NO20130998L - Kondenseringsprosess for naturgass. - Google Patents

Abstract

Oppfinnelsen gjelder kondensering av naturgass og spesielt tilpasset for bruk offshore. Oppfinnelsen omhandler et naturgasskondenseringsapparat hvor en hovedavkjølingskrets benytter som et kjølemiddel en gasstrøm hvor minst en del av denne er utvinnet fra naturgasskilden. Oppfinnelsen omhandler også en fremgangsmåte for å produsere kondensert naturgass hvor en ustabilisert kondensatproduktstrøm er produsert. Videre omhandler oppfinnelsen en fremgangsmåte for å transportere naturgassprodukter hvor det fremskaffes en ustabilisert kondensatproduktstrøm, og deretter transport av den nevnte strømmen.

Description

Foreliggende oppfinnelse gjelder en kondenseringsprosess for naturgass og spesielt, men ikke begrenset til, til en tilpasset for bruk offshore.

Naturgass kan bli fremskaffet fra jorden for danne en naturgassfremføring som må bli prosessert før den kan bli benyttet kommersielt. Normalt er gassen først forhåndsbehandlet for å fjerne eller redusere innholdet av urenheter slik som karbondioksid, vann, hydrogensulfid, kvikksølv, osv.

Gassen er ofte kondensert før den blir transportert til et punkt for bruk for å fremskaffe kondensert naturgass (LNG). Dette tillater volumet av gassen til å bli redusert med omtrent 600 ganger, som sterkt reduserer transporteringskostnadene. Siden naturgass er en blanding av gasser, kondenseres den over en rekke temperaturer. Ved atmosfærisk trykk, er det vanlige temperaturområdet hvor slik kondensering inntreffer mellom -165°C og -155°C. Siden den kritiske temperaturen av naturgass er rundt -80°C til -90°C, kan ikke gassen bli kondensert kun ved å komprimere den. Det er derfor nødvendig å benytte en kjøleprosess.

Det er kjent at naturgass blir avkjølt ved å bruke varmevekslere hvor et gassholdig kjølemiddel er benyttet. I en velkjent fremgangsmåte omfatter et antall av kjølesykluser, vanligvis tre, i form av en kaskade. I slike kaskader, kan kjølemiddelet være fremskaffet med metan, etylen og propan i sekvens. En annen type av kaskadearrangement som benytter blandet kjølemiddelstrømmer er beskrevet i WO 98/48227. Et annet kjent system benytter seg av en blanding av hydrokarbongasser, slik som propan, etan og metan i en enkel syklus og en separat propankjølemiddelsyklus for å fremskaffe kjøling av det blandete kjølemiddelet og naturgassen.

Det vil bli satt pris på at benyttelsen av hydrokarboner som kjølemiddel presenterer et sikkerhetsaspekt og dette er spesielt viktig i offshoremiljøene, hvor det er lite ønskelig å ha store flytende hydrokarbonlagre i hva som er uunngåelig et begrenset rom.

Som et alternativ, har Thomas og andre (US 6 023 942) fremlagt en naturgasskondenseringsprosess hvor karbondioksid kan bli benyttet som et kjølemiddel. Imidlertid, er denne prosessen ikke passende i stor skala eller offshoreapplikasj oner siden den ikke er avhengig av kaskadearrangementet, men på en åpen loopekspansjonsprosess som det primære middel for å kjøle ned LNG-strømmen. Ekspansjonsprosessen slik som denne tillater ikke tilstrekkelig lave temperaturer å bli oppnådd, og dermed må LNG bli holdt ved veldig høye trykk for å opprettholde den i væskeform. Både fra et sikkerhets og et økonomisk perspektiv, er disse høye trykkene ikke passende for industriell produksjon av LNG, og spesielt ikke for storskala eller offshoreapplikasjoner.

Et annet alternativ ville være en prosess basert på nitrogensykluser, men denne har viktige ulemper som termisk virkningsgrad er mye lavere enn for et hydrokarbonbasert system. I tillegg, på grunn av at nitrogen har en lavere varmeoverføringskoeffisient, er det nødvendig med større varmeoverføringsområde for å spre den unødvendige varme fra prosessen inn i kjølemediet. Følgelig, til tross for sikkerhetsrisikoen involvert, blir hydrokarbonbaserte følemiddelsykluser fortsatt benyttet.

I henhold til foreliggende oppfinnelse er det fremskaffet et

naturgasskondenseringsapparat, hvor en karbondioksidbasert forkjølingskrets er fremskaffet i et kaskadearrangement med en hovedkjølekrets.

Ved hjelp av dette arrangementet, er det mulig å benytte sikre kjølemidler i hovedkjølekretsen, sammenliknet med det beskrevet ovenfor i hydrokarbonbaserte sykluser, samtidig med å redusere energiforbruket involvert ved bruken av slike sykluser.

Som beskrevet ovenfor, i et kaskadearrangement, er kjøling utført med en serie av kjølesykluser som er vanligvis i form av et lukket sløyfesystem. Vanligvis er arrangementer slik at naturgasstrømmen passerer gjennom en serie av samordnede varmevekslere som er arrangert slik at minst én kjølemiddelstrøm passerer gjennom et mangfold av varmevekslere i sekvens. Vanligvis er to eller avkjølingsstrømmer benyttet og arrangementet kan deretter være slik at en strøm passerer gjennom i en varmeveksler og en annen strøm passerer gjennom den samme varmeveksleren og ytterligere en. Dersom tre varmevekslere er fremskaffet kan det være tre kjølemiddelstrømmer med én som passerer gjennom hver varmeveksler, én gjennom to av disse, osv.

Videre er det mulig å utvinne karbondioksid fra naturgassmatingen. Som beskrevet ovenfor, er karbondioksid normalt fjernet fra gassen under forhåndsbehandlings-stadiet og er vanligvis ventilert til atmosfæren eller injisert på nytt tilbake til nærliggende reservoarer. Dermed, er ikke bare CO2allerede tilgjengelig, men også det miljømessige uønskede utslippet av C02 kan til en viss grad bli redusert.

Den C02baserte forkjølingskretsen kan inneholde andre gasser, for eksempel hydrokarboner, men fortrinnsvis er disse mengdene mindre enn 5 mol%, og det er spesielt å foretrekke for gassen å være stort sett ren C02.

Videre betyr det å benytte C02at det er mulig å bruke forholdsvis høye innsugstrykk for kjølemiddelkompressorene (i størrelsesorden 6-10 bara), slik at rør med liten diameter kan bli benyttet som resultat av en mer kompakt design. Disse egenskapene vil sammen føre til et veldig lite arealforbruk for den kryogeniske seksjonen av anlegget (dvs. den delen som arbeider med temperaturer under -40°C), som er spesielt viktig i en offshore applikasjon.

Fortrinnsvis mottar innsugsenden av avkjølingskompressorene uoppvarmet, kaldt kjølemiddel direkte fra de kryogeniske varmevekslerne.

Fortrinnsvis omfatter hovedkjølekretsen en nitrogenrik basert krets, dvs. en som benytter avkjølingsmiddel som er rikt på nitrogen. Dette kan være hovedsakelig ren nitrogen slik at avkjølingsgassen som strømmer igjennom ekspansjonssløyfene til hovedkjølekretsen danner en ikke-brennbar blanding. Nitrogengassen kan bli skaffet tilveie fra atmosfæren.

Dermed, i en foretrukket utførelse, omfatter hovedkjølekretsen(e) en nitrogenrik basert ekspansjonssløyfe(r). I disse sløyfene er kjølemiddelet en nitrogenrik sammensetning og kjølemiddelet er i seg selv avkjølt ved å benytte en ekspansjonssløyfemekanisme.

For å kunne forbedre virkningsgraden ved bruk av apparatet, kan andre gasser, slik som hydrokarboner, bli blandet med nitrogenet. Hovedkjølekretsen inneholder fortrinnsvis et mangfold av sykluser og den første av disse kan fortrinnsvis være rikere på nitrogen enn påfølgende sykluser. Dette er fordi den første syklusen er det kaldeste syklusen, og inneholder fordelaktig mer nitrogen enn påfølgende varmere sykluser. Den rike nitrogenstrømmen kan være en blanding av nitrogen med enhver annen passende gass, fortrinnsvis hydrokarboner slik Citil C5hydrokarboner, spesielt metan, etan, propan, butan, pentan, etylen eller propylen. For eksempel, den første syklusen kan benytte hovedsakelig ren nitrogen, eller så slite som 30 mol% nitrogen. Vanligvis kan kjølemiddelstrømmen inneholde rundt 50-100 mol% nitrogen hvor ca. 0-50 mol% hydrokarboner, men fortrinnsvis er minst 80 mol% nitrogen benyttet som kan bli kombinert med metan og etan ( for eks. 80 mol% nitrogen, 15 mol% metan, 5 mol% etan). De påfølgende syklusene kan inneholde betydelig mindre nitrogen og tilsvarende mer hydrokarbongasser, for eksempel, så lite som 5-20 mol% nitrogen kan bli benyttet i påfølgende sykluser.

En ytterligere fordel med disse utførelsene av oppfinnelsen er at den påkrevde ytre karbonsammensetningen er lett tilgjengelig fra LNG produksjonsprosessen, uten behovet for et tilegnet fraksjoneringssystem som vanligvis er nødvendig i kjent teknikk. Dermed, selv om brennbare hydrokarbongasser er benyttet som kjølemidler i disse utførelsene, store lagre av dem trengs ikke å bli spesielt lagret. I stedet for kan de bli skaffet tilveie fra naturgassen i seg selv.

Videre, nitrogen og/eller hydrokarboner benyttet i systemet som et kjølemiddel kan også bli skaffet tilveie fra naturgassen. Bruken av en slik tilførsel i denne sammenhengen er forstått å være oppfinnesom, og dermed sett fra et annet aspekt, fremskaffer oppfinnelsen en naturgasskondenseringsapparat hvor en kjølekrets benytter som et kjølemiddel en gasstrøm som minst én del av denne er utvinnet fra naturgasskilden. For eksempel, nitrogen eller hydrokarbon eller en nitrogenberiket kjølemiddelstrøm kan bli skaffet tilveie fra den samme naturgasskilden som naturgassen som skal bli kondensert. Det er foretrukket at nitrogenberiket naturgasstrøm er benyttet. Det er også foretrukket at gasstrømmen har en del laget fra den lette hydrokarbonstrømmen fra tilbakestrømningsbeholderen i et fjerningstårn for tunge hydrokarboner.

Normalt vil naturgasstrømmen innehold tilstrekkelige mengder av hydrokarboner for å tilfredsstille kravene til kjølemiddelkjølingsstrømmen. Imidlertid, siden det stort sett er behov for mer nitrogen i kjølemiddelstrømmen, kan det være nødvendig å tilføre nitrogen fra andre kilder til nitrogenet fra naturgassen. Nitrogengass er lett tilgjengelig og kan for eksempel bli skaffet tilveie fra den kryogeniske separasjonen av luft. Det vil bli satt pris på at en passende blanding av nitrogen og hydrokarboner skaffet tilveie fra naturgasskilden, og hvis nødvendig tilført ytterligere nitrogengass, kan være benyttet som en klar og pålitelig kilde til kjølemiddelstrøm. I et slikt tilfelle er apparatet vesentlig forenklet.

Hydrokarboner kan bli resirkulert fra forskjellige kilder i gasskondenserings-prosessen. For eksempel kan hydrokarbonsammensetningen bli tatt fra tilbakestrømningsbeholderen til utskillelsestårnet for tunge hydrokarboner. Fortrinnsvis er hydrokarbonsammensetning for gasstrømmen tatt delvis fra overskuddet til hydrokarbonutskillelsestårnet og delvis fra tilbakestrømningsbeholderen for utskillelsestårnet for tunge hydrokarboner, hvor de tyngre hydrokarbonene er mer passende for de senere avkjølingsstegene. Dette danner en veldig effektiv dobbelstrøm av forkjølet karbondioksidblandet kjølemiddelprosess.

I en foretrukket utførelse av oppfinnelsen, omfatter den første nitrogenbaserte syklusen hydrokarboner utvunnet fra overskuddet til hydrokarbonutskillingstårnet. De senere syklusene kan omfatte hydrokarboner som har strømmet tilbake. I begge tilfeller har det blitt funnet at en anvendelig kjølemiddelgass hovedsakelig fri fra aromatiske hydrokarboner er produsert. Det vil bli satt pris på at tilstedeværelse av duftstoffer er uønsket på grunn av sin tendens til å fryse. Bunnproduktet fra utskillingsenheten for tunge hydrokarboner kan bli rutet til

kondensatstabiliseringskolonnen.

Som en forbedring til oppfinnelsen, kan bunnproduktene fra hydrokarbonutskillingsenhetene bli sendt til en kondensatstabiliseringsenhet.

Vanligvis er apparatet beskrevet ovenfor arrangert til å fremskaffe tre separate strømmer, nemlig kondensat, LNG og LPG, på linje med konvensjonell praksis. Imidlertid har det nå blitt overraskende funnet ut at kun to separate produktstrømmer trenger å bli produsert: LNG og et kombinert kondensat/LPG-strøm (ustabilisert kondensatprodukt). Slike produkter har den betydelige fordelen at de kan bli transportert lettere enn tre konvensjonelle produktstrømmer. Dermed, kan det være enklere å mer kostnadseffektivt å transportere en ustabilisert kondensatorproduktstrøm enn å transportere LPG og stabiliserte kondensatprodukter separat. Dette er i seg selv sett på som oppfinnsomt, og sett fra en annen side, derfor fremskaffer oppfinnelsen en fremgangsmåte å produsere kondensert naturgass (LNG) hvor en ustabilisert kondensatproduktstrøm er produsert. Fra ytterligere en annen side, fremskaffer oppfinnelsen en fremgangsmåte for å transportere naturgassprodukter, som omfatter fremskaffelsen av en ustabilisert kondensatproduktstrøm, og påfølgende transportering av den nevnte strømmen, for eksempel med rør, skip, tankskip, osv.

Som beskrevet ovenfor, er benyttelsen av kjølemidler (i spesielt nitrogen og hydrokarboner) skaffet tilveie fra gassmatingen sett på som fremskaffelse av ytterligere oppfinnelsesstoff og derfor, sett fra en annen side, fremskaffer oppfinnelsen en fremgangsmåte for kondensering av naturgass hvor gass(er) fremskaffet fra naturgassmating er benyttet som kjølemidler. I foretrukket form er derfor kjølemidlene fremskaffet omfattende karbondioksid, nitrogen og/eller hydrokarboner som beskrevet ovenfor som kan bli benyttet i kaskadesykluser.

Ytterligere en fordel med oppfinnelsen er at prosesseringsstegene er ikke følsomme til bevegelser som inntreffer på ethvert flytende LNG-anlegg og prosessen er enkel å betjene i alle forbigående operasjonssituasjoner.

Oppfinnelsen skal beskrives nærmere i det følgende i forbindelse med noen utførelseseksempler og under henvisning til tegningene, der figur 1 representerer skjematisk naturgasskondenseringsprosessen i henhold til første utforming av oppfinnelsen, figur 2 representerer skjematisk en alternativ naturgasskondenseringsprosess i henhold til en andre utførelse, figur 3 er et flytskjema for et LNG-anlegg i sin helhet som inkorporerer LNG kondenseringssystemet som vist i figur 1, figur 4 er et flytskjema til LNG-anlegget i sin helhet som inkorporerer LNG kondenseringssystemet som vist i figur 2, og figur 5 er et flytskjema av LNG-anlegget i sin helhet som produserer kun to produktstrømmer, LNG og ustabilisert kondensatprodukt.

Naturgasskondenseringsprosessen vist i figur 1 er konstruert for å brukes offshore og omfatter hovedsakelig en naturgasskrets med forkjøling, en kondenseringskrets og en underkjølingsnedkjølingskrets.

Den forhåndsbehandlede naturgasstrømmen NI er forhåndsavkjølt ned til 8-30°C i vannavkjøleren CWi på 30-70 barg. Den forhåndsavkjølte naturgassen N2 er introdusert inn i de kryogeniske varmevekslerne EIA, ElBogElC hvor den er delvis kondensert og forhåndsavkjølt ned til -30 til -50°C. Etter dette forhåndsavkjølingssteget, er naturgassen N8 kondensert i den kryogeniske varmeveksleren E2 ved ca. -80 til -100°C. Deretter er den kondenserte naturgassen N10 underkjølt til ca. -50 til -60° i den kryogeniske varmeveksleren E3. Etter underkjølingen, er LNG-strømmen NI 1 utvidet nær til atmosfæretrykk i "Joule Thompson" ventilen N12 (eller alternativt i en kryogenisk væsketurbin). LNG er videre ruter til en nitrogenutskillelsesenhet før den er pumpet til et LNG-lager.

Foravkjølingskjølemiddelet er tørt karbondioksid som er fortrinnsvis tatt fra en C02 utskillelsesdel av forhåndsbehandlingsprosessen, men den kan bli tatt fra andre kilder for eksempel C02kan bli importert. C02-strømmen fremskaffer avkjøling for naturgassen N2, kondenseringskjølemidlet L2 og underkjølingskjølemiddelet S2 ned til et nivå til ca. -30 til -55°C. For å kunne oppnå disse temperaturene, må fordampning av karbondioksid inne i avkjølingskretsen finne sted. Den kritiske temperaturen til karbondioksid påtvinger derfor en øvre grense på temperaturen til karbondioksidstrømmene P4, P7 og P10 som er benyttet i varmevekslerne N3, N5 og N7. Avkjølingen fremskaffet av det komprimerte foravkjølingskjølemiddelet Pl som er først kondensert i kjøleren CW2 ved bruk av sjøvann. Sjøvann er beleilig benyttet fordi det er tilgjengelig selv i fjerne plasseringer i varme klimaer. I praksis bør kjølevannet i CW2-enheten være minst under ca. 28°C for å oppnå tilstrekkelig forkjøling med karbondioksid. Hvis nødvendig, kan sjøvann fra dypene i havet bli benyttet da dette vil være kjøligere enn sjøvann ved overflaten. Den kondenserte foravkjølte kjølemiddelstrømmen P3 fra beholderen Dl er spylt gjennom Joule Thompson-ventilen VIA, VIB og VIC i tre trykknivåer i de kryogenetiske varmevekslerne EIA, E1B og E1C. De fordampede foravkjølte kjølemidlene P5, P8 og Pl 1 er returnert gjennom innsugsholderne D2, D3 og D4 til kompressoren Cl hvor foravkjølingskjølemiddelet er komprimert opp til 45-60 barg. på grunn av tre forskjellige trykknivåer (5,5-7 barg., 10-20 barg og 25-35 barg) ved hvilket foravkjølingskjølemidlene P4, P7 og P10 fordamper, er strømmene returnert til kompressoren Cl og tre forskjellige trykknivåer. Kompressoren Cl er konstruert for å motta lavtrykkstrøm P12 (5,5-7 bara) ved innsuget og andre mediumtrykkstrømmer P9 og P6 (10 til 20 bara og 25-35 bara) ved mellomstegsposisjoner. Dette forbedrer effektiviteten til foravkjølingssyklusen. Det påkrevde væskeoppholdet for den forhåndsavkjølte kretsen er fremskaffet med beholderen Dl.

Kondenseringskjølemiddelet LI er tørr nitrogenrik strøm som inneholder hovedsakelig N2 (50-100 mol%) og lette hydrokarboner (0-50 mol%) som kondenserer naturgassen ved -80°C og fremskaffer avkjøling for underavkjølingskjølemiddelet ned til et nivå på -80 til -100°C. Avkjølingen er fremskaffet av det komprimerte og forhåndskondenserte kjølemiddelet L5 ved å utvide den i ekspansjonsenheten i XP1 til lavere trykk (2-12 bara) og lave temperaturer (-80°C til 130°C) i den kryogenetiske varmeveksleren E2. Kondenseringskjølemiddelet L7 er varmet opp til ca. -40°C til -60°C og rutet til innsuget av avkjølingskompressoren C2 hvor den er komprimert på nytt opp til 30-50 barg. Den komprimerte kjølemiddelstrømmen L8 er avkjølt i avkjøleren CW4 og komprimert videre i forsterkerkompressoren i XC1 fra 40 til 70 barg. Forsterkerkompressoren EX1 er direkte koplet med ekspansjonsenheten EXP1. Høytrykksnitrogenen LI er rutet gjennom etterkjøleren CW3 og de krogenetiske varmevekslerne EIA, E1B og E1B som er kjølt ned til -30 til -55° før den er resirkulert til innsuget av ekspansjonsenheten i EXP1.

Underkjølingskjølemiddelsyklusen er konstruert for å underkjøle LNG slik at ikke mer enn nødvendig kvantitet av flashgass er produsert etter ekspansjon av LNG i nedstrøms nitrogenutskillingsenheten. Underkjølingskjølemiddelet er tørr nitrogenrik strøm som inneholder hovedsakelig N2 (50-100 mol%) og lette hydrokarboner (0-50 mol%). Avkjølingen er fremskaffet av den komprimerte og forhåndsavkjølte underkjølte kjølemiddel S6 ved å ekspandere det i ekspansjonsenheten i XP2 til lavere trykk (2-12 bara) og lavere temperaturer (-160 til -175°C). i den kryogenetiske varmeveksleren E3. Det underkjølte kjølemiddelet S8 er varmet opp til ca. -80 til -100°C og rutet til innsuget av avkjølingskompressoren C3 hvor den er komprimert opp igjen til 50-60 barg. Kompressoren C3 kan være integrert med avkjølingskompressoren C2 for å redusere kapitalkostnader. Det komprimerte kjølemiddelet S9 er avkjølt i kjøleren CW6 og komprimert videre i forsterkerkompressoren EXC2 til 60-90 barg. Forsterkerkompressoren EXC2 er direkte koplet med ekspansjonsenheten i EXP2. Den høyttrykknitrogenrike Sl er rutet gjennom etterkjøleren CW5 og de kryogenetiske varmevekslerne EIA, E1B, E1C og E2 som er blitt kjølt ned til ca. - 80 til -100°C før den er resirkulert tilbake til ekspansjonsenheten. Høyttrykkskondenseringskjølemiddelet L2 og underkjølingskjølemiddelet Sl kan bli kombinert til en felles høyttrykkskjølemiddelstrøm i varmevekslerne EIA, E1B og E1C hvis dette er vurdert til å være et mer kostnadseffektivt konsept.

Den andre utførelsen vist på figur 2 omfatter hovedsakelig en naturgasskrets med foravkjølingsenhet og hovedavkjølingskretser.

Den forhåndsbehandlede naturgasstrømmen NI er forhåndsavkjølt ned til 8-30°C i vannavkjøleren CW2 til 30-70 barg. Den forhåndsavkjølte naturgassen N2 er introdusert inn i de kryogenetiske varmevekslerne EIA, E1B og E1C hvor den er delvis kondensert og forhåndsavkjølt ned til ca. -30 til -55°C. Etter forhåndsavkjølingssteget, er naturgassen N8 kondensert og underkjølt i den kryogenetiske varmeveksleren E2 ned til ca. -150 til -160°C. Etter underkjøling, er LNG-strømmen N9 utvidet i nærheten av atmosfæretrykk i Joule Thompson-ventilen N10 (eller alternativt i en kryogenetisk væsketurbin). LNG er videre rutet til en nitrogenutskillelsesenhet før den er pumpet til et LNG-lager.

Det forhåndsavkjølte kjølemiddelet er tørr karbondioksid tatt fra en C02 utskillingsdel i forhåndsbehandlingsprosessen. C02strømmen fremskaffer avkjøling for naturgassen N2 og hovedkjølemiddelet M2 ned til et nivå på ca. -30 til -55°C. Avkjølingen er fremskaffet av det komprimerte forhåndsavkjølingskjølemiddelet Pl som er først kondensert i avkjøleren CW1 av sjøvann. Den kondenserte forhåndsavkjølingskjølemiddelstrømmen P3 fra beholderen Dl er sprøytet gjennom Joule Thompson ventilene VIA, V1B og V1C i tre trykknivåer i de kryogenetiske varmevekslerne EIA, EIB og ElC. De fordampede forhåndsavkjølingskjølemidlene P5, P8 og Pl 1 er returnert gjennom innsugbeholderne D2, D3 og D4 til kompressoren Cl hvor forhåndsavkjølingskjølemiddelet er komprimert opp til 45-60 barg. på grunn av tre forskjellige trykknivåer (5,5-7 barg., 10-20 barg og 25-35 barg.) ved hvilket forhåndsavkjølingskjølemidlene P4, P7 og P10 fordamper, er strømmene returnert til kompressoren Cl ved tre forskjellige trykknivåer. Kompressoren Cl er konstruert til å motta lavtrykkkstrøm P12 (5,5-7 bara) ved innsuget og andre mediumtrykkstrømmer P9 og P6 (10-20 bara og 25-35 bara) ved mellomliggende stegsposisjoner. Dette forbedrer effektiviteten av foravkjølingssyklusen. Det nødvendige væskeopphold for foravkjølingskretsen er fremskaffet av beholderen Dl.

Hovedavkjølingskjølemiddelsyklusen forsikrer konverseringen og underkjølingen av den foravkjølte naturgasstrømmen N8 og autoavkjøling av hovedkjølemiddelet i seg selv. Hovedavkjølingskjølemiddelet er tatt fra det overskytende til hydrokarbonutskillelsestårnet og beriket med nitrogen som har hovedsakelig følgende sammensetning: 0 til 15 mol% nitrogen, 10 til 90 mol% metan, 0 til 90 mol% etan, 0 til 30 mol% propan og 0 til 10 mol% butan.

Hovedavkjølingskjølemiddelet M5 er spesielt kondensert i de kryogenetiske varmevekslerne EIA, E1B og E1C og er separert til en væske og dampfase i separatoren D5 ved -30 til -55°C. Dampfasen er den lette hovedavkjølingskjølemiddelet M8 med høyt innhold av nitrogen og metan, mens væskefasen er det tunge hovedavkjølingskjølemiddelet M7, med høyt innhold av etan og propan. Kjølemiddelet M8 er kondensert og underkjølt på rørsiden av E2 og utvidet i Joule Thompson ventilen V2 (eller i væsketurbinen) til et lavt trykk på 0,2 til 6 barg og rutet til skallsiden av E2. Fordampningen av Ml 1 forsikrer underkjølingen av naturgasstrømmen N9 og sin egen underkjøling.

Det tunge hovedavkjølingskjølemiddelet M7 fra separatoren D5 er underkjølt på rørsiden av den kryogenetiske varmeveksleren E2 og utvidet gjennom Joule Thompson-ventilen V3 til et lavt trykk 0,2 til 6 barg. og rutet videre til skallsiden av E2. Denne strømmen er blandet blant annet med det lette hovedavkjølingskjølemiddelet og fordampningen av denne strømmen fremskaffer nødvendig avkjøling for kondensering av naturgasstrømmen og det lette hovedavkjølingskjølemiddelet.

Den fordampede og delvis overopphetede hovedavkjølingskjølemiddelet Ml4 er rutet til innsugsbeholderen D6 for kompressoren C2, hvor den er komprimert til 6 til 20 barg. mellomavkjølt i vannavkjøleren CW3 og videre komprimert i C3 til 20 barg. Det komprimerte hovedavkjølingskjølemiddelet Ml er dampavkjølt i vannavkjøleren CW4 og omrutet til foravkjølingsvarmevekslerne EIA, E1B og E1C.

Ytterligere detaljer om kondenseringen og fordampningsmekanismen til kjølemidlene og LNG vil være forstått av en faglært som har referanse til offentliggjøringen i WO 98/48227.

Det totale flytskjema til LNG-anlegget vist i figur 3 viser hovedsakelig forhåndsbehandlingen av naturgasstrømmen før den kommer inn i LNG kondenseringssystemet beskrevet ovenfor på figur 1 for å produsere det ønskede LNG-produktet.

Naturgassmating 1 er forhåndsbehandlet ved å prosessere den gjennom en sluggoppsamler 2 for å fjerne tunge rester. Vanligvis kan naturgass omfatte 0 til 5 mol% nitrogen, 0-20 mol% karbondioksid, 50-100 mol% d, 0-10 mol% C2, 0-10 mol% C3, 0-10 mol% C4 og 0-5 mol% C5+. De tunge restene er matet til en separator 3 som produserer en LPG-produktstrøm 4 og en stabilisert kondensatorproduktstrøm 5. Naturgasstrømmen 6 som forlater toppen av sluggoppsamleren 2 er utsatt for en serie av forhåndsbehandlingssteg som omfatter karbondioksidfjerning 7, vannfjerning 8 og kvikksølvfjerning 9, før den går inn i systemet med varmevekslere 10 i henhold til figurl.

Etter å ha passert gjennom varmeveksleren N3, passerer naturgassen 11 gjennom en utskillelsesenhet for tunge hydrokarboner 12 hvor de lettere hydrokarbonene 13 forlater toppen av søylen 12 og passerer gjennom varmeveksleren M5 hvor kondenseringen foregår. Bunnutløpet 14 fra tunghydrokarbonutskillingsenheten er matet inn i den tunge reststrømmen 15 fra sluggbeholderen og deretter forlater systemet i LPG-produkt og stabilisert kondensatproduktstrømmen 4 og 5. Naturgasstrømmen 16 etter kommuniseringen i varmeveksleren N5 er sendt gjennom tilbakestrømsbeholderen 17 for utskillelsesenheten 12 for tunge hydrokarboner. Strømmen 18 fra toppen av tilbakestrømsbeholderen 17 fortsetter videre gjennom varmeveksleren N7 og er tilført litt av bunnutslippet 19 fra tilbakestrømsbeholderen 17. Det gjenværende fra bunnutslippet 19 fra tilbakestrømsbeholderen 17 er returnert tilbake til utskillingsenheten 12 for tunge hydrokarboner. Varmeveksleren N7 fremskaffer videre avkjøling av den kondenserte naturgasstrømmen 20. Ytterligere avkjølingssteg kan finne sted i ytterligere varmevekslere (ikke vist) som beskrevet tidligere med referanse til figur 1.

Siden avkjølingsmiddelstrømmen i hovedavkjølingskretsen i figur 1 hovedsakelig inneholder nitrogen, er resirkulering av hydrokarboner fra naturgasstrømmen ikke nødvendig og er ikke vist. Imidlertid, hvis ønskelig, kan noen lette hydrokarboner 13 fra toppen av utskillingsenheten 12 for tunge hydrokarboner eller fra toppen av tilbakestrømsbeholderen 17 bli benyttet i en kjølemiddelsammensetningsstrøm (ikke vist).

Figur 4 viser et flytskjema av det totale LPG-anlegget som omfatter kondenseringssystemer 22 ved å bruke et blandet hydrokarbon og nitrogenkjøle-middelstrøm som vist på figur 2. Forhåndsbehandling av naturgasstrømmen 6 og skjebnen til LPG-produktet og stabiliserte kondensatproduktstrømmen 4 og 5 er vist på samme måte som beskrevet ovenfor i relasjon til figur 3.

Imidlertid, inneholder kondenseringssystemet vist på figur 4 også en kjølemiddelsammensetningstrøm 23, 24 som omfatter hydrokarboner beriket med nitorgen, i henhold til systemet på figur 2. Derfor er en kjølemiddelsammensetningsstrøm 23 som omfatter hydrokarboner fra tilbakestrømsbeholderen 17 vist. De lette hydrokarbonene 13 i strømmen fra toppen av utskillelsesenheten 12 for tunge hydrokarboner passerer gjennom varmeveksleren N5 og deretter inn i tilbakestrømsbeholderen 17. Fra toppen av tilbakestrømsbeholderen 17, er noe av naturgasstrømmen fjernet for å danne kjølemiddelsammensetningen 24. Noen av de tunge hydrokarbonene 25 fra bunnutslippet til tilbakestrømsbeholderen 17 er også benyttet i kjølemiddelsammensetningsstrømmen 23, og de gjenværende er tilbakeført inn i utskillelsesenheten 12 for tunge hydrokarboner.

Selv om varmevekslerne N3, N5 og N7 kun er vist i denne tegningen, kan ytterligere varmevekslere som beskrevet på figur 2 være nødvendig eller ønskelig for å produsere LNG-produktstrømmen.

Figur 5 viser et oversiktsflytskjema av LNG-anlegget hvor naturgasstrømmen er forhåndsbehandlet som beskrevet på figur 3. Naturgasskondenseringssystemet 27 i henhold til figur 2 er vist, og omfatter kjølemiddelsammensetningsstrømmen 23, 24 tatt fra hydrokarbonstrømmen fra tilbakestrømsbeholderen 17. Imidlertid kan kondenseringssystemet 27 som vist på figur 1 og beskrevet ovenfor bli benyttet i stedet.

Bunnutslippet 14 fra utskillingssøylen for tunge hydrokarboner er matet inn i strømmen 15 som slippes ut i bunnen av sluggbeholderen, og den kombinerte strømmen 28 er matet inn i et kondensat utskillingssøyle 29. Topputslippet 30 fra kondensatutskillingssøylen 29 er resirkulert tilbake inn i naturgasstrømmen 6 forut for forhåndsbehandlinger av fjerning av karbondioksid 7, vann 8 og kvikksølv 9 som vist. Det vil bli latt merke til at en enkel produktstrøm er fjernet fra bunnutslippet til separatoren i form av en ustabilisert kondensatorproduktstrøm 31. Denne produktstrømmen trenger ikke å undergå noen videre separasjon før den er transportert. Dette betyr at kun to separate strømmer trenger å bli transportert, sammenliknet med tre i konvensjonelt arrangement.

Claims (10)

1. Naturgasskondenseringsapparat, karakterisert ved at en hovedavkjølingskrets benytter som et kjølemiddel en gasstrøm, hvor minst én del av denne er utvinnet fra naturgasskilden.

2. Apparat i henhold til krav 1, karakterisert ved at en nitrogenberiket naturgasstrøm er benyttet.

3. Apparat i henhold til krav 1 eller 2, karakterisert ved at nevnte gasstrøm har en del sammensatt fra den lette hydrokarbonstrømmen fra tilbakestrømsbeholderen av et tunghydrokarbonutskillingstårn.

4. Apparat i henhold til ett av kravene 1-3, karakterisert ved at en syklus til hovedavkjølingskretsen benytter en nitrogenberiket naturgasstrøm hvor sammensetningen av den gassen er tatt delvis fra overskuddet til et hydrokarbonutskillingstårn og delvis fra tilbakestrømsbeholderen for tunghydrokarbonutskillelsestårnet.

5. Apparat i henhold til ett av kravene ovenfor, karakterisert v e d at innsuget til avkjølingskompressorene mottar uoppvarmet, kaldt kjølemiddelmedium direkte fra de kryogenetiske varmevekslerne.

6. Apparat i henhold til ett av kravene ovenfor, karakterisert v e d at bunnutslippet fra hydrokarbonutskillingsenheten er sendt til en kondensatstabiliseringssøyle eller tilsvarende.

7. Apparat i henhold til ett av kravene ovenfor, karakterisert ved at en kjølemiddelstrøm benyttet i hovedavkjølingssyklusen omfatter ca.

50 til 100 mol% nitrogen og ca. 0 til 50 mol% hydrokarboner.

8. Apparat i henhold til ett av kravene ovenfor, karakterisert v e d at kjølemiddelstrømmen benyttet i hovedavkjølingssyklusen omfatter rundt 0-15 mol% nitrogen og 50-100 mol% hydrokarboner.

9. Fremgangsmåte for å produsere kondensert naturgass (LNG), karakterisert ved at en ustabilisert kondensatproduktstrøm er produsert.

10. Fremgangsmåte for å transportere naturgassprodukter, karakterisert ved fremskaffelse av en ustabilisert kondensatproduktstrøm, og påfølgende transport av den nevnte strømmen.