NO315534B1

NO315534B1 - Fremgangsmåte for kondensering av en trykksatt födegass

Info

Publication number: NO315534B1
Application number: NO19996007A
Authority: NO
Inventors: Mark Julian Roberts; Rakesh Agrawal
Original assignee: Air Prod & Chem
Priority date: 1998-12-09
Filing date: 1999-12-07
Publication date: 2003-09-15
Also published as: DE69927620D1; ATE276498T1; CA2291415C; EP1323994A3; MY117202A; EP1008823A2; ES2246028T3; US6269655B1; EP1323994A2; EP1008823A3; CN1256392A; ID24002A; CA2291415A1; AU6441099A; BR9905789A; AU736518B2; NO996007D0; EP1323994B1; EP1008823B1; US6119479A

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte for kondensering av en trykksatt fødegass og system for utførelse av samme fremgangsmåte.

Kondensering av naturgass på fjerntliggende steder, transport av kondensert naturgass (LNG) til befolkede sentre og lagring og fordampning av LNG for lokalt forbruk er blitt utført i mange år rundt kloden på en fordelaktig måte. LNG-produksjonssteder blir vanligvis lokalisert på land på fjerntliggende steder som har havneanlegg for store LNG-tankskip som transporterer LNG'en til sluttbrukerne.

Flere prosesscykler er blitt utviklet for LNG-produksjon for å tilveiebringe store kjøleanlegg for kondensering. Slike cykler anvender typisk kombinasjoner av enkelt-komponent kjølesystemer som anvender propan eller enkelt-klorfluorkarbonkjølere som drives i kombinasjon med en eller flere blandede kjøle (MR)-systemer. Godt kjente blandede kjølere innbefatter typisk lette hydrokarboner og valgfritt nitrogen og anvender sammensetninger tilpasset de typiske temperatur- og trykknivåene til spesifikke prosesstrinn.

Formålene ved design og drift av vanlige LNG-prosesscykler og utstyr har vært å minimalisere energiforbruk og maksimere LNG-produksjon samtidig med at det opereres med forskjellige produktkrawerdier og forskjellige omgivelsestemperaturbetingelser. Siden LNG-produksjonsfasiliteter vanligvis er landbasert på fjerntliggende steder, har landområdet som kreves for fabrikksbatteriet ikke vært en kritisk faktor ved design og planløsning for fabrikken.

Flere blandede kjøle (MR) LNG-cykler er blitt beskrevet i litteraturen. Disse cyklene anvender vanligvis en første kjøler som fordamper ved en høyere temperatur (dvs. MR med varmt eller høyt nivå) i en første varmeveksler (dvs. varmeveksler med varmt eller høyt nivå) og en andre kjøler som fordamper ved en lavere temperatur (dvs. MR med kaldt eller lavt nivå) i en andre varmeveksler (dvs. veksler med kaldt eller lavt nivå). US-patent nr. 4.274.849 beskriver en dobbel blandet kjøleprosess hvori fødegass først blir avkjølt i en separat veksler ved anvendelse av kjølefluidet som kommer ut av MR-varmeveksleren med kaldt eller lavt nivå. Den forhåndsavkjølte føden blir deretter videre avkjølt og kondensert i den kalde MR-veksleren. Det fordampede lavnivåkjølemediet blir etter kompresjon avkjølt mot det varme eller høynivå kjølemediet i den varme eller høynivå MR-veksleren. En ulempe ved denne prosessen er at en ekstra varmeveksler er påkrevet for fødeforhåndsavkjøling.

US-patent nr. 4.112.700 beskriver en dobbel MR-prosess hvori høynivå MR kokes ved tre forskjellige trykknivåer med mellomtrinns kompresjon. Dette krever anvendelse av multiple varmevekslere eller multiple varmevekslingssoner, som krever multiple tilbakeløpsstrømmer til kompressoren. Slike multiple varmevekslings/kompresjonstrinn har en ulempe med hensyn til termodynamikken, siden ikke-likevektsstrømmer med forskjellige sammensetninger blandes mellom trinnene i den varme kjølemediumskompresjonskjeden. Blandingen av strømmene forårsaker en termodynamisk irreversibilitet som vil resultere i redusert cykluseffektivitet.

En dobbel blandet kjøleprosess er beskrevet i US-patent nr. 4.525.185 hvori høynivå MR kokes ved tre forskjellige trykknivåer. Dette krever anvendelsen av multiple varmevekslere eller varmevekslersoner, og fører til multiple kar, ventiler, og rør tilknyttet mellomtrinns innmatningene til høynivå MR-kompressoren, og øker området som kreves for anlegget. I denne prosessen blir innmatningen først avkjølt ved anvendelse av lavnivå MR som kommer ut av lavnivå MR-varmeveksleren. Ulempen med denne tilnærmingen er at en ekstra varmeveksler er påkrevet som i US-patent 4.274.849 sitert ovenfor. I denne prosesscyklusen blandes ikke-likevektsstrømmer mellom trinnene i høynivå blandet kjølekompresjonsrekken, som forårsaker termodynamisk irreversibilitet og reduserer cykluseffektiviteten.

US-patent nr. 4.545.795 beskriver en dobbel MR-prosess hvori høynivå MR blir kokt ved tre forskjellige trykknivåer. Dette krever anvendelsen av multiple varmevekslere eller varmevekslersoner i høynivå MR-varmeveksleren. I denne prosessen blir føden først avkjølt ved anvendelse av fluidet som kommer ut av lavnivå MR-veksleren og dette krever en ytterligere varmeveksler som i US-patent nr. 4.274.849 sitert ovenfor. Dette flytskjemaet har også en ulempe med hensyn til termodynamikken, siden ikke-likevektsstrømmer blandes mellom trinnene i høynivå MR-kompresjonskjeden som forårsaker termodynamisk irreversibilitet som diskutert ovenfor.

En dobbel blandet kjølemediumsprosess er US-patent nr. 4.539.028 hvori høynivå MR kokes ved tre forskjellige trykknivåer, som krever anvendelsen av multiple varmevekslere eller varmevekslersoner. Lavnivå blandet MR kokes ved to forskjellige trykknivåer, som også krever anvendelsen av multiple varmevekslere eller varmevekslersoner. I denne prosessen blir føden først avkjølt ved anvendelse av lavnivå MR, som krever en ekstra varmeveksler, en ulempe den deler med flere andre av prosessene angitt ovenfor. Denne cyklusen har også en ulempe i forhold til termodynamikken, siden ikke-likevektsstrømmer blandes mellom trinnene i den blandede kjølemediumskompresjonsrekken. Denne blandingen forårsaker en termodynamisk irreversibilitet som vil resultere i redusert cykluseffektivitet.

En publikasjon med tittelen "Liquefaction of Associated Gases" ved H. Paradowski et al. presentert på den 7. internasjonale konferansen om LNG, 15.-19. mai 1983 beskriver en dobbel MR-prosess hvori høynivå blandet kjølemedium koke ved tre forskjellige trykknivåer. Dette krever anvendelsen av multiple varmevekslere eller varmevekslersoner. I tillegg blir føden først avkjølt ved anvendelsen av lavnivå MR som kommer ut fra lavnivå MR-veksleren, og dette krever en ekstra varmeveksler. Denne prosessen har også en ulempe i forhold til termodynamikken, siden høynivå MR-strømmer generelt ikke er i termisk likevekt med mellomtrinnsstrømmen før høynivå og mellomtrinns MR-strømmene blir blandet i kjølemediumskompresjonsrekken. Denne blandingen av strømmer inn i hovedstrømmen til kompressoren forårsaker en termodynamisk irreversibilitet som vil resultere i redusert cykluseffektivitet.

US-patent nr. 4.911.741 beskriver en dobbel MR-prosess hvori høynivå MR kokes ved tre forskjellige trykknivåer. Dette krever anvendelsen av multiple varmevekslere eller varmevekslersoner og har også en ulempe i forhold til termodynamikken som tidligere diskutert, siden strømmer som potentielt er ved forskjellige temperaturer blandes mellom trinn i høynivå blandet kjølemediumskompresjonsrekken. Denne blandingen av strømmer forårsaker termodynamisk irreversibilitet som vil resultere i redusert cykluseffektivitet.

En dobbel MR-prosess som er beskrevete i US-patent nr. 4.339.253 hvori høynivå MR kokes ved to forskjellige trykknivåer. I tillegg kokes en mellomtrinnsvæskestrøm fra høynivå MR ved et tredje trykk. Dette krever anvendelsen av multiple varmevekslere eller varmevekslersoner. I denne prosessen blir føden først avkjølt før tyngre hydrokarboner blir fjernet ved varmeveksling med lavnivå MR-damp som kommer ut av den varme enden av lavnivå MR-veksleren. Ulempen ved denne tilnærmingen er at en ekstra varmeveksler er påkrevet. Denne varmeveksleren øker også trykkfallet til lavnivå MR-strømmen før kompresjon. Som i flere av de andre prosessene som er beskrevet ovenfor, har denne prosessen en termodynamisk ulempe siden ikke-likevektsstrømmer blandes mellom trinn i høynivå MR-kompresjonsrekken. Blandingen av strømmer i hovedstrømmen forårsaker termodynamisk irreversibilitet som vil resultere i redusert cykluseffektivitet.

US-patent nr. 4.094.655 beskriver en dobbel MR-prosess hvor lavnivå MR kokes ved to forskjellige trykknivåer, som krever anvendelsen av multiple varmevekslere eller varmevekslersoner. I denne prosessen blir høynivå MR først avkjølt ved anvendelse av fluid fra lavnivå MR-vekslerne, heller enn at de avkjøles ved høynivå blandet kjølemediumsloopen i seg selv. Ulempen ved denne tilnærmingen er at en ekstra varmeveksler er påkrevet. Som i flere av de andre prosessene som er beskrevet ovenfor, har denne prosessen en termodynamisk ulempe siden ikke-likevektsstrømmer blandes mellom trinn i høynivå MR-kompresjonsrekken. Blandingen av strømmer inn i hovedstrømmen forårsaker termodynamisk irreversibilitet som vil resultere i redusert cykluseffektivitet.

Ytterligere doble MR-prosesser hvori høynivå MR kokes ved flere forskjellige trykknivåer er beskrevet i US-patentene nr. 4.504.296,4525185,4755200 og 4809154.

LNG-prosessene beskrevet ovenfor blir vanligvis anvendt på landbaserte steder, og landarealkrav for fabrikksbatteribegrensningene er generelt ikke en kritisk faktor i fabrikksdesign og planløsning. Nylig er det blitt økende kommersiell interesse i potentialet for utvinning av gassreserver som ikke underkastes landbaserte kondensasjonsprosesser som beskrevet ovenfor. Slike reserver finnes offshore og utvinningen av disse reservene har generert et økende behov for gasskondensasjonssystemer som er mulige på skip, lektere og offshore-plattformer.

De fleste stor LNG-produksjonsanlegg anvender en propankjølemediumscyklus for å forhåndskjøle fødegassen før videre avkjøling og kondensasjon ved hjelp av multikomponent eller blandede kjølemedium (MR) cykler. Den propanforhåndskjølte cykelen har visse ulemper i forhold til anvendelser ombord på skip eller lektere mens den er svært effektiv og kostnadseffektiv på landbaserte anlegg. Nødvendigheten av å opprettholde relativt store mengder propan representerer et potentielt sikkerhetsproblem og det store antallet propanfordampere tar opp stor plass på et knapt areal. Flere eksempler på doble blandede kjølemediumscykler som beskrevet ovenfor, reduserer propanlagerbeholdningen i propanforhåndskjølingssystemer, men krever mange varmevekslere og beholdere som øker det påkrevede arealet, og derfor ikke er egnet for offshore-anvendelser.

Den foreliggende oppfinnelsen rettes mot behovet for en naturgasskondenseringsprosess som utgjør et lite areal, som er egnet for offshore-anvendelser og som kan opereres med høy effektivitet uten propanforhåndskjøling i en cykel som er både kompakt og kostnadseffektiv. En naturgasskondenseringsprosess og system for å møte dette formålet er beskrevet nedenfor og definert i kravene som følger.

Oppfinnelsen angår også en fremgangsmåte for kondensering av en trykksatt fødegass kjennetegnet ved at den innbefatter: (a) avkjøling av den trykksatte fødegassen ved indirekte varmeveksling i en første varmevekslersone med et første fordampende blandet kjølemedium som blir fordampet ved et første i det vesentlige konstant trykk for å gi en avkjølt fødegass og en første blandet kjølemediumdamp; (b) videre avkjøling og kondensering av den avkjølte fødegassen ved indirekte varmeveksling i en andre varmevekslersone med et annet fordampende blandet kjølemedium som blir fordampet ved et andre i det vesentlige konstant trykk som gir et flytende produkt og en andre blandet kjølemediumdamp; (c) komprimere den første blandede kjølemediumdampen; og avkjøle, kondensere og avgasse den resulterende komprimerte første blandede kjølemediumdampen for å gi det første fordampende blandede kjølemediet;

og

(d) komprimere den andre blandede kjølemediumdampen; og avkjøle, kondensere og avgasse den resulterende komprimerte andre blandede kjølemediumdampen for å gi det andre fordampende blandede kjølemediet, hvori minst en del av kjølemediet for avkjøling og kondensering av den andre blandede kjølemediumdampen er tilveiebrakt ved indirekte varmeveksling i den første varmevekslersonen med det første fordampende flytende blandede kjølemediet.

Kompresjonen av den første blandede kjølemediumdampen i (c) kan utføres slik det kreves i minst to trinn med kompresjon som genererer minst en mellomtrinns to-fase kjølemediumstrøm; hvor mellomtrinns to-fase kjølemediumstrømmen separeres i en mellomstrøms kjølemediumsdamp og en mellomstrøms kjølemediumsvæske; mellomtrinns kjølemediumsdampen blir sammenpresset for å gi et ytterligere sammepresset kjølemedium; mellomtrinns væskekjølemediet pumpes for å gi et ytterligere trykksatt væskekjølemedium; det ytterligere sammenpressede kjølemediet og det ytterligere trykksatte flytende kjølemediet blir kombinert; og det resulterende kombinerte første blandede kjølemediet avkjøles, kondenseres, valgfritt underkjøles, og avgasses for å tilveiebringe det første fordampede blandede kjølemediet i (a).

I det minste en del av kjølemediet for avkjøling og kondensering av den første blandede kjølemediumdampen etter kompresjon kan tilveiebringes ved indirekte varmeveksling i den første varmevekslersonen med det første fordampende flytende blandede kjølemediet. Typisk blir det første fordampende blandede kjølemediet fordampet i et trykkområde på ca. 1 til ca. 30 bar absolutt og det andre fordampende blandede kjølemediet blir fordampet i et trykkområde på ca. 1 til ca. 15 bar absolutt.

Den første blandede kjølemediumdampen innbefatter normalt to eller flere komponenter utvalgt fra gruppen som består av nitrogen, metan, etan, etylen, propan, propylen, i-butan, butan, i-pentan, klorinerte hydrokarboner og fluorinerte hydrokarboner. Den andre blandede kjølemediumdampen innbefatter normalt to eller flere komponenter utvalgt fra gruppen som består av nitrogen, metan, etan, etylen, propan, propylen, i-butan, butan, i-pentan, klorinerte hydrokarboner og fluorinerte hydrokarboner.

Foretrukket blir den trykksatte fødegassen tilveiebrakt ved behandling av en trykksatt strøm av naturgass for å fjerne forurensninger utvalgt fra gruppen som består av vann, karbondioksid, svovelinneholdende forbindelser, kvikksølv og kvikksølvinneholdende forbindelser. Hvis påkrevet, kan hydrokarboner tyngre enn metan fjernes fra den trykksatte fødegassen ved

(1) tilsette den avkjølte fødegassen til et destillasjonskolonne ved et første sted og trekke ut derfra en metanrik overstrøm og en bunnstrøm med komponenter tyngre enn metan; og (2) separere bunnstrømmen for å oppnå en første hydrokarbonstrøm som innbefatter komponenter med opp til fire karbonatomer og en andre hydrokarbonstrøm som innbefatter komponenter med mer enn fire karbonatomer. Valgfritt kan denne fremgangsmåten videre innbefatte (3) avkjøle minst en del av den første hydrokarbonstrømmen ved indirekte varmeveksler i den første varmevekslersonen; og (4) kombinere den resulterende avkjølte hydrokarbonstrømmen med den

metanrike overstrømmen før videre avkjøling og kondensering ved indirekte varmeveksling i en andre varmevekslersone i (b).

Det flytende produktet i (b) kan være en metanrik væske, og det metanrike væskeproduktet kan avgasses og separeres for å gi et ytterligere anriket flytende metanprodukt og en avgasstrøm som innbefatter komponenter lettere enn metan.

En del av kjølemediet for avkjøling og kondensering av den andre blandede kjølemediumdampen etter kompresjon kan tilveiebringes i det minste delvis ved indirekte varmeveksling i en tredje varmevekslingssone med avgasstrømmen som innbefatter komponenter lettere enn metan. I tillegg kan en del av kjølemediet for avkjøling og kondensering av den andre blandede kjølemediumdampen etter kompresjon bli tilveiebrakt i det minste delvis ved indirekte varmeveksling i den andre varmevekslingssonen med det andre fordampende blandede kjølemediet.

Den andre blandede kjølemediumdampen etter kompresjon kan avkjøles ved indirekte varmeveksling i den første varmevekslingssonen og trekke ut derfra ved en første temperatur. Den resulterende avkjølte andre blandede kjølemediumsstrømmen kan tilsettes til den andre varmevekslersonen og ytterligere avkjøles deri ved indirekte varmeveksling. Den andre blandede kjølemediumdampen kan trekkes ut fra den andre varmevekslersonen ved en andre temperatur som foretrukket er lavere enn den første temperaturen og den resulterende ytterligere avkjølte andre blandede kjølemediumdampen blir foretrukket sammenpresset direkte uten forhåndsoppvarming.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen kan ytterligere innbefatte fjerning av hydrokarboner tyngre enn metan fra den trykksatte fødegassen før ytterligere avkjøling og kondensering ved indirekte varmeveksling i en andre varmevekslersone i (b) ved

(1) avkjøling av den trykksatte fødegassen og tilsetning av den resulterende

avkjølte fødegassen til en destillasjonskolonne og trekke ut derfra en metanrik overstrøm og en bunnstrøm som innbefatter komponenter tyngre enn metan;

(2) separere bunnstrømmen for å oppnå en første hydrokarbonstrøm som

innbefatter komponenter med opp til fire karbonatomer og en andre hydrokarbonstrøm som innbefatter komponenter med mer enn fire karbonatomer; (3) avkjøle den første hydrokarbonstrørnmen ved indirekte varmeveksling i den første varmevekslersonen; og (4) anvende minste en del av den resulterende avkjølte hydrokarbonstrømmen i (3) som refluks for destillasjonskolonnen i (1).

Valgfritt kan en del av den trykksatte fødegassen tilsettes til destillasjonskolonnen ved et andre sted som er under det første stedet.

Kompresjon av den første blandede kjølemediumdampen i (c) ovenfor kan utføres hvis påkrevet i minst to kompresjons trinn som genererer et mellomtrinns sammenpresset kjølemedium; det mellomtrinns sammenpressede kjølemediet blir avkjølt, delvis kondensert og separert i en mellomtrinns kjølemediumdamp og en mellomtrinns kjølemediumsvæske; mellomtrinns kjølemediumsdampen blir sammenpresset for å gi et ytterligere sammenpresset kjølemedium som avkjøles, kondenseres, valgfritt underkjøles og avgasses for å tilveiebringe det første fordampede blandede kjølemediet i (a) ovenfor; og mellomtrinns væskekjølemediet blir underkjølt og avgasset ved det første i det vesentlige konstante trykket for å gi ytterligere kjølemedium i den første varmevekslersonen.

Avkjølingen og kondenseringen av den andre blandede kjølemediumdampen etter kompresjon kan bevirkes ved indirekte varmeveksling i den første varmevekslersonen for å gi en delvis kondensert andre blandet kjølemediumstrøm som inneholder blandet mellomkjøledampmedium og blandet mellomkjølevæskemedium.

I et antall ytterligere og valgfrie trinn,

(1) den delvis kondenserte andre blandede

kjølemediumdampen blir separert for å gi et

andre blandet mellomkjøledampmedium og et

andre blandet mellomkjølevæskemedium,

(2) det andre blandede mellomkjøledampmediet blir avkjølt, kondensert, eventuelt underkjølt og avgasset for å gi det andre fordampende blandede kjølemediet i (b); og (3) det andre blandede mellomkjølevæskemediet blir underkjølt og avgasset

ved det andre i det vesentlige konstante trykket for å gi ytterligere kjøling i den andre varmevekslersonen.

Oppfinnelsen omfatter et system for kondensering av en trykksatt fødegass som innbefatter: (a) første varmevekslerutstyr for avkjøling av den trykksatte fødegassen, for avkjøling av et sammenpresset første blandet kjølemedium og for avkjøling av et sammenpresset andre blandet kjølemedium, hvori avkjølingen blir bevirket i det minste delvis ved indirekte varmeveksling med et første fordampende blandet kjølemedium som fordampes ved et første i det vesentlige konstant trykk, hvori avkjølingen gir en avkjølt trykksatt fødegass, et flytende første blandet kjølemedium og et avkjølt andre sammenpresset blandet kjølemedium og hvori det første fordampede blandede kjølemediet gir en første blandet kjølemediumdamp; (b) første kompresjonsutstyr for kompresjon av den første blandede kjølemediumdampen for å gi det komprimerte første blandede kjølemediet; (c) trykkreduksjonsutstyr for avgassing av det kondenserte første blandede kjølemediet for å gi det første fordampende blandede kjølemediet; (d) andre varmevekslerutstyr for ytterligere avkjøling og kondensering av den avkjølte fødegassen og for ytterligere avkjøling og kondensering av det avkjølte andre sammenpressede blandede kjølemediet, hvori avkjølingen bevirkes i det minste delvis ved indirekte varmeveksling med et andre fordampende blandet kjølemedium som fordampes ved et i det vesentlige konstant trykk, hvori avkjølingen gir et flytende produkt og kondensert andre blandet kjølemedium, og hvori det andre fordampende blandede kjølemediet gir en andre blandet kondensert damp; (e) andre kompresjonsutstyr for kompresjon av den andre blandede kjølemediumdampen for å gi det komprimerte andre blandede kjølemediet; (f) trykkreduksjonsutstyr for avgassing av det kondenserte andre blandede kjølemediet for å gj det andre fordampende blandede kjølemediet; og (g) rørutstyr for å tilsette den trykksatte fødegassen til det første varmevekslerutstyret,

overføring av den avkjølte fødegassen fra det første varmevekslerutstyret til det andre varmevekslerutstyret;

trekke ut et flytende produkt fra det andre varmevekslerutstyret,

overføre den første blandede kondenserte dampen fra det første varmevekslerutstyret til det første kompresjonsutstyret, og for overføring av den resulterende sammenpressede første blandede kjølemediumdampen fra det første kompresjonsutstyret til det første varmevekslerutstyret,

overføre det avkjølte andre sammenpressede blandede kjølemediet fra det første varmevekslerutstyret til det andre varmevekslerutstyret,

overføre den andre blandede kondenserte dampen fra det andre varmevekslerutstyret til det andre kompresjonsutstyret og for overføring av den resulterende sammenpressede andre blandede kjølemediumsdampen fra det andre kompresjonsutstyret til det første varmevekslerutstyret.

Det første kompresjonsutstyret kan innbefatte, hvis påkrevet,

minst to kompressortrinn og tilknyttet rørutstyr, et trinn som genererer et mellomtrinns komprimert kjølemedium,

en mellomtrinnskjøler hvori mellomtrinns komprimert kjølemedium blir avkjølt og delvis kondensert og dermed gir et to-fase mellomtrinns kjølemedium,

en separator og tilknyttet rørutstyr hvori to-fase mellomtrinns kjølemediet separeres i en mellomtrinns kjølemediumdamp og en mellomtrinns kjølemediumvæske;

et ytterligere kompressortrinn hvori mellomtrinns kjølemediumdampen komprimeres for å gi et ytterligere komprimert kjølemedium,

pumpe og tilknyttet rørutstyr for trykksetting av mellomtrinns kondensert væske, og rørutstyr for kombinering av den resulterende trykksatte mellomtrinns kjølemediumvæsken og det videre komprimerte kjølemediet for å gi det komprimerte første blandede kjølemediet i (a).

Systemet kan videre innbefatte

(1) destillasjons- og tilknyttet rørutstyr for tilsetning av den avkjølte trykksatte fødegassen til en destillasjonskolonne, hvori den avkjølte trykksatte fødegassen er en metanrik fødegass oppnådd fra naturgass, til en overstrøm ytterligere anriket på metan og en bunnstrøm som innbefatter komponenter tyngre enn metan;

(2) separasjonsutstyr og tilknyttet rørutstyr for separering av bunnstrømmen i

en lett hydrokarbonstrøm som innbefatter komponenter som har opp til fire karbonatomer og en tung hydrokarbonstrøm som innbefatter komponenter som har mer enn fire karbonatomer; (3) avkjølingsutstyr inne i det første varmevekslerutstyret for avkjøling av den lette hydrokarbonstrømmen; og (4) rørutstyr for kombinering av den resulterende avkjølte lette

hydrokarbonstrømmen i (3) med overstrømmen i (1) før ytterligere avkjøling og kondensering ved indirekte varmeveksling i det andre vekslerutstyret.

Valgfritt innbefatter systemet ytterligere rørutstyr for tilsetning av en porsjon av den trykksatte fødegassen til destillasjonskolonnen på et sted som er under stedet hvorved den avkjølte trykksatte fødegassen tilsettes destillasjonskolonnen.

Systemet kan også omfatte utstyr for fjerning av hydrokarboner tyngre enn metan fra den avkjølte trykksatte fødegassen, hvori den avkjølte trykksatte fødegassen er en metanrik fødegass oppnådd fra naturgass, før ytterligere avkjøling og kondensering ved indirekte varmeveksling i en andre vekslersone i (b), hvilket utstyr innbefatter

(1) en destillasjonskolonne for separering av den avkjølte trykksatte

fødegassen i en overstrøm som er ytterligere anriket på metan og en bunnstrøm av komponenter tyngre enn metan;

(2) separasjonsutstyr for separering av bunnstrømmen i en lett

hydrokarbonstrøm som inneholder komponenter som har tre eller færre karbonatomer og en tung hydrokarbonstrøm som innbefatter komponenter som har flere enn tre karbonatomer; (3) avkjølingsutstyr inne i det første varmevekslerutstyret for avkjøling av den lette hydrokarbonstrømmen; og (4) rørutstyr for tilsetning av en porsjon av den resulterende avkjølte hydrokarbonstrømmen i (3) som refluks for destillasjonskolonnen i (1).

Det første kompresjonsutstyret kan innbefatte hvis påkrevet

minst to kompressortrinn og tilsluttende rørustyr, et trinn av disse genererer et mellomtrinnskomprimert kjølemedium,

en mellomtrinnskjøler hvori mellomtrinnskomprimert kjølemedium blir avkjølt og delvis kondensert og derved gir et to-fase mellomtrinns kjølemedium,

en separator og tilknyttet rørutstyr hvori to-fase mellomtrinns kjølemediet separeres i en mellomtrinns kjølemediumdamp og en mellomtrinns

kjølemediumvæske, og

ytterligere et kompressortrinn hvori mellomtrinns kjølemediumdampen komprimeres for å gi et ytterligere komprimert kjølemedium.

Dette systemet vil ytterligere innbefatte

rørutstyr for å tilveiebringe det ytterligere komprimerte kjølemediet som det komprimerte første blandede kjølemediet som er avkjølt, kondensert og avgasset for å tilveiebringe det første fordampende blandede kjølemediet i (a) ovenfor,

rørutstyr overfører mellomtrinns kjølemediumvæsken til det første

varmevekslerutstyret,

varmeoverføirngsutstyr inne i det første varmevekslerutstyret for avkjøling av mellomtrinns kjølemediumvæske,

trykkreduksjonsutstyr for avgassing av den resulterende avkjølte mellomtrinns kjølemediumvæsken for å gi ytterligere fordampende blandet kjølemedium ved det første i det vesentlige konstante trykket, og

rørutstyr for tilsetning av det ytterligere fordampende blandede kjølemediet til det første varmeveklserutstyret for å tilveiebringe kjølemedium deri.

Systemet omfatter også

(1) en separator for separering av det avkjølte andre komprimerte blandede kjølemediet, når det avkjølte andre komprimerte blandede kjølemediet er delvis kondensert, for å gi et andre blandet mellomkjølemedium og et andre blandet mellomkjølevæskemedium; (2) varmeoverføirngsutstyr inne i det andre varmevekslerutstyret for å avkjøle det andre blandede mellomkjølevæskemediet; (3) trykkreduksjonsutstyr for avgassing av det resulterende underkjølte andre blandede mellomkjølevæskemediet for å tilveiebringe ytterligere fordampende blandet kjølemedium ved det andre i det vesentlige konstante trykket, og (4) rørutstyr for å tilsette det ytterligere fordampende blandede kjølemedium til det andre varmevekslerutstyret for å tilveiebringe kjøling deri. Fig. 1 er et skjematisk flytskjema av hovedutførelsesformen av den foreliggende oppfinnelsen. Fig. 2 er et skjematisk flytskjema av en første alternativ utførelsesform av den foreliggende oppfinnelsen. Fig. 3 er et skjematisk flytskjema av en andre alternativ utførelsesform av den foreliggende oppfinnelsen. Fig. 4 er et skjematisk flytskjema av en tredje alternativ utførelsesform av den foreliggende oppfinnelsen. Fig. 5 er et skjematisk flytskjema av en fjerde alternativ utførelsesform av den foreliggende oppfinnelsen.

Den foreliggende oppfinnelsen er en effektiv prosess og system for gasskondensering som er særlig anvendelig ved kondensering av naturgass på et skip, lekter eller offshore-plattform hvor plassen er begrenset. Oppfinnelsen minimaliserer både størrelsen og antall av påkrevde utstyrsenheter.

Ifølge oppfinnelsen anvendes doble blandede komponentkjølemedier for å tilveiebringe kjøling til systemet, og ikke propan eller andre enkle hydrokarbon forhåndskjølingssystemer er påkrevet. Høynivå eller varmekjøling er tilveiebrakt i et optimalt temperaturområde for fjerning av tyngre hydrokarboner fra føden ved destillasjon, og kjølingen blir tilveiebrakt ved et enkelt fordampende trykk for samtidig forhåndskjøling av naturgassføden og avkjøling av lavt nivå eller kaldt blandet kjølemedium.

Lavt nivå blandet kjølemedium tilveiebringer kjøling ved et enkelt fordampende trykk for å oppnå sluttavkjøling og kondensering av føden. Lavt nivå blandet kjølemediumdamp komprimeres kaldt ved omlag den minimale temperaturen tilveiebrakt ved høynivå blandetkjølemedium. Hvert blandet kjølemedium innbefatter en eller flere komponenter utvalgt fra nitrogen, metan, etan, etylen, propan, propylen, i-butan, butan, i-pentan og andre hydrokarboner. Andre forbindelser slik som klorerte og/eller fluorinerte hydrokarboner kan tilsettes det blandede kjølemediet.

Fremgangsmåten for å tilveiebringe høynivåkjøling ved anvendelse av et blandet komponenfkretsløp består av komprimering av en høynivåblandet komponentstrøm og avkjøling av den ved anvendelse av et eksternt kjølefluid slik som luft eller kjølevann. En del av det blandede kjølemediet kan gjøres flytende ved ekstern avkjøling mellom komprimeringstrinnene. I en effektiv utførelsesform av den foreliggende oppfinnelsen blir denne væsken pumpet, blandet med gassen som kommer ut av sluttrinnet av kompresjonen og avkjølt ved anvendelse av ekstern kjøling. En del av den komprimerte høynivåblandede kjølemediumstrømmen blir gjort flytende etter ekstern kjøling.

Minst en del av den komprimere og avkjølte blandede kjølemediumstrømmen blir videre avkjølt i en varmeveksler og deretter redusert i trykk og fordampet ved varmeveksling samtidig med avkjøling av fødegassen og lavnivåblandet kjølemedium. Den fordampede og oppvarmede blandede kjølemediumstrømmen blir komprimert og resirkulert. Ifølge oppfinnelsen tilveiebringer den høynivåblandede kjølemediumkretsen kjøling ved temperaturnivåer fra minst 20°C til -70°C som en del av den totale kjølingen som trengs for naturgasskondensering.

Fremgangsmåten ved å tilveiebringe lavnivåkjøling ved anvendelse av en blandet komponentkrets består av komprimering av en blandet komponentstrøm og avkjøling av den komprimerte strømmen ved anvendelse av et eksternt kjølefluid slik som luft eller kjølevann. Minst en del av den komprimerte og avkjølte blandede kjølemediumstrømmen blir videre avkjølt i en varmeveksler ved anvendelse av høynivå blandet kjølemedium og blir etter videre avkjøling redusert i trykk (avgasset) og fordampet ved varmeveksling mot den kjølende og kondenserende fødegasstrømmen. Den fordampede og oppvarmede blandede kjølemediumstrømmen blir komprimert kald uten ytterligere varmeveksling og resirkulert.

Hovedutførelsesformen av oppfinnelsen er illustrert i fig. 1. Fødegass 90, typisk en metaninneholdende gass og foretrukket naturgass, ved et trykk opp til 300 bar absolutt (alle trykk rapportert heri er absolutte trykk) tørkes og renses ved fremgangsmåter i forhåndsbehandlingsseksjon 100 for fjerning av sure gasser slik som CO2 og H2S samtidig med andre forurensninger slik som kvikksølv eller kvikksølvinneholdende forbindelser.

Forhåndsbehandlet gass 102 kommer inn i den første varmeveklseren eller varmevekslersonen 104 og avkjøles deri til en intermediattemperatur på ca. -20°C til -70°C. Det virkelige temperaturnivået ved dette kjøletrinnet avhenger av fødesammensetningen og ønsket LNG-produktspesifikasjon (f.eks. oppvarmingsverdi), og blir noen ganger bestemt av et ønske om å oppnå en viss effektsplitt mellom kompresjonsforbruket. Avkjøling i varmeveksler 104 bevirkes ved oppvarming og fordampning av høynivå blandet kjølemediumstrøm 110, som typisk inneholder et eller flere hydrokarboner utvalgt fra metan, etan, propan, i-butan, butan og mulig i-pentan, og kan inneholde andre komponenter slik som nitrogen.

Avkjølt fødestrøm 108 tilsettes til kokestripper eller skrubbkolonne 106 for fjerning av hydrokarboner tyngere enn metan. Bunnproduktstrøm 112 kommer inn i fraksjoneirngsseksjon 114 i hvilken pentan og tyngre komponenter separeres og utvinnes i strøm 116. En del av bunnstrømmen fra skrubbkolonnen 106 fordampes i varmer 172 for å oppkoking eller strippegass til kolonnen. Butan og lettere komponenter utvinnes som strøm 118, som blir avkjølt i varmeveksler 104 og kombineres med overproduktet til skrubbkolonne 106 for å gi forhåndskjølt fødestrøm 120. Alternativt, avhengig av LNG-produktspesifikasjonene, kan fraksjonering utføres slik at strøm 118 inneholder propan og lettere komponenter.

Forhåndsavkjølt fødestrøm 120 blir videre avkjølt og kondensert i varmeveksler 122 ved indirekte varmeveksling ved oppvarming og fordampning av lavnivå blandet kjølemediumstrøm 124. Den resulterende kondensete produkstrømmen 121, typisk kondensert naturgass (LNG), blir avgasset ved adiabisk trykkreduksjon til et lavt trykk over trottlingventilen 126. Alternativt kan trykket til kondensasjonsprodukstrøm 121 reduseres ved arbeidsekspansjon over en turboekspander.

LNG-produktstrømmen med redusert trykk blir tilsatt lagringstank 128, fra hvilken endelig kondensert produktstrøm 130 blir trukket ut. I noen tilfeller, avhengig av naturgassfødesammensetningen og temperaturen til strøm 121 fra varmeveksler 122, kan en signifikant mengde av lett gass 132 utvikles etter avgassing over ventil 126. Avgassingsgasstrøm 132 blir typisk varmet opp, f.eks. i varmeveksler 162, og komprimeres i avgasskompressor 134 for anvendelse som drivstoffgass.

Kjøling for å kjøle naturgassføden fra omgivelsestemperatur til en temperatur på ca. -20°C til -70°C blir tilveiebrakt ved en høyniå multikkomponent kjølingsloop som nevnt ovenfor. Strøm 136 er høynivå blandet kjølemedium ettter kompresjon og avkjøling og inneholder typisk noe kondenserte væske. Strømmen kommer inn i varmeveksler 104 ved omgivelsestemperatur og et hevet trykk typisk over ca. 3 bar absolutt og kondenseres, avkjøles og valgfritt underkjøles til en temperatur på ca. -20°C til -70°C som komer ut som strøm 138. Strøm 138 avgasses adiabatisk til et lavt trykk i området på ca. 1 til ca. 30 bar absolutt over trottlingsventil 150 og redusert trykkstrøm 110 blir tilsatt til den kalde enden av varmeveksler 104. Alternativt kan trykket av avkjølt kjølemediumstrøm 138 reduseres ved arbeidsekspansjon over en turboekspander. Avgassingstrinnet, som er definert som enten isenfalpaltisk eller i det vesentlige isentropisk trykkreduksjon, kan omfatte avkjøling eller fordampning og kan oppnås enten ved trottling over en trykkreduserende ventil eller ved arbeidekspansjon i en turboekspander eller ekspansjonsmotor.

Avgasset høynivå kjølemediumstrøm 110 blir varmet og fordampet i varmeveksler 104, og forlater veksleren som dampkjølemediumstrøm 140, foretrukket ved en temperatur under temperturen av komprimsert kjølemediumstrøm 136 som kommer tilbake til varmeveksler 104. Dampkjølemediumstrøm 140 blir komprimert i multitrinns mellomkjølt kompressor 142 til et trykk over ca. 3 bar absolutt. Væske 144 kan dannes i mellomkjøler(e) til trinnvis kompressor 142, og hvis så er tilfellet, foretrukket pumpes og kombineres med komprimert kjølemediumdamp 146 fra det siste trinnet til kompressoren 142. Kombinert kjølemediumstrøm 148 avkjøles til nær omgivelsestemperatur for å tilveiebringe høynivåblandet kjølemediumstrøm 136 som tidligere beskrevet. Mer enn to trinns kompresjon kan anvendes hvis nødvendig.

De kombinerte trinnene ved kondensering av væske mellom komprimeringstrinnene, pumping av den kondenserte væsken til trykket til etterfølgende komprimeringstrinndamputslipp, kombinering av damp og væskestrømmer og avkjøling av den kombinerte strømmen øker effektiviteten til den totale gasskondenseringscyklusen. Dette er mulig ved en reduksjon i massestrømmen av gass komprimert ved følgende komprimeirngstrinn og et redusert kjølvebehov i varmeveksler 104.

Sluttavkjøling av fødegasstrøm 120 fra ca. -20°C til -70°C til

sluttkondensasjonstemperaturen blir oppnådd ved anvendelse av en lavnivå blandet kjølemediumloop som inneholder kjølemediumkomponenter som tidligere beskrevet. Kompresjons lavnivå blandet kjølemediumstrøm 152 ved ca. omgivelsestemperatur og et trykk større enn ca. 3 bar absolutt kommer inn i varmeveksler 104 og avkjøles deri ved indirekte varmeveksling til en temperatur på ca. -20°C til -70°C, som kommer ut som avkjølt lavnivå blandet kjølemediumstrøm 154.

Kjølemediumstrøm 154 blir videre avkjølt og valgfritt underkjølt i varmeveksler 122 til en sluttemperatur under -125°C, og den avkjølte strømmen 158 blir avgasset isentalpisk over trottlingsventil 156 til et trykk på ca. 3,3 bar absolutt. Alternativt kan trykket av avkjølt strøm 158 reduseres ved arbeidsekspansjon over turboekspanderen eller reciprokatekspansjonsmotor. En liten del av kjølemediumstrøm 154, som strøm 160, kan avkjøles i varmeveksler 162 ved avgassingsgasstrøm 132.

Avgassings lavnivå blandet kjølemediumstrøm 124 blir tilsatt til den kalde enden av varmeveksler 122, hvor den fordamper for å gi kjøling deri. Damp lavnivå kjølemediumstrøm 164 forlater varmeveksler 122 ved en temperatur under temperaturen til avkjølt kjølemediumstrøm 154 som kommer tilbake til varmeveksler 122. Fordampet kjølemediumstrøm 164 blir deretter komprimert direkte i fler-trinns mellomkjølt kompressor 166 til større enn ca. 5 bar absolutt for å gi lavnivå blandet kjølemediumstrøm 152. Fordampet lavnivå blandet kjølemediumstrøm 164 blir ikke anvendt til å forhåndskjøle fødegassen eller andre prosesstrømmer, og passerer derfor direkte til kompresjon uten forhåndsoppvarming.

Varmeveksler 104 og 122 kan anvende en hvilken som helst egnet varmevekslingsanordning slik som viklet spole, skjell og rør, eller platefine vekslere kjente i litteraturen. Viklede spolevekslere er foretrukket for deres kompakte dimensjoner og effektive varmeoverføirngsytelse.

En alternativ utførelsesform av den foreliggende oppfinnelsen er gitt i fig. 2.1 denne utførelsesformen blir damp 118 som inneholder butan eller lettere komponenter resirkulert til veksler 104, avkjølt deri, og oppdelt i to porsjoner 268 og 270. Del 268 anvendes som re fluks i skrubbkolonne 106 for fjerning av tunge komponenter slik som benzen til svært lave nivåer. Gjenværendel 270 kombineres med topproduktet til skrubbkolonne 106 som gir forhåndskjølt fødestrøm 120. De relative strømmene av strømmene 268 og 270 vil avhenge av fødesammensetningen og den påkrevde graden av forurensningsfjerning fra fødestrømmen. Alternativt kan systemet opereres slik at strøm 118 inneholder fortrinnsvis propan og lettere komponenter.

En andre alternativ utførelsesform av den foreliggende oppfinnelsen er gitt i fig. 3 hvori en liten del 374 av varm naturgassføde 102 mates direkte til skrubbkolonne 106 under toppstedet for fødestrøm 108 heller enn at den blir avkjølt i veksler 104. Dette alternativet reduserer mengden av ekstern varme som kreves i kokeveksleren 172 til skrubbkolonne 10 for å generere strippedamp. Dette alternativet nedsetter også kjølebelastningen i veksler 104 og er fordelaktig når føde 102 inneholder høye nivåer av tyngre hydrokarboner og når væske fraksjonen av damp 108 er høy.

En tredje alternativ utførelsesform av den foreliggende oppfinnelsen er gitt i fig. 4.1 denne utførelsesformen blir høynivå flytende kjølemedium 144 som kondenserer mellom trinn i kompressor 142 matet direkte til veksler 404 heller enn å bli pumpet og tilsatt kompressorutslippet som i fig. 1. Det komprimerte dampkjølemediet 146 avkjøles og mates som strøm 436 til veksler 404, i hvilken den blir avkjølt og valgfritt underavkjølt til en temperatur på ca. -30°C til -70°C, avgasset over trottlingventil 450 og matet til veksler 404 som damp 410. Mellomtrinns kjølemediumvæskestrøm 144 mates til veksler 404, avkjøles og valgfritt underavkjøles deri til en temperatur varmere enn damp438, avgasses over trottlingventil 468 og tilsettes veksler 404 ved en intermediatposisjon i veksler 404. Trykkfall over hver av trottlingventilene 450 og 468 blir valgt slik at avgassingsfluidene fordamper ved i det vesentlige samme trykk.

Begrepet "i det vesentlige samme trykk" slik det anvendes heri betyr at trykket til det fordampende kjølemediet varierer inne i en veksler bare ved små hydrauliske eller pneumatiske trykkfall eller variasjoner forårsaket av strømmende væske eller damp. Kjølemediet blir ikke fordampet i separate varmevekslerrør eller soner ved forskjellige trykk som beskrevet i mange av prosessene tidligere beskrevet i litteraturen. Utførelsesformen i fig. 4 kan opereres ved ca. 3%-4% høyere effektivitet enn utførelsesformen i fig. 1, men ved høyere kapitalkostnad. Også varmeveksler 404 vil være høyere for et gitt overflateareal, som potentielt nedsetter attraksjonen ved skip eller lektermonterte anvendelser.

En fjerde alternativ utførelsesform av den foreliggende oppfinnelsen er illustrert i fig. 5, hvori avkjølt lavnivå blandet kjølemediumstrøm 154 er en to-fase strøm som separeres i dampstrøm 568 og væskestrøm 570 i trommel 576. Disse kjølemediumstrømmene tilsettes separat til varmeveksler 522. Dampkjølemediumstrøm 568 blir kondensert og valgfritt underavkjølt til en lav temperatur og blir avgasset isentalpisk over trottlingventil 556 som gir kjølemediumstrøm 524, som blir tilsatt til den kalde enden av varmeveksler 522 hvor den fordampes for å gi en del av kjølemediet for produktkondensering. Væskekjølemediumstrøm 570 blir underavkjølt i varmeveksler 522 til en temperatur varmere enn strøm 558 og blir avgasset adiabatisk over trottlingventil 572 til lavtemperatur kjølemediumstrøm 574, som blir tilsatt til et intermediatpunkt til varmeveksler 522, hvor den fordampes for å tilveiebringe restdelen av kjølingen for produktkondensering. Fordampningstrykket til de to kjølemediumstrømmene i varmeveksleren er typisk i området fra ca. en til ca. 30 bar absolutt.

Utførelsesformen i fig. 5 fremviser ca. 4% høyere effektivitet enn utførelsesformen i fig. 1, men vil ha en høyere kapitalkostnad. Også varmeveksler 522 vil være høyere for et gitt plotareal, som potentielt nedsetter attraksjonen for skip eller lektermonterte applikasjoner.

EKSEMPEL

En naturgasskondenseringsprosess ifølge fig. 1 ble simulert i varme og materialbalanseberegninger for å illustrere den foreliggende oppfinnelsen. Naturgassføde 60 blir først renset og tørket i forhåndsbehandlingsseksjon 100 for fjerning av sure gasser slik som CO2 og H2S samtidig med andre forurensninger slik som kvikksølv. Forhåndsbehandlet fødegass 102 ved en strømningshastighet på 17470 kg-mol/t, et trykk på 52 bar absolutt og en temperatur på 38°C har en molar sammensetning som gitt i tabell 1 nedenfor.

Forhåndsbehandlet fødegass 102 blir forhåndsavkjølt i varmeveksler 104 til en temperatur på -36°C og forhåndsavkjølt fødestrøm 108 kommer inn i skrubberkolonne 106. Avkjølingen i varmeveksler 104 blir bevirket ved oppvarming og fordampning av høynivå blandet kjølemediumstrøm 110 ved en strøm på 25433 kg-mol/t. Sammensetningen av kjølemediestrømmen 110 er som følger (i molfraksjoner): metan 0,01; etan 0,47; propan 0,06; i-butan 0,16 og butan 0,30.

Pentan og tyngre komponenter i føden blir fjernet i skrubberkolonne 106. Bunnprodukt 112 i skrubberkolonne 106 kommer inn i fraksjoneringsseksjon 114 hvori komponenter tyngre enn propan utvinnes som strøm 116. Propan og lettere komponenter utvinnes som strøm 118 som avkjøles til -36°C i varmeveksler 104 og kombineres en gang til med topproduktet i skrubberkolonnen for å danne forhåndsavkjølt fødestrøm 120 ved en strømningshastighet på 17315 kg-mol/t.

Forhåndsavkjølt fødestrøm 120 blir videre avkjølt og kondensert i varmekjøler 122 til

en temperatur på -162°C ved indirekte varmeveksling med oppvarming og fordampning av lavnivå blandet kjølemediumstrøm 124, som kommer inn i varmeveksler 122 ved en molar strømningshastighet på 28553 kg-mol/t, en temperatur på -164°C, et trykk på 3,35

bar absolutt. Sammensetningen av kjølestrøm 120 er som følger (i molfraksjoner): nitrogen 0,14; metan 0,35; etan 0,41 og propan 0,10.

Den resulterende kondenserte naturgass (LNG) strømmen (121) blir deretter avgasset adiabatisk over trottlingventil 126 til dens boblepunkttrykk på 1,05 bar absolutt. Den avgassede LNG-strømmen kommer inn i tank 128 fra hvilken slutt LNG-produktstrøm 130 blir trukket. I dette eksempelet blir det ikke utviklet lett gass 132 etter avgassing over ventil 126 slik at varmeveksler 162 og kompressor 134 er ikke påkrevet.

Kjøling for å avkjøle naturgasstrøm 102 fra omgivelsestemperatur til en temperatur på

-36°C er tilveiebrakt ved en høynivå multikomponent kjøleloop som beskrevet tidligere. Høynivå blandet kjølemediumstrøm 136 kommer inn i varmeveksler 104 ved en temperatur på 38°C og et trykk på 24 bar absolutt. Den blir avkjølt til en temperatur på -36°C i varmeveksler 104 og deretter avgasses over trottlingventil 150 for å gi redusert trykkjølemediumstrøm 110 ved en temperatur på -38°C. Strøm 110 varmes opp og fordampes i varmeveksler 104 og kommer ut derfra ved 34°C og 3,8 bar absolutt som kjølemediumdampstrøm 140. Denne lavtrykk kjølemediumdampen blir komprimert i 2-trinns mellomkjølt kompressor 142 til et sluttrykk på 24 bar absolutt. Væske 144 dannet i mellomkjøleren til kompressoren pumpes og kombineres en gang til med det komprimerte kjølemedieet 146 fra sluttkompresjonstrinnet. Væskestrømmen til den kombinerte kjølemediumstrøm 148 er 12870 kg-mol/t. Sluttavkjøling av naturgassføden fra -36°C til ca. -162°C i varmeveksler 122 er tilveiebrakt ved en lavnivå multikomponent kjøleloop som nevnt ovenfor. Komprimert lavnivåblandet kjølemediumstrøm 152 kommer inn i varmeveksler 104 ved en temperatur på 38°C og et trykk på 55 bar absolutt, hvor den blir avkjølt til en temperatur på -36°C som strøm 154. Dette forhåndsavkjølte lavnivå kjølemediet blir videre avkjølt til en temperatur på -162°C i varmeveksler 122 som gir strøm 158, som blir avgasset over trottlingventil 156. Redusert trykkjølemediumstrøm 124 blir deretter varmet opp og fordampet i varmeveksler 122, som til slutt kommer ut fra varmeveksler 122 ved -39°C og 3,25 bar absolutt som strøm 164. Denne lavtrykks dampkjølemedium-strømmen blir deretter komprimert i 3-trinns mellomkjølt kompressor 166 til et sluttrykk på 55 bar absolutt.

Således tilveiebringer den foreliggende oppfinnelsen kondensering av fødegass ved anvendelse av et minimum antall varmevekslere og anvender blandede kjølemedier, hvori hvert kjølemedium blir fordampet ved et i det vesentlige konstant trykk i hver av varmevekslerne. Disse karakteristika reduserer prosesskompleksiteten og påkrevet område for anlegget sammenlignet med kjente kondenseringsprosesser. Hver av de tidligere beskrevne kjente prosessene anvender minst to kjølemediumfordampningstrykknivåer i minst en av varmevekslerne ved lavnivå og høynivå avkjølingsprosessen. Prosessen og systemet ifølge oppfinnelsen er særlig godt egnet for isolasjoner på skip, lektere og offshore-plattformer på grunn av forenklede prosesstrekk og minimale krav til areal for anlegget.

Den foreliggende oppfinnelsen omfatter trekk hvori fødeforhåndsavkjøling, lavnivå kjølemediumforhåndsavkjøling og høynivå kjølemediumsavkjøling blir bevirket i en enkelt varmeveksler mot høynivå kjølemediumfordampning ved et enkelt i det vesentlige konstant trykk. I tillegg krever ikke prosessen en separat fødeforhåndsavkjølingvarmeveksler, siden fødeforhåndsavkjølingen oppnås i kombinasjon med lavnivå kjølemediumavkjøling og høynivå flytende kjølemediumavkjøling. Lavnivåblandet kjølemedium blir ikke anvendt for å forhåndsavkjøle fødegassen og passerer derfor direkte til komprimering uten forhåndsoppvarming. Dette resulterer i en kompressor som krever færre mellomkjølere for et gitt totalt trykkforhold, siden trykkforholdet i det første trinnet kan være relativt høyt.

De vesentlige kjennetegnene på den foreliggende oppfinnelsen er beskrevet fullstendig i den tidligere beskrivelsen. Fagfolk kan forstå oppfinnelsen å gjøre forskjellige modifikasjoner uten å fjerne seg fra den grunnleggende ånden til oppfinnelsen, og uten å avvike fra omfanget og ekvivalenter av kravene som følger.

Claims

1. Fremgangsmåte for kondensering av en trykksatt fødegass, karakterisert ved at den innbefatter: (a) avkjøling av den trykksatte fødegassen ved indirekte varmeveksling i en første varmevekslersone med et første fordampende blandet kjølemedium som blir fordampet ved et første i det vesentlige konstant trykk for å gi en avkjølt fødegass og en første blandet kjølemediumdamp; (b) videre avkjøling og kondensering av den avkjølte fødegassen ved indirekte varmeveksling i en andre varmevekslersone med et annet fordampende blandet kjølemedium som blir fordampet ved et andre i det vesentlige konstant trykk som gir et flytende produkt og en andre blandet kjølemediumdamp; (c) komprimere den første blandede kjølemediumdampen; og avkjøle, kondensere og avgasse den resulterende komprimerte første blandede kjølemediumdampen for å gi det første fordampende blandede kjølemediet; og (d) komprimere den andre blandede kjølemediumdampen; og avkjøle, kondensere og avgasse den resulterende komprimerte andre blandede kjølemediumdampen for å gi det andre fordampende blandede kjølemediet, hvori minst en del av kjølemediet for avkjøling og kondensering av den andre blandede kjølemediumdampen er tilveiebrakt ved indirekte varmeveksling i den første varmevekslersonen med det første fordampende flytende blandede kjølemediet.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at komprimeringen av den første blandede kjølemediumdampen i (c) utføres i minst to trinn med kompresjon som genererer minst en mellomtrinns to-fase kjølemediumstrøm; mellomtrinns to-fase kjølemediumstrømmen separeres i en mellomstrøms kjølemediumdamp og en mellomstrøms kjølemediumvæske; mellomtrinns kjølemediumdampen komprimeres for å gi et ytterligere komprimert kjølemedium; flytende mellomtrinns kjølemedium pumpes for å gi et ytterligere trykksatt flytende kjølemedium; det ytterligere komprimerte kjølemediet og det ytterligere trykksatte flytende kjølemediet kombineres og det resulterende komprimerte første blandede kjølemediet avkjøles, kondenseres, underkjøles og avgasses for å gi det første fordampende blandede kjølemediet i (a).

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at minst en del av kjølingen for avkjøling og kondensering av den første blandede kjølemediumdampen etter kompresjon blir tilveiebrakt ved indirekte varmeveksling i den første varmevekslersonen med det første fordampende flytende blandede kjølemediet.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at den videre innbefatter fjerning av hydrokarboner tyngre enn metan fra den trykksatte fødegassen ved å (1) tilsette den avkjølte fødegassen til et destillasjonskolonne på et første sted, og trekke ut en metanrik overstrøm og en bunnstrøm av komponenter større enn metan, (2) separere bunnstrømmen for å oppnå en første hydrokarbonstrøm som innbefatter komponenter med opp til fire karbonatomer og en andre hydrokarbonstrøm som innbefatter komponenter med mer enn fire karbonatomer.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved aten del av kjølingen for avkjøling og kondensering av den andre blandede kjølemediumdampen etter kompresjon blir tilveiebrakt i det minste delvis ved indirekte varmeveksling i den andre varmevekslersonen med det andre fordampende blandede kjølemediet.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at den andre blandede kjølemediumdampen etter komprimering avkjøles ved indirekte varmeveksling i den første varmevekslersonen og blir trukket ut derfra ved en første temperatur, den resulterende avkjølte andre blandede kjølemediumstrømmen tilsettes til den andre varmevekslersonen og blir videre avkjølt ved indirekte varmeveksling, den andre blandede kjølemediumdampen blir trukket ut fra den andre varmevekslersonen ved en andre temperatur som er lavere enn den første temperaturen, og den resulterende ytterligere avkjølte andre blandede kjølemediumdampen blir sammenpresset direkte uten forhåndsoppvarming.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at den videre innbefatter fjerning av hydrokarboner tyngre enn metan fra den trykksatte fødegassen før ytterligere avkjøling og kondensering ved indirekte varmeveksling i en andre varmevekslersone i (b) ved (1) avkjøling av den trykksatte fødegassen og tilsetning av den resulterende avkjølte fødegassen til en destillasjonskolonne og trekke ut derfra en metanrik overstrøm og en bunnstrøm som innbefatter komponenter tyngre enn metan; (2) separere bunnstrømmen for å oppnå en første hydrokarbonstrøm som innbefatter komponenter med opp til fire karbonatomer og en andre hydrokarbonstrøm som innbefatter komponenter med mer enn fire karbonatomer; (3) avkjøle den første hydrokarbonstrømmen ved indirekte varmeveksling i den første varmevekslersonen; og (4) anvende minste en del av den resulterende avkjølte hydrokarbonstrømmen i (3) som refluks for destillasjonskolonnen i (1).

8. Fremgangsmåte ifølge krav 4, karakterisert ved at den videre innbefatter tilsetning av en del av den trykksatte fødegassen til en destillasjonskolonne på et andre sted som er under det første stedet.

9. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at komprimeringen av den første blandede kjølemediumdamen i (c) utføres i minst to trinn med komprimering som genererer et mellomtrinns komprimert kjølemedium; mellomtrinns komprimert kjølemedium blir avkjølt, delvis kondensert og separert i en mellomtrinns kjølemediumdamp og en mellomtrinns kjølemediumvæske; mellomtrinns kjølemediumdampen blir komprimert for å gi et ytterligere komprimert kjølemedium som blir avkjølt, kondensert, valgfritt underkjølt, og avgasset for å gi det første fordampende blandede kjølemediet i (a); og det flytende mellomtrinns kjølemediet blir underkjølt og avgasset ved det første i det vesentlige konstante trykket for å gi ytterligere kjøling i den første varmevekslersonen.

10. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at kjølingen og kondenseringen av den andre blandede kjølemediumdampen som etterfølger komprimering blir bevirket ved indirekte varmeveksling i den første varmevekslersonen for å gi en delvis kondensert andre blandet kjølemediumstrøm som inneholder andre blandede mellomkjøledampmedium og andre blandede mellomkjølevæskemedium og hvor (1) den delvis kondenserte andre blandede kjølemediumdampen blir separert for å gi et andre blandet mellomkjøledampmedium og et andre blandet mellomkjølevæskemedium, (2) det andre blandede mellomkjøledampmediet blir avkjølt, kondensert, eventuelt underkjølt og avgasset for å gi det andre fordampende blandede kjølemediet i (b); og (3) det andre blandede mellomkjølevæskemediet blir underkjølt og avgasset ved det andre i det vesentlige konstante trykket for å gi ytterligere kjøling i den andre varmevekslersonen.

11. System for utførelse av fremgangsmåten ifølge krav 1, karakterisert ved at den innbefatter: (a) første varmevekslerutstyr (104) for avkjøling av den trykksatte fødegassen (102), for avkjøling av et komprimert første blandet kjølemedium (136,149) og for avkjøling av et komprimert andre blandet kjølemedium (152), hvori avkjølingen blir bevirket i det minste delvis ved indirekte varmeveksling med et første fordampende blandet kjølemedium som fordampes ved et første i det vesentlige konstant trykk, hvori avkjølingen gir en avkjølt trykksatt fødegass (120), et kondensert første blandet kjølemedium (154) og et avkjølt andre komprimert blandet kjølemedium og hvori det første fordampede blandede kjølemediet gir en første blandet kjølemediumdamp (140); (b) første komprimeirngsutstyr (142) for komprimering av den første blandede kjølemediumdampen (140) for å tilveiebringe det komprimerte første blandede kjølemediet; (c) trykkreduksjonsutstyr (150) for avgassing av det kondenserte første blandede kjølemediet (138) for å tilveiebringe det første fordampende blandede kjølemediet (110); (d) andre varmevekslerutstyr (122) for ytterligere avkjøling og kondensering av den avkjølte fødegassen (120) og for ytterligere avkjøling og kondensering av det avkjølte andre komprimerte blandede kjølemediet (154), hvori avkjølingen blir bevirket ved i det minste delvis indirekte varmeveksling med et andre fordampende blandet kjølemedium (124) som blir fordampet ved et andre i det vesentlige konstant trykk, hvori avkjølingen gir et flytende produkt (121) og kondensert andre blandet kjølemedium (158), og hvori det andre fordampende blandede kjølemediet (124) gir en andre blandet kjølemediumdamp (169); (e) andre komprimeirngsutstyr (166) for komprimering av den andre blandede kjølemediumdampen (164) for å tilveiebringe det komprimerte andre blandede kjølemediet; (f) trykkreduksjonsutstyr (156) for avgassing av det kondenserte andre blandede kjølemediet (158) for å tilveiebringe det andre fordampende blandede kjølemediet (124); og (g) rørutstyr for tilsetting av den trykksatte fødegassen (102) til det første varmevekslerutstyret (104); overføre den avkjølte fødegassen fra det første varmevekslerutstyret (104) til andre varmevekslerutstyret (122); trekke ut et flytende produkt (121) fra det andre varmevekslerutstyret (122), overføre den første blandede kjølemediumdampen fra det første varmevekslerutstyret (104) til det første kompresjonsutstyret(142), og for overføring av den resulterende komprimerte første blandede kjølemediumdampen (148) fra det første kompresjonsutstyret (142) til det første varmevekslerutstyret (104), overføre det avkjølte andre komprimerte blandede kjølemediet (154) fra det første varmevekslerutstyret (104) til det andre varmevekslerutstyret (122), og overføre den andre blandede kjølemediumdampen (164) fra det andre varmevekslerutstyret (122) til det andre kompresjonsutstyret (166) og for overføring av den resulterende komprimerte andre blandede kjølemediumdampen (152) fra det andre kompresjonsutstyret (160) til det første varmevekslerutstyret (104).

12. System ifølge krav 11, karakterisert ved at det første kompresjonsutstyret (142) innbefatter minst to kompressortrinn og tilknyttet rørutstyr, et trinn av disse genererer et mellomtrinns komprimert kjølemedium, en mellomtrinnskjøler hvori det mellomtrinns komprimerte kjølemediet avkjøles og delvis kondenseres og derved gir et to-fase mellomtrinns kjølemedium, en separator og tilknyttet rørutstyr hvori to-fase mellomtrinns kjølemediet separeres i en mellomtrinns kjølemediumdamp og en mellomtrinns kjølemediumvæske; et ytterligere kompressortrinn hvori mellomtrinns kjølemediumdampen komprimeres for å gi et ytterligere komprimert kjølemedium (146), pumpe og tilknyttet rørutstyr for trykksetting av mellomtrinns kjølemediumvæsken (144), og rørutstyr for kombinering av den resulterende trykksatte mellomtrinns kjølemediumvæsken og det ytterligere komprimerte kjølemediet for å gi det komprimerte første blandede kjølemediet (148,136)i (a).

13. System ifølge krav 11, karakterisert ved at det videre innbefatter (1) destillasjons- og tilknyttet rørutstyr for tilsetning av den avkjølte trykksatte fødegassen til en destillasjonskolonne (106), hvori den avkjølte trykksatte fødegassen (102) er en metanrik fødegass oppnådd fra naturgass, til en overstrøm som er ytterligere anriket på metan og en bunnstrøm (112) som innbefatter komponenter tyngre enn metan; (2) separeringsutstyr og tilknyttet rørutstyr (114) for separering av bunnstrømmen (112) i en lett hydrokarbonstrøm (118) som innbefatter komponenter som har fire eller flere karbonatomer og en tung hydrokarbonstrøm (116) som innbefatter komponenter som har mer enn fire karbonatomer; (3) avkjølingsutstyr inne i det første varmevekslerutstyret for avkjøling av den lette hydrokarbonstrømmen (118); og (4) rørutstyr for kombinering av den resulterende avkjølte lette hydrokarbonstrømmen i (3) med overstrømmen i (1) før ytterligere avkjøling og kondensering ved indirekte varmeveksling i det andre vekslerutstyret (122).

14. System ifølge krav 13, karakterisert ved at det videre innbefatter rørutstyr for tilsetting av en del av den trykksatte fødegassen (108) til destillasjonskolonnen på et sted som er under stedet hvorved den avkjølte trykksatte fødegassen (268) blir tilsatt destillasjonskolonnen (106).

15. System ifølge krav 11, karakterisert ved at det videre innbefatter utstyr for fjerning av hydrokarboner tyngre enn metan fra den avkjølte trykksatte fødegassen (102), hvori den avkjølte trykksatte fødegassen er en metanrik fødegass oppnådd fra naturgass (90), før ytterligere avkjøling og kondensering ved indirekte varmeveksling i en andre vekslersone (122) i (d), hvilket utstyr omfatter (1) en destillasjonskolonne (106) for separering av den avkjølte trykksatte fødegassen (108) i en overstrøm som er ytterligere anriket på metan og en bunnstrøm (112) av komponenter tyngre enn metan; (2) separasjonsutstyr for separering av bunnstrømmen i en lett hydrokarbonstrøm (118) som inneholder komponenter som har tre eller færre hydrokarbonatomer og en tung hydrokarbonstrøm (116) som innbefatter komponenter som har flere enn tre karbonatomer; (3) avkjølingsutstyr inne i det første varmevekslerutstyret for avkjøling av den lette hydrokarbonstrømmen; og (4) rørutstyr for tilsetting av en del av den resulterende avkjølte hydrokarbonstrømmen i (3) som refluks (268) for destillasjonskolonnen i (1).

16. System ifølge krav 11, karakterisert ved at det første kompresjonsutstyret (142) innbefatter minst to kompressortrinn og tilknyttet rørustyr, et trinn av disse genererer et mellomtrinns komprimert kjølemedium, en mellomtrinnskjøler hvori mellomtrinns komprimert kjølemedium avkjøles og delvis kondensert derved og gir et to-fase mellomtrinns kjølemedium, en separator og tilknyttet rørutstyr hvori to-fase mellomtrinns kjølemediet separeres i en mellomtrinns kjølemediumdamp og en mellomtrinns kjølemediumvæske (144), og et ytterligere kompressortrinn hvori mellomtrinns kjølemediumdampen komprimeres for å gi et ytterligere komprimert kjølemedium (146), hvilket system videre innbefatter rørutstyr for å tilveiebringe det ytterligere komprimerte kjølemediet (146) som det komprimerte første blandede kjølemediet som avkjøles, kondenseres og avgasses for å tilveiebringe det første fordampende blandede kjølemediet (410) i (a), rørutstyr overfører mellomtrinns kjølemediumvæsken (144) til det første varmevekslerutstyret (404), varmeoverføringsutstyr inne i det første varmevekslerutstyret for avkjøling av mellomtrinns kjølemediumvæske, trykkreduksjonsutstyr (468) for avgassing av den resulterende avkjølte mellomtrinns kjølemediumvæsken for å tilveiebringe ytterligere fordampende blandet kjølemedium ved det første i det vesentlige konstante trykket, og rørutstyr for å tilsette ytterligere fordampende blandet kjølemiddel til det første varmevekslerutstyret (404) for å tilveiebringe kjøling deri.

17. Systemet ifølge krav 11, karakterisert ved at det videre innbefatter (1) en separator (576) for separering av det avkjølte andre komprimerte blandede kjølemediet (154), når det avkjølte andre komprimerte blandede kjølemediet er delvis kondensert, for å gi et andre blandet mellomkjølemedium (568) og et andre blandet mellomkjølevæskemedium (570); (2) varmeoverføringsutstyr inne i det andre varmevekslerutstyret for å avkjøle det andre blandede mellomkjølevæskemediet (570); (3) trykkreduksjonsutstyr (572) for avgassing av det resulterende underkjølte andre blandede mellomkjølevæskemediet for å tilveiebringe ytterligere fordampende blandet kjølemedium (574) ved det andre i det vesentlige konstante trykket, og (4) rørutstyr for å tilsette det ytterligere fordampende blandede kjølemedium til det andre varmevekslerutstyret for å tilveiebringe kjøling deri.