NO337772B1

NO337772B1 - Integrert fler-sløyfeavkjølingsprosess for flytendegjøring av gass

Info

Publication number: NO337772B1
Application number: NO20054782A
Authority: NO
Inventors: Mark Julian Roberts
Original assignee: Air Prod & Chem
Priority date: 2003-03-18
Filing date: 2005-10-17
Publication date: 2016-06-20
Also published as: US20040182108A1; CN1784578A; ES2382805T3; WO2004083753A2; MXPA05009929A; EP1613910A2; RU2005132159A; CN100565059C; JP2006520885A; KR20050110026A; AU2004221610A1; US6742357B1; JP4741468B2; CA2519213C; NO20054782L; RU2307990C2; ATE547678T1; KR100969969B1; CA2519213A1; WO2004083753A3

Description

Fler-sløyfeavkjølingssystemer benyttes i utstrakt grad for flytendegj øring av gasser ved lave temperaturer. Ved flytendegj øring av naturgass kan for eksempel to eller tre lukket-sløyfekjølesystemer integreres for å gi avkjøling i suksessivt lavere temperaturområder for å avkjøle og å flytendegjøre fødegassen. Typisk benytter minst et av disse lukket-sløyfekjølesystemer et multi-komponent- eller blandet kjølemiddel som gir avkjøling ved et valgt temperaturområde når det flytende, blandede kjølemiddel fordamper og av-kjøler fødegassen ved indirekte varmeveksling. Systemer som benytter to blandede kjølesystemer er velkjente ved noen anvendelser, et tredje kjølesystem benytter et ren-komponent kjølemiddel som propan for å gi initialkjøling av fødegassen. Dette tredje kjølesystem kan også benyttes for å gi en del av avkjølingen for å kondensere et eller begge av de blandede kjølemidler etter kompresjon. Avkjøling i det laveste temperaturområdet kan tilveiebringes av en gassekspandersløyfe som er integrert med en blandet kjølemiddelsløyfe som arbeider ved et høyere temperaturområde.

I en typisk fler-sløyfeblandet kjølemiddelprosess for flytendegj øring av naturgass gir det laveste nivå eller den kaldeste avkjølingssløyfe avkjøling ved fordamping i et temperaturområde rundt -30°C til rundt -165°C for å gi den endelige flytendegj øring og eventuelt underkjøling av avkjølt fødegass. Kjølemidlet blir fullstendig fordampet i det kaldeste temperaturområdet og kan føres tilbake direkte til kjølemiddelkompressoren, for eksempel som beskrevet i de representative US-patenter 6.119.479 og 6.253.574 Bl. Alternativt kan det fullstendig fordampede kjølemiddel oppvarmes før kompresjon for å gi forkjøling av fødegassen som beskrevet i US-patenter nr. 4.274.849 og 4.755.200 eller for kjøling av kjølemiddelstrømmer som beskrevet i AU-A-43943/85. Et felles karakteristisk trekk for disse typiske flytendegjøringsprosesser er at kjølemidlet i det laveste nivået eller den kaldeste avkjølingssløyfen er fullstendig fordampet mens det tilveiebringes avkjøling i det laveste temperaturområdet. Enhver ytterligere avkjøling som tilveiebringes av kjølemidlet før kompresjon bevirkes således ved overføring av følbar varme fra det fordampede kjølemidlet til andre prosesstrømmer.

I kjente flytendegj øringsprosesser som benytter tre integrerte lukket-sløyfekjøle-systemer kan størrelsen av prosessutstyret i det tredje eller laveste temperaturkjøle-systemet være mindre i forhold til de to varmere kjølesystemer. Når prosessflytende-gjøringskapasiteten økes, vil størrelsen for kompresjons- og varmevekslingsutstyret i de to varmere systemer nå de maksimale størrelser som er tilgjengelige fra utstyrsleveran-dører, mens størrelsen for det tilsvarende utstyr i det laveste temperaturkjølesystemet vil være mindre enn de maksimale størrelser. For å øke produksjonskapasiteten i denne flytendegj øringsprosessen, vil parallelle tog være nødvendig på grunn av kompresjons-og/eller varmevekslingsstørrelsesbegrensninger i de to varmere avkjølingssystemer.

Det ville være ønskelig å øke den maksimale produksjonskapasitet for denne flytendegj øringsprosessen til grensene for tilgjengelige kompressor- og varmevekslerstørrelser for derved å tillate bruken av større enkelt-togs flytendegj øringsprosesser. Dette behov møtes ved foreliggende oppfinnelse som tilveiebringer et integrert kjølesystemer med økt produksjonskapasitet uten at det krever duplikatparallellutstyr for de varmere avkj ølingssy stemer.

I et aspekt tilveiebringer foreliggende oppfinnelse en fremgangsmåte for flytendegj øring av en gass omfattende avkjøling av en fødegasstrøm suksessivt gjennom minst to varmevekslersoner ved respektive temperaturområder for å oppnå et flytendegj ort produkt, der kjølingen for kjøling av fødegasstrømmen i temperaturområdet tilveiebringes ved respektive fordampende kjølemiddel og som karakteriseres ved at kjølemidlet i det kaldeste temperaturområdet kun partielt fordampes i den kaldeste varmevekslersonen og det partielt fordampende kjølemiddel ytterligere fordampes i en varmevekslersone ved temperaturer over den høyeste temperatur i den kaldeste varmevekslersonen.

I en utførelsesform tilveiebringer oppfinnelsen en fremgangsmåte for flytendegj øring av en gass som omfatter avkjøling av en fødegasstrøm suksessivt gjennom første og andre temperaturområder for å gi et flytendegj ort produkt, og der avkjølingen for avkjøling av fødegasstrømmen i det første temperaturområdet tilveiebringes av et fordampende, første kjølemiddel og kjølingen for avkjøling av fødegasstrømmen i det andre temperaturområdet tilveiebringes ved fordamping av et andre kjølemiddel, og nevnte andre kjølemiddel gir ytterligere avkjøling ved ytterligere fordamping ved temperaturer over den laveste temperatur i det første temperaturområdet.

I nok en utførelsesform angår oppfinnelsen en fremgangsmåte for flytendegj øring av en gass omfattende avkjøling av en fødegasstrøm suksessivt gjennom første, andre og tredje temperaturområder for å gi et flytendegj ort produkt der avkjøling for kjøling av fødegasstrømmen i det første temperaturområdet tilveiebringes ved fordamping av det første kjølemiddel, kjølingen for avkjøling av fødegasstrømmen i det andre temperaturområdet tilveiebringes ved fordamping av et andre kjølemiddel og kjølingen for avkjøling av fødegasstrømmen i det tredje temperaturområdet tilveiebringes av et fordampende, tredje kjølemiddel og nevnte tredje kjølemiddel gir ytterligere avkjøling ved ytterligere fordamping ved temperaturer over den laveste temperatur i det andre temperaturområdet. Det første kjølemiddel kan være et enkelt-komponent kjølemiddel. De andre og trede kjølemidler kan være multi-komponentkjølemidler.

Det første temperaturområdet kan ligge mellom rundt 35°C og rundt -70°C, det andre temperaturområdet kan ligge mellom rundt 0°C og rundt -140°C, og det tredje temperaturområdet kan ligge mellom rundt -90°C og -165°C. Fødegasstrømmen kan være naturgass.

Avkjølingen av fødegasstrømmen kan bevirkes ved:

(a) å avkjøle fødegasstrømmen i det første temperaturområdet ved indirekte varmeveksling med det første kjølemiddel som fordamper i en første varmevekslersone for å gi en første, partielt avkjølt fødegasstrøm og en første

kj ølemiddeldamp;

(b) ytterligere å avkjøle den partielt avkjølte fødegasstrøm i det andre temperaturområdet ved indirekte varmeveksling med det andre kjølemiddel som fordamper i en andre varmevekslersone for å tilveiebringe en andre, partielt

avkjølt fødestrøm og en andre avkjølingsmiddeldamp; og

(c) ytterligere å avkjøle den andre, partielt avkjølte fødestrøm i det tredje temperaturområdet ved indirekte varmeveksling med det tredje kjølemiddel som fordamper i en tredje varmevekslersone for å gi det flytendegjorte produkt (13) og en to-fasekjølemiddel strøm.

Det tredje kjølemiddel kan være en multi-komponentblanding omfattende to eller flere komponenter valgt blant nitrogen og hydrokarboner med fra et til fem karbonatomer. Det tredje kjølemidlet kan i mol-% omfatte 5-15% nitrogen, 30-60% metan, 10-30% etan, 0-10% propan og 5-15% i-pentan. Det tredje kjølemidlet kan omfatte i-pentan og et eller flere hydrokarboner med fire karbonatomer der molforholdet mellom i-pentan og det ene eller de flere hydrokarboner med fire karbonatomer er større enn én.

Det tredje kjølemidlet kan omfatte i-pentan og n-pentan og molforholdet i-pentan:n-pentan i det tredje kjølemiddel kan være større enn én. i-pentan og n-pentan kan oppnås fra fødegasstrømmen og molforholdet i-pentan:n-pentan i det tredje kjølemiddel kan være større enn molforholdete i-pentan:n-pentan i fødegasstrømmen. Det tredje kjølemiddel kan omfatte i-pentan og et eller flere hydrokarboner med fire karbonatomer der i-pentan og det ene eller flere ytterligere hydrokarboner med fire karbonatomer i det tredje kjølemiddel kan oppnås fra fødegasstrømmen, og der molforholdet mellom i-pentan og den ene eller de flere hydrokarboner med fire karbonatomer i det tredje kjølemiddel kan være større enn molforholdet mellom i-pentan og det ene eller de flere hydrokarboner med fire karbonatomer i fødegasstrømmen.

Det tredje kjølemiddel kan tilveiebringes i en tredje, resirkulerende kjøleprosess som omfatter fordamping to to-fasekjølemiddelstrømmen i en fjerde varmevekslersone ved temperaturer over den laveste temperatur i det andre temperaturområdet for å gi en tredje kjølemiddeldamp, komprimering av den tredje kjølemiddeldamp for å gi en komprimert, tredje kjølemiddelstrøm, avkjøling av den komprimerte, tredje kjølemiddelstrøm i den fjerde varmevekslersone ved indirekte varmeveksling med to-fasekjølemiddelstrømmen for å gi en avkjølt, tredje kjølemiddelstrøm, og ytterligere å avkjøle den avkjølte, tredje kjølemiddelstrøm for å gi det tredje kjølemiddel i (c).

Den ytterligere avkjøling av den avkjølte, tredje kjølemiddelstrøm kan bevirkes ved indirekte varmeveksling med det tredje kjølemiddel som fordamper i den tredje varmevekslersone. Den komprimerte, tredje kjølemiddelstrøm kan tilveiebringes ved komprimering av den tredje kjølemiddeldamp i et første kompresjonstrinn for å gi en første, komprimert damp, avkjøling av denne første, komprimerte damp for å gi en to-fasestrøm, separering av to-fasestrømmen i en dampstrøm og en væskestrøm, komprimering av dampstrømmen for å gi en ytterligere komprimert damp, pumping av væske-strømmen for å gi en trykksatt væske, kombinering av den ytterligere komprimerte damp og den trykksatte væske for å gi en kombinert kjølemiddelstrøm, og å avkjøle den kombinerte kjølemiddelstrøm for å gi den komprimerte, tredje kjølemiddelstrøm.

Det tredje kjølemiddel kan tilveiebringes i en tredje, resirkulerende kjøleprosess som omfatter fordamping av to-fasekjølemiddelstrømmer i en fjerde varmevekslersone ved temperaturer over en laveste temperatur i det andre temperaturområdet for å gi en tredje kjølemiddeldamp, komprimering og avkjøling av den tredje kjølemiddeldamp for å gi en komprimert, tredje kjølemiddelstrøm, avkjøling av den komprimerte, tredje kjølemiddelstrøm i en første varmevekslersone ved indirekte varmeveksling med det første, fordampende kjølemiddel og i den fjerde varmevekslersone ved indirekte varmeveksling med den fordampende to-fasekjølemiddelstrøm for å gi en avkjølt, tredje kjølemiddelstrøm, og ytterligere avkjøling av den avkjølte, tredje kjølemiddelstrøm for å gi det tredje kjølemiddel i (c).

Det tredje kjølemiddel kan tilveiebringes i en tredje, resirkulerende kjøleprosess som omfatter kombinering av to-fasekjølemiddelstrømmen med en avkjølt, trykkavlastet, flytende kjølemiddelstrøm for å gi en kombinert to-fasekjølemiddelstrøm, fordamping av den kombinerte kjølemiddelstrøm i en fjerde varmevekslersone ved temperaturer over en laveste temperatur i det andre temperaturområdet for å tilveiebringe en tredje kjølemiddeldamp, komprimering og avkjøling av den tredje kjølemiddeldamp for å tilveiebringe et partielt kondensert, tredje kjølemiddel, separering av det partielt kondenserte tredje kjølemiddel i en kjølemiddeldampstrøm og en kjølemiddelvæske-strøm, komprimering og avkjøling av kjølemiddeldampstrømmen for å gi en partielt kondensert strøm og separering av den partielt kondenserte strøm i en komprimert, tredje kjølemiddeldamp og et flytende kjølemiddel, trykkavlaste det flytende kjølemiddel for å gi et trykkavlastet, flytende kjølemiddel, kombinering av det trykkavlastede, flytende kjølemiddel med kjølemiddelvæskestrømmen for å gi en kombinert kjølemiddelvæske, underkjøling av den kombinerte kjølemiddelvæskestrøm i den fjerde varmevekslersone for å gi et underkjølt, flytende kjølemiddel, kombinering av det underkjølte, flytende kjølemiddel og to-fasekjølemiddelstrømmen for å gi et kombinert to-fasekjølemiddel, fordamping av det kombinerte to-fasekjølemiddel i den fjerde varmevekslersone for å gi avkjøling, avkjøling av komprimert tredje kjølemiddeldamp i den fjerde varmevekslersonen for å gi en avkjølt, tredje kjølemiddelstrøm, og ytterligere avkjøling og trykkavlasting av den avkjølte, tredje kjølemiddelstrøm for å gi det tredje kjølemiddel.

I et andre aspekt ved oppfinnelsen tilveiebringes det et system for å flytendegj øre en gasstrøm ved en metode i henhold til det ovenfor angitte metodeaspekt, der systemet

omfatter minst to varmevekslersoner for avkjøling av gasstrømmen suksessivt gjennom respektive temperaturområder for å gi et flytendegj ort produkt, respektive kjølesystemer for å gi respektive kjølemidler i respektive kjølemiddelledninger til varmevekslersonene og som karakteriseres ved at den kaldeste temperaturvarmevekslingssone kun partielt fordamper det respektive (dvs. kaldeste) kjølemiddel og det respektive kjølesystem som tilveiebringer det kaldeste kjølemiddel omfatter en ytterligere varmevekslingssone for ytterligere å fordampe det resulterende, partielt fordampede kjølemiddel ved temperaturer over den høyeste temperatur i den kaldeste varmevekslersone. Vanligvis vil det være kun to eller fortrinnsvis tre varmevekslersoner gjennom hvilke gasstrømmen suksessivt passerer for flytendegj øring.

En utførelsesform av det andre aspekt ved oppfinnelsen angår et system for flytendegj øring av en gasstrøm omfattende første, andre og tredje varmevekslersoner for avkjøling av gasstrømmen suksessivt gjennom første, andre og respektiv tredje temperaturområder for å gi et flytendegj ort produkt, et første kjølesystem for å tilveiebringe et første kjølemiddel i en første kjølemiddelledning til den første varmevekslersone, et andre kjølesystem for å tilveiebringe et andre kjølemiddel i en andre kjølemiddelledning til den andre varmevekslersone, og et tredje kjølesystem for å tilveiebringe et tredje kjølemiddel i en tredje kjølemiddelledning til den tredje varmevekslersone og der det tredje avkjølingssystem omfatter rørledninger 318 for å tilveiebringe et fordampet, tredje kjølemiddel til kompresjonsmidler for komprimering av det fordampede, tredje kjølemiddel, rørledninger for å gi et komprimert, tredje kjølemiddel til en fjerde varmevekslersone, rørledninger for å tilveiebringe et avkjølt, komprimert tredje kjølemiddel fra den fjerde varmevekslersone til den tredje varmevekslersone, midler for ytterligere å avkjøle det komprimerte, tredje kjølemiddel i den tredje varmevekslersone for å gi et kondensert tredje kjølemiddel, og trykkreduksjonsmidler for å redusere trykket på det kondenserte, tredje kjølemiddel for å gi det tredje kjølemiddel til den tredje kjølemiddelledning og den tredje varmevekslersone.

Kompresjonsmidlene for komprimering av det fordampede, tredje kjølemiddel kan omfatte en første trinns kompressor, en interkjøler for å avkjøle og partielt å kondensere en første komprimert kjølemiddelstrøm for å gi en partielt kondensert, første kompri-mete kjølemiddelstrøm, en separator for å separere den partielt kondenserte, første komprimerte kjølemiddelstrøm i en dampkjølemiddelstrøm og en væskekjølemiddel-strøm, en andre trinns kompressor for å komprimere dampkjølemiddelstrømmen for å gi en komprimert dampkjølemiddelstrøm, en pumpe for å trykksette væskekjølemiddel-strømmen for å gi en trykksatt væskekjølemiddelstrøm, rørledninger for å kombinere den komprimerte dampkjølemiddelstrøm og den trykksatte væskekjølemiddelstrøm og gi en kombinert kjølemiddelstrøm til en etterkjøler for å avkjøle den kombinerte kjøle-middelstrøm for å gi det komprimerte, tredje kjølemiddel.

Den fjerde varmevekslersone kan inkludere midler for underkjøling av en kjølevæske for å gi en underkjølt, kjølevæske, trykkreduksjonsmidler for å redusere trykket for en underkjølt kjølemiddelvæske for å gi et trykkavlastet kjølemiddel, rørledninger for å kombinere det trykkavlastede kjølemiddel med det ytterligere fordampende tredje kjølemiddel fra den tredje varmevekslersone for å gi en kombinert, fordampende kjølemiddelstrøm til den fjerde varmevekslersone, der den kombinerte, fordampende kjølemiddelstrøm fordamper i den fjerde varmevekslersone for å gi det fordampede, tredje kjølemiddel.

Kompresjonsmidlene for komprimering av det fordampede, tredje kjølemiddel kan omfatte en første trinns kompressor, en interkjøler for å avkjøle og partielt kondensere en første komprimert kjølemiddelstrøm for å gi en partielt kondensert, første komprimerte kjølemiddelstrøm, en første separator for å separere den partielt kondenserte, første komprimerte kjølemiddelstrøm i en første dampkjølemiddelstrøm og en første væskekjølemiddelstrøm, en andre trinns kompressor for å komprimere dampkjøle-middelstrømmen for å gi en komprimert dampkjølemiddelstrøm, en etterkjøler for å avkjøle den komprimerte dampkjølemiddelstrømmen for å gi en avkjølt to-fasekjøle-middelstrøm, en andre separator for å tilveiebringe en andre flytende kjølemiddelstrøm og det komprimerte, tredje kjølemiddel, trykkreduksjonsmiddel for å redusere trykket i den andre, flytende kjølemiddelstrøm for å gi en trykkavlastet andre kjølemiddelstrøm, og rørledninger for å kombinere den trykkavlastede, andre flytende kjølemiddelstrøm og den første flytende kjølemiddelstrøm for å gi kjølevæske til den fjerde varmeveksle-sone.

I en annen utførelsesform angår oppfinnelsen et system for flytendegj øring av en gass-strøm som omfatter første, andre og tredje varmevekslersoner for avkjøling av gass-strømmen suksessivt gjennom første, andre henholdsvis tredje temperaturområder for å tilveiebringe et flytendegj ort produkt, et første avkjølingssystem for å tilveiebringe et første kjølemiddel som fordamper i den første varmevekslersonen, et andre avkjølings-system for å tilveiebringe et andre kjølemiddel som fordamper i den andre varmevekslersone, og et tredje avkjølingssystem for å tilveiebringe et tredje kjølemiddel som fordamper i den tredje varmevekslersone, der det tredje avkjølingssystem omfatter kompresjonsmidler for komprimering av et fordampet, tredje kjølemiddel for å gi et komprimert, tredje kjølemiddel, ytterligere avkjølingsmidler i den første varmevekslingssone for avkjøling av det komprimerte, tredje kjølemiddel ved indirekte varmeveksling med det første kjølemiddel som fordamper i den første varmevekslersone for å gi det avkjølte, komprimerte tredje kjølemiddel, en fjerde varmevekslersone for ytterligere å avkjøle det avkjølte, komprimerte tredje kjølemiddel ved indirekte varmeveksling med det fordampende, tredje kjølemiddel fra den tredje varmevekslersone for å gi det fordampede, tredje kjølemiddel og et ytterligere avkjølt, komprimert tredje kjølemiddel, midler for ytterligere å avkjøle det avkjølte, komprimerte tredje kjølemiddel i den tredje varmevekslersone for å gi et kondensert, flytende kjølemiddel, og trykkavlastningsmidler for å redusere trykket på det kondenserte, tredje kjølemiddel for å gi det tredje kjølemiddel som fordamper i den tredje varmevekslersone.

I en relatert utførelsesform inkluderer oppfinnelsen et kjølemiddel omfattende i-pentan, et eller flere hydrokarboner med fire karbonatomer, og en eller flere komponenter valgt blant nitrogen, metan, etan, etylen, propan og propylen, der molforholdet mellom i-pentan og det ene eller de flere hydrokarboner med fire karbonatomer er større enn én. Kjølemidlet kan også inneholde n-pentan og molforholdet i-pentan:n-pentan kan være større enn én. Kjølemidlet kan ha en sammensetning som (i mol-%) omfatter 5-15% nitrogen, 30-60% metan, 10-30% etan, 0-10% propan og 5-15% i-pentan.

Nedenfor følger en beskrivelse som ved hjelp av kun eksempler og under henvisning til figurene, skal presentere foretrukne utførelsesformer av oppfinnelsen. Fig. 1 er et skjematisk flytdiagram av et gassflytendegjørings- og -avkjølingssystem ifølge den kjente teknikk. Fig. 2 er et skjematisk flytdiagram av et gassflytendegjørings- og -avkjølingssystem i henhold til et eksempel på en utførelsesform ifølge oppfinnelsen. Fig. 3 er et skjematisk flytdiagram av et gassflytendegjørings- og -avkjølingssystem i henhold til et alternativt eksempel på en utførelsesform ifølge oppfinnelsen. Fig. 4 er et skjematisk flytdiagram av et gassflytendegjørings- og -avkjølingssystem i henhold til et ytterligere eksempel på en utførelsesform ifølge oppfinnelsen. Fig. 5 er et skjematisk flytdiagram av et gassflytendegjørings- og -avkjølingssystem i henhold til nok et alternativt eksempel på en utførelsesform ifølge oppfinnelsen.

Utførelsesformer av oppfinnelsen som beskrevet her, angår forbedrede kjøleprosesser for gassflytendegjøring ved bruk av tre lukket-sløyfekjølesystemer som avkjøler en fødestrøm gjennom tre temperaturområder ved suksessivt synkende temperaturer. Disse utførelsesformer er rettet mot forbedringer i avkjølingssystemet som gir avkjøling i det laveste av disse temperaturområder der størrelsen på kompressoren og varmevekslingsutstyret som benyttes i kjølesystemet i det laveste temperaturområdet er økt relativt størrelsen av kompressorene og varmevekslerne i kjølesystemene som benyttes i de høyere temperaturområder. Uttrykket avkjøling slik det benyttes her, betyr den indirekte overføring av varme ved temperaturer under omgivelsestemperatur fra en fluidstrøm av et kjølemiddel. Et kjølemiddel er et rent eller blandet fluid som absorberer varme fra en annen strøm ved indirekte varmeveksling med denne strøm.

Et skjematisk flytskjema av en representativ flytendegjøringsprosess ifølge den kjente teknikk er vist i fig. 1. Fødegassen i ledningen 1, for eksempel naturgass som er forbehandlet for å fjerne vann og andre lett kondenserbare urenheter, avkjøles gjennom et første temperaturområde ved indirekte varmeveksling med et første, fordampende kjølemiddel i en første varmeveksler 3. Kjølemidlet kan være et renkomponent-kjølemiddel som propan eller alternativt et multi-komponentkjølemiddel omfattende to eller flere lette hydrokarboner valgt blant etan, etylen, propan, propylen, butan og iso-butan.

Den avkjølte føde i ledningen 5 avkjøles videre gjennom et andre temperaturområde ved indirekte varmeveksling med et andre, fordampende kjølemiddel i en andre varmeveksler 7. Den ytterligere avkjølte føde i ledningen 9 blir enda mer avkjølt og flytendegj ort gjennom et tredje temperaturområde ved indirekte varmeveksling med et tredje, fordampende kjølemiddel i den tredje varmeveksler 11. Kjølemidlet er typisk et multi-komponentkjølemiddel omfattende to eller flere avkjølingskomponenter valgt blant metan, etan, etylen, propan og propylen. Det første flytendegj orte produktet i ledningen 13 kan trykkavlastes over ekspansjons ventilen 15 for å gi det endelige flytende produktet i ledningen 17.

Avkjølingen for denne prosess tilveiebringes typisk ved tre sammenføyde eller kaskade-kjølesystemer. Det første kjølesystem opererer ved å mate dampkjølemiddel i ledningen 101 til det første kompressortrinn 103 der gassen komprimeres til 2 til 4 bara (alle trykk som angis her er absolutte trykk), avkjøles i etterkjøleren 105, komprimeres videre til 6 til 10 bara i den andre kompressoren 107 og avkjøles i etterkjøleren 109 for å gi et komprimert kjølemiddel ved omgivelsestemperatur i ledning 111. Det komprimerte kjølemiddel avkjøles ytterligere og kondenseres i det minste partielt i varmevekslerpassasjer i den første varmeveksler 3. Det partielt eller fullt kondenserte kjølemiddel i ledning 113 trykkavlastes gjennom strupeventilen 115 for å gi trykkavlastet kjølemiddel i ledning 117, og dette kjølemiddel fordamper i separate varmevekslerpassasjer for å gi kjøling i den første varmeveksler 3. Fordampet kjølemiddel i ledning 101 komprimeres som beskrevet ovenfor.

Det andre avkjølingssystem arbeider ved å mate dampkjølemiddel i ledning 201 til kompressoren 203, der gassen komprimeres til 10 til 20 bar og avkjøles i etterkjøleren 205 til rundt omgivelsestemperatur. Det komprimerte kjølemiddel i ledning 207 avkjøles videre og kondenseres i det minste partielt i varmevekslerpassasjene i den første varmeveksler 3 og den andre varmeveksler 7. Det partielt eller fullt kondenserte kjølemiddel i ledning 209 trykkavlastes gjennom strupeventilen 211 for å gi trykkavlastet kjølemiddel i ledning 213 og dette kjølemiddel fordamper i separate varmevekslerpassasjer for å gi avkjøling i den andre varmeveksler 7. Fordampet kjølemiddel i ledning 201 komprimeres som beskrevet ovenfor.

Det tredje kjølesystem arbeider ved å mate dampkjølemiddel i ledning 301 til kompressoren 302, der gassen komprimeres til rundt 35 til rundt 60 bar og avkjøles i etter-kjøleren 303 til rundt omgivelsestemperatur. Det komprimerte kjølemiddel i ledning 203 avkjøles videre og kondenseres i det minste partielt i varmevekslerpassasjene i den første varmeveksler 3, andre varmeveksler 7 og tredje varmeveksler 11. Det partielt eller fullt kondenserte kjølemiddel i ledning 305 trykkavlastes over strupeventilen 307 for å gi trykkavlastet kjølemiddel i ledning 309, og dette kjølemiddel fordamper i separate varmevekslerpassasjer for å gi kjøling i den tredje varmeveksler 11. Fordampete kjølemiddel i ledning 301 komprimeres som beskrevet ovenfor. Bruken av den tredje avkjølingssløyfe inne i varmeveksleren 11 og kompressoren 302 tilveiebringer en del av det totale kjølebehov som er nødvendig for å flytendegjøre fødegassen og redusere kjølebehovene og størrelsen for det første og andre avkjølingssystem.

Kjente modifikasjoner eller alternativer til den kjente prosess som benytter tre kjøle-sløyfer i fig. 1, er mulige. For eksempel kan den første kjølesløyfe benytte kaskade-avkjøling hvori kjølemidlet fordampes ved tre forskjellige trykk og der fordampet kjølemiddel returnerer til forskjellige trinn i en flere-trinnskompressor. Den andre av-kjølingssløyfe kan fordampe kjølemiddel ved to forskjellige trykk gjennom to separate sett av varmevekslerpassasjer i varmeveksleren 7 og føre hver fordampede kjølemiddel-strøm tilbake til to separate kompressortrinn.

I en annen utførelsesform kan den tredje avkjølingssløyfe fordampe kjølemiddel ved to forskjellige trykk gjennom to separate sett av varmevekslerpassasjer i varmeveksleren II og bringe hver fordampede kjølemiddelstrøm tilbake til to separate kompressortrinn. Fordampet kjølemiddel i ledning 301 før kompressoren 302 kan benyttes i en separat varmeveksler for å gi avkjøling for en del av den andre kjølemiddelstrøm 215 og for en del av det komprimerte kjølemiddel i ledning 304.

I en annen kjent prosess med tre kjølesløyfer benyttes fordampende kjølemiddel i den første kjølesløyfen for å forkjøle fødegassen; utslippet fra den første kjølesløyfekom-pressor avkjøles og kondenseres med en del av det fordampende kjølemiddel fra den andre kjølesløyfe. Fordampet kjølemiddel i den tredje kjølesløyfen fra den første varmeveksler før kompresjon benyttes for ytterligere å forkjøle fødegassen. Denne ytterligere forkjølte fødegass blir så avkjølt og kondensert i den tredje varmeveksler. Den tredje kjølesløyfe avkjøler og kondenserer det komprimerte, tredje kjølemiddel.

Et felles karakteristisk trekk for disse kjente flytendegj øringsprosesser er at kjølemidlet i den tredje kjølesløyfe, dvs. det laveste nivå eller den kaldeste kjølesløyfe, fordampes fullstendig mens det tilveiebringes avkjøling i det laveste temperaturområdet. Enhver ytterligere avkjøling som gis av kjølemidlet før kompresjon skyldes kun overføring av følbar varme fra det fordampede kjølemiddel til andre prosesstrømmer.

I de flere utførelsesformer av foreliggende oppfinnelse blir det kondenserte kjølemiddel i den tredje eller kaldeste kjølesløyfe kun partielt fordampet i den tredje varmeveksler i det tredje eller laveste temperaturområdet. Det partielt fordampede kjølemiddel fra den tredje varmeveksler fordampes ytterligere ved temperaturer over den laveste temperatur i det andre temperturområdet. Dette er illustrert ved et første eksempel på en utførelsesform av oppfinnelsen som vist i fig. 2. Fødegassen i rørledningen 1, for eksempel naturgass som er forbehandlet for å fjerne vann og andre, kondenserbare urenheter, avkjøles gjennom et første temperaturområde ved indirekte varmeveksling med et første, fordampende kjølemiddel i den første varmeveksler 310. Kjølemidlet kan være et multi-komponentkjølemiddel omfattende for eksempel to eller flere lette hydrokarboner valgt blant etan, etylen, propan, butan, n-pentan og i-pentan (dvs. 2-metylbutan). Alternativt kan kjølemidlet være en enkel komponent som propan. Den øvre temperatur i det første temperaturområdet kan være omgivelsestemperatur og den nedre temperatur i det første temperaturområdet kan være mellom rundt -35°C og rundt -55°C. Den spesifikke kjølemiddelsammensetning kan velges for å oppnå en ønsket, lavere temperatur i det første temperaturområdet.

Den avkjølte føde i ledningen 5 avkjøles ytterligere gjennom et andre temperaturområde ved indirekte varmeveksling med et andre, fordampende kjølemiddel i en andre varmeveksler 311 til en temperatur mellom rundt -40°C og -100°C. Kjølemidlet er typisk et flere-komponentkjølemiddel og kan for eksempel omfatte to eller flere komponenter valgt blant metan, etan, etylen og propan. Den spesifikke kjølemiddelsammensetning kan velges for å oppnå en ønsket, lavere temperatur i det andre temperaturområdet.

Den ytterligere avkjølte føde i ledningen 9 avkjøles ytterligere og gjøres flytende gjennom et tredje temperaturområde som når en nedre temperatur mellom rundt -85°C og rundt -160°C, ved indirekte varmeveksling med et tredje, fordampende kjølemiddel i den tredje varmeveksler 312. Dette kjølemiddel er et fler-komponentkjølemiddel og kan for eksempel omfatte to eller flere komponenter valgt blant metan, etan, etylen, propan, propylen, et eller flere hydrokarboner med fire karbonatomer, n-pentan, i-pentan (dvs. 2-metylbutan) og nitrogen. I dette kjølemiddel er i-pentan en foretrukket (men ikke krevet) komponent. Den spesifikke kjølemiddelsammensetning kan velges for å oppnå en ønsket, lavere temperatur i det tredje temperaturområdet. Det flytendegjorte sluttprodukt i ledningen 13 kan trykkavlastes gjennom ekspansjonsventilen 15 for å gi det flytende sluttprodukt i ledningen 17.

Det første temperaturområdet kan defineres ved en første temperatur og en andre temperatur, og den første temperaturen kan være omgivelsestemperatur. Det andre temperaturområdet kan defineres ved den andre temperatur og en tredje temperatur, og det tredje temperaturområdet kan defineres ved den tredje temperatur og en fjerde temperatur. Det første temperaturområdet er det høyeste eller varmeste temperaturområdet og det tredje temperaturområdet er det laveste eller kaldeste temperaturområdet. Den første temperatur er den høyeste temperatur og den fjerde temperatur er den laveste temperatur.

Avkjøling for prosessen kan tilveiebringes ved tre sammenkoblede eller kaskade-kjølesystemer. Det første avkjølingssystem kan være likt det første avkjølingssystem som beskrevet ovenfor under henvisning til fig. 1, og kan arbeide ved å mate dampkjølemiddel i ledningen 101 til det første kompressortrinn 103, der gassen komprimeres til 2 til 4 bar, avkjøles i etterkjøleren 105, komprimeres videre til 6 til 10 bar i den andre kompressoren 107 og avkjøles i etterkjøleren 109 for å gi et komprimert kjølemiddel ved omgivelsestemperatur i ledning 111. Det komprimerte kjølemiddel avkjøles videre og kondenseres i det minste partielt i varmevekslerpassasjen i den første varmeveksler 310. Det partielt eller fullt kondenserte kjølemiddel i ledning 113 trykkavlastes gjennom en strupeventil 115 for å gi et trykkavlastet kjølemiddel i ledning 117 og dette kjølemiddel fordamper i separate varmevekslerpassasjer for å gi kjøling i den første varmeveksler 3. Fordampet kjølemiddel i ledning 101 komprimeres som beskrevet ovenfor.

Det andre avkjølingssystem kan tilsvare det første kjølesystem som beskrevet ovenfor under henvisning til fig. 1 og kan arbeide ved å mate dampkjølemiddel i ledning 201 til kompressoren 203, der gassen komprimeres til 10 til 20 bar og avkjøles i en etterkjøler 205 til rundt omgivelsestemperatur. Det komprimerte kjølemiddel i ledning 207 avkjøles videre og kondenseres i det minste partielt i varmevekslerpassasjene i den første varmeveksler 310 og andre varmeveksler 311. Det partielt eller fullt kondenserte kjølemiddel i ledningen 209 trykkavlastes over strupeventilen 211 for å gi et kjøle-middel med redusert trykk i ledningen 213 og dette kjølemiddel fordamper i separate varmevekslerpassasjer for å gi avkjøling i den andre varmeveksler 311. Fordampet kjølemiddel i ledning 201 komprimeres som beskrevet ovenfor.

Det tredje avkjølingssystem i denne utførelse skiller seg fra den kjente teknikks tredje kjølesystem som beskrevet tidligere og arbeider uavhengig av det første og andre kjøle-system. I dette tredje avkjølingssystem blir kondensert kjølemiddel i ledning 313 trykkavlastet over strupeventilen 314 og trykkavlastet, kondensert kjølemiddel fra ledning 315 fordampes partielt i den tredje varmeveksler 312 for å gi avkjøling der. Partielt fordampet kjølemiddel strømmer gjennom ledningen 316 og fordamper fullstendig inn i den fjerde varmeveksler 317 for å gi kjøling der. Fordampet kjølemiddel i ledningen 318, karakteristisk ved nær omgivelsestemperatur, og et trykk på 2 til 10 bar, komprimeres i en første kompressor 319, avkjøles og kondenseres partielt i interkjøleren 320 og separeres i separatoren 321 for å gi en dampstrøm i ledning 322 og en væskestrøm i ledning 323.

Dampstrømmen i ledning 322 komprimeres ytterligere til et trykk på 30 til 70 bar i kompressoren 324, væskestrømmen i ledning 232 trykksettes av pumpen 325 til det samme trykk, og de to trykksatte strømmer kombineres for å gi en to-fasekjøle-middelstrøm 326 som ytterligere avkjøles i etterkjøleren 327. Partielt eller fullt kondensert kjølemiddel i ledning 328 avkjøles ytterligere i en fjerde varmeveksler 317 for å gi det avkjølte kjølemiddel i ledning 329. Det avkjølte kjølemiddel i ledning 329 avkjøles videre i strømningspassasjene 356 i den tredje varmeveksler 312 for å gi kjølemiddel 313 som beskrevet ovenfor.

Det blandede kjølemiddel som benyttes i det tredje avkjølingssystem inneholder valgte komponenter og har en sammensetning som tillater kjølemidlet å fordampe over et bredt temperturområde. Kriteriene for å velge disse komponenter og temperaturområdet over hvilket kjølemidlet fordamper, er forskjellig fra kriteriene for å velge det blandede kjølemiddel som karakteristisk benyttes i den tredje eller lavnivå kjølesløyfen i tre-sløyfe flytendegjøringssystemene som kjent i teknikken. Det blandede kjølemiddel i den tredje sløyfe ifølge foreliggende oppfinnelse må være i stand til å fordampe i det tredje temperaturområdet (dvs. i den tredje varmeveksler 312) så vel som temperaturer over den laveste temperatur i det andre temperaturområdet (dvs. over den laveste temperatur i den andre varmeveksleren 311). Avhengig av kjølemiddelsammensetning og -trykk kan fordamping være mulig og ønskelig ved temperaturer over den høyeste temperatur i det andre temperaturområdet.

Typiske sammensetninger (i mol-%) for kjølemidlet som benyttes i den tredje sløyfen kan inkludere 5-15% nitrogen, 30-60% metan, 10-30% etan, 0-10% propan og 5-15% i-pentan. Et eller flere hydrokarboner med fire karbonatomer kan være tilstede i kjøle-midlet, men fortrinnsvis er den totale konsentrasjonen av et eller flere hydrokarboner med fire karbonatomer lavere enn konsentrasjonen av i-pentan. Det molare forhold mellom i-pentan og det ene eller de flere hydrokarboner med fire karbonatomer i kjølemidlet er typisk større enn én og kan være større enn 1,5. Normal pentan (n-pentan) kan også være tilstede i kjølemidlet, fortrinnsvis ved lavere konsentrasjoner enn i-pentan.

Kjølemiddelkomponentene som benyttes i den tredje kjølesløyfen kan tilveiebringes fra hydrokarbonvæsker som er tyngre enn metan og som kondenseres ved initialavkjøling av en naturlig gassføde. Disse kondenserte naturgassvæsker (NGL'er) kan gjenvinnes og fraksjoneres ved kjente metoder for å oppnå de individuelle komponenter for bruk i det foretrukne, blandede kjølemiddel. Når for eksempel naturgassføden inneholder både n-pentan og i-pentan, og når disse komponenter gjenvinnes fra NGL'ene ved destillasjon for bruk i kjølemidlet i den tredje kjølesløyfen, kan molforholdet i-pentan: n-pentan i kjølemidlet være større enn molforholdet i-pentan:n-pentan i fødegassen. Fortrinnsvis er molforholdet i-pentan:n-pentan i kjølemidlet større enn to ganger molforholdet i-pentan:n-pentan i fødegassen. i-pentan foretrekkes fremfor n-pentan for an-vendelse i dette kjølemiddel fordi i-pentan har et lavere frysepunkt enn n-pentan, noe som tillater av kjølemidlet kan benyttes ved lavere temperaturer.

Når naturgassføden inneholder både i-pentan og et eller flere hydrokarboner med fire karbonatomer, og når disse komponenter gjenvinnes fra NGL'er ved destillasjon for bruk i kjølemidlet i den tredje kjølesløyfe, kan molforholdet mellom i-pentan og det ene eller de flere hydrokarboner med fire karbonatomer i kjølemidlet være større enn molforholdet mellom i-pentan og det ene eller de flere hydrokarbonene med fire karbonatomer i fødegassen.

Den tredje kjølesløyfe i denne utførelsesformen er autoavkjølt og er uavhengig av de første og andre kjølesløyfer. I motsetning til fremgangsmåten ifølge fig. 1 blir det komprimerte kjølemiddel i den tredje kjølesløyfe i fig. 2 ikke avkjølt i de første og andre varmevekslingssoner med de første og andre kjølesløyfer. Dette avlaster de første og andre kjølesløyfer og reduserer derved størrelsen på de første og andre varmevekslingssoner og kompresjonsutstyret i den første og andre kjølesløyfe sammenlignet med prosessen i fig. 1. Dette er spesielt fordelaktig når prosessen i fig. 2 benyttes i et flytendegj øringssystem som er konstruert for meget stort produktgjennomløp. Når størrelsen på kompresjons- og varmevekslingsutstyret i de første og andre kjølesløyfer når de maksimale størrelser som er tilgjengelige fra utstyrsleverandører, kan en høyere produksjonsmengde oppnås med fremgangsmåten ifølge fig. 2 enn med prosessen ifølge fig. 1.

Varianter av prosessutstyret i fig. 2 er mulig. For eksempel kan et trinn eller flere enn to trinn for kompresjonen benyttes etter behov, noe som kan danne et antall væske-strømmer for pumping i forbindelse med dampkompresjonstrinnene. I en annen variant kan kjølemiddelsammensetningen og -trykkene i kompresjonssystemet være slik at intertrinns kondensasjon ikke inntrer og at damp/væskeseparering ikke er nødvendig.

I en alternativ utførelsesform av fremgangsmåten ifølge fig. 2 er det andre kjølesystem ikke nødvendig, og varmeveksleren 311, ventilen 211, kompressoren 203, kjøleren 205, og det tilhørende rørledningsutstyr, blir ikke benyttet. I dette alternativ vil varmeveksleren 310 ikke inkludere passasjer for avkjøling av kjølemiddel levert via ledningen 207. Prosessen i denne utførelsesform omfatter derfor avkjøling av fødegassen i ledningen 1 suksessivt gjennom første og andre temperaturområder for å gi et flytendegj ort produkt i ledningen 13, der avkjølingen for kjøling av gasstrømmen tilveiebringes av et første kjølemiddel i ledningen 117 som fordamper i det første temperaturområdet og et andre kjølemiddel i ledningen 315 som fordamper i det andre temperaturområdet og videre fordamping ved temperaturer over en laveste temperatur i det første temperaturområdet. Således overlapper temperaturområdene hvori det første og andre kjølemiddel fordamper. I denne alternative utførelsesform kan det første kjølemiddel være propan og det andre kjølemiddel kan være et fler-komponentkjølemiddel. I en annen versjon av denne utførelsesform kan begge kjølemidler velges blant multi-komponentkjølemidler.

En alternativ utførelsesform av prosessen i fig. 2 er vist i fig. 3.1 dette alternativet er den første kjølesløyfe i fig. 2 (kompressorene 103 og 107, kjølerne 105 og 109, og strupeventilen 115) erstattet av et enkelt-komponent kaskadekjølesystem. Propan kan benyttes som det eneste kjølemiddel i den første kjølesløyfe. I denne utførelsesform forblir de andre og tredje kjølesløyfer uforandret fra utførelsesformen i fig. 2. Fler-trinns kompressoren 119 og etterkjøleren 121 kjøres for å gi komprimert kjøle-middel i ledning 123 ved nær omgivelsestemperatur og et trykk i området 10 til 15 bar. Det komprimerte kjølemiddel i ledning 123 trykkavlastes over strupeventilen 125 og det trykksatte kjølemiddel i ledning 127 fordampes partielt i varmeveksleren 129 for å gi avkjøling der og for å gi et to-fasekjølemiddel i ledningen 131. Dette to-fasekjølemiddel separeres i separatoren 133 for å gi damp i ledningen 135, hvilken damp returneres til etter lavere trykktrinnsug i kompressoren 119 og væske i ledning 137. Denne væske trykkavlastes over strupeventilen 139 og blir partielt fordampet i varmeveksleren 129 for å gi avkjøling der. To-fasekjølemidlet i ledning 141 separeres i separatoren 143 for å gi damp i ledningen 145, hvilken damp vendes tilbake til et mellomtrinnsug i kompressoren 119 og væske i ledning 147. Denne væske trykkavlastes over strupeventilen 149 og det trykkavlastede kjølemiddel fordampes i varmeveksleren 129 for å gi ytterligere avkjøling der. Damp i ledning 151 returneres til innløpet til kompressoren 119.

Et annet alternativ til den eksempelvise utførelsesform i fig. 2 er vist i fig. 4 i denne utførelsesform, der det benyttes en modifisert, tredje kjølesløyfe hvor væske som er dannet i kompresjonstrinnet kombineres med partielt fordampet væske fra den første varmeveksler og den kombinerte strøm gir kjøling for å avkjøle den komprimerte kjølemiddeldamp. Fordampet kjølemiddel i ledningen 330 komprimeres i kompressoren 331 til 2 til 10 bar, avkjøles og kondenseres partielt i etterkjøleren 332 og separeres i separatoren 333 for å gi damp i ledningen 334 og væske i ledningen 335. Dampen i ledningen 334 komprimeres videre i kompressoren 336 til 6 til 20 bar, avkjøles og kondenseres partielt i etterkjøleren 337 og separeres i separatoren 338 for å gi damp i ledningen 339 og væske i ledningen 340.

Væsken i ledningen 340 trykkavlastes over strupeventilen 341, den trykkavlastede væske i ledningen 342 kombineres med væsken fra ledning 335, og den kombinerte væsken i ledningen 343 underkjøles i den fjerde varmeveksleren 344 for å gi et under-kjølt, flytende kjølemiddel i ledningen 345. Dette underkjølte kjølemiddel trykkavlastes over strupeventilen 346 og kombineres med partielt fordampet kjølemiddel i ledningen 316 fra den tredje varmeveksler 312. Det kombinerte kjølemiddel i ledningen 347 fordampes i varmeveksleren 344 for å gi avkjøling der og å gi kjølemiddeldamp i ledningen 330. Avkjølt kjølemiddel i ledningen 329 avkjøles videre og flytendegj øres i det minste partielt i den tredje varmeveksler 312, trykkavlastes over strupeventilen 314 for å gi trykkavlaste kjølemiddel i ledningen 315, der det trykkavlastede kjølemiddel partielt fordampes i varmeveksleren 312 for å gi avkjøling der som beskrevet ovenfor. Partielt fordampet kjølemiddel i ledningen 316 returneres til varmeveksleren 344 som beskrevet ovenfor.

Et annet alternativ til eksempel på utførelsesformen på fig. 2 er vist i fig. 5.1 dette eksempel på utførelsesform blir en modifisert tredje kjølesløyfe benyttet der kjølemidlet komprimeres ved under omgivelsestemperatur og en del av avkjølingen til det komprimerte kjølemiddel tilveiebringes av den første kjølesløyfen. Under henvisning til fig. 5 blir kjølemiddeldamp i ledningen 348 ved en temperatur i området rundt 0°C til rundt -90°C komprimert i kompressoren 349 til 10 til 20 bar og avkjølt i etterkjøleren 350 til omgivelsestemperatur. Avkjølt, komprimert kjølemiddel i ledningen 351 avkjøles ytterligere i strømningspassasjene 352 i den første varmeveksler 352, der kjølingen tilveiebringes av den første kjølesløyfe som beskrevet tidligere.

Avkjølt kjølemiddel i ledningen 354 avkjøles videre i den fjerde varmeveksler 355 for å gi ytterligere avkjølt kjølemiddel i ledningen 329. Avkjølt kjølemiddel i ledningen 329 avkjøles videre og flytendegj øres i det minste partielt i den tredje varmeveksleren 312, trykkavlastes over strupeventilen 314 for å gi trykkavlastet kjølemiddel i ledningen315, der det trykkavlastede kjølemiddel partielt fordampes i varmeveksleren 312 for å gi kjølemiddel der som beskrevet ovenfor. Partielt fordampet kjølemiddel i ledningen 316 returnerer til varmeveksleren 354 som beskrevet ovenfor.

I denne alternative utførelsesform er det blandede kjølemiddel i ledning 348 ved en temperatur i området rundt 0°C til rundt -90°C ved innløpet til kompressoren 349. Bruken av kaldkompresjon i kompressoren 349 er i motsetning til utførelsesformen i fig. 2, 3 og 4, der kjølemiddeldampen trer inn i kompressorinnløpet ved omtrent omgivelsestemperatur. Det blandede kjølemiddel i utførelsesformen i fig. 5 er lettere enn kjølemidlet i utførelsesformen i fig. 2, fortrinnsvis inneholder det blandede kjølemiddel i fig. 5 ingen komponenter tyngre enn propan.

Mens de ovenfor angitte utførelsesformer er benyttet for flytendegj øring av naturgass, kan hydrokarboner tyngre enn metan kondenseres og fjernes før den endelige metan-flytendegjøring på i og for seg kjent måte inkludert vaskekolonner eller andre partial-kondenserings- og/eller destillasjonsprosesser. Som beskrevet ovenfor, kan disse kondenserte naturgassvæsker (NGL'er) fraksjoneres for å gi valgte komponenter for kjølemidlene i kjølesystemene.

EKSEMPEL

Prosessen i fig. 3 er illustrert ved det følgende, ikke-begrensende eksempel der en fødegasstrøm på 100 kg mol/time naturgass i ledning 1 gjøres flytende for å gi et flytendegj ort naturgass (LNG) produkt i ledning 17. Fødegassen i ledning 1 som tidligere er renset (ikke vist) for å fjerne vann og sure gassurenheter, tilveiebringes ved en temperatur på 27°C og et trykk på 60 bar. Fødegassen i ledning 1 og blandet kjølemiddeldamp i ledning 207 avkjøles til en temperatur på -33°C i den første varmeveksler 129 ved tre trinn med propanavkjøling. For å bevirke denne avkjøling, fordampes propan ved tre trykknivåer og danner tre sugestrømmer (135, 145 og 151) til propan-kompressoren 119. Trykkene i de tre sugestrømmer er 1,3 bar, 2,8 bar henholdsvis 4,8 bar. Kompressoren 119 har et utslippstrykk på 16,3 bar. Propanet avkjøles til en temperatur på 43°C og kondenseres i etterkjøleren 121 ved bruk av et omgivelses-temperaturkjølemedium som kjølevann eller luft. Total propanstrøm i ledningen 123 er 114 kg mol/time.

Den avkjølte føde i ledningen 5 og det andre blandede kjølemiddel i ledningen 208 av-kjøles til en temperatur på -119°C i den andre varmeveksler 311 for å gi ytterligere av-kjølt føde i ledningen 9 og ytterligere avkjølt andre, blandet kjølemiddel i ledningen 209. Det blandede kjølemiddel i ledningen 209 strupes over ventilen 211 til trykk på 4,2 bar for å gi et trykkavlaset, blandet kjølemiddel i ledningen 213. Det blandede kjøle-middel i ledningen 213 fordampes i varmeveksleren 311 for å gi kjøling der. Det blandede kjølemiddel for denne andre kjølesløyfe har en strømningshastighet på 87 kg mol/time og en sammensetning på 27 mol-% metan, 63 mol-% etan og 10 mol-% propan. Den fordampende, andre blandede kjølemiddelstrøm i ledningen 201 komprimeres i en tre-trinns interkjølt kompressor 203 til et trykk på 57 bar. Det komprimerte, blandede kjølemiddel avkjøles i etterkjøleren 205 til 36,5°C ved bruk av kjølevann for å gi avkjølt, komprimert blandet kjølemiddel i ledningen 207.

Føde i ledningen 9 og et tredje blandet kjølemiddel i ledningen 329 avkjøles til en sluttemperatur på -156°C i den tredje varmeveksleren 312 for respektivt å gi LNG produkt i ledningen 17 og et kondensert, tredje blandet kjølemiddel i ledningen 313. Det blandede kjølemiddel i ledningen 313 strupes over ventilen 314 til et trykk på 3,7 bar for å gi et trykkavlastet, tredje blandet kjølemiddel i ledningen 315. Dette trykkavlastede, tredje blandede kjølemiddel fordamper partielt i den tredje varmeveksler 312 og gir kjøling der, og det partielt fordampede kjølemiddel i ledning 316 har en dampandel på 55% og en temperatur på -123°C. Det blandede kjølemiddel i denne tredje kjøle- sløyfe har en strømningshastighet på 59 kg mol/time og en sammensetning (i mol-%) på 12% nitrogen, 52% metan, 18% etan, 6% propan og 12% i-pentan.

Blandet kjølemiddel i ledningen 316 fordampes fullstendig og oppvarmes til 26°C i den fjerde varmeveksler 317 for å gi kjøling der. Fordampet kjølemiddel i ledningen 318 komprimeres til 17,7 bar i første trinns kompressoren 319, avkjøles til 36,5°C og gjøres partielt flytende i den vannkjølte interkjøler 320. To-fasekjølemidlet separeres i separatoren 321 for å gi kjølemiddeldamp i ledningen 322 og kjølemiddelvæske i ledningen 323. Kjølemiddelvæsken trykksettes i pumpen 325 til 47 bar. Kjølemiddeldamp i ledningen 322 komprimeres til et trykk på 47 bar i kompressoren 324, kombineres med det trykksatte kjølemiddel fra pumpen 325 og den kombinerte strøm i ledningen 326 avkjøles i den vannkjølte etterkjøler 327 til 36,5°C for å gi et avkjølt, blandet kjølemiddel i ledningen 328. Dette blandede kjølemiddel avkjøles i fjerde trinns varmeveksleren 317 for å gi avkjølt, blandet kjølemiddel i ledningen 329, og som så avkjøles videre i tredje trinns varmeveksleren 312 som beskrevet tidligere.

I den ovenfor angitte beskrivelse av fig. 1 til 5 kan henvisningstall for ledninger (dvs.

rørledninger gjennom hvilke prosesstrømmene strømmer) også angå de prosesstrømmer som strømmer i disse ledninger. I de følgende fremgangsmåtekrav angir referansetallene prosesstrømmer som strømmer gjennom disse ledninger. I de følgende systemkrav angir referansetallene rørledningene heller enn prosesstrømmene som følger disse ledninger.

Referansetall fra fig. 2 til 5 er innarbeidet i det følgende krav for klarhets skyld og er ikke ment å begrense oppfinnelsens ramme på noen måte.

Claims

1. Fremgangsmåte for flytendegj øring av en gass (1) omfattende avkjøling av en fødegass-strøm suksessivt gjennom minst to varmevekslersoner (310, 311 & 312) ved respektive temperaturområder for å gi et flytendegj ort produkt (13), der avkjølingen for kjøling av fødegasstrømmen i temperaturområdene tilveiebringes ved respektive fordampende kjølemidler (117, 213 & 315) og kjølemiddel (315) i det kaldeste temperaturområdet kun partielt fordampes i den kaldeste varmevekslersone (312) og resirkuleres i en resirkulerende kjøleprosess som omfatter ytterligere fordamping av det partielt fordampede kjølemiddel (316) i en ytterligere varmevekslingssone (317) ved temperatur over den høyeste temperatur for den kaldeste varmevekslersone (312) for å danne et helt fordampet kjølemiddel (318), komprimering (319, 324) av det helt fordampede kjølemiddel (318) for å gi en komprimert kjølemiddel-strøm (328), og avkjøling av den komprimerte kjølemiddelstrøm (328) for å gi det kaldeste kjølemiddel (315), hvori fødegassen ikke passerer gjennom den ytterligere varmevekslingssonen (317),karakterisert vedat hele den komprimerte kjølemiddelstrømmen (328) eventuelt avkjøles (i), i en varmevekslersone (353) som ligger oppstrøms den kaldeste varmevekslersone (312), ved indirekte varmeveksling (352) med det fordampende kjølemiddelet til den oppstrøms varmevekslingssonen (253); (ii) i den ytterligere varmevekslingssonen (317) ved indirekte varmeveksling (317) til den eventuelt avkjølte komprimerte kjølemiddelstrømmen (329), og så (iii) ytterligere å avkjøle (312) den avkjølte kjølemiddel (329) strøm for å gi det kaldeste kjølemiddel (315) hvor den resirkulerende kjøleprosessen er selvavkjølt bortsett fra enhver avkjøling i det nevnte eventuelle kjøletrinn (i).

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1,karakterisert vedat kjølingen av den komprimerte kjølemiddelstrøm (328) ikke omfatter trinn (i).

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2,karakterisertv e d at kjølingen av den komprimerte kjølemiddelstrøm (328, 351) omfatter trinn (i)-

4. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av de foregående krav,karakterisert vedat fødegasstrømmen (1) er naturgass.

5. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av de foregående krav,karakterisert vedat kjølemiddelet i den resirkulerende kjøleprosessen (315) er en multi-komponentblanding omfattende nitrogen, i-pentan og n-pentan der molforholdet i-pentan:n-pentan i det kaldeste kjølemiddel er større enn én, hvor nevnte i-pentan og n-pentan oppnås fra fødegasstrømmen (1) og nevnte molforhold til det kaldeste kjølemiddel (315) er større enn molforholdet i-pentan:n-pentan i fødegasstrømmen (1).

6. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst kravene 1 til 4,karakterisert vedat kjølemiddelet i den resirkulerende kjøleprosessen (315) er en multi-komponentblanding omfattende nitrogen, i-pentan og et eller flere hydrokarboner med fire karbonatomer, der nevnte i-pentan og det ene eller de flere hydrokarboner oppnås fra fødegasstrømmen (1), og molforholdet mellom i-pentan og det ene eller de flere hydrokarboner med fire karbonatomer i det kaldeste kjølemiddel (315) er større enn molforholdet mellom i-pentan og det ene eller de flere hydrokarboner med fire karbonatomer i fødegasstrømmen (i).

7. Fremgangsmåte ifølge krav 5 eller 6,karakterisertv e d at det kaldeste kjølemiddel (315) i mol-% omfatter 5-15% nitrogen, 30-60% metan, 10-30% etan, 0-10% propan og 5-15% i-pentan.

8. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av de foregående kravkarakterisert vedat den ytterligere avkjøling av den avkjølte kjølemiddelstrøm (329) bevirkes ved indirekte varmeveksling med det kaldeste kjølemiddel (315) som fordamper i den kaldeste varmevekslingssone (312).

9. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av de foregående krav,karakterisert vedat, før fordamping for å avkjøle den komprimerte kjølemiddelstrøm (328; 339), blir det partielt fordampede kjølemiddel (316) kombinert med et avkjølt, trykkredusert flytende kjølemiddel (345) for å tilveiebringe et kombinert to-fasekjølemiddel (347) som fordampes for å avkjøle den komprimerte kjølemiddel-strøm (328; 339), der den komprimerte kjølemiddeldamp (330) avkjøles (332) for å gi et partielt kondensert kjølemiddel, det partielt kondenserte kjølemiddel separeres (333) i en kjølemiddeldampstrøm (334) og en kjølemiddelvæskestrøm (335), kjølemiddel-dampstrømmen (334) komprimeres (336) og avkjøles (337) for å danne en partielt kondensert strøm og den partielt kondenserte strøm separeres (338) i den komprimerte kjølemiddeldamp (328; 339) og et flytende kjølemiddel (340), trykket på det flytende kjølemiddel reduseres (341) for å gi et trykkavlastet flytende kjølemiddel (342), det trykkavlastede flytende kjølemiddel (342) kombineres med den flytende kjølemiddel-strøm (335) for å gi en kombinert kjølemiddelvæske (343), den kombinerte kjøle-middelvæskestrøm (343) underkjøles ved indirekte varmeveksling (344) med den kombinerte to-fasekjølemiddel (347) og så redusert i trykk for å gi det trykkavlastede, avkjølte flytende kjølemiddel (345) for kombinering med det partielt fordampet kjølemiddel (316).

10. System for flytendegj øring av en gasstrøm (1) ved en fremgangsmåte ifølge krav 1, der systemet omfatter: minst to varmevekslersoner (310, 311 & 312) for avkjøling av gasstrømmen (1) suksessivt gjennom respektive temperaturområder for å gi et flytendegjort produkt (13), og respektive kjølesystemer for å tilveiebringe respektive kjølemidler i respektive kjølemiddelledninger (117, 213 & 315) til varmevekslersonene (310, 311 & 312), der den kaldeste temperaturvarmevekslersone (312) kun partielt fordamper det respektive (dvs. kaldeste) kjølemiddel, kjølesystemet omfattende det kaldeste kjølemiddel er et resirkulerende system omfattende: en ytterligere varmevekslersone (317) for helt å fordampe det resulterende, partielt fordampede kjølemiddel ved en temperatur over den høyeste temperatur for den kaldeste varmevekslersone (312), kompresjonsmidler (319, 324) for å komprimere det fordampede kjølemiddel for å gi den komprimerte kjølemiddelstrøm (328), rørledninger (318) for å tilveiebringe fordampet kjølemiddel fra den ytterligere varmevekslingssone (317) til kompresjonsmidlene (319, 324), rørledninger (328) for å tilveiebringe komprimert kjølemiddel til den ytterligere varmevekslingssone (317), rørledninger (329) for å tilveiebringe et avkjølt, komprimert kjølemiddel fra den ytterligere varmevekslingssone (317) til den kaldeste varmevekslingssone (312), og midler for ytterligere å avkjøle (356) det avkjølte, komprimerte kjølemiddel for å gi et kondensert kjølemiddel,karakterisert vedat rørledningene (328) som tilveiebringer det komprimerte kjølemiddel til den ytterligere varmevekslingssone (317) transporterer hele den komprimerte kjølemiddelstrøm (328) og eventuelt passerer gjennom en varmevekslersone (353) som ligger oppstrøms den kaldeste varmevekslersone (312) for å avkjøle hele det komprimerte kjølemiddel ved indirekte varmeveksling (352) med det respektive fordampende kjølemiddel (117), hvor det resirkulerende kjølesystem som tilveiebringer den kaldeste kjøleprosess er selvav-kjølende bortsett fra enhver avkjøling som tilveiebringes ved nevnte mulighet for avkjøling i den foregående varmevekslersone (353).

11. System ifølge krav 10,karakterisert vedat midlene for ytterligere å avkjøle (356) det avkjølte, komprimerte kjølemiddel for å gi et kondensert kjølemiddel omfatter den kaldeste varmevekslingsssone (312), og systemet videre omfatter trykkreduksjonsmidler (314) for å redusere trykkende i det kondenserte kjølemiddel for å tilveiebringe kjølemidlet for kjølemiddelledningen (315) for den kaldeste varmevekslingssone (312).

12. System ifølge krav 11,karakterisert vedat den ytterligere varmevekslingssone (317; 344) inkluderer midler for underkjøling av en kjølemiddelvæske for å gi en underkjølt kjølemiddel væske og det kaldeste kjølemiddel-system omfatter trykkreduksjonsmidler (346) for å redusere trykket på den underkjølte kjølemiddelvæsken for å gi et trykkavlastet kjølemiddel, og rørledninger (347) for å kombinere det trykkavlastede kjølemiddel med det partielt fordampede kjølemiddel fra den kaldeste varmevekslersone (312) for å gi en kombinert, fordampende kjølemiddel-strøm til den ytterligere varmevekslersone (317; 344), der den kombinerte fordampende kjølemiddelstrøm fordamper for å gi den fordampede kjølemiddelføden til kompressjonsmidlene (319).

13. System ifølge krav 12,karakterisert vedat kompresjonsmidlene for komprimering av det fordampede kjølemiddel fra den ytterligere varmevekslersone (344) omfatter: en første trinns kompressor (331), en interkjøler (332) for å avkjøle og partielt å kondensere den resulterende første, komprimerte kjølemiddelstrøm for å gi en partielt kondensert, første komprimerte kj ølemiddelstrøm, en første separator (333) for å separere den partielt kondenserte, første komprimerte kjølemiddelstrøm i en første dampkjølemiddelstrøm og en første væskekjøle-middelstrøm; en andre trinns kompressor (336) for å komprimere dampkjølemiddelstrømmen for å gi en komprimert dampkjølemiddelstrøm, en etterkjøler (337) for å avkjøle den komprimerte dampkjølemiddelstrøm for å gi en avkjølt to-fasekjølemiddelstrøm, en andre separator (338) for å gi en andre flytende kjølemiddelstrøm og det komprimerte kjølemiddel til rørledningene (328) for føde til den ytterligere varmevekslersone (317), trykkreduksjonsmidler (341) for å redusere trykket på den andre flytende kjølemiddel-strøm for å gi en trykkavlastet, andre flytende kjølemiddelstrøm, og rørledninger (335, 342, 343) for å kombinere den trykkavlastede, andre flytende dampkjølemiddelstrøm og den første flytende kjølemiddelstrøm for å gi kjølemiddel-væske til den ytterligere varmevekslingssone (344).

14. System ifølge krav 10 for flytendegj øring av en gasstrøm (1) ved en metode ifølge krav 4,karakterisert vedat det kaldeste avkjølingssystemet omfatter: rørledninger (348) for å gi fordampet kjølemiddel fra den ytterligere varmevekslingssone (317; 355) til kompresjonsmidlene (349) for komprimering av et fordampet kjølemiddel for å gi et komprimert kjølemiddel, avkjølingsmidler (352) i en varmevekslersone (353) som ligger oppstrøms den kaldeste varmevekslersone (312) for avkjøling av komprimert kjølemiddel ved indirekte varmeveksling med respektive kjølemiddelfordamping i nevnte varmevekslersone (353) for å gi et avkjølt, komprimert kjølemiddel, rørledninger for å tilveiebringe det avkjølte, komprimert kjølemiddel til den ytterligere varmevekslingssone (317; 355) for ytterligere å avkjøle det avkjølte, komprimerte kjølemiddel ved indirekte varmeveksling med det fordampende kjølemiddel fra den kaldeste varmevekslersone (312) for å gi det fordampede, tredje kjølemiddel og et ytterligere avkjølt, komprimert kjølemiddel, midler for ytterligere å avkjøle (356) det avkjølte, komprimerte kjølemiddel i den kaldeste varmevekslingssone (312) for å gi et kondensert kjølemiddel, og trykkreduksjonsmidler (314) for å redusere trykket for det kondenserte kjølemiddel for å gi kjølemiddel til kjølemiddelledningen (315) for den kaldeste varmevekslingssone (312).