NO170364B

NO170364B - DEVICE FOR COMMISSIONING AND / OR RECALIBILIZATION OF A SLAVE SYSTEM WITHIN THE ACCURACY NAVIGATION

Info

Publication number: NO170364B
Application number: NO855013A
Authority: NO
Inventors: Dieter Joos; Wolfgang Boch; Dieter Wolfgang Wagner
Original assignee: Bodenseewerk Geraetetech
Priority date: 1984-12-13
Filing date: 1985-12-12
Publication date: 1992-06-29
Also published as: DE3445463A1; NO170364C; DE3581899D1; EP0184632A2; NO855013L; EP0184632B1; EP0184632A3

Description

Fremgangsmåte til fortetting av naturgass. Method for condensing natural gas.

Den foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte til fortetting av naturgass på et kildested ved varmeutveksling med et flytende kjøle-middel som ekspanderes for oppnåelse av en kjølevirkning, og som består hovedsakelig av nitrogen, idet det flytende kjølemiddel komprimeres på kildestedet før det føres i varmeutvekslende forhold med naturgassen og etter denne varmeutveksling ekspanderes til et lavere trykk og en lavere temperatur for deretter igjen å føres i varmeutvekslende forhold med naturgassen, mens naturgassen før den føres i varmeutvekslende forhold med kjølemiddelet, foreligger i komprimert form på kildestedet. The present invention relates to a method for condensing natural gas at a source site by heat exchange with a liquid refrigerant which is expanded to achieve a cooling effect, and which consists mainly of nitrogen, the liquid refrigerant being compressed at the source site before being brought into heat exchanging conditions with the natural gas and, after this heat exchange, is expanded to a lower pressure and a lower temperature and then again brought into a heat-exchange relationship with the natural gas, while the natural gas before it is brought into a heat-exchange relationship with the refrigerant is present in compressed form at the source.

Fremgangsmåten tillater fortetting av nitrogen på et markedssted for naturgassen mot fordampning av fortettet naturgass og transport av det fortettede nitrogen tilbake til kildestedet i de samme isolerte Kfr. kl. 17g-4 transportbeholdere i et tankskip som naturgassen ble transportert i, idet det således transporterte flytende nitrogen i sin tur anvendes til fortetting av naturgass, som deretter lastes i skipet for forsendelse til markedet. Denne syklus, som består av forsendelse av flytende gass til markedet og tilbakesending av flytende nitrogen til kilden, gjentas stadig, idet kjølevirkningen av den fortettede gass som sendes til henholdsvis kildestedet og markedsstedet, anvendes til å fortette den gass som skipes ut fra det respektive sted. Tilgjengeligheten av kulden i det flytende nitrogen reduserer vesentlig det nødvendige utstyr på kildestedet. Nitrogen kan skilles fra luft på markedsstedet ved luft-rektifikasjon, så der fås oksygengass som på markedsstedet er til stor nytte i kjemiske og metallurgiske industrier. Ingen ytterligere for-tetningsmidler kreves på kildestedet, og all den energi som er nød-vendig til fortetting av naturgassen, skaffes av det flytende nitrogen som sendes fra markedsstedet til kildestedet. The procedure allows condensation of nitrogen at a market place for the natural gas against evaporation of the condensed natural gas and transport of the condensed nitrogen back to the source in the same isolated Kfr. 17g-4 transport containers in a tanker in which the natural gas was transported, as the thus transported liquid nitrogen is in turn used to condense natural gas, which is then loaded into the ship for shipment to the market. This cycle, which consists of the shipment of liquefied gas to the market and the return of liquid nitrogen to the source, is constantly repeated, as the cooling effect of the condensed gas sent to the source location and the market location respectively is used to condense the gas that is shipped out from the respective location . The availability of the cold in the liquid nitrogen significantly reduces the necessary equipment at the source site. Nitrogen can be separated from air at the market place by air rectification, so oxygen gas is obtained which is of great use in the chemical and metallurgical industries at the market place. No additional condensing agents are required at the source, and all the energy necessary to condense the natural gas is provided by the liquid nitrogen sent from the market place to the source.

Som følge av at luft inneholder en hovedandel nitrogen, er det As a result of air containing a major proportion of nitrogen, it is

i syklusen også mulig å anvende flytende luft istedenfor flytende nitrogen for forsendelse til kildestedet. Som følge av luftens høye prosentinnhold av nitrogen, har den hovedsakelig de samme termiske egenskaper som nitrogen. I dette tilfelle ville det være nødvendig å spyle lagertankene for væske med nitrogen for å fjerne den oksygen-holdige atmosfære for å hindre at der oppstår mulige eksplosive bland-inger av naturgass og luft. Dette spylenitrogen kan fås fra en hjelpe-kilde eller fra fraksjonering av den flytende luft, enten på kildestedet eller på markedsstedet. in the cycle also possible to use liquid air instead of liquid nitrogen for shipment to the source. As a result of the air's high percentage of nitrogen, it mainly has the same thermal properties as nitrogen. In this case, it would be necessary to flush the liquid storage tanks with nitrogen to remove the oxygen-containing atmosphere to prevent possible explosive mixtures of natural gas and air from occurring. This flushing nitrogen can be obtained from an auxiliary source or from fractionation of the liquid air, either at the source or at the market.

Som nevnt angår oppfinnelsen i første rekke fortetningsprosessen på kildestedet. Ifølge oppfinnelsen er en fremgangsmåten av den inn-ledningsvis nevnte art karakterisert ved at naturgassen deles opp i en flerhet av separate strømmer, og at det flytende kjølemiddel etter komprimeringen først føres i varmeutvekslende forhold med naturgassen i bare en av de nevnte separate strømmer og deretter ekspanderes under oppnåelse av arbeid i en flerhet av trinn til et lavere trykk og en lavere temperatur, idet kjølemiddelet etter hvert trinn føres i varmeutvekslende forhold med hver sin av de øvrige separate oppdelte strøm-mer av naturgass etter tur. En foretrukket utførelsesform av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen er karakterisert ved at det arbeid som fås ved ekspansjonen av naturgassen, anvendes ved komprimeringen av kjølemiddelet og/eller naturgassen, og at det arbeid som fås ved ekspansjon av kjølemiddelet, anvendes ved komprimeringen av naturgassen og/eller til.å komprimere kjølemiddelet i forbindelse med hvilket som helst av de nevnte trinn med ekspansjon av kjølemiddelet. As mentioned, the invention primarily concerns the densification process at the source site. According to the invention, a method of the nature mentioned at the outset is characterized by the natural gas being divided into a plurality of separate streams, and that the liquid refrigerant after compression is first brought into heat-exchange conditions with the natural gas in only one of the mentioned separate streams and then expanded while achieving work in a plurality of stages to a lower pressure and a lower temperature, the refrigerant after each stage being brought into heat-exchange conditions with each of the other separate divided streams of natural gas in turn. A preferred embodiment of the method according to the invention is characterized in that the work obtained by the expansion of the natural gas is used in the compression of the refrigerant and/or the natural gas, and that the work obtained in the expansion of the refrigerant is used in the compression of the natural gas and/or to .compressing the refrigerant in conjunction with any of the said refrigerant expansion steps.

Ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen blir de store kjøle-komplekser som ellers kreves for å fortette naturgassen på kildestedet, unngått, og det kapitalutstyr som befinner seg på det fremmede kildested, blir redusert til et minimum. Prosessen startes for hvert skip ved at der fra markedsstedet til kildestedet sendes en last av flytende nitrogen, som kan være skaffet på markedsstedet på en hvilken som helst økonomisk måte. With the method according to the invention, the large cooling complexes that are otherwise required to condense the natural gas at the source location are avoided, and the capital equipment located at the foreign source location is reduced to a minimum. The process is started for each ship by sending a load of liquid nitrogen from the market place to the source place, which can be obtained at the market place in any economic way.

Oppfinnelsen vil i det etterfølgende bli nærmere forklart og beskrevet ved hjelp av eksempler. Fig. 1 er et strømningsskjema for en typisk prosess til fortetting av naturgass på kildestedet ifølge oppfinnelsen. Fig. 2 er et blokkdiagram som viser anordningen av det utstyr som anvendes i strømningsskjemaet på fig. 1. Fig. 3 er et diagram som viser varmestrømmen i varmevekslerne på kildestedet. Fig. 4 er et strømningsdiagram som viser en typisk markedssted-prosess. Fig. 5 er et blokkdiagram som viser anordningen av utstyret for markedsstedprosessen på fig. 4. Fig. 6 er et diagram som viser varmestrømmen i markedssted-varmevekslerne på fig. 4. Fig. 7 er et skjematisk riss av de tankskip som anvendes for overføring av flytende nitrogen fra markedsstedet til kildestedet og tilbakeskipning av fortettet naturgass fra kildestedet til markedsstedet. The invention will subsequently be explained and described in more detail with the help of examples. Fig. 1 is a flow diagram for a typical process for condensing natural gas at the source site according to the invention. Fig. 2 is a block diagram showing the arrangement of the equipment used in the flow diagram of fig. 1. Fig. 3 is a diagram showing the heat flow in the heat exchangers at the source location. Fig. 4 is a flow diagram showing a typical marketplace process. Fig. 5 is a block diagram showing the arrangement of the equipment for the marketplace process of Fig. 4. Fig. 6 is a diagram showing the heat flow in the marketplace heat exchangers of fig. 4. Fig. 7 is a schematic diagram of the tankers used for the transfer of liquid nitrogen from the market place to the source place and the return shipping of condensed natural gas from the source place to the market place.

Naturgass, som består hovedsakelig av metan med små andeler etan, propan og butan og minimale andeler karbondioksyd og nitrogen, er tilgjengelig på mange steder i verden, men i de fleste tilfelle ligger markedene for denne gass i industrielle land fjernt fra kildestedene. Natural gas, which consists mainly of methane with small proportions of ethane, propane and butane and minimal proportions of carbon dioxide and nitrogen, is available in many places in the world, but in most cases the markets for this gas in industrialized countries are far from the sources.

I mange tilfelle anvendes der rørledninger til å transportere gassen In many cases, pipelines are used to transport the gas

fra kilden til markedet. Der er imidlertid tilfeller hvor rørlednings-transport er teknisk og økonomisk ugjennomførlig. Dette gjelder f.eks. for transport av arabisk eller algirsk gass til England eller Tyskland og venezuelsk og meksikansk gass til Florida eller østkysten av from source to market. However, there are cases where pipeline transport is technically and economically unfeasible. This applies, for example, to for the transport of Arab or Algerian gas to England or Germany and Venezuelan and Mexican gas to Florida or the east coast of

De Forente Stater og for nordsjøområdet. Det har vært foreslått å fortette naturgass på kildestedet og transportere den til markedsstedet i prammer eller skip. På markedsstedet ville den da påny bli forgasset og pumpet inn i distribusjonssystemet. The United States and for the North Sea area. It has been proposed to condense natural gas at the source and transport it to the market place in barges or ships. At the market place, it would then be gasified again and pumped into the distribution system.

Ved den sykliske prosess som her skal beskrives, blir den store kjøleevne som er tilgjengelig i den flytende naturgass, anvendt til å fortette nitrogen på markedsstedet ved fordampning av naturgassen i varmeutvekslende forhold med nitrogenet. Det flytende nitrogen blir deretter returnert til transporttankene i isolerte tankskip for transport til kildestedet, og det vil forstås at også andre isolerte transportmidler, som f.eks. lastebiler, jernbanetankvogner og lignende, kan anvendes. På kildestedet blir det fortettede nitrogen som er ført tilbake av tankskipet eller på annen måte, anvendt til fortetting av naturgass, som deretter føres tilbake til markedet i tankskip. Ved fremgangsmåten er tankskipet ikke tomt når det går tilbake fra markedsstedet til kildestedet, og syklusen er en konstant gjentagelse av transport av flytende naturgass til markedet og flytende nitrogen tilbake til kilden. In the cyclic process to be described here, the great cooling capacity available in the liquid natural gas is used to condense nitrogen at the market place by vaporizing the natural gas in heat-exchange conditions with the nitrogen. The liquid nitrogen is then returned to the transport tanks in insulated tankers for transport to the source location, and it will be understood that other insulated means of transport, such as e.g. trucks, railway tank wagons and the like can be used. At the source, the condensed nitrogen that is brought back by the tanker or in another way is used to condense natural gas, which is then brought back to the market in tankers. In the method, the tanker is not empty when it returns from the market location to the source location, and the cycle is a constant repetition of transporting liquid natural gas to the market and liquid nitrogen back to the source.

Nitrogen separeres fra luft på markedsstedet, f.eks. ved luft-rektifikasjon, og oksygengass fremstilles som et biprodukt som har stor anvendelse i kjemiske og metallurgiske industrier. Oksygenet ut-gjør således et verdifullt biprodukt og representerer en fordel ved den sykliske prosess. Nitrogen is separated from air at the market place, e.g. by air rectification, and oxygen gas is produced as a by-product which is widely used in the chemical and metallurgical industries. The oxygen thus constitutes a valuable by-product and represents an advantage of the cyclic process.

Ved beskrivelsen av oppfinnelsen vil det bli antatt at der anvendes et isolert tankskip, skjønt der som nevnt ovenfor også kan anvendes andre isolerte transportmidler som f.eks. jernbanetankvogner, lastebiler og lignende. When describing the invention, it will be assumed that an insulated tanker is used, although, as mentioned above, other insulated means of transport can also be used, such as e.g. railway tank cars, trucks and the like.

Eksempel Example

Der anvendes et høytrykksystem i både kildestedprosessen og markedsstedprosessen. Det arbeid som skaffes av ekspansjonen av de forskjellige gasser, utnyttes fullt ut til komprimering av andre strømmer for at prosessen skal bli så effektiv og økonomisk som mulig. Kildestedprosessen er vist på fig. 1, 2 og 3, mens markedsstedprosessen er vist på fig. 4, 5 og 6. A high-pressure system is used in both the source process and the market process. The work provided by the expansion of the various gases is fully utilized for the compression of other streams in order for the process to be as efficient and economical as possible. The source site process is shown in fig. 1, 2 and 3, while the marketplace process is shown in fig. 4, 5 and 6.

Kildestedprosessen The source site process

Kildestedprosessen er vist skjematisk på fig. 1 og som blokkdiagram på fig. 2. Diagrammet på fig. 3 viser varmeoverføringen mellom metan og nitrogen. I denne prosess blir 1 kg flytende nitrogen ved 196°C og atmosfæretrykk, som eksempelvis kan settes til 10,3 N/cm 2, ført gjennom en ledning 100 til en pumpe 102. I denne pumpe blir det flytende nitrogen komprimert til 1380 N/cm<2> ved 184°C. Det arbeid som må tilføres pumpeakselen, skaffes av en ekspansjonsturbin (av impuls-eller reaksjonstypen) 104 i metanstrømmen,' slik det vil bli beskrevet senere. Fra pumpen føres nitrogenet gjennom en varmeveksler 106 i mot-strøm til en metanstrøm i en varmeveksler l08. Nitrogenkjølemiddelet blir deretter ført gjennom en varmeveksler 110 som sammen med varme-vekslere 112, 114 og 116, som alle er innkoblet i strømmen av nitrogen-kj ølemiddel slik det vil bli beskrevet senere, står i varmeutvekslende forhold med en metanvarmeveksler 118. Fra varmeveksleren 110 føres nitrogenet ved en temperatur av -17j8°C gjennom en ekspansjonsturbin 120 som reduserer trykket til 206 N/cm<2> og temperaturen til -123°C. Ekspansjonsturbinen 120 er koblet sammen med en kompressor 122 som anvendes til å komprimere metan i tilførselsstrømmen slik det vil bli beskrevet senere. Nitrogenkjølemiddelet fra ekspansjonsturbinen 120 føres deretter gjennom varmeveksleren 112 i ytterligere varmeutvekslende forhold med metanvarmeveksleren ;118, hvoretter nitrogenet føres inn i en ytterligere ekspansjonsturbin 124, hvor trykket redu-seres til 20,6 N/cm<2> og temperaturen til ca. -123°C. Ekspansjonsturbinen 124 er koblet sammen med en kompressor 126 som er anordnet i nitrogenstrømmen og komprimerer nitrogenet på et senere stadium slik det vil bli beskrevet senere. The source site process is shown schematically in fig. 1 and as a block diagram in fig. 2. The diagram in fig. 3 shows the heat transfer between methane and nitrogen. In this process, 1 kg of liquid nitrogen at 196°C and atmospheric pressure, which can for example be set to 10.3 N/cm 2 , is led through a line 100 to a pump 102. In this pump, the liquid nitrogen is compressed to 1380 N/ cm<2> at 184°C. The work that must be supplied to the pump shaft is provided by an expansion turbine (of the impulse or reaction type) 104 in the methane flow, as will be described later. From the pump, the nitrogen is fed through a heat exchanger 106 in counter-current to a methane flow in a heat exchanger 108. The nitrogen refrigerant is then passed through a heat exchanger 110 which, together with heat exchangers 112, 114 and 116, which are all connected to the stream of nitrogen refrigerant as will be described later, are in heat-exchange relationship with a methane heat exchanger 118. From the heat exchanger 110 the nitrogen at a temperature of -17j8°C is passed through an expansion turbine 120 which reduces the pressure to 206 N/cm<2> and the temperature to -123°C. The expansion turbine 120 is connected to a compressor 122 which is used to compress methane in the supply stream as will be described later. The nitrogen coolant from the expansion turbine 120 is then passed through the heat exchanger 112 in further heat exchanging conditions with the methane heat exchanger ;118, after which the nitrogen is fed into a further expansion turbine 124, where the pressure is reduced to 20.6 N/cm<2> and the temperature to approx. -123°C. The expansion turbine 124 is connected to a compressor 126 which is arranged in the nitrogen flow and compresses the nitrogen at a later stage as will be described later.

Fra ekspansjonsturbinen 124 føres nitrogenstrømmen inn i varmeveksleren 114 i varmeutvekslende forhold med metanvarmeveksleren 118 på samme måte som de foregående strømmer. Fra varmeveksleren 114 blir nitrogenkjølemiddelet ført inn i kompressoren 126 hvor det komprimeres, hvoretter det kjøles i en etterkjøler 128. En ytterligere kompressor 130 anvendes også for ytterligere å øke trykket, idet arbeidet skaffes av en ekspansjonsturbin 132 som vil bli nærmere beskrevet senere, og som er anordnet i nitrogenstrømmen. Etter kompressoren 130 utføres der ytterligere kjøling i en kjøleenhet 133* hvoretter nitrogenet føres gjennom en varmeveksler 134 for oppnåelse av en temperatur på -12,2°C. Nitrogenet blir deretter ved 138 N/cm p ført inn i ekspansjonsturbinen 132, hvor det ekspanderes til 12,4 N/cm<2> og -123°C. Dette nitrogen føres deretter gjennom den siste varmeveksler 116 i varmeutvekslende forhold med metanvarmeveksleren 118. Det nitrogenkjølemiddel som forlater varmeveksleren 116, føres deretter gjennom en varmeveksler 136 og deretter ut gjennom en ledning 138 ved 12,4 N/cm<2> og 24°C for eventuell senere ønsket anvendelse. From the expansion turbine 124, the nitrogen flow is fed into the heat exchanger 114 in a heat-exchange relationship with the methane heat exchanger 118 in the same way as the previous flows. From the heat exchanger 114, the nitrogen refrigerant is fed into the compressor 126 where it is compressed, after which it is cooled in an aftercooler 128. A further compressor 130 is also used to further increase the pressure, the work being provided by an expansion turbine 132 which will be described in more detail later, and which is arranged in the nitrogen flow. After the compressor 130, further cooling is carried out in a cooling unit 133* after which the nitrogen is passed through a heat exchanger 134 to achieve a temperature of -12.2°C. The nitrogen is then fed at 138 N/cm p into the expansion turbine 132, where it is expanded to 12.4 N/cm<2> and -123°C. This nitrogen is then passed through the last heat exchanger 116 in heat exchanging relationship with the methane heat exchanger 118. The nitrogen refrigerant leaving the heat exchanger 116 is then passed through a heat exchanger 136 and then out through a line 138 at 12.4 N/cm<2> and 24°C for any later desired application.

Det inngående metan føres inn i kildestedprosessen gjennom en ledning.140 ved 550 N/cm p og i en mengde av 1,05 kg for den viste prosess. Metanet blir ytterligere komprimert i kompressoren 122 som drives av ekspansjonsturbinen 120 for nitrogenet som nevnt tidligere. Ytterligere kjøling skaffes av en vannkjølt etterkjøler 141 og en kjøler 142, og metanet blir deretter ved -12°C og et trykk på 1032 N/cm<2 >ført inn i metanvarmeveksleren 118. Etter at metanet i varmeveksleren 118 er avkjølt av de fire varmevekslerenheter 110, 112, 114 og 116 for nitrogenkjølemiddelet, blir det ført gjennom varmeveksleren 108 for en siste kjøling ved varmeutveksling med nitrogenvarmeveksleren l06. Metanet blir deretter ført gjennom ekspansjonsturbinen 104 for ytterligere reduksjon av trykket til 10,3 N/cm<2> og temperaturen til -l6l°C, så der fås 1,05 kg metan i fortettet form. Det arbeid som skaffes av ekspansjonsturbinen 104, anvendes til å drive pumpen 102 som beskrevet tidligere. Fig. 2 viser kildestedprosessen i form av et blokkdiagram med sammenhørende kompressorer og ekspansjonsturbiner i forenklet form. Figuren viser videre varmeoverføringen i de forskjellige varmevekslerenheter og det arbeid som skaffes av de sammenhørende ekspansjonsturbiner og kompressorer. Diagrammet på fig. 3 viser at termodyna-mikkens annen lov følges i kildestedprosessen ved at der er virkelige temperaturforskjeller, idet strømmen av nitrogenkjølemiddel alltid har en lavere temperatur enn den metanstrøm som nitrogenet trekker varme ut av. The incoming methane is fed into the source process through a conduit.140 at 550 N/cm p and in a quantity of 1.05 kg for the process shown. The methane is further compressed in the compressor 122 which is driven by the expansion turbine 120 for the nitrogen as mentioned earlier. Additional cooling is provided by a water-cooled aftercooler 141 and a cooler 142, and the methane is then at -12°C and a pressure of 1032 N/cm<2 >introduced into the methane heat exchanger 118. After the methane in the heat exchanger 118 is cooled by the four heat exchanger units 110, 112, 114 and 116 for the nitrogen refrigerant, it is passed through the heat exchanger 108 for a final cooling by heat exchange with the nitrogen heat exchanger 106. The methane is then passed through the expansion turbine 104 to further reduce the pressure to 10.3 N/cm<2> and the temperature to -161°C, so 1.05 kg of methane is obtained in condensed form. The work provided by the expansion turbine 104 is used to drive the pump 102 as described earlier. Fig. 2 shows the source site process in the form of a block diagram with associated compressors and expansion turbines in a simplified form. The figure also shows the heat transfer in the various heat exchanger units and the work provided by the associated expansion turbines and compressors. The diagram in fig. 3 shows that the second law of thermodynamics is followed in the source process in that there are real temperature differences, as the flow of nitrogen refrigerant always has a lower temperature than the methane flow from which the nitrogen extracts heat.

De anvendte kompressorer kan være diafragmakjølte maskiner med The compressors used can be diaphragm-cooled machines with

et forhold mellom det isotermiske og det isentropiske ideale arbeid på 0,748, men korrigert til virkelig arbeid med faktoren 1,175. Det isentropiske arbeid er beregnet med en virkningsgrad på 83$. a ratio between the isothermal and the isentropic ideal work of 0.748, but corrected to real work by the factor 1.175. The isentropic work is calculated with an efficiency of 83$.

Markedsstedprosessen The marketplace process

Markedsstedprosessen er vist på fig. 4, 5 og 6. Fig. 4 er et skjematisk diagram og strømningsskjerna for strømmene av nitrogenkjøle-middel og metan, mens fig. 5 er et blokkdiagram som viser at ekspansjonsturbinen og kompressorene passer sammen med hensyn til levert og mottatt arbeid for at prosessen skal bli effektiv og økonomisk. Fig. 6 er et diagram som viser at varmeoverføringen mellom nitrogenet og metanet skaffer en virkelig temperaturforskjell mellom disse strømmer, og at metanet har lavere temperatur for bortføring av varme fra nitrogenstrømmen. Tallene i markedsstedprosessen er basert på tilførsel av 1,05 kg nitrogen ved atmosfærisk trykk og 29j^°C og 1,0 kg metan i fortettet form som fordampes og behandles videre. The marketplace process is shown in fig. 4, 5 and 6. Fig. 4 is a schematic diagram and flow core for the streams of nitrogen refrigerant and methane, while fig. 5 is a block diagram showing that the expansion turbine and compressors fit together with respect to work delivered and received for the process to be efficient and economical. Fig. 6 is a diagram showing that the heat transfer between the nitrogen and the methane creates a real temperature difference between these streams, and that the methane has a lower temperature for removing heat from the nitrogen stream. The figures in the market place process are based on the supply of 1.05 kg of nitrogen at atmospheric pressure and 29j^°C and 1.0 kg of methane in condensed form which is evaporated and processed further.

På markedsstedet blir det flytende metan fordampet og levert til rørledningsnettet ved 414 N/cm p. Den varme som er nødvendig for denne fordampning, benyttes til å kondensere nitrogengass (eller flytende luft) som deretter føres tilbake til feltet som en kjølekilde for fortetting av naturgass. Av de to prosesser - kildestedprosessen og markedsstedprosessen - er den sistnevnte den vanskeligste å analysere. Der finnes flere anvendelige prosesser, hvoriblant varmepumping av blandet gass (nitrogen og metan), vanlig varmepumping (som vist i dette eksempel) og nitrogenvarmepumping, hvorav alle er nye i en syklisk prosess som beskrevet. Når der anvendes luft, er det også muligheter for fraksjonering i syklusen for å oppnå flytende nitrogen og oksygengass for større økonomisk utbytte. Den oksygenmengde som skaffes av et virkelig anlegg, vil være betraktelig og vil kunne forsyne en kjemisk eller metallurgisk drabantfabrikk. At the market place, the liquid methane is vaporized and delivered to the pipeline network at 414 N/cm p. The heat required for this vaporization is used to condense nitrogen gas (or liquid air) which is then returned to the field as a cooling source for condensing natural gas . Of the two processes - the source process and the market place process - the latter is the more difficult to analyse. There are several applicable processes, including heat pumping of mixed gas (nitrogen and methane), ordinary heat pumping (as shown in this example) and nitrogen heat pumping, all of which are new in a cyclic process as described. When air is used, there are also possibilities for fractionation in the cycle to obtain liquid nitrogen and oxygen gas for greater economic yield. The amount of oxygen provided by a real plant will be considerable and will be able to supply a chemical or metallurgical drabant factory.

I den på fig. 4 og 5 viste prosess blir 1,0 kg metan i mettet væskeform ved 10,3 N/cm<2> og -l6l°C ført inn i prosessen gjennom en ledning 150, hvoretter metanet deles i en første strøm i en ledning 152 og en annen strøm i en ledning 154. Den første strøm, som består av 0,385 kg metan, føres gjennom en varmeveksler 156 som står i varmeutvekslende forhold med nitrogenvarmeutvekslere 158 og 160 som vil bli nærmere beskrevet senere. Etter at metanstrømmen har passert gjennom varmeveksleren 156 har den en temperatur av -15^°C. Metanstrømmen føres nå inn i en kompressor 162 hvor metanet komprimeres til 4l4 N/cm og en temperatur av 43°C, hvoretter metanet føres inn i en ledning 164. Kompressoren 162 er koblet sammen med en ekspansjonsturbin 165 som er anordnet i den annen metanstrøm slik det vil bli nærmere beskrevet nedenfor. Denne sammenkobling bevirker at det arbeid som leveres fra ekspansjonsturbinen I65, tilføres kompressoren 162 som en del av den nødvendige energi. Ledningen 164 munner ut i en utløpsledning 166 sammen med en annen utløpsledning, så der fås 1,0 kg metan ved 4l4 N/cm 2 og 49°C. In the one in fig. 4 and 5 shown process, 1.0 kg of methane in saturated liquid form at 10.3 N/cm<2> and -161°C is introduced into the process through a line 150, after which the methane is split into a first stream in a line 152 and another stream in a line 154. The first stream, which consists of 0.385 kg of methane, is passed through a heat exchanger 156 which is in a heat exchanging relationship with nitrogen heat exchangers 158 and 160 which will be described in more detail later. After the methane stream has passed through the heat exchanger 156, it has a temperature of -15^°C. The methane flow is now fed into a compressor 162 where the methane is compressed to 4l4 N/cm and a temperature of 43°C, after which the methane is fed into a line 164. The compressor 162 is connected to an expansion turbine 165 which is arranged in the other methane flow as follows it will be described in more detail below. This interconnection causes the work delivered from the expansion turbine I65 to be supplied to the compressor 162 as part of the required energy. The line 164 opens into an outlet line 166 together with another outlet line, so 1.0 kg of methane is obtained at 4l4 N/cm 2 and 49°C.

Den annen flytende metanstrøm, som består av 0,615 kg metan, komprimeres av en pumpe 168 til 1032 N/cm<2> og en temperatur av -154°C. En del av det arbeid som kreves for pumpen, skaffes av en ekspansjonsturbin 170 i nitrogenstrømmen slik det vil bli nærmere beskrevet nedenfor. Det flytende metan som pumpes av pumpen 168, føres gjennom en ledning 172 til en metanvarmeveksler 174 som står i varmeutvekslende forhold med nitrogenvarmevekslere 176 og 178 som vil bli nærmere beskrevet nedenfor under gjennomgåelsen av nitrogenstrømningen. Metanet fra varmeveksleren 174 føres ved en temperatur av 15,6°C inn i en over-heter 176' hvor det oppvarmes til en temperatur av 127°C Eksosgassen fra en tilskuddskraftkilde som kan anvendes for en senere beskrevet kompressor i nitrogenstrømmen, kan anvendes som varmekilde i overheteren. Metanet fra overheteren føres inn i den tidligere nevnte ekspansjonsturbin 165.og forlater denne ved 414 N/cm<2> og en temperatur av 49°C, hvoretter det føres inn i utløpsledningen 166 for videre-føring til naturgasssystemet og det endelige rørledningsnett ved 4l4 N/cm . The second liquid methane stream, which consists of 0.615 kg of methane, is compressed by a pump 168 to 1032 N/cm<2> and a temperature of -154°C. Part of the work required for the pump is provided by an expansion turbine 170 in the nitrogen stream as will be described in more detail below. The liquid methane that is pumped by the pump 168 is led through a line 172 to a methane heat exchanger 174 which is in a heat exchanging relationship with nitrogen heat exchangers 176 and 178 which will be described in more detail below during the review of the nitrogen flow. The methane from the heat exchanger 174 is fed at a temperature of 15.6°C into a superheater 176' where it is heated to a temperature of 127°C. The exhaust gas from an additional power source which can be used for a later described compressor in the nitrogen flow can be used as heat source in the superheater. The methane from the superheater is fed into the previously mentioned expansion turbine 165 and leaves this at 414 N/cm<2> and a temperature of 49°C, after which it is fed into the outlet line 166 for onward delivery to the natural gas system and the final pipeline network at 4l4 N/cm.

Nitrogenet føres inn i prosessen gjennom en ledning l80' i en mengde av 1,05 kg nitrogen ved 10,3 N/cm2 og 29>iJ0C. Denne strøm føres ,gjennom varmeveksleren 176, hvoretter den sammen med resirkulert nitrogen føres inn i en ledning 182 til kompressoren l80. Nitrogenet i ledningen 182 har et trykk på 10,3 N/cm<2> og en temperatur av -151°C The nitrogen is introduced into the process through a line l80' in an amount of 1.05 kg of nitrogen at 10.3 N/cm 2 and 29>iJ0C. This current is passed through the heat exchanger 176, after which it, together with recycled nitrogen, is passed into a line 182 to the compressor 180. The nitrogen in line 182 has a pressure of 10.3 N/cm<2> and a temperature of -151°C

og komprimeres av kompressoren til 183 N/cm2 og en temperatur av 29>4°C. Den samlede strøm av nitrogen som føres inn i systemet, og den resirku-lerte nitrogenmengde utgjør tilsammen 1,316 kg nitrogen. Denne samlede strøm i ledningen 184 føres gjennom varmeveksleren 178 og deretter gjennom varmeveksleren 160 og en varmeveksler 186 for ytterligere av-kjøling. Nitrogenet blir deretter ført gjennom turbinen (av impuls-eller reaksjonstypen) 170 for reduksjon av trykket og ytterligere av-kjøling og inn i en. separator 188. Fra separatoren blir 1,05 kg fortettet nitrogen tappet av gjennom en ledning 190 ved et trykk på and is compressed by the compressor to 183 N/cm2 and a temperature of 29>4°C. The total flow of nitrogen that is fed into the system and the recycled amount of nitrogen add up to 1.316 kg of nitrogen. This combined current in the line 184 is passed through the heat exchanger 178 and then through the heat exchanger 160 and a heat exchanger 186 for further cooling. The nitrogen is then passed through the turbine (of the impulse or reaction type) 170 for reduction of pressure and further cooling and into a. separator 188. From the separator, 1.05 kg of condensed nitrogen is drained off through a line 190 at a pressure of

10,3 N/cm<2> og en temperatur av -196°C for levering til tankskipet som skal til kildestedet. 10.3 N/cm<2> and a temperature of -196°C for delivery to the tanker going to the source site.

En resirkuleringsstrøm av nitrogen tappes av fra separatoren 188 gjennom en ledning 192 og føres gjennom en resirkuleringsvarmeveksler 194 og en varmeveksler 158 for å forenes med det opprinnelig innførte nitrogen i ledningen 182 som tidligere beskrevet. Dette gir en ytterligere avkjøling i prosessen. A recycle stream of nitrogen is withdrawn from the separator 188 through a line 192 and passed through a recycle heat exchanger 194 and a heat exchanger 158 to combine with the originally introduced nitrogen in the line 182 as previously described. This provides further cooling in the process.

Fig. 6 viser grafisk de virkelige temperaturdifferanser i systemet, hvor det som kjølemiddel anvendte nitrogen og metanstrømmene i prosessen alltid er kaldere enn den nitrogenstrøm som varme trekkes ut fra. Fig. 6 graphically shows the real temperature differences in the system, where the nitrogen used as coolant and the methane flows in the process are always colder than the nitrogen flow from which heat is extracted.

De kompressorer som anvendes i prosessen, kan være sentrifugal-maskiner med kald innstrømning og høy gasstetthet (cold suction high gas density centrifugal machines). Ved dette utstyr er virkningsgradene høye, spesielt for aksialstrømmaskinene, og kan settes til 0,85 (isentropisk). Den netto energitilførsel til markedsstedprosessen kan skaffes av en tilskuddsmaskin, som kan være en gassturbin for kompressoren l80, samtidig som eksosgassen som tidligere nevnt anvendes som varmekilde i overheteren 176. Varmevekslerenheten 156, 158 og l6o kan være en flerløpskondensatorfordamper (multipass condenser evaporator). Det maksimale trykk på 183 N/cm som anvendes i disse en-heter, tillater anvendelse av såkalte lavtrykksvarmevekslere. Varmevekslerne 186 og 194 som anvendes til underkjøling av nitrogenet, The compressors used in the process can be centrifugal machines with cold inflow and high gas density (cold suction high gas density centrifugal machines). With this equipment, the efficiencies are high, especially for the axial flow machines, and can be set to 0.85 (isentropic). The net energy supply to the market place process can be provided by a supplementary machine, which can be a gas turbine for the compressor l80, while the exhaust gas, as previously mentioned, is used as a heat source in the superheater 176. The heat exchanger unit 156, 158 and l6o can be a multipass condenser evaporator. The maximum pressure of 183 N/cm used in these units allows the use of so-called low-pressure heat exchangers. The heat exchangers 186 and 194 which are used to subcool the nitrogen,

kan også være av denne type, mens varmeveksleren 174, 176 og 178 med høyere trykk kan være av typen med snodd spindel (wound mandrel type). can also be of this type, while the heat exchanger 174, 176 and 178 with higher pressure can be of the type with a twisted spindle (wound mandrel type).

Varmeveksleren 176, som er varmeveksleren for det gassformede nitrogen (eller luft) med lavt trykk, kan være installert i duplikat med en varmeovergangsflate av passende størrelse fra varmeveksleren 174 for å tjene som utfellingsoverflate for vann og karbondioksyd i det innstrømmende nitrogen eller den innstrømmende luft med lavt trykk. The heat exchanger 176, which is the heat exchanger for the low pressure gaseous nitrogen (or air), may be installed in duplicate with an appropriately sized heat transfer surface from the heat exchanger 174 to serve as a precipitation surface for water and carbon dioxide in the inflow nitrogen or the inflow air with low pressure.

Når en av duplikatoverflåtene er rimet, blir varmeveksleroverflaten "skiftet" over til den annen av duplikatoverflåtene ved den fremgangsmåte som anvendes i den kryogene industri ved såkalte "skiftevarme-vekslere", mens den rimede overflate blir oppvarmet og avrimet for å forberede den til den neste skifting. På denne måte unngås et kostbart tørkesystem for det tilførte nitrogen (eller luft). When one of the duplicate surfaces is rimmed, the heat exchanger surface is "switched" over to the other of the duplicate surfaces by the method used in the cryogenic industry for so-called "switching heat exchangers", while the rimmed surface is heated and defrosted to prepare it for the next shifting. In this way, an expensive drying system for the added nitrogen (or air) is avoided.

Forsendelse Shipment

Forsendelsen av nitrogenkjølemiddel og naturgass foregår i forholdet 1:1 på massebasis. Regnet på 1 kg metan og nitrogen vil der fra markedsstedet til feltet bli skipet 1,05 kg flytende nitrogen (eller flytende luft) i det utgående skip, noe som vil gi 1,31 dm^ væske. På kildestedet kan man regne med at der mottas 1,0 kg flytende nitrogen under hensyntagen til en viss fordampning. Ved skipning i motsatt retning fra kildestedet til markedsstedet blir 1,05 kg flytende metan anbragt i det utgående skip, noe som utgjør 2,50 dm væske, idet tettheten av flytende metan er ca. halvparten av tettheten av flytende nitrogen. På markedsstedet vil der mottas ca. 1,0 kg flytende metan eller naturgass under hensyntagen til fordampning. The shipment of nitrogen refrigerant and natural gas takes place in a ratio of 1:1 on a mass basis. Based on 1 kg of methane and nitrogen, 1.05 kg of liquid nitrogen (or liquid air) will be shipped from the market place to the field in the outgoing ship, which will give 1.31 dm^ of liquid. At the source, it can be assumed that 1.0 kg of liquid nitrogen is received, taking into account a certain amount of evaporation. When shipping in the opposite direction from the source location to the market location, 1.05 kg of liquid methane is placed in the outgoing ship, which amounts to 2.50 dm of liquid, as the density of liquid methane is approx. half the density of liquid nitrogen. At the market place, approx. 1.0 kg liquid methane or natural gas taking into account evaporation.

På fig. 7 er der vist et skjematisk diagram som illustrerer de foran nevnte overveielser med hensyn til forsendelse. Det utgående skip som går fra markedsstedet til kildestedet og frakter flytende nitrogen, er betegnet med henvisningstallet 200, mens returskipet som går fra kildestedet til markedsstedet og frakter fortettet metan, er angitt med henvisningstallet 202. In fig. 7 shows a schematic diagram illustrating the above-mentioned considerations with regard to shipment. The outgoing ship that goes from the market place to the source place and carries liquid nitrogen is designated with the reference number 200, while the return ship that goes from the source place to the market place and carries condensed methane is indicated with the reference number 202.

Etter at skipet 200 er ankommet til.kildestedet fra markedsstedet med alle fire lastetanker bare halvfulle,1 blir innholdet av lastetank nr. 1, som inneholder 0,25 kg flytende nitrogen, ved hjelp av en pumpe overført til en lagertank på land på kildestedet. Det. flytende nitrogen i lastetank nr. 2 vil bli pumpet inn i metanfortetningsprosessen, og 0,262 kg flytende metan, som utgjør 1/4 av den samlede last på 1,05 kg, vil føres inn i den tomme lastetank nr. 1. Denne prosess vil gjentas for hver lastetank etter tur, og til slutt vil de 0,25 kg flytende nitrogen i lagertanken på land føres inn i metanfortetningsprosessen for å gi 0,262 kg flytende metan, som representerer den siste fjerdedel av lasten av fortettet metan, til lastetank nr. 4. Skipet er nå fylt med 1,05 kg - som anvendes som en eksempelvis enhetsverdi - og er klar for tur fra kildestedet til markedsstedet. After the ship 200 has arrived at the source location from the market location with all four cargo tanks only half full,1 the contents of cargo tank No. 1, containing 0.25 kg of liquid nitrogen, are transferred by means of a pump to an onshore storage tank at the source location. The. liquid nitrogen in cargo tank #2 will be pumped into the methane condensing process, and 0.262 kg of liquid methane, which is 1/4 of the total cargo of 1.05 kg, will be fed into the empty cargo tank #1. This process will be repeated for each cargo tank in turn, and finally the 0.25 kg of liquid nitrogen in the shore storage tank will be fed into the methane condensing process to provide 0.262 kg of liquid methane, representing the last quarter of the cargo of liquefied methane, to cargo tank No. 4. The ship is now filled with 1.05 kg - which is used as an exemplary unit value - and is ready for the trip from the source location to the market location.

Det vil bemerkes at det minste nødvendige lagervolum på land under forutsetning av at der ikke er noe tapt tid for omsetning av flytende nitrogen på kildestedet (field site turn around lost time for the liquid nitrogen) er.0,312 dm<3> (0,3275/1,05). Dette er 1/8 av det volum som svarer til den fulle skipslast av flytende metan i alle fire lagertanker, som hver tar 0,625 dirr slik at den samlede last er 2,50 dm . Hvis det ønskes, kan lagertankene 2 og 3 i midten av skipet utføres med dobbelt styrke, og disse tanker kan da fylles med flytende nitrogen for turen til kildestedet, mens tankene 1 og 2 vil være tomme under denne tur. It will be noted that the minimum required storage volume on land under the assumption that there is no lost time for turnover of liquid nitrogen at the source site (field site turn around lost time for the liquid nitrogen) is.0.312 dm<3> (0.3275 /1.05). This is 1/8 of the volume corresponding to the full shipload of liquid methane in all four storage tanks, each of which takes 0.625 dirr so that the total load is 2.50 dm. If desired, storage tanks 2 and 3 in the middle of the ship can be carried out at double strength, and these tanks can then be filled with liquid nitrogen for the trip to the source site, while tanks 1 and 2 will be empty during this trip.

Rensingen eller spylingen av skipets lagertanker både på kildestedet og markedsstedet krever overveielse. På kildestedet vil en tank som inneholder flytende luft, over hvilken der vedlikeholdes den damp-likevekt som gjelder for flytende luft, inneholde en damp med et nitrogeninnhold på 95$ ved en atmosfæres trykk, når den er tømt for all den flytende luft. I henhold til kjente antennelsesgrenser vil denne gass, som inneholder 9555 nitrogen i blanding med 5% oksygendamp, være ikke brennbar sammen med en hvilken som helst mengde metan. På kildestedet kreves der således ingen spesielle renseoperasjoner når tankene fylles påny med flytende metan etter at de er tømt for flytende luft, under forutsetning av at de ovennevnte betingelser er tilfredsstilt. The cleaning or flushing of the ship's storage tanks both at the source and the market place requires consideration. At the source, a tank containing liquid air, above which the vapor equilibrium applicable to liquid air is maintained, will contain a vapor with a nitrogen content of 95$ at one atmosphere of pressure, when it has been emptied of all the liquid air. According to known ignition limits, this gas, which contains 9555 nitrogen in a mixture with 5% oxygen vapor, will not be flammable together with any amount of methane. At the source site, no special cleaning operations are thus required when the tanks are refilled with liquid methane after they have been emptied of liquid air, provided that the above conditions are met.

På markedsstedet vil lagertanken etter at det flytende metan er fjernet fra tanken, være full av metandamp. Da lastetanken er relativt varm (-l6l°C) sammenlignet med fyllingen av flytende luft (-195°C), vil nedkjølingen av lagertanken til å begynne med fordampe noe av den flytende luftlast, og herunder vil man passere spissen av det brennbare område. Det vil derfor være nødvendig å utføre nedkjølingen av tanken med flytende nitrogen på markedsstedet. At the market place, after the liquid methane has been removed from the tank, the storage tank will be full of methane vapour. As the cargo tank is relatively hot (-16l°C) compared to the filling of liquid air (-195°C), the cooling of the storage tank will initially evaporate some of the liquid air cargo, and below that you will pass the tip of the flammable area. It will therefore be necessary to carry out the cooling of the tank with liquid nitrogen at the market place.

Alternativt kan den overliggende metandamp etterhvert som flytende metan pumpes ut fra skipstankene på markedsstedet, erstattes av nitrogen-damp for å vedlikeholde et damprom som består hovedsakelig av nitrogen. Så lenge den tank som tømmes, har et metaninnhold i dampblandingen av metan og nitrogen på mindre enn 12$, kan flytende luft pumpes direkte inn i tanken uten at innholdet kommer i det brennbare område. Alternatively, as liquid methane is pumped out from the ship's tanks at the market place, the overlying methane vapor can be replaced by nitrogen vapor to maintain a vapor space consisting mainly of nitrogen. As long as the tank being emptied has a methane content in the vapor mixture of methane and nitrogen of less than 12$, liquid air can be pumped directly into the tank without the contents entering the flammable area.

Forskjellige forandringer og modifikasjoner kan utføres i fremgangsmåten, slik det allerede vil være forståelig for fagfolk. F.eks. kan luft, som naturligvis hovedsakelig består av nitrogen, anvendes i prosessen istedenfor nitrogen, og når der tales om nitrogen, skal det forstås at også andre gasser, som f.eks. luft, hvis hovedbestanddel er nitrogen, kan anvendes så sant gassens termiske egenskaper ligner egen-skapene for nitrogen. Various changes and modifications can be made in the method, as will already be understood by those skilled in the art. E.g. air, which naturally mainly consists of nitrogen, can be used in the process instead of nitrogen, and when nitrogen is mentioned, it should be understood that other gases, such as e.g. air, whose main component is nitrogen, can be used as long as the thermal properties of the gas are similar to those of nitrogen.

Claims

1. Method for densification of natural gas at a source location by heat exchange with a liquid refrigerant that expands to achieve a cooling effect, and which consists mainly of nitrogen, the liquid refrigerant is compressed at the source location before being brought into heat exchange conditions with the natural gas and after this heat exchange is expanded to a lower pressure and a lower temperature and then again brought into a heat-exchanging relationship with the natural gas, while the natural gas before it is brought into a heat-exchange relationship with the refrigerant is in compressed form at the source, characterized by the natural gas being split into a plurality of separate flows, and that the liquid refrigerant after compression is first brought into heat-exchange conditions with the natural gas in only one of the aforementioned separate flows and then expanded while achieving work in a plurality of stages to a lower pressure and a lower temperature, the refrigerant after each stage is carried in a heat exchanger relationship with each of the other separate divided streams of natural gas in turn.

2. Method as specified in claim 1, characterized in that work obtained by expansion of the natural gas is used in the compression of the refrigerant and/or natural gas, and that the work obtained in the expansion of the refrigerant is used in the compression of the natural gas and/or to compressing the refrigerant in conjunction with any of said refrigerant expansion steps.