NO20140358A1

NO20140358A1 - Kystnær LNG produksjon

Info

Publication number: NO20140358A1
Application number: NO20140358A
Authority: NO
Inventors: Tor Christensen; Pål Leo Eckbo
Original assignee: Global Lng Services Ltd
Priority date: 2014-03-18
Filing date: 2014-03-18
Publication date: 2015-09-21
Also published as: WO2015140197A3; WO2015140197A2

Abstract

En fremgangsmåte for flytendegjøring av en pre-prosessert naturgass for å produsere LNG, hvor pre-prosessert naturgass innføres i en LNG- varmeveksleren, hvor den pre- prosessert naturgassen blir gjort flytende ved avkjøling mot et fordampende primært kjølemedium, hvor fordampet primært kjølemedium tas ut fra LNG-varmeveksleren og gjort flytende igjen ved kompresjon i en serie kompressortrinn, hvor den komprimerte gassen fra hvert kompresjonstrinn kjøles ved hjelp av varmevekslere, hvor et vandig kjølemedium avkjølt i en oppstilling av luftkjølere, benyttes for avkjøling av det primære kjølemediet, er beskrevet.

Description

Beskrivelse

Teknisk felt

[0001] Foreliggende oppfinnelse vedrører forbedringer ved en fremgangsmåte og anlegg forflytendegjøring av naturgass til å fremstille flytende naturgass (LNG) med forbedret økonomi og en reduksjon av miljøbelastningen, inkludert eliminering av vanninntakene i dagens flytende kondenseringsanlegg. Mer spesifikt angår foreliggende oppfinnelse en fremgangsmåte og anlegg for LNG-produksjon miljømessig egnet til steder offshore, eller for i nærheten av kystlinjer med økt sikkerhet og effektivitet ved

flytendegjøring.

Bakgrunnsteknikk

[0002] Naturgass blir viktigere ettersom verdens energibehov øker samt sine bekymringer om luft og vann utslippene øker. Naturgass er lett tilgjengelig, spesielt med de nye teknologier for å benytte skifergass. Den brenner mye renere enn olje og kull, og er ikke forbundet med fare eller problemer ved avfallsdeponering forbundet med kjernekraft. Utslipp av klimagasser er lavere enn for olje, og bare om lag en tredjedel av utslippene fra kull.

[0003] Det er betydelig internasjonal handel med naturgass. Imidlertid skiller prisen betydelig i forskjellige deler av verden. En stor del av denne handelen er i form av flytende naturgass (LNG). LNG blir produsert ved hjelp av to hovedbehandlingstrinn. Det første trinnet er gass forbehandling for å fjerne komponenter som kan stivne når de blir avkjølt til kryogeniske temperaturer, hovedsakelig sure komponenter og vann. Sporelementer, hovedsakelig kvikksølv som kan danne amalgam - spesielt med aluminium prosesskomponenter - blir også fjernet fra gassen. Tunge hydrokarbonfraksjoner eller flytende naturgass (NGL) kan fjernes fra gassen i den første eller andre av de to LNG behandlingstrinnene. Det andre behandlingstrinnet er hovedsakelig kondensering av den rensede gass, som da består i hovedsak av metan. Denne metan, sammen med små mengder av tyngre komponenter, er flytende ved atmosfærisk trykk og ca. -163 ° C. LNG fraktes til bestemmelsesstedet og re-gassifisert.

[0004] Behandling av naturgass for å produsere LNG har tradisjonelt blitt gjort i store landbaserte anlegg som inkluderer de to trinnene forbehandling og kondensering på samme sted. Den siste utviklingen i teknologi og markeder har aktivert bygging av LNG-anlegg på flytende konstruksjoner, en utvikling som har inspirert bevegelse av en vesentlig del av LNG prosessanlegg offshore til flytende anlegg for flytendegjøring av naturgass (FLNG) for å utnytte store offshore gassreservoarer. FLNene er vanligvis utformet for å være plassert i en avstand fra en kyst og er koblet til naturlige gassreservoarer via undersjøiske systemer. FLNGene er typisk også designet for å fungere som lagringsbuffer og som terminaler for lasting av LNG tankskip som brukes til transport av LNG til markedene.

[0005] Den senere utvikling mot FLNGer har gjort offshore naturgassressurser mer tilgjengelige på markedet i forhold til å føre gassen til land i rør for flytendegjøring, og har resultert i en reduksjon i kapitalkostnader for etablering av et LNG-anlegg. Andre viktige drivere inkluderer reduksjon av landbaserte miljøvirkninger; reduksjon av arealbruk problemer for utstyr og infrastruktur; og redusert sannsynlighet for motstand fra lokalsamfunnene. Hele FLNG anlegget kan bygges ved verft, som er effektiv og forbedrer kvalitetskontroll, kostnadskontroll og reduserer byggetid. FLNG-er er også mobile og kan overføres til alternative steder hvis det er nødvendig.

[0006] Mange studier av FLNG teknologier har blitt utført i løpet av de siste par tiårene. For tiden er flere prosjekter underveis over hele verden. Selve byggingen har startet for bare tre enheter, Shell Prelude prosjektet, Exmar / Pacific Rubicales lekter-prosjektet, og Petronas FLNG 1 prosjekt.

[0007] I disse og andre prosjekter, vil både gass pre-prosessering og kondensering typisk være plassert på dekket av FLNG. Plass under dekk blir brukt for LNG lagring og marine spesielle utstyr. Området tilgjengelig på FLNG dekk er vanligvis bare omtrent 20% av arealet som brukes til lignende anlegg på land. Denne reduserte plass for prosess- lay-out presenterer sikkerhetsspørsmål, herunder nærhet til boligkvarter og begrenset plass for sikkerhetsbarrierer. Også av betydning, begrenser det størrelsen på prosessanlegg og mulighetene for å utnytte stordriftsfordeler.

[0008] I tillegg til sikkerhet, innebærer flytendegjøringsprosessen miljøspørsmål. Flytendegjøringsprosessen genererer store mengder varme som må

overføres til omgivelsene. Store mengder sjøvann er nødvendig for

kjøleformål om bord på FLNGen, vann som senere slippes ut ved en høyere temperatur. Den mekaniske påkjenninger i sjøvannsrør, pumper og inventar og økt vanntemperatur er skadelig for livet i havet. I tillegg, bruk av giftige kjemikalier for å hindre begroing som fører redusert kjøleeffekt og til slutt gjentetting, er skadelig for livet i havet, og vil trolig bli forbudt i mange kystnære farvann, slik som i delstaten Louisiana i nær fremtid. Neddykkede kjølespiraler er ikke foretrukket da ytelsen til kjølebatterier er vanskelig, om til og med umulig å forutsi, på grunn av varierende driftsforhold som et resultat av variasjoner i spenning, sjøvannstemperatur og begroing.

[0009] En ny tilpasning av FLNG er Kystnær flytendegjørings, lagrings og losse (CLSO) Liquefaction, Storage and Offloading (CLSO) anlegg. CLSO tilpasningen adresser FLNG sikkerhet, miljøpåvirkning og problemstillinger ved prosesseringskapasitet. Det første behandlingstrinnet, gass pre-prosessering, blir hovedsakelig utført på land, på separate terminaler eller på dedikerte flytende systemer, i stedet for å oppta verdifull plass på FLNG. Dette omfatter utvinning av tyngre hydrokarboner, NGL, fra gassen. I motsetning til noen kjente systemer spesielt som utvinner NGL på samme sted av LNG-anlegget, ved å benytte lave temperaturer i kondenseringsanlegget for dette formål, slik som beskrevet f.eks. i WO9801335, i navnet til Den norske stats oljeselskap as (nå Statoil ASA), er der vanligvis ikke ekstraksjon av NGL på en CLSO.

[0010] Fullt pre-prosessert gass blir sendt i rør til en eller flere flytende CLSOer, som nå har mye mer dekksplass tilgjengelig. Ekstra dekksplass på CLSO, frigjort ved å fjerne pre-prosessering, kan brukes for ekstra sikkerhet. Videre finnes muligheter for større LNG-kapasitet som vil gi ytterligere økonomiske fordeler. Den ekstra dekksplass åpner også muligheten for å bruke luft i stedet for sjøvannskjøling, og derved problemer i forbindelse med sjøvannsinntaket og tilhørende miljøproblem.

[0011] Luftkjølere er mindre effektiv og krever mye større plass i forhold til sjøvann kjøling. Dette utgjør et designutfordring selv med ekstra dekksplass tilgjengelig på en CLSO. Videre krever luftkjølte varmevekslere typisk lufttemperatur 10 til 15<0>C under temperaturen til fluidet som skal kjøles. I normale tilfeller vil det være ønskelig eller nødvendig for å kjøle / kondensere LNG-kjøle til ca. 30 til 40 ° C før kjølemediet ledes til LNG-vekslere. Men i tempererte områder, kan design omgivelsesluft-temperaturen være relativt høy, for eksempel 32<0>C (90<0>F) eller høyere, og det er forventet at tilnærmingstemperaturen for de luftkjølte varmevekslerne bør være minst 10 ° C, fortrinn 15 ° C eller mer. I tillegg er dekksplass på et CLSO sterkt begrenset. Derfor må fotavtrykk til de luftkjølte kjølerne minimeres.

[0012] Dette problemet kan løses ved å drive kompressor mellom-trinnskjølere ved høyere temperaturer, og komprimere kuldemedier, spesielt et kjølemedium som skal kondensere før retur til LNG vekslerne, til høyere trykk enn normalt. All kjøling og kondensering skjer derfor ved høyere temperaturer, noe som muliggjør effektiv luftkjøling og høyere logaritmisk gjennomsnittlig temperaturforskjell (LMTD) og høyere luftkjøler tilnærmingstemperaturer. Imidlertid, reduserer alt dette i betydelig grad kondenseringseffektiviteten og øker energibehovet og dermed øker kjøleeffekten, som delvis motvirker hensikten ved å bruke luftkjøling som sådan, som angitt i Tabell 1.

[0013] Den ekstra plass som kreves for luftkjøling, kan bli minimalisert dersom temperaturforskjellen mellom prosess-strømmen og den omgivende luft er stor. Dette er illustrert i figur 1, som viser et typisk luftkjølt varmevekser fotavtrykk (footprint) for 100 MW kjøling av hydrokarboner, med en omgivelsestemperatur på 40 ° C. For samme effekt, reduserer høyere hydrokarbonutløpstemperatur ønsket fotavtrykksareal betydelig. Tilsvarende reduserer høyere hydrokarboninnløpstemperatur også fotavtrykket. Avkjøling til temperaturer under omgivelsestemperatur på 40 ° C er ikke gjennomførbart i dette eksempel. I praksis er avkjøling til lave temperaturer nesten alltid vanskeligere med luftkjøling enn med vannkjøling.

[0014] Flytendegjøringsprosesser er drevet med kompressorer med inter-kjølere og etterkjøler, som er vist meget forenklet i figur 2. Lavtrykkskjøle-mediumkommer inn i det første kompresjonstrinnet blir komprimert og avkjøles i en inter-kjøler. Kjølemidlet blir deretter ytterligere komprimert i et neste kompresjonstrinn, og avkjøles i en etterkjøler. Kjølemidlet som nå har høyt trykk og lav entalpi, og returneres til flytendegjøringsprosessen. Med luftkjøling, vil kjølerne har høyere utgangstemperaturer. Dette øker kompressorarbeidet ifølge minst tre mekanismer.

[0015] Først resulterer høyere inter-trinns temperatur i større sugevolum i det neste kompressortrinnet og dermed økt kompressorbelastningen, selv om kjølemediestrømmen og trykkøkningen er konstant.

[0016] For det andre, spesielt i tilfeller hvor kjølemediet kondenseres i kompressor- kjølere, er høyere trykk nødvendig for å oppnå kondensering ved høyere temperatur, slik som vist i figur 3. Figur 3 illustrerer effekten av å øke trykket fra f.eks. 35-52 bara på kondenseringstemperaturen for gassen. Ved 35 bara er avkjøling til under 40 °C nødvendig for kondensering, som vist med en linje), mens kondensasjonen er fullført ved 70 °C ved et trykk på 52 bara, slik som vist ved linjen b).

[0017] For det tredje, når kjølemediet resirkuleres til flytendegjøringsprosessen med høyere temperatur er større strømning nødvendig for å gi den samme kondenseringsevne. Vanligvis øker alle disse virkninger kompressorens arbeide med omtrent 20% når luftkjøling brukes i stedet for vannkjøling.

[0018] Tallrike flytendegjøringsprosesser er blitt utviklet og er kjent av en

fagperson på området. Alle bruker kjølemediekompressorer og kjølere. Flytendegjøringseffektivitet måles som kompressorarbeid pr kg flytende gass. Vanligvis kan effektiviteten til store basislast flytendegjørings-prosesser med vannkjøling være 0,3 kWh / kg LNG. Effektiviteten av mindre topp-barberings flytendegjøringsprosesser kan være 0,5 kWh / kg LNG. Effektiviteten avhenger av prosessen og på kjølemediet(ene).

[0019] Tabell 1 viser en sammenligning av arbeid og avkjølingeffekt for to flytendegjøringsprosesser med vann- og luftavkjøling. Flytendegjørings-hastighet er 400 metriske tonn per time, i fødegassen ved 60 bar og 25 ° C, og består av 98 mol% metan, 1,5 mol-% etan og 0,5 mol% propan;

[0020] Luftkjøling øker den samlede kjøling plikt ved 10 til 15%. Luftkjøler fotavtrykk øker i omtrent samme forhold. I tillegg krever luftkjølere strøm for å drive vifter, vanligvis omtrent 2 til 3 MW for eksemplene i tabell 1.

[0021] I tillegg til økt kompressorarbeidet og redusert flytendegjøringseffektivitet, noe som resulterer i økt kjøleeffekt når luftkjølere anvendes, er der to andre og potensielt mer alvorlige problemer.

[0022] For det første, begrenser den økte kjøletemperaturen fra kompressorens etterkjølere, evnen til luftkjølerne og temperaturen av den omgivende luft, og øker signifikant mengden av varme som må bli overført i LNG-varmevekslere hvor pre-prosesserte naturgass blir flytendegjort. Dette skyldes at mer varme må overføres fra det inngående, kjølemediet under trykk i LNG-veksleren til det ekspanderte, kalde kjølemediet for å få tilstrekkelig forkjøling av det trykksatte kjølemediet før ekspansjon. Arbeidet for denne forkjøling blir derfor mye større, noe som resulterer i en større LNG varmeveksleren. Det er en øvre grense for størrelsen på LNG-vekslere. Derfor kan flere enheter være nødvendig for det samme flytendegjøringsarbeidet, noe som krever ekstra plass, eller at kondenseringskapasiteten blir redusert, noe som har alvorlige økonomiske konsekvenser.

[0023] For det andre er det et sikkerhetsproblem med luftkjøling, hvis brannfarlig kjølemedium blir distribuert, i store rør nettverk og over svært store områder, til et betydelig antall luftkjølere. Det ville være bedre å holde brennbart og flyktig kjølemediumi et litet, sikkert område som for eksempel er tilfellet med vannkjøling.

[0024] En hensikt med den foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe en fremgangsmåte og et system for generering av LNG fra naturgass på kystnære flytendegørings-, lagrings- og lossings-, (CLSO), innretninger som gjør det mulig for minst mulig LNG varmevekslerarbeid, og dermed maksimal produksjon ved hjelp av luftkjølere, samtidig som man minimere eventuelle sikkerhetsproblemer. Andre formål vil bli klare for en fagmann ved å lese den foreliggende beskrivelse og krav. Følgelig bør et effektivt grunnlast LNG-system benyttes, med trygg luftkjøling hvor brennbare kuldemedier er begrenset til et lite, trygt område, hvor luftkjøling ikke øker LNG varmevekslerens arbeid i forhold til tilsvarende vannkjølte systemer, og med all gass pre-prosessering er plassert på separate plattformer eller

flytere, eller på land.

Oppsummering av oppfinnelsen

[0025] Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte for flytendegjøring av en pre-prosessert naturgass for å produsere LNG, hvor pre-prosessert naturgass innføres i en LNG-varmeveksleren, hvor den pre-prosessert naturgassen blir gjort flytende ved avkjøling mot et fordampende primært kjølemedium, hvor fordampet primært kjølemedium tas utfra LNG-varmeveksleren og gjort flytende igjen ved kompresjon i en serie kompressortrinn, hvor den komprimerte gassen fra hvert kompresjonstrinn kjøles ved hjelp av varmevekslere, som er kjennetegnet ved at et vandig kjølemedium avkjølt i en oppstilling av luftkjølere, benyttes for avkjøling av det primære kjølemediet

[0026] Ifølge en første utførelsesform blir fordampet primære kjølemedium komprimert til et trykk på 45-55 bar og kondensert ved nevnte trykk. Drift ved nevnte trykk, gjør det mulig å gjennomføre kondensasjonen ved temperaturer fra 60 °C, på omtrent 70 °C, eller høyere, noe som gjør det mulig å bruke luftkjølerne selv i varmt klima, hvor temperaturen kan overstige 40 °C, temperaturer som gjør det umulig å bruke luftkjølere i konvensjonelle anlegg ved trykk på f.eks. 35 bara, der temperaturen er lavere enn 40 °C er nødvendig for kondens. Se figur 3.

[0027] Ifølge en annen utførelsesform, blir det komprimerte og avkjølte kjølemediet ytterligere avkjølt ved hjelp av et sekundært kjølemedium i kjølere 16, 16 '. Videre avkjøling etter komprimering og avkjøling ved hjelp av en vandig kjølemediumreduserer en plikt for LNG varmeveksleren, eller gjør det mulig å fremstille / flytendegjøre mer LNG ved samme LNG varmevekslereffekt.

[0028] Ifølge en ytterligere utførelsesform, kjøler det sekundære kjølemediet det primære kjølemedium ved inndamping i kjølerne, og det sekundære kjølemediet blir komprimert, og deretter avkjølt i en oppstilling av luftkjølere. Det sekundære kjølemediet virker i en varmepumpekrets hvor ytterligere kjølevirkning fra luftkjølere er oppnådd for ytterligere avkjøling av det primære kjølemediet for å redusere tjeneste av LNG-varmeveksleren ved å lage kjøleeffekt som ellers ville være mulig ved

hjelp av vannkjøling eller av luftkjøling i kaldt klima.

Kort beskrivelse av tegninger

[0029] Figur 1 er et plott av fotavtrykk for luftkjølte varmevekslere for å oppnå et fast hydrokarbon utløpstemperatur etter avkjøling ved forskjellige hydrokarbon innløpstemperaturer Figur 2 er en illustrasjon av et kompressortog bestående av to kompresjonstrinn med luftkjølt mellom-kjøler og etter-kjølere, Figur 3 er en illustrasjon av kondensasjonstemperatur og trykk for et eksempel på kjølemedium, Figur 4 er en illustrasjon av et naturgasskondenseringsanlegg med luftkjøling ved hjelp av sirkulerende vann som kjølemedium for kjøling ved høye temperaturer og ikke-brennbar, ikke-toksisk og ikke-ozonnedbrytende kjølemedium som kjølemedium for avkjøling ved lavere temperaturer, og Figur 5 er en illustrasjon av et naturgasskondenseringsanlegg med luftkjøling ved hjelp av sirkulerende vann som kjølemedium for kjøling ved høye temperaturer og ikke-brennbar, ikke-toksisk og ikke-ozonnedbrytende kjølemedium som kjølemedium for avkjøling ved lavere temperaturer, inkludert kjøling av pre-prosessert naturgass.

Detaljert beskrivelse av oppfinnelsen

[0030] LNG-anlegg i henhold til den foreliggende oppfinnelse vil bli plassert på offshore flytere. Flytere vil motta forbehandlet naturgass fra en ekstern plassering, som kan være pre-renseanlegg på en offshore terminal, en lekter eller annen floater, eller landbaserte anlegg.

[0031] Den fulle forbehandling av naturgass på det eksterne stedet normalt omfatter, men er ikke begrenset til:

1. Hg fjerning,

2. gassnøytralisering, dvs. fjerning av uønskede sure gasser fra

naturgassen,

3. dehydrering, dvs. fjerning av vann som ellers kan føre til dannelse av

hydrater fra gass,

4. hel eller delvis NGL utvinning og prosessering, dvs. separering av NGL

fra gassen, og eventuelt fraksjonering av NGL til salgbare produkter, som, avhengig av NGL sammensetningen kan være flytende petroleumsgass (LPG) som består hovedsakelig av propan og butan, og en tyngre C5 + fraksjon.

[0032] Ombord på flyteren blir forbehandlet gassen flytendegjort ved nedkjøling til ca. -163 ° C. De kondenseringsanlegg som sådan vil være basert på kjent teknologi, fortrinnsvis effektiv baselastsystemer, men mindre effektiv topp-barberingssystemer kan også anvendes. Kjente kuldemedier for LNG, som for eksempel hydrokarboner eller nitrogen, vil sirkulere i en krets bestående av kompressorer, kompressor inter-kjølere og etter-kjølere, og LNG-vekslere. Avhengig av kjølesystemet som kjølemedier kan eller ikke kan kondensere i kompressoren kjølere før de blir rutet til LNG-vekslere.

[0033] Figur 4 illustrerer en utførelsesform av foreliggende oppfinnelse. Enkelt blandet kjøle (SMR) flytendegjøringsprosess er antatt. Forbehandlet naturgass kommer til flyteelementet og innføres i LNG-anlegg om bord på flottør i et gassrør 1. Gassen i linje 1 innføres i et LNG-varmeveksleren 2. I LNG-varmeveksleren 2 blir gassen avkjølt, flytende og underkjøles ved varmeveksling med en kald kjølemedium, slik det vil bli nærmere beskrevet nedenfor. Flytende og underkjølt gass forlater LNG varmeveksleren i rør 3, hvor det har en entalpi nær entalpien av LNG ved atmosfærisk trykk. Trykket reduseres deretter til nær atmosfærisk i en ventil 4. Fagfolk på området vil forstå at det resulterende LNG i røret 5 vil være etter behandlet, lagret i mellomliggende lagringstanker og endelig eksportert i skytteltankere.

[0034] Komprimert, avkjølt og helt eller delvis kondenserte kuldemedium i en kald kjølemedielinje 17 er innført for LNG veksleren 2, hvor den ytterligere avkjøles og, om nødvendig, kondenseres fullstendig. Etter avkjøling, blir kjølemediet ekspandert i ventilen 7, noe som ytterligere reduserer temperaturen, og, viktigst av alt, muliggjør koking ved lave temperaturer. Det kalde og ekspanderte kjølemediet strømmer via røret 8 gjennom LNG veksleren 2.1 denne prosessen, blir kjølemediet forgasset og oppvarmet.

[0035] Det oppvarmede og forgasset kjølemediet trekkes ut fra LNG varmeveksleren i kjølerøret 9, som ruter kjølemediet til serielt arrangerte hovedkompressorer 10, 10' og 10" i hvilke kjølemediet komprimeres i en serie kompresjoner. På grunn av oppvarmingen forårsaket av kompresjon er varmevekslere 11, 11 'og 11", anordnet etter hver kompressor for å kjøle det komprimerte kjølemediet til en temperatur på f.eks. omtrent 70°C. Varmevekslerne ligger normalt i et område bestående av utstyr som inneholder hydrokarboner, dvs. LNG og / eller forbehandlet naturgass for LNG-produksjon, et område som er klassifisert som et farlig område. Følgelig blir en ikke-brennbar, ikke-toksisk høy varmekapasitets væske slik som vann, fortrinnsvis benyttes som et kjølemedium til varmevekslere 11, 11'og 11".

[0036] Dette kjølemedium tas ut fra varmevekslerne 11, 11', 11" i et kjølemedium resirkuleringsrøret 27 og føres inn i en matrise av luftkjølere 14 som er anordnet i en ikke-eksplosjonsfarlig område. I luftkjølere 14, blir kjølemediet avkjølt til den lavest mulige temperatur som tillates av plassen som er tilgjengelig for luftkjølere 14, luftkjølerenes virkningsgrad og lufttemperatur. Kjølemediet fra luftkjøleren 14 pumpes i pumpen 15 for å overvinne friksjonstrykktapene, og re-distribuert til hver av de varmevekslere 11, 11 'og 11 "i kjølemediet resirkuleringsrøret 27'.

[0037] Væskeutskiller trommer 12, 12 'er anordnet på nedstrømssiden av kjølerne 11, 11", 11" i strømmen til det forgassede kjølemediet for å fjerne væske fra gassfasen for å unngå to-fase strømning i kompressorer 10', 10" og 10'". Væsken fjernet fra gassfasen i væskeutskiller trommene pumpes i pumper 13 og 13 ', og blandes deretter med kjølemediet som kommer ut av siste kompressortrinn 10" via et væskebypassrør 28.

[0038] Effekten til LNG varmeveksleren 2 er i høy grad bestemt av temperaturen av det komprimerte kjølemidlet i rørledning 17. Et totrinns kjølesystem, som kjøler det komprimerte kjølemediet i varmevekslere 16 og 16 'er anordnet i banen for kjølemediet nedstrøms for kjølere 11 ". Kjølere 16 og 16 ' bruke en ikke-brennbar, ikke giftig og ikke-ozonnedbrytende og lav drivhuseffekt kjølemedium som tilvarende kuldemedier som brukes i bygninger. Dette kjølemediet er kalt "sekundært kjølemedium" i det følgende, for å skille det fra det primære kjølemediet som brukes i LNG-varmeveksleren. Det sekundære kjølemediet vil arbeide ved omtrent samme trykk- og temperaturområde som aircondition-anlegg i boliger. Eksempler på kjølemedier som er anvendbare som sekundært kjølemedium er R-410A og R-407C og andre under utvikling, og erstatte den velkjente ozonreduserende R-22.

[0039] Det sekundære kjølemediet blir komprimert, slik det vil bli beskrevet nedenfor, og avkjøles i en oppstilling av luftkjølere 20 hvor kjøling, kondensering og underkjøling finner sted. Disse luftkjølerne kan lokaliseres utenfor trygge områder siden den sekundære kjøle er ikke brennbart eller nesten ikke-brannfarlig. Mesteparten av den varme fjernes fra det sekundære kjølemediet i kondenseringsprosessen, som skjer i en nesten konstant og relativt høy temperatur, slik som ca. 70 ° C. Dette gir en forholdsvis høy luftkjøleren LMTD, selv i varme klimaer, som muliggjør effektiv kjøling.

[0040] Det kondenserte og underkjølte sekundære kjølemediet kjøles i kjølere 29, blir ført til LNG-systems sikre område i en sekundær kjølemedieledning 31, og ekspanderes i ventil 21, for eksempel til et trykk på ca. 14 bara. Ved dette trykk er kokepunktet for den sekundære kjølemedium mye lavere, for eksempel 35 ° C. Det sekundære kjølemediet blir deretter anvendt som kjølemedium i varmeveksleren 16, hvor primært (LNG) kjølemedium avkjøles til mellomliggende temperaturer, som 45 ° C. I denne prosess blir den sekundære kjølemedium bare delvis fordampes, slik som ca. 50%.

[0041] Det delvis fordampede sekundære kjølemediet fra varmeveksleren 16 tas ut gjennom en sekundær kjølemediereturledning 31 'og innføres i en væskeutskiller 19. Gassformet kjølemedium separeres i væskeutskiller 19 tas ut gjennom et gassformet kjølemedielinje 32, og deretter komprimeres, slik det vil bli ytterligere beskrevet nedenfor.

[0042] Væske fra væskeutskiller 19 trekkes ut gjennom et flytende sekundære kjølemedielinjen 30 og ekspanderes i ventilen 22 til lavere trykk, for eksempel til omtrent 5 bar og føres inn i en varmeveksler 16 ' for ytterligere avkjøling av det primære kjølemediet. Ved dette trykket, kan kokepunktet for det sekundære kjølemediet være ca. 0 ° C, som er tilstrekkelig til å kjøle det primære (LNG) kjølemediet til omtrent 15 ° C. Fordampet sekundært kjølemedium fra varmeveksleren 16 'tas ut gjennom en kjølemedielinje 30', og er eventuelt innføres i en væskeutskiller 19 '. Normalt vil det ikke være noen væske fra væskeutskiller 19 '. Det gassformige kjølemidlet i linje 30 'innføres i en kompressor 18', enten direkte fra ledningen 30 'eller via væskeutskiller 19', og komprimeres typisk til et trykk på ca. 14 bara.

[0043] [0003] Den gassformige absorberende komprimeres i kompressoren 18 'trekkes ut gjennom en ledning 32', blandes med det gassformige kjølemidlet i linje 32, og den blandede kjølemediet i gassform føres inn i en kompressor 18, til å bli komprimert til et trykk på ca. 30 bara. Den komprimerte sekundære kjølemediet som forlater kompressoren 18 blir deretter innført i den ovennevnte rekke av luftkjølere 20, for å fullføre den sekundære kjølekrets.

[0044] Tabell 2 viser eksempler på den første utførelse av den foreliggende oppfinnelse. Det refererer til figur 4, og hensikten er å illustrere hvordan en plikt for LNG varmeveksleren reduseres når hovedkjølemediets temperatur, linje 17 i figur 4, er redusert. Eksemplene er basert på flytendegjøring av pre-prosessert naturgass med sammensetning 98,0 mol-% metan, 1,5 mol-% etan og 0,5 mol% propan. Gasstrømmen er 400 metriske tonn per time. Temperatur på omgivelsesluften er 32°C i alle tilfeller, og det pre-prosessert gasstemperaturen er 25°C. Denne lufttemperaturen normalt ville muliggjøre avkjøling av hovedkjølemediet (linje 17, fig 4) til omtrent 45 ° C, men ikke lavere.

[0045] Den første kolonne i tabell 2 viser utstyr henvisningstall som svarer til henvisningstall i figur 4. Den andre kolonnen beskriver utstyret. Den tredje og fjerde kolonnen viser henholdsvis variabler og enheter.

[0046] Resultatene er vist for fire tilfeller. Det første tilfellet viser hovedkompressoren, punkt 10 i figur 4, etterkjøler utløpstemperatur på 45°C. Dette er en referanse tilfelle oppnås enten med den foreliggende oppfinnelse, eller med direkte kjøling av LNG-kjølemidlet i luftkjølere. De neste tre tilfellene viser resultater med suksessiv reduksjon av hovedkompressor etterkjøleren utløpstemperatur på henholdsvis 30, 15 og 0 ° C. Ved en omgivelsestemperatur på 32 ° C, vil ingen av disse temperaturene kunne oppnås ved direkte kjøling av LNG-kjølemidlet i luftkjølere.

[0061] Med hoved kompressorens utløpstemperatur 45 ° C, er LNG varmeveksleren totale effekt 346,3 MW. Reduksjon av denne temperaturen til 30, 15 og 0<0>C reduserer denne effekten til henholdsvis 302,4, 264,0 og 233,1 MW. Denne lavere effekten kan brukes for å øke kondenseringskapasiteten, og bringer effekten tilbake opp til den maksimale verdi av 346,3 MW. Den økte flytende-gjøringsraten har en betydelig og positiv økonomisk effekt.

[0062] Som vist i tabell 2, er denne fordel oppnådd uten økning i luftkjøleren total fotavtrykk eller økning i den totale kompressorkraft. På samme tid, er sikkerheten til flytende systemet betydelig forbedret ved at ingen brennbar væske føres ut av LNG-anleggets sikre område. I stedet distribueres ikke-brennbare væsker i luftkjølerens rørledningsnett.

[0063] En annen utførelsesform av foreliggende oppfinnelse er vist i figur 5. Den andre utførelsesform avviker fra den første utførelsesform ved at en del av kjølemediet i linje 30 nedstrøms for ventilen 22, tas ut via en gasskjølerlinje 25 og ledes inn i en gasskjøler 23 anordnet på gassrør 1 for å avkjøle den innkommende gass. Forgasset kjølemedium tas ut fra gasskjøleren 23 i en kjølemediereturledning 25 og blir kombinert med gassen i ledningen 30 ' og komprimeres i kompressor 18', som beskrevet ovenfor, eventuelt etter væskeseparasjon i væskeutskiller 19 '.

[0064] Tabell 3 viser eksempler på den andre utførelse av foreliggende oppfinnelse. Det refererer til figur 5, og formålet er å illustrere hvordan effekten for LNG varmeveksleren reduseres da, i tillegg til å redusere hovedkjølemediets temperatur, blir temperaturen til det pre-prosessert naturgassråstoffet også redusert. I likhet med eksemplene for den første utførelse av den foreliggende oppfinnelse, er eksemplene basert på flytendegjøring av pre-prosessert naturgass med sammensetning 98,0 mol-% metan, 1,5 mol-% etan og 0,5 mol% propan. Gasstrømmen er 400 metriske tonn per time. Temperatur på omgivelsesluften er 32 ° C i alle tilfeller.

[0065] Temperaturen til naturgassføde til LNG varmeveksleren, linje 1, er nå redusert fra det foregående 25 ° C. Den har nå blitt satt til det samme numeriske verdi som for det primære kjølemediet i linje 17, som er 15 og 0 ° C, henholdsvis.

[0066] Den første kolonnen i tabell 3 viser elementenes henvisningstall som svarer til henvisningstall i figur 5. Den andre kolonnen beskriver elementet. Den tredje og fjerde kolonnen viser variabler og enheter, henholdsvis.

[0067] Resultatene er vist for to tilfeller. Det første tilfellet viser hovedkompressoren, element 10 i figur 5, etterkjøler utløpstemperatur på 15 ° C. Det neste tilfellet viser resultater når den etterkjøler 16 utløpstemperatur er redusert til 0 ° C.

[0047] Med både hovedkompressor utblåsningstemperatur, linje 17, og naturgass tilførselstemperatur, linje 1, lik 15<0>C, er LNG varmeveksleren totale effekt 257,2 MW. Reduksjon av disse temperaturene 0 ° C reduserer denne effekten til 191,2 MW. Denne lavere effekten kan brukes for å øke kondenseringskapasiteten, og bringe effekten tilbake opp til den maksimale verdi på 346,3 MW (tabell 2). Den økte flytendegjøringsraten har en betydelig og positiv økonomisk effekt.

[0048] Som vist i tabell 3, blir denne fordel oppnådd uten økning i luftkjøleren total fotavtrykk eller økning i den totale kompressorkraft. På samme tid, er sikkerheten til flytende systemet betydelig forbedret ved at ingen brennbar væsker føres ut av LNG-anleggets sikre område. I stedet blir ikke-brennbare væsker distribuert i luftkjølernes rørledningsnett.

[0049] For en fagperson på området, og avhengig av tillatelser og miljømessige forhold, vil det være mulig å optimalisere systemet ved delvis bruk av sjøvann for kjøling, eksempelvis ved hjelp av et neddykket rør i hvilket varmt vann innføres, strømmer og kjøles ved ledning av varme til det omgivende sjøvann, kommer ut og returneres til prosessen for gjenbruk som kjølemedium, ved å lokalisere luftkjølere på et fjerntliggende område, for eksempel en offshoreplattform, en lekter eller på land, ved hjelp av mer enn to trinn av sekundært kjølemedium kjøling, eller bruk av sekundære kjølemedium for kompressor inter-trinns avkjøling i tillegg til etter-kjøling, ved å ta gassturbinen innløpsluftkjøling som en del av den sekundære kjølemediekretsen, ved å la en sekundær kjølemediekrets betjene flere enn ett gasskondenseringsanlegget, ved hjelp av alternative flytendegjøringsprosesser som N2 kjølemedium for mindre anlegg og C3MR eller DMR for grunnlastsystemer, og ved vanndusj ved luftinntaket til utvalgte luftkjølere som vil redusere temperaturen til vått termometer temperatur. I tillegg kan kraftproduksjon for CLSO delvis bli gjort på terminalen og kraften overføres til CLSO via sjøkabel.

Claims

1. Fremgangsmåte for flytendegjøring av en pre-prosessert naturgass for å produsere LNG, hvor pre-prosessert naturgass innføres i en LNG-varmeveksleren, hvor den pre-prosessert naturgassen blir gjort flytende ved avkjøling mot et fordampende primært kjølemedium, hvor fordampet primært kjølemedium tas ut fra LNG-varmeveksleren og gjort flytende igjen ved kompresjon i en serie kompressortrinn, hvor den komprimerte gassen fra hvert kompresjonstrinn kjøles ved hjelp av varmevekslere,karakterisert vedat et vandig kjølemedium avkjølt i en oppstilling av luftkjølere, benyttes for avkjøling av det primære kjølemediet.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1,karakterisert vedat det fordampede primære kjølemediet komprimeres til et trykk på 45 til 65 bar og kondenseres ved nevnte trykk.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2,karakterisert vedat det komprimerte og avkjølte kjølemediet blir ytterligere avkjølt ved hjelp av et sekundært kjølemedium i kjølere 16, 16 '.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 3,karakterisert vedat det sekundære kjølemediet avkjøler det primære kjølemedium ved inndamping i kjølerne 16, 16 ', og det sekundære kjølemediet blir komprimert, og deretter avkjølt i en oppstilling av luftkjølere.