NO328205B1

NO328205B1 - Fremgangsmåte og prosessanlegg for kondensering av gass

Info

Publication number: NO328205B1
Application number: NO20065003A
Authority: NO
Inventors: Einar Brendeng; Petter Neksa
Original assignee: Sinvent As
Priority date: 2006-11-01
Filing date: 2006-11-01
Publication date: 2010-01-11
Also published as: CA2668183A1; EP2084476A1; CN101573575A; EP2084476B1; US8806891B2; PL2084476T3; HUE047966T2; AU2007314748A1; EA200970431A1; DK2084476T3; CA2668183C; AU2007314748B2; NZ576926A; EA016330B1; CN101573575B; AR063445A1; US20100058802A1; WO2008054229A1; EP2084476A4; ES2745413T3

Abstract

Foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte for kjøling og eventuelt kondensering av en produktgass, spesielt for kondensering av naturgass, basert på en lukket sløyfe av flerkomponent kjølemedium i varmeutveksling med gassen som skal kjøles og eventuelt kondenseres. Oppfinnelsen er særpreget ved at den omfatter de trinn å føre produktgassen som skal kjøles gjennom minst én primær toløps varmeveksler (20), føre flerkomponent-kjølemediet fra en første av minst to sekundære toløps varmevekslere (64) gjennom minst én kompressor (46), fjerne varme som absorberes av kjølemediet ved varmeutveksling i én eller flere varmevekslere (54) med f.eks. vann eller et forkjølingsanlegg, sende det nedkjølte kjølemediet inn i minst én faseseparator (60) for å separere flerkomponent-kjølemediet i en mer volatil andel og en mindre volatil andel, kjøle ned den mer volatile andelen i varmeutveksling med et lavnivå kjølemedium ved å sende (62, 74) den gjennom den første av de minst to sekundære varmevekslerne (64), ytterligere kjøle ned den mer volatile andelen i varmeutveksling gjennom den andre av minst to sekundære toløps varmevekslere (114), føre en del av den ytterligere avkjølte, mer volatile andelen fra den andre av de minst to sekundære varmevekslerne (114) til en trotlingsanordning (118) og føre denne delen til varmeutveksling i den andre av de minst to sekundære varmevekslerne (114) som et lavnivå kjølemedium, føre den andre delen av den ytterligere avkjølte, mer volatile andelen fra den andre av de minst to sekundære varmevekslerne (114) til en trotlingsanordning (76) og føre denne delen til varmeutveksling med produktgassen som skal kjøles gjennom minst én primær varmeveksler (20), strupe ned, ved hjelp av en trotlingsanordning (102), den mindre volatile andelen fra den minst ene faseseparatoren (60) til å bli del av et lavnivå kjølemedium og føre denne mindre volatile andelen, blandet med lavnivå-kjølemediet fra den minst ene primære varmeveksleren (20) og lavnivå-kjølemediet fra den andre av de minst to sekundære varmevekslerne (114) til varmeutveksling gjennom den første av de minst to sekundære varmevekslerne (64), og lukke sløyfen ved å føre det fordampede kjølemediet til kompressoren (46).

Description

Oppfinnelsens område

Foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte for kondensering av gass, spesielt naturgass, med bruk av et flerkomponent kjølemedium.

Bakgrunn

Kondensering av gass, spesielt naturgass, er velkjent fra større industrielle anlegg, såkalte grunnlastanlegg (baseload plants) og fra bufferanlegg (peak shaving plants). Slike anlegg har den egenskapen felles at de omdanner en betydelig mengde gass pr. tidsenhet, slik at de kan kreve en betydelig forhåndsinvestering. Kostnaden pr. gassvolum vil likevel være forholdsvis lav over tid. Flerkomponent kjølemedier anvendes ofte for slike anlegg, ettersom dette er den mest effektive måten å oppnå lave nok temperaturer.

Kleemenko (10th International Congress of Refrigeration, 1959) beskriver en prosess for flerkomponent kjøling og kondensering av naturgass, basert på bruk av flerløps varmevekslere.

US-patentet 3,593,535 beskriver et anlegg til samme formål, basert på treløps spiraltvunnede varmevekslere med en oppovergående strømningsretning for kondensasjonsfluidet og en nedovergående strømningsretning for fordampingsfluidet.

Et tilsvarende anlegg er kjent fra US-patentet 3,364,685, der imidlertid varmevekslerne er toløps varmevekslere over to trykknivåer og med strømningsretninger som angitt over.

US-patentet 2,041,745 beskriver et anlegg for kondensering av naturgass delvis basen" på toløps varmevekslere, der den mest volatile bestanddelen av kjølemediet blir kondensert ut i en åpen prosess. I en slik åpen prosess er det nødvendig at gassens sammensetning er tilpasset den tiltenkte bruken. Lukkede prosesser er i alminnelighet mer allsidige.

Det er imidlertid behov for kondensering av gass, spesielt naturgass, mange steder der det ikke er mulig å utnytte storskalafordeler, for eksempel i forbindelse med lokal distribusjon av naturgass, der anlegget skal ligge ved et gassrør mens den kondenserte gassen blir transportert ut av lastebiler, små skip eller liknende. I slike tilfeller er det behov for mindre og billigere anlegg.

Små anlegg vil også være egnet i forbindelse med små gassfelter, for eksempel med såkalt assosiert gass, eller i forbindelse med større anlegg der en ønsker å unngå avbrenning av gassen. I det følgende er betegnelsen "produktgass" anvendt synonymt med naturgass eller annen gass som skal kondenseres eller gjøres flytende.

For slike anlegg er det viktigere med lave investeringskostnader enn en optimal energioptimering. Videre kan et lite anlegg bli satt sammen ved fabrikken og transportert til bruksstedet i én eller flere standardbeholdere.

US-patentet 6,751,984, med samme søker som foreliggende oppfinnelse, beskriver et konsept for småskala kondensering av produktgass. Konseptet er basert på toløps varmevekslere med en nedovergående strømningsretning for kondensasjonsfluidet og en oppovergående strømningsretning for fordampningsfluidet. Kjølingen gjøres ved hovedsaklig ett trykknivå. Ulempen med denne prosessen er imidlertid at det kreves mange varmevekslere for å gjennomføre prosessen, og minst to primære varmevekslere koblet i serie for å kondensere produktgassen. Dette gjør prosessen noe komplisert og således mindre egnet til bruk i visse anvendelser.

Mål

Det er følgelig et mål med foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe en fremgangsmåte og et prosessanlegg for kondensering av gass, spesielt naturgass, som er innrettet for småskala kondensering. Det er også et mål å tilveiebringe et anlegg for kondensering av gass der investeringskostnadene er små.

Det er følgelig et avledet mål å tilveiebringe en fremgangsmåte og et småskala prosessanlegg for kjøling og kondensering av gass, spesielt naturgass, med et flerkomponent kjølemedium, der anlegget utelukkende er basert på tradisjonelle toløps varmevekslere og fortrinnsvis tradisjonelle oljesmurte kompressorer.

Det er videre et avledet mål å tilveiebringe et småskala anlegg for kondensering av naturgass, der anlegget kan bli transportert ferdig sammenstilt fra fabrikken til bruksstedet.

Det er videre et mål å tilveiebringe et konsept som er enklere enn kjente konsepter, for ytterligere å redusere kostnader samt lette drift og vedlikehold og med det øke anvendeligheten.

Oppfinnelsen

De ovenfor angitte målene oppnås av fremgangsmåten ifølge krav 1 og som beskriver en fremgangsmåte for kjøling og eventuelt kondensering av en produktgass. Fremgangsmåten er spesielt tilpasset for kondensering av naturgass, basert på en lukket sløyfe av flerkomponent kjølemedium i varmeutveksling med gassen som skal kjøles og eventuelt kondenseres. Fremgangsmåten omfatter de trinn å føre produktgassen som skal kjøles gjennom minst én primær toløps varmeveksler. Flerkomponent-kjølemediet føres fra en første av minst to sekundære toløps varmevekslere gjennom minst én kompressor. Varme som absorberes av kjølemediet fjernes ved varmeutveksling i én eller flere varmevekslere med f.eks. vann eller et forkjølingsanlegg. Det nedkjølte kjølemediet sendes inn i minst én faseseparator for å separere flerkomponent-kjølemediet i en mer volatil andel og en mindre volatil andel., kjøle Den mer volatile andelen kløles ned ved varmeutveksling med et lavnivå kjølemedium ved å sende den gjennom den første av de minst to sekundære varmevekslerne. Den mer volatile andelen kjøles ytterligere ned i varmeutveksling gjennom den andre av minst to sekundære toløps varmevekslere. En del av den ytterligere avkjølte, mer volatile andelen føres fra den andre av de minst to sekundære varmevekslerne til en trotlingsanordning og denne delen føres til varmeutveksling i den andre av de minst to sekundære varmevekslerne som et lavnivå kjølemedium. Den andre delen av den ytterligere avkjølte, mer volatile andelen, føres fra den andre av de minst to sekundære varmevekslerne til en trotlingsanordning og denne delen føres til varmeutveksling med produktgassen som skal kjøles gjennom minst én primær varmeveksler. Den mindre volatile andelen strupes ned ved hjelp av en trotlingsanordning fra den minst ene faseseparatoren til å bli del av et lavnivå kjølemedium og denne mindre volatile andelen, blandet med lavnivå-kjølemediet føres fra den minst ene primære varmeveksleren og lavnivå-kjølemediet fra den andre av de minst to sekundære varmevekslerne til varmeutveksling gjennom den første av de minst to sekundære varmevekslerne. Sløyfen lukkes ved å føre det fordampede kjølemediet til kompressoren.

Videre vedrører oppfinnelsen et anlegg ifølge krav 8 og som angår et prosessanlegg for kjøling og eventuelt kondensering av en produktgass. Anlegget er spesielt for kondensering av naturgass, basert på en lukket sløyfe av flerkomponent kjølemedium i varmeutveksling med gassen som skal bli kjølt og eventuelt kondensert. Prosessanlegget omfatter minst én primær toløps varmeveksler innrettet for å kjøle ned produktgassen som blir ført til varmeveksleren. Minst én kompressor er innrettet for å komprimere lavnivå-kjølemediet ført fra den første av de minst to sekundære toløps varmevekslerne. Minst én forkjølingsvarmeveksler er tilpasset for å underkjøle og delvis kondensere det komprimerte kjølemediet. Minst én faseseparator er innrettet for å separere det delvis kondenserte flerkomponent-kjølemediet i en mer volatil andel og en mindre volatil andel. Minst to sekundære toløps varmevekslere, der den første av de minst to sekundære varmevekslerne er innrettet for å kjøle ned den mer volatile andelen fra faseseparatoren og den andre av de minst to sekundære varmevekslerne er innrettet for ytterligere å kjøle ned den mer volatile andelen. En trotlingsanordning er innrettet for å redusere trykket i en del av den mer volatile andelen til å bli lavnivå kjølemedium som skal bli varmevekset i den andre av minst to sekundære varmevekslere. En trotlingsanordning er innrettet for å redusere trykket i en del av den mer volatile andelen til å bli lavnivå kjølemedium som skal bli varmevekslet i den minst ene primære varmeveksleren. En trotlingsanordning er innrettet for å redusere trykket i den mindre volatile andelen fra den minst ene faseseparatoren til å bli del av lavnivå-kjølemediet, for blanding med lavnivå-kjølemediet fra den minst ene primære varmeveksleren og lavnivå-kjølemediet fra den andre av minst to sekundære varmevekslere, og som skal føres til varmeutveksling gjennom den første av de minst to sekundære varmevekslerne.

Foretrukne og alternative utførelsesformer av fremgangsmåten og anlegget ifølge oppfinnelsen er angitt i de uselvstendige kravene.

Med anlegget ifølge oppfinnelsen oppnås et småskala anlegg for kjøling og kondensering der kostnadene forbundet med anlegget ikke er til hinder for en kostnadseffektiv drift. På den måten komponentene i anlegget er kombinert unngås at olje fra kompressorene, som til en viss grad vil forringe kjølemediet, følger strømningen av kjølemedium til de kaldeste delene av anlegget. Følgelig unngår man at oljen fryser og tetter kanaler og annet.

I konseptet i henhold til US-patentet 6 751 384 var det nødvendig å innlemme utstyr for fordeling av kjølemedium mellom par av varmevekslere i separate rader. I konseptet ifølge oppfinnelsen er det ikke behov for spesialutstyr for fordeling av kjølemedium mellom parallelle par av varmevekslere. Produktgassen blir kjølt, kondensert og/eller underkjølt i én varmeveksler, fortrinnsvis en platevarmeveksler, angitt som primær varmeveksler, mens flerkomponent-kjølemediet blir kjølt, delvis kondensert og ytterligere kondensert og/eller underkjølt i to varmevekslere, angitt som sekundære varmevekslere. De primære og sekundære varmevekslerne kan, men trenger ikke være av samme type og ha like dimensjoner, og antallet kanaler vil avhenge av strømningsmengden gjennom varmevekslerne. Bruk av flerkomponent kjølemedium er i og for seg kjent, mens hvordan å oppnå fordelene som følger med å kunne nå veldig lave temperaturer i et enkelt anlegg, basert på tradisjonelle komponenter på denne enkle måten, ikke er det. Med anlegget ifølge oppfinnelsen er det også mulig å oppnå en naturlig strømningsretning i anlegget, nemlig slik at fordampningsfluid beveger seg oppover mens kondenseringsfluid beveger seg nedover, slik at man unngår at tyngdekraften har en ugunstig innvirkning i prosessen. Oppfinnelsen er imidlertid ikke begrenset til dette, ettersom andre utførelser også er mulige.

Tegninger

Figur 1 viser et flytdiagram av et prosessanlegg ifølge oppfinnelsen,

Figur 2 viser en alternativ utførelse av anlegget i figur 1,

Figur 3 viser en alternativ utførelse av anlegget i figur 1,

Figur 4 viser en alternativ utførelse av anlegget i figur 1,

Figur 5 viser en del av anlegget i figur 1, med en alternativ utførelse av en anordning for å blande kjølemediet.

En produksjonsstrømning av gass, f.eks. naturgass, blir forsynt gjennom kanalen 10. Dette råmaterialet blir kjølt ned til en temperatur på f.eks. mellom omtrent -10 °C og 20 °C, under et trykk som er så høyt som mulig for den aktuelle platevarmeveksleren, f.eks. 30 barg. Naturgassen er fortørket og C02 er fjernet til et nivå der det ikke forekommer størkning i varmeveksleren. Produktgassen blir kjølt ned i den primære varmeveksleren 20 til omtrent -130 til -160 °C, typisk -150 °C, ved varmeutveksling med lavnivå (lavt trykk) kjølemedium som blir forsynt til varmeveksleren gjennom kanalen 78 og forlater varmeveksleren gjennom kanalen 88.1 varmeveksleren 20 blir produktgassen kjølt ned til en temperatur som er lav nok til å sikre at lite eller ingen fordampning forekommer i den påfølgende nedstrupingen til trykket i lagringstanken 28. Temperaturen kan typisk være -136 °C ved 5 bara eller -156 °C ved 1,1 bara i lagringstanken 28, og naturgassen føres til tanken gjennom trotlingsanordningen 24 og kanalen 26. Lavnivå-kjølemediet som forsynes til varmeveksleren 20 gjennom kanalen 78, er ved sitt kaldeste i prosessanlegget, og omfatter bare de mest volatile delene av kjølemediet.

Lavnivå kjølemedium i kanalen 40 som kommer fra varmeveksleren 64, der det anvendes for kjøling av høynivå kjølemedium, blir ført til minst én kompressor 46 der trykket økes til typisk 20 barg. Kjølemediet strømmer så gjennom kanalen 52 til en varmeveksler 54 der all varmen absorbert av kjølemediet fra naturgassen i trinnene beskrevet over blir fjernet ved varmeutveksling med et tilgjengelig varmesluk, så som kaldt vann eller et forkjølingsanlegg. Kjølemediet blir med det kjølt ned til en temperatur på typisk omtrent 20 °C, muligens lavere ved hjelp av forhåndskjøling, og delvis kondensert. Herifra strømmer kjølemediet gjennom kanalen 58 til en faseseparator 60, der de mest volatile bestanddelene blir skilt ut i toppen gjennom kanalen 62. Denne delen av kjølemediet danner høynivå-kjølemediet til den sekundære varmeveksleren 64.1 varmeveksleren 64 blir høynivå-kjølemediet fra kanalen 62 kjølt ned og delvis kondensert av lavnivå-kjølemediet som blir forsynt til varmeveksleren 64 gjennom kanalen 90 og forlater denne gjennom kanalen 40. Fra varmeveksleren 64 strømmer høynivå-kjølemediet gjennom kanalen 74 til en andre sekundær varmeveksler 114 anordnet i parallell med den primære varmeveksleren 20.1 varmeveksleren 114 blir høynivå-kjølemediet fra kanalen 74 kjølt ned og delvis eller fullt kondensert av lavnivå kjølemedium som blir forsynt til varmeveksleren 114 gjennom kanalen 120 og forlater denne gjennom kanalen 86.

Fra varmeveksleren 114 strømmer det delvis eller fullt kondenserte høynivå-kjølemediet gjennom kanalen 116 til trotlingsanordningene 76 og 118 for nedstruping til et lavere trykk. Strømningen gjennom anordningen 76 strømmer herfra som lavnivå kjølemedium gjennom kanalen 78 til varmeveksleren 20, der kondenseringen av prosessgassen finner sted. Kjølemediet i kanalen 78 er således ved den laveste temperaturen i hele prosessen, og er omtrent like kaldt som i kanalen 120, typisk i området -140 °C til -160 °C.

Deler av det delvis kondenserte, kondenserte eller underkjølte høynivå-kjølemediet i kanalen 116 føres til den andre sekundære varmeveksleren 114 etter å ha blitt nedstrupet til lavere trykk gjennom en trotlingsanordning 118. Dette kjølemediet strømmer gjennom kanalen 120 til varmeveksleren 114, der det anvendes for å kjøle ned høynivå-kjølemediet før det forlater varmeveksleren gjennom kanalen 86.

Fra faseseparatoren 60 strømmer den mindre volatile delen av kjølemediet gjennom kanalen 100, blir nedstrupet til et lavere trykk gjennom trotlingsanordningen 102 og blir blandet med strømmer av lavnivå kjølemedium fra kanalene 86 og 88 fra henholdsvis varmevekslerne 114 og 20, hvoretter den forenede strømningen av lavnivå kjølemedium strømmer videre til varmeveksleren 64 gjennom kanalen 90.

Sammen med den mindre volatile andelen av kjølemediet i kanalen 100 vil det alltid finnes forurensninger i form av olje når vanlige oljekjølte kompressorer anvendes. Det er følgelig et trekk ved foreliggende oppfinnelse at denne første, mindre volatile strømningen 100 av kjølemedium fra faseseparatoren 60 kun blir anvendt for varmeutveksling i varmeveksleren 64 som er minst kald, ettersom varmeveksleren danner det første kjøletrinnet for kjølemediet. Lavnivå-kjølemediet som strømmer oppover gjennom det parallelt anordnede varmevekslerparet, angitt som primære varmevekslere for kjøling av produktgassen og sekundære varmevekslere for kjøling av høynivå kjølemedium, vil bli varmet opp og delvis fordampet av varmen som mottas fra produktgassen og fra høynivå-kjølemediet. Strømningen av lavnivå kjølemedium blir for varmevekslerparet 114 og 20 delt inn

i to delstrømmer som deretter blir ført sammen igjen, og som har hovedsaklig samme trykk. Det er en fordel om temperaturen til de to strømmene av høynivå kjølemedium som forlater varmevekslerparet kan styres, dvs. at temperaturen i høynivå-kjølemediet i kanalen 116 er i omtrent samme størrelsesorden som temperaturen i produktgassen i kanalen 22. Dette kan oppnås gjennom passende styring av trotlingsanordningene 118, 76 og 24.

Figur 2 viser en alternativ utførelsesform av anlegget i figur 1. Høynivå-kjølemediet som strømmer i kanalen 74, vil være i tofasetilstand ved innløpet til varmeveksleren 114. For å få til en tilfredsstillende fordeling av kjølemedium mellom de parallelle kanalene i varmeveksleren 114 kan en statisk blandeanordning 119 være innsatt i kanalen 74 ved innløpsporten til varmeveksleren. Effektiviteten til statiske blandeanordninger øker med økende trykkfall, og et trykkfall på f.eks. 1 bar vil kunne tillates for høynivå-kjølemediet. Lavnivå-kjølemediet som strømmer i kanalen 90, vil være i tofasetilstand ved innløpet til varmeveksleren 64. For å oppnå en tilfredsstillende fordeling av kjølemedium mellom de parallelle kanalene i varmeveksleren 64 kan en statisk blandeanordning 121 være satt inn i kanalen 90 ved innløpsporten til varmeveksleren. Siden et betydelig trykkfall reduserer anleggets effektivitet bør trykkfallet i denne blandeanordningen være så lavt som praktisk mulig. Figur 3 viser en alternativ utførelsesform av anlegget i figur 1, der en separator 153 er innsatt i kanalen 74 for høynivå-kjølemediet. Strømningen av tofase kjølemedium i kanalen 74 blir delt inn i en gassdel, som blir forsynt gjennom kanalen 151 til innløpet til varmeveksleren 114, og en væskedel, som blir forsynt gjennom kanalen 152 til det samme innløpet til varmeveksleren 114. En spesialinnrettet fordelingsanordning, ikke vist, må være anordnet i innløpsporten for å fordele væsken likt mellom de parallelle kanalene i varmeveksleren. Figur 4 viser en alternativ utførelsesform av anlegget i figur 1, der en separator 201 er innsatt i kanalen 74 for høynivå-kjølemediet. Strømningen av tofase kjølemedium i kanalen 74 blir delt inn i en mer volatil gassdel, som blir ført gjennom kanalen 211 til varmeveksleren 200, og en mindre volatil væskedel, som blir ført gjennom kanalen 212 til varmeveksleren 114. Gassdelen blir kondensert og eventuelt underkjølt i varmeveksleren 200, og væsken blir underkjølt i varmeveksleren 114. Væsken fra varmeveksleren 200 blir ført gjennom kanalen 213 til en statisk blandeanordning 220, og væsken fra varmeveksleren 114 blir ført gjennom kanalen 116 til den samme blandeanordningen 220 for omblanding av de to atskilte væskestrømmene. Videre blir en del av den omblandede, mer volatile væskestrømmen ført gjennom kanalen 117 til trotlingsanordningen 118 og ført gjennom kanalen 120 til varmeutveksling i varmeveksleren 114 som lavnivå kjølemedium. En annen del av den omblandede, mer volatile væskestrømmen blir ført gjennom kanalen 214 til trotlingsanordningen 202 og ført gjennom kanalen 215 til varmeutveksling i varmeveksleren 200 som lavnivå kjølemedium. Nok en annen del av den omblandede, mer volatile væskestrømmen blir ført gjennom kanalen 77 til trotlingsanordningen 76 og ført gjennom kanalen 78 som lavnivå kjølemedium til varmeutveksling med produktgassen som skal kjøles i den primære varmeveksleren 20. Figur 5 viser en del av anlegget i figur 1, omfattende faseseparatoren 60, den sekundære varmeveksleren 64 (det første kjøletrinnet for kjølemediet) og kanalene 86 og 88 som kommer fra varmevekslerne 114/20. Figur 5 viser videre en kombinert ejektor- og blandeanordning 106 som mottar strømningene av kjølemedium fra kanalene 86, 88 og 104, jfr. figur 1, der bevegelsesenergien fra trykkreduksjonen fra et høyt til et lavt trykknivå i kanalen 104 anvendes for å overvinne trykktapet i en blandeanordning for finfordeling av væsken i tofasestrømmen. På nedstrømssiden forsyner blandeanordningen 106 strømningen til kanalen 90 som fører til den sekundære varmeveksleren 64, for å oppnå en god fordeling av tofasestrømmen i de parallelle kanalene i

varmeveksleren. En styreanordning, ikke vist, er tilkoblet mellom faseseparatoren 60 og trotlingsanordningen 102, og styres kontinuerlig på en måte som sikrer at nivået av kondensert fase i faseseparatoren holder seg mellom et maksimumsnivå og et minimumsnivå. Dette kan også kombineres med styring av dysearealet i ejektoren, manuelt eller automatisk ved hjelp av en prosessorstyrt krets.

Selv om figur 1 kun viser én kompressor er det ofte mer hensiktsmessig å komprimere kjølemediet i to serielle trinn, fortrinnsvis med koblet kjøling. Dette har å gjøre med graden av komprimeringseffektivitet som er mulig å oppnå med enkle oljesmurte kompressorer, og kan tilpasses av fagmannen avhengig av behovet.

Igjen med henvisning til figur 1 kan det være nyttig å innlemme en ytterligere varmeveksler som forklart nedenfor. Siden lavnivå-kjølemediet i kanalen 40

normalt vil ha en temperatur som er lavere enn den til høynivå-kjølemediet i kanal 58, kan det være hensiktsmessig å varmeutveksle disse med hverandre (ikke vist), og følgelig redusere temperaturen i nevnte høynivå-kjølemedium ytterligere før det føres inn i faseseparatoren 60 gjennom kanalen 58.

Med fremgangsmåten og anlegget ifølge oppfinnelsen tilveiebringes en løsning der en produktgass, så som naturgass, kan bli kondensert kostnadseffektivt i liten skala ettersom prosesseringsanordningen som anvendes er av en veldig enkel type. Styring og tilpasning av prosessen sikrer at olje fra kompressorene som er inneholdt i produktgassen, ikke kan fryse og blokkere kanaler eller varmevekslere ettersom olje ikke kommer til de kaldeste delene av anlegget.

Småskala kondenseringsanlegget beskrevet her har en rekke forskjellige mulige anvendelser, for delvis eller full kondensering av en gass med lav koketemperatur. Fordelen med anlegget er at det kan monteres i en ramme eller leveres i standardbeholdere, at energiforbruket er nokså lavt og at leveringstiden kan være kortere enn for andre småskalasystemer.

Forskjellige ikke-begrensende eksempler på bruk av fremgangsmåten og anlegget ifølge foreliggende oppfinnelse kan være: Kondensering av naturgass fra gassrørlinjer, for lastebiltransport til fjerne brukere. Brukerne kan være permanente brukere på steder der rørdistribusjon ikke er økonomisk lønnsomt. Småskala kondenseringsanlegget kan bli levert til bruksstedet montert i en ramme, og kan lett fjernes dersom behovet for LNG-produksjon endrer seg.

Kondensering av naturgass fra gassrørlinjer, for produksjon av drivstoff til kjøretøyer. Lastebiltransport av flytende naturgass kan i noen tilfeller bli betraktet som en fare for miljøet, men med lokal drivstoffproduksjon unngår man lastebiltransport av flytende naturgass. Småskala kondenseringsanlegget kan bli levert til et brukssted montert i en ramme, og kan lett fjernes dersom behovet for drivstoffproduksjon endrer seg.

Flytende metan fra fyllplasser blir stadig mer aktuelt som f.eks. drivstoff til kjøretøyer. Småskala kondenseringsanlegget beskrevet her er velegnet til dette formålet, med forholdsvis lavt energiforbruk og lave investeringskostnader. Småskala kondenseringsanlegget kan bli levert til fyllplassen montert i en ramme, og kan lett fjernes når produksjonen av deponigass er uttømt.

Anlegget er også velegnet for kondensering av biogass.

Kondensering av fjern naturgass fra små gassbrønner, lukkede gassbrønner og stranded gass. Siden gassreservene i små gassbrønner kan være begrenset vil den enkle transporterbarheten av det lille kondenseringsanlegget være en fordel. Videre kan anlegget anvendes for kondensering av gass som ellers vil kunne måtte brennes. Den flytende gassen kan bli transportert med lastebil til forbrukerne eller til kraftanlegg for elektrisitetsproduksjon, og på den måten muliggjøre bruk av naturgass i områder der det ikke er økonomisk lønnsomt å bygge ut gassrørnett.

Gass i kull, hovedsaklig bestående av metan, er en viktig energiressurs. For kulleier der et stort antall brønner må bores og gassproduksjonsmengden for hver brønn er begrenset, kan småskala kondenseringsanlegget anvendes for å kondensere metanet og således spare verdifullt drivstoff for bruk til forskjellige andre formål. I tillegg er reduksjon av metanutslipp viktig med hensyn til global oppvarming.

Rekondensering av avbrenningsgass fra tanker om bord på små tankskip, spesielt skip for transport av flytende naturgass. For små gasstankskip til transport av flytende naturgass har til nå kun termisk oksydering av avbrenningsgassen vært vurdert, siden andre metoder, så som bruk av en reversert Brayton-syklus, kan være for kostbare og energikrevende i den aktuelle småskalastørrelsen.

Rekondensering av avbrenningsgass fra iandtanker, så som satellittstyrte flytende naturgasstanker der gassbehovet varierer og til tider kan være lavere enn avbrenningsgassmengden.

Claims

1. Fremgangsmåte for kjøling og eventuelt kondensering av en produktgass, spesielt for kondensering av naturgass, basert på en lukket sløyfe av flerkomponent kjølemedium i varmeutveksling med gassen som skal kjøles og eventuelt kondenseres, karakterisert ved at den omfatter de trinn å: føre produktgassen som skal kjøles gjennom minst én primær toløps varmeveksler (20), føre flerkomponent-kjølemediet fra en første av minst to sekundære toløps varmevekslere (64) gjennom minst én kompressor (46), fjerne varme som absorberes av kjølemediet ved varmeutveksling i én eller flere varmevekslere (54) med f.eks. vann eller et forkjølingsanlegg, sende det nedkjølte kjølemediet inn i minst én faseseparator (60) for å separere flerkomponent-kjølemediet i en mer volatil andel og en mindre volatil andel, kjøle ned den mer volatile andelen i varmeutveksling med et lavnivå kjølemedium ved å sende (62, 74) den gjennom den første av de minst to sekundære varmevekslerne (64), ytterligere kjøle ned den mer volatile andelen i varmeutveksling gjennom den andre av minst to sekundære toløps varmevekslere (114), føre en del av den ytterligere avkjølte, mer volatile andelen fra den andre av de minst to sekundære varmevekslerne (114) til en trotlingsanordning (118) og føre denne delen til varmeutveksling i den andre av de minst to sekundære varmevekslerne (114) som et lavnivå kjølemedium, føre den andre delen av den ytterligere avkjølte, mer volatile andelen fra den andre av de minst to sekundære varmevekslerne (114) til en trotlingsanordning (76) og føre denne delen til varmeutveksling med produktgassen som skal kjøles gjennom minst én primær varmeveksler (20), strupe ned, ved hjelp av en trotlingsanordning (102), den mindre volatile andelen fra den minst ene faseseparatoren (60) til å bli del av et lavnivå kjølemedium og føre denne mindre volatile andelen, blandet med lavnivå-kjølemediet fra den minst ene primære varmeveksleren (20) og lavnivå-kjølemediet fra den andre av de minst to sekundære varmevekslerne (114) til varmeutveksling gjennom den første av de minst to sekundære varmevekslerne (64), og lukke sløyfen ved å føre det fordampede kjølemediet til kompressoren (46).

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det trinn å føre produktgassen som skal kjøles gjennom minst én primær toløps varmeveksler (20), videre omfatter det trinn å føre den avkjølte og eventuelt kondenserte produktgassen gjennom en trotlingsanordning (24) til en lagringstank (28).

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at de trinn å kjøle ned den mer volatile andelen i varmeutveksling med et lavnivå kjølemedium ved å sende (62, 74) den gjennom den første av de minst to sekundære toløps varmevekslerne (64) og ytterligere kjøle ned den mer volatile andelen i varmeutveksling gjennom den andre av de minst to sekundære toløps varmevekslerne (114), videre omfatter det trinn å blande gass og væske i den andre av de minst to varmevekslerne (114) ved hjelp av en blandeanordning (119) ved høytrykks-innløpsporten til varmeveksleren (114).

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at en blandeanordning (121) anordnes mellom den første og den andre av de minst to sekundære toløps varmevekslerne (64,114) for å oppnå en bedre fordeling av gass og væske i den andre av de minst to varmevekslerne (64).

5. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at de trinn å kjøle ned den mer volatile andelen i varmeutveksling med et lavnivå kjølemedium ved å sende den gjennom den første av de minst to sekundære toløps varmevekslerne (64), og så separere gass og væske i en andre faseseparator (153) anordnet etter den første sekundære varmeveksleren (64) før gassdelen av den mer volatile andelen og væskedelen av den mer volatile andelen føres videre til en omblanding før den ytterligere nedkjølingen av den mer volatile andelen i varmeutveksling gjennom den andre av de minst to toløps sekundære varmevekslerne (114).

6. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at de trinn å kjøle ned den mer volatile andelen i varmeutveksling med et lavnivå kjølemedium ved å sende den (62, 74) gjennom den første av de sekundære toløps varmevekslerne (64), og så separere gass og væske i en andre faseseparator (201) anordnet etter den første sekundære varmeveksleren (64) før gassdelen av den mer volatile andelen føres videre til én av minst to parallelle toløps varmevekslere for kondensering og væskedelen av den mer volatile andelen føres videre til den andre av minst to parallelle toløps varmevekslere (200,114) for underkjøling før omblanding av de atskilte væskestrømmene i en blandeanordning (220), og videre føre en del av den ytterligere kjølte, mer volatile andelen til en trotlingsanordning (118) og føre denne delen til varmeutveksling i én av de minst to parallelle varmevekslerne (114) som et lavnivå kjølemedium, føre en annen del av den ytterligere kjølte, mer volatile andelen til en trotlingsanordning (202) og føre denne delen til varmeutveksling i én av de minst to parallelle varmevekslerne (200) som et lavnivå kjølemedium, føre nok en annen del av den ytterligere kjølte, mer volatile andelen til en trotlingsanordning (76) og føre denne delen til varmeutveksling med produktgassen som skal kjøles gjennom minst én primær toløps varmeveksler (20), strupe den mindre volatile andelen fra den minst ene faseseparatoren (60) til å bli del av et lavnivå kjølemedium og føre denne mindre volatile andelen, blandet med lavnivå-kjølemediet fra den minst ene primære varmeveksleren (20) og lavnivå-kjølemediet fra de sekundære varmevekslerne (114, 200) til varmeutveksling gjennom den første av de minst to sekundære varmevekslerne (64).

7. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at den mindre volatile andelen fra den minst ene faseseparatoren (60) som skal anvendes som drivfluid i en ejektor (106) for å bli del av et lavnivå kjølemedium og for å bevirke til en trykkøkning eller bedre blanding av strømningene av det mindre volatile, lavnivå kjølemediet som skal blandes i (86, 88), før strømningen gjennomgår varmeutveksling gjennom den første av de minst to sekundære toløps varmevekslerne (64).

8. Prosessanlegg for kjøling og eventuelt kondensering av en produktgass, spesielt for kondensering av naturgass, basert på en lukket sløyfe av flerkomponent kjølemedium i varmeutveksling med gassen som skal bli kjølt og eventuelt kondensert, karakterisert ved at det omfatter: minst én primær toløps varmeveksler (20) innrettet for å kjøle ned produktgassen som blir ført til varmeveksleren (10), minst én kompressor (46) innrettet for å komprimere lavnivå-kjølemediet ført fra den første av de minst to sekundære toløps varmevekslerne (64), minst én forkjølingsvarmeveksler (54) for å underkjøle og delvis kondensere det komprimerte kjølemediet, minst én faseseparator (60) innrettet for å separere det delvis kondenserte flerkomponent-kjølemediet i en mer volatil andel og en mindre volatil andel, minst to sekundære toløps varmevekslere (64,114), der den første av de minst to sekundære varmevekslerne (64) er innrettet for å kjøle ned den mer volatile andelen fra faseseparatoren (62) og den andre av de minst to sekundære varmevekslerne (114) er innrettet for ytterligere å kjøle ned den mer volatile andelen, en trotlingsanordning (118) innrettet for å redusere trykket i en del av den mer volatile andelen til å bli lavnivå kjølemedium som skal bli varmevekset i den andre av minst to sekundære varmevekslere, en trotlingsanordning (76) innrettet for å redusere trykket i en del av den mer volatile andelen til å bli lavnivå kjølemedium som skal bli varmevekslet i den minst ene primære varmeveksleren (20), en trotlingsanordning (102) innrettet for å redusere trykket i den mindre volatile andelen fra den minst ene faseseparatoren (60) til å bli del av lavnivå-kjølemediet, for blanding med lavnivå-kjølemediet fra den minst ene primære varmeveksleren (20) og lavnivå-kjølemediet fra den andre av minst to sekundære varmevekslere (114), og som skal føres til varmeutveksling gjennom den første av de minst to sekundære varmevekslerne (64).

9. Prosessanlegg ifølge krav 8, karakterisert ved at minst én av varmevekslerne er en motstrøms-varmeveksler.

10. Prosessanlegg ifølge krav 8, karakterisert ved at det omfatter en blandeanordning, f.eks. en statisk blander (119), mellom den første og den andre av de minst to sekundære toløps varmevekslerne (64,114), der nevnte blandeanordning (119) er innrettet for å bidra til en bedre fordeling av gass og væske i den andre av minst to sekundære varmevekslere (114).

11. Prosessanlegg ifølge krav 8, karakterisert ved at det omfatter en blandeanordning, f.eks. en statisk blander (121), mellom den første og den andre av de minst to sekundære toløps varmevekslerne (64,114), der nevnte blandeanordning (121) er innrettet for å bidra til en bedre fordeling av gass og væske i den andre av minst to sekundære varmevekslere (64).

12. Prosessanlegg ifølge krav 8, karakterisert ved at det omfatter en andre faseseparator (153) mellom den første og den andre av de minst to sekundære toløps varmevekslerne (64, 114), der nevnte andre faseseparator (153) er innrettet for å separere gassen og væsken for bedre å kunne fordele de to fasene likt mellom de parallelle kanalene i varmeveksleren (114) før ytterligere kjøling av kjølemediet i den andre av minst to sekundære varmevekslerne (114).

13. Prosessanlegg ifølge krav 8, karakterisert ved at det omfatter en andre faseseparator (201) etter den første (64) av minst to sekundære toløps varmevekslere, der nevnte andre faseseparator (201) er innrettet for å separere gassen og væsken for å kjøle gassen og væsken i to toløps varmevekslere (114, 200) før de igjen blandes, og deretter strupe ned fluidstrømmen i minst tre ventiler (76,118, 202) til å bli en del av lavnivå kjølemedium i de minst to sekundære varmevekslerne (114, 200) og den minst ene primære toløps varmeveksleren (20).

14. Prosessanlegg ifølge krav 8, karakterisert ved at det omfatter en ejektor (106) der den mindre volatile andelen fra faseseparatoren (60) blir anvendt som drivstrømning for å øke trykket eller bevirke til en bedre blanding av de andre strømmene av lavnivå kjølemedium (86, 88) før den blandede strømningen kommer inn som lavnivå kjølemedium i den første av minst to sekundære toløps varmevekslere (64).