ES2351340T3 - Ciclo de licuación de gas híbrido con múltiples expansores. - Google Patents

Ciclo de licuación de gas híbrido con múltiples expansores. Download PDF

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Abstract

Un método para la licuación de un gas que comprende: (a) enfriar un gas de alimentación (1) en una primera zona de intercambio de calor (21; 705) por intercambio de calor indirecto con una o más corrientes de refrigerante (23) proporcionadas en un primer sistema de refrigeración, y retirar de la primera zona de intercambio de calor una corriente de alimentación sustancialmente licuada, esto es, la corriente cuando se expande adiabáticamente por estrangulamiento hasta la presión atmosférica tiene una fracción líquida entre 0,25 y 1,0; (b) enfriar más la corriente de alimentación sustancialmente licuada en una segunda zona de intercambio de calor (27; 401; 511; 817) por intercambio de calor indirecto con una o más corrientes de refrigerante expandido mecánicamente (29; 205; 405; 509; 515; 619; 712; 719; 815; 823) proporcionadas por un segundo sistema de refrigeración de circuito cerrado, y retirar de la segunda zona de intercambio de calor una corriente de alimentación sustancialmente licuada y más enfriada (33); y (c) expandir mecánicamente (31; 75; 203; 403; 513; 617; 711; 717; 813; 821) en el segundo sistema de refrigeración dos o más corrientes gaseosas de refrigerante comprimido enfriado; en el que el funcionamiento del segundo sistema de refrigeración incluye las etapas de: (1) comprimir (83; 305; 507) uno o más gases refrigerantes (81; 82) para proporcionar una corriente de refrigerante comprimido (59; 517); (2) enfriar toda o una porción (59; 61; 306) de la corriente de refrigerante comprimido en una tercera zona de intercambio de calor (63; 303; 503; 601; 701; 809) por intercambio de calor indirecto con una o más corrientes de refrigerante expandidas mecánicamente (79; 67&301; 407; 505&519; 710; 825&827) para proporcionar una corriente gaseosa de refrigerante comprimida y enfriada (65; 501; 709; 812), zona de intercambio de calor en la que no hay enfriamiento de la corriente de gas de alimentación ni de la corriente enfriada de gas de alimentación; (3) expandir mecánicamente (31; 31&403; 31&513; 711; 821) la corriente gaseosa de refrigerante comprimido enfriado para proporcionar una corriente de refrigerante expandido mecánicamente que proporciona en la segunda zona de intercambio de calor una (29; 405; 515; 712; 823) de la una o más corrientes de refrigerante expandido mecánicamente: y (4) expandir mecánicamente (75; 203; 31 [figura 5]; 617; 717; 813) una corriente gaseosa de refrigerante comprimido enfriado (73; 201; 501; 616; 716; 811) para proporcionar una corriente a una temperatura intermedia (77; 205; 301; 505; 619; 719; 815) que se añade a, o suplementa, en o después de la segunda zona de intercambio de calor, la carga de refrigeración proporcionada por la corriente fría expandida mecánicamente y calentada; y el caudal de la corriente de refrigerante expandido mecánicamente (29; 405; 515; 712; 823) en la segunda zona de intercambio de calor es menor que el caudal total de la una o más corrientes de refrigerante expandido mecánicamente (79; 67+301; 407; 505+519; 710; 825+827) en la tercera zona de intercambio de calor.

Description

Ciclo de licuación de gas híbrido con múltiples expansores.
Antecedentes de la invención
Se consigue licuar un gas enfriando y condensando una corriente de alimentación del gas contra varias corrientes de refrigerante proporcionadas por uno o más sistemas de refrigeración circulantes. El enfriamiento del gas de alimentación se realiza mediante diversos ciclos de procesos de enfriamiento, como el bien conocido ciclo en cascada en el que la refrigeración la proporcionan tres circuitos con refrigerantes diferentes. Por ejemplo, en la licuación de gas natural se puede utilizar un sistema de refrigeración en cascada con ciclos con metano, etileno y propano en secuencia, que producen refrigeración a tres niveles diferentes de temperatura. Otro ciclo bien conocido de refrigeración usa un refrigerante mixto premezclado en el que una mezcla refrigerante de varios componentes genera refrigeración dentro de un intervalo seleccionado de temperatura. El refrigerante mixto puede contener hidrocarburos, como metano, etano, propano y otros hidrocarburos ligeros y puede contener también nitrógeno. Se usan versiones de este sistema eficiente de refrigeración en muchas plantas de gas natural licuado (LNG) en funcionamiento en todo el mundo.
Otro tipo de proceso de refrigeración para la licuación de gas natural utiliza un ciclo de expansión de gas en el que un gas refrigerante, como nitrógeno, se comprime y enfría hasta condiciones ambiente enfriándolo con aire o agua y después se enfría más por intercambio de calor en contracorriente con gas nitrógeno frío a baja presión. La corriente de nitrógeno enfriado se expande después mecánicamente a través de un expansor de turbina para producir el gas nitrógeno frío a baja presión que se usa para enfriar la corriente de gas natural y la corriente de nitrógeno comprimido. El trabajo producido por la expansión de nitrógeno se puede usar para accionar un compresor elevador de la presión de nitrógeno conectado al eje del expansor. En este proceso, el nitrógeno expandido frío se usa para licuar el gas natural y también para enfriar en el mismo cambiador de calor el gas nitrógeno comprimido. El nitrógeno presurizado enfriado se enfría más en la etapa de expansión mecánica para proporcionar el nitrógeno frío usado como refrigerante.
Para licuar un gas se pueden usar sistemas de refrigeración integrados, en los que el enfriamiento del gas desde la temperatura ambiente hasta una temperatura intermedia lo proporcionan uno o más ciclos de recompresión de vapor y el enfriamiento desde la temperatura intermedia hasta la temperatura final de licuación lo proporciona un ciclo de expansión de gas. Ejemplos de estos ciclos combinados de licuación se describen en la patente alemana DE 2.440.215 y en las patentes de Estados Unidos 5.768.912, 6.062.041, 6.308.531 B1 y 6.446.465 B1.
En los procesos descritos en la patente alemana DE 2.440.215 y en las patentes de Estados Unidos 5.768.912 y 6.446.465 B1, el gas de alimentación y el gas refrigerante comprimido procedente del ciclo de expansión de gas se enfrían juntos en cambiadores de calor comunes usando la refrigeración proporcionada por el refrigerante frío expandido mecánicamente. En un método alternativo descrito en la patente de Estados Unidos 6.308.531 B1, el gas de alimentación y el gas refrigerante comprimido procedente del ciclo de expansión de gas se enfrían en cambiadores de calor distintos usando la refrigeración proporcionada por el refrigerante frío expandido mecánicamente. En este método se usa refrigeración adicional procedente del ciclo de recompresión de vapor para proporcionar en el ciclo de expansión de gas un enfriamiento adicional del gas refrigerante comprimido. Esto se puede realizar pasando una corriente de refrigerante procedente del ciclo de recompresión de vapor a través del cambiador de calor que enfría al gas refrigerante comprimido. Alternativamente, una porción del gas refrigerante comprimido del ciclo de expansión de gas se puede enfriar contra un refrigerante vaporizador en los cambiadores de calor del ciclo de recompresión de vapor para proporcionar refrigeración adicional.
La patente DE-A-1.010.8905 describe un método para licuar una mezcla gaseosa de alimentación en el que el gas de alimentación se separa en una fracción que tiene un punto de ebullición, a la misma presión, menor que el punto de ebullición de la mezcla gaseosa de alimentación y una fracción que tiene un punto de ebullición, a la misma presión, mayor que el punto de ebullición de la mezcla gaseosa de alimentación. La fracción de punto de ebullición mayor se enfría para que sea preferiblemente líquida a la presión final del proceso y la fracción de punto de ebullición menor se enfría de modo que, cuando se combine con la fracción enfriada de punto de ebullición mayor, la mezcla sea completamente líquida. La refrigeración para el proceso la proporciona la fracción de punto de ebullición menor o, si hay dos circuitos refrigerantes, la fracción de punto de ebullición menor y la mezcla gaseosa de alimentación. En la realización de la figura 3, porciones distintas del gas de alimentación enfriadas inicialmente, respectivamente, en un primer cambiador de calor (W1) y en la porción superior de un segundo cambiador de calor (W3) se combinan y se licuan totalmente en la porción inferior del segundo cambiador de calor (W3). El gas licuado (47) se expande a través de una válvula de estrangulamiento (V1) y se separa (A1) dando la fracción de punto de ebullición menor (48) y la fracción de punto de ebullición mayor (60). La fracción de punto de ebullición menor que no se considera representativa del gas de alimentación de acuerdo con las reivindicaciones de la presente solicitud proporciona el refrigerante de un circuito de refrigeración para el segundo cambiador de calor (W3). En este circuito, la fracción gaseosa de punto de ebullición menor (49) se comprime (K2) y se enfría en un tercer cambiador de calor (W2), cuya carga de refrigeración la proporciona la fracción principal (52) de una porción enfriada (51) expandida (X2) de la fracción comprimida. El resto (53) de la porción enfriada expandida se expande más (X3) y proporciona una corriente (54) que constituye la mayor parte de la carga de refrigeración para el segundo cambiador de calor. Una porción menor (55) de la fracción de punto de ebullición menor comprimida (50) se licua parcialmente en el tercer cambiador de calor (W2) y después se licua totalmente en el segundo cambiador de calor (W3). Una porción principal (57) de esta fracción licuada se expande a través de una válvula de estrangulamiento (V3), se usa para proporcionar la carga de refrigeración en un cambiador de calor (W4) que enfría más la fracción de punto de ebullición mayor (60) y después se combina con la corriente 54 para completar la carga de refrigeración para el segundo cambiador de calor (W3).
La licuación de gas natural es un proceso de gran consumo energético. Una mayor eficiencia y una flexibilidad operativa en procesos de licuación de gases usando ciclos combinados de recompresión de vapor y de refrigeración por expansión de gas son muy deseables y están entre los objetivos de nuevos ciclos a desarrollar en la técnica de licuación de gases. Las realizaciones de la presente invención resuelven esta necesidad proporcionando varios expansores en el ciclo de expansión de gas para reducir o eliminar la necesidad de una refrigeración equilibradora entre los ciclos de recompresión de gas y de expansión de gas permitiendo el enfriamiento, en cambiadores de calor distintos, del gas de alimentación y del refrigerante comprimido por expansión de gas y permitiendo también el funcionamiento independiente de los ciclos de recompresión de gas y de expansión de gas.
Breve resumen de la invención
La presente invención proporciona un método y un sistema para la licuación de un gas de acuerdo con las reivindicaciones 1 y 28 respectivamente.
En una realización de la invención, el proceso para la licuación de un gas comprende enfriar un gas de alimentación en una primera zona de intercambio de calor por intercambio de calor indirecto con una o más corrientes de refrigerante proporcionadas en un primer sistema de refrigeración y retirar de la primera zona de intercambio de calor una corriente sustancialmente licuada. La corriente sustancialmente licuada se enfría más en una segunda zona de intercambio de calor por intercambio de calor indirecto con una o más corrientes de refrigerante expandido mecánicamente proporcionadas por un segundo sistema de refrigeración de circuito cerrado, y se retira de la segunda zona de intercambio de calor una corriente sustancialmente licuada más enfriada. En el segundo sistema de refrigeración se expanden mecánicamente dos o más corrientes gaseosas de refrigerante comprimido y enfriado para proporcionar en la segunda zona de intercambio de calor por lo menos una de la una o más corrientes de refrigerante expandido mecánicamente.
El término "sustancialmente licuado" usado en la presente memoria significa que una corriente sustancialmente licuada, cuando se expande adiabáticamente por estrangulamiento hasta la presión atmosférica, tiene una fracción líquida entre 0,25 y 1,0, preferiblemente entre 0,5 y 1,0. Una fracción líquida de 1,0 define una corriente totalmente licuada o condensada, en la que el líquido puede estar saturado o subenfriado, y una fracción líquida de cero define una corriente que es totalmente vapor y no contiene líquido. Una corriente sustancialmente licuada, como la definida en la presente memoria, puede estar a cualquier presión, incluida una presión por encima de la presión crítica de la corriente.
El funcionamiento del segundo sistema de refrigeración incluye las etapas de:
(1)
comprimir uno o más gases refrigerantes para proporcionar una corriente de refrigerante comprimido;
(2)
enfriar toda o una porción de la corriente de refrigerante comprimido en una tercera zona de intercambio de calor por intercambio de calor indirecto con una o más corrientes de refrigerante expandido mecánicamente, para proporcionar una corriente gaseosa de refrigerante comprimido enfriado;
(3)
expandir mecánicamente la corriente gaseosa de refrigerante comprimido enfriado para proporcionar una corriente de refrigerante frío expandido mecánicamente y proporcionar en la segunda zona de intercambio de calor una de la una o más corrientes de refrigerante expandido mecánicamente; y
(4)
expandir mecánicamente la corriente gaseosa de refrigerante enfriado comprimido, para proporcionar una corriente a una temperatura intermedia que se añade a, o suplementa, la carga de refrigeración proporcionada por la corriente expandida mecánicamente y calentada en o después de la segunda zona de intercambio de calor. El caudal de la corriente de refrigerante expandido mecánicamente en la segunda zona de intercambio de calor es menor que el caudal total de la una o más corrientes de refrigerante expandido mecánicamente en la tercera zona de intercambio de calor.
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En la tercera zona de intercambio de calor no se produce enfriamiento del gas de alimentación ni de la corriente enfriada de alimentación. El caudal de la corriente de refrigerante comprimido en la tercera zona de intercambio de calor es menor que el caudal total de la una o más corrientes de refrigerante expandido mecánicamente que se calientan en la tercera zona de intercambio de calor. Típicamente, el primer sistema de refrigeración funciona independientemente del segundo sistema de refrigeración.
El enfriamiento del gas de alimentación en la primera zona de intercambio de calor se puede realizar por un método que comprende comprimir y enfriar un gas refrigerante que contiene uno o más componentes para proporcionar un refrigerante enfriado y condensado al menos parcialmente, reducir la presión del refrigerante enfriado y condensado al menos parcialmente para proporcionar un refrigerante vaporizador, y enfriar el gas de alimentación por intercambio de calor indirecto con el refrigerante vaporizador en la primera zona de intercambio de calor para proporcionar la corriente sustancialmente licuada y el gas refrigerante. El gas de alimentación se puede enfriar antes de la primera zona de intercambio de calor por intercambio de calor indirecto con un segundo refrigerante vaporizador. Por lo menos una porción del enfriamiento del gas refrigerante después de su compresión se puede proporcionar por intercambio de calor indirecto con un segundo refrigerante vaporizador.
Una primera porción del gas refrigerante comprimido se puede enfriar en la primera zona de intercambio de calor y una segunda porción del gas refrigerante comprimido se puede enfriar, expandir mecánicamente y calentar en la tercera zona de intercambio de calor para proporcionar refrigeración en esta zona para enfriar la primera porción del gas refrigerante comprimido.
En una realización alternativa, el gas refrigerante comprimido se puede enfriar en la tercera zona de intercambio de calor y expandir mecánicamente para proporcionar un primer refrigerante expandido mecánicamente, el primer refrigerante expandido mecánicamente se puede dividir en un primer y un segundo refrigerantes, el primer refrigerante enfriado se puede calentar en la tercera zona de intercambio de calor para proporcionar refrigeración en esta zona para enfriar el gas refrigerante comprimido, el segundo refrigerante enfriado se puede enfriar más y expandir mecánicamente para proporcionar un segundo refrigerante expandido mecánicamente, y el segundo refrigerante expandido mecánicamente se puede calentar en la segunda zona de intercambio de calor para proporcionar refrigeración en esta zona para enfriar la corriente sustancialmente licuada procedente de la primera zona de intercambio de calor.
En otra realización, una primera porción del gas refrigerante comprimido se puede enfriar en la tercera zona de intercambio de calor y expandir mecánicamente para proporcionar un primer refrigerante expandido mecánicamente, una segunda porción del gas refrigerante comprimido se puede enfriar por intercambio de calor indirecto con un refrigerante vaporizador proporcionado por un tercer sistema de refrigeración y expandir mecánicamente para proporcionar un segundo refrigerante expandido mecánicamente, y el primer y segundo refrigerantes expandidos mecánicamente se pueden calentar en la segunda zona de intercambio de calor para proporcionar refrigeración en esta zona para enfriar la corriente sustancialmente licuada procedente de la primera zona de intercambio de calor.
En otra realización alternativa, el gas refrigerante comprimido se puede enfriar en la primera zona de intercambio de calor para proporcionar un gas refrigerante comprimido enfriado, y una porción del gas refrigerante comprimido enfriado se puede expandir mecánicamente y calentar en la segunda zona de intercambio de calor para enfriar en esta zona la corriente sustancialmente licuada procedente de la primera zona de intercambio de calor.
El segundo sistema de refrigeración puede funcionar de acuerdo con una primera realización alternativa por un método que comprende:
(d)
comprimir un primer gas refrigerante para proporcionar el gas refrigerante comprimido, y dividir el gas refrigerante comprimido en un primer y un segundo refrigerantes comprimidos;
(e)
enfriar en la tercera zona de intercambio de calor el primer refrigerante comprimido para proporcionar un primer refrigerante comprimido enfriado, expandir mecánicamente el primer refrigerante comprimido enfriado para proporcionar un refrigerante frío expandido mecánicamente, calentar en la segunda zona de intercambio de calor el refrigerante frío expandido mecánicamente para proporcionar refrigeración para enfriar en esta zona la corriente enfriada de alimentación, y retirar de esta zona un refrigerante intermedio;
(f)
enfriar el segundo refrigerante comprimido por intercambio de calor indirecto con un refrigerante vaporizador para proporcionar un segundo refrigerante comprimido enfriado, expandir mecánicamente el segundo refrigerante comprimido enfriado para proporcionar un segundo refrigerante expandido mecánicamente, y combinar el segundo refrigerante expandido mecánicamente con el refrigerante intermedio para proporcionar un refrigerante intermedio combinado; y
(g)
calentar en la tercera zona de intercambio de calor el refrigerante intermedio combinado para proporcionar refrigeración para enfriar en esta zona el primer refrigerante comprimido, y retirar de esta zona un refrigerante caliente para proporcionar el primer gas refrigerante.
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El segundo sistema de refrigeración puede funcionar de acuerdo con una segunda realización alternativa por un método que comprende:
(d)
comprimir un primer gas refrigerante para proporcionar el gas refrigerante comprimido;
(e)
enfriar en la tercera zona de intercambio de calor el gas refrigerante comprimido para proporcionar un refrigerante comprimido enfriado, y dividir el refrigerante comprimido enfriado en un primer y un segundo refrigerantes comprimidos enfriados;
(f)
enfriar más en la tercera zona de intercambio de calor el primer refrigerante comprimido enfriado para proporcionar un primer refrigerante más enfriado;
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(g)
expandir mecánicamente el primer refrigerante más enfriado para proporcionar un primer refrigerante expandido mecánicamente y expandir mecánicamente el segundo refrigerante comprimido enfriado para proporcionar un segundo refrigerante expandido mecánicamente;
(h)
calentar en la segunda zona de intercambio de calor el primer refrigerante expandido mecánicamente y el segundo refrigerante expandido mecánicamente, para proporcionar refrigeración en esta zona para enfriar la corriente sustancialmente licuada procedente de la primera zona de intercambio de calor y retirar de la segunda zona de intercambio de calor un refrigerante intermedio combinado; y
(i)
calentar en la tercera zona de intercambio de calor el refrigerante intermedio combinado para proporcionar refrigeración para enfriar en esta zona el primer refrigerante comprimido y retirar de esta zona un refrigerante calentado para proporcionar el primer gas refrigerante.
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En una tercera realización alternativa, el segundo sistema de refrigeración puede funcionar por un método que comprende:
(d)
comprimir el primer gas refrigerante y un segundo gas refrigerante en un compresor de refrigerante de varias etapas para proporcionar un gas refrigerante comprimido, y dividir el gas refrigerante comprimido en un primer y un segundo refrigerantes comprimidos;
(e)
enfriar en la tercera zona de intercambio de calor el primer refrigerante comprimido para proporcionar un primer refrigerante comprimido enfriado, y expandir mecánicamente el primer refrigerante comprimido enfriado para proporcionar un refrigerante frío expandido mecánicamente a una primera presión, y calentar en la segunda zona de intercambio de calor el refrigerante frío expandido mecánicamente para proporcionar en esta zona refrigeración para enfriar la corriente sustancialmente líquida procedente de la primera zona de intercambio de calor y retirar de la segunda zona de intercambio de calor un refrigerante intermedio;
(f)
enfriar el segundo refrigerante comprimido por intercambio de calor indirecto con un refrigerante vaporizador para proporcionar un segundo refrigerante comprimido enfriado, expandir mecánicamente el segundo refrigerante comprimido enfriado para proporcionar un segundo refrigerante expandido mecánicamente a una segunda presión mayor que la primera presión, calentar en la tercera zona de intercambio de calor el segundo refrigerante expandido mecánicamente para proporcionar refrigeración para enfriar en esta zona el primer refrigerante comprimido, y retirar de esta zona un refrigerante calentado para proporcionar el segundo gas refrigerante;
(g)
calentar en la tercera zona de intercambio de calor el refrigerante intermedio para proporcionar refrigeración para enfriar en esta zona el primer refrigerante comprimido, y retirar de esta zona un refrigerante calentado para proporcionar el primer gas refrigerante; y
(h)
introducir el primer gas refrigerante en una primera etapa del compresor de refrigerante de varias etapas e introducir el segundo gas refrigerante en una etapa intermedia del compresor de refrigerante de varias etapas.
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El segundo sistema de refrigeración puede funcionar de acuerdo con una cuarta realización alternativa que comprende:
(d)
comprimir un gas refrigerante para proporcionar el gas refrigerante comprimido, y dividir el gas refrigerante comprimido en un primer y un segundo refrigerantes comprimidos;
(e)
enfriar en la tercera zona de intercambio de calor el primer refrigerante comprimido, para proporcionar un primer refrigerante comprimido enfriado, y expandir mecánicamente el primer refrigerante comprimido enfriado para proporcionar un primer refrigerante expandido mecánicamente;
(f)
enfriar en la segunda zona de intercambio de calor el primer refrigerante expandido mecánicamente para proporcionar un primer refrigerante expandido mecánicamente y enfriado, expandir mecánicamente el primer refrigerante expandido mecánicamente y enfriado para proporcionar un refrigerante frío expandido mecánicamente, calentar en la segunda zona de intercambio de calor el refrigerante frío expandido mecánicamente para proporcionar refrigeración en esta zona para enfriar la corriente sustancialmente licuada procedente de la primera zona de intercambio de calor, y retirar de la segunda zona de intercambio de calor un refrigerante intermedio;
(g)
enfriar el segundo refrigerante comprimido por intercambio de calor indirecto con un refrigerante vaporizador para proporcionar un segundo refrigerante comprimido enfriado, expandir mecánicamente el segundo refrigerante expandido mecánicamente, y combinar el segundo refrigerante expandido mecánicamente con el refrigerante intermedio para proporcionar un refrigerante combinado; y
(h)
calentar en la tercera zona de intercambio de calor el refrigerante combinado para proporcionar refrigeración para enfriar en esta zona el primer refrigerante comprimido y retirar de esta zona el primer gas refrigerante.
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En una quinta realización alternativa, el segundo sistema de refrigeración puede funcionar por un método que comprende:
(d)
comprimir un primer gas refrigerante y un segundo gas refrigerante en un compresor de refrigerante de varias etapas para proporcionar el gas refrigerante comprimido;
(e)
enfriar en la tercera zona de intercambio de calor el gas refrigerante comprimido para proporcionar un primer refrigerante comprimido enfriado, expandir mecánicamente el primer refrigerante comprimido enfriado para proporcionar un primer refrigerante frío expandido mecánicamente a una primera presión, y dividir el primer refrigerante frío expandido mecánicamente en un primer y un segundo refrigerantes fríos;
(f)
calentar en la tercera zona de intercambio de calor el primer refrigerante frío para proporcionar refrigeración para enfriar en esta zona el primer refrigerante comprimido y retirar de esta zona un refrigerante calentado para proporcionar el segundo gas refrigerante;
(g)
enfriar en la segunda zona de intercambio de calor el segundo refrigerante frío para proporcionar un segundo refrigerante comprimido enfriado, expandir mecánicamente el segundo refrigerante comprimido enfriado para proporcionar un segundo refrigerante expandido mecánicamente a una segunda presión menor que la primera presión;
(h)
calentar en la segunda zona de intercambio de calor el segundo refrigerante expandido mecánicamente para proporcionar refrigeración en esta zona para enfriar la corriente sustancialmente licuada procedente de la primera zona de intercambio de calor y proporcionar refrigeración para enfriar en la tercera zona de intercambio de calor el primer refrigerante comprimido, y retirar de esta zona un refrigerante comprimido para proporcionar el primer gas refrigerante; y
(i)
introducir el primer gas refrigerante en una primera etapa del compresor de refrigerante de varias etapas e introducir el segundo gas refrigerante en una etapa intermedia del compresor de refrigerante de varias etapas.
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El segundo sistema de refrigeración puede funcionar de acuerdo con una sexta realización alternativa que comprende:
(d)
comprimir un gas refrigerante para proporcionar el gas refrigerante comprimido, y dividir el gas refrigerante comprimido en un primer y un segundo refrigerantes comprimidos;
(e)
enfriar en la tercera zona de intercambio de calor el primer refrigerante comprimido para proporcionar un primer refrigerante comprimido enfriado, y expandir mecánicamente el primer refrigerante comprimido enfriado para proporcionar un primer refrigerante frío expandido mecánicamente, calentar en la segunda zona de intercambio de calor el primer refrigerante frío expandido mecánicamente para proporcionar refrigeración en esta zona para enfriar la corriente sustancialmente líquida procedente de la primera zona de intercambio de calor y formar en la segunda zona de intercambio de calor un refrigerante calentado parcialmente;
(f)
enfriar el segundo refrigerante comprimido por intercambio de calor indirecto con un refrigerante vaporizador para proporcionar un refrigerante enfriado intermedio, enfriar más en la tercera zona de intercambio de calor el refrigerante enfriado intermedio para proporcionar un segundo refrigerante comprimido enfriado, y expandir mecánicamente el segundo refrigerante comprimido intermedio para proporcionar un segundo refrigerante expandido mecánicamente;
(g)
combinar el segundo refrigerante frío expandido mecánicamente con el refrigerante calentado parcialmente para proporcionar un refrigerante intermedio combinado, calentar en la segunda zona de intercambio de calor el refrigerante intermedio combinado para proporcionar en esta zona refrigeración adicional para enfriar la corriente sustancialmente licuada procedente de la primera zona de intercambio de calor, y retirar de la segunda zona de intercambio de calor un refrigerante parcialmente calentado; y
(h)
calentar en la tercera zona de intercambio de calor el refrigerante calentado parcialmente para proporcionar refrigeración para enfriar en esta zona el primer refrigerante comprimido y el segundo refrigerante comprimido, y retirar de esta zona un refrigerante calentado para proporcionar el primer gas refrigerante.
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En esta sexta realización, se puede proporcionar refrigeración adicional a la tercera zona de intercambio de calor calentando en esta zona una porción del uno o más refrigerantes proporcionados en el primer sistema de refrigeración. Se puede proporcionar refrigeración adicional a la primera zona de intercambio de calor calentando en esta zona una porción del refrigerante enfriado intermedio proporcionado en el segundo sistema de refrigeración.
El segundo sistema de refrigeración puede funcionar de acuerdo con una séptima realización alternativa que comprende:
(d)
comprimir un primer gas refrigerante y un segundo gas refrigerante en un compresor de refrigerante de varias etapas para proporcionar el gas refrigerante comprimido;
(e)
enfriar en la tercera zona de intercambio de calor el gas refrigerante comprimido para proporcionar un refrigerante comprimido enfriado, y dividir el refrigerante comprimido enfriado en un primer y un segundo refrigerantes enfriados;
(f)
expandir mecánicamente el primer refrigerante enfriado para proporcionar un primer refrigerante expandido mecánicamente a una primera presión, calentar en la segunda zona de intercambio de calor el primer refrigerante expandido mecánicamente para proporcionar refrigeración en esta zona para enfriar la corriente sustancialmente licuada procedente de la primera zona de intercambio de calor y proporcionar refrigeración para enfriar en la tercera zona de intercambio de calor el primer refrigerante comprimido, y retirar de esta zona un refrigerante calentado para proporcionar el segundo gas refrigerante;
(g)
enfriar en la segunda zona de intercambio de calor el segundo refrigerante enfriado para proporcionar un segundo refrigerante comprimido enfriado, expandir mecánicamente el segundo refrigerante comprimido enfriado para proporcionar un segundo refrigerante expandido mecánicamente a una segunda presión menor que la primera presión;
(h)
calentar el segundo refrigerante expandido mecánicamente para proporcionar refrigeración para enfriar en la segunda zona de intercambio de calor la corriente de alimentación enfriada y proporcionar refrigeración para enfriar en la tercera zona de intercambio de calor el primer refrigerante comprimido, y retirar de esta zona un refrigerante comprimido para proporcionar el primer gas refrigerante; y
(i)
introducir el primer gas refrigerante en una primera etapa del compresor de refrigerante de varias etapas e introducir el segundo gas refrigerante en una etapa intermedia del compresor de refrigerante de varias etapas.
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En todas las realizaciones, el gas de alimentación puede comprender gas natural. En todas las realizaciones, el uno o más refrigerantes proporcionados en el primer sistema de refrigeración se pueden seleccionar del grupo que consiste en nitrógeno, hidrocarburos que tienen uno o más átomos de carbono e hidrocarburos halogenados que tienen uno o más átomos de carbono. También, en todas las realizaciones, el gas refrigerante en el segundo sistema de refrigeración puede comprender uno o más componentes seleccionados del grupo que consiste en nitrógeno, argón, metano, etano y propano.
Las realizaciones de la invención se pueden realizar en un sistema de licuación de gases que comprende:
(a)
un primer sistema de refrigeración y un primer de intercambiador de calor destinado a enfriar el gas de alimentación por intercambio de calor indirecto con uno o más refrigerantes proporcionados por el primer sistema de refrigeración y proporcionar una corriente sustancialmente licuada;
(b)
un segundo sistema de refrigeración de circuito cerrado y un segundo intercambiador de calor destinado a enfriar más la corriente sustancialmente licuada por intercambio de calor indirecto con una o más corrientes de refrigerante expandido mecánicamente proporcionadas por el segundo sistema de refrigeración y proporcionar una corriente sustancialmente licuada más enfriada;
(c)
medios de compresión de gases para comprimir una o más corrientes de gas refrigerante y un tercer intercambiador de calor destinado a enfriar en el segundo sistema de refrigeración una o más corrientes de refrigerante comprimido sin enfriar el gas de alimentación ni la corriente enfriada de gas de alimentación;
(d)
dos o más expansores para expandir mecánicamente en el segundo sistema de refrigeración corrientes de refrigerante comprimido y enfriado para proporcionar dos o más corrientes de refrigerante enfriado y expandido mecánicamente; y
(e)
tuberías para transferir las dos o más corrientes de refrigerante enfriado y expandido mecánicamente al segundo intercambiador de calor y al tercer intercambiador de calor para añadir a, o suplementar, en o después de la segunda zona de intercambio de calor, la carga de refrigeración proporcionada por la corriente expandida mecánicamente y calentada.
En este sistema, el tercer intercambiador de calor no se destina a enfriar el gas de alimentación ni la corriente enfriada de alimentación. El sistema puede comprender además un tercer sistema de refrigeración destinado a enfriar por lo menos una de la una o más corrientes de refrigerante comprimido del segundo sistema de refrigeración. El tercer sistema de refrigeración se puede destinar a enfriar el gas de alimentación antes de la primera zona de intercambio de calor.
Breve descripción de varias vistas de los dibujos
Lo que sigue es una descripción, sólo a modo de ejemplo y con referencia a los dibujos adjuntos, de realizaciones actualmente preferidas de la invención. En los dibujos:
La figura 1 es un diagrama esquemático de flujos de un proceso de licuación de gases de acuerdo con una realización de la presente invención que utiliza dos expansores de gas con corrientes de salida a presiones similares.
La figura 2 es un diagrama esquemático de flujos de un proceso de licuación de gases de acuerdo con otra realización de la presente invención que utiliza dos expansores de gas con corrientes de salida a presiones similares.
La figura 3 es un diagrama esquemático de flujos de un proceso de licuación de gases de acuerdo con otra realización de la presente invención que utiliza dos expansores de gas con corrientes de salida a presiones diferentes.
La figura 4 es un diagrama esquemático de flujos de un proceso de licuación de gases de acuerdo con otra realización de la presente invención que utiliza tres expansores de gas con corrientes de salida a presiones similares.
La figura 5 es un diagrama esquemático de flujos de un proceso de licuación de gases de acuerdo con otra realización de la presente invención que utiliza dos expansores de gas con corrientes de salida a presiones diferentes.
La figura 6 es un diagrama esquemático de flujos de un proceso de licuación de gases de acuerdo con otra realización de la presente invención que utiliza dos expansores de gas con corrientes de salida a presiones similares y una corriente equilibradora de refrigeración.
La figura 7 es un diagrama esquemático de flujos de un proceso de licuación de gases de acuerdo con otra realización de la presente invención que utiliza dos expansores de gas con corrientes de salida a presiones diferentes y una corriente equilibradora de refrigeración.
La figura 8 es un diagrama esquemático de flujos de un proceso de licuación de gases de acuerdo con otra realización de la presente invención que utiliza dos expansores de gas con corrientes de salida a presiones diferentes.
Descripción detallada de la invención
Las realizaciones de la invención utilizan varios expansores en un sistema de refrigeración por expansión de gas para subenfriar un gas de alimentación que ha sido sustancialmente licuado y se pueden usar ventajosamente para subenfriar una corriente de gas natural licuado. El gas de alimentación se puede licuar sustancialmente por intercambio de calor, en equipo de intercambio de calor, con dos o más componentes refrigerantes o con un refrigerante de varios componentes que comprende dos o más componentes que se separan del equipo de intercambio de calor usado para subenfriar el gas de alimentación después de que éste haya sido sustancialmente licuado. El uso de equipos distintos de intercambio de calor para cada operación permite un diseño óptimo del sistema de refrigeración por expansión de gas, que utiliza predominantemente corrientes de refrigerantes en estado de vapor, y del sistema de refrigeración por recompresión de vapor, que utiliza una o más corrientes de refrigerantes vaporizantes. Equipos distintos también pueden ser ventajosos en el caso de una modificación del sistema de refrigeración por expansión de gas en una planta ya existente de licuación de gas.
"Sistema de refrigeración" se define como uno o más circuitos o ciclos de refrigeración de circuito cerrado. En cada circuito o ciclo, un refrigerante se comprime, reduce su presión y se calienta para proporcionar refrigeración por transferencia de calor indirecto a una o más corrientes del proceso que se enfrían. El refrigerante puede ser un componente puro o una mezcla de dos o más componentes. En un circuito o ciclo de refrigeración por recompresión de vapor, un vapor refrigerante se comprime, se enfría, se condensa total o casi totalmente, reduce su presión y se vaporiza para producir refrigeración y el vapor se vuelve a comprimir para completar el circuito o ciclo. En un circuito o ciclo de refrigeración por expansión de gas, un gas refrigerante se comprime, se enfría, se expande mecánicamente, se calienta para proporcionar refrigeración y se vuelve a comprimir para completar el circuito o ciclo. El refrigerante expandido mecánicamente puede ser un gas monofásico o puede ser predominantemente un gas con una cantidad pequeña de líquido. El refrigerante expandido mecánicamente puede contener 0 a 20% de líquido, sobre base molar.
Se consigue una gran eficiencia termodinámica en un ciclo de refrigeración cuando las curvas de calentamiento y enfriamiento de los fluidos se aproximan mucho entre sí a lo largo de toda su longitud. Cuando el sistema de refrigeración con expansores de gas utiliza equipo de intercambio de calor distinto del equipo de intercambio de calor del sistema con un refrigerante vaporizador, el caudal de gas a alta presión enfriado que entra en el expansor es igual que el caudal de gas a menor presión caliente que retorna del expansor. Debido a la diferencia en capacidades caloríficas del gas a los dos niveles de presión, las curvas de calentamiento y enfriamiento no se pueden mantener paralelas en toda su longitud. Para ajustar esta diferencia, típicamente se toma una corriente equilibradora de refrigeración entre los cambiadores de calor de licuación y la porción de los cambiadores de calor por expansión de gas que funciona por encima del mismo nivel de temperatura. Esto incrementa la eficiencia del proceso consiguiendo curvas de calentamiento y enfriamiento más paralelas pero tiene el inconveniente de que los sistemas de refrigeración por expansión de gas y por recompresión de vapor no son independientes.
La patente de Estados Unidos 6.308.531 antes citada describe un ciclo de licuación en el que se realiza el enfriamiento, licuación y subenfriamiento de un gas de alimentación, preferiblemente gas natural, usando dos sistemas de refrigeración. El sistema de refrigeración más caliente utiliza dos ciclos de recompresión de vapor en cascada, como un ciclo con propano y un refrigerante mixto o dos ciclos con un refrigerante mixto. La refrigeración más fría la proporciona un sistema de refrigeración por expansión de gas, que usa preferiblemente nitrógeno como fluido de trabajo. La figura 1 de la patente de Estados Unidos 6.308.531 muestra un sistema de refrigeración con un solo expansor y con una corriente equilibradora de refrigerante mixto usada en el cambiador caliente de calor con expansión de gas. La figura 2 de esa patente muestra una porción del gas nitrógeno a alta presión que se enfría en los cambiadores de calor con un refrigerante mixto como alternativa para conseguir equilibrio de refrigeración en los cambiadores de calor con expansión de gas.
La presente invención permite la separación total del sistema de refrigeración por expansión de gas del circuito de refrigeración por recompresión de vapor con un refrigerante mixto sin sacrificar eficiencia termodinámica. Esto se consigue usando dos o más expansores en el sistema de refrigeración por expansión de gas para reducir o eliminar la necesidad de refrigeración equilibradora entre los cambiadores de calor con un refrigerante mixto y los cambiadores de calor con expansión de gas.
En la presente descripción, "sistema de refrigeración" se define como un sistema que comprende dos o más circuitos de refrigeración usados con uno o más cambiadores de calor apropiados para enfriar una o más corrientes de proceso por intercambio de calor indirecto con uno o más refrigerantes proporcionados por el uno o más circuitos de refrigeración. Un circuito de refrigeración es un ciclo en el que un gas refrigerante se comprime, se enfría, reduce su presión y se calienta en uno o más cambiadores de calor para enfriar una o más corrientes de proceso por intercambio de calor indirecto. El refrigerante que se calienta puede ser un fluido monofásico o bifásico. El gas refrigerante calentado se comprime para completar el circuito. Un circuito simple de refrigeración puede incluir un compresor dedicado o alternativamente varios circuitos de refrigeración pueden incluir un compresor común en el que el gas refrigerante comprimido se divide y circula a través de los diversos circuitos de refrigeración a presiones diferentes. "Cambiador de calor" se define como un dispositivo que realiza intercambio de calor indirecto entre una o más corrientes que se calientan y una o más corrientes que se enfrían y en el que las corrientes que se calientan y enfrían están separadas físicamente entre sí. Una zona de intercambio de calor puede comprender uno o más cambiadores de calor o alternativamente puede comprender una sección de un cambiador de calor.
Se ha encontrado que se puede colocar un segundo expansor en el sistema de refrigeración por expansión de gas para minimizar y, en realizaciones preferidas, eliminar la necesidad de una corriente equilibradora, sin efecto negativo sobre la eficiencia termodinámica del proceso. Se coloca un segundo expansor más pequeño para que reciba gas relativamente caliente y lo expanda a un nivel de temperatura intermedio. Esta corriente expandida a temperatura intermedia se añade o suplementa al gas a menor presión que retorna procedente del expansor frío después de que el gas expandido frío haya proporcionado la mayor parte de la carga de subenfriamiento del LNG. El gas expandido a temperatura intermedia reemplaza a la corriente equilibradora de refrigerante mixto en el cambiador caliente de calor con expansión de gas. También se puede utilizar un tercer expansor en el sistema de refrigeración por expansión de gas para mejorar más la eficiencia del proceso. En general, el uso de varios expansores mejora la eficiencia del sistema de refrigeración por expansión de gas por proporcionar una curva de calentamiento del refrigerante más próxima a la curva de enfriamiento del refrigerante que la posible con una curva de calentamiento del refrigerante con un solo expansor.
En una realización de la invención, se integran varios expansores en el sistema de refrigeración por expansión de gas que proporciona la refrigeración para subenfriar un gas de alimentación que ha sido sustancialmente licuado por un primer sistema de refrigeración. Esto permite que el sistema de refrigeración por expansión de gas sea independiente del sistema de refrigeración que proporciona la refrigeración más caliente. La configuración del equipo resultante incrementa la eficiencia termodinámica del ciclo de refrigeración y permite un diseño óptimo del equipo de intercambio de calor para cada sistema de refrigeración. La independencia de los sistemas de refrigeración permite también un diseño más eficiente cuando el sistema de refrigeración por expansión de gas se añade como porción de la ampliación o eliminación de cuellos de botella de una planta.
El primer sistema de refrigeración, que proporciona por lo menos una porción de la refrigeración requerida para licuar sustancialmente el gas de alimentación, puede utilizar dos o más componentes refrigerantes en uno o más circuitos de refrigeración o ciclos de recompresión de vapor. Un segundo sistema de refrigeración, que proporciona por lo menos una porción de la refrigeración requerida para subenfriar el gas de alimentación licuado al menos parcialmente, utiliza la expansión mecánica de un gas refrigerante presurizado, o de una mezcla presurizada de gases refrigerantes, en por lo menos dos expansores. Una disposición de varios expansores genera refrigeración a más de un nivel de temperatura y el gas refrigerante presurizado se enfría antes de su expansión en uno o más cambiadores de calor o en secciones de cambiadores de calor que no enfrían la corriente de gas de alimentación.
Para proporcionar la refrigeración de nivel alto y medio requerida para enfriar y licuar sustancialmente la corriente de gas de alimentación se puede usar cualquier tipo de primer sistema de refrigeración que utilice uno o más componentes refrigerantes. El uno o más componentes refrigerantes se pueden utilizar en uno o más circuitos de refrigeración o ciclos de recompresión de vapor. Por ejemplo, el primer sistema de refrigeración puede utilizar sólo un circuito con un refrigerante mixto vaporizador que comprende dos o más componentes refrigerantes. Opcionalmente, el primer sistema de refrigeración también puede incluir un segundo circuito de refrigeración que utiliza un único componente refrigerante vaporizador o un refrigerante vaporizador mixto que comprende dos o más componentes refrigerantes. Alternativamente, el primer y segundo circuitos de refrigeración del primer sistema de refrigeración pueden utilizar componentes refrigerantes vaporizadores simples o refrigerantes vaporizadores mixtos que comprenden dos o más componentes o cualquier combinación de refrigerantes simples y mixtos. Uno cualquiera o los dos circuitos de refrigeración pueden utilizar refrigerantes vaporizadores a más de un nivel de presión y pueden incluir, por ejemplo, circuitos de refrigeración en cascada. El proceso es independiente de la configuración del primer sistema de refrigeración usado para proporcionar la refrigeración requerida para enfriar y licuar sustancialmente la corriente de gas de alimentación.
El refrigerante del primer sistema de refrigeración puede comprender uno o más componentes seleccionados del grupo que consiste en nitrógeno, hidrocarburos que tienen uno o más átomos de carbono e hidrocarburos halogenados que tienen uno o más átomos de carbono. Hidrocarburos típicos usados como refrigerantes incluyen metano, etano, propano, isopropano, butano, isobutano, pentano e isopentano. Hidrocarburos halogenados típicos usados como refrigerantes incluyen R22, R23, R32, R134a y R410a. El refrigerante del segundo sistema de refrigeración, esto es, del sistema de expansión de gas, puede ser un componente puro o una mezcla de componentes seleccionados del grupo que consiste en nitrógeno, argón, metano, etano y propano.
El proceso se puede usar para licuar cualquier corriente de gas de alimentación y se ilustra en la figura 1 aplicado a la licuación de gas natural. Una alimentación de gas natural, que ha sido lavada y secada en una sección de pretratamiento (no mostrada) para la eliminación de gases ácidos, como CO_{2} y H_{2}S, y de otros contaminantes, como mercurio, entra por la tubería 1 en la sección de cambiadores de calor 3 para un enfriamiento previo opcional, enfriándose hasta una temperatura intermedia de aproximadamente -10 a aproximadamente -30ºC usando un refrigerante vaporizador, como propano, o un refrigerante mixto. El refrigerante vaporizador lo proporciona un circuito de refrigeración circulante (no mostrado) de cualquier tipo de los conocidos en la técnica.
La corriente preenfriada de alimentación de gas natural 5 entra en la columna separadora 7 en la que se eliminan los componentes más pesados de la alimentación, como pentano e hidrocarburos pesados, para evitar congelación posterior en el proceso de licuación. La columna separadora tiene un condensador superior 9, que también puede usar un refrigerante como propano o un refrigerante mixto para proporcionar reflujo a la columna separadora. El producto de cola 11 de la columna separadora se envía a una sección de fraccionamiento 13 en la que los componentes pesados se separan y recuperan por la tubería 15 y los componentes más ligeros se separan por la tubería 17 y se recombinan con el vapor de cabeza de la columna separadora para formar gas natural purificado que circula por la tubería 19. El componente ligero de la tubería 17 puede ser una corriente de vapor o una corriente líquida y preferiblemente se preenfría hasta aproximadamente la misma temperatura de la corriente de vapor de cabeza de la columna separadora 7.
El gas natural purificado de la tubería 19 se enfría más, hasta una temperatura inferior a -50ºC, preferiblemente entre aproximadamente -100 y -120ºC, y preferiblemente se licua sustancialmente en la primera zona de intercambio de calor o primer intercambiador de calor 21 por intercambio de calor indirecto con un refrigerante mixto calentador o vaporizador, a temperatura intermedia, proporcionado por la tubería 23.
El gas natural licuado sustancialmente de la tubería 25 se enfría más, hasta una temperatura de aproximadamente -120 a -160ºC, en una segunda zona de intercambio de calor o segundo cambiador de calor 27 por intercambio de calor indirecto con un refrigerante frío expandido mecánicamente en el expansor 31 y proporcionado por la tubería 29. Este refrigerante frío, típicamente nitrógeno, es predominantemente vapor con típicamente menos de aproximadamente 20% de líquido (sobre base molar) a una presión de aproximadamente 15 a 30 bares absolutos (1,5-3 MPa absolutos) y a una temperatura de aproximadamente -122 a -162ºC.
El gas natural sustancialmente licuado y más enfriado de la tubería 33 puede estar a su temperatura crítica o a una temperatura superior o inferior a la crítica y puede ser un líquido subenfriado si está a una temperatura inferior a la crítica. El gas natural sustancialmente licuado y más enfriado de la tubería 33 puede ser expandido adiabáticamente hasta una presión de aproximadamente 1,05 a 1,2 bares absolutos (0,105-0,12 MPa absolutos) a través de la válvula de estrangulamiento 35. Alternativamente, se puede reducir la presión del LNG subenfriado de la tubería 33 usando un expansor de fluido denso o una combinación de expansor y válvula. El LNG de baja presión va por la tubería 37 a un separador o depósito de almacenamiento 39 saliendo el LNG producto por la tubería 41. En algunos casos, dependiendo de la composición del gas natural y de la temperatura del LNG que sale del cambiador 27, se desprende una cantidad significativa de gas ligero por la tubería 43 después de la expansión a través de la válvula 35. En estos casos, el gas desprendido por la tubería 43 se puede calentar y comprimir hasta una presión suficiente para su uso como gas combustible en la planta de LNG o para otros usos.
La refrigeración para enfriar y licuar sustancialmente la corriente de alimentación de gas natural 1 la proporciona el circuito de refrigerante mixto a temperatura intermedia en el cambiador de calor 21 y, en este ejemplo, un segundo refrigerante, como propano, o un segundo refrigerante mixto en un segundo circuito de refrigeración que proporciona refrigeración a temperaturas mayores en la sección de calentadores de calor 3 de preenfriamiento. El refrigerante entra por la tubería 23 en el cambiador de calor 21, en el que se calienta y vaporiza proporcionando refrigeración, y sale como vapor refrigerante por la tubería 45. Este vapor refrigerante se comprime hasta una presión alta adecuada, se enfría en el compresor 47 y en un enfriador posterior 49 y se enfría más y se condensa total o parcialmente en la sección de cambiadores de calor 51 por intercambio de calor indirecto con un refrigerante vaporizador adicional, como propano, o con un refrigerante mixto. Este refrigerante vaporizador lo proporciona un circuito de refrigeración circulante (no mostrado) de cualquier tipo de los conocidos en la técnica y puede ser el mismo circuito de refrigeración circulante usado para proporcionar refrigeración a la sección de cambiadores de calor 3 antes descrita.
El refrigerante mixto a alta presión preenfriado entra por la tubería 53 en el cambiador de calor 21 de refrigerante mixto a una temperatura intermedia de aproximadamente -20 a -40ºC y a una presión de aproximadamente 50 a 70 bares absolutos (5-7 MPa absolutos). El refrigerante mixto a alta presión se enfría hasta una temperatura de aproximadamente -100 a -120ºC y preferiblemente se condensa totalmente en el cambiador de calor 21 saliendo por la tubería 55. La corriente de refrigerante mixto a alta presión condensado de la tubería 55 se expande a través de la válvula 57 (o alternativamente por un expansor de fase densa) hasta una presión de aproximadamente 3 a 6 bares absolutos (0,3-0,6 MPa absolutos) y va por la tubería 23 hacia el extremo frío del cambiador de calor 21. La corriente de refrigerante mixto a baja presión se calienta y vaporiza en el cambiador de calor 21 saliendo por la tubería 45 como refrigerante mixto calentado.
Como se ha descrito anteriormente, el enfriamiento de la alimentación de gas natural de la tubería 1 para proporcionar el gas natural sustancialmente licuado y enfriado de la tubería 25 lo proporciona un primer sistema de refrigeración que comprende el circuito de refrigerante mixto a temperatura intermedia y que proporciona refrigeración al cambiador de calor 21, el circuito de refrigeración que proporciona un segundo refrigerante, como propano u otro refrigerante mixto, a la sección de cambiadores de calor 3 que preenfría a la alimentación, y el circuito de refrigeración que proporciona un tercer refrigerante, como propano u otro refrigerante mixto, a la sección de cambiadores de calor 51. Como se ha descrito anteriormente, el mismo circuito de refrigeración puede proporcionar el segundo y tercer refrigerantes.
El enfriamiento posterior adicional del gas sustancialmente licuado de la tubería 25 lo realiza un sistema de expansión de gas con varios expansores que utiliza un refrigerante que comprende uno o más gases seleccionados del grupo que consiste en nitrógeno, argón, metano, etano y propano. En esta ilustración, como refrigerante se usa nitrógeno. Se divide en dos porciones nitrógeno a alta presión de la tubería 59, a temperatura ambiente y a una presión de aproximadamente 50 a 80 bares absolutos (5-8 MPa absolutos). La porción mayor entra por la tubería 61 en la tercera zona de intercambio de calor o cambiador caliente de calor 63 con expansión de gas y se enfría hasta una temperatura de aproximadamente -100 a -120ºC. El nitrógeno a alta presión y enfriado de la tubería 65 se expande mecánicamente en el expansor frío 31 saliendo a una presión de aproximadamente 15 a 30 bares absolutos (1,5-3 MPa absolutos) y a una temperatura de aproximadamente -152 a -162ºC. Típicamente, la presión de descarga del expansor es la presión del punto de rocío, o próxima a ésta, del nitrógeno a una temperatura fría suficiente para proporcionar el nivel deseado de subenfriamiento del LNG de la tubería 33. El refrigerante expandido mecánicamente puede contener hasta aproximadamente 20% de líquido (sobre base molar). La corriente de nitrógeno frío expandido mecánicamente de la tubería 29 se calienta en el cambiador frío de calor 27 con expansión de gas proporcionando la refrigeración fría requerida para subenfriar la corriente de LNG subenfriado de la tubería 33, y el nitrógeno calentado intermedio sale del cambiador de calor por la tubería 67.
La corriente menor de nitrógeno a alta presión de la tubería 69 se preenfría hasta una temperatura de aproximadamente -20 a -40ºC con un gas refrigerante, como propano o un segundo refrigerante mixto, en la sección de cambiadores de calor 71. La corriente de nitrógeno a alta presión y preenfriado de la tubería 73 se expande mecánicamente en el expansor caliente 75 y se descarga a una presión de aproximadamente 15 a 30 bares absolutos (1,5-3 MPa absolutos) y a una temperatura de aproximadamente -90 a -110ºC. La corriente de refrigerante expandido mecánicamente de la tubería 77 se combina con la corriente de nitrógeno calentado de la tubería 67 procedente del cambiador frío de calor 27 y la corriente combinada entra por la tubería 79 en el cambiador caliente de calor 63. La corriente combinada de nitrógeno se calienta hasta la temperatura ambiente en el cambiador caliente de calor 63, se retira por la tubería 81 y se comprime hasta una presión alta adecuada en el compresor interenfriado de varias etapas 83 proporcionando una corriente de nitrógeno a alta presión que se recicla. La adición de la corriente menor de nitrógeno expandido 77 que se calienta en el cambiador de calor 63 mantiene las curvas de enfriamiento en el cambiador caliente de calor 63 con expansión de gas próximas a las ideales, esto es, las curvas de calentamiento y enfriamiento de los fluidos se aproximan mucho entre sí a lo largo de toda su longitud.
Todo o una porción del nitrógeno a alta presión de la tubería 59 se puede calentar con propano u otros refrigerantes de nivel alto como alternativa de precalentar la porción que entra en el expansor frío 31 del cambiador caliente de calor 63 y de precalentar la porción que entra en el expansor caliente 75 con propano u otro refrigerante caliente en la sección de cambiadores de calor 71. Alternativamente, el sistema de refrigeración por expansión de gas puede funcionar sin precalentar el nitrógeno comprimido antes del cambiador de calor 63 y del expansor 75. Estas opciones de precalentar el refrigerante del sistema por expansión de gas se aplican a todas las reivindicaciones de la invención. Los cambiadores fríos de calor 63 y 27 con expansión de gas se pueden combinar en una sola unidad y pueden ser de cualquier tipo adecuado, como construcción de placa-aletas, serpentín bobinado o carcasa-tubos o cualquier combinación de estos tipos de cambiadores de calor. Igualmente, el cambiador de calor 21 con refrigerante mixto y las secciones de cambiadores de calor 3, 51 y 71 con precalentamiento opcional pueden consistir en cambiadores de calor simples o múltiples y pueden ser de cualquier construcción adecuada. Estas opciones de cambiadores de calor se aplican también a todas las realizaciones de la invención. La invención es independiente del número y disposición de los cambiadores de calor utilizados en el proceso reivindicado.
Si el refrigerante mixto a alta presión de la tubería 53 es una mezcla bifásica, las fracciones de líquido y vapor se pueden enfriar por separado en el cambiador de calor 21 con refrigerante mixto y vaporizar por separado a la misma presión o a presiones diferentes o como corriente combinada en el cambiador de calor 21. El refrigerante mixto también se puede dividir en dos o más corrientes que se pueden vaporizar a presiones diferentes. El refrigerante mixto se puede dividir por una o más separaciones (vapor/líquido) de equilibrio o por una o más divisiones de fase única o cualquier combinación de estas operaciones. Estas opciones del refrigerante mixto se pueden usar en todos los circuitos de refrigeración del primer sistema de refrigeración y se aplican también a todas las realizaciones de la invención. La invención es independiente de la configuración del primer sistema de refrigeración usado para proporcionar la refrigeración requerida para enfriar y licuar sustancialmente la corriente de gas de alimentación.
Típicamente, por lo menos el 40% de la carga total de refrigeración para convertir la alimentación de gas natural que entra por la tubería 1 en el producto de LNG licuado que sale por la tubería 41 lo proporciona el primer sistema de refrigeración. En la realización de la figura 1, esta refrigeración se proporciona en la sección de cambiadores de calor 3, sección de cambiadores de calor 51 y cambiador de calor 21.
Una característica de la realización ilustrada en la figura 1 es que el primer sistema de refrigeración, esto es, el sistema que comprende el compresor 47, cambiador de calor 21 y válvula de expansión 57, puede funcionar independientemente del segundo sistema de refrigeración, esto es, el sistema que comprende el compresor 83, cambiadores de calor 27 y 63 y expansores 31 y 75. Funcionamiento independiente significa que no se intercambia calor entre el refrigerante mixto del primer sistema de refrigeración y el nitrógeno usado como refrigerante en el segundo sistema de refrigeración y no se necesita una refrigeración equilibradora entre los dos sistemas de refrigeración.
Otra característica es que el caudal de nitrógeno expandido mecánicamente que entra por la tubería 29 en la segunda zona de intercambio de calor 27 es típicamente menor que el caudal de la corriente de nitrógeno expandido mecánicamente 79 que entra en la tercera zona de intercambio de calor 63. En la tercera zona de intercambio de calor no se produce enfriamiento del gas de alimentación ni de la corriente enfriada de alimentación. Además, el caudal de nitrógeno comprimido que circula por la tubería 61 y se enfría en la tercera zona de intercambio de calor 63 es típicamente menor que el caudal de nitrógeno combinado expandido mecánicamente que circula por la tubería 79 y se calienta en la tercera zona de intercambio de calor 63.
En la figura 2 se ilustra una realización alternativa de la invención. En esta realización alternativa, todo el nitrógeno a alta presión usado como refrigerante que circula por la tubería 59 procedente del compresor 83 se preenfría en el cambiador de calor 63 con expansión de gas y nada de este nitrógeno a alta presión se enfría con un refrigerante, como propano, en la sección de cambiadores de calor 71 de la figura 1. Una porción menor del nitrógeno a alta presión usado como refrigerante en el cambiador de calor 63 se retira en un punto intermedio por la tubería 201 y se expande mecánicamente en el expansor 203 proporcionando nitrógeno expandido mecánicamente que sale por la tubería 205. Preferiblemente el nitrógeno expandido de la tubería 205 se mezcla con la corriente de nitrógeno expandido y parcialmente calentado en un punto intermedio del cambiador de calor 27 a una temperatura algo menor que la del gas natural sustancialmente licuado que entra por la tubería 25.
Alternativamente, el nitrógeno a alta presión de la tubería 59 se puede dividir en dos porciones (no mostrado) que se enfrían por separado en el cambiador de calor 63. Si se desea, uno cualquiera o los dos cambiadores de calor 27 y 63 se pueden dividir en dos cambiadores de calor. El enfriamiento de nitrógeno a alta presión de la tubería 201 también se puede realizar por una combinación de enfriamiento en el cambiador caliente de calor 63 y enfriando con otro refrigerante de nivel alto, como propano.
En este ejemplo, el LNG expandido procedente del separador 30 circula por la tubería 43 hacia los cambiadores de calor 27 y 63 en los que se calienta saliendo por la tubería 207 hacia el compresor 209 que lo comprime hasta una presión suficiente para ser usado como gas combustible en la planta de LNG o para otros usos. Sin embargo, el calentamiento del gas expandido en los cambiadores de calor 27 y 63 es opcional y no es necesario en las realizaciones de la invención.
Una característica de la realización ilustrada en la figura 2 es que el primer sistema de refrigeración, esto es, el sistema que comprende el compresor 47, cambiador de calor 21 y válvula de expansión 57, funciona independientemente del segundo sistema de refrigeración, esto es, el sistema que comprende el compresor 83, cambiadores de calor 27 y 63 y expansores 31 y 203. Funcionamiento independiente significa que no se intercambia calor entre el refrigerante mixto del primer sistema de refrigeración y el nitrógeno usado como refrigerante en el segundo sistema de refrigeración. En esta realización no se necesita refrigeración equilibradora entre los dos sistemas de refrigeración.
Otra característica es que el caudal del nitrógeno expandido mecánicamente que entra por la tubería 29 en la segunda zona de intercambio de calor 27 antes de combinarse con nitrógeno expandido que entra por la tubería 205 puede ser menor que el caudal de la corriente combinada de nitrógeno expandido mecánicamente que entra por la tubería 79 en la tercera zona de intercambio de calor 63. En la tercera zona de intercambio de calor 63 no se produce enfriamiento del gas de alimentación ni de la corriente enfriada de alimentación. Además, el caudal de nitrógeno comprimido que se enfría en la tercera zona de intercambio de calor 63 después de retirar nitrógeno por la tubería 201 puede ser menor que el caudal de nitrógeno expandido mecánicamente y combinado que circula por la tubería 79 y se calienta en la tercera zona de intercambio de calor 63.
En la figura 3 se ilustra otra realización de la invención, que es una modificación de las realizaciones de las figuras 1 y 2. Nitrógeno expandido mecánicamente y preenfriado entra por la tubería 73 en el expansor caliente 75 que lo expande hasta una presión intermedia, por ejemplo, 25 a 45 bares absolutos (2,5-4,5 MPa absolutos). El nitrógeno expandido a una presión intermedia entra por la tubería 301 en el cambiador caliente de calor 303 con expansión de gas, que lo calienta por separado y después pasa a una etapa intermedia del compresor de varias etapas 305 para reducir gastos de energía. Una alternativa de esta realización es retirar de una etapa intermedia del compresor 305 una corriente 307 a una presión intermedia, enfriar en la sección de cambiadores de calor 71, expandir la corriente enfriada en el expansor 75 hasta una presión menor, combinar la corriente expandida a una presión menor que circula por la tubería 301 con refrigerante intermedio caliente que circula por la tubería 67 y calentar la corriente combinada en el cambiador caliente de calor 303 con expansión de gas, como en la figura 1. En cualquiera de las alternativas, la corriente de nitrógeno a presión media o alta de la tubería 307 se puede enfriar con un refrigerante de nivel alto, como propano, en la sección de cambiadores de calor 71, como se muestra en la figura 3, o en el cambiador de calor 303 o en una combinación de ambos.
Una característica de la realización ilustrada en la figura 3 es que el caudal de nitrógeno expandido mecánicamente que entra por la tubería 29 en la segunda zona de intercambio de calor 27 es típicamente menor que el caudal total de las corrientes de nitrógeno expandido mecánicamente que entran por las tuberías 67 y 301 en la tercera zona de intercambio de calor 303. En la tercera zona de intercambio de calor 303 no se produce enfriamiento del gas de alimentación ni de la corriente enfriada de alimentación. Además, el caudal de nitrógeno comprimido 306 que se enfría en la tercera zona de intercambio de calor 303 es típicamente menor que el caudal total de nitrógeno expandido mecánicamente que circula por las tuberías 67 y 301 y se calienta en la tercera zona de intercambio de calor 303.
La figura 4 ilustra una realización alternativa de la figura 1, en la que la corriente enfriada de nitrógeno a alta presión de la tubería 65 se expande mecánicamente en dos etapas. La corriente se expande primero en un expansor intermedio 31 hasta una presión intermedia, por ejemplo, 25 a 45 bares absolutos (3,5-4,5 MPa absolutos) y a una temperatura inferior a la de la corriente de gas natural sustancialmente licuado de entrada que circula por la tubería 25. Preferiblemente la corriente expandida hasta una presión intermedia de la tubería 29 se calienta en el cambiador frío de calor 401 con expansión de gas para proporcionarle refrigeración y después se expande más en el expansor frío 403 hasta una presión menor, por ejemplo, 15 a 30 bares absolutos (1,5-3,0 MPa absolutos). La corriente de nitrógeno expandido a menor presión de la tubería 405 proporciona el nivel más frío de refrigeración en el cambiador frío de calor 401 para subenfriar la corriente de gas natural sustancialmente licuada de entrada que circula por la tubería 25.
Una porción de la corriente de nitrógeno expandido a presión intermedia de la tubería 405, preferiblemente después de ser calentada en el cambiador frío de calor 401, puede ser calentada por separado (no mostrado) en el cambiador caliente de calor 63 y enviada a una etapa intermedia del compresor de varias etapas 83. Como en la realización de la figura 3, la corriente de nitrógeno a alta presión de la tubería 69 puede ser enfriada con un refrigerante de nivel alto, como propano, en la sección de cambiadores de calor 71, como se muestra en la figura, o en el calentador caliente de calor 63 o en una combinación de ambos.
La adición de un expansor intermedio en esta realización proporciona refrigeración con mayor eficiencia termodinámica en el cambiador frío de calor 401 con expansión de gas. Las curvas de calentamiento y enfriamiento de los fluidos en este cambiador de calor se aproximan más entre sí a lo largo de toda su longitud, lo cual es ventajoso, pero esto requiere otro equipo más en este sistema, a saber, el expansor 403.
Una característica de la realización ilustrada en la figura 4 es que el caudal de nitrógeno expandido mecánicamente que entra por la tubería 405 en la segunda zona de intercambio de calor 401 es típicamente menor que el caudal de la corriente de nitrógeno expandido mecánicamente que entra en la tercera zona de intercambio de calor 63. En la tercera zona de intercambio de calor 63 no se produce enfriamiento del gas de alimentación ni de la corriente enfriada de alimentación. Además, el caudal de nitrógeno comprimido que circula por la tubería 61 y se enfría en la tercera zona de intercambio de calor 63 es típicamente menor que el caudal de nitrógeno expandido mecánicamente que circula por las tuberías 407 y se calienta en la tercera zona de intercambio de calor 63.
Otra realización de la invención se ilustra en la figura 5 en la que el sistema de refrigeración por expansión de gas utiliza dos etapas de expansión. De un punto intermedio en el cambiador caliente de calor 503 se retira por la tubería 501 una corriente preenfriada de nitrógeno a alta presión, que se expande en el expansor caliente 31 hasta una presión intermedia, por ejemplo, 25 a 45 bares absolutos (2,5-4,5 MPa absolutos) y a una temperatura inferior a la de la corriente de gas natural de entrada que circula por la tubería 25. Se retira por la tubería 505 una porción de la corriente de nitrógeno expandido hasta la presión intermedia y que sale del expansor por la tubería 29, se calienta por separado en el cambiador caliente de calor 503 con expansión de gas y se envía a una etapa intermedia del compresor de varias etapas 507 para reducir el consumo de energía.
El resto de la corriente de nitrógeno a presión intermedia de la tubería 509, preferiblemente después de volver a calentarla en el cambiador frío de calor 511 con expansión de gas, se expande más en el expansor frío 513 hasta una presión menor, por ejemplo, 15 a 30 bares absolutos (2,5-3,0 MPa absolutos). La corriente de nitrógeno expandido hasta esa presión menor de la tubería 515 proporciona el nivel más frío de refrigeración en el cambiador frío de calor 511 con expansión de gas, requerido para subenfriar la corriente de gas natural sustancialmente licuado que entra por la tubería 25. La corriente caliente de nitrógeno a alta presión de la tubería 517 se puede preenfriar opcionalmente en el cambiador caliente de vapor 503, como se indica, o con un refrigerante de nivel alto, como propano, o con una combinación de ambos.
Una característica de la realización ilustrada en la figura 5 es que el caudal de nitrógeno expandido mecánicamente que entra por la tubería 515 en la segunda zona de intercambio de calor 511 es típicamente menor que el caudal total de las corrientes de nitrógeno expandido que entran por las tuberías 505 y 519 en la tercera zona de intercambio de calor 503. En la tercera zona de intercambio de calor 503 no se produce enfriamiento del gas de alimentación ni de la corriente enfriada de alimentación.
Otras realizaciones de la invención pueden utilizar una corriente equilibradora integrada entre los cambiadores de calor de refrigeración por expansión de gas para conseguir una integración más eficiente termodinámicamente de los dos sistemas de refrigeración. Estas realizaciones, que también utilizan varios expansores, pueden proporcionar un diseño más eficiente para eliminar cuellos de botella o ampliar plantas de licuación de gases ya existentes.
La figura 6 ilustra un sistema de refrigeración por expansión de gas en varios expansores con una corriente equilibradora de refrigerante mixto usada en el cambiador caliente de calor 601 con expansión de gas. Una porción pequeña de refrigerante mixto a alta presión de la tubería 603 se retira por la tubería 605 y se expande hasta una presión intermedia a través de la válvula 607. La corriente resultante de refrigerante mixto a presión intermedia, de la tubería 609, típicamente a una temperatura de -90 a -110ºC y a una presión de 5 a 10 bares absolutos (0,5-1 MPa absolutos), se calienta en el cambiador caliente de calor 601 con expansión de gas para proporcionar en ese cambiador de calor curvas de calentamiento y enfriamiento más paralelas e incrementar así la eficiencia del proceso. La corriente de refrigerante mixto calentado 611, a temperatura próxima a la ambiente, retorna a una etapa intermedia del compresor de varias etapas 613 de refrigerante mixto para su reciclado. Alternativamente, la corriente equilibradora de refrigerante mixto a alta presión condensado de la tubería 605 se puede expandir hasta el nivel de presión menor del circuito de refrigerante mixto, por ejemplo, 3 a 6 bares absolutos (0,3-0,6 MPa absolutos), calentar hasta una temperatura intermedia en el cambiador de calor 601, por ejemplo -20 a -40ºC, y retornar a la primera fase del compresor 613 de refrigerante mixto.
En el sistema de refrigeración por expansión de gas de esta realización, preferiblemente la porción menor preenfriada de la corriente de nitrógeno a alta presión de la tubería 615 se enfría más en el cambiador de calor 601, hasta una temperatura por debajo de la del propano u otro refrigerante de mayor nivel, antes de la expansión mecánica en el expansor caliente 617. Preferiblemente la corriente de nitrógeno expandido a temperatura intermedia de la tubería 619 se mezcla con la corriente de nitrógeno frío calentado parcialmente de la tubería 29 en un punto intermedio en el cambiador de calor con expansión de gas 27 a una temperatura por debajo de la de la corriente entrante de gas natural sustancialmente licuado 25. Si se desea, cada uno o los dos cambiadores de calor con expansión de gas 27 y 601 se pueden dividir en dos o más cambiadores de calor.
La figura 7 ilustra un sistema alternativo de refrigeración por expansión de gas con varios expansores en el que una porción del gas nitrógeno a alta presión se enfría en el cambiador de calor 705 con un refrigerante mixto como modo alternativo de conseguir un equilibrio de refrigeración más eficiente en el cambiador caliente de calor 701 con expansión de gas. Una porción de la corriente de nitrógeno preenfriado y a alta presión de la tubería 73 a una temperatura de aproximadamente -20 a -40ºC se retira por la tubería 703 y se enfría más hasta una temperatura de aproximadamente -100 a -120ºC en el cambiador de calor 705 con un refrigerante mixto. La corriente de nitrógeno enfriado y a alta presión de la tubería 707 se mezcla con la porción de la corriente de nitrógeno a alta presión 61 después de enfriarla en el cambiador caliente de calor 701 y la corriente combinada se dirige por la tubería 709 hacia la entrada del expansor frío 711.
En el sistema de refrigeración por expansión de gas de esta realización, preferiblemente la porción restante de la corriente de nitrógeno preenfriado y a alta presión de la tubería 713 se enfría más en el cambiador caliente de calor 701 hasta una temperatura menor que la del propano u otro refrigerante de nivel alto antes de su expansión mecánica en el expansor caliente 717. Preferiblemente la corriente de nitrógeno a temperatura intermedia de la tubería 719 se mezcla con la corriente de nitrógeno frío calentado parcialmente en un punto intermedio en el cambiador frío de calor 27 con expansión de gas a una temperatura menor que la de la corriente de gas natural sustancialmente licuado que entra por la tubería 25. Si se desea, uno cualquiera o los dos cambiadores de calor con expansión de gas 27 y 701 también se pueden dividir en dos o más cambiadores de calor.
Una característica de esta realización es que el caudal de nitrógeno expandido mecánicamente que entra por la tubería 712 en la segunda zona de intercambio de calor 27, antes de mezclarse con el nitrógeno expandido que entra por la tubería 719, es menor que el caudal de la corriente combinada de nitrógeno expandido mecánicamente 710 en la tercera zona de intercambio de calor. En la tercera zona de intercambio de calor no se produce enfriamiento del gas de alimentación ni de la corriente enfriada de alimentación. Además, el caudal de una cualquiera de las corrientes de nitrógeno comprimido 61 y 713 que se enfrían en el cambiador de calor 701 es menor que el caudal de nitrógeno expandido mecánicamente que entra por la tubería 710 y se calienta en el cambiador de calor 701.
La figura 8 muestra un sistema simple de refrigeración con un refrigerante mixto, combinado con un sistema de refrigeración por expansión de gas en varios expansores que funciona sin refrigeración externa adicional, por ejemplo, propano, como el mostrado en las realizaciones de las figuras 1-7. El refrigerante en el sistema simple de refrigeración con un refrigerante mixto no se preenfría por debajo de la temperatura ambiente, por ejemplo, por propano u otro refrigerante mixto de nivel alto, antes de entrar en el cambiador de calor con refrigerante mixto 21. En este ejemplo, el refrigerante mixto se licua parcialmente en una etapa intermedia del compresor 801 y la porción líquida de la tubería 803 se bombea hasta el nivel de la presión alta presión y se combina con la porción de vapor comprimido final corriente arriba del enfriador 805. Esta característica es opcional y se puede usar en todas las realizaciones de la invención.
En el sistema de refrigeración por expansión de gas de esta realización, toda la corriente de nitrógeno a alta presión 807 se enfría en el cambiador caliente con expansión de gas 809 hasta una temperatura próxima o más fría que la de la corriente de gas natural sustancialmente licuado que entra por la tubería 25. Una porción de la corriente de nitrógeno enfriado y a alta presión de la tubería 811 se expande mecánicamente en el expansor caliente 813 hasta una presión intermedia. La corriente de nitrógeno expandido hasta esa presión intermedia de la tubería 815 se calienta por separado en los cambiadores de calor con expansión de gas 817 y 809 y se envía a una etapa intermedia del compresor de varias etapas para reducir el consumo energético. La corriente restante de nitrógeno a alta presión de la tubería 819, después de enfriarla más en el cambiador frío de calor 817, se expande en el expansor frío 821 hasta una presión menor. El nitrógeno expandido a presión menor de la tubería 823 se calienta en el cambiador frío de calor 817 para proporcionar el nivel más frío de refrigeración requerido para subenfriar la corriente de gas natural sustancialmente licuado de entrada 25.
Opcionalmente, la corriente de gas natural sustancialmente licuado de entrada 25 puede estar a una temperatura mayor que -100ºC y puede estar licuado sólo parcialmente. En este caso, las dos corrientes de nitrógeno expandido de las tuberías 815 y 823 proporcionan refrigeración para licuar completamente y subenfriar la corriente de gas natural sustancialmente licuado de entrada de la tubería 25. Si se desea, el cambiador frío de calor con expansión de gas 817 se puede dividir en dos o más cambiadores de calor, o los cambiadores de calor 809 y 817 se pueden combinar en un solo cambiador de calor.
Una característica de esta realización es que el caudal de nitrógeno expandido mecánicamente que circula por la tubería 823 en la segunda zona de intercambio de calor es típicamente menor que el caudal total de las corrientes de nitrógeno expandido mecánicamente 825 y 827 en la tercera zona de intercambio de calor 809. En la tercera zona de intercambio de calor 809 no se produce enfriamiento del gas de alimentación ni de la corriente enfriada de alimentación.
Ejemplo
La realización de la figura 1 se ilustra por el siguiente ejemplo no limitativo. Se proporciona una alimentación de gas natural por la tubería 1 a un caudal de 59.668 kilomoles por hora, a 27ºC y 60,3 bares (6,03 MPa absolutos). Esta alimentación de gas natural tiene una composición molar de 3,90% de nitrógeno, 87,03% de metano, 5,50% de etano, 2,02% de propano y 1,55% de hidrocarburos C_{4} y más pesados (C_{4+}). Esta alimentación había sido lavada y secada previamente en una sección de pretratamiento (no mostrada) para eliminar gases ácidos, como CO_{2} y H_{2}S, y otros contaminantes, como mercurio. La alimentación de gas natural entra por la tubería 1 a la primera sección de intercambio de calor 3 y se preenfría a -18ºC usando varios niveles de refrigeración con propano. La corriente de alimentación de gas natural preenfriado entra por la tubería 5 en una columna separadora 7 en la que se separan los componentes más pesados de la alimentación, pentano e hidrocarburos más pesados, para evitar congelación en el proceso de licuación. La columna separadora tiene un condensador superior 9 que también usa refrigeración con propano para proporcionar el reflujo a la columna separadora. Los productos de cola de la columna separadora se envían por la tubería 11 a la sección de fraccionamiento 13 en la que se separan pentano y los componentes pesados, que se recuperan por la tubería 15. Los componentes líquidos más ligeros salen a -33ºC por la tubería 17 y se combinan con el vapor de cabeza procedente de la columna separadora para proporcionar la corriente de gas natural purificado de la tubería 19.
La corriente de gas natural purificado de la tubería 19 tiene un caudal de 57.274 kilomoles por hora y una composición molar de 3,95% de nitrógeno, 87,74% de metano, 5,31% de etano, 2,04% de propano y 0,96% de hidrocarburos C_{4} y más pesados, a 32,9ºC y 58,0 bares (5,80 MPa absolutos). La corriente se enfría más, hasta una temperatura de -119,7ºC, y se condensa en un intercambiador de calor 21 por calentamiento y vaporización de un refrigerante mixto de baja presión proporcionado por la tubería 23. La corriente de gas natural sustancialmente licuada de la tubería 25, que en este ejemplo está totalmente licuada, se subenfría hasta una temperatura de -150,2ºC en el cambiador frío de calor con expansión de gas 27. La refrigeración para enfriar en el cambiador de calor 27 la proporciona una corriente refrigerante de nitrógeno expandido mecánicamente procedente del expansor 31 por la tubería 29. La corriente subenfriada de LNG de la tubería 33 se expande adiabáticamente hasta una presión de 1,17 bares (0,117 MPa absolutos) a través de la válvula 35. La corriente de LNG a baja presión de la tubería 37, a -162,3ºC, se envía al separador 39 y la corriente producto de LNG se retira por la tubería 41 a su almacenamiento. La corriente de gas expandido ligero de la tubería 43 se puede calentar y comprimir hasta una presión suficiente para su uso como gas combustible en la planta de LNG o para otros usos.
En este ejemplo, la refrigeración para enfriar y licuar la corriente de alimentación de gas natural 1 la proporciona un circuito de refrigeración con propano y un circuito de refrigeración con un refrigerante mixto. El refrigerante mixto de alta presión, que tiene una composición molar de 36,92% de metano, 54,63% de etano y 8,45% de propano, a 36,5ºC y 61,6 bares (6,16 MPa absolutos), entra por la tubería 50 a un caudal de 51.200 kilomoles por hora en la sección de intercambio de calor 51 donde se preenfría y condensa totalmente usando varios niveles de refrigeración con propano. La corriente de refrigerante mixto enfriado entra por la tubería 53 en el cambiador de calor 21 de refrigerante mixto a -33ºC y 58,9 bares absolutos (5,89 MPa absolutos).
El refrigerante mixto es subenfriado hasta una temperatura de -120ºC en el cambiador de calor 21 saliendo por la tubería 55. Este refrigerante mixto subenfriado se expande adiabáticamente a través de la válvula 57 hasta -122,5ºC y 4,2 bares absolutos (0,42 MPa absolutos) y retorna por la tubería 23 al extremo frío del cambiador de calor 21. Las corriente de refrigerante mixto a baja presión de la tubería 23 se calienta y vaporiza en el cambiador de calor 21 saliendo como corriente de refrigerante mixto calentado por la tubería 45 a -34,5ºC y 3,6 bares absolutos (0,36 MPa absolutos). La corriente de refrigerante mixto calentado y a baja presión de la tubería 45 se comprime hasta 61,6 bares absolutos (6,16 MPa absolutos) en el compresor interenfriado de varias etapas de refrigerante mixto 47 y se enfría hasta la temperatura ambiente para ser reciclada.
El subenfriamiento del gas natural licuado de la tubería 25 se realiza usando un sistema de refrigeración por expansión de gas con varios expansores empleando nitrógeno como fluido de trabajo. Se divide en dos porciones nitrógeno a alta presión de la tubería 59, a un caudal de 82.109 kilomoles por hora y a una temperatura de 36,5ºC y una presión de 75,9 bares absolutos (7,59 MPa absolutos). La porción mayor de nitrógeno a alta presión de la tubería 61 entra, a 69.347 kilomoles por hora, en el cambiador caliente de calor 63 de nitrógeno y se enfría a -107,7ºC. La corriente de nitrógeno enfriado y a alta presión de la tubería 65 se expande mecánicamente en el expansor frío 31 a -152,4ºC y 23,7 bares absolutos (2,37 MPa absolutos). La corriente de nitrógeno frío expandido mecánicamente de la tubería 29, que en este ejemplo es totalmente vapor, se calienta en el cambiador frío de calor 27 de nitrógeno y se retira a -121,9ºC para proporcionar la refrigeración fría requerida para subenfriar el LNG de la tubería 25. La corriente menor de nitrógeno a alta presión de la tubería 69, a 12.762 kilomoles por hora, se preenfría en la sección de intercambio de calor 71 hasta -33,1ºC usando varios niveles de propano como refrigerante. La corriente de nitrógeno preenfriado y a alta presión de la tubería 73 se expande mecánicamente en el expansor caliente 75 a -96ºC y 23,4 bares absolutos (2,34 MPa absolutos). La corriente de nitrógeno expandido mecánicamente de la tubería 77 se combina con la corriente de nitrógeno calentado de la tubería 67 procedente del cambiador frío de calor 27 y se dirige al cambiador caliente de calor 63 por la tubería 79 a -118,1ºC. La corriente combinada de nitrógeno de la tubería 79 se calienta hasta 27,8ºC en el cambiador caliente de calor 63 y el refrigerante retirado de la tubería 81 se comprime a 75,9 bares absolutos (7,59 MPa absolutos) en el compresor interenfriado de varias etapas 83 de nitrógeno y se enfría hasta la temperatura ambiente para su reciclado.
La adición de la corriente menor de nitrógeno expandido de la tubería 77 para su calentamiento en el cambiador caliente de calor 63 mantiene las curvas de enfriamiento en el cambiador de calor 63 próximas a las ideales, esto es, las curvas de calentamiento y enfriamiento de los fluidos se aproximan mucho entre sí a lo largo de toda su longitud con lo que se mejora la eficiencia del proceso. No es necesario proporcionar una corriente equilibradora de refrigerante mixto vaporizador para calentar el cambiador de calor con expansión de gas 63 ni alternativamente para enfriar una porción del gas refrigerante a alta presión de la tubería 73 en el cambiador de calor 21 de refrigerante mixto para obtener curvas de enfriamiento casi paralelas.
Este ejemplo de la invención y las realizaciones antes descritas con referencia a las figuras 1-5, 7 y 8 ilustran el funcionamiento independiente del primer sistema de refrigeración y del sistema de refrigeración por expansión de gas.

Claims (41)

1. Un método para la licuación de un gas que comprende:
(a) enfriar un gas de alimentación (1) en una primera zona de intercambio de calor (21; 705) por intercambio de calor indirecto con una o más corrientes de refrigerante (23) proporcionadas en un primer sistema de refrigeración, y retirar de la primera zona de intercambio de calor una corriente de alimentación sustancialmente licuada, esto es, la corriente cuando se expande adiabáticamente por estrangulamiento hasta la presión atmosférica tiene una fracción líquida entre 0,25 y 1,0;
(b) enfriar más la corriente de alimentación sustancialmente licuada en una segunda zona de intercambio de calor (27; 401; 511; 817) por intercambio de calor indirecto con una o más corrientes de refrigerante expandido mecánicamente (29; 205; 405; 509; 515; 619; 712; 719; 815; 823) proporcionadas por un segundo sistema de refrigeración de circuito cerrado, y retirar de la segunda zona de intercambio de calor una corriente de alimentación sustancialmente licuada y más enfriada (33); y
(c) expandir mecánicamente (31; 75; 203; 403; 513; 617; 711; 717; 813; 821) en el segundo sistema de refrigeración dos o más corrientes gaseosas de refrigerante comprimido enfriado;
en el que el funcionamiento del segundo sistema de refrigeración incluye las etapas de:
(1)
comprimir (83; 305; 507) uno o más gases refrigerantes (81; 82) para proporcionar una corriente de refrigerante comprimido (59; 517);
(2)
enfriar toda o una porción (59; 61; 306) de la corriente de refrigerante comprimido en una tercera zona de intercambio de calor (63; 303; 503; 601; 701; 809) por intercambio de calor indirecto con una o más corrientes de refrigerante expandidas mecánicamente (79; 67&301; 407; 505&519; 710; 825&827) para proporcionar una corriente gaseosa de refrigerante comprimida y enfriada (65; 501; 709; 812), zona de intercambio de calor en la que no hay enfriamiento de la corriente de gas de alimentación ni de la corriente enfriada de gas de alimentación;
(3)
expandir mecánicamente (31; 31&403; 31&513; 711; 821) la corriente gaseosa de refrigerante comprimido enfriado para proporcionar una corriente de refrigerante expandido mecánicamente que proporciona en la segunda zona de intercambio de calor una (29; 405; 515; 712; 823) de la una o más corrientes de refrigerante expandido mecánicamente: y
(4)
expandir mecánicamente (75; 203; 31 [figura 5]; 617; 717; 813) una corriente gaseosa de refrigerante comprimido enfriado (73; 201; 501; 616; 716; 811) para proporcionar una corriente a una temperatura intermedia (77; 205; 301; 505; 619; 719; 815) que se añade a, o suplementa, en o después de la segunda zona de intercambio de calor, la carga de refrigeración proporcionada por la corriente fría expandida mecánicamente y calentada;
y el caudal de la corriente de refrigerante expandido mecánicamente (29; 405; 515; 712; 823) en la segunda zona de intercambio de calor es menor que el caudal total de la una o más corrientes de refrigerante expandido mecánicamente (79; 67+301; 407; 505+519; 710; 825+827) en la tercera zona de intercambio de calor.
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2. Un método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que una de la una o más corrientes de refrigerante expandido mecánicamente que proporcionan la carga de enfriamiento en la tercera zona de intercambio de calor (63; 303; 503; 601; 701; 809) comprende la citada una (29; 405; 515; 712; 823) de la una o más corrientes de refrigerante expandido mecánicamente en la segunda zona de intercambio de calor (27; 401; 511; 817) después de la carga de enfriamiento en la segunda zona de intercambio de calor, y una segunda (77; 205; 301; 505; 619; 719; 815) de las dos o más corrientes de refrigerante comprimido enfriado expandido proporciona la carga de enfriamiento en por lo menos la tercera zona de intercambio de calor.
3. Un método de acuerdo con la reivindicación 2, en el que la segunda (205; 619; 719; 815) de las dos o más corrientes de refrigerante comprimid enfriado expandido proporciona también la carga de enfriamiento en la segunda zona de intercambio de calor (27; 817).
4. Un método de acuerdo con la reivindicación 3, en el que la segunda (205; 619; 719) de las dos o más corrientes de refrigerante comprimido enfriado expandido se combina con la citada una (29; 712) de la una o más corrientes de refrigerante expandido mecánicamente en una posición a una temperatura intermedia en la segunda zona de intercambio de calor (27).
5. Un método de acuerdo con la reivindicación 2, en el que la segunda (77; 301; 505) de las dos o más corrientes de refrigerante comprimido enfriado expandido proporciona la carga de enfriamiento en la tercera zona de intercambio de calor (63; 303; 503) pero no en la segunda zona de intercambio de calor (27; 401; 511).
6. Un método de acuerdo con la reivindicación 5, en el que la segunda (77; 301) de las dos o más corrientes de refrigerante comprimido enfriado expandido se combina con la citada una (29; 405) de la una o más corrientes de refrigerante expandido mecánicamente en una posición entre la segunda y tercera zonas de intercambio de calor.
7. Un método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que una primera porción (61; 306) del gas refrigerante comprimido (59) se enfría en la tercera zona de intercambio de calor (63; 303; 601; 701) y una segunda porción (69; 307) del gas refrigerante comprimido se enfría (71; 71&601; 71&701), se expande mecánicamente (75; 617; 717) y se calienta en la tercera zona de intercambio de calor (63; 303; 601; 701) para proporcionar refrigeración en esta zona para enfriar la primera porción del gas refrigerante comprimido.
8. Un método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el gas refrigerante comprimido (517) se enfría en la tercera zona de intercambio de calor (503) y se expande mecánicamente (31) para proporcionar un primer refrigerante expandido mecánicamente (29), el primer refrigerante expandido mecánicamente se divide en un primer y un segundo refrigerantes enfriados (505; 509), el primer refrigerante enfriado (505) se calienta en la primera zona de intercambio de calor para proporcionar refrigeración en esta zona para enfriar al gas refrigerante comprimido, el segundo refrigerante enfriado (509) se enfría más (511) y se expande mecánicamente (513) para proporcionar un segundo refrigerante expandido mecánicamente (515) y el segundo refrigerante expandido mecánicamente se calienta en la segunda zona de intercambio de calor para proporcionar refrigeración en esta zona para enfriar la corriente de alimentación sustancialmente licuada procedente de la primera zona de intercambio de calor.
9. Un método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que una primera porción (61) del gas refrigerante comprimido (59) se enfría en la tercera zona de intercambio de calor (601; 701) y se expande mecánicamente (31; 711) para proporcionar un primer refrigerante expandido mecánicamente (29; 712), una segunda porción (69) del gas refrigerante comprimido se enfría por intercambio de calor indirecto (71) con un refrigerante vaporizador proporcionado por un tercer sistema de refrigeración y se expande mecánicamente (617; 717) para proporcionar un segundo refrigerante expandido mecánicamente (619; 719) y el primer y el segundo refrigerantes expandidos mecánicamente se calientan en la segunda zona de intercambio de calor para proporcionar refrigeración en esta zona para enfriar la corriente de alimentación sustancialmente licuada procedente de la primera zona de intercambio de calor.
10. Un método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el gas refrigerante comprimido (807) se enfría en la primera zona de intercambio de calor (809) para proporcionar un gas refrigerante comprimido enfriado (810) y en el que una porción (812) del gas refrigerante comprimido enfriado se expande mecánicamente (821) y se calienta en la segunda zona de intercambio de calor (817) para proporcionar enfriamiento en esta zona a la corriente de alimentación sustancialmente licuada procedente de la primera zona de intercambio de calor.
11. Un método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el segundo sistema de refrigeración funciona por un método que comprende:
(d)
comprimir (83) un primer gas refrigerante (81) para proporcionar el gas refrigerante comprimido (59), y dividir el gas refrigerante comprimido en un primer y un segundo refrigerantes comprimidos (61, 69);
(e)
enfriar en la tercera zona de intercambio de calor (63) el primer refrigerante comprimido (61) para proporcionar un primer refrigerante comprimido enfriado (65), expandir mecánicamente (31) el primer refrigerante comprimido y enfriado para proporcionar un primer refrigerante enfriado expandido mecánicamente (29), calentar en la segunda zona de intercambio de calor (27; 401) el primer refrigerante enfriado y expandido mecánicamente para proporcionar refrigeración para enfriar en esta zona la corriente de alimentación enfriada, y retirar de esta zona un refrigerante intermedio (67);
(f)
enfriar el segundo refrigerante comprimido (69) por intercambio de calor indirecto (71) con un refrigerante vaporizador para proporcionar un segundo refrigerante comprimido enfriado (73), expandir mecánicamente (75) el segundo refrigerante comprimido enfriado para proporcionar un segundo refrigerante expandido mecánicamente (77), y combinar el segundo refrigerante expandido mecánicamente con el refrigerante intermedio para proporcionar un refrigerante intermedio combinado (79; 407); y
(g)
calentar en la tercera zona de intercambio de calor el refrigerante intermedio combinado para proporcionar refrigeración para enfriar en esta zona el primer refrigerante comprimido, y retirar de esta zona un refrigerante caliente (81) para proporcionar el primer gas refrigerante.
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12. Un método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el segundo sistema de refrigeración funciona por un método que comprende:
(d)
comprimir (83) un primer gas refrigerante (81) para proporcionar el gas refrigerante comprimido (59);
(e)
enfriar en la tercera zona de intercambio de calor (63) el gas refrigerante comprimido (59) para proporcionar un primer refrigerante comprimido enfriado, y dividir el refrigerante comprimido enfriado en un primer y un segundo refrigerantes comprimidos enfriados (60; 201);
(f)
enfriar más en la tercera zona de intercambio de calor (63) el primer refrigerante comprimido (60) para proporcionar un primer refrigerante comprimido más enfriado (65);
(g)
expandir mecánicamente (31) el primer refrigerante más enfriado para proporcionar un primer refrigerante expandido mecánicamente (29) y expandir mecánicamente (203) el segundo refrigerante comprimido enfriado (201) para proporcionar un segundo refrigerante expandido mecánicamente (205);
(h)
calentar en la segunda zona de intercambio de calor (27) el primer refrigerante expandido mecánicamente y el segundo refrigerante expandido mecánicamente para proporcionar refrigeración en esta zona para enfriar la corriente de alimentación sustancialmente licuada procedente de la primera zona de intercambio de calor, y retirar de la segunda zona de intercambio de calor un refrigerante intermedio combinado; y
(i)
calentar en la tercera zona de intercambio de calor el refrigerante intermedio combinado, para proporcionar refrigeración para enfriar en esta zona el primer refrigerante comprimido, y retirar de esta zona un refrigerante calentado para proporcionar el primer gas refrigerante (81).
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13. Un método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el segundo sistema de refrigeración funciona por un método que comprende:
(d)
comprimir un primer gas refrigerante (81) y un segundo gas refrigerante (82) en un compresor de refrigerante de varias etapas (305) para proporcionar un gas refrigerante comprimido (59), y dividir el gas refrigerante comprimido en un primer y un segundo refrigerantes comprimidos (306, 307);
(e)
enfriar en la tercera zona de intercambio de calor (303) el primer refrigerante comprimido (306) para proporcionar un primer refrigerante comprimido enfriado (65) y expandir mecánicamente (31) el primer refrigerante comprimido enfriado para proporcionar un refrigerante frío expandido mecánicamente (29) a una primera presión, y calentar en la segunda zona de intercambio de calor (27) el refrigerante frío expandido mecánicamente para proporcionar refrigeración en esta zona para enfriar la corriente de alimentación sustancialmente licuada procedente de la primera zona de intercambio de calor, y retirar de la segunda zona de intercambio de calor un refrigerante intermedio (67);
(f)
enfriar (71) el segundo refrigerante comprimido (307) por intercambio de calor indirecto con un refrigerante vaporizador para proporcionar un segundo refrigerante comprimido enfriado (73), expandir mecánicamente (75) el segundo refrigerante comprimido enfriado para proporcionar un segundo refrigerante expandido mecánicamente (301) a una segunda presión mayor que la primera presión, calentar en la tercera zona de intercambio de calor el segundo refrigerante expandido mecánicamente para proporcionar refrigeración para enfriar en esta zona el primer refrigerante comprimido, y retirar de esta zona un refrigerante calentado (82) para proporcionar el segundo gas refrigerante;
(g)
calentar en la tercera zona de intercambio de calor el refrigerante intermedio (67) para proporcionar refrigeración para enfriar en esta zona el primer refrigerante comprimido, y retirar de esta zona un refrigerante calentado (81) para proporcionar el primer gas refrigerante; y
(h)
introducir el primer gas refrigerante en una primera etapa del compresor de refrigerante de varias etapas e introducir el segundo gas refrigerante en una etapa intermedia del compresor de refrigerante de varias etapas.
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14. Un método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el segundo sistema de refrigeración funciona por un método que comprende:
(d)
comprimir (83) un gas refrigerante (81) para proporcionar el gas refrigerante comprimido (59), y dividir el gas refrigerante comprimido en un primer y un segundo refrigerantes comprimidos (61; 69);
(e)
enfriar en la tercera zona de intercambio de calor (63) el primer refrigerante comprimido (61) para proporcionar un primer refrigerante comprimido enfriado (65), y expandir mecánicamente (31) el primer refrigerante comprimido enfriado para proporcionar un primer refrigerante expandido mecánicamente (29);
(f)
enfriar en la segunda zona de intercambio de calor (401) el primer refrigerante expandido mecánicamente para proporcionar un primer refrigerante enfriado expandido mecánicamente (402), expandir mecánicamente (403) el primer refrigerante enfriado expandido mecánicamente para proporcionar un refrigerante frío expandido mecánicamente (405), calentar en la segunda zona de intercambio de calor el refrigerante frío expandido mecánicamente para proporcionar en esta zona refrigeración para enfriar la corriente de alimentación sustancialmente licuada procedente de la primera zona de intercambio de calor, y retirar de la segunda zona de intercambio de calor un refrigerante intermedio (67);
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(g)
enfriar el segundo refrigerante comprimido (69) por intercambio de calor indirecto (71) con un refrigerante vaporizador para proporcionar un segundo refrigerante comprimido enfriado (73), expandir mecánicamente (75) el segundo refrigerante comprimido enfriado para proporcionar un segundo refrigerante expandido mecánicamente (77), y combinar el segundo refrigerante expandido mecánicamente con el refrigerante intermedio para proporcionar un refrigerante combinado (407); y
(i)
calentar en la tercera zona de intercambio de calor el refrigerante combinado para proporcionar en esta zona refrigeración para enfriar el primer refrigerante comprimido, y retirar de esta zona el primer gas refrigerante (81).
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15. Un método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el segundo sistema de refrigeración funciona por un método que comprende:
(d)
comprimir un primer gas refrigerante (81) y un segundo gas refrigerante (82) en un compresor de refrigerante de varias etapas (507) para proporcionar el gas refrigerante comprimido (517);
(e)
enfriar en la tercera zona de intercambio de calor (503) el gas refrigerante comprimido para proporcionar un primer refrigerante comprimido enfriado (501), expandir mecánicamente (31) el primer refrigerante comprimido enfriado para proporcionar un primer refrigerante expandido mecánicamente (29) a una primera presión, y dividir el primer refrigerante frío expandido mecánicamente en un primer y un segundo refrigerantes fríos (505; 509);
(f)
calentar en la tercera zona de intercambio de calor el primer refrigerante frío (505) para proporcionar refrigeración para enfriar en esta zona el primer refrigerante comprimido, y retirar de esta zona un refrigerante calentado (82) para proporcionar el segundo gas refrigerante;
(g)
enfriar en la segunda zona de intercambio de calor (511) el segundo refrigerante frío (509) para proporcionar un segundo refrigerante comprimido enfriado (512), expandir mecánicamente (513) el segundo refrigerante comprimido enfriado para proporcionar un segundo refrigerante expandido mecánicamente (515) a una segunda presión menor que la primera presión;
(h)
calentar en la segunda zona de intercambio de calor el segundo refrigerante expandido mecánicamente para proporcionar refrigeración en esta zona para enfriar la corriente de alimentación sustancialmente licuada procedente de la primera zona de intercambio de calor y proporcionar refrigeración para enfriar en la tercera zona de intercambio de calor el primer refrigerante comprimido, y retirar de esta zona un refrigerante calentado (81) para proporcionar el primer gas refrigerante; y
(i)
introducir el primer gas refrigerante en una primera etapa de un compresor de refrigerante de varias etapas e introducir el segundo gas refrigerante en una etapa intermedia del compresor de refrigerante de varias etapas.
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16. Un método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el segundo sistema de refrigeración funciona por un método que comprende:
(d)
comprimir (83) un gas refrigerante (81) para proporcionar el gas refrigerante comprimido (59) y dividir el gas refrigerante comprimido en un primer y un segundo refrigerantes comprimidos (61; 69);
(e)
enfriar en la tercera zona de intercambio de calor (601) el primer refrigerante comprimido (61) para proporcionar un primer refrigerante comprimido enfriado (65) y expandir mecánicamente (31) el primer refrigerante comprimido enfriado para proporcionar un primer refrigerante frío expandido mecánicamente (29), calentar en la segunda zona de intercambio de calor (27) el primer refrigerante frío expandido mecánicamente para proporcionar refrigeración en esta zona para enfriar la corriente de alimentación sustancialmente licuada procedente de la primera zona de intercambio de calor, y formar en la segunda zona de intercambio de calor un refrigerante calentado parcialmente;
(f)
enfriar el segundo refrigerante comprimido (69) por intercambio de calor indirecto (71) con un refrigerante vaporizador para proporcionar un refrigerante enfriado intermedio (615), enfriar más en la tercera zona de intercambio de calor el refrigerante enfriado intermedio para proporcionar un segundo refrigerante comprimido enfriado (616), y expandir mecánicamente el segundo refrigerante comprimido enfriado para proporcionar un segundo refrigerante expandido mecánicamente (619);
(g)
combinar el segundo refrigerante frío expandido mecánicamente y el refrigerante calentado parcialmente para proporcionar un refrigerante intermedio combinado, calentar en la segunda zona de intercambio de calor el refrigerante intermedio combinado para proporcionar refrigeración adicional en esta zona para enfriar la corriente de alimentación sustancialmente licuada procedente de la primera zona de intercambio de calor, y retirar de la segunda zona de intercambio de calor un refrigerante calentado parcialmente (68); y
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(h)
calentar en la tercera zona de intercambio de calor el refrigerante calentado parcialmente para proporcionar refrigeración en esta zona para enfriar el primer refrigerante comprimido y el segundo refrigerante comprimido, y retirar de esta zona un refrigerante calentado (81) para proporcionar el primer gas refrigerante.
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17. Un método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el segundo sistema de refrigeración funciona por un método que comprende:
(d)
comprimir un primer gas refrigerante (81) y un segundo gas refrigerante (82) en un compresor de refrigerante de varias etapas (507) para proporcionar el gas refrigerante comprimido (807);
(e)
enfriar en la tercera zona de intercambio de calor (809) el gas refrigerante comprimido para proporcionar un refrigerante comprimido enfriado (810) y dividir el refrigerante comprimido enfriado en un primer y un segundo refrigerantes enfriados (811; 812);
(f)
expandir mecánicamente (813) el primer refrigerante enfriado (811) para proporcionar un primer refrigerante expandido mecánicamente (815) a una primera presión, calentar en la segunda y tercera zonas de intercambio de calor (817; 809) el primer refrigerante expandido mecánicamente para proporcionar refrigeración en la segunda zona de intercambio de calor para enfriar la corriente de alimentación sustancialmente licuada (25) procedente de la primera zona de intercambio de calor (21) y refrigeración en la tercera zona de intercambio de calor para enfriar el primer refrigerante comprimido (807), y retirar de la tercera zona de intercambio de calor un refrigerante calentado para proporcionar el segundo gas refrigerante (82);
(g)
enfriar en la segunda zona de intercambio de calor el segundo refrigerante enfriado (812) para proporcionar un segundo refrigerante comprimido enfriado (819), expandir mecánicamente (821) el segundo refrigerante comprimido enfriado para proporcionar un segundo refrigerante expandido mecánicamente (823) a una segunda presión menor que la primer presión;
(h)
calentar en la segunda y tercera zonas de intercambio de calor el segundo refrigerante expandido mecánicamente para proporcionar refrigeración en la segunda zona de intercambio de calor para enfriar la corriente enfriada de alimentación y refrigeración en la tercera zona de intercambio de calor para enfriar el primer refrigerante comprimido, y retirar de la tercera zona de intercambio de calor un refrigerante calentado para proporcionar el primer gas refrigerante (81); y
(i)
introducir el primer gas refrigerante en una primera etapa del compresor de refrigerante de varias etapas e introducir el segundo gas refrigerante en una etapa intermedia del compresor de refrigerante de varias etapas.
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18. Un método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el caudal de la corriente de refrigerante comprimido que se enfría en la tercera zona de intercambio de calor (63; 303; 503; 601; 701; 809) es menor que el caudal total de la una o más corrientes de refrigerante expandido mecánicamente que se calientan en la tercera zona de intercambio de calor.
19. Un método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el primer sistema de refrigeración (21) funciona independientemente del segundo sistema de refrigeración.
20. Un método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el enfriamiento del gas de alimentación en la primera zona de intercambio de calor (21; 705) se realiza por un método que comprende:
(d)
comprimir (47; 613; 801) y enfriar (51&21; 51&705; 21 [figura 8]) un gas refrigerante (45) que contiene uno o más componentes para proporcionar un refrigerante enfriado y condensado al menos parcialmente (55; 603); y
(e)
reducir (57) la presión del refrigerante enfriado y condensado al menos parcialmente para proporcionar un refrigerante vaporizador (23) y enfriar en la primera zona de intercambio de calor el gas de alimentación (1) por intercambio de calor indirecto con el refrigerante vaporizador para proporcionar la corriente de alimentación sustancialmente licuada (25) y el gas refrigerante del apartado (d).
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21. Un método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el gas de alimentación (1) se enfría antes de la primera zona de intercambio de calor (21; 705) por intercambio de calor indirecto (3) con un refrigerante vaporizador.
22. Un método de acuerdo con la reivindicación 20, en el que por lo menos una porción del enfriamiento del gas refrigerante del aparatado (d) se realiza por intercambio de calor indirecto (51) con un refrigerante vaporizador.
23. Un método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que comprende además proporcionar refrigeración adicional a la tercera zona de intercambio de calor (601) calentando en esta zona una porción del uno o más refrigerantes (609) proporcionados en el primer sistema de refrigeración.
24. Un método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que comprende además proporcionar refrigeración adicional a la primera zona de intercambio de calor (705) calentando en esta zona una porción de un refrigerante intermedio enfriado (703) proporcionado en el segundo sistema de refrigeración.
25. Un método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el gas de alimentación comprende gas natural.
26. Un método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el uno o más refrigerantes proporcionados en el primer sistema de refrigeración se seleccionan del grupo que consiste en nitrógeno, hidrocarburos que tienen uno o más átomos de carbono e hidrocarburos halogenados que tienen uno o más átomos de carbono.
27. Un método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el gas refrigerante en el segundo sistema de refrigeración comprende uno o más componentes seleccionados del grupo que consiste en nitrógeno, argón, metano, etano y propano.
28. Un sistema para la licuación de un gas por un proceso de acuerdo con la reivindicación 1, sistema que comprende:
(a)
un primer sistema de refrigeración y un primer medio de intercambio de calor (21; 705) para enfriar un gas de alimentación (1) por intercambio de calor indirecto con uno o más refrigerantes proporcionados por el primer sistema de refrigeración para proporcionar una corriente de alimentación sustancialmente licuada (25);
(b)
un segundo sistema de refrigeración de circuito cerrado y un segundo medio de intercambio de calor (27; 401; 511; 817) para enfriar más la corriente de alimentación sustancialmente licuada por intercambio de calor indirecto con una o más corrientes de refrigerante frío expandido mecánicamente (29; 205; 405; 509; 515; 619; 712; 719; 815; 823) proporcionadas por el segundo sistema de refrigeración para proporcionar una corriente de alimentación sustancialmente licuada y más enfriada (33);
(c)
medios de compresión de gas (83; 305; 507) para comprimir una o más corrientes de gas refrigerante (81; 82) y un tercer medio de intercambio de calor (63; 303; 503; 601; 701; 809) para enfriar una o más corrientes gaseosas de refrigerante comprimido (59; 61; 306) del segundo sistema de refrigeración por intercambio de calor indirecto con una o más corrientes de refrigerante expandido mecánicamente para proporcionar una o más corrientes gaseosas de refrigerante enfriado comprimido, medio de intercambio de calor en el que no hay enfriamiento del gas de alimentación ni de la corriente enfriada de alimentación;
(d)
dos o más expansores (31&75; 31&203; 31&75; 31, 75&403; 31&513; 31&617; 711&717; 813&821) para expandir mecánicamente corrientes gaseosas de refrigerante enfriado comprimido del segundo sistema de refrigeración para proporcionar dos o más corrientes de refrigerante frío expandido mecánicamente (29&77; 29&205; 29&301; 29, 77&405; 505, 509&515; 29&619; 712&719; 815&823); y
(e)
tuberías para transferir una (29; 29; 29; 405; 515; 29; 712; 823) de las dos o más corrientes de refrigerante frío expandido mecánicamente al segundo medio de intercambio de calor y para transferir otra (77; 205; 301; 77; 505; 619; 719; 815) de las dos o más corrientes de refrigerante frío expandido mecánicamente al segundo o al tercer medio de intercambio de calor para añadir o suplementar la carga de refrigeración proporcionada por la corriente fría calentada y expandida mecánicamente en o después de la segunda zona de intercambio de calor.
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29. Un sistema de acuerdo con la reivindicación 28 para la licuación de un gas por un proceso de acuerdo con la reivindicación 2, en el que medios (29; 405; 515; 712; 823) alimentan las citadas una o más corrientes de refrigerante expandido mecánicamente desde la segunda zona de intercambio de calor (27; 401; 511; 817) a la tercera zona de intercambio de calor y medios (77; 205; 301; 505; 619; 719; 815) alimentan una segunda de las dos o más corrientes de refrigerante comprimido enfriado expandido a por lo menos la tercera zona de intercambio de calor.
30. Un sistema de acuerdo con la reivindicación 28 para la licuación de un gas por un proceso de acuerdo con la reivindicación 7, en el que medios (61; 306) alimentan una primera porción del gas refrigerante comprimido (59) a la tercera zona de intercambio de calor (63; 303; 601; 701), medios (71; 71&601; 71&701) enfrían una segunda porción (69; 307) del gas refrigerante comprimido, medios (75; 617; 717) expanden mecánicamente la citada segunda porción enfriada y medios (77&79; 77&407) alimentan la citada segunda porción expandida a la tercera zona de intercambio de calor (63; 303; 601; 701).
\newpage
31. Un sistema de acuerdo con la reivindicación 28 para la licuación de un gas por un proceso de acuerdo con la reivindicación 8, en el que medios (31) expanden el gas refrigerante comprimido (517) enfriado en la tercera zona de intercambio de calor (503) para proporcionar un primer refrigerante expandido mecánicamente (29), medios dividen el citado primer refrigerante expandido mecánicamente en un primer y un segundo refrigerantes enfriados, medios (505) alimentan el citado primer refrigerante enfriado a la tercera zona de intercambio de calor, medios (511) enfrían más el citado segundo refrigerante enfriado (509), medios (513) expanden mecánicamente el citado segundo refrigerante más enfriado para proporcionar un segundo refrigerante expandido mecánicamente y medios (515) alimentan el citado segundo refrigerante expandido mecánicamente a la segunda zona de intercambio de
calor.
32. Un sistema de acuerdo con la reivindicación 28 para la licuación de un gas por un proceso de acuerdo con la reivindicación 9, en el que medios (31; 711) expanden mecánicamente una primera porción (61) del gas refrigerante comprimido (59) enfriado en la tercera zona de intercambio de calor (601; 701) para proporcionar un primer refrigerante expandido mecánicamente, medios (71) enfrían una segunda porción (69) del gas refrigerante comprimido por intercambio de calor indirecto con un refrigerante vaporizador proporcionado por un tercer sistema de refrigeración, medios (617; 717) expanden mecánicamente la citada segunda porción enfriada para proporcionar un segundo refrigerante expandido mecánicamente y medios (29&619; 712&719) alimentan los citados primer y segundo refrigerantes expandidos mecánicamente a la segunda zona de intercambio de calor.
33. Un sistema de acuerdo con la reivindicación 28 para la licuación de un gas por un proceso de acuerdo con la reivindicación 10, en el que medios (821) expanden mecánicamente una porción (812) del refrigerante comprimido enfriado procedente de la tercera zona de intercambio de calor (809) y medios (823) alimentan el citado gas refrigerante comprimido enfriado a la segunda zona de intercambio de calor.
34. Un sistema de acuerdo con la reivindicación 28 para la licuación de un gas por un proceso de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el segundo sistema de refrigeración comprende:
-
medios de compresión (83) para comprimir un primer gas refrigerante (81) para proporcionar el gas refrigerante comprimido (59);
-
medios para dividir el gas refrigerante comprimido en un primer y un segundo refrigerantes comprimidos;
-
medios (61) para alimentar el citado primer refrigerante comprimido a la tercera zona de intercambio de calor (63) para proporcionar un primer refrigerante comprimido enfriado (65);
-
medios (31) para expandir mecánicamente el primer refrigerante comprimido enfriado para proporcionar un refrigerante frío expandido mecánicamente;
-
medios (29) para alimentar el citado refrigerante frío expandido mecánicamente a la segunda zona de intercambio de calor (27; 401);
-
medios (67) para retirar de la segunda zona de intercambio de calor un refrigerante intermedio;
-
medios (71) para enfriar el segundo refrigerante comprimido (69) por intercambio de calor indirecto con un refrigerante vaporizador para proporcionar un segundo refrigerante comprimido enfriado (73);
-
medios (75) para expandir mecánicamente el citado segundo refrigerante comprimido enfriado para proporcionar un segundo refrigerante expandido mecánicamente (77);
-
medios para combinar el citado segundo refrigerante expandido mecánicamente con el citado refrigerante intermedio para proporcionar un refrigerante intermedio combinado;
-
medios (79 & 407) para alimentar el citado refrigerante intermedio combinado a la tercera zona de intercambio de calor; y
-
medios (81) para retirar de la tercera zona de intercambio de calor un refrigerante caliente y alimentar el citado refrigerante caliente al citado medio de compresión (83) como primer gas refrigerante.
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35. Un sistema de acuerdo con la reivindicación 28 para la licuación de un gas por un proceso de acuerdo con la reivindicación 12, en el que el segundo sistema de refrigeración comprende:
-
medios de compresión (83) para comprimir un primer gas refrigerante (81) para proporcionar el gas refrigerante comprimido;
-
medios (59) para alimentar el citado gas refrigerante comprimido a la tercera zona de intercambio de calor (63) para proporcionar un refrigerante comprimido enfriado;
-
medios para dividir el gas refrigerante comprimido en un primer y un segundo refrigerantes comprimidos;
-
medios (60) para alimentar el citado primer refrigerante comprimido a través de la tercera zona de intercambio de calor (63) para proporcionar un primer refrigerante comprimido más enfriado (65);
-
medios (31) para expandir mecánicamente el citado primer refrigerante más enfriado para proporcionar un primer refrigerante expandido mecánicamente;
-
medios (203) para expandir mecánicamente el citado segundo refrigerante comprimido enfriado para proporcionar un segundo refrigerante expandido mecánicamente;
-
medios (29&205) para alimentar el citado primer refrigerante expandido mecánicamente y el citado segundo refrigerante expandido mecánicamente a la segunda zona de intercambio de calor (27);
-
medios (79) para retirar de la segunda zona de intercambio de calor un refrigerante intermedio combinado y alimentar el citado refrigerante intermedio combinado a la tercera zona de intercambio de calor; y
-
medios (81) para retirar de la tercera zona de intercambio de calor un refrigerante calentado y alimentar el citado refrigerante calentado a los citados medios de compresión (83) como primer gas refrigerante.
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36. Un sistema de acuerdo con la reivindicación 28 para la licuación de un gas por un proceso de acuerdo con la reivindicación 13, en el que el segundo sistema de refrigeración comprende:
-
un compresor de refrigerante de varias etapas (305) para comprimir un primer gas refrigerante (81) y un segundo gas refrigerante (82) para proporcionar un gas refrigerante comprimido (59);
-
medios para dividir el gas refrigerante comprimido en un primer y un segundo refrigerantes comprimidos;
-
medios (306) para alimentar el citado primer refrigerante comprimido a la tercera zona de intercambio de calor (303) para proporcionar un primer refrigerante comprimido enfriado (65);
-
medios (31) para expandir mecánicamente el citado primer refrigerante enfriado para proporcionar un primer refrigerante frío expandido mecánicamente a una primera presión;
-
medios (29) para alimentar el citado primer refrigerante frío expandido mecánicamente a la segunda zona de intercambio de calor (27);
-
medios (67) para retirar de la segunda zona de intercambio de calor un refrigerante intermedio y alimentar el citado refrigerante intermedio a la tercera zona de intercambio de calor;
-
medios (71) para enfriar el citado segundo refrigerante comprimido por intercambio de calor indirecto con un refrigerante vaporizador para proporcionar un segundo refrigerante comprimido enfriado (73);
-
medios (75) para expandir mecánicamente el citado segundo refrigerante comprimido enfriado para proporcionar un segundo refrigerante expandido mecánicamente a una segunda presión mayor que la primera presión;
-
medios (301) para alimentar el citado segundo refrigerante expandido mecánicamente a la tercera zona de intercambio de calor;
-
medios (82) para retirar de la tercera zona de intercambio de calor un refrigerante calentado (82) para proporcionar el segundo gas refrigerante y alimentar el citado segundo gas refrigerante a una etapa intermedia del compresor de refrigerante de varias etapas; y
-
medios (81) para retirar de la tercera zona de intercambio de calor un refrigerante calentado (81) para proporcionar el primer gas refrigerante y alimentar el citado primer gas refrigerante a una primera etapa del compresor de refrigerante de varias etapas.
\vskip1.000000\baselineskip
37. Un sistema de acuerdo con la reivindicación 28 para la licuación de un gas por un proceso de acuerdo con la reivindicación 14, en el que el segundo sistema de refrigeración comprende:
-
medios de compresión (83) para comprimir un gas refrigerante (81) para proporcionar el gas refrigerante comprimido (59);
-
medios para dividir el gas refrigerante comprimido en un primer y un segundo refrigerantes comprimidos;
\newpage
-
medios (61) para alimentar el citado primer refrigerante comprimido a la tercera zona de intercambio de calor (63) para proporcionar un primer refrigerante comprimido enfriado (65);
-
medios (31) para expandir mecánicamente el citado primer refrigerante enfriado para proporcionar un primer refrigerante frío expandido mecánicamente;
-
medios (29) para alimentar el citado refrigerante expandido mecánicamente a la segunda zona de intercambio de calor (401) para proporcionar un primer refrigerante expandido mecánicamente y enfriado (402);
-
medios (430) para expandir mecánicamente el citado primer refrigerante expandido mecánicamente y enfriado para proporcionar un refrigerante frío expandido mecánicamente;
-
medios (405) para alimentar el citado refrigerante frío expandido mecánicamente a la segunda zona de intercambio de calor;
-
medios (67) para retirar de la segunda zona de intercambio de calor un refrigerante intermedio;
-
medios para enfriar el citado segundo refrigerante comprimido por intercambio de calor indirecto (71) con un refrigerante vaporizador para proporcionar un segundo refrigerante comprimido enfriado (73);
-
medios (75) para expandir mecánicamente el citado segundo refrigerante comprimido enfriado para proporcionar un segundo refrigerante expandido mecánicamente;
-
medios (77) para combinar el segundo refrigerante expandido mecánicamente con el refrigerante intermedio para proporcionar un refrigerante combinado;
-
medios (407) para alimentar el citado refrigerante combinado a la tercera zona de intercambio de calor;
-
medios (81) para retirar de la tercera zona de intercambio de calor el primer gas refrigerante y alimentar el citado primer gas refrigerante a los medios de compresión (83).
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38. Un sistema de acuerdo con la reivindicación 28 para la licuación de un gas por un proceso de acuerdo con la reivindicación 15, en el que el segundo sistema de refrigeración comprende:
-
un compresor de refrigerante de varias etapas (507) para comprimir un primer gas refrigerante (81) y un segundo gas refrigerante (82) para proporcionar el gas refrigerante comprimido;
-
medios (517) para alimentar el citado gas refrigerante comprimido a la tercera zona de intercambio de calor (503) para proporcionar un primer refrigerante comprimido enfriado (501);
-
medios (31) para expandir mecánicamente el citado primer refrigerante comprimido enfriado para proporcionar un primer refrigerante frío expandido mecánicamente (29) a una primera presión;
-
medios para dividir el primer refrigerante frío expandido mecánicamente en un primer y un segundo refrigerantes fríos;
-
medios (505) para alimentar el citado primer refrigerante frío a la tercera zona de intercambio de calor;
-
medios (82) para retirar de la tercera zona de intercambio de calor un refrigerante calentado para proporcionar el segundo gas refrigerante e introducir el citado segundo gas refrigerante en una etapa intermedia del compresor de refrigerante de varias etapas;
-
medios (509) para alimentar el citado segundo refrigerante frío a la segunda zona de intercambio de calor (511) para proporcionar un segundo refrigerante comprimido enfriado (512);
-
medios (513) para expandir mecánicamente el citado segundo refrigerante comprimido enfriado para proporcionar un segundo refrigerante expandido mecánicamente a una segunda presión menor que la primera presión;
-
medios (515) para alimentar el citado segundo refrigerante expandido mecánicamente a la segunda zona de intercambio de calor; y
-
medios (81) para retirar de la segunda zona de intercambio de calor un refrigerante calentado para proporcionar el primer gas refrigerante e introducir el citado primer gas refrigerante en una primera etapa del compresor de refrigerante de varias etapas.
\newpage
39. Un sistema de acuerdo con la reivindicación 28 para la licuación de un gas por un proceso de acuerdo con la reivindicación 16, en el que el segundo sistema de refrigeración comprende:
-
medios de compresión (83) para comprimir un gas refrigerante (81) para proporcionar el gas refrigerante comprimido (59);
-
medios para dividir el gas refrigerante comprimido en un primer y un segundo refrigerantes comprimidos;
-
medios (61) para alimentar el citado primer refrigerante comprimido a la tercera zona de intercambio de calor (601) para proporcionar un primer refrigerante comprimido enfriado (65);
-
medios (31) para expandir mecánicamente el citado primer refrigerante comprimido enfriado para proporcionar un refrigerante frío expandido mecánicamente;
-
medios (29) para alimentar el citado refrigerante frío expandido mecánicamente a la segunda zona de intercambio de calor (27) para formar en la segunda zona de intercambio de calor un refrigerante calentado parcialmente;
-
medios (71) para enfriar el segundo refrigerante comprimido por intercambio de calor indirecto con un refrigerante vaporizador para proporcionar un refrigerante enfriado intermedio;
-
medios (615) para alimentar el citado refrigerante enfriado intermedio a la tercera zona de intercambio de calor para proporcionar un segundo refrigerante comprimido enfriado (616);
-
medios (617) para expandir mecánicamente el segundo refrigerante comprimido enfriado para proporcionar un segundo refrigerante expandido mecánicamente;
-
medios (619) para combinar el segundo refrigerante frío expandido mecánicamente y el refrigerante calentado parcialmente para proporcionar un refrigerante intermedio combinado;
-
medios para alimentar el citado refrigerante intermedio combinado a través de la segunda zona de intercambio de calor;
-
medios (67) para retirar de la segunda zona de intercambio de calor un refrigerante calentado parcialmente y alimentar el citado refrigerante calentado parcialmente a la tercera zona de intercambio de calor; y
-
medios (81) para retirar de la tercera zona de intercambio de calor el refrigerante calentado y alimentar el citado refrigerante calentado a los medios de compresión (83) para proporcionar el primer gas refrigerante.
\vskip1.000000\baselineskip
40. Un sistema de acuerdo con la reivindicación 28 para la licuación de un gas por un proceso de acuerdo con la reivindicación 17, en el que el segundo sistema de refrigeración comprende:
-
un compresor de refrigerante de varias etapas (507) para comprimir un primer gas refrigerante (81) y un segundo gas refrigerante para proporcionar el gas refrigerante comprimido (807);
-
medios (59) para alimentar el citado gas refrigerante comprimido a la tercera zona de intercambio de calor (809) para proporcionar un refrigerante comprimido enfriado (810);
-
medios para dividir el refrigerante comprimido enfriado en un primer y un segundo refrigerantes enfriados (811, 812);
-
medios (813) para expandir mecánicamente el citado primer refrigerante enfriado para proporcionar un primer refrigerante expandido mecánicamente a una primera presión;
-
medios (815&827) para alimentar el citado primer refrigerante expandido mecánicamente a la segunda y después a la tercera zona de intercambio de calor (817, 809);
-
medios (82) para retirar de la tercera zona de intercambio de calor un refrigerante calentado para proporcionar el segundo gas refrigerante e introducir el citado segundo gas refrigerante en una etapa intermedia del compresor de refrigerante de varias etapas;
-
medios (812) para alimentar el citado segundo refrigerante enfriado a la segunda zona de intercambio de calor para proporcionar un segundo refrigerante comprimido enfriado (819);
-
medios (821) para expandir mecánicamente el segundo refrigerante comprimido enfriado para proporcionar un segundo refrigerante expandido mecánicamente a una segunda presión menor que la primera presión;
\newpage
-
medios (823) para alimentar el citado segundo refrigerante expandido mecánicamente a la segunda y después a la tercera zona de intercambio de calor; y
-
medios (81) para retirar de la tercera zona de intercambio de calor un refrigerante calentado para proporcionar el primer gas refrigerante e introducir el citado primer gas refrigerante en la primera etapa del compresor de refrigerante de varias etapas.
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41. Un sistema de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 28 a 40, en el que el primer sistema de refrigeración (21) es independiente del segundo sistema de refrigeración.
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