NO312605B1

NO312605B1 - Fremgangsmåte og anordning for flytendegjöring av en naturgass

Info

Publication number: NO312605B1
Application number: NO19992046A
Authority: NO
Inventors: Henri Paradowski; Alexandre Rojey
Original assignee: Inst Francais Du Petrole
Priority date: 1998-04-29
Filing date: 1999-04-28
Publication date: 2002-06-03
Also published as: CA2269147C; NO992046L; FR2778232B1; US6105389A; ID23457A; NO992046D0; AU2395399A; JP4494542B2; CA2269147A1; JPH11311480A; FR2778232A1; AU756096B2

Description

Foreliggende søknad angår en fremgangsmåte og en anordning for flytendegjøring av et fluid eller en gassblanding som i det minste delvis er dannet av en blanding av hydrokarboner, f.eks. en naturgass.

Naturgass produseres for tiden på steder langt fra forbrukerstedene og blir vanligvis flytendegjort, slik at den kan transporteres over lange avstander ved hjelp av tankskip, eller lagres i væskeform.

De fremgangsmåter som fremgår av teknikkens stilling, særlig US-patenter 3 735 600 og US-3 433 026, beskriver flytendegjøringsmetoder som hovedsakelig omfatter et første stadium der naturgassen forkjøles ved fordampning av en kjøle-blanding og et andre stadium som gjør det mulig å utføre den avsluttende opera-sjon for flytendegjøring av naturgassen, og bringe den flytendegjorte gassen i en form som den kan transporteres eller lagres i, idet avkjøling under dette andre stadium også besørges ved fordampning av en kjøleblanding.

Ved slike metoder blir en fluidblanding, som benyttes som kjølefluid i den eksterne kjølesyklus, fordampet, komprimert, avkjølt ved varmeveksling med et omgivende medium så som vann eller kondensert luft, ekspandert, og resirkulert.

Kjøleblandingen som benyttes i det andre stadium, der det andre kjøletrinn utføres, avkjøles ved varmeveksling med det omgivende kjølemedium, vann eller luft, deretter det første stadium hvor det første kjøletrinn utføres.

Etter det første stadium, er kjøleblandingen i form av et tofase-fluid med en dampfase og en væskefase. Nevnte faser separeres, f.eks. i en separeringsbeholder, og sendes f.eks. til en spiralrør-varmeveksler der dampfraksjonen kondenseres mens naturgassen flytendegjøres under trykk, idet avkjøling besørges ved fordampning av kjøleblandingens væskefraksjon. Væskefraksjonen som fremkommer ved kondensering av dampfraksjonen blir underkjølt, ekspandert, og fordampet for avsluttende flytendegjøring av naturgassen, som underkjøles før den ekspanderes ved hjelp av en ventil eller turbin for å frembringe den ønskede, flytendegjorte naturgass (LNG).

Nærværet av en dampfase krever en kondenseringsoperasjon for kjøle-blandingen i det andre stadium, hvilket krever en forholdsvis komplisert og dyr anordning.

Søkeren har også, i patent FR-2 734 140, foreslått drift under valgte trykk-og temperaturforhold for, ved utgangen av det første kjølestadium, å frembringe en fullstendig kompensert, enkeltfase-kjøleblanding.

Dette fører til begrensninger som kan være tyngende i prosess-økonomisk sammenheng, særlig fordi det trykk hvorunder kjøleblandingen som benyttes i det andre stadium komprimeres, kan være forholdsvis høyt.

Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte og en anordning for utførelse av denne, som avhjelper de ovennevnte ulemper ved teknikkens stilling.

Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte for flytendegjøring av en naturgass, omfattende følgende trinn: a) naturgassen utsettes for en første kjølesyklus hvor naturgassen avkjø-les til en temperatur som er minst så lav som -30°C ved hjelp av en første kjøleblanding som er blitt komprimert, i det minste delvis kondensert ved avkjøling med et eksternt kjølefluid, underkjølt, ekspandert og fordampet; b) etter trinn a) utsettes naturgassen for en andre kjølesyklus hvor naturgassen kondenseres og underkjøles ved hjelp av en andre kjøleblan-ding som er blitt komprimert, avkjølt med et eksternt kjølefluid, avkjølt ved hjelp av varmeveksling med den første kjøleblanding under den første kjølesyklus, underkjølt for å bevirke fullstendig kondensering av den andre kjøleblanding, ekspandert, og fordampet ved minst to trykknivåer; og c) etter trinn b) ekspanderes naturgassen for derved å danne flytendegjort naturgass

Den første kjøleblanding ekspanderes f.eks. ved minst to trykknivåer. Den første blanding Mi kan omfatte minst etan, propan, og butan.

Den andre blanding M2 omfatter f.eks. minst metan, etan, og nitrogen, og dens molekylarvekt kan være mellom 22 og 27.

Ethvert tilgjengelig omgivelsesfluid så som luft, ferskvann eller saltvann kan benyttes som det eksterne kjølefluid.

F.eks. det første kjøletrinn og det andre kjøletrinn inngår i den samme veks-leledning omfattende én eller flere platevekslere montert i parallell.

Temperaturen Tc velges f.eks. slik at komprimeringskraften til de to kjøle-sykluser som utgjør kjøletrinnene (I) og (II) utbalanseres, idet hver av syklusene har et komprimeringssystem som drives av en identisk gassturbin.

Den andre blanding M2 komprimeres ved et trykk på f.eks. mellom 3 og 7 MPa,

Den andre blanding M2 fordampes ved et første trykknivå, f.eks. mellom 0,1 og 03 MPa og ved et andre trykknivå på f.eks. mellom 0,3 og 1 MPa.

Under det andre kjøletrinn (II), kan den andre kjøleblanding M2 separeres i minst to fraksjoner som kan ekspanderes ved forskjellige trykknivåer, og samtidig kan varmeveksling finne sted mellom i det minste naturgass-strømmen, hvorved den andre blandingen M2 under trykk sirkulerer i den samme retning og de ekspanderte blandingsfraksjoner ved forskjellige trykknivåer sirkulerer i motsatt retning.

Det andre kjøletrinn utføres f.eks. i minst en første seksjon (E41 og en andre seksjon (E42), hvor seksjonene er suksessive, hvor

• en første fraksjon F1 av kjøleblandingen M2 separeres, og

• den første fraksjon F1 underkjøles til en temperatur nær dens kokepunkt ved et første ekspansjonstrykknivå, under ekspandering av den første fraksjon ved et ekspansjonstrykknivå Pi, og den første underekspanderte eks-pansjonsfraksjon fordampes for å sikre avkjøling av den første seksjon, i

det minste delvis, og

• underkjøling av den gjenværende, andre fraksjon F2 av blandingen M2 fortsettes opp til en temperatur nær dens kokepunkt ved et andre ekspansjonstrykknivå P2 den andre fraksjon fordampes for å sikre avkjøling av den andre seksjon, i det minste delvis.

Den kondenserte mol-fraksjon av den andre blanding M2 når den forlater det første kjøletrinn, er f.eks. lik minst 90%.

Molarforholdet mellom den totale kjøleblanding M2-strømmen og naturgass-strømmen er f.eks. mindre enn 1.

Temperaturen Tc velges f.eks. i intervallet [-40 til -70°C].

Oppfinnelsen angår også en anordning for flytendegjøring av en naturgass omfattende: midler som avgrenser en første kjølesone, innbefattende en første for-kjølingskrets med en første kjøleblanding i, for å avkjøle naturgassen til en temperatur som er minst så lav som -30°C og å avkjøle en andre kjøleblanding;

midler som avgrenser en andre kjølesone for å avkjøle den andre kjøle-blanding og å avkjøle naturgassen fra den første kjølesone til en temperatur som er minst så lav som -140°C ved fordampning av den andre kjøleblandingen;

midler for ekspandering av naturgassen som avkjøles i den andre kjøleso-nen;

midler for ekspandering av den første og andre kjøleblanding;

midler for komprimering av den første og andre kjøleblanding;

karakterisert ved at den andre kjøleblanding, etter den første kjølesone, delvis kondenseres og sendes uten faseseparering til den andre kjølesonen.

Den andre kjølesone omfatter f.eks. en enkelt vekslingsledning omfattende fire uavhengige løp som tillater gjennomstrømning av underkjølt naturgass og av kjøleblandingen M2, og fraksjonene av kjøleblandingen M2 etter ekspansjon.

I henhold til en annen utføringsform kan den andre kjølesone omfatte en vekslingsseksjon som omfatter minst to suksessive seksjoner og fire vekslingsledninger.

De første og andre kjølesoner inngår f.eks. i en enkelt vekslingsledning.

De første og andre kjølesoner har f.eks. kjølesystemer som hvert drives av en gassturbin.

Andre fordeler og kjennetegn ved oppfinnelsen vil fremgå av den følgende beskrivelse i form av eksempler innenfor rammen av ikke-begrensende anvendel-ser for flytendegjøring av naturgass, i tilknytning til de medfølgende tegninger hvor: fig. 1 skjematisk viser et eksempel på flytendegjøring-syklusen som er

beskrevet og benyttet i teknikkens stilling,

fig. 2 viser en alternativ utføringsform av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen, og fig. 2A viseren annen utføringsform av det andre kjølesta-dium,

fig. 3 viser skjematisk en mulig varmeveksler for det andre kjøletrinn, og fig. 4 viser en variant der de to kjøletrinn utføres i en enkelt vekslingsledning.

Fig. 1 representerer et flytdiagram for en naturgass-kjølemetode som benyttes i teknikkens stilling.

Metoden omfatter et første naturgass-kjølestadium ved hvis utgang temperaturen til naturgassen og til kjøleblandingen som benyttes er ca. -30°C.

Ved utgangen fra det første stadium, er kjøleblandingen som benyttes i det andre kjølestadium i form av et tofasefluid som har en dampfase og en væskefase, hvilke faser separeres med anordningen representert i figuren ved hjelp av en separeringsbeholder. Disse to faser sendes til en spiralrør-varmeveksler for avsluttende avkjøling av naturgassen som er underkjølt i det første trinn. I dette øyemed kondenseres dampfasen fra separatorbeholderen, under anvendelse av væskefraksjonen som et kjølefluid, hvoretter den underkjøles og fordampes for avkjøling og flytendegjøring av naturgassen.

Prinsippet for fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen

En har funnet at det er mulig å flytendegjøre en naturgass i to kjøletrinn

eller (I) og (II), hvert av hvilke trinn arbeider med en kjølesyklus som benytter henholdsvis en første kjøleblanding Mi og en andre kjøleblanding M2, idet hver av disse kjøleblandinger fordampes ved minst to trykknivåer for å gi hvert av kjøletrinne-ne, komprimeres, kondenseres, deretter ekspanderes, uten involvering av faseseparasjon av en av kjøleblandingene, og avsluttende kondensering av

kjøleblandingen M2 under det andre kjøletrinn.

En har også funnet at de to kjøletrinn (I) og (II) kan utføres ved hjelp av en enkelt utvekslingsledning som har én eller flere vekslere montert i parallell.

Sammenlignet med teknikkens stilling, blir den andre kjøleblanding M2 delvis kondensert når den forlater det første kjøletrinn, overført uten faseseparering til det andre kjøletrinn, deretter fullstendig kondensert under det andre trinn.

Arbeidsprinsippet ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen illustreres ved hjelp av diagrammet i fig. 2 som viser en utføringsform.

Naturgassen strømmer inn i første kjøletrinn (I) gjennom et rør 20 og forlater det gjennom et rør 21 og sendes deretter til andre kjøletrinn (II) som den forlater gjennom et rør 22 før den ekspanderes ved hjelp av en ventil V eller en turbin for fremstilling av LNG'en.

Det første kjølestadium (I) arbeider med hjelp av en første kjøleblanding Mi som komprimeres i en kompressor Ki deretter kondenseres i en veksler E22 ved hjelp av et tilgjengelig, eksternt kjølefluid. Den således kondenserte blanding sam-les i en beholder D, sendes deretter gjennom et rør 23 til det første kjølestadium. Den blir så underkjølt i en første seksjon E<\ av det første kjølestadium. Når den forlater den første seksjon E-i, blir en første fraksjon F-i av blandingen Mi ekspandert ved hjelp av ekspansjonsventil Vi på et rør 24 ved et første trykknivå, deretter fordampet for avkjøling av naturgassen og den kondenserte kjøleblanding i den første seksjon Ev Den således oppnådde dampfase resirkuleres ved hjelp av et rør 25 til et mellomstadium i kompressoren K1 tilsvarende trykknivået til den således oppnådde dampblanding. Resten av blandingen Mi blir underkjølt i en andre seksjon E2 av det første kjølestadium. Når den forlater denne andre seksjon E2, ekspanderes en andre fraksjon F2 av blandingen Iv^ ved et andre trykknivå ved hjelp av en ekspansjonsventil V2 på et rør 27, hvoretter den fordampes for å sikre avkjøling av naturgassen og kjøleblandingen i den andre seksjon E2. Den således oppnådde dampfase resirkuleres ved hjelp av et rør 28 til et mellomstadium i kompressoren K1 tilsvarende trykknivået til den således oppnådde dampblanding. Den siste fraksjon F3av blanding M3 blir underkjølt i en tredje seksjon E3 av det første kjølestadium. Når den forlater denne seksjon E3, ekspanderes denne gjenværende fraksjon av blanding Mi ved hjelp av en ekspansjonsventil Vi (rør 29b) til et tredje trykknivå, hvoretter den fordampes for avkjøling av naturgassen og kjøle-blandingen i den tredje seksjon E3. Den således oppnådde dampfase resirkuleres til kompressorens K1 innløp gjennom et rør 30.

Antallet seksjoner i det første kjølestadium kan variere f.eks. mellom 1 og 4 og kan være resultat av økonomisk optimalisering.

I visse tilfeller er det også mulig å kondensere blanding Mi bare delvis i E22, deretter fullføre dens kondensering gjennom det første kjøletrinn. Ved prinsippet for fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen, sirkuleres imidlertid blanding Iv^ fortrinnsvis med en hovedsakelig konstant sammensetning uten faseseparasjon mellom væske- og dampfasene, hvilket ville ført til at disse fasene gikk gjennom hver sin krets.

Det eksterne kjølefluid kan være et tilgjengelig omgivelsesfluid som f.eks. luft, ferskvann eller sjøvann.

Kjøleblandingen M-i blir således fortrinnsvis fullstendig kondensert ved kjø-ling ved hjelp av det tilgjengelige, omgivende kjølefluid, deretter underkjølt, ekspandert, og fordampet ved minst to trykknivåer.

Blandingen Mi omfatter f.eks. etan, propan, og butan. Den kan også omfatte andre komponenter som f.eks. metan og pentan uten å avvike fra rammen av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen.

Proporsjonene, uttrykt i mol-fraksjoner, av etan (C2), propan (C3), og butan (C4) i kjøleblandingen Mi er fortrinnsvis innenfor følgende områder: C2 = [30 , 70%] 7

C3 = [30 , 70%]

C4 = [0, 20%]

Det andre kjølestadium (II) arbeider med en andre kjøleblanding M2 som komprimeres i kompressor K2 deretter avkjøles i veksler E24 ved hjelp av det eksterne, tilgjengelige kjølefluid. Blandingen M2 sendes gjennom et rør 31 til kjølesek-sjonene i det første stadium, E-i, E2, og E3, der den avkjøles og i det minste delvis kondenseres. Den blir så sendt til det andre kjøletrinn (II) gjennom et rør 32. Den blir deretter fullstendig kondensert og underkjølt i kjøleseksjon E4 i det andre stadium. Kjøleblanding M2 strømmer fra det første stadium (I) til det andre stadium (II) uten faseseparering.

Denne fremgangsmåte gjør det spesielt mulig å utføre de to kjølestadier (I) og (II) i den samme vekslingsledning.

Ved utløpet fra kjøleseksjon E4, trekkes blanding M2 ut ved hjelp av et rør 33 og separeres i to fraksjoner F'i og F'2 for eksempel.

Den første fraksjon F'i av blanding M2 ekspanderes i en ekspansjonsventil V4 som er utstyrt med et rør 34 til et første trykknivå. Den vil så delvis avkjøle naturgassen og kjøleblandingen M2 i seksjon E4. Den således oppnådde dampfase resirkuleres gjennom et rør 35 til et mellomstadium i kompressor K2 tilsvarende trykknivået til den således oppnådde dampblanding.

Den gjenværende blandingens M2 andre fraksjon F'2 ekspanderes ved et andre trykknivå, mindre enn det første trykknivå, ved hjelp av en ekspansjonsventil V5 som er anordnet på et rør 36, fordampes deretter for avkjøling av naturgassen og kjøleblandingen i seksjon E4. Den således oppnådde dampfase resirkuleres til kompressorens K2 innløp gjennom et rør 37.

Fig. 2A viser skjematisk en annen variant for ekspandering av blanding M2 ved det andre kjølestadium.

Det er også mulig å ekspandere hele den kondenserte, underkjølte blanding M2 som fremkommer ved utløpet fra E4 ved hjelp av en væske-ekspansjons-turbin T til det ovennevnte trykknivå, og deretter separere den i to fraksjoner F'1 og F'2. Fraksjon F'i blir så sendt direkte til vekslingsseksjon E4 uten at det er nødven-ding å installere ventil V4 (fig. 2). Fraksjon F'2 ekspanderes igjen til det ovennevnte trykknivå gjennom ekspansjonsventil V5 og sendes deretter til vekslingsseksjon E4.

Kjøleblandingen M2 omfatter f.eks. metan og etan. Den kan også omfatte

andre komponenter som f.eks. nitrogen og propan uten å avvike fra rammen til fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen.

Dens molekylarvekt er fortrinnsvis mellom 22 og 27.

Proporsjonene uttrykt i mol-fraksjoner av (N2), metan (C-i), metan (C2) og propan (C3) i kjøleblandingen M2 er fortrinnsvis innenfor følgende områder: N2 = [0, 10%]

C1 = [30 , 50%]

C2 = [30 , 50%]

C3 = [10 , 10%]

Utgangstemperaturen Tc til (naturgassens) første kjølestadium kan velges for optimal fordeling av komprimeringseffektene i de to kjølesykluser som utgjør kjøletrinnene (I) og (II). I en foretrukket versjon av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen, har hver syklus et komprimeringssystem som drives av en identisk gassturbin.

Forkjølingstemperaturen Tc ved utgangen av de første kjølestadier er således fortrinnsvis mellom -40 og -70°C.

Ifølge en foretrukket versjon av fremgangsmåten, er komprimeringseffektene som inngår i de to kjølesykluser den samme, idet komprimeringseffekten som inngår i kjølestadium (II) fortrinnsvis er mellom 45 og 55% av komprimeringseffekten som inngår i det andre kjølestadium (I).

I en foretrukket versjon av fremgangsmåten, er den kondenserte mol-fraksjon av kjøleblanding M2 fra det første trinn minst lik 90%.

I en foretrukket versjon er molarforholdet mellom kjøleblanding rvVstrøm-men og naturgass-strømmen mindre enn 1.

Antallet ekspansjonstrykknivåer i det andre kjølestadium (II) kan variere f.eks. mellom 2 og 4 og er resultat av et valg som fører til økonomisk optimalisering.

Kjøleblandingen M2 komprimeres til et trykk på mellom 3 og 7 MPa, for eksempel.

Den fordampes ved minst to trykknivåer. I dette tilfelle er det første trykknivå f.eks. mellom 0,1 og 0,3 MPa, og det andre trykknivå f.eks. mellom 0,3 og 1 MPa.

Antallet varmevekslingsseksjoner kan variere. I utføringsformen vist i fig. 2 arbeider man således med to ekspansjonstrykknivåer og en vekslingsseksjon E4, idet det gjennom hele denne vekslingsseksjon foregår en samtidig varmeveksling mellom minst fire strømmer som sirkulerer parallelt i minst fire forskjellige løp. Disse fire strømmer kan være underkjølt naturgass fra det første kjøletrinn, den delvis kondenserte blanding M2 under trykk, idet disse to strømmer sirkulerer i samme retning, og de to fraksjoner av blanding M2 ekspandert til forskjellige trykknivåer sirkulerer i motsatt retning.

Det er også mulig å arbeide i henhold til utføringsformen vist i fig. 3.

I dette eksempel har det andre kjølestadiets (II) vekslingsseksjon to suksessive seksjoner E41 og E42.

Naturgass-strømmen som innføres gjennom rør 21 sirkulerer i ledning L-\ gjennom vekslingsseksjon E4.

Den andre kjøleblanding M2 som innføres gjennom rør 32 sirkulerer i en ledning L2.

En første fraksjon F"i av denne blanding M2 underkjølt til en temperatur nær dens kokepunkt etter ekspansjon, blir tatt og ved hjelp av en ledning L3 sendt til en ekspansjonsventil V42 der den ekspanderes til et første trykknivå Pi. Denne første fraksjon F"i fordampes ved trykk Pi i vekslingsseksjon E42 for å gi minst en del av kjølingen i denne seksjon.

Den resterende eller andre fraksjon F"2 fortsetter å sirkulere i ledning L2 der den fortsatt er underkjølt til en temperatur nær dens kokepunkt ved det andre ekspansjonstrykknivå P2. Den blir deretter ekspandert ved trykk P2 gjennom en ekspansjonsventil V4i deretter fordampet i seksjon E41 for å avkjøle den. Når den forlater denne seksjon E4-i, er denne fraksjon i det minste delvis fordampet, og for-dampningen fullføres i seksjon E42. F"2 sirkulerer i ledningen U-

Dette bevirker samtidig veksling mellom naturgassen og blandingen M2 som under trykk sirkulerer i én retning og fraksjonene av den ved forskjellige trykknivåer ekspanderte blandingen M2 som sirkulerer i motsatt retning.

Ifølge en annen, ikke vist utføringsform, kan den fullstendig kondenserte, underkjølte naturgass ekspanderes ved hjelp av en ekspansjonsventil Vi til et trykk Pi ved et mellomnivå i vekslingsseksjonen E4 (f.eks. mellom underseksjoner E4i og E42)- Trykket Pi velges slik at naturgassen, etter ekspansjon til dette trykk, for-blir fullstendig kondensert.

De forskjellige kjøleblanding-ekspansjonsventiler (V-i, V2, V43, V4, V5, V4i, V42, Vi) kan helt eller delvis erstattes av væske-ekspansjonsturbiner, hvilket ikke endrer hovedtrekkene ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen.

Sammenfatningsvis er prosessen særlig karakterisert ved at:

(1) naturgassen under trykk avkjøles og eventuelt delvis kondenseres under et første kjøletrinn (I) til en temperatur Tc i det minste lavere enn -30°C, ved hjelp av en første kjølesyklus som arbeider ved hjelp av en kjøleblanding Mi som komprimeres, i det minste delvis kondenseres ved avkjøling ved hjelp av det tilgjengelige, omgivende kjølefluid, deretter underkjøles, ekspanderes, og fordampes ved minst to trykknivåer. (2) Naturgassen under trykk blir så fullstendig kondensert, deretter underkjølt under et andre kjøletrinn (II) ved hjelp av en andre kjøle-syklus som arbeider ved hjelp av en andre kjøleblanding M2 som komprimeres, avkjøles, og i det minste delvis kondenseres under det første kjøletrinn ved varmeveksling med første kjøleblanding Mi, fullstendig kondenseres, deretter underkjøles under det andre kjøle-trinn, deretter ekspanderes og fordampes ved minst to trykknivåer, idet blandingen M2 blir fullstendig kondensert, deretter underkjølt under to suksessive kjølestadier (I) og (II) uten separering mellom væske- og dampfasene. (3) den underkjølte naturgass ekspanderes for å danne den produserte

LNG.

Fordeler

En av fordelene som oppnås ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen er at den kan avstedkomme alle kjøletrinnene (I) og (II) i en enkelt vekslingsledning, omfattende én eller flere platevekslere montert i parallell.

Således kan f.eks. alle vekslingene som foregår i seksjonene E-i, E2, E3 og E4 i utføringsformen vist i fig. 2, foregå ved hjelp av en enkelt plateveksler eller to platevekslere som er butt-sveiset i serie, f.eks. vekslere av plate- og ribbetypen laget av slagloddet aluminium. Denne veksler er konstruert for mellomliggende uttak og inntak av kjøleblanding, men ettersom det ikke utføres noen mellomliggende faseseparering, kan vekslingene som helhet utføres i et enkelt stykke av kompakt utstyr som skjematisk vist i fig. 4, der tallene for rørene som innfører og fjerner de forskjellige kjøleblanding-strømmer svarer til tallene i fig. 2.

Ettersom overflateareal-enheten til en sammenstilling av slagloddete plater er begrenset, kan flere vekslere av denne type monteres parallelt, hvilket mulig-gjør en modul-konstruksjon av flytendegjøringsutstyret. Denne modul-konstruksjon er en annen fordel ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen, idet det blir mulig å avstenge en av modulene til vekslingsledningen (f.eks. for vedlikeholds-, inspek-sjons-, eller reparasjonsoperasjoner) uten å avstenge hele ledningen og således uten å måtte stenge LNG-produksjonen, som således bare blir noe redusert.

Hver av de to kjølesykluser som utgjør kjølestadier (I) og (II) har et komprimeringssystem som fortrinnsvis drives av en uavhengig gassturbin Ti og T2.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen gjør det også mulig å utbalansere de mekaniske effekter mellom de to kjølestadier og således tillate drift ved bruk av to identiske driv-gassturbiner, hvilket innebærer kostnadsbesparelse (opplegg og vedlikehold).

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen krever ikke faseseparering av kjøle-blandingene, slik at kjøleblåndinger av konstant sammensetning kan benyttes på hvilket som helst punkt i prosessen, hvilket letter drift av prosessen med hensyn til styring og regulering.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen krever bare begrensede kjøleblan-ding-strømmer, særlig av den kryogene kjøleblanding M2 hvis molarstrøm alltid er mindre enn molarstrømmen til naturgassen som skal flytendegjøres. Dette er også en fordel, ettersom man ved sammenligning med kjente flytendegjøringsprosesser kan minske størrelsen av det nødvendige utstyr for realisering av denne kryogene kjøleblanding (særlig kompressorer, ledninger, og inntakstanker for kompresso-rene.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen er spesielt energi-besparende, ettersom den flytendegjør naturgassen ved bruk av mekaniske effekter som generelt er mindre enn 800 kJ/kg LNG, hvilket også er mindre enn 10% lavere enn de som forekommer med de beste prosesser av sammenlignbar art. Dette lave energifor-bruk tillater betydelig høyere produksjon av LNG enn de prosesser som er kjent i dag, med de samme drivgassturbiner.

Eksempel

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen anskueliggjøres ved hjelp av det føl-gende talleksempel, angitt i forbindelsen med fig. 2 og 2A.

En naturgass innføres gjennom ledningen 20 til veksleren Ei ved et trykk på 6 MPa og en temperatur på 30°. Sammensetningen av denne gassen er som føl-ger, i mol-fraksjoner (%):

Denne naturgassen blir avkjølt til en temperatur på -60°C og delvis kondensert, i vekslingsseksjonene E-i, E2 og E3 som utgjør kjølestadium (I). Dette kjøle-stadium (I) anvender en kjøleblanding Mi hvis sammensetning er som følger, i mol-fraksjoner (%):

Blandingen Mi komprimeres i gassfasen i flertrinnskompressoren K1 til et trykk på 2,4 MPa. Den avkjøles og kondenseres til en temperatur på 30°C i vekse-leren E3 som den forlater i fullt kondensert tilstand hvoretter den innføres i vekslingsseksjonen Ei gjennom ledningen 23. Denne kondenserte blanding blir så underkjølt i vekslingsseksjon E<\ til en temperatur på 0°C. Når den strømmer ut fra denne første vekslingsseksjon, blir den første fraksjon F-i av blandingen Mi fjernet gjennom ledningen 24 og ekspandert ved hjelp av ekspansjonsventilen Vi til et trykk på 1,27 MPa. Denne fraksjon Fi blir deretter fordampet i seksjon E-i, deretter sendt gjennom ledningen 25 til innløpet til kompressorens Ki siste stadium. Fraksjonens F: molar-strøm representerer 36,4% av den totale molarstrøm til blandingen Mi som forlater kompressoren Ki.

Resten av blandingen M^ sendes gjennom ledningen 26 til vekslingsseksjonen E2 er den avkjøles til en temperatur på -30°C. Når den forlater denne andre vekslingsseksjonen, fjernes en andre fraksjon F2 av blandingen Mi gjennom ledningen 27 og ekspanderes ved hjelp av ekspansjonsventilen V2 til et trykk på 0,55 MPa. Denne fraksjon F2 blir så fordampet i seksjon E2, deretter sendt gjennom ledningen 28 til innløpet til kompressorens Ki mellomstadium. Fraksjonens F2 mo-larstrøm representerer 36,1% av den totale molarstrøm for blandingen Mi som forlater kompressoren K-i.

Resten av blandingen Mi, som representerer en fraksjon F3, sendes gjennom ledningen 29 til vekslingsseksjonen E3 der den avkjøles til en temperatur på -60°C. Når den forlater denne tredje vekslingsseksjonen, blir denne fraksjon F3 ekspandert ved hjelp av ekspansjonsventilen V3 til et trykk på 0,19 MPa. Denne fraksjon F3 blir så fordampet i seksjon E3, deretter sendt gjennom ledningen 30 til innløpet til kompressorens Ki første stadium.

Den avkjølte, spesielt kondenserte naturgass som forlater E3 ved -60°C, sendes så langs ledningen 21 til vekslingsseksjonen E4 som utgjør kjølestadium (II). Dette kjølestadium (II) anvender en kjøleblanding M2 hvis sammensetning er som følger i mol-fraksjoner (%):

Blandingen M2 komprimeres i gassfasen i flertrinnskompressoren K2 til et trykk 5,55 MPa. Den avkjøles til en temperatur på 30°C i veksleren E24 og er til-strekkelig gassformig når den forlater den til at den kan innføres i vekslingsseksjon Ei gjennom ledningen 31. Den blir så avkjølt og fullstendig kondensert i vekslingsseksjonene Ei, E2 og E3 til en temperatur på -60°C. Den blir så sendt gjennom ledningen 32 inn i vekslingsseksjonen E4 der den underkjøles til en temperatur på -150°C. Denne underkjølte blanding M2 blir så sendt gjennom ledningen 33 til en væskeekspansjonsturbin T der den ekspanderes til et trykk på 0,58 MPa.

Etter denne første ekspansjon blir en fraksjon F'i av blandingen fjernet og sendt gjennom ledningen 34 til vekslingsseksjonen E4 der denne fraksjon F'i fordampes. Den således fordampede fraksjon F'1 blir så sendt gjennom ledningen 35 til innløpet til kompressorens K2 andre trinn. Denne fraksjonens F^ molarstrøm representerer 50% av den totale molarstrøm når blandingen M2 som forlater kompressoren K2.

Den andre fraksjonen F'2 av blandingen M2 oppnådd etter ekspansjon i tur-binen T, sendes gjennom ledningen 36 til ekspansjonsventilen V5 der den ekspanderes til trykk på 0,27 MPa. Denne fraksjon F'2 blir så etter ekspansjon sendt til vekslingsseksjonen E4 der den fordampes og deretter sendes gjennom ledningen 37 til innløpet for kompressorens K2 første trinn.

Den således flytendegjorte og underkjølte naturgass blir så frembrakt ved utløpet av vekslingsseksjonen E4 gjennom ledningen 22 ved et trykk på 5,92 MPa og en temperatur på -150°C. Den kan deretter ekspanderes ved hjelp av en ekspansjonsventil eller turbin for å produsere LNG'en.

I ovenstående eksempel er molarforholdet mellom strømmen og kjøleblan-ding M2 og strømmen av behandlet naturgass lik 0,883.

For produksjon av LNG på 450516 kg/h, er kompressorenes Ki og K2 mekaniske effekter henholdsvis 46474 kW og 45371 kW, nemlig den totale mekaniske effekt d som representerer 734 kJ pr. kg av LNG produsert ved -150°C.

Claims

1 Fremgangsmåte for flytendegjøring av en naturgass, omfattende følgende trinn: a) naturgassen utsettes for en første kjølesyklus (I) hvor naturgassen av-kjøles til en temperatur som er minst så lav som -30°C ved hjelp av en første kjøleblanding som er blitt komprimert, i det minste delvis kondensert ved avkjøling med et eksternt kjølefluid, underkjølt, ekspandert og fordampet; b) etter trinn a) utsettes naturgassen for en andre kjølesyklus (II) hvor naturgassen kondenseres og underkjøles ved hjelp av en andre kjøleblan-ding som er blitt komprimert, avkjølt med et eksternt kjølefluid, avkjølt ved hjelp av varmeveksling med den første kjøleblanding under den første kjølesyklus (I), underkjølt for å bevirke fullstendig kondensering av den andre kjøleblanding, ekspandert, og fordampet ved minst to trykknivåer; og c) etter trinn b) ekspanderes naturgassen for derved å danne flytendegjort naturgass, karakterisert ved at den andre kjøleblanding, etter varmeveksling med den første kjøleblanding, delvis kondenseres og sendes uten faseseparering til underkjølingen ifølge trinn b).

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at den første kjøleblanding innbefatter minst etan, propan og butan.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at den andre kjøleblanding innbefatter minst metan, etan, propan og nitrogen, og har en molekylarvekt mellom 22 og 27.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at minst ett av de eksterne kjølefluider er et tilgjengelig omgivelsesfluid.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at den første kjølesyklus (I) og den andre kjølesyklus (II) utføres i en enkelt vekslingsledning som har én eller flere plateviklere montert i parallell.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at i den første kjølesyklus (I) avkjøles naturgassen til en temperatur slik at kompresjonseffektene i den første (I) og andre (II) kjølesyklus utbalanseres og hver av den første og andre kjølesyklus omfatter et kompresjonstrinn som utføres av identiske gassturbiner.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at den andre kjøleblanding komprimeres ved et trykk på mellom 3 og 7 MPa.

8. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at den andre kjøleblanding fordampes ved et trykknivå på mellom 0,1 og 0,3 MPa og ved et andre trykknivå på mellom 0,3 og 1 MPa.

9. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at den andre kjøleblanding, idet den forlater den første kjølesyklus (I), har en kondensert mol-fraksjon på minst 90%.

10. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at molarforholdet mellom den andre kjøleblanding-strømmen og naturgass-strømmen er mindre enn 1.

11. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at naturgassen i den første kjølesyklus (I) avkjøles til en temperatur i området -40 til -70°C.

12. Anordning for flytendegjøring av en naturgass, omfattende: midler som avgrenser en første kjølesone (I), innbefattende en første for-kjølingskrets med en første kjøleblanding i, for å avkjøle naturgassen til en temperatur som er minst så lav som -30°C og å avkjøle en andre kjøleblanding; midler som avgrenser en andre kjølesone (II) for å avkjøle den andre kjøle-blanding og å avkjøle naturgassen fra den første kjølesone (I) til en temperatur som er minst så lav som -140°C ved fordampning av den andre kjøleblandingen; midler for ekspandering av naturgassen som avkjøles i den andre kjøleso-nen (II); midler for ekspandering av den første og andre kjøleblanding; midler for komprimering av den første og andre kjøleblanding; karakterisert ved at den andre kjøleblanding, etter den første kjølesone (I) , delvis kondenseres og sendes uten faseseparering til den andre kjølesonen (II) .

13. Anordning ifølge krav 12, karakterisert ved at den andre kjøle-sonen (II) omfatter en enkelt vekslingsledning med fire uavhengige løp (Li, L2, L3 og L4) som tillater gjennomstrømning av naturgass fra den første kjølesonen (I), den andre kjøleblandingen og fraksjoner av nevnte kjøleblanding etter ekspansjon.

14. Anordning ifølge krav 12, karakterisert ved at den andre kjøle-sonen (II) innbefatter en varmevekslingsseksjon (E4) innbefattende minst to suksessive seksjoner (E4-i, E42) og fire vekslingsledninger (L-i, L2, L3 og L4).

15. Anordning ifølge krav 12, karakterisert ved at den første og andre kjølesone (I og II) er innebygget i en enkelt vekslingsledning.

16. Anordning i følge krav 12, karakterisert ved at den første og andre kjølesone (I og II) videre omfatter komprimeringssystemer (K-i, K2) og gassturbiner (Tl T2) for drift av komprimeringssystemene (K-i, K2).