ES2222145T3 - Ciclo hibrido para la produccion de gas natural liquido. - Google Patents

Ciclo hibrido para la produccion de gas natural liquido.

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ES2222145T3
ES2222145T3 ES00121285T ES00121285T ES2222145T3 ES 2222145 T3 ES2222145 T3 ES 2222145T3 ES 00121285 T ES00121285 T ES 00121285T ES 00121285 T ES00121285 T ES 00121285T ES 2222145 T3 ES2222145 T3 ES 2222145T3
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refrigerant
gas
recirculation
gaseous
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English (en)
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Mark Julian Roberts
Rakesh Agrawal
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Air Products and Chemicals Inc
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Abstract

Un método para la licuefacción de un gas de alimentación (100) que comprende proporcionar al menos una porción de la refrigeración total requerida para refrigerar y condensar el gas de alimentación (100) utilizando (a) un primer sistema de refrigeración que comprende al menos un circuito de refrigeración de recirculación (152, 156, 158, 160, 146, 109, 148, 125), donde el primer sistema de refrigeración utiliza dos o más componentes y proporciona refrigeración en un primer intervalo de temperatura, donde al menos una porción del primer intervalo de temperatura está entre -40ºC y -100ºC, y (b) un segundo sistema de refrigeración (130, 128, 150, 170, 168, 162, 150, 164, 166), que proporciona refrigeración en un segundo intervalo de temperatura por la expansión por trabajo de una corriente de refrigerante gaseosa presurizada, donde al menos una porción del segundo intervalo de temperatura está por debajo de - 100ºC.

Description

Ciclo híbrido para la producción de gas natural líquido.
Antecedentes de la invención
La producción de gas natural licuado (LNG) se alcanza por la refrigeración y condensación de corriente de gas de alimentación contra las múltiples corrientes refrigerantes proporcionadas por los sistemas de refrigeración por recirculación. La refrigeración de alimentación de gas natural es alcanzada por varios ciclos del proceso de refrigeración, tales como el ciclo en cascada bien conocido, en el que está prevista la refrigeración por tres circuitos refrigerantes diferentes. Un ciclo en cascada de este tipo utiliza ciclos de metano, etileno y propano en secuencia para producir la refrigeración a tres niveles de temperatura diferentes. Otro ciclo de refrigeración bien conocido utiliza ciclo refrigerante mixto, pre-refrigerado de propano, en el que una mezcla de refrigerante de múltiples componentes genera la refrigeración sobre un intervalo de temperatura seleccionado. (ver, por ejemplo, el documento US-A-4.334.902 o Hausen, Linde "Tieftempearturetechnik", 1985). El refrigerante mixto puede contener hidrocarburos tales como metano, etano, propano, y otros hidrocarburos ligeros, y también puede contener nitrógeno. Las versiones de este sistema de refrigeración eficiente son utilizadas en muchas plantas de LNG de funcionamiento en todo el mundo.
Otro tipo de proceso de refrigeración para licuefacción de gas natural implica el uso de un ciclo de expansión de nitrógeno en el que el gas nitrógeno es comprimido en primer lugar y refrigerado a condiciones ambiente con refrigeración con aire o agua y después, es refrigerado por intercambio a contra-corriente con gas nitrógeno frío de baja presión. La corriente de nitrógeno refrigerada es entonces expandida por trabajo a través de un turbo-dispositivo de expansión para producir una corriente fría a baja presión. El gas nitrógeno frío es utilizado para refrigerar a alimentación de gas natural y la corriente de nitrógeno a alta presión. El trabajo producido por la expansión de nitrógeno puede utilizarse para accionar un servo-compresor de nitrógeno conectado al árbol del dispositivo de expansión. En este proceso, el nitrógeno expandido en frío es utilizado para licuar el gas natural y también para refrigerar el gas nitrógeno comprimido en el mismo intercambiador de calor. El nitrógeno presurizado refrigerado es refrigerado adicionalmente en la etapa de expansión de trabajo para proporcionar el refrigerante de nitrógeno en frío.
Los sistemas de refrigeración que utilizan la expansión de corrientes de gas refrigerante que contienen nitrógeno han sido utilizados para pequeñas instalaciones de gas natural licuado (LNG), utilizadas típicamente para ahorro máximo. Tales sistemas se describen en los documentos K. Müller y col., titulados "Natural Gas Liquefaction by an Expansion Turbine Mixture Cycle", in Chemical Economy & Engineering Review, Vol. 8 N1º0 (Nº 99) Octubre de 1976 y "The Liquefaction of Natural Gas in the Refrigeration Cycle with Expansion Turbine", in Erdöl und Kohle - Erdgas - Petrochemie Brennst-Chem Vol. 27, Nº 7, 379-380 (Julio 1974). Otro sistema de este tipo se describe en un artículo titulado "SDG&E: Experience Pays Off for Peak Shaving Pioneer" in Cryogenics & Industrial Gases, Septiembre/Octubre de 1971, pp. 25.28.
La Patente de los Estados Unidos 3.511.058 describe un sistema de producción LNG utilizando un refrigerador de nitrógeno de circuito cerrado con un dispositivo de expansión de gas o ciclo del tipo Brayton inverso. En este proceso, el nitrógeno líquido es producido por medio de un circuito de refrigeración de nitrógeno utilizando dos turbo-dispositivo de expansión. El nitrógeno líquido producido es refrigerado adicionalmente por un dispositivo de expansión de fluido denso.
El gas natural se somete a una refrigeración final hirviendo el nitrógeno líquido producido desde el licuador de nitrógeno. La refrigeración inicial del gas natural es prevista por una porción del nitrógeno gaseoso frío descargado desde el más caliente de los dos dispositivos de expansión con el fin de hacer coincidir mejor las curvas de refrigeración en el extremo caliente del intercambiador térmico. Este proceso es aplicable a corrientes de gas natural a presiones sub-críticas puesto que el gas es licuado en un condensador de drenaje libre fijado al tambor separador de
fase.
La Patente de los Estados Unidos 5.768.912 (equivalente a la Publicación de Patente Internacional WO 95/27179) describe un proceso de licuefacción de gas natural que utiliza nitrógeno en un ciclo de refrigeración del tipo Brayton de circuito cerrado. La alimentación y el nitrógeno de alta presión pueden ser pre-refrigerados utilizando un pequeño paquete de refrigeración convencional que emplea ciclos de absorción de propano, freón o amoniaco. Este sistema de refrigeración por enfriamiento previo utiliza aproximadamente el 4% de la potencia total consumida por el sistema de refrigeración de nitrógeno. El gas natural es licuado entonces y sub-refrigerado a -149ºC, utilizando un ciclo del tipo Brayton inverso o ciclo del turbo-dispositivo de expansión que emplea dos o tres dispositivos de expansión dispuestos en serie con respecto al gas natural de refrigeración.
La Patente Alemana DE 24 40 215 a nombre de Linde, que se considera la técnica anterior más aproximada y describe el preámbulo de la reivindicación 1, 6 y 10, describe un proceso para la producción de LNG por al menos licuefacción parcial de dicho gas natural que tiene lugar en el intercambiador de calor con un refrigerante de múltiples componentes líquidos y la terminación de la licuefacción y la sub-refrigeración del gas tienen lugar en el intercambio de calor con un refrigerante gaseoso expandido.
Un sistema refrigerante mixto para licuefacción de gas natural se describe en la Publicación de Patente Internacional WO 96/11370 en la que el refrigerante mixto es comprimido, condensado parcialmente por un fluido de refrigeración externo y separado en fases de líquido y vapor. El vapor resultante es expandido por trabajo para proporcionar refrigeración al extremo frío del proceso y el líquido es sub-refrigerado y vaporizado para proporcionar refrigeración adicional.
La Publicación de Patente Internacional WO 97/13109 describe un proceso de licuefacción de gas natural que utiliza nitrógeno en un ciclo de refrigeración del tipo Brayton de circuito cerrado. El gas natural a presión supercrítica es refrigerado contra el refrigerante de nitrógeno, expandido de forma isentrópica y disociado en una columna de fraccionamiento para eliminar los componentes ligeros.
La licuefacción de gas natural consume mucha energía. La eficiencia mejorada de los procesos de licuefacción de gas es muy deseada y es el objetivo principal de los nuevos ciclos que se están desarrollando en la técnica de licuefacción del gas. El objeto de la presente invención, como se describe a continuación y se define por las reivindicaciones que siguen, es mejorar la eficiencia de licuefacción proporcionando dos sistemas de refrigeración integrados, donde uno de los sistemas utiliza uno o más ciclos refrigerantes de vaporización para proporcionar la refrigeración por debajo de aproximadamente -100ºC, y utiliza un ciclo de expansión de gas para proporcionar refrigeración por debajo de aproximadamente -100ºC. Se describen varias formas de realización para la aplicación de este sistema de refrigeración mejorado que aumenta las mejoras en eficiencia de la licuefacción.
Breve resumen de la invención
La invención es un método para la licuefacción de un gas natural como se estipula en las reivindicaciones adjuntas, cuyo método comprende proporcionar al menos una porción de la refrigeración total requerida para refrigerar y condensar el gas de alimentación utilizando un primer sistema de refrigeración que comprende al menos un circuito de refrigeración de recirculación, donde el primer sistema de refrigeración utiliza dos o más componentes refrigerantes y proporciona refrigeración en un primer intervalo de temperatura; y un segundo sistema de refrigeración que proporciona refrigeración en un segundo intervalo de temperatura por expansión por trabajo de una corriente refrigerante gaseosa presurizada. La invención se refiere también a un aparato para poner en práctica este método de acuerdo con la reivindicación 10.
La temperatura más baja en el segundo intervalo de temperatura es preferentemente menor que la temperatura más baja en el primer intervalo de temperatura, como se define por la reivindicación 1. Típicamente, al menos el 5% de la potencia de refrigeración total requerida para licuar el gas de alimentación es consumida por el primer sistema de refrigeración. Bajo estas condiciones de accionamiento, al menos el 10% de la potencia de refrigeración total requerida para licuar el gas de alimentación puede ser consumida por el primer sistema de refrigeración de recirculación. Preferentemente, el gas de alimentación es gas natural.
El refrigerante en el primer circuito de refrigeración de recirculación puede comprender dos o más componentes seleccionados del grupo que consta de nitrógeno, hidrocarburos que contienen uno o más átomos de carbono, y halocarburos que contienen uno o más átomos de carbono. El refrigerante del método en el segundo circuito de refrigeración de recirculación puede comprender nitrógeno.
Al menos una parte del primer intervalo de temperatura está entre aproximadamente -40ºC y aproximadamen-
te -100ºC, y al menos una porción del primer intervalo de temperatura está preferentemente entre aproximadamen-
te -60ºC y aproximadamente - 100ºC. Al menos una parte del segundo intervalo de temperatura está por debajo de aproximadamente -100ºC.
El primer sistema de refrigeración por recirculación es accionado
(1)
comprimiendo un primer refrigerante gaseoso;
(2)
refrigerando y condensando al menos parcialmente el refrigerante comprimido resultante;
(3)
reduciendo la presión del refrigerante comprimido resultante al menos parcialmente condensado;
(4)
vaporizando el refrigerante de presión reducida resultante para proporcionar la refrigeración en el primer intervalo de temperatura y producir un refrigerante vaporizado; y
(5)
recirculando el refrigerante vaporizado para proporcionar el primer refrigerante gaseoso de (1).
Una porción de la refrigeración del refrigerante comprimido resultante en (2) puede proporcionarse por el intercambio térmico indirecto con vaporización del refrigerante de presión reducida en (4). Al menos una porción de la refrigeración en (1) está prevista por el intercambio de calor indirecto con una o más corrientes de refrigerante de vaporización adicional proporcionadas por un tercer circuito de refrigeración de recirculación. El tercer circuito de refrigeración de recirculación utiliza típicamente un refrigerante de un solo componente. El tercer circuito de refrigeración de recirculación puede utilizar un refrigerante mixto que comprende dos o más componentes.
El segundo sistema de refrigeración por recirculación puede accionarse
(1)
comprimiendo un segundo refrigerante gaseoso para proporcionar el refrigerante gaseoso presurizado en (b);
(2)
refrigerando el refrigerante gaseoso presurizado para producir un refrigerante gaseoso refrigerado;
(3)
expandiendo por trabajo el refrigerante gaseoso refrigerado para proporcionar el refrigerante en frío en (b);
(4)
calentando el refrigerante frío para proporcionar la refrigeración en el segundo intervalo de temperatura; y
(5)
recirculando el refrigerante calentado resultante para proporcionar el segundo refrigerante gaseoso de (1).
Una porción de la refrigeración en (2) puede proporcionarse por el intercambio de calor indirecto calentando la corriente de refrigerante en frío en (4). Además, puede proporcionarse al menos una porción de la refrigeración en (2) por el intercambio de calor indirecto con el refrigerante de vaporización de (a). No obstante, al menos una porción de la refrigeración en (2) es prevista por el intercambio de calor indirecto con uno o más refrigerantes de vaporización adicionales previstos por un tercer circuito de refrigeración de recirculación, que puede utilizar un refrigerante de un solo componente. Alternativamente, el tercer circuito de refrigeración de recirculación puede utilizar un refrigerante mixto que comprende dos o más componentes.
El primer circuito de refrigeración de recirculación y el segundo circuito de refrigeración de recirculación pueden proporcionar, en un solo intercambiador de calor, una porción de la refrigeración total requerida para licuar el gas de alimentación.
En una forma de realización de la invención, el primer sistema refrigerante puede accionarse
(1)
comprimiendo un primer refrigerante gaseoso;
(2)
refrigerando y condensando parcialmente el refrigerante comprimido resultante para producir una fracción de refrigerante de vapor y una fracción de refrigerante líquido;
(3)
refrigerando y reduciendo adicionalmente la presión de la fracción del refrigerante líquido, y vaporizando la fracción del refrigerante líquido resultante para proporcionar refrigeración en el primer intervalo de temperatura y producir un primer refrigerante vaporizado;
(4)
refrigerando y condensando la fracción del refrigerante de vapor, reduciendo la presión de al menos una porción del líquido resultante, y vaporizando la fracción del refrigerante líquido resultante para proporcionar refrigeración adicional en el primer intervalo de temperatura y producir un segundo refrigerante vaporizado; y
(5)
combinando el primer y segundo refrigerantes vaporizados para proporcionar el primer refrigerante gaseoso de (1).
La vaporización del líquido resultante en (4) puede efectuarse a una presión inferior a la vaporización de la fracción de refrigerante líquido resultante en (3), donde el segundo refrigerante vaporizado sería comprimido antes de combinarse con el primer refrigerante vaporizado. El trabajo procedente de expansión por trabajo del refrigerante gaseoso refrigerado en (3) puede proporcionar una porción del trabajo requerido para compresión del segundo refrigerante gaseoso en (1).
El gas de alimentación puede ser gas natural, y si es así, la corriente de gas natural licuado resultante puede inyectarse hasta una presión inferior para producir un vapor de inyección ligero y un producto líquido final. El vapor de inyección ligero puede utilizarse para proporcionar el segundo refrigerante gaseoso en el segundo circuito refrigerante.
Breve descripción de varias vistas de los dibujos
La figura 1 es un diagrama de flujo esquemático de un proceso que ilustra la técnica.
La figura 2 es un diagrama de flujo esquemático de otra forma de realización de la presente invención que utiliza un sistema de refrigeración adicional para refrigerar previamente el gas de alimentación, el refrigerante comprimido en el ciclo de refrigeración de recompresión de vapor, y el refrigerante comprimido en el ciclo de refrigeración del dispositivo de expansión de gas.
La figura 3 es un diagrama de flujo esquemático de otra forma de realización de la presente invención que utiliza un sistema de refrigeración de recompresión de vapor adicional.
Descripción detallada de la invención
La mayoría de las plantas de producción de LNG utilizan, actualmente, la refrigeración producida por la compresión de un gas a una alta presión, licuando el gas contra una fuente de refrigeración, expandiendo el líquido resultante a una presión baja, y vaporizando el líquido resultante para proporcionar la refrigeración. El refrigerante vaporizado es recomprimido y utilizado de nuevo en el circuito de refrigeración de recirculación. Este tipo de proceso de refrigeración puede utilizar un refrigerante mixto de múltiples componentes o un ciclo refrigerante de un solo componente en cascada para la refrigeración, y se define genéricamente aquí como un ciclo de refrigerante de vaporización o como un ciclo de recompresión de vapor. Este tipo de ciclo es muy eficiente proporcionando refrigeración a temperaturas casi ambiente. En este caso, están disponibles los fluidos refrigerantes que se condensarán a una presión, bien por debajo de la presión crítica del refrigerante, expulsando mientras el calor hasta un sumidero de calor a temperatura ambiente, o hervirán también a una presión por encima de la atmosférica, al mismo tiempo que se absorbe calor desde la carga de refrigeración.
A medida que la temperatura de refrigeración requerida disminuye en un sistema de refrigeración de compresión de vapor de un solo componente, un refrigerante particular que hierve por encima de la presión atmosférica a una temperatura suficientemente baja para proporcionar la refrigeración requerida, será demasiado volátil para condensarse contra un sumidero de calor a temperatura ambiente, puesto que la temperatura crítica del refrigerante está por debajo de la temperatura ambiente. En esta situación, pueden emplearse los ciclos en cascada. Por ejemplo, puede utilizarse una cascada de dos fluidos en la que el fluido más pesado proporciona la refrigeración más caliente, mientras que el fluido más ligero proporciona la refrigeración más fría.
No obstante, en lugar de rechazar el calor a una temperatura ambiente, el fluido ligero rechaza el calor respecto al fluido más pesado en ebullición, mientras que él mismo se condensa. Pueden alcanzarse temperaturas muy bajas poniendo en cascada los fluidos múltiples de esta manera.
Un ciclo de refrigeración de múltiples componentes (MCR) puede considerarse como un tipo de ciclo en cascada en el que los componentes más pesados de la mezcla de refrigerantes se condensan contra el sumidero de calor a temperatura ambiente y hierven a baja presión, mientras que se condensa el siguiente componente más ligero que hervirá él mismo para proporcionar condensación en el componente todavía más ligero, y así sucesivamente, hasta que se alcanza la temperatura deseada. La ventaja principal de un sistema de múltiples componentes sobre un sistema en cascada es que se simplifica enormemente la compresión y el equipo de intercambio de calor. El sistema de múltiples componentes requiere un solo compresor e intercambiador de calor, mientras que el sistema en cascada requiere múltiples compresores e intercambiadores de calor.
Ambos de estos ciclos son menos eficientes a medida que disminuye la temperatura de la carga de refrigeración, debido a la necesidad de múltiples fluidos en cascada. Para proporcionar las temperaturas (típicamente -220ºF a -270ºF) requeridas para producción LNG, se emplean las múltiples etapas que implican múltiples componentes. En cada etapa, existen pérdidas termodinámicas asociadas con la transferencia de calor por ebullición/condensación a través de una diferencia finita de temperatura, y con cada etapa adicional se incrementan estas pérdidas.
Otro tipo de ciclo de refrigeración importante desde el punto de vista industrial es el ciclo de expansión de gas. En este ciclo, es comprimido el fluido de trabajo, es refrigerado sensiblemente (sin cambio de fase), expandido por trabajo como un vapor en una turbina, y es calentado al mismo tiempo que proporciona refrigeración a la carga de refrigeración. Este ciclo es definido también como un ciclo de expansión de gas. Pueden obtenerse temperaturas muy bajas de forma relativamente eficiente con este tipo de ciclo utilizando un solo circuito de refrigeración. En este tipo de ciclo, el fluido de trabajo no se somete típicamente a cambio de fase, de forma que el calor es absorbido a medida que el fluido es calentado sensiblemente.
No obstante, en muchos casos, el fluido de trabajo puede someterse a un pequeño grado de cambio de fase durante la expansión por trabajo.
El ciclo de expansión del gas proporciona eficientemente la refrigeración a los fluidos que se están refrigerando también sobre un intervalo de temperatura, y esto es particularmente útil proporcionando una refrigeración de temperatura muy baja, como se requiere en la producción del nitrógeno e hidrógeno líquido.
No obstante, un inconveniente del ciclo de refrigeración del dispositivo de expansión de gas es que es ineficiente relativamente para proporcionar refrigeración térmica. El trabajo neto requerido para un refrigerador de ciclo de expansión de gas es igual a la diferencia entre el trabajo del compresor y el trabajo del dispositivo de expansión, mientras que el trabajo para un ciclo de refrigeración en cascada o de un solo componente es simplemente el trabajo del compresor. En el ciclo de expansión de gas, el trabajo de expansión puede ser fácilmente 50% o más del trabajo del compresor cuando se proporciona refrigeración térmica. El problema con el ciclo de expansión del gas que proporciona refrigeración térmica es que se multiplica cualquier ineficiencia en el sistema compresor.
El objetivo de la presente invención es mejorar la explotación de las ventajas del ciclo de expansión de gas que proporciona refrigeración fría, mientras que se utilizan las ventajas de los ciclos de refrigeración de recompresión de vapor puros o de múltiples componentes proporcionando refrigeración térmica, y aplicando esta combinación de ciclos de refrigeración para licuefacción de gas. Este ciclo de refrigeración en combinación es particularmente útil en la licuefacción de gas natural.
De acuerdo con la invención, el componente mixto, el componente puro, y/o los sistemas de refrigeración de recompresión de vapor son utilizados para proporcionar una porción de la refrigeración necesaria para licuefacción del gas a temperaturas por debajo de aproximadamente -40ºC y por debajo a aproximadamente -100ºC. La refrigeración residual en el intervalo de temperatura más fría por debajo de aproximadamente -100ºC, está prevista por la expansión de trabajo de un gas refrigerante. El circuito de recirculación de la corriente de gas refrigerante utilizada para expansión de trabajo es físicamente independiente pero está integrada térmicamente con el circuito o circuitos de recirculación del ciclo o ciclos de recompresión de vapor de componente mixto. Más de 5% y normalmente, más de 10% de la potencia de refrigeración total requerida para licuefacción de gas de alimentación puede consumirse por el ciclo o ciclos de recompresión de vapor puro o de componente mixto. La invención puede ejecutarse en el diseño de una nueva planta de licuefacción o puede utilizarse como un retroajuste o expansión de una planta existente añadiendo el circuito de refrigeración del dispositivo de expansión de gas al sistema de refrigeración de la planta existente.
El fluido o fluidos de trabajo de recompresión de vapor de componente puro o mixto comprenden generalmente uno o más componentes elegidos de nitrógeno, hidrocarburos que tienen uno o más átomos de carbono y halocarburos que tienen uno o más átomos de carbono. Los refrigerantes de hidrocarburos típicos incluyen metano, etano, propano, i-butano, butano e i-pentano. Los refrigerantes de halocaruro representativos incluyen R22, R32, R32, R134a, y R410a. La corriente de gas que debe expandirse por trabajo en el ciclo de expansión de gas puede ser un componente puro o una mezcla de componentes; ejemplos incluyen una corriente de nitrógeno puro o una mezcla de nitrógeno con otros gases tales como metano.
El método de proporcionar refrigeración utilizando un circuito de componentes mixtos incluye comprimir una corriente de componente mixto y refrigerar la corriente comprimida utilizando un fluido de refrigeración externo tal como aire, agua de refrigeración, u otra corriente del proceso. Una porción de la corriente refrigerante mixta comprimida es licuada después de la refrigeración externa. Al menos una porción de la corriente refrigerante mixta comprimida y refrigerada es refrigerada adicionalmente en un intercambiador de calor y después es reducida en presión y es vaporizada por el intercambio de calor contra la corriente de gas que es licuada. El vapor refrigerante mixto evaporado y calentado es recirculado y comprimido entonces como se describe anteriormente.
El método de proporcionar refrigeración utilizando un circuito de componente puro consiste en comprimir una corriente de componente puro y refrigerarla utilizando un fluido de refrigeración externo. Una porción de la corriente refrigerante es licuada después de la refrigeración externa. Al menos una porción del refrigerante comprimido y licuado se reduce entonces en presión y es vaporizada por el intercambio de calor contra la corriente de gas que es licuada o contra otra corriente refrigerante que es refrigerada. El vapor refrigerante vaporizado resultante es entonces comprimido y recirculado como se describe anteriormente.
De acuerdo con la invención, el ciclo o ciclos de recompresión de vapor de componente puro o mixto proporcionan preferentemente refrigeración a niveles de temperatura por debajo de aproximadamente -40ºC, preferentemente, por debajo de aproximadamente -60ºC, y por debajo aproximadamente -100ºC, pero no proporcionan la refrigeración total necesaria para la licuefacción del gas de alimentación. Estos ciclos pueden consumir típicamente más del 5%, y normalmente más del 10%, del requerimiento de potencia de refrigeración total para licuefacción del gas de alimentación. En la licuefacción del gas natural, el ciclo o ciclos de recompresión de vapor de componente puro o mixto pueden consumir típicamente más del 30% del requerimiento total de potencia requerido para licuar el gas de alimentación. En esta aplicación, el gas natural preferido es refrigerado a temperaturas también por debajo de -40ºC, y preferentemente, por debajo de -60ºC, por el ciclo o ciclos de recompresión de vapor de componente puro o mixto.
El método de proporcionar refrigeración en el ciclo de expansión de gas incluye comprimir una corriente de gas, refrigerar la corriente de gas comprimido utilizando un fluido de refrigeración externo, refrigerar adicionalmente al menos una porción de la corriente de gas comprimido refrigerado, expandir al menos una porción de la corriente refrigerada adicionalmente en un dispositivo de expansión para producir trabajo, calentar la corriente expandida por el intercambio de calor contra la corriente que es licuada, y hacer recircular la corriente de gas calentada para compresión adicional. Este ciclo proporciona refrigeración a niveles de temperatura por debajo de los niveles de temperatura de la refrigeración proporcionados por el ciclo de recompresión de vapor refrigerante puro o mixto.
En un modo preferido, el ciclo o ciclos de recompresión de vapor de componente puro o mixto proporcionan una porción de refrigeración a la corriente de gas comprimido antes de su expansión en un dispositivo de expansión. En un modo alternativo, la corriente de gas puede expandirse en más de un dispositivo de expansión. Puede utilizarse cualquier dispositivo de expansión conocido para licuar una corriente de gas. La invención puede utilizar cualquiera de una amplia variedad de dispositivos de intercambio de calor en los circuitos de refrigeración incluyendo intercambiadores de calor del tipo de placa-aleta, bobina arrollada, y armazón y tubo, y sus combinaciones, dependiendo de la aplicación específica. La invención es independiente del número y disposición de los intercambiadores de calor utilizados en el proceso reivindicado.
Se muestra en la figura 1 una forma de realización ilustrativa del proceso de la técnica anterior. El proceso puede utilizarse para licuar cualquier corriente de gas de alimentación, y es utilizado preferentemente para licuar gas natural como se describe a continuación para ilustrar el proceso. El gas natural es limpiado y secado en primer lugar en la sección de pretratamiento 172 para la retirada de gases ácidos tales como CO_{2} y H_{2}S junto con otros contaminantes, tales como mercurio. El vapor de gas pretratado 100 entra en el intercambiador de calor 106, es refrigerado a una temperatura intermedia típica de aproximadamente -30ºC, y la corriente refrigerada 102 fluye dentro de la columna de depuración 108. La refrigeración en el intercambiador de calor 106 se efectúa por el calentamiento de la corriente de refrigerante mixto 125 en el interior 109 del intercambiador de calor 106. El refrigerante mixto contiene típicamente uno o más hidrocarburos seleccionados de metano, etano, propano, i-butano, butano y posiblemente i-pentano. Adicionalmente, el refrigerante puede contener otros componentes tales como nitrógeno. En la columna de depuración 108, son eliminados los componentes más pesados de la alimentación de gas natural, por ejemplo, pentano y componentes más pesados. En los ejemplos presentes, la columna de depuración se muestra solamente con una sección de disociación. En otros casos, puede emplearse una sección de rectificación con un condensador para la eliminación de contaminantes pesados tales como benceno a niveles muy bajos. Cuando se requieren niveles muy bajos de componentes pesados en el producto de LNG final, puede realizarse cualquier modificación adecuada a la columna de depuración 110. Por ejemplo, un componente más pesado tal como butano puede utilizarse como el líquido de lavado.
El producto del fondo 110 de la columna de depuración entra entonces en la sección de fraccionamiento 112, donde los componentes pesados son recuperados como la corriente 114. El propano y los componentes más ligeros en la corriente 118 pasan a través del intercambiador de calor 106, donde la corriente es refrigerada a aproximadamen-
te -30ºC, y recombinada con el producto de cabecera de la columna de depuración para formar la corriente de alimentación purificada 120. La corriente 120 es refrigerada entonces adicionalmente en el intercambiador de calor 122 a una temperatura típica de aproximadamente -100ºC calentando la corriente de refrigerante mixto 124. La corriente refrigerada resultante 126 es refrigerada adicionalmente entonces a una temperatura de aproximadamente -166ºC en el intercambiador de calor 128. La refrigeración para refrigerar en el intercambiador de calor 128 está prevista por corriente de fluido refrigerante en frío 130 desde el turbo-dispositivo de expansión 166. Este fluido, preferentemente nitrógeno, es predominantemente vapor que contiene menos de 20% de líquido y está a una presión típica de aproximadamente 11 bara (todas las presiones son aquí presiones absolutas) y una temperatura típica de aproximadamente -168ºC. La corriente refrigerada adicional 132 puede ser inyectada adiabáticamente a una presión de aproximadamente 1,05 bara a través de la válvula de estrangulamiento 134. Alternativamente, la presión de la corriente refrigerada adicionalmente 132 podría reducirse a través de un dispositivo de expansión de trabajo. El gas licuado fluye entonces en el separador o depósito de almacenamiento 136 y el producto LNG final es retirado como la corriente 142. En muchos casos, dependiendo de la composición de gas natural y de la temperatura que sale del intercambiador de calor 128, una cantidad significativa de gas ligero es desprendida como la corriente 138 después de la inyección a través de la válvula 134. Este gas puede calentarse en intercambiadores de calor 128 y 150 y comprimirse a una presión suficiente para uso como gas de combustible en la instalación LNG.
La refrigeración para enfriar el gas natural desde la temperatura ambiente hasta una temperatura de aproximadamente -100ºC es proporcionada por un circuito de refrigeración de múltiples componentes como se menciona anteriormente. La corriente 146 es el refrigerante mixto de alta presión que entra en el intercambiador de calor 106 a temperatura ambiente y una presión típica de aproximadamente 38 bara. El refrigerante es refrigerado a una temperatura de aproximadamente -100ºC en intercambiadores de calor 106 y 122, saliendo como la corriente 148. La corriente 148 es dividida en dos porciones en esta forma de realización. Una porción más pequeña, típicamente aproximadamente 4%, es reducida a presión adiabática a aproximadamente 10 bara y es introducida como la corriente 149 en el intercambiador de calor 150 para proporcionar refrigeración suplementaria como se describe a continuación. La porción principal del refrigerante como la corriente 124 es reducida también a presión adiabática a una presión típica de aproximadamente 10 bara y se introduce en el extremo frío del intercambiador de calor 106. El refrigerante fluye hacia abajo y se vaporiza en el interior 109 del intercambiador de calor 106 y se deja por debajo ligeramente de la temperatura ambiente como la corriente 152. La corriente 152 es entonces recombinada con corriente menor 154 que fue vaporizada y calentada a temperatura casi ambiente en el intercambiador de calor 150. La corriente de presión combinada 156 es comprimida entonces en el compresor inter-refrigerado de múltiples etapas 158 de nuevo hasta la presión final de aproximadamente 38 bara. El líquido puede formarse en el inter-refrigerador del compresor, y este líquido es separado y recombinado con la corriente principal 160 que sale de la etapa final de compresión. La corriente combinada es refrigerada entonces de nuevo a temperatura ambiente para producir la corriente 146.
La refrigeración final del gas natural de aproximadamente -100ºC a aproximadamente -166ºC es alcanzada utilizando un ciclo de expansión de gas que emplea nitrógeno como el fluido de trabajo. La corriente de nitrógeno de alta presión 162 entra en el intercambiador de calor 150, típicamente a temperatura ambiente y a una presión de aproximadamente 67 bara, y se refrigera entonces a una temperatura de aproximadamente -100ºC, en el intercambiador de calor 150. La corriente de vapor refrigerada 164 es expandida substancialmente de trabajo ientrópicamente en el turbo-dispositivo de expansión 132, típicamente saliendo a una presión de aproximadamente 11 bara y a una temperatura de aproximadamente -168ºC. Idealmente, la presión de salida está a o ligeramente por debajo de la presión del punto de rocío del nitrógeno a una temperatura lo suficientemente fría para realizar la refrigeración del LNG a la temperatura deseada. La corriente de nitrógeno expandida 130 es calentada entonces a temperatura casi ambiente en los intercambiadores de calor 128 y 150.
La refrigeración suplementaria está prevista en el intercambiador de calor 150 por poco vapor 149 del refrigerante mixto, como se describe anteriormente, y esto se realiza para reducir la irreversibilidad en el proceso, provocando que el intercambiador de calor de curvas de refrigeración 150 sea alineado de forma más estrecha. Desde el intercambiador de calor 150, la corriente de nitrógeno calentado de presión baja 170 es comprimida en el compresor de múltiples etapas 168 de nuevo hasta una presión alta de aproximadamente 67 bara.
Como se menciona anteriormente, este ciclo de expansión de gas puede ser ejecutado como un retroajuste o expansión de una planta de LNG de refrigerante mixto existente.
Una forma de realización alternativa se ilustra en la figura 2, en la que se utiliza otro refrigerante (por ejemplo, propano) para pre-refrigerar el nitrógeno de alimentación y las corrientes de refrigerante mixto en los intercambiadores de calor 401, 401 y 400 respectivamente, antes de la introducción en los intercambiadores de calor 106 y 150. En esta forma de realización, se utilizan tres niveles de pre-refrigeración en los intercambiadores de calor 402, 401 y 400, aunque puede utilizares cualquier número de niveles, según se requiera. En este caso, los fluidos refrigerantes de retorno 156 y 170 son comprimidos fríos, en una temperatura de entrada ligeramente por debajo de la proporcionada por el refrigerante de pre-refrigeración. Este dispositivo podría ejecutarse como un retroajuste o expansión de una planta de LNG de refrigerante mixto pre-refrigerado con propano existente.
La figura 3 presenta una forma de realización de la invención, en la que se emplean dos circuitos de refrigerante mixto separados antes de la refrigeración final por el circuito de refrigeración del dispositivo de expansión de gas. El primer circuito de refrigeración que emplea el compresor 701 y el dispositivo de reducción de presión 703 proporciona refrigeración primaria a una temperatura de aproximadamente -30ºC. Un segundo circuito de refrigeración que emplea el compresor 702 y los dispositivos de expansión 704 y 705 es utilizado para proporcionar refrigeración adicional a una temperatura de aproximadamente -100ºC. Este dispositivo podría ejecutarse como un retroajuste o expansión de una planta LNG de refrigerante mixto doble existente.
La invención descrita anteriormente en las formas de realización ilustradas por las figuras 1-3 puede utilizar cualquiera de una amplia variedad de dispositivos de intercambio de calor en los circuitos de refrigeración, incluyendo intercambiadores de calor del tipo de bobina arrollada, placa-aleta, armazón y tubo, y de tipo caldera.
Las combinaciones de estos tipos de intercambiadores de calor pueden utilizarse dependiendo de las aplicaciones específicas. Por ejemplo, los intercambiadores de calor 106, 122, 128 pueden ser intercambiadores de bobina arrollada, e intercambiador de calor 150 puede ser un intercambiador del tipo de placa y aleta como se utiliza en la figura 1.
En la forma de realización preferida de la invención, la mayoría de la refrigeración en el intervalo de temperatura de aproximadamente -40ºC a aproximadamente -100ºC está prevista por el intercambio de calor indirecto con al menos un refrigerante de vaporización en un circuito de refrigeración de recirculación. Parte de la refrigeración en este intervalo de temperatura puede proporcionarse también por la expansión por trabajo de un refrigerante gaseoso presuriza-
do.
Ejemplo
(No forma parte de la invención)
Haciendo referencia a la figura 1, el gas natural es limpiado y secado en la sección de pretratamiento 172 para la eliminación de gases ácidos, tales como CO_{2} y H_{2}S junto con otros contaminantes, tales como mercurio. El gas de alimentación pretratado 100 tiene un caudal de flujo de 24,431 kg-mol/h, una presión de 66,5 bara, y una temperatura de 32ºC. La composición molar de la corriente es como sigue:
TABLA 1 Composición de gas de alimentación
Componente Fracción Mol
Nitrógeno 0,009
Metano 0,9378
Etano 0,031
Propano 0,013
i-Butano 0,003
Butano 0,004
i-Pentano 0,0008
Pentano 0,0005
Hexano 0,001
Heptano 0,0006
El gas pretratado 100 entra en el primer intercambiador de calor 106 y es refrigerado a una temperatura de -31ºC, antes de entrar en la columna de depuración 102. La refrigeración se efectúa por el calentamiento de la corrientede refrigerante mixto 109, que tiene un flujo de 554,425 kg-mol/h y la siguiente composición:
TABLA 2 Composición de refrigerante mixto
Componente Fracción Mol
Nitrógeno 0,014
Metano 0,343
Etano 0,395
Propano 0,006
i-Butano 0,090
Butano 0,151
En la columna de depuración 108, son eliminados el pentano y los componentes más pesados de la alimentación. El producto del fondo 110 de la columna de depuración entra en la sección de fraccionamiento 112, donde los componentes pesados son recuperados como la corriente 114 y el propano y los componentes más ligeros en la corriente 118 son reciclados en el intercambiador de calor 106, refrigerados a -31ºC, y recombinados con el producto de cabecera de la columna de depuración para formar la corriente 120. El caudal de flujo de la corriente 120 es 24,339 kg-mol/h.
La corriente 120 es refrigerada adicionalmente en el intercambiador de calor 122 a una temperatura de -102,4ºC calentando la corriente de refrigerante mixto 124 que entra en el intercambiador de calor 122 a una temperatura de -104,0ºC. La corriente resultante 128 es refrigerada adicionalmente a una temperatura de -165,7ºC en el intercambiador de calor 128. La refrigeración para refrigerar en el intercambiador 128 es prevista por la corriente de nitrógeno puro 130 que sale del turbo-dispositivo de expansión 166 a -168,0ºC con una fracción líquida de 2,0%. La corriente de LNG resultante 132 es entonces inyectada adiabáticamente a su presión de punto de burbuja de 1,05 bara a través de la válvula 134. El LNG entra entonces en el separador 136 con el producto LNG final que sale como corriente 142. En este ejemplo, no se desprende gas ligero 138 después de la inyección a través de la válvula 134, y no se requiere compresor de recuperación de gas de inyección 140.
La refrigeración para refrigerar el gas natural desde temperatura ambiente hasta una temperatura de -102,4ºC, esta prevista por un circuito de refrigeración de múltiples componentes como se menciona anteriormente. La corriente 146 es el refrigerante mixto de alta presión que entra en el intercambiador de calor 106 a una temperatura de 32ºC y a una presión de 38,6 barra. Es refrigerada entonces a una temperatura de -102,4ºC en intercambiadores de calor 106 y 122, saliendo como la corriente 148 a una presión de 34,5 bara. La corriente 148 es dividida entonces en dos porciones. Una porción más pequeña 4,1% es reducida en presión adiabáticamente a 9,8 bara y se introduce como la corriente 149 en el intercambiador de calor 150 para proporcionar refrigeración suplementaria. La porción principal 124 del refrigerante mixto es inyectada también adiabáticamente a una presión de 9,8 bara y se introduce como corriente 124 en el extremo frío del intercambiador de calor 122. La corriente 124 es calentada y vaporizada en los intercambiadores de calor 122 y 106, saliendo finalmente del intercambiador de calor 106 a 20ºC y 9,3 bara como la corriente 152. La corriente 152 es recombinada entonces con porción menor del refrigerante mixto como la corriente 154 que ha sido vaporizada y calentada a 29ºC, en el intercambiador de calor 150. La corriente de presión baja combinada 156 es comprimida entonces en el compresor inter-refrigerado de 2-etapas 158 hasta la presión final de 34,5 bara. El líquido es formado en el inter-refrigerador del compresor, y este líquido es recombinado con el flujo principal 160 que sale de la etapa final del compresor. El flujo de líquido es 4440 kg-mol/h.
La refrigeración final del gas natural de -102,4ºC a -165,7ºC, se alcanza utilizando un ciclo del tipo de dispositivo de expansión de gas de circuito cerrado que emplea el nitrógeno como el fluido de trabajo. La corriente de nitrógeno de alta presión 162 entra en el intercambiador de calor 152 a 32ºC y a una presión de aproximadamente 67,1 bara y a un caudal de flujo de 40,352 kg-mol/h, y se refrigera entonces a una temperatura de -102,4ºC en el intercambiador de calor 150. La corriente de vapor 164 es expandida-por trabajo de forma substancialmente isentrópica en el turbo dispositivo de expansión 166, saliendo a -168,0ºC con una fracción líquida de 2,0%. El nitrógeno expandido es calentado entonces a 29ºC en intercambiadores de calor 128 y 150. La refrigeración suplementaria es prevista para intercambiar calor 150 por la corriente 149. A partir del intercambiador de calor 150, el nitrógeno de baja presión calentado es comprimido en el compresor centrífugo de tres etapas 168 de 10,5 bara de nuevo a 67,1 bara. En este Ejemplo ilustrativo, el 65% de la potencia de refrigeración total requerida para licuar el gas de alimentación pretratado 100 es consumido por el circuito de refrigeración de recirculación en el que la corriente de refrigerante 146 es vaporizada en los intercambiadores de calor 106 y 150 y la corriente de refrigerante vaporizado resultante 156 es comprimida en el compresor 158.
Por tanto, la presente invención ofrece un proceso de refrigeración mejorado para la licuefacción del gas que utiliza uno o más ciclos de refrigerante de vaporización para proporcionar refrigeración por debajo de aproximadamen-
te -40ºC y por debajo de aproximadamente -100ºC, y utiliza un ciclo de expansión de gas para proporcionar refrigeración por debajo de aproximadamente -100ºC. El ciclo de expansión de gas puede proporcionar también parte de la refrigeración en el intervalo de aproximadamente -40ºC a aproximadamente -100ºC. Cada uno de estos dos tipos de sistemas refrigerantes es utilizado en un intervalo de temperatura óptimo que lleva al máximo la eficiencia del sistema particular. Típicamente, una fracción significativa de la potencia de refrigeración total requerida para licuar el gas de alimentación (más del 5% y, normalmente, más del 10% del total) puede consumirse por el ciclo o ciclos de refrigerante de vaporización. La invención puede ejecutarse en el diseño de una nueva planta de licuefacción o puede utilizarse como un retroajuste o expansión de una planta existente añadiendo circuito de refrigeración de dispositivo de expansión de gas al sistema de refrigeración de la planta existente.

Claims (12)

1. Un método para la licuefacción de un gas de alimentación (100) que comprende proporcionar al menos una porción de la refrigeración total requerida para refrigerar y condensar el gas de alimentación (100) utilizando
(a)
un primer sistema de refrigeración que comprende al menos un circuito de refrigeración de recirculación (152, 156, 158, 160, 146, 109, 148, 125), donde el primer sistema de refrigeración utiliza dos o más componentes y proporciona refrigeración en un primer intervalo de temperatura, donde al menos una porción del primer intervalo de temperatura está entre -40ºC y -100ºC, y
(b)
un segundo sistema de refrigeración (130, 128, 150, 170, 168, 162, 150, 164, 166), que proporciona refrigeración en un segundo intervalo de temperatura por la expansión por trabajo de una corriente de refrigerante gaseosa presurizada, donde al menos una porción del segundo intervalo de temperatura está por debajo de -100ºC;
donde un ciclo de recompresión del primer sistema de refrigeración de recirculación es accionado
(A)
comprimiendo un primer refrigerante gaseoso (158);
(B)
refrigerando (109) y al menos condensando parcialmente el refrigerante comprimido resultante (146);
(C)
reduciendo la presión del refrigerante comprimido resultante al menos parcialmente condensado (148);
(D)
vaporizando el refrigerante de presión reducida resultante (125) para proporcionar refrigeración en el primer intervalo de temperatura y producir un refrigerante vaporizado (152); y
(E)
recirculando (156) el refrigerante vaporizado para proporcionar el primer refrigerante gaseoso de (A);
caracterizado porque al menos una porción de la refrigeración en (B) está prevista por el intercambio de calor indirecto (400) con una o más corrientes de refrigerante de vaporización previstas por un tercer circuito de refrigeración de recirculación.
2. Un método de la reivindicación 1, donde el tercer circuito de refrigeración de recirculación utiliza un refrigerante de un solo componente.
3. Un método de la reivindicación 1, donde el tercer circuito de refrigeración de recirculación utiliza un refrigerante mixto que comprende dos o más componentes.
4. Un método de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, donde el gas de alimentación es gas natural.
5. Un método de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, donde el refrigerante en el segundo circuito de refrigeración de recirculación comprende nitrógeno.
6. Un método para la licuefacción de un gas de alimentación (100) que comprende proporcionar al menos una porción de la refrigeración total requerida para refrigerar y condensar el gas de alimentación (100) utilizando
(a)
un primer sistema de refrigeración que comprende al menos un circuito de refrigeración de recirculación (152, 156, 158, 160, 146, 109, 148, 125), donde el primer sistema de refrigeración utiliza dos o más componentes refrigerantes y proporciona refrigeración en un primer intervalo de temperatura, donde al menos una porción del primer intervalo de temperatura está entre -40ºC y -100ºC; Y
(b)
un segundo sistema de refrigeración (130, 128, 150, 170, 168, 162, 150, 164, 166) que proporciona refrigeración en un segundo intervalo de temperatura por la expansión por trabajo e una corriente de refrigerante gaseoso, presurizado, donde al menos una porción del segundo intervalo de temperatura está por debajo de -100ºC;
donde el segundo sistema de refrigeración de recirculación es accionado
(1)
comprimiendo (168) un segundo refrigerante gaseoso para proporcionar el refrigerante gaseoso presurizado (162);
(2)
refrigerando (150) el refrigerante gaseoso, presurizado (162) para producir un refrigerante gaseoso refrigerado (164);
(3)
expandiendo por trabajo (166) el segundo refrigerante gaseoso para proporcionar el refrigerante frío (130);
(4)
calentando (128) el refrigerante frío (130) para proporcionar la refrigeración en el segundo intervalo de temperatura; y
(5)
recirculando el refrigerante calentado resultante (170) para proporcionar el segundo refrigerante gaseoso de (1);
caracterizado porque está prevista al menos una porción de la refrigeración (2) por el intercambio de calor indirecto (401) con uno o más refrigerantes de vaporización adicionales previstos por un tercer circuito de refrigeración de recirculación.
7. Un método de la reivindicación 6, donde el tercer circuito de refrigeración de recirculación utiliza un refrigerante de un solo componente.
8. Un método de la reivindicación 6, donde el tercer circuito de refrigeración de recirculación utiliza un refrigerante mixto que comprende dos o más componentes.
9. Un método de la reivindicación 1, donde al menos uno del primero y segundo sistemas de refrigeración comprende un intercambiador de calor del tipo de bobina arrollada.
10. Un aparato para la licuefacción de un gas de alimentación (100) por un método de la reivindicación 1, comprendiendo dicho aparato
(a)
un primer sistema de refrigeración que comprende al menos un circuito de refrigeración de recirculación (152, 156, 158, 160, 146, 109, 148, 125), donde el primer sistema de refrigeración utiliza dos o más componentes refrigerantes y proporciona refrigeración en un primer intervalo de temperatura, donde al menos una porción del primer intervalo de temperatura está entre -40ºC y -100ºC, y
(b)
un segundo sistema de refrigeración (130, 128, 150, 170, 168, 162, 150, 164, 166) que proporciona refrigeración en un segundo intervalo de temperatura por expansión de trabajo de una corriente refrigerante gaseosa presurizada, donde al menos una porción del segundo intervalo de temperatura está por debajo de -100ºC;
donde un ciclo de recompresión del primer sistema de refrigeración de recirculación comprende
(A)
medios de compresión para comprimir un primer refrigerante gaseoso (158);
(B)
medios de intercambio de calor (106) para refrigerar y al menos condensar parcialmente el refrigerante comprimido resultante (146);
(C)
medios para reducir la presión del refrigerante comprimido resultante al menos parcialmente condensado (148);
(D)
medios de intercambio de calor para vaporizar el refrigerante de presión reducida resultante (125) para proporcionar refrigeración en el primer intervalo de temperatura y producir un refrigerante vaporizado (152); y
(E)
medios (156) para hacer recircular el refrigerante vaporizado para proporcionar el primer refrigerante gaseoso de (A),
caracterizado porque los medios de intercambio de calor (400) proporcionan al menos una porción de la refrigeración de (B) por el intercambio de calor indirecto con una o más corrientes de refrigerante de vaporización proporcionadas por un tercer circuito de refrigeración de recirculación.
11. Un aparato de la reivindicación 10, donde el segundo sistema de refrigeración de recirculación comprende
(1)
medios de compresión (168) para comprimir un segundo refrigerante gaseoso para proporcionar el refrigerante gaseoso presurizado (162);
(2)
medios de intercambio de calor (150) para refrigerar el refrigerante gaseoso presurizado (162) para producir un refrigerante gaseoso refrigerado (164);
(3)
medios de expansión (166) para expandir el trabajo del refrigerante gaseoso refrigerado para proporcionar el refrigerante frío (130);
(4)
medios de intercambio de calor (128) para calentar el refrigerante frío (130) para proporcionar refrigeración en el segundo intervalo de temperatura; y
(5)
medios para recircular el refrigerante calentado resultante (170) para proporcionar el segundo refrigerante gaseoso de (1).
12. Un aparato de la reivindicación 10 u 11, donde al menos uno del primero y segundo sistemas de refrigeración comprende un intercambiador de calor de bobina arrollada.
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