DE10226596A1 - Process for liquefying a hydrocarbon-rich stream with simultaneous recovery of a C3 + -rich fraction with high yield - Google Patents
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Abstract
Es wird ein Verfahren zum Verflüssigen eines Kohlenwasserstoff-reichen Stromes, insbesondere eines Erdgasstromes, mit gleichzeitiger Gewinnung einer C¶3+¶-reichen Fraktion mit hoher Ausbeute, wobei die Verflüssigung des Kohlenwasserstoff-reichen Stromes im Wärmetausch mit einer Kältemittelgemischkreislaufkaskade erfolgt. DOLLAR A Erfindungsgemäß wird DOLLAR A a) der Kohlenwasserstoff-reiche Strom (1, 1') vor seiner Auftrennung in eine C¶2-¶-reiche und in eine C¶3+¶-reiche Fraktion entspannt (X), DOLLAR A b) der entspannte Kohlenwasserstoff-reiche Strom (2) einem C¶3-¶Absorptionsprozess (T1) zugeführt und in diesem in die der Verflüssigung (E2, E3) zuzuführende C¶2-¶-reiche Fraktion (3) und in eine erste Kondensatfraktion (8) aufgetrennt, DOLLAR A c) die der Verflüssigung zuzuführende C¶2-¶-reiche Fraktion (3) vor der Verflüssigung (E2, E3) verdichtet (V), DOLLAR A d) die erste Kondensatfraktion (8) angewärmt (E) einem C¶2¶-Stripp-Prozess (T2) zugeführt, DOLLAR A e) aus dem Sumpf des C¶2¶-Stripp-Prozesses (T2) eine zweite, C¶3+¶-reiche Kondensatfraktion (11) mit hoher Ausbeute gewonnen, und DOLLAR A f) am Kopf des C¶2¶-Stripp-Prozesses (T2) eine C¶3-¶-reiche Gasfraktion abgezogen, partiell kondensiert (E) und dem C¶3¶-Absorptionsprozess (T1) als Waschmittel zugeführt (10).It becomes a process for liquefying a hydrocarbon-rich stream, in particular a natural gas stream, with simultaneous recovery of a C¶3 + ¶-rich fraction with high yield, the liquefaction of the hydrocarbon-rich stream taking place in heat exchange with a refrigerant mixture cycle cascade. DOLLAR A According to the invention, DOLLAR A a) the hydrocarbon-rich stream (1, 1 ') is expanded before its separation into a C¶2-¶-rich and into a C¶3 + ¶-rich fraction (X), DOLLAR A b ) the relaxed hydrocarbon-rich stream (2) is fed to a C¶3 ¶ absorption process (T1) and in this into the C¶2-¶ rich fraction (3) to be supplied to the liquefaction (E2, E3) and into a first condensate fraction (8) separated, DOLLAR A c) the C¶2-¶-rich fraction (3) to be supplied to the liquefaction condenses (V), DOLLAR A d) before the liquefaction (E2, E3), the first condensate fraction (8) warmed (E ) fed to a C¶2¶ stripping process (T2), DOLLAR A e) from the bottom of the C¶2¶ stripping process (T2) a second, high C¶3 + ¶ condensate fraction (11) Yield obtained, and DOLLAR A f) at the head of the C¶2¶ stripping process (T2) withdrawn a C¶3-¶-rich gas fraction, partially condensed (E) and the C¶3¶ absorption process (T1) as Detergent added (10th ).
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verflüssigen eines Kohlenwasserstoff-reichen Stromes, insbesondere eines Erdgasstromes, mit gleichzeitiger Gewinnung einer C3+reichen Fraktion mit hoher Ausbeute, wobei die Verflüssigung des Kohlenwasserstoff-reichen Stromes im Wärmetausch mit den Kältemitteln einer aus wenigstens drei, unterschiedliche Kältemittelzusammensetzungen aufweisenden Kältemittelgemischkreisläufen bestehenden Kältemittelgemischkreislaufkaskade erfolgt, und wobei der zu verflüssigende Kohlenwasserstoff-reiche Strom in eine C2–-reiche Fraktion, die der Verflüssigung unterworfen wird, und in eine C3+-reiche Fraktion aufgetrennt wird.The invention relates to a process for liquefying a hydrocarbon-rich stream, in particular a natural gas stream, with simultaneous recovery of a C 3+ -rich fraction with high yield, the liquefaction of the hydrocarbon-rich stream in heat exchange with the refrigerants being one of at least three different refrigerant compositions having existing refrigerant mixture circuits, and wherein the hydrocarbon-rich stream to be liquefied is separated into a C 2– -rich fraction which is subjected to the liquefaction and into a C 3+ -rich fraction.
Erdgasvertlüssigungsanlagen werden entweder als sog. LNG Baseload Plants – also Anlagen zur Verflüssigung von Erdgas zur Versorgung mit Erdgas als Primärenergie – oder als sog. Peak Shaving Plants – also Anlagen zur Verflüssigung von Erdgas zur Deckung des Spitzenbedarfs – ausgelegt.Gas liquefaction plants are either as so-called LNG Baseload Plants Liquefaction plants of natural gas to supply natural gas as primary energy - or as so-called peak shaving Plants - well Liquefaction plants of natural gas to meet peak demand - designed.
LNG Baseload Plants werden im Regelfall mit Kältekreisläufen betrieben, die aus Kohlenwasserstoffgemischen bestehen. Diese Gemischkreisläufe sind energetisch effizienter als Expander-Kreisläufe und ermöglichen bei den großen Verflüssigungsleistungen der Baseload Plants entsprechend relativ niedrige Energieverbräuche.LNG Baseload Plants are usually included Refrigeration cycles operated, which consist of hydrocarbon mixtures. These are mixed cycles energetically more efficient than expander circuits and allow for the large liquefaction capacities the Baseload Plants correspondingly relatively low energy consumption.
Ein gattungsgemäßes Verfahren zum Verflüssigen eines
Kohlenwasserstoff-reichen Stromes ist beispielsweise aus der Deutschen
Offenlegungsschrift 197 16 415 bekannt. Hierbei erfolgt die Verflüssigung
des Kohlenwasserstoff-reichen Stromes gegen eine Kältemittelgemischkreislaufkaskade,
die aus drei unterschiedliche Kältemittelzusammensetzungen
aufweisenden Kältemittelgemischkreisläufen besteht.
Hierbei dient der erste der drei Kältemittelgemischkreisläufe der
Vorkühlung
des zu verflüssigenden
Kohlenwasserstoff-reichen Stromes, der zweite Kältemittelgemischkreislauf der
eigentlichen Verflüssigung
und der dritte Kältemittelgemischkreislauf
der Unterkühlung
des verflüssigten
Kohlenwasserstoff reichen Stromes. Anhand der
Gemäß dem in der
Auf die ggf. notwendigen Vorbehandlungsschritte, wie beispielsweise Trocknung, CO2-Entfernung, Schwefelentfernung, etc. sei im Folgenden nicht näher eingegangen; die gängigen Verfahrensweisen sind dem Fachmann bekannt.The pretreatment steps that may be necessary, such as drying, CO 2 removal, sulfur removal, etc., are not discussed in more detail below; the usual procedures are known to the person skilled in the art.
In dem Wärmetauscher E1 wird der Erdgasstrom gegen den in einem Entspannungsventil P13 entspannten Kältemittelgemisch des ersten bzw. PRC (Precooling Refrigerant Cycle)-Kältemittelgemischkreislaufes in Leitung P14 auf eine Temperatur zwischen –35 und –55 °C vorgekühlt.The natural gas flow is in the heat exchanger E1 against the refrigerant mixture expanded in a P13 expansion valve of the first or PRC (Precooling Refrigerant Cycle) refrigerant mixture circuit precooled in line P14 to a temperature between -35 and -55 ° C.
Das Kältemittelgemisch des dritten bzw. SRC(Subcooling Refrigerant Cycle)-Kältemittelgemischkreislaufes wird dem Wärmetauscher E1 über Leitung S5 mit einer Temperatur zwischen 10 und 50 °C und einem Druck zwischen 30 und 60 bar zugeführt und in dem Wärmetauscher E1 gegen das bereits erwähnte Kältemittelgemisch in Leitung P14 abgekühlt und teilweise kondensiert, wobei das Kältemittelgemisch in Leitung P14 bei einem Druck zwischen 1.5 und 6 bar verdampft. Das Kältemittelgemisch des SRC-Kältemittelgemischkreislaufes verlässt den Wärmetauscher E1 über Leitung S6 mit einer Temperatur zwischen –35 und –55 °C.The third refrigerant mixture or SRC (Subcooling Refrigerant Cycle) refrigerant mixture circuit becomes the heat exchanger E1 via line S5 with a temperature between 10 and 50 ° C and a pressure between 30 and 60 bar supplied and in the heat exchanger E1 against the already mentioned Refrigerant mixture cooled in line P14 and partially condensed with the refrigerant mixture in line P14 evaporates at a pressure between 1.5 and 6 bar. The refrigerant mixture of the SRC refrigerant mixture circuit leaves the heat exchanger E1 over Line S6 with a temperature between -35 and -55 ° C.
Das Kältemittelgemisch des zweiten bzw. LRC(Liquefaction Refrigerant Cycle)-Kältemittelgemischkreislaufes wird dem Wärmetauscher E1 über Leitung L5 mit einer Temperatur zwischen 10 und 50 °C und einem Druck zwischen 15 und 40 bar zugeführt und in dem Wärmetauscher E1 gegen das Kältemittelgemisch des PRC-Kältemittelgemischkreislaufes in Leitung P14 kondensiert. Das Kältemittelgemisch des LRC-Kältemittelgemischkreislaufes wird aus dem Wärmetauscher E1 mit einer Temperatur zwischen –35 und –55 °C abgezogen.The second refrigerant mixture or LRC (Liquefaction Refrigerant Cycle) refrigerant mixture circuit becomes the heat exchanger E1 via line L5 with a temperature between 10 and 50 ° C and a pressure between 15 and 40 bar supplied and in the heat exchanger E1 against the refrigerant mixture of the PRC mixed refrigerant circuit condensed in line P14. The refrigerant mixture of the LRC-refrigerant mixture circuit becomes from the heat exchanger Subtract E1 at a temperature between -35 and -55 ° C.
Das verdampfte und überhitzte Kältemittelgemisch des PRC-Kältemittelgemischkreislaufes in Leitung P14 enthält vorzugsweise 0 bis 70 Mol-% Ethylen oder Ethan, 30 bis 70 Mol-% Propan und 0 bis 30 Mol-% Butan. Dieses Kältemittelgemisch wird dem Abscheiden P1 mit einem Druck von 1.5 bis 6 bar zugeführt. Das am Kopf des Abscheiders P1 über Leitung P2 abgezogene gasförmige Kältemittelgemisch wird in dem Verdichter P3 auf einen Druck zwischen 6 und 15 bar verdichtet. Anschließend erfolgt, vorzugsweise gegen Meerwasser, gegen Luft oder gegen ein entsprechendes Kühlmedium, ein Abkühlen des verdichteten Kältemittelgemisches im Kühler P4 auf eine Temperatur zwischen 10 und 50 °C. Dabei kann eine Teilkondensation des Kältemittelgemisches auftreten.That evaporated and overheated Refrigerant mixture of the PRC mixed refrigerant circuit contains in line P14 preferably 0 to 70 mol% of ethylene or ethane, 30 to 70 mol% Propane and 0 to 30 mol% butane. This refrigerant mixture will separate P1 supplied with a pressure of 1.5 to 6 bar. That on the head of the separator P1 via line P2 withdrawn gaseous Refrigerant mixture is in the compressor P3 to a pressure between 6 and 15 bar compacted. Subsequently takes place, preferably against sea water, against air or against a appropriate cooling medium, a cool down of the compressed refrigerant mixture in cooler P4 to a temperature between 10 and 50 ° C. Partial condensation can occur of the refrigerant mixture occur.
Daran anschließend wird das Kältemittelgemisch über Leitung P5 einem weiteren Abscheider P6 zugeführt. Die am Kopf des Abscheiders P6 anfallende gasförmige Fraktion des Kältemittelgemisches wird der zweiten Verdichterstufe P8 zugeführt und in dieser auf einen Druck zwischen 10 und 30 bar verdichtet. Falls vorhanden, wird die Flüssigfraktion aus dem Abscheiden P6 mittels der Pumpe P7 – hierbei handelt es sich vorzugsweise um eine Zentrifugalpumpe – auf einen Druck zwischen 10 und 30 bar gepumpt und anschließend mit dem in dem Verdichter P8 verdichteten Kältemittelgemischstrom zusammengeführt.The refrigerant mixture is then fed to a further separator P6 via line P5. The gaseous fraction of the refrigerant mixture obtained at the top of the separator P6 is fed to the second compressor stage P8 and compressed therein to a pressure between 10 and 30 bar. If present, the liquid fraction from the separation P6 is pumped to a pressure between 10 and 30 bar by means of the pump P7 - this is preferably a centrifugal pump - and then with that in the compressor P8 compressed refrigerant mixture flow merged.
Die Verdichtung des Kältemittelgemisches des ersten bzw. PRC-Kältemittelgemischkreislaufes erfolgt vorzugsweise in einer zweistufigen, ein- oder mehrgehäusigen Zentrifugalkompressionsvorrichtung, die sowohl den Kühler P4 als auch den Abscheiden P6 enthält. Im Falle sehr großer Mengen kann anstelle der Zentrifugalkompressionsvorrichtung auch eine Axialkompressionsvorrichtung vorgesehen werden.The compression of the refrigerant mixture first or PRC mixed refrigerant circuit preferably in a two-stage, single or multi-housing centrifugal compression device, which both the cooler P4 as well as the deposit P6 contains. In the case of very large quantities instead of the centrifugal compression device also an axial compression device be provided.
Das verdichtete Kältemittelgemisch des PRC-Kältemittelgemischkreislaufes wird in dem Kühler P9, vorzugsweise gegen Meerwasser oder ein entsprechendes Kühlmedium bei einer Temperatur im Bereich von 10 bis 50 °C kondensiert und eventuell geringfügig unterkühlt. Anschließend wird das Kältemittelgemisch über die Leitung P10 dem Wärmetauscher E1 zugeführt und in diesem bis auf eine Temperatur zwischen –35 und –55 °C gegen sich selbst unterkühlt.The compressed refrigerant mixture of the PRC-refrigerant mixture circuit is in the cooler P9, preferably against sea water or an appropriate cooling medium condensed at a temperature in the range of 10 to 50 ° C and possibly slight supercooled. Subsequently is the refrigerant mixture over the P10 line to the heat exchanger E1 fed and subcooled to a temperature between -35 and -55 ° C against itself.
Die Verdampfungstemperatur, die nach der Joule-Thomson-Entspannung im Entspannungsventil P13 – oder alternativ dazu in einer Entspannungsturbine – erzielt werden kann, hängt im Wesentlichen von dem Grad der Unterkühlung vor der Expansion sowie von dem Verdampfungsdruck im Temperaturbereich zwischen –38 und –58 °C ab.The evaporation temperature after the Joule-Thomson relaxation in the relief valve P13 - or alternatively in addition in a relaxation turbine - can essentially be achieved depends on the degree of hypothermia before expansion and from the evaporation pressure in the temperature range between -38 and from -58 ° C.
Der zweite bzw. LRC-Kältemittelgemischkreislauf dient, wie bereits erwähnt, der teilweisen oder vollständigen Verflüssigung des vorgekühlten Erdgasstromes in Leitung 20. Das Kältemittelgemisch dieses LRC-Kältemittelgemischkreislaufes besteht vorzugsweise aus einem Gemisch aus 0 bis 20 Mol-% Methan, 35 bis 90 Mol-% Ethylen oder Ethan und 0 bis 30 Mol-% Propan. Der vorgekühlte Erdgasstrom wird dem Wärmetauscher E2 über Leitung 20 zugeführt, in diesem bis auf eine Temperatur zwischen –70 und –100 °C abgekühlt und anschließend über Leitung 30 aus dem Wärmetauscher E2 abgezogen.The second or LRC mixed refrigerant circuit serves, as already mentioned, partial or complete liquefaction of the pre-cooled natural gas flow in line 20. The refrigerant mixture this LRC refrigerant mixture circuit preferably consists of a mixture of 0 to 20 mol% of methane, 35 to 90 mole% ethylene or ethane and 0 to 30 mole% propane. The chilled Natural gas flow becomes the heat exchanger E2 over Line 20 fed, in this cooled down to a temperature between -70 and -100 ° C and then via line 30 from the heat exchanger E2 deducted.
Das Kältemittelgemisch des dritten bzw. SRC-Kältemittelgemischkreislaufes wird dem Wärmetauscher E2 über Leitung S6 mit einer Temperatur zwischen –35 und –55 °C zugeführt und gegen das Kältemittel des LRC-Kältemittelgemischkreislaufes in der Leitung L10 kondensiert. Das Kältemittelgemisch in der Leitung L10 verdampft auf einem Druckniveau zwischen 1,5 und 6 bar. Das abgekühlte Kältemittelgemisch des SRC-Kältemittelgemischkreislaufes wird mit einer Temperatur zwischen –70 und –100 °C über Leitung S7 aus dem Wärmetauscher E2 abgezogen.The third refrigerant mixture or SRC refrigerant mixture circuit becomes the heat exchanger E2 over Line S6 with a temperature between -35 and -55 ° C fed and against the refrigerant of the LRC mixed refrigerant circuit condensed in line L10. The refrigerant mixture in the line L10 evaporates at a pressure level between 1.5 and 6 bar. The cooled Refrigerant mixture of the SRC mixed refrigerant circuit with a temperature between -70 and –100 ° C via line S7 from the heat exchanger E2 deducted.
Das verdampfte und überhitzte Kältemittelgemisch des LRC-Kältemittelgemischkreislaufes in der Leitung L10 wird dem Abscheider L1 mit einem Druck zwischen 1,5 und 6 bar zugeführt. Das am Kopf des Abscheiders L1 anfallende gasförmige Kältemittelgemisch wird über Leitung L2 dem Verdichter L3 zugeführt und in diesem auf einen Druck zwischen 10 und 40 bar verdichtet. Der Verdichter L3 ist vorzugsweise als ein eingehäusiger Axial- oder Zentrifugalverdichter ausgebildet. Derartige kaltansaugende Verdichter besitzen den Vorteil, dass das anzusaugende Medium vor dem Ansaugen nicht bis auf Umgebungstemperatur erwärmt werden muss, wodurch Heizfläche eingespart und damit die Wärmetauscher kleiner dimensioniert und billiger hergestellt werden können.That evaporated and overheated Refrigerant mixture of the LRC mixed refrigerant circuit in line L10 the separator L1 is at a pressure between 1.5 and 6 bar supplied. The gaseous refrigerant mixture obtained at the top of the separator L1 is piped L2 fed to the compressor L3 and compressed to a pressure between 10 and 40 bar. The compressor L3 is preferably designed as a single-case axial or centrifugal compressor. Such cold suction compressors have the advantage that the medium to be sucked in before suction does not need to be warmed up to ambient temperature, which saves heating space and thus the heat exchanger smaller dimensioned and can be produced cheaper.
Das verdichtete Kältemittelgemisch des LRC-Kältemittelgemischkreislaufes wird in dem Kühler L4, vorzugsweise gegen Meerwasser oder ein entsprechendes Kühlmedium, bis auf eine Temperatur zwischen 10 und 50 °C abgekühlt. Das aus dem Kühler L4 über Leitung L5 abgezogene Kältemittelgemisch wird, wie bereits erwähnt, in dem Wärmetauscher E1 verflüssigt, über Leitung L6 dem Wärmetauscher E2 zugeführt und in diesem bis auf eine Temperatur zwischen –70 und –100 °C gegen sich selbst unterkühlt. Die Verdampfungstemperatur des Kältemittelgemisches nach der Joule-Thomson-Entspannung im Entspannungsventil L9 – oder alternativ dazu in einer Entspannungsturbine – liegt zwischen –72 und –112 °C.The compressed refrigerant mixture of the LRC-refrigerant mixture circuit is in the cooler L4, preferably against sea water or an appropriate cooling medium, cooled down to a temperature between 10 and 50 ° C. That from the cooler L4 via line L5 refrigerant mixture drawn off as already mentioned, in the heat exchanger E1 liquefied, via line L6 the heat exchanger E2 fed and subcooled to a temperature between -70 and -100 ° C against itself. The Evaporation temperature of the refrigerant mixture after the Joule-Thomson relaxation in the relief valve L9 - or alternatively in an expansion turbine - lies between –72 and –112 ° C.
Der dritte bzw. SRC-Kältemittelgemischkreislauf dient ggf. der vollständigen Verflüssigung und Unterkühlung des verflüssigten Kohlenwasserstoff-reichen Stromes bzw. Erdgasstromes. Diese Unterkühlung ist sinnvoll bzw. notwendig, damit nicht mehr als die benötigte Menge des Flash-Gases nach der Expansion des verflüssigten Kohlenwasserstoff-reichen Stromes in einer stromabwärts angeordneten Stickstoff-Entfernungs-Einheit anfällt.The third or SRC mixed refrigerant circuit serves the complete if necessary Liquefaction and hypothermia of the liquefied Hydrocarbon-rich electricity or natural gas electricity. This hypothermia is sensible or necessary so that no more than the required amount of the flash gas after the expansion of the liquefied hydrocarbon-rich Current in a downstream arranged nitrogen removal unit accrues.
Das Kältemittelgemisch des dritten bzw. SRC-Kältemittelgemischkreislaufes besteht vorzugsweise im Wesentlichen aus einem Gemisch von 0 bis 15 Mol-% Stickstoff, 30 bis 65 Mol-% Methan und 0 bis 45 Mol-% Ethylen oder Ethan.The third refrigerant mixture or SRC refrigerant mixture circuit preferably consists essentially of a mixture of 0 to 15 Mol% nitrogen, 30 to 65 mol% methane and 0 to 45 mol% ethylene or ethan.
Der über Leitung 30 dem Wärmetauscher E3 zugeführte verflüssigte Kohlenwasserstoff-reiche Strom wird in dem Wärmetauscher E3 bis auf eine Temperatur von –145 bis –160 °C unterkühlt. Nach dieser Unterkühlung wird der Kohlenwasserstoff-reiche bzw. Erdgas-Strom über Leitung 40 aus dem Wärmetauscher E3 abgezogen und im Wesentlichen auf atmosphärischen Druck mittels einer Joule-Thomson-Entspannung im Entspannungsventil 50 – oder alternativ dazu in einer Entspannungsturbine – entspannt.The line 30 to the heat exchanger E3 fed liquefied Hydrocarbon-rich electricity is heated to a temperature in the heat exchanger E3 from -145 subcooled to –160 ° C. After this hypothermia is the hydrocarbon-rich or natural gas flow via line 40 from the heat exchanger E3 subtracted and essentially to atmospheric pressure using a Joule-Thomson relaxation in the relief valve 50 - or alternatively in a relaxation turbine - relaxed.
Das dem Wärmetauscher E3 über Leitung S7 zugeführte Kältemittelgemisch des dritten bzw. SRC-Kältemittelgemischkreislaufes wird in dem Wärmetauscher E3 unterkühlt und anschließend im Entspannungsventil S10 ebenfalls einer Joule-Thomson-Entspannung unterworfen. Anstelle des Entspannungsventil S10 kann wiederum eine Entspannungsturbine vorgesehen werden. Die Entspannung im Entspannungsventil S10 erfolgt auf einem Druckniveau zwischen 1.5 und 6 bar. Die Verdampfung des Kältemittelgemisches im Wärmetauscher E3 dient sowohl der Unterkühlung des bereits verflüssigten Kohlenwasserstoff-reichen Stromes als auch der Eigenunterkühlung des noch nicht entspannten Kältemittelgemisches des SRC-Kältemittelgemischkreislaufes.The refrigerant mixture of the third or SRC refrigerant mixture circuit fed to the heat exchanger E3 via line S7 is subcooled in the heat exchanger E3 and then also subjected to a Joule-Thomson expansion in the expansion valve S10. Instead of the expansion valve S10, an expansion turbine can in turn be provided. The pressure relief valve S10 relaxes at a pressure level between 1.5 and 6 bar. The evaporation of the refrigerant mixture in the heat exchanger E3 serves Both the subcooling of the already liquefied hydrocarbon-rich stream and the self-subcooling of the refrigerant mixture of the SRC / refrigerant mixture circuit, which has not yet expanded.
Das verdampfte und überhitzte Kältemittelgemisch des SRC-Kältemittelgemischkreislaufes wird über Leitung S11 einem Abscheidet S1 zugeführt. Das am Kopf des Abscheiders S1 anfallende gasförmige Kältemittelgemisch wird über Leitung S2 einem Verdichter S3 zugeführt. In dem Verdichter S3 erfolgt eine Verdichtung des Kältemittelgemisches auf einem Druck zwischen 30 und 60 bar. Das aus dem Verdichter S3 austretende Kältemittelgemisch wird anschließend in dem Kühler S4, vorzugsweise gegen Meerwasser oder ein entsprechendes Kühlmedium, abgekühlt.That evaporated and overheated Refrigerant mixture of the SRC refrigerant mixture circuit is via line S11 fed to a separator S1. The gaseous refrigerant mixture obtained at the top of the separator S1 is piped S2 fed to a compressor S3. The refrigerant mixture is compressed in the compressor S3 a pressure between 30 and 60 bar. The one coming out of compressor S3 Refrigerant mixture subsequently in the cooler S4, preferably against sea water or an appropriate cooling medium, cooled.
Die Verdichtung des Kältemittelgemisches des SRC-Kältemittelgemischkreislaufes erfolgt vorzugsweise in einer ein- oder mehrstufigen, ein- oder mehrgehäusigen Zentrifugalkompressionsvorrichtung S3. Im Falle sehr großer Mengen kann anstelle der Zentrifugalkompressionsvorrichtung auch eine Axialkompressionsvorrichtung vorgesehen werden.The compression of the refrigerant mixture SRC refrigerant mixture circuit is preferably carried out in a single or multi-stage, single or multi-housing centrifugal compression device S3. In the case of very large ones Quantities can also be used instead of the centrifugal compression device an axial compression device can be provided.
Jeder der drei Kältemittelgemischkreisläufe weist vorteilhafterweise stromabwärts des jeweiligen Entspannungsventils P13, L9 bzw. S10 einen Abscheider/Speicherbehälter P11, L7 bzw. S8 auf. Prinzipiell können diese Abscheider/Speicherbehälter auch an jeder anderen geeigneten Stelle der Kältemittelgemischkreisläufe vorgesehen werden.Each of the three mixed refrigerant circuits has advantageously downstream of the respective expansion valve P13, L9 or S10 a separator / storage tank P11, L7 or S8. In principle can these separators / storage tanks too provided at any other suitable location of the refrigerant mixture circuits become.
Aus diesen Abscheidern/Speicherbehältern P11, L7 und S8 wird die Flüssigfraktion über die Leitungen P16, L12 bzw. S13 abgezogen und der jeweils dampfförmigen Kopffraktion (Flashgas) des Kältemittelgemisches zugeführt. Durch diese Verfahrensweise wird eine gute Verteilung von Flüssigkeit und Gas und damit ein guter Wärmeübergang in den Wärmetauschern E1, E2 und E3, insbesondere wenn es sich um sog. Plate-Fin-Typ-Wärmetauscher handelt, gewährleistet.From these separators / storage tanks P11, L7 and S8 becomes the liquid fraction over the Lines P16, L12 and S13 withdrawn and the vaporous top fraction (Flash gas) of the refrigerant mixture fed. This procedure ensures a good distribution of liquid and Gas and therefore good heat transfer in the heat exchangers E1, E2 and E3, especially if they are so-called plate-fin type heat exchangers acts, guaranteed.
In den Leitungen P16, L12 und S13 sind Regelventile P15, L11 bzw. S12 vorgesehen. Diese Regelventile dienen dazu, den Flüssigkeitsstand innerhalb der Abscheider/Speicherbehälter P11, L7 bzw. S8 zu regulieren.In lines P16, L12 and S13 control valves P15, L11 and S12 are provided. These control valves serve to control the fluid level to be regulated within the separators / storage tanks P11, L7 or S8.
Im Falle eines Anlagenstillstandes
werden die Regelventile P15, L11 und S12 geschlossen, so dass die
Abscheider/Speicherbehälter
P11, L7 und S8 mit dem Kältemittelgemisch
des jeweiligen Kältemittelgemischkreislaufes
befällt
werden; dazu ist es sinnvoll, dass zusätzlich am Kopf der Abscheider/Speicherbehälter P11,
L7 und S8 in der
Im Regelfall werden die Verdichter P8, P3, L3 und S3 von eigenen Gasturbinen angetrieben. Es können aber auch mehrere oder sogar alle Verdichter gemeinsam von mehreren Gasturbinen oder einer Gasturbine G angetrieben werden – dargestellt durch die strichpunktierte Linie.As a rule, the compressors P8, P3, L3 and S3 powered by own gas turbines. But it can also several or even all compressors together from several gas turbines or a gas turbine G are driven - represented by the dash-dotted line Line.
Sofern der zu verflüssigende
Kohlenwasserstoff-reiche Strom einen bestimmten Anteil an höheren bzw.
schweren Kohlenwasserstoffen aufweist, müssen diese vor dem eigentlichen
Verflüssigungsprozess
aus dem Kohlenwasserstoff-reichen Strom entfernt werden, da sie
ansonsten im Verflüssigungsteil
ausfrieren und zu Verlegungen innerhalb des Verflüssigungsprozesses
führen
würden.
Dieses Abtrennen von schweren Kohlenwasserstoffen geschieht üblicherweise
dadurch, dass eine sog. HHC(Heavy Hydrocarbon)-Kolonne, die der
Abtrennung der schweren Kohlenwasserstoffe sowie von Benzol aus dem
zu verflüssigenden
Kohlenwasserstoffreichen Strom dient, vorgesehen wird. Eine derartige
Verfahrensführung
ist ebenfalls in der bereits erwähnten Deutschen
Offenlegungsschrift
Grundsätzlich ist anzumerken, dass bei der Verflüssigung eines Kohlenwasserstoffreichen Stromes im Regelfall versucht wird, den Druck, unter dem der Kohlenwasserstoff-reiche Strom vorliegt, zu nutzen und beizubehalten, um die Verflüssigung in den Wärmetauschern in einem möglichst warmen Temperaturbereich zu realisieren. Diese Verfahrensweise resultiert in einem vergleichsweise geringen Aufwand an Apparaten, insbesondere Wärmetauschern, sowie geringen Betriebskosten. Üblicherweise liegt Erdgas unter einem Druck von wenigstens 50 bar, oftmals auch unter einem Druck von 70 bar und darüber vor.Basically, it should be noted that with liquefaction a hydrocarbon-rich stream is usually attempted, the pressure at which the hydrocarbon-rich stream is present to use and maintain the liquefaction in the heat exchangers in one if possible to realize warm temperature range. This procedure results in a comparatively small outlay on apparatus, in particular heat exchangers, as well as low operating costs. Usually natural gas is under a pressure of at least 50 bar, often also under a pressure of 70 bar and above.
Der maximal nutzbare Druck des zu verflüssigenden Kohlenwasserstoff-reichen Stromes ist jedoch begrenzt. Eine der Ursachen liegt darin begründet, dass die rektifikatorische Abtrennung der schweren Kohlenwasserstoffe aus dem zu verflüssigenden Kohlenwasserstoff-reichen Strom und damit die Einstellung des maximal zulässigen Heizwertes des LNG-Produktstromes durch die Annäherung an den kritischen Druck und die Verringerung der Dichtedifferenz von Dampf und Flüssigkeit in der HHC-Kolonne erschwert bzw. begrenzt wird. Fernen kommen bei herkömmlichen Verflüssigungsanlagen aus einer Vielzahl von Gründen Plattenwärmetauscher zur Anwendung; diese "arbeiten" jedoch bei Erreichen bzw. oberhalb bestimmter Auslegungsdrücke unwirtschaftlicher.The maximum usable pressure of the liquefying However, hydrocarbon-rich electricity is limited. One of the Causes lies in that the rectification separation of heavy hydrocarbons from the hydrocarbon rich to be liquefied Current and thus the setting of the maximum permissible calorific value of the LNG product flow through the rapprochement at the critical pressure and reducing the density difference of vapor and liquid is difficult or limited in the HHC column. Far away come with conventional ones liquefaction plants for a variety of reasons Plate heat exchanger for use; however, these "work" when reached or more uneconomical above certain design pressures.
Aus dem Artikel "High Efficiency 6 MTPA LNG Train Design Via Two Different Mixed Refrigerant Processes" (AIChE Spring National Meeting, Manch 10–14, 2002, New Orleans, Louisiana) ist aus dem Schema 3.2 ein Verflüssigungsverfahren für Erdgas ersichtlich, bei dem der zu verflüssigende Erdgasstrom vor der Abtrennung einer C3/C4- sowie einer C5+-Fraktion entspannt und der aus der Abtrennung abgezogene Erdgasstrom anschließend vor der Zuführung in den Verflüssigungsteil wieder verdichtet wird. Die Abtrennung einer C3/C4- sowie einer C5+-Fraktion erfolgt hierbei durch Rektifikation in herkömmlichen Rektifikationskolonnen, in denen ein Teil des in den Kolonnen aufsteigenden Dampfes durch ein Kältemittel kondensiert und anschließend als Flüssigrücklauf eingesetzt wird.The article "High Efficiency 6 MTPA LNG Train Design Via Two Different Mixed Refrigerant Processes" (AIChE Spring National Meeting, Manch 10–14, 2002, New Orleans, Louisiana) is over Scheme 3.2 shows a liquefaction process for natural gas, in which the natural gas stream to be liquefied relaxes before a C 3 / C 4 and a C 5+ fraction is separated, and the natural gas stream withdrawn from the separation is then compressed again before being fed into the liquefaction part , A C 3 / C 4 and a C 5+ fraction are separated by rectification in conventional rectification columns, in which part of the steam rising in the columns is condensed by a refrigerant and then used as a liquid reflux.
Mittels dieser Verfahrensweise ist es jedoch nur mit sehr hohem Energieaufwand möglich, eine C3+-reiche Fraktion mit einer hohen Ausbeute zu gewinnen. Unter dem Begriff "hohe Ausbeute" seien hierbei Ausbeuten von wenigstens 60 % zu verstehen.Using this procedure, however, it is only possible with a very high expenditure of energy to obtain a C 3+ -rich fraction with a high yield. The term "high yield" should be understood to mean yields of at least 60%.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein gattungsgemäßes Verfahren anzugeben, das es ermöglicht, neben der Verflüssigung eines Kohlenwasserstoffreichen Stromes, insbesondere eines Erdgasstromes, gleichzeitig eine C3+-reiche Fraktion mit hoher Ausbeute zu gewinnen.The object of the present invention is to provide a generic method which, in addition to the liquefaction of a hydrocarbon-rich stream, in particular a natural gas stream, makes it possible at the same time to obtain a C 3 + -rich fraction with high yield.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird vorgeschlagen, dass
- a) der Kohlenwasserstoff-reiche Strom vor seiner Auftrennung in eine C2–-reiche und in eine C3+-reiche Fraktion entspannt,
- b) der entspannte Kohlenwasserstoff-reiche Strom einem C3-Absorptionsprozess zugeführt und in diesem in die der Verflüssigung zuzuführende C2 –-reiche Fraktion und in eine erste Kondensatfraktion aufgetrennt,
- c) die der Verflüssigung zuzuführende C2–-reiche Fraktion vor der Verflüssigung verdichtet,
- d) die erste Kondensatfraktion angewärmt einem C2-Stripp-Prozess zugeführt,
- e) aus dem Sumpf des C2-Stripp-Prozesses eine zweite, C3+-reiche Kondensatfraktion mit hoher Ausbeute gewonnen, und
- f) am Kopf des C2-Stripp-Prozesses eine C3–-reiche Gasfraktion abgezogen, partiell kondensiert und dem C3-Absorptionsprozess als Waschmittel zugeführt wird.
- a) the hydrocarbon-rich stream relaxes before it is separated into a C 2– -rich and a C 3+ -rich fraction,
- b) the relaxed hydrocarbon-rich stream is fed to a C 3 absorption process and separated therein into the C 2 - -rich fraction to be fed to the liquefaction and into a first condensate fraction,
- c) the C 2– -rich fraction to be supplied to the liquefaction compresses before the liquefaction,
- d) the first condensate fraction is heated and fed to a C 2 stripping process,
- e) a second, C 3+ -rich condensate fraction is obtained in high yield from the bottom of the C 2 stripping process, and
- f) a C 3 - -rich gas fraction is drawn off at the head of the C 2 stripping process, partially condensed and fed to the C 3 absorption process as a detergent.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht nunmehr die Gewinnung einer C3+reichen Fraktion mit hoher Ausbeute bei stark reduziertem Energieaufwand. Dies gelingt, indem zum einen der Druck des zu verflüssigenden Kohlenwasserstoff-reichen Stromes vor der Abtrennung der zu gewinnenden C3+-reichen Fraktion verringert und erst vor der Zuführung in den Verflüssigungsteil wieder erhöht wird und zum anderen der Abtrennprozess der zu gewinnenden C3+-reichen Fraktion aus einer innovativen Kombination eines C3-Absorptionsprozesses mit einem C2-Stripp-Prozess besteht. Hierbei ist der C2-Stripp-Prozess dem C3-Absorptionsprozess nachgeschaltet.The process according to the invention now makes it possible to obtain a fraction rich in C 3+ with a high yield and a greatly reduced energy expenditure. This is achieved in that, on the one hand, the pressure of the hydrocarbon-rich stream to be liquefied is reduced before the C 3+ -rich fraction to be recovered and is only increased again before being fed into the liquefaction part, and on the other hand the separation process of the C 3+ to be recovered -rich fraction consists of an innovative combination of a C 3 absorption process with a C 2 stripping process. The C 2 stripping process follows the C 3 absorption process.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind Gegenstände der abhängigen Patentansprüche.Further advantageous configurations of the method according to the invention are objects the dependent Claims.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Druck des Kohlenwasserstoff-reichen Stromes in der Entspannung um 10 bis 60 verringert. Ebenso wird der Druck der der Verdichtung unterworfenen C2–-reichen Fraktion vorzugsweise um 20 bis 100 % erhöht.According to an advantageous embodiment of the method according to the invention, the pressure of the hydrocarbon-rich stream is reduced in the expansion by 10 to 60. Likewise, the pressure of the C 2 - -rich fraction subjected to the compression is preferably increased by 20 to 100%.
Das erfindungsgemäße Verfahren weiterbildend wird ferner vorgeschlagen, dass die Entspannung und/oder die Verdichtung mehrstufig ausgeführt sind.Further developing the method according to the invention it is also proposed that the relaxation and / or compression are carried out in several stages.
In vorteilhafter Weise wird die bei der Entspannung des zu verflüssigenden Kohlenwasserstoff-reichen Stromes gewonnene Energie zum Antreiben des oder der Verdichter verwendet.Advantageously, the the relaxation of the liquefied Hydrocarbon-rich electricity generated energy to drive the compressor or compressors used.
Fernen ist es von Vorteil, wenn der der C2-Stripp-Prozess bei einem geringfügig höheren Druck, vorzugsweise bei einem um 1 bis 5 bar höheren Druck als der C3-Absorptionsprozess betrieben wird. In diesem Fall wird die erste, aus dem C3-Absorptionsprozess abgezogene Kondensatfraktion vorzugsweise auf den in dem C2-Stripp-Prozess herrschenden Druck gepumpt.It is also advantageous if the C 2 stripping process is operated at a slightly higher pressure, preferably at a pressure which is 1 to 5 bar higher than the C 3 absorption process. In this case, the first condensate fraction drawn off from the C 3 absorption process is preferably pumped to the pressure prevailing in the C 2 stripping process.
Das erfindungsgemäße Verfahren sowie weitere
Ausgestaltungen desselben, die Gegenstände der abhängigen Patentansprüche darstellen,
seien im Folgenden anhand des in der
In der
Der zu verflüssigende Kohlenwasserstoff-reiche Strom bzw. Erdgasstrom wird dem Wärmetauscher E1 über Leitung 1 zugeführt. Auf einem entsprechend gewählten Temperaturniveau wird der zu verflüssigende Kohlenwasserstoff-reiche Strom aus dem Wärmetauscher E1 über Leitung 1' abgezogen und dem Abscheider D zugeführt. Der Abscheider D dient der Abtrennung des bei der partiellen Kondensation im Wärmetauscher E1 anfallenden Flüssigkeitsanteiles in dem zu verflüssigenden Kohlenwasserstoff-reichen Strom.The hydrocarbon rich to be liquefied Electricity or natural gas flow is supplied to the heat exchanger E1 via a line 1 fed. On an appropriately chosen one The temperature level becomes the hydrocarbon rich to be liquefied Electricity from the heat exchanger E1 over Line 1 'withdrawn and fed to the separator D. The separator D serves to separate off the partial condensation in the heat exchanger E1 resulting liquid portion in the liquefied Hydrocarbon-rich electricity.
Dieser Flüssiganteil wird aus dem Sumpf des Abscheiders D über Leitung 9, in der ein Entspannungsventil a vorgesehen sein kann, abgezogen, im Wärmetauscher E angewärmt und teilweise verdampft und anschließend dem noch zu beschreibenden C2-Stripper T2 zugeführt. Die vorbeschriebene Verfahrensführung betreffend den aus dem Sumpf des Abscheiders D abgezogenen Flüssigkeitsanteil ist optional.This liquid portion is withdrawn from the bottom of the separator D via line 9, in which a relief valve a can be provided, heated in the heat exchanger E and partially evaporated and then fed to the C 2 stripper T2 to be described. The procedure described above relating to the liquid fraction drawn off from the bottom of the separator D is optional.
Am Kopf des Abscheiders D wird der zur verflüssigende Kohlenwasserstoff-reiche Strom abgezogen, im Expander X ein- oder mehrstufig entspannt und anschließend über Leitung 2 dem C3-Absorber T1 zugeführt.At the top of the separator D, the hydrocarbon-rich stream to be liquefied is drawn off, expanded in one or more stages in the expander X and then fed via line 2 to the C 3 absorber T1.
Aus dem Sumpf des C3-Absorbers T1 wird über Leitung 8 eine erste Kondensatfraktion abgezogen, mittels der Pumpe P auf den in dem C2-Stripper T2 herrschenden Druck gepumpt und nach Erwärmung im Wärmetauscher E dem C2-Stripper T2 auf dessen Kopf aufgegeben. Der C2-Stripper T2 weist eine Sumpfheizung R1 auf.A first condensate fraction is drawn off from the sump of the C 3 absorber T1 via line 8, pumped to the pressure prevailing in the C 2 stripper T2 by means of the pump P and, after heating in the heat exchanger E, is fed to the C 2 stripper T2 on its head , The C 2 stripper T2 has a sump heater R1.
Das Vorsehen der Pumpe P ist zumindest dann erforderlich, wenn – entsprechend einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens – der C2-Stripp-Prozess T2 bei einem geringfügig höheren Druck, vorzugsweise bei einem um 1 bis 5 bar höheren Druck als der C3-Absorptionsprozess T1 betrieben wird.The provision of the pump P is necessary at least when - according to an advantageous embodiment of the method according to the invention - the C 2 stripping process T2 at a slightly higher pressure, preferably at a pressure 1 to 5 bar higher than the C 3 absorption process T1 is operated.
Aus dem Sumpf des C2-Strippers T2 wird über Leitung 11 eine zweite Kondensatfraktion, die die zu gewinnende C3+-reiche Fraktion darstellt, abgezogen und im Regelfall einer weiteren Verarbeitung zugeführt. Die Ausbeute der über Leitung 11 abgezogenen C3+-reichen Fraktion beträgt wenigstens 60 %. Bei entsprechenden Verfahrensführungen können im Prinzip beliebig hohe Ausbeuten erzielt werden.From the bottom of the C 2 stripper T2, a second condensate fraction, which represents the C 3+ -rich fraction to be obtained, is withdrawn via line 11 and, as a rule, fed to further processing. The yield of the C 3+ -rich fraction drawn off via line 11 is at least 60%. In principle, with appropriate process control, any high yields can be achieved.
Am Kopf des C2-Strippers T2 wird eine gasförmige, im Wesentlichen C3–-reiche Fraktion abgezogen, im Wärmetauscher E teilkondensiert und anschließend über Leitung 10 auf den Kopf des C3-Absorbers T1 gegeben.At the head of the C 2 -Strippers T2 a gaseous, essentially C 3 -rich fraction is withdrawn, partially condensed in the heat exchanger E and then passed via line 10 to the head of the C 3 absorber T1.
Am Kopf des C3-Absorbers T1 wird über Leitung 3 eine C2 –-reiche Fraktion abgezogen und der ein- oder mehrstufigen Verdichtung V unterworfen. Der Verdichter V wird hierbei vorzugsweise durch den Expander X angetrieben – dargestellt durch die strichpunktierte Verbindungslinie.At the top of the C 3 absorber T1, a C 2 - -rich fraction is drawn off via line 3 and subjected to the single-stage or multi-stage compression V. The compressor V is preferably driven by the expander X - represented by the dash-dotted connecting line.
Die verdichtete C2 –-reiche Fraktion wird anschließend über Leitung 3' einem Verzweigepunkt zugeführt und in zwei Teilströme – Leitungen 4 und 5 – aufgeteilt.The compressed C 2 - -rich fraction is then fed via line 3 'to a branch point and divided into two partial streams - lines 4 and 5.
Der über Leitung 4 durch die Wärmetauscher E2 und E3 geführte Teilstrom wird in diesen teilweise oder vollständig verflüssigt (Wärmetauscher E2) und ggf. vollständig verflüssigt und unterkühlt (Wärmetauscher E3). Der unterkühlte verflüssigte Kohlenwasserstoff-reiche Strom wird anschließend über Leitung 4' der Trennkolonne T3 zugeführt, wobei er zuvor zum Zwecke des Beheizens des Reboilers R2 vor der Entspannung im Entspannungsventil b durch den Sumpf der Trennkolonne T3 geführt wird.The line 4 through the heat exchanger E2 and E3 guided Partial flow is partially or completely liquefied in this (heat exchanger E2) and possibly completely liquefied and supercooled (Heat exchanger E3). The hypothermic liquefied hydrocarbon-rich Electricity is then on the line 4 'of the separation column Fed T3, previously for the purpose of heating the reboiler R2 before Relaxation in the expansion valve b through the bottom of the separation column T3 led becomes.
Die Trennkolonne T3 dient der Abtrennung von Stickstoff, wobei ein an Stickstoff und Methan reicher Strom am Kopf der Trennkolonne T3 über Leitung 6 abgezogen wird. Dieser über Leitung 6 abgezogene Stickstoff- und Methan-reiche Strom – der sog. Tail-Gasstrom – wird im Wärmetauscher E4 gegen den in der Leitung 5 geführten zweiten Teilstrom der verdichteten C2 –-reichen Fraktion angewärmt. Die dabei verflüssigte C2 –- reiche Fraktion wird anschließend über Leitung 5' und Entspannungsventil c ebenfalls auf die Trennkolonne T3 – entweder auf dem gleichen Boden oder einem beliebigen Boden unterhalb der Zuführstelle des Kohlenwasserstoff-reichen Stromes in der Leitung 4' – gegeben.The separation column T3 is used for the separation of nitrogen, a stream rich in nitrogen and methane being drawn off at the top of the separation column T3 via line 6. This nitrogen and methane-rich stream drawn off via line 6 - the so-called tail gas stream - is heated in the heat exchanger E4 against the second partial stream of the compressed C 2 - -rich fraction carried in line 5. The liquefied C 2 - - rich fraction is then passed via line 5 'and expansion valve c also to the separation column T3 - either on the same tray or any tray below the feed point of the hydrocarbon-rich stream in the line 4'.
Das aus dem Sumpf der Trennkolonne T3 abgezogene, verflüssigte und unterkühlte Erdgas wird mittels der Pumpe P' über Leitung 7 einer Speicherung und/oder Weiterverarbeitung zugeführt.That from the bottom of the separation column T3 withdrawn, liquefied and hypothermic Natural gas is piped by means of the pump P ' 7 fed to storage and / or further processing.
Selbstverständlich kann auf die in der
Nachdem bei dem erfindungsgemäßen Verfahren der Druck nur zum Zwecke der dem Veflüssigungsprozess vorgeschalteten Gewinnung einer C3+-reiche Fraktion verringert und vor dem eigentlichen Veflüssigungsprozess wieder erhöht wird, können im Verflüssigungsteil die mit einem hohen Druck einhergehenden Vorteile realisiert werden, während die Gewinnung der C3 +-reichen Fraktion aufgrund des verringerten Druckes erleichtert wird.After the pressure in the process according to the invention is reduced only for the purpose of obtaining a C 3+ -rich fraction upstream of the liquefaction process and increased again before the actual liquefaction process, the advantages associated with a high pressure can be realized in the liquefaction part while the production of the C 3 + -rich fraction is facilitated due to the reduced pressure.
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