DE102016005632A1 - Mischkolonne für Verfahren mit einem Einzelmischkältemittel - Google Patents

Mischkolonne für Verfahren mit einem Einzelmischkältemittel Download PDF

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English (en)
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Adam Adrian Brostow
Gowri Krishnamurthy
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Air Products and Chemicals Inc
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Abstract

System und Verfahren zur Gasverflüssigung, das eine Kompressionsfolge für ein Mischkältemittel aufweist, in dem eine Mischkolonne verwendet wird, um Flüssig- und Dampfproduktströme bereitzustellen, wobei in mindestens einem Schritt der Kompressionsfolge eine Phasentrennung wünschenswert ist. Zusätzlich kann die Kompressionsfolge optional oder alternativ eine Stripperkolonne in mindestens einem Schritt der Kompressionsfolge, in dem eine Phasentrennung wünschenswert ist, verwenden.

Description

  • Hintergrund
  • Die Verflüssigung von Gasen setzt typischerweise kryogene Verfahren ein, die aus Kühlkreisläufen bestehen, welche durch die Expansion von mindestens einem Kältemittel erzeugt werden. Es können eine Vielzahl von Kältemitteln eingesetzt werden, zum Beispiel wird üblicherweise in vielen Flüssigerdgasgrundlast(LNG)-Anlagen ein Mischkältemittel (MR) [Engl. Mixed Refrigerant] -Strom als Kältemittel verwendet, der eine Mischung aus Stickstoff, Methan, Ethan/Ethylen, Propan, Butanen und Pentanen aufweist. Die Kühlkreisläufe, die für die Verflüssigung eingesetzt werden, können einen Einzel-Mischkältemittelkreislauf (SMR) [Englisch: Single Mixed Refrigerant Cycle], einen propanvorgekühlten Mischkältemittelkreislauf (C3MR) [Englisch: Propane-Precooled Mixed Refrigerant Cycle], einen Dual-Mischkältemittelkreislauf (DMR) [Englisch: Dual Mixed Refrigerant Cycle], Mischkältemittel-Expander-Hybrid-Kreisläufe, wie zum Beispiel AP-XTM, Stickstoff- oder Methan-Expander-Kreisläufe, einen Kaskadenkreislauf oder irgendein anderes geeignetes Kühlverfahren sein. Die Zusammensetzung des MR-Stroms wird typischerweise für die Zufuhrgaszusammensetzung und Betriebsbedingungen optimiert.
  • In den SMR-Systemen wird das SMR typischerweise in mindestens zwei Kompressionsstufen komprimiert und auf eine Temperatur von annähernd der Umgebungstemperatur zurückgekühlt. Typischerweise wird am Auslass von mindestens einem Zwischenkühler des SMR-Systems etwas Flüssigkeit gebildet, weil die Mischung schwere Bestandteile enthält, um in der Vorkühlstufe eine Kühlung bereitzustellen. Solch eine Zwischendruckflüssigkeit, die während der Kompression gebildet wird, kann zu einer irreversiblen Vermischung von Strömen mit unterschiedlicher Temperatur, Druck und/oder Zusammensetzung führen, wodurch die Effizienz des Verflüssigungsbetriebs verringert werden kann. Derzeitige Versuche dieses Problem zu vermeiden, führen weitere Kosten, Komplexitäten und Geräte ein, wodurch möglicherweise die Verlässlichkeit des Systems reduziert wird.
  • Deshalb gibt es einen Bedarf für ein verbessertes Gasverflüssigungsverfahren, das die gebildete Zwischendruckflüssigkeit reduziert oder eliminiert, wohingegen eine hohe Effizienz und Verlässlichkeit des Verfahrens aufrechterhalten sowie eine geringe Gerätezahl beibehalten wird.
  • Zusammenfassung
  • Diese Zusammenfassung wird bereitgestellt, um eine Auswahl von Konzepten in einer vereinfachten Form einzuführen, die unten in der ausführlichen Beschreibung weiter beschrieben werden. Die Zusammenfassung ist nicht dazu gedacht, um die Schlüsselmerkmale oder wesentlichen Merkmale des beanspruchten Gegenstands zu identifizieren, noch ist sie dazu gedacht, um den Schutzbereich des beanspruchten Gegenstands zu beschränken.
  • Die beschriebenen Ausführungsformen, wie sie nachstehend beschrieben werden und wie sie durch die anschließenden Patentansprüche definiert sind, umfassen und stellen Verbesserungen für Verflüssigungsverfahren bereit, die ein MR verwenden. Die offenbarten Ausführungsformen befriedigen den Bedarf auf dem Fachgebiet, indem eine Mischkolonne in einem SMR-Kreislauf verwendet wird, um den zusätzlichen Kreislauf in dem kryogenen Hauptwärmetauscher zu eliminieren, während eine höhere Verflüssigungseffizienz erreicht wird, die aufgrund der niedrigen Temperatur des Flüssigkeitsstroms aus der Kolonne erhalten wird. Es wird klargestellt, dass, obwohl die hier beschriebenen Ausführungsformen SMR-Kreisläufe beschreiben, die Prinzipien der Erfindung auf irgendeinen MR-Verflüssigungskreislauf anwendbar sind.
  • Zusätzlich werden mehrere spezifische Aspekte der Systeme und Verfahren der vorliegenden Erfindung unten dargelegt.
  • Aspekt 1. Verfahren, umfassend:
    • (a) das Kühlen eines Kohlenwasserstofffluids in einem Hauptwärmetauscher gegen ein Mischkältemittel, wobei das Kühlen des Kohlenwasserstoffzufuhrgases einen Produktstrom erzeugt;
    • (b) das Abziehen eines Niederdruckmischkältemittelstroms aus dem Hauptwärmetauscher;
    • (c) das Komprimieren des Niederdruckmischkältemittelstroms in mindestens zwei Kompressionsstufen in mindestens einem Kompressor, um einen Mitteldruckmischkältemittelstrom und einen Hochdruckdampfmischkältemittelstrom zu erzeugen;
    • (d) das Kühlen des Mitteldruckmischkältemittelstroms, um einen Mitteldruckzweiphasenmischkältemittelstrom zu erzeugen;
    • (e) das Kühlen des Hochdruckdampfmischkältemittelstroms, um einen Hochdruckzweiphasenmischkältemittelstrom zu erzeugen;
    • (f) das Trennen des Hochdruckzweiphasenmischkältemittelstroms in einen Hochdruckflüssigmischkältemittelstrom und einen Hochdruckdampfmischkältemittelstrom;
    • (g) das Einführen von mindestens einem Teil des Mitteldruckzweiphasenmischkältemittelstroms und des Hochdruckflüssigmischkältemittelstroms in eine Mischkolonne;
    • (h) das Abziehen eines Mitteldruckflüssigmischkältemittelstroms aus einem Bodenende der Mischkolonne und eines Mitteldruckdampfmischkältemittelstroms aus einem oberen Ende der Mischkolonne; und
    • (i) das Zuführen von mindestens einem Teil des Mitteldruckflüssigmischkältemittelstroms und mindestens einem Teil des Hochdruckdampfmischkältemittelstroms zu dem Hauptwärmetauscher.
  • Aspekt 2. Verfahren nach Aspekt 1, ferner umfassend:
    • (j) nach dem Abziehen des Mitteldruckdampfmischkältemittelstroms aus der Mischkolonne, das Komprimieren des Mitteldruckdampfmischkältemittelstroms, um einen Teil des Hochdruckdampfmischkältemittelstroms zu bilden.
  • Aspekt 3. Verfahren nach einem der Aspekte 1 oder 2, wobei der Schritt (a) das Verflüssigen eines Kohlenwasserstoffzufuhrgases und eines Mischkältemittels, die durch eine Wickelrohrseite eines Hauptwärmetauschers strömen, durch indirekten Wärmetausch mit dem Mischkältemittel umfasst, das durch eine Wandseite des Hauptwärmetauschers strömt, wobei das Kühlen des Kohlenwasserstoffzufuhrgases einen Produktstrom erzeugt.
  • Aspekt 4. Verfahren nach einem der Aspekte 1–3, wobei der Schritt (c) das Abziehen von mindestens einem gekühlten Kältemittelstrom aus der Wickelrohrseite des Hauptwärmetauschers an einem oberen Ende von mindestens einem von einer Vielzahl von Rohrbündeln, das Mindern eines Drucks von dem mindestens einen gekühlten Kältemittelstrom und dann das Zuführen des druckverminderten mindestens einen gekühlten Kältemittelstroms zu der Mantelseite des Hauptwärmetauschers umfasst, um mindestens eines von der Vielzahl von Rohrbündeln zu berieseln.
  • Aspekt 5. Verfahren nach den Aspekten 1–4, wobei der Schritt (b) das Abziehen eines Mantelseitenmischkältemittelstroms aus einer Mantelseite von dem Hauptwärmetauscher an einem warmen Ende des Hauptwärmetauschers umfasst.
  • Aspekt 6. Verfahren nach einem der Aspekte 3–5, ferner umfassend:
    • (k) das Abziehen von mindestens einem gekühlten Mischkältemittelstrom aus der Wickelrohrseite des Hauptwärmetauschers, das Vermindern eines Drucks von dem mindestens einen gekühlten Mischkältemittelstrom und dann das Zuführen des druckverminderten mindestens einen gekühlten Mischkältemittels zu der Mantelseite des Hauptwärmetauschers.
  • Aspekt 7. Verfahren nach einem der Aspekte 1–6, ferner umfassend:
    • (l) das Expandieren des Hochdruckflüssigmischkältemittelstroms vor dem Durchführen des Schritts (g).
  • Aspekt 8. Verfahren nach einem der Aspekte 1–7, wobei der Schritt (g) das Trennen des Mitteldruckzweiphasenmischkältemittelstroms in einen Mitteldruckdampfmischkältemittelstrom und einen Mitteldruckflüssigmischkältemittelstrom und das Einführen des Mitteldruckflüssigmischkältemittelstroms und des Hochdruckflüssigmischkältemittelstroms in die Mischkolonne umfasst.
  • Aspekt 9. Verfahren nach einem der Aspekte 1–8, ferner umfassend:
    • (m) das Trennen des Produktstroms in einen Kaltdampfstrom und einen Flüssigproduktstrom;
    • (n) das Zuführen des Kaltdampfstroms und eines Teils des Mitteldruckflüssigkältemittelstroms zu einem Nebenwärmetauscher; und
    • (o) das Kühlen des Mitteldruckflüssigkältemittelstroms gegen den Kaltdampfstrom.
  • Aspekt 10. Verfahren nach Aspekt 9, ferner umfassend:
    • (p) nach dem Durchführen des Schritts (a), das Zuführen des gekühlten Mitteldruckflüssigkältemittelstroms zu der Mantelseite des Hauptwärmetauschers.
  • Aspekt 11. Apparat, umfassend:
    einen Hauptwärmetauscher, der eine Zufuhrleitung, die mit einer Kohlenwasserstofffluidversorgung verbunden ist und an einem ersten Ende von dem Hauptwärmetauscher angeordnet ist, eine Produktleitung, die an einem zweiten Ende des Hauptwärmetauschers, das dem ersten Ende gegenüberliegt, angeordnet ist, eine Fluidleitung, die in Fluidströmungsverbindung mit der Zufuhrleitung und der Produktleitung steht, und mindestens eine Kältemittelleitung aufweist, die ein Mischkältemittel enthält, wobei der Hauptwärmetauscher wirksam gestaltet ist, um einen indirekten Wärmetausch zwischen dem Mischkältemittel und dem Zufuhrgas bereitzustellen; und
    ein Kompressionssystem, das wirksam gestaltet ist, um das Mischkältemittel zu komprimieren und zu kühlen und es zu dem Hauptwärmetauscher zurückzuführen, wobei das Kompressionssystem eine Vielzahl von Kompressionsstufen, die eine erste und eine zweite Kompressionsstufe umfassen, einen Zwischenkühler [Englisch: intercooler] und mindestens eine Mischkolonne umfasst, wobei die Mischkolonne eine Vielzahl von Gleichgewichtsstufen, eine erste Mischkolonneneinlassleitung und eine zweite Mischkolonneneinlassleitung, eine Dampfmischkolonnenauslassleitung und eine Flüssigkeitsmischkolonnenauslassleitung aufweist.
  • Aspekt 12. Apparat nach Aspekt 11, ferner umfassend:
    eine Niederdruckleitung, die in Fluidströmungsverbindung mit dem Hauptwärmetauscher und einer Einlassseite von der ersten Kompressionsstufe steht, eine erste Hochdruckleitung, die in Fluidströmungsverbindung mit einem Nachkühler und einer Auslassseite von der zweiten Kompressionsstufe steht, eine erste Mitteldruckleitung, die in Fluidströmungsverbindung mit dem Zwischenkühler und der ersten Kompressionsstufe steht, eine zweite Hochdruckleitung, die dem Nachkühler nachgeschaltet ist und in Fluidströmungsverbindung mit dem Nachkühler und einem ersten Phasenseparator steht, und eine Hochdruckdampfleitung, die in Fluidströmungsverbindung mit einem oberen Ende von dem ersten Phasenseparator und dem Hauptwärmetauscher steht; und
    wobei die zweite Mischkolonneneinlassleitung eine erste Hochdruckflüssigkeitsleitung in Fluidströmungsverbindung mit einem unteren Ende von dem ersten Phasenseparator und der Mischkolonne umfasst, die Flüssigkeitsmischkolonnenauslassleitung eine Mitteldruckflüssigmischkältemittelleitung in Fluidströmungsverbindung mit einem Bodenende der Mischkolonne und dem Hauptwärmetauscher, und die Dampfmischkolonnenauslassleitung eine Mitteldruckdampfmischkältemittelleitung in Fluidströmungsverbindung mit einem oberen Ende der Mischkolonne umfasst.
  • Aspekt 13. Apparat nach einem der Aspekte 11 oder 12, wobei der Hauptwärmetauscher einen Mantel umfasst, der einen Mantelraum und mindestens ein Rohrbündel definiert, das innerhalb des Mantels angeordnet ist und eine Vielzahl von Wickelrohrsätzen aufweist, wobei die Vielzahl an Wickelrohrsätzen die Zufuhrleitung und die mindestens eine Kältemittelleitung umfassen.
  • Aspekt 14. Apparat nach Aspekt 13, wobei jede von der mindestens einen Kältemittelleitung ein warmes Ende und ein kaltes Ende umfasst, wobei das kalte Ende von jeder von der mindestens einen Kältemittelleitung in Fluidströmungsverbindung mit dem Mantelraum steht.
  • Aspekt 15. Apparat nach Aspekt 14, wobei das warme Ende von einer ersten Kältemittelleitung von der mindestens einen Kältemittelleitung in Fluidströmungsverbindung mit der Hochdruckdampfleitung steht und das warme Ende von einer zweiten Kältemittelleitung von der mindestens einen Kältemittelleitung in Fluidströmungsverbindung mit der Mitteldruckflüssigmischkältemittelleitung steht.
  • Aspekt 16. Apparat nach einem der Aspekte 11–15, wobei die erste Mischkolonneneinlassleitung eine zweite Mitteldruckleitung umfasst, die dem Zwischenkühler nachgeschaltet ist und in Fluidströmungsverbindung mit dem Zwischenkühler und der Mischkolonne steht.
  • Aspekt 17. Apparat nach einem der Aspekte 11–16, wobei die Mitteldruckdampfmischkältemittelleitung in Fluidströmungsverbindung mit einem oberen Ende der Mischkolonne und einer Einlassseite von einer von der Vielzahl von Kompressionsstufen steht.
  • Aspekt 18. Apparat nach einem der Aspekte 11–17, ferner umfassend eine Mitteldruckzweiphasenleitung, die dem Zwischenkühler nachgeschaltet ist und mit einem zweiten Phasenseparator in Fluidströmungsverbindung steht, wobei der zweite Phasenseparator eine Mitteldruckdampfleitung und eine Mitteldruckflüssigkeitsleitung aufweist, wobei die erste Mischkolonneneinlassleitung die Mitteldruckflüssigkeitsleitung umfasst und die Mitteldruckdampfleitung in Fluidströmungsverbindung mit einer Einlassseite von einer von der Vielzahl von Kompressionsstufen steht.
  • Aspekt 19. Apparat nach Aspekt 18, wobei die Dampfmischkolonnenauslassleitung mit mindestens einem in Fluidströmungsverbindung steht, der aus der Gruppe, die aus Folgendem besteht, ausgewählt ist: dem zweiten Phasenseparator und der Mitteldruckzweiphasenleitung.
  • Aspekt 20. Apparat nach einem der Aspekte 11–19, ferner umfassend:
    einen dritten Phasenseparator, der der Produktleitung nachgeschaltet ist und mit dieser in Fluidströmungsverbindung steht, wobei der dritte Phasenseparator eine Kaltdampfproduktleitung und eine Flüssigproduktleitung aufweist; und
    einen Nebenwärmetauscher in Fluidströmungsverbindung mit der Kaltdampfproduktleitung, wobei der Nebenwärmetauscher wirksam gestaltet ist, um einen indirekten Wärmetausch zwischen der Kaltdampfproduktleitung und mindestens einer Nebenleitung bereitzustellen, wobei jede von der mindestens einen Nebenleitung das Mischkältemittel oder das Kohlenwasserstofffluid enthält.
  • Aspekt 21. Verfahren, umfassend:
    • (a) das Kühlen eines Kohlenwasserstofffluids in einem Hauptwärmetauscher gegen ein Mischkältemittel, wobei das Kühlen des Kohlenwasserstoffzufuhrgases einen Produktstrom erzeugt;
    • (b) das Abziehen eines Niederdruckmischkältemittelstroms aus dem Hauptwärmetauscher;
    • (c) das Durchführen einer Kompressionsfolge an dem Niederdruckmischkältemittelstrom, wobei die Kompressionsfolge das Folgende umfasst:
    • (i) das Komprimieren des Mischkältemittels in mindestens zwei Kompressionsstufen in mindestens einem Kompressor, um einen Mitteldruckmischkältemittelstrom und einen Hochdruckmischkältemittelstrom zu erzeugen;
    • (ii) das Kühlen des Mitteldruckmischkältemittelstroms;
    • (iii) das Kühlen des Hochdruckmischkältemittelstroms; und
    • (iv) nach dem Durchführen der Kühlschritte, das Einführen von mindestens einem von dem Hochdruckmischkältemittelstrom und dem Mitteldruckmischkältemittelstrom in eine Stripperkolonne; und
    • (d) das Zurückführen von mindestens einem Teil des Mischkältemittels zu dem Hauptwärmetauscher nach dem Durchführen der Kompressionsfolge.
  • Aspekt 22. Verfahren nach Aspekt 21, wobei die Kompressionsfolge ferner das Folgende umfasst:
    • (v) das Abziehen des Mischkältemittels in flüssiger Phase aus einem Bodenende der Stripperkolonne;
    • (vi) das erneute Aufkochen und Wiedereinführen in die Stripperkolonne von einem ersten Teil des Mischkältemittels, das in dem Schritt (v) abgezogen wurde; und
    • (vii) das Abziehen von Mischkältemittel in Dampfphase aus einem oberen Ende der Stripperkolonne.
  • Aspekt 23. Verfahren nach Aspekt 22, wobei der Schritt (iv) nach dem Durchführen des Kühlschritts das Einführen des Hochdruckmischkältemittelstroms in die Stripperkolonne bei einer ersten Temperatur umfasst.
  • Aspekt 24. Verfahren nach Aspekt 23, wobei die Kompressionsfolge ferner das Folgende umfasst:
    • (viii) das Kühlen eines zweiten Teils von dem Mischkältemittel, das in dem Schritt (v) abgezogen wurde, auf die erste Temperatur; und
    • (ix) das Drosseln des gekühlten zweiten Teils von dem Mischkältemittel, das in dem Schritt (v) abgezogen wurde, und dann das Einführen des zweiten Teils von dem Mischkältemittel in einen von einem Separator oder einer Mischkolonne.
  • Aspekt 25. Verfahren nach Aspekt 24, wobei der Schritt (ix) das Drosseln des gekühlten zweiten Teils von dem Mischkältemittel, das in dem Schritt (v) abgezogen wurde, und dann das Einführen des zweiten Teils von dem Mischkältemittel in eine Mischkolonne umfasst.
  • Aspekt 26. Verfahren nach einem der Aspekte 3–10, ferner umfassend:
    • (j) das Vereinen des Hochdruckdampfmischkältemittelstroms aus dem ersten Separator und des Mitteldruckflüssigmischkältemittelstroms aus der Mischkolonne und das Einführen des vereinten Stroms in die Wickelrohrseite des Hauptwärmetauschers.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Die 1A ist ein schematisches Flussdiagramm eines SMR-Kreislaufs gemäß dem Stand der Technik;
  • die 1B ist ein schematisches Flussdiagramm eines weiteren SMR-Kreislaufs gemäß dem Stand der Technik;
  • die 2 ist ein schematisches Flussdiagramm eines SMR-Systems gemäß einer ersten beispielhaften Ausführungsform;
  • die 2B ist ein schematisches Flussdiagramm eines SMR-Systems gemäß einer optionalen Konfiguration für die erste beispielhafte Ausführungsform;
  • die 3 ist ein schematisches Flussdiagramm eines SMR-Systems gemäß einer zweiten beispielhaften Ausführungsform;
  • die 4 ist ein schematisches Flussdiagramm eines SMR-Systems gemäß einer dritten beispielhaften Ausführungsform;
  • die 5 ist ein schematisches Flussdiagramm eines SMR-Systems gemäß einer vierten beispielhaften Ausführungsform;
  • die 6 ist ein schematisches Flussdiagramm eines SMR-Systems gemäß einer fünften beispielhaften Ausführungsform;
  • die 7 ist ein schematisches Flussdiagramm eines SMR-Systems gemäß einer sechsten beispielhaften Ausführungsform; und
  • die 8 ist ein schematisches Flussdiagramm eines SMR-Systems gemäß einer siebten beispielhaften Ausführungsform.
  • Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform(en)
  • Die folgende ausführliche Beschreibung stellt lediglich bevorzugte beispielhafte Ausführungsformen bereit und ist nicht dazu gedacht, den Schutzbereich, die an Anwendbarkeit oder Konfiguration der beanspruchten Erfindung zu beschränken. Vielmehr soll die folgende ausführliche Beschreibung der bevorzugten beispielhaften Ausführungsformen Fachleuten auf dem Gebiet eine Beschreibung bereitstellen, um die Durchführung der bevorzugten beispielhaften Ausführungsformen von der beanspruchten Erfindung zu ermöglichen. Es wird klargestellt, dass verschiedene Veränderungen an der Funktion und Anordnung der Elemente vorgenommen werden können, ohne von dem Geist und dem Schutzbereich der beanspruchten Erfindung abzuweichen.
  • Bezugszeichen, die in der Beschreibung in Verbindung mit einer Zeichnungsfigur eingeführt werden, können sich in ein oder mehreren anschließenden Figuren, ohne dass eine zusätzliche Erläuterung in der Beschreibung wiederholt wird, um einen Kontext zu anderen Merkmale zu liefern. Auf ähnliche Weise werden Elemente, die zu jenen von anderen Ausführungsformen ähnlich sind, durch Bezugszeichen repräsentiert, welche durch Faktoren von 100 differenziert werden. Zum Beispiel der Kompressor 112 in 1A entspricht dem Kompressor 212 in 2. Solche Elemente sollen dahingehend betrachtet werden, dass sie dieselbe Funktion und Struktur haben, außer wird ist hier anders erwähnt oder abgebildet, und die Diskussionen solcher Elemente wird deshalb für nachfolgende Ausführungsformen nicht wiederholt.
  • Der Begriff „Fluidströmungsverbindung”, wie er in der Beschreibung und den Patentansprüchen verwendet wird, bezieht sich auf die Beschaffenheit von der Verbindung zwischen zwei oder mehr Bestandteilen, die es Flüssigkeiten, Dämpfen und/oder Gasen ermöglicht zwischen den Bestandteilen auf eine kontrollierte Weise (d. h., ohne zu entweichen), entweder direkt oder indirekt, zu transportieren zu werden. Das Verbinden von zwei oder mehreren Bestandteilen, sodass sie in Fluidströmungsverbindung miteinander stehen, kann irgendein geeignetes Verfahren, das auf dem Fachgebiet bekannt ist, beinhalten, wie zum Beispiel die Verwendung von Schweißstellen, geflanschten Leitungen, Dichtungen und Bolzen. Zwei oder mehrere Bestandteile können auch über andere Bestandteile des Systems, durch die sie voneinander getrennt sind, miteinander verbunden werden, zum Beispiel über Ventile, Pforten oder andere Vorrichtungen, die selektiv die Fluidströmung beschränken oder leiten.
  • Der Begriff „Leitung”, wie er in der Beschreibung und den Patentansprüchen verwendet wird, bezieht sich auf ein oder mehrere Strukturen, durch welche Fluide zwischen zwei oder mehreren Bestandteilen eines Systems transportiert werden können. Zum Beispiel können Leitungen Rohre, Kanäle, Durchgänge und Kombinationen davon, die Flüssigkeiten, Dämpfe und/oder Gase transportieren, umfassen.
  • Der Begriff „Erdgas”, wie er in der Beschreibung und den Patentansprüchen verwendet wird, meint eine Kohlenwasserstoffgasmischung, die hauptsächlich aus Methan besteht.
  • Die Begriffe „Kohlenwasserstoffgas” oder „Wasserstofffluid”, wie sie in der Beschreibung und den Patentansprüchen verwendet werden, meinen ein Gas/Fluid, das mindestens einen Kohlenwasserstoff umfasst und bei dem Kohlenwasserstoffe mindestens 80% und besonders vorzugsweise mindestens 90% von der Gesamtzusammensetzung des Gases/Fluids ausmachen.
  • Der Begriff „Mischkältemittel” (abgekürzt mit „MR”), wie er in der Beschreibung und den Patentansprüchen verwendet wird, meint ein Fluid, das mindestens zwei Kohlenwasserstoffe umfasst und bei dem Kohlenwasserstoffe mindestens 80% von der Gesamtzusammensetzung des Kältemittels ausmachen.
  • Der Begriff „schweres Mischkältemittel”, wie er in der Beschreibung und den Patentansprüchen verwendet wird, meint ein MR, in dem Kohlenwasserstoffe, die mindestens so schwer wie Ethan sind, mindestens 80% von der Gesamtzusammensetzung des MR ausmachen. Vorzugsweise machen Kohlenwasserstoffe, die mindestens so schwer wie Butan sind, mindestens 10% der Gesamtzusammensetzung von dem Mischkältemittel aus.
  • Die Begriffe „Bündel” und „Rohrbündel” werden in dieser Anmeldung austauschbar verwendet und sind gedacht, Synonyme zu sein.
  • Der Begriff „Umgebungsfluid”, wie er in der Beschreibung und den Patentansprüchen verwendet wird, meint ein Fluid, das dem System mit oder mit annähernd Raumdruck und Raumtemperatur zugeführt wird.
  • In den Patentansprüchen werden Buchstaben verwendet, um die beanspruchten Schritte zu identifizieren (z. B. (a), (b) und (c)). Diese Buchstaben werden verwendet, damit sie bei der Bezugnahme auf die Verfahrensschritte helfen und sind nicht dazu gedacht, die Reihenfolge, in der die beanspruchten Schritte durchgeführt werden, anzugeben, außer, wenn solch eine Reihenfolge in den Patentansprüchen explizit genannt ist, und dann auch nur in dem Ausmaß, wie solch eine Reihenfolge in den Patentansprüchen explizit genannt ist.
  • Richtungsbegriffe können in der Beschreibung und den Patentansprüchen verwendet werden, um Teile der vorliegenden Erfindung zu beschreiben (z. B. obere/r/s, untere/r/s, linke/r/s, rechte/r/s usw.). Diese Richtungsbegriffe sind lediglich dazu gedacht, um bei der Beschreibung von beispielhaften Ausführungsformen behilflich zu sein, und sie sind nicht dazu gedacht, den Schutzbereich der beanspruchten Erfindung zu beschränken. Wie hier verwendet, ist der Begriff „vorgeschaltet” dazu gedacht, eine Richtung zu bezeichnen, die der Strömungsrichtung von einem Fluid in einer Leitung von einem Bezugspunkt aus entgegengesetzt ist. Ähnlich ist der Begriff „nachgeschaltet” dazu gedacht, eine Richtung zu bezeichnen, die dieselbe Richtung wie die Strömungsrichtung von einem Fluid in einer Leitung von einem Bezugspunkt aus ist.
  • Wie in der Beschreibung und den Patentansprüchen verwendet, sind die Begriffe „hoch”, „mittel” und „nieder” dazu gedacht, relative Werte von einer Elementeigenschaft von den Elementen auszudrücken, mit denen diese Begriffe verwendet werden. Zum Beispiel ist es beabsichtigt, dass ein Hochdruckstrom einen Strom bezeichnet, der einen höheren Druck als irgendein Mitteldruckstrom oder Niederdruckstrom aufweist, die in dieser Anmeldung beschrieben oder beansprucht werden. Ähnlich ist es beabsichtigt, dass ein Mitteldruckstrom einen Strom bezeichnet, der einen höheren Druck als irgendein Niederdruckstrom aufweist, der in der Beschreibung oder den Patentansprüchen beschrieben wird, jedoch einen niedrigeren Druck aufweist, als irgendein Hochdruckstrom, der in dieser Anmeldung beschrieben oder beansprucht wird.
  • Irgendwelche und alle Prozentangaben, die in der Beschreibung, den Zeichnungen und den Patentansprüchen genannt werden, sind auf einer Gewichtsprozentbasis zu verstehen, außer es wird hier anders erwähnt. Irgendwelche und alle Drücke, die in der Beschreibung, den Zeichnungen und den Patentansprüchen genannt werden, sind als ein mittlerer Überdruck [Englisch: mean gauge pressure] zu verstehen, außer es wird hier anders erwähnt.
  • Wie hier verwendet, ist der Begriff „Kryogen” oder „kryogenes Fluid” dazu gedacht, eine Flüssigkeit, ein Gas oder ein Gemischtphasenfluid zu meinen, das eine Temperatur von weniger als –70°C hat. Beispiele für Kryogene umfassen flüssigen Stickstoff (LIN), flüssigen Sauerstoff (LOX), flüssiges Argon (LAR), flüssiges Helium, flüssiges Kohlendioxid und unter Druck gesetzte Gemischtphasenkryogene (z. B. eine Mischung aus LIN und gasförmigen Stickstoff). Wie hier verwendet ist der Begriff „kryogene Temperatur” dazu gedacht eine Temperatur von unter –70°C zu meinen.
  • Die Tabelle 1 definiert eine Liste von Akronymen, die durchweg in der Beschreibung und den Zeichnungen als eine Hilfe für das Verständnis der beschriebenen Ausführungsformen verwendet werden: Tabelle 1
    SMR Einzel-Mischkältemittelkreislauf* MCHE kryogener Hauptwärmetauscher
    DMR Dual-Mischkältemittelkreislauf* MR Mischkältemittel
    C3MR Propanvorgekühltes-Mischkältemittelkreislauf* MRL Mischkältemittelflüssigkeit
    LNG Flüssigerdgas-Grundlastanlagen* MRV Mischkältemitteldampf
    *für die englische Bezeichnung siehe oben, Absatz 1 der Beschreibung
  • Die beschriebenen Ausführungsformen stellen ein effizientes Verfahren zur Verflüssigung eines Zufuhrgasstroms bereit, das insbesondere auf die Verflüssigung von Erdgas anwendbar ist. Mit Bezugnahme auf die 1A ist ein typisches SMR-Verfahren aus dem Stand der Technik gezeigt. Ein Zufuhrgasstrom 100, welcher vorzugsweise Erdgas ist, wird durch bekannte Verfahren in einem Vorbehandlungsabschnitt 101 gereinigt und getrocknet, um Wasser, saure Gase, wie zum Beispiel CO2 und H2S, und andere Kontaminationsstoffe, wie zum Beispiel Quecksilber zu entfernen, was zu einem vorbehandelten Zufuhrstrom 102 führt. Der vorbehandelte Zufuhrstrom 102, der nun im Wesentlichen frei von Wasser ist, wird in einem MCHE 103 in drei Schritten gekühlt: einem Vorkühlschritt, einem Verflüssigungsschritt und einem Unterkühlschritt. Jeder Schritt findet in einer Kühlzone oder einem Rohrbündel innerhalb des MCHE 103 statt: das Vorkühlen auf eine Temperatur von unter 10°C, vorzugsweise auf unter etwa 0°C und besonders vorzugsweise auf unter etwa –20°C findet an einem ersten Bündel 103a statt, die Verflüssigung auf eine Temperatur zwischen etwa –150°C und etwa –70°C, vorzugsweise zwischen etwa –145°C und etwa –100°C, findet an einem zweiten Bündel 103b statt und das Unterkühlen auf eine Temperatur zwischen etwa –170°C und etwa –120°C, vorzugsweise zwischen etwa –170°C und etwa –140°C, findet an einem zweiten Bündel 103c statt.
  • Der Begriff „im Wesentlichen frei von Wasser” meint, dass jegliches Restwasser in dem vorbehandelten Zufuhrstrom 102 in einer ausreichend geringen Konzentration vorliegt, um Betriebsprobleme aufgrund von Ausfrieren von Wasser in dem nachgeschalteten Kühl- und Verflüssigungsverfahren zu verhindern. In der Ausführungsform, die in dieser Anmeldung beschrieben wird, bedeutet dies eine Wasserkonzentration, die vorzugsweise nicht mehr als 1,0 ppm und besonders vorzugsweise zwischen 0,1 ppm und 0,5 ppm beträgt. In dem MCHE 103 wird mindestens ein Teil und vorzugsweise die gesamte Kühlung durch das Verdampfen von mindestens einem Teil von unterkühlten Kältemittelströmen nach einer Druckverminderung über Minderungsventile bereitgestellt.
  • Ein gasförmiger Niederdruck-MR-Strom 110 wird aus dem Boden der Mantelseite von dem MCHE 103 abgezogen und dann in einem Kompressor 112 komprimiert. Der gasförmige Niederdruck-MR-Strom 110 wird typischerweise bei eine Temperatur, welche annähernd Umgebungstemperatur oder Umgebungstemperatur ist, und einem Druck von weniger als 10 bar abgezogen. Der resultierende Mitteldruckstrom 114 wird in einem Mitteldrucknachkühler 116 gekühlt, um einen Mitteldruckzweiphasenstrom 118 zu erzeugen. Der Mitteldruckzweiphasenstrom 118 wird in einem Mitteldruckphasenseparator 120 getrennt, um einen Mitteldruckflüssigkeitsstrom 124 und einen Mitteldruckdampfstrom 122 zu erzeugen. Der Mitteldruckdampfstrom 122 wird in einem Kompressor 112, oder einem separaten Kompressor (nicht gezeigt), weiter komprimiert. Der resultierende Hochdruckdampfstrom 125 wird in einem Hochdrucknachkühler 126 gekühlt, um einen Hochdruckzweiphasenstrom 128 zu erzeugen. Der Hochdruckzweiphasenstrom 128 wird in einem Hochdruckphasenseparator 130 in einen Hochdruckflüssigkeitsstrom 134 und einen Hochdruckdampfstrom 132 getrennt. Das Verfahren des Komprimierens und Kühlens von dem MR, nachdem es aus dem Boden des MCHE 103 abgezogen und dann in mehreren Strömen zu der Rohrseite des MCHE 103 zurückgeführt wird, wird hier generell als eine Kompressionsfolge bezeichnet.
  • Sowohl der Mitteldruckflüssigkeitsstrom 124 als auch der Hochdruckflüssigkeitsstrom 134 werden in dem ersten Bündel 103a des MCHE 103 gekühlt, und zwar in zwei getrennten Kreisläufen. Der Druck von dem Mitteldruckflüssigkeitsstrom 124 und dem Hochdruckflüssigkeitsstrom 134 werden über ein Mitteldruckminderungsventil 150 beziehungsweise ein Hochdruckflüssigkeitsminderungsventil 152 vermindert und sie werden in den MCHE 103 eingeführt, um in dem Vorkühlschritt eine Kühlung bereitzustellen.
  • Der Hochdruckdampfstrom 132 wird in dem ersten Bündel 103a des MCHE 103 gekühlt und teilweise verflüssigt, was zu einem kalten Zweiphasenstrom 135 führt. Der kalte Zweiphasenstrom 135 wird in einem kalten Hochdruckphasenseparator 136 in einen kalten Hochdruckflüssigkeitsstrom 140 und einen kalten Hochdruckdampfstrom 138 getrennt. Flüssigkeitsströme, die die Phasenseparatoren verlassen, werden in der Industrie als MRL bezeichnet, und die Dampfströme, die die Phasenseparatoren verlassen, werden in der Industrie als MRV bezeichnet, selbst nachdem sie anschließend verflüssigt werden.
  • Der kalte Hochdruckflüssigkeitsstrom 140 wird in dem zweiten Bündel 103b des MCHE 103 gekühlt, der Druck über das kalte Hochdruckflüssigkeitsminderungsventil 154 vermindert und in den MCHE 103 eingeführt, um in dem Verflüssigungsschritt eine Kühlung bereitzustellen. Der kalte Hochdruckdampfstrom 138 wird in dem zweiten Bündel 103b und dem dritten Bündel 103c des MCHE 103 gekühlt und verflüssigt, der Druck wird über das kalte Hochdruckdampfminderungsventil 156 vermindert und er wird in den MCHE 103 eingeführt, um in dem Unterkühlschritt eine Kühlung bereitzustellen. Der zusätzliche Kreislauf in dem MCHE 103 ist insbesondere für Anwendungen wünschenswert, in denen ein schweres Mischkältemittel verwendet wird.
  • Es gibt andere Wege zur Verarbeitung des Mitteldruckflüssigkeitsstroms 124. Zum Beispiel kann die MR-Zusammensetzung so eingestellt werden, dass der Mitteldruckflüssigkeitsstrom 124, der Mitteldruckphasenseparator 120 und der zusätzliche Kreislauf in dem MCHE 103 auf Kosten der Verfahrenseffizienz eliminiert werden. Eine weitere Möglichkeit ist, dass der Druck des Hochdruckflüssigkeitsstroms 134 vermindert wird und er mit dem Mitteldruckflüssigkeitsstrom 124 vermischt wird, damit sie in den MCHE 103 als ein einziger Strom mit etwas Dampfgehalt eintreten, wodurch wiederum ein zusätzlicher Kreislauf in dem MCHE 103 eliminiert wird. Alternativ können ein Eduktor oder Ejektor verwendet werden, um einen Strom mit einem Zwischendruck zu erhalten. Der Druck des Hochdruckflüssigkeitsstroms 134 kann vermindert werden und er kann mit dem Mitteldruckzweiphasenstrom 118 vermischt werden, der in den Mitteldruckzweiphasenstrom 120 eintritt. Dies würde auch einen zusätzlichen Kreislauf in dem MCHE 103 eliminieren und kältere Flüssigkeits- und Dampfströme erzeugen, die den Mitteldruckphasenseparator 120 verlassen, was zu einem gewissen Vorteil in der Gesamteffizienz führt, jedoch durch einen irreversiblen Mischverlust zunichte gemacht wird, weil es eine Ineffizienz gibt, die mit dem Mischen von Strömen mit unterschiedlichem Druck, Temperatur oder Zusammensetzung assoziiert ist. Es kann eine hydraulische Turbine verwendet werden, um reversibel den Druck des Hochdruckflüssigkeitsstroms 134 zu vermindern. Der Mitteldruckflüssigkeitsstrom 124 kann gepumpt und mit dem Hochdruckdampfstrom 132 vereint werden, wodurch ein zusätzlicher Kreislauf in dem MCHE 103 eliminiert wird, jedoch zu dem Preis der Einführung eines rotierenden Geräteteils und der möglichen Verringerung der Systemzuverlässigkeit.
  • Die 1B zeigt eine weitere Ausführungsform von einem SMR-Verfahren aus dem Stand der Technik. In dem System der 1B wird Flüssigkeit aus dem Hochdruckphasenseparator 130 (Strom 196) auf den Zwischenstufendruck zurückgedrosselt (zum Beispiel durch das Ventil 195). Der resultierende Zweiphasenstrom wird mit dem Mitteldruckzweiphasenstrom 118 aus dem Zwischenkühler 216 gemischt. Diese Mischung wird dann in den Mitteldruckphasenseparator 120 eingeführt. Der Dampfteil aus dem Mitteldruckphasenseparator 120 (Strom 192) wird weiter komprimiert und der einzige sich daraus ergebende Flüssigkeitsstrom (Strom 194) wird in dem MCHE 103 gekühlt. Folglich wird ein zusätzlicher Kreislauf aus der 1B des Standes der Technik eliminiert (zum Beispiel das Rohrbündel, das mit dem Ventil 150 der 1A verbunden ist) und es werden kältere Flüssigkeit- und Dampfströme aus dem Mitteldruckphasenseparator 120 erzeugt. Dies führt zu einem kleinen Effizienzvorteil. Das Mischen der Ströme mit unterschiedlicher Temperatur und Zusammensetzung ist jedoch thermodynamischen ineffizient (zum Beispiel von Strom 196 nach dem Drosseln und Strom 118).
  • Die 2 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In der 2 ist der Mitteldruckphasenseparator 120, der in der 1A gezeigt ist, durch eine Mischkolonne 260 ersetzt. Mischkolonnen, wie zum Beispiel die Mischkolonne 260, arbeiten mit denselben thermodynamischen Prinzipien wie eine Destillationskolonne (die auf dem Fachgebiet auch als Trenn- oder Fraktionierungskolonne bezeichnet wird). Die Mischkolonne 260 jedoch führt eine Aufgabe durch, die das Gegenteil von der einer Destillations(Fraktionierung)-Kolonne ist – in einer Vielzahl von Gleichgewichtsstufen vermischt sie irreversibel Fluide anstatt, dass sie die Bestandteile eines Fluids trennt. Im Gegensatz zu einer Destillationskolonne ist der obere Teil der Mischkolonne wärmer als der Boden. Die Strukturen, die in einer Mischkolonne verwendet werden, um das Mischen zu erreichen, sind den Strukturen ähnlich, die in einer Destillationskolonne verwendet werden, wie zum Beispiel Packungen oder Böden. Das U.S. Patent Nr. 4,022,030 , das ist hier durch die Referenz so enthalten ist, als wäre vollständig dargelegt, beschreibt die Struktur- und Betriebsprinzipien für eine Mischkolonne in einer Anwendung, die zu der der vorliegenden Erfindung verschieden ist. Es ist von Vorteil, mehrere Stufen in der Mischkolonne zu haben, ein teilweiser Vorteil kann jedoch auch durch eine Einzelbodenkolonne erreicht werden.
  • Ein Mitteldruckzweiphasenstrom 218 tritt in den oberen Teil der Mischkolonne 260 ein. Der Mitteldruckdampfstrom 262 hat annähernd Umgebungstemperatur, wenn er den oberen Teil der Mischkolonne 260 verlässt. Ein Mitteldruckflüssigkeitsstrom 264, der den Boden der Mischkolonne 260 verlässt, ist kälter als die Umgebungstemperatur. In dieser Ausführungsform ist die Temperatur des Mitteldruckflüssigkeitsstrom 264, der den Boden der Mischkolonne 260 verlässt, vorzugsweise 5–15°C kälter als die Umgebungstemperatur plus eine Annäherungstemperatur und besonders vorzugsweise etwa 10°C kälter als die Umgebungstemperatur plus die Annäherungstemperatur. In Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur und dem Typ des verwendeten Wärmetauschers, kann die Annäherungstemperatur zwischen 3 und 20°C betragen. Zum Beispiel, wenn die Umgebungstemperatur 30°C und die Annäherungstemperatur 5°C beträgt, dann beträgt die Temperatur des Mitteldruckflüssigkeitsstroms 264, der den Boden der Mischkolonne 260 verlässt, vorzugsweise 20–30°C und besonders vorzugsweise etwa 25°C.
  • Der Mitteldruckdampfstrom 262 wird weiter in dem Kompressor 212 komprimiert, oder einem anderen Kompressor (nicht gezeigt). Der resultierende Hochdruckdampfstrom 225 wird in einem Hochdrucknachkühler 226 gekühlt, um einen Hochdruckzweiphasenstrom 228 zu erzeugen. Der Hochdruckzweiphasenstrom 228 wird in einem Hochdruckphasenseparator 230 in einen Hochdruckflüssigkeitsstrom 266 und einen Hochdruckdampfstrom 232 getrennt. Der Druck des Hochdruckflüssigkeitsstroms 266 wird über ein Hochdruckflüssigkeitsminderungsventil 252 vermindert und in den Boden der Mischkolonne 260 eingeführt. Der Mitteldruckflüssigkeitsstrom 264 wird in dem ersten Bündel 203a des MCHE 203 gekühlt, der Druck über ein Mitteldruckflüssigkeitsminderungsventil 250 vermindert und in den MCHE 203 eingeführt, um in dem Vorkühlschritt eine Kühlung bereitzustellen.
  • Die Vorteile dieser Ausführungsform gegenüber dem Stand der Technik schließen die Eliminierung von dem zusätzlichen Kreislauf (zum Beispiel von dem Hochdruckflüssigkeitsstrom 134 der 1A) in dem MCHE 203 ein, selbst wenn ein schweres Mischkältemittel verwendet wird. Es wird aufgrund der relativ geringen Temperatur von dem Mitteldruckflüssigkeitsstrom 264 aus der Mischkolonne 260 eine hohe Verflüssigungseffizienz erhalten.
  • Die 2B zeigt eine optionale Variation der ersten Ausführungsform, in der der Mitteldruckzweiphasenstrom 218 zu einem Mitteldruckphasenseparator 280 geleitet wird, wo er in einen Mitteldruckdampfstrom 279 und einen Mitteldruckflüssigkeitsstrom 281 getrennt wird. Der Mitteldruckdampfstrom 279 wird zu dem Kompressor 212 oder einem anderen Kompressor (nicht gezeigt) zurückgeführt. Der Mitteldruckflüssigkeitsstrom 281 aus dem Mitteldruckphasenseparator 280 wird in die Mischkolonne 260 eingespeist. Der Mitteldruckdampfstrom 262 aus der Mischkolonne 260 wird mit dem Mitteldruckzweiphasenstrom 218 aus dem Zwischenkühler 260 gemischt oder direkt in den Mitteldruckphasenseparator 280 eingespeist (wie es durch den Strom 262c gezeigt ist). Alternativ kann der Mitteldruckdampfstrom 262b aus der Mischkolonne 260 mit dem Mitteldruckdampfstrom 279 aus dem Mitteldruckphasenseparator 280 gemischt werden und zu dem Kompressor 212 oder einem anderen Kompressor (nicht gezeigt) zurückgeführt werden. Diese Variation der ersten Ausführungsform würde es ermöglichen, dass ein oberer Teil der Mischkolonne 260 im Vergleich zu der Variation, die in der 2 gezeigt ist, kleiner ist und zwar aufgrund einer Verringerung in der Dampflast an der Mischkolonne.
  • Die 3 zeigt eine Ausführungsform, die einen Neben-Flash-Wärmetauscher 370 aufweist, der verwendet wird, um die MR-Ströme aus dem MCHE 303 gegen einen Kaltdampfstrom 377, der von dem Flüssigproduktstrom 376 abgetrennt wurde, zu kühlen. Der Produktstrom 304 wird in einen Produktphasenseparator 375 oder einen Aufbewahrungstank (nicht gezeigt) eingeführt, um den Kaltdampfstrom 377, der aus kaltem End-Flash-Gas oder Abdampf [Englisch: boil off gas] besteht, und einen Flüssigproduktstrom 376 zu erzeugen. Um die Effizienz des Neben-Flash-Wärmetauschers 370 zu verbessern, wird der Kaltdampfstrom 377 zuerst gegen einen ersten Nebenstrom 371 erwärmt, der ein Teil von dem kalten Hochdruckdampfstrom 338 ist, der in das dritte Bündel 303c des MCHE 303 eintritt. Der erste Nebenstrom 371 wird gekühlt und mit dem Hauptteil des kalten Hochdruckdampfstroms 338 am oberen Teil des dritten Bündels 303c auf der Mantelseite des MCHE 303 neu vereint. Der Kaltdampfstrom 377 wird als nächstes gegen einen zweiten Nebenstrom 372 erwärmt, der ein Teil des kalten Hochdruckflüssigkeitsstroms 340 ist, der in das zweite Bündel 303b des MCHE 303 eintritt. Alternativ kann der zweite Nebenstrom 372 einen Teil von dem kalten Hochdruckdampfstrom 338 umfassen.
  • Der zweite Nebenstrom 372 wird gekühlt und mit dem Hauptteil des kalten Hochdruckflüssigkeitsstroms 340 am oberen Teil des zweiten Bündels 303b auf der Mantelseite des MCHE 303 neu vereint. Schließlich wird der Kaltdampfstrom 377 gegen einen dritten Nebenstrom 373 erwärmt, der ein Teil des Mitteldruckflüssigkeitsstrom 364 ist, dem Flüssigkeitsstrom aus der Mischkolonne 360. Alternativ kann der Nebenstrom 373 einen Teil des Mitteldruckdampfstroms 332 umfassen. Der dritte Nebenstrom 373 wird gekühlt und mit dem Hauptteil eines Mitteldruckflüssigkeitsstroms 364 am oberen Teil des ersten Bündels 303a auf der Mantelseite des MCHE 303 neu vereint. Ein Dampfstrom 378, der durch das Flash-Gas aus dem Neben-Flash-Wärmetauscher 370 erwärmt wurde, kann optional komprimiert werden und zum Brennstoffkopf geleitet werden oder er kann komprimiert und als Zufuhr recycelt (Gaszufuhrstrom 300) oder zum Abfackeln geschickt werden (nicht gezeigt). Die Ausführungsformen, die in den 3, 4 und 5 gezeigt sind, können entweder mit oder ohne Mischkolonne und für jeglichen Verflüssigungskreislauf verwirklicht werden, weil die Neben-Flash-Wärmetauschermerkmale, die in diesen Ausführungsformen beschrieben werden, zu einer verbesserten Verfahrenseffizienz führen, und zwar sowohl mit als auch ohne Verwendung einer Mischkolonne.
  • Die 4 zeigt eine Ausführungsform, in der der Kaltdampfstrom 477 über den Neben-Flash-Wärmetauscher 470 gegen einen ersten Nebenstrom 471 erwärmt wird, der ein Teil des Zufuhrstroms an dem Einlass des dritten Bündels 503c des MCHE 403 ist. In dieser Ausführungsform wird der kalte Zufuhrstrom mit dem Produktstrom 404 aus dem MCHE 403 vereint. Der Kaltdampfstrom 477 wird dann gegen einen zweiten Nebenstrom 472 erwärmt, der ein Teil des Zufuhrstroms an dem Einlass des zweiten Bündels 403b ist, welcher zu dem Produkt (oben) von dem zweiten Bündel 403b des MCHE 403 zurückgeführt wird. Der Kaltdampfstrom 477 wird gegen den dritten Nebenstrom 473 erwärmt, der ein Teil des vorbehandelten Zufuhrstroms 402 zu dem ersten Bündel 403a ist, und der gekühlte Zufuhrstrom wird mit dem Zufuhrstrom am Auslass des ersten Bündels 403a des MCHE 403 vereint.
  • Die 5 zeigt eine Ausführungsform, in der der Kaltdampfstrom 577 auch über den Neben-Flash-Wärmetauscher 570 gegen den ersten Nebenstrom 571 erwärmt wird, der ein Teil des vorbehandelten Zufuhrstroms 502 zu dem ersten Bündels 503a ist, und der gekühlte Zufuhrstrom wird mit dem Zufuhrstrom am Auslass des dritten (kalten) Bündels 503c des MCHE 503 vereint. In dieser Ausführungsform wird der Kaltdampfstrom 577 auch gegen den zweiten Nebenstrom 572, der ein Teil des Hochdruckdampfstroms 532 ist, erwärmt und der sich daraus ergebende kalte Strom wird mit dem kalten Zweiphasenstrom 534 vereint. Es kann irgendeine andere Kombination von kalten Strömen verwendet werden, um den Neben-Flash-Wärmetauscher 570 abzustimmen. Es sind auch andere Kombinationen der Merkmale möglich, die in den 3–5 gezeigt sind, die sich auf die Verwendung eines Neben-Flash-Wärmetauschers beziehen, um Flash-Gas zu erwärmen. Zum Beispiel kann das Flash-Gas zuerst gegen kaltes MRV, dann gegen kaltes MRL und dann gegen Zufuhrgas erwärmt werden.
  • Die 6 zeigt eine weitere beispielhafte Ausführungsform, die der Ausführungsform in der 2B ähnlich ist, die jedoch eine zusätzliche Kompressionsstufe (Kompressor 613) und eine zusätzliche Phasentrennung (in dem Phasenseparator 678) mit einschließt, was zu drei Strömen 618, 689, 667 führt, die der Mischkolonne 660 zugeführt werden, vorzugsweise an drei unterschiedlichen Stellen. Der Hochdruckzweiphasenstrom 628 wird in dem Phasenseparator 678 getrennt und der Dampfstrom 679, der den Phasenseparator 678 verlässt, wird in dem Kompressor 613 komprimiert, bevor er gekühlt (durch einen Nachkühler 680) und in den Phasenseparator 630 eingeführt wird. Alternativ kann eine Mischkolonne verwendet werden, die anstelle des Phasenseparators 678 verwendet wird, und ein Phasenseparator kann anstelle der Mischkolonne 660 verwendet werden. Andere Ausführungsformen mit zusätzlichen Kompressionsstufen sind möglich. Ausführungsformen mit zwei oder mehr Mischkolonne sind auch möglich.
  • Die 7 zeigt eine weitere beispielhafte Ausführungsform, in der der Mitteldruckflüssigkeitsstrom 764 vorzugsweise auf einen höheren Druck gepumpt wird (über die Pumpe 790) und mit dem Hochdruckdampfstrom 732 vereint wird, um einen Zweiphasenstrom 781 zu erzeugen, der zu dem MCHE 703 geschickt wird. Dies eliminiert einen weiteren Rohrkreislauf in dem Hauptwärmetauscher. Der vereinte Strom wird durch die Rohrbündel 703a–c des MCHE 703 gekühlt und direkt zu dem JT-Ventil 756 geleitet. Dies eliminiert die Anforderung für einen Phasenseparator und einen zusätzlichen Kreislauf in sowohl dem ersten als auch dem zweiten Bündel 703a, 703b, wodurch das System auf Kosten von etwas Effizienz vereinfacht wird. In einer weiteren Variation kann eine Stripperkolonne anstelle des Phasenseparators 730 verwendet werden.
  • Die 8 zeigt eine weitere beispielhafte Ausführungsform der Erfindung, in der der Hochdruckphasenseparator 230 der 2B durch eine Stripperkolonne 882 ersetzt worden ist. Wie in der Beschreibung und den Patentansprüchen verwendet, ist der Begriff „Stripperkolonne” so zu verstehen, dass er einen Typ einer Destillations/Fraktionierungskolonne meint, die einen Verdampferwärmetauscher 883, jedoch keinen Kondensator, umfasst. Der Hochdruckzweiphasenstrom 828 wird in den oberen Teil der Stripperkolonne 882 eingeführt, um einen Reflux bereitzustellen. Das Dampfkopfprodukt 884 wird in den MCHE 803 eingeführt. Ein Teil des Flüssigkeitsbodenproduktstroms 886 wird dem Verdampfer 883 zugeführt, um für die Stripperkolonne 882 einen Strippdampfverkehr (Strom 885) bereitzustellen. Der Rest des Flüssigkeitsbodenprodukts 886 wird in einem Kühler 887 gekühlt. Der resultierende Flüssigproduktstrom 888 hat die Temperatur (oder hat annähernd die Temperatur) des Stroms 828 und wird in dem Ventil 852 gedrosselt, bevor er der Mischkolonne 830 zugeführt wird.
  • Die Verwendung der Stripperkolonne 882 erzeugt Flüssigprodukt (886) und Dampfprodukt (884) mit etwa derselben Temperatur, jedoch, anders als ein Phasenseparator, befinden sich die Produkte 886, 884, nicht in einem Gleichgewicht miteinander. Das Dampfkopfprodukt 884 wird mit leichteren Bestandteilen angereichert und/oder nimmt in der Strömung zu. Umgekehrt wird das Flüssigkeitsbodenprodukt 886 mit schwereren Bestandteilen angereichert und/oder nimmt in der Strömung ab. Dementsprechend verbessert die Verwendung einer Stripperkolonne 882 die Verflüssigungseffizienz des Verfahrens gegenüber der Verwendung eines Phasenseparators.
  • In weiteren alternativen Ausführungsformen können einige oder alle Mischkältemittelphasenseparatoren durch Stripperkolonnen ersetzt werden, um die Dampf-Flüssigkeits-Trennung zu verbessern. Zusätzlich kann der Verdampfer 883 durch einen Wärmetauscher ersetzt sein, der Wärme mit irgendeinem heißen Strom tauscht, um die Verdampfungsenergie bereitzustellen, die für das Verfahren notwendig ist. Es ist zu beachten, dass, obwohl die Stripperkolonne 882 in dieser Ausführungsform so gezeigt ist, dass sie in Kombination mit der Mischkolonne 860 verwendet wird, die Stripperkolonne 882 in Ausführungsformen verwendet werden kann, in denen keine Mischkolonne verwendet wird. In einer solchen Ausführungsform kann der Teil von dem Flüssigkeitsbodenprodukt 888, der nicht erneut aufgekocht wird, über einen zusätzlichen Rohrkreislauf zu dem MCHE 803 geschickt werden.
  • Es sind auch andere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung möglich. Zum Beispiel können zusätzliche Kompressionsstufen bereitgestellt sein, sowie zusätzliche Phasenseparatoren und Umgebungswärmetauscher. Die Flüssigkeit aus irgendeinem Phasenseparator kann zu der Mischkolonne 860 geschickt werden. Es sind auch Ausführungsformen mit mehreren Mischkolonnen möglich. Es können mehrere Kompressortypen eingesetzt werden, wie zum Beispiel Zentrifugal-, Axial-, Integralgetriebekompressoren und andere. Es können verschiedene Kolonnengestaltungen verwendet werden, wie zum Beispiel Packungstypgestaltungen und Bodentypgestaltungen.
  • Während die beschriebenen Ausführungsformen insbesondere zur Erdgasverflüssigung geeignet sind, wobei Wickelrohrwärmetauscher verwendet werden, sind sie nicht nur auf diese Anwendung beschränkt und sie sind auf Verflüssigungsverfahren anwendbar, die andere Wärmetauscher verwenden, wie zum Beispiel Platten- und Lamellenwärmetauscher, gelötete Aluminium-Wärmetauscher usw.
  • Beispiel 1
  • Das Folgende ist ein Beispiel für den Betrieb einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung. Das Beispielverfahren und die Daten basieren auf Simulationen von einem SMR-Verfahren, das der Ausführungsform eins in 2 ähnlich ist, und zwar in einer Anlage, die etwa zwei Millionen Tonnen (1,81 Millionen metrische Tonnen) pro Jahr der LNG herstellt. Um die Beschreibung dieses Beispiels zu vereinfachen, werden Elemente und Bezugszeichen verwendet, die in Bezug auf die Ausführungsform, welche in der 2 gezeigt ist, beschrieben sind.
  • Der Produktstrom 204 hat eine Strömungsgeschwindigkeit von 31558 lb-Mol pro Stunde (14314 kg-Mol pro Stunde) des Erdgases, das die Zusammensetzung, die in der Tabelle 2 unten gezeigt ist, aufweist. Der vorbehandelte Zufuhrstrom 202 tritt in den MCHE 203 mit 116,6°F (47°C) und 870 psia (60 bar) ein und wird auf –237°F (–152°C) abgekühlt. Tabelle 2
    Zufuhrgaszusammensetzung
    Bestandteil Stoffmengenanteil
    Stickstoff 0,008
    Methan 0,888
    Ethan 0,067
    Propan 0,025
    Schwerere Kohlenwasserstoffe 0,012
  • Das gasförmige Niederdruck-MR 210 hat eine Strömungsgeschwindigkeit von 74527 lb-Mol pro Stunde (33805 kg-Mol pro Stunde), wobei das MR die Zusammensetzung, die in der Tabelle 3 gezeigt ist, aufweist, es verlässt den MCHE 203 mit annähernd Umgebungstemperatur, zum Beispiel 89,6°F (32,0°C) und wird von 54 psia (3,7 bar) auf 262 psia (18,1 bar) in dem Kompressor 212 komprimiert und in dem Zwischenkühler 216 auf 116,6°F gekühlt. Tabelle 3
    Kältemittelzusammensetzung
    Bestandteil Stoffmengenanteil
    Stickstoff 0,034
    Methan 0,218
    Ethylen 0,322
    Propan 0,241
    iso-Pentan 0,168
  • Diese Zwischenstufenflüssigkeit, der Mitteldruckzweiphasenstrom 218, wird dem oberen Teil der Mischkolonne 260 zugeführt. Der Mitteldruckdampfstrom 262 verlässt den oberen Teil der Mischkolonne 260 mit 116,7°F (47,1°C), wird ferner in dem Kompressor 212 auf 635 psia (4,4 bar) komprimiert, durch den Hochdrucknachkühler 226 auf 116,6°F (47,0°C) gekühlt und in dem Hochdruckphasenseparator 230 in den Hochdruckdampfstrom 232 und den Hochdruckflüssigkeitsstrom 266 getrennt. Der Hochdruckdampfstrom 232 wird in dem ersten Bündel 203a des MCHE 203 gekühlt und schließlich wird der Druck über das kalte Hochdruckflüssigkeitsminderungsventil 254 und das kalte Hochdruckdampfminderungsventil 256 vermindert, um in dem zweiten Bündel 203b und dem dritten Bündel 203c des MCHE 203 eine Kühlung bereitzustellen. Der Druck des Hochdruckflüssigkeitsstroms 266 wird über das Hochdruckflüssigkeitsminderungsventil 252 vermindert und in den Boden der Mischkolonne 260 eingeführt. Der Mitteldruckflüssigkeitsstrom 264 verlässt den Boden der Mischkolonne 260 mit 95°F (35°C), wird in dem MCHE 203 gekühlt und schließlich wird der Druck über das Mitteldruckkaltflüssigkeitsminderungsventil 250 vermindert, um dem ersten Bündel 203a des MCHE 203 eine Kühlung bereitzustellen.
  • Beispiel 2
  • Dieses Beispiel ist ein Modellvergleich zwischen MR-Kompressionssystemleistung von dem System aus dem Stand der Technik, das in der 1B gezeigt ist, und dem MR-Kompressionssystem von der Ausführungsform der Erfindung, die in der 2 gezeigt ist. Die Umgebungstemperatur beträgt in diesem Fall 33°C und die Annäherungstemperatur 15°C. Insbesondere vergleicht die Tabelle 4 die Stromtemperaturen und Dampfprozentsätze für die Ströme 118, 292, 294 und 296 von dem System der 1B (Stand der Technik) mit den Werten für die Ströme 218, 262, 264 und 266 von dem System der 2. Wie gezeigt, ist die Temperatur von dem Mitteldruckflüssigkeitsstrom 264 von dem System der 2 signifikant kälter als die Temperatur von dem Flüssigkeitsstrom 194, was die Kühlbelastung, die für die Verflüssigung benötigt wird, verringert. Folglich kann erwartet werden, dass die Ausführungsform der 2 einen Produktionsvorteil in der Größenordnung von 1% gegenüber dem Stand der Technik bereitstellt. Ähnliche Verbesserungen in der Effizienz können von den Ausführungsformen, die in den 3 und 4 gezeigt sind, erwartet werden. Tabelle 4
    Kreislauf Fig. 1B Fig. 2 Fig. 1B Fig. 2 Fig. 1B Fig. 2 Fig. 1B Fig. 2
    Strom* HP in HP in MP in MP in V aus V aus L aus L aus
    Strombezugszeichen in den Figuren 118 218 196 266 192 262 194 264
    Temperatur (°C) 47,0 47,0 25,9 27,4 42,4 47,1 42,4 35,1
    Druck (bar) 17,5 17,5 17,5 17,5 17,5 17,5 17,5 17,5
    Dampf (Mol-%) 83% 86% 30% 30% 100% 100% 0% 0%
    *HP: Hochdruck; MP: Mitteldruck; V: Dampf; L: Flüssigkeit
  • Während die Prinzipien der beanspruchten Erfindung in Verbindung mit beispielhaften Ausführungsformen oben beschrieben wurden, muss eindeutig klargestellt sein, dass diese Beschreibung nur beispielhaft gemacht wurde und nicht als eine Beschränkung des Schutzbereichs von der beanspruchten Erfindung gedacht ist.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • US 4022030 [0067]

Claims (26)

  1. Verfahren, umfassend: (a) das Kühlen eines Kohlenwasserstofffluids in einem Hauptwärmetauscher gegen ein Mischkältemittel, wobei das Kühlen des Kohlenwasserstoffzufuhrgases einen Produktstrom erzeugt; (b) das Abziehen eines Niederdruckmischkältemittelstroms aus dem Hauptwärmetauscher; (c) das Komprimieren des Niederdruckmischkältemittelstroms in mindestens zwei Kompressionsstufen in mindestens einem Kompressor, um einen Mitteldruckmischkältemittelstrom und einen Hochdruckdampfmischkältemittelstrom zu erzeugen; (d) das Kühlen des Mitteldruckmischkältemittelstroms, um einen Mitteldruckzweiphasenmischkältemittelstrom zu erzeugen; (e) das Kühlen des Hochdruckdampfmischkältemittelstroms, um einen Hochdruckzweiphasenmischkältemittelstrom zu erzeugen; (f) das Trennen des Hochdruckzweiphasenmischkältemittelstroms in einen Hochdruckflüssigmischkältemittelstrom und einen Hochdruckdampfmischkältemittelstrom; (g) das Einführen von mindestens einem Teil des Mitteldruckzweiphasenmischkältemittelstroms und des Hochdruckflüssigmischkältemittelstroms in eine Mischkolonne; (h) das Abziehen eines Mitteldruckflüssigmischkältemittelstroms aus einem Bodenende der Mischkolonne und eines Mitteldruckdampfmischkältemittelstroms aus einem oberen Ende der Mischkolonne; und (i) das Zuführen von mindestens einem Teil des Mitteldruckflüssigmischkältemittelstroms und mindestens einem Teil des Hochdruckdampfmischkältemittelstroms zu dem Hauptwärmetauscher.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend: (j) nach dem Abziehen des Mitteldruckdampfmischkältemittelstroms aus der Mischkolonne, das Komprimieren des Mitteldruckdampfmischkältemittelstroms, um einen Teil des Hochdruckdampfmischkältemittelstroms zu bilden.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt (a) das Verflüssigen eines Kohlenwasserstoffzufuhrgases und eines Mischkältemittels, die durch eine Wickelrohrseite eines Hauptwärmetauschers strömen, durch indirekten Wärmetausch mit dem Mischkältemittel umfasst, das durch eine Wandseite des Hauptwärmetauschers strömt, wobei das Kühlen des Kohlenwasserstoffzufuhrgases einen Produktstrom erzeugt.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei der Schritt (c) das Abziehen von mindestens einem gekühlten Kältemittelstrom aus der Wickelrohrseite des Hauptwärmetauschers an einem oberen Ende von mindestens einem von einer Vielzahl von Rohrbündeln, das Vermindern eines Drucks von dem mindestens einen gekühlten Kältemittelstrom und dann das Zuführen des druckverminderten mindestens einen gekühlten Kältemittelstroms zu der Mantelseite des Hauptwärmetauschers umfasst, um mindestens eines von der Vielzahl von Rohrbündeln zu berieseln.
  5. Verfahren nach Anspruch 3, wobei der Schritt (b) das Abziehen eines Mantelseitenmischkältemittelstroms aus einer Mantelseite von dem Hauptwärmetauscher an einem warmen Ende des Hauptwärmetauschers umfasst
  6. Verfahren nach Anspruch 3, ferner umfassend: (k) das Abziehen von mindestens einem gekühlten Mischkältemittelstrom aus der Wickelrohrseite des Hauptwärmetauschers, das Vermindern eines Drucks von dem mindestens einen gekühlten Mischkältemittelstrom und dann das Zuführen des druckverminderten mindestens einen gekühlten Mischkältemittels zu der Mantelseite des Hauptwärmetauschers.
  7. Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend: (l) das Expandieren des Hochdruckflüssigmischkältemittelstroms vor dem Durchführen des Schritts (g).
  8. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt (g) das Trennen des Mitteldruckzweiphasenmischkältemittelstroms in einen Mitteldruckdampfmischkältemittelstrom und einen Mitteldruckflüssigmischkältemittelstrom und das Einführen des Mitteldruckflüssigmischkältemittelstroms und des Hochdruckflüssigmischkältemittelstroms in die Mischkolonne umfasst.
  9. Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend: (m) das Trennen des Produktstroms in einen Kaltdampfstrom und einen Flüssigproduktstrom; (n) das Zuführen des Kaltdampfstroms und eines Teils des Mitteldruckflüssigkältemittelstroms zu einem Nebenwärmetauscher; und (o) das Kühlen des Mitteldruckflüssigkältemittelstroms gegen den Kaltdampfstrom.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, ferner umfassend: (p) nach dem Durchführen des Schritts (o), das Zuführen des gekühlten Mitteldruckflüssigkältemittelstroms zu der Mantelseite des Hauptwärmetauschers.
  11. Apparat, umfassend: einen Hauptwärmetauscher, der eine Zufuhrleitung, die mit einer Kohlenwasserstofffluidversorgung verbunden ist und an einem ersten Ende von dem Hauptwärmetauscher angeordnet ist, eine Produktleitung, die an einem zweiten Ende des Hauptwärmetauschers, das dem ersten Ende gegenüberliegt, angeordnet ist, eine Fluidleitung, die in Fluidströmungsverbindung mit der Zufuhrleitung und der Produktleitung steht, und mindestens eine Kältemittelleitung aufweist, die ein Mischkältemittel enthält, wobei der Hauptwärmetauscher wirksam gestaltet ist, um einen indirekten Wärmetausch zwischen dem Mischkältemittel und dem Zufuhrgas bereitzustellen; und ein Kompressionssystem, das wirksam gestaltet ist, um das Mischkältemittel zu komprimieren und zu kühlen und es zu dem Hauptwärmetauscher zurückzuführen, wobei das Kompressionssystem eine Vielzahl von Kompressionsstufen, die eine erste und eine zweite Kompressionsstufe umfassen, einen Zwischenkühler und mindestens eine Mischkolonne umfasst, wobei die Mischkolonne eine Vielzahl von Gleichgewichtsstufen, eine erste Mischkolonneneinlassleitung und eine zweite Mischkolonneneinlassleitung, eine Dampfmischkolonnenauslassleitung und eine Flüssigkeitsmischkolonnenauslassleitung aufweist.
  12. Apparat nach Anspruch 11, ferner umfassend: eine Niederdruckleitung, die in Fluidströmungsverbindung mit dem Hauptwärmetauscher und einer Einlassseite von der ersten Kompressionsstufe steht, eine erste Hochdruckleitung, die in Fluidströmungsverbindung mit einem Nachkühler und einer Auslassseite von der zweiten Kompressionsstufe steht, eine erste Mitteldruckleitung, die in Fluidströmungsverbindung mit dem Zwischenkühler und der ersten Kompressionsstufe steht, eine zweite Hochdruckleitung, die dem Nachkühler nachgeschaltet ist und in Fluidströmungsverbindung mit dem Nachkühler und einem ersten Phasenseparator steht, und eine Hochdruckdampfleitung, die in Fluidströmungsverbindung mit einem oberen Ende von dem ersten Phasenseparator und dem Hauptwärmetauscher steht; und wobei die zweite Mischkolonneneinlassleitung eine erste Hochdruckflüssigkeitsleitung in Fluidströmungsverbindung mit einem unteren Ende von dem ersten Phasenseparator und der Mischkolonne umfasst, die Flüssigkeitsmischkolonnenauslassleitung eine Mitteldruckflüssigmischkältemittelleitung in Fluidströmungsverbindung mit einem Bodenende der Mischkolonne und dem Hauptwärmetauscher, und die Dampfmischkolonnenauslassleitung eine Mitteldruckdampfmischkältemittelleitung in Fluidströmungsverbindung mit einem oberen Ende der Mischkolonne umfasst.
  13. Apparat nach Anspruch 11, wobei der Hauptwärmetauscher einen Mantel umfasst, der einen Mantelraum und mindestens ein Rohrbündel definiert, das innerhalb des Mantels angeordnet ist und eine Vielzahl von Wickelrohrsätzen aufweist, wobei die Vielzahl an Wickelrohrsätzen die Zufuhrleitung und die mindestens eine Kältemittelleitung umfassen.
  14. Apparat nach Anspruch 13, wobei jede von der mindestens einen Kältemittelleitung ein warmes Ende und ein kaltes Ende umfasst, wobei das kalte Ende von jeder von der mindestens einen Kältemittelleitung in Fluidströmungsverbindung mit dem Mantelraum steht.
  15. Apparat nach Anspruch 14, wobei das warme Ende von einer ersten Kältemittelleitung von der mindestens einen Kältemittelleitung in Fluidströmungsverbindung mit der Hochdruckdampfleitung steht und das warme Ende von einer zweiten Kältemittelleitung von der mindestens einen Kältemittelleitung in Fluidströmungsverbindung mit der Mitteldruckflüssigmischkältemittelleitung steht.
  16. Apparat nach Anspruch 11, wobei die erste Mischkolonneneinlassleitung eine zweite Mitteldruckzweiphasenleitung umfasst, die dem Zwischenkühler nachgeschaltet ist und in Fluidströmungsverbindung mit dem Zwischenkühler und der Mischkolonne steht.
  17. Apparat nach Anspruch 11, wobei die Mitteldruckdampfmischkältemittelleitung in Fluidströmungsverbindung mit einem oberen Ende der Mischkolonne und einer Einlassseite von einer von der Vielzahl von Kompressionsstufen steht.
  18. Apparat nach Anspruch 11, ferner umfassend eine Mitteldruckzweiphasenleitung, die dem Zwischenkühler nachgeschaltet ist und mit einem zweiten Phasenseparator in Fluidströmungsverbindung steht, wobei der zweite Phasenseparator eine Mitteldruckdampfleitung und eine Mitteldruckflüssigkeitsleitung aufweist, wobei die erste Mischkolonneneinlassleitung die Mitteldruckflüssigkeitsleitung umfasst und die Mitteldruckdampfleitung in Fluidströmungsverbindung mit einer Einlassseite von einer von der Vielzahl von Kompressionsstufen steht.
  19. Apparat nach Anspruch 18, wobei die Dampfmischkolonnenauslassleitung mit mindestens einem in Fluidströmungsverbindung steht, der aus der Gruppe, die aus Folgendem besteht, ausgewählt ist: dem zweiten Phasenseparator und der Mitteldruckzweiphasenleitung.
  20. Apparat nach Anspruch 11, ferner umfassend: einen dritten Phasenseparator, der der Produktleitung nachgeschaltet ist und mit dieser in Fluidströmungsverbindung steht, wobei der dritte Phasenseparator eine Kaltdampfproduktleitung und eine Flüssigproduktleitung aufweist; und einen Nebenwärmetauscher in Fluidströmungsverbindung mit der Kaltdampfproduktleitung, wobei der Nebenwärmetauscher wirksam gestaltet ist, um einen indirekten Wärmetausch zwischen der Kaltdampfproduktleitung und mindestens einer Nebenleitung bereitzustellen, wobei jede von der mindestens einen Nebenleitung das Mischkältemittel oder das Kohlenwasserstofffluid enthält.
  21. Verfahren, umfassend: (a) das Kühlen eines Kohlenwasserstofffluids in einem Hauptwärmetauscher gegen ein Mischkältemittel, wobei das Kühlen des Kohlenwasserstoffzufuhrgases einen Produktstrom erzeugt; (b) das Abziehen eines Niederdruckmischkältemittelstroms aus dem Hauptwärmetauscher; (c) das Durchführen einer Kompressionsfolge an dem Niederdruckmischkältemittelstrom, wobei die Kompressionsfolge das Folgende umfasst: (i) das Komprimieren des Mischkältemittels in mindestens zwei Kompressionsstufen in mindestens einem Kompressor, um einen Mitteldruckmischkältemittelstrom und einen Hochdruckmischkältemittelstrom zu erzeugen; (ii) das Kühlen des Mitteldruckmischkältemittelstroms; (iii) das Kühlen des Hochdruckmischkältemittelstroms; und (iv) nach dem Durchführen der Kühlschritte, das Einführen von mindestens einem von dem Hochdruckmischkältemittelstrom und dem Mitteldruckmischkältemittelstrom in eine Stripperkolonne; und (d) das Zurückführen von mindestens einem Teil des Mischkältemittels zu dem Hauptwärmetauscher nach dem Durchführen der Kompressionsfolge.
  22. Verfahren nach Anspruch 21, wobei die Kompressionsfolge ferner das Folgende umfasst: (v) das Abziehen des Mischkältemittels in flüssiger Phase aus einem Bodenende der Stripperkolonne; (vi) das erneute Aufkochen und Wiedereinführen in die Stripperkolonne von einem ersten Teil des Mischkältemittels, das in dem Schritt (v) abgezogen wurde; und (vii) das Abziehen von Mischkältemittel in Dampfphase aus einem oberen Ende der Stripperkolonne.
  23. Verfahren nach Anspruch 22, wobei der Schritt (iv) nach dem Durchführen des Kühlschritts das Einführen des Hochdruckmischkältemittelstroms in die Stripperkolonne bei einer ersten Temperatur umfasst.
  24. Verfahren nach Anspruch 23, wobei die Kompressionsfolge ferner das Folgende umfasst: (viii) das Kühlen eines zweiten Teils von dem Mischkältemittel, das in dem Schritt (v) abgezogen wurde, auf die erste Temperatur; und (ix) das Drosseln des gekühlten zweiten Teils von dem Mischkältemittel, das in dem Schritt (v) abgezogen wurde, und dann das Einführen des zweiten Teils von dem Mischkältemittel in einen von einem Separator oder einer Mischkolonne.
  25. Verfahren nach Anspruch 24, wobei der Schritt (ix) das Drosseln des gekühlten zweiten Teils von dem Mischkältemittel, das in dem Schritt (v) abgezogen wurde, und dann das Einführen des zweiten Teils von dem Mischkältemittel in eine Mischkolonne umfasst.
  26. Verfahren nach Anspruch 3, ferner umfassend: (j) das Vereinen des Hochdruckdampfmischkältemittelstroms aus dem ersten Separator und des Mitteldruckflüssigmischkältemittelstroms aus der Mischkolonne und das Einführen des vereinten Stroms in die Wickelrohrseite des Hauptwärmetauschers.
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