ITMI20091768A1 - Processo per impianti gnl anche di grande capacita' richiedente basse portate volumetriche ai compressori frigoriferi - Google Patents

Processo per impianti gnl anche di grande capacita' richiedente basse portate volumetriche ai compressori frigoriferi Download PDF

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ITMI20091768A1
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Description

DESCRIZIONE DI INVENZIONE INDUSTRIALE
PROCESSO PER IMPIANTI GNL ANCHE DI GRANDE CAPACITA' RICHIEDENTE BASSE PORTATE VOLUMETRICHE Al COMPRESSORI FRIGORIFERI,
Introduzione:
L'industria del GNL è stata segnata fin dall’inizio dalla necessità di ridurre i costi, cui si è risposto ricorrendo principalmente all’economia di scala. La tendenza a linee di liquefazione di maggiore capacità è stata sempre limitata dalla capacità delle apparecchiature disponibili, in particolare compressori e motrici. L'industria meccanica ed elettromeccanica ha reso disponibili macchinari di crescente potenza, dando il maggior contributo all’aumento della produzione della singola linea di liquefazione. Anche la tecnologia del GNL si è costantemente evoluta, cercando:
- di diminuire l'energia specifica di liquefazione per ottenere il massimo di produzione dal macchinario esistente
- di ripartire in misura opportuna la potenza totale tra i cicli frigoriferi del processo per poter impiegare in ciascuno di essi il macchinario della massima capacità. In questi campi la tecnica nota ha ottenuto notevoli successi, proponendo schemi di liquefazione a basso consumo energetico e sufficientemente flessibili.
Rispettando i predetti risultati, la presente invenzione porta un contributo all’aumento della capacità della singola linea di liquefazione. Gli schemi proposti consentono una sostanziale riduzione della portata volumetrica dei compressori frigoriferi, senza diminuirne le prestazioni. Le dimensioni dei compressori risultano minori. Ne conseguono due importanti risultati:
- in molti casi il costo dei compressori è inferiore
- soprattutto, è possibile a parità di portata volumetrica ottenere dal compressore una maggior potenza di refrigerazione, e quindi costruire linee di maggiore capacità.
Descrizione.
Alcuni dei criteri che vengono proposti possono essere utilizzati in ogni ciclo frigorifero a refrigerante misto, tuttavia nel seguito per concretezza viene descritta la loro applicazione ad un processo a due cicli frigoriferi. La refrigerazione necessaria viene prodotta da un ciclo, nel seguito detto primario, che liquefa e sottoraffredda il gas naturale, e da un altro ciclo, detto secondario, che preraffredda il gas naturale e condensa il refrigerante del ciclo primario. Questi cicli possono essere suddivisi in più stadi di refrigerazione-compressione, nel seguito indicheremo come primo lo stadio a minor pressione. Anche se in ogni stadio possono essere presenti alcune apparecchiature ausiliarie, in questa descrizione di principio si tratterà principalmente dello scambiatore, in cui le correnti di processo vengono raffreddate e/o condensate evaporando il refrigerante, e dello stadio di compressione, che comprime il refrigerante evaporato fino alla pressione dello stadio successivo o dello stadio finale. In particolare, come è usuale pratica della tecnica nota, le correnti di refrigerante vengono sottoraffreddate prima dell’espansione per ottenere temperature un poco inferiori.
La presente invenzione ha per oggetto un ciclo di liquefazione di gas bassobollenti ed in particolare del gas naturale ad elevata efficienza, e che consente una più elevata capacità. L’invenzione è caratterizzata essenzialmente dal suo ciclo primario, in cui due refrigeranti di composizione diversa vengono alimentati ai due stadi del ciclo, e dal suo ciclo secondario, nel quale il refrigerante non viene completa mente vaporizzato nei rispettivi scambiatori, separando all’uscita una fase di vapore saturo che viene direttamente alimentato al compressore, ed una fase liquida che viene utilizzata in un punto diverso deirimpianto.
Il processo complessivo di liquefazione del gas naturale è illustrato nell'esempio che segue con riferimento alle figure 1 , 2 e 3.
Ciclo primario. E’ noto che per diminuire la portata volumetrica max. a un ciclo frigorifero è possibile suddividere il ciclo in due o più stadi: le portate volumetriche a ciascun stadio sono inferiori rispetto alla portata che si avrebbe con un ciclo ad un solo stadio. Questo schema è stato applicato dalla tecnica nota ad un ciclo a due stadi di refrigerazione-compressione mantenendo immutata la composizione del refrigerante in tutto il ciclo, e quindi anche nelle alimentazioni ai due scambiatori del ciclo. Secondo questo schema la composizione del refrigerante deve essere sufficientemente leggera da evaporare completamente alle condizioni di uscita dello scambiatore di secondo stadio. Di conseguenza, nello scambiatore di primo stadio dove la pressione è minore il refrigerante evapora completamente ben prima dell’uscita dallo scambiatore ed esce da esso significativamente surriscaldato. Le calorie per grado acquistate durante il surriscaldamento (calore sensibile) sono inferiori a quelle acquistate durante l’evaporazione (calore latente), per cui le calorie totali acquistate dal refrigerante nel primo scambiatore sono significativamente inferiori a quelle che sarebbero acquistate se il fluido nello scambiatore acquistasse calorie solo per evaporazione, cioè se la sua composizione fosse più pesante. La suddivisione del ciclo in due stadi secondo questo schema comporta una elevata portata di refrigerante di primo stadio - anche se inferiore a quella di un ciclo a un solo stadio -e in totale una maggior potenza del ciclo. Variazioni a questo schema di suddivisione finora pubblicate non comportano particolari vantaggi (Gazzi e Sguera brev. it.
1 176290, Paradowski e Rojey Usa pat 6105389). A risparmio di potenza la tecnica nota usa perciò un ciclo primario a un solo stadio (Martin, Pigourier e Boutelant: Liquefin, an innovative process to reduce LNG costs, 22th Word Gas Conference, Tokio, 2003).
Nello schema qui proposto il ciclo primario è previsto in due stadi, e in essi vengono evaporati refrigeranti aventi diversa composizione. Ci sono diversi modi per ottenere composizioni diverse. Il refrigerante del ciclo può essere alimentato tal quale ai due stadi, ma nel secondo scambiatore, che è a pressione più alta, ne viene evaporata solo la parte più leggera, avviata al secondo stadio di compressione, mentre il liquido residuo viene espanso alla pressione di primo stadio. Nello scambiatore di primo stadio il refrigerante viene parzialmente evaporato, poi in uscita dallo scambiatore viene appesantito unendovi il liquido residuo dallo scambiatore di secondo stadio. La miscela viene completamente evaporata nello scambiatore di secondo stadio, da cui esce a temperatura di poco superiore al suo punto di rugiada, e viene avviata al primo stadio di compressione. In questo modo entrambi gli scambiatori vengono raffreddati con calore latente e non con calore sensibile, le portate dei due stadi sono minimizzate.
Uno schema più flessibile, che consente di meglio definire le composizioni secondo le necessità del ciclo, consiste nel separare un liquido ed un vapore ad una opportuna temperatura durante la condensazione del refrigerante primario, e poi condensare e sottoraffreddare il vapore nel ciclo primario rievaporandolo in parte nello scambiatore di primo stadio. In questo modo il refrigerante di primo stadio è più leggero e produce più facilmente la bassa temperatura richiesta dal processo. Il liquido viene alimentato al secondo scambiatore e parzialmente vaporizzato. Il vapore viene avviato al secondo stadio di compressione, il liquido residuo viene espanso alla pressione di primo stadio, miscelato al refrigerante in uscita dal primo scambiatore, che risulta appesantito, ed alimentato come nello schema precedente al secondo scambiatore.
Può essere talvolta opportuno utilizzare nel primo scambiatore un refrigerante sempre più leggero del refrigerante totale del ciclo, ma più pesante del vapore ottenuto durante la condensazione parziale. In questo caso si può condensare il vapore ed aggiungervi una parte del liquido separato durante la condensazione del refrigerante totale.
E’ importante notare che sempre il refrigerante dello stadio a bassa pressione è leggero nel primo scambiatore, dove occorre raggiungere le temperature più basse, e poi viene appesantito prima di alimentare il secondo scambiatore, in modo da raffreddare con il calore latente e non con il calore sensibile.
Gli schemi precedenti consentono molta flessibilità nella progettazione del ciclo primario. Possono essere ulteriormente variati per adeguarsi ad eventuali richieste del costruttore del compressore.
Per il refrigerante totale del ciclo primario, dal quale si ottengono i due refrigeranti di diversa composizione, è prevista una composizione molare compresa entro i seguenti limiti:
N2 4 - 15 %
CH4 35 - 65 %
C2H6 e/o C2H4 30 - 48 %
C3H8 e/o C3H6 0 - 8 %
Il compressore del ciclo primario opera tra una pressione di aspirazione al primo stadio compresa tra 200 e 500 kPa ed una pressione di mandata compresa tra 3000 e 6500 kPa.
Ciclo secondario. Questo ciclo viene solitamente progettato in più stadi, da tre a cinque, la massima portata volumetrica si ha al primo o al secondo stadio. Si è visto nella descrizione del ciclo primario che se il refrigerante esce dallo scambiatore al suo punto di rugiada, senza essere surriscaldato, la portata necessaria di refrigerante e la potenza del corrispondente stadio di compressione sono minori. Questo criterio può essere applicato anche nel ciclo secondario. Ovviamente non è possibile ottenere che tutti i refrigeranti escano dai rispettivi scambiatori al punto di rugiada, durante la marcia normale e soprattutto nei transitori. La presente invenzione prevede che il refrigerante esca non completamente vaporizzato ed il vapore venga separato ed alimentato al compressore. Il liquido residuo, che in marcia normale e nella maggior parte degli stadi può variare da 0 a 10 % del refrigerante totale alimentato a quello stadio, può essere pompato ed utilizzato in vari modi, alcuni dei possibili sono: - unire il liquido al refrigerante in ingresso allo scambiatore a pressione immediatamente superiore
- unire il liquido al refrigerante in uscita dallo scambiatore a pressione immediatamente superiore, prima del separatore all’ingresso compressore
- unire il liquido al refrigerante totale prima del condensatore o del primo condensatore
- iniettare i liquidi in almeno uno stadio del compressore.
Le pompe per il recupero dei liquidi aH’uscita degli scambiatori hanno una potenza trascurabile, devono però essere surdimensionate per i casi di emergenza.
Il refrigerante secondario ha un maggior peso molecolare medio ed un volatilità minore del primario. La sua composizione molare in uscita dal treno di compressione è compresa entro i seguenti limiti:
CH4 0 - 3 %
C2H6 e/o C2H4 40 - 70 %
C3H8 e/o C3H6 35 - 65%
Butani e/o buteni 0 - 8 %
Il treno di compressione del ciclo secondario opera tra una pressione di aspirazione compresa tra 130 e 350 kPa ed una pressione di mandata compresa tra 3000 e 5000 kPa.
Per rendere evidenti le caratteristiche ed i vantaggi del processo secondo l’invenzione si illustra qui di seguito un esempio di realizzazione per la produzione di GNL, con riferimento alle figure 1 , 2 e 3.
Esempio.
Il calcolo è stato eseguito con il programma Hysys versione 7.1 , nel seguito le correnti sono state indicate riportando tra parentesi i numeri loro attribuiti nello schema di processo. E’ stata assunta una temperatura dell'acqua di raffreddamento di 28 °C, ed un approccio lato freddo dei refrigeranti ad acqua di 7 °C. I compressori sono stati calcolati con un rendimento politropico di 0,82. Gli scambiatori del ciclo primario hanno una LMTD di 3,5 °C, quelli del ciclo secondario di 5 °C. Le pressioni sono assolute.
Gas naturale. (Fig. 1) Il gas naturale (100) viene raffreddato a - 62 °C con il ciclo secondario, completamente condensato e sottorafffeddato a - 151 ,54 °C (103) con il ciclo primario, espanso a 150 kPa e poi in serbatoio (109) alla temperatura di - 160,30 °C. Vengono prodotte 961 ,296 ton/h di GNL pari a 8 milioni di ton/anno. L’8% del gas in ingresso, prodotto durante le espansioni del gas liquefatto, costituisce il combustibile per le necessità del processo e dei servizi vari del centro di liquefazione. Dopo recupero frigorie questo gas viene compresso ed alimentato alla rete fuel. Nella seguente tabella è riportato il bilancio materiali globale.
Gas grezzo GNL Gas combust.
Corrente (100) (109) (112) kmol/h 58168,88 53515,34 4653,54
P, kPa 5700 135
T, °C 35 -160,30 -41
fr. mol., N2 0,00500 0,00122 0,04842
C1 0,09080 0,90422 0,95143
C2 0,05700 0,06194 0,00015
C3 0,02200 0,02391 0,00000
iC4 0,00300 0,00326 0,00000
nC4 0,00500 0,00543 0,00000
P. M. 17,856 17,963 16,625
Ciclo primario. (Fig. 2) Il ciclo è suddiviso in due stadi, il secondo scambiatore LNG202 raffredda le correnti di processo a - 130 °C, il primo LNG201 a -151,54 °C. Il gas naturale (101) ed il refrigerante primario (220) vengono raffreddati e parzialmente condensati a - 62 °C con il ciclo secondario. Il refrigerante primario entra nel ciclo a - 62 °C e 4800 kPa, parzialmente vaporizzato. Il vapore (209) viene condensato e sottoraffreddato assieme al liquido (203) a -130 °C nel secondo scambiatore ed addizionato di una parte del liquido. La miscela (201 ), che costituisce il refrigerante di primo stadio, viene sottorafffeddata (214) a - 151,54 °C, espansa a 400 kPa e parzialmente evaporata nel primo scambiatore. La maggior parte del liquido (210) viene espansa a 800 kPa e riscaldata fino a - 64 °C e parzialmente evaporata nel secondo scambiatore. Il vapore (218) va al recupero termico in E204 fino a 7 °C e poi al secondo stadio di compressione. Il liquido (219) viene nuovamente sottoraffreddato a -130 °C, espanso alla pressione di primo stadio e unito al refrigerante in uscita dal primo scambiatore (207). La miscela risultante (222) viene evaporata nel secondo scambiatore LNG202 di cui completa la refrigerazione, cede il suo calore sensibile in E205 fino a - 41 °C, poi viene compressa nel primo stadio di compressione e si unisce alla corrente (233) uscente dal recupero termico a 7 °C. Il refrigerante totale (232) viene compresso in ulteriori 3 stadi fino a 4920 kPa, raffreddato con acqua e refrigerante secondario a - 62 °C, e ritorna in ciclo (220).
Secondo questo schema dal refrigerante totale vengono prodotte tre correnti, una per raffreddare il primo scambiatore e due per raffreddare il secondo scambiatore. Nella tabella seguente riportiamo le dette correnti alle condizioni di ingresso scambiatore.
Refrigerante Totale 1° scamb. 2° scamb. BP 2° scamb. AP Corrente (220) (215) (222) (205) kmol/h 61834,85 27182,08 33706,21 34652,77 P, kPa 4800 400 390 800
T, °C - 62 - 157,66 -130,79 -131 ,46
fr. mol., N2 0,09141 0,13634 0,11029 0,05617
C1 0,50946 0,55770 0,46477 0,47162
C2 0,37455 0,28853 0,38628 0,44202
C3 0,02458 0,01742 0,03866 0,03019
P. M. 23,080 22,21 1 23,866 23,762
compressore primario ha le seguenti caratteristiche:
Stadio P asp., kPa Potenza, kW Portata, mc/h 1 375 17185 167790
2 780 46061 177325
3° 1840 26976 80337
4° 3000 25582 47079 Totale 115784
Ciclo secondario. (Fig. 3) Viene qui descritto il caso in cui il ciclo frigorifero ha quattro stadi. Il refrigerante totale (342) viene condensato in E301 a 3202 kPa e 35 °C. Il liquido (305) viene raffreddato a 10 °C nello scambiatore LNG304 assieme al gas naturale (100) ed al refrigerante primario (240), una parte (309) viene espansa (337), alimentata in controcorrente a LNG304, totalmente vaporizzata ed alimentata (352) al compressore. La parte residua viene raffreddata a - 18,20 °C (313) in LNG303, in cui si ripete lo schema di trattamento dello scambiatore precedente, ma con la differenza che in uscita da LNG303 il refrigerante (317) è vaporizzato per il 98,55 %. Il vapore (328) è avviato alla compressione, il liquido (332) è ripreso con la pompa P303 ed unito al refrigerante (337) in ingresso a LNG304. In uscita da LNG303 il refrigerante residuo (326) viene raffreddato a - 38 °C, espanso, unito alla corrente (304) e vaporizzato in LNG302 per il 97,93 %. Il vapore (323) viene avviato alla compressione, il liquido (324) viene unito al refrigerante (327) all’ingresso di LNG303. Il refrigerante residuo (314) viene sottoraffreddato a - 62 °C, espanso e vaporizzato in LNG301 per il 95,18 %. Il vapore (302) viene avviato alla compressione, il liquido (303) viene miscelato al refrigerante (322) in alimentazione a LNG302.
Il refrigerante di questo esempio (305) è costituito da etano 60 % e propano 40 % mol, P. M. 35,681. I piccoli quantitativi di metano e di butani che sempre si trovano rispettivamente neN'etano e nel propano prodotti per il rabbocco dei cicli frigo riferì non modificano il comportamento del refrigerante. Metano e butani possono però essere costituenti necessari fino ad un massimo rispettivamente del 3 e 8 % molare in funzione della temperatura ottenibile per la condensazione dei refrigeranti e della temperatura al confine tra i due cicli.
I vapori prodotti nei quattro scambiatori sono compressi nel compressore K300, le cui caratteristiche sono:
Stadio P asp, kPa Potenza, kW mc/h attuali 1 183 11205 197180 2 430 20377 188179 3° 872 37842 160279 4° 1830 40152 110000 Totale 109576
Confronto.
Le prestazioni del nuovo schema sono state confrontate con i dati di letteratura elaborati da H. Paradowski e P. Hagyard, Comparing five LNG processes, Palladian Publications Ltd 2005. I parametri presi a confronto sono stati la potenza totale dei compressori di processo e le portate volumetriche massime di ciascun compressore, alle condizioni di clima caldo. I cinque processi esaminati dai detti Autori sono: - il C3/MCR, in cui il ciclo primario (utilizzando la stessa terminologia fin qui usata) è a refrigerante misto ed il secondario è un ciclo a propano
- il DMR, in cui anche il ciclo secondario è a refrigerante misto
- il Liquefin, basato su due cicli a refrigerante misto, in cui il primario ha un solo stadio di refrigerazione-compressione
- il SMR-SP, con un unico ciclo a refrigerante misto, evaporato a una sola pressione
- il SMR-DP, con un unico ciclo a refrigerante misto, evaporato a due pressioni Abbiamo preso in esame per il confronto la produzione di GNL in serbatoio, 651 t/h per lo studio e 961 ,3 t/h per l’esempio su riportato. A parità di efficienza politropica dei compressori, 82 %, i valori di potenza e portata dello Studio possono essere riportati alle condizioni dell’Esempio per semplice proporzione.
Per una produzione di GNL in serbatoio di 961 ,3 t/h (8 milioni di t/anno) si ottiene la seguente tabella:
Processo Potenza, Portata, act. mc/h Portata, act. mc/h kW totali ciclo primario ciclo secondario C3/MCR 234049 344059 299760 DMR 228290 344059 189011
LIQUEFIN 229768 231834 268750
SMR-SP 252359 332246
SMR-DP 247339 286470 162431
ESEMPIO 225360 177325 197180
Per il confronto della portata volumetrica attuale è stato considerata in ogni processo la maggiore delle portate ai compressori, evidenziata in neretto. Risulta per l’Esempio una portata pari al 75 % della portata minore dello Studio.
Il processo proposto conserva i vantaggi della tecnica nota. Difatti:
- la potenza necessaria ricalca i valori riportati in letteratura
- la flessibilità è addirittura migliorata perché oltre alla possibilità di variare la temperatura al confine tra i due cicli frigoriferi è ora più facile variare la temperatura tra gli stadi di ogni ciclo frigorifero

Claims (6)

  1. Rivendicazioni dell'invenzione PROCESSO PER IMPIANTI GNL ANCHE DI GRANDE CAPACITA’ RICHIEDENTE BASSE PORTATE VOLUMETRICHE Al COMPRESSORI FRIGORIFERI, 1) Processo per la liquefazione del gas naturale basato sull'impiego di due cicli a refrigerante misto in serie, dei quali uno, detto primario, liquefa e sottoraffredda il gas naturale, e l’altro, detto secondario, preraffredda il gas naturale e condensa il refrigerante del ciclo primario fino ad una temperatura compresa tra -50 e -80 °C, in cui uno o più dei detti cicli impiega due o più refrigeranti di composizione diversa e vaporizzati a pressione diversa tra loro, nel quale il ciclo frigorifero secondario è costituito da due o più stadi di refrigerazione e compressione, caratterizzato dal fatto - che il refrigerante secondario, dopo compressione e condensazione, viene sottoraffreddato nello scambiatore più caldo della serie, - che una parte di esso viene espansa, vaporizzata nel detto scambiatore più caldo sottoraffreddando sé stesso e raffreddando il gas naturale ed il refrigerante primario e compressa nell’ultimo stadio di compressione, mentre la parte residua del refrigerante secondario è sottoposta alla stessa sequenza di sottoraffreddamento, espansione di parte di essa, vaporizzazione e compressione negli stadi via via più freddi, fino all’ultimo della serie in cui tutto il refrigerante è vaporizzato e compresso, - che in uno o più degli stadi il refrigerante secondario è solo parzialmente vaporizzato ed il vapore viene avviato alla compressione senza subire alcun surriscaldamento, - che il liquido residuo del refrigerante secondario solo parzialmente vaporizzato, nella misura da 0,1 a 10 %, viene separato prima del compressore, ripreso con una pompa ed utilizzato in un punto diverso deirimpianto.
  2. 2) Processo per la liquefazione del gas naturale secondo la rivendicazione 1 ), caratterizzato dal fatto che il liquido residuo viene unito al refrigerante in ingresso allo scambiatore immediatamente più caldo.
  3. 3) Processo per la liquefazione del gas naturale secondo la rivendicazione 1 ), caratterizzato dal fatto che il liquido residuo viene unito al refrigerante in uscita allo scambiatore immediatamente più caldo.
  4. 4) Processo per la liquefazione del gas naturale secondo la rivendicazione 1 ), caratterizzato dal fatto che il liquido residuo viene iniettato nel compressore per diminuirne la temperatura.
  5. 5) Processo per la liquefazione del gas naturale secondo la rivendicazione 1 ), caratterizzato dal fatto che il liquido residuo viene unito alla corrente principale del refrigerante secondario prima del condensatore.
  6. 6) Processo per la liquefazione del gas naturale come da rivendicazioni 1 ), 2), 3), 4), e 5) in cui la composizione molare del refrigerante secondario totale in uscita dal treno di compressione è compresa entro i seguenti limiti: CH4 0 - 3 % C2H6 e/o C2H4 40 - 70 % C3H8 e/o C3H6 35 - 65 % Butani e/o butileni 0 - 8 % 7) Processo per la liquefazione del gas naturale come da rivendicazioni 1 ), 2), 3), 4), 5) e 6) in cui il compressore del ciclo secondario opera tra una pressione di aspirazione compresa tra 130 e 350 kPa ed una pressione di mandata compresa tra 2000 e 4500 kPa. 8) Processo per la liquefazione del gas naturale secondo la rivendicazione 1 ), caratterizzato dal fatto che il ciclo frigorifero primario è costituito da due stadi di refrigerazione-compressione alimentati con fluidi frigoriferi di diversa composizione, ottenuta come segue: il refrigerante primario, dopo compressione e raffreddamento con acqua o aria, assieme al gas naturale viene raffreddato con il ciclo secondario fino ad una temperatura compresa tra - 50 e - 80 °C e condensato per almeno il 70 % molare, e poi completamente condensato e sottoraffreddato nel secondo scambiatore del ciclo primario fino ad una temperatura compresa tra - 110 e - 140 °C, una parte viene sottoraffreddata assieme al gas naturale nel primo scambiatore ad una temperatura compresa tra - 145 e - 155 °C, espansa alla pressione di primo stadio e parzialmente vaporizzata nel primo scambiatore, mentre l’altra parte viene espansa alla pressione di secondo stadio, parzialmente vaporizzata nel secondo scambiatore, da cui si ottengono un vapore che viene avviato al secondo stadio di compressione, ed un liquido, che viene sottoraffreddato ad una temperatura compresa tra - 110 e -140 °C nel secondo scambiatore, espanso alla pressione di primo stadio, unito al refrigerante in uscita dal primo scambiatore ed alimentato come corrente refrigerante a bassa pressione al secondo scambiatore, vaporizzato e alimentato al primo stadio di compressione. 9) Processo per la liquefazione del gas naturale secondo la rivendicazione 1 ), caratterizzato dal fatto che il ciclo frigorifero primario è costituito da due stadi di refrigerazione-compressione alimentati con fluidi frigoriferi di diversa composizione, ottenuta come segue: il refrigerante primario totale viene parzialmente condensato ad una temperatura compresa tra - 40 e - 75 °C ottenendo un liquido ed un vapore che vengono separati, il vapore viene condensato e sottoraffreddato assieme al gas naturale nei due scambiatori del ciclo primario ad una temperatura compresa tra - 145 e - 155 °C, espanso alla pressione di primo stadio e parzialmente vaporizzato nel primo scambiatore, mentre il liquido viene sottoraffreddato nel secondo scambiatore ad una temperatura compresa tra - 110 e - 140 °C, espanso alla pressione di secondo stadio e parzialmente vaporizzato nel secondo scambiatore, da cui si ottiene un vapore che viene avviato al secondo stadio di compressione, ed un liquido che viene nuovamente sottoraffreddato ad una temperatura compresa tra - 110 e - 140 °C nel secondo scambiatore, espanso alla pressione di primo stadio, unito al refrigerante in uscita dal primo scambiatore ed alimentato come corrente refrigerante a bassa pressione al secondo scambiatore, vaporizzato e alimentato al primo stadio di compressione 10) Processo per la liquefazione del gas naturale secondo la rivendicazione 1), caratterizzato dal fatto che il ciclo frigorifero primario è costituito da due stadi di refrigerazione-compressione alimentati con fluidi frigoriferi di diversa composizione, ottenuta come segue: il refrigerante primario totale viene parzialmente condensato ad una temperatura compresa tra - 40 e - 75 °C ottenendo un liquido ed un vapore che vengono separati, il vapore viene condensato e sottoraffreddato nel secondo scambiatore assieme al gas naturale ed al liquido ad una temperatura compresa tra -1 10 e -140 °C, poi addizionato con il 60 fino al 110 % di liquido rispetto alla propria quantità, sottoraffreddato assieme al gas naturale fino ad una temperatura compresa tra - 145 e - 155 °C nel primo scambiatore, espanso alla pressione di primo stadio e parzialmente vaporizzato nel primo scambiatore, mentre il liquido viene espanso alla pressione di secondo stadio e parzialmente vaporizzato nel secondo scambiatore, da cui si ottiene un vapore che viene avviato al secondo stadio di compressione, ed un liquido che viene nuovamente sottoraffreddato ad una temperatura compresa tra 110 e - 140 °C nel secondo scambiatore, espanso alla pressione di primo stadio, unito al refrigerante in uscita dal primo scambiatore ed alimentato come corrente refrigerante a bassa pressione al secondo scambiatore, vaporizzato e alimentato al primo stadio di compressione. 11) Processo per la liquefazione del gas naturale come da rivendicazioni 1), 8), 9) e 10) in cui il refrigerante primario totale da cui si ottengono i due refrigeranti di diversa composizione ha una composizione molare compresa entro i seguenti limiti: N2 4 - 15 % CH4 35 - 65 % C2H6 e/o C2H4 30 - 48 % C3H8 e/o C3H6 0 - 8 % 12) Processo per la liquefazione del gas naturale come da rivendicazioni 1 ), 8), 9), 10) e 11) in cui il compressore del ciclo primario opera tra una pressione di aspirazione compresa tra 200 e 500 kPa ed una pressione di mandata compresa tra 2500 e 6500 kPa.
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Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1572900A (en) * 1976-04-21 1980-08-06 Shell Int Research Process of the liquefaction of natural gas
US5826444A (en) * 1995-12-28 1998-10-27 Institut Francais Du Petrole Process and device for liquefying a gaseous mixture such as a natural gas in two steps
DE19937623A1 (de) * 1999-08-10 2001-02-15 Linde Ag Verfahren zum Verflüssigen eines Kohlenwasserstoff-reichen Stromes
US6250105B1 (en) * 1998-12-18 2001-06-26 Exxonmobil Upstream Research Company Dual multi-component refrigeration cycles for liquefaction of natural gas
US20040255617A1 (en) * 2001-09-13 2004-12-23 Henri Paradowski Liquefaction method comprising at least a coolant mixture using both ethane and ethylene
WO2007020252A2 (de) * 2005-08-12 2007-02-22 Wolfgang Foerg Verfahren und anlage zum verflüssigen eines kohlenwasserstoffreichen stroms
US20070227185A1 (en) * 2004-06-23 2007-10-04 Stone John B Mixed Refrigerant Liquefaction Process
WO2008023059A2 (en) * 2006-08-24 2008-02-28 Shell Internationale Research Maatschappij B.V. Verfahren zum verflüssigen eines kohlenwasserstoff-reichen stromes
US20090241593A1 (en) * 2006-07-14 2009-10-01 Marco Dick Jager Method and apparatus for cooling a hydrocarbon stream

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1572900A (en) * 1976-04-21 1980-08-06 Shell Int Research Process of the liquefaction of natural gas
US5826444A (en) * 1995-12-28 1998-10-27 Institut Francais Du Petrole Process and device for liquefying a gaseous mixture such as a natural gas in two steps
US6250105B1 (en) * 1998-12-18 2001-06-26 Exxonmobil Upstream Research Company Dual multi-component refrigeration cycles for liquefaction of natural gas
DE19937623A1 (de) * 1999-08-10 2001-02-15 Linde Ag Verfahren zum Verflüssigen eines Kohlenwasserstoff-reichen Stromes
US20040255617A1 (en) * 2001-09-13 2004-12-23 Henri Paradowski Liquefaction method comprising at least a coolant mixture using both ethane and ethylene
US20070227185A1 (en) * 2004-06-23 2007-10-04 Stone John B Mixed Refrigerant Liquefaction Process
WO2007020252A2 (de) * 2005-08-12 2007-02-22 Wolfgang Foerg Verfahren und anlage zum verflüssigen eines kohlenwasserstoffreichen stroms
US20090241593A1 (en) * 2006-07-14 2009-10-01 Marco Dick Jager Method and apparatus for cooling a hydrocarbon stream
WO2008023059A2 (en) * 2006-08-24 2008-02-28 Shell Internationale Research Maatschappij B.V. Verfahren zum verflüssigen eines kohlenwasserstoff-reichen stromes

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