NO162533B - Fremgangsm te for flytendegjoering av naturgass ved to multikomponentkjoelemidler i lukket cyklus og innretning for utfoerelse avten. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse er rettet mot en fremgangsmåte for flytendegjøring av naturgass eller andre metanrike gasstrømm-er samt en innretning for gjennomføring av denne fremgangsmåte .

Oppfinnelsen er mere spesielt rettet mot en flytendegjørings-prosess og -apparatur med dualkomponentkjølemiddel som anvender en mere effektiv strømningsvei for kjølemidlene som benyttes for å gjøre naturgassen eller den metanrike gass-strøm flytende.

Gjenvinning og anvendelse av naturgass og andre metanrike gass-strømmer som økonomiske brennstoffkilder har krevet flytendegjøring av gassen for å tilveiebringe økonomisk transport av denne fra produksjonsstedet til bruksstedet. Flytendegjøring av store gassvolumer er åpenbart energi-intensiv. For at naturgass skal være tilgjengelige til konkurrerende priser, må flytendegjøringsprosessen. være så energieffektiv som mulig.

Ineffektiviteter i flytendegjøringsprosesser er vanligvis tilstede når kompresjonsbelastningen på kjøleutstyret for flytendegjøringen ikke balanseres på drivmidler eller elektriske motorer som benyttes for å drive utstyret i en enkelkomponentkjølemiddelcyklus, spesielt når slikt utstyr tilpasses ut gjennom flytendegjøringsinstallasjonen. Kom-pres j onsbelastningen er den hovedsakelige kraftforbrukende funksjon i en flytendegjøringsprosess. I tillegg må en slik prosess lett kunne tilpasses varierende områder med spesifikke klimatiske betingelser. Slike klimatiske betingelser kan også variere sesongbetont, spesielt i de mere ekstreme polarregioner. Slike klimatiske tilstander påvirker en flytendegjøringsprosess hovedsakelig i temperaturen på kjølevannet som benyttes i kjølingen for flyt-endegjøring av naturgassen. De virkelige målbare varia-sjoner i temperaturen på tilgjengelig kjølevann på grunn av forandrende årstider eller forskjellige klimatiske -soner kan forårsake ubalanser 1 de forskjellige kjølemiddelcykluser. Andre Ineffektivlteter kan også oppstå bortsett fra tilpasningen av kompresjonsbelastningen kompresjons-drivmidler i kjølemiddelcyklusen. Slike ineffektiviteter ligger vanligvis i tilpasning av gassen som skal flytende-gjøres mot kjølemidlet for å oppnå flytendegjøring. For en multikomponent trinnvis flashcyklus har sammensetningsva-riasjoner og lignende plaget fagmannen.

Forskjellige forsøk har vært gjort for å tilveiebringe effektive flytendegjøringsprosesser og som lett kan tilpasses forskjellige omgivelsesbetingelser og multiplekompo-nent, multiplecykluskjølemiddelprosesser. I US-PS 4.112.700 er det beskrevet et flytendegjøringsskjema for behandling av naturgass der to kjølemiddelstrømmer i lukket cyklus benyttes for å gjøre naturgass flytende. En første høynivå

(høyere temperatur) forkjølingscyklus benyttes i flere trinn for å kjøle ned naturgassen. Kjølemidlet kompenseres ikke til å begynne med helt mot kjølevannet. Denne første høynivåforkjølingskjøling er faseseparert i flere trinn hvori virkningen er å føre tilbake lettkom-ponentandelene i kjølemidlet for resirkulering mens tungkomponentandelene i kjølemidlet bibeholdes for å gi kjøling ved lavere temperaturer av naturgassen. Det

første høynivåforkjølingskjølemiddel benyttes også for å avkjøle andre lavnivå (lavere temperatur) kjølemiddel. Det andre lavnivå kjølemiddel gir f lytendegjøring av naturgassen i et enkelt trinn. Mangelen ved denne prosess er at høynivå forkjølingskjølemidlet efter startfasesepareringen benytter høyere og høyere molekylvektkomponenter for å gjennomføre avkjøling ved lavere og lavere temperatur. Dette er i mot-setning til den ønskede metode for effektiv avkjøling ifølge oppfinnelsen. Videre benyttes det andre eller lavnivåkjøle-midlet i et enkelt trinn for å gjøre naturgassen flytende istedet for å gjennomføre slik flytendegjøring i flere trinn. Til slutt blir høynivåkjølemidlet ikke totalt kondensert mot ytre kjølefluid før avkjølingsoppgaven.

US-PS 4.274.849 beskriver en fremgangsmåte for flytende-gjøring av en gass som er rik på metan der prosessen benytter to separate kjølemiddelcykler. Hver cyklus benytter et multikomponent kjølemiddel. Lavnivå (lavere temperatur) kjølemidlet avkjøler og gjør flytende naturgassen i to trinn ved indirekte varmeveksling. Høynivå (høyere temperatur) varmeveksler ikke med naturgassen som skal gjøres flytende men avkjøler lavnivåkjølemidlet ved indirekte varmeveksling i en hjelpevarmeveksler. Denne varmeveksling gjennomføres i et enkelttrinn.

US-PS 4.339.253 beskriver en dualkjølemiddelflytendegjør-ingsprosess for naturgass der et lavnivåkjølemiddel av-kjøler og gjør naturgass flytende i to trinn. Dette lavnivåkjølemidlet blir i sin tur avkjølt av et høynivå-kjølemiddel i et enkelt trinn. Høynivåkjølemidlet benyttes for til å begynne med å avkjøle naturgassen til en temperatur som fjerner fuktighet før tilmatning av tørrnaturgass til hovedflytendegjøringsarealet i prosessen. Bruken av slike individuelle varmevekslingstrinn mellom cyklene i et dualcykluskjølemiddelsystem ødelegger muligheten til å tilveiebringe nær tilpasset varmeveksling mellom cyklene ved systematisk variasjon av kjølemiddel-sammensetningene når disse er et blandet komponentkjøle-middel.

I en artikkel av H. Paradowski og O.Squera "Liquefaction of the Associated Gases", syvende internasjonale LNG-kon-feranse, 15-19 mai 1983, er det i fig. 3 vist et flytende-gjøringsskjema der to lukkede kjølemiddelscykler benyttes for å gjøre en gass flytende. Høynivåcyklusen som er angitt til høyre i flytskjemaet benyttes for å avkjøle lavnivåcyk-lusen såvel som for avkjøling for fuktighetskondensering av utgangsgass-strømmen. Høynivåkjølemidlet rekomprimeres i flere trinn og avkjøler lavnivåkjølemidlet i tre distinkte temperatur- og trykktrinn. En forandring av høynivåsammen-setningen for tilpasning til de forskjellige avkjølings-trinn 1 varmeveksleren er ikke nevnt.

Oppfinnelsen har til hensikt å overvinne mangelen ved den kjente teknikk ved å benytte et unikt flytskjema i en flytendegjøringsprosess som anvender to multiplekomponent-kjølemidler i lukkede cykler, der kjølemidlene varmeveksles med hverandre i flere trinn mens kjølemiddelsammensetningen for høynivåkjølemidlet varieres slik at lettere molekylvektkomponenter er tilgjengelige for å gi den lavere nivå

(lavtemperatur) avkjøling som er best egnet ved slike, lavere molekylvektskomponenter.

Foreliggende oppfinnelse angår som nevnt en forbedret fremgangsmåte for flytendegjøring av naturgass eller andre metanholdige gass-strømmer av den type som fremgår av den innledende del av søknadens krav 1, og denne fremgangsmåte karakteriseres ved at den omfatter komprimering av dampfase-kjølemiddelstrømmen og kondensering av denne mot en ytre avkjølingsvæske før underkjøling av dampfasekjølemiddel-strømmen mot høynivå væskefasestrømmen og ekspandering av den til de verdier for lavere trykk og temperatur som skal benyttes som det laveste avkjølingstrinn for varmeveksling mot lavnivåkjølemidlet.

Fortrinnsvis omfatter fremgangsmåten kun partiell kondensering av komprimert dampfase av høynivåkjølemidlet slik at en andre faseseparering gjennomføres for ytterligere å isolere lettere komponenter i den resulterende andre dampfasestrøm og de tyngre komponenter i den andre væskefasehøynivåkjølemid-delstrøm. Den andre dampfasestrøm komprimeres ytterligere og etterkjøles mot en ytre kjølevæske for helt å flytendegjøre strømmen slik at alle strømmer som går til flertrinnsvarme-veksleren helt ut er gjort flytende mot ytre kjølefluid;

Som nevnt innledningsvis angår foreliggende oppfinnelse også en innretning for f lytendegjøring ifølge krav 1 av naturgass av den type som er nevnt i den innledende del av krav 5, og denne innretning karakteriseres ved at den omfatter en kompressor og en etterkjølingsvarmeveksler for flytendegjør-ing av dampfasestrømmen av nevnte høynivåkjølemiddel.

Fortrinnsvis inkluderer apparaturen en andre faseseparator for separering av en andre væskefasehøynivåkjølemiddelstrøm, midler for kombinering av den andre væskefasestrøm med den første væskefasehøynivåkjølemiddelstrøm, en kompressor og en etterkjølingsvarmeveksler for å gjøre dampfasen fra den andre faseseparator flytende.

Oppfinnelsen skal forklares nærmere under henvisning til de ledsagende tegninger hvori: Fig. 1 er et flytskjema av den totale prosess ifølge oppfinnelsen som viser den foretrukne utførelsesform for drift av høynlvåkjølemiddelcyklusen; og Fig. 2 er et delf lytskjema av oppfinnelsen som viser en alternativ metode for kjøling av høynlvåkjølemiddelcyklusen i fig. 1.

Oppfinnelsen skal beskrives i nærmere detalj der flere foretrukne utførelsesformer for gjennomføring av oppfinnelsen er angitt. Under henvisning til fig. 1 blir en natur-gassmatestrøm tilført til oppfinnelsens prosess i rørledning 10. Naturgass-strømmen vil karakteristisk ha en sammensetning som følger:

Denne matestrøm tilføres ved ca. 33,9° C og et trykk på mer enn 46 kg/cm<2> abs. Før flytendegjøring må en vesentlig andel hydrokarboner tyngre enn metan fjernes fra matestrømmen. I tillegg må gjenværende fuktighetsinnhold også fjernes fra matestrømmen. Disse forutgående behandlingstrinn utgjør ingen del av oppfinnelsen og ansees å være standard for behandlingsprosesser som er velkjente i denne teknikk. De vil derfor ikke "beskrives nærmere. Det er tilstrekkelig å si at matestrømmen i rørledning 10 underkastes en første avkjøling ved varmeveksling i varmeveksleren 12 mot et lavnivå (lavtemperatur) kjølemiddel i rørledning 44. Den forkjølte naturgass føres gjennom tørke- og destillasjons-apparaturer for å fjerne fuktighet og høyere hydrokarboner. Denne standard opprensing er ikke vist i tegningene annet enn for å indikere ett det generelt skjer før f lytendegjøring ved stasjonene 11 og 13.

Naturgassen, nu fri for fuktighet og med sterkt redusert innhold av høyere hydrokarboner, mates til hovedvarmeveksleren 14 som fortrinnsvis består av en toviklingers varmeveksler. Naturgassen avkjøles og kondenseres totalt i det første trinn eller den første bunt av hovedvarmeveksleren 14. Flytendegjort naturgass underkjøles så til en temperatur til ca. 115,6° C i det andre trinn eller den andre bunt av veksleren 14. Flytendegjort naturgass forlater så veksleren, flashbehandles gjennom en ventil og fastsepareres for å gi flashgass og produkt i form av flytendegjort naturgass som pumpes til en lagringsbeholder 16. LNG-produktgassen kan så fjernes etter ønske. Damp som dannes over lagret LNG komprimeres til trykk og kombineres med flashgass for gjenoppvarming i flashgassgjenvinneren 18 før den benyttes som brennstoff, fortrinnsvis det brennstoff som er nødvendig for å drive anlegget ifølge oppfinnelsen.

Fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse involverer flytendegjøring av naturgass ved bruk av to kjølemidler i lukket cyklus. En lavnivåkjølemiddelcyklus tilveiebringer det laveste trykknivå for kjølemidlet for flytendegjøring av naturgassen. Lavnivå(lavest temperatur)kjølemiddel blir i sin tur avkjølt av høynivå(relativt varmere)kjølemiddel i en separat varmeveksler mellom lavnivåkjølemidlet og høynivå-kjølemidlet.

Lavnivåmultikomponentkjølemidlet som benyttes ifølge oppfinnelsen og som virkelig utfører avkjølingen, flytende-gjøringen og underkjøl ingen av naturgassen, består karakteristisk av metan, etan, propan og butan. Den nøyaktige konsentrasjon for disse forskjellige komponenter i lav-nivåkjølemidlet avhenger av omgivelsesbetingelsene og spesielt temperaturen for det ytre kjølefluid som benyttes i flytendegjøringsanlegget. Den nøyaktige sammensetning og konsentrasjon for komponentene i lavnivåkjølemidlet avhenger også av det nøyaktige energisjikt eller -balanse som ønskes mellom lavnivåkjølemiddelcyklusen og høynlvåkjølemiddel-cyklusen.

Lavnlvåkjølemiddelcyklusen komprimeres i flere trinn og etterkjøles mot ytre kjølefluid i kompressorenheten 20. Omgivende kjølefluid slik som sjøvann benyttes vanligvis for å fjerne kompresjonsvarme.

Lavnivåkjølemidlet ved en temperatur ved ca. 39,4°C og et trykk på 44,6 kg/cm<2> abs avkjøles ytterligere mot høynlvå-kjølemiddel 1 en flertrinnshjelpevarmeveksler 24. I den foretrukne utførelsesform har hjelpevarmeveksleren 24 fire trinn, varmetrinnet 26, mellomtrinnet 28, mellomtrinnet 30 og koldtrinnet 32. Lavnivåkjølemiddel trer ut av hjelpevarmeveksleren 24 partielt flytendegjort i rørledning 34. Lavnivåkjølemiddel fasesepareres så i en separtorbeholder 36 ved en kutt-temperatur på ca. -45,6°C. Væsksefasen i lavnivåkjølemidlet fjernes så i rørledning 38 og innføres til en første bunt av hovedvarmeveksleren 14 for ytterligere avkjøling før fjerning fra veksleren, gis redusert trykk og temperatur gjennom en ventil og gjeninnføres ved ca. 93,3'C til kappesiden av veksleren som en spray som stiger ned over de forskjellige rør i den første bunt i hovedvarmeveksleren. Dampfasestrømmen fra separatoren 36 splittes i en slippstrøm 42 og en: hoveddampstrøm 40. Hoveddampstrømmen 40 innføres også til hovedvarmeveksleren 14 i den første bunt og fortsetter gjennom den andre bunt der den gjøres fullstendig flytende og underkjøles før den fjernes for reduksjon av trykk og temperatur gjennom en ventil. Slippstrømmen av dampfasen i rørledning 42 passerer gjennom flashgjenvinnings-vårmeveksleren 18 for å gjenvinne kjøleeffekt fra flashnatur-gass. Denne strøm gis også redusert temperatur og trykk og kombineres med strømmen i rørledning 40 og innføres til toppen av hovedvarmeveksleren 14 ved ca. 115,6°C som en spray som stiger ned over rørbunten både av første trinn og andre trinn i hovedvarmeveksleren. Gjenoppvarmet kjølemiddel fjernes i rørledning 44 ved bunnen av hovedvarmeveksleren 14 for tilbakeføring i den lukkede cyklus for lavnivåkjøle-midlet. Det skal være klart at hele varmevekslingsinnsatsen for flytendegjøring av naturgass skjer mot lavnivåkjølemidlet og at høynivåkjølemidlet ikke benyttes for å gi avkjølings-effekt av naturgass-strømmen.

Et høynivåkjølemiddel som benyttes ved en kjøleeffekttempera-tur ved vesentlig over lavnivåkjølemidlet, utgjør det andre av de to lukkede kjølemiddelcyklussystemer ifølge oppfinnelsen. Høynivåkjølemidlet benyttes kun for å avkjøle lav-nivåkjølemidlet ved indirekte varmeveksling. Høynivåkjøle-midlet gir ingen kjølevirkning på naturgassen som skal gjøres flytende. Høynivåkjølemidlet inneholder karakteristisk etan og propan som multikomponentkjølemiddel, kan imidlertid også inneholde forskjellige butaner og pentaner for å gi et blandet komponentkjølemiddel med spesiell avkjølingsevne for en spesiell installasjon. Dette høynivåkjølemidlet innføres ved forskjellige trykknivåer til multitrinnskompressoren 46. Høynivåkjølemidlet i dampfasen fjernes i rørledning 48 ved en temperatur ved ca. 76,7°C og et trykk av ca. 24,6 kg/cm<2> abs. Kjølemidlet etterkjøles i varmeveksleren 50 mot et ytre kjølefluid, for eksempel vann av omgivelsestemperatur. Høynivåkjølemidlet kompenseres partielt ved ytre kjølefluid og trer ut av varmemveksleren 50 i rørledning 52 som en damp-og væskefaseblanding. Kjølemidlet fasesepareres i separatoren 54. j

Dampfasestrømmen i rørledning 76 fjernes fra toppen av separatoren 54 og komprimeres ytterligere i kompressoren 78 til et trykk på ca. 31,4 kg/cm<2> abs. Dampfasekjølemidlet befinner seg ved en slik temperatur at det helt ut kan kondenseres mot ytre kjølefluid fra omgivelsene i en etterkjølingsvarmeveksler 80. Igjen er det eksterne kjølefluid fortrinnsvis vann med omgivelsestemperatur. Helt ut kondensert kjølemlddelstrøm i rørledning 82 underkjøles så ved føring gjennom de forskjellige trinn 26, 28, 30 og 32 i hjelpevarmeveksleren 24. Ved gjennomføring av faseseparering i separatoren 54 blir lettere komponenter for blandet komponenthøynivåkjølemiddel isolert 1 dampfasestrømmen 76 som eventuelt gir det laveste temperaturnivå for avkjølingen som er nødvendig i trinn 32 i hjelpevarmeveksleren 24. Dette gir en effektiv avkjøling og bedre utnyttelse av multl-komponentkjølemldlet. I tillegg gir denne evne en unik fordel i forhold til ikke-multikomponent kjølemiddelprosess-er.

Væskefasekjølemiddelstrømmen fra separatoren 54 fjernes fra bunnen av separatoren i rørledning 56. Kjølemidlet passerer gjennom høynivåtrinnet (det varme) 26 i hjelpvarmeveksleren 24 før oppspalting i en gjenværende strøm 58 og en sidestrøm 60 som flashes for å redusere temperatur og trykk gjennom en ventil. Sidestrømmen i rørledning 60 passerer motstrøms tilbake gjennom høynivåtrinnet 26 for å gi avkjøling av kjølemiddelstrømmen som passerer i motsatt retning gjennom det samme trinn. Gjenoppvarmet og forflyktiget kjølemiddel tilbakeføres for rekomprImering i rørlednlg 62 til kompressoren 46.

Gjenværende væskefasekjølemiddel i rørledning 58 passerer gjennom mellomliggende varmevekslertrinn 28 og en andre sidestrøm 66 fjernes fra den gjenværende strøm 64. Side-strømmen 66 flashes til lavere temperatur og trykk gjennom en ventil og føres motstrøms gjennom mellomnivåtrinnet 28 for å gi avkjøling av kjølemiddelstrømmen som passerer i motsatt retning. Gjenoppvarmet og forflyktiget kjølemiddel til-bakeføres i rørledning 68 for rekomprimering i kompressoren 46.

Gjenværende væskefasestrøm i rørledning 64 passerer videre gjennom mellomnlvåtrinnet 30 og flashes helt og holdent gjennom ventilen 70 til lavere temperatur og trykk før motstrøms og føres gjennom trinnet 30 for å gi avkjøling av kjølemiddelstrømmene som passerer i motsatt retning gjennom trinnet 30. Gjenoppvarmet og forflyktiget kjølemiddel tilbakeføres i rørledning 72 og rørledning 74 for rekom-primerlng i kompressoren 46.

Kjølemiddelstrømmen i rørledning 82 som passerer gjennom alle hjelpevarmevekslertrinnene, inkludert trinn 32, flashes gjennom ventilen 84 til lavere temperatur og trykk og tilbakeføres også motstrøms gjennom dette trinn for å gi det laveste kjølenivået i hjelpevarmeveksleren og tilbakeføres for rekomprimering i rørledning 86. Den rekombineres med kjølemiddelstrømmen i rørledning 74.

Den unike måte for drift av høynlvåkjølemiddelcyklusen i dette dualblandet komponentkjølemiddelskjema tillater at kjølemidlet kan skreddersyes til de spesielle kjøleytelser som ønskes i de forskjellige trinn i hjelpevarmeveksleren. Spesielt oppnås lavnivåavkjøllngen som er nødvendig i trinn 32 ved en kjølemiddelstrøm som er spesifikt satt sammen av lettmolekylvektskjølemiddelkomponenter på grunn av fasesepa-reringen som skjer i separatoren 54. Imidlertid blir den fulle avkjølingskapasitet for omgivende kjølefluid utnyttet

ved ytterligere komprimering i kompressoren 78, noe som tillater at omgivelseskjølefluidet helt ut kondenserer dampstrømmen i etterkjølingsvarmeveksleren 80. Det er funnet at økede effektiviteter ved avkjølingen kan oppnås ved helt

ut å kondensere kjølemidlet som gir avkjølingen i cyklusen mot omgivende ytre kjølefluid slik som omgivelsesvann.

I tillegg separerer høynlvåkjølemiddelcyklusen Ifølge oppfinnelsen også kjølemiddelstrømmen av væskefasestrømmen 1 rørledning 46 som nevnte strøm som passerer gjennom øverste og mellomliggende trinn 1 hjelpevarmeveksleren 24 på en slik måte at man unngår isolering av tunge komponenter i forskjellige mellomliggende trinn i veksleren med lavere temperaturer. Ved å gjennomføre separeringen av sidestrømmene 60 og 66 uten faseseparering blir sammensetningen av strømmen som gir den koldere avkjølingseffekt i trinnet 30 ikke isolert i tunge komponenter i kjølemiddelblandingen, men utnytter istedet den samme sammensetning som den tidligere kjøle-middelstrøm 60 og 66. Selv om flytskjemaet for høynivåkjøle-cyklusen ifølge oppfinnelsen er vist under anvendelse av fire trinn i hjelpevarmeveksleren og en tretrinns kompressor, skal det være klart at færre eller flere trinn i varmeveksleren eller kompresjonen kan være ønskelige for spesielle anvendel-ser. Imidlertid vil prinsippene ved initialfaseseparering, totalkondensjon mot omgivende kjølefluid og kjølemiddelstrøm-oppsplitting uten ytterligere faseseparering, være anvendbare på silke alternative konfigurasjoner.

Forskjellige alternative figurasjoner ifølge oppfinnelsen som ytterligere fordeler komponentene i multikomponenthøynivå-kjølemidlet kan tenkes og er angitt i fig. 2. Under henvisning til denne er alternative utførelsesformer av flytskjemaet for høynlvåkjølemiddelcyklusen angitt isolert fra den totale cyklus som vist i fig. 1. Komponenter angitt i fig. 2 som tilsvarer høynivåcyklusen i fig. 1 er identi-fisert ved de samme henvisningstall med tallet 1 foran. Derfor blir høynivåkjølemiddel komprimert til trykk i kompressoren 146. Komprimert kjølemiddel I rørlednig 148 blir så etterkjølt til partielt kondensasjon i etterkjøle-varmeveksleren 150 mot ytre omglvelseskjølefluld slik som vann. Partielt kondensert kjølemiddel i rørledning 152 blir så først fast separert i separatoren 154. Dampfasen 1 kjølemidlet fjernes fra toppen av separatoren 154 1 rørled-ning 176 og underkastes ytterligere kompresjon 1 kompressoren 178. Kompresjonen gjennomføres kun til et nivå som tillater partiell og ikke full kondensasjon i etterkjølingsvarme-veksleren 180 som mates med omgivende ytre kjølefluid. Kun partiell f lytendegjøring tillater at kjølemiddelstrømmen fasesépareres i en andre separator 181. Væskefasen fjernes som en bunnstrøm i rørledning 183 og dampfasen fjernes som en toppstrøm i rørledning 187. Dampfasestrømmen i rørledning 187 komprimeres ytterligere i kompressoren 189 til et trykk slik at strømmen i rørledning 191 helt ut kan kondenseres og flytendegjøres mot omgivende ytre kjølefluid i etterkjølings-varmeveksleren 193. Derfor tilføres kjølemidlet i rør-ledning 182 til hjelpevarmeveksleren 124 som væskefase.

Væskefasekjølemidlet i rørledning 182 passerer gjennom alle de forskjellige trinn 126, 128, 130 og 132 i hjelpevarmeveksleren 124 for avkjøling ved hjelp av flashet høynivå-kjølemiddel. Kjølemidlet 1 rørledningen 182 flashes etter gjennomgang gjennom lavnivåtrinnet 132 i varmeveksleren 124 gjennom ventilen 184 til en lavere temperatur og trykk og vender tilbake motstrøms gjennom lavnivåtrinnet for å gjennomføre kjøling der.

Væskefasekjølemiddel fra første faseseparatoren 154 fjernes som en bunnstrøm i rørledning I 156. Etter egnet trykkfall gjennom ventilen 185 kombineres væskefasestrømmen 183 fra andrefaseseparatoren 181 med væskefasen i rørledning 156 og de kombinerte strømmer tilføres til høynivåtrinhet 126 i hjelpevarmeveksleren 124. En sidestrøm 160 spaltes av fra den gjenværende strøm 158 i væskefasekjølemidlet som passerer gjennom høynivåtrinnet 126. Sidestrømmen flashes til lavere temperatur og trykk gjennom en ventil før tilbakeføring motstrøms gjennom trinnet 126 for der å gjennomføre kjøling. Kjølemidlet føres så tilbake 1 rørledning 162 for ny komprimering.

Alternativt kan kjølemidlet i rørledning 183 individuelt føres gjennom trinnene 126, 128 og 130 i hjelpevarmeveksleren, ekspanderes i ventilen 170 og kombineres med strømmen 186 for derved å gi kjølingseffekt i trinnet 130, hvori kjølemid-let ytterligere isoleres i lette komponenter istedet for den strømningsvei som er vist i fig. 2.

Gjenværende væskefasekjølemiddelstrøm i rørledningen 158 føres gjennom mellomliggende trinn 128 og spaltes igjen i en sidestrøm 166 og en gjenværende strøm 169. Sidestrømmen 166 flashes til lavere temperatur og trykk gjennom en ventil før gjennomføring av kjøling I det mellomliggende trinn 128 der strømmen 166 passerer motstrøms gjennom trinnet 128 og ytterligere føres gjennom trinnet 126 i rørledning 167. Ved å føre sidestrømmen 166 gjennom to trinn av hjelpevarmeveksleren 124 tillates temperaturtilnærmelse fer kjølemidlet i rørledning 158 å være koldere og mere tilpasset kjøle-middeloppgaven den er ment å gjennomføre uten at tilbakevendende kjølemiddel i rørledningen 167 for rekomprimering har flere faser der væskefasen ville påvirke driften av kompressoren 146. Føring av kjølemiddel i rørledning 167 gjennom et ytterligere trinn av varmeveksling i trinnet 126 gjenoppvarmer kjølemiddel slik at kjølemidlet i rørledning 168 befinner seg helt i dampfase. Gjenværende væskefase-kjølemiddel i rørledning 164 avkjøles ytterligere i trinnet 30 før trykkreduksjon og temperaturreduksjon gjennom ventilen 170. Kjølemidlet kombineres med tilbakevendende kjølemiddel i rørledning 186 fra lavnivåtrinnet 132. De kombinerte kjølemidler føres motstrøms gjennom mellomnivåtrinnet 130 og vender tilbake i rørledning 174 for rekomprimering i kompressoren 146. Dette alternativ i flytskjemaet som er vist i fig. 1 tillater også lavnivåkjølemiddel i rørledning 134 og høynivåkjølemiddel i rørledning 182 og nærmer seg lavnlvåtrlnnet 132 i hjelpevarmeveksleren 124 ved den lavest mulige temperatur uten å danne en tofasestrøm i kjølemidlet i rørledningen 186 som vender tilbake til kompressoren 146. Ved å kombinere kjølemidlet i rørledning 186 med flytende kjølemiddel i rørledning 164 og ved å gjennomføre ytterligere avkjøling i mellomnivåtrinnet 130, unngås tofaseproblemet.

Denne utførelsesform gir fordeler for gjennomføring av lavnivåkjøling på meget effektiv måte. Initialfaseseparering som skjer i separatoren 154 isolerer lettere komponenter av multikomponentkjølemidlet i dampfasen 176. De tyngre komponenter isoleres i væskefasen i rørledning 156. Som beskrevet med henblikk på fig. 1 ovenfor gir denne separering av de forskjellige komponenter av multikomponentkjølemidlet effektivitet ved avkjølingsvirkning ved forskjellige trinn i varmeveksleren med separat lavnivåkjølemiddelcyklus. For ytterligere å øke denne effekt justerer foreliggende alternativ utførelsesform kompresjon og etterkjøling av dampstrømmen i rørledning 176 slik at totalkondensasjon ikke inntrer men at ytterligere faseseparering gjennomføres i separatoren 181. Denne andre faseseparering gir ytterligere nivå av lettkomponentisolering i kjølemidlet i rørledning 187. Mellomliggende tyngre kjølemiddelkomponenter avvises i rørledning 183 og etter egnet trykkjustering i ventilen 185 blir slike mellomliggende kjølemiddelkomponenter kombinert med de tyngre komponenter i rørledning 156. På denne måte gjennomføres avkjølingen i trinnet 132 i hjelpevarmeveksleren 124 som er det koldeste kjølekrav, med avkjøling fra multikomponentkjølemidlet med høyest konsentrasjon av lette komponenter. De rette komponenter er de mest effektive for å gi kjøling ved lavest temperatur slik at det inntrer ved lavnivåtrinnet 132. Derfor gir cyklusen Ifølge denne utførelsesform øket effektivitet for avkjøling mens man oppnår en ytterligere vesentlig fordel for apparaturen nedstrømsetterkjølingsvarmeveksleren 180. Med den ytterligere evne for avkjøling til lavere temperaturer er det hensiktsmessig å ta forholdsregler mot tofasereturstrøm til kompressoren 146. Kompressoren 146 kan skades ved drift ved komprimering av råstoff med noen vesentlige mengder flytende fase. Ved derfor å føre tilbakevendende kjølemiddelstrøm gjennom flere trinn av varmeveksleren oppnår man koldnivå-drift mens man forhindrer tofasereturstrøm til kompressoren. Som angitt for flytskjemaet i fig. 1 ovenfor benytter flytskjemaet som er angitt i fig. 2 omgivelseseksternt kjølefluid for helt å kondensere alt kjølemiddel til hjelpevarmeveksleren 124. Det er funnet at øket effektivitet oppnås når slik total kondensasjon skjer mot omgivende kjølefluid. Bruken av ytterligere kompresjon i kompressorer 178 og 189 tillater at omgivelseskjølefluid gir slik total kondensasjon.

Bruken av dualblandet kjølemiddelcykluser i et flytende-gjøringsskjema tillater en vesentlig grad av frihet når det gjelder variasjon av sammensetning av hver kjølemiddelcyklus både hva angår oppfriskning av kjølemiddel som tilføres til cyklusen ved oppstak såvel som variasjon av sammensetningen i cyklusen som angitt i høynivåcyklusen 1 fig. 1 og fig. 2 ifølge oppfinnelsen. Avkjølingsvarlasjon tillater en mer nøyaktig tilnærmelse til avkjølingskurver med henblikk på det materialet som skal avkjøles og kjølemidlet som gjennomfører denne avkjøling. I tillegg til at blandet komponentkjøle-midlervariasjon < av kompresjonsenergibelastningen fra en cyklus til en annen for derved å oppnå en god maskintil-pasning spesielt for drivmidlene for de forskjellige kompressorer må tilpasses med henblikk på belastning. I tillegg kan det oppstå skift av disproporsjonale mengder I slike belastninger med henblikk på de forskjellige temperaturer for omgivende kjølefluid eller mategasstrykk eller sammensetning. Bruken av et flytendegjøringsskjema med dualblandet komponentkjølemiddel tillater ny tilpasning av belastning uten å endre utstyret som benyttes.

Selv om f lytendegjør ingsanlegget er vist med en hjelpevarmeveksler med det kolde trinn i den øverste posisjon skal det være klart at hjelpevarmeveksleren kan arbeide med det kolde trinn i bunnen og de respektive strømmer tilført motsatt gjennom veksleren enn det som er vist i fig. 2. Videre viser fig. 1 lavnivåkjølemiddelcyklusen som utførende all forkjøling av naturmategassen i veksleren 12, skal det være klart at høynivåkjølemidlet kan understøtte den forkjølingsfunksjon ved å føre en slippstrøm av høynivåkjøle-middel gjennom veksleren 12 eller ved å føre en slippstrøm naturgass gjennom veksleren 24.

Oppfinnelsen er beskrevet med henblikk på forskjellige foretrukne utførelsesformer men det skal være klart at endringer og alternativer kan gjennomføres uten å gå utenfor oppfinnelsens ramme.

Claims (6)

1. Fremgangsmåte for flytendegjøring av naturgass ved bruk av to multikomponentkjølemidler i lukket cyklus hvori nivåkjøle-middel avkjøler lavnivåkjølemidlet og lavnivåkjølemidlet avkjøler og gjør naturgassen flytende, omfattende: avkjøling og flytendegjøring av en naturgasstrøm ved varmeveksling med et lavnivåmultikomponentkjølemiddel i en første lukket kjølemiddelcyklus der kjølemidlet gjenoppvarmes under nevnte varmeveksling, komprimering av gjenoppvarmet lavnivåkjølemiddel til forhøyet trykk og etterkjøling mot en ytre kjøle-væske, ytterligere avkjøling av lavnivåkjølemidlet ved f lertrinnsvarmeveksling mot et høynivåmulti-komponentkjølemiddel i en andre lukket kjølemiddel-cyklus der høynivåkjølemidlet gjenoppvarmes under varmeveksling, komprimering av gjenoppvarmet høynivåkjølemiddel til forhøyet trykk og etterkjøling mot en ytre kjølevæske for delvis å gjøre kjølemidlet flytende, faseseparering av høynivåkjølemidler 1 en dampfase-kjølemiddelstrøm og en væskefasekjølemiddelstrøm, underkjøling og ekspandering av andeler av væske-fasehøynivåkjølemiddelstrømmen til lavere temperatur og trykk i flere trinn for å gi avkjøling av lavnivåkjølemidlet og for å avkjøle og å gjøre høynivådampfasekjølemiddelstrømmen flytende, karakterisert ved at den omfatter komprimering av dampfasekjølemiddelstrømmen og kondensering av denne mot en ytre avkjølingsvæske før underkjøling av dampfasekjølemiddelstrømmen mot høynivå væskefasestrømmen og ekspandering av den til de verdier for lavere trykk og temperatur som skal benyttes som det laveste avkjølingstrinn for varmeveksling mot lavnivåkjølemidlet.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at høynivådampfasemiddelstrømmen etter gj enoppvarming i slutt-trinnet av varmevekslingen med lavnivåkjølemidlet kombineres med væskefasehøynivåkjølemidlet for varmeveksling i et mellomliggende trinn ved varmeveksling med lav-nivåkjølemidlet .

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at væskefasestrømmen av høynivåkjølemiddel fra et lavere temperaturtrinn med varmevekslingen med lavnivåkjøle-midlet ytterligere føres gjennom et høyere varmevekslings-trlnn med lavnivåkjølemidlet.

4 . Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at dampfasehøynivåkjølemidlet etter komprimeringen kun partielt gjøres flytende og så fasesepareres med væskefase som kombineres med væskefasehøynivåkjølemidlet og hvor dampfasen ytterligere komprimeres og kondenseres mot en ytre kjølevæske.

5 . Innretning for flytendegjøring av naturgass ifølge krav 1 ved bruk av to multikomponentkjølemidler i lukket cyklus der høynivåkjølemidlet avkjøler lavnivåkjølemidlet og lav-nivåkjølemidlet avkjøler og gjør naturgass flytende, omfattende: en første varmeveksler (14) for avkjøling og flytendegjøring av naturgass mot lavnivåkjølemidlet; minst en kompressor (20) for komprimering av lavnivåkjølemidlet til orhsyet trykk; en hjelpevarmeveksler (24) for avkjøling av lav-nivåkjølemidlet mot høynivåkjølemidlet i flere trinn; en faseseparator (36) for separering av lavnlvåkjøle-midlet 1 en dampf asestrøm (40, 42) og en væskef ase-strøm (38); midler for føring av dampfaselavnlvåstrømmen og væskefaselavnlvåstrømmen separat til den første varmeveksler (14) og sirkulerlng av disse til kompressoren (20); minst en kompressor (46) for komprimering av . høynivåkjølemidlet til Forhøyet trykk; en etterkjølingsvarmeveksler (50) for avkjøling av det komprimerte høynivåkjølemidlet mot et ytre kjølefluid; en faseseparator (54) for separering av høynivåkjøle-midlet i en dampfasestrøm (76) og en væskefasestrøm (56); midler for transport av høynivådampfasestrømmen (76) gjennom hjelpevarmeveksleren (24) og ekspandering av strømmen for å avkjøle lavnivåkjølemiddelstrømmen; midler for føring av høynivåvæskefasestrømmen (56) gjennom hjelpevarmeveksleren (24) inkludert midler for separering av andeler av strømmen og så individuelt å ekspandere disse til lavere temperatur og trykk for å avkjøle nevnte lavnivåkjølemiddel, og midler for resirkulering av høynivåkjølemidler for rekomprimering, karakterisert ved at den omfatter en kompressor (78) og en etterkjølingsvarmeveksler (80) for flytendegjøring av dampfasestrømmen (76) av nevnte høynivå-kjølemiddel.

6. Innretning ifølge krav 5, karakterisert ved at den omfatter en andre faseseparator (181) for separering av en andre væskefasehøynivåkjølemlddelstrøm, midler for komblnering av den andre høynivåvæskefasestrøm med den første væskefasehøynivåkjølemiddelstrøm (156), en kompressor (189) og en etterkjølingsvarmeveksler (193) for flytendegjøring av høynivådampfasen fra den andre faseseparator .