NO331440B1 - Hybrid cyklus for produksjon av LNG - Google Patents

Abstract

En kjøleprosess for flytendegjøring av gass benytter en eller flere fordampende kjølemiddelsykluser til å frembringe kjøling under omtrent -40°C og en gassekspansjonssyklus for å frembringe kjøling under omtrent -100°C. Hvert av disse to typer kjølemiddelsystemer blir benyttet i et optimalt temperaturområde som maksimerer effektiviteten av det system det gjelder. En betydelig brøkdel av den samlede kjølevirkning som kreves for å flytendegjøre mategassen (som regel mer enn 5% og ofte mer enn 10% av det hele) kan forbrukes av de fordampende kjølemiddelsykluser. Oppfinnelsen kan utføres ved utforming av et nytt anlegg for flytendegjøring eller kan benyttes til ettermontering eller utvidelse av et eksisterende anlegg ved tilføyelse av en gassekspanderende kjølekrets til det eksisterende kjølesystem i anlegget.

Description

Produksjonen av flytendegjort naturgass (LNG) utføres ved kjøling og kondensering av en mategasstrøm mot et flertall kjølemiddelstrømmer som frembringes med resirkulerende kjølesystemer. Kjøling av naturgassmatingen foregår ved forskjellige kjøleprosesscykluser som for eksempel den velkjente kaskadecyklus, der kjøling utføres med tre forskjellige kjølemiddelsløyfer. En slik kaskadecyklus benytter metan, etylen og propancykluser i rekkefølge for å frembringe kjøling ved tre forskjellige temperaturnivåer. En annen velkjent kjølecyklus gjør bruk av en propan forhåndskjølt blandet kjølemiddelcyklus der en flere-komponents kjølemiddelblanding skaper kjøling over et valgt temperaturområde. Det blandede kjølemiddel kan inneholde hydrokarboner som for eksempel metan, etan, propan og andre lette hydrokarboner, og kan også inneholde nitrogen. Versjoner av dette effektive kjølesystem benyttes i mange LNG-anlegg rundt om i verden.

En annen type kjøleprosess for flytendegjøring av naturgass innebærer bruken av en nitrogen ekspansjonscyklus, der nitrogen først blir komprimert og avkjølt til omgivende forhold med luft- eller vannkjøling og deretter kjølt ytterligere ved motstrømsutveksling med en kald lavtrykks nitrogengass. Den kjølte nitrogenstrøm blir så arbeidsekspandert gjennom en turboekspansjonsanordning for å frembringe en kald lavtrykksstrøm. Den kalde nitrogengass benyttes til å kjøle den naturlige gassmating og høytrykks nitrogenstrømmen. Det arbeid som frembringes ved nitrogenekspansjonen kan benyttes til å drive en nitrogen støttekompressor som er forbundet med akselen for ekspansjonsanordningen. I denne prosess blir det kalde ekspanderte nitrogen benyttet til å flytendegjøre naturgassen også til å kjøle den komprimerte nitrogengass i samme varmeutveksler. Det kjølte trykksatte nitrogen blir ytterligere kjølt i arbeidsekspansjonstrinnet for å frembringe det kalde nitrogen kjølemiddel.

Kjølesystemene som benytter ekspansjon avde nitrogenholdige

kjølemiddelgasstrømmer er blitt benyttet for små flytende naturgass (LNG) utstyr som som regel benyttes for å ta av topper. Slike systemer er beskrevet i publikasjonene av K. Muller m.fl., med tittelen "Natural Gas Liquefaction by an Expansion Turbine Mixture Cycle" i Chemical Economy & Engineering Review, vol. 8, nr. 10 (nr. 99), oktober 1976, og "The Liquefaction of Natural Gas in the Refrigeration Cycle with Expansion Turbine" i Erdol und Kohle - Erdgas - Petrochemie Brennst-Chem vol. 27, nr. 7, 379-380 (juli 1974). Et annet system av denne art er beskrevet i en artikkel med tittelen "SDG&E: Experience Pays Off for Peak Shaving Pioneer" i Cryogenics & Industrial Gases, september/oktober 1971, s. 25-28.

US-patent nr. 3.511.058 beskriver et LNG-produksjonssystem som benytter en nitrogenkjøler med lukket sløyfe med en gassekspansjonsanordning eller cyklus av reversert Brayton-type. I denne prosess blir flytende nitrogen produsert ved hjelp av en nitrogen kjølesløyfe som benytter to turbo ekspansjonsanordninger. Det flytende nitrogen som produseres blir kjølt ytterligere av en tett fluidum ekspansjonsanordning. Naturgassen gjennomgår den avsluttende kjøling ved koking av det flytende nitrogen som produseres fra anordningen til flytendegjøring av nitrogen. Den første kjøling av naturgassen foregår med en del av det kalde gassformede nitrogen som mates ut fra den varmere av de to ekspansjonsanordninger for bedre å passe til kjølekurvene i den varme ende av varmeutveksleren. Denne prosess kan anvendes på naturgasstrømmer ved underkritiske trykk siden gassen er gjort flytende i en fritt drenerende kondensator som er festet til en faseseparatortrommel.

US-patent nr. 5.768.912 (svarende til internasjonal patentpublikasjon WO 95/27179) beskriver en prosess for flytendegjøring av naturgass, der det benyttes nitrogen i en lukket sløyfe i en kjølecyklus av Brayton-type. Mategassen og høytrykks nitrogenet kan forhåndskjøles ved bruk av en vanlig kjølepakke der det anvendes propan, freon eller ammoniakkabsorpsjonscykluser. Dette forhåndskjølende kjølesystem utnytter omtrent 4% av den samlede energi som forbrukes av nitrogenkjølesystemet. Naturgassen blir så kjølt og underkjølt til -149°C ved bruk av en reversert Brayton-cyklus eller turo ekspansjonscyklus ved anvendelse av to eller tre ekspansjonsanordninger anbrakt i serie i forhold til den kjølende naturgass.

Et blandet kjølemiddelsystem for flytendegjøring av naturgass er beskrevet i internasjonal patentpublikasjon WO 96/11370, der det blandede kjølemiddel blir komprimert, delvis kondensert med et eksternt kjølefluidum og separert i væskefase og dampfase. Den resulterende damp blir arbeidsekspandert for å skape kjøling ved den kalde ende av prosessen og væsken blir underkjølt og fordampet for å skape ytterligere kjøling.

Internasjonal patentpublikasjon WO 97/13109 beskriver en prosess til flytendegjøring av naturgass der det benyttes nitrogen i en kjølecyklus av reversert Brayton-type med lukket sløyfe. Naturgassen ved overkritisk trykk blir kjølt mot nitrogenkjølemidlet, ekspandert isentropisk og avdelt i en fraksjoneringskolonne for å fjerne lette komponenter.

Flytendegjøring av naturgass er meget energikrevende. Forbedret effektivitet ved prosesser for flytendegjøring av gass er derfor meget ønskelig og er derfor hovedhensikten med de nye cykluser som utvikles på området for flytendegjøring av gass. Formålet med foreliggende oppfinnelse slik den er beskrevet nedenfor og definert i kravene som følger er å forbedre virkningsgraden ved flytendegjøring ved å tilveiebringe to integrerte kjølesystemer der et av systemene benytter en eller flere fordampende kjølemiddelcykluser for å frembringe kjøling ned til omtrent -100°C og benytter en gassekspansjonscyklus for å frembringe kjøling under omtrent -100°C. Forskjellige utførelser er beskrevet for anvendelse av dette forbedrede kjølesystem som bidrar til å forbedre effektiviteten ved flytendegjøring.

Oppfinnelsen vedrøer en fremgangsmåte for flytendegjøring, slik som det fremgår i de selvstendige krav 1 og 27, av en mategass som går ut på at minst en del av den totale kjøling som er nødvendig for å kjøle og kondensere mategassen ved bruk av et første kjølesystem som omfatter minst en resirkulerende kjølekrets der det første kjølesystem benytter to eller flere kjølemiddelkomponenter og bevirker kjøling i et første temperaturområde og et andre kjølesystem som bevirker kjøling i et andre temperaturområde ved arbeidsekspansjon av en trykksatt gassformet kjølemiddelstrøm.

Den laveste temperatur i det andre temperaturområdet er fortrinnsvis mindre enn den laveste temperatur i det første temperaturområdet. Som regel blir minst 5% av den totale kjøleeffekt som kreves for å flytendegjøre mategassen forbrukt av det første kjølesystem. Under mange arbeidsbetingelser kan minst 10% av den samlede kjøleeffekt som kreves for å flytendegjøre mategassen bli forbrukt av det første resirkulerende kjølesystem. Mategassen er fortrinnsvis naturgass.

Kjølemidlet i den første resirkulerende kjølekrets kan omfatte to eller flere komponenter som er valgt fra gruppen bestående av nitrogen, hydrokarboner inneholdende et eller flere atomer og halokarboner inneholdende et eller flere karbonatomer. Kjølemidlet ifølge fremgangsmåten i den andre resirkulerende kjølekrets kan omfatte nitrogen.

Minst en del av det første temperaturområdet ligger som regel mellom omtrent -40°C og omtrent -100°C og i det minste en del av det første temperaturområdet kan være mellom omtrent -60°C og omtrent -100°C. Minst en del av det andre temperaturområdet kan være under-100°C.

I en utførelse av oppfinnelsen arbeider det første resirkulerende kjølesystem ved:

(1) komprimering av et gassformet kjølemiddel; (2) kjøling og i det minste delvis kondensasjon av det resulterende komprimerte kjølemiddel; (3) reduksjon av trykket på det resulterende i det minste delvis kondenserte komprimerte kjølemiddel; (4) fordampning av det resulterende kjølemiddel med redusert trykk for å frembringe kjøling i det første temperaturområdet og gi et fordampet kjølemiddel; og (5) resirkulering av det fordampede kjølemiddel for å frembringe det første gassformede kjølemiddel i (1).

Minst en del av kjølingen av det resulterende komprimerte kjølemiddel i (2) kan frembringes ved indirekte varmeutveksling med fordampende kjølemiddel med redusert trykk i (4). Minst en del av kjølingen i (2) kan frembringes ved indirekte varmeutveksling med en eller flere ytterligere fordampende kjølemiddelstrømmer som tilføres av en tredje resirkulerende kjølekrets. Den tredje resirkulerende kjølekrets benytter som regel et enkelt-komponents kjølemiddel. Den tredje resirkulerende kjølekrets kan benytte et blandet kjølemiddel omfattende to eller flere komponenter.

Det andre resirkulerende kjølesystem er drivet med

(1) komprimering av et andre gassformet kjølemiddel for å frembringe det trykksatte kjølemiddel i (b); (2) kjøling av det trykksatte gassformede kjølemiddel for å gi et kjølt gassformet kjølemiddel; (3) arbeidsekspansjon av det kjølte gassformede kjølemiddel for å frembringe det kalde kjølemiddel i (b); (4) varming av det kalde kjølemiddel for å frembringe kjøling i det andre temperaturområdet; og (5) resirkulering av det resulterende varme kjølemiddel for å frembringe det andre gassformede kjølemiddel i (1).

Minst en del av kjølingen i (2) kan frembringes ved indirekte varmeutveksling ved oppvarming av den kalde kjølemiddelstrøm i (4). Dessuten kan minst en del av kjølingen i (2) frembringes ved indirekte varmeutveksling med det fordampende kjølemiddel i (a). Minst en del av kjølingen i (2) kan frembringes ved indirekte varmeutveksling med et eller flere ytterligere fordampende kjølemidler frembrakt av en tredje resirkulerende kjølekrets som kan benytte et enkelt-komponents kjølemiddel. Som alternativ kan den tredje resirkulerende kjølekrets benytte et blandet kjølemiddel som omfatter to eller flere komponenter.

Den første resirkulerende kjølekrets og den andre resirkulerende kjølekrets kan i en enkel varmeutveksler frembringe en del av den samlede kjøling som er nødvendig for å flytendegjøre mategassen.

I en utførelse av oppfinnelsen kan det første kjølesystem drives ved

(1) komprimering av det gassformede kjølemiddel; (2) kjøling og delvis kondensasjon av det resulterende komprimerte kjølemiddel for å gi en kjølemiddeldampfraksjon og en kjølemiddelvæskefraksjon; (3) ytterligere kjøling og reduksjon av trykket på den flytende kjølemiddelfraksjon og fordampning av den resulterende flytende kjølemiddelfraksjon for å frembringe kjøling i det første temperaturområdet og frembringe et første fordampet

kjølemiddel;

(4) kjøling og kondensering av den dampformede kjølemiddelfraksjon, reduksjon av t rykket på i det minste en del av den resulterende væske og fordampning av den resulterende væskeformede kjølemiddelfraksjon for å frembringe ytterligere kjøling

i det første temperaturområdet og å gi et andre fordampet kjølemiddel; og

(5) sammenføring av de første og andre fordampede kjølemidler for å frembringe det første gassformede kjølemiddel i (1).

Fordampning av den resulterende væske i (4) kan utføres ved et trykk lavere enn fordampningen av den resulterende flytende kjølemiddelfraksjon i (3), der det andre fordampede kjølemiddel ville være komprimert før det ledes sammen med det første fordampede kjølemiddel. Arbeid fra arbeidsekspansjonen av det kjølte gassformede kjølemiddel i (3) kan utgjøre en del av det arbeid som er nødvendig for å komprimere det andre gassformede kjølemiddel i (1).

Mategassen kan være naturgass, og i så tilfelle, kan den resulterende flytendegjorte naturgasstrøm flashes til et lavere trykk for å gi en lett flashdamp og et endelig væskeprodukt. Den lette flashdamp kan benyttes til å danne det andre gassformede kjølemiddel i den andre kjølekrets.

Fig. 1 er et flytskjema for en foretrukket utførelse av foreliggende oppfinnelse.

Fig. 2 er et flytskjema for en annen utførelse av foreliggende oppfinnelse, der det benyttes en alternativ fremgangsmåte til forhåndskjøling av det resirkulerende kjølemiddel i den gassekspanderende kjølecyklus. Fig. 3 er et flytskjema for en annen utførelse av foreliggende oppfinnelse som benytter flashgass som kjølemiddel i den gassekspanderende kjølecyklus. Fig. 4 er et flytskjema for en annen utførelse av foreliggende oppfinnelse der det benyttes et ytterligere kjølesystem til forhåndskjøling av mategassen, det komprimerte kjølemiddel i den damprekomprimerende kjølemiddelcyklus og det komprimerte kjølemiddel i den gassekspanderende kjølecyklus. Fig. 5 er et flytskjema for en annen utførelse av foreliggende oppfinnelse der det benyttes en ytterligere væskeformet blandet kjølemiddelstrøm i den damprekomprimerende kjølecyklus. Fig. 6 er et flytskjema for en annen utførelse av foreliggende oppfinnelse der det benyttes en kaskadekjølecyklus til forhåndskjøling av mategassen. Fig. 7 er et flytskjema for en annen utførelse av foreliggende oppfinnelse der det benyttes ekspansjonsarbeid for å tilføre en del av kompresjonsarbeidet i den gassekspanderende kjølecyklus.

De fleste LNG-produksjonsanlegg i dag benytter kjøling som frembringes ved komprimering av en gass til et høyt trykk, flytendegjøring av gassen mot en kjølingskilde, ekspandering av den resulterende væske til et lavt trykk og fordampning av den resulterende væske for å frembringe kjølingen. Fordampet kjølemiddel blir rekomprimert og benyttet igjen i den resirkulerende kjølekrets. Denne type kjøleprosess kan benytte et flere-komponents blandet kjølemiddel eller en kaskadeformet enkelt-komponent kjølemiddelcyklus for kjøling og er her generelt definert som en fordampende kjølemiddelcyklus eller som en damprekompresjonscyklus. Denne cyklustype er meget effekti til frembringelse av kjøling nær omgivende temperaturer. I dette tilfellet er det tilgjengelig kjølemiddelfluider som vil kondensere et trykk godt under kjølemidlets kritiske trykk samtidig med at varme overføres til en varmeleder med omgivende temperatur og vil også koke ved et trykk over det atmosfæriske med samtidig absorpsjon av varme fra kjølebelastningen.

Etter hvert som den nødvendige kjøletemperatur avtar i et enkelt-komponents dampkompresjonskjølesystem, vil et særlig kjølemiddel som koker over atmosfærisk trykk ved en temperatur som er lav nok til å skape den nødvendige kjøling være for flyktig til å kondensere mot et varmeavløp ved omgivende temperatur fordi kjølemidlets kritiske temperatur er lavere enn den omgivende temperatur. I denne situasjon kan kaskadecykler benyttes. For eksempel kan en to-fluidums kaskade benyttes der et tyngre fluidum utfører den varmere kjøling, mens et lettere fluidum bevirker den kaldere kjøling. I stedet for å lede bort varme til en omgivende temperatur, vil imidlertid det lette fluidum lede bort varme til det kokende tyngre fluidum, mens det selv kondenserer. Meget lave temperaturer kan oppnås ved kaskadebehandling av flere fluider på denne måte.

En flere-komponents kjølecyklus (MCR-cyklus) kan betraktes som en type på kaskadecyklus, der de høyeste komponenter av kjøleblandingen kondenserer mot varmeavløp med omgivende temperatur og koker ved lavt trykk, mens den neste lettere komponent som kondenserer selv vil koke for å frembringe kondensasjon av den enda lettere komponent osv. inntil den ønskede temperatur er nådd. Hovedfordelen ved et flere-komponents system sammenlignet med et kaskadesystem er at utstyr for kompresjon og varmeutveksling i høy grad blir forenklet. Flere-komponent systemet krever en enkel kompressor og varmeutveksler, mens kaskadesystemet krever flere kompressorer og varmeutvekslere.

Begge disse systemer blir mindre effektive når temperaturen på kjølebelastningen avtar på grunn av nødvendigheten for å kaskadebehandle flere fluider. For å få til temperaturer (som regel -104°C til -132°C) som er nødvendige for LNG-produksjon, benyttes det flere trinn som krever flere komponenter. I hvert trinn er termodynamiske tap knyttet til koking/kondenseringsvarmeoverføring over en endelig temperaturforskjell og med hvert ytterligere trinn øker disse tap.

En annen type industrielt viktig kjølecyklus er gassekspansjonscyklus. I denne cyklus blir det arbeidende fluidum komprimert, kjølt fritt (uten faseendring), arbeidsekspandert som en damp i en turbin og varmet mens det føres kjøling til kjølebelastningen. Denne cyklus er også betegnet som en gassekspansjonscyklus. Meget lave temperaturer kan oppnås forholdsvis effektivt med denne type cyklus ved bruk av en enkel resirkulerende kjølesløyfe. I denne cyklustype gjennomgår det arbeidende fluidum som regel ikke noen faseendring slik at varme blir absorbert når fluidet varmes fritt. I noen tilfeller kan imidlertid arbeidsfluidet gjennomgå en liten grad av faseendring under arbeidsekspansj on.

Gassekspansjonscyklusen frembringer på en effektiv måte kjøling av fluider som også kjøles over et temperaturområde og er særlig nyttig når det gjelder kjøling for meget lave temperaturer, for eksempel temperaturer som kreves ved produksjon av flytende nitrogen og hydrogen.

En ulempe ved gassekspansjonskjølecyklusen er imidlertid at den er forholdsvis lite effektiv ved frembringelse av kjøling ved varme. Nettoarbeidet som kreves for en gassekspansjonscykluskjøler er lik forskjellen mellom kompressorarbeidet og ekspansjonsarbeidet, mens arbeidet for en kaskade- eller enkelt-komponent kjølecyklus ganske enkelt er kompressorarbeidet. I gassekspansjonscyklusen kan ekspansjonsarbeidet lett bli 50% eller mer av kompressorarbeidet ved kjøling med varme. Problemet med gassekspansjonscyklusen ved frembringelse av varm kjøling er at enhver ueffektivitet i kompressorsystemet multipliseres.

Formålet med foreliggende oppfinnelse å utvikle fordelene ved

gassekspansjonscyklusen til fremstilling av kald kulde, mens fordelene ved ren eller flere-komponents damprekompresjonscyklus for kjøling utnyttes til frembringelse av varm kjøling og anvendelse av denne kombinasjon av kjølecykluser til flytendegjøring av gass. Denne kombinasjonskjølecyklus er særlig hensiktsmessig ved flytendegjøring av naturgass.

I henhold til oppfinnelsen blir blandet komponent, ren komponent og/eller kaskadebehandlet damprekompresjonskjølesystemer benyttet til å frembringe en del av den kjøling som er nødvendig for flytendegjøring av gass ved temperaturer under omtrent -40°C og ned til omtrent -100°C. Restkjølingen i det kaldeste temperaturområdet under omtrent -100°C frembringes ved arbeidsekspansjon av en kjølemiddelgass. Resirkulasjonskretsen for kjølemiddelgasstrømmen som benyttes for arbeidsekspansjon er fysisk uavhengig fra, men termisk integrert med resirkulasjonskretsen eller kretsene for de rene eller blandede komponentdamp rekompresjonscyklus eller cykluser. Mer enn 5% og som regel mer enn 10% av den samlede kjøleeffekt som kreves for flytendegjøring av mategassen kan forbrukes av de rene eller blandede komponentdamp rekompresjonscykluser. Oppfinnelsen kan virkeliggjøres ved utformingen av et nytt flytendegjøringsanlegg eller kan benyttes som ettermontert utstyr til ekspansjon i et eksisterende anlegg ved å tilføye gassekspansjonskjølekretsen til det eksisterende anlegg for kjølesystemet.

Det eller de rene eller blandede komponentdamp rekompresjonsarbeidsfluider omfatter som regel en eller flere komponenter valgt fra nitrogen, hydrokarboner som har et eller flere karbonatomer og halokarboner som har eller flere karbonatomer. Typiske hydrokarbonkjølemidler innbefatter metan, etan, propan, i-butan, butan og i-pentan. Representative halokarbonkjølemidler innbefatter R22, R23, R32, R134a og R410a. Gasstrømmen som skal arbeidsekspandere i gassekspansjonscyklusen kan være en ren komponent eller en blanding av komponenter. Eksempler innbefatter en ren nitrogenstrøm eller en blanding av nitrogen med andre gasser som for eksempel metan.

Fremgangsmåten til frembringelse av kjøling ved bruk av en blandet komponentkrets omfatter komprimering av en blandet komponentstrøm og kjøling av den komprimerte strøm ved bruk av et eksternt kjølefluidum som for eksempel luft, kjølevann eller en annen prosesstrøm. En del av den komprimerte blandede kjølemiddelstrøm blir flytendegjort etter ekstern kjøling. I det minste en del av den komprimerte og avkjølte blandede kjølemiddelstrøm blir kjølt ytterligere i en varmeutveksler og deretter redusert i trykk og fordampet ved varmeutveksling mot gasstrømmen som skal flytendegjøres. Den fordampede og varmede blandede kjølemiddelstrøm blir så resirkulert og komprimert som beskrevet ovenfor.

Fremgangsmåten til frembringelse av kjøling ved bruk av en ren komponentkrets omfatter komprimering av ren komponentstrøm og kjøling av denne ved bruk av et eksternt kjølefluidum som for eksempel luft, kjølevann eller annen ren komponentstrøm. En del av kjølemiddelstrømmen blir flytendegjort etter ekstern kjøling. I det minste en del av det komprimerte og flytendegjorte kjølemiddel får så redusert trykket og blir fordampet ved varmeutveksling mot gasstrømmen som skal flytendegjøres eller mot en annen kjølestrøm som kjøles ned. Den resulterende fordampede kjølemiddelstrøm blir så komprimert og resirkulert som beskrevet ovenfor.

I henhold til oppfinnelsen gir den eller de rene eller blandede komponentdamp rekompresjonscykluser fortrinnsvis kjøling til temperaturnivåer under omtrent -40°C, fortrinnsvis under omtrent -60°C, og ned til omtrent -100°C, men sørger ikke for den totale kjøling som er nødvendig for å flytendegjøre mategassen. Disse cykluser kan som regel forbruke mer enn 5% og som regel mer enn 10% av det samlede kjøleeffektbehov som er nødvendig for flytendegjøring av mategassen. Ved flytendegjøring av naturgass kan rene eller blandede komponentdamp rekompresjonscykluser som regel forbruke mer enn 30% av det samlede energibehov som er nødvendig for å flytendegjøre mategassen. Ved denne anvendelse blir naturgassen fortrinnsvis kjølt til temperaturer godt under -40°C, og fortrinnsvis under -60°C, av den eller de rene eller blandede komponentdamp rekompresjonscykluser.

Fremgangsmåten til frembringelse av kjøling i gassekspansjonscyklusen innebærer komprimering av en gasstrøm, kjøling av den komprimerte gasstrøm ved bruk av et eksternt kjølefluidum, videre kjøling av i det minste en del av den kjølte komprimerte gasstrøm, ekspansjon av i det minste en del av den ytterligere kjølte strøm i en ekspanderingsanordning for å utføre arbeid, oppvarming av den ekspanderte strøm ved varmeutveksling mot den strøm som skal flytendegjøres og resirkulasjon av den varme gasstrøm for ytterligere komprimering. Denne cyklus frembringer kjøling ved temperaturnivåer under temperaturnivåene for den kjøling som frembringes med den rene eller blandede kjølemiddeldamp rekompresjonscyklus.

I en foretrukket utførelse skaper den eller de rene eller blandede komponentdamp rekompresjonscykluser en del av kjølingen av den komprimerte gasstrøm før dens ekspansjon i en ekspanderingsanordning. I en alternativ utførelse kan gasstrømmen ekspanderes i mer enn en ekspanderingsanordning. Enhver kjent ekspanderingsanordning for flytendegjøring av en gasstrøm kan benyttes. Oppfinnelsen kan benytte en hvilken som helst av mange forskjellige varmeutvekslingsanordninger i kjølekretsene innbefattende plater, finner, viklinger og skall og rørtype varmeutvekslere eller kombinasjoner av disse, alt etter den særlige anvendelse. Oppfinnelsen er uavhengig av antallet og anordningene av varmeutvekslere som benyttes i den prosess det kreves vern for.

En foretrukket utførelse av oppfinnelsen er vist på fig. 1. Prosessen kan benyttes for å flytendegjøre en hvilken som helst strøm av mategass og blir fortrinnsvis benyttet til å flytendegjøre naturgass som beskrevet nedenfor for å vise prosessen. Naturgass blir først renset og tørket i en forbehandlingsseksjon 172 for å fjerne sure gasser som CO2og H2S sammen med andre forurensninger som kvikksølv. Den forhåndsbehandlede gasstrøm 100 som kommer inn i varmeutveksleren 106 blir kjølt til en typisk mellomliggende temperatur på omtrent -30°C og den kjølte strøm 102 flyter inn i en skrubbekolonne 108. Kjølingen i varmeutveksleren 106 foregår med oppvarmingen fra den blandede kjølemiddelstrøm 125 i det indre 109 av varmeutveksleren 106. Det blandede kjølemiddel inneholder som regel en eller flere hydrokarboner som er valgt fra metan, etan, propan, i-butan, butan og eventuelt i-pentan. I tillegg kan kjølemidlet inneholde andre komponenter som for eksempel nitrogen. I skrubbekolonnen 108 blir de tyngre komponenter i den innmatede naturgass, for eksempel pentan og tyngre komponenter fjernet. I de foreliggende eksempler er skrubbekolonnen vist med bare en renseseksjon. I andre tilfeller kan en rektifiseringsseksjon med en kondensator benyttes for å fjerne tyngre forurensninger som for eksempel benzen til meget lave nivåer. Når meget lave nivåer på tunge komponenter kreves i det endelige LNG-produkt, kan det foretas en hvilken som helst egnet modifikasjon av skrubbekolonnen 110. For eksempel kan en tyngre komponent som for eksempel butan benyttes som vaskevæsken.

Bunnprodukt 110 fra skrubbekolonnen kommer så over fraksjoneringsseksjonen 112 der de tunge komponenter blir gjenvunnet som en strøm 114. Propan og lettere komponenter i strømmen 118 passerer gjennom varmeutveksleren 106 der strømmen blir kjølt til omtrent -30°C og på nytt ført sammen med produktet fra toppen av skrubbekolonnen for å danne en renset matestrøm 120. Strømmen 120 blir så videre kjølt i varmeutveksleren 122 til en typisk temperatur på omtrent -100°C ved oppvarming av den blandede kjølemiddelstrøm 124. Den resulterende kjølte strøm 126 blir så videre kjølt til en temperatur på omtrent -166°C i varmeutveksleren 128. Kjøling for avkjøling i varmeutveksleren 128 frembringes av den kalde kjølemiddelvæskestrøm 130 fra turbo ekspanderingsanordningen 166. Dette fluidum, fortrinnsvis nitrogen, er hovedsakelig damp som inneholder mindre enn 20% væske og er på et typisk trekk på 11 bara (alle trykk er absolutte trykk) og en typisk temperatur på omtrent -168°C. Ytterligere kjølt strøm 132 kan flashes adiabatisk til et trykk på omtrent 1,05 bara over en strupeventil 134. Som alternativ kan trykket på den ytterligere kjølte strøm 132 reduseres over en arbeidsekspansjonsanordning. Den flytendegjorte gass strømmer så inn i en separator eller lagertank 136 og LNG-sluttproduktet trekkes ut som en strøm 142.1 noen tilfeller avhengig av sammensetningen av naturgassen og den temperatur som hersker i varmeutveksleren 128, kan en betydelig mengde lett gass fremkomme som strøm 138 etter flashbehandlingen over ventilen 134. Denne gass kan varmes i varmeutvekslerne 128 og 150 og komprimeres til et trykk som er tilstrekkelig for bruk som brenselgass LNG-utstyret.

Kjøling for avkjøling av naturgassen fra omgivende temperatur til en temperatur på omtrent -100°C frembringes av en flere-komponents kjølesløyfe som nevnt ovenfor. Strømmen 146 er høytrykks blandet kjølemiddel som kommer inn i varmeutveksleren 106 med omgivende temperatur og med et typisk trykk på omtrent 38 bara. Kjølemidlet blir kjølt til en temperatur på omtrent -100°C i varmeutvekslerne 106 og 122 og kommer ut som strøm 148. Strømmen 148 blir delt i to deler i denne utførelsen. En mindre del, som regel omtrent 4%, får sitt trykk redusert adiabatisk til omtrent 10 bara og innføres som strøm 149 i varmeutveksleren 150 for å bidra ekstra kjøling som beskrevet nedenfor. Hoveddelen av kjølemidlet som strøm 124 får også trykket redusert adiabatisk til et typisk trykk på omtrent 10 bara og blir innført i den kalde ende av varmeutveksleren 106. Kjølemidlet strømmer nedad og fordampes i det indre 109 av varmeutveksleren 106 og forlater, med en temperatur som er noe lavere enn omgivelsene som strøm 152. Strømmen 152 blir så på nytt ført sammen med den mindre strøm 154 som ble fordampet og varmet nær omgivende temperatur i varmeutveksleren 150. Den kombinerte lavtrykks strøm 156 blir så komprimert i en flere-trinns interkjølt kompressor 158 tilbake til det endelige trykk på omtrent 38 bara. Væske kan dannes i interkjøleren i kompressoren og denne væske blir separert og igjen ført sammen med hovedstrømmen 160 som kommer fra det siste kompresjonstrinn. Den kombinerte strøm blir så kjølt tilbake til omgivende temperatur for å danne strømmen 146.

Avsluttende kjøling av naturgassen fra omtrent -100°C til omtrent 166°C oppnås ved bruk av en gassekspansjonscyklus som anvender nitrogen som arbeidsfluidum. Høytrykks nitrogenstrøm 162 kommer inn i varmeutveksleren 150 som regel ved omgivelsestemperatur og et trykk på omtrent 67 bara og blir deretter kjølt til en temperatur på omtrent -100°C i varmeutveksleren 150. Den kjølte dampstrøm 164 blir hovedsakelig isentropisk arbeidsekspandert i turbo ekspansjonsanordningen 132 og kommer som regel ut med et trykk på omtrent 11 bara og en temperatur på -168°C. Ideelt sett er utgangstrykket på eller litt under duggpunkttrykket for nitrogenet ved en temperatur som er tilstrekkelig kald til å bevirke kjøling av LNG til den ønskede temperatur. Den ekspanderte nitrogenstrøm 130 blir så varmet til nær omgivende temperatur i varmeutvekslerne 128 og 150. Ytterligere kjøling skapes for varmeutveksleren 150 med en liten strøm 149 av blandet kjølemiddel som beskrevet tidligere, og dette gjøres for å redusere irreverserbarheten i prosessen ved å bevirke at kjølekurvene for varmeutveksleren 150 blir liggende mer i flukt med hverandre. Fra varmeutveksleren 150 blir varmet lavtrykks nitrogenstrøm 170 komprimert i en flere-trinns kompressor 168 tilbake til høyt trykk på omtrent 67 bara.

Som nevnt ovenfor, kan gassekspansjonscyklusen utføres for ettermontering eller ekspansjon i et eksisterende LNG-anlegg med blandet kjølemiddel.

En alternativ utførelse av oppfinnelse er vist på fig. 2.1 stedet for de viklede varmeutvekslere 106 og 128 som er vist på fig. 2, har denne utførelsen plate- og ribbevarmeutvekslere 206, 222 og 228 sammen med plate- og ribbeutveksler 250.1 denne utførelse er mulighetene for irreverserbarhet i den varme nitrogenvarmeutveksler 250 redusert ved reduksjon av mengden av kjølestrømmer i stedet for ved å øke mengden av oppvarmende strømmer. I begge tilfeller er virkningen den samme og kjølekurvene for varmeutveksleren 250 stemmer bedre overens med hverandre. I utførelsen på fig. 2 blir en liten del av det varme høytrykks nitrogen som strøm 262 avkjølt i varmeutvekslerne 206 og 222 til en temperatur på omtrent -100°C og kommer ut som strøm 202. Strømmen 202 blir så igjen ført sammen med hovedstrømmen av høytrykks nitrogen og ekspandert i arbeidsekspansjonsanordningen 232.

Fig. 3 viser en annen alternativ utførelse av oppfinnelsen. I denne utførelse er arbeidsfluidet for den gassekspanderende kjølesløyfe en hydrokarbon-nitrogenblanding fra den lette dampstrøm 300 som fremkommer ved flashing av flytendegjort gass fra varmeutveksleren 128 over en ventil 134. Denne damp blir så ført sammen med det fluidum som kommer fra turbo ekspansjonsanordningen 132, varmet opp i varmeutvekslerne 128 og 150 og komprimert i kompressoren 368. Gass som kommer

fra kompressoren 368 blir så avkjølt i varmeutveksleren 308. Hovedmengden av gassen som kommer fra varmeutveksleren 308 føres inn i varmeutveksleren 150 og en liten del 304 med samme mengde som mengden av flashgasstrømmen 300 trekkes ut fra kretsen som brenselgass for LNG-utstyret. I denne utførelsen er funksjonene for brenselgasskompressoren 140 og recykleringskompressoren 168 på fig. 1 kombinert i kompressoren 368. Det er også mulig å trekke en strøm 304 fra et mellomtrinnsområde i den resirkulerende kompressor 368.

En alternativ utførelse er vist på fig. 4, der et annet kjølemiddel (for eksempel propan) benyttes til forhåndskjøling av mategassen, nitrogen og blandede kjølemiddelstrømmer i henholdsvis varmeutvekslerne 402,401 og 400 før innføring i varmeutvekslerne 106 og 150.1 denne utførelse blir tre nivåer for forhåndskjøling benyttet i varmeutvekslerne 402, 401 og 400 selv om et hvilket som helst antall nivåer kan benyttes etter behov. I dette tilfellet blir returnerende kjølemiddelfluider 156 og 170 komprimert kalde med en inngangstemperatur som ligger så vidt under det som fremkommer med kjølemidlet for forhåndskjøling. Denne utførelse kan innrettes for ettermontering eller utvidelse av et eksisterende LNG-anlegg med propan forhåndskjølt blandet kjølemiddel.

Fig. 5 viser en annen utførelse av oppfinnelsen der høytrykks blandet kjølemiddelstrøm 146 blir separert i væske og damp delstrømmer 500 og 501. Dampstrømmen 501 blir kjølt til omtrent -100°C, i det vesentlige flytendegjort, redusert til et lavt trykk på omtrent 3 bara og benyttet som strøm 503 for å frembringe kjøling. Væskestrømmen 500 blir kjølt til omtrent -30°C, redusert til et mellomliggende trykk på omtrent 9 bara og benyttet som strøm 502 for å frembringe kjøling. En mindre del av den kjølte dampstrøm 505 benyttes som strøm 504 for å frembringe ytterligere kjøling for varmeutvekslerne 150 som tidligere beskrevet.

To fordampede lavtrykks blandede kjølemiddelreturstrømmer blir ført sammen for å danne strøm 506 som så blir komprimert kald ved en temperatur på omtrent -30°C til et mellomliggende trykk på omtrent 9 bara og ført sammen med den fordampede strøm 507 som har middels trykk. Den resulterende blanding blir så komprimert ytterligere til et endelig trykk på omtrent 50 bara. I denne utførelse dannes det væske i mellomkjøleren på kompressoren og denne væske blir ført sammen med hovedstrømmen 160 som kommer fra det avsluttende kompresjonstrinn.

Eventuelt kunne den komprimerte nitrogenstrøm 510 kjøles før innføring i varmeutveksleren 150 ved utnyttelse av den underkjølte kjølemiddelvæskestrøm 511 (ikke vist). En del av strømmen 511 kunne reduseres i trykk og fordampes for å kjøle strømmen 510 ved indirekte varmeutveksling og den resulterende damp kunne føres tilbake til kjølemiddelkompressoren. Som alternativ kunne strømmen 510 kjøles med andre prosesstrømmer i varmeutveksleren kjølt ved fordampning av kjølemiddelstrøm 502.

En annen utførelse er vist på fig. 6, der varmeutvekslerne 122, 106 og 150 på fig. 1 er kombinert funksjonelt i varmeutvekslerne 600 og 601 for å skape en forenkling av utstyret. Det skal påpekes at en balanserende strøm som for eksempel strømmen 168 på fig. 1 ikke lenger er nødvendig. I denne utførelse danner den fordampende blandede kjølemiddelkrets og den gassekspanderende kjølemiddelkrets i varmeutveksleren 601 en del av den samlede kjøling som kreves for å flytendegjøre mategassen. Disse to kjølekretser frembringer også i varmeutveksleren 600 en annen del av den samlede kjøling som er nødvendig for å flytendegjøre mategassen. Resten av den samlede kjøling som er nødvendig for å flytendegjøre mategassen frembringes i varmeutveksleren 128.

Fig. 7 viser en utførelse av oppfinnelsen der to adskilte blandede kjølemiddelsløyfer er benyttet før den avsluttende kjøling med den gassekspanderende kjølesløyfe. Den første kjølesløyfe har en kompressor 701 og en trykkreduserende anordning 703 som sørger for primær kjøling til en temperatur på omtrent -30°C. En andre kjølesløyfe har en kompressor 702 og ekspansjonsanordninger 704 og 705 er benyttet for å frembringe ytterligere kjøling til en temperatur på omtrent -100°C. Denne utførelse kunne innrettes for ettermontering eller utvidelse av et eksisterende LNG-anlegg med dobbelt blandet kjølemiddel. Fig. 8 viser en utførelse av oppfinnelsen der det benyttes en to-fluidums kaskadecyklus til frembringelse av forhåndskjøling før den avsluttende kjøling med den gassekspanderende kjølecyklus. Fig. 9 viser bruk av ekspansjonsanordningen 800 til å drive det avsluttende kompressortrinn i kompressoren for den gassekspanderende kjølekrets. Som et alternativ kunne det arbeid som ytes av ekspanderingsanordningen 800 benyttes til å komprimere andre prosesstrømmer. For eksempel kunne en del av eller alt dette arbeid benyttes til å komprimere mategassen i ledning 900.1 en annen mulighet kunne en del eller alt arbeid fra ekspansjonsanordningen 800 benyttes for en del av det arbeid som kreves av den blandede kjølemiddelkompressor 958.

Oppfinnelsen som er beskrevet ovenfor i utførelsene på fig. 1-7 kan benytte en hvilken som helst av mange forskjellige varmeutveksleranordninger i kjølekretsene innbefattende vikleren, plater, ribber, skall og rør og kjeletype varmeutvekslere. Kombinasjoner av disse typer varmeutvekslere kan benyttes avhengig av de spesielle anvendelser. For eksempel på fig. 2 kan alle fire varmeutvekslere 106,122,128 og 150 være viklede utvekslere. Som alternativ kan varmeutvekslerne 106, 122, 128 være viklede varmeutvekslere og varmeutveksleren 150 kan være en plate- og ribbetype utveksler som benyttes på fig. 1.

I den foretrukne utførelse av oppfinnelsen er hoveddelen av kjølingen i temperaturområdet på omtrent -40°C til omtrent -100°C frembrakt ved indirekte varmeutveksling med minst et fordampende kjølemiddel i en resirkulerende kjølekrets. Noe av kjølingen i dette temperaturområdet kan også frembringes ved arbeidsekspansjon av et trykksatt gassformet kjølemiddel.

EKSEMPEL

Som vist på fig. 1, blir naturgass renset og tørket i en forbehandlingsseksjon 172 for å fjerne sure gasser som for eksempel CO2og H2S sammen med andre forurensninger som kvikksølv. Den forhåndsbehandlede mategass 100 har en strømningshastighet på 24.431 kg-mol/hr, et trykk på 66,5 bara og en temperatur på 32°C. Den molare sammensetning av strømmen er som følger:

Den forbehandlede gass 100 kommer inn i den første varmeutveksler 106 og blir kjølt til en temperatur på -31°C før den kommer inn i skrubbekolonnen 108 som strøm 102. Kjølingen foregår ved oppvarming av den blandede kjølemiddelstrøm 109 som har en strømningshastighet på 554.425 kg-mol/hr og den følgende sammensetning:

I skrubbekolonnen 108 blir pentan og tyngre komponenter i mategassen fjernet. Bunnproduktet 110 fra skrubbekolonnen kommer inn i fraksjoneringsseksjonen 112 der de tunge komponenter blir gjenvunnet som strøm 114 og propanet og lettere komponenter i strøm 118 blir resirkulert til varmeutveksleren 106, kjølt til -31°C og igjen ført sammen med det øvre produkt fra skrubbekolonnen for å danne strøm 120. Strømningshastigheten får strømmen 120 er 24.339 kg-mol/hr.

Strømmen 120 blir videre kjølt i varmeutveksleren 122 til en temperatur på -102,4°C ved oppvarming av blandet kjølemiddelstrøm 124 som kommer inn i varmeutveksleren 122 med en temperatur på -104,0°C. Den resulterende strøm 128 blir så kjølt videre til en temperatur på -165,7°C i varmeutveksleren 128. Kjøling for avkjøling i varmeutveksleren 128 frembringes av den rene nitrogenstrøm 130 som kommer fra turbo ekspansjonsanordningen 166 med en temperatur på -168,0°C og med en væskefraksjon på 2,0%. Den resulterende LNG-strøm 132 blir så flashet adiabatisk til sitt boblepunkttrykk på 1,05 bara over ventilen 134. LNG kommer så inn i separatoren 136 med det avsluttende LNG-produkt som utgang med strøm 142.1 dette eksempel blir ingen lett gass 138 utviklet etter flashing over ventilen 134 og kompressoren 140 for gjenvinning av flashgass er ikke nødvendig.

Kjøling for avkjøling av naturgassen fra omgivende temperatur til en temperatur på -102,4°C frembringes med en flere-komponents kjølemiddelsløyfe som nevnt ovenfor. Strøm 146 er det høytrykks blandede kjølemiddel som kommer inn i varmeutveksleren 106 med en temperatur på 32°C og et trykk på 38,6 bara. Den blir så kjølt til en temperatur på -102,4°C i varmeutvekslerne 106 og 122 og kommer ut som en strøm 148 med et trykk på 34,5 bara. Strømmen 148 blir så delt i to porsjoner. En mindre del, 4,1%, reduseres i trykk adiabatisk til 9,8 bara og innføres som strøm 149 i varmeutveksleren 150 for å frembringe ytterligere kjøling. Hoveddelen 124 av det blandede kjølemiddel blir også flashet adiabatisk til et trykk på 9,8 bara og innført som strøm 124 i den kalde ende av varmeutveksleren 122. Strømmen 124 varmes og fordampes i varmeutvekslerne 122 og 106 og forlater til slutt varmeutveksleren 106 ved en temperatur på 29°C og 9,3 bara som strøm 152. Strømmen 152 blir så ført sammen med en mindre del av det blandede kjølemiddel som strøm 154 som er blitt fordampet til 29°C i varmeutveksleren 150. Den kombinerte lavtrykks strøm 156 blir så komprimert i den to-trinns mellomkjølte kompressor 158 til det avsluttende trykk på 34,5 bara. Væske dannes i mellomkjøleren i kompressoren og denne væske blir på nytt ført sammen med hovedstrømmen 160 som kommer fra det avsluttende kompressortrinn. Væskestrømmen er 4440 kg-mol/hr.

Den avsluttende kjøling av naturgassen fra -102,4°C til -165,7°C oppnås ved bruk av en cyklus av gassekspansjonstypen med lukket sløyfe som benytter nitrogen som arbeidsfluidet. Høytrykks nitrogenstrømmen 162 kommer inn i varmeutveksleren 150 med en temperatur på 32°C og et trykk på omtrent 67,1 bara og en strømningshastighet på 40.352 kg-mol/hr og blir så kjølt til en temperatur på -102,4°C i varmeutveksleren 150. Dampstrømmen 164 er stort sett isentropisk arbeidsekspandert i turbo ekspansjonsanordningen 166 og kommer ut med en temperatur på -168,0°C med en væskefraksjon på 2%. Det ekspanderte nitrogen blir så varmet til 29°C i varmeutvekslerne 128 og 150. Ytterligere kjøling tilføres varmeutveksleren 150 med strømmen 149. Fra varmeutveksleren 150 blir det varme lavtrykks nitrogen komprimert i den tre-trinns sentrifugalkompressor 168 fra 10,5 bara tilbake til 67,1 bara. I dette illustrerende eksempel blir 65% av den samlede kjølevirkning som kreves for å flytendegjøre den forhåndsbehandlede mategass 100 forbrukt i den resirkulerende kjølekrets der kjølemiddelstrømmen 146 blir fordampet i varmeutvekslerne 106 og 150, og den resulterende fordampede kjølemiddelstrøm 156 blir komprimert i kompressoren 158.

Den foreliggende oppfinnelse byr således på en forbedret kjøleprosess for å gjøre gass flytende der den benyttes en eller to fordampende kjølemiddelcykluser til å frembringe kjøling mellom omtrent -40°C og ned til omtrent -100°C og benyttes en gassekspansjonscyklus til å frembringe kjøling under omtrent -100°C. Gassekspansjonscyklusen kan også frembringe noe av kjølingen i området fra omtrent -40°C til omtrent -100°C. Hvert av disse to typer kjølemiddelsystemer benyttes i et optimalt temperaturområde som forbedrer effektiviteten av det system det gjelder. Som regel kan en betydelig brøkdel av den samlede kjølevirkning som kreves for å flytendegjøre mategassen (mer enn 5% og vanligvis mer enn 10% av det hele) forbrukes av den fordampende kjølemiddelcyklus eller slike cykluser. Oppfinnelsen kan legges inn i utformingen av et nytt anlegg for flytendegjøring eller kan benyttes til ettermontering eller utvidelse av et eksisterende anlegg ved tilføyelse av den gassekspanderende kjølekrets til det eksisterende kjølesystem i anlegget.

De essentielle egenskaper ved foreliggende oppfinnelse er beskrevet fullstendig i den foregående beskrivelse. En fagmann på området vil forstå oppfinnelsen og kan foreta forskjellige modifikasjoner uten at dette avviker fra grunntanken med oppfinnelsen og uten at det avviker fra omfanget og ekvivalenter av de krav som følger.

Claims (37)

1. Fremgangsmåte for flytendegjøring av en mategass (100) som omfatter å tilveiebringe minst en del av den totale avkjølingen som er nødvendig for å avkjøle og kondensere mategassen (100) ved å bruke (a) et første kjølesystem som omfatter minst en resirkulasjonskjølekrets (152,156, 158,160,146,109,148,125), hvori det første kjølesystemet benytter to eller flere kjølemiddelkomponenter og tilveiebringer kjøling i et første temperaturområde; og (b) et andre kjølesystem som tilveiebringer kjøling i et andre temperaturområde som har en laveste temperatur som er mindre enn den laveste temperaturen i det første temperaturområdet ved

(1) å komprimere (168) et andre gasskjølemiddel for å tilveiebringe et trykksatt gasskjølemiddel (162);

(2) avkjøle (150) det trykksatte gasskjølemiddelet (162) for å gi et avkjølt gasskjølemiddel (164);

(3) arbeidsekspandering (166) av det avkjølte gasskjølemiddelet (164) for å tilveiebringe et fast kjølemiddel (130);

(4) oppvarming (128) av det faste kjølemiddelet (130) for å tilveiebringe kjøling i det andre temperaturområdet; og

(5) resirkulering av det resulterende oppvarmede kjølemiddelet (170) for å tilveiebringe det andre gasskjølemiddelet til (1), karakterisert vedat alt av det trykksatte gasskjølemiddelet (162) blir avkjølt (150) fullstendig separat fra kjøling av mategassen av det kalde kjølemiddelet (130) i trinn (2) for å gi det avkjølte gasskjølemiddelet (164) og, etter valg, av en del av det fordampede kjølemiddelet til det første kjølesystemet og/eller ved lettekspansjonsdamp (light flash vapour) fra mategassen.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, der alt av det trykksatte gasskjølemiddelet (162) blir avkjølt (150) fullstendig separat fra avkjøling av mategassen av kaldt kjølemiddel (130) og et fordampet kjølemiddel i det første kjølesystemet og av nevnte lettekspansjonsdamp fra mategassen.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1, der en første del av det trykksatte gasskjølemiddelet (162) blir avkjølt (150) fullstendig separat fra kjøling av mategassen for å gi det avkjølte gasskjølemiddelet (164) avkjølt i trinn (2) av det kalde kjølemiddelet (130) og, etter valg, av lettekspansjonsdamp (light flash vapour) fra mategassen (138), og der en liten andre del av det trykksatte gasskjølemiddelet (162) blir avkjølt ved indirekte varmeveksling (206, 222) med det fordampende kjølemiddelet (125) i det første kjøle-systemet og kombineres med den første delen av avkjølt trykksatt gasskjølemiddel før trinn (3).

4. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av de forutgående krav, der det første kjølesystemet (a) benytter blandet komponent, ren komponent, og/eller et kaskade-damp-rekompresjonskjølesystem.

5. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av de forutgående kravene, der minst 5% av den totale kjøleeffekten som er nødvendig for å flytendegjøre mategassen blir brukt av det første kjølesystemet.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 5, der minst 10% av den totale kjøleeffekten som er nødvendig for å flytendegjøre mategassen blir brukt av det første resirkulasjons-kjølesystemet.

7. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av de forutgående kravene, der mategassen er naturgass.

8. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av de forutgående kravene, der kjølemiddelet i den første resirkulasjonskjølekretsen omfatter to eller flere komponenter valgt fra nitrogen, hydrokarboner som inneholder et eller flere karbonatomer, og halokarboner som inneholder ett eller flere karbonatomer.

9. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av de forutgående kravene, der kjølemiddelet i den andre resirkulasjonskjølekretsen omfatter nitrogen.

10. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av de forutgående kravene, der minst en del av det første temperaturområdet er mellom -40°C og -100°C.

11. Fremgangsmåte ifølge krav 10, der minst en del av det første temperaturområdet er mellom -60°C og -100°C.

12. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av de forutgående kravene, der minst en del av det andre temperaturområde er under -100°C.

13. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av de forutgående kravene, der det første resirkulasjonskjølesystemet blir drevet ved (A) komprimering av et første gasskjølemiddel (158); (B) avkjøling (109) og minst delvis kondensering av resulterende komprimerte kjølemidler (146); (C) redusering av trykket til det resulterende minst delvis kondenserte komprimerte kjølemiddelet (148); (D) fordamping av det resulterende redusert-trykk kjølemiddelet (125) for å tilveiebringe kjøling i det første temperaturområdet og gi et fordampet kjølemiddel (152), og (E) resirkulering (156) av det fordampede kjølemiddelet for å tilveiebringe det første gasskjølemiddelet i trinn (A).

14. Fremgangsmåte ifølge krav 13, der minst en del av kjølingen (109) til det resulterende komprimerte kjølemiddelet (146) i trinn (B) blir tilveiebrakt ved indirekte varmeveksling (106) med fordampende redusert trykkjølemiddel (125) i trinn (D).

15. Fremgangsmåte ifølge krav 13, der minst en del av kjølingen i trinn (B) blir tilveiebrakt ved indirekte varmeveksling (400) med en eller flere ytterligere fordampingskjølemiddelstrømmer tilveiebrakt av en tredje resirkulasjonskjølekrets.

16. Fremgangsmåte ifølge krav 15, der den tredje resirkulasjonskjølekretsen benytter et enkeltkomponentkjølemiddel.

17. Fremgangsmåte ifølge krav 16, der den tredje resirkulasjonskjølekretsen benytter et blandet kjølemiddel som omfatter to eller flere komponenter.

18. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av de forutgående kravene, der minst en del av kjølingen i trinn (2) blir tilveiebrakt ved indirekte varmeveksling (401) ved et eller flere ytterligere fordampingskjølemidler tilveiebrakt av en tredje resirkulasjonskjøle-krets, før kjøling av kaldkjølemiddelet.

19. Fremgangsmåte ifølge krav 18, der den tredje resirkulasjonskjølekretsen benytter et enkeltkomponentkjølemiddel.

20. Fremgangsmåte ifølge krav 18, der den tredje resirkulasjonskjølekretsen benytter et blandet kjølemiddel som omfatter to eller flere komponenter.

21. Fremgangsmåte ifølge krav 1, der det første kjølesystemet blir drevet ved (i) komprimering av et første gasskjølemiddel (506,507); (ii) avkjøling og delvis kondensering av det resulterende komprimerte kjølemiddel for å gi en dampkjølemiddelfraksjon (501) og en flytende kjølemiddelfraksjon (500); (iii) ytterligere avkjøling og redusering av trykket hos den flytende kjølemiddel-fraksjonen (500), og fordamping av den resulterende flytende kjølemiddel-fraksjonen (502) for å tilveiebringe kjøling i det første temperaturområdet og gi et første fordampet kjølemiddel (507); (iv) avkjøling og kondensering av dampkjølemiddelfraksjonen (501), redusering av trykket til minst en del av den resulterende væsken, og fordamping av den resulterende flytende kjølemiddelfraksjonen (503) for å tilveiebringe ytterligere avkjøling i det første temperaturområdet og gi et andre fordampet kjølemiddel (506); og (v) kombinering av det første og andre fordampede kjølemiddelet for å tilveiebringe det første gasskjølemiddelet i trinn (i).

22. Fremgangsmåte ifølge krav 21, der fordampingen av den resulterende væsken (503) i trinn (iv) blir bevirket ved et trykk som er lavere enn fordampingen til den resulterende væskekjølemiddelfraksjonen (502) i trinn (iii), og der det andre fordampede kjølemiddelet (506) blir komprimert før kombinering med det første fordampede kjølemiddelet (507).

23. Fremgangsmåte ifølge krav 1, der arbeid fra arbeidsekspansjon (166) av det avkjølte gasskjølemiddelet (164) i trinn (3) tilveiebringer en del av arbeidet som er nødvendig for å komprimere (168) det andre gasskjølemiddelet (170) i trinn (1).

24. Fremgangsmåte ifølge krav 1, der mategassen (100) er naturgass, den resulterende flytendegjorte naturgasstrømmen (132) blir ekspandert (flashed) (134) til lavere trykk for å gi en lettekspansjonsdamp (138) og et flytende sluttprodukt (142), og ekspansjonsdampen (138) blir brukt for å tilveiebringe det andre gasskjølemiddelet (170) i den andre kjølekretsen.

25. Fremgangsmåte ifølge krav 1, der det første kjølesystemet omfatter minst to rene eller blandede damprekompresjonssykluser (fig. 2,152,156,158,400,146,106,148,125 og 402; fig. 4,802 og 803).

26. Fremgangsmåte ifølge krav 1, der minst et av det første og andre kjølesystemet omfatter en viklet-spole varmeveksler.

27. Apparat for flytendegjøring av en mategass (100) ved hjelp av en fremgangsmåte ifølge krav 1, omfattende (a) et første kjølesystem som omfatter minst en resirkulasjonskjølekrets (152,156,158,160,146,109,148,125) ved bruk av to eller flere kjølemiddelkomponenter og tilveiebringer kjøling i et første temperaturområde; og (b) et andre kjølesystem som tilveiebringer kjøling i et andre temperaturområde som har en laveste temperatur som er lavere enn den laveste temperaturen i det første temperaturområdet, hvilket andre kjølesystem omfatter (1) komprimeringsinnretning (168) for komprimering av det andre gasskjølemiddelet for å tilveiebringe det trykksatte gasskjølemiddelet (162); (2) varmevekslerinnretning (150) for å avkjøle alt det trykksatte gasskjølemiddelet (162) fullstendig separat fra kjøling av mategassen for å gi det avkjølte gasskjølemiddelet (164) av kaldkjølemiddel (130) og, etter valg et fordampet kjølemiddel av det første kjølesystemet og/eller ved lettekspansjonsdamp fra mategassen; (3) ekspansjonsinnretning (166) for arbeidsekspansjon av det avkjølte gasskjølemiddelet (164) for å tilveiebringe det kalde kjølemiddelet (130); (4) varmeveksleirnnretning (128) for varming av det kalde gasskjølemiddelet (130) for å tilveiebringe kjøling i det andre temperaturområdet; og (5) innretning for å resirkulere det resulterende oppvarmede kjølemiddelet (170) for å tilveiebringe det andre gasskjølemiddelet i trinn (1).

28. Apparat ifølge krav 27, der gasskjølemiddelinnretningen i trinn (2) avkjøler alt av det trykksatte gasskjølemiddelet (162) fullstendig separat fra kjøling av mategassen av kaldkjølemiddel (130) og, et fordampet kjølemiddel i det første kjølesystemet og ved nevnte lettekspansjonsdamp fra mategassen.

29. Apparat ifølge krav 27, der i trinn (2) når det ved valg anvendes lettekspansjonsdamp fra mategassen, apparatet ytterligere omfatter: ledninger (262) for å trekke ut en andre, mindre del av det trykksatte gaskjølemiddel (162) for kjøling inne i varmevekslerinnretningen (150) og ytterligere varmevekslerinnretninger (206, 222) for kjøling av den andre delen (262) av det trykksatte gassholdige kjølemiddel (162) ved indirekte varmeveksling med et fordampende kjølemiddel (125) i kjølemiddelkomponentene i (a), og ledninger (202) for rekombinering av den avkjølte andre delen og den avkjølte første delen.

30. Apparat ifølge et hvilke som helst av kravene 27 til 29, der det første kjølesystemet (a) benytter blandet komponent, ren komponent og/eller et kaskade-damp-rekompresjons-kjølesystem.

31. Apparat ifølge et hvilke som helst av kravene 27 til 30, der det første resirkulasjonskjølesystemet omfatter (A) kompresjonsinnretning (158) for komprimering av det første gasskjølemiddelet; (B) varmevekslerinnretning (109) for avkjøling og minst delvis kondensering av det resulterende komprimerte gasskjølemiddelet (146); (C) trykkreduserende innretning for å redusere trykket til det resulterende minst delvis kondenserte komprimerte gasskjølemiddelet (148); (D) varmevekslerinnretning (109) for fordamping av det resulterende reduserte trykkjølemiddelet (125) for å tilveiebringe kjøling i det første temperaturområdet og gir det fordampede kjølemiddelet (152); og (E) innretning (156) for å resirkulere det fordampede kjølemiddelet for å tilveiebringe det første gasskjølemiddelet i (A).

32. Apparat ifølge krav 27, der det første kjølemiddelsystemet omfatter (i) kompresjonsinnretning for å komprimere det første gasskjølemiddelet (506,507); (ii) varmevekslerinnretning for å avkjøle og delvis kondensere det resulterende komprimerte kjølemiddelet for å gi en dampkjølemiddelfraksjon (501) og en væskekjølemiddelfraksjon (500); (iii) innretning for ytterligere avkjøling og redusering av trykket til væskekjølemiddelfraksjonen (500), og fordamping av den resulterende væskekjølemiddelfraksjonen (502) for å tilveiebringe kjøling i det første temperaturområdet og gi et første fordampet kjølemiddel (507); (iv) innretning for å avkjøle og kondensere dampkjølemiddelfraksjonen (501), redusere trykket til minst en del av den resulterende væsken, og fordamping av den resulterende væskekjølemiddelfraksjonen (503) for å tilveiebringe ytterligere kjøling i det første temperaturområdet og gi et andre fordampet kjølemiddel (506); og (v) innretning for å kombinere det første og andre fordampede kjølemiddelet for å tilveiebringe det første gasskjølemiddelet i (i).

33. Apparat ifølge krav 32, der fordamping av den resulterende væsken (503) i (4) blir bevirket ved et trykk som er lavere enn fordampingen av den resulterende væskekjølemiddelfraksjonen (502) i (3), og der det andre fordampede kjølemiddelet (506) blir komprimert før kombinering med det første fordampede kjølemiddelet (507).

34. Apparat ifølge krav 27, der ekspansjonsinnretningen (166) i (3) tilveiebringer en del av arbeidet som er nødvendig for kompresjonsinnretningen (168) i (1).

35. Apparat ifølge krav 27 omfattende innretning (134) for å bringe den resulterende flytendegjorte naturgasstrømmen (132) til lavere trykk for å gi en lettekspansjonsdamp (138) og et flytende sluttprodukt (142) og innretning for å tilveiebringe nevnte ekspansjonsdamp for bruk som det andre gasskjølemiddelet (170) i den andre kjølekretsen.

36. Apparat ifølge krav 27, hvori det første kjølesystemet omfatter minst to rene eller blandede damprekompresjonssykluser (fig. 2,152,156,158,400,146, 106,148,125 og 402; fig. 4, 802 og 803).

37. Apparat ifølge krav 27 hvor minst en av varmevekslerne til det første og andre kjølesystemet omfatter en viklet spolevarmeveksler.