CZ9904556A3

CZ9904556A3 - Zdokonalený postup zkapalňování zemního plynu

Info

Publication number: CZ9904556A3
Application number: CZ19994556A
Authority: CZ
Inventors: Eugene R. Thomas; Ronald R. Bowen; Eric T. Cole; Edward L. Kimble
Original assignee: Exxonmobil Upstream Research Company
Priority date: 1997-06-20
Filing date: 1998-06-18
Publication date: 2001-04-11
Also published as: DE19882481C2; IL133334A; AU739054B2; RU2211877C2; US6023942A; KR20010014038A; CN1261429A; TR199903169T2; OA11267A; JP2002508054A; BR9810201A; DK174634B1; SE9904529D0; RO118331B1; ZA985334B; JP4548867B2; WO1998059205A2; GEP20022743B; PE44099A1; CH694103A5

Description

Zdokonalený postup zkapalňování zemního plynu

Oblast vynálezu

Tento vynález se týká postupu zkapalňování zemního plynu a zvláště se týká postupu výroby stlačeného zkapalněného zemního plynu (PLNG).

Dosavadní stav techniky

Pro čistý způsob spalování a výhody se v posledních letech začal zemní plyn široce využívat. Mnoho zdrojů zemního plynu je situováno v odlehlých oblastech, daleko od spotřebitelů plynu. Někdy je k přepravě vyrobeného zemního plynu ke spotřebiteli k dispozici potrubí. Pokud toto potrubí není, upravuje se často zemní plyn pro přepravu ke spotřebiteli zkapalňováním (a nazývá se ,,LNG'¹).

Jednou z neodmyslitelných charakteristik závodu na LNG je vysoká kapitálová investice, kterou takový závod vyžaduje. Zařízení používané ke zkapalňování zemního plynu je obecně velice nákladné. Závod na zkapalňování se skládá z mnoha základních systémů zahrnujících mimo jiné i úpravu plynu s odstraňováním nečistot, zkapalňování, výrobu energie, skladování a výdejní zařízení. I když se cena závodu na LNG silně mění v závislosti na jeho umístění, stojí takový běžný typický projekt včetně nákladů na přípravu místa od 5 miliard US dolarů do 10 miliard US dolarů. Chladicí systémy závodu mohou dosáhnout až 30 procent celkových nákladů.

Při projektování závodu LNG se musejí brát v úvahu tři nejdůležitější předpoklady: (1) výběr zkapalňovacího cyklu, (2) materiály použité na zásobníky, potrubí a další zařízení, a (3) pracovní postup pro převedení přiváděného proudu zemního plynu na LNG.

Chladicí systémy LNG jsou nákladné, protože ke zkapalnění je zapotřebí mnoho chladivá. Typický přívod zemního plynu vstupujícího do LNG závodu má tlak přibližně od 4830 kPa (700 psia) do přibližně 7600 kPa (1100 psia) a teplotu od

A ·

A *

AAAA A A

- 2 přibližně 20 °C (68 °F) do přibližně 40 °C (104 °F). Zemní plyn, který je převážně methanem nelze zkapalnit pouhým zvýšením tlaku, jako je tomu v případě těžších uhlovodíků používaných v energetice. Kritická teplota methanu je -82,5 “C (-116,5 °F). To znamená, že methan lze zkapalnit pouze pod touto teplotou bez ohledu na použitý tlak. Jelikož je zemní plyn směsí plynů, zkapalňuje se v širokém rozmezí teplot. Kritická teplota zemního plynu je od přibližně -85 °C (-121 °F) do -62 °C (-80 °F). Zemní plyn o běžném složení zkapalňuje při atmosférickém tlaku v teplotním rozmezí od přibližně -165 °C (-265 °F) do —155 °C (-247°F). Jelikož chladicí zařízení představuje významnou část nákladů závodu LNG, věnuje se značné úsilí na snižování nákladů na chlazení.

Přesto, že se ke zkapalňování zemního plynu využívá mnoho různých typů chladicích cyklů, jsou v současné době v LNG závodech využívány tři typy: (1) „kaskádní cyklus“ využívá jednosložkové chladivo ve výměnících tepla uspořádaných k postupnému snižování teploty plynu až k teplotě zkapalnění mnohonásobně, (2) „vícesložkový chladicí cyklus“ využívá ve speciálně konstruovaných výměnících tepla vícesložkového chladivá, a (3) „expanzní cyklus“ ponechává plyn o vysokém tlaku expandovat na nízký tlak s odpovídajícím snížením teploty. Většina zkapalňovacích cyklů pro zemní plyn používá úpravy nebo kombinace těchto tří základních typů. Expanzní systém pracuje na takovém principu, kdy se plyn zkomprimuje na zvolený tlak, ochladí, potom se nechá expandovat v expanzní turbíně, kde se vykoná práce a sníží teplota plynu. Takovou expanzí je možno zkapalnit část plynu. Plyn o nízké teplotě si potom vymění teplo s přívodním plynem a způsobí jeho zkapalnění. Energie získaná z expanze se potom obvykle využije tak, že částečně nahradí podstatnou část energie potřebné v chladicím cyklu ke kompresi. Příklady expanzního postupu k výrobě LNG jsou uvedeny v US patentech č. 3,724,226; 4,456,459; 4,698,081; a WO 97/13109.

Materiály používané v LNG závodech se také přičítají k nákladům závodu. Zásobníky, potrubí a další zařízení používané v LNG závodech jsou obvykle zhotovovány přinejmenším částečně z hliníku, nerezové oceli nebo oceli s vysokým • · • · • « • φ * « ··« obsahem niklu, aby se dosáhlo nezbytné pevnosti a lomové houževnatosti při nízkých teplotách.

V běžných LNG závodech se musí ze zemního plynu během postupu odstranit hlavně voda, oxid uhličitý, sloučeniny obsahující síru, jako je sirovodík a další kyselé plyny, n-pentan a těžší uhlovodíky včetně benzenu, až do úrovně ppm. Některé z těchto sloučenin by vymrzaly a způsobovaly problémy s ucpáváním výrobního zařízení. Další sloučeniny, jako jsou sloučeniny obsahující síru se odstraňují proto, aby se vyhovělo technickým podmínkám. V běžných LNG závodech se běžně používají úpravárenská zařízení k odstraňování oxidu uhličitého a kyselých plynů. Tato úpravárenská zařízení využívají chemické a/nebo fyzikální rozpouštědlové regenerační postupy a vyžadují značné kapitálové investice, I provozní náklady jsou vysoké. K odstraňování vodních par jsou nutné dehydrátory se suchým ložem. K odstraňování uhlovodíků, které mají tendencí ucpávat zařízení se používají kolonové pračky a frakcionační zařízení. V běžném LNG závodě se také odstraňuje rtuť, protože může způsobovat poruchy zařízení zhotovených z hliníku. Po zpracování se také musí odstraňovat velká množství dusíku, který může být v zemním plynu přítomen, protože ten během přepravy běžného LNG nezůstává v kapalné fázi a jeho přítomnost v LNG zásobnících v místě dodání není žádoucí.

Podstata vvnálezu

Tento vynález se týká zlepšeného postupu zkapalňování přiváděného proudu plynu bohatého na methan. Přiváděný proud plynu má tlak nad přibližně 3100 kPa (450 psia). Pokud je tlak příliš nízký, musí se plyn nejprve komprimovat. Plyn se zkapalňuje expanzí vhodným expanzním způsobem tak, aby vznikl kapalný produkt mající teplotu nad přibližně -112 °C (-170 °F) a dostatečně vysoký tlak, aby kapalný produkt zůstal na teplotě nebo pod teplotou bodu varu. Před expanzí se plyn nejprve ochladí recyklovanými parami procházejícími expanzí, které nezkapalnily. Separátor oddělí kapalnou fázi od té plynné části, která při expanzi nezkapalnila. Kapalný produkt ze separátoru se potom vede k uskladnění nebo přepravě při • · • · • * ··« · «»»· · · · · · · · ··· ·· · * · · · · · · · · ♦ ♦ «· ·· ·· teplotě nad přibližně -112’C (-170 T).

Při jiném řešení podle tohoto vynálezu, se před zkapalňováním frakcionací odstraní podstatná část těžších uhlovodíků tlakovou expanzí, pokud přiváděný plyn obsahuje složky těžší než methan.

Při ještě jiném řešení podle tohoto vynálezu se může vyvařený plyn vznikající při odpařování zkapalněného zemního plynu přidat k plynu přiváděnému k expanznímu zkapalnění, aby vznikl stlačený zkapalněný zemní plyn (PLNG).

Postup podle předloženého vynálezu lze využít jak pro počáteční zkapalnění zemního plynu u zdroje pro skladování nebo přepravu, tak k opětnému zkapalnění par zemního plynu vzniklých během skladování a odbavování. Předmětem tohoto vynálezu je zdokonalení zkapalňovacího systému pro zkapalňování nebo opětného zkapalňování zemního plynu. Podle předmětu tohoto vynálezu je k zajištěni zdokonaleného zkapalňovacího systému postačující podstatně nižší kompresní energie než u předchozích systémů. Další výhodou zdokonaleného zkapalňovacího systému je lepší ekonomičnost a účinnost provozu. V porovnání s relativně mírným chlazením potřebným k výrobě PLNG způsobem podle tohoto vynálezu, jsou běžné postupy chlazení LNG na hluboké teploty velice nákladné.

Přehled obrázků

Pro lepší pochopení předloženého vynálezu bude vhodné odkazovat na následující podrobný popis a připojené obrázky, ve kterých:

Obr. 1 je blokové schéma jednoho z řešení výroby PLNG podle tohoto vynálezu.

Obr. 2 je blokové schéma druhého řešení, ve kterém se podle tohoto vynálezu zemní plyn před expanzním zkapalněním ochladí v systému s uzavřeným chladicím cyklem.

Obr. 3 je blokové schéma třetího řešení, ve kterém se podle tohoto vynálezu přiváděný zemní plyn před zkapalněním na PLNG frakcionuje.

• · · « · · φφφφ φ · φφφ φ φφφ φ» φ • ·· φ φ φ Φ Φφφφ φφφφ φφ ·· φφ φφ ««

- 5 Obr. 4 je blokové schéma čtvrtého řešení podle tohoto vynálezu, které je podobné postupu znázorněnému na obr. 3, ve kterém se k výrobě PLNG použije uzavřený systém s uzavřeným chladicím cyklem a expanzí.

Bloková schémata znázorněná na obrázcích představují různá řešení používaná v postupech podle tohoto vynálezu. Obrázky nejsou míněny tak, že by se vymykaly z rozsahu vynálezu dalších řešení, která by byla výsledkem normálních a očekávaných úprav těchto specifických řešení. Z důvodu jednoduchosti a jasnosti představy byly v obrázcích vynechány různé nutné podsystémy jako jsou čerpadla, ventily, míchačky, řídící systémy a čidla.

Příklady provedení

Předložený vynález je zdokonaleným expanzním postupem zkapalňování zemního plynu k výrobě kapalného produktu obohaceného methanem majícího teplotu nad přibližně -112 °C (-170 °F) a dostatečně vysoký tlak na to, byl kapalný produkt zůstal na bodu nebo pod bodem bublinového varu. Tento produkt obohacený methanem se někdy v tomto popisu označuje jako stlačený zkapalněný zemní plyn („PLNG“). Termín „bublinový var“ je teplota a tlak, při kterém se začíná kapalina měnit na plyn. Pokud je například určitý objem PLNG chován při konstantním tlaku, avšak jeho teplota se zvyšuje, teplota při níž se začínají v PLNG vytvářet bubliny plynu je bublinovým varem. Pří bublinovém varu je směs nasycenou kapalinou.

Postup zkapalňování podle předloženého vynálezu vyžaduje méně energie ke zkapalnění zemního plynu než postup používaný dříve a zařízení použité v postupu podle tohoto vynálezu je možno zhotovovat z méně nákladných materiálů. Předchozí technologie, které vyráběly LNG při atmosférickém tlaku a při teplotě až -160 °C (-256 °F), vyžadovaly naproti tomu pro bezpečný provoz výrobní zařízení vyrobené z drahých materiálů.

Značné snížení požadované energie nutné ke zkapalnění zemního plynu při postupu podle tohoto vynálezu má za důsledek velké snížení kapitálových nákladů, úměrně nižší provozní náklady a zvýšenou účinnost a spolehlivost, a tak vylepšuje ekonomiku výroby zkapalněného zemního plynu.

φ · φφφ

- 6 Při provozních tlacích a teplotách lze podle předloženého vynálezu používat pro potrubí a další výbavu nejchladnějších pracovních ploch zkapalňovacího postupu ocel obsahující okolo 3,5 % hmotn. niklu, zatímco běžný LNG postup vyžaduje nákladnější ocel s 9 % hmotn. niklu nebo hliník. To u postupu podle tohoto vynálezu umožňuje značné snížení nákladů v porovnání s předchozím LNG postupy.

Při kryogenním zpracování zemního plynu jsou na prvním místě důležitosti nečistoty. Přiváděný surový zemní plyn vhodný ke zpracování podle tohoto vynálezu ze zásoby může být zemním plynem získaným z ropných vrtů (doprovodný plyn) nebo z plynových vrtů (nejde o doprovodný plyn). Složení zemního plynu může značně kolísat. Tak, jak se zde přiváděný zemní plyn používá, je jeho hlavní složkou methan (Ci). Zemní plyn také běžně obsahuje ethan (C₂), vyšší uhlovodíky (C3+) a menší množství nečistot jako je voda, oxid uhličitý, sirovodík, dusík, butan, uhlovodíky se šesti či více atomy uhlíku, kaly, sírníky železa, vosk a ropu. Rozpustnost těchto nečistot se mění s teplotou, tlakem a složením. Při kryogenních teplotách mohou vytvářet CO₂, voda a další nečistoty tuhou fázi, která může uzavřít průchodnost kryogenních výměníků tepla. Těmto potenciálním obtížím lze předejít odstraněním takovýchto nečistot, pokud jsou splněny teplotní a tlakové podmínky k oddělení těchto čistých složek jako pevných fází. V následujícím popisu vynálezu je uvedeno, jak byl proud zemního plynu běžným a dobře známým pochodem vhodně upraven odstraněním sulfidů a oxidu uhličitého a vysušen od vody, aby se získal proud „odsířeného a suchého“ zemního plynu. Pokud zemní plyn obsahuje těžké uhlovodíky, které mohou během zkapalňování vymrzat, nebo pokud nejsou v PLNG žádoucí, lze je před výrobou PLNG odstranit frakcionačním postupem, jak je to dále popsáno.

Jednou výhodou předloženého vynálezu je to, že vyšší provozní teplota umožňuje, aby zemní plyn obsahoval vyšší koncentrace vymrzajících složek, než by to bylo možné u běžného postupu LNG. V normálním LNG závodě vyrábějícím LNG o teplotě -160 °C (-256 °F) musí být například obsah CO₂ pod 50 ppm, aby se předešlo problémům se zamrzáním. Při postupu s teplotami nad přibližně -112 °C (-170 °F) může naproti tomu zemní plyn obsahovat CO₂ až do úrovně okolo 1,4 mol % CO₂ při teptotě -112 °C (-170 °F) a okolo 4,2 % při -95 °C (-139 °F), aniž by při zkapalňování podle tohoto vynálezu vznikaly problémy se zamrzáním.

• · i ·’ · * 4 4 • * Φ 4 · 4 · • · 4 9 • 4 44

- 7 Přiměřená množství dusíku v zemním plynu nemusejí být navíc při postupu podle tohoto vynálezu odstraňována, protože ten zůstává při provozních tlacích a teplotách podle předloženého vynálezu v kapalné fázi s rozpuštěnými uhlovodíky. Schopnost omezit nebo v některých případech zcela vynechat zařízení nutné pro úpravu plynu a odstraňování dusíku, pokud to složení zemního plynu dovolí, podává značné technické a ekonomické výhody. Těmto a dalším výhodám vynálezu bude lépe porozuměno odkazem na obrázky.

Podle obr. 1 přiváděný proud zemního plynu 10 vstupuje do zkapalňovacího postupu pří tlaku nad 3100 kPa (450 psia) a lépe nad 4827 kPa (700 psia) a přednostně o teplotách pod přibližně 40 °C (104 °F); pokud to vyžadují okolnosti, lze použít i různé jiné tlaky a teploty a systém lze odborníky, kteří se s tímto vynálezem seznámí, patřičně upravit. Pokud má přiváděný plyn 10 tlak pod přibližně 3102 kPa (450 psia), lze ho vhodnými kompresními prostředky (neznázorněno), což mohou být jeden nebo více kompresorů, zkomprimovat.

Zkomprimovaný přivedená plyn 10 se ochladí v jednom nebo více výměnících tepla 20. Zchlazený přivedený plyn íl se potom nechá expandovat v nejméně jednom vhodném expanzním zařízení 30. Expander může být komerčním typem turboexpanderu, který může být hřídelí spřažen s vhodnými kompresory, čerpadly nebo generátory, umožňujícími převést práci odňatou expanderu na užitečnou mechanickou a/nebo elektrickou energii, což má za následek značnou úsporu energie celého systému.

Expanzní zařízení 30 zkapalní přinejmenším část přivedeného zemního plynu TI a vytvoří proud 12. Proud 12 se zavede do separátorů fází 40, který vytvoří kapalný produkt 13, což je PLNG o teplotě přibližně nad -112 °C (-170 °F) a dostatečném tlaku na to, aby kapalný produkt zůstal na teplotě nebo pod teplotou bublinového varu. PLNG se převede do vhodného úložného nebo přepravního prostředku 90 (jako je potrubí, stacionární skladovací nádrž nebo nosič jako je tanková loď na PLNG, nákladní automobil nebo železniční vagón), k uložení při teplotě nad přibližně -112 °C (-170 ^eF). K tomu, aby kapalný produkt zůstal v kapalné fázi, musí být teplota pod kritickou teplotou produktu, a ta bývá normálně pod -62 °C (-80 ’F). Separátor 40 vytváří také hlavovou frakci par 14, která prochází výměníkem tepla 20, kde proud par 14 ochladí proud přiváděného plynu 10. Proud par 15 potom • « • · • · · · • · » · · • · · · ··*· ·· * · 4 • · > · · 1 »· ·♦

- 8 zkomprimuje jeden nebo více kompresorů. Obr. 1 ukazuje jeden kompresor 50, kterému se dává přednost, sloužící ke zkomprimování recyklovaných par přibližně na tlak plynu vstupujícího na přívodu 10. Podle tohoto vynálezu však lze použít i další kompresory. Zkomprimovaný proud plynu 16 se výměníkem tepla 60 ochladí a regenerované teplo se využije jinde nebo se může chlazení provést vodou nebo vzduchem. Po opuštění výměníku tepla 60 se ochlazený proud plynu 17 spojí s přiváděným plynem 10 a recykluje se. V tomto případě lze přiváděný plyn zkapalnit bez potřeby systému s uzavřenou chladicí smyčkou.

Při skladování, přepravě a manipulaci se zkapalněným zemním plynem může vznikat značné množství „vývaru“, par vznikajících odpařováním zkapalněného zemního plynu. Tento vynález se dobře hodí pro zkapalňování odpařených par vzniklých z PLNG. Podle obr. 1 mohou být odpařené páry vedeny do zkapalňovacího postupu vedením 18 ke smísení s proudem par 14, který se recykluje, jak to bylo již uvedeno výše. Tlak odpařených par musí být nejlépe o tlaku nebo blízký tlaku proudu plynu 14. Pokud mají odpařené páry tlak nižší než je tlak plynu 14, lze odpařené páry běžným způsobem zkomprimovat (na obr. 1 neznázorněno).

Menší část proudu par 15 lze volitelně odstranit z postupu jako palivo (proud 19), jako část energie dodávané pro potřebu pohonu kompresorů a čerpadel v postupu zkapalňování. I když tuto malou část lze z postupu odstranit v kterémkoliv místě za výstupním separátorem 40, lze palivo se z postupu nejlépe odstraňuje po jeho ohřátí výměníkem tepla 20.

Obr. 2 znázorňuje jiné řešení postupu podle tohoto vynálezu a součásti s podobným číslováním mají obdobné funkce jako na obr. 1. Odborníci určitě zjistí, že provozní zařízení jednoho či druhého přístupu se mohou lišit velikostí a kapacitou podle toho, pro jaké průtoky, teploty a složení se mají používat. Řešení znázorněné na obr. 2 je podobné jako řešení popsané na obr. 1 vyjma toho, že je přidáno další chlazení přiváděného plynu 10 výměníkem tepla 70. Toto řešení podle obr. 2 omezuje množství recyklovaného plynu 14 a vyžaduje menší energii než řešení podle obr. 1, Chlazení pro výměník tepla 70 je vybaven běžným chladicím systémem s uzavřeným okruhem 80. Chladivém pro chladicí systém může být propan, propylen, ethan, oxid uhličitý nebo jakékoliv vhodné chladivo.

Obr. 3 znázorňuje ještě další řešení podle předloženého vynálezu. Toto řešení • « « · • φ «

·« ·# • · · · : ·’ ······ · • · · · »· « ···· ·« ·· ·«

- 9 zahrnuje systém k odstraňování těžkých uhlovodíků a odděluje tok stlačeného plynu v závěrečném stupni zkapalňování na vzestupný. Toto dělené uspořádání může v porovnání s řešením podle obr. 2 celkově omezit energetické nároky a umožnit těsnější součinnost s hlavním zkapalňovacím výměníkem 142. Uspořádání s děleným vedením také umožňuje větší provozní pružnost při manipulaci s proměnným množstvím odpařeného plynu při plnění či vyprazdňování LNG nebo PLNG Podle obr. 3 vstupuje přiváděný proud 100 do separátorů 130, kde se dělí do dvou zvláštních větví - proudu par 101 a proudu kapaliny 102. I když to na obr. 3 není znázorněno, přiváděný proud 100 lze před vstupem do separátorů 130 chladit jakýmkoliv vhodným chladicím systémem. Proud kapaliny 102 přichází do běžného odlučovače methanu 131. Proud 101 prochází dvěma nebo více kompresory a chladiči ke zvýšení tlaku par 101 z tlaku plynu na přívodu na přibližně 10343 kPa (1500 psía). Obr. 3 znázorňuje soupravu dvou kompresorů 132 a 133 ke zkomprimování plynu a běžných výměníků tepla 134 a 135 za každým kompresním stupněm k chlazení zkomprimovaného plynu. Jakmile proud par 101 opustí výměník tepla 135, další vařák 136 jej dále za použití kapaliny z odlučovače methanu 131 ochladí. Z vařáku 136 se ochlazený proud 101 vede do normálního separátorů fází 137. Proud par 103 ze separátorů 137 expanduje v normálním turboexpanderu 138, čímž se sníží tlak proudu plynu před tím, než vstoupí do horní části odlučovače methanu 131. Turboexpander 138 obstarává alespoň část energie potřebné k pohonu kompresoru 132. Kapaliny ze separátorů 137 procházejí vedením 104 do střední části odlučovače methanu 131.

Kapalina napájí kolonu odlučovače methanu 131 a proudí samospádem směrem dolů. Během této cesty se tato kapalina setkává se stoupajícími parami, které při proudění směrem vzhůru strhávají z kapaliny methan. Během této operace strhávání methanu se tvoři v podstatě kapalný produkt s odloučeným methanem, který se odebírá na patě kolony pro odlučování methanu 131 jako proud 105.

Hlavový proud par 106 opouštějící kolonu k odlučování methanu je veden do výměníku tepla 139. Po ohřátí výměníkem tepla 139 se první část ohřátých par (proudění 107) může volitelně vypustit (proudění 108) k využití jako palivo ve zpracovatelském závodě na zkapalňování. Druhá část proudění 107 potom prochází soupravou kompresorů 140 a 141 a výměníků tepla 142 a 143, kde se zvýší tlak par, • · · 4« 4 4 4 4 4 • · · · 4 4 4 4 4 4 * • · 4444 4 4 · 4

4444 44 ,» »* ,* ,,

- 10 a také se za každým kompresním stupněm ochladí. Počet kompresních stupňů bývá nejlépe od dvou do čtyřech. Část proudu, která opustí výměník tepla 142 se vypustí a projde jako proud 110 do výměníku tepla 139 k dalšímu ochlazení tohoto proudu 110. Optimum frakce proudu 109, které se oddělí jako proud 110 závisí na teplotě, tlaku a složení proudu 109. Tuto optimalizaci provede odborník na základě zde uvedených pokynů. Proud 110 po opuštění výměníku tepla 139 projde do expanzního zařízení, jakým je například turboexpander 144, který alespoň částečně proud 110 zkapalní za vzniku proudu 111. Proud 111 potom přijde do běžného separátoru fází 145. Separátor fází 145 vyrábí PLNG (proud 121) o teplotě nad přibližně -112 ^eC (-170 T) a natolik dostatečném tlaku, aby kapalný produkt zůstal pod bublinovým bodem varu. PLNG se převede do vhodného skladovacího zařízení 153. kde se skladuje při teplotě nad přibližně -112 C (-170 °F). Separátor také vyrábí proud stlačených par 115, který se spojí s proudem 106 k recyklaci.

Proud 112, což je ochlazený proud opouštějící výměník tepla 143 přichází do příslušného expanzního zařízení jakým je například turboexpander 146, aby se snížil tlak a proud 112 dále ochladil. Turboexpander 146 alespoň částečně zkapalní proud zemního plynu 112. Po opuštění turboexpanderu 146 částečně zkapalněný proud přichází do separátoru fází 147, kde se tvoří kapalný produkt 113 a parní produkt 114. Parní produkt 114 se vede zpět a spojí s hlavovým proudem par 106 z odlučovače methanu k recyklaci. Kapalný produkt 113 opouštějící separátor 147 se spojí s proudem 111.

Kapalný produkt 105 opouštějící odlučovač methanu 131 přichází do normálního stabilizátoru kondenzátu 150, který vytváří hlavový proud 116 bohatý na ethan a další lehké uhlovodíky, hlavně methan. Parní hlavový proud 116 prochází výměníkem tepla 151, který ochlazuje hlavové páry 116. Část proudu 116 se pak vrací jako reflux 117 do stabilizátoru kondenzátu 150. Zbývající část proudu 116 přichází do kompresoru 152 ke zvýšení tlaku na tlak blízký tlaku proudu 107. Po zkomprimování se hlavová část proudu 116 ochladí a ochlazený plyn (proud 118) se promíchá s proudem 107. Kapalina opouštějící patu stabilizátoru kondenzátu 150 je kondenzačním produktem (proud 119).

Postup podle tohoto vynálezu podle obr. 3 může znovu zkapalňovat vývar. Páry vývaru se do postupu podle obr. 3 mohou zavést vedením 120, které je spojeno s

- - » » · · Φ φ * • · · Φ Φ · Φ Φ φ φ • · · Φ Φ * ΦΦΦ φφ φ • · · ΦΦΦΦ «φφφ

ΦΦΦΦ ΦΦ φφ φφ φ* φφ

- 11 proudem hlavových par 106.

Pode obr. 4 přiváděný proud 201 vstupuje do separátorů 230, kde se proud dělí do dvou oddělených proudů, parního proudu 202 a kapalinového proudu 203. Toto řešení znázorňuje externí chladicí okruh sloužící k minimalizaci energetických požadavků a rozměrů provozních zařízení a frakcionační soupravy a zabezpečující chlazení pro chladicí okruh. Kapalinový proud 203 přichází do kolony k odlučování methanu 231. Proud par 202 se komprimuje jednostupňově nebo vícestupňové, ale přednostně dvoustupňové. Pro jednoduchost je na obr. 3 pouze jeden kompresor 232. Za každým kompresním stupněm se komprimované páry chladí v normálním vzduchovém nebo vodním chladiči, což je chladič 234. Proud plynu 202 se po opuštění chladiče 234 chladí vařákem 235, kterým protéká kapalina s odstraněným methanem z kolony na odlučování methanu 231. Ochlazený proud 202 z vařáku 235 se chladí dále ve výměnících tepla 236 a 237, které jsou chlazeny normálním systémem s uzavřeným chladicím okruhem 238, ve kterém je chladivém nejlépe propan. Z výměníků 236 a 237 se ochlazený zemní plyn opět dělí v normálním separátorů fází 238. Parní proud 204 ze separátorů 238 expanduje v turboexpanderu 239. čímž se snižuje tlak proudu plynu před jeho vstupem do horní části odlučovače methanu 231. Turboexpander 239 přednostně poskytuje energií kompresoru 232. Kapaliny ze separátorů 238 procházejí vedením 205 do střední části odlučovače methanu 231.

Proud hlavových par 207 opouštějících odlučovač methanu 231 je veden do výměníku tepla 240. Část proudu 208, která opouští výměník tepla 240 může být volitelně vypouštěna (proud 209) a využívána jako palivo v zkapalňovacím závodě. Zbývající část proudu 208 se komprimuje jedním nebo více kompresory 241 na tlak nejlépe mezi přibližně mezi 5516 kPa (800 psía) a 13790 kPa (2000 psia). Zkomprimovaný plyn potom prochází za účelem ochlazení soupravou výměníků 242. 243 a 244 a vzniká proud 210. Výměník tepla 242 je přednostně chlazen vzduchem nebo vodou. Výměníky tepla 243 a 244 jsou přednostně chlazeny chladicím systémem 238, tedy stejným systémem, který se využívá k chlazení výměníků tepla 236 a 237. Část proudu 210 prochází jako proud 211 výměníkem tepla 240, kde vykonává chladicí práci pro další ochlazování proudu par 211. Proud 211, který opouští výměník tepla 240 přichází do expanzního zařízení, jakým je například • * » · φ • · · • · φ · · φ • · « φ φ · · · « « φ

Φφ ·· φφ φφ φ<

- 12 turboexpander 245, který alespoň částečně zkapalní proud 211 za vytvoření proudu 212. Proud 212 potom přichází do normálního separátoru fází 246.

Část proudu 210, která zbude z proudu 211, po vypuštění, přichází do příslušného expanzního zařízení jako je turboexpander 248, kde se sníží tlak plynu a proud plynu se dále ochladí. Turboexpander 248 vytváří proud 213, který je alespoň částečně zkapalněným zemním plynem. Proud 213 přichází do normálního separátoru fází 249, za vytvoření kapalného proudu 214 a proudu par 215. Proud 215 se recykluje míšením s hlavovým proudem par s odlučovače methanu 207. Kapalinový proud 214 se spojí s proudem 212 a přivádí se do separátoru 246, který odděluje plyn na parní proud 216 a proud kapaliny 217. Parní proud 216 a rovněž tak parní proud 215 se spojí s hlavovým proudem par s odlučovače methanu 207 k recyklaci. Proud kapaliny 217 je PLNG o teplotě nad přibližně -112 °C (-170 °F) a tlaku postačujícím na to, aby kapalina zůstala na bodu bublinového varu nebo pod ním, se posílá do skladovací nádoby 258 k uskladnění při teplotě přibližně okolo -112 °C (-170 °F). Kapalinový proud 206 opouštějící odlučovač methanu 231 přichází do frakcionačního systému sestávajícího ze série frakcionačních kolon 250, 251 a 252. Frakcionační kolona 250 je normální odlučovač ethanu, který vytváří hlavový produkt bohatý na ethan a další lehké uhlovodíky, zvláště methan. Parní hlavový proud 218 prochází výměníkem tepla 253 a ohřívá proud paliva 209. Po průchodu výměníkem tepla 253 přichází parní proud 218 do normálního separátoru fází 254, který vytváří proud par 220 a proud kapaliny 221. Kapalná produkt 221 se vrací do kolony na odlučování ethanu 250 jako reflux. Parní proud 220 se spojí s proudem 208.

Kapaliny odcházející z paty odlučovače ethanu 250 jsou ochlazovány výměníkem tepla 257 a přicházejí do odlučovače propanu 251. Hlavové páry z odlučovače propanu 251 jsou bohaté na propan a lze je využít jako propanové chladivo do chladicího systému 238. Kapaliny opouštějící patu odlučovače propanu 251 potom přecházejí do odlučovače butanu 252. Kapaliny opouštějící patu odlučovače butanu se vypouštějí z výroby jako kapalný kondenzát (produkt 222). Nejméně jedna část hlavových par z odlučovače butanu 252 prochází vedením 223 přes výměník tepla 255, aby chladila proud par. Tento proud par 223 potom proudí do kompresoru 256, který tlak tohoto proudu 223 zvýší přibližně na takový tlak, jaký má proud 208. Po opuštění kompresoru 256 se zkomprimovaný proud spojí s proudem 220.

• 0 0 • « 0 • ·0 0 0 0

0 ·

·

0 0 ««

0 • 00 • 0

- 13 Vyvařené páry lze volitelně vpustit do procesu podle tohoto vynálezu přes potrubí 224. které je spojí s hlavovým parním proudem 207.

Příklad

Ke znázornění řešení podle obrázků byla provedena simulační hmotnostní a energetická rozvaha, jejíž výsledky jsou uvedeny v dále uvedených tabulkách 1,3,4 a 5. Data uvedená v tabulkách umožní lepší pochopení řešení znázorněných na obrázcích, avšak nikterak tím neomezují předmět vynálezu. Teploty a průtoky uváděné v tabulkách nesmějí být považovány za omezení vynálezu, protože ten může být z pohledu zde uvedeného poučení použit pro mnoho odlišných teplot a průtoků.

Hodnoty zde uvedené byly získány z běžně dostupného simulačního provozního programu nazvaného HYSYS™, avšak k získání takových údajů lze použít i jiných komerčně dostupných simulačních programů včetně například HYSIM™, PROU™ a ASPEN PLUS™, které jsou odborníkům známé.

Energie potřebná k výrobě PLNG podle tohoto vynálezu je značně nižší než energie k výrobě LNG při nízkém atmosférickém tlaku a při teplotě -164,5 °C (-164 °F) používaných v expanzním postupu. Při porovnání tabulky 2 s tabulkou 1 je zřejmý rozdíl v příkonu.

Soubor výsledků uvedených v tabulce 2 uvádí výsledky simulační hmotnostní a energetické rozvahy při využití postupu výroby LNG při tlaku blízkému atmosférickému, podle obr. 1.

Výsledky z tabulky 2 založené na výrobě kapalného produktu při téměř atmosférickém tlaku značně snižují množství vyvařených par, které se přivádějí do postupu a nutnosti vícestupňové recyklační komprese (čtyři recyklační kompresory namísto jednoho kompresoru 50 znázorněného na obr. 1). U těchto dvou simulací je celkově požadovaný příkon k výrobě normálního LNG (hodnoty tabulky 2) více než dvojnásobně vyšší než vyžaduje postup výroby PLNG (hodnoty z tabulky 1).

♦ · · · * • » · · · · • · » · · ··· I *· t· • · · · · * • · · · · • »· ··

- 14 Zdokonalený expanzní postup PLNG jako je postup uvedený na obr. 2, může také zlepšit normální postup LNG. Poměr instalovaných příkonů pro normální LNG a instalovaný příkon pro postup PLNG podle tohoto vynálezu se významně nezmění. PLNG postup podle tohoto vynálezu vyžaduje okolo jedné poloviny příkonu požadovaného při použití normálního expanzního postupu výroby LNG za atmosférického tlaku.

Hodnoty uvedené v tabulce 3 umožňují lepší porozumění řešení podle znázornění na obr. 2. V porovnání s požadavky obr. 1, je celkový instalovaný příkon podle řešení na obr. 2 snížen ze 198,359 kW (266000 HP) na 111857 kW (150000 HP) přídavkem chladicího systému s propanem. Odborníci však mohou optimalizací postupu dále příkon snižovat.

Hodnoty uvedené v tabulce 4 nabízejí možnost lepšího porozumění řešení znázorněného na obr. 3. Přiváděný plyn na obr. 3 a 4 má rozdílné složení a je přiváděn i za odlišných podmínek než plyn přiváděný podle obr. 1 a 2.

Hodnoty uváděné na obr. 5 nabízejí možnost lepšího porozumění řešení znázorněného na obr. 4. Tento postup znovu představuje výhody chladicího systému s propanem se značným snížením požadovaného příkonu v porovnání s řešením znázorněným na obr. 3.

Odborníci, a to zvláště ti, kteří mají možnost seznámit se s tímto patentem uvidí, že je možno ve výše uvedeném postupu provést mnoho úprav a změn.

Podle tohoto vynálezu je možno různě měnit teploty a tlaky v závislosti na celkovém konstrukčním řešení systému a podle složení přiváděného plynu.

Doplnit nebo prekonfigurovat lze také přívodní chladicí soupravu v závislosti na celkových konstrukčních požadavcích k dosažení optimalizace a účinnosti výměníků tepla.

• · · · · • to · to · · • · · · · · ··· · ·· to· • ·* • toto ·· * • to · · · ·« ··

- 15 Jak je již výše uvedeno, uváděná specifická řešení a příklady nesmějí být považována za omezení rozsahu tohoto vynálezu; ta jsou stanovena v nárocích a jejich ekvivalentech, uvedených dále.

·· • i ♦ · * · » » *>· ♦·

Kompresor 50 Expander 30 Čistý příkon Celkový příkon
183600 266000	225000 \| -41000	Příkon HP
136913 198359	167785 -30574	Příkon kW

T

-v

ΦΦ^σϊσιΑωι^^ο	Proud
ττττττ	Pára/ kapalina
—4. _k —k ΜΐοοσΜωωωοο οοσιΑ-^οοοοοοοο-^^ (Ο00ΙΌ-*ίΟΜΜΚ)ωΜ	kPa
w-uoioiocncncn^oi tDOO-k(OOOOt0O οοοοοσίϋΐϋΐοο	psia
, ' £ , <b <b <3ο σι Ν ^θ -,,) A Ν 'χ, 4χ íu “λ Ο	0 o
^{1 1 1 1} 1 ,m ο 5° Xi 5° <ο to to - ο (D Ο Ο tt) \\| χ( \j t3 Ο	0 ΊΠ
ωωωωωΦοω -.ro-i-^GJO^JCDOoo CO-JOJGJMOi-qrOWOO NUUQCO-NO-L.UUl OJtOtOtOMMWCOO-g	x- ’,Ί o
w μ μ Ν ω ω OOOOtDCOCQ-J-UOO UOiťOCOOJ-JWOO-»· (oooioioooo-^tocow ωωωσι^-^Γϋωωσι (oto-^i-^jtoooicnwto	čr =Γ 3 “O
(Ο <O<DCOCO<O<D<DCD -± _-» ->4 CD JO Μ σι Χχ £>. μ ο ω ω σι _k	O
ο οοοοοοοο Ο Ο ο Ο Ο Ο ο ο ’-J>	O to
Ο Ο Ο Ο Ο Ο Ο Ο ο Ο Ο ο —k	o ca +
5» CD CD 00 00 O _~-J J _-£* σι ° cn cn cn -4 co o> σ> ω j ΝΝΝυιωσισίΑ	z M

Tabulka 1 ft • · • ♦ • ftftft ftft

co^ocn^ojho-^o	Proud
TT-OT-D^J-OTD	Pára/ kapalina	Fáze
o o o o kOOO)k k i.i\|>jC> WNNWOOOUM	kPa	Tlak
σι ui X čn _i-0o_k_k_._i(00 oioyitnocnooo	psia
1 1 1 q O> O) 0Ϊ A. ω _M S © Λ ? Λ α - (Ο^^ω^σισί'φΟ	o o	Teplota
£Κϊϊυ£σ>σ>α>ω£ tn 2ί a a -h. - ο ο \j A ’_i Li La ⁰¹ ο	o Π
INOoaW-^U ω~4-·1-^ωΑΑσ) οο-4-4σ>σ>οσ>σ}<» cd^awoomoooi ϋΐωοοωωΜ^ΑΝ	1	Průtok
—1 ~λ —L —X f\J KJ NNSNNUIOIÍ» UiA-U<O(O00O)U)hO ©-‘-^-M-xIO-^J-MUi UiK)M-M-MW-*-kCD	σ =^3 -*o.

Tabulka 2

Φ·Φ« φ*

<ηα>Νσ)σΐκωκ)->ο ττ τ·ο·στ^^τι·ο

Λ\ totoootoojojoooo oooi^.-kOooooocooA

COOOto-^tDtotototkto oj^onoiojoicnoitkon tOOO-ktOOOOOOO οοοοοοιοιοιοο u

tk tO to ri ο Ν οο , I I I I

-u k co co to cn £ Οι Οι Οι -Ί -k -(0 tk tk K oo O » ¹ Δ íi Λ ¹ coWÍ£tnoo^wwwtoí5 - o P¹ o - <o to <o - _o o® o o -θ θ® Lj Li Li ® o

		tn	CD	CD	cn	OJ	o	o	oj
—k	to	03	00	CO	cn	03	Ol	Ol	CD
o	-sl			to	on	Ol	o	o	00
co	OJ	Oo	oo	00	tk	o	tk	tk	oi
tn	CD	on	Ol	—k	—k	o	to	to

o c

Q.

7Γ rn

5’β> ω fň o

ω ;* — CQ ^3 o

							to	to
		Ol	Ol	Ol	tk	Oo	ω	0J	oo
to	CD	o	o	to	CD	tk	_L		„i
tk	O	OJ	OJ	*Ί	*4	00	Ol	Ol	to
_k	ω	to	to	tk	o	00	CO	00	Ol
cn	co	to	to	tk	Ol	to	-'J	-xl	to
co		co	to	to	to	to			to
—k	vwk o		_*			cn	to	to	Ol
Ol	o	on	Ol	Ol	to	o	CiJ	OJ	Ol
CO		CO	to	to	tk	on			OJ
O		o	o	o	o	o	o	o	o
O	o	o	o	o	o	«_k	o	o	_fc
to		to	to to	to	-*	cn	CD	to

cr •i o

hJ o o

OOOOOOqOOo to oo oo oo oo oj cd cd tk co o ω o ω Li cd 'co “co oj CO COCOíOWWtKíi

TJ c» o

tt

Tabulka 3 • · • · · fr · · » · · ·

99 o

c α

- 19 KJ KJ ——k —k —X 0(00040JOiAWKJ » * • · « « ««·· 99

-koooooooooo otooo*4<DyiACJKJ-kO

Tí T) Tí 5 Tí T3 T) TJ Ti Τϊ ΊΟ TJ T3T3 T3 ΤΪ TJ X Τ) A A

Tš o> TJ *Β $ tú

KJ

_1.

_

KJ

o

KJ

00

Ol

00

o

00

co

o

00

KJ

4

-4

00

A

Ol

u

KJ

OJ

KJ

OJ

KJ

Ol

KJ

4

-4

4

KJ

Ol

_A

0

4

OJ

A

4

on

A

4

OJ

4

OJ

00

CO

-4

4

O

OJ

OJ CD

T3

0J

_k

__k

KJ

CO

A A

A

KJ

A

A A

CD

oo

00

0)

—i

o

cn

A

Ol

_A

CO

O

—A

4

o

O

o

00

o

O

o

O

o

OJ

o

O

OJ

o

O

0)

o

O

o

KJ KJ KJ (Jl Ul ik ω ρί Δ Q! 03 oo ® o .^ω ů-/ - OJ ο α ω ν κ α ω ω -¹ “ w ^w % m σι

OJ

O O -_Λ V O CD CT» - —> - - - - CO - (D A (O- - - O- (D (O O O - —k

-i KJ -kCOCO O O

A

KJ

4 4 o o o _k o o o

-t φ

fO a

flj

A

OJ

A

4

00

OJ

-A

4

—λ

_x

4

KJ

CO

O

CO

_k

O

A

-k CD

CD

A

O

oi

—A

OJ

-k OJ

Ol

4

_A

CO

4

A

CO

4 OJ

A

OJ

4

OJ

KJ

ÍO

to oo

KJ

OJ O

O

CO

A

OJ

A

00

00 O

O

CO

OJ

Ol

O A

oi

A Ol

O

Ol

A

co

Oo

4

A

00 O CO

OJ

CO

4

Tabulka 4

CO

00

oo

00

4

00

oo

Oo

—K

Ol

—A

KJ

on

4

00

<D

OJ

4

CD

OJ O

o

O

OJ

A

OJ

CD

KJ

<o

OJ

KJ

Ol

4

on

Ol

KJ

00

A

CO

CD O

CO

o

co

0)

00

KJ

CO

KJ

CD

A

-A

OJ

O

A

cn

Ol

4

A Ol

Ol

KJ

*1

OJ

KJ

A

CD

-*

KJ

-4

KJ

4

CD

A

CD

KJ O -k

co

CT =r 3 co co A co k A KJ

_.-kCDC04(0C0C0C0_fnfr)(O_, o co 4 p σ> p o o íq ® p A KJ KJ KJ KJ KJ

CO KJ CO _fnOJ OJ OJ řo OJ KJ OJ CO OJ co ^OT

OJ o K O

- - _ 4 O OJ ° o A A -J 4 A -i

OJ Ol

KJ KJ KJ KJ ->· -k KJ oj oj oj O) -si 4

OJ

4k . LH OJ OJ UJ ~4 -vl —> OJOJj^KJKJKJKJCOCOOlg

OJ oj OJ co 'co 'co

O O _i 4 O O

CD -1 o

KJ 4 KJ

A 4 CD oi 4 oo 2 OJ CD Ol

.....p °,° ° ě

OC0KAAKOOO_m

OI4KJKJKJKJO><D4?Í

O O Ol o o o

-Σ N OJ M OJ CO gj CO co

OJ -^_

OJOOKJOOOOOO

OOKjO-_fftOKJK)CDKJ4444<DCD'~_iai co oo ^woaKJ<Doooooooooooococo^OTA o o o o co OJ co co

-k oo 00 o o o p p o o o p p o o p o o o N o O O O _k o o o o o o o o o CJ O O o o

OJ A <0 -4 —kOJOJOJOJOJCDA A AA

KJ • ♦ » » « ♦ · « « · « · *· ·· • · « * · * » · · « * * t 0 0 * * · · · II · · ^ef

Tabulka 4, pokračování • « * ·

T c

Q.

··*» tototoMtoWtototototototototototoMtotototoMto

WMWMM-a-a-a-a-a-a-a-a-a-aOOOOOOOOO ^WM-iO(Ú03St3)UlAUW-iO(0[SSCJ)(JlAG)K)-i

O-OTŠTÍ-OOTJ^

Τ7χ7-οττττ7λτ7τ^ Λ <š “ Ό T3 Q), Dl =! = Q) 3 -01

W-^—AWtoMWW OOOOxJxJxJxJOO —AtoCl^—4Ol-xlto G>OXa(0(OOOCO-4

WWMWOOWWMto—4—4010101 oooooooo-a-a-x|—icooocdcooioioi wwwtocio—4—4WMOioi—a—a -4-4-1-4010100-4-4-4-1010101

7Γ

TJ

0)

Xa—a—a4aXa4a.-Ta.4a OXaOiOOOO-a οοοοοωωοωο ^^^.4aXa^^4a4a^.-a—aOOÚOOO -a-a-a-a-xJxJOO-a-aOiOiOOO oooooocigiooxaXaooo

TJ ω

οι’

CO to — <

σι r¹ Xa -^w -^w 5 -k tn o ω ω ^u σ>

¹ ΙΙΙΙΙΙΙΙ I I »·, k, .ι

Ol to 000001C10101'-x40lCltoWM - Ol to to to Ol -4 -4 00 oo 92 - -4 -4

O)

0) tototo—ιοιοιωω

Ol Oo Ol Ol <j O Μ M Ol A S O 8 PP ow £ o k> -¹ O ‘ τ:7:7:τσ>ωωω-*Αώώ-4-4-4 ω ω ω Xa οι οι σι σι to σι tn o, o p o . Jxl / k-ι zik /rt tn . ' j*x ” r-. z“\ j

Ol Ol CO CO -_Q O Ol οι o o

Xa

to

Cl

Ol

01

Cl

£ Cl

Cl

-4 O

-4

01

ω

Ol

_A

-xj

-^k ω co

01 o

Xa O

oi Cl

Ol Cl

CD to

-xl

co 00

Xa CO

~x|

Ol

Ol -4

XA

Ol -4

to

00

O

ω

-4

Oi

O

Cl

4a

-xl

—k

oo

Ol

—4

—to

CD

00

kJt

o

ω

-4

00

Xa

Cl

-4

to O -A

Ol

oo

Cl

o

Cl

00

Xa

00

—to

Cl

to

-xl

7Γ _CQ =Í3 o

Tabulka 5

—X

CO 01

_A

-xl

Ol

-4

—4

00

03

Ol

_A

Cl

—A _k

Cl

Ol

-xl

to

Cl

Xa

01

Cl

_A

00

o

O

Xa

-4

Cl

-Xl

00

Ol

-A 01

Cl

o

00

-4

00

o

co

to

-4

co

o

co

00

Cl

Xa

ω

to

oi

Ol

Xa O

CD

o

Ol

Xa

01

-Xl

oi

co

Cl

oi

to

Cl

Ol

O

Ol

4A

Ol

co

to o ci

-4

o

οι

Ol

Xa

Oi

to

Ol

Xa

Ol

Cl

-A

co

σ ^lo

CO —A X -i co —a co p _-a . 01 —4 O -U ω Pí ki '-j ki 'to to Ol

-A Ol M

0--.0000000,-,01 to to ,_noo g σ> _οι σ) oi -i -4 oi 5° σι to ω ω g to to to k> ki ki to to k> ω ;

co co co co co oo ω co

Ol

X* 7 Oi

Ol	oo	-Xl		—4 t
-A „ Xa	Cl		oo 5
Cl Cl	Xa	cn oi	Ol
to	Ol	01	to

ω co to to to to -“ to pj o ω oíw^^^^oioioiZjw to -A 00 ω ω co 'co

O

Pú o 2

M

Xa _k Ol -A o o '-A Ol o ° to to Ol σι

O)

O to O O O O

Xa Xa Xa 4a —J _A —A

O O O Xa O O O Lj.

Ol Ol Ol XA

Ol oo

-A to

XA CO 00

O 01 ki o to

O Ol o o k| 0Ϊ ’(O 00 xa ω to o

Xa -a O O O O co

Oi-xJ-J-xl-J-xJOlOlTnXAXAtOOlCOtO __l /Ίη K K κ Ps. λ.\ z.\ kw λ-» /.i m v m p o o

-a O O O O o O o xa 01 O) o ooo o o ooo o o o o O O o o o O O O O o O 'o O o o —4to0l0101010101^

Xa 4a

NJ • · · • « ·

- 22 *

• * • φ * · · ·« «

Tabulka 5, pokračování

Claims

Patentové nároky

1. Postup zkapalňování proudu plynu bohatého na methan vyznačující se tím, že sestává z těchto kroků:

(a) zajištění proudu plynu o tlaku nad přibližně 3103 kPa (450 psia);

(b) expandování proudu plynu na nižší tlak k vytvoření plynné fáze a kapalného produktu majícího teplotu nad přibližně -112 °C (-170 °F) a dostatečný tlak na to, aby mohl být kapalný produkt na teplotě nebo pod teplotou bublinového bodu varu;

(c) oddělení plynné fáze a kapalného produktu; a (d) zavedení kapalného produktu do skladovacího zařízení k uskladnění při teplotě nad přibližně -112°C (-170 °F).
2. Postup podle nároku 1 vyznačující se dále tím, že před krokem (b) dochází dále k ochlazení proudu plynu.
3. Postup podle nároku 2 vyznačující se dále tím, že dále sestává z ochlazení proudu plynu ve výměníku tepla chlazeného chladicím systémem s uzavřeným okruhem.
4. Postup podle nároku 3 vyznačující se tím, že chladicí systém s uzavřeným okruhem má jako převažující chladivo propan.
5. Postup podle nároku 3 vyznačující se tím, že chladicí systém s uzavřeným okruhem má jako převažující chladivo oxid uhličitý.
6. Postup podle nároku 2 vyznačující se tím, že dále sestává z kroku chlazení proudu plynu vzájemnou výměnou tepla plynnou fází kroku (c) nároku 1, čímž plynnou fázi ohřívá.

• fe · fe · • * fe » fe · * fe · · • * fe « · · ·« ··

- 24
7. Postup podle nároku 6 vyznačující se tím, že sestává dále z komprimování ohřáté plynné fáze, chlazení zkomprimované plynné fáze a vracení zkomprimované plynné fáze do proudu plynu v kroku (a) nároku 1 k recyklaci,
8. Postup podle nároku 6 vyznačující se tím, že obsahuje dále před krokem chlazení podle nároku 6 ještě chlazení proudu plynu ve výměníku tepla chladicím systémem s uzavřeným okruhem.
9. Postup podle nároku 1 vyznačující se tím, že má dále před zkapalňováním proudu plynu smísení proudu plynu s vyvařeným plynem vznikajícím odpařováním kapalného zemního plynu.
10. Postup podle nároku 1 vyznačující se tím, že proud plynu obsahuje methan a uhlovodíky těžší než methan, a který dále sestává z odstraňování převažujícího množství těžších uhlovodíků frakcionací tak, aby vznikl proud par bohatých na methan a kapalný podíl bohatý na těžší uhlovodíky, a kdy je potom proud plynu zkapalňován expanzí podle kroku (b) nároku 1.
11. Postup podle nároku 10 vyznačující se tím, že sestává dále z chlazení proudu plynu předcházejícího frakcionaci proudu plynu.
12. Postup podle nároku 1 vyznačující se tím, že zkapalňování proudu plynu je prováděno bez chladicího systému s uzavřeným chladicím okruhem.

l · ft · • ft ft • ft *· ft · · ft · · ft ftft • ft ·· ft · · • ft · ft ft ft · ···· ftft

- 25
13. Postup zkapalňování proudu plynu bohatého na methan a majícího tlak nad přibližně 3103 kPa (450 psia) vyznačující se tím, že se skládá z těchto kroků:

(a) oddělování fází proudu plynu na první proud plynu a první proud kapaliny;

(b) přivádění prvního proudu kapaliny do kolony odlučující methan;

(c) komprese a chlazení prvního proudu plynu, čímž vznikne plynná a kapalná fáze;

(d) oddělení plynné a kapalné fáze z kroku (c) za vytvoření druhého proudu plynu a druhého proudu kapaliny;

(e) expanze alespoň části druhého proudu plynu na nižší tlak, čímž se druhý proud plynu dále ochladí;

(f) přivedení druhého proudu kapaliny a expandovaného druhého proudu plynu do kolony k odlučující methan;

<g) odstranění třetího proudu plynu z hlavové části kolony pro odlučování methanu, kde třetí proud plynu sestává převážně z methanu a přivedením třetího proudu plynu do výměníku tepla k ohřátí tohoto třetího proudu plynu;

(h) odstranění třetího proudu kapaliny z kolony odlučující methan a převedení třetího proudu kapaliny do frakcionačního systému majícího nejméně jednu frakcionační kolonu a majícího nejméně jeden hlavový proud par;

(i) spojení ohřátého třetího proudu plynu z kroku (g) a hlavového proudu par z kroku (h) a komprimováni spojených proudů;

(j) chlazení zkomprimovaných spojených proudů;

(k) rozdělení ochlazeného zkomprimovaného proudu z kroku (j) na první ochlazený proud a druhý ochlazený proud a vedením prvního ochlazeného proudu výměníkem tepla z kroku (g) k dalšímu chlazení tohoto prvního ochlazeného proudu;

(l) expandování prvního ochlazeného proudu k vytvoření plynné a kapalné fáze;

(m) oddělení plynné a kapalné fáze z kroku (I) v separátorů fází, čímž se vytvoří zkapalněný zemní plyn obohacený methanem o teplotě nad přibližně -112 °C (170 °F) a tlaku dostatečném k tomu, aby zkapalněný zemní plyn bohatý na methan byl při bodu bublinového varu nebo pod bodem bublinového varu;

• 0 ·

0 0 0

0 ♦ 0 *«·· 00

1*0 0 0 0 ·

0 0 0 0

00 ··

0 0·· 0 0 0 0 0

0 0 0 0

00 0*

- 26 (n) expandování druhého ochlazeného proudu z kroku (k) na nižší tlak, čímž se tento dále ochladí a vytvoří plynnou a kapalnou fázi;

(o) oddělení fáze plynu a kapaliny vytvořených v kroku (n); a (p) přivedením kapalné fáze z kroku (o) do separátoru fází kroku (m).
14. Postup podle nároku 13 vyznačující se tím, že sestává dále ze spojení plynné fáze z kroku (o) s třetím proudem plynu kroku (g) a převedením spojených proudů plynu přes výměník tepla z kroku (g).
15. Postup podle nároku 13 vyznačující se tím, že sestává dále ze spojení plynné fáze z kroku (m) s třetím proudem plynu kroku (g) a převedením spojených proudů plynu přes výměník tepla z kroku (g).
16. Postup podle nároku 14 vyznačující se tím, že krok chlazení (j) se provádí nepřímou výměnou tepla chladivém chladicího systému s uzavřeným okruhem.
17. Postup podle nároku 16 vyznačující se tím, že chladicí systém s uzavřeným okruhem používá jako převažující chladivo propan a frakcionační systém kroku (h) obsahuje kolonu k odlučování propanu produkující hlavový proud plynu bohatého na propan a dále sestávající z přívodu proudu plynu bohatého na propan z frakcionačního systému jako improvizované chladivo do chladicího systému s uzavřeným okruhem.
18. Postup podle nároku 14 vyznačující se tím, že postup dále sestává ze zavedení vyvařeného plynu vzniklého odpařením zkapalněného zemního plynu do třetího proudu plynu z kroku (g) a převedením spojeného třetího proudu plynu a vyvařeného plynu přes výměník tepla z kroku (g).
19. Postup zkapalňování proudu plynu bohatého na methan vyznačující se tím, že se skládá z těchto kroků:

(a) komprese proudu plynu na tlak vyšší než 3103 kPa (450 psia);

(b) oddělování fází proudu plynu na první proud plynu a první proud kapalíny;

φ φ · • · · ♦ · · φφ φφφ « * • · · φ · * φφφ » · »··· φφ φ· • φ φφφ • * φ· ·

- 27 (c) přivádění prvního proudu kapaliny do kolony odlučující methan;

(d) komprese a chlazení prvního proudu plynu, bez použití chladicího systému s uzavřeným okruhem, čímž se vytvoří plynná a kapalná fáze;

(e) oddělení plynné a kapalné fáze z kroku (d) za vytvoření druhého proudu plynu a druhého proudu kapaliny;

(f) expandování alespoň části druhého proudu plynu na nižší tlak, čímž se druhý proud plynu dále ochladí;

(g) přivedení druhého proudu kapaliny a expandovaného druhého proudu plynu do kolony k odloučení methanu;

(h) odstranění proudu par z hlavové části kolony pro odlučování methanu, kde tento proud par sestává převážně z methanu a přivedením proudu par do výměníku tepla k ohřátí tohoto proudu par;

(i) odstranění proudu kapaliny z kolony na odlučování methanu a převedení proudu kapaliny do frakcionačního systému majícího nejméně jednu frakcionační kolonu a majícího nejméně jeden hlavový proud par;

(j) spojení ohřátého proudu par z kroku (h) a hlavového proudu par z kroku (i) a komprimování spojených proudů;

(k) chlazení zkomprimovaných spojených proudů z kroku (j) bez použiti chladicího systému s uzavřeným okruhem;

(l) rozdělení ochlazeného zkomprimovaného proudu z kroku (k) na první ochlazený proud a druhý ochlazený proud a vedením prvního ochlazeného proudu výměníkem tepla z kroku (h) k dalšímu chlazení tohoto prvního ochlazeného proudu;

(m) expandování prvního ochlazeného proudu k vytvoření plynné a kapalné fáze;

(n) oddělení plynné a kapalné fáze z kroku (m) v separátorů fází, čímž se vytvoří zkapalněný zemní plyn bohatý na methan o teplotě nad přibližně -112 °C (-170 °F) a tlaku dostatečném k tomu, aby zkapalněný zemní plyn bohatý na methan byl při bodu bublinového varu nebo pod bublinovým bodem varu;

(o) expandování druhého ochlazeného proudu z kroku (I) na nižší tlak, čímž se tento dále ochladí a vytvoří plynnou a kapalnou fázi;

(p) oddělení fáze plynu a kapaliny vytvořených v kroku (o); a (q) přivedením kapalné fáze z kroku (o) do separátorů fází kroku (n).

t »

• · · • · ♦ • · « ·* · • * ·» • · · • · · • · · ···· ·· • ft * » • · ·

- 28
20. Postup podle nároku 19 vyznačující se tím, že postup dále sestává ze zavedení vyvařeného plynu vzniklého odpařováním zkapalněného zemního plynu do proudu par kroku (h) a vedení spojených proudů par z kroku (h) a vyvařeného plynu přes výměník tepla kroku (h).
21. Postup podle nároku 19 vyznačující se tím, že se plynná fáze kroku (n) spojí se zbytkem par kroku (h) a spojený proud plynu se vede přes výměník tepla kroku (h).
22. Postup podle nároku 19 vyznačující se tím, že se snížení teploty při chlazení proudu plynu v kroku (d) provádí vodou nebo vzduchem.