NO309913B1

NO309913B1 - FremgangsmÕte for flytendegjøring av en gass, særlig en naturgass eller luft, samt anvendelse av fremgangsmÕten

Info

Publication number: NO309913B1
Application number: NO986011A
Authority: NO
Inventors: Pierre Capron
Original assignee: Inst Francais Du Petrole
Priority date: 1997-12-22
Filing date: 1998-12-21
Publication date: 2001-04-17
Also published as: NO986011D0; JP4426007B2; GB2332739B; US6105391A; ID22172A; AU9721598A; JPH11248346A; GB2332739A; NO986011L; ITMI982768A1; CA2255167A1; FR2772896B1; IT1304790B1; AU739319B2; CA2255167C; GB9827953D0; FR2772896A1

Abstract

En fremgangsmåte for flytendegjøring av en forbindelse A fra en blanding omfattende minst nevnte forbindelse A og én eller flere forbindelser B, idet blandingen er tilgjengelig ved et trykk P1, for separering av forbindelsen(e) B og/eller av forbindelsen A utføres ved destillering ved et trykk som er hovedsakelig nær trykk P2 for å frembringe minst én strøm F1 som hovedsakelig omfatter forbindelsen A og minst én strøm F4 som omfatter nesten alle forbindelsene B. - Anvendelse: metan og/eller helium-utvinning under flytendegjøring av en naturgass.

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte og en anordning for flytendegjøring av en forbindelse A fra en blanding bestående av forbindelse A og av én eller flere forbindelser B, hvor én av forbindelsene B har lavere kokepunkt enn forbindelse A.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen er særlig egnet for ekstrahering av nitrogen og/eller helium under flytendegjøring av en naturgass hovedsakelig bestående av metan.

Det er tidligere kjent prosesser for flytendegjøring av naturgass. I de fleste av disse prosesser, f.eks. som beskrevet i US-patenter 4 490 867 og 4 445 916, omfatter flytendegjøring et kjøletrinn og et gasol-ekstraheringstrinn, fulgt av et fly-tendegjøringstrinn ved avkjøling av den gasol-befridde gass, under anvendelse av en kjølemiddel-blanding som sirkulerer i en lukket sløyfe. Etter flytendegjørings-trinnet blir de uønskede, ikke-brennbare forbindelser så som nitrogen og/eller helium, ekstrahert ved ekspansjon etter avkjølingstrinnet. Flash-gassen fra lav-temperatur-separatoren som er plassert etter ekspansjon, inneholder de fleste av disse ikke-brennbare forbindelser som forekommer i tilførselen. Den kan benyttes som en brennstoffgass fordi den generelt inneholder en stor fraksjon av opprinnelig forekommende, brennbare forbindelser. Væsken som kommer fra lavtempera-tur-separatoren utgjør den kommersielle LNG. Den flytendegjorte naturgassen blir ikke resirkulert.

Med uttrykket «uønskede, ikke-brennbare forbindelser» menes de forbindelser som senker gassens brennverdi og hvis andel er begrenset i kommersiell naturgass.

Ifølge et annet prinsipp benytter enkelte lisensorer naturgass-ekspansjons-, -rekompresjons- og resirkuleringstrinn som generelt er tilknyttet preliminære eksterne kjøletrinn ved hjelp av en blanding av kjølemidler i en lukket sløyfe, slik som beskrevet i US-patent 5 363 655.

Under disse flytendegjøringsprosesser, blir naturgassen, generelt forkjølt ved hjelp av en første ekstern syklus, ekspandert, etter gasol-utvinning, gjennom en rekke turbiner, rekomprimert og resirkulert. Disse prosesser tillater ikke bruk av en naturgass med et betydelig innhold av nitrogen eller helium. Faktisk vil nitrogenet eller heliumet, over et gitt innhold, også lavt, akkumulere i resirkuleringssløy-fen, og prosessen blir derved uøkonomisk eller til og med teknisk umulig å utføre.

Foreliggende oppfinnelse tar sikte på å avhjelpe ulempene forbundet med teknikkens stilling, ved å ekstrahere de uønskede forbindelser under flytendegjø-ringsprosessen. De uønskede forbindelser utvinnes etter flytendegjøringsproses-sens første ekspansjonstrinn, dvs. ved en gjennomsnittlig trykkverdi.

Dette oppnås ifølge oppfinnelsen ved en fremgangsmåte som angitt i de etterfølgende krav.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen kan fordelaktig anvendes ved hvilken som helst prosess for flytendegjøring av en forbindelse A fra en blanding av denne forbindelse A og av uønskede forbindelser B som har lavere kokepunkt enn forbindelse A.

Oppfinnelsen skal i det følgende beskrives nærmere i tilknytning til de med-følgende tegninger, hvor: - Fig. 1A og 1B skjematisk viser prinsippet ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen, anvendt under en prosess for flytendegjøring av en naturgass, og

- Fig. 2A, 2B, 3 og 4 er benyttet i forbindelse med det gitte tall-eksempel.

I fig. 1A er det skjematisk vist et eksempel på en anordning for utførelse av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen, for utvinning (ekstrahering) av det nitrogen og/eller helium som finnes i betydelige andeler (i størrelsesorden 1 til 10% og minst 1%). I en naturgass hovedsakelig omfattende metan. Utvinningstrinnet utfø-res ved midlere trykk og etter det første trinn ved en flytendegjøringsprosess.

Uten å avvike fra oppfinnelsens ramme, kan fremgangsmåten utvides til et annet fluid omfattende en hoved-bestanddel A og uønskede bestanddeler B som har det spesielle trekk at de er mer flyktige enn bestanddelen av type A ved boblepunktet.

De bestanddeler som finner naturgass som er mindre flyktige enn metan, blir f .eks. utvunnet under et gasolin-utvinningstrinn som f.eks. beskrevet i fig. 3 og kjent for fagmannen (artikkel av Chen-Hwa, Chiu med tittel «LPG recovery in baseload LNG plant» publisert i GASTECH 96 Wien, 3-6. desember 1996, «Con-ference papers Vol. 2, Session 10»).

Naturgassen mates gjennom en ledning 1 inn i en kjøleanordning 2 tilknyttet en kjølesyklus 3. Den avkjølte naturgassen strømmer ut ved et trykk P1 og ved en temperatur T1 gjennom en ledning 4, ekspanderes deretter gjennom en ekspander 5 eller en ekspansjonsventil til et trykknivå P2 som er høyere enn trykk-nivået P3 til den flytendegjorte naturgassen som strømmer ut gjennom en ledning 13 (etter flytendegjøringsprosessen).

Den ekspanderte naturgass mates gjennom en ledning 6 inn i en kontaktor C1 som, ved toppen av en tilbakestrømnings-tilførselsledning 7 (tredje strøm F3), er utstyrt med en utløpsledning 8 beregnet for en første strøm F1 av naturgass hovedsakelig omfattende metan, og med en utløpsledning 9 beregnet for en andre strøm F2 bestående av metan og av størstedelen av nitrogenet og/eller heliumet som opprinnelig var til stede i naturgassen som ble innført gjennom ledningen 1.

Den andre strøm F2 avkjøles gjennom en kondensator 10 for derved å

sendes til en separator S. Ved utløpet av denne separator, strømmer det utsepa-rerte nitrogen og/eller helium ut ved toppen gjennom en ledning 11 sammen med en variabel mengde av metan, og den tredje strøm F3 hovedsakelig bestående av metan, som brukes som tilbakestrømning i kontaktor C1, strømmer ut gjennom ledningen 7. Blandingen av nitrogen og/eller helium og metan utgjør tappingen eller strømmen F4.

Den første strøm F1 som ekstraheres gjennom ledningen 8 og hovedsakelig omfatter metan, sendes til ett eller flere senere behandlingstrinn med henvis-ningstall 12 i figuren, for å få naturgassen i væskeform ved et trykk P3. Denne flytendegjorte gassen strømmer så ut gjennom ledningen 13, f.eks. til en lagertank, eller sendes til en mateledning.

Middeltrykk-metoden ifølge oppfinnelsen for utvinning av nitrogen og/eller helium fra naturgass omfatter således: - et første ekspansjonstrinn (turbin 5) hvor naturgassen, før dette ekspan-sjonstrinnet, er ved et trykk i området mellom 3 og 15 MPa, og etter ekspansjon ved et trykk i området mellom 1 og 5 MPa, f.eks. Naturgassens temperatur er i området mellom -100 og 0°C, - et trinn for destillering (C1) av den ekspanderte naturgass, der en tilbake-strømning omfattende metan benyttes til å utvinne nitrogenet og/eller heliumet fra naturgassen, - ved slutten av destilleringstrinnet oppnås en første strøm F1 hovedsakelig omfattende metan og en andre strøm F2 omfattende metan og nitrogen og/eller helium, - ved slutten av et separeringstrinn som følger etter destilleringstrinnet, frembringes en strøm F4 eller tappestrøm bestående av nitrogen og/eller helium og av variable andeler av metan.

Ifølge en utføringsform kan kjølemiddelet som benyttes i kondensatoren 10 bestå av en naturgass-fraksjon som er utvunnet under et senere trinn i flytende-gjøringsprosessen, som sendes til kondensatoren 10 gjennom en ledning 14 og resirkuleres gjennom en ledning 15, etter varmeveksling med den andre strøm F2, til de senere behandlingstrinn i flytendegjøringsprosessen. Denne fraksjon kan fordelaktig være i væskeform.

Hastigheten hvormed kjølemiddelet innføres blir fordelaktig justert for å regulere sammensetningen av strømmen F4 som utvinnes ved toppen av beholderen 5 og for å frembringe et fluid hvis brennverdi-spesifikasjoner svarer til LNG-anleggets brenngassbehov.

Når det dreier seg om en ekspansjons-flytendegjøringsprosess, frembringer de senere trinn en gassfraksjon idet væskefasen danner LNG'n eller den flytendegjorte naturgass. Denne gassfraksjon resirkuleres gjennom en ledning 16 til kjøle-anordningen 2 før den strømmer ut gjennom en ledning 17 og blandes med den

avkjølte naturgass som strømmer ut gjennom ledningen 4.

Fig. 1B viser skjematisk en utføringsvariant som, i et enkelt kammer, omfatter kontakt-, kondenserings- og separereringstrinnene tilsvarende henvisningene C1,10 og S i fig. 1A.

F.eks. anvendes en deflegmator-veksler D1 forsynt med ledningen 6, ledningen 8 og ledningen 11 vist i fig. 1 A.

Ledningene 14 og 15 tillater sirkulering av kjøleblandirigen som kreves for kondensering av metanet i deflegmator-veksleren D1.

Metanet i deflegmator-veksleren kondenseres i det minste delvis og strøm-mer i nedadretningen, for derved å virke som en tilbakestrømning som tillater separering av metanets uønskede, ikke-brennbare forbindelser.

Sirkulering av kjøteblandingen kan oppnås i et parti av deflegmatoren som kan konsentreres i en sone ved toppen av deflegmatoren, eller strekke seg over størstedelen av dens lengde.

Uten å avvike fra oppfinnelsens ramme, kan kjølemiddelblandingen erstat-tes av hvilke som helst kjølemidler som inngår i deflegmatoren.

Et talleksempel er gitt i forbindelse med fig. 2A, 2B 3 og 4 for å illustrere anvendelsen av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen ved en naturgass-flytende-gjøringsprosess.

Nitrogen- og/eller helium-utvinngingstrinnet utføres f.eks. etter det første ekspansjonstrinn i henhold til mønsteret ifølge fig. 2A og 2B som for klarhetens skyld er delt i to, og fig. 3 og 4 viser kondensat-gasol-utvinnings- og stabiliserings-trinnene.

Naturgassens sammensetning uttrykt i mol-fraksjoner er som følger:

Før naturgassen flytendegjøres blir den behandlet for å fjerne vannet og/ eller syregassene.

I dette anvendelseseksempel omfatter kjøleanordningen 2 (fig. 2A) tre varmevekslere E1, E2 og E3 anordnet i serie.

Naturgassen mates gjennom ledningen 1 inn i den første veksler E1 ved et trykk nær 10MPa og ved en temperatur på 45°C. Den strømmer ut avkjølt ved en temperatur på ca. 11°C gjennom en ledning 20 og føres til et gasol-utvinningstrinn som utføres i henhold til et mønster beskrevet i fig. 3 og forklart i det følgende.

Naturgassen, frigjort for dens tyngste fraksjoner etter gasol-utvinningstrinnet, blir så matet gjennom en ledning 21 inn i veksleren E3 der den avkjøles til en temperatur nær -70°C. Den føres gjennom ledningen 4, ved et trykk på 9 MPa, til bestanddel B-utvinningstrinnet, nitrogen og/eller helium i foreliggende tilfelle.

Denne utvinningen utføres i henhold til et mønster hovedsakelig identisk med det som er beskrevet i fig. 1 ved hjelp av trinnene beskrevet i fig. 2B.

Naturgassen som utvinnes gjennom ledningen 4 ekspanderes gjennom ekspansjonsanordningen X1 (henvisningstallet 5 i fig. 1), f.eks. en væsketurbin

ved innløpet og en tofasegass-væske-turbin ved utløpet, til et trykk som er tilstrek-kelig lavt til at det meste av nitrogenet fordamper. Den ekspanderte naturgass blir så ført gjennom ledningen 6 til kontaktoren C1 ved hvis utløp den første strøm F1

omfattende hovedsakelig metan i væskeform ved boblepunktet, strømmer ut gjennom ledningen 8 og den andre strøm F2 bestående av metanet, nitrogenet og/ eller heliumet, strømmer ut gjennom ledningen 9.

Den andre strøm F2 strømmer gjennom kondensatoren 10 for å oppnå kondensering av metanet som deretter separeres fra nitrogenet og/eller heliumet i separasjonsbeholderen S.

Væskefraksjonen fra beholderen S, anriket på separert metan, føres tilbake til kontaktoren C1 gjennom ledningen 7 for å brukes som tilbakestrømning (strøm F3), mens gassfraksjonen anriket på nitrogen og helium (strøm F4) strømmer ut gjennom ledningen 11 og utgjør systemets tappestrøm, som kan brukes som brenngass hvis metan-sammensetning kan reguleres og justeres i henhold til behov, f.eks. ved å variere kjølemiddelets 14 strømningsrate. Strømmen F4, som strømmer ut gjennom ledningen 11, føres til en varmeveksler E5 der den benyttes som kjølemiddel før den strømmer ut, uten å resirkuleres til flytendegjøringspro-sessen.

Den første strøm F1 av naturgass i væskeform føres gjennom ledningen 8 til et andre trinn av flytendegjøringsprosessen omfattende en ekspander X2 gjennom hvilken den første strøm F1 ekspanderes til et trykk nær 1 MPa for å frembringe en gassfase og en væskefase. Disse to faser separeres i en beholder DX2 ved hvis utløp væskefasen strømmer ut gjennom en ledning 23 og gassfasen strømmer ut gjennom en ledning 24.

Væskefasen kan separeres i en første væskefraksjon L1 som føres gjennom ledningen 14 til kondenseren 10 for å brukes som et kjølemiddel, og en andre væskefraksjon L2 som føres gjennom en ledning 25 til et tredje trinn ved flyten-degjøringsprosessen der den ekspanderes gjennom en ekspander X3 til et trykk på 0,3 MPa for å frembringe en væskefase og en gassfase som føres til en beholder DX3 gjennom en ledning 26.

Ved utløpet av beholderen DX3 utvinnes væskefasen gjennom en ledning 27 og gassfasen utvinnes gjennom en ledning 28.

Væskefasen ekspanderes i en turbin X4 (fjerde trinn) til et trykk i størrelses-orden 0,1 MPa, som er valgt for å frembringe en væskefase og en gassfase ved lagringstrykket til den flytendegjorte naturgass eller LNG. Disse to faser strømmer ut gjennom en ledning 30 og separeres i en beholder DX4 ved hvis utløp den flytendegjorte naturgassen utvinnes gjennom ledningen 13 (fig. 1) og en gassfase utvinnes gjennom en ledning 31.

Avkoket som frembringes i LNG-lagertanken, som ikke er vist i figuren, kan innføres gjennom en ledning 31 b for å blandes med gassfasen fra ledningen 31.

Gassfasen som resulterer fra denne blandingen komprimeres gjennom en kompressor KX4 som drives av ekspanderen X4, føres gjennom en ledning 32 til en kompressor K4 der den komprimeres til et trykk hovedsakelig nær trykket til gassfasen som strømmer ut gjennom ledningen 28 på ca. 0,3 MPa. Disse to gassfaser sammenblandes og komprimeres i en kompressor KX3 som drives av turbinen X3, føres så gjennom en ledning 33 til en kompressor K3 og komprimeres til et trykk hovedsakelig nær trykket til gassfasen som strømmer ut gjennom ledningen 24. Disse to gassfaser sammenblandes med strømmen 52 som skyldes for-dampningen av kjølemiddelet 14 og komprimeres ved hjelp av en kompressor KX2 som drives av turbinen X2, føres gjennom en ledning 34 til en kompressor K2 der de komprimeres til et trykk i størrelsesorden 3 MPa.

Gassfasen fra K2 føres til en kompressor KX1 som drives ved hjelp av turbinen X1 for å frembringe en gassfase som føres gjennom en ledning 36 til en kompressor K1. Den kan på forhånd være blandet med gassfraksjonene som komer fra deetaniseringsinnretningen og fra demetaniseringsinnretningen (fig. 3 og 4) og innføres gjennom ledninger 37, 38. Blandingen av de tre gassfaser komprimeres til en trykkverdi noe høyere enn trykkverdien til gass-strømmen som fø-res gjennom ledningen 21 til veksleren E3 (fig. 2A). Denne gassfraksjonen blir i det minste delvis resirkulert til veksleren E1 gjennom ledningen 16 etter avkjøling i en anordning 39. Trykkverdien bestemmes for kompensering av i det minste trykk-fallet som skapes av vekslerne E1, E2 og E3, slik at hovedstrømmen av naturgass som innføres gjennom ledningen 1 og resirkuleringsstrømmen som innføres gjennom ledningen 16 er hovedsakelig ved samme trykk ved de samme trykk ved ut-løpet av veksleren E3, med en temperatur i størrelsesorden -70°C.

Resirkuleringsstrømmen (16 og 40) avkjøles f.eks. ved bruk av en ekstern varmekilde 39 så som vann, luft eller hvilket som helst annet kjølemiddel. Den strømmer gjennom de forskjellige vekslere E1, E2 og E3, og strømmer ut gjennom ledningen 17 for å blandes med naturgassen som kommer fra ledning 4 (fig. 1).

Gjennom disse forskjellige vekslere, blir resirkuleringsstrømmen suksessivt avkjølt til 11°C, -29°C og -70°C. Blanding av strømmen av resirkulert naturgass og av hovedstrømmen av naturgass i utløpsledningen 4 utføres ved -70°C og 9 MPa.

En liten fraksjon av resirkuleringsstrømmen kan ekstraheres gjennom en ledning 40, deretter avkjøles i en varmeveksler E5 ved hvis utløp den ekspanderes gjennom en ekspansjonsventil 41, f.eks., før den blandes med strømmen som kommer fra ekspanderen X1. For å sikre avkjøling i veksleren E5, benyttes fordelaktig minst én del av den kalde tappestrømmen som er rik på nitrogen og/eller helium og kommer fra ledningen 11.

Kjølemiddelet som anvendes i kondensatoren 10 kan bestå av en del av væsken som uttrekkes under flytendegjøringsprosessen, f.eks. i nivå med det andre ekspansjonstrinn (X2). En del av væskefraksjonen som omfatter metan og som strømmer ut gjennom ledningen 23, kan trekkes ut og føres gjennom ledningen 14 for å brukes som kjølemiddelet i kondensatoren 10. Etter varmeveksling med strømmen F2 som omfatter metan, nitrogen og/eller helium, føres denne fraksjon gjennom en ledning 50 til en separasjonsanordning 51 ved hvis utløp en gassfase strømmer ut ved toppen gjennom en ledning 52 og føres til ledningen 24 i nivå med kompressoren KX2, og en væskefase strømmer ut gjennom en ledning 53 og føres til en pumpe 54 for å blandes med væskefasen (strøm F1) som omfatter metan og som ekstraheres gjennom ledningen 8, idet blandingen av disse fø-res til ekspanderen X2.

Bruk av en væske som kommer fra et av de tidligere trinnene i flytendegjø-ringsprosessen som et kjølemiddel, har den fordel at man unngår bruk av en sekundære kald-syklus. Uansett hvilken kjøleprosess som benyttes, har foreliggende oppfinnelse den fordel at den nødvendige metanfraksjon som svarer til den optimale sammensetning av tappestrømmen (gass-strøm omfattende hydrogen og/eller helium fra ledningen 11) kondenseres. Den optimale metan-sammensetning av tappestrømmen kan velges i henhold til den nødvendige mengde av metan som er nødvendig f.eks. for flytendegjøringsanleggets brenngass-behov.

Den eksterne kjølesyklus som er beskrevet i fig. 2A og har henvisningstallet 3 i fig. 1, omfatter f.eks. følgende mønster: en væskeformig trykk-kjøleblanding ved en temperatur noe over temperaturen til en kuldekilde 70 mates gjennom en ledning 60 inn i veksleren E1 der den sirkulerer samstrøms med naturgassen som innføres gjennom ledningen 1 og med den resirkulerte naturgass som innføres gjennom ledningen 16.

Ved utløpet av den første veksler E1, separeres kjøleblandingen i en første fraksjon M1 som føres gjennom en ledning 61a til den andre veksler E2 og en andre fraksjon M2 som ekspanderes gjennom en ekspansjonsventil V1 beliggen-de på ledningen 61b, føres gjennom denne ledning til veksleren E1 der den sirkulerer motstrøms med naturgassen og kjøleblanding-strømmene, med sikte på å avkjøle dem. Etter varmeveksling, føres denne andre fraksjon gjennom en ledning 62 til en kompressor K10.

Kjøleblandingens første fraksjon M1, som ekstraheres gjennom ledningen 61a, sirkulerer samstrøms med den resirkulerte naturgass-seksjon som mates gjennom ledningen 18 inn i veksleren E2. Kjøleblandingen separeres, etter å ha strømmet gjennom veksleren E2, i to fraksjoner, en tredje fraksjon M3 som føres gjennom en ledning 63a til den tredje veksler E3 og en fjerde fraksjon M4 som ekstraheres gjennom en ledning 63b, ekspanderes gjennom en ekspansjonsventil V2 før den mates til veksleren E2 der den sirkulerer motstrøms for avkjøling av kjøleblanding-fraksjonen som sirkulerer i veksleren E2 og den resirkulerte naturgass. En annen fraksjon M5 av kjøleblandingen kan ekstraheres gjennom en ledning 63c for å besørge avkjøling av toppen av gasolin-uttrekkingskolonnen (fig. 3).

Den fjerde kjøleblanding-fraksjon M4 som fremkommer etter varmeveksling i veksleren E2, føres gjennom en ledning 64 til en kompressor K11, blir så blandet, etter avkjøling i en anordning 71, med den andre fraksjonen M2 fra ledningen 62 før den føres til kompressoren K10.

Den tredje kjøleblanding-fraksjon M3 som innføres gjennom ledningen 63a, sirkulerer samstrøms i veksleren E3 med den resirkulerte gass som ekstraheres fra veksleren E2 gjennom en ledning 19 og naturgassen som innføres gjennom ledningen 21 og kommer fra gasolin-utvinningstrinnet (fig. 3). Den strømmer så ut fra denne veksler E3 gjennom en ledning 65, ekspanderes gjennom en ekspansjonsventil V3 og sirkuleres motstrøms for å avkjøle de to naturgass-strømmer og den tredje kjølemiddel-fraksjon. Etter varmeveksling, strømmer kjøleblandingen ut gjennom en ledning 66 og føres til en kompressor K12, deretter til kompressoren K11 gjennom en ledning 67.

Kjølemiddelet fra ledningen 66 kan først blandes med kjølemiddel-fraksjonen som kommer fra toppen av gasolin-utvinnings-kondensatoren (fig. 3), som

mates inn i veksleren E2 gjennom en ledning 68, den sirkulerer i denne veksleren motstrøms med strømmene som skal avkjøles og ekstraheres gjennom en ledning 69. Denne blanding av de to kjølemiddel-fraksjoner, komprimeres i kompressoren K12 og kompressorer K11 og K10, og den avkjøles ved hjelp av eksterne kilder 70 og 71.

En komplett prosessberegning utført ved hjelp av en programvare som anvendes innen kjemiindustrien, har muliggjort kontroll av ytelsene til utvinningsme-toden ifølge oppfinnelsen.

Innledninqsdata

Naturgassen, som på forhånd er dehydratisert og nøytralisert, skjer under følgende forhold:

Forkjølingstemperatur før ekspansjon: -70°C

Ytelser:

Energiforbruk: 1,175 kJ/kg LNG produsert (forholdet mellom kompresjonseffekt og strømningsraten for produsert LNG)

Kompresjonseffekt: 55,355 kW

Fremstilt produkter

LNG ved slutten av flvtendegjøringsprosessen

Tappestrøm bestående av nitrogen og/ eller helium som skal utvinnes:

Disse ytelser tar hensyn til avkokings-rekompresjonen. Dessuten skal det bemerkes at gass-trykket gjør det mulig å sløyfe en brenngass-kompressor før turbinene mates med gass. Tappestrømmen er fullstendig fri for tyngre produkter enn metan (ingen kondenseringsfare i brennerne).

Brenngass-strømningsraten kan reguleres ved å variere strømningsraten til kjølemiddelet som sirkulerer i kondensatoren.

Antar man at den nødvendige brenngass-strømningsrate i flytendegjørings-anlegget er 1300 istedenfor 1000 kmol/h, blir design-forskjellene som følger: Ytelser: Energiforbruk: 1,174 kJ/kg av produsert LNG (forholdet mellom kompre-sjonseffekten og strømningsraten til produsert LNG)

Kompresjonseffekt: 53,740 kW

Fremstilte produkter

LNG

Tappestrøm bestående av nitrogen og/ eller helium som skal utvinnes:

LNG-anlegget er lite følsomt for en stor variasjon i tappestrømmen, hvilket gir en god drifts-fleksibilitet.

Fig. 3 viser kort et mønster som gjør det mulig å utføre trinnet for gasolin-utvinning fra naturgassen som er forkjølt i veksleren E3.

Naturgassen som forkjøles til 11°C og strømmer ut gjennom ledningen 20, omfatter tunge fraksjoner. Den ekspanderes gjennom en turbin X0 til et trykk i størrelsesorden 5,2 MPa, idet den derved fremstilte tofase-strøm haren temperatur på ca. -28°C.

Tofase-strømmen mates gjennom en ledning 80 inn i en kolonne C2 uten koker men med en kondensator. Ved bunnen av kolonnen blir en strøm som omfatter kondensater ekstrahert gjennom en ledning 82 og ført til et stabiliseringstrinn beskrevet i fig. 4. Tofase-strømmens dampfraksjon sirkulerer oppad i kolonnen C2 der den i motstrøm møter en tilbakestrømning som innføres gjennom en ledning 83a. Denne tilbakestrømning dannes i partial-kondensatoren E ved å sirkulere strømmen som kommer fra toppen av kolonnen C2 gjennom ledningen 81 i mot-strøm til et kjølemiddel som kan komme fra for-kjølesyklusen beskrevet i fig. 2A, innført gjennom ledningen 63c og ekspandert gjennom en ventil V før den strøm-mer gjennom E. Det oppvarmede kjølemiddel blir, etter varmeutveksling, ført tilbake til forkjøle-syklusen i veksleren E2 (fig. 2A) for å frigjøre dets varme, hvoretter det strømmer ut fra denne veksler gjennom ledningen 69 og rekomprimeres i veksleren K12 (fig. 2A) etter å være blandet med hoved-kjølemiddelet.

Strømmen ved toppen av kolonnen C2, avkjølt i E, frembringer et tofase-fluid som føres til en separasjonsbeholder D ved hvis utløp en dampfraksjon ekstraheres gjennom en ledning 82 og føres til kompressoren KXO, mens en væskefraksjon strømmer ut ved bunnen av beholderen D gjennom en ledning 83 som deler seg i to grenledninger 83a og 83b. En hoved-væskefraksjon føres gjennom ledningen 83a for å brukes som tilbakestrømning i kolonnen C2 og resten føres gjennom ledningen 83b til stabiliseringstrinnet beskrevet i fig. 4.

Hoved-dampfraksjonen komprimeres til et trykk på ca. 8,7 MPa ved en temperatur i størrelsesorden -13°C før den føres til veksleren E3 (fig. 2A) for å avkjøles og kondenseres.

Fig. 4 viser en anordning som muliggjør stabilisering av kondensatene som skal utføres.

Bunnen av gasol-utvinningskolonnen C2 ekstrahert gjennom ledningen 82 (fig. 3) ekspanderes til et trykk på 4,8 MPa og føres til en demetaniseringskolonne DEC1. Tilbakestrømningen i denne kolonnen tilveiebringes av væsken som kommer fra ledningen 83b og som er blitt ekspandert. Ved toppen av kolonnen blir en strøm hovedsakelig bestående av metan, nitrogen og etan ved -40°C ekstrahert gjennom en ledning 92 og ført til prosess-resyklusen beskrevet i fig. 2A gjennom ledningen 37 (fig. 2B). Produktet ved bunnen av kolonnen strømmer ut gjennom en ledning 93, avkjøles gjennom en anordning REC1 før den ekspanderes, gjennom en ventil f.eks., til et trykk hovedsakelig lik 3,9 MPa og føres gjennom en ledning 94 til en andre deetaniseringskolonne DEC2. Strømmen fra toppen av kolonnen DEC2 gjennom en ledning 95 blir delvis kondensert i en kondensator EC2 ved hjelp av en kald innretning ved en temperatur nær 50°C, noe høyere enn temperaturen til systemets kuldekilde (vann, luft eller annet). Tofase-blandingen som frembringes ved kondenseringen, separeres i en beholder DC2, ved hvis utløp væskefasen ekstraherer gjennom en ledning 96 for å brukes som tilbakestrømning i

kolonnen DEC2, og dampfasen hovedsakelig bestående av etan ekstraheres gjennom en ledning 97 og føres til prosess-resyklusen (ledning 38, fig. 2B). En

ubetydelig fraksjon av denne dampfase blir periodisk tilbaketrukket for å kompensere for etan-tapene i hoved-kjølesyklusen og innføres ved 60 f.eks.

Kolonnebunnen strømmer ut gjennom en ledning 98 før den avkjøles i REC2 og ekspanderes gjennom en ventil til et trykk hovedsakelig nær 1,5 MPa, hvoretter den føres til en depropaniseringskolonnne DEC3 gjennom en ledning 99. Strømmen som kommer fra toppen av denne kolonne gjennom en ledning 100 kondenseres i en kondensator EC3 ved hjelp av en kald innretning ved en temperatur på 50°C noe over temperaturen til systemets kuldekilde (vann, luft eller annet). Væsken som kommer fra kondensatoren separeres i en beholder DC3 for å frembringe en første væskefraksjon som strømmer ut gjennom en ledning 101 for å brukes som tilbakestrømning i kolonnen DC3 og en andre væskefraksjon som strømmer ut gjennom en ledning 102 til en kommersiell propan-lagertank. En ubetydelig fraksjon av denne strøm blir periodisk tilbaketrukket for å kompensere for propantapene i hoved-kjølesyklusen.

Kolonnebunnen strømmer ut gjennom en ledning 103 for å avkjøles ved hjelp av en anordning REC3 og ekspanderes gjennom en ventil til et trykk nær 0,5 MPa før den, gjennom en ledning 104, sendes til en debutaniseringskolonne DEC4. Strømmen ved toppen av kolonnen ekstraheres gjennom en ledning 105, kondenseres deretter i en kondensator EC4 ved hjelp av en kald innretning ved en temperatur nær 50°C noe høyere enn systemets kuldekilde (vann, luft eller annet). Væsken blir deretter separert i en beholder DC4 i en første væskefraksjon som føres gjennom en ledning 106 for å brukes som tilbakestrømning i kolonnen DC4 og en andre fraksjon som ekstraheres gjennom en ledning 107 som føres til en kommersiell butan-lagertank. En ubetydelig fraksjon av denne strøm blir periodisk tiltrukket for å kompensere for butan-tapene i hoved-kjølesyklusen. Bunnen av debutaniseringskolonnen som ekstraheres gjennom en ledning 108, avkjøles gjennom REC4 og kan føres til en kondensat-lagertank (lett gasol).

Claims

1. Fremgangsmåte for flytendegjøring av en forbindelse A fra en blanding omfattende minst nevnte forbindelse A og én eller flere forbindelser B, idet hver av forbindelsene B har et lavere kokepunkt enn forbindelsen A, idet blandingen er tilgjengelig ved et trykk P1, omfattende: en første ekspansjon av blandingen ved et trykk P2 som er lavere enn P1 en andre ekspansjon av en første flytendegjort strøm rik på forbindelsen A ved et trykk P3 som er lavere enn P2, karakterisert ved at fremgangsmåten omfatter en separering ved destillering av blandingen ved et trykk som er hovedsakelig nær trykk P2 for å frembringe nevnte første flytendegjorte strøm rik på forbindelsen A og en første strøm som omfatter mesteparten av forbindelsene B, og at separering ved destillering utføres i en kolonne under anvendelse av en andre strøm som er rik på forbindelsen A som flytendegjort tilba-kestrømning.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at den første strøm omfattende mesteparten av forbindelsene B kondenseres og separeres i en andre strøm omfattende mesteparten av forbindelsene B og i nevnte strøm rik på forbindelsen A brukt som tilbakestrømning inn i kolonnen.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 2, karakterisert ved at tilbake-strømningen skapes ved varmeveksling mellom den andre strømmen som omfatter mesteparten av forbindelsene B, og en del av avkjølt strøm som gjenvinnes etter nevnte andre ekspansjon.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 3, karakterisert ved at flytendegjort strøm som gjenvinnes etter den andre ekspansjon skjer i væskeform ved boblepunktet.

5. Fremgangsmåte ifølge et av kravene 1 til 4, karakterisert ved at verdien av trykket før den første ekspansjon er i området mellom 3 og 15 MPa og mellom 1 og 5 MPa etter denne første ekspansjon.

6. Fremgangsmåte ifølge et av kravene 1 til 5, karakterisert ved at den første ekspansjon utføres ved en temperatur i området mellom -100°C og 0°C.

7. Fremgangsmåte ifølge et av kravene 1 til 6, karakterisert ved at blandingen avkjøles før det første ekspansjonstrinn.

8. Fremgangsmåte ifølge krav 7, karakterisert ved at blandingen avkjøles ved bruk av et eksternt kjølemiddel.

9. Fremgangsmåte ifølge krav 7, karakterisert ved at blandingen avkjøles ved bruk av én av nevnte strømmer omfattende mesteparten av forbindelsene B.

10. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at den omfatter minst to ekspansjonstrinn og fortrinnsvis to til fire ekspansjonstrinn.

11. Anvendelse av fremgangsmåten ifølge et av kravene 1 til 10 for utvinning av metan og/eller helium under en fremgangsmåte for flytendegjøring av en gass så som naturgass omfattende metan som hoved-bestanddelen og nitrogen og/ eller helium som bestanddeler B som skal utvinnes.

12. Anvendelse av fremgangsmåten som angitt i et av kravene 1 tiMO for utvinning av argon og/eller nitrogen under en fremgangsmåte for flytendegjøring av luft.