用于液化气体的方法和设备
阅读说明：本技术 用于液化气体的方法和设备 (Method and apparatus for liquefying gas ) 是由 B·海因茨 M·卡曼 F·卡默迈尔 于 2020-03-12 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种用于液化气体的方法,其中使所述气体在与制冷剂的间接热交换中经受冷却,并且使所述制冷剂的至少一部分在与所述气体的热交换后经受使用产生废热的驱动装置(GT1)的压缩以及部分或完全液化。在所述部分或完全液化后,使所述制冷剂的第一部分经受与所述气体的热交换,并且使所述制冷剂的第二部分依次经受加压、使用所述驱动装置(GT1)的所述废热的加热和做功膨胀,并且在此之后再次输送至所述部分或完全液化。本发明还涉及对应的设备。(The invention relates to a method for liquefying a gas, wherein the gas is subjected to cooling in indirect heat exchange with a refrigerant, and at least a part of the refrigerant is subjected to compression using a drive (GT1) generating waste heat and partial or complete liquefaction after heat exchange with the gas. After the partial or complete liquefaction, subjecting a first portion of the refrigerant to heat exchange with the gas, and sequentially subjecting a second portion of the refrigerant to pressurization, heating and work expansion using the waste heat of the drive (GT1), and thereafter again to the partial or complete liquefaction. The invention also relates to a corresponding device.)
本发明涉及一种用于液化气体，特别是天然气的方法和一种根据独立权利要求的相应前序部分所述的对应的设备。
背景技术
用于天然气液化的方法和设备是已知的，并且例如在Ullmann′s Encyclopediaof Industrial Chemistry于2006年7月15日在线出版的文章“Natural Gas”，DOI：10.1002/14356007.a17_073.pub2，特别是第3节“Liquefaction”，或在Wang和Economides所著“Advanced Natural Gas Engineering”，G ü lt Publishing 2010，DOI：10.1016/C2013-0-15532-8，特别是第6章“Liquefied Natural Gas(LNG)”中进行了描述。
特别地，在天然气液化时可使用由不同碳氢化合物成分和氮组成的混合制冷剂。例如，在此可使用一个、两个甚至三个混合制冷剂循环(英语：Single Mixed Refrigerant，SMR；Dual Mixed Refrigerant，DMR；Mixed Fluid Cascade，MFC)。具有丙烷预冷(C3MR)或更普遍地使用纯物质制冷剂的混合制冷剂循环(见下文)也是已知的。
虽然下面主要是参照天然气的液化来描述本发明，但所提出的措施原则上也适用于其他气体混合物的液化。天然气和对应的其他气体混合物特别地可具有70摩尔百分比以上，优选地90摩尔百分比以上的甲烷，并且在残留的剩余物中(主要)具有非碳氢化合物气体，如氮和酸性气体。较高的碳氢化合物，特别是乙烷，也可能包含在内。较高的碳氢化合物，如乙烷、丙烷、丁烷等，含量优选地低于10摩尔百分比。例如，可在实际液化的上游去除此类较高的碳氢化合物。用于液化的天然气或其他气体混合物优选地基本上不含水和/或二氧化碳。
天然气液化方法是能源密集型的。根据所选择的技术而定，进料气体中所包含的介于5％与15％之间的能量被内部消耗，以产生所需的制冷。过程效率的提高往往导致额外的投资，因为必须使用技术上更复杂的系统。
大型制冷循环压缩机通常由燃气涡轮机驱动，而燃气涡轮机仅将30％至45％的燃料气体能量，即其热值，转化为机械轴功率。其余的，即55％至70％的能量，如果不利用涡轮机废气的废热，就会损失。
要利用涡轮机废气的废热，存在不同的方案。简单的系统包括以过程热的形式回收废热，例如在热油系统中，该热油系统将涡轮机废气中的热量转移到例如胺洗涤器中再生柱的再沸器、干燥器的再生气体加热器或对应温度水平上的任何其他热用户。
更复杂的废热利用系统包括封闭式蒸汽循环。由废热产生的蒸汽可在蒸汽涡轮机中做功膨胀。利用对应的蒸汽涡轮机，可驱动任何制冷循环压缩机，包括例如那些利用例如丙烷、二氧化碳或氨作为制冷剂的预冷循环的压缩机。还可以对主压缩机的燃气涡轮机提供支持。
人们总体上希望提高天然气液化和其他气体液化方法的效率，而不需要费时费力地安装基于额外的工作流体，如蒸汽的循环。
发明内容
在此背景下，本发明提出具有独立权利要求的特征的一种方法和一种设备。本发明的实施方案是各自从属权利要求以及以下说明的主题。
在本发明的上下文中，提出了一种用于液化气体的方法，其中使气体经受与制冷剂的热交换，并且使制冷剂的至少一部分在与气体进行热交换后，在其中特别地可使制冷剂至少部分地蒸发，经受使用产生废热的驱动装置的压缩以及部分或完全液化。因此，在本发明的上下文中使用制冷剂循环，该制冷剂循环包括已知的步骤：在循环中加热和蒸发(相对于待冷却的流体，在这种情况下是待液化的气体)、重新压缩(使用产生废热的驱动装置)和(部分)冷凝。
一般来说，凡是在下文中提到的“蒸发”，都是指部分或完全蒸发。对应地，“冷凝”也应理解为部分或完全冷凝，即使在每种情况下没有明确说明。在此，制冷剂“与气体”的热交换能够以气体和制冷剂之间的间接热交换的形式，没有中间连接的另一制冷剂，即经由热交换器的共同热交换面，但也经由额外的制冷剂进行。因此，如果经由另一制冷剂从气体中提取热量，并且利用这里考虑的制冷剂对该另一制冷剂进行预冷，那么也会发生“与气体”的热交换。术语“热交换”在这里总是与科学上更正确的术语“热传递”同义使用，并且术语“热交换器”与术语“热传递设备”同义使用。
在这方面同样众所周知的是，加热和蒸发、再压缩和(部分)液化可以任何(压力或温度)级的形式进行，或以多股分流彼此平行的形式进行，其中对应的分流可在任何位置处相互结合或由一个输出流形成。本发明在此特别地涉及封闭式制冷剂循环，如它在用于天然气液化时在开头所述的现有技术中已知的那样。
根据本发明，在制冷剂部分或完全液化后，使制冷剂的第一部分按刚才阐述的意义经受与气体的热交换，而使制冷剂的第二部分依次经受加压(液态)、使用驱动装置的废热的加热(特别是过热)和做功膨胀，并且再次输送至部分或完全液化。换句话说，因而使制冷剂的第二部分，在其做功膨胀后，在其中特别地进行蒸发，返回到制冷剂循环中，并且在此特别地与制冷剂的第一部分结合，该第一部分先前经受了与气体的热交换并且在此也被蒸发。一个子循环就这样产生了。原则上，在此可使第二部分在任何位置处再次返回到制冷剂循环中并且与第一部分结合；具体位置继续在下文中阐述。
因此，换句话说，本发明涉及一种气体液化方法，在其中将至少一台压缩机用于制冷剂循环中，该制冷剂循环用于提供制冷。压缩机的驱动装置产生废热。特别地，将燃气涡轮机用作驱动装置，从而特别地利用涡轮机废气提供废热，该涡轮机废气从燃气涡轮机的膨胀级中提取。在本发明中，对制冷剂的一股分流，即前述的“第二部分”，进行做功膨胀。在做功膨胀前将该第二部分进一步加压和加热，以便制冷剂能够接收燃气涡轮机的涡轮机废气或其他废热载体中包含的废热。通过做功膨胀，将通过利用废热而获得的加热的，特别是过热的制冷剂用作能量源，从而使得可将废热以这种方式转化为另一种能量形式。做功膨胀时做的功可如下文所阐述的那样加以利用。作功膨胀也可在两级或更多级中在有或没有中间过热的情况下使用废热进行。
在本发明的上下文中，如下文在实施方案中所阐述的那样，特别地设置为，使用做功膨胀时做的功压缩相同的制冷剂或不同的制冷剂。尽管在下面的实施方案中，借助做功膨胀时做的功驱动特定的压缩机，但不排除也可通过这种方式驱动其他压缩机。在本发明的具体实施方案中，在某些情况下，例如，制冷剂循环中各自压缩到最高压力的压缩机(图中用C2标示)与对应的膨胀机耦合。但是，替代性地，任何其他被适配为压缩到较低压力的压缩机或压缩机级(图中用C1、C1A或C1B标示)也可经由做功膨胀进行驱动。同样地，操作并联压缩机也是可行的，其中一个借助做功膨胀时做的功来驱动，并且另一个通过其他方式来驱动，并且这些压缩机压缩制冷剂的平行的分流。
在本发明的不同的实施方案中，也可将膨胀时做的功至少部分地用于驱动发电机。
在中等规模的、年产能例如为大约0.3至2百万吨的天然气液化设备中，经常使用前述的SMR循环，因为在其中需要的组件数量有限，而且有合理的热力学效率。然而，如果可能的能源节约不能补偿额外的成本，那么利用涡轮机废热的蒸汽设备的投资成本对于这样的设备规模来说不一定是经济的。本发明特别地适用于此类情况，并在此创造了废热利用的一种替代性的和有利的可能性。通过使用本发明，SMR过程的效率可提高至少10至15个百分点，方式是：对应地降低用于驱动制冷剂压缩机的燃气涡轮机的负荷。
另一方面，本发明也可有利地用于更大规模的天然气液化，例如在年产能约为2至10百万吨的设备中。在此类设备中，典型地需要一个以上的制冷剂压缩机来实现上述产能。各种制冷剂压缩机的最佳转速在此不一定相似或相同，从而使得如果要借助一个共同的燃气涡轮机驱动各个压缩机，必要时必须在各个压缩机之间使用齿轮传动装置。然而，即使使用多个独立的燃气涡轮机，每个压缩机所需的轴功率也可能存在不平衡现象。在某些情况下，可在此有利地利用本发明，方式是：使用做功膨胀时做的功协助驱动，并且从而补偿转速或功率的不平衡。
特别地，在根据本发明的方法中，可在一个或多个混合制冷剂循环中使用混合制冷剂作为制冷剂。制冷剂混合物典型地由具有1至5个碳原子的轻烃和不超过20摩尔百分比的氮组成。本发明可用于前述SMR，但也可用于DMR、MFC或C3MR制冷循环以及其他制冷循环，其中除混合制冷剂之外还使用纯物质制冷剂，如它们基本上在开头引用的现有技术中已知的那样。在这里，“纯物质制冷剂”被理解为这样的制冷剂，它具有至少95摩尔百分比，特别地至少99摩尔百分比的单一碳氢化合物，特别是乙烷、乙烯、丙烷或丙烯，或具有适当蒸汽压力曲线的其他化合物，如氨或二氧化碳，或主要由其组成。如果下面也提到例如“丙烷”或“丙烷制冷循环”，那么这方面的阐述应始终理解为它们通常也是指纯物质制冷剂。对特定纯物质的提及仅用于图解说明。对应的纯物质制冷剂在此特别地可以是那些通过所阐述的方式进行处理的制冷剂，即由该制冷剂以对应的分流的形式形成第一部分和第二部分。
如多次提到的，在本发明的上下文中，特别地可使用天然气或使用天然气形成的气体混合物(例如脱酸、干燥的天然气和/或清除了低沸点碳氢化合物，特别是具有三个或更多碳原子的碳氢化合物的天然气)作为待液化的气体和/或可使用燃气涡轮机作为产生废热的驱动装置。
在本发明的实施方案中会产生特别的优势的是，在相同制冷剂的压缩时除了驱动装置还使用做功膨胀时做的功，该制冷剂同样做功膨胀，并且使用该制冷剂形成第一和第一部分。通过这种方法，便可为原本用于压缩的驱动装置减轻负荷，即减去做功膨胀时做的功，并且产生对应的能源节约，这直接归功于对废热的利用。由此，稍后对应地做功膨胀的制冷剂的第二部分的液体加压需要的能量相对来说要少得多。下面将首先阐述此类实施方案。
在本发明的上下文中，即在第一组实施方案中，只使用混合制冷剂，但不使用上述意义上的纯物质制冷剂。在这种情况下，然而完全也可以是这样的实施方案，即在其中使用混合制冷剂进行预冷。在该第一组实施方案中，制冷剂的压缩特别地包括第一压力水平上的第一压缩步骤和第二压力水平上的第二压缩步骤，第二压力水平特别地高于第一压力水平，其中在第一压缩步骤中使用驱动装置，在第二压缩步骤中使用做功膨胀时做的功。因而，特别地可使用一个或多个第一压缩机或一个或多个第一压缩机级执行第一压缩步骤，该压缩机或该压缩机级至少部分地使用驱动装置来驱动，并且特别地可使用一个或多个第二压缩机或压缩机级执行第二压缩步骤，该压缩机或该压缩机级至少部分地使用做功膨胀时做的功来驱动。在此，第二压缩步骤特别地不使用产生废热的驱动装置来驱动，而是有利地只使用做功膨胀时做的功。通过这种方式，两个压缩步骤都可由可独立操作的机器来实现，并且不需要机械耦合。如下文还将阐述的那样，也可在任何其他位置处对应地利用做功膨胀时做的功。
在本发明的上下文中，在一个优选的实施方案中，以下也称为“第一实施方案”，可使制冷剂至少部分地经受第一压缩步骤，并且随后至少部分地经受第一部分液化以获得第一液体馏分和第一气体馏分，其中在该第一实施方案中使第一气体馏分至少部分地经受第二压缩步骤，并且随后至少部分地经受第二部分液化以获得第二液体馏分和第二气体馏分。在该第一实施方案中，特别地可使全部制冷剂经受第一压缩步骤，在该制冷剂在与待液化的气体的热交换中蒸发之后。因此，可简单地并且在不必付出大的额外努力的情况下使用该方法连同已知的方法用于气体液化，在该方法中设置有对应的步骤。参考所引用的现有技术。
在该第一实施方案中，特别地使用唯一一台压缩机执行第一压缩步骤，该压缩机虽然在必要时是多级的，但不会将制冷剂压缩到不同的压力，该压缩机在相关附图中始终标示有附图标号C1。在该实施方案和后面的实施方案中，特别地使用独立于第一压缩步骤操作的压缩机执行第二压缩步骤，该压缩机在附图中始终标示有附图标号C2。
在第一实施方案中，可使制冷剂的第二部分在其做功膨胀之后至少部分地与第一压缩步骤中压缩的制冷剂结合，在使后者冷却以进行第一部分液化之前。通过这种方式，可使制冷剂的第二部分返回到制冷剂循环中，并且在那里再次经受所需的压缩和冷凝步骤。
特别地，可使根据本发明在第一实施方案中使用的制冷剂的第二部分处于液体状态，以便随后从10至40bar的压力水平膨胀到60至120bar的压力水平。通过借助废热进行加热，特别地将温度水平从10至50℃加热到200至400℃。例如，作为驱动装置使用的燃气涡轮机的涡轮机废气或其他物质流可在400至600℃时存在。在第一实施方案中，特别地从前述的压力水平或更高的压力水平开始做功膨胀到10至40bar的压力水平，从而温度特别地降低约30至100℃。在第一实施方案中，第一压缩步骤可特别地在10至40bar的压力水平上进行，并且第二压缩步骤在30至70bar的压力水平上进行。各自随后的部分冷凝步骤在此特别地各自在10至50℃的温度水平上进行。最终被输送至做功膨胀的制冷剂的第二部分特别地包括第一液体馏分的40％至80％。
在第一实施方案中，可使制冷剂的第二部分在其做功膨胀之前部分或完全地经受与已经经受了做功膨胀的制冷剂的第二部分或其一部分(即至少部分地经受“与自身”)的间接热交换，在使后者与第一气体馏分结合之前。
如果仅使制冷剂的第二部分部分地经受与自身的前述热交换，则以第二部分的第一分流的形式进行热交换，而不使第二部分的第二分流经受与自身的热交换。可使第一和第二分流彼此分开地经受使用废热的加热并且特别地加热到不同的温度水平，并且在此之后，以及在做功膨胀之前，再次相互结合。因而，例如可将第二部分的第一分流在第一废热交换器中利用涡轮机废热加热到较高的温度水平，其中将燃气涡轮机的已经部分冷却的废气输送至第二废热交换器，在其中可将第二分流加热到较低的温度水平。通过这种方式，可为后续的进一步加热进行有利的预热，或为对第一气体馏分在其压缩后的后续进料进行冷却。
在根据本发明的方法中，在第一实施方案中，可使第二液体馏分至少部分地膨胀，并且在第一压缩步骤的下游与制冷剂或其一部分在对应的冷却之后结合，在使该制冷剂相分离之前。
对于与制冷剂间接热交换中的气体的冷却，在第一实施方案中，可使用具有多个部分的热交换器或多个热交换器，其中可将制冷剂的第一部分和第二气体馏分或其部分进一步冷却到不同的温度水平，并且在膨胀后再次加热。该热交换器或多个热交换器特别地可设计为缠绕管束热交换器或钎焊板热交换器，或包括多个这样的热交换器，也包括不同类型的热交换器。
例如，在第一实施方案中，可将制冷剂的第一部分和第二气体馏分或其各自的部分(对应的内容，虽未明确提及，也适用于下面提到的其他流体)在例如10至50℃的进口温度水平上输送至设计为缠绕式热交换器的热交换器，并且通过单独的热交换器管冷却。可将制冷剂的第一部分在低于进口温度水平的第一中间温度水平上例如-20至-60℃从热交换器提取、膨胀并且在壳侧再次输送至热交换器。在这种情况下，也可将第二气体馏分在第一中间温度水平上从热交换器提取，在该第一中间温度水平上它处于部分冷凝的形态。在热交换器外进行相分离后，将液相和气相在第一中间温度水平上彼此分开地再次输送至热交换器，并且通过单独的热交换器管进一步冷却。将液相在低于第一中间温度水平的第二中间温度水平上例如-70至-100℃提取、膨胀并在壳侧再次输送至热交换器。将气相在低于第二中间温度水平的第三中间温度水平上例如-120至-160℃提取、膨胀并同样在壳侧再次输送至热交换器。将通过这种方式在壳侧结合的流体再次输送至压缩处。
如果使用钎焊板热交换器，也可将制冷剂的第一部分和第二气体馏分或其各自的部分在上述范围内的进口温度水平上一起输送至热交换器，并且在共同的通道中冷却。在热交换器的冷端处在例如-120至-160℃的提取温度水平上进行提取后，可进行膨胀，并且使通过这种方式进一步冷却到例如-130至-170℃的温度水平的制冷剂通过单独的通道返回，并且在加热到进口温度水平范围内的温度水平后再次输送至压缩处。
在本发明的另一优选的实施方案中，以下也称为“第二实施方案”，第一压缩步骤可特别地设计得不同，并且使用两个压缩机级，即第一压缩机级和第二压缩机级来执行，然而，这些压缩机级有利地由提供废热的驱动装置共同驱动。第一压缩机级，也可在结构上以一台压缩机的多个压缩机级的形式设计而成，在附图中始终用附图标号C1A表示，对应设计的第二压缩机级用附图标号C1B表示。第二实施方案特别地涉及DMR过程。在该过程中有利地使用两个或三个热交换器或热交换器部分，它们各自可形成缠绕式热交换器或缠绕式热交换器的对应部分。在下文中，为简单起见，仅使用两个或三个“热交换器”这种表达，但其中也应包括一个共同的热交换器的对应部分。在此在待液化的气体温度下降的方向上，在这里使用的语言用法中，这些热交换器是第一、第二和第三热交换器。在具有三个热交换器的实施方案中，第一和第二热交换器在不同的蒸发压力下使用相同的制冷剂，并且因此也可合并，特别地在低成本的设备中，或者在这种设备中可省去第一热交换器。本发明也涉及此类方法和设备，即使下面没有单独提及，并且本发明是在具有三个热交换器的方法和设备的基础上描述的。
在第二实施方案中，将来自第一和第二热交换器的对应蒸发的制冷剂流分别在例如5至20bar和2至10bar的压力水平下输送至第一压缩步骤的第一压缩机级。在第一压缩步骤的第一压缩机级中，压缩到例如15至50bar，在第一压缩步骤的第二压缩机级中，压缩到例如40至80bar。在压缩级的下游，各自进行后冷却。由第一压缩机级中压缩的流体形成先前多次提到的制冷剂的第一或第二部分，该流体除了上述的制冷剂外，还可包括另外的制冷剂。第二部分也特别地包括其中的40％至80％。
将第一部分首先在管侧引导通过第一热交换器并在那里冷却到例如0至-20℃的温度水平。可在第一热交换器的下游使分流膨胀，并且在壳侧送入到第一热交换器中。该分流特别地代表了在第一热交换器中蒸发的全部制冷剂。在前述的只具有两个热交换器的实施方案中，省略了针对第一热交换器描述的措施。制冷剂的第一部分的非膨胀剩余部分可用于形成另一分流，该分流可用于单独的另一热交换器，以冷却在第一压缩步骤的第二压缩机级中压缩的流体，并且在此之后送至第一压缩步骤的第一压缩机级。将第一部分在此后还剩下的剩余部分首先在管侧引导通过第二热交换器并在此冷却到例如-30至-70℃的温度水平。现在可在第二热交换器的下游使该剩余部分膨胀，并且在壳侧送入到第二热交换器中。该剩余部分特别地代表了在第二热交换器中蒸发的全部制冷剂。
在第二实施方案中，可基本上通过对第一实施方案所阐述的方式对制冷剂的第二部分进行处理，并且将该第二部分特别地送至在第一压缩步骤的第一压缩机级中压缩的制冷剂中，在将该制冷剂进一步冷却和冷凝之前。通过这种方式循环引导该第二部分。可将在第一压缩步骤的第二压缩机级中压缩的制冷剂特别地输送至第二压缩步骤，并且在那里原则上如对第一实施方案所阐述的那样进行压缩。特别地，压缩到70至110bar的压力水平。使经过对应地压缩的制冷剂冷却，并且首先在管侧引导通过第一至第三热交换器进行进一步冷却。在其下游，使这部分制冷剂膨胀并在壳侧送入到第三热交换器中。该部分制冷剂特别地代表在第三热交换器中蒸发的全部制冷剂。
本发明的再另一优选的实施方案，以下也称为“第三实施方案”，包括使用两台压缩机执行第一压缩步骤，这两台压缩机现在有利地由两个分开的、提供废热的驱动装置来驱动。它们的操作方式与第二实施方案中的对应的压缩机级大致相同，并且因此采用对应的名称。第三实施方案也涉及DMR过程。有利的是，如在第二实施方案中那样，使用两个或三个热交换器或热交换器部分，从而使得上面的阐述继续适用。上述关于第二实施方案的特征和阐述也适用于第三实施方案，其中制冷剂的第一部分的在第一热交换器下游没有膨胀的剩余部分然而可选择地不用于形成另一分流，该另一分流用于冷却在第一压缩步骤的第二压缩机中压缩的流体。最终会做功膨胀的制冷剂的第二部分利用两个驱动装置的废热得以加热。
如前所述，在刚才阐述的实施方案中，在相同制冷剂的压缩时除了驱动装置还使用做功膨胀时做的功，该制冷剂同样做功膨胀，并且使用该制冷剂形成第一和第二部分，尽管该制冷剂在DMR循环中是在不同的循环中使用的。相反，在本发明的其他实施方案中会产生优势的是，使用做功膨胀时做的功压缩另一制冷剂，即并非压缩做功膨胀并用于形成第一和第二部分的相同制冷剂。为了更好地进行区分，做功膨胀并用于形成第一和第二部分的制冷剂被称为“第一”制冷剂，而另一制冷剂被称为“第二”制冷剂。
第一至第三实施方案是先前提到的第一组实施方案的部分，其中只使用混合制冷剂。在此涉及SMR和DMR循环，即也包括那些使用混合制冷剂进行预冷的循环。现在要阐述的第二组实施方案，包括在预冷循环中额外使用纯物质制冷剂的实施方案。因而主要涉及C3MR循环。
在第二组实施方案中，纯物质制冷剂的压缩在预冷循环中在第一压缩机或第一压缩机级中进行，该纯物质制冷剂在这里代表刚才阐述的意义上的“第一”制冷剂，而混合制冷剂在混合制冷剂循环中的压缩使用第二压缩机或第二压缩机级和第三压缩机或第三压缩机级以下文所阐述的方式进行，该混合制冷剂在此意义上代表“第二”制冷剂。利用做功膨胀时做的功驱动第三压缩机或第三压缩机级。仅为清楚起见，下文将使用压缩机这种表达，对此也可理解为压缩机级。
在本发明的一个对应的实施方案中，以下也称为“第四实施方案”，第一和第二压缩机(附图中的C1A和C1B)由两个分开的驱动装置来驱动，其中只有第二压缩机的驱动装置是提供废热(至少在可观和可用的程度上)的驱动装置，如燃气涡轮机。例如，第一压缩机可以电驱动，产生的废热量明显较少(且不可使用)。
与第二和第三实施方案不同的是，在第四实施方案中使用钎焊板热交换器和缠绕管束热交换器来冷却待液化的气体。如前所述，实现了两个分开的制冷剂循环，即一个用于预冷的具有纯物质制冷剂的纯物质循环和一个具有混合制冷剂的制冷剂循环。如已经提到的那样，纯物质制冷剂循环包括第一压缩机，而混合制冷剂循环包括第二和第三压缩机。
将纯物质循环的纯物质制冷剂以多个分流的形式输送到第一压缩机中并在那里压缩，这些分流特别地相对于来自第二压缩步骤的混合制冷剂进行加热，并且从而预冷混合制冷剂。在随后的冷却和液化之后，也在这里形成制冷剂的第一和第二部分。与先前所阐述的实施方案不同，第一和第二部分因而是由纯物质制冷剂，即“第一”制冷剂，而不是由混合制冷剂，即“第二”制冷剂形成的。使第一部分首先冷却，随后膨胀，相对于混合制冷剂加热，并且再次输送至第一压缩机。如先前已经阐述的那样对第二部分进行处理，并且在此利用第二压缩机的驱动装置的废热来加热。
将混合制冷剂在利用纯物质循环的纯物质制冷剂进行预冷后，特别地冷却到-20至-40℃的温度水平，在缠绕式热交换器中在管侧进一步冷却，特别地冷却到-120至-160℃的温度水平。在其下游，使混合制冷剂膨胀并在壳侧输送至缠绕式热交换器。从缠绕式热交换器提取并对应地加热后，在钎焊板热交换器中执行进一步加热，并且随后在第二和第三压缩机中进行压缩。
刚才阐述的第四实施方案的一个变体，称为“第五实施方案”，包括第一和第二压缩机由一个共同的产生废热的驱动装置来驱动。
在所有情况下，可在另一制冷剂的压缩时使用做功膨胀时做的功，利用该另一制冷剂使气体在间接热交换中经受冷却。例如，当使用纯物质制冷剂或C3MR制冷剂循环时，或在第一组实施方案的变体中，可以是这种情况。
在本发明的另一实施方案，在此称为“第六实施方案”中，第一制冷剂是混合制冷剂，第二制冷剂是氮。同样在该实施方案中，第一和第二部分是第一制冷剂，即混合制冷剂的部分，并且在第二制冷剂，即氮的压缩时使用做功膨胀时做的功。
原则上，在第六实施方案中，如先前针对第一实施方案所阐述的那样，可使混合制冷剂至少部分地经受第一压缩步骤，并且随后至少部分地经受第一部分液化以获得第一液体馏分和第一气体馏分。可使第一气体馏分至少部分地经受第二压缩步骤，并且随后至少部分地经受第二部分液化以获得第二液体馏分和第二气体馏分。进一步的处理也可以是相同的。
在第五实施方案中，一般来说使氮经受膨胀和压缩，其中使用对混合制冷剂的第二部分做功膨胀时做的功进行氮的压缩。在第五实施方案中，氮可做功膨胀，其中在氮的压缩时也可使用对氮做功膨胀时做的功。
使压缩的氮依次冷却、经受第一次间接热交换，并在此冷却、经受膨胀、经受第二次间接热交换，并在此加热、在此之后经受第一次间接热交换，并在此加热并且再次输送至压缩处。在第二次间接热交换中，在此使部分或完全经受液化的气体过冷。
本发明的另一实施方案，在此称为“第七实施方案”，与第六实施方案的不同之处在于，分两级执行氮的压缩，即第一压缩步骤和在此之后的第二压缩步骤，其中第一压缩步骤使用对氮做功膨胀时做的功来进行，第二压缩步骤使用对混合制冷剂的第二部分做功膨胀时做的功来进行。
本发明还涉及一种用于液化气体的设备，其中该设备具有装置，该装置被适配为，使气体在与制冷剂的间接热交换中经受冷却，并且使制冷剂的至少一部分在与气体热交换后经受使用产生废热的驱动装置的压缩和随后的部分或全部液化。根据本发明，该设备具有装置，该装置被适配为，使制冷剂的第一部分在部分或全部液化后经受与气体的热交换，并且使制冷剂的第二部分依次经受加压、使用驱动装置的废热的加热和做功膨胀，并且在此之后再次输送至部分或全部液化处。
为执行根据本发明和任何先前所阐述的实施方案而有利地适配的对应设备的特征和优点明确地参考上述阐述。
下面参考附图阐述本发明，这些附图示出根据本发明的实施方案的安排。
附图说明
图1示出了根据本发明的实施方案的方法。
图2示出了根据本发明的实施方案的方法。
图3示出了根据本发明的实施方案的方法。
图4示出了根据本发明的实施方案的方法。
图5示出了根据本发明的实施方案的方法。
图6示出了根据本发明的实施方案的方法。
图7示出了根据本发明的实施方案的方法。
图7A示出了根据图7的方法的变体。
图8示出了根据本发明的实施方案的方法。
图9示出了根据本发明的实施方案的方法。
在附图中，彼此对应的部件以相同的附图标号给出并且为了清楚起见不再重复阐述。一致的部件不会在所有附图中单独标示。
具体实施方式
在图1中以示意性的过程流程图的形式示出了根据本发明的实施方案的方法。
该方法用于气体的液化，该气体作为物料流1以气体状态输送至该方法，并且作为物料流2以液化形式提供。这里使用一个整体上大大简化的热交换器或低温部分10进行液化。为了图解说明一般的适用性，热交换器部分10以大大简化的形式显示。
将制冷剂以加热的(“热的”)制冷剂流W的形式从热交换器部分10输出。在分离器D1中分离剩余的冷凝水。在第一压缩步骤中，使用由燃气涡轮机GT1驱动的压缩机C1对物料流W的制冷剂进行压缩。在燃气涡轮机GT1中，在未单独标示的压缩机级中压缩空气流A的空气，并在(未显示的)燃烧室中利用燃料F燃烧。使热气在同样未单独标示的膨胀级中膨胀，并且经由热交换器E4输出，用于热回收。也可使用另外的燃料AF进行辅助点火。
使压缩机C1中压缩的制冷剂在热交换器E1中冷却、在此部分冷凝，并且在分离器D2中经受相分离。将气相和液相以分开的物料流的形式输送至热交换器部分10，其中将液相的一部分作为先前已多次对应提到的制冷剂的“第一部分”输送至热交换器部分10，并且使另一部分对应地作为“第二部分”以物料流R的形式借助泵P1加压，在热交换器E3中并且在此之后在热交换器E4中加热，然后在膨胀机X1中做功膨胀，引导通过热交换器E3，并且随后在冷却之前与压缩机C1中压缩的制冷剂结合。
压缩机C2经由齿轮传动装置G与膨胀机X1耦合。可将来自热交换器部分10的混合制冷剂以加热的制冷剂流W1的形式输送至压缩机C2，从而能够通过这种方式利用燃气涡轮机GT1的废热。对于制冷剂流W1，除了制冷剂流W的制冷剂之外，图1还使用另一混合制冷剂，并且因此涉及DMR循环。在下面阐述的本发明的所有实施方案中，使用此类另一混合制冷剂同样是可行的，即使那里各自只示出了一条混合制冷剂循环，必要时具有子循环。
在图2中，通过示意性的过程流程图示出了根据本发明的另一实施方案的方法。在图2中，在此特别是详细地示出了热交换器部分10。该热交换器部分特别地包括缠绕式热交换器11和分离器12，其功能将在下面进一步阐述。
这里没有提供根据图1的制冷剂流W1或类似的物料流，因此在实际的实施方案中，它是一个SMR循环。在这里使制冷剂流W在第一压缩步骤中使用压缩机C1进行压缩，并且在第二压缩步骤中使用压缩机C2进行压缩，其中第一压缩机C1借助燃气涡轮机GT1来驱动，并且第二压缩机C2借助在膨胀机X1中做功膨胀时做的功来驱动。
使物料流W在分离器D1的下游在压缩机C1中进行压缩，并且随后在热交换器E1中冷却后在分离器D2中经受部分液化以获得第一液体馏分和第一气体馏分。使未单独标示的来自分离器D2的第一气体馏分在第二压缩机C2中进行压缩，并且随后在热交换器E2中冷却后在分离器D3中经受部分液化以获得第二液体馏分和第二气体馏分。
如先前已经阐述的那样，对来自分离器D2的第一液体馏分以物料流R的形式部分地进行处理。将剩余部分以未单独标示的物料流的形式输送至缠绕式热交换器11，来自分离器D2的第二气体馏分也是如此。将所述的制冷剂流引导通过单独的热交换器管并冷却。
将不以物料流R的形式使用的来自分离器D2的第一液体馏分在低于对应进口温度水平的第一中间温度水平上从热交换器11提取、膨胀并且在壳侧再次输送至热交换器11。同样可将第二气体馏分在第一中间温度水平上从热交换器提取、膨胀并且在此部分液化，其中但是在热交换器11外进行相分离，在分离器12中分成液相和气相。
将分离器12中形成的液相和气相在第一中间温度水平上彼此分开地再次输送至热交换器11，并且通过单独的热交换器管进一步冷却。将液相在低于第一中间温度水平的第二中间温度水平上提取、膨胀并在壳侧再次输送至热交换器11。将气相在低于第二中间温度水平的第三中间温度水平上提取、膨胀并同样在壳侧再次输送至热交换器11。将通过这种方式在壳侧结合的流体以物料流W的形式再次输送至压缩处。
使物料流R在其做功膨胀之后与在压缩机C1中压缩过的制冷剂结合，在使该制冷剂冷却以进行第一部分冷凝之前。使来自分离器D3的第二液体馏分经由阀V1膨胀并返回到分离器D2中。
在图3中示出了本发明的另一实施方案，该实施方案与根据图2的实施方案的不同之处特别地在于，设置有钎焊板热交换器13，而不是缠绕管束热交换器11。
如这里所示出的那样，可将来自分离器D2的第一液体馏分的不以物料流R的形式使用的部分和来自分离器D3的第二气体馏分一起输送至热交换器13，并且在共同通道中冷却。泵14在此将如此使用的第一液体馏分的部分泵高到第二气体馏分的压力，由此可将这两种馏分一起送至热交换器13。在冷端处提取后，可经由阀15进行膨胀，并且可使通过这种方式进一步冷却的制冷剂通过单独的通道返回，并且在对应的加热后再次送入到分离器D1中。
在图4中示出了本发明的另一实施方案，在其中特别是先前在压缩机C1中执行的第一压缩步骤设计得不同，并且使用两个压缩机级(第一压缩机级C1A和第二压缩机级C1B)来执行。这些压缩机级在这里由燃气涡轮机GT1共同驱动。
另外还使用三个热交换器16、17、18，这些热交换器各自被设计成缠绕式热交换器。在此在待液化的气体1温度下降的方向上，在这里使用的语言用法中，这些热交换器是第一热交换器16、第二热交换器17和第三热交换器18。必要时可省略第一热交换器16，如上文详细阐述的那样。
将来自第一和第二热交换器16、17的对应蒸发的制冷剂流输送至第一压缩机级C1A并在那里压缩。将来自第三热交换器18的蒸发的制冷剂流输送至第二压缩机级C1B并在那里压缩。在压缩机级的下游，各自进行后冷却。由第一压缩机级C1A中压缩的流体形成先前多次提到的制冷剂的第一和第二部分，该流体除了上述的制冷剂外，还可包括另外的制冷剂，该另外的制冷剂从在这里标示为D2的分离器提取。
将第一部分首先在管侧引导通过第一热交换器16并在那里冷却。可在第一热交换器16的下游使分流膨胀，并且在壳侧送入到第一热交换器16中。制冷剂的第一部分的非膨胀剩余部分可用于形成另一分流，该分流可用于单独的热交换器E5，以冷却在第一压缩步骤的第二压缩机级C1B中压缩的流体，并且在此之后送至第一压缩步骤的第一压缩机级C1A。将第一部分在此后还剩下的剩余部分首先在管侧引导通过第二热交换器17并且在此冷却。现在可在第二热交换器17的下游使该剩余部分膨胀，并且在壳侧送入第二热交换器17中。
可基本上如先前所阐述的那样以物质流R的形式对制冷剂的第二部分进行处理，并且特别地将该第二部分送至在第一压缩步骤的第一压缩机级C1A中压缩的制冷剂中，在将该制冷剂进一步冷却和冷凝之前。通过这种方式循环引导该第二部分。
特别地，可将在第一压缩步骤的第二压缩机级C1B中压缩的制冷剂输送至利用压缩机C2的第二压缩步骤，并且在那里原则上如第一实施方案所阐述的那样进行压缩。使经过对应地压缩的制冷剂在另一热交换器E6中冷却，并且首先在管侧引导其通过第一至第三热交换器16、17、18进行进一步冷却。在后者的下游，使这部分制冷剂膨胀并在壳侧送入到第三热交换器18中。
在图5中示出了本发明的再另一个优选的实施方案。这包括使用两个压缩机执行第一压缩步骤，为了更好地对比，这两个压缩机在这里和先前一样标示为C1A和C1B，但现在由两个分开的提供废热的驱动装置(燃气涡轮机)GT1A和GT1B来驱动。对应地，先前单一存在的热交换器E3和E4现在以热交换器E3A、E3B和E4A、E4B的双重形式存在。在该实施方案中，使最终以物质流R的形式做工膨胀的制冷剂的第二部分事先利用两个驱动装置GT1A和GT1B的废热进行加热。
在图6中示出了本发明的另一实施方案，并且以利用纯物质制冷剂预冷的混合循环(例如C3MR)过程的形式实施。
在预冷循环中，纯物质制冷剂(这里示例性地作为丙烷C3H8示出)的压缩在这里在第一压缩机C1A中进行，并且混合制冷剂在混合制冷剂循环中的压缩使用第二压缩机C1B和第三压缩机C2进行。利用做功膨胀时做的功驱动第三压缩机C2。第一和第二压缩机C1A、C1B由两个分开的驱动装置来驱动，其中只有第二压缩机C1B的驱动装置是提供废热(至少在可观和可用的程度上)的驱动装置，如燃气涡轮机GT1。例如，第一压缩机C1A可借助电机M驱动，产生的废热量明显较少(且不可使用)。
与先前所阐述的实施方案的不同之处在于，除了缠绕式热交换器11之外，还使用钎焊板热交换器19冷却待液化的气体1。将纯物质循环的制冷剂以多个分流的形式输送到第一压缩机C1A中并在那里压缩，这些分流特别地相对于来自第二压缩步骤的混合制冷剂进行加热，并且从而预冷混合制冷剂。在随后的冷却和液化之后，也在这里形成制冷剂的第一和第二部分。使第一部分首先过冷，随后相对于来自第二压缩机的混合制冷剂加热并蒸发，并且再次输送至第一压缩机C1A。如先前已经阐述的那样对第二部分R进行处理，并且在此利用第二压缩机的驱动装置的废热来加热。
将混合制冷剂在利用纯物质制冷剂循环的制冷剂进行预冷后在缠绕式热交换器11中在管侧进一步冷却。在其下游，使该混合制冷剂膨胀并在壳侧输送至缠绕式热交换器11。从缠绕式热交换器11提取并对应地加热后，在钎焊板式热交换器19中执行进一步的加热，并且随后在第二和第三压缩机C1B和C2中进行压缩。
刚才阐述的实施方案的变体在图7中示出。该变体包括第一和第二压缩机C1A、C1B由一个共同的产生废热的驱动装置GT1来驱动。
而图7中示出的实施方案的变体在图7A中示出，该实施方案但是也可无条件地实现为例如图6中示出的实施方案或本发明的其他实施方案的变体。在这里，不将制冷剂流R的分流R′引导通过热交换器E3，而是通过热交换器E4′，后者在热交换器E4的下游布置在燃气涡轮机GT1的涡轮废气流中。如用虚线示出、但没有单独标示的物料流和热交换器所示，制冷剂的预冷也可实施得不同，并且特别地包括比先前所示更少的热交换器级。
在所有情况下，可在另一制冷剂的压缩时使用做功膨胀时做的功，利用该另一制冷剂使气体在间接热交换中经受冷却。例如，当使用利用纯物质制冷剂进行预冷的混合制冷剂循环时，或在图8和图9所示的本发明的其他变体中，可以是这种情况。在这些变体中，使用另外的钎焊板热交换器19A和19B，它们是使用氮循环来操作的。
混合制冷剂的处理直接来自于图8和图9以及前面的阐述，并且基本上类似于例如图3来进行，其中在这里压缩机C1和C2但是是使用燃气涡轮机GT1来操作的。
在根据图8的实施方案中，使氮循环的氮在膨胀机X2中并在压缩机C3中经受压缩，其中氮的压缩使用在膨胀机X1中对混合制冷剂的第二部分做功膨胀时做的功进行。氮在膨胀机X2中做功膨胀，其中在氮的压缩时也使用对氮做功膨胀时做的功。膨胀机X1和X2以及压缩机C3在这里是机械耦合的。
使压缩的氮依次冷却、在热交换器19B中经受第一次间接热交换，并在此冷却、经受膨胀、在热交换器19A中经受第二次间接热交换，并在此加热、在此之后再次在热交换器19B中经受第一次间接热交换，并在此加热并且再次输送至压缩处。在热交换器19A中的第二次间接热交换中，在此使先前被部分或完全液化的气体过冷。为了在压缩机C3的下游对氮循环中的氮进行后冷却，设置有热交换器E7。
在根据图9的实施方案中，该实施方案基本上与图8的实施方案相对应，氮的压缩在压缩机C3和C4中分两级进行，即第一和在此之后的第二压缩步骤，其中第一压缩步骤使用在膨胀机X1中对氮做功膨胀时做的功来进行，并且第二压缩步骤使用在膨胀机X2中对混合制冷剂的第二部分做功膨胀时做的功来进行。在该实施方案中，一方面膨胀机X1和压缩机C4是耦合的，另一方面膨胀机X2和压缩机C3是耦合的。
上面描述的发明及其所阐述的和特别是在附图中所示出的实施方案在下面将以其他文字再次描述。下面使用的术语可与上面针对各自以此标示的方法步骤、装置和介质使用的术语同义。下面的阐述利用对应的有利的改进方案，以至少部分不同的表述，描述了与上面的阐述相同的本发明的想法。
本发明提供了一种采集或回收废热的方法，该废热在气体液化过程中产生，该方法包括：通过热交换过程使用制冷剂流体液化气体；通过产生多余热量的方法压缩来自液化过程的用过的制冷剂流体；液化经过压缩的制冷剂流体的至少一部分；将液化的经过压缩的制冷剂流体泵压到更高的压力；通过接收由压缩用过的制冷剂流体而产生的多余热量来加热液化的经过压缩的制冷剂流体的具有高压的部分，从而使经过压缩的制冷剂流体的具有高压的部分过热；以及使用过热的经过压缩的制冷剂流体为机械过程提供动力。
本发明的一种实施方式适用于天然气液化方法，该方法具有至少一个压缩机，该压缩机在制冷剂循环中用于天然气液化的低温过程。本发明在制冷剂循环中使用压缩机，其中该压缩机由燃气涡轮机或类似的能量源来驱动，该能量源在产生动力以操作压缩机时产生废热。本发明使用做功膨胀机，其中使用做功膨胀机的流体循环，以接收燃气涡轮机或类似动力源的废热，该燃气涡轮机或类似动力源驱动制冷剂循环中的压缩机。在本发明的一种实施方式中，使做功膨胀机的流体循环既加压又加热，以使流体循环能够接收在燃气涡轮机的废气流中存在的废热或动力源的其他废热，该燃气涡轮机或该动力源驱动制冷循环中的压缩机。在此产生的过热流体，该流体从废热能量回收过程中产生，然后被用作驱动做功膨胀机的能量源。
在本发明的另一种实施方式中，在流体循环中用于做功膨胀机的流体也用于制冷剂循环。在本发明的该实施方式中，在制冷剂循环中额外使用第二压缩机，其中该第二压缩机通过做功膨胀机来驱动。因此，在本发明的该实施方案中，在低温过程中用于天然气液化的制冷剂流体也被用来吸收废热，该废热为驱动第一压缩机而产生，以提供用于驱动做功膨胀机的动力，而该做功膨胀机反过来驱动第二压缩机，以进一步压缩制冷剂流体。因此，本发明的该实施方式与其他采集废热能源的系统相比具有优势。因此，本发明的该实施方式不需要引入额外的工作液体，例如水，也不需要在闭环中加入其他液体(例如蒸汽、氨、丙烷等)。
在根据现有技术的未示出的天然气液压过程中，在其中利用两级SMR压缩过程使用单一混合制冷剂(SMR)，可设置为，两个压缩机C1和C2由唯一一台燃气涡轮机GT1来驱动。在此，过程的低温部分通过与混合制冷剂的热交换过程执行天然气的液化。在天然气液化过程中，使混合制冷剂压缩、冷却和部分液化，在将该混合制冷剂在低温过程中回收之前。可将由低温部分排出的混合制冷剂收集在容器D1中，然后将该混合制冷剂引到第一压缩机C1和热交换器E1中。在对应的两级压缩过程中，将第一压缩机C1和热交换器E1的液体部分收集在储存容器D2中，其中将第一压缩机C1的蒸汽部分经由第二压缩机C2和热交换器E2送入到过程的第二级中。使从第二压缩机C2和热交换器E2产生的部分合并，并收集在容器D3中。可将容器D2和D3中收集的两种馏分送入到低温部分中，以通过热交换过程执行天然气的液化过程。
图2示出了本发明在天然气液化过程中的实施方式，在该过程中利用两级SMR压缩过程使用唯一的混合制冷剂(SMR)。在图2中，第二压缩机C2由做功膨胀机X1来驱动，而不是燃气涡轮机。做功膨胀机X1由过热的流体来驱动，该流体由热交换器E4输送。将做功膨胀机X1排出的液体通过预热器或废热交换器E3进行冷却，并且然后与第一压缩机C1产生的制冷剂结合。然后将结合的液体通过热交换器E1或类似装置进一步进行冷却，并收集在容器D2中。然后将收集在容器D2中的组合的液体的一部分由泵P1泵送至热交换器E3。将泵送到废热交换器E3中的经过冷却的流体加热，并且随后引到热交换器E4中。热交换器E4与燃气涡轮机GT1的热废气处于流体连接中，该燃气涡轮机驱动第一压缩机C1。在此，热交换器E4利用来自燃气涡轮机GT1的废气的热量，以使从废热交换器E3输送至热交换器E4的经过加热的液体过热。然后将来自热交换器E4的过热流体引到做功膨胀机X1中，以驱动第二压缩机C2。
在本发明的一种实施方式中，低温部分可设计成缠绕式热交换器(CWHE)、钎焊板热交换器(PFHE)或其组合。例如，图3是本发明的一种实施方式的示意图，使用单一混合制冷剂(SMR)配置，在低温部分使用钎焊板热交换器(PFHE)。
在本发明的一种实施方式中，如图1所示，将占排出的液体容器D2的30至90体积百分比的分流借助泵P1泵压到容器D2中的压力的至少三倍。然后使泵P1的高压流由废热交换器E3加热，并且输送至过热器E4。过热器E4从燃气涡轮机GT1的废气流中回收废热，并且将来自废热交换器E3的高压流加热到至少180℃，优选地至少200℃。然后将来自过热器E4的高温气体送入到做功膨胀机X1中，并且降低到略高于容器D2的工作压力的压力。在本发明的一种实施方式中，离开做功膨胀机X1的流的压力高到足以克服热交换器E3和E1中的压降，这些热交换器仍达到D2中的压力。然后，使离开做功膨胀机X1的流冷却并且至少部分地通过预热器E3和热交换器E1冷凝并且随后返回到容器D2中。由做功膨胀机X1产生的轴功率用于驱动压缩机C2以压缩制冷剂，该制冷剂然后储存在容器D3中，并且然后送入到过程的低温部分中。
如针对图1中所示的本发明的实施方式所阐述的那样，通过泵P1产生的容器D2中的吸气压力的至少三倍的压力比导致做功膨胀机X1中的类似的、只是略低的压力比，该压力比是做功膨胀机的优选的工作范围。此外，可将做功膨胀机X1的进口压力保持在100bar以下，这使得成本低廉的机械设计成为可能。此外，由泵P1产生的增加的压力确保做功膨胀机X1获得远远高于流体的临界压力的进口压力，并且因而避免流体内的两相效应。在图1至图9所示的本发明的实施方式中，该过程中的制冷剂用于两个过程，即在低温区域内的天然气液化过程和废热回收过程，该废热由燃气涡轮机产生，用于驱动制冷剂压缩过程。可对本发明作进一步的改进，以提高本发明的性能。例如，可通过向燃气涡轮机GT1的烟道中的额外热源的辅助点火来提高做功膨胀机X1的功率。由做功膨胀机X1执行的做功膨胀可分为连续的步骤，无论是否有必要根据需要重新加热工作流体。
在本发明的其他实施方式中，由做功膨胀机X1产生的轴功率可用于驱动其他过程，例如发电机、进料气体压缩、终端闪蒸气体压缩、任何类型的制冷剂压缩或其他需要流的服务。
整个制冷系统至少具有一种制冷剂，该制冷剂由纯组分或混合组分组成，其中在本发明的一种实施方式中，该制冷剂可在环境温度下至少部分地冷凝。在本发明的一种实施方式中，允许的制冷剂组分可包含氮和C1至C5的轻质石蜡烃或烯烃(如CH4、C2H4、C2H6、C2H6、C3H6、C3H8、iC4H10、nC4H10、nC4H10、iC5H12、nC5H12和nC5H12等)。制冷系统还可包含一个以上的循环，其中额外的循环是纯制冷剂循环和/或混合制冷剂循环和/或气体膨胀循环。
图4是本发明的一种实施方式，使用双混合制冷剂配置(DMR)，具有低温区域中的三个缠绕式热交换器(CWHE)和用于两个混合制冷剂循环的唯一一个燃气涡轮机GT1。如图6所示，该配置将高压压缩机C2与低压压缩机C1A、C1B解耦，这些低压压缩机由一个共同的轴驱动，该轴由燃气涡轮机GT1来驱动。本发明的该实施方式还消除了对齿轮传动装置的需要，当压缩机C2具有与压缩机C1A或C1B相似的容量时，才需要齿轮传动装置以更高的压力和更高的工作转速来操作压缩机C2。
图5是本发明的一种实施方式，使用双混合制冷剂配置(DMR)，具有低温部分中的三个缠绕式热交换器(CWHE)，其中压缩机C1A和C1B由独立的燃气涡轮机GT1A和GT1B驱动，其中在热交换器E4A和E4B中使用两台燃气涡轮机GT1A和GT1B的废热，以使送入到做功膨胀机X1中的液体过热。图5中所示的本发明的实施方式的优点在于能够达到做功膨胀机X1的更高功率，以驱动压缩机C2。
图6是本发明的一种实施方式，使用C3MR配置(丙烷预冷混合制冷剂)，在低温部分中具有唯一一个缠绕式热交换器(CWHE)。在图8中，压缩机C1A和C1B通过独立的动力机构来驱动，其中驱动压缩机C1B的燃气涡轮机GT1的废热被用来使输送至做功膨胀机X1的流体过热。图8中所示的实施方式将使用合适的流体，如丙烷、丙烯或其他碳氢化合物进行预冷过程。替代性地，如图7中所示，压缩机C1A和C1B可由一个共同的燃气涡轮机GT1来驱动。
在本发明的其他实施方式中，在其中冷却系统包含一个以上的循环，额外的循环可以是纯制冷剂循环、混合制冷剂循环和/或气体膨胀循环。此外，在其他配置中，一个或多个燃气涡轮机可并联或串联操作。图8和图9例如示出了本发明的一个替代性的应用，用于使用两级低温过程的气体液化过程。在图8和图9中所示的实施方式中，混合制冷剂循环被用于预冷和液化，并且气体膨胀过程被用于在低温过程的单独级中使天然气过冷。
根据第1方面，本发明包括用于分离废热的方法，该废热在气体液化过程中产生，该方法包括：通过热交换过程使用制冷剂流体液化气体；通过产生多余热量的方法压缩来自液化过程的用过的制冷剂流体；液化经过压缩的制冷剂流体的至少一部分；将液化的经过压缩的制冷剂流体泵压到更高的压力；通过捕获由压缩用过的制冷剂流体而产生的多余热量来加热液化的经过压缩的制冷剂流体的具有高压的部分，从而使经过压缩的制冷剂流体的具有高压的部分过热；以及使用过热的经过压缩的制冷剂流体以执行机械过程。
根据第2方面，按照第1方面设置用于回收废热的方法，该废热在气体液压方法中产生，该方法另外包括，机械过程表示经过压缩的制冷剂流体的进一步压缩。
根据第3方面，按照第1方面设置用于回收废热的方法，该废热在气体液压方法中产生，其中机械过程此外是指做功膨胀机的操作。
根据第4方面，按照第3方面设置用于回收废热的方法，该废热在气体液压方法中产生，该方法另外包括通过与由做功膨胀机排出的流体的热交换，加热液化的经过压缩的制冷剂流体的具有高压的部分。
根据第5方面，按照第4方面设置用于回收废热的方法，该废热在气体液压方法中产生，其中另外使来自在热交换中使用的做功膨胀机的流体与液化的经过压缩的制冷剂流体组合。
根据第6方面，按照第3方面设置用于回收废热的方法，该废热在气体液压方法中产生，该方法另外包括，机械过程表示经过压缩的制冷剂流体的进一步压缩。
根据第7方面，按照第6方面设置用于回收废热的方法，该废热在气体液压方法中产生，该方法另外包括，另一压缩制冷剂流体是液化步骤中的制冷剂流体。
根据第8方面，按照第1方面设置用于回收废热的方法，该废热在气体液压方法中产生，该方法另外包括，机械方法产生电能。
根据第9方面，按照第1方面设置用于回收废热的方法，该废热在气体液压方法中产生，该方法另外包括，加热液化的经过压缩的制冷剂流体的具有高压的部分涉及向被捕获的多余热量的额外热源的辅助点火，该多余热量由压缩用过的制冷剂流体产生。
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