020中的制冷劑與管線612合并以供給閃蒸罐652。吹掃通過管線1020的液態和氣態烴以避免可能増加制冷劑溫度的重烴積聚是重要的。制冷劑用于在制冷単元1030中冷卻過冷天然氣。制冷劑可以是純組分烴，比如甲烷、こ烷、こ烯、丙烷、戊烷或這些組分的混合物。氮也可用在混合物中。制冷劑通過管線、610引入到制冷単元1030。在這個階段，制冷劑通常被冷卻到大約120 T的環境溫度。然而，可以應用進ー步的預冷卻，以便將管線610中的制冷劑預冷卻到更低的溫度。在丙烷制冷劑系統的情況下，例如，制冷劑可以冷卻到比如大約-40 °F。來自管線630的一部分閃蒸氣體可以與管線626中的制冷劑合并用于制冷劑補充。這在管線632示出。管線632是虛線，以顯示這是任選的，其取決于設備600內的其它制冷劑補充氣體的可用性。來自管線610的制冷劑循環通過制冷單元1030。目的是提供與來自管線1032的預冷卻的天然氣熱交換。制冷劑循環管線在620示出。雖然循環管線620顯示在制冷単元1030的外面，但應當理解管線620可以在制冷單元1030內或與其緊鄰，用于使制冷劑作為工作流體循環。由于通過制冷単元1030的循環，在一個實施方式中，制冷劑循環管線620中的工作流體被冷卻到大約-150 0F。在圖6的設備600中，管線620中的工作流體全部穿過膨脹閥622。作為替代方案，可使用水輪機或氣體膨脹器。在任何情況下，膨脹裝置用于進一歩冷卻來自管線620的 工作流體。進ー步冷卻的工作流體移動通過管線624，并且全部回到制冷単元1030，用于進ー步與來自氣體管線1032的天然氣和來自管線610的原始制冷劑熱交換。溫熱的低壓制冷劑離開制冷単元1030。這在溫熱制冷劑流626可見。這表示完全熱交換的制冷劑。在一個實施方式中，比如當來自管線610的初始制冷劑沒有預冷卻，管線626中的制冷劑在大約100 0F的溫度。當制冷劑被預冷卻，制冷劑流626中溫熱制冷劑的溫度大約是-60 T，比如在丙烷制冷劑預冷卻的情況下。溫熱的制冷劑隨后移動通過壓縮機230,以再次壓縮。在圖6的設備600中，溫熱制冷劑流626不像設備200和300中進行的那樣與通過管線1020離開超導電組件1000的制冷劑合井。相反，流626中的溫熱制冷劑被傳送通過壓縮機230，以再次壓縮。當離開壓縮機230時，制冷劑移動通過管線232并輸送至熱交換器640a以冷卻。熱交換器640a可以使用環境介質冷卻。優選地，制冷劑進ー步穿過第ニ熱交換器640b，以使用另ー個制冷劑如丙烷預冷卻到大約-40 0F。從而再次產生冷制冷劑流610。可見，圖6的設備600表不另一個實施方式，其中，LNG本身用作超導組件1000的冷卻液。不是直接循環冷卻液通過壓縮機230并回到制冷単元1030，而是冷卻液與系統650中的末端閃蒸氣體合并，并通過管線654直接傳送至制冷単元1030。在LNG產品管線1034中的LNG足夠冷以冷卻超導組件1000低于臨界溫度的情況中，這又是有利的。圖6的設備布置600可以被修改。在一個方面,LNG產品流1034可被過冷卻至低于產生LNG通常所需的溫度，例如低于-270 °F。全部LNG產品流1034可隨后通過管線1010傳送至超導組件1000用于冷卻。之后溫熱的LNG出ロ流1020可傳送至膨脹裝置618井隨后傳送至閃蒸罐652。在本發明的ー個方面，汽化的LNG可用于冷卻超導組件。圖7是ー個出現這種情況的實施方式中天然氣液化設備700的示意圖。在設備700中，輔助制冷單元770用于冷卻超導組件。輔助制冷単元770利用在液化設備700閃蒸或被置換的冷甲烷氣體。首先，圖7顯示了儲罐750。儲罐750提供了液化天然氣在其被裝載到LNG船舶上之前臨時的儲存器。LNG船舶在760示出。可見，跨接管線753輸送來自儲罐750的液化天然氣。LNG通過裝載泵(loading pump) 754,之后通過裝載管線756,然后進入LNG船舶760。隨著液化天然氣填充LNG船舶760上的LNG艙，其從LNG艙置換剩余蒸汽。剩余蒸汽主要由甲烷和少量的氮組成。剰余蒸汽通過卸載管線762從LNG船舶中排放。來自卸載管線762的剰余蒸汽隨后通過輔助制冷単元770移出。還應當注意，從儲罐750提供了単獨的蒸汽流。這被顯示為塔頂閃蒸管線758。汽化氣體來自儲罐750并穿過塔頂閃蒸管線758。汽化氣體隨后連同來自LNG船舶760的剩余蒸汽一起被送至輔助制冷単元770。壓縮機(未示出)可以任選地沿塔頂閃蒸管線758提供，以輔助汽化氣體與卸載管線762中的剰余蒸汽合井。來自儲罐750的汽化氣體和來自LNG船舶760的剩余蒸汽表示用于供給到輔助制冷単元770中的低壓低溫天然氣流的兩個來源。低溫天然氣流為通過輔助制冷単元770的 制冷劑提供冷卻能量。另外用于輔助制冷単元770的冷卻能量的第三來源是可以從罐752閃蒸的末端閃蒸氣體。罐752接收來自LNG管線1034的LNG。管線1034中的LNG通過主要制冷單元(未顯示在圖7中)分配。閃蒸罐752允許系統從主要制冷単元的高運行壓力(比如IOOOpsig)逐步降低到儲存壓力。圖7顯示來自閃蒸罐752的LNG出口管線757。出口管線757包含液化天然氣。圖7還顯示了塔頂閃蒸管線759。當閃蒸罐752中出現泄壓，一部分的LNG汽化并通過塔頂閃蒸管線759獲取。一部分的冷蒸汽被任選地通過管線710’傳送至主要制冷単元，以再液化。然而，至少ー些冷蒸汽通過管線764移出。管線764與管線762和758合并，并被引入到輔助制冷單元770。隨著低壓低溫天然氣流(管線762，758，764)通過輔助制冷單元770，其被溫熱。天然氣流通過管線772作為單個的流離開輔助制冷単元770。來自管線772的溫熱的天然氣流隨后用作整個LNG設備的燃料氣體，或循環用于再液化。最后，制冷環路在圖7中示出。制冷環路給用于冷卻超導電組件1000的制冷劑提供冷卻。可見，流入制冷劑管線1010是提供用于冷卻組件1000，同時流入溫熱制冷劑管線在1020可見。膨脹閥728被提供以進ー步冷卻流入制冷劑管線1010中的制冷劑。制冷劑通過管線1020循環回到輔助制冷単元770。溫熱的制冷劑返回行進通過輔助制冷単元770以提取最后一點冷能量(coldenergy) 0制冷劑隨后通過管線744離開作為進ー步溫熱的制冷劑。管線744中進ー步溫熱的制冷劑通過壓縮機730，井隨后通過管線732離開。制冷劑通過熱交換器740預冷卻并隨后輸送回輔助制冷単元770。圖7中實施方式的ー個優勢是這個系統小，并更好地匹配冷卻負荷，以將超導組件保持在其臨界溫度以下。另外，該系統可獨立于主要液化系統進行控制，并且用于超導組件的制冷系統中的任何擾亂都可以在燃料系統中操控，而不干擾主要液化過程。各種設備已經在本文公開，其為LNG液化方法提供了提高的功率效率。通過將超導電組件并入用于LNG廠的發電中提高了效率。超導組件可以利用已經在LNG廠中可用的流和壓縮裝置。將超導電組件用在發電中也減小了用于LNG廠建設或擴建的資本成本。將超導電組件用在發電中也減小了 LNG生產所需設備的空間和重量。這在離岸應用中是特別有益的。在任何應用中，本文公開的發明平衡了與LNG生產有關的低単位成本制冷，以給超導組件提供低成本冷卻。在某些實施方式中，本發明通過用超導電動機、發電機、變壓器、輸電導體或其組合替代氣體驅動輪機或聯合循環汽輪機，可以進一歩提高效率并減少溫室氣體排放。認為，與通過使用常規的電組件經歷的相比，使用超導電組件能夠將LNG加工設備的任何電組件的電效率提高至少1%。提高的效率可以表示為就每單位功率的LNG、每單位燃料需求的LNG或每單位排放物的LNG而言提高天然氣液化的效率。這些測量值中的每項都可以通過使用超導電組件來提高，該電組件比常規的電組件提高至少1%，優選地提高至少3%。下面的實施方式A-LL進ー步描述本文提供的設備實施方式A :天然氣加工設備，包括(a)電源；(b)主要加工単元，其用于將液化天然氣溫熱或將天然氣冷卻至液化的溫度；(C)第一制冷劑入口管線，其用于將熱交換介質輸送至主要加工単元；(d)天然氣入口管線，其用于將天然氣輸送至主要加工単元；(e) 天然氣出口管線；(f)至少ー個超導電組件，其包含超導材料以便與通過使用非超導的電組件經歷的相比，組件的電效率提高至少l%;(g)流入制冷劑管線，其用于將制冷劑輸送至至少ー個超導電組件，以將至少ー個超導電組件保持在臨界溫度以下；以及(h)流出制冷劑管線，其用于將制冷劑從至少ー個超導電組件排放。實施方式B :實施方式A的天然氣加工設備，其中該設備是天然氣液化設備，主要加工單元是主要制冷単元，熱交換介質是第一制冷劑，天然氣出口管線用于將基本液化的天然氣從主要制冷單元排放。實施方式C :實施方式A或B的天然氣加工設備，其中電源包括電網、至少ー個燃氣輪發電機、蒸汽輪機發電機、柴油發電機或其組合。實施方式D :實施方式A-C任意ー項的天然氣加工設備，其中來自天然氣入口管線的天然氣在進入主要加工單元中之前被預冷卻。實施方式E :實施方式B的天然氣加工設備，其中主要制冷単元是最終制冷単元。實施方式F :實施方式A-E任意ー項的天然氣加工設備，其中至少ー個超導電組件包括ー個或多個電機、一個或多個發電機、一個或多個變壓器、一個或多個開關裝置、ー個或多個變速驅動器、ー個或多個輸電導體或其組合。實施方式G 實施方式A-F任意ー項的天然氣加工設備，進ー步包括用于支持用于天然氣液化或汽化的設備的離岸單元，離岸單元包括浮動的容器、船形的容器或建立在海底的機械結構。實施方式H:實施方式A-G任意ー項的天然氣加工設備，其中超導電組件(i)比同等非超導組件的重量至少輕大約四分之一、或輕大約三分之一、或輕大約二分之一 ；(ii)具有比同等非超導組件的占地至少小大約四分之一、或大約三分之一、或大約二分之一的占地；或(iii)任何其組合，包括Q)和(ii)的任何組合。實施方式I :實施方式A-H任意ー項的天然氣加工設備,其中(a)至少ー個超導電組件包括用于使軸轉動的電機；以及(b)該軸使用于壓縮或泵送設備中制冷劑流或其它流體流的壓縮機或泵的機械組件轉動。實施方式J 實施方式B-I任意ー項的天然氣加工設備，其中該設備包括多個用于壓縮或泵送設備中的制冷劑流或其它流體流的壓縮機和泵，并且至少ー個超導電組件包括多個用于轉動各自軸的電機，且各自軸轉動相應的用于壓縮或泵送設備中制冷劑或其它流體流的壓縮機或泵的機械組件。實施方式K :實施方式A-J任意ー項的天然氣加工設備，其中用于將至少ー個超導電組件保持在臨界溫度以下的制冷劑包括液化天然氣、甲烷、こ烷、こ烯、丙烷、丁烷、戊烷、氮或這些組分的混合物。實施方式L 實施方式B-K任意ー項的天然氣加工設備，進ー步包括制冷劑滑移管線，制冷劑滑移管線將一部分第一制冷劑輸送至用于將第二制冷劑輸送至至少ー個超導電組件的流入制冷劑管線；并且其中第一制冷劑和第二制冷劑是相同的制冷劑。實施方式M :實施方式B-L任意ー項的天然氣加工設備，其中設備進一歩包括用 于從主要制冷單元排放溫熱制冷劑的溫熱制冷劑出口管線，和壓縮機，其用于將溫熱制冷劑出ロ管線中的溫熱制冷劑在循環回到主要制冷単元作為部分第一制冷劑之前再次壓縮；并且來自溫熱制冷劑出口管線的溫熱制冷劑與流出制冷劑管線中的第二制冷劑合并，流出制冷劑管線用于從至少ー個超導電組件排放第二制冷劑，以便溫熱制冷劑和第二制冷劑ー起通過壓縮機。實施方式N :實施方式B-M任意ー項的天然氣加工設備,進ー步包括輔助制冷單元，流入制冷劑滑移管線，該流入制冷劑滑移管線從第一制冷劑入口管線移出部分第一制冷劑，并將部分第一制冷劑作為第三制冷劑輸送至輔助制冷単元；以及流出制冷劑滑移管線，其用于將部分第三制冷劑輸送至用于將第二制冷劑輸送至至少ー個超導電組件的流入制冷劑管線。實施方式O :實施方式N的天然氣加工設備，其中第三制冷劑和第二制冷劑是相同的制冷劑。實施方式P :實施方式N或O的天然氣加工設備，其中輔助制冷単元的運行獨立于主要制冷単元進行控制。實施方式Q :實施方式B-P任意ー項的天然氣加工設備，其中主要制冷單元包括用于從主要制冷單元排放溫熱制冷劑的主要溫熱制冷劑出ロ管線；輔助制冷単元包括用于從輔助制冷單元排放溫熱制冷劑的輔助溫熱制冷劑出ロ管線；以及第ー壓縮機，其用于將主要溫熱制冷劑出口管線中的溫熱制冷劑在循環回到主要制冷単元之前再次壓縮。實施方式R :實施方式Q的天然氣加工設備，其中在溫熱制冷劑出口管線中的主要溫熱制冷劑在第一壓縮機中再次壓縮之前，輔助溫熱制冷劑出口管線中的溫熱制冷劑與主要溫熱制冷劑出ロ管線中的溫熱制冷劑合并；并且輔助溫熱制冷劑出ロ管線中的溫熱制冷劑與主要溫熱制冷劑出口管線中的溫熱制冷劑作為第一制冷劑從第一壓縮機排放。實施方式S :實施方式Q的天然氣加工設備，其中用于從至少ー個超導電組件排放第二制冷劑的流出制冷劑管線中的第二制冷劑被傳送至輔助制冷単元。實施方式T :實施方式Q的天然氣加工設備，其中輔助溫熱制冷劑出ロ管線中的溫熱制冷劑通過第二壓縮機，隨后在主要溫熱制冷劑出ロ管線中的溫熱制冷劑通過第一壓縮機之前與主要溫熱制冷劑出口管線中的溫熱制冷劑合并，從而提供輔助和主要制冷単元之間獨立的溫度控制。實施方式U :實施方式B-T任意ー項的天然氣加工設備，其中設備進一歩包括用于將來自主要制冷単元的獨立制冷劑作為第二制冷劑排放至至少ー個超導電組件的第二出口管線；并且獨立制冷劑具有不同于第一制冷劑的組成。實施方式V :實施方式U的天然氣加工設備，其中第二制冷劑具有獨立于第一制冷劑入ロ管線中的第一制冷劑控制的流入制冷劑管線中的冷卻溫度，以確保超導電設備在低于臨界溫度下操作。實施方式W :實施方式B-V任意ー項的天然氣加工設備，其中設備進一歩包括輔助制冷単元；輔助制冷単元獨立于主要制冷單元產生第二制冷劑；并且輔助制冷単元接收用于將第二制冷劑作為工作流體從至少一個超導電組件排放的流出制冷劑管線中的至少部分第二制冷劑。實施方式X :實施方式W任意ー項的天然氣加工設備，其中部分主要制冷劑被傳送至輔助制冷単元；主要溫熱制冷劑出口管線從主要制冷單元排放溫熱制冷劑；主要溫熱制冷劑出口管線從輔助制冷單元排放溫熱制冷劑；用于來自主要和輔助制冷単元的主要溫熱制冷劑的出ロ管線合并為組合的溫熱制冷劑出ロ管線；第一壓縮機提供用于將組合的溫 熱制冷劑出ロ管線中的溫熱制冷劑再次壓縮，組合的溫熱制冷劑出口管線中的溫熱制冷劑被部分地冷卻，井隨后作為第一制冷劑循環回到主要制冷単元，以及循環回到輔助制冷單元；以及第二壓縮機提供用于將流出制冷劑管線中的第二制冷劑再次壓縮，第二制冷劑被部分地冷卻井隨后循環回到主要制冷単元。實施方式Y :實施方式U-X任意ー項的天然氣加工設備，其中設備進一歩包括用于將溫熱制冷劑從主要制冷單元排放的主要溫熱制冷劑出ロ管線；用于將主要溫熱制冷劑出口管線中的溫熱制冷劑再次壓縮的第一壓縮機，主要溫熱制冷劑出口管線中的溫熱制冷劑被部分地冷卻井隨后作為第一制冷劑循環回到主要制冷単元；以及用于將流出制冷劑管線的第二制冷劑再次壓縮的第二壓縮機，第二制冷劑被部分地冷卻井隨后循環回到主要制冷單元。實施方式Z :實施方式B-Y任意ー項的天然氣加工設備，其中用于將至少ー個超導電組件保持在臨界溫度以下的第二制冷劑包括來自天然氣出口管線的部分的液化天然氣；部分的液化天然氣作為滑流從天然氣出口管線移出；并且滑流與用于將第二制冷劑輸送至至少ー個超導電組件的流入制冷劑管線流體連通。實施方式AA :實施方式Z的天然氣加工設備，其中設備進ー步包括用于將溫熱制冷劑從主要制冷單元排放的主要溫熱制冷劑出口管線；用于將主要溫熱制冷劑出ロ管線中的溫熱制冷劑再次壓縮的第一壓縮機，溫熱制冷劑被部分地冷卻井隨后作為第一制冷劑循環回到主要制冷単元；以及用于將流出制冷劑管線的第二制冷劑再次壓縮的第二壓縮機，第二制冷劑被(i)循環回到主要制冷単元用于再冷卻，( )用作設備的燃料氣體，或者
(iii)(i)和(ii)。實施方式BB:實施方式AA的天然氣加工設備，其中天然氣出口管線中的液化天然氣包括重烴重烴被從將第二制冷劑輸送至至少ー個超導電組件的冷卻管線去除；去除的重烴被再次引入到天然氣入口管線。實施方式CC :實施方式AA的天然氣加工設備，其中流出制冷劑管線中的第二制冷劑循環回到主要制冷単元。實施方式DD :實施方式A-CC任意ー項的天然氣加工設備，其中設備進ー步包括末端閃蒸系統，其(i)接收來自天然氣出口管線的液化天然氣；(ii)臨時儲存液化天然氣；
(iii)將大部分的液化天然氣輸送至越洋船舶或更持久的岸上儲存設備；以及(iv)通過末端閃蒸管線排放末端閃蒸氣體；并且其中第二制冷劑在冷卻至少ー個超導電組件后被傳送至末端閃蒸系統。 實施方式EE:實施方式DD的天然氣加工設備，其中末端閃蒸氣體循環回到主要制冷單元。實施方式FF :實施方式Z的天然氣加工設備，其中流出制冷劑管線中的第二制冷劑與末端閃蒸氣體合并。實施方式GG:實施方式B-FF任意ー項的天然氣加工設備，其中天然氣出口管線中的液化天然氣在主要制冷単元中被過冷至低于至少一個超導電組件的臨界溫度；至少部分的過冷的液化天然氣被用作第二制冷劑；流出制冷劑管線中的第二制冷劑被引入到末端閃蒸系統，該末端閃蒸系統(i)接收來自流入制冷劑管線的液化天然氣；(ii)臨時儲存液化天然氣；(iii)將大部分的液化天然氣輸送至越洋船舶或更持久的岸上儲存設備；以及
(iv)通過末端閃蒸管線排放末端閃蒸氣體。實施方式HH :實施方式A-GG任意ー項的天然氣加工設備,進ー步包括用于容納制冷劑源的儲存裝置；以及用于在設備的啟動期間冷卻制冷劑源并將制冷劑源釋放至超導電組件的膨脹裝置。實施方式II :實施方式A-HH任意ー項的天然氣加工設備，進一歩包括出口管線，其用于將來自流出制冷劑管線中第二制冷劑的氣體排放，并且(i)輸送氣體作為設備的燃料，( )將氣體輸送回主要制冷単元用于再次液化，或(iii)排出氣體。實施方式JJ :實施方式AA的天然氣加工設備，其中將汽化的天然氣從LNG儲罐、從裝載管線、從在LNG船裝載期間置換的蒸汽或其組合中回收，并且在供給第二壓縮機之前與第二制冷劑出口管線合井。實施方式KK:實施方式A-JJ任意ー項的天然氣加工設備，其中來自天然氣出口管線的液化天然氣產生LNG末端閃蒸氣體；并且第二制冷劑通過在與(i)LNG末端閃蒸氣體，(ii) LNG儲罐的沸騰產生的氣體，(iii)從裝載管線中的汽化天然氣產生的氣體，(iv)在LNG船裝載期間置換的氣體，或(V)其組合的熱交換中變冷來冷卻。實施方式LL:實施方式A-KK任意ー項的天然氣加工設備，其中與通過使用常規的電組件經歷的相比，超導使用的電效率提高至少1%，或至少I. 5%，或至少2%，或至少3%，包括就(i)每單位功率的LNG，(ii)每單位燃料需求的LNG，或(iii)每單位排放物的LNG而言提高天然氣液化的效率。盡管顯然的是對本文描述的發明進行了充分考慮以實現上面提到的益處和優點，但是應當理解的是本發明易于進行修改、變化和改變，而不脫離其精神。
權利要求
1.天然氣加工設備，包括 電源； 主要加工単元，其用于將液化天然氣溫熱或將天然氣冷卻至液化的溫度； 第一制冷劑入口管線，其用于將熱交換介質輸送至所述主要加工単元； 天然氣入口管線，其用于將天然氣輸送至所述主要加工単元； 天然氣出口管線； 至少ー個超導電組件，其包含超導材料以便與通過使用非超導的電組件經歷的相比，所述組件的電效率提高至少1%; 流入制冷劑管線，其用于將制冷劑輸送至所述至少ー個超導電組件以將所述至少ー個超導電組件保持在臨界溫度以下；以及 流出制冷劑管線，其用于將所述制冷劑從所述至少一個超導電組件排放。
2.權利要求I所述的天然氣加工設備，其中所述設備是天然氣液化設備，所述主要加エ單元是主要制冷単元，所述熱交換介質是第一制冷劑，所述天然氣出口管線用于將基本液化的天然氣從所述主要制冷單元排放。
3.權利要求I所述的天然氣加工設備，其中所述電源包括電網、至少一個燃氣輪發電機、蒸汽輪機發電機、柴油發電機或其組合。
4.權利要求I所述的天然氣加工設備，其中來自所述天然氣入口管線的所述天然氣在進入所述主要加工單元中之前被預冷卻。
5.權利要求2所述的天然氣加工設備，其中所述主要制冷単元是最終制冷単元。
6.權利要求I所述的天然氣加工設備，其中所述至少一個超導電組件包括ー個或多個電機、一個或多個發電機、一個或多個變壓器、一個或多個開關裝置、ー個或多個變速驅動器、ー個或多個輸電導體或其組合。
7.權利要求I所述的天然氣加工設備，進一歩包括離岸單元，其用于支持用于液化或汽化天然氣的所述設備，所述離岸単元包括浮動的容器、船形的容器或建立在海底上的機械結構。
8.權利要求I所述的天然氣加工設備，其中所述超導電組件(i)比同等非超導組件的重量至少輕大約三分之一 ；(ii)具有比同等非超導組件的占地至少小大約三分之一的占地；或Qii)兩者都包括。
9.權利要求6所述的天然氣加工設備，其中 所述至少一個超導電組件包括用于使軸轉動的電機；并且 所述軸使用于壓縮或泵送所述設備中制冷劑流或其它流體流的壓縮機或泵的機械組件轉動。
10.權利要求2所述的天然氣加工設備，其中 所述設備包括多個用于壓縮或泵送所述設備中制冷劑流或其它流體流的壓縮機和栗; 所述至少一個超導電組件包括多個用于轉動各自軸的電機；并且 所述各自軸轉動相應的用于壓縮或泵送所述設備中制冷劑或其它流體流的壓縮機或泵的機械組件。
11.權利要求2所述的天然氣加工設備，其中用于將所述至少一個超導電組件保持在臨界溫度以下的所述制冷劑包括液化天然氣、甲烷、こ烷、こ烯、丙烷、丁烷、戊烷、氮或這些組分的混合物。
12.權利要求11所述的天然氣加工設備，進一歩包括制冷劑滑移管線，所述制冷劑滑移管線將一部分的所述第一制冷劑輸送至用于將第二制冷劑輸送至所述至少ー個超導電組件的所述流入制冷劑管線；并且其中所述第一制冷劑和所述第二制冷劑是相同的制冷齊 。
13.權利要求12所述的天然氣加工設備，其中 所述設備進ー步包括用于從所述主要制冷單元排放溫熱制冷劑的溫熱制冷劑出口管線，和壓縮機，其用于將所述溫熱制冷劑出口管線中的所述溫熱制冷劑在循環回到所述主要制冷単元作為部分所述第一制冷劑之前再次壓縮；并且 來自所述溫熱制冷劑出口管線的所述溫熱制冷劑與所述流出制冷劑管線中的所述第ニ制冷劑合并，所述流出制冷劑管線用于從所述至少ー個超導電組件排放所述第二制冷齊 ，以便所述溫熱制冷劑和所述第二制冷劑一起通過所述壓縮機。
14.權利要求2所述的天然氣加工設備，進一歩包括 輔助制冷單兀； 流入制冷劑滑移管線，所述流入制冷劑滑移管線從所述第一制冷劑入口管線移出部分的所述第一制冷劑，并將所述部分的所述第一制冷劑作為第三制冷劑輸送至所述輔助制冷單元；以及 流出制冷劑滑移管線，其用于將部分的所述第三制冷劑輸送至用于將所述第二制冷劑輸送至所述至少一個超導電組件的所述流入制冷劑管線。
15.權利要求14所述的天然氣加工設備，其中所述第三制冷劑和所述第二制冷劑是相同的制冷劑。
16.權利要求14所述的天然氣加工設備，其中所述輔助制冷単元的運行獨立于所述主要制冷単元進行控制。
17.權利要求14所述的天然氣加工設備，其中 所述主要制冷単元包括用于將溫熱制冷劑從所述主要制冷單元排放的主要溫熱制冷劑出口管線； 所述輔助制冷単元包括用于將溫熱制冷劑從所述輔助制冷單元排放的輔助溫熱制冷劑出口管線；以及 第一壓縮機，其用于將所述主要溫熱制冷劑出口管線中的所述溫熱制冷劑在循環回到所述主要制冷単元之前再次壓縮。
18.權利要求17所述的天然氣加工設備，其中 在所述溫熱制冷劑出口管線中的所述主要溫熱制冷劑在所述第一壓縮機中再次壓縮之前，所述輔助溫熱制冷劑出ロ管線中的所述溫熱制冷劑與所述主要溫熱制冷劑出ロ管線中的所述溫熱制冷劑合并；并且 所述輔助溫熱制冷劑出口管線中的所述溫熱制冷劑與所述主要溫熱制冷劑出口管線中的所述溫熱制冷劑作為所述第一制冷劑從所述第一壓縮機排放。
19.權利要求17所述的天然氣加工設備，其中用于從所述至少ー個超導電組件排放所述第二制冷劑的所述流出制冷劑管線中的所述第二制冷劑被傳送至所述輔助制冷単元。
20.權利要求17所述的天然氣加工設備，其中 所述輔助溫熱制冷劑出ロ管線中的所述溫熱制冷劑通過第二壓縮機，隨后在所述主要溫熱制冷劑出口管線中的所述溫熱制冷劑通過所述第一壓縮機之前與所述主要溫熱制冷劑出口管線中的所述溫熱制冷劑合并，從而提供所述輔助制冷単元和所述主要制冷単元之間獨立的溫度控制。
21.權利要求2所述的天然氣加工設備，其中 所述設備進ー步包括用于將來自所述主要制冷単元的獨立制冷劑作為所述第二制冷劑排放至所述至少一個超導電組件的第二出口管線；并且所述獨立制冷劑具有不同于所述第一制冷劑的組成。
22.權利要求21所述的天然氣加工設備，其中所述第二制冷劑具有獨立于所述第一制冷劑入口管線中的所述第一制冷劑控制的所述流入制冷劑管線中的冷卻溫度，以確保所述超導電設備在低于所述臨界溫度下操作。
23.權利要求21所述的天然氣加工設備，其中 所述設備進ー步包括輔助制冷単元； 所述輔助制冷単元獨立于所述主要制冷單元產生所述第二制冷劑；并且所述輔助制冷単元接收用于將所述第二制冷劑作為工作流體從所述至少ー個超導電組件排放的所述流出制冷劑管線中的至少部分所述第二制冷劑。
24.權利要求23所述的天然氣加工設備，其中 部分的所述主要制冷劑被傳送至所述輔助制冷単元； 主要溫熱制冷劑出ロ管線從所述主要制冷單元排放溫熱制冷劑； 主要溫熱制冷劑出ロ管線從所述輔助制冷單元排放溫熱制冷劑； 用于來自所述主要制冷単元和輔助制冷単元的所述主要溫熱制冷劑的所述出口管線合并為組合的溫熱制冷劑出口管線； 第一壓縮機提供用于將所述組合的溫熱制冷劑出口管線中的所述溫熱制冷劑再次壓縮，所述組合的溫熱制冷劑出口管線中的所述溫熱制冷劑被部分地冷卻，井隨后作為所述第一制冷劑循環回到所述主要制冷単元，以及循環回到所述輔助制冷単元；以及 第二壓縮機提供用于將所述流出制冷劑管線中的所述第二制冷劑再次壓縮，所述第二制冷劑被部分地冷卻井隨后循環回到所述主要制冷単元。
25.權利要求21所述的天然氣加工設備，其中所述設備進ー步包括 用于將溫熱制冷劑從所述主要制冷單元排放的主要溫熱制冷劑出ロ管線； 用于將所述主要溫熱制冷劑出口管線中的所述溫熱制冷劑再次壓縮的第一壓縮機，所述主要溫熱制冷劑出口管線中的所述溫熱制冷劑被部分地冷卻井隨后作為所述第一制冷劑循環回到所述主要制冷単元；以及 用于將所述流出制冷劑管線的所述第二制冷劑再次壓縮的第二壓縮機，所述第二制冷劑被部分地冷卻井隨后循環回到所述主要制冷単元。
26.權利要求20所述的天然氣加工設備，其中 用于將所述至少一個超導電組件保持在臨界溫度以下的所述第二制冷劑包括來自所述天然氣出口管線的部分的所述液化天然氣；所述部分的所述液化天然氣作為滑流從所述天然氣出ロ管線移出；并且所述滑流與用于將所述第二制冷劑輸送至所述至少一個超導電組件的所述流入制冷劑管線流體連通。
27.權利要求26所述的天然氣加工設備，其中所述設備進ー步包括 用于將溫熱制冷劑從所述主要制冷單元排放的主要溫熱制冷劑出ロ管線；用于將所述主要溫熱制冷劑出口管線中的所述溫熱制冷劑再次壓縮的第一壓縮機，所述溫熱制冷劑被部分地冷卻井隨后作為所述第一制冷劑循環回到所述主要制冷単元；以及用于將所述流出制冷劑管線的所述第二制冷劑再次壓縮的第二壓縮機，所述第二制冷劑被(i)循環回到所述主要制冷単元用于再冷卻，( )用作所述設備的燃料氣體，或(iii)(i)和Qi)兩者。
28.權利要求27所述的天然氣加工設備，其中 所述天然氣出ロ管線中的所述液化天然氣包括重烴； 所述重烴被從將所述第二制冷劑輸送至所述至少一個超導電組件的冷卻管線去除；并且 所去除的重烴被再次引入到所述天然氣入口管線。
29.權利要求27所述的天然氣加工設備，其中所述流出制冷劑管線中的所述第二制冷劑循環回到所述主要制冷単元。
30.權利要求27所述的天然氣加工設備，其中所述設備進ー步包括 末端閃蒸系統，其(i)接收來自所述天然氣出口管線的所述液化天然氣；(ii)臨時儲存所述液化天然氣；(iii)將大部分的所述液化天然氣輸送至越洋船舶或更持久的岸上儲存設備；以及(iv)通過末端閃蒸管線排放末端閃蒸氣體；并且 其中所述第二制冷劑在冷卻所述至少一個超導電組件后被傳送至所述末端閃蒸系統。
31.權利要求30所述的天然氣加工設備，其中所述末端閃蒸氣體循環回到所述主要制冷單元。
32.權利要求20所述的天然氣加工設備，其中所述流出制冷劑管線中的所述第二制冷劑與所述末端閃蒸氣體合井。
33.權利要求20所述的天然氣加工設備，其中 所述天然氣出口管線中的所述液化天然氣在所述主要制冷単元中被過冷至低于所述至少ー個超導電組件的臨界溫度； 至少部分的所過冷的液化天然氣被用作所述第二制冷劑； 所述流出制冷劑管線中的所述第二制冷劑被引入到末端閃蒸系統，所述末端閃蒸系統(i)接收來自所述流入制冷劑管線的所述液化天然氣；(ii)臨時儲存所述液化天然氣；(iii)將大部分的所述液化天然氣輸送至越洋船舶或更持久的岸上儲存設備；以及(iv)通過末端閃蒸管線排放末端閃蒸氣體。
34.權利要求I所述的天然氣加工設備，進ー步包括 儲存裝置，其用于容納制冷劑源； 膨脹裝置，其用于在所述設備的啟動期間冷卻所述制冷劑源并將所述制冷劑源釋放至所述超導電組件。
35.權利要求2所述的天然氣加工設備，進一歩包括出口管線，其用于將來自所述流出制冷劑管線中的所述第二制冷劑的氣體排放，并且(i)輸送所述氣體作為所述設備的燃料，(ii)將所述氣體輸送回所述主要制冷單元以再次液化，或(iii)排出所述氣體。
36.權利要求27所述的天然氣加工設備，其中將汽化天然氣從LNG儲罐、從裝載管線、從在LNG船的裝載期間置換的蒸汽或其組合中回收，并且在供給所述第二壓縮機之前與所述第二制冷劑出口管線合井。
37.權利要求2所述的天然氣加工設備，其中 來自所述天然氣出ロ管線的所述液化天然氣產生LNG末端閃蒸氣體；并且 所述第二制冷劑通過在與(i)LNG末端閃蒸氣體，(ii)LNG儲罐的沸騰產生的氣體，(iii)從裝載管線中的汽化天然氣產生的氣體，(iv)在LNG船裝載期間排出的氣體，或(V)其組合的熱交換中變冷來冷卻。
38.權利要求2所述的天然氣加工設備，其中與通過使用常規的電組件經歷的相比，超導使用的電效率提高至少百分之一包括就(i)每單位功率的LNG，(ii)每單位燃料需求的LNG，或(iii)每單位排放物的LNG而言提高天然氣液化效率。
全文摘要
提供了用于天然氣液化或再氣化的天然氣加工設備。該設備包括主要加工單元，例如制冷單元，用于將天然氣溫熱或冷卻到至少液化的溫度。設備還具有并入設備的超導電組件。超導電組件包含超導材料，以便與通過使用常規的電組件經歷的相比，設備的電效率提高至少1%。超導電組件可以是一個或多個電機、一個或多個發電機、一個或多個變壓器、開關裝置、一個或多個輸電導體、變速驅動器或其組合。
文檔編號F25J1/00GK102725604SQ201180007396
公開日2012年10月10日 申請日期2011年1月6日 優先權日2010年1月27日
發明者E·D·納爾遜, J·B·斯頓, P·C·拉斯馬森, S·O·厄普特格魯夫 申請人:埃克森美孚上游研究公司