NO334275B1

NO334275B1 - Fremgangsmåte for fjerning av uorganiske komponenter med lave kokepunkt fra en trykksatt fluidstrøm, og apparat for fjerning av uorganiske komponenter med lave kokepunkt fra en trykksatt hydrokarbon-rik gasstrøm.

Info

Publication number: NO334275B1
Application number: NO20014744A
Authority: NO
Inventors: William R Low; Jame Yao
Original assignee: Conocophillips Co
Priority date: 1999-03-30
Filing date: 2001-09-28
Publication date: 2014-01-27
Also published as: AU4035600A; CA2367347A1; BR0009478A; WO2000058674A1; NO20014744L; CA2367347C; AU755215B2; US6070429A; NO20014744D0

Description

Oppfinnelsen angår en fremgangsmåte og et apparat for fjerning av nitrogen og andre uorganiske komponenter med lave kokepunkt slik som helium fra trykksatte LNG-bærende strømmer og strømmer produsert fra disse. Fjerningen av slike komponenter oppnås via en ny trykkreduksjon/strippe-metodikk for derved å produsere minst én lav BTU nitrogen-rik gasstrøm og minst én høy BTU metan-rik strøm som er egnet for resirkulering til en åpen metansyklus flytendegjørings-prosess og/eller anvendelse som en bensingass av høy kvalitet.

Den foreliggende oppfinnelsen er definert i de vedlagte krav.

Med «bestående i alt vesentlig av» er her ment å bety at substansen eller kombinasjonen av substanser angitt etter dette uttrykket ikke omfatter enhver ytterligere komponent som materielt ville påvirke egenskapene av substansene eller kombinasjonen av substanser angitt etter dette uttrykket. Når referanse her er gjort til en fluidstrøm, kan strømmen innbefatte gassholdige fluider, flytende fluider eller begge deler.

Den kryogeniske flytendegjøringen av naturgass utføres rutinemessig som en måte for omdannelse av naturgass til en mer passende form for transportering og lagring. En slik flytendegjøring reduserer volumet med 600 ganger og resulterer i et produkt som man lagres og transporteres ved nær-atmosfærisk trykk.

Med hensyn til lagringsletthet transporteres naturgass ofte via rørledning fra tilførselskilden til et fjern marked. Det er ønskelig å drive rørledningen under en stort sett konstant og høy utnyttelsesgrad men ofte vil leveringsevnen eller kapasiteten til rørledningen være større enn etterspørselen, mens det andre ganger vil være slik at etterspørselen er større enn rørledningens leverbarhet. For å kutte bort toppene når etterspørsel er større enn tilførselen eller bunnene når tilførsel er større enn etterspørsel, er det ønskelig å lagre overskuddsgassen på en slik måte at den kan leveres når tilførselen er større enn etterspørselen. En slik praksis muliggjør at fremtidige etterspørselstopper kan imøtekommes med materiale fra lagring. En praktisk måte å gjøre dette på er å omdanne gassen til en flytende tilstand for lagring og deretter å fordampe væsken når dette er nødvendig.

Flytendegjøringen av naturgass er av enda større betydning ved transport av gass fra en tilførselskilde som er atskilt av store avstander fra det aktuelle markedet og en rørledning enten ikke er tilgjengelig eller er upraktisk. Dette er spesielt tilfelle når transport må gjøres ved havgående fartøyer. Skipstransport i den gassholdige tilstanden er generelt ikke praktisk fordi betydelig trykksetting er nødvendig for å betydelig redusere det spesifikke volumet av gassen. Slik trykksetting krever anvendelsen av dyrere lagringscontainere.

For å lagre og transportere naturgass i den flytende tilstanden er naturgassen fortrinnsvis kjølt til -159°C til -162°C (-240°F til -260°F) hvor den flytende naturgassen (LNG) innehar et nær-atmosfærisk damptrykk. En rekke systemer eksisterer innen teknikkens stand for flytendegjøringen av naturgass hvori gassen gjøres flytende ved sekvensiell passering av gassen ved et elevert trykk gjennom et stort antall kjøletrinn hvorpå gassen kjøles til suksessivt lavere temperaturer inntil flytendegjøringstemperaturen nås. Kjøling oppnås generelt ved varmeveksling med én eller flere kjølemidler slik som propan, propylen, etan, etylen, metan, nitrogen eller kombinasjoner av de foregående kjølemidlene (eks. blandede kjølemiddel-systemer). En flytendegjøringsmetodikk som er spesielt anvendelig for den foreliggende oppfinnelsen anvender en åpen metansyklus for sluttkjølesyklusen hvor en trykksatt LNG-bærende strøm flashes og flashdampende (dvs. flashgass-strømmen(e)) anvendes deretter som kjølemidler, rekomprimeres, kjøles, kombineres med den bearbeidede naturgassfødestrømmen og flytendegjøres derved for å produsere den trykksatte LNG-bærende strømmen.

Enhver flytendegjøringsprosess som produserer en trykksatt LNG-bærende strøm er nærværet av nitrogen og/eller andre uorganiske komponenter med lave kokepunkt slik som helium problematisk på grunn av løseligheten til disse komponentene i trykksatt LNG. Videre kan eleverte konsentrasjoner av disse komponentene i den åpne metansyklusen øke kjølekravene og resultere i forskjellige driftsproblemer. Fjerningen av slike komponenter er nødvendig ved noen steder i prosessen. En metodikk for slik fjerning har vært å fiashe den trykksatte LNG-bærende strømmen og anvende den resulterende flashgassstrømmen(e) som brenselgass for drivere (eks. turbiner) for kjølemiddelkompressorer anvendt i flytendegjøringsprosessene og/eller elektriske generatorer. Imidlertid har utviklingen av mer miljøvennlige turbiner (eks. lav NOx-kapasitet) blitt ledsaget av strengere brenselgasskrav, spesielt i en økning i det minimale BTU-innholdet av brenselgassen. Derfor kan konvensjonelle metoder for fjerning av nitrogen fra en flytendegjøringsprosess via en brenselgasstrøm ikke lenger være praktisk når

BTU-innholdet av flashgasstrømmen(e) er for lav for ønsket turbindrift. Videre kan frustrasjoner i brenselgasskvalitet som kan tilskrives prosessforstyrrelser gjøre slike konvensjonelle metodikker upraktiske. Der hvor det er liten etterspørsel etter brenselgass (eks. elektriske drivere er anvendt), blir behovet for å fjerne nitrogen fra fiytendegjøringsprosessen på en måte som produserer minst én lav BTU nitrogen-rik gasstrøm som kan ventileres, anvendt som en nitrogenkilde eller anvendt som en spylegass og minst én høy BTU metan-rik gasstrøm som lett kan resirkuleres til fiytendegjøringsprosessen være enda mer ønskelig. Det er ønskelig å fjerne uorganiske komponenter med lave kokepunkt slik som nitrogen fra en trykksatt LNG-bærende strøm eller en gasstrøm produsert fra denne.

Det er videre ønskelig å fjerne uorganiske komponenter med lave kokepunkt slik som nitrogen fra en trykksatt LNG-bærende strøm og ved å gjøre dette produseres en LNG-bærende strøm, en lav BTU nitrogen-rik gasstrøm og én eller flere høye BTU metan-rike gasstrømmer.

Det er videre ønskelig å (1) fjerne uorganiske komponenter med lave kokepunkt slik som nitrogen fra en trykksatt LNG-bærende strøm for derved å produsere LNG-strøm, en lav BTU nitrogen-rik gasstrøm og én eller flere høye BTU metan-rik gasstrømmer og (2) resirkulere minst én av nevnte høye BTU metan-rike gasstrømmer til fiytendegjøringsprosessen for fiytendegjøring.

Videre er det ønskelig å (1) fjerne uorganiske komponenter med lave kokepunkt slik som nitrogen fra en trykksatt LNG-bærende strøm for derved å produsere en LNG-strøm, en lav BTU nitrogen-rik gasstrøm og én eller flere høye BTU metan-rike metangasstrømmer, (2) resirkulerer minst én av de nevnte høye BTU metan-rike gasstrømmer til en flytendegjøringsprosess hvorfra den trykksatte LNG-bærende strømmen produseres og (3) benytte en annen av de høye BTU metan-rike gasstrømmene som brenselgass for minst én kompressordriver anvendt i fiytende-gjøringsprosessen.

Det er videre ønskelig å (1) fjerne uorganiske komponenter med lave kokepunkt slik som nitrogen fra en trykksatt LNG-bærende strøm for derved å produsere en LNG-strøm, en lav BTU nitrogen-rik gasstrøm og én eller flere høye BTU metan-rike gasstrømmer, (2) resirkulerer minst én av nevnte metan-rike gasstrømmer til fiytendegjøringsprosessen hvorfra den trykksatte LNG-bærende strømmen produseres, og (3) benytte en annen av de metan-rike gasstrømmene som en brenselgasstrøm for driverne anvendt i kjølesyklusene i fiytendegjøringsprosessen og hvor minst én av kjølesyklusene er en åpen metansyklus.

Det er videre ønskelig å (1) fjerne uorganiske komponenter med lave kokepunkt slik som nitrogen fra en trykksatt LNG-bærende strøm for derved å produsere en LNG-strøm, en lav BTU nitrogen-rik gasstrøm og én eller flere høye BTU metan-rike gasstrømmer, (2) resirkulerer minst to av de metan-rike gasstrømmene til steder i fiytendegjøringsprosessen hvor trykket og temperaturen til strømmene er lik de av minst den ene av metan-rike gasstrømmene til fiytendegjøringsprosessen, og (3) benytte en annen av de høye BTU metan-rike gasstrømmene som en brensel-gasstrøm for drivere anvendt i minst én av kjølesyklusene i fiytendegjørings-prosessen og hvor minst én av kjølesyklusene er en åpen metansyklus.

En utførelsesform av oppfinnelsen er det blitt tilveiebrakt en fremgangsmåte for fjerning av uorganiske komponenter med lave kokepunkt slik som nitrogen fra en trykksatt gasstrøm, hvor en slik gasstrøm dannes ved trykkreduksjon av en trykksatt LNG-bærende strøm og separasjon av den resulterende strømmen til den trykksatte gasstrømmen og en væskestrøm, innbefattende trinnene (a) splitting av gasstrømmen til en første strøm og en andre strøm, (b) kjøling av den første strømmen for derved å produsere en væskebærende strøm, (c) kontakte den væskebærende strømmen og den andre strømmen i en motstrøm, multitrinnsmåte for derved å produsere en første gass og en flytende strøm (d) splitting av den første gasstrømmen til en andre gasstrøm og en tredje gasstrøm, (c) kjøling og redusering av trykket av den andre gasstrømmen for derved å produsere en andre væskebærende strøm, (f) redusere trykket av den tredje gasstrømmen, (g) kontakte den andre væskebærende strømmen og redusert trykk tredjestrøm i en motstrøm, multitrinns måte for derved å produsere en fjerde gass og en andre flytende strøm, (h) kjøling og redusering av trykket av den fjerde gasstrømmen for derved å produsere en tredje væskebærende strøm, (i) redusere trykket av den andre væskestrømmen, (j) kontakte den tredje væskebærende strømmen og redusert trykk tredje væskestrøm i en motstrøm, multitrinns måte for derved å produsere en femte gasstrøm som er en lav BTU nitrogen-rik gasstrøm og en tredje flytende strøm som ved tilstrekkelig oppvarming blir en høy BTU metan-rik gasstrøm, og (k) oppvarming av den femte gasstrømmen og den tredje væskestrømmen hvor de uorganiske komponentstrømmene er anvendt som kjølemidler for trinn (e) og (h). I en annen utførelsesform av oppfinnelsen er det blitt tilveiebrakt et apparat for utførelse av den foregående fremgangsmåten.

I en ytterligere utførelsesform av oppfinnelsen er det tilveiebrakt en fremgangsmåte for fjerning av uorganiske komponenter med lave kokepunkt slik som nitrogen fra en trykksatt LNG-bærende strøm som innbefatter trinnene (a) splitting av strømmen i en første strøm og en andre strøm, (b) kjøling og redusering av trykket av den første strømmen, (c) redusering av trykket i den andre strømmen (d) kontakte den kjølte og reduserte trykk-første-strømmen og reduserte trykk-andre-strømmen i en motstrøm, multitrinnsmåte for å produsere en første gasstrøm og en flytende strøm (c) splitting av den første gasstrømmen i en andre gasstrøm og en tredje gasstrøm (f) kjøling og redusering av trykket i den andre gasstrømmen for derved å produsere en væskebærende strøm, (g) redusere trykket i den tredje gasstrømmen, (h) kontakte den væskebærende strømmen og reduserte trykk-tredje-strømmen i en motstrøm, multitrinns måte for derved å produsere en fjerde gasstrøm og en andre væskestrøm, (i) kjøling og redusering av trykket i den fjerde gasstrømmen for derved å produsere en andre væskebærende strøm, (j) reduser trykket i den andre væskestrømmen, (k) kontakte den væskebærende strømmen og reduser trykk-tredje-væskestrømmen i en motstrøm, multitrinnsmåte for derved å produsere en femte gasstrøm som er en lav BTU nitrogen-rik gasstrøm og en tredje væskestrøm ved tilstrekkelig oppvarming blir en høy BTU metan-rik gasstrøm, og (1) oppvarming av den femte gasstrømmen og den tredje væskestrømmen hvor strømmen er anvendt som kjølemidler for trinn (f) og (i).

En ytterligere utførelsesform av oppfinnelsen er det blitt tilveiebrakt et apparat for utførelse av den foregående prosessen. Fig. 1 er et forenklet flytskjema av en kaskade kjøleprosess for LNG-produksjon som anvender en åpen metankj øle syklus. Fig. 2 og 3 er forenklede flytskjemaer som illustrerer foretrukne utførelsesformer av metodikkene og assosiert apparat for fjerning av nitrogen og/eller andre uorganiske komponenter med lave kokepunkt slik som helium fra trykksatte LNG-bærende strømmer eller strømmer produsert fra disse.

For formålene med den påfølgende beskrivelsen referer naturgass fødestrømmen til naturgasstrømmen levert til LNG-anlegget. Bearbeidet naturgass fødestrøm referert til naturgasstrømmen som har gjennomgått noe bearbeidingsgrad for fjerningen av uorganiske kontaminanter og/eller tyngre hydrokarboner. Trykksatt LNG-bærende strøm referer til en trykksatt strøm som består hovedsakelig av flytende naturgass (LNG). LNG-bærende strøm vil referere til en flytende naturgasstrøm ved nær-omgivelsestrykk som består hovedsakelig av LNG. LNG-strøm refererer til en LNG-bærende strøm som består alt vesentlig av LNG.

Flashgasstrømmer refererer til damp- og/eller gassfasestrømmene generert når trykket til en trykksatt LNG-bærende strøm reduseres og strømmen separeres til en andre trykksatt LNG-bærende strøm eller en LNG-bærende strøm og en damp-og/eller gassfasestrøm. Bearbeidet flashgasstrøm referert til en flashstrøm som har gjennomgått bearbeiding for fjerningen av nitrogen og/eller andre uorganiske komponenter.

Åpen metansyklus-gasstrøm refererer til en flashgasstrøm eller en bearbeidet flashstrøm som returneres til metankompressorene i den åpne metansyklusen. Komprimert metansyklusgasstrøm referert til en åpen metansyklusgasstrøm som har gjennomgått kompresjon i en metankompressor. Flytendegjøringsstrømmen referert til strømmen oppnådd ved å kombinere den bearbeidede naturgass-fødestrømmen med minst én komprimert metansyklus-gasstrøm. Brenselgasstrøm referert til en gasstrøm som er anvendt som en brensel for turbindrivere i LNG-anlegget.

En lav BTU nitrogen-rik gasstrøm er en strøm som består hovedsakelige av nitrogen og eventuelt andre uorganiske komponenter slik som helium, hvor strømmen fortrinnsvis innehar en lavere varmeverdi på mindre enn ca. 500 BTU/SCF, nærmere foretrukket mindre enn ca. 350 BTU/SCF, enda mer foretrukket mindre enn ca. 100 BTU/SCF, enda mer foretrukket mindre enn ca. 50 BTU/SCF og enda mer foretrukket mindre enn 10 BTU/SCF. Det kombinerte nitrogenet og de andre uorganiske komponentene i denne strømmen er fortrinnsvis større enn ca. 65 mol%, enda mer foretrukket større enn ca. 90 mol%, enda mer foretrukket større enn ca. 95 mol% og mest foretrukket større enn ca. 99 mol%. En høy BTU metan-rik gasstrøm er en strøm som består hovedsakelig av metan og andre organiske forbindelser som fortrinnsvis innehar en lavere BTU-varmeverdi større enn ca. 750 BTU/SCF, fortrinnsvis større enn ca. 800 BTU/SCF som er en nominell varmeverdi for bestemte miljøvennlige turbindrivere, og enda mer foretrukket større enn ca. 950 BTU/SCF. Metaninnholdet i denne strømmen er fortrinnsvis større enn 75 mol%, enda mer foretrukket større enn ca. 85 mol% og mest foretrukket større enn ca. 95 mol%.

Flytendegjøring av naturgass via en kaskade kjøleprosess

Mens bestemte utførelsesformer av oppfinnelsen er anvendelige for den generiske fjerningen av uorganiske komponenter med lave kokepunkt fra trykksatte LNG-bærende strømmer, angår de foretrukne utførelsesformene spesielt nitrogenfjerning fra trykksatte LNG-bærende strømmer eller strømmer produsert fra disse og resirkuleringen av bearbeidede flashstrømmer til en åpen syklus kaskade kjøleprosess. Uorganiske komponenter med lave kokepunkt er definert å være de uorganiske komponentene funnet i naturgass som innehar kokepunkter lik eller mindre en metan. Den mest foretrukne uorganiske komponenten med lavt kokepunkt ved utøvelsen av oppfinnelsen er nitrogen. Den andre mest vanlige uorganiske komponenten med lavt kokepunkt gir trykksatte LNG-bærende strømmer er helium. Som tidligere anført muliggjør oppfinnelsen i dens foretrukne utførelsesformer (1) resirkuleringen av bestemte av de høye BTU metan-rike gasstrømmene produsert fra nitrogenfjerningsprosessen til fiytendegjørings-prosessen, (2) den eventuelle produksjonen av én eller flere høye BTU metan-rike brenselgasstrømmene, og (3) fjerningen av nitrogen fra fiytendegjøringsprosessen via en lav BTU nitrogen-rik gasstrøm som er hovedsakelig nitrogen og som kan

ventileres til atmosfæren anvendt som en nitrogenkilde eller fungere som spylegass.

Som anvendt her refererer uttrykket åpen-syklus kaskade kjøleprosess til en kaskade kjøleprosess innbefattende minst én lukket kjølesyklus og en åpen kjølesyklus hvor kokepunktet til kjølemidlet anvendt i den åpne syklusen er mindre enn kokepunktet til kjølemidlet eller -midlene anvendt i den lukkede syklusen(e) og en andel av kjøleytelsesevnen for å konvensere det komprimerte åpen-syklus-kjølemiddelet er tilveiebrakt av én eller flere av de lukkede syklusene. I oppfinnelsen er metan eller en dominerende metanstrøm anvendt som kjølemidlet i den åpne syklusen. Denne strømmen består av den bearbeidede naturgassfødestrømmen og de komprimerte åpen-metansyklus-gasstrømmene. De komprimerte åpen-metansyklus-gasstrømmene kan være innbefattet delvis fra strømmer fra nitrogen elimineringsprosessen.

Utformingen av en kaskade kjøleprosess omfatter en balansering av termodynamiske effektiviteter og kostnader. I varmeoverføringsprosesser reduseres termodynamiske irre vers ibiliteter ettersom temperaturgradientene mellom varme- og kjølefluider blir mindre, men ved oppnåelse av slike små temperaturgradienter kunne kreve generelt signifikante økninger i mengden av varmeoverføringsområdet, store modifikasjoner for forskjellige prosessutstyr og passende valg av strømningshastigheter gjennom slikt utstyr for å sikre at både strømningshastigheter og inngang- og utløpstemperaturer er forenlige med den påkrevde varme-/kjøleevnen.

På en lignende måte og av spesiell relevans får oppfinnelsen kan termodynamiske irreversibiliteter forbundet med retur av resirkuleringsstrømmer til fiytende-gjøringsprosessen reduseres ved å kombinere strømmer som innehar like temperaturer og trykk. Måten hvor nitrogenfjerningen og naturgassflytende-gjøringsmetodikker (dvs. anstrengelser for å minimalisere irreversibiliteter forbundet med blandingen av strømmer) er integrert på, kan derfor i betydelig grad påvirke den totale prosesseffektiviteten.

En av de mest virksomme og effektive måtene å flytendegjøre naturgass på er via en optimalisert kaskadetype-operasjon i kombinasjon med ekspansjons-type kjøling. En slik flytendegjøringsprosess består av den sekvensielle kjølingen av en naturgasstrøm ved et elevert trykk, f.eks. ca. 4,30 MPa (ca. 625 psia), ved sekvensiell kjøling av gasstrømmen ved passasje gjennom en multitrinns propansyklus, en multitrinns etan eller etylensyklus og en åpen-ende metansyklus som benytter en andel av fødegassen som en metankilde og som omfatter deri en multitrinns ekspansjonssyklus for ytterligere å kjøle det samme og redusere trykket til nær-atomsfærisk trykk. I sekvensen av kjølesykluser benyttes kjølemidlet som har det høyeste kokepunktet først etterfulgt av et kjølemiddel som har et mellom-kokepunkt og til slutt et kjølemiddel som har det laveste kokepunktet.

Forbehandlingstrinn gir en måte å fjerne uønskede komponenter slik som syregasser, merkaptan, kvikksølv og fuktighet fra naturgassfødestrømmen levert til anlegget. Sammensetninger av denne gasstrømmen kan variere i betydelig grad. Som anvendt her er naturgasstrømmen enhver strøm som prinsipielt består av metan som hovedsakelig kommer fra en naturgass føde strøm, slik fødestrøm f.eks. inneholdende minst 85 volum%, og resten er etan, høyere hydrokarboner, nitrogen, karbondioksid og en mindre mengde av andre kontaminanter slik som kvikksølv, hydrogensulfid og merkaptan. Forbehandlingstrinnene kan være separate trinn plassert enten oppstrøms for kjølesyklusene eller plassert nedstrøms i en av de tidligere kjøletrinnene i startsyklusen. Det følgende er en ikke-omfattende opplisting av noen av de tilgjengelige måtene som er lett tilgjengelig for fagfolk. Syregasser og i en mindre grad merkaptan fjernes rutinemessig via en sorpsjons-prosess ved anvendelse av en vandig amin-bærende løsning. Dette behandlings-trinnet utføres generelt oppstrøms for kjøletrinnene i startsyklusen. En hoveddel av vannet fjernes rutinemessig som en væske via to-fase-væskeseparasjon etter gasskompresjon og kjøling oppstrøms i startkjølesyklusen og også nedstrøms i det første kjøletrinnet i startkjølesyklusen. Kvikksølv fjernes rutinemessig via kvikksølv-sorbentsjikt. Restmengder av vann og syregasser fjernes rutinemessig via anvendelsen av passende valgte sorbentsjikter slik som regenererbare moleky Isj ikter. Prosesser som anvender sorbentsj ikter er generelt plasser nedstrøms i det første kjøletrinnet i startkjølesyklusen.

Den bearbeidede naturgassfødestrømmen leveres generelt til fiytendegjørings-prosessen ved et levert trykk eller komprimeres til et elevert trykk, som er et trykk større enn 3445 kPa (500 psia), fortrinnsvis ca. 3445 kPa til ca. 6201 kPa (ca. 500 psia til ca. 300 psia), enda mer foretrukket ca. 3445 kPa til ca. 4651 kPa (ca. 500 psia til ca. 675 psia), enda mer foretrukket ca. 4134 kPa til ca. 4651 kPa (ca. 600 psia til ca. 67 psia) og mest foretrukket ca. 4306 kPa (ca. 625 psia). Strøm-temperaturen er typisk nær omgivelsen til noe over omgivelsen. Et representativt temperaturområde er 16°C til 49°C (60°F til 120°F).

Som tidligere anført kjøles naturgassfødestrømmen i et stort antall multitrinns (f.eks. 3)-sykluser eller trinn ved indirekte varmeveksling med en stort antall kjølemidler, fortrinnsvis 3. Den totale kjøleeffektiviteten for en gitt syklus forbedres ettersom antallet trinn øker men denne økningen i effektivitet er ledsaget av tilsvarende økninger i nettokapitalkostnad og prosesskompleksistet. Fødegassen føres fortrinnsvis via et effektivt antall kjøletrinn, nominelt 2, fortrinnsvis to til fire, og mer foretrukket tre trinn, i den første lukkede kjølesyklusen ved benyttelse av et relativt høytkokende kjølemiddel. Et slikt kjølemiddel består fortrinnsvis hovedsakelig av propan, propylen eller blandinger derav, mer foretrukket propan, og mest foretrukket består kjølemidlet i alt vesentlig av propan. Deretter strømmer den bearbeidede fødegassen gjennom et effektiv antall trinn, nominelt to, fortrinnsvis to til fire, og mer foretrukket to eller tre, i en andre lukket kjølesyklus i varmeveksling med kjølemiddel som har et lavere kokepunkt. Et slikt kjølemiddel består fortrinnsvis hovedsakelig av etan, etylen eller blandinger derav, mer foretrukket etylen, og mest foretrukket består kjølemidlet i alt vesentlig av etylen. Hvert kjøletrinn innbefatter en separat kjølesone. Som tidligere anført kombineres den bearbeide naturgassfødestrømmen med én eller flere resirkuleringsstrømmer (dvs. komprimerte åpen metansyklus-gasstrømmer) på forskjellige steder i den andre syklusen for der å produsere en flytendegjøringsstrøm. I det siste trinnet i den andre kjølesyklusen kondenseres flytendegjøringsstrømmen (dvs. flytende) i hovedandel, fortrinnsvis i sin helhet for derved å produsere en trykksatt LNG-bærende strøm. Generelt er prosesstrykket på dette stedet bare noe lavere enn trykket av fødegassen til det første trinnet i den første syklusen.

Generelt vil naturgassfødestrømmen inneholde slike mengder av C2+-komponenter for slik å resultere i dannelsen av en C2+-rik væske i én eller flere av kjøletrinnene. Denne væsken fjernes via gass-væskeseperasjonsanordninger, fortrinnsvis gjennom flere konvensjonelle gass-væskeseparatorer. Generelt kontrolleres den sekvensielle kjølingen av naturgassen i hvert trinn for slik å fjerne så mye som mulig av C2og høyere molekylvekthydrokarboner fra gassen for å produsere en gasstrøm hovedsakelig i metan og en væskestrøm inneholdende betydelige mengder av etan og tyngre komponenter. Et effektiv antall av gass./væskeseparasjonsanordninger er plassert på strategiske steder nedstrøms i kjølesonene for fjerningen av væske-strømmer rike på C2+-komponenter. De nøyaktige stedene og antallet av gass/- væskeseparasjonsanordninger, fortrinnsvis konvensjonelle gass-/væskeseparatorer, vil være avhengig av et antall driftsparametere, slik som C2+-sammensetningen av naturgassfødestrømmen, det ønskede BTU-inneholdet i LNG-produktet, verdien av C2+-komponentene for å andre applikasjoner og andre faktorer som vil vurderes rutinemessig av fagfolk innen LNG-anlegg og gassanleggsdrift. C2+-hydrokarbon-strømmen eller -strømmene kan demetaniseres via en enkeltrinns flash eller en fraksjoneringskolonne. I det sistnevnte tilfellet kan den resulterende metan-rike strømmen returneres direkte ved trykk til fiytendegjøringsprosessen. I det første tilfellet kan denne metan-rike strømmen trykksettes på nytt og resirkuleres eller kan anvendes som brenselgass. C2+-hydrokarbonstrømmen eller -strømmene eller den demetaniserte C2+-hydrobonstrømmen kan anvendes som brensel eller kan ytterligere bearbeides slik som ved fraksjonering i én eller flere fraksjoneringssoner for å produsere enkeltstrømmer rike på bestemte kjemiske bestanddeler (eks. C2, C3, C4og C5+).

Den trykksatte LNG-bærende strømmen kjøles så ytterligere i en tredje syklus eller trinn referert til som den åpne metansyklusen via kontakt i en hovedmetanforvarmer med flashgasser (dvs. flashgasstrømmer) generert i denne tredje syklusen på en måte som beskrives senere og via ekspansjon av den trykksatte LNG-bærende strømmen til nær atmosfærisk trykk. Under denne ekspansjonen kjøles den trykksatte LNG-bærende strømmen via minst én, fortrinnsvis to til fire, og mer foretrukket tre ekspansjoner hvor hver ekspansjon anvender som en trykkreduksjonsmåte enten Joule-Thompson-ekspansjonsventiler eller hydrauliske ekspandere. Ekspansjonen etterfølges av en separasjon av gass-væske-produktet med en separator. Når en hydraulisk ekspander anvendes og drives skikkelig, jo større effektivitetene forbundet med utvinningen av kraft er, jo større reduksjon i strømtemperaturen, og produksjonen av mindre damp under fiashtrinnet vil ofte mer enn oppveie for de mer kostbare kapital- og driftskostnadene forbundet med ekspanderen. I en utførelsesform er ytterligere kjøling av den trykksatte LNG-bærende strømmen før flashing gjort mulig ved først flashing av en del av denne strømmen via én eller flere hydrauliske ekspandere og deretter via indirekte varmevekslingsanordning ved anvendelse av flashgasstrømmen for å kjøle den gjenværende delen av den trykksatte LNG-bærende strømmen før flashing. Den oppvarmede flashgasstrømmen resirkuleres deretter via retur til et hensiktsmessig sted, basert på temperatur- og trykkbetraktninger, i den åpne metansyklusen og vil rekomprimeres.

Når den trykksatte LNG-bærende strømmen, fortrinnsvis en væskestrøm, som går inn i den tredje syklusen er med et foretrukket trykk på ca. 4134 kPa (ca. 600 psia), er representative flashtrykk for en tretrinns flashbasis ca. 1309, 420 og 170 kPa (ca. 190, 61 og 24,7 psia). Strømmer generert i nitrogenfjerningstrinnet som skal beskrives kan benyttes i hovedmetanforvarmeren for å kjøle den trykksatte LNG-bærende strømmen fra den andre kjølesyklusen før ekspansjon og anvendes for å kjøle den komprimerte åpne metansyklusstrømmen. De oppfinneriske midlene og forbundne apparat for resirkulering av flashgasstrømmene vil diskuteres senere. Flashing av den trykksatte LNG-bærende strømmen, fortrinnsvis en væskestrøm, til nær atmosfærisk trykk produserer et LNG-produkt som innehar en temperatur på -151°C til -162°C (-240°F til -260°F).

Avkjølende kjøling for flytende gjøring av naturgass

Kritisk for flytendegjøringen av naturgass i en kaskade-prosess er anvendelsen av én eller flere kjølemidler for overføring av varmeenergi fra naturgasstrømmen til kjølemidlet og maksimal overføring av varmeenergien til omgivelsen. Det totale kjølesystemet fungerer som en varmepumpe ved fjerning av varmeenergi fra naturgasstrømmen ettersom strømmen progressivt kjøles til lavere og lavere temperaturer.

Den oppfinneriske prosessen kan anvende én av flere typer kjøling som omfatter, men er ikke begrenset til, (a) indirekte varmeveksling, (b) fordampning og (c) ekspansjon eller trykkreduksjon. Indirekte varmeveksling, som anvendt her, referer til en prosess hvor kjølemidlet kjøler substansen som skal kjøles uten fysisk kontakt mellom kjølemidlet og substansen som skal kjøles. Spesifikke eksempler på indirekte varmevekslingsanordninger omfatter varmeveksling som gjennomgås i en skall-og-rør-varmeveksler, en kjelevarmeveksler og en slagloddet aluminiumsplate-finne-varmeveksler. Den fysikalske tilstanden til kjølemidlet og substansen som skal kjøles kan variere avhengig av kravene til systemet og type av varmeveksler som velges. Således vil i den oppfinneriske prosessen en skall-og-rør -varmeveksler typisk benyttes hvor kjølemidlet er i en væsketilstand og substansen som skal kjøles er i en væske- eller gasstilstand eller når én av substansene gjennomgår en faseendring og prosessbetingelse ikke favoriserer anvendelsen av en kjelevarmeveksler. Som et eksempel er aluminium og aluminiumlegeringer foretrukne konstruksjonsmaterialer for kjernen men slike materialer trenger ikke være egnet for bruk ved de designerte prosessbetingelsene. En plate-finne-varmeveksler vil typisk benyttes der hvor kjølemidlet er i en gassholdig tilstand og substansen som skal kjøles er i en flytende eller gassholdig tilstand. Til slutt vil kjelevarmeveksleren typisk benyttes der hvor substansen som skal kjøles er væske eller gass og kjølemidlet gjennomgår en faseendring fra en flytende tilstand til en gassholdig tilstand under varmevekslingen.

Fordampningskjøling referert til kjølingen av en substans ved fordampningen eller ved en fordampning av en del av substansen med systemet opprettholdt ved et konstant trykk. Således under fordampningen absorberer andelen av substansen som fordamper varme fra andelen av substansen som forblir i en flytende tilstand og således kjøler den flytende andelen.

Til slutt refererer ekspansjon eller trykkreduksjonskjøling til kjøling som skjer når trykket av en gass, væske eller et to-fase system reduseres ved passering gjennom en trykkreduksjonsanordning. I en utførelsesform er denne ekspansjonsanordningen en Joule-Thomson ekspansjonsventil. I en annen utførelsesform er ekspansjonsanordningen enten en hydraulisk- eller gassekspander. Fordi ekspanderen utvinner arbeidsenergi fra ekspansjonsprosessen, er lavere prosesstrømtemperaturer mulige ved ekspansjon.

I diskusjonen og figurene som følger kan diskusjonen eller figurene utlede ekspansjonen av en strøm ved strømning gjennom en strupeventil etterfulgt av en påfølgende separasjon av gass og væskeposjoner i kjølere hvor indirekte varmeveksling også forekommer. Mens dette forenklede skjema fungerer og noen ganger er foretrukket på grunn av kostnad og enkelhet, kan den være mer effektiv å utføre ekspansjon og separasjon og deretter delvis fordampning som separate trinn, f.eks. en kombinasjon av strupeventiler og fiashtromler før indirekte varmeveksling i kjølerene. I en annen utførelsesform som fungerer kan strupe- eller ekspansjons-ventilen ikke være en separat enhet men en del som er en enhet av karet hvortil den væskebærende eller væskestrømmen innføres (dvs. trykkreduksjon eller flashet skjer ved innførsel av den væskebærende eller væskestrømmen inn i det aktuelle karet).

I den første kjølesyklusen eller -trinnet skaffes kjøling ved kompresjonen av et gassholdig kjølemiddel med et høyere kokepunkt, fortrinnsvis propan, til et trykk hvor en kan gjøres flytende ved indirekte varmeoverføring med et varmeoverfør-ingsmedium som maksimalt anvender omgivelsen som et kjølelegeme, at kjøle-legemet generelt er atmosfæren, en fersk vannkilde, en saltvannskilde, jorda eller to eller flere av de foregående. Det kondenserte kjølemidlet gjennomgår deretter ett eller flere ekspansjonskjøletrinn via egnede ekspansjonsanordninger for derved å produsere to-fase blandinger som innehar betydelig lavere temperaturer. I en utførelsesform splittes hovedstrømmen til minst to separate strømmer, fortrinnsvis to til fire strømmer, og mest foretrukket tre strømmer hvor hver strøm ekspanderes separat til et bestemt trykk. Hver strøm gir deretter fordampende kjøling via indirekte varmeoverføring med én eller flere valgte strømmer, i en slik strøm er naturgasstrømmen som skal flytendegjøres. Antallet separate kjølemiddelstrømmer vil tilsvare antallet kjølemiddelkompressortrinn. Det fordampede kjølemidlet fra hver respektive strøm returneres deretter til det passende trinnet ved kjølemiddel-kompressoren (f.eks. to separate strømmer vil tilsvare en to-trinns kompressor).

En mer foretrukket utførelsesform ekspanderes all flytendegjort kjølemiddel til et forhåndsbestemt trykk og denne strømmen anvendes deretter for å skaffe fordampende kjøling via en direkte varmeoverføring med én eller flere valgte strømmer, en slik strøm er naturgasstrømmen som skal flytendegjøres. En andel av det fiytendegjorte kjølemidlet fjernes deretter fra de indirekte varmevekslingsanordningene, ekspansjonskjøles ved å ekspandere til et lavere trykk og tilsvarende lavere temperatur hvor den skaffer fordampende kjøling via indirekte varmevekslingsanordninger med én eller flere bestemte strømmer, en slik strøm er naturgasstrømmen som skal flytendegjøres. Nominelt vil denne utførelsesformen anvende to slik ekspansjonskjøling/fordampende kjøletrinn, fortrinnsvis to til fire, og mest foretrukket tre. Lik den første utførelsesformen returneres kjølemiddel-dampen fra hvert trinn til den passende innløpsåpningen ved den trinnvise kompressoren.

I et kaskade-kjølesystem er en betydelig andel av kjølingen for flytendegjøring av

kjølemidlene med lavere kokepunkt (dvs. kjølemidlene anvendt i de andre og tredje syklusene) gjort mulig ved kjøling av disse strømmene via indirekte varmeveksling med utvalgte høydekokende kjølemiddelstrømmer. Denne måten å kjøle på refereres til som «kaskadekjøling». Som et resultat av dette fungerer de høyere kokende kjølemidlene som kjølelegemer for de lavere kokende kjølemidlene eller angitt på en annen måte pumpes varmeenergi fra naturgasstrømmen som skal flytendegjøres til et lavere kokende kjølemiddel og pumpes deretter (dvs. overføres) til én eller flere høyere kokende kjølemidler før overføring til omgivelsen via et omgivelsesvarmelegeme (f.eks. ferskvann, saltvann, atmosfære). Som i den første syklusen komprimeres kjølemidler anvendt i de andre og tredje syklusene via kompressorer, fortrinnsvis multitrinn-kompressorer, til forvalgte trykk. Når mulig og økonomisk gjennomførbart kjøles den komprimerte kjølemiddeldampen først via indirekte varmeveksling med ett eller flere kjølemidler (f.eks. luft, saltvann, ferskvann) direkte koblet til omgivelseskjølelegemer. Denne kjølingen kan være via inter-trinnkjøling mellom kompresjonstrinn eller kjøling av det fullstendig komprimerte kjølemidlet. Den komprimerte strømmen kjøles deretter ytterligere via indirekte varmeveksling med én eller flere av de tidligere diskuterte kjøletrinnene for kjølemidlene med høyere kokepunkt. Som anvendt her skal kompressor referert til kompresjonsutstyr assosiert med alle kompresjonstrinn og et hver utstyr som er assosiert med inter-trinnkjøling.

Det andre sykluskjølemidlet, fortrinnsvis etylen, kjøles fortrinnsvis etter kompresjon via indirekte varmeveksling med ett eller flere kjølemidler direkte koblet til et omgivelseskjølelegeme (dvs. inter-trinn og/eller etter-kjøling etter kompresjon) og kjøles deretter ytterligere og gjøres til slutt flytende via sekvensielt kontaktet med de første og andre eller første, andre og tredje kjøletrinnene for kjølemidlet med det høyeste kokepunktet som er anvendt i den første syklusen. De foretrukne andre og første sykluskjølemidlene er henholdsvis etylen og propan.

I den åpen-syklusdelen av kaskade-kjølesystemet slik som illustrert i Fig. 1, skjer kjøling ved (1) underkjøling av den trykksatt LNG-bærende strømmen før flashing ved kontakt via indirekte varmevekslingsanordning av strømmen, fortrinnsvis en væskestrøm, med nedstrøms flashdamper (dvs. flahsgasstrømmer) og (2) kjøling av den komprimerte åpne metansyklusgasstrømmen ved å kontakte via indirekte varmevekslingsanordning strømmen med fiashdampende. Som nettopp anført kjøles den trykksatte LNG-bærende strømmen, fortrinnsvis en væskestrøm, fra den andre syklusen først i den åpne eller tredje syklusen via indirekte kontakt med én eller flere flashgasstrømmer fra etterfølgende flashtrinn etterfulgt av etterfølgende trykkreduksjon av den kjølte strømmen. Trykkreduksjonen utføres i ett eller flere adskilte trinn. I hvert trinn produseres betydelig mengder av metan-rik damp ved gitt trykk. Hver flashgasstrøm gjennomgår fortrinnsvis betydelig varmeoverføring i metan-forvarmerene via indirekte varmeveksling ved den trykksatte LNG-bærende strømmen som skal flashes og/eller den komprimerte åpne metansyklusgass-strømmen. De oppvarmede fiashgassene returneres fortrinnsvis til innløpsåpningen til et kompressortrinn ved nær-omgivelsestemperaturer. I strømningsforløpet gjennom metanforvarmerne kontaktes flashgasstrømmen fortrinnsvis med strømmer som skal kjøles i en generelt motstrømsmåte, fortrinnsvis en motstrømsmåte, og i en sekvens utformet for å maksimalisere kjølingen av strømmene som skal kjøles. Trykket valgt for hvert ekspansjonskjøletrinn er slik at for hvert trinn resulterer volumet av gass generert ved ekspansjonen pluss volumet av enhver returnert bearbeidet flashgasstrøm pluss det komprimerte volumet av gass fra tilstøtende lavere trinn i effektiv total operasjon av multi-trinn kompressoren.

De oppvarmede flashgasstrømmene (dvs. en åpen metansyklusgasstrøm) returneres, fortrinnsvis ved nær-omgivelsestemperatur, til innløpsåpningene av kompressoren hvorpå disse strømmene komprimeres til et trykk slik at de kan kombineres med hovedprosesstrømmen før flytendegjøring. Inter-trinnkjøling og kjøling av den komprimerte åpne metansyklusgasstrømmen er foretrukket og oppnås fortrinnsvis via indirekte varmeveksling med ett eller flere kjølemidler direkte koblet til en omgivelseskjølelegeme. Den komprimerte åpne metansyklusgasstrømmen kjøles deretter ytterligere via indirekte varmeveksling med kjølemiddel i de første og andre syklusene, fortrinnsvis det første sykluskjølemidlet i alle trinn, mer foretrukket de første to trinnene og mest foretrukket det første trinnet. Den kjølte komprimerte åpne metansyklusgasstrømmen kjøles ytterligere via indirekte varmeveksling med flashgasstrømmer i hoved-metanforvarmeren og kombineres deretter med den bearbeidede naturgassfødestrømmen på den måten som er beskrevet i det neste avsnittet.

Optimalisering via inter- trinn og inter- svklus varmeoverføring

Retur av kjølegasstrømmene til deres respektive kompressorer ved eller nær omgivelsestemperatur er fordelaktig. Dette trinnet vil ikke bare forbedre total-effektiveter men vanskeligheter forbundet med eksponeringen av kompressorkomponenter til kryogeniske betingelser er redusert i betydelig grad. Dette oppnås ved anvendelsen av forvarmere hvor trykksatte LNG-bærende strømmer innbefattet i hovedandel av LNG før flashing og den komprimerte åpne metansyklusgasstrømmen kjøles ved indirekte varmeveksling med én eller flere flashgasstrømmer generert i et nedstrøms ekspansjonstrinn (dvs. steg) eller trinn i det samme eller en nedstrømssyklus og/eller bearbeidede flashgasstrømmer. Som et eksempel strømmer flashgasstrømmen i den åpne eller tredje syklusen fortrinnsvis gjennom én eller flere forvarmere hvor (1) disse strømmer kjøler via indirekte varmeveksling de trykksatte LNG-bærende strømmene før hvert trykkreduksjons-trinn og (2) disse strømmer kjøler via indirekte varmeveksling den komprimerte åpne metansyklusgasstrømmen før resirkulering og kombinasjon med den bearbeidede naturgasstrømmen. Disse kjøletrinnene vil diskuteres i nærmere detalj ved diskusjonen av Fig. 1. En utførelsesform hvor etylen og metan er anvendt i henholdsvis de andre og åpne (3) syklusene, kan kontaktingen utføres via en rekke etylen- og metanforvarmere. I den foretrukne utførelsesformen som er illustrert i Fig. 1 og som vil diskuteres i nærmere detalj senere, er det en hoved-etylen-forvarmer, en hoved-metanforvarmer og én eller flere ytterligere metanforvarmere. Disse ytterligere forvarmerene er referert til her som den andre metanforvarmeren, den tredje metanforvarmeren osv. og her ytterligere metanforvarmer tilsvarer et separat nedstrømsfiashtrinn.

Som tidligere anført er betydelig forbedringer i prosesseffektiviteter mulige ved den måten hvori den komprimerte åpne metansyklusgasstrømmen (også referert til som resirkuleringsstrømmen) kjøles før kombinering med den bearbeidede naturgass-fødestrømmen. Prosesseffektivetet kan forbedres ved anvendelse av eller en andel flashgasstrømmene for å kjøle den komprimerte åpne metansyklusgassstrømmen eller en andel derav før kombinering av en slik strøm med den bearbeidede naturgassfødestrømmen. Slik kjøling gjør det også mulig for flahsgasstrømmen til å returnere til kompressoren ved nær-omgivelsestemperaturer. Den komprimerte åpne metansyklusgasstrømmen kan kjøles i sin helhet og kombineres med den bearbeidede naturgassfødestrømmen i den andre syklusen umiddelbart oppstrøms for kondensatoren hvor den resulterende flytendegjorte strømmen er kondensert i hovedandel. En foretrukket metodikk er å selektivt kjøle den komprimerte åpne metansyklusgasstrømmen på en slik måte at to eller flere returstrømmer av forskjellig temperaturer produseres og slike returstrømmer påfølgende kombineres med den bearbeidede naturgassfødestrømmen eller resulterende flytendegjorte strømmen i kaskade-kjøleprosessen på steder hvor de respektive strømtemperat-urene er like. Oppdelingen av den komprimerte åpne metansyklusgasstrømmen til to til fire returstrømmer er foretrukket og to til tre returstrømmer er mer foretrukket. Fordi den resulterende økningen i prosesseffektivetet og relative lave økning i kapitalkostnad og prosesskompleksitet, er den mest foretrukne metodikken oppdeling eller splitting av resirkuleringsstrømmen til to returstrømmer. For to returstrømmer består enhver strøm fortrinnsvis av 20 til 80% av resirkulerings- strømmen, mer foretrukket 25 til 75%, og mest foretrukket ca. 50%. Når den lukkede kjølesyklusen umiddelbart oppstrøms for den åpne syklusen består av to eller tre trinn, er den mest foretrukne konfigurasjonen å anvende to returstrømmer ved respektive steder som er oppstrøms for den første trinnskjøleren og oppstrøms for den siste trinnkondensatoren (dvs. umiddelbart oppstrøms for kjøleren hvor den kombinerte prosesstrømmen er flytende i hovedandel).

Trykket på den flytendegjorte strømmen er fortrinnsvis større enn 3445 kPa (500 psia), mer foretrukket større enn ca. 3445 kPa til ca. 6201 kPa (ca. 500 psia til 900 psia), enda mer foretrukket ca. 3445 kPa til ca. 6451 kPa (ca. 500 psia til ca. 675 psia), enda mer foretrukket ca. 4134 kPa til ca. 4651 kPa (ca. 600 psia til ca. 675 psia), og mest foretrukket ca. 4306 kPa (ca. 625 psia). Som tidligere anført anvender den lukkede kjølesyklusen fortrinnsvis et kjølemiddel som i hovedandel består av etylen, etan eller en blanding derav. Som også tidligere anført er det foretrukket at en ytterligere kjølesyklus anvendes hvis primærfunksjon er å pre-kjøle naturgassfødestrømmen. Fortrinnsvis består kjølemidlet anvendt i denne lukkede syklusen av propan i hovedandel og i en foretrukket utførelsesform anvendes også denne syklusen for kjøling av den komprimerte åpne metansyklus-gasstrømmen før kjøling via indirekte varmevekslingsanordninger med flashgass-strømmene. Denne kjølesyklusen skaffer også kjøling for å kondensere de komprimerte dampene i syklusen umiddelbart oppstrøms for den åpne syklusen og derfor er de respektive syklusene kaskadert.

Under flytendegjøring av naturgass ved et prosesstrykk på ca. 3445 kPa til ca. 4651 kPa (ca. 500 psia til ca.675 psia), er det foretrukne trykket etter et enkelt trykk-reduksjonstrinn ca. 103 kPa til ca. 206 kPa (ca. 15 psia til ca. 30 psia). Ved anvendelse av den mer foretrukne to-trinns trykkreduksjonsprosedyren, er foretrukne trykk etter trykkreduksjon ca. 1033 kPa til ca. 1722 kPa (ca. 150 psia til 250 psia) for det første reduksjonstrinnet og ca. 103 kPa til ca. 206 kPa (ca. 15 psia til ca. 30 psia) for det andre trinnet. Ved anvendelse av den mest foretrukne tre-trinns trykkreduksjonsprosedyren, er det trykk på ca. 1033 kPa til ca. 1722 kPa (ca. 150 til ca. 250 psia) foretrukket for det første trinnet, ca. 310 kPa til ca. 551 kPa (ca. 45 til 80 psia) for det andre trinnet, og ca. 103 kPa til ca. 206 kPa (ca. 15 til ca. 30 psia) for det tredje trykkreduksjonstrinnet. Mest foretrukne trykkområder for tre-trinns trykkreduksjonsprosedyren er ca. 1240 til 1378 kPa (ca. 180 til 200 psia), ca. 344 kPa til 482 kPa (ca. 50 til 70 psia), og ca. 138 kPa til ca. 206 kPa (ca. 20 til ca. 30 psia).

Nitrogenfjerning fra trykksatte LNG- bærende strømmer

Når det foreligger betydelig mengder av nitrogen i naturgassfødestrømmen, er forskjellige metodikker tilgjengelig for fagfolk for å forsikre seg om at BTU-innholdet av LNG-strømmen vil tilfredsstille ønskede spesifikasjoner. Disse metodikker krever at nitrogen fjernes fra den LNG-bærende strømmen og til slutt fjernes fra prosessen på en eller annen måte. Når nitrogenkonsentrasjon i den bearbeidede naturgassfødestrømmen er lav, typisk mindre enn ca. 0,5 mol%, er nitrogenfjerning funnet oppnådd ved et sidetrekk i metankompressoren, fortrinnsvis fjerning av en liten strøm ved høytrykksinnløpet eller utløpsåpningen i den åpne metansykluskompressoren. En annen utførelsesform for nitrogenkonsentrasjon i den bearbeidede naturgassfødestrømmen på mindre enn ca. 0,5 mol%, kan nitrogen fjernes ved å utsette den trykksatte LNG-bærende strømmen fra hovedmetan-forvarmeren til et flashtrinn før ekspansjonstrinnene som tidligere er diskutert. Den resulterende flashstrømmen vil inneholde en betydelig nitrogenkonsentrasjon og kan deretter anvendes som en brenselgass. Et typisk flashtrykk for nitrogenfjerning ved disse konsentrasjoner er ca. 2756 kPa (ca. 400 psia). Når den bearbeidede naturgassfødestrømmen inneholder en nitrogenkonsentrasjon på større enn 0.5 mol%, kan flashtrinnet etter strømning gjennom hovedmetan-forvarmeren gi utilstrekkelig nitrogenfjerning og en fraksjonering eller strippekolonne kan være nødvendig hvorfra det produseres en nitrogen-bærende gasstrøm og en trykksatt LNG-bærende strøm. I en foretrukket metodikk som anvender en nitrogen elimineringskolonne splittes den trykksatte LNG-bærende strømmen til hovedmetan-forvarmeren til minst en første og andre andel. Den første andelen flashes til omtrent 2067 til 3445 kPa (300 til 500 psia), fortrinnsvis omtrent 2756 kPa (400 psia), og to-fase blandingen mates til den nedre seksjonen av strippekolonnen. Den andre andelen av den trykksatte LNG-bærende strømmen kjøles ytterligere ved strømning gjennom hovedmetan-forvarmeren. Denne strømmen flashes til omtrent 2067 til 3445 kPa (300 til 500 psia), mer foretrukket omtrent 2756 kPa (400 psia), og den resulterende to-fase blandingen mates til den øvre seksjonen av strippekolonnen hvor den fungerer som en tilbakeløpsstrøm. En nitrogen-anriket gasstrøm produseres deretter fra toppen av strippekolonnen. Historisk sett har denne strømmen blitt betegnet en brenselgasstrøm. Produsert fra bunnen av kolonnen er en trykksatt LNG-bærende strøm som enten returneres til hovedmetan-forvarmeren for kjøling eller i en foretrukket utførelsesform mates til det neste ekspansjonstrinnet i den åpne metansyklusen.

Oppfinneriske nitrogenfierningsmetodikker og apparat Nitrogenfjerningsmetodikkene fremsatt ovenfor er akseptable når den nitrogen-anrikede gasstrømmen som også er metanbærende kan effektivt benyttes. Når det imidlertid ikke er noe behov for denne strømmen på grunn av lavt BTU-innhold eller det ikke er noe etterspørsel for brenselgass eller brenselgasskvalitet er variabel og derfor uakseptabel på grunn av effektene av prosessoppsetninger, er det nødvendig med alternative metodikker for fjerning av nitrogen fra en LNG-flytendegjøringsprosess som anvender en åpen metansyklus.

To oppfinneriske utførelsesformer er fremsatt i det etterfølgende.

Utførelsesform A

I den mest foretrukne utførelsesformen er en prosess for fjerning av uorganiske komponenter med lave kokepunkt slik som nitrogen fra en trykksatt gasstrøm, hvor en slik gass dannes ved trykkreduksjonen av en trykksatt LNG-bærende strøm og påførende separasjon til den trykksatte gasstrømmen og en væskestrøm, blitt tilveiebrakt innbefattende trinnene (a) splitting av den trykksatte gasstrømmen via en splitteanordning til en første strøm og en andre strøm, (b) kjøling av den første strømmen via en indirekte varmevekslingsanordning som deretter produserer en væskebærende strøm, fortrinnsvis en fullstendig kondensert strøm, (c) kontakting av den væskebærende strømme og den andre strømmen i en motstrøm, multitrinnsmåte i en strippekolonne for derved å produsere en første gasstrøm og en væskestrøm, (d) splitting via en splitteanordning av den første gasstrømmen i den andre gasstrøm og en tredje gasstrøm, (e) kjøling via en indirekte varmevekslingsanordning og reduksjon av trykket via en trykkreduksjonsanordning av den andre gasstrømmen for derved å produsere en andre væskebærende strøm, fortrinnsvis en fullstendig kondensert strøm, (f) reduksjon av trykket av den tredje gasstrømmen via en trykkreduksjonsanordning, (g) kontakting av den andre væskebærende strømmen og redusert trykk tredje strøm i en motstrøm, multitrinns måte i en strippekolonne for derved å produsere en fjerde gasstrøm og en andre væskestrøm (h) kjøling via en indirekte varmevekslingsanordning og reduksjon av trykket via en trykkreduksjonsanordning av den fjerde gasstrømmen for derved å produsere en tredje væskebærende strøm, fortrinnsvis en strøm som inneholder ca. 0,10 til 0,30 dampfraksjon, mer foretrukket ca. 0,15 til ca. 0,24 dampfraksjon, (i), reduksjon av trykket av den andre væskestrømmen via en trykkreduksjonsanordning for å produsere en damp-bærende strøm som fortrinnsvis inneholder ca. 0,10 til ca. 0,30 dampfraksjon, mer foretrukket ca. 0,15 til ca. 0,25 dampfraksjon, (j), kontakting av den tredje væskebærende strømmen og redusert trykk tredje væskestrøm (dvs. dampbærende strøm) i en motstrøm, multitrinns måte i en strippekolonne for derved å produsere en femte gasstrøm som er en lav BTU nitrogen-rik gasstrøm og en tredje væskestrøm som ved tilstrekkelig oppvarming blir en høy BTU metan-rik gasstrøm, og (k) oppvarming av den femte gasstrømmen og den tredje væske-strømmen via indirekte varmevekslingsanordning hvor strømmene er anvendt som kjølemidler for trinn (c) og (h) og hvor den indirekte varmevekslingsanordningen i dette trinnet og indirekte varmevekslingsanordninger for trinn (e) og (h) er i termisk kontakt. Fortrinnsvis produseres den trykksatte LNG-bærende strømmen via en flytendegjøringsprosess innbefattende en åpen metansyklus-kjøleprosess og består videre av trinnene (1) kombinering av den oppvarmede tredje væskestrømmen i trinn (k), fortrinnsvis en gassholdig strøm (dvs. en bearbeidet flashgasstrøm), med en flashgasstrøm eller oppvarmet flashgasstrøm på den lave trykksiden i det første trinnet av metankompresjon. Mer foretrukket består prosessen videre av trinnene (m) reduksjon via en trykkreduksjonsanordning av trykket av væskestrømmen i (c); og (n) oppvarming av strømmen i (m) via en indirekte varmeoverføringsanordning ved anvendelse strømmen som et kjølemiddel for trinn (b) hvor den indirekte varmeoverføringsanordningen av denne og den indirekte varmeoverføringsanordningen i trinn (b) er termisk kontakt. Enda mer foretrukket består prosessen videre av trinnene (o) som kombineres strømmen av trinn (n) (dvs. en bearbeidet flashgasstrøm) med en gasstrøm, fortrinnsvis ved en flashgasstrøm eller oppvarmet flashgasstrøm, på denne lave trykksiden av det andre trinnet av metankompresj on.

Mer foretrukket anvender den åpne metansykluskjøleprosessen tre kompresjonstrinn. Enda mer foretrukket består fiytendegjøringsprosessen innbefattende en åpen metansykluskjøleprosess videre av minst to lukkede sykluskjøleprosesser og hvor kjøleprosessene er sammenbundet i en kaskade. Det er foretrukket at en lukket syklus anvender en kjølemiddel som består i alt vesentlig av propan og den andre lukkede syklusen anvender en kjølemiddel valgt fra gruppen bestående av i alt vesentlig etan, etylen og blandinger derav, og mest foretrukket består i alt vesentlig av etylen.

Trykket av den trykksatte LNG-bærende strømmen er fortrinnsvis større enn ca. 3445 kPa (ca. 500 psia), mer foretrukket ca. 3445 til 6201 kPa (ca. 500 til 900 psia), enda mer foretrukket ca. 3445 kPa til ca. 4651 kPa (ca. 500 psia til 675 psia), enda mer foretrukket ca. 4134 kPa til ca. 4651 kPa (ca. 600 psia til ca. 675 psia), og mest foretrukket 4306 kPa (ca. 625 psia). Trykket av strømmene i trinn (c) er fortrinnsvis ca. 999 kPa til ca. 2076 kPa (ca. 145 psia til ca. 300 psia), mer foretrukket ca. 1826 kPa til ca. 1550 kPa (ca. 165 psia til ca. 225 psia), og enda mer foretrukket ca. 1275 kPa til ca. 1412 kPa (ca. 185 til 205 psia) og mest foretrukket 1343 kPa (ca. 195 psia). Trykket av strømmene i trinn (g) er fortrinnsvis ca. 896 kPa til ca. 1964 kPa (ca. 130 psia til ca. 285 psia), mer foretrukket ca. 1033 kPa til ca. 1447 kPa (150 psia til ca. 210 psia), enda mer foretrukket 1171 kPa til ca. 1343 kPa (ca. 170 psia til ca. 195 psia) og mest foretrukket 1240 kPa (ca. 180 psia). Trykkene av strømmene i trinn (j) er fortrinnsvis mindre enn 276 kPa (40 psia), enda mer foretrukket ca. 138 kPa til ca. 276 kPa (ca. 20 psia til ca. 40 psia), og mest foretrukket ca. 138 kPa til ca. 241 kPa (ca. 20 psia til ca. 35 psia). Trykket av den oppvarmede gasstrømmen i trinn (n) er fortrinnsvis ca. 276 kPa til ca. 689 kPa (ca.

40 psia til ca. 100 psia), mer foretrukket ca. 110 kPa til ca. 551 kPa (ca. 45 til ca. 80 psia), og mest foretrukket ca. 482 kPa til ca. 516 kPa (ca. 70 psia til ca. 75 psia). De foretrukne temperaturene av disse strømmene er avhengige av trykk og strømsammensetning. Generelt er temperaturene av strømmene i trinn (c) fortrinnsvis -96°C til ca. -134°C (ca. -140°F til ca. -210°F), mer foretrukket -112°C til -123°C (ca. -179°F til ca. -190°F) og mest foretrukket ca. -118°C (ca. -180°F).

I den foregående metodikken er forskjellige gasstrømmer splittet hvorpå en strøm kan gjennomgå ytterligere kjøling og/eller trykkreduksjon og den andre strømmen kan gjennomgå en trykkreduksjon. Det relative forholdet mellom hver av splitt-strømmene og kjølegraden gitt til en bestemt strøm vil være avhengig av sammensetningen av gasstrømmen, kjølegraden som er tilgjengelig, og kravene forbundet med driften av nedstrømskolonnen. Slike bestemmelser er lette innenfor fagområdet. Antallet teoretiske plater i strippekolonnene i trinn (c) (g) og (j) vil være avhengig av sammensetningen av fødestrømmene til kolonnen. De teoretiske trinnene i strippekolonnen kan skaffes ved skåler og/eller pakkingsmateriale. En pakket kolonne er foretrukket.

Det er foretrukket at indirekte varmevekslingsanordninger kan være utformet innenfor plate-finne-varmevekslere og at strømmene utsettes for kjølende strømning generelt motstrøms, fortrinnsvis motstrøms, til strømmene som de er i indirekte kontakt med og som fungerer som kjølemidler for strømmene.

Utførelsesform B

En annen utførelsesform av oppfinnelsen angår fjerning av uorganiske komponenter med lave kokepunkt slik som nitrogen fra en trykksatt LNG-bærende strøm innbefattende trinnene (a) splitting av strømmen via en splitteanordning til en første strøm og en andre strøm, (b) kjøling via en indirekte varmevekslingsanordning og redusere trykket via en trykkreduksjonsanordning av den første strømmen for derved å produsere en væskebærende strøm, fortrinnsvis en væske-fase strøm, (c) reduserer via en trykkreduksjonsanordning trykket av den andre strømmen (d) kontakte den kjølte og reduserte trykk første strømmen og redusert trykk andre strømmen i en motstrøm, multitrinns måte i en strippekolonne for derved å produsere en første gass og en væskestrøm, (e) splitting via en splitteanordning den første gasstrømmen til en andre gasstrøm og en tredje gasstrøm, (f) kjøling via en indirekte varmevekslingsanordning og redusere trykket via en trykkreduksjonsanordning av en andre gasstrømmen for derved å produsere en væskebærende strøm, fortrinnsvis en fullstendig kondensert strøm, (g) redusere via en trykkreduksjonsanordning trykket av den tredje gasstrømmen, (h) kontakte den væskebærende strømmen og redusert trykk tredje strømmen i en motstrøm, multitrinns måte i en strippekolonne for derved å produsere en fjerde gass og en andre væskestrøm, (i) kjøling via en indirekte varmevekslingsanordning og redusere trykket via en trykkreduksjonsanordning den fjerde gasstrømmen for derved å produsere en andre væskebærende strøm som fortrinnvis inneholder ca. 0,10 til ca.

0,30 dampfraksjon, mer foretrukket ca. 0,15 til ca. 0,25 dampfraksjon, (j), redusere trykket av den andre væskestrømmen ved en trykkreduksjonsanordning for derved å produsere en damp-bærende strøm som fortrinnsvis inneholder ca. 0,10 til ca. 0,30 dampfraksjon, nærmere foretrukket ca. 0,15 til ca. 0,25 dampfraksjon, (k) kontakte den andre væskebærende strømmen og redusert trykk tredje væskestrømmen i en

motstrøm, multitrinns måte i en strippekolonne for derved å produsere en femte gasstrøm som er en lav BTU nitrogen-rik gasstrøm og en tredje væskestrøm som ved tilstrekkelig oppvarming blir en høy BTU metan-rik gasstrøm og (1) oppvarming via indirekte varmevekslingsanordning den femte gasstrømmen og den tredje væskestrømmen hvor strømmene er anvendt som kjølemidler for trinn (f) og (I) og varmevekslingsanordningene er i termisk kontakt med

varmevekslingsanordningene i trinn (f) og (I). Fortrinnsvis produseres den LNG-bærende strømmen via en flytendegjøringsprosess innbefattende en åpen metansyklus-kjøleprosess og innbefatter ytterligere trinnene (m) kombinere den oppvarmede tredje væskestrømmen i trinn (n) fortrinnsvis en gassholdig strøm (dvs. en bearbeidet flashgasstrøm), med en flashgasstrøm eller oppvarmet flashgasstrøm på den lave trykksiden i den første trinnet i metankompresjon.

Mer foretrukket anvender den åpne metansyklus-kjøleprosessen tre kompresjonstrinn. Enda mer foretrukket består den flytendegjørende prosessen innbefattende en åpen metansyklus-kjøleprosess ytterligere av minst to lukkede sykluskjøleprosesser og hvor kjøleprosessene er forbundet i en kaskade. Det er foretrukket at en lukket syklus anvender et kjølemiddel bestående i alt vesentlig av propan og den andre lukkede syklusen anvender et kjølemiddel valgt fra gruppen bestående i alt vesentlig av etan, etylen og blandinger derav og mest foretrukket bestående i alt vesentlig av etylen.

Trykket av den trykksatte LNG-bærende strømmen er fortrinnsvis større enn ca. 3445 kPa (ca. 500 psia), mer foretrukket ca. 3445 til ca. 6201 kPa (ca. 500 til ca. 900 psia), enda mer foretrukket ca. 3445 kPa til ca. 4651 kPa (ca. 500 psia til ca. 675 psia), enda mer foretrukket ca. 4314 kPa til ca. 4651 kPa (ca. 600 psia til ca. 675 psia), og mest foretrukket ca. 4306 kPa (ca. 625 psia). Trykkene av de andre strømmene i trinn (d) er fortrinnsvis ca. 2067 kPa til ca. 3789 kPa (ca. 300 psia til ca. 550 psia), mer foretrukket 2239 kPa til ca. 300 kPa (325 psia til 450 psia) og mest foretrukket ca. 2239 kPa til ca. 2756 kPa (ca. 325 psia til ca. 400 psia), og enda mer foretrukket ca. 2411 kPa (ca. 350 psia). Trykkene av strømmene i trinn (h) er fortrinnsvis ca. 689 kPa til ca. 2047 kPa (ca. 100 psia til ca. 300 psia), mer foretrukket ca. 1033 kPa til ca. 1722 kPa (ca. 150 psia til ca. 250 psia), og mest foretrukket ca. 1378 kPa (ca. 200 psia). Trykkene av strømmene i trinn (k) er fortrinnsvis mindre enn 276 kPa (40 psia), mer foretrukket ca. 138 til ca. 276 kPa (ca. 20 psia til ca. 40 psia), og mest foretrukket ca. 138 kPa til ca. 241 kPa (ca. 20 psia til ca. 35 psia). De foretrukne temperaturene av de foregående strømmene er avhengig av trykk og størrelsessammensetning. Generelt er temperaturene av strømmene i trinn (d) er fortrinnsvis -95,5°C til ca. -129°C (ca. -140°F til ca. -200°F), mer foretrukket -107°C til ca. -118C (ca. -160°F til ca. -180°F) og mest foretrukket ca. -112°C (ca. -170°F).

I den foregående metodikken er forskjellig gasstrømmer splittet hvorpå én strøm kan gjennomgå ytterligere kjøling og/eller trykkreduksjon og den andre strømmen kan gjennomgå en trykkreduksjon. Det relative blandingsforholdet av hver av splittstrømmene og kjølegraden gitt til en bestemt strøm vil være avhengig av sammensetningen av gasstrømmen, den tilgjengelige kjølegraden, og kravene forbundet med driften av nedstrømsstrippekolonnen. Slike bestemmelser er lette innenfor fagområdet. Antall teoretiske plater i strippekolonnen i trinn (c), (g) og (j) vil være avhengig av sammensetningen av fødestrømmene til kolonnen. De teoretiske trinnene i strippekolonnen kan tilveiebringes av plater og/eller pakkingsmateriale. En pakket kolonne er foretrukket.

Det er fortrukket at de indirekte varmevekslingsanordningene blir utformet innenfor plate-finne-varmevekslere. Det er foretrukket av strømmene gjennomgår kjølende strømning generelt motstrøms, fortrinnsvis motstrøms, til strømmene som de er i indirekte kontakt med og som fungerer som kjølemidler for strømmene.

I de foregående to utførelsesformene er referanse gjort til en trykkreduksjonsanordning. Skjønt slike anordninger kan være et bestemt element slik som en Joule-Thomson-ventil, en gassekspander eller en hydraulisk ekspander, omfatter også slike anordninger en enkel blende eller en reduksjon i trykk forbundet med et større tverrsnittsareal til strømning (f.eks. innføring av en strøm via en rørledning inn i en stor tank).

Foretrukne utførelsesformer av åpen- sykluskaskade- flytendegjørende prosess Flytskjemaet og apparatet fremsatt i Fig. 1 er en foretrukket utførelsesform av den åpne-sykluskaskade-flytendegjørende prosessen og er fremsatt for illustrerende formål. Med hensikt er et nitrogenfjerningssystem utelatt fra denne utførelses-formen fordi et slikt system er avhengig av nitrogeninnholdet i fødegassen og brenselgasskrav. Fig. 2 og 3 utleder generelt de respektive nitrogenfjerningsmetodikkene av utførelsesformer A og B ifølge den foreliggende oppfinnelsen. Den påfølgende diskusjonen vil ta for seg integreringen av prosessmetodikkene og assosiert apparat utledet i Fig. 2 og 3 inn i prosessmetodikken og apparatet utledet i Fig. 1. Fagfolk vil erkjenne at Fig. 1, 2 og 3 bare er skjematiske og derfor har mange utstyrsenheter som ville være nødvendig i et kommersielt anlegg for vellykket drift blitt utelatt for å gi større klarhet. Slike enheter kan omfatte f.eks. kompressorkontrollere, strømnings- og nivåmålere og tilsvarende kontrollere, temperatur og trykkontrollere, pumper, motorer, filtre, ytterligere varmevekslere, og ventiler, osv. Disse enhetene ville være tilveiebrakt i henhold til standard teknisk praksis.

For å lette forståelsen av Fig. 1, 2 og 3 ble den følgende tallnomenklatur anvendt. Enheter nummerert 1-99 er prosesskar og utstyr utledet i Fig. 1 som er direkte assosiert med flytendegjøringsprossen som ekskluderer enheter direkte forbundet med nitrogenfjerning. Enheter nummerert 100-199 tilsvarer strømningslinjer eller

-rør utledet i Fig. 1 som inneholder metan i hovedandel. Enheter nummerert 200-299 tilsvarer strømningslinjer eller -rør utledet i Fig. 1 som inneholder kjølemidlet etylen. Enheter nummerert 300-399 tilsvarer strømningslinjer eller - rør utledet i

Fig. 1 som inneholder kjølemidlet propan. Enheter nummerert 400-499 tilsvarer prosesskar, utstyr, og strømningslinjer eller -rør utledet i Fig. 2. Enheter nummerert 500-599 tilsvarer prosesskar, utstyr, og strømningslinjer eller -rør utledet i Fig. 3.

En naturgassfødestrøm, som tidligere er blitt beskrevet, gjenføres i systemet ved rørledning 100. Gassholdig propan komprimeres i multitrinnskompressorer 18 drevet av en gassturbindriver som ikke er illustrert. De tre trinnene danner fortrinnsvis en enkelt enhet, skjønt de kan være separate enheter som mekanisk er koblet sammen til å drives av en enkelt driver. Under kompresjon føres det komprimerte propanet via rørledning 300 til kjøler 20 hvor den gjøres flytende. Et representativt trykk og temperatur av det flytende propankjølemidlet før flashing er ca. 38°C og ca. 1309 kPa (ca. 100°F og ca. 190 psia). Skjønt dette ikke er illustrert i Fig. 1, er det foretrukket at et separasjonskar er plassert nedstrøms for kjøler 20 og oppstrøms for ekspansjonsventil 12 for fjerningen av resterende lette komponenter fra det flytende propanet. Slike kar kan bestå av en enkelt-trinn gass-væskeseparator eller kan være mer avansert og bestå av en akkumulatorseksjon, en kondensatorseksjon og en absorberseksjon hvor de siste to kan være drevet kontinuerlig eller periodisk brakt on-line for fjerning av resterende lette komponenter fra propanet. Strømmen fra dette karet eller strømmen fra kjøler 20, som kan være tilfellet, føres gjennom rørledning 302 til en trykkreduksjonsanordning slik som en ekspansjonsventil 12 hvor trykket av det flytendegjorte propanet reduseres for derved å fordampe eller flashe en andel derav. Det resulterende to-fase produktet strømmer deretter gjennom rørledning 304 til høy-trinn propankjøler 2 hvor indirekte varmeveksling med gassholdig metankjølemiddel innført via rørledning 152, naturgassføde innført via rørledning 100 og gassholdig etylenkjølemiddel innført via rørledning 202 er respektiv kjølt via indirekte varmevekslingsanordninger 4, 6 og 8 for derved å produsere kjølte gasstrømmer respektivt produsert via rørledninger 154, 102 og 204.

Den flashede propangassen fra kjøler 2 returneres til kompressor 18 via rørledning 306. Denne gassen føres til høyttrinns-innløpsåpningen i kompressor 18. Det gjenværende flytende propanet føres gjennom rørledning 308, trykket reduseres ytterligere ved passasje gjennom en trykkreduksjonsanordning, illustrert som ekspansjonsventil 14, hvorpå en ytterligere andel av det flytendegjorte propanet flashes. Den resulterende to-fase strømmen føres så til kjøler 22 gjennom rørledning 310 for derved å tilveiebringe et kjølemiddel for kjøler 22.

Den kjølte naturgassfødestrømmen fra kjøler 2 strømmer via rørledning 102 til et tømmekar 10 hvor gass og væskefaser separeres. Væskefasen som er rik på C3+- komponenter fjernes via rørledning 103. Den gassholdige fasen fjernes via rørledning 104 og føres til propankjøler 22. Etylenkjølemiddel innføres i kjøler 22 via rørledning 204.1 kjøleren kjøles den bearbeidede naturgasstrømmen og en etylenkjølemiddelstrøm respektivt via indirekte varmevekslingsanordninger 24 og 26 for derved å produsere en kjølt bearbeidet naturgasstrøm og en etylen-kjølemiddelstrøm via rørledninger 110 og 206. Den således fordampede andelen av propankjølemidlet separeres og føres gjennom rørledning 311 til mellomtrinns-innløpet i kompressor 18. Flytende propan føres gjennom rørledning 312, trykket reduseres ytterligere ved passasje gjennom en trykkreduksjonsanordning, illustrert som ekspansjonsventil 16, hvorpå en ytterligere andel av flytende propan flashes. Den resulterende to-fase strømmen føres så til kjøler 28 gjennom rørledning 314 for derved å tilveiebringe kjølemiddel til kjøler 28.

Som illustrert i Fig. 1 strømmer den kjølte bearbeidede naturgasstrømmen fra mellomtrinns-propankjøleren 22 til lavtrinns-propankjøleren/kondensatoren 28 via en rørledning 110. I denne kjøleren kjøles strømmen via indirekte varmevekslingsanordning 30. På en lignende måte strømmer etylenkjølemiddelstrømmen fra mellomtrinns-propankjøleren 22 til lavtrinns-propankjøleren/kondensatoren 28 via rørledning 206.1 det sistnevnte tilfellet kondenseres etylen-kjølemidlet via en indirekte varmevekslingsanordning 32 nesten fullstendig. Det fordampede propanet fjernes fra lavtrinns-propankjøleren/kondensatoren 28 og returneres til lavtrinns-innløpet i kompressoren 18 via rørledning 320. Skjønt Fig. 1 illustrerer kjøling av strømning tilveiebrakt av rørledninger 110 og 206 til å skje i det samme karet, finner kjølingen av strøm 110 og kjølingen og kondenseringen av strøm 206 respektivt sted i separate prosesskar (f.eks. henholdsvis en separat kjøler og en separat kondensator). Som illustrert i Fig. 1 og i henhold til oppfinnelsen som her er beskrevet, er en andel av det kjølte komprimerte åpen-metansyklusgassstrømmen tilveiebrakt via rørledning 156, kombinert med den bearbeidede naturgassføde-strømmen som går ut av lavtrinns-propankjøleren via rørledning 102 for derved å danne en flytendegjort strøm og denne strømmen innføres deretter i høyttrinns-etylenføderen via en rørledning 114. Etylenkjølemidlet går ut av lavtrinns-propankjøleren 28 via rørledning 208 og føres til et separasjonskar 37 hvor lette komponenter fjernes via rørledning 209 og kondensert etylen fjernes via rørledning 210. Separasjonskaret er analogt med de tidligere diskutert for fjerningen av lette komponenter fra flytendegjort propankjølemiddel og kan være en enkelt-trinns gass-væske-separator eller kan være en multippel-trinns operasjon som resulterer i en større selektivitet av de rette komponentene fjernet fra systemene. Etylenkjølemidlet på dette stedet i prosessen er generelt ved en temperatur på ca. -31°C (ca. -24°F) og et trykk på ca. 1964 kPa (ca. 285 psia). Etylenkjølemidlet via rørledning 210 strømmes deretter til hovedetylenformvarmeren 34 hvor den kjøles via indirekte varmevekslingsanordning 38 og fjernes via rørledning 211 og føres til en trykkreduksjonsanordning slik som en ekspansjonsventil 40 hvorpå kjølemidlet flashes til en forvalgt temperatur og trykk og mates til høytrinns etylenkjøleren 42 via rørledning 212. Damp fjernes fra denne kjøleren via rørledning 214 og føres til hovedetylen forvarmeren 34 hvor dampen fungerer som et kjølemiddel via indirekte varmevekslingsanordning 46. Etylendampen fjernes deretter fra etylenforvarmeren via en rørledning 216 og føres til høytrinns innløpet og etylenkompressoren 48. Etylenkjølemidlet som ikke er fordampet i høytrinnsetylenkjøleren 42 fjernes via en rørledning 218 og returneres til etylenhovedforvarmeren 34 for ytterligere kjøling via indirekte varmevekslingsanordning 50, fjernes fra hovedetyleforvarmeren via rørledning 220 og flashes i en trykkreduksjonsanordning illustrert som ekspansjonsventil 52 hvorpå det resulterende to-fase produktet innføres i lavttrinns etylenkjøleren 34 via en rørledning 222. Den flytendegjorte strømmen fjernes fra høytrinns etylenkjøleren 42 via rørledning 116 og føres direkte til lavtrinns etylenkjøleren 54 hvor den gjennomgår ytterligere kjøling og partiell kondensasjon via indirekte varmevekslingsanordning 56. Den resulterende to-fase strømmen strømmer deretter via rørledning 118 til en to-fase separator 60 hvorfra produseres en metan-rik dampstrøm via rørledning 119 og via rørledning 117, en væskestrøm rik på C2+-kompontenter som deretter flashes eller fraksjoneres i kar 67 for derved å produsere via rørledning 123 en tyngre strøm og en andre metan-rik strøm som overføres via rørledning 121 og etter kombinasjon med en andre strøm via rørledning 128 føres til høytrykks-innløpsåpningen på metankompressoren 83.

Strømmen i rørledning 119 og en kjølt komprimert åpen metansyklusgasstrøm tilveiebrakt via rørledning 158 kombineres og føres via rørledning 120 til lavtrinns etylenkondensatoren 68 hvor denne strømmen utveksler varme via indirekte varmevekslingsanordning 70 med det flytende avløpet fra lavtrinns etylenkjøleren 54 som føres til lavtrinns etylenkondensatoren 69 via rørledning 226.1 kondensator 68, de kombinerte strømmene er kondensert og produsert fra kondensatoren 68 via rørledning 122 er en trykksatt LNG-bærende strøm. Dampen fra lavtrinns etylen-kjøleren 54 via rørledning 224 hvor lavtrinns etylenkondensator 28 via rørledning 228 kombineres og føres via rørledning 230 til hoved-etylenforvarmeren 34 hvor dampene fungerer som et kjølemiddel via indirekte varmevekslingsanordning 58. Strømmen føres deretter via rørledning 232 fra hoved-etylenforvarmeren 34 til lavtrinnssiden i etylenkompressoren 48. Som vist i Fig. 1 fjernes kompressoravløpet fra damp innført via lavtrinnssiden via rørledning 234, kjølt via mellomtrinns-kjøler 71 og returnert til kompressor 48 via rørledning 236 for injeksjon med høytrinnsstrømmen tilstede i rørledning 216. Fortrinnsvis er to-trinnene en enkel modul, skjønt de kan hver være en separat modul og modulene kan være mekanisk koblet til en felles driver. Det komprimerte etylenproduktet fra kompressoren føres til en nedstrømskjøler 72 via rørledning 200. Produktet fra kjøleren strømmer via rørledning 202 og innføres, som tidligere diskutert, til høytrinns propankjøleren 2. Den trykksatte LNG-bærende strømmen, fortrinnsvis en væskestrøm i sin helhet, i rørledning 122 er generelt ved en temperatur på ca. -87°C og ca. 4237 kPa (ca. -125°F og ca. 615 psia). Denne strømmen passerer via rørledning 122 gjennom hovedmetan-forvarmeren 74 hvor strømmen ytterligere kjøles ved indirekte varmevekslingsanordning 76 som forklart i det etterfølgende. Fra hovedmetan-forvarmeren 74 passerer den trykksatte LNG-bærende strømmen gjennom rørledning 124 og dens trykk reduseres med en trykkreduksjonsanordning som er illustrert som ekspansjonsventil 78, som selvfølgelig fordamper eller flasher en andel av gasstrømmen for derved å generere en flashgasstrøm. Den flashede strømmen passeres så til metan høy-trinns flashtrommel 80 hvor den separeres til en flashgasstrøm utført gjennom rørledning 126 og en væskefasestrøm (dvs. trykksatt LNG-bærende strøm) utført gjennom rørledning 130. Flashgasstrømmen overføres deretter til hovedmetan-forvarmeren via rørledning 126 hvor strømmen fungerer som et kjølemiddel via indirekte varmevekslingsanordning 82. Flashgassstrømmen (dvs. oppvarmet flashgasstrøm) går ut av hovedmetan-forvarmeren via rørledning 128 hvor en kombineres med en gasstrøm levert av rørledning 121. Disse strømmene føres så til lavtrykkssiden i høytrykkstrinnet i kompressor 83. Væskefasen i rørledning 130 passeres gjennom en andre metanforvarmer 87 hvor væsken ytterligere kjøles via indirekte varmevekslingsanordning 88 ved nedstrøms flashgasstrøm. Den kjølte væsken går ut av den andre metanforvarmeren 87 via rørledning 132 og ekspanderes eller flashes via trykkreduksjonsanordninger illustrert som ekspansjonsventil 91 for ytterligere å redusere trykket og samtidig fordampe en andre andel derav. Denne flashgasstrømmen passeres så til mellomtrinns metan-flashtrommel 92 hvor strømmen separeres til en flashgasstrøm som passerer gjennom rørledning 136 og en væskefasestrøm som passerer gjennom rørledning 134. Flashgasstrømmen strømmer gjennom rørledning 136 til den andre metan-forvarmeren 87 hvor gassen kjøler væsken innført i 87 via rørledning 130 via indirekte varmevekslingsanordning 89. Rørledning 138 fungerer som en strømningsrørledning mellom indirekte varmevekslingsanordning 89 i den andre metanforvarmeren 87 og den indirekte varmevekslinganordningen 95 i hovedmetan-forvarmeren 74. Den oppvarmede flashgasstrømmen forlater hovedmetan-forvarmeren 74 via rørledning 140 som er forbundet med innløpet til lavtrykkssiden i mellomtrinnet i metankompressor 83. Væskefasen som går ut av mellomtrinns-flashtrommel 92 via rørledning 134 reduseres ytterligere i trykk, fortrinnsvis til ca. 45 psia, ved passasje gjennom en trykkreduksjonsanordning illustrert som en ekspansjonsventil 93. En tredje andel av den flytendegjorte gassen vil igjen fordampes eller flashes. Fluidene fra ekspansjons ventilen 93 føres til slutt- eller lavtrinns flashtrommel 94.1 flashtrommelen 94 separeres en dampfase som en flashgasstrøm og passeres gjennom rørledning 144 til en andre metanforvarmeren 87 hvor flashgasstrømmen fungerer som et kjølemiddel via indirekte varmevekslingsanordning 90, går ut av den andre metanforvarmeren via rørledning 146 som er forbundet med den første metanforvarmeren 74 hvor flashgasstrømmen fungerer som et kjølemiddel via indirekte varmevekslingsanordning 96 og til slutt går ut av den første metanforvarmeren via rørledning 148 som er forbundet med den lave siden i lavtrykkstrinnet i kompressor 83. Det flytende naturgassproduktet (dvs. LNG-strømmen) fra flashtrommel 94 som er omtrent ved atmosfærisk trekk føres gjennom rørledning 142 til lagringsenheten. Lavtrykk, lavtemperatur LNG-fordampningstap-dampstrømmen fra lagringsenheten utvinnes fortrinnsvis ved å kombinere en slik strøm med lavtrykksflashgassen tilstede i enten rørledning 144, 146 eller 148; den utvalgte rørledningen er basert på et ønske om at gasstrøm-temperaturene skal samsvare mest mulig.

Som vist i Fig. 1 er høy-, mellom- og lavtrinnene i kompressor 83 fortrinnsvis kombinert som en enkel enhet. Imidlertid kan vært trinn eksistere som en separat enhet hvor enhetene er mekanisk koblet sammen til å drives av en enkel driver. Den komprimerte gassen fra lav-trinnsseksjonen passere gjennom en mellomtrinnskjøler 85 og kombineres med mellomtrykksgassen i rørledning 140 før kompresjonens andre trinn. Den komprimerte gassen fra mellomtrinnet i kompressor 83 føres gjennom en mellomtrinnskjøler 84 og kombineres med høytrykksgassen tilveiebrakt via rørledninger 121 og 128 før kompresjonens tredje trinn. Den komprimerte gassen (dvs. komprimert åpen metan-syklusgasstrøm) føres bort fra høytrinnsmetan-kompressor gjennom rørledning 150, kjøles i kjøler 86 og føres til høytrykks-propankjøleren 2 via rørledning 152 som tidligere diskutert. Strømmen kjøles i kjøler 2 via indirekte varmevekslingsanordning 4 og strømmer til hovedmetan-forvarmeren via rørledning 154. Som anvendt her og tidligere bemerket refererer også kompressor til hvert kompresjonstrinn og ethvert utstyr forbundet med mellomtrinnskjøling.

Som illustrert i Fig. 1 gjennomgår den komprimerte åpne metansyklusgasstrømmen fra kjøler 2 som går inn i hovedmetanforvarmeren 74 kjøling i sin helhet via strømning gjennom indirekte varmevekslingsanordning 97. En andel av denne kjølte strømmen fjernes så via rørledning 156 og kombineres med den bearbeidede naturgassfødestrømmen oppstrøms i det første trinnet (dvs. høyt trykk) av etylen-kjøling. Den gjenværende andelen av denne kjølte strømmen gjennomgår ytterligere kjøling via indirekte varmeoverføringsanordninger 98 i hovedmetanforvarmeren og produseres derfra via rørledning 158. Denne strømmen kombineres med den ovennevnte kombinerte strømmen ved et sted oppstrøms i sluttrinnet (dvs. lavt trykk) av etylenkjøling og denne flytendegjøringsstrømmen gjennomgår så flytendegjøring i hovedandel i etylenkondensatoren 68 via strømning gjennom indirekte varmevekslingsanordning 70.

Med hensyn til den foretrukne oppfinneriske utførelsesformen utledet i Fig. 2 og integreringen av denne metodikken og apparatet i metodikken og apparatet utledet i

Fig. 1, splittes flashgasstrømmen produsert via rørledning 126 via en splitteanordning til en trykksatt gasstrøm som produseres via rørledning 400 og den gjenværende andelen føres til indirekte varmevekslingsanordning 82 i hovedmetan-forvarmeren 74. Den trykksatte gasstrømmen føres til en splitteanordning hvorfra det produseres en første strøm via rørledning 402 og en andre strøm 404 som er forbundet med den nedre seksjonen av en strippekolonne som diskuteres. Den første strømmen kjøles via indirekte varmevekslingsanordning 454 for derved å produsere via rørledning 408 en væskebærende strøm som innføres i den øvre seksjonen av strippekolonne 458. Den væskebærende strømmen og den andre strømmen kommer i kontakt i en motstrøm, multitrinnsmåte i strippekolonne 458 for derved å produsere en første gasstrøm via rørledning 414 og en væskestrøm via rørledning 410. Den første gasstrømmen føres via rørledning 414 til en splitteanordning hvorved den første gasstrømmen splittes til en andre gasstrøm som produseres via rørledning 416 og den tredje gasstrømmen produsert via rørledning 418. Den andre gasstrømmen føres via rørledning 416 til indirekte varmevekslingsanordning 466 hvor en slik strøm kjøles for derved å produsere en andre væskebærende strøm som er produsert via rørledning 420 som er forbundet med den øvre seksjonen av strippekolonnen 474 hvorved strømmen er kontaktet i en motstrøm, multitrinnsmåte med den tredje gasstrømmen ført til den nedre seksjonen av strippekolonnen via rørledning 418 og hvorfra produseres en fjerde gass via rørledning 428 og en andre væskestrøm via rørledning 422. Den tredje gassstrømmen føres til en indirekte varmevekslingsanordning 468 hvor strømmen kjøles og produseres via rørledning 430 som er forbundet med trykkreduksjonsanordning 468 hvorved trykket reduseres for derved å produsere via rørledning 432 en tredje væskebærende strøm. Denne rørledningen er forbundet med den øvre seksjonen av strippekolonne 480. Den andre væsken produsert via rørledning 422 føres til trykkreduksjonsanordning 476 for derved å produsere en fjerde strøm som føres til den nedre seksjonen av strippekolonne 480 via rørledning 424. Denne strømmen og den tredje væskebærende strømmen kommer i kontakt i strippekolonne 480 i en motstrøm, multitrinns måte for derved å produsere en femte gasstrøm via rørledning 434 og en tredje væskestrøm via rørledning 426. Slike rørledninger er respektivt forbundet med indirekte varmevekslingsanordninger

470 og 472 som er i termisk kontakt med varmevekslingsanordninger 466 og 468 i forvarmer 464 for derved å produsere via rørledning 438 og 440 en lav BTU nitrogen-rik gasstrøm og en høy BTU metan-rik gasstrøm. Rørledning 440 er fortrinnsvis forbundet med rørledning 146 for derved å returnere strømmen til lavtrykkssiden i det første trinnet i metankompresjon i den åpne metansyklusen. Rørledning 438 er fortrinnsvis forbundet med en indirekte varmevekslingsanordning i hovedmetanforvarmeren 74 hvor strømmen fungerer som et kjølemiddel. Væskestrømmen i rørledning 410 føres fortrinnsvis til trykkreduksjonsanordning 460 hvorpå en redusert trykkstrøm produseres som føres via rørledning 412 til en indirekte varmevekslingsanordning 452 i forvarmere 450 hvor varmevekslingsanordningen er i termisk kontakt med varmevekslingsanordning 454 for derved å produsere en oppvarmet strøm produsert via rørledning 456. Rørledning

436 er fortrinnsvis forbundet med enten rørledning 136 eller rørledning 138, fortrinnsvis til rørledning 138 på grunn av nærheten av strømtemperaturene med hverandre, for derved å tilveiebringe en anordning for å returnere en slik strøm til lavtrykkssiden i det andre trinnet i metankompresjon i den åpne metansyklusen.

Med hensyn til den oppfinneriske utførelsesformen utledet i Fig. 3 for nitrogenfjerning, oppnås den trykksatte LNG-bærende strømmen i rørledning 500 ved å forbinde rørledningen til rørledning 122 i Fig. 1 eller fortrinnsvis å forbinde rørledningen til en splitteanordning i strømningskommunikasjon med rørledning 122. I begge metodikker er det foretrukket av den indirekte varmevekslingsanordningen 76 utledet i Fig.l elimineres og i den foretrukne metodikken av splitteanordningen er forbundet via rørledning til trykkreduksjonsanordning 78. Rørledning 500 er også forbundet med en splitteanordning som er forbundet med rørledning 504 og 502. En første strøm og en andre strøm er respektivt produsert fra rørledninger 504 og 502. Rørledning 504 er forbundet med indirekte varmevekslingsanordning 505 som er plassert i hovedmetanforvarmeren og som tilveiebringer en anordning for kjøling av den første strømmen som produseres via rørledning 506. Trykket av strømmen produsert via rørledning 506 reduseres via trykkreduksjonsanordning 550 og den resulterende væskebærende strømmen innføres i den øvre seksjonen av en stripppekolonne 554 via rørledning 502. Den andre strømmen i rørledning 502. Den andre strømmen i rørledning 502 føres til trykkreduksjonsanordning 552 som er forbundet med rørledning 510 og hvorfra produseres en trykkredusert andre strøm. Rørledning 510 er forbundet med den nedre seksjonen av strippekolonne 554 hvor den væskebærende strømmen og redusert trykk-andrestrøm er i kontakt i en motstrøm, multitrinnsmåte for derved å produsere en første gass via en rørledning 514 og en væskestrøm via rørledning 512. Væskestrømmen i rørledning 512 kan separat flashes til lavere trykk i den måten som er utledet i Fig. 1 eller i den foretrukne metodikken hvor strømmen i rørledning 132 splittes i to strømmer, væskestrømmen i rørledning 512 eller en væskestrøm produsert derfra kombineres med splittestrømmen fra rørledning 122 eller en strøm produsert derfra med en passende nedstrøms sted (dvs. fortrinnsvis lignende temperaturer og trykk).

Den første gasstrømmen produsert via rørledning 514 føres til en splitteanordning hvorfra produseres en andre gasstrøm via rørledning 516 og en tredje gasstrøm via rørledning 518. Rørledning 516 er forbundet med trykkreduksjonsanordning 556 som er forbundet med rørledning 520 som igjen er forbundet med indirekte varmevekslingsanordning 560 for derved å produsere en væskebærende gasstrøm via rørledning 522 som er forbundet med den øvre seksjonen av strippekolonne 562. Den tredje gasstrømmen føres via rørledning 518 til strippekolonne 562. Skjønt en trykkreduksjonsanordning ikke er illustrert i Fig. 3 med hensyn til den tredje gasstrømmen, gjennomgår strømmen trykkreduksjon ved innførsel i den nedre seksjonen i strippekolonne 562.1 strippekolonne 562 kommer strømmene levert via rørledninger 522 og 518 i kontakt en motstrøm, multitrinns måte for derved å produsere en fjerde gass og en andre væskestrøm som er respektivt produsert via rørledninger 528 og 524. Den fjerde gasstrømmen føres via rørledning 528 til indirekte varmevekslingsanordning 566 og produsert via rørledning 530 som er forbundet med trykkreduksjonsanordning 568 for derved å produsere via rørledning 532 som er forbundet med den øvre seksjonen av strippekolonne 570 en andre væskebærende strøm. Den andre væskestrømmen føres via rørledning 524 til trykkreduksjonsanordning 564 som er forbundet med rørledning 526 hvorfra produseres en redusert trykk andre væskestrøm. Rørledning 526 er forbundet med den nedre seksjonen av strippekolonne 570.1 strippekolonne 570 kommer strømmene levert via rørledning 526 og 532 i kontakt i en motstrøm, multitrinnsmåte for derved å produsere en femte gasstrøm og en tredje væskestrøm som respektivt produseres via rørledninger 536 og 534. Rørledninger 534 og 536 er respektivt forbundet med indirekte varmevekslingsanordinger 574 og 572 som er i termisk kontakt med indirekte varmevekslere 560 og 566 hvor slike varmevekslere er plassert i forvarmer 558. Den femte gasstrømmen og den tredje væskestrømmen oppvarmes ved strømning gjennom indirekte varmevekslingsanordninger 572 og 574 for derved å produsere en lav BTU nitrogen-rik gasstrøm via rørledning 538 og en høy BTU metan-rik gasstrøm via rørledning 540. Rørledning 540 og forbundet med rørledning 138 for derved å tilveiebringe en anordning for å returnere en slik strøm til lavtrykkssiden i det andre trinnet i metankompresjonen på den åpne metansyklusen. Rørledning 538 kan føres til hovedforvarmeren 74 hvor strømmen kan fungere som et kjølemiddel via en indirekte varmevekslingsanordning.

Som anvendt her kan referanse til separate varmevekslingsanordninger for kjølingen eller oppvarmingen av en bestemt strøm fysikalsk referere til et enkelt stykke av varmeoverføringsutstyr hvori det er inneholdt to eller flere indirekte varmevekslingsanordnere. Som et eksempel kan indirekte varmevekslingsanordner A og B referere til en enkel plate-finne-varmeveksler hvor de to strømmene tilført hver anordning gjennomgår varmeveksling deri med hverandre.

Fig. 1, 2 og 3 utleder ekspansjonen av den flytende fasen ved anvendelse av ekspansjonsventiler med påfølgende separasjon av gass- og væskeporsjoner i kjøleren eller kondensatoren. Mens dette forenklede skjema fungerer og benyttes i noen tilfeller, er det ofte mer effektiv og virkningsfullt å utføre partiell fordampning og separasjonstrinn i separat utstyr, f.eks. en ekspansjonsventil og separat flashtrommel kan anvendes før strømningen av enten den separerte dampen eller væsken til en propankjøler. På lignende måte er bestemte prosesstrømmer som gjennomgår ekspansjon ideelle kandidater for anvendelse av en hydraulisk ekspander som del av trykkreduksjonsanordningen for derved å muliggjøre ekstraksjonen av arbeid og også lavere to-fase temperaturer.

Med hensyn til kompressor-/driverenhetene anvendt i prosessen utleder Fig. 1 enkeltvise kompressor-/driverenheter (dvs. en enkel kompresjonskjede) for propan-, etylen- og den åpne metansykluskompresjonstrinnene. Imidlertid i en foretrukket utførelsesform for enhver kaskade-prosess, kan prosesspålitelighet forbedres i betydelig grad ved å anvende en multippel kompresjonskjede innbefattende to eller flere kompressor-/driverkombinasjoner i parallell isteden for de utlede enkle kompressor-/driverenhetene. I tilfellet at en kompressor-/driverenhet blir tilgjengelig kan prosessen fortsatt drives ved en redusert kapasitet. I tillegg ved å skifte belastningen blant kompressor-/driverenhetene på den måten som her er beskrevet, kan LNG-produksjonshastigheten ytterligere økes når en kompressor-/driverenhet stanses eller må drives ved redusert kapasitet.

Mens spesifikke kryogeniske metoder, materialer, enheter av utstyrt og kontrollinstrumenter er referert til her, skal det forstås at slike spesifikke angivelser ikke skal anses å være begrensende men inkluderende for illustrasjonsformål og fremsette den beste måten i henhold til den foreliggende oppfinnelsen.

EKSEMPEL 1

Dette eksemplet viser utførelsesform A sin evne til å fjerne nitrogen fra den åpne metansyklusen i en kaskade-kjøleprosess for LNG-produksjon. Simuleringen viser at den oppfinneriske utførelsesformen generelt utledet i Fig. 2 er i stand til å fjerne nitrogen fra en kryogenisk gasstrøm hvor en slik strøm er oppnådd ved flashing av en trykksatt LNG-bærende strøm og påfølgende separering av flashgasstrømmen til gass- og væskestrømmer og i bearbeidingsforløpet av gasstrømmen, produsere en lav BTU nitrogen-rik gasstrøm og to høye BTU metan-rike gasstrømmer som er egnet for resirkulering til den åpne metansyklusen eller den kan anvendes som en brenselgass. Simuleringsresultatene ble oppnådd ved anvendelse av Hyportech's Process Simulation HYSIM, Version C2.54, Prop. Pkg PR/LK.

Simuleringspakken ble generelt konfigurert på den måten som ble fremsatt i Fig. 1 og mer spesielt på den måten fremsatt i Fig. 2. Avvik mellom prosessen som illustrert i Fig. 1 og 2 og det simulert for dette eksemplet påvirker ikke i betydelig grad de oppfinneriske aspektene av prosessen og assosierte apparat demonstrert her. TABELL 1 fremsetter dampfraksjonen, temperaturen, trykket, strømnings-hastighet og sammensetning av prosesstrømmene som strømmer inn i de identifiserte rørledningen i Fig. 1 og 2. Strømnummer korresponderer med strømmen inne i rørledningen som innehar det samme nummeret. Spesielt vekt er lagt på egenskapene av gasstrømmen tilført prosessen utledet i Fig. 2 (strøm 400), de høye BTU metan-rike gasstrømmene produsert av prosessen (strømmene 436 og 440), og den lave BTU nitrogen-rike gasstrømmen produsert av prosessen (strøm 438). De respektive metankonsentrasj onene av de fire ovennevnte strømmene er henholdsvis 87,35, 97,77, 89,97 og 1,0 mol%. De respektive nitrogenkonsentrasjonene av disse strømmene er 14,68, 2,78, 10,19 og 99,00 mol%.

Dette eksemplet viser klart prosessens evne til å fjerne nitrogen fra den åpne metansyklusen, til å produsere en lav BTU nitrogen-rik gasstrøm, og til å produsere høye BTU metan-rike gasstrømmer; strømmer som kan resirkuleres til fiytende-gjøringsprosessen eller anvendt som brenselgass av høy kvalitet.

EKSEMPEL II

Dette eksemplet viser utførelsesform B sin evne til å fjerne nitrogen fra den åpne metansyklusen i en kaskade-kjøleprosess for LNG-produksjon. Simuleringen viser at den oppfinneriske utførelsesformen generelt utredet i Fig. 3 er i stand til å fjerne nitrogen fra en trykksatt LNG-bærende strøm og ved å gjøre dette produseres en LNG-bærende strøm, en lav BTU nitrogen-rik gasstrøm, og en høy BTU metan-rik gasstrøm som er egnet for resirkulering i den åpne metansyklusen eller kan anvendes som en høy BTU-innholdende brenselgass. Simuleringsresultatene ble oppnådd vanligvis av Hyprotech's Process Simulation HYSIM, Version C2.4, Prop. Pkg PR/LK.

Simleringspakken ble generelt konfigurert som fremsatt i Fig. 1 og nærmere bestemt på måten fremsatt i Fig. 3. Avvik mellom prosessen som illustrert i Fig. 1 og 3 og den simulert for dette eksemplet påvirker ikke i betydelig grad de oppfinneriske aspektene av prosessen og assosierte apparat som demonstrert her. Tabell 2 fremsetter damp fraksjonen, temperaturen, trykket, strømningshastighet og sammensetningen av prosesstrømmene som strømmer inne i rørledningene nummerert i Fig. 3. Strømnummeret korresponderer med strømnings flyten med rørledningen som innehar det samme nummeret.

Spesiell vekt er lagt på den trykksatte LNG-bærende strømmen tilført prosessen utledet i Fig. 3 (strøm 500), den høye BTU metan-rike gasstrømmen produsert av prosessen (strøm 440), og den lave BTU nitrogen-rike gasstrømmen produsert av prosessen (strøm 538). De respektive metankonsentrasjonene av de tre ovennevnte strømmene er henholdsvis 84,80, 90,07 og 1,00 mol%. De respektive nitrogenkonsentrasjonene av disse strømmene er 8,26, 9,55 og 99,00 mol%.

Dette eksemplet viser klart prosessens evne til å fjerne nitrogen fra den åpne metansyklusen, å produsere en LNG-strøm, å produsere en BTU metan-rik gasstrøm, og å produsere en høy BTU metan-rik gasstrøm som regnet for resirkulering til den flytende gjørende prosessen eller anvendelse som en brenselgass av høy kvalitet.

Claims

1. Fremgangsmåte for fjerning av uorganiske komponenter med lave kokepunkt fra en trykksatt fluidstrøm oppnådd fra en trykksatt LNG-bærende strøm,karakterisert vedtrinnene: (a) splitte fluidstrømmen til minst én første strøm og en andre strøm; (b) kjøle den første strømmen og når fluidstrømmen er en trykksatt LNG-bærende strøm reduseres trykket av den andre strømmen; (c) kontakte den første strømmen og den andre strømmen i en motstrøms, multitrinns måte for derved å produsere en første gasstrøm og en væskestrøm; (d) splitte den første gasstrømmen til en andre gasstrøm og en tredje gasstrøm; (e) kjøle og redusere trykket av den andre gasstrømmen for derved å produsere en første væskebærende strøm; (f) redusere trykket av den tredje gasstrømmen; (g) kontakte den første væskebærende strømmen og den reduserte trykk-tredje-gasstrømmen i en motstrøm, multitrinns måte for derved å produsere en fjerde gass- og en andre væskestrøm; (h) kjøle og redusere trykket av den fjerde gasstrømmen for derved å produsere en andre væskebærende strøm; (i) redusere trykket av den andre væskestrømmen; (j) kontakte den andre væskebærende strømmen og den trykkreduserte andre væskestrømmen i en motstrøm, multitrinns måte for derved å produsere en lav BTU nitrogen-rik gasstrøm og en tredje væskestrøm som ved tilstrekkelig oppvarming blir en høy BTU metan-rik gasstrøm; og (k) oppvarme den lave BTU nitrogen-rike gasstrømmen og den tredje væskestrømmen ved å anvende strømmene som kjølemidler for trinn (e) og (h).

2. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert vedat den trykksatte fluidstrømmen er en trykksatt gasstrøm hvor den minst ene første strømmen og den andre strømmen er en første strøm og en andre strøm og hvor kjølingen av den første strømmen produserer en væskebærende strøm.

3. Fremgangsmåte som angitt i krav 2, hvor trykkene av gasstrømmene i trinn (c) er 999 kPa til 2067 kPa og trykkene av strømmene i trinn (j) er mindre enn 276 kPa.

4. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert vedat den trykksatte fluidstrømmen er en trykksatt LNG-bærende strøm og hvor kjølingen av den første strømmen innbefatter et trykk-reduksjonstrinn, særlig hvor trykket av den trykksatte LNG-bærende strømmen er minst 3445 kPa og trykkene av strømmene produsert i trinn (c) er 2067 kPa til 3445 kPa, særlig hvor trykkene av strømmene i trinn (j) er mindre enn 276 kPa.

5. Fremgangsmåte som angitt i hvilket som helst av de foregående krav,karakterisert vedat de uorganiske komponentene med lave kokepunkt er valgt fra gruppen bestående av nitrogen, helium og blandinger derav, eller hvor de uorganiske komponentene med lave kokepunkt består i alt vesentlig av nitrogen.

6. Apparat for fjerning av uorganiske komponenter med lave kokepunkt fra en trykksatt hydrokarbon-rik gasstrøm, karakterisert vedat det innbefatter: (a) første og andre splitteanordninger; (b) første 454, andre 452, tredje 466, fjerde 468, femte 472 og sjette 475 indirekte varmevekslingsanordninger; (c) første 458, andre 474 og tredje 480 strippekolonner; (d) første 460, andre 476 og tredje 478 trykkreduksjonsanordninger; (e) en første rørledning 400 forbundet med den første splitteanordningen; (f) en andre rørledning 402 forbundet mellom den første splitteanordningen og innløpet til den første indirekte varmevekslingsanordningen 454; (g) en tredje rørledning 408 forbundet med utløpet av den første indirekte varmevekslingsanordningen 454 og den øvre seksjonen av den første strippekolonnen 458; (h) en fjerde rørledning 404 forbundet med den første splitteanordningen og den nedre seksjonen av den første strippekolonnen 458; (i) en femte rørledning 410 forbundet til bunnen av den første strippekolonnen 458 og den første trykkreduksjonsanordningen 460; (j) en sjette rørledning 412 forbundet med den første trykkreduksjonsanordningen 460 og innløpet til en andre indirekte varmevekslingsanordningen 452 hvor den første varmevekslingsanordningen er plassert nært til den første indirekte varmevekslingsanordningen 454 for slik å tilveiebringe varmeveksling mellom de to anordningene; (k) en syvende rørledning 436 forbundet med utløpet av den andre indirekte varmevekslingsanordningen 452;

(1) en åttende rørledning 414 forbundet til toppen av den første strippekolonnen 458 og den andre splitteanordningen; (m) en niende rørledning 416 forbundet mellom den andre splitteanordningen og innløpet til den tredje indirekte varmevekslingsanordningen 466; (n) en tiende rørledning 420 forbundet med utløpet av den tredje indirekte varmevekslingsanordningen 466 og den øvre seksjonen av den andre strippekolonnen 474; (o) en ellevte rørledning 418 forbundet med den andre splitteanordningen og den lavere seksjonen av den andre strippekolonnen 474; (p) en tolvte rørledning 428 forbundet med toppen av den andre strippekolonnen 474 og innløpet til den fjerde indirekte varmevekslingsanordningen 468; (q) en trettende rørledning 430 forbundet med utløpet av den fjerde indirekte varmevekslingsanordningen 468 og den tredje trykkreduksjonsanordningen 478; (r) en fjortende rørledning 432 forbundet med den tredje trykkreduksjonsanordningen 478 og den øvre seksjonen av den tredje strippekolonnen 480; (s) en femtende rørledning 422 forbundet med bunnen av den andre strippekolonnen 474 og den andre trykkreduksjonsanordningen 476; (t) en sekstende rørledning 424 forbundet med den andre trykkreduksjonsanordningen 476 og den nedre seksjonen av den tredje strippekolonnen 480; (u) en syttende rørledning 434 forbundet med toppen av den tredje strippekolonnen 480 og innløpet til den femte indirekte varmevekslingsanordningen 472; (v) en attende rørledning 426 forbundet med bunnen av den tredje strippekolonnen 480 og innløpet til den sjette indirekte varmevekslingsanordningen 475; (w) en nittende rørledning 438 forbundet med utløpet av den femte indirekte varmevekslingsanordningen 472; og (x) en tjuende rørledning 440 forbundet med utløpet av den sjette indirekte varmevekslingsanordningen 475; hvor de tredje 466 og fjerde 468 indirekte varmevekslingsanordningene er plassert tilstrekkelig nær de femte 472 og sjette 475 indirekte varmevekslingsanordningene for slik å tilveiebringe varmeveksling, særlig ytterligere innbefattende: (y) en tretrinns metankompressor hvor innløpet til det første kompresjonstrinnet er forbundet til den syvende rørledningen og innløpet til det andre kompresjonstrinnet er forbundet med den tjuende rørledningen 440, særlig hvor tretrinns metankompressoren er anvendt i en kaskade-kjøleprosess for flytendegjøring av naturgass.