NO312381B1

NO312381B1 - Offshore apparatur for kondensering av naturgass

Info

Publication number: NO312381B1
Application number: NO19981514A
Authority: NO
Inventors: Christopher Alfred Timot Dubar; Oliver Leh Ming Tu
Original assignee: Bhp Petroleum Pty Ltd
Priority date: 1995-10-05
Filing date: 1998-04-03
Publication date: 2002-04-29
Also published as: DE69626665D1; JP3869854B2; MY113626A; EP0862717B1; ATE238529T1; AU7139696A; EP0857285A1; RU2141084C1; EP0857285B1; DE69627687D1; WO1997013108A1; AU7140196A; NO981514D0; NO981515D0; JP2000506591A; DE69626665T2; ATE234450T1; NO981514L; MY113525A; US5916260A

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en apparatur for kondensering av gass til væske og mer spesielt til en offshore apparatur for å kondensere naturgass, omfattende en bærestruktur som enten er flytende eller på annen måte tilpasset til å plasseres i en offshore lokalisering i det minste delvis over vannivå.

Naturgass utvinnes fra gass, gass kondensat og naturlig forekommende oljefelter og omfatter generelt en blanding av forbindelser hvor den dominerende er metan. Vanligvis inneholder naturgass minst 95% metan og andre lavtkokende hydrokarboner (men kan inneholde mindre), idet det resterende innhold i hovedsak består av nitrogen og karbon dioksid. Den nøyaktige sammensetningen varierer mye, og kan inkludere et antall av andre urenheter deriblant hydrogensulfid og kvikksølv.

Naturgass kan foreligge som "mager" eller "fet" gass. Disse begrepene er ikke eksakt definert, men det er forstått at en mager gass har færre høyere hydrokarboner enn en fet gass. En mager gass vil typisk inneholde lite eller intet propan, butan eller pentan, mens en fet gass vil inneholde i det minste noe av disse komponenter.

Ettersom naturgass er en blanding av gasser, blir den flytende over et område av temperaturer. På flytende form kalles den LNG (liquefied natural gas). Ved atmosfæretrykk vil naturgass typisk gå over til flytende form i temperaturområdet -165 °C til -155 °C. Den kritiske temperaturen for naturgass er ca -90 °C til -80 °C, hvilket i praksis innebærer at den kan ikke bli kondensert til væskeform alene ved å øke trykket, den må i tillegg kjøles til en temperatur lavere enn den kritiske temperaturen.

Naturgass har ofte blitt kondensert før den transporteres til sluttbrukerstedet. På den måten blir volumet av gassen redusert med en faktor 600. Kapitalkostnader og løpende kostnader på apparaturen for å kondensere naturgass til væskeform er svært høy, men ikke så høy som kostnadene ved å transportere gassen uten først å gjøre den flytende.

Kondenseringen av naturgass kan utføres ved å kjøle gassen i en motstrøms varmeveksler med et gassformig kjølemiddel, snarere enn med flytende kjølemiddel som benyttes ved konvensjonelle metoder for omdanning av gass til væskeform, så som kaskade- eller propan-forkjølt blandede kjøleprosesser. I det minste en del av kjølemiddelet sendes gjennom en kjølesløyfe som involverer minst ett kompresjonstrinn og minst ett ekspansjonstrinn. Forut for kompresjonstrinnet er kjølemiddelet vanligvis ved omgivelsestemperatur (temperaturen til den omliggende atmosfære). Under kompresjonstrinnet blir kjølemiddelet komprimert til et høyt trykk og varmes av kompresjonsprosessen. Det komprimerte kjølemiddelet kjøles så med omgivende luft eller med vann dersom en vannkilde er tilgjengelig for å få temperaturen tilbake til omgivelsestemperatur. Deretter ekspanderes kjølemiddelet for å senke temperaturen på det ytterligere. Det finnes i prinsipp to metoder å gjøre dette på. En metode innebærer en "strupe-prosess", som kan finne sted i en Joule-Thomson ventil, hvorved kjølemiddelet ekspanderes i hovedsak isentalpisk. Den andre metoden innebærer en i hovedsak isentropisk ekspansjon, og kan finne sted i en dyse eller mer vanlig gjennom en "ekspander" eller turbin. Den i hovedsak isentropiske ekspansjon av kjølemiddelet er kjent som "arbeidsekspansjon". Når kjølemiddelet ekspanderes gjennom en turbin, kan arbeid utvinnes av turbinen, og dette arbeidet kan benyttes som et bidrag til energien som kreves for å komprimere kjølemiddelet.

Det er generelt akseptert at "arbeidsekspansjon" er mer effektivt enn struping (en større temperaturfall kan oppnås ved samme trykkreduksjon), men utstyret er mer kostbart. De fleste prosesser kjøres derfor som rene arbeidsekspansjoner eller som en kombinasjon av arbeidsekspansjon og struping.

Når naturgass av en gitt sammensetning kjøles ved konstant trykk, vil det for enhver gitt temperatur være en gitt verdi for hastigheten av endring i entalpi (Q) for gassen. Temperaturen (T) kan plottes mot Q slik at man får kjølekurven for naturgassen. Kurven avhenger i stor grad av trykket, hvis trykket er under det kritiske trykket, vil T/Q kjølekurven være svært irregulær, det vil si at det finnes mange områder med forskjellig gradient inkludert et område hvor gradienten er null eller nær null. Med økning i trykk, spesielt over det kritiske trykket, vil T/Q kjølekurven nærme seg mot en rett linje.

Det henvises til figur 1, som viser en graf av temperatur mot hastighetsendring av entalpi for kjøling av naturgass under og over kritisk trykk. Kurven A, som gjelder kjøling av naturgass under kritisk trykk, skal beskrives noe mer detaljert. Kurven A har en karakteristisk form som kan inndeles i et antall forskjellige områder. Område 1 har en konstant gradient og representerer en hensiktsmessig kjøling av gassen. Område 2 har en avtagende gradient og er under duggpunktstemperaturen for gassen idet de tyngre komponenter begynner å kondensere. Område 3 tilsvarer bulk kondensering av gassen og har den laveste gradienten på kurven, den er nesten horisontal. Område 4 har en økende gradient og er over gassmetningstemperaturen for væsken idet også de letteste komponenter har kondensert. Område 5 er under gassmetningstemperaturen og har en konstant gradient som er større enn den i områdene 3 og 4. Område 5 svarer til en hensiktsmessig kjøling av væsken, dette er kjent som "underkjølings-området".

Det henvises nå til figur 2, som er en graf av T/Q og viser den kombinerte kjølekurve for naturgass og nitrogen, ved et naturgass-trykk på ca. 5,5 MPa. Grafen viser også oppvarmingskurven for nitrogen i det samme temperaturområdet. Grafen er representativ for et system hvor naturgass kondenseres til væskeform gjennom kjøling i en serie av varmevekslere med en enkel nitrogen ekspander-sløyfe. Nitrogen kjølemiddelet som kommer ut av serien av varmevekslere komprimeres og kjøles med omgivende luft, kjøles deretter til -152 °C gjennom arbeidsekspansjon og føres så tilbake til den kalde enden av serien av varmevekslere. Nitrogen kjølemiddelet for-kjøles før arbeidsekspansjonen, ved å sendes gjennom i det minste en varmeveksler i den varme enden av serien av varmevekslere, derved følges en kjølekurve for naturgass og nitrogen kombinert.

Gradienten av kjøle- og varmekurvene i ethvert punkt i figur 2 er gitt som dT/dQ. Det er vel kjent i fagområdet at den mest effektive prosess er en hvor for enhver gitt verdi av Q, den tilsvarende temperaturen for kjølekurven for naturgassen er så nær som mulig den tilsvarende temperaturen for varmekurven av kjølemiddelet. Dette innebærer at dT/dQ for kjølekurven av naturgassen er så nær som mulig dT/dQ for varmekurven av kjølemiddelet. Imidlertid, for enhver gitt Q, jo nærmere temperaturen av naturgassen er temperaturen av kjølemiddelet, jo større areal kreves for varmeveksleren. Derfor blir det en avveining mellom å minimere temperaturforskjell og minimere varmevekslernes overflateareal. Av denne grunn er det generelt foretrukket at for enhver gitt Q, bør temperaturen av naturgassen være minst 2 °C høyere enn temperaturen av kjølemiddelet.

I figur 2 er oppvarmingskurven for nitrogen en tilnærmet rett linje (det vil si at den har konstant gradient) Dette er typisk for en ett-trinns kjølesløyfe i hvilken alt det kjølende nitrogen blir avkjølt ved ekspansjonsarbeid til en lav temperatur av ca. -160 °C til -140 °C, og blir deretter sendt i motstrøms varmeveksling med naturgassen. Det er klart at for største delen av T/Q-kurven er det en stor temperaturdifferanse mellom naturgassen og det kjølende nitrogen, og det indikerer at varmevekslingen er svært ineffektiv.

Det er også kjent at gradienten av varmekurven for kjølemiddelet kan endres ved å endre

strømningsrate av kjølemiddelet gjennom varmevekslerne, mer spesifikt kan gradienten økes ved å redusere strømningsraten av kjølemiddelet. I systemet vist i figur 2 er det ikke mulig å redusere strømningsraten av nitrogen, fordi en økning i gradienten vil få oppvarmingskurven for nitrogen til å krysse kjølekurven for naturgassen. En krysning av de to kurver er en

indikasjon på en temperatur "pinch" (cross-over) i varmeveksleren mellom nitrogen og naturgass, og under slike forhold kan ikke prosessen fungere.

Imidlertid, hvis nitrogenstrømmen deles i to strømmer, er det mulig å få oppvarmingskurven for nitrogen til å endres fra en enkelt rett linje til to kryssende rette linjeområder med forskjellig gradient. Et eksempel på en slik prosess er kjent fra US Patent nr. 3,677,019. Patentet beskriver en prosess i hvilken det komprimerte kjølemiddel splittes i to deler, og hver del kjøles ved ekspansjonsarbeid. Hver ekspandert del tilføres separate varmevekslere for å kjøle gassen som skal kondenseres. Dette bevirker at oppvarmingskurven for kjøle-middelet omfatter minst to rette linje-områder med ulik gradient. Dette hjelper tilpasningen av oppvarmings- og kjølekurver og forbedrer effektiviteten av prosessen. Ovennevnte patent ble publisert mer enn 20 år siden, og prosessen som beskrives er ineffektiv målt etter moderne standard.

I US Patent nr. 4,638,639 er det beskrevet en prosess for å kondensere en konstant gasstrøm, som også innebærer deling av strømmen av kjølemiddel i minst to deler for å tilpasse kjølekurven for gassen som skal kondenseres til oppvarmingskurven for kjølemiddelet. Uttaket fra alle ekspandere i denne prosessen er ved et trykk over ca. IMPa. Beskrivelsen antyder at så høye trykk øker den spesifikke varme for kjølemiddelet, slik at effektiviteten av kjølesløyfen derved økes. For å realisere en effektivitetsforbedring er der nødvendig at kjølemiddelet holdes ved eller nær sitt metningspunkt ved utløpet av alle ekspandere, fordi den spesifikke varmen er høyere nær metningspunktet. Hvis kjølemiddelet er på metningspunktet, vil det under disse betingelser være noe væske i kjølemiddelet som tilføres til varmevekslerne. Dette fører til ekstra kostnader fordi enten må varmevekslerne modifiseres for å for å kunne håndtere to-fase kjølemiddel, eller kjølemiddelet må splittes i væske- og gassfase før det tilføres varmeveksleren.

US Patent nr. 4,638,639 angår i hovedsak prosesser hvor kjølemiddelet omfatter en del av gassen som skal kondenseres. Beskrivelsen konsentrerer seg spesielt om et system hvor nitrogen kondenseres med bruk av nitrogen som kjølemiddel. Beskrivelsen angår ikke spesielt et system hvor naturgass kjøles med nitrogen, heller ikke ville det kunne forventes å være nyttig i slik en prosess, fordi alle moderne storskala prosesser for kondensering av naturgass benytter en blandet sløyfe for kjølemiddelet. Videre, ifølge US Patent nr. 4,638,639 kjøles gassen som skal kondenseres til en temperatur like under dens kritiske temperatur. En serie av tre J-T ventiler benyttes for å underkjøle gassen som skal kondenseres.

Den tidligste kjølesløyfen benyttet for kondensering av naturgass var kaskadeprosessen. Naturgass kan kjøles i kaskadeprosessen ved suksessiv kjøling med for eksempel propan, etylen eller metan som kjølemiddel. Den blandede kjølesløyfen som ble utviklet senere, innebærer sirkulasjon av en multikomponent kjølestrøm, vanligvis etter forkjøling med propan til - 30 °C. Egenskapene ved den blandede kjølesløyfe for kjølemiddelet er slik at varmevekslerne i prosessen må rutinemessig håndtere strøm av to-fase kjølemiddel. Dette krever bruk av store, spesialiserte varmevekslere. Den blandede kjølemiddelsløyfe er den termodynamisk mest effektive av de tidligere kjente prosesser for å kondensere naturgass: den tillater oppvarmingskurven for kjølemiddelet å være nær tilpasset til kjølekurven for naturgass over et vidt temperaturområde. Eksempler på blandede kjølemiddel prosesser er

! beskrevet i US patent nr. 3,763,658 og US patent nr. 4,586,942 samt i europeisk patent nr. 87,086.

En av grunnene til den utstrakte bruk av blandede kjølemiddelsløyfer for å kjøle naturgass, er effektiviteten av den fremgangsmåten. Installasjonen av et typisk blandet kjølemiddel-anlegg for naturgass koster minst US$ 1 mrd., men den høye kostnaden kan forsvares av

) gevinst i effektivitet. For å være økonomisk kosteffektivt må det blandede kjøleanlegg typisk ha en kapasitet på 3 millioner tonn LNG pr. år.

Størrelsen og kompleksiteten av blandede kjølemiddel-anlegg er slik at til dags dato har alle blitt konstruert og plassert på land. På grunn av størrelsen på anlegg for kondensering av naturgass, og behovet for havner med stor vanndybde, kan de ikke alltid plasseres nær

i forekomstene av naturgass. Gass fra naturgass-feltene transporteres vanligvis til anlegg for kondensering gjennom rørledninger. For forekomster offshore er det betydelige praktiske begrensninger på maksimum lengde av slike rørledninger. Det innebærer at offshore naturgassfelt som er mer enn ca. 320 km fra land sjelden blir utviklet.

Formålet med foreliggende oppfinnelse var således å tilveiebringe en apparatur for

) kondensering av naturgass som muliggjør en kosteffektiv utnyttelse av naturgass på et areal som lar seg anbringe på anlegg offshore.

Oppfinnelsen er kjennetegnet ved de trekk som er angitt i karakteristikken av patentkrav 1. Fordelaktige utførelsesformer av apparaturen ifølge oppfinnelsen fremgår av de uselv-stendige patentkrav. 5 Bære strukturen kan være en bunnfundamentert struktur. Foretrukne utførelsesformer inkluderer stålmantel bærestrukturer og andre bunnfundamenterte bærestrukturer. Alternativt kan strukturen være en flytende struktur, for eksempel en struktur som flyter over sjøbunnen. I denne utførelsesformen er bærestrukturen fortrinnsvis et fartøy med stål- eller betongskrog, så som et skip eller en lekter.

) I en foretrukket utførelsesform er bærestrukturen en flytende enhet for produksjon/lagring og lasting (FPSO){= Floating Production Storage and Off-loading unit}.

Forbehandlingsutstyr benyttes vanligvis til forbehandling av naturgassen før den sendes til enheten for kondensering. Forbehandlingsutstyret kan inkludere separasjonstrinn for å fjerne urenheter, så som kondensat, karbon dioksid og produsert vann.

Apparaturen for kondensering av naturgass kan tilveiebringes i kombinasjon med lagrings-midler for å oppbevare naturgassen etter at den har blitt kondensert. Lagringsmidlene kan plasseres på eller i bærestrukturen. Alternativt kan lagringsmidlene plasseres på en separat bærestruktur, som enten er flytbar eller på annen måte tilpasset til å plasseres offshore i det minste delvis over vannivået; den separate bærestruktur kan være av samme type som- eller forskjellig type fra bærestrukturen for kondenseringsutstyret. Det er spesielt foretrukket at bærestrukturen er et skip, og at både kondenseringsutstyret og lagringsmidlene er plassert på nevnte skip.

I en foretrukket utførelsesform omfatter bærestrukturen to bunnfundamenterte bærestrukturer i en avstand fra hverandre og en plattform som danner bro mellom de to strukturene, idet lagringsmidlene omfatter en lagertank plassert i eller på i det minste en av nevnte bunnfundamenterte konstruksjoner og idet utstyret for kondensering er plassert på eller i nevnte brodannende plattform.

Det kan tilveiebringes midler for å forbinde nevnte apparatur til en undersjøisk brønn, hvorved naturgassen kan forsynes til kondenseringsutstyret med et trykk over 5,5 MPa, idet nevnte trykk direkte eller indirekte reflekterer trykket i den undersjøiske brønnen. For å gjøre dette enklere kan apparaturen ifølge oppfinnelsen lokaliseres tilstrekkelig nær til den naturgass-produserende formasjonen til at trykket av naturgassen i rekken av varmevekslere kan tilveiebringes tilnærmet fullstendig ved det iboende trykket i den naturgassproduserende formasjonen. I visse gassfelter kan noe av gassen rekomprimeres for reinjeksjon , og vil derfor være tilstede ved et høyt trykk hvis den passeres gjennom et eller flere kompresjonstrinn av reinjeksjonsutstyret før den sendes til kondenseringsutstyret.

Fortrinnsvis omfatter kondenseringsutstyret også utstyr for å kjøle kjølemiddelet etter at det har blitt komprimert og før det blir ekspandert isentropisk, idet nevnte kjøleutstyr omfatter en varmeveksler, en flytende kjølevæske og en kjøleenhet for å kjøle kjølevæsken til en temperatur mellom -10 °C og 20 °C, hvorved det komprimerte kjølemiddel kjøles i nevnte varmeveksler motstrøms i forhold til nevnte kjølevæske.

Ekspansjonsutstyret kan omfatte en arbeidsekspander plassert i hver av strømmene av det komprimerte kjølemiddel, og kompresjonsutstyret kan omfatte minst en kompressor.

Kompresjonsutstyret omfatter fortrinnsvis en første kompressor tilpasset til å komprimere kjølemiddelet til et mellomtrykk, og en andre kompressor tilpasset til å komprimere kjøle-middelet til et høyere trykk. Den andre kompressoren er ønskelig operativt forbundet med utstyret for å ekspandere kjølemiddelet, hvorved i hovedsak alt arbeid som kreves for å komprimere kjølemiddelet fra mellomtrykket til det høyere trykk tilveiebringes fra ekspansjonsutstyret. Ved en konstruksjon omfatter ekspansjonsutstyret to turboekspandere og den andre kompressor omfatter to kompressorer som hver er operativt forbundet med hver sin turboekspander. Ved en annen konstruksjon omfatter ekspanderutstyret for kjølemiddelet to turboekspandere og den andre kompressor omfatter en enkelt kompressor operativt forbundet med begge turboekspandere ved hjelp av en felles aksling. En etterkjøler er som regel tilvéiebragt for å kjøle det komprimerte kjølemiddel etter det andre kbmpresjonstrinn.

i Den første kompressor kan omfatte en enkelt kompressor med en etterkjøler for å kjøle det komprimerte kjølemiddel, men det er foretrukket at den første kompressor omfatter en rekke av minst to kompressorer med en mellomkjøler mellom hver kompressor i rekken.

Rekken av varmevekslere omfatter fortrinnsvis en første varmeveksler, en mellomliggende varmeveksler og en siste varmeveksler hvorved naturgassen passerer sekvensielt gjennom

i den første, den mellom liggende og den siste varmeveksleren for derved å kjøles suksessivt til stadig lavere temperaturer; kjølemiddel i en første av de nevnte kjølemiddelstrømmer leveres til den siste varmeveksler, og kjølemiddel i en annen av nevnte kjølemiddelstrømmer leveres til nevnte mellomliggende varmeveksler.

Kjølemiddelet kan kjøles i den første varmeveksler etter å ha bli komprimert men før det blir i isentropisk ekspandert, og kjølemiddelet i nevnte første kjølemiddelstrøm kan kjøles i den mellomliggende varmeveksler etter å ha blitt kjølt i den første varmeveksler, men før det blir isentropisk ekspandert.

Det er foretrukket å operere apparaturen slik at den siste varmeveksler mottar kjølemiddel fra den første kjølemiddelstrøm, og de relative strømningsrater av den første og den andre

i kjølemiddelstrøm reguleres slik at oppvarmingskurven for kjølemiddelet oppviser en mangfoldighet av segmenter med forskjellig gradient, kjølemiddelet varmes i nevnte siste varmeveksler til en temperatur under - 80 °C, og den kaldeste kjølemiddeltemperatur og strømningsraten i av kjølemiddel i nevnte første kjølemiddelstrøm er slik at en del av oppvarmingskurven for kjølemiddelet som relaterer seg til den siste varmeveksler er til

) enhver tid innenfor 1 til 10 °C, fortrinnsvis 1-5 °C, av den korresponderende del av kjøle-kurven for naturgassen.

Det vil vanligvis være effektivt å operere varmevekslerne slik at temperaturforskjellen mellom naturgassens avkjølingskurve og korresponderende del av oppvarmingskurven for kjølemiddelet er mellom 1 °C og 5 °C. Typisk vil temperaturforskjellen være over 2 °C, fordi mindre temperaturforskjeller krever større, mer kostbare varmevekslere, og det er større risiko for ved uoppmerksomhet å få temperatur "pinch" i varmeveksleren. Imidlertid, ved omstendigheter hvor det er overskudd av energi tilgjengelig, kan det være hensiktsmessig å operere med temperaturforskjeller over 5 °C, og muligens så høye som 10 °C. Dette tillater bruk av mindre varmevekslere, slik at man sparer kapitalkostnader.

Apparaturen opereres fortrinnsvis slik at den kaldeste kjølemiddeltemperatur ikke er høyere enn -130 °C, hvorved naturgassen underkjøles i hovedsak i nevnte rekke av varmevekslere. Mest foretrukket er den kaldeste kjølemiddeltemperaturen i området -140 °C til -160 °C.

Kondenseringsutstyret kan videre omfatte en gassturbin for å generere strøm for kompresjonsutstyret. Gassturbinen omfatter fortrinnsvis en aeroderivativ gassturbin; dette er fordelaktig fordi den har mindre størrelse og vekt enn de alternative typer industrielle gassturbiner som vanligvis benyttes i landbaserte LNG anlegg. I tillegg har aeroderivative turbiner høy termisk effektivitet og er lette å vedlikeholde på grunn av lett vekt på komponentene. Antall og ytelse på turbinene avhenger av den mengde LNG det er ønskelig å produsere. For eksempel, for å produsere ca. 2 millioner tonn LNG pr. år, vil det kreves to aeroderivative turbiner som hver har en ytelse på ca. 40 MW.

Det er foretrukket at kondenseringutstyret videre omfatter an andre rekke av varmevekslere, hvilken andre rekke er arrangert i parallell til den første rekken av varmevekslere, og separat komprimeirngsutstyr og ekspansjonsutstyr for kjølemiddelet i hver serie av varmevekslere. I det minste noe av - eller hver serie av - varmevekslere og rørforbindelser forbundet med disse, er fortrinnsvis plassert inne i en enkelt, felles varmeisolerende kappe, kjent som en "kald boks", som vanligvis inneholder perlitt eller steinull. Når det er mer enn én rekke av varmevekslere, er det foretrukket at hver varmeveksler-rekke er plassert i hver sin kalde boks.

Kondenseringutstyret kan videre inneholde midler for å ekspandere naturgass tilpasset til å motta og ekspandere underkjølt naturgass fra rekken av varmevekslere. Ekspansjonsutstyret tjener til å ekspandere den underkjølte naturgass til et underkritisk trykk, for derved samtidig å kjøle og kondensere naturgassen. Ekspansjonsutstyret kan i hovedsak være isentalpiske ekspansjonsmidler, så som J-T ventiler, eller i hovedsak isentropiske ekspansjonsmidler, så som væske- eller hydraulisk turbin-ekspander. Når ekspansjonsutstyret omfatter en væske-eller hydraulisk ekspander, eller andre arbeidsproduserende ekspansjonsmidler, er det foretrukket at det også tilveiebringes en elektrisk generator. Generatoren settes opp slik at arbeidet som utføres ved ekspansjonen omdannes til elektrisk energi. Kondenseringsutstyret kan videre omfatte en fiashtank tilpasset til å motta ekspandert naturgass fra utstyret for ekspansjon av naturgassen. I praksis omfatter den ekspanderte naturgass en to-fase blanding av væske og gass. Flashtanken er utstyrt med en brenngass utløp gjennom hvilket naturgass omfattende hovedsakelig metan og mindre mengder nitrogen ledes, og et LNG utløp gjennom hvilket LNG ledes. Det er foretrukket at flashtanken er tilveiebrakt i form av en fraksjoneirngskolonne med en koker som omfatter en varmeveksler anordnet til å varme en væskestrøm som tas fra kolonnen i motstrøms varmeveksling med naturgassen som strømmer ut av rekken med varmevekslere. Kompresjonsutstyr for brenngass kan tilveiebringes for å komprimere brenngassen til et egnet trykk for bruk i gassturbinen, etter at gassen er varmet i en varmeveksler. Flashtanken er fortrinnsvis plassert inne i en "kald boks". Det er ønskelig at gassturbinen blir forsynt med kraft ved hjelp av brenngass fra brenngassutløpet av flashtanken. Ved et slik arrangement tilveiebringes alt arbeid som kreves for å komprimere kjølemiddelet til det første kompresjonsutstyret, og arbeidet gjøres i sin helhet av brenngassen som dannes ved kondenseringsprosessen.

Det er et antall mulige utførelsesformer for varmevekslerne i rekkene. Aluminium ribbeplate varmevekslere kan bare fremstilles opp til en viss størrelse og et antall av individuelle enheter må sammenstilles i parallell for å håndtere aktuelle strømningsrater for prosessen og apparaturen i henhold til oppfinnelsen. Egenskapene ved det én-fase kjølemiddel gjør det mulig for disse enheter å kunne sammenstilles relativt enkelt, uten de vanskeligheter som opptrer ved to-fase systemer. Imidlertid er aluminium ribbeplate-varmevekslere underlagt den begrensning at det akseptable trykk avtar med økende enhetsstørrelse. For å opprettholde et antall enheter innenfor praktiske grenser, må derfor trykket av naturgassen være lavere enn ca. 5,5 MPa. Hvis høyere trykk er ønsket, er det foretrukket å benytte en spiralviklet varmeveksler, en PCHE ("printed circuit heat exchanger) varmeveksler eller en spole-viklet varmeveksler. Hver varmeveksler i rekkene kan inneholde et antall varmeveksler-enheter i parallell. Hver varmeveksler i rekkene kan omfatte mer enn en varmeveksler. I det foretrukne arrangement er varmevekslerne i rekkene integrert i en enkelt enhet med egnede innløps- og utløpsledninger.

Det er mulig å kjøle naturgassen med kjølemiddelet i flere mellomliggende varmevekslere plassert oppstrøms av den siste varmeveksler. Imidlertid er det foretrukket å benytte kun en mellomliggende varmeveksler, fordi dette reduserer kompleksiteten av utstyret og gjør det mulig å oppnå lavere trykktap over varmeveksler-rekken.

Mens det er foretrukket at kjølemiddelet er delt i to strømmer, fordi dette arrangementet krever minst plass, er det mulig å dele kjølemiddelet i tre, fire eller flere strømmer. Hver strøm kan ekspanderes isentropisk i parallell med de andre strømmer. Det er også mulig å utføre en eller flere av de isentropiske ekspansjonstrinn i flere trinn ved å benytte en serie av isentropiske ekspandere.

Det er foretrukket at kjølemiddelet omfatter minst 50 mol-% nitrogen, mer foretrukket minst 80 mol-% nitrogen, og mest foretrukket omtrent 100 mol-% nitrogen. Nitrogen har tilnærmet lineær oppvarmingskurve over temperaturområdet -160 °C til 20 °C. I en foretrukket utførelsesform omfatter kjølemiddelet nitrogen og opp til 10 vol-%, fortrinnsvis 5-10 vol-% metan.

Kjølemiddelet er ideelt tilveiebrakt i en lukket kjølesløyfe. Kjølemiddelet kan, men trenger ikke, tas fra strømmen av naturgass som skal kondenseres. Ny tilførsel av kjølemiddel kan tas fra en ekstern kjølemiddelkilde i forhold til kjølesløyfen.

Apparaturen ifølge oppfinnelsen opereres fortrinnsvis i samsvar med prosessen beskrevet i vår PCT patentsøknad av samme dato med tittel "Fremgangsmåte ved kondensering". I henhold til denne fremgangsmåte tilveiebringes en kondenseringsprosess for naturgass, omfattende å la naturgassen passere gjennom en rekke av varmevekslere i motstrøms varmeveksling med et gassformig kjølemiddel som sirkulerer gjennom en arbeidsekspansjons-sløyfe, idet nevnte arbeidsekspansjons-sløyfe omfatter komprimering av kjølemiddelet, oppdeling og avkjøling av kjølemiddelet slik at det oppnås minst en første og en andre strøm av kjølt kjølemiddel, i hovedsak isentropisk ekspansjon av første kjølemiddelstrøm til en kaldeste kjølemiddeltemperatur, i hovedsak isentropisk ekspansjon av andre kjølemiddelstrøm til en mellom liggende kjølemiddeltemperatur varmere enn nevnte kaldeste kjølemiddeltemperatur, og tilførsel av kjølemiddelet i en første og en andre kjølemiddelstrøm til hver sin varmeveksler for å kjøle naturgassen ved korresponderende temperaturområder, hvorved kjølemiddelet i den første strøm ekspanderes isentropisk til et trykk minst ti ganger høyere enn, og vanligvis mer enn 10 ganger høyere enn det totale trykkfallet av den første kjølemiddelstrøm gjennom rekken av varmevekslere, idet nevnte trykk er i området 1,2 til 2,5 MPa.

Det er foretrukket at kjølemiddelet komprimeres til et trykk i området 5,5 til 10 MPa. Det er foretrukket at den første strøm ekspanderes isentropisk til et trykk i området 1,5 til 2,5 MPa. Kjølemiddelet i den første strøm ekspanderes fortrinnsvis isentropisk til et trykk minst 20 ganger høyere enn det totale trykkfallet for den første kjølemiddelstrøm gjennom rekken av varmevekslere. Det er mulig å gjennomføre prosessen slik at den første strøm ekspanderes isentropisk til et trykk minst 100 ganger større enn trykkfallet av den første kjølemiddelstrøm gjennom nevnte rekke av varmevekslere. Imidlertid, for de fleste praktiske installasjoner vil kjølemiddelet i den første strøm bli ekspandert til et trykk som ikke er mer enn 50 ganger høyere enn det totale trykkfallet av den første kjølemiddelstrøm gjennom nevnte rekke av varmevekslere. 5 I en spesielt foretrukket utførelsesform er kjølemiddelet komprimert til et trykk i området 7,5 til 9,0 MPa, kjølemiddelet i den første kjølemiddelstrøm ekspanderes til et trykk i området 1,7 til 2,0 MPA, og kjølemiddelet i den første strøm ekspanderes isentropisk til et trykk i området 15 til 20 ganger det totale trykkfallet av den første kjølemiddelstrøm over nevnte rekke av varmevekslere. 0 Prosessen gjennomføres vanligvis slik at temperaturen av hver kjølemiddelstrøm etter hver isentropiske ekspansjon er høyere enn 1-2 °C over metningstemperaturen til kjølemiddelet. Under slike forhold holdes kjølemiddelet godt innenfor en fase, og er ikke nær ved metning slik at det vil i hovedsak ikke finnes væske i de isentropisk ekspanderte kjølemiddel-strømmer. Imidlertid kan det være omstendigheter når det er ønskelig å gjennomføre 5 prosessen slik at en liten mengde væske dannes under ekspansjonen. For eksempel, hvis kjølemiddelet inneholder nitrogen med opp til 10 vol-% metan, fortrinnsvis 5-10 vol-% metan, vil prosessen være mest effektiv hvis noe væske tillates å bli dannet under ekspansjonen.

Forholdet mellom trykket av kjølemiddelet umiddelbart før den isentropiske ekspansjon og :0 trykket av kjølemiddelet umiddelbart etter den isentropiske ekspansjon, er fortrinnsvis i området 3:1 til 6:1 og mer foretrukket 3:1 til 5:1.

I praksis avhenger den best egnede temperatur for det mellomliggende kjølemiddel av sammensetningen av naturgassen og dens trykk. Imidlertid, generelt er de beste verdier for det mellomliggende kjølemiddeltemperatur i området -85 °C til -110 °C.

:5 Apparaturen ifølge oppfinnelsen kan benyttes til å produsere LNG i en kommersiell skala,

typisk 0,5 til 2,5 millioner tonn LNG pr. år. I en offshore apparatur for kondensering av naturgass, omfattende to varmeveksler-rekker, hver i en kald boks, er det mulig å produsere rundt 3 millioner tonn/år LNG. Varmeveksler-rekkene, inkludert strømgeneratorer og armet

tilhørende utstyr kan innpasses på en plattform på ca. 35 ganger 70 meter, med en vekt på ca. 10 9000 tonn. Denne størrelsen er liten nok til at kondenseringsutstyret kan installeres på en offshore produksjonsplattform eller på en flytende produksjons- og lagringsfartøy.

Bruk av foreliggende oppfinnelse på en offshore installasjon har et antall fordeler. Utstyret er enkelt, spesielt sammenlignet med de blandede kjølemiddelsløyfer, kjølemiddelet kan være ikke-brennbart, utstyret krever relativt liten plass, og oppfinnelsen kan gjennomføres fullstendig med kjent og tilgjengelig utstyr.

Det henvises nå til de vedlagte tegninger, hvor:

Figur 1 er en graf av temperatur mot endring i entalpi, som viser kjølekurven for naturgassen over og under kritisk trykk, Figur 2 er en graf av temperatur mot endring i entalpi, som viser den kombinerte kjølekurve for naturgass og nitrogen og oppvarmingskurven for nitrogen, i en enkel ekspansjonsprosess, Figur 3 er et skjematisk diagram som viser en utførelse av apparaturen ifølge oppfinnelsen, Figur 4 er en graf av temperatur mot endring i entalpi, som viser den kombinerte kjølekurve for naturgass og nitrogen, og oppvarmingskurven for nitrogen ved apparaturen illustrert på figur 3, når naturgassen har en "mager" gassammensetning og naturgasstrykket er ca. 5,5 MPa, Figur 5 er en graf av temperatur mot endring i entalpi som viser den kombinerte kjølekurve for naturgass og nitrogen og oppvarmingskurven for nitrogen for apparaturen vist på figur 3, når naturgassen har en "fet" sammensetning, og naturgasstrykket er ca. 5,5 MPa, Figur 6 viser et skjematisk diagram av en annen utførelse av apparaturen ifølge oppfinnelsen, Figur 7 er en graf av temperatur mot endring i entalpi som viser den kombinerte kjølekurve for naturgass og nitrogen og oppvarmingskurven for nitrogen for apparaturen illustrert på figur 6, idet naturgassen har en "mager" sammensetning og naturgasstrykket er ca. 5,5 MPa, Figur 8 er en graf av temperatur mot endring i entalpi som viser den kombinerte kjølekurve for naturgass og nitrogen og oppvarmingskurven for nitrogen for apparaturen illustrert på figur 6, idet naturgassen har en "fet" sammensetning og naturgasstrykket er ca. 7,7 MPa, Figur 9 er en graf av temperatur mot endring i entalpi som viser den kombinerte kjølekurve for naturgass og nitrogen og oppvarmingskurven for nitrogen for apparaturen illustrert på figur 6 når naturgassen har en "fet" sammensetning og naturgasstrykket er ca. 8,3 MPa, Figur 10 viser et skjematisk diagram av en utførelse av kondenseringsutstyret ifølge foreliggende oppfinnelse, Figur 11 viser et skjematisk diagram av en annen utførelse av kondenseringsutstyret ifølge foreliggende oppfinnelse, Figur 12 viser et skjematisk diagram av nok en utførelse av kondenseringsutstyret ifølge foreliggende oppfinnelse, Figur 13 viser et skjematisk diagram av en utførelse av en del av apparaturen vist i figur 10 til 12, og Figur 14 viser et skjematisk diagram av en annen utførelse av en del av apparaturen vist i figur 10 til 12. Figurene 1 og 2 er allerede omtalt ovenfor. Figur 3 viser en apparatur for å kondensere naturgass. Mager naturgass ved et trykk på ca. 5,5 MPa tilføres fra et forbehandlingsanlegg (ikke vist) til inntak 1. Naturgassen i rørledning 1 inneholder 5,7 mol-% nitrogen,, 94,1

mol-% metan og 0,2 mol-% etan. Forskjellige forbehandlings arrangementer er kjent innen 5 faget, og den nøyaktige konfigurasjon avhenger av sammensetningen av naturgassen som utvinnes inkludert innhold av uønskede urenheter. Typisk omfatter forbehandlingen fjerning av karbon dioksid, vann, svovelforbindelser, kvikksølvforurensning og tunge hydrokarboner.

Naturgassen i rørledning 1 tilføres varmeveksler 66, hvor den kjøles til 10 °C med avkjølt

vann. Varmeveksler 66 kan også inkluderes som en del av forbehandlingsutstyret. Spesielt 0 kan varmeveksler 66 plasseres oppstrøms av en enhet for å fjerne vann i forbehandlingsutstyret, for å tillate kondensering og fjerning av vann som finnes i gasstrømmen, og for å minimere størrelsen på utstyret.

Naturgassen som kommer ut av varmeveksler 66 tilføres rørledning 2 hvorfra den tilføres

den varme enden av en rekke av varmevekslere omfattende en første varmeveksler 50, to

5 mellomliggende varmevekslere 51 og 52, og en siste varmeveksler 53. Rekken av varmevekslere 50 til 53 tjener til å kjøle naturgassen til en temperatur tilstrekkelig lav til at den kan kondenseres når den flashes til et trykk (vanligvis rundt atmosfæretrykk) under kritisk trykk for naturgassen.

Naturgassen i rørledning 2, ved en temperatur på ca. 10 °C, tilføres først til den varme ende 0 på varmeveksler 50. Naturgassen kjøles i varmeveksler 50 til -23,9 °C, og føres fra den kalde ende av varmeveksler 50 til en rørledning 3. Naturgassen i rørledning 3 føres til den varme ende av varmeveksler 51, hvor den kjøles til - 79,6 °C. Fra den kalde ende av varmeveksler 51 går naturgassen inn i rørledning 4, hvorfra den tilføres den varme ende av

varmeveksler 52. Varmeveksler 52 kjøler naturgassen til en temperatur på -102 °C, og

5 naturgassen kommer ut av den kalde enden av veksler 52 inn i rørledning 5. Fra rørledning 5 føres naturgassen til den varme ende av varmeveksler 53, hvor den kjøles til -146 °C. Naturgassen kommer ut av den kalde ende av varmeveksler 53 inn i rørledning 6.

Naturgassen i rørledning 6 tilføres den varme enden av varmeveksler 54 hvor den kjøles til

en temperatur på ca. -158 °C, og den føres ut av den kalde ende av varmeveksler 54 inn i

0 rørledning 7. Naturgassen i rørledning 7, som fortsatt er ved overkritisk trykk, tilføres en væske-ekspansjonsturbin 56 hvor naturgassen ekspanderes hovedsakelig isentropisk til et trykk av ca. 150 kPa. I turbinen 56 blir naturgassen kondensert, og dens temperatur blir redusert til ca. -166 °C. Turbinen 56 driver en elektrisk generator G for å gjenvinne arbeidet som elektrisk strøm.

Væsken som kommer ut av turbinen 56 går inn i rørledning 8. Væsken er i hovedsak flytende naturgass, med noe naturgass i gassform. Væsken i rørledning 8 føres til toppen av en fraksjoneirngskolonne 57. Naturgassen som føres inn i rørledning 1 inneholder ca. 6 mol-% nitrogen, og fraksjoneringskolonne 57 tjener til å fjerne dette nitrogen fra LNG-gassen. Strippe-prosessen hjelpes ved bruk av varmeveksler 54 som skaffer varme til oppkoking fra naturgassen i rørledning 6. LNG føres fra kolonne 57 til rørledning 67, fra hvilken LNGen føres til den kalde ende av varmeveksler 54. Varmeveksler 54 varmer LNGen til en temperatur på ca. -160 °C. Fra den varme enden av varmeveksler 54 går den varmede LNG via rørledning 68 tilbake til kolonne 57.

Strippet nitrogengass føres fra toppen av kolonne 57 til rørledning 9. Rørledning 9 inneholder også en stor prosentdel metangass, som også strippes i kolonne 57. Gassen i rørledning 9, som er ved en temperatur på -166,8 °C og et trykk på 120 kPa, føres til den kalde ende av varmeveksler 55, hvor gassen varmes til en temperatur på ca. 7 °C. Den oppvarmede gassen føres fra den varme enden av varmeveksler 55 til rørledning 10, hvorfra den føres til en brenngass-kompressor (ikke vist). Metan som føres gjennom rørledning 10 benyttes til å fremskaffe den mengde brenngass som kreves til kondenseringsanlegget.

LNG føres fra bunnen av kolonne 57 til en rørledning 11 og derfra til en pumpe 58. Pumpen 58 pumper LNG inn i rørledning 12 og til en LNG lagertank (se figur 10 og 11). LNG i rørledning 12 er ved en temperatur på -160,2 °C og et trykk på 170 kPa.

Nitrogen kjølesløyfen som kjøler naturgassen til en temperatur hvor den kan kondenseres, vil nå bli beskrevet. Nitrogen kjølemiddel tas ut fra den varme ende av varmeveksler 50 inn i rørledning 32. Nitrogen i rørledning 32 er ved en temperatur på 7,9 °C og et trykk på 1,14 MPa. Nitrogenet føres til en flertrinns kompressorenhet 59, som omfatter i det minste to kompressorer 69 og 70, med minst en mellomkjøler 71 og en etterkjøler 72. Kompressorene 69 og 70 drives av gassturbinen 73. Kjølingen i mellomkjøler 71 og etterkjøler 72 gjøres for å føre nitrogen tilbake til omgivelsestemperatur. Driften av kompressorenheten 59 konsumerer nesten all kraft som kreves til nitrogen kjølesløyfen. Gassturbinen 73 kan drives med brenngass fra rørledning 10.

Det komprimerte nitrogen føres fra kompressorenhet 59 til en rørledning 33 ved et trykk på 3,34 MPa og en temperatur på 30 °C. Rørledning 33 fører til to rørledninger 34 og 35 mellom hvilke nitrogenet fra rørledning 33 deles i henhold til kraften som absorberes av kompressoren. Nitrogen i rørledning 34 føres til kompressor 62 hvor den komprimeres til et trykk på ca. 5,6 MPa , og blir deretter ført fra kompressor 62 til rørledning 36. Nitrogenet i rørledning 35 føres til kompressor 63 hvor den komprimeres til et trykk på ca. 5,6 MPa , og blir deretter ført fra kompressor 63 til rørledning 37. Nitrogen i begge rørledninger 36 og 37 føres til rørledning 38 og derfra til en etterkjøler 64, hvor det kjøles til 30 °C. Nitrogenet føres så fra etterkjøleren 64 via en rørledning 39 til en varmeveksler 65 hvor det kjøles til en

temperatur på ca. 10 °C med kaldt vann. Det kjølte nitrogen føres fra varmeveksler 65 til en 5 rørledning 40, som leder til to rørledninger 20 og 41. Trykket i rørledning 40 er 5,5 MPa. Nitrogenet som strømmer gjennom rørledning 40 deles mellom rørledning 20 og 41, idet ca. 2,5 mol-% av nitrogenet i rørledning 40 går inn i rørledning 41.

Nitrogenet som strømmer gjennom rørledning 41 føres til den varme ende av varmeveksler

55, hvor det kjøles til en temperatur på ca. -122,7 °C. Det kjølte nitrogen føres fra den kalde 0 ende av varmeveksler 55 til en rørledning 42. Rørledning 20 er forbundet med den varme ende av varmeveksler 50, hvorved nitrogen mates til den varme ende av varmeveksler 50. Nitrogen fra rørledning 20 forkjøles til -23,9 °C i varmeveksler 50, og føres fra den kalde ende av varmeveksler 50 til rørledning 21.

Rørledning 21 fører til to rørledninger 22 og 23. Nitrogenet som strømmer gjennom

5 rørledning 21 deles mellom rørledningene 22 og 23. Omtrent 37 mol-% av det totale nitrogen i rørledning 21 føres til rørledning 23. Nitrogenet i rørledning 22 føres til en turboekspander 60, i hvilken det arbeidsekspanderes til et trykk på 1,18 MPa og en temperatur på -105,5°C. Det ekspanderte nitrogen strømmer ut fra ekspanderen 60 inn i en rørledning 28.

!0 Nitrogenet i rørledning 23 føres til den varme ende av varmeveksler 51, hvor det kjøles til en temperatur på -79,6 °C. Nitrogenet kommer ut av den kalde ende av varmeveksler 51 inn i en rørledning 24, som er forbundet med en rørledning 25. Rørledning 42 er også forbundet med rørledning 25, slik at kjølt nitrogen fra både varmeveksler 51 og 55 føres inn i

rørledning 25. Nitrogenet i rørledning 25, som er ved temperatur -83,1 °C, mates til

>5 turboekspander 61 hvor det blir arbeids-ekspandert til et trykk på 1,2 MPa og en kaldeste nitrogentemperatur på -148 °C. Det ekspanderte nitrogen kommer ut av ekspanderen 61 og går inn i rørledning 26.

Turboekspander 60 er anordnet slik at den skal drive kompressoren 62, og turboekspander 61

er anordnet for å drive kompressoren 63. På denne måten gjenvinnes det meste av arbeidet 50 som produseres av ekspanderene 60 og 61. Ved en modifikasjon kan kompressorene 62 og

63 erstattes av en enkelt kompressor som er forbundet med rørledningene 33 og 38. Denne

enkle kompressoren kan anordnes slik at den drives av turboekspanderene 60 og 61, for eksempel ved å forbindes med en felles aksling.

Nitrogenet i rørledning 26 føres til den kalde ende av varmeveksler 53 for å kjøle naturgassen som mates til varmeveksler 53 fra rørledning 5 ved motstrøms varmeveksling. I varmeveksler 53 varmes nitrogenet til en mellomliggende nitrogentemperatur på -105,5 °C. Det varmede nitrogen kommer ut av den varme ende av varmeveksler 53 inn i rørledning 27, som er forbundet med rørledning 29. Rørledning 28 er også forbundet med rørledning 29, hvorved nitrogenet fra den varme ende av varmeveksler 53 gjenforenes med nitrogenet fra turboekspander 60.

Nitrogenet i rørledning 29, som inneholder 100% av den totale kjølemiddelstrøm, føres til den kalde ende av varmeveksler 52. Nitrogenet fra rørledning 29 tjener til å kjøle naturgassen som mates til varmeveksler 52 fra rørledning 4 gjennom motstrøms varmeveksling. Nitrogenet som strømmer gjennom varmeveksler 52 varmes av naturgassen til en temperatur på -83,2 °C og kommer ut av varmeveksler 52 inn i rørledning 30.

Nitrogenet fra rørledning 30 føres til den kalde ende av varmeveksler 51, hvor det tjener til å kjøle naturgassen som mates til varmeveksler 51 fra rørledning 3 samt til å kjøle nitrogenet som føres til varmeveksler 51 gjennom rørledning 23, ved motstrøms varmeveksling. Nitrogenet som føres til varmeveksler 51 fra rørledning 30 varmes til ca. -40 °C, og kommer ut av varmeveksler 51 inn i rørledning 31.

Nitrogenet fra rørledning 31 føres til den kalde ende av varmeveksler 50, hvor det tjener til å kjøle naturgassen som mates til varmeveksler 50 fra rørledning 2 samt til å kjøle nitrogenet som føres til varmeveksler 50 gjennom rørledning 20, ved motstrøms varmeveksling. Nitrogenet som føres til varmeveksler 50 fra rørledning 31 varmes til 7,9 °C, og kommer ut av varmeveksler 50 inn i rørledning 32.

Det henvises nå til figur 4, som er en temperatur- entalpi graf som representerer prosessen i figur 3, idet gasen har en "mager" sammensetning som beskrevet ovenfor. Grafen viser en kombinert kjølekurve for naturgass og nitrogen kjølemiddel, og en oppvarmingskurve for nitrogen kjølemiddel.

Kjølekurven har et flertall av områder identifisert som 4-1, 4-2, 4-3 og 4-4. Området 4-1 svarer til kjøling i varmeveksler 50, gradienten i dette området er mindre enn hva som ville være tilfelle for naturgassen alene i dette området, med andre ord nærværet av nitrogen kjølemiddelet i varmeveksler 50 senker gradienten i dette området. Området 4-2 svarer til kjøling i varmeveksler 51. Gradienten er brattere her, som følge av fjerning av en del av nitrogen kjølemiddelet gjennom rørledning 22, helningen av kurven i område 4-2 er nærmere naturgassens kjølekurve enn i område 4-1. Området 4-3 svarer til kjøling i varmeveksler 52. Gradienten her representerer naturgassens kjølekurve alene, fordi det er ikke noe kjølemiddel som kjøles i varmeveksler 52. Denne del av kurven representerer området hvor kondensering ville finne sted hvis trykket av gassen var lavere enn det kritiske trykket. Den

kritiske temperaturen er innenfor temperaturområdet i område 4-3. Området 4-4 svarer til

5 kjøling i varmeveksler 53. Gradienten er brattest i området 4-4 og representerer underkjøling av naturgassen. Hvis naturgassen var like under det kritiske trykket i dette området, ville den bli omdannet til væske.

Oppvarmingskurven har to områder identifisert som 4-5 og 4-6. Området 4-5 svarer til

oppvarming av kjølemiddelet i varmeveksler 53, og området 4-6 svarer til oppvarming av

0 kjølemiddelet i varmevekslerne 50, 51 og 52. Gradienten til oppvarmingskurven i området 4-5 er høyere enn i området 4-6 som følge av mindre massestrøm rate av nitrogen i varmeveksler 53 i forhold til massestrøm raten av nitrogen i varmevekslerne 50, 51 og 52. Et punkt 4-7 representerer nitrogentemperaturen i rørledning 26 idet det går inn i den kalde ende av

varmeveksler 53. Et punkt 4-8 representerer nitrogentemperaturen i rørledning 32 idet det 5 kommer ut av den varme enden av varmeveksler 50. Punktene 4-7 og 4-8 setter endepunktene for oppvarmingskurven for nitrogen.

Områdene 4-5 og 4-6 krysser ved et punkt 4-9, som representerer nitrogenet ved dets mellomliggende temperatur idet det kommer ut av varmeveksler 53. Det er sterkt fordelaktig

at punkt 4-9 er satt så varmt som mulig innenfor begrensningene til systemet. Nitrogenet

!0 representert ved punkt 4-7 bør være 1 °C til 5 °C kaldere enn temperaturen for naturgassen idet den kommer ut av varmeveksler 53 og inn i rørledning 6, og nitrogenet representert ved punkt 4-9 bør være 1°C til 10 °C kaldere enn temperaturen av naturgassen som går inn i varmeveksler 53 fra rørledning 5. Disse betingelser er nødvendige for å oppnå en nøyaktig

tilpasning mellom naturgassens kjølekurve og nitrogenets oppvarmingskurve over områdene !5 4-4 og 4-5. Temperaturen av nitrogenet representert ved punkt 4-9 bør være under kritisk temperatur for naturgassen. Denne betingelse er også nødvendig for å oppnå en svært nøyaktig tilpasning mellom naturgassens kjølekurve og nitrogenets oppvarmingskurve over områdene 4-4 og 4-5. Endelig må nitrogentemperaturen representert ved punktet 4-9 være så

lav at den rette linjen mellom 4-9 og 4-8 ikke krysser kjølekurven for naturgassen i områdene 10 4-1,4-2 eller 4-3. Et punkt 4-10 på oppvarmingskurven for nitrogen og punkt 4-11 på den kombinerte naturgass/ nitrogen kjølekurve representerer punktet for nærmeste tilnærming mellom de to kurvene. En krysning av de to kurver ved punktet 4-10 og 4-11 (eller hvor som helst) representerer en temperatur-"pinch" i varmevekslerne. I praksis bør punktet 4-9 velges

slik at det er en 1°C til 10 °C temperaturforskjell mellom naturgass/ nitrogen som kjøles ved 1 5 punkt 4-11 og nitrogen som varmes ved punkt 4-10.

De spesifikke prosessparametre avhenger i høy grad av sammensetningen på naturgassen. Beskrivelsen som refererer til figurene 3 og 4 gjaldt en "mager" gassblanding. Prosessen kan benyttes for en "fet" gassblanding, inneholdende for eksempel 4,1 mol-% nitrogen, 83,9 mol-% metan, 8,7 mol-% etan, 2,8 mol-% propan og 0,5 mol-% butan. Ved bruk av en slik sammensetning og med et matetrykk i rørledning 1 på ca. 5,5 MPa og en naturgasstemperatur i rørledning 2 på ca. 10 °C, vil trykkene i prosessen være omtrent som beskrevet ovenfor med referanse til en mager gassblanding. Imidlertid vil noen av temperaturene være forskjellige.

Naturgassen som kommer ut av varmeveksler 50 til rørledning 3er ved -14 °C, naturgassen som kommer ut av varmeveksler 51 til rørledning 4 er ved -81,1 °C, naturgassen som kommer ut av varmeveksler 52 til rørledning 5 er ved - 95,0 °C og , naturgassen som kommer ut av varmeveksler 53 til rørledning 6 er ved -146 °C.

Som ved utførelsen vist i figur 3, strømmer ca. 2,5 mol-% av det totale nitrogen fra rørledning 40 gjennom rørledning 41, mens det resterende strømmer gjennom rørledning 20. Nitrogenet som strømmer gjennom rørledning 41 kommer ut fra varmeveksler 155 inn i rørledning 42 ved en temperatur på ca. -105 °C. Nitrogenet i rørledning 22 deles mellom rørledning 22 og 23, ca. 33 mol-% strømmer gjennom rørledning 23 og ca. 67 mol-% strømmer gjennom rørledning 22. Nitrogen kjølemiddelet som kommer ut fra varmeveksler 50 til rørledning 21 er ved -14 °C og nitrogen kjølemiddelet som kommer ut fra varmeveksler 51 til rørledning 24 er ved - 81,1 °C. Etter å ha blandet nitrogen fra rørledning 24 med nitrogen fra rørledning 42, har nitrogenet i rørledning 25 en temperatur på -83 °C. Nitrogen kjølemiddelet fra rørledning 22 ekspanderes i en turboekspander 60 til en temperatur på -98,5 °C, mens nitrogen kjølemiddelet fra rørledning 25 ekspanderes i turboekspander 61 til en temperatur på -148 °C.

Nitrogen kjølemiddelet som utløper fra varmeveksler 53 til rørledning 27 ved -98,5 °C, blandes med kjølemiddelet fra rørledning 28, sendes gjennom varmeveksler 52 og kommer ut av varmeveksler 52 til rørledning 30 ved en temperatur på -92,1 °C. Tilsvarende kommer nitrogen kjølemiddelet ut av varmeveksler 51 til rørledning 31 ved en temperatur på - 24,4

Temperaturen av nitrogen som forlater toppen av kolonne 57 til rørledning 9 er - 164,1 °C, og temperaturen til LNG-produktet i rørledning 12 er -158,4 °C.

Figur 5 er tilsvarende som figur 4, og viser en temperatur-entalpi graf som representert ved prosessen i figur 3, når naturgassen har en "fet" sammensetning som angitt ovenfor. Grafen viser en kombinert kjølekurve for naturgass og nitrogen og en oppvarmingskurve for nitrogen kjølemiddelet. Kjøle- og oppvarmingskurvene har identifisert et antall områder som 5-1 til 5-6, som svarer til 4-1 til 4-6 i figur 4, og et antall temperaturpunkter 5-7 til 5-11 som svarer til 4-7 til 4-11 i figur 4. Beskrivelsen ovenfor med referanse til figur 4, gjelder også for figur 5, med det unntak at i figur 5 er naturgassens kritiske temperatur i området 5-2

5 snarere enn i 5-3.

Med referanse til figur 6, vises her en annen utførelse av apparaturen ifølge foreliggende oppfinnelse. Utførelsen ifølge figur 6 har mange likheter med utførelsen ifølge figur 3, og nummereringen gitt til elementene i figur 6 er nøyaktig 100 høyere enn tilsvarende element i

figur 3 utførelsen. Utførelsen vist i figur 6 er foretrukket fremfor utførelsen vist i figur 3

10 fordi den krever færre varmevekslere.

Mager naturgass føres fra et forbehandlingsanlegg (ikke vist) til rørledning 101. Naturgassen i rørledning 101 inneholder 5,7 mol-% nitrogen, 94,1 mol-% metan og 0,2 mol-% etan og er ved et trykk på 5,5 MPa. Som diskutert ovenfor er forskjellig forbehandlings-arrangementer

kjent innen faget, og den nøyaktige konfigurasjon avhenger av sammensetningen av

15 naturgassen som utvinnes inkludert innhold av uønskede urenheter. Typisk omfatter forbehandlingen fjerning av karbon dioksid, vann, svovelforbindelser, kvikksølvforurensning og tunge hydrokarboner.

Naturgassen i rørledning 101 tilføres varmeveksler 166, hvor den kjøles til 10 °C med avkjølt

vann. Varmeveksler 166 kan også inkluderes som en del av forbehandlingsutstyret. Spesielt 20 kan varmeveksler plasseres oppstrøms av en enhet for å fjerne vann i forbehandlingsanlegget, for å tillate kondensering og fjerning av vann som finnes i gasstrømmen, og for å minimere størrelsen på utstyret.

Naturgassen som kommer ut av varmeveksler 166 tilføres rørledning 102 hvorfra den tilføres

til den varme enden av en rekke av varmevekslere 150, 151 og 153. Rekken av varme-

25 vekslere 150 til 153 kjøler naturgassen til en temperatur tilstrekkelig lav til at den kan kondenseres når den flashes til et trykk (vanligvis rundt atmosfæretrykk) under det kritisk trykket for naturgassen. Det skal bemerkes at i utførelsen ifølge figur 6 er det ikke varmevekslere som tilsvarer varmeveksler 52 i figur 3.

Naturgassen i rørledning 102, ved en temperatur på ca. 10 °C, tilføres først til den varme

30 ende på varmeveksler 150. Naturgassen kjøles i varmeveksler 150 til -41,7 °C, og overføres fra den kalde ende av varmeveksler 150 til en rørledning 103. Naturgassen i rørledning 103 føres til den varme ende av varmeveksler 151, hvor den kjøles til ca. -98,2 °C. Fra den kalde ende av varmeveksler 151 går naturgassen inn i rørledning 104, hvorfra den tilføres den varme ende av varmeveksler 153, hvor den kjøles til -146 °C. Naturgassen kommer ut av den kalde ende av varmeveksler 153 inn i en rørledning 106.

Naturgassen i rørledning 106 tilføres til den varme enden av varmeveksler 154 hvor den kjøles til en temperatur på ca. -158 °C, og den føres ut av den kalde ende av varmeveksler 154 inn i en rørledning 107. Naturgassen i rørledning 107, som fortsatt er ved overkritisk trykk, tilføres en væske-ekspansjonsturbin 156 hvor naturgassen ekspanderes hovedsakelig isentropisk til et trykk på ca. 150 kPa. I turbinen 156 blir naturgassen kondensert, og dens temperatur blir redusert til ca. -167 °C. Turbinen 156 driver en elektrisk generator G' for å gjenvinne arbeidet som elektrisk strøm.

Væsken som kommer ut av turbinen 156 går inn i rørledning 108. Væsken er i hovedsak flytende naturgass, med noe naturgass i gassform. Væsken i rørledning 108 føres til toppen av en fraksjoneirngskolonne 157. Naturgassen som føres inn i rørledning 1, inneholder ca. 6 mol-% nitrogen, og fraksjoneirngskolonne 157 tjener til å fjerne dette nitrogen fra LNG-gassen. Strippe-prosessen hjelpes ved bruk av varmeveksler 154 som skaffer varme til oppkoking fra naturgassen i rørledning 106. LNG føres fra kolonne 157 til rørledning 167, fra hvilken LNGen føres til den kalde ende av varmeveksler 154. Varmeveksler 154 varmer LNGen til en temperatur på ca. -160 °C. Fra den varme enden av varmeveksler 154 går LNGen via rørledning 168 tilbake til kolonne 157.

Strippet nitrogengass føres fra toppen av kolonne 157 til rørledning 109. Rørledning 109 inneholder også en stor prosentdel metangass, som også strippes i kolonne 157. Gassen i rørledning 109, som er ved en temperatur på -166,8 °C og et trykk på 120 kPa, føres til den kalde ende av varmeveksler 155, hvor gassen varmes til en temperatur på ca. 7 °C. Den oppvarmede gassen føres fra den varme enden av varmeveksler 155 til rørledning 110, hvorfra den føres til en brenngasskompressor (ikke vist). Metan som føres gjennom rørledning 110 benyttes til å fremskaffe den mengde brenngass som kreves til kondenseringsanlegget.

LNG føres fra bunnen av kolonne 157 til en rørledning 111 og derfra til en pumpe 158. Pumpen 158 pumper LNG inn i rørledning 112 og til en LNG lagertank (se figur 10 og 11).

Nitrogen kjølesløyfen som kjøler naturgassen til en temperatur hvor den kan kondenseres, vil nå bli beskrevet. Nitrogen kjølemiddel tas ut fra den varme ende av varmeveksler 150 inn i rørledning 132. Nitrogen i rørledning 132 er ved en temperatur på ca. 7,9 °C og et trykk på 1,66 MPa. Nitrogenet føres til en flertrinns kompressorenhet 159, som omfatter i det minste to kompressorer 169 og 170, med minst en mellomkjøler 171 og en etterkjøler 172. Kompressorene 169 og 170 drives av en gassturbin 173. Kjølingen i mellomkjøler 171 og etterkjøler 172 er gjort for å føre nitrogen tilbake til omgivelsestemperatur. Driften av kompressorenhet 159 konsumerer nesten all kraft som kreves for nitrogen kjølesløyfen. Gassturbin 173 kan drives med brenngass fra rørledning 110. 5 Det komprimerte nitrogen føres fra kompressorenhet 159 til en rørledning 133 ved et trykk på 3,79 MPa. Rørledning 133 fører til to rørledninger 134 og 135 mellom hvilke nitrogenet fra rørledning 133 deles i henhold til kraften som absorberes av kompressoren. Nitrogen i rørledning 134 føres til kompressor 162 hvor den komprimeres til et trykk på ca. 5,5 MPa ,

og blir deretter ført fra kompressor 162 til rørledning 136. Nitrogenet i rørledning 135 føres ) til kompressor 163 hvor den komprimeres til et trykk på ca. 5,5 MPa, og blir deretter ført fra kompressor 163 til rørledning 137. Nitrogen i begge rørledninger 136 og 137 føres til rørledning 138 og derfra til en etterkjøler 164, hvor det kjøles til omgivelsestemperatur. Nitrogenet føres så fra etterkjøleren 164 via en rørledning 139 til en varmeveksler 165 hvor

det kjøles til en temperatur på ca. 10 °C med avkjølt vann. Det kjølte nitrogen føres fra

> varmeveksler 165 til en rørledning 140, som leder til to rørledninger 120 og 141. Nitrogenet som strømmer gjennom rørledning 140 deles mellom rørledning 120 og 141, idet ca. 2 mol-% av nitrogenet i rørledning 140 går inn i rørledning 141.

Nitrogenet som strømmer gjennom rørledning 141 føres til den varme ende av varmeveksler

155, hvor det kjøles til en temperatur på ca. -123 °C. Det kjølte nitrogen føres fra den kalde ) ende av varmeveksler 155 til en rørledning 142. Rørledning 120 er forbundet med den varme ende av varmeveksler 150, hvorved nitrogenet føres til den varme ende av varmeveksler 150. Nitrogen fra rørledning 120 forkjøles til -41,7 °C i varmeveksler 150, og føres fra den kalde ende av varmeveksler 150 til rørledning 121.

Rørledning 121 fører til to rørledninger 122 og 123. Nitrogenet som strømmer gjennom

5 rørledning 121 deles mellom rørledningene 122 og 123. Omtrent 26 mol-% av det totale nitrogen i rørledning 121 føres til rørledning 123. Nitrogenet i rørledning 122 føres til en turboekspander 160, i hvilken det arbeidsekspanderes til et trykk på 1,73 MPa og en temperatur på -102,5°C. Det ekspanderte nitrogen strømmer ut fra ekspanderen 160 inn i en rørledning 128. 3 Nitrogenet i rørledning 123 føres til den varme ende av varmeveksler 151, hvor det kjøles til en temperatur på -98,2 °C. Nitrogenet kommer ut av deri kalde ende av varmeveksler 151 inn i en rørledning 124, som er forbundet med en rørledning 125. Rørledning 142 er også forbundet med rørledning 125, slik at det kjølte nitrogen fra både varmeveksler 151 og 155 føres inn i rørledning 125. Nitrogenet i rørledning 125, som er ved temperatur -100,3 °C, mates til en turboekspander 161 hvor det blir arbeids-ekspandert til et trykk på 1,76 MPa og en kaldeste nitrogentemperatur på -148 °C. Det ekspanderte nitrogen kommer ut av turboekspander 161 og går inn i rørledning 126.

Turboekspander 160 er anordnet slik at den skal drive kompressor 162, og turboekspander 161 er anordnet for å drive kompressor 163. På denne måten gjenvinnes det meste av arbeidet som produseres av ekspanderene 160 og 161. Ved en modifikasjon kan kompressorene 162 og 163 erstattes av en enkelt kompressor som er forbundet med rørledningene 133 og 138. Denne enkle kompressoren kan anordnes slik at den drives av turboekspanderene 160 og 161, for eksempel ved å forbindes med en felles aksling.

Nitrogenet i rørledning 126 føres til den kalde ende av varmeveksler 153 for å kjøle naturgassen som mates til varmeveksler 153 fra rørledning 104 ved motstrøms varmeveksling. I varmeveksler 153 varmes nitrogenet til en mellomliggende nitrogentemperatur på -102,5 °C. Det varmede nitrogen kommer ut av den varme ende av varmeveksler 153 inn i rørledning 127, som er forbundet med rørledning 129. Rørledning 128 er også forbundet med rørledning 129, hvorved nitrogenet fra den varme ende av varmeveksler 153 gjenforenes med nitrogenet fra turboekspander 160.

Nitrogenet føres fra rørledning 129 til den kalde ende av varmeveksler 151 hvor det tjener til å kjøle naturgassen som mates til varmeveksler 151 fra rørledning 103 samt til å kjøle nitrogen kjølemiddelet som føres til varmeveksler 151 gjennom rørledning 123, ved mot-strøms varmeveksling. Nitrogenet som føres til varmeveksler 151 fra rørledning 129 varmes til ca. -57,9 °C, og kommer ut av varmeveksler 151 inn i rørledning 131.

Nitrogenet fra rørledning 131 føres til den kalde ende av varmeveksler 150, hvor det tjener til å kjøle naturgassen som mates til varmeveksler 150 fra rørledning 102 samt til å kjøle nitrogenet som føres til varmeveksler 150 gjennom rørledning 120, ved motstrøms varmeveksling. Nitrogenet som føres til varmeveksler 150 fra rørledning 131 varmes til 7,9 °C, og kommer ut av varmeveksler 150 inn i rørledning 132.

Figur 7 tilsvarer figur 4, og viser en temperatur- entalpi graf som representerer prosessen i figur 6, hvor naturgassen har en "mager" sammensetning som beskrevet ovenfor. Grafen viser en kombinert kjølekurve for naturgass og nitrogen kjølemiddel og en oppvarmingskurve for nitrogen kjølemiddelet.

Kjølekurven har et flertall av områder identifisert som 7-1, 7-2 og 7-4. Området 7-1 svarer til kjøling i varmeveksler 150, gradienten i dette området er mindre enn hva som ville være tilfelle for naturgassen alene i dette området, med andre ord nærværet av nitrogen kjøle-middelet i varmeveksler 150 senker gradienten i dette området. Området 7-2 svarer til kjøling i varmeveksler 151. Gradienten er brattere her, som følge av fjerning av en del av nitrogen kjølemiddelet gjennom rørledning 122, helningen av kurven i område 7-2 er nærmere naturgassens kjølekurve enn i område 7-1. Denne del av kurven representerer området hvor kondensering ville finne sted hvis trykket av gassen var lavere enn det kritiske trykket. 52 Den kritiske temperaturen er innenfor temperaturområdet i område 7-2. Området 7-4 svarer til kjøling i varmeveksler 153. Gradienten er brattest i området 7-4 og representerer underkjøling av naturgassen. Bemerk at det ikke finnes noe område 7-3 i figur 7, fordi det ikke er noen varmeveksler 152.

Oppvarmingskurven for nitrogen har to områder identifisert som 7-5 og 7-6. Området 7-5 svarer til oppvarming av kjølemiddelet i varmeveksler 153, og området 7-6 svarer til oppvarming av kjølemiddelet i varmevekslerne 150 og 151. Gradienten til oppvarmingskurven i området 7-5 er høyere enn i området 7-6 som følge av mindre massestrøm rate av nitrogen i varmeveksler 153 i forhold til massestrøm raten av nitrogen i varmevekslerne 150 og 151. Et punkt 7-7 representerer nitrogentemperaturen i rørledning 126 idet det går inn i den kalde ende av varmeveksler 153. Et punkt 7-8 representerer nitrogentemperaturen i rørledning 132 idet det kommer ut av den varme enden av varmeveksler 150. Punktene 7-7 og 7-8 setter endepunktene for oppvarmingskurven for nitrogen.

Områdene 7-5 og 7-6 møtes ved et punkt 7-9, som representerer nitrogenet ved dets mellomliggende temperatur idet det kommer ut av varmeveksler 153. Det er sterkt fordelaktig at punkt 7-9 er satt så varmt som mulig innenfor begrensningene til systemet. Nitrogenet representert ved punkt 7-7 bør være 1 °C til 5 °C kaldere enn temperaturen for naturgassen idet den kommer ut av varmeveksler 153 og inn i rørledning 106, og nitrogenet representert ved punkt 7-9 bør være 1°C til 10 °C kaldere enn temperaturen av naturgassen som går inn i varmeveksler 153 fra rørledning 105. Disse betingelser er nødvendige for å oppnå en svært nøyaktig tilpasning mellom naturgassens kjølekurve og nitrogenets oppvarmingskurve over områdene 7-4 og 7-5. Temperaturen av nitrogenet representert ved punkt 7-9 bør være under kritisk temperatur for naturgassen. Denne betingelse er også nødvendig for å oppnå en svært nøyaktig tilpasning mellom naturgassens kjølekurve og nitrogenets oppvarmingskurve over områdene 7-4 og 7-5. Endelig må nitrogentemperaturen representert ved punktet 7-9 være så lav at den rette linjen mellom 7-9 og 7-8 ikke krysser kjølekurven for naturgass/nitrogen i områdene 7-1 eller 7-2. Et punkt 7-10 på oppvarmingskurven for nitrogen og punkt 7-11 på den kombinerte naturgass/ nitrogen kjølekurve representerer punktet for nærmeste tilnærming mellom de to kurvene. En krysning av de to kurver ved punktet 7-10 og 7-11 (eller hvor som helst) representerer en temperatur-"pinch" i varmevekslerne. I praksis bør punktet 7-9 velges slik at det er en 1°C til 10 °C temperaturforskjell mellom naturgass/ nitrogen som kjøles ved punkt 7-11 og nitrogen som varmes ved punkt 7-10.

Prosessen ifølge figur 6 vil nå bli beskrevet for en "fet" gassammensetning, inneholdende 4,1 mol-% nitrogen, 83,9 mol-% metan, 8,7 mol-% etan, 2,8 mol-% propan og 0,5 mol-% butan, idet det benyttes et naturgasstrykk i rørledning 101 på ca. 7,6 MPa og en naturgasstemperatur på 10 °C i rørledning 102.

Under disse nye betingelser vil naturgassen komme ut av varmeveksler 150 inn i rørledning 103 ved en temperatur på -8 °C, den ville komme ut fra varmeveksler 151 inn i rørledning 104 ved en temperatur på -87 °C og den ville komme ut fra varmeveksler 153 inn i rørledning 106 ved en temperatur på -146 °C.

Nitrogen kjølemiddel som kommer ut fra varmeveksler inn i rørledning 132 er ved temperatur 7,9 °C og et trykk på 2,31 MPa. Nitrogen kjølemiddelet komprimeres i kompressorenhet 159 til et trykk på 6,08 MPa, og komprimeres ytterligere i kompressorene 162 og 163 til et trykk på omtrent 10 MPa.

Nitrogen kjølemiddelet i rørledning 140 er ved en temperatur på 10,0 °C som en følge av kjøling i etterkjøler 164 og varmeveksler 165. Omtrent 2,2 mol-% av nitrogenet som strømmer gjennom rørledning 140 strømmer gjennom rørledning 141, mens det resterende strømmer gjennom rørledning 120. Nitrogenet som strømmer gjennom rørledning 141 får temperaturen redusert til ca. -108 °C i varmeveksler 155.

Nitrogen kjølemiddelet som kommer ut fra varmeveksler 150 inn i rørledning 121 er ved en temperatur på -8 °C. Ca, 25 mol-% av nitrogenet i rørledning 121 strømmer gjennom rørledning 123 mens de resterende 75 mol-% strømmer gjennom rørledning 122. Nitrogenet som strømmer gjennom rørledning 123 kommer ut av varmeveksler 151 ved en temperatur på -87 °C hvorfra den strømmer inn i rørledning 125 sammen med nitrogen fra rørledning 142, idet temperaturen på nitrogenet i rørledning 125 er -88,7 °C. Nitrogenet som strømmer gjennom rørledning 122 blir ekspandert i en turboekspander 160 til et trykk på 2,39 MPa og en temperatur på -90,5 °C, og nitrogenet som strømmer gjennom rørledning 125 blir ekspandert i en turboekspander 161 til et trykk på 2,42 MPa og en temperatur på -148 °C.

Nitrogenet som kommer ut av varmeveksler 153 inn i rørledning 127 er ved en temperatur på -90,5 °C, og nitrogen kjølemiddelet som kommer ut av varmeveksler 151 inn i rørledning 131 er ved en temperatur på -18 °C.

Figur 8 tilsvarer figur 7 og viser en temperatur- entalpi graf som representerer prosessen i figur 6, hvor naturgassen har en "fet" sammensetning som beskrevet ovenfor og tilføres med et trykk på ca. 7,6 MPa. Grafen viser en kombinert kjølekurve for naturgass og nitrogen kjølemiddel og en oppvarmingskurve for nitrogen kjølemiddel. Kjøle- og oppvarmingskurvene har et antall områder 8-1 til 8-6 som svarer til områdene 7-1 til 7-6 i figur 7, og et antall temperaturpunkter 8-7 til 8-11 som svarer til temperaturpunktene 7-7 til 7-11 i figur 7. Beskrivelsen ovenfor med henvisning til figur 7, gjelder også for figur 8.

Prosessen ifølge figur 6 vil nå bli beskrevet for en "fet" gassammensetning, inneholdende 4,1 mol-% nitrogen, 84,1 mol-% metan, 8,5 mol-% etan, 2,6 mol-% propan og 0,7 mol-% butan, idet det benyttes en naturgasstrykk i rørledning 101 på ca. 8,25 MPa og en naturgasstemperatur på 10 °C i rørledning 102. Det er en mindre modifikasjon i forhold til prosessen beskrevet ovenfor under henvisning til figur 6, "boil-off' gass fra LNG lagertank er kombinert med topp-produktet fra kolonne 157 i rørledning 109, og det kombinerte innhold i rørledning 109 tilføres varmeveksler 155.

Under disse nye forhold vil naturgassen komme ut av varmeveksler 151 inn i rørledning 104 ved en temperatur på -86,2 °C, og vil komme ut fra varmeveksler 153 inn i rørledning 106 ved en temperatur på -148,3 °C.

Nitrogen kjølemiddelet kommer ut fra varmeveksler inn i rørledning 132 ved en temperatur på 3,0 °C og et trykk på 1,77 MPa. Nitrogen kjølemiddelet komprimeres i en kompressorenhet 159 til et trykk på 4,97 MPa, og komprimeres ytterligere i kompressorene 162 og 163 til et trykk på ca. 8,3 MPa.

Nitrogen kjølemiddelet i rørledning 140 er ved en temperatur på 10,0 °C som en følge av etterkjøler 164 og varmeveksler 165. Ca. 1,7 mol-% av det nitrogen som strømmer gjennom rørledning 140 strømmer gjennom rørledning 141, mens det resterende strømmer gjennom rørledning 120. Nitrogenet som strømmer gjennom rørledning 141 får temperaturen redusert til -143 °C i varmeveksler 155.

Nitrogen kjølemiddelet som kommer ut fra varmeveksler 150 inn i rørledning 121 er ved en temperatur på -7 °C. Ca, 31 mol-% av nitrogenet i rørledning 121 strømmer gjennom rørledning 123 mens de resterende 69 mol-% strømmer gjennom rørledning 122. Nitrogenet som strømmer gjennom rørledning 123 kommer ut av varmeveksler 151 ved en temperatur på -86,2 °C hvorfra den strømmer inn i rørledning 125 sammen med nitrogen fra rørledning 142, idet temperaturen på nitrogenet i rørledning 125 er -89,3 °C. Nitrogenet som strømmer gjennom rørledning 122 blir ekspandert i en turboekspander 160 til et trykk på 1,84 MPa og en temperatur på -93,2 °C, og nitrogenet som strømmer gjennom rørledning 125 blir ekspandert i en turboekspander 161 til et trykk på 1,87 MPa og en temperatur på -152,2 °C.

Nitrogenet som kommer ut av varmeveksler 153 inn i rørledning 127 er ved en temperatur på -93,2 °C.

Figur 9 er tilsvarende til figur 7 og viser en temperatur-entalpi graf som representerer prosessen i figur 6, hvor naturgassen har en rik sammensetning som beskrevet ovenfor, og er tilført ved et trykk på ca. 8,25 MPa. Grafen viser en kombinert kjølekurve for naturgass og nitrogen kjølemiddel og en oppvarmingskurve for nitrogen kjølemiddelet. Kjøle- og oppvarmingskurvene har et antall områder 9-1 til 9-6 som tilsvarer områdene 7-1 ti 17-6 i figur 7, og et antall temperaturpunkter 9-7 til 9-11 som tilsvarer temperaturpunktene 7-7 til 7-11 i figur 7. Beskrivelsen ovenfor med henvisning til figur 7, gjelder også for figur 9.

I figur 9 er minimum temperaturforskjell mellom de to kurvene 3, 9 °C, mens i figurene 4, 5, 7 og 8 er minimum temperaturforskjell 2 °C.

Med referanse til figur 10 vises en utførelse av en apparatur for å produsere LNG som generelt er betegnet 500. Apparaturen omfatter en flytende plattform i form av et skip 501, som bærer et naturgass kondenseringsanlegg 502 og LNG lager tanker 503. LNG mates fra anlegget 502 til lagertankene 503 via rørledninger 504. Naturgassen tilføres til anlegget 502 via en rørledning 505, som kommer fra en naturgass-rigg 506, og via et stigerør og et manifold-arrangement 510 som går fra skipet 501 til rørledning 505. Det er mulig å tilføre naturgassen fra et antall av nevnte gassrigger 506. Et forbehandlingsanlegg (ikke vist) kan tilveiebringes for naturgassen før den mates til anlegget 502. Forbehandlingsanlegget kan anordnes på riggen 506, på en separat enhet (ikke vist) eller på skipet 501.

Skipet omfatter også oppholdsrom 507, fortøyningsliner 508, og midler 509 for å overføre LNG fra lagertank 503 til en LNG befrakter (ikke vist).

Med referanse til figur 11 vises en annen utførelse av en apparatur for å produsere LNG, generelt betegnet 600. Apparaturen omfatter en plattform 601, som er oppeholdt over vannivå 607 av ben 609, et naturgass kondenseringsanlegg 602, og en LNG lagertank 603. LNG mates fra anlegget 602 til lagertank 603 via en rørledning 604. Lagertanken 603 bæres av en bunnfundamentert betongplattform 610 som hviler på sjøbunnen 608. Naturgass tilføres til anlegget 602 via en rørledning 605, som står i kontakt med en naturgassrigg 606. Det er mulig å tilføre naturgassen fra et antall av nevnte gassrigger 606. Et forbehandlingsanlegg (ikke vist) for naturgassen kan tilveiebringes før den mates til anlegget 602. Forbehandlingsanlegget kan anordnes på riggen 606, på en separat enhet (ikke vist), på plattformen 601 eller på bunnfundamentet 610. Utstyr 611 er tilveiebrakt for å overføre LNG fra lagertanker 603 til en LNG befrakter (ikke vist). I en modifikasjon kan apparaturen 600 plasseres på riggen 606.

Figur 12 viser en modifikasjon av LNG-apparaturen 600 vist på figur 11. På figur 12 er den modifiserte LNG apparatur generelt betegnet 600' og omfatter to bunnfundamenterte enheter 610' som hviler på sjøbunnen 608' plassert i en avstand fra hverandre og slik at de rager opp over vannivået 607'. Et kondenseringsanlegg 602' er anordnet på plattformen 601' som hviler på de bunnfundamenterte enhetene 610' og danner en bro mellom dem. En LNG lagertank 603' er plassert på hver av de bunnfundamenterte enheter 610'.

Plattformen 601' kan installeres ved å anbringe den på en lekter (ikke vist), bevege lekteren inn mellom de bunnfundamenterte enhetene 610' slik at plattformen 601' stikker ut over den øvre flate av hver av enhetene 610', senke lekteren slik at plattformen hviler på enhetene 610', og til slutt bevege lekteren ut fra åpningen mellom de bunnfundamenterte enheter 610'.

På figur 13 vises kondenseringsanlegget 502, 602 og 602' for naturgassen som vist på figurene 10 til 12 mer detaljert. Generelt er komponentene på anlegget i figur 13 de samme som på figur 3 og 6. Naturgass tilføres til anlegget gjennom rørledning 450 ved et høyt trykk som kan være overkritisk. Naturgassen kan ha blitt forbehandlet for å fjerne urenheter ved hjelp av konvensjonelle prosesser. Naturgassen i rørledning 450 mates til varmeveksler 401 hvor den kjøles med avkjølt vann fra en vannavkjølings-enhet 415. Varmeveksler 401 kan også være inkludert i forbehandlingsprosessen. Varmeveksler kan være en konvensjonell skall-og-rør varmeveksler, eller enhver type varmeveksler egnet for å kjøle naturgass med avkjølt vann, inkludert en PCHE.

Den kjølte naturgass kommer ut av varmeveksler 401 til en rørledning 451, gjennom hvilken den føres til en kald boks 402, hvor gassen kjøles løpende til en lav temperatur i en rekke av varmevekslere (ikke vist) inne i boksen 402. Varmeveksler-arrangementet i den kalde boksen 402 kan være det samme som arrangementet av varmevekslere 50, 51, 52 og 53 vist på figur 3, eller kan være det samme som arrangementet av varmevekslerne 150, 151 og 153 vist på figur 6. Typen av varmevekslere som benyttes avhenger av hvilket trykk naturgassen tilføres med. Hvis trykket er lavere enn ca. 5,5 MPa, kan hver varmeveksler bestå av et antall aluminium plate-varmevekslere samlet (manifolded) i rekker. Hvis trykket er over ca. 5,5 MPa kan hver varmeveksler omfatte for eksempel en spiralviklet varmeveksler, en PCHE eller en spoleviklet varmeveksler. Imidlertid, når det benyttes en spiralviklet varmeveksler, er utførelsen vist på figur 14 mer passende. Den kalde boksen 402 er fylt med perlitt eller steinull for å isolere.

Det er mange fordeler ved å benytte en kald boks 402. For det første kan man derved holde det meste av det kalde utstyret og rørledningen innenfor et område som krever mye mindre

areal enn om hvert utstyr var installert for seg. Mengden av den ytre isolasjon som kreves er mye mindre enn om utstyr og rørledninger skulle installeres separat, og dette reduserer tid og kostnader ved installasjon og fremtidig vedlikehold. I tillegg blir antallet flenser som kreves for å forbinde rørledninger og utstyr redusert, fordi alle forbindelser innenfor boksen er sveiset, dette reduserer også risikoen for lekkasjer fra kalde flenser under normal operasjon og under avkjølings- og oppvarmingsoperasjoner. Hele kaldboks-installasjonen kan settes sammen i et kontrollert industrielt anlegg og kan leveres til anleggsplassen fullstendig lekkasjetestet, tørt og klart for ferdigstillelse. Dette ville normalt ha blitt gjort på hver enkelt del av utstyr og rørforbindelser ute på feltet i fjerne omgivelser og under ikke-ideelle forhold. Kald-boksens stål-skall og isolasjon tilveibringer beskyttelse mot salt-luft miljøet på en offshore installasjon, og gir en viss beskyttelse mot brann for det hydrokarbon-inneholdende utstyr. Det skal bemerkes at når spiralviklede varmevekslere benyttes, kan de første og de mellomliggende varmeveksler-sløyfer (bunter) inkluderes i et enkelt vertikalt varmeveksler-skall som kan installeres separat i forhold til kald-boksen. I dette tilfellet isoleres den spiralviklede varmeveksler eksternt, og den kalde boksen som inneholder de øvrige varmevekslere og beholdere blir vesentlig mindre.

Den underkjølte naturgass tas ut fra kald-boksen 402 ved dens laveste temperatur på ca. -158 °C, inn i rørledning 452, gjennom hvilken den føres til en væske- eller hydraulisk turbin-ekspander plassert i en sugebeholder 413, i hvilken den underkjølte naturgassen blir arbeids-ekspandert til et lavt trykk (som er underkritisk), med en tilhørende reduksjon i temperatur og dannelse av LNG. Arbeidet som genereres i væske- eller den hydrauliske turbinekspander i en sugebeholder 413, benyttes til å drive en elektrisk generator, idet den elektriske generator også ligger inne i sugebeholderen 413. Det er mulig å erstatte væske- eller hydraulikk-ekspanderen og sugebeholderen 413 med en strupeventil. Dette vil forenkle utstyret, spare kapitalkostnader og plass, men det vil føre til et visst tap i prosesseffektivitet.

LNG forlater væske- eller den hydrauliske turbinekspanderen i sugebeholderen 413 gjennom rørledning 453, som leder den tilbake til kaldboksen 402 til en nitrogen-stripper plassert inne i kaldboksen 402. Nitrogen-stripperen inne i kaldboksen 402 kan være den samme som nitrogen-stripperen 57 i figur 3, eller nitrogen-stripperen 157 i figur 6. Den kalde flashgassen fra toppen av nitrogen-stripperen blir igjen oppvarmet i en annen varmeveksler i kaldboksen 402, som kan være den samme som varmeveksler 55 vist i figur 3 eller 155 vist i figur 6. Den gjenvarmede flash-gassen strømmer ut av kaldboksen 402 inn i rørledning 454, som er ekvivalent med rørledning 10 i figur 3, eller rørledning 110 i figur 6. Den gjenvarmede gassen i rørledning 454 føres til en kompressorenhet 414 hvor den komprimeres til det nødvendige trykk for brenngass-systemet. Kjøling er tilveiebragt til kompressor 414 ved kjølevann som entrer enheten 414 via rørledning 455 og forlater enheten via rørledning 456. Den komprimerte brenngass kommer ut av enhet 414 inn i rørledning 457. Kompressorenhet 414 kan være en integrert utvekslet flertrinns sentrifugalkompressor som drives av en elektrisk motor, komplett med integrerte mellomkjølere og etterkjølere. Alternativt kan enhet 414 være en API-spesifisert sentrifugalkompressor med flere kompressorhus som drives av en elektrisk motor eller en liten gassturbin. Kraftbehovet til enhet 414 kan skaffes fra en del av brenngassen som produseres i anlegget.

LNG produktet forlater nitrogen-stripperen inn i rørledning 458, gjennom hvilken det mates til den neddykkede pumpe 412. Den neddykkede pumpe 412 pumper LNG inn i rørledning 459 hvorfra den går til lagertankene (se figur 10 eller 11).

Kjølingen av naturgassen i kaldboksen 402 skaffes fra nitrogen kjølesløyfen, som omfatter enheter som nå skal beskrives. Nitrogen kjølemiddel kommer ut av kaldboksen 402 inn i rørledning 460, etter å ha blitt varmet til omgivelsestemperatur ved motstrøms varmeveksling med naturgassen. Nitrogenet i rørledning 460 føres til en første trinns kompressor 405 hvor den komprimeres til høyt trykk. Det komprimerte nitrogen kommer ut av kompressor 405 inn i rørledning 461, hvorfra det føres til en mellomkjøler 462 hvor det kjøles med kjølevann. Det komprimerte nitrogen forlater mellomkjøler 462 via rørledning

463 og går til neste trinns kompressor 406, hvor det komprimeres til enda høyere trykk. Det komprimerte nitrogen forlater kompressor 406 via rørledning 464 gjennom hvilken det føres til en etterkjøler 465, hvor nitrogenet kjøles med kjølevann. Kompressorene 405 og 406 kan være multi-hjuls API type kompressorer, alternativt kan det benyttes aksialstrøm-kompressorer hvis sugetrykket er tilstrekkelig lavt og/ eller sirkulasjonsraten er tilstrekkelig høy. Kompressorene 405 og 406 kan også tilveiebringes som en enkelt kompressor Kompressorene 405 og 406 drives av en gassturbin 403. Gassturbinen 403 er en aeroderivative type gassturbin på grunn av dens lave størrelse og vekt sammenlignet med alternative typer industrielle gassturbiner som er vanlig å benytte for offshore LNG-anlegg. Temperaturen på den omgivende luft i områder hvor anleggene er plassert, er ofte høy, og dette kan vesentlig redusere "site rating" for gassturbinen 403. Dette problemet kan løses ved å kjøle gassturbinens inntaksluft med avkjølt vann i en varmeveksler 404. Turbinens luft tas gjennom en inntaksmanifold 467 på turbinen 403 i hvilken varmeveksler 404 er plassert. Det kjølte vann kan skaffes fra enhet 15.

Nitrogen kjølemiddelet med høyt trykk kommer ut av etterkjøler 465 inn i rørledning 466 fra hvilken det deretter splittes mellom rørledningene 470 og 471. Nitrogenet som strømmer gjennom rørledning 470 føres til kompressorsiden av ekspander/ kompressorenhet 408, mens nitrogenet som strømmer gjennom rørledning 471 tilføres kompressorsiden av ekspander/ kompressorenhet 409. Det komprimerte nitrogen forlater enhetene 408 og 409 i rørledningene 472 henholdsvis 473 ved et enda høyere, overkritisk trykk. Nitrogenet fra rørledningene 472 og 473 gjenforenes i rørledning 474, fra hvilken det ledes til en etterkjøler 410, hvor det kjøles med kjølevann. Nitrogen kjølemiddelet kommer ut av etterkjøler 410 og inn i rørledning 475, gjennom hvilken det føres til en varmeveksler 411, hvor det kjøles ytterligere i motstrøms varmeveksling med avkjølt vann fra enhet 15. Varmevekslerne 462, 465, 410 og 411 er alle PCHE varmevekslere i rustfritt stål. En lukket sløyfe av ferskvann benyttes for kjøling i varmevekslerne 462,465 og 410. Alternativt kan sjøvann benyttes for kjøling i disse varmevekslerne hvis det benyttes egnede konstruksjonsmaterialer.

Nitrogen kjølemiddelet forlater varmeveksler 411 via rørledning 476, gjennom hvilken det føres til kaldboksen 402, hvor det forhåndskjøles i en rekke av varmevekslere på tilsvarende måte som vist i figur 3 eller figur 6. En del av det forhåndskjølte nitrogen (50-80 mol-% av den totale nitrogenstrøm) hentes ut av kaldboksen 402 inn i rørledning 477, gjennom hvilken det tilføres turboekspander-siden av ekspander/ kompressorenhet 409. Nitrogenet i ekspander/ kompressor enhet 409 ekspanderes til et lavere trykk med ledsagende temperaturfall. Arbeidet som produseres i dette ekspansjonstrinnet benyttes for å drive kompressorsiden av ekspander/ kompressorenhet 409. Det ekspanderte nitrogen forlater turboekspanderen av ekspander/ kompresorenheten i rørledning 478.

En annen del av det forhåndskjølte nitrogen (20-50 mol-% av det totale nitrogen) hentes ut

fra kaldboksen 402 via rørledning 479, gjennom hvilken det føres til turboekspander-siden av ekspander/ kompressorenhet 408. Nitrogenet som hentes ut i rørledning 479 har blitt kjølt til en lavere temperatur enn det som hentes ut via rørledning 478. Nitrogenet i ekspanderenhet 408 ekspanderes til et lavere trykk, med derav følgende temperaturfall. Arbeidet som produseres i dette ekspansjonstrinnet benyttes for å drive kompressorsiden av ekspander-/ kompresorenhet 408. Det ekspanderte nitrogen forlater turboekspanderen av ekspander/ kompresorenheten i rørledning 480.

Nitrogenet i rørledningene 478 og 480 føres tilbake til rekken av varmevekslere inne i kaldboksen 402, og tjener til å kjøle naturgassen som kommer inn i kaldboksen 402 via rørledning 451 og til å for-kjøle nitrogenet som kommer inn i kaldboksen 402 via rørledning 476. Nitrogen et som strømmer gjennom rørledningene 478 og 480 kan følge det samme spor som nitrogenet i rørledningene 28 henholdsvis 26 i figur 3 eller som nitrogenet i rørledning 128 henholdsvis 126 i figur 6. Som forklart ovenfor blir det oppvarmede nitrogen deretter hentet ut fra kaldboksen via rørledning 460.

Ekspander/ kompressorenhetene 408 og 409 kan være konvensjonelle radialstrøm ekspanderenheter. Hvis det ønskes kan ekspanderen av ekspander/ kompressorenhet 409 erstattes av to ekspanderenheter i parallell eller i serie. Alle ekspander-/ kompressorenhetene 408/ 409 kan installeres på en enkelt ramme (skid) for å spare plass på grunnflaten spare forbindende ledningsverk. De kan også ha en felles smøreolje ramme slik at det spares ytterligere i grunnflateareal og kostnader. En annen mulighet er å forbinde ekspanderene med en enkelt kompressor eller en flertrinns kompressor, derved vil man unngå å splitte nitrogenstrømmen i to rørledninger 470 og 471.

Vannkjøle-enhet 15 omfatter en eller flere standard , kommersielt tilgjengelige enheter, som kan benytte kjølemidler så som freon, propan, ammoniakk etc. Det kjølte vann sirkulerer til varmevekslerne 401, 404 og 411 i en lukket sløyfe ved bruk av sentrifugalpumper (ikke vist). Denne enheten har den fordel at den krever bare en liten mengde kjølemiddel, og den tar opp svært liten plass.

Kjølevannsystemet er også et lukket-sløyfe system. Det benytter ferskvann for å tillate bruk av PCHE varmevekslere. PCHE varmevekslere har den fordel at de er betydelig mindre og billigere enn de konvensjonelle skall-og-rør varmevekslere som normalt benyttes for slike systemer.

Nitrogen kjølesystemet er et lukket system som inneholder en startmengde tørr nitrogengass. Dette nitrogen må etterfylles under normal drift som følge av små tap av kjølemiddel fra sløyfen. Disse tapene skyldes for eksempel lekkasje til atmosfæren fra kompressorpakninger og rørskjøter etc. En mindre mengde nitrogen tilføres kontinuerlig til kjølesystemet fra en tilsetningsenhet (ikke vist) som kompenserer for tapene. Nitrogenet ekstraheres fra instrument-luft systemet på anlegget. Tilsetningsenheten kan være en kommersielt tilgjengelig enhet, som kan være av membran-type eller "trykk-sving" absorpsjons type.

Figur 14 viser en annen utførelse av apparaturen vist i figur 13. Mange av delene vist i figur 14 er identiske til delene vist i figur 13. Like deler har fått samme henvisningstall. Forskjellene er som følger.

Utførelsen vist i figur 14 benytter en rekke av varmevekslere i form av en spiralviklet varmeveksler (også kjent som spoleviklet varmevekslere) 480 i stedet for rekken av varmevekslere plassert inne i kaldboksen 402 i apparaturen vist på figur 13. Varmeveksler 480 er tilveiebrakt med sin egen termiske isolasjon, så det er ingen grunn til å plassere den i en kaldboks. Kjølt naturgass ved overkritisk trykk hentes ut av varmeveksler 480 via rørledning 482, og føres til nitrogen-stripperen plassert inne i kaldboksen 484. Nitrogen-stripperen inne i kaldboksen 484 kan være den samme som nitrogen-stripper 57 eller 157.

De fem kjølesløyfene beskrevet ovenfor ,og vist på figur 4, 5, 7, 8 og 9 ble simulert for å kunne gjøre sammenligninger av deres relative yteevne.

Den første sløyfen, som illustrert ved figur 4, benyttet "mager" gass ved et trykk på 5,5 MPa kjølt med kjølemiddel på 1,2 MPa. Det totale kraftbehov ble funnet å være 17,1 kW/ tonn naturgass produsert/ dag.

Den andre sløyfen, som illustrert ved figur 5, benyttet "fet" gass ved et trykk på 5,5 MPa kjølt med kjølemiddel ved 1,2 MPa. Det totale kraftbehov ble funnet å være 15,0 kW/ tonn naturgass produsert/ dag.

Den tredje sløyfen, som illustrert ved figur 7, benytter "mager" gass ved et trykk på 5,5 MPa kjølt med kjølemiddel på 1,7 MPa. Det totale kraftbehov ble funnet å være 17,4 kW/ tonn naturgass produsert/ dag. Imidlertid, selv om kraftbehovet var større enn for første og andre sløyfe, innebærer det økte trykk at størrelsen på varmevekslerne kunne reduseres.

Den fjerde sløyfen, som illustrert på figur 8, benytter "fet" gass ved et trykk på 7,6 MPa kjølt med kjølemiddel på 2,4 MPa. Det totale kraftbehov ble funnet å være 13,0 kW7 tonn naturgass produsert/ dag.

Den femte sløyfen, som illustrert ved figur 9, benytter "fet" gass ved et trykk på 8,25 MPa kjølt med kjølemiddel på 1,8 MPa. Det totale kraftbehov ble funnet å være 14,6 kW/ tonn naturgass produsert/ dag.

Til sammenligning, kraftbehovet for konvensjonelle propan forhåndskjølte blandede kjølesløyfer er ca. 13-14 kW/ tonn naturgass produsert/ dag, og kraftbehovet for de enkle nitrogen kjølesløyfer vist på figur 2 er omtrent 27 kW7 tonn naturgass produsert/ dag. Dette viser at prosessen ifølge foreliggende oppfinnelse er meget mer effektiv enn den enkle kjølesløyfe.

Mens enkelte utførelser av oppfinnelsen er beskrevet her, er det klart at det også kan gjøres andre modifikasjoner til oppfinnelsen.

For å unngå eventuell tvil, skal det bemerkes at ordet "omfatter" som er benyttet enkelte steder, betyr det samme som "inkluderer".

Claims

1. Offshore apparatur (500, 600) for å kondensere naturgass (2, 102), omfattende - en bærestruktur (501, 601, 610') som enten er flytende eller på annen måte tilpasset til å plasseres i en offshore lokalisering i det minste delvis over vannivå, - kjøleutstyr (502, 602) for kondensering av naturgass plassert på eller i nevnte bærestruktur, idet kjøleutstyret for kondensering av naturgassen omfatter en rekke av varmevekslere (50-54, 150-154) for å kjøle naturgassen (2, 102) i motstrøms varmeveksling med et kjølemiddel (33, 133), - kompresjonsutstyr (62-63, 162-163) for å komprimere kjølemiddelet, - ekspansjonsutstyr (60-61, 160-161) for isentropisk å ekspandere minst to separate strømmer av det komprimerte kjølemiddel idet nevnte strømmer av ekspandert kjølemiddel står i kontakt med den kalde enden på hver sin varmeveksler, karakterisert ved at det i tillegg til kjøleutstyret er anordnet - en flashtank (57, 157) for å separere naturgassen kjølt i nevnte rekke av varmevekslere i en væskefasestrøm (11, 111) og en gassfasestrøm (9, 109) idet gassfasestrømmen er anordnet for motstrøms varmeveksling med deler av kjølemiddelet, samt at flashtanken (57, 157) og i det minste noe av rekken eller rekkene av varmevekslere og rørledninger forbundet med disse er anordnet inne i en felles varmeisolerende omhylling (402).

2. Apparatur ifølge krav 1, karakterisert ved at bærestrukturen (501, 601, 610') er en bunnfundamentert bærestruktur.

3. Apparatur ifølge krav 2, karakterisert ved at den faste bærestruktur (501,601,610') omfatter en stål fagverks- eller betong bunnfundamentert struktur.

4. Apparatur ifølge krav 1, karakterisert ved at bærestrukturen (501, 601, 610') er en flytende bærestruktur.

5. Apparatur ifølge krav 4, karakterisert ved at bærestrukturen (501, 601, 610') er et fartøy med stål- eller betongskrog.

6. Apparatur ifølge krav 4, karakterisert ved at bærestrukturen (501, 601, 610') er en flytende produksjonslager- og lasteenhet.

7. Apparatur ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at apparaturen dessuten omfatter midler for forbehandling av naturgassen før den leveres til kjøleutstyret for kondensering av naturgass.

8. Apparatur ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at apparaturen også omfatter utstyr (503, 603) for lagre kondensert naturgass.

9. Apparatur ifølge krav 8, karakterisert ved at bærestrukturen omfatter to i en avstand fra hverandre plasserte bunnfundamenterte enheter (610', 610') og en plattform (60 V) som danner bro mellom de to enhetene, idet nevnte lagringsutstyr omfatter en lagertank (603') plassert i eller på i det minste en av nevnte bunnfundamenterte enheter, idet utstyret (602') for kondensering er plassert på eller i nevnte brodannende plattform (601').

10. Apparatur ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at apparaturen videre omfatter utstyr slik at den kan tilkobles en undersjøisk brønn, slik at naturgass kan leveres til kondenseringsutstyret ved et trykk over 5,5 MPa, idet nevnte trykk oppnås direkte eller indirekte fra trykket i den undersjøiske brønnen.

11. Apparatur ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at apparaturen også omfatter en bæreramme som bærer komponentene av kondenseringsautstyret som en enkelt enhet for transport til og installasjon på offshore lokaliseringen.

12. Apparatur ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at kondenseringsutstyret videre omfatter kjøleutstyr (64-65,164-165) for å kjøle kjølemiddelet etter at det har blitt komprimert og før det blir isentropisk ekspandert, idet nevnte kjøleutstyr omfatter en varmeveksler, et flytende kjølemiddel og en kjøleenhet for å kjøle det flytende kjølemiddel til en temperatur mellom -10 °C og 20 °C, hvorved det komprimerte kjølemiddel kjøles i nevnte varmeveksler i motstrøm med nevnte flytende kjølemiddel.

13. Apparatur ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at ekspansjonsutstyret omfatter en arbeidsekspander (60 resp. 61, 160 resp. 161) plassert i hver av de nevnte strømmer av komprimert kjølemiddel, og at komprimeringsutstyret omfatter minst en kompressor (62/63, 162/163).

14. Apparatur ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at rekken av varmevekslere omfatter en første varmeveksler (150), en mellomliggende varmeveksler (151) og en siste varmeveksler (153), og at naturgassen passerer sekvensielt gjennom den første, den mellomliggende og den siste varmeveksler for å kjøles til suksessivt lavere temperaturer, idet kjølemiddelet i en første av nevnte separate kjølemiddelstrømmer leveres til den siste varmeveksler (153), og kjølemiddelet i den andre av nevnte separate kjølemiddelstrømmer leveres til den mellomliggende varmeveksler (151).

15. Apparatur ifølge krav 14, karakterisert ved at nevnte kjølemiddel kjøles i den første varmeveksler (150) etter å ha blitt komprimert, men før det blir isentropisk ekspandert, og hvor kjølemiddelet i nevnte første kjølemiddelstrøm kjøles i den mellomliggende varmeveksler (151) etter å ha blitt kjølt iden første varmeveksler, men før det blir isentropisk ekspandert.

16. Apparatur ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at kondenseringsutstyret videre omfatter en gassturbin (403) for å generere strøm til komprimeringsutstyret. i

17. Apparatur ifølge krav 18, karakterisert ved at gassturbinen (403) omfatter en aeroderivative gassturbin.

18. Apparatur ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at > apparaturen i tillegg til varmevekslerne (50-54) og (150-152) omfatter minst en tilsvarende parallell rekke av varmevekslere (ikke vist) samt separat utstyr for å komprimere og ekspandere kjølemiddel for hver av rekkene av varmevekslere.

19. Apparatur ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, ) karakterisert ved at en hvilken som helst av nevnte rekker av varmevekslere omfatter en aluminiumplate-varmeveksler, en spoleviklet varmeveksler, en spiralviklet varmeveksler, en "trykket krets" varmeveksler, eller en kombinasjon av to eller flere slike varmevekslere.

20. Apparatur ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, 5 karakterisert ved at kjølemiddelet inneholder minst 50% nitrogen.