NO321734B1 - Prosess for flytendegjoring av gass med delvis kondensering av blandet kjolemiddel ved mellomliggende temperaturer - Google Patents

Description

Flytendegjøring av naturgass ved fjerntliggende områder, transport av den flytende naturgass (LNG) til befolkningssentra, og lagring og avdampning av LNG for lokalt forbruk har med hell vært praktisert i mange år rundt om i verden. Produksjonsområdene for LNG er som regel plassert på land i fjerntliggende områder som har havnemuligheter for store LNG-tankere som transporterer LNG til sluttbrukere.

Flere prosesscykluser er blitt utviklet for LNG-produksjon for å imøtekomme de store krav til kjøling for flytendegjøring. Slike cykluser gjør som regel bruk av kombinasjoner av enkelt-komponent kjølesystemer som bruker propan eller enkle klorfluorkarbonkjølemidler som arbeider i kombinasjon med et eller flere blandede kjølesystemer (MR-systemer). Velkjente blandede kjølemidler omfatter som regel lette hydrokarboner og eventuelt nitrogen og benytter sammensetninger som er skreddersydde til temperatur- og trykknivåene for bestemte prosesstrinn. Dobbelte blandede kjølemiddelcykluser er også blitt benyttet der det første blandede kjølemiddel sørger for den begynnende kjøling ved høyere temperaturer og det andre kjølemiddel sørger for kjøling til lavere temperaturer.

US-patent nr. 3.763.658 beskriver et LNG-produksjonssystem som anvender en første propankjølekrets som forhåndskjøler en andre blandet komponentkjølekrets. Etter sluttrinnet til forhåndskjølingen med den første kjølekrets, blir det blandede kjølemiddel fra den andre kjølekrets separert i flytende strøm og dampstrøm. Den resulterende flytende strøm blir underkjølt til en mellomliggende temperatur, flashet over en strupeventil og fordampet for å skape kjøling. Den resulterende dampstrøm er flytendegjort, underkjølt til en lavere temperatur enn den mellomliggende temperatur, flashet over en strupeventil og fordampet for å frembringe kjøling og til slutt avkjøling av innmatningen.

Et alternativt LNG-produksjonssystem beskrevet i US-patent nr. 4.065.278 gjør bruk av en første propankjølekrets til forhåndskjøling av en andre blandet komponentkjølekrets. Etter det avsluttende trinn av forhåndskjølingen med den første kjølekrets, blir blandet kjølemiddel fra den andre kjølekrets separert i væske- og dampstrømmer. Den resulterende væskestrøm blir underkjølt til en mellomliggende temperatur, flashet ved bruk av en ventil og fordampet for å skape avkjøling. Den resulterende dampstrøm blir flytendegjort, underkjølt til en temperatur under den mellomliggende temperatur, flashet over en strupeventil og fordampet for å frembringe kjøling og avsluttende avkjøling av det som mates. Denne prosess skiller seg fra US-patent nr. 3.763.658 som er angitt ovenfor ved at destillasjonen av utgangsmaterialet for fjernelsen av den tunge komponent foregår ved en temperatur som er lavere enn den som oppnås med den første kjølekrets og et trykk som er vesentlig lavere enn matetrykket.

US-patent nr. 4.404.008 beskriver et LNG-produksjonssystem som gjør bruk av en første propankjølekrets til forhåndskjøling av en andre blandet komponentkjølekrets. Etter det avsluttende trinn av forhåndskjølingen med den første kjølekrets, blir blandet kjølemiddel fra den andre kjølekrets separert i væske- og dampstrømmer. Den resulterende væskestrøm blir underkjølt til en mellomliggende temperatur, flashet ved bruk av en ventil og fordampet for å skape kjøling. Den resulterende dampstrøm blir flytendegjort, underkjølt til en temperatur lavere enn den mellomliggende temperatur på væskestrømmen, flashet over en strupeventil og fordampet for å bevirke kjøling og til slutt avkjøling av det innmatede. Dette tidligere kjente skiller seg fra US-patent nr. 3.763.658 ved at kjøling og delvis kondensasjon av det blandede kjølemiddel i den andre kjølekrets foregår mellom komprimeringstrinn. Den resulterende væske blir så på nytt kombinert med den resulterende dampstrøm ved en temperatur som er høyere enn den laveste temperatur i den første kjølekrets og den kombinerte kjølemiddelstrøm blir så avkjølt ytterligere i den første kjølekrets.

Et alternativt LNG-produksjonssystem er beskrevet i US-patent nr. 4.274.849 der systemet gjør bruk av en første blandet komponentkjølekrets for å forhåndskjøle den andre blandede komponentkjølekrets. Etter det avsluttende trinn av forhåndskjølingen med den første kjølekrets, blir blandet kjølemiddel fra den andre kjølekrets separert i væske- og dampstrømmer. Den resulterende væskestrøm blir underkjølt til en mellomliggende temperatur, flashet over en strupeventil og fordampet for å frembringe kjøling. Den resulterende dampstrøm blir flytendegjort, underkjølt til en temperatur lavere enn den mellomliggende temperatur for væsken, flashet over en strupeventil og fordampet for å skape kjøling og den avsluttende avkjøling av det innmatede. På fig. 7 i denne tidligere publikasjon blir dampen som kommer fra separeringen av det andre kjølemiddel etter forhåndskjøling avkjølt ytterligere til en temperatur lavere enn den som fremkom ved det første kjøletrinn og separert i væske- og dampstrømmer.

US-patent nr. 4.539.028 beskriver et LNG-produksjonssystem som benytter en første blandet komponentkjølekrets til forhåndskjøling av en andre blandet komponentkjølekrets. Etter det siste trinn ved forhåndskjøling med den første kjølekrets blir blandet kjølemiddel fra den andre kjølekrets separert i væske- og dampstrømmer. Den resulterende væskestrøm blir underkjølt til en mellomliggende temperatur, flashet over en strupeventil og fordampet for å skape kjøling. Den resulterende dampstrøm blir flytendegjort, underkjølt til en lavere temperatur enn den mellomliggende temperatur, flashet over en strupeventil og fordampet for å skape kjøling og avsluttende avkjøling av det innmatede. Dette patent skiller seg fra US-patent nr. 4.274.849 som er beskrevet ovenfor ved det faktum at det andre kjølemiddel blir fordampet ved to forskjellige trykk for å skape kjøling.

Teknikkens stand slik den er angitt ovenfor beskriver fordampning av underkjølte blandede kjølemiddelstrømmer for å skape kjøling til flytendegjøring av naturgass der underkjølingen er frembrakt av en del av den kjøling som fremkommer ved flashing og fordampning av de underkjølte blandede kjølemiddelstrømmer. Kjøling for avkjøling av de blandede kjølemiddelstrømmer og den innmatede naturgass frembringes ved fordampning av de blandede kjølemiddelstrømmer i en hovedsone for varmeutveksling. Avkjøling av den blandede kjølemiddeldamp under og/eller etter kompresjon foregår med et separat kjølemiddel som for eksempel propan.

US 4504296 beskriver en fremgangsmåte for frembringelse av avkjøling for flytendegjøring av gass. Fremgangsmåten omfatter kjøling fra en første kjølekrets (kretsen som går gjennom varmeveksler 6 i trinnene 38,44 og 48) som skaper kjøling i temperaturområde mellom en første temperatur og en andre temperatur, det den første kjølekrets skaper kjøling for den andre kjølekrets i et området mellom den første og den andre temperatur. Kompresjon 53, 55 av en blandet kjølemiddeldamp fra den andre kjølekrets. Delvis kondensasjon (varmeveksler 54, 57 og 6) av minst en del av en blandede kjølemiddeldamp fra den andre kjølekretsen og separasjon 60 til en flytende kjølemiddelstrøm 61 og en dampkjølemiddelstrøm 63, 65. Underkjøling av den flytende kjølemiddelstrømmen til en temperatur som er lavere enn den andre temperatur (varmeveksler 12), trykkredusering (ventil 62) av den resulterende underkjølte kjølemiddelstrømmen og fordamping av den resulterende trykkreduserte kjølemiddel-strømmen for å frembringe kjøling for flytendegjøring av gassen mellom den andre temperaturen og den tredje temperaturen (varmeveksler 12 og områdene 70 og 71).

US 5943881 og WO A2 0036350 beskriver også de samme trekkene som i US 5404296.

Ifølge oppfinnelsen er det således tilveiebragt en fremgangsmåte for flytendegjøring av gass som angitt i krav 1. Fordelaktige trekk ved fremgangsmåten fremgår av de uselvstendige kravene 2 til 11.

Ifølge oppfinnelsen er det også tilveiebragt en anordning for å flytendegjøre gass som angitt i patentkrav 12.

Forbedret effektivitet ved prosesser til flytendegjøring av gass er i høy grad ønskelig og er hovedformålet med nye cykluser som utvikles på området for flytendegjøring av gass. Formålet med foreliggende oppfinnelse, som beskrevet nedenfor og som angitt i de følgende krav, er å forbedre effektiviteten ved flytendegj øringen ved å sørge for en ytterligere fordampende kjølemiddelstrøm i hovedsonen for varmeutveksling. Forskjellige utførelser er beskrevet for anvendelse av det forbedrede kjøletrinn som øker effektiviteten ved flytendegjøringen.

Oppfinnelsen er en fremgangsmåte til frembringelse av kjøling for flytendegjøring av en mategass som omfatter: (1) frembringelse av kjøling fra en første resirkulerende kjølekrets som skaper kjøling i et temperaturområde mellom en første temperatur og en andre temperatur som er lavere enn den første temperatur; (2) frembringelse av kjøling fra en andre resirkulerende kjølekrets i et temperaturområde mellom den andre temperatur og en tredje temperatur som er lavere enn den andre temperatur, der den første kjølekrets frembringer kjøling til den andre kjølekrets i et temperaturområde mellom den første temperatur og den andre temperatur; (3) komprimering av en blandet kjølemiddeldamp i den andre resirkulerende kjølemiddelkrets til et avsluttende høyeste trykk; (4) delvis kondensering av minst en del av den blandede kjølemiddeldamp fra den andre resirkulerende kjølekrets og separering av det resulterende delvis kondenserte blandede kjølemiddel i minst en flytende kjølemiddelstrøm og minst en

dampkjølemiddelstrøm; og

(5) underkjøling av minst en flytende kjølemiddelstrøm til en temperatur lavere enn den andre temperatur, reduksjon av trykket på den resulterende underkjølte flytende kjølemiddelstrøm og fordampning av den resulterende kjølemiddelstrøm med redusert trykk for å frembringe i det minste en del av kjølingen for flytendegjøring av mategassen mellom den andre temperatur og den tredje temperatur.

Når trinnet for delvis kondensering av det resulterende komprimerte kjølemiddel utføres ved et trykk som er mindre enn det avsluttende høyeste trykk, utføres trinnet ved en temperatur som er lik eller høyere enn den andre temperatur. Når trinnet med delvis kondensering av det resulterende komprimerte kjølemiddel utføres ved et trykk som er hovedsakelig likt det avsluttende høyeste trykk, utføres trinnet ved en temperatur som er høyere enn den andre temperatur.

Kjølingen for flytendegjøring av mategassen mellom den andre temperatur og den tredje temperatur kan foregå ved indirekte varmeutveksling med et fordampet blandet kjølemiddel i en hovedsone for varmeutveksling. Dette fordampende blandede kjølemiddel er dannet ved

(a) komprimering av den blandede kjølemiddeldamp til et første trykk; (b) kjøling, delvis kondensering og separering av den resulterende komprimerte kjølemiddeldamp for å danne en første blandet fraksjon av kjølemiddeldamp og en første blandet fraksjon av flytende kjølemiddel; (c) underkjøling av den første blandede fraksjon av flytende kjølemiddel for å danne en første underkjølt blandet kjølemiddelvæske; (d) reduksjon av trykket på den første underkjølte blandede kjølemiddelvæske og fordampning av den resulterende blandede kjølemiddelvæske med redusert trykk i hovedsonen for varmeutveksling for å danne fordampende blandet kjølemiddel for

kjøling og kondensering av mategassen i denne; og

(e) uttrekning av en fordampet blandet kjølemiddelstrøm fra hovedsonen for varmeutveksling for å danne i det minste en del av den blandede kjølemiddeldamp for trinn (a).

I det minste en del av kjølingen for underkjølingen i trinn (c) kan foregå ved fordampning av det blandede kjølemiddel som har redusert trykk i hovedsonen for varmeutveksling i trinn (d). Minst en del av kjølingen for underkjølingen i (c) kan frembringes ved indirekte varmeutveksling med en eller flere ytterligere kjølemiddelstrømmer som ligger utenfor hovedsonen for varmeutveksling. Den ene eller flere ytterligere kjølemiddelstrømmer kan omfatte et enkelt-komponent kjølemiddel eller et flere-komponent kjølemiddel.

Fremgangsmåten kan videre omfatte delvis kondensering og separering av den første damp fraksjon av blandet kjølemiddel for å skape en andre blandet kjølemiddeldamp og en andre blandet kjølemiddelvæske, underkjøling av den andre blandede kjølemiddelvæske ved indirekte varmeutveksling med fordampende blandet kjølemiddel i hovedsonen for varmeutveksling, redusering av trykket på den resulterende underkjølte andre blandede kjølemiddelvæske og fordampning av den resulterende blandede kjølemiddelstrøm som har redusert trykk i hovedsonen for varmeutveksling for å skape ytterligere fordampning av blandet kjølemiddel i denne.

Fremgangsmåten kan videre omfatte kondensering og underkjøling av den andre blandede kjølemiddelvæske ved indirekte varmeutveksling med fordampende blandet kjølemiddel i hovedsonen for varmeutveksling, reduksjon av trykket på den resulterende kondenserte og underkjølte andre blandede kjølemiddeldamp og fordampning av den resulterende blandede kjølemiddelstrøm med redusert trykk i hovedsonen for varmeutveksling for å få til ytterligere fordampning av blandet kjølemiddel i denne.

Som regel kan i det minste en del av kjølingen for kjøling og delvis kondensering i (b) frembringes ved indirekte varmeutveksling med en eller flere ytterligere kjølemiddelstrømmer som ligger utenfor hovedsonen for varmeutveksling. Minst en av den ene eller flere av ytterligere kjølemiddelstrømmer kan omfatte et enkelt-komponent kjølemiddel eller et flere-komponent kjølemiddel.

En del av kjølingen for kjøling av mategassen kan foregå ved indirekte varmeutveksling med en eller flere ytterligere kjølemiddelstrømmer på utsiden av hovedsonen for varmeutveksling. Den ene eller flere ytterligere kjølemiddelstrømmer kan omfatte et enkelt-komponent kjølemiddel eller et flere-komponent kjølemiddel.

Mategassen kan omfatte metan og et eller flere hydrokarboner som er tyngre enn metan og i dette tilfellet omfatter fremgangsmåten videre: (e) forhåndskjøling av mategassen ved indirekte varmeutveksling med en ytterligere

kjølemiddelstrøm;

(f) innføring av den resulterende forhåndskjølte mategass i en skrubbekolonne med

mager skrubbevæske som er anriket med hydrokarboner som er tyngre enn metan; (g) uttrekning fra bunnen av skrubbekolonnen av en strøm som er rik på hydrokarboner

som er tyngre enn metan;

(h) uttrekning fra toppen av skrubbekolonnen av en øvre strøm inneholdende metan og

rester av hydrokarboner som er tyngre enn metan;

(i) kjøling av den øvre strøm i hovedsonen for varmeutveksling for å kondensere de

gjenværende hydrokarboner som er tyngre enn metan;

(j) separering av den resulterende kjølte øvre strøm i et renset metananriket produkt og en strøm som er anriket med hydrokarboner som er tyngre enn metan; og

(k) anvendelse av i det minste en del av den strøm som er anriket i hydrokarboner som

er tyngre enn metan for å danne den magre skrubbevæske i (f).

Den første fraksjon av blandet kjølemiddeldamp kan komprimeres etter separasjon i (b). Kjølingen og delvis kondensering av den resulterende komprimerte første blandede kjølemiddeldamp i (b) kan foregå ved indirekte varmeutveksling med et fluidum med omgivende temperatur. En del av den første blandede kjølemiddelvæske kan blandes med den første trykksatte blandede kjølemiddeldamp.

Eventuelt kan i det minste en del av den første blandede kjølemiddeldamp i (b) kjøles ytterligere, kondenseres delvis og separeres i en ytterligere blandet kjølemiddelvæske som blir kombinert med den første trykksatte blandede kjølemiddelvæske. En del av nedkjølingen for kjøling og delvis kondensering av den første fraksjon av blandet kjølemiddeldamp kan frembringes ved indirekte varmeutveksling med fordampende blandet kjølemiddel i hovedsonen for varmeutveksling.

Den første trykksatte blandede kjølemiddelvæske kan etter underkjøling fordampes i hovedsonen for varmeutveksling ved et første trykk og den andre trykksatte blandede kjølemiddelvæske kan etter underkjøling fordampes i hovedsonen for varmeutveksling ved et andre trykk. Fremgangsmåten kan videre omfatte kondensering og underkjøling av den andre blandede kjølemiddeldamp ved indirekte varmeutveksling med et fordampende blandet kjølemiddel i hovedsonen for varmeutveksling, reduksjon av trykket på den resulterende kondenserte og underkjølte andre blandede kjølemiddeldamp til det andre trykk og fordampning av den resulterende blandede kjølemiddelvæske som har redusert trykk i hovedsonen for varmeutveksling for å frembringe ytterligere fordampning av blandet kjølemiddel i denne.

Driften av den andre resirkulerende kjølekrets kan innbefatte

(a) komprimering av den blandede kjølemiddeldamp til et første trykk; (b) kjøling, delvis kondensering og separering av den resulterende komprimerte kjølemiddeldamp for å danne en fraksjon av blandet kjølemiddeldamp og en

fraksjon av blandet kjølemiddelvæske;

(c) underkjøling av fraksjonen av blandet kjølemiddelvæske for å frembringe en

underkjølt blandet kjølemiddelvæske;

(d) reduksjon av trykket på den underkjølte blandede kjølemiddelvæske og fordampning av den resulterende blandede kjølemiddelvæske som har redusert trykk

i hovedsonen for varmeutveksling for å danne en av de fordampende blandede

kjølemiddelstrømmer for kjøling og kondensering av mategassen i denne; og

(e) uttrekning av en fordampet blandet kjølemiddelstrøm fra hovedsonen for

varmeutveksling for å danne minst en del av den blandede kjølemiddeldamp i (a).

Kjølingen for underkjøling av fraksjonene av den blandede kjølemiddelvæske kan frembringes delvis ved indirekte varmeutveksling med den resulterende fordampende kjølemiddelvæske som har redusert trykk i hovedsonen for varmeutveksling og delvis ved indirekte varmeutveksling med en eller flere mengder av ytterligere kjølemiddel utenfor hovedsonen for varmeutveksling.

Driften av den andre resirkulerende kjølemiddelkrets kan videre omfatte

(f) kondensering og underkjøling av fraksjonen av blandet kjølemiddeldamp for å

danne en ytterligere underkjølt blandet kjølemiddelvæske; og

(g) reduksjon av trykket på den ytterligere underkjølte blandede kjølemiddelvæske og fordampning av den resulterende væske som har redusert trykk i hovedsonen for varmeutveksling for å danne en annen av strømmene av fordampende blandet kjølemiddel for kjøling og kondensering av mategassen i denne.

Kjøling for kondensering og underkjøling av den ytterligere blandede kjølemiddeldamp kan foregå delvis ved indirekte varmeutveksling med den resulterende fordampende væske som har redusert trykk i hovedsonen for varmeutveksling og delvis ved indirekte varmeutveksling med en eller flere ytterligere kjølemiddelstrømmer utenfor hovedsonen for varmeutveksling.

Fig. 1 er et flytskjema for en tidligere kjent prosess til flytendegjøring.

Fig. 2 er et flytskjema for en utførelse av foreliggende oppfinnelse der komprimert blandet kjølemiddel blir delvis kondensert ved en mellomliggende temperatur etter kjøling i et trinn ved varmeutveksling med et andre kjølemiddel. Fig. 3 er et flytskjema for en annen utførelse av foreliggende oppfinnelse der komprimert blandet kjølemiddel blir delvis kondensert ved en mellomliggende temperatur etter kjøling i tre trinn ved varmeutveksling med et andre kjølemiddel og ved et mellomliggende trykk under det første trykk i den komprimerte blandede kjølemiddeldamp. Fig. 4 viser et flytskjema av en annen utførelse av foreliggende oppfinnelse der strømmer av blandet kjølemiddeldamp og væske blir ytterligere kjølt i tre trinn ved varmeutveksling med et andre kjølemiddel. Fig. 5 er et flytskjema for en annen utførelse av den foreliggende oppfinnelse der komprimert blandet kjølemiddel blir delvis kondensert ved en mellomliggende temperatur etter kjøling i to trinn ved varmeutveksling med et andre kjølemiddel. Fig. 6 er et flytskjema for en annen utførelse av foreliggende oppfinnelse der mellomliggende strømmer av blandet kjølemiddeldamp og væske blir ytterligere kjølt i fire trinn ved varmeutveksling med et andre kjølemiddel. Fig. 7 er et flytskjema for en annen utførelse av foreliggende oppfinnelse der mategassen forhåndskjøles i tre trinn ved varmeutveksling med et andre kjølemiddel. Fig. 8 er et flytskjema for en annen utførelse av foreliggende oppfinnelse der det benyttes to trinn med delvis kondensasjon av det komprimerte blandede kjølemiddel for å frembringe en strøm av flytende blandet kjølemiddel. Fig. 9 er et flytskjema for en annen utførelse av foreliggende oppfinnelse som benytter to trinn med delvis kondensasjon av det komprimerte blandede kjølemiddel for å frembringe to underkjølte flytende kjølemidler for å frembringe to underkjølte flytende kjølemidler til hovedsonen for varmeutveksling. Fig. 10 er et flytskjema for en annen utførelse av foreliggende oppfinnelse der det blandede kjølemiddel fordampes ved to forskjellige trykk i hovedsonen for varmeutveksling. Fig. 11 er et flytskjema for en annen utførelse av foreliggende oppfinnelse der forhåndskjøling frembringes med en blandet kjølemiddelkrets. Fig. 12 er et flytskjema for en annen utførelse av foreliggende oppfinnelse der forhåndskjøling frembringes med en blandet kjølemiddelkrets med to trykknivåer for kjølemiddel. Fig. 13 er et flytskjema for en annen utførelse av foreliggende oppfinnelse der det benyttes et enkelt trinn for delvis kondensasjon av blandet kjølemiddel.

Denne oppfinnelse skaper en effektiv prosess for flytendegjøring av en gasstrøm og er særlig egnet for flytendegjøring av naturgass. Oppfinnelsen benytter et blandet kjølemiddelsystem der det blandede kjølemiddel etter komprimering blir forhåndskjølt med et andre kjølemiddelsystem og minst en væskestrøm utledes fra den delvise kondensasjon og separering av det komprimerte blandede kjølemiddel. Når trinnet med delvis kondensering foregår ved et trykk som er mindre enn det høyeste avsluttende trykk for det komprimerte blandede kjølemiddel, utføres kondensasjonen ved en temperatur som er lik eller høyere enn den laveste temperatur som skapes av det andre kjølemiddelsystem. Når den delvise kondensasjon foregår ved et trykk som er hovedsakelig likt det endelige høyeste trykk på det komprimerte blandede kjølemiddel, utføres kondensasjonen ved en temperatur som er over den laveste temperatur som frembringes av det andre kjølemiddelsystem.

Det blandede kjølemiddel er en flere-komponents fluidumblanding som som regel inneholder en eller flere hydrokarboner valgt fra metan, etan, propan og andre lette hydrokarboner og også kan inneholde nitrogen.

i

Forkjølingssystemet vil som regel kjøle det blandede kjølemiddel til en temperatur under den omgivende temperatur. Selv om det ikke er noen begrensning for den laveste temperatur som kan oppnås ved forkjølingssystemet i foreliggende oppfinnelse, har det vist seg for produksjon av flytende naturgass (LNG) at den laveste forkjølingstemperatur bør ligge mellom omtrent 0 °C og omtrent -75°C, og fortrinnsvis mellom omtrent -20°C og omtrent -45°C. Den laveste forkjølingstemperatur avhenger av sammensetningen av naturgassen og de krav som stilles en LNG-produktet. Forkjølingssystemet kan danne en kaskade av varmeutvekslere som hver benytter et enkelt-komponent kjølemiddel valgt fra C^-Cs-hydrokarboner eller Ci-C4-halokarboner. Om det ønskes, kan kjølesystemet benytte et blandet kjølemiddel som omfatter forskjellige hydrokarboner. En utførelse av foreliggende oppfinnelse benytter et system med propan forkjølt blandet kjølemiddel med blandet kjølemiddelvæske avledet fra det første trinn i propankjølingen av det blandede kjølemiddel, noe som resulterer i energibesparelser eller øket produksjon sammenlignet med standard blandet kjølemiddelcyklus som forhåndskjøles med propan. Flere utførelser er beskrevet innbefattende anvendelse av oppfinnelsen på dobbelte blandede kjølemiddelcykluser. Oppfinnelsen kan benytte en hvilken som helst av en lang rekke varmeutvekslingsanordninger i kjølekretsene innbefattende plate, finner, oppviklet, skall, rør og kjeletype varmeutvekslere eller kombinasjoner av typer av varmeutvekslere avhengig av spesielle anvendelser. Oppfinnelsen er egnet for flytendegjøring av en hvilken som helst egnet gasstrøm, men er i det følgende beskrevet som en prosess for å gjøre naturgass flytende. Oppfinnelsen er uavhengig av antall og anordninger av varmeutvekslere som benyttes i den prosess det kreves vern for.

I den foreliggende beskrivelse betegner uttrykket "varmeutvekslingssone" en varmeutveksler eller kombinasjon av varmeutvekslere der kjøling frembringes med en eller flere kjølemiddelstrømmer for å kjøle en eller flere prosesstrømmer innenfor et gitt temperaturområde. En varmeutveksler er et kar som inneholder en hvilken som helst varmeutveksleranordning og slike anordninger kan innbefatte plater og finner, viklinger, rørbunter og andre kjente varmeoverføringsanordninger. Uttrykket * hovedsone for varmeutveksling" angir den sone hvori kjøling frembringes fra den andre resirkulerende kjølemiddelkrets i et temperaturområde mellom den andre temperatur og den tredje temperatur for kjøling og flytendegjøring av mategassen. I de utførelser som er beskrevet i det følgende er hovedsonen for varmeutveksling en varmeutveksler eller en gruppe av varmeutvekslere der kjøling foregår ved fordampning av et resirkulerende blandet kjølemiddel for å kjøle og flytendegjøre mategassen mellom den andre temperatur og den tredje temperatur. ;En representativ tidligere kjent prosess for flytendegjøring av gass er vist på fig. 1. Naturgasss 100 blir først renset og tørket i en forbehandlingsseksjon 102 for å fjerne sure gasser som CO2 og H2S samme med andre forurensninger som for eksempel kvikksølv. Forhåndsbehandlet gass 104 kommer så inn i det første trinn av en propanutveksler 106 og blir her kjølt til en typisk mellomliggende temperatur på omtrent 8°C. Strømmen blir videre kjølt i et andre trinns propanutveksler 108 til en typisk temperatur på omtrent -15°C, og den resulterende ytterligere kjølte strøm 110 kommer inn i en skrubbekolonne 112.1 skrubbekolonnen blir tyngre komponenter i det innmatede materialet, som regel pentan og tyngre komponenter, fjernet som strømmen 116 fra bunnen av skrubbekolonnen. Skrubbekolonnens kondensator er kjølt med propanutveksleren 114. Propanutveksleme 106,108 og 114 benytter fordampende propan til å frembringe ytterligere nedkjøling ved indirekte varmeutveksling. ;Naturgasstrømmen 118 har etter at tunge komponenter er fjernet som regel en temperatur på omtrent -35°C. Strømmen 118 blir videre kjølt i en kjølekrets 120 i den første varmeutveksler 122 i hovedsonen til en typisk temperatur på omtrent -100°C med en kokende blandet kjølemiddelstrøm som tilføres via ledning 124. Den resulterende kjølte mategasstrøm blir flashet over ventilen 126 og blir ytterligere kjølt i kjølekrets 128 i en andre sone med hovedutveksleren 122 av kokende blandet kjølemiddelstrøm som tilføres via ledning 130. Den resulterende flytende strøm 132 kan flashes over ventilen 134 for å danne den endelige LNG-produktstrøm 136 ved en typisk temperatur på -166°C. Om nødvendig, kan strømmen 132 eller strømmen 136 behandles ytterligere for å fjerne gjenværende forurensninger som for eksempel nitrogen. ;Fordampende kjølemiddelstrømmer 124 og 130 flyter ned gjennom varmeutveksleren 122 og kombinert blandet kjølemiddeldampstrøm 138 trekkes her ut. Den blandede kjølemiddeldampstrøm 138 blir komprimert til et typisk trykk på 50 bara i en flere-trinns kompressor 140, blir kjølt mot en omgivende varmeleder i utveksleren 142 og blir kjølt ytterligere og delvis kondensert mot fordampende propan i varmeutvekslerne 144, 146 og 148 for å danne en to-fase blandet kjølemiddelstrøm 150 ved en typisk temperatur på -35°C. ;Den to-fase blandede kjølemiddelstrøm 150 separeres i separatoren 152 for å gi dampstrøm 154 og væskestrøm 156 som flyter inn i varmeutveksleren 122. ;Væskestrømmen 156 blir underkjølt i kjølekretsen 158 og blir flashet over ventilen 160 for å danne en fordampende kjølemiddelstrøm via ledning 124. Dampstrømmen 154 blir kondensert og underkjølt i kjølekretsene 162 og 164 og blir flashet over ventilen 166 for å danne den fordampende blandede kjølemiddelstrøm via ledning 130. ;En foretrukket utførelse av foreliggende oppfinnelse er vist på fig. 2. En naturgass matestrøm 118 blir etter at tunge komponenter er fjernet og etter kjøling til omtrent - 35°C, ført videre som beskrevet ovenfor i forbindelse med fig. 1. Strømmen 118 blir kjølt videre i en kjølekrets 219 i den nedre del av varmeutveksleren 220 til en typisk temperatur på omtrent -100°C ved indirekte varmeutveksling med et første fordampende blandet kjølemiddel som er innført via ledningene 222 og 224. Varmeutveksleren 222 i hovedsonen for varmeutveksling er som tidligere angitt der kjøling dannes med en eller flere kjølemiddelstrømmer for å kjøle en prosesstrøm innen et gitt temperaturområde. Gasstrømmen blir videre kjølt til en typisk temperatur på omtrent -130°C i kjølekretsen 225 i den midtre sone av varmeutveksleren 220 ved indirekte varmeutveksling med et andre fordampende blandet kjølemiddel som innføres via ledninger 226 og 227. Den resulterende strøm blir så kjølt videre til en typisk temperatur på omtrent -166°C i en kjølekrets 228 i den øvre sone av varmeutveksleren 220 ved indirekte varmeutveksling med et tredje fordampende blandet kjølemiddel som innføres via ledninger 230 og 231. Det endelige LNG-produkt trekkes ut som strøm 232 og sendes til en lagertank eller til ytterligere behandling om nødvendig. ;I prosessen på fig. 2 kan, når meget lave innhold av tunge komponenter er nødvendig i ;det endelige LNG-produkt, enhver egnet modifikasjon gjøres for skrubbekolonnen 110. For eksempel kan en tyngre komponent som for eksempel butan benyttes som vaskevæske. ;Kjøling for å avkjøle og kondensere naturgasstrømmen 118 fra omtrent -35°C til en avsluttende LNG-produkttemperatur på omtrent -166°C foregår i det minste delvis med en blandet kjølemiddelkrets som gjør bruk av et foretrukket trekk ved foreliggende oppfinnelse. Den kombinerte fordampede blandede kjølemiddelstrøm 233 trekkes fra bunnen av varmeutveksleren 220 og komprimeres i en fleretrinns kompressor 234 til et typisk trykk på omtrent 50 bara. Det komprimerte kjølemiddel 235 blir så kjølt mot en omgivende varmeleder i utveksleren 236 til omtrent 30°C. Først blir den blandede kjølemiddelstrøm 237 som har høyt trykk kjølt ytterligere og delvis kondensert i det første trinn av propanutveksleren 238 ved en temperatur på tilnærmet 8°C. Den delvis kondenserte strøm flyter inn i en separator 240 der den separeres i dampstrøm 242 og væskestrøm 244. Dampstrømmen 242 blir ytterligere kjølt i en propanutveksler 246 til en temperatur på omtrent -15°C og blir ytterligere kjølt i en propanutveksler 248 til omtrent -35°C. Væskestrømmen 244 blir videre kjølt i en propanutveksler 250 til en temperatur på omtrent -15°C og blir kjølt videre i en propanutveksler 252 til omtrent ;-35°C for å danne en underkjølt flytende kjølemiddelstrøm 262. ;Etter separasjon i separatoren 240 kan en del av væskestrømmen 244 blandes med dampen på et hvilket som helst punkt før, under eller etter kjøletrinnene som representert med eventuelle strømmer 254,256 og 266. Den resulterende to-fase kjølemiddelstrøm 260 blir så separert i flytende og dampstrømmer 268 og 270 i separatoren 272. Eventuelt kan en del av den underkjølte væskestrøm 262 som strøm 258 blandes med mettet væskestrøm 268 for å gi den flytende kjølemiddelstrøm 274. ;Tre blandede kjølemiddelstrømmer kommer inn ved den varme ende av varmeutveksleren 220 ved en typisk temperatur på -35°C som tung væskestrøm 262, ;lettere væskestrøm 274 og dampstrøm 270. Strømmen 262 blir videre underkjølt i kjølekrets 275 til en temperatur på omtrent -100°C og blir redusert i trykk adiabatisk over Joule-Thomson strupeventil 276 til et trykk på omtrent 3 bara. Kjølemidlet med ;redusert trykk innføres i utveksleren 220 via ledninger 222 og 224 for å skape den kjøling som tidligere er beskrevet. Om det ønskes, kan kjølemiddelstrømmen reduseres i trykk ved arbeidsekspansjon ved bruk av en turboekspanderende anordning eller ekspansjonsmotor i stedet for strupeventilen 276. Flytende kjølemiddelstrøm 274 blir underkjølt i kjølekretsen 278 til en temperatur på omtrent -130°C og redusert i trykk adiabatisk over Joule-Thomson strupeventilen 280 til et trykk på omtrent 3 bara. Kjølemidlet med redusert trykk innføres i utveksleren 220 via ledninger 226 og 227 for å skape den kjøling som tidligere er beskrevet. Om det ønskes, kan kjølemiddelstrømmen reduseres i trykk ved arbeidsekspansjon i en turboekspanderende anordning eller ekspansjonsmotor i stedet for strupeventilen 280. ;Kjølemiddeldampstrømmen 270 blir gjort flytende og underkjølt i kjølekrets 282 til en temperatur på omtrent -166°C og blir så redusert i trykk adiabatisk over Joule-Thomson strupeventilen 284 til et trykk på omtrent 3 bara. Kjølemidlet med redusert trykk innføres i utveksleren 220 via ledninger 230 og 231 for å skape den kjøling som tidligere er beskrevet. Om det ønskes, kan kjølemiddelstrømmen reduseres i trykk ved arbeidsekspansjon ved bruk av en turboekspansjonsanordning eller ekspansjonsmotor i stedet for strupeventilen 284. ;I prosessen på fig. 2 kan en del varmeutvekslere kombineres til en varmeutveksler om det ønskes. For eksempel kunne varmeutvekslerne 246 og 250 settes sammen, eller varmeutvekslerne 246 og 248 kunne kombineres. ;Mens den foretrukne utførelse på fig. 2 er beskrevet ved bruk av typiske temperaturer og trykk på de forskjellige strømmer, er disse trykk og temperaturer ikke ment å være begrensende og kan variere innen vide grenser avhengig av utførelse og driftsbetingelser. For eksempel kan trykket på det blandede høytrykks kjølemiddel ha et hvilket som helst egnet trykk og ikke nødvendigvis 50 bara, og trykket på den blandede lavtrykks kjølemiddelstrøm 233 kan være et hvilket som helst egnet trykk mellom 1 bara og 25 bara. På tilsvarende måte kan de typiske temperaturer som er gitt ovenfor i beskrivelsen av prosessen variere og vil avhenge av den spesielle utførelse og driftsbetingelsene. ;Et viktig trekk ved foreliggende oppfinnelse er således frembringelsen av en ytterligere underkjølt flytende kjølemiddelstrøm 262 som blir ytterligere underkjølt og fordampet for å skape kjøling i bunnseksjonen av varmeutveksleren 220. Anvendelsen av denne ytterligere kjølemiddelstrøm resulterer i kraftbesparelser ved at den samlede mengde nødvendig underkjøling av væskestrømmene reduseres. Bruken av den flytende kjølemiddelstrøm 262 som inneholder tyngre hydrokarbonkomponenter danner en termodynamisk foretrukket sammensetning for fordampning i bunnsonen eller den varme sone av varmeutveksleren 220. Kondensasjonen og separeringen av den tyngre kjølemiddelstrøm 262 resulterer i større konsentrasjon av lette komponenter i den flytende kjølemiddelstrøm 274, noe som er mer egnet til frembringelse av kjøling i den midtre sone av varmeutveksleren 220. Bruken av optimale sammensetninger av kjølemiddelstrømmene 262 og 274 skaper bedre kjølekurver og forbedret effektivitet i varmeutveksleren 220. ;En annen utførelse av oppfinnelsen er vist på fig. 3.1 denne utførelse skapes tre trinn med propan forhåndskjøling av utvekslerne 300, 302 og 304 mellom komprimeringstrinnene for kompressoren 306. Etter sluttrinnet for propan forhåndskjøling blir den delvis kondenserte strøm 308 separert i dampstrøm 310 og flytende strøm 362. Dampstrømmen 310 blir videre komprimert til det avsluttende høye trykk i et ytterligere trinn eller flere trinn i kompressoren 306 og eventuelt kjølt ytterligere i utveksleren 312 med propan forhåndskjøling. Væskestrømmen 362 blir underkjølt, redusert i trykk adiabatisk over strupeventilen 376 og innført i varmeutveksleren 320 via ledning 322 for å skape kjøling som tidligere beskrevet i forbindelse med fig. 2. Om det ønskes, kan trykket på strømmen 378 reduseres ved arbeidsekspansjon ved bruk av en turboekspansjonsanordning eller ekspansjonsmotor i stedet for strupeventilen 376. ;En annen utførelse av oppfinnelsen er vist på fig. 4.1 denne utførelsen benyttes det fire trinn med propan forhåndskjøling til forhåndskjøling og forhåndsbehandling av det innmatede materialet som vist og tidligere beskrevet for matevarmeutvekslerne 106, 108,114 og ytterligere utveksler 410. Ytterligere propankjøling benyttes til kjøling av den blandede kjølemiddelkrets der utvekslerne 402 og 403 benyttes sammen med tidligere beskrevne utvekslere 246, 248,250 og 252. De ytterligere utvekslere gjør det hele litt mer komplisert, men forbedrer effektiviteten ved prosessen for flytendegjøring. ;En annen utførelse av oppfinnelsen er vist på fig. 5 der den første separator 540 er ;plassert etter det andre trinn med propan forhåndskjøling 500 i stedet for etter det første trinn med propan forhåndskjøling som i utførelsen på fig. 2. Fig. 6 viser en annen mulig utførelse der den første separatoren 640 er plassert umiddelbart etter omgivelseskjøleren 164 i stedet for etter det første trinn med propan forhåndskjøling i utførelsen på fig. 2.1 utførelsen på fig. 6 blir all propankjøling utført etter separatoren 640. ;Fig. 7 viser en annen utførelse av oppfinnelsen der trinnene med forhåndskjøling av det innmatede foregår i propanutvekslere 706, 708 og 714 foran skrubbekolonnen 710. Kjøling for den øvre kondensator i skrubbekolonnen skapes ved en øvre kjølestrøm 716 i kretsen 718 i den varmeste sonen av utveksleren 720. Kjølt og delvis kondensert øvre strøm 722 føres tilbake til skrubbekolonnens separator 724. Denne utførelse er særlig hensiktsmessig når meget lave innhold av tunge komponenter er nødvendig i det endelige LNG-produktet. ;En annen utførelse er vist på fig. 8 der en ytterligere blandet kjølemiddelvæskestrøm 802 frembringes før det avsluttende propan forhåndskjøletrinn ved hjelp av en ytterligere separator 801. Alt eller en del av den ytterligere væskestrøm 802 kan blandes med den første væske som frembringes etter underkjøling til samme temperatur og eventuelt kan en del av strømmen 803 kombineres med damp fra separatoren 801. Fig. 9 viser en annen utførelse av oppfinnelsen der en andre ytterligere væskestrøm 901 frembringes foran det avsluttende propantrinn ved hjelp av en ytterligere separator 900. I denne utførelsen blir den andre ytterligere væskestrøm 901 som frembringes ikke blandet med den første væske som frembringes, slik tilfellet var i utførelsen på fig. 8, men i stedet blir den underkjølt og innført i utveksleren 920 som en flytende mating som blir underkjølt <p>g ekspandert gjennom strupeventilen 903. Bruk av denne ytterligere væske krever en ekstra varmeutveksler 902 som vist på fig. 9. Denne utførelse skiller seg fra de andre utførelser ved at loddede aluminiumvarmeutvekslere kan benyttes i hovedsonen 920 for varmeutveksling som vist på fig. 9 i stedet for de viklede varmeutvekslere som har omfattende anvendelse i prosesser for å flytendegjøre gass. Imidlertid kan en hvilken som helst type varmeutvekslser benyttes for en hvilken som helst utførelse ifølge oppfinnelsen. Fig. 10 viser et annet trekk ved oppfinnelsen der blandede kjølemiddelstrømmer fordampes ved to forskjellige trykk. Strømmene 1168 og 1170 er gjort flytende, underkjølt, redusert i trykk og fordampet ved et lavt trykk i utveksleren 1102. Den fordampede blandede kjølemiddelstrøm 1104 kan mates kald direkte til kompressoren 1136 eller kan varmes i utveksleren 1100 før den mates til kompressoren 1136. Den flytende kjølemiddelstrøm 1162 blir videre underkjølt, redusert i trykk til et trykk over trykket i utveksleren 1102, fordampet i utveksleren 1100 og ført tilbake som en strøm 1106 til kompressoren 1136 mellom komprimeringstrinnene som vist. ;Det blandede kjølemiddel som benyttes til flytendegjøring av gass kan forhåndskjøles med et annet blandet kjølemiddel i stedet for med propan som beskrevet ovenfor. I denne utførelse kommer, som vist på Fig. 11 flytende kjølemiddelstrøm 1202 fra den delvise kondensasjon av et forhåndskjølt blandet kjølemiddel mellom kompresjonstrinnene i kompressoren 1204. Denne væske blir så underkjølt i utveksleren 1200, trukket ut på et mellomliggende punkt, flashet over strupeventilen 1206 og fordampet for å bevirke kjøling i den varme sone av varmeutveksleren 1200. Damp 1210 fra utveksleren 1200 blir komprimert i kompressoren 1204, kjølt mot en varmeleder for omgivende temperatur og innført i utveksleren 1200 som strøm 1212. Strømmen 1212 blir kjølt og underkjølt i utveksleren 1200, trukket fra den kalde ende av 1200, flashet over strupeventilen 1208 og fordampet for å bevirke kjøling ved den kalde sone av utveksleren 1200. ;Den komprimerte blandede kjølemiddelstrøm 1214 blir kjølt og delvis kondensert i bunndelen av varmeutveksleren 1200 og deretter separert i separatoren 1288. Den resulterende væskestrøm 1244 blir så underkjølt i den øvre ende av utveksleren 1200, den resulterende underkjølte strøm 1162 blir underkjølt videre i bunndelen av utveksleren 1220, redusert i trykk adiabatisk over strupeventilen 1276, innført via ledningen 1222 i utveksleren 1220 og fordampet for å frembringe kjøling i denne. Damp fra separatoren 1288 blir avkjølt i den øvre seksjon av utveksleren 1200 for å danne en to-fase kjølemiddelstrøm 1260 som separeres i separatoren 1262 og benyttes i utveksleren 1220 som beskrevet tidligere. ;Fig. 12 viser en modifikasjon av utførelsen på fig. 11 der det forkjølende blandede kjølemiddel fordampes ved to forskjellige trykk i utvekslerne 1300 og 1302. Den første separering av det kalde blandede kjølemiddel i separatoren 1388 foregår etter kjøling i den forhåndskjølende utveksler 1300. Den resulterende væskestrøm 1344 blir så underkjølt før den reduseres i trykk adiabatisk over strupeventilen 1376 og innført i utveksleren 1320 som en strøm 1322 for å skape kjøling ved fordampning i denne. ;En siste utførelse av oppfinnelsen er vist på fig. 13 og denne er en forenklet versjon av utførelsen på fig. 2.1 denne utførelsen er flytskjemaet forenklet ved å utelate separeringen av strømmen 160 like før varmetuveksleren 220 på fig. 2. På fig. 13 erstatter de to varmeutvekslingssoner i utveksleren 1420 de tre varmeutvekslingssoner i varmeutveksleren 220 på fig. 2. Strømmen 1460 blir flytendegjort og underkjølt i utveksleren 1420, den underkjølte strøm 1486 får redusert trykk adiabatisk over strupeventilen 1484 til et trykk på omtrent 3 bara, og blir innført som strøm 1430 i den kalde ende av utveksleren 1420 der den fordamper for å skape kjøling. Om det ønskes, kan trykket på strømmen 1486 reduseres ved arbeidsekspansjon i en turboekspansjonsanordning eller en ekspansjonsmotor. ;Utførelsene som er beskrevet ovenfor har et viktig felles trekk ved foreliggende oppfinnelse der minst en mellomliggende væskestrøm utledes fra delvis kondensasjon og separering av det blandede kjølemiddel ved en temperatur som er lik eller høyere enn den laveste temperatur som kan oppnås ved kjøling mot den første resirkulerende kjølekrets. Den mellomliggende væskestrøm benyttes til å skape kjøling ved en temperatur som er lavere enn den som oppnås med forhåndskjølesystemet. ;Kondensasjonstemperaturen ved hvilken den mellomliggende strøm oppnås kan varieres etter behov. I utførelsen på fig. 6 foregår denne kondensasjon ved 108,114, 401, 706,708,714,1200,1300 og 1302 som beskrevet ovenfor. Den første kjølekrets sørger også for kjøling til avkjøling av den andre kjølemiddelkrets i utvekslerne 238, 246,248,250,252,300,302,304,312,402,403 og 500 som beskrevet ovenfor. ;Den andre kjølekrets som er vist som eksempel i foretrukket utførelse på fig. 2 omfatter som regel kjølemiddelledningen 233, kompressoren 234, separatoren 240, de forskjellige kjølende utvekslere som sørger for kjøling fra den første kjølekrets, kjølemiddelledningene 260,262,270 og 274, separatoren 272, underkjølingskretsene 275,278 og 282, strupeventilene 276,280 og 284, og kjølemiddelledningene 222,224, 226,227, 230 og 231. Tilsvarende komponenter er benyttet på samme måte i utførelsene på fig. 4-13. Den andre kjølemiddelkrets i utførelsen på fig. 14 omfatter trekkene fra fig. 2, men uten separator 272, kjølemiddelledning 274, underkjølingskrets 278, kjølemiddelledninger 226 og 227, og strupeventilen 280. ;Når den blandede kjølemiddeldamp komprimeres til et endelig høyeste trykk i flertrinnskompressoren 234 i figur 2 (og tilsvarende i utførelsesformene i figurene 4 - 13), kondenseres den komprimerte dampen delvis og separeres ved temperaturer høyere enn den laveste temperaturen frembrakt av kjølemiddelet fra den første kjølekretsen. Minst en av den blandede kjølemiddeldampen og væskestrømningene produsert i kondensasjons/separasjonstrinnet avkjøles ytterligere av kjølemiddelet fra den første kjølemiddelkretsen til den lavest mulige temperaturen ved hjelp av det første kjølemiddelet. En slik tilleggsavkjøling kan utføres av vekslerne 246,248,250 og 252 i figur 2. ;Når den blandede kjølemiddeldamp til å begynne med komprimeres til et trykk som er lavere enn det avsluttende høyeste trykk som i utførelsen på fig. 3, foregår kondensasjonen av den komprimerte blandede kjølemiddeldampstrøm mellom trinnene i kompressoren 306 ved en temperatur som er lik eller høyere enn den laveste temperatur som kan oppnås ved avkjøling med kjøling fra den første kjølekrets, dvs. den andre temperatur. Den separerte damp i ledning 310 blir videre komprimert i et sluttrinn i kompressoren 306. Hvis ingen ytterligere kjøling frembringes fra den første kjølekrets i utveksleren 312, kan kondensasjon og separering av strømmen 308 utføres over den andre temperatur. Hvis ytterligere kjøling frembringes i utveksleren 312, kan kondensasjon og separering av strømmen 308 utføres ved eller høyere enn den andre temperatur. ;Den flytende kjølemiddelstrøm som fremkommer som beskrevet ovenfor og som ligger på eller over den andre temperatur, blir underkjølt mot et fordampende blandet kjølemiddel i hovedutveksleren for varme, redusert trykk og fordampet i hovedutveksleren for å frembringe kjøling mellom den andre temperatur og den tredje temperatur. ;EKSEMPEL ;Den foretrukne utførelse av oppfinnelsen ble simulert ved utførelse av varme- og materialbalanser for flytendegjøring av naturgass. Det vises til fig. 2 der naturgass 100 først blir renset og tørket i en forbehandlingsseksjon 102 for å fjerne sure gasser som CO2 og H2S sammen med andre forurensninger som for eksempel kvikksølv. Den forhåndsbehandlede mategass 104 har en strømningshastighet på 30,611 kg-mol/hr, et trykk på 66,5 bara og en temperatur på 32°C med en molarsammensetning som følger: Forhåndsbehandlet gass 104 kommer inn i den første utveksler 106 og blir kjølt til en temperatur på 9,3°C ved propan som koker ved 5,9 bara. Mategassen blir videre kjølt til -14,1°C i utveksleren 108 med propan som koker ved 2,8 bara før den kommer inn i skrubbekolonnen 110 som strøm 112. Den overliggende kondensator 114 i skrubbekolonnen arbeider ved -37°C og blir kjølt med propan som koker ved 1,17 bara. I skrubbekolonnene 110 blir pentan og tyngre komponenter i mategassen fjernet. ;Naturgasstrømmen 118, etter at tunge komponenter er fjernet og at den er kjølt til -37°C, blir så videre avkjølt i kjølekrets 219 i den første sone av hovedutveksleren 220 for varme til en temperatur på -94°C ved koking av blandet kjølemiddel. Den fordampede blandede kjølemiddelstrøm 233 har en strømning på 42,052 kg-mol/hr og den følgende sammensetning: ;Den resulterende mategass blir så kjølt ytterligere i kjølekretsen 225 til en temperatur på omtrent -128°C i den andre sone av utveksleren 220 ved koking av blandet kjølemiddelstrøm via ledninger 226 og 227. Den resulterende gasstrøm blir ytterligere kjølt i kjølekretsen 228 til en temperatur på -163°C i en tredje sone av utveksleren 220 ved koking av en blandet kjølemiddelstrøm som innføres via ledningene 230 og 231. Den resulterende ytterligere kjølte LNG-strøm 232 blir så sendt til en lagertank. Kjøling for å avkjøle naturgasstrømmen 118 fra -37°C til en temperatur på -163°C frembringes med en blandet komponentkjølemiddelkrets. Strømmen 235 er det høytrykks blandede kjølemiddel som kommer fra flere-trinns kompressoren 234 ved et trykk på 51 bara. Den blir så kjølt til 32°C mot kjølevann i utveksleren 236. Høytrykks blandet kjølemiddelstrøm 237 kommer inn i første trinn av propanutveksleren 238, og blir kjølt til en temperatur på 9,3°C med propan som koker ved 5,9 bara og flyter inn i separatoren 240 der den separeres i damp- og væskestrømmer 242 respektivt 244. Dampstrømmen 242 blir videre kjølt i propanutveksleren 246 til en temperatur på -14,1°C med propan som koker ved 2,8 bara fulgt av en propanutveksler 248 der den blir ytterligere avkjølt til -37°C med propan som koker ved 1,17 bara. Væskestrømmen 244 med en strømningshastighet på 9240 kg-mol/hr blir videre kjølt i propanutveksleren 250 til en temperatur på -14,1°C med propan som koker ved 2,8 bara fulgt av propanutveksleren 252 der den blir ytterligere avkjølt til -37°C med propan som koker ved 1,17 bara. ;Den resulterende kjølte dampstrøm 260 blir så separert ved -37°C i væske- og dampstrømmer 268 respektivt 270 i separatoren 272. Væskestrømmen 268 har en strømningshastighet på 17.400 kg-mol/hr. ;Den underkjølte væskestrøm 262 blir videre underkjølt til en temperatur på -94°C i kjølekretsen 275 og får trykket redusert adiabatisk over strupeventilen 276 til et trykk på omtrent 3 bara og blir innført i utveksleren 220 via ledningene 222 og 224. Væskestrømmen 274 blir underkjølt til en temperatur på -128°C i kjølekretsen 278 og får trykket redusert adiabatisk over strupeventilen 280 til et trykk på omtrent 3 bara og blir innført i utveksleren 220 via ledningene 226 og 227. Dampstrømmen 270 blir flytendegjort og underkjølt til en temperatur på -163°C i kjølekretsen 282, får trykket redusert adiabatisk over strupeventilen 284 til et trykk på omtrent 3 bara og blir innført i den kalde ende av utveksleren 220 via ledninger 230 og 231. ;Foreliggende oppfinnelse i sin mest omfattende utførelse fører til en forbedring på området for flytendegjøring av gass ved frembringelse av minst en mellomliggende væskestrøm som er utledet fra den delvise kondensasjon og separering av det blandede kjølemiddel ved en temperatur som er høyere enn den laveste temperatur som frembringes av forhåndskjølesystemet eller ved et trykk som er lavere enn det avsluttende høyeste trykk i den blandede kjølemiddelkrets. Denne mellomliggende flytende blandede kjølemiddelstrøm benyttes i det minste delvis til å frembringe ytterligere kjøling ved en temperatur som er lavere enn den temperatur som ble frembrakt av forhåndskjølesystemet og denne ytterligere kjøling kan benyttes i hovedutveksleren for varme. Foreliggende oppfinnelse er en mer effektiv prosess som fører til øket LNG-produksjon for en gitt komprimeringsytelse sammenlignet med tidligere kjente prosesser. *

Claims (12)

1. Fremgangsmåte for flytendegjøring av gass som omfatter avkjøling av en mategass (118) i en varmevekslersone (220) ved indirekte varemeveksling med fordampende blandede kjølemiddelstrømmer (224,227,230) for å gi et flytende produkt (232) og en fordampende blandet kjølemiddelstrøm (138), idet tre eller fire fordampende blandede kjølemiddelstrømmer, brukt til å avkjøle mategassen (118), frembringes ved: (a) komprimere (234) en fordampet blandet kjølemiddelstrøm (233) for å tilveiebringe en komprimert kjølemiddelstrøm (235); (b) avkjøle den komprimerte kjølemiddelstrømmen (235) for å tilveiebringe en første delvis kondensert kjølemiddelstrøm; (c) separere (240) den delvis kondenserte kjølemiddelstrømmen for å gi en første dampkjølemiddelstrøm (242) og en første flytende kjølemiddelstrøm (244,262); (d) avkjøle og delvis kondensere den første dampkjølemiddelstrøm (242) for å gi en andre delvis kondensert kjølemiddelstrøm (260), og separere (272) den andre delvis kondenserte kjølemiddelstrømmen (260) for å frembringe en andre dampkjølemiddelstrøm (270) og en andre flytende kjølemiddelstrøm (268,274); (e) mate den første flytende kjølemiddelstrøm (262), den andre dampkjølemiddelstrøm (270), og den andre flytende kjølemiddelstrøm (268, 274) til den varme enden av varmevekslersonen (220) idet den første flytende kjølemiddelstrømmen (262), den andre dampkjølemiddelstrømmen (270), og den andre flytende kjølemiddelstrømmen (268,274) avkjøles ved indirekte varmeveksling med det fordampende blandede kjølemiddel i varmevekslersonen (220) for å frembringe første (275), andre (282), og tredje (286) flytende kjølemidler, respektivt; og (f) redusere trykket (276,280,284) til henholdsvis det første flytende kjølemiddelet (275), det andre flytende kjølemiddelet (282) og det tredje flytende kjølemiddelet (286), for å gi henholdsvis første (222), andre (226) og tredje (230,231) fordampende kjølemidler, i henholdsvis nedre, midtre og øvre områder i varmevekslersonen (220) for derved å tilveiebringe flere fordampende kjølemiddelstrømmer for å avkjøle mategassen (118) gjennom tre temperaturområder i varmevekslersonen (220); og (g) trekke ut en kombinert fordampet blandet kjølemiddelstrøm fra bunnen av varmevekslersonen (220) for å frembringe den fordampede blandede kjølemiddelstrømmen (233).

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at mategassen (118) omfatter metan frembragt ved å fjerne (102) sure gasser og andre forurensninger fra naturgass (100) for å frembringe en renset naturgass (104) og fjerne hydrokarboner som er tyngre enn metan fra den rensede naturgassen (104).

3. Fremgangsmåte ifølge krav 2, karakterisert ved at den rensede naturgassen (104) avkjøles ved indirekte varmeveksling med to eller flere trinn propannedkjøling (106, 108) for å frembringe en avkjølet renset naturgass (112) og hydrokarboner tyngre enn metan fjernes fra den avkjølte rensede naturgassen (112) i en skrubbekolonne (110) for å frembringe mategassen (118).

4. Fremgangsmåte ifølge krav 3, karakterisert ved at en øvre strøm (716) trekkes ut fra skrubbekolonnen (710), den øvre strømmen (716) avkjøles i varmevekslersonen (220, 720), en avkjølt og delvis kondensert øvre strøm (722) returneres til en skrubbekolonneseparator (724), en væskestrøm trekkes ut fra skrubbekolonneseparatoren (724) og returneres til toppen av skrubbekolonnen (710), og en dampstrøm trekkes ut fra skrubbekolonneseparatoren (724) for å frembringe mategassen (716).

5. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at avkjølingen av den komprimerte kjølemiddelstrømmen (235) i (b) frembringes delvis ved avkjøling mot et omgivelsesvarmesluk (236) og delvis i et trinn med indirekte varmeveksling (238) med et propankjølemiddel.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at avkjølingen av den komprimerte kjølemiddelstrømmen (235) i (b) tilveiebringes delvis i tre trinn med indirekte varmeveksling (300, 302, 304) med propankjølemiddel.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved avkjøling og delvis kondensering av den første dampkjølemiddelstrømmen (242) i (d) tilveiebringes delvis ved indirekte varmeveksling med propankjølemiddel i to trinn (246,248) eller tre trinn (246,248,402).

8. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at den første flytende kjølemiddelstrømmen (244) avkjøles ved indirekte varmeveksling med propankjølemiddel i to trinn (250, 252) eller tre trinn (250,252,403).

9. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at den ytterligere omfatter delvis kondensering av den første dampkjølemiddelstrømmen (242) for å tilveiebringe en delvis kondensert strøm, separere (900) den delvis kondenserte strømmen til å gi en intermediær flytende strøm (900) og en dampstrøm, idet damp-strømmen avkjøles og delvis kondenseres for å frembringe den delvis kondenserte kjølemiddelstrømmen (260), avkjøle den intermediære flytende strømmen (901) i varmevekslersonen (920) for å frembringe en avkjølt intermediær flytende strøm, og redusere trykket (903) til den avkjølte intermediære flytende strømmen for å tilveiebringe et fjerde fordampende kjølemiddel i varmevekslersonen (920).

10. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at varmevekslersonen (220) omfatter en første og en andre varmeveksler, idet komprimeringen i trinn (a) utføres ved anvendelse av en kompressor (1136), og idet (i) den første flytende kjølemiddelstrømmen (262,1162) avkjøles, reduseres i trykk, og fordampes i den første varmeveksleren (1100) ved et første trykk for å frembringe et første fordampet kjølemiddel (222; 1106) som returneres ved et mellomliggende sted i kompressoren (1136); og (ii) den andre dampkjølemiddelstrømmen (270; 1170) og den andre flytende kjølemiddelstrømmen (268; 1168) avkjøles i den første varmeveksleren (1100) og en andre varmeveksleren (1102) for å frembringe andre (282) og tredje (286) flytende kjølemidler, og idet det andre (282) og tredje (286) flytende kjølemiddelet reduseres i trykk og fordampes ved et andre trykk i den andre varmeveksleren (1102) for å gi et andre fordampet kjølemiddel (1104) som returneres til innløpet i kompressoren (1136).

11. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at (i) avkjølingen av den komprimerte kjølemiddelstrømmen (235,1214) i (b) utføres i en ekstra varmeveksler (1200) ved indirekte varmeveksling med et ekstra blandet kjølemiddel fremstilt ved et resirkulerende blandet kjølemiddelsystem (1210, 2104, 1202, 1212, 1206, 1208) for å frembringe den første delvis kondenserte kjølemiddel-strømmen; og (ii) den første delvis kondenserte kjølemiddelstrømmen separeres (1288) for å gi en første flytende strøm (244; 1244) som ytterligere avkjøles i den ekstra varmeveksleren (1200) for å frembringe den første flytende kjølemiddel-strømmen (202; 1162) og en første dampstrøm (242) som ytterligere avkjøles i den ekstra varmeveksleren (1200) for å frembringe den andre delvis kondenserte kjølemiddelstrømmen (260; 1260).

12. Anordning for å flytendegjøre gass som omfatter en varmevekslersone (220) for avkjøling av en mategass (118) ved indirekte varmeveksling med fordampede, blandede kjølemiddelstrømmer (224,227,230) for å gi et flytende produkt (232) og en fordampet blandet kjølemiddelstrøm (138), og innretninger for å frembringe tre eller fire fordampende blandede kjølemiddelstrømmer til varmevekslersonen omfattende: (a) en kompressor for komprimering (234) av en fordampet blandet kjølemiddel-strøm (233) matet via et ledningsrør (233) fra varmevekslersonen (220) for å frembringe en komprimert kjølemiddelstrøm (235); (b) innretning (236, 238) for avkjøling av den komprimerte kjølemiddelstrømmen (235) matet via et ledningsrør fra kompressor (234) for å frembringe en første delvis kondensert kjølemiddelstrøm; (c) en separator (240) for separering av den delvis kondenserte kjølemiddel-strømmen matet via et ledningsrør fra kjøleinnretning (235) for å gi en første dampkjølemiddelstrøm (242) og en første flytende kjølemiddelstrøm (244,262); (d) innretning for avkjøling og delvis kondensering av den første dampkjølemiddelstrømmen (242) matet via et ledningsrør fra separator (240) for å gi en andre delvis kondensert kjølemiddelstrøm (260), og innretning for separering (272) av den andre delvis kondenserte kjølemiddelstrømmen (260) for å frembringe en andre dampkjølemiddelstrøm (270) og en andre flytende kjølemiddelstrøm (268,274); (e) ledningsrør for mating av den første flytende kjølemiddelstrømmen (262), den andre dampkjølemiddelstrømmen (270), og den andre flytende kjølemiddel-strømmen (268, 274) til den varme enden av varmevekslersonen (220) idet den første flytende kjølemiddelstrømmen (262), den andre dampkjølemiddel-stTømmen (270), og den andre flytende kjølemiddelstrørnmen (268,274) avkjøles ved indirekte varmeveksling med fordampet blandet kjølemiddel i varmevekslersonen (220) for å frembringe første (275), andre (282), og tredje (286) flytende kjølemidler, respektivt; og (f) innretning for å redusere trykket (276,280,284) til henholdsvis det første (275), det andre (282) og det tredje (286) flytende kjølemiddelet for å gi henholdsvis første (222), andre (226) og tredje (230,231) fordampende kjølemidler i henholdsvis det nedre, midtre og øvre område av varmevekslersonen (220), for derved å frembringe flere fordampende kjølemiddelstrømmer for å avkjøle mategassen (118) gjennom tre temperaturområder i varmevekslersonen (220); og (g) innretning for uttrekking av en kombinert fordampet blandet kjølemiddelstrøm fra bunnen av varmevekslersonen (220) for å frembringe den fordampede blandede kjølemiddelstrømmen (233).