SE518777C2 - Kaskad- kylningsprocesser för överföring av naturgas till vätskeform - Google Patents

Description

apnnn n 00 sis 777 å. val av material i behållarna, för rördragningen, och annan utrustning, samt (3) processtegen för omvandling av en ström av naturgas till LNG.

LNG-kylsystem är dyra eftersom det erfordras så mycket kylning för överföring av naturgas till vätskeform. En typisk naturgasström inkommer i en LNG-anläggning vid tryck från omkring 4830 kPa (700 psia) till omkring 7600 kPa (1100 psia) och vid temperaturer fràn omkring 20°C (68°F) till omkring 40°C (104°F). Naturgas, som till övervägande delen är metan, kan ej överföras till vätskeform enbart genom att höja trycket, vilket är fallet med tyngre kolväten som används för energiändamàl. Metans kritiska temperatur är -82,5°C (-116,5°F). Detta betyder att metan kan överföras till vätska endast under denna temperatur oberoende av det påförda trycket. Eftersom naturgas är en blandning av gaser, övergår den till vätska i temperaturintervaller. Naturgas kritiska temperatur ligger mellan omkring -85°C (-121°F) och -62°C (-80°F). Naturgaskompositioner kommer typiskt att övergå till vätskeform vid atmosfärstryck i temperaturintervallet mellan omkring -165°C (-265°F) och -155°C (-247°F). Eftersom kylutrustning representerar en sådan väsentlig del i kostnaden för LNG-facilitetema, har avsevärd möda lagts ned på att reducera kylningskostnaderna. Även om ett antal kylningscykler har använts för att överföra naturgas till vätskeform, är de för närvarande mest vanliga tre typema i LNG- anläggningar enligt följande: (1) ”expander cykel" där gas expanderas från högt tryck till lågt tryck med motsvarande reduktion av temperatur, (2) "multikomponent kylningscykel” där ett multikomponent kylmedel används i speciellt konstruerade värmeväxlare, (3) ”kaskadcykel” där det nyttjas multipel av singelkomponentkylmedium i värmeväxlare arrangerade progressivt för att reducera gasens temperatur till temperatur för övergång till vätskeform. Flertalet cykler för överföring av naturgas till vätskeform nyttjar variationer eller kombinationer av dessa tre bastyper.

Kaskadsystemet nyttjar vanligtvis två eller flera kylslingor där det expanderade kylmediet från ett steg används för att kondensera det komprimerade kylmediet i nästa steg. Varje successiv steg nyttjar ett lättare, :ia-a .sis 777 3 mera flyktigt kylmedium som, då det expanderar, ger en lägre kylnivà och sålunda kan kyla till en lägre temperatur. För att minska den energi som förbrukas av kompressorema, delas varje kylcykel vanligtvis i ett antal trycksteg (vanligtvis tre eller fyra). Tryckstegen har verkan av att dela upp kylningsarbetet i ett antal temperatursteg. Propan, etan, etylen och metan används vanligtvis som kylmedier. Eftersom propan kan kondenseras vid relativ lågt tryck medelst luftkylare eller vattenkylare, är propan vanligtvis kylmediet i det första steget. Etan eller etylen kan användas som kylmedium i det andra steget. För kondensering av etanet som kommer ut från etankompressorn, erfordras lågtemperaturkylmedel. Propan ger denna lågtemperatur- kylfunktion. Om metan används som kylmedium i det sista steget, används på liknande sätt etan för kondensering av det metan som utkommer från metankompressorn. Propankylsystemet används därför för att kyla den inmatade gasen och kondensera etankylmedlet, och etan används för att ytterligare kyla den inmatade gasen och kondensera metankylmediet.

De material som används i konventionella LNG-anläggningar bidrar även till anläggningens kostnad. Behållare, rör och annan utrustning som används i LNG-anläggningar konstrueras typiskt, åtminstone delvis, av aluminium, rostfritt stål eller stål med högt nickelinnehåll för att ge den erforderliga styrkan och brottsegheten vid låga temperaturer. l konventionella LNG-anläggningar måste vatten, koldioxid, svavelinnehållande föreningar, exempelvis vätesulfid och andra sura gaser, n-pentan och tyngre kolväten, inkluderande bensen, väsentligen avlägsnas från processandet av naturgasen, ner till nivåer av delar-per-miljon (ppm).

Vissa av dessa föreningar kommer att frysa, vilket medför igenpluggnings problem i processutrustningen. Andra föreningar, exempelvis de som innehåller svavel, avlägsnas typiskt för att uppfylla säljspecifikationer. I en konventionell LNG-anläggning erfordras gasbehandlingsutrustning för att avlägsna koldioxiden och sura gaser. Gasbehandlingsutrustningen nyttjar typiskt en kemisk och/eller fysikalisk regenerativ lösningsmedelsprocess och kräver avsevärd kapitalinvestering. Driftskostnaderna är även höga.

Torrbädd- dehydratorer, exempelvis molekylsiktar, erfordras för att avlägsna 518 777 - - ~ ~ a nu 4 vattenàngan. En skrubberkolonn och fraktioneringsutrustning används typiskt för att avlägsna de kolväten som tenderar att ge igenpluggningsproblem.

Kvicksilver avlägsnas även i en konventionell LNG-anläggning eftersom det kan orsaka fel i utrustning tillverkad av aluminium. Dessutom avlägsnas stor andel av det kväve som kan finnas i naturgas efter processandet, eftersom kväve ej förblir i vätskefas under transport av konventionell LNG, och att ha kväveånga i LNG-behàllarna på leveransstället är icke önskvärt. lnom industrin finns ett fortsatt behov av en förbättrad process för överföring av naturgas till vätskeform där mängden av kylutrustning är minimerad och kraftförbrukningen likaså.

SAMMANFATTNING Föreliggande uppfinning avser allmänt en process för överföring av en gasström rik på metan till vätskeform och som har ett initialtryck över omkring 3100 kPa (450 psia). Den primära kylningen för kondensering av naturgasen görs med kaskad- kylningscykler, företrädesvis enbart två cykler.

Därefter tryckexpanderas naturgasen med lämplig tryckexpansionsanordning för att ge en metanrik vätskeprodukt med en temperatur över omkring -112°C (-170°F) och tillräckligt tryck för att vätskeprodukten skall kunna hållas vid eller under dess "bubbe|punkt".

Processen enligt uppfinningen kan även kondensera avgående ånga som produceras av trycksatt naturgas i vätskeform. Om naturgasen innehåller kolväten tyngre än metan och det är önskvärt att avlägsna de tyngre kolvätena kan en fraktioneringsprocess tillföras processen.

Metoden enligt uppfinningen kan användas både för initial överföring till vätskeform av naturgas vid källan i och för lagring eller transport, och för återföring till vätskeform av naturgasånga som avges under lagring och lastning av fartyg. Ett syfte med uppfinningen är sålunda att tillhandahålla ett förbättrat system för överföring till vätskeform, för övergång till vätskeform eller återgång till sådan, av naturgas. Ett annat syfte med :min s 1 s 777 :IP :tiåï- 'i f* uppflnningen är att tillhandahålla ett förbättrat system för överföring till vätska där väsentligen lägre kompressionsarbete erfordras än i kända system.

Ytterligare ett syfte med uppflnningen är att tillhandahålla en förbättrad process för överföring till vätskeform där processen är ekonomisk och har hög verkningsgrad. Kylningen till mycket låg temperatur i en konventionell LNG-process är mycket dyrbar jämfört med den relativt sett mildare kylning som erfordras vid produktion av PLNG med tekniken enligt uppflnningen.

KORTFATTAD BESKRIVNING AV RITNINGARNA Föreliggande uppfinning och fördelar kommer att bättre förstås av den följande detaljerade beskrivningen och de bifogade ritningarna som visar schematiska flödesdiagram för representativa utföringsformer av uppflnningen.

Figur 1 är ett schematiskt flödesdiagram utvisande en utföringsform av processen enligt uppflnningen med tvà cykel- kaskadkylsystem för framställning av PLNG.

Figur 2 är ett schematiskt flödesdiagram utvisande en andra utföringsform av uppfinningen avseende en process för kondensering av bortkokad gas och avlägsning av tyngre kolväten, och Figur 3 är ett schematiskt flödesdiagram utvisande en tredje utföringsform av uppfinningen.

De i figurerna visade flödesdiagrammen representerar olika utföringsformer vid utövande av processen enligt uppflnningen. Figurema är ej avsedda att från uppflnningens omfång utesluta andra utföringsformer som kan vara resultatet av normala och förväntade modifikationer av dessa specifika utföringsformer. Olika erforderliga subsystem såsom pumpar, ventiler, flödesströmblandare, styrsystem och sensorer har utelämnats i figurerna i syfte att förenkla och göra presentationen klarare. |..no s 1 s m ä* :šglåi- BESKRIVNING AV DE FÖREDRAGNA UTFÖRINGSFORMERNA Föreliggande uppfinning nyttjar ett kaskadkylsystem för att överföra naturgas till vätskeform i och för framställning av en metanrik vätskeprodukt med en temperatur över omring -112°C(-170°F) och tillräckligt tryck för att vätskeprodukten skall hållas vid eller under dess bubbelpunkt. l beskrivningen benämns denna metanrika produkt ibland trycksatt naturgas i vätskeform (PLNG). Termen "bubbelpunkt" representerar den temperatur och det tryck vid vilket en vätska börjar att övergå till gas. Om exempelvis viss volym av PLNG hålls vid konstant tryck, men dess temperatur sänks, är den temperatur vid vilken gasbubblor börjar att alstras i nämnda PLNG bubbelpunkten. Om på motsvarande sätt visas volym av PLNG hålls vid konstant temperatur, men trycket höjs, definierar det tryck vid vilket gas börjar att bildas bubbelpunkten. Vid bubbelpunkten är blandningen en mättad vätska.

Nyttjandet av ett kaskadkylsystem enligt föreliggande uppfinning kräver mindre energi för överföring av naturgasen till vätska än kända kaskadkylprocesser, och den utrustning som används i processen enligt uppfinningen kan göras av mindre dyrbara material. Kända processer för framställning av LNG vid atmosfärstryck med temperaturer så låga som -160°C (-256°F) skillnad processutrustningen delvis är tillverkad av dyrbara material för att säker drift kräver till härifrån att åtminstone skall erhållas.

Den energi som erfordras för att överförainaturgas till vätskeform vid utövande av föreliggande uppfinning är avsevärt reducerad jämfört med energikrav i en konventionell LNG-anläggning. Reduktionen av erforderlig kylenergi med processen enligt föreliggande uppfinning resulterar i stor reduktion av kapitalkostnader, proportionellt sett lägre driftskostnader, och förhöjd verkningsgrad och tillförlitlighet, vilket avsevärt förbättrar ekonomin för produktion av naturgas i vätskeform.

Iman i 518 m Med de driftstryck och temperatur som används enligt uppfinningen, kan rördragning med omkring 3% procent nickelstål användas i de kallaste driftsområdena av processen för överföring till vätska, medan det mera dyrbara 9 viktsprocent nickelstålet eller aluminium vanligtvis erfordras för samma utrustning i en konventionell LNG-process. Detta ger en ytterligare avsevärd kostnadsreduktion för processen enligt uppfinningen jämfört med kända LNG-processer.

Det första övervägandet vid kryogent processande av naturgas år förorening. Det råa naturgasmaterialet från källan och lämpat för processen enligt uppfinningen kan omfatta naturgas erhållen från en råoljekälla (med gas) eller från en gaskälla (icke associerad gas).

Naturgasens komposition kan variera avsevärt. Såsom definitionen används i föreliggande sammanhang, innehåller en naturgasström metan (Cj) som huvudkomponent. Naturgasen kommer typiskt även innehålla etan (CZ), högre kolväten (C3+), samt mindre mängder av föroreningar såsom vatten, koldioxid, vätesulfid, kväve, butan, kolväten med sex eller fler kolatomer, smuts, järnsulfid, vax och råolja. Dessa föroreningars löslighet varierar med temperatur, tryck och komposition. Vid kryogena temperaturer kan C02, vatten och andra föroreningar bilda fastämnen, vilket kan igenplugga passager i kryogena värmeväxlare. Dessa potentiella svårigheter kan undvikas genom avlägsning av sådan föroreningar om man kan anticipera tillstånd i deras renkomponent, solidfastemperatur- tryckfasgränser. l den följande beskrivningen av uppfinningen förutsätts att strömmen av naturgas på lämpligt sätt behandlats för avlägsning av sulfider och koldioxid och torkats för att avlägsna vatten, vilket sker med konventionella och välkända processer för att ge en ”söt, torr” naturgasström. Om naturgasen innehåller tunga kolväten som skulle kunna frysa ut under överföring till vätska eller om tunga kolväten ej är önskvärda i PLNG, kan de tunga kolvätena avlägsnas med fraktioneringsprocess för produktion av PLNG, enligt vad som kommer att beskrivas mera i detalj nedan. 1111» 1 8 7 7 7Éïï* En fördel med föreliggande uppfinning är att de varmare driftstemperaturema möjliggör för naturgasen att ha högre koncentrationsnivåer av frysbara komponenter än vad som skulle vara möjligt i en konventionell LNG-process. l en konventionell LNG-anläggning som producerar LNG vid -160°C (-256°F), måste exempelvis C02 ligga under omkring 50 ppm för att undvika frysproblem. Genom att hålla processtemperaturen över omkring -112°C (-170°F), kan till skillnad härifrån naturgasen innehålla C02 på nivåer så höga som omkring 1,4 mol % C02 vid temperaturer av -112°C (-170°F) och omkring 4,2 % vid -95°C (-139F) utan att frysproblem uppkommer med processen för överföring till vätskeform enligt uppfinningen.

Dessutom behöver måttliga mängder av kväve i naturgasen ej avlägsnas i processen enligt uppfinningen, eftersom kväve kommer att kvarstå i vätskefas med kolvätena överförda till vätskeform vid drifttryck och temperaturer enligt föreliggande uppfinning. Möjligheten att reducera, eller i vissa fall eliminera, den utrustning som erfordras för gasbehandling och kväveavlägsning, när naturgasens komposition så tillåter, ger avsevärda tekniska och ekonomiska fördelar. Dessa och andra fördelar med uppfinningen kommer att bättre förstås med hänvisning till figurema.

Med hänvisning till figur 1, inkommer där en trycksatt ström 10 av naturgas i processen för överföring till vätskeform, företrädesvis vid tryck över omkring 1724 kPa (250 psia) och hellre över omkring 4830 kPa (700 psia) och helst vid temperaturer under omkring 40°C (104°F); andra tryck och temperaturer kan emellertid användas, om så önskas och systemet kan modifieras på lämpligt sätt enligt vad fackmannen på området inser utgående från denna uppfinning. Om gasströmmen 10 ligger under 1724 kPa (250 psia), kan den trycksättas med lämplig kompressionsanordning (ej visad), som kan omfatta en eller flera kompressorer.

Den inmatade strömmen 10 passerar genom en serie av värmeväxlare, företrädesvis två värmeväxlare 30 och 31, som kyls i en första kylningscykel 32. Kylningscykeln 32 kyler den inmatade strömmen 10 i wit- u n an o *" av H' "' : °,."u."n 00 f z 'I I :r- n , .n I . n .0 un ,. .- ~ - - -- .. - . . ~ . u . , s a s H värmeväxlarna 30 och 31 och kyler kylmediet i en andra kylningscykel 33 som ligger nedströms i processen för överföring till vätska. Kylningscykeln 33 kyler naturgasen ytterligare i en serie värmeväxlare, företrädesvis tre värmeväxlare 37, 38 och 39 enligt vad som visas i figur 1. Konstruktionen och funktionen av respektive kylningscykler 32 och 33 är välkänt för fackmannen på området och detaljer till funktion flnns i den kända tekniken.

Kylmediet i den första kylningscykeln 32 är företrädesvis propan och kylmediet i den andra kylningscykeln 33 är företrädesvis etylen. Exempel pá kaskadkylsystem finns beskrivna i U.S. patent 3,596,472; Plant Processing of Natural Gas, Petroleum Extension Service, The University of Texas at Austin, TX (1974); och Harper, E. A. et. al., Trouble Free LNG, Chemical Engineering Progress, Vol. 71, No. 11 (1975). I Till vätskeform överförd naturgasström 19 som utkommer från den sista värmeväxlaren 39 vid utövande av föreliggande uppfinning, har en temperatur över -112°C (-170°F) och tillräcklig tryck för att den flytande produkten skall ligga vid eller under dess bubbelpunkt. Om trycket i strömmen 10 då denna lämnar det sista steget i den andra kylningscykeln, är högre än det tryck som erfordras för att hälla strömmen 10 i vätskefas, kan strömmen 10 valfritt föras genom en eller flera expansionsanordningar, exempelvis hydraulturbin 40, för att producera PLNG-produkt med lägre tryck men fortfarande med temperatur över omkring -112°C (-170°F) och tryck tillräckligt för att vätskeprodukten skall vara vid eller under dess bubbelpunkt.

PLNG skickas därefter (ström 20) till en transport- eller lagringsanordning 41, exempelvis lämplig pipeline eller transportanordning, exempelvis PLNG- fartyg, takbil, eller järnvägsvagn.

Figur 2 visar en annan utföringsform av uppfinningen, och i denna och de i figurerna 1 och 3 visade utföringsformerna, har delar med samma hänvisningssiffror samma processfunktioner. Fackmannen på området inser emellertid att processutrustningen från en utföringsform till en annan kan variera till storlek och kapacitet för att hantera olika fluidflödesmängder, temperaturer och kompositioner. Med hänvisning till figur annu: sis 777 2, inkommer där en naturgasström i systemet genom ledningen 10 och förs genom värmeväxlare 30 och 31, som kyls medelst en första kylningscykel 32.

Kylningscykeln 32 kyler den inmatade strömmen 10 och kyler kylmediet i en andra kylningscykel 33, som ligger ytterligare nedströms i processen för överföring till vätskeform.

Efter att ha utkommit fràn den sista värmeväxlaren 31, inkommer den tillförda gasströmmen 10 en konventionell fasseparator 34. En flytande ström 11 utkommer från botten av separatorn och förs till en konventionell demetaniserare 35. Demetaniseraren producerar en övre àngström 12 som är rik på metan och en nedre vätskeström 13 som till övervägande delen är naturgasvätskor (NGL), primärt etan, propan, butan, pentan, och tyngre kolväten. Demetaniserarens bottenström 13 förs till en konventionell fraktioneringsanläggning 36, vars generella funktion är välkänd för fackmannen pà området. Fraktioneringsanläggningen 36 kan omfatta en eller flera fraktioneringskolonner (ej visade i figur 2), som separerar den vätskeformiga bottenströmmen 13 till förutbestämda mängder av etan, propan, butan, pentan och hexan. Dessa vätskor utdras från fraktioneringsanläggningen 36 i form av kondensatprodukter, som kollektivt visats i figur 2 i form av strömmen 14. Övre strömmar från fraktioneringsanläggningen 36 är rika på etan och andra lätta kolväten.

Dessa övre strömmar är kollektivt visade i figur 2 i form av strömmen 15.

Fraktioneringsanläggningen omfattar företrädesvis multipel av fraktioneringskolonner (ej visat), exempelvis en deetaniseringskolonn som producerar etan, en depropaniseringskolonn som producerar propan, och en debutaniseringskolonn som producerar butan, och som kan användas som tillsatskylmedier för kaskadkylsystemet (första och andra kylningscyklerna 32 och 33) eller för något annat lämpligt kylsystem. Tillsatsströmmarna av kylmedel är kollektivt visade ifigur 2 med ledningen 16. Även om sà ej visas i figur 2, och om den tillförda strömmen 10 innehåller höga koncentrationer av C02, kan en eller flera tillsatskylmedelsströmmar behöva behandlas för att avlägsna C02 i och för undvikande av potentiella igenpluggningsproblem i kylutrustningen. Om C02 koncentrationen i den tillförda strömmen överstiger :unna s 1 s 7 7 7 ä* ïlšï- * 11 omkring 3 mol procent, inbegriper fraktioneringsanläggningen 36 vanligtvis en COg-avlägsningsprocess.

Den metanrika strömmen 17 från separatorn 34, den metanrika strömmen 12 från demetaniseraren 35 och strömmen 15 från fraktioneringsanläggningen 36 kombineras och förs i form av en ström 18 till en serie av värmeväxlare 37, 38 och 39 för att överföra naturgasen till vätskeform. Kylning till värmeväxlarna 37, 38 och 39 fås av den andra kylningscykeln 33, som beskrivits ovan. Även om kylmedlena i de första och andra kylningscyklerna 32 och 33 cirkulerar i ett slutet slingsystem, och om kylmedium förloras från systemet på grund av läckor, kan tillsatskylmedier erhållas från fraktioneringsanläggningen 36 (ledning 16). l den i figur 2 visade processen för överföring till vätskeform, erfordras enbart två cykler av ett kaskadsystem för att kyla naturgasströmmen 10 vid utövande av uppfinningen.

Den naturgasström 19 i flytande form som utkommer från den sista värmeväxlaren 39 förs genom en eller flera expansionsanordningar, exempelvis hydraulturbin 40, för att producera PLNG-produkt vid en temperatur över omkring -112°C (-170°F) och tryck tillräckligt för att den vätskeformiga produkten skall vara vid eller under dess bubbelpunkt. PLNG skickas därefter genom ledningen 20 till en lämplig lagringsanordning 41.

Under lagringen, transporten och hanteringen av den till vätskeform överförda naturgasen, kan avsevärd mängd av ”bortkokning” av ånga härrörande från förångning av den till flytande form överförda naturgasen föreligga. Uppflnningen är speciellt väl lämpad för att till vätskeform överföra av PLNG bortkokad ånga. Processen enligt uppfinningen kan valfritt till vätska återföra sådan bortkokad ånga. Bortkokad ånga kan enligt vad som visas i figur 2, införas till processen enligt uppfinningen genom ledningen 21. Del av strömmen 21 kan valfritt dras ut som ström 22 och riktas genom en värmeväxlare 42 för att kyla àngströmmen 18 och värma den utdragna bortkokade gasen för senare användning som bränsle för anläggningen för överföring till vätskeform. Den återstående delen av strömmen 21 förs genom en konventionell kompressor :anna s 1 s 777 * 12 43 för att komprimera den bortkokade ångan till ungefär trycket för ångströmmen 18 och kombineras därefter med strömmen 18.

Figur 3 visar en annan utföringsform av föreliggande uppfinning.

Den i figur 3 visade processen liknar den process som beskrivits ovan med hänvisning till figur 2, med undantag av att, enligt vad som visas i figur 3, strömmen 18 passeras genom en kompressor 44 och den komprimerade ångströmmen 18 passeras därefter genom värmeväxlarna 45 och 46, som kyls av kylmedium fràn den första kylningscykeln 32.

Såsom visas i figur 3, kan bortkokad gas valfritt införas i strömmen 18 efter att strömmen 18 kylts av den första kylningscykeln 32 och innan den kyls av den andra kylningscykeln 33. Åtminstone del av den bortkokade ångströmmen 21 komprimeras av en konventionell kompressor 43, och den komprimerade gasen (strömmen 23) kyls av en värmeväxlare 42 som kyls av strömmen 22 som har utdragits från strömmen 21. Efter att ha upphettats av värmeväxlaren 42 kan strömmen 22 användas som bränsle i anläggningen för överföring till vätskeform. Även om figurerna 2 och 3 visar införing av den bortkokade ångan till processen för överföring till vätskeform vid en tidpunkt efter fraktioneringsstegen och före kylningsstegen med den andra kylningscykeln, kan vid utövande av uppfinningen, den bortkokade ångan införas till den gasström som skall överföras till vätskeform vid vilken som helst punkt i processen räknat från framför värmeväxlaren 30 till efter värmeväxlaren 39 och före expanderaren 40.

Uppfinningen är ej begränsad till någon viss typ av värmeväxlare, men beroende på ekonomi, föredras plattvärmeväxlare och kallbox- värmeväxlare. Samtliga strömmar som innehåller både vätske- och àngfaser skickas företrädesvis till värmeväxlarna med både vätske- och àngfasema lika fördelade över tvärsektionsarean hos passager där de inkommer. För åstadkommande av detta är det att föredra att arrangera dlstributionsapparatur för individuella äng- och vätskeströmmar. Separatorer kan tillföras multifas- flödesströmmarna enligt vad som erfordras för att dela øßnnn 518 777 .Sn n-nu 13 strömmarna i vätske- och àngströmmar. Sådana separatorer kan tillföras den i figurerna 2 och 3 visade processen framför värmeväxlarna 38 och 39.

Exempel En simulerad mass- och energibalans utfördes för att illustrera de i figurerna visade utföringsformerna, och resultaten framgår av tabellerna nedan.

Data erhölls med användning av ett kommersiellt tillgängligt processimuleringsprogram benämnt HYSYSTM, men andra kommersiellt tillgängliga processimuleringsprogram kan användas för att ta fram data, inkluderande exempelvis HYSIMTM, PROllTM och ASPEN PLUSTM, enligt vad som är välkänt för fackmannen på området. I tabell 1 presenterad data är utvisad för att ge bättre förståelse av den i figur 1 visade utföringsformen, men uppfinningen är ej att betrakta såsom onödigtvis begränsad till detta.

Temperaturema och flödeshastighetema skall ej betraktas som begränsningar av uppfinningen, utan inom ramen för denna ligger en mångfald temperaturvariationer och flödeshastigheter. l denna utföringsform är den första kylningscykeln 32 ett propansystem, och den andra kylningscykeln 33 är ett etylensystem.

Data i tabell 2 har givits för att åstadkomma bättre förståelse av den i figur 2 visade utföringsformen. I denna utföringsform är den första kylningscykeln 32 ett propansystem och den andra kylningscykeln 33 är ett etansystem.

Med användning av bas- processflödesschemat visat i figur 1 och med användning av samma tillförda strömkomposition och temperatur, var den erforderliga totalt installerade effekten för att producera konventionell LNG (nära atmosfärstryck och en temperatur av -160°C (-256°F)) mer än dubbelt den totalt installerade effekten erforderlig för att producera PLNG med användning av den i figur 1 visade utföringsformen : 177927 kW (238,60O hp) för att producera LNG jämfört med 75,839 kW (101,7OO hp) för att producera PLNG. Denna jämförelse utfördes med användning av HYSYSTM processimulator. >»|nn 51 8 77 7 .u å.. 14 Fackmannen på området, i synnerhet den som har haft fördelen av att dra lärdom av föreliggande patent, kommer att finna en mångfald modifikationer och variationer på de ovan visade processerna. En mångfald av temperaturer och tryck kan exempelvis användas enligt uppfinningen, beroende på konstruktionen i sin helhet av systemet och kompositionen av den tillförda gasen. Den tillförda gasens kylningsprocess kan dessutom supplementeras eller rekonfigureras beroende på de totala konstruktionskraven för åstadkommande av optimala och effektiva värmeväxlingsförhàllanden. De speclfikt visade utföringsformerna och exemplen skall sålunda, enligt vad som diskuterats ovan, ej användas för att begränsa eller inskränka uppfinningens omfång, som bestäms av kraven nedan och deras ekvívalenter. bl. u. ? .3mm<._. »nu :nun a . ; u av ...I o vinn ß ||;| p w ? .o ow.o ?o.o ow.o :om ?mo.m m~m.? om ?- ooo- o ?w Nwo_w > ww w?.o ow.o ?o.o ow.o ??.mm wooo wwNw om?- ooo- o ?w wwo_w > ?w wo.o wo.o ooo wo.m ow.wo ooo_wo oowNm ow ?- omm- m ?w ?oo.w ._ ow wo.o wo.o ooo wo.m owwo ooo.wo mowNm mm ?- owo- oww m ?o.o ._ o? wo.o ooo moo omm ??.wo wmoow ow ? .om ?w- wow- oow mow.m > o? wo.o wo.o wßo mom omwo oooow www_mm om- wwm- oo? owm_m > N? o ?o .o owwo ow.w o mm mw om m.m? oow owmm ._ o? o o momm ?o.ow wo.o? wow www ?o? N I oow mow_m .<> m? o o oo? o o o?w.? mmm oo Now ow om? ._ w? o ow.? mo.oo wo.m? mw.m ?oo_? N ?o owm oso? oow owm_m ._ m? ?o.o wo.o mßo mom owo mwo_? mww om- wwm- own wom.m > w? o ow _ ? woom ?o.o m ? .om mmo_w mow_? om- wwm- oo? oßmo ._ ? ? wo.o ooo ow.w om owo owodo Nofiom ow w.w ooo o?m_m .<> o? E :__ mxwfi> Nz Noo .æo No 5 _95 _05? o.. o.. gå mn: æmå små å _oE .coëwoqëox omcoowmgmmuoï. ozomöoëw... xobß mmm .n o o ~- o n. o o , n u u a 518 777 H0 NNQÉ. QS.. 2: u9w__92_ :så 963 ooflmm :wtwošc uflmzšws NN om 8 nE-.m mmm- SN. _- 3 øhflmvcønxu 3 8 mm m8 Sv Q wNQ FN OQQNN .N mæw .NN v89 C02: N Nå :Nm EwN OOQN F mæw .NN ...äQmN . ooïæ N mßw .NN NNWQ 000.2 v mæw .NN .öhowwokaëox >>v_ 2 :m5 .xmum .ätm mcšflwmto* .P ._82 V) v ; .o mm.o ;o.o mv.o _. ...mm mm ; .m mmv; o.mm m.m- omv; mmm_o; > mm vfo mm.o ;o.o mv.o ïmm mmm.m mmm; o.om T o.om- o ;v mmm.m > mm vvo mm.o ;o.o mv.o :mm moom vmm_m o.om _.- oom- o ;v mmm.m > fm vo.o mm.o mm.o mm.m vmvm mmm_mm vmm.mm o.ov? m.mm mfv ;mm_m ._ om vo.o mm.o mm.o mm.m _.m.vm mmm.mm vmm_mm omm_.- m.mm- omv; mmm.m ._ m; vo.o mm.o mm.o mm.m ïvm mmm_mm mIumm omm- m.mm mmm mmm_m > m; vo.o mm.o mm.o mm.m mm.vm mmomm mmv_mm o.om- v.vm- omm mmm.m > m; o ;Qo mmm mmmm mmv mm ov Qmm mm; omv mmmm 4 m; o mv.m ;m.mm mo.mv mm.m mmv vm; omm; m.mm mmm mmm_m .=> m _. o o oo; o o m;m; mmm om .ämm om mm; 4 v; o mv; m.mm mmm; mm.m mmm; mmm o.mmv o.omm omm mmm.m ._ m_. ;o.o mm.o mm.o mmm ;m.vm mmo; mmv o.om- v.vm- mmm vmm.m > m; o mm; mm.om ;m.m m ; .mm mmm_m mmm; o.om- vvm- omm mmm_m o i vo.o mm.o mv.m m.m m.mm mmm.om mom_mm o.ov v.v oom m;m_m .=> o; E E mšom> mz moo +mo mo 5 ösa 62mm m.. oo 98 mn: æmš. smëm å _oE .coawoqëox .wcmmmmcwwufixm ...zmöqëwh xobm. mm". m ._.._mm<._. 1518 777 V5 omomß ooodm uümëflwc. ëflo... mmNKm ooNoo .xwtmozmc umíñws NN om om o aëzn. moQN- ooo.m- ov whmhoucmaxm NN om om Nßmmf ooN.mF vv oNw oo: mv Nmo. S 08.3 m mæw mm Nomfi oom§ N mwom .mm Sö; oov; F moow .mm wNñmN ooñmm N owow .Nm NmN S ooQmF F oQw .Nm .whoømøäëox >>v_ å Emtm Emtm ímtm ocEuwmtom .N :wnwh

Claims (1)

1. 0 15 20 25 30 518 777 19 PATENTKRAV Process för att till vätskeform överföra trycksatt metanrik gasström, omfattande stegen: (a) införande av gasströmmen i värmeväxlarkontakt med en första kylningscykel omfattande åtminstone ett kylningssteg där gasströmmens temperatur reduceras genom värmeutbyte med en första andel av ett första kylmedium för att producera en kyld gasström; (b) införande av den kylda gasströmmen till värmeväxlarkontakt med en andra kylningscykel omfattande åtminstone ett kylningssteg där temperaturen för den kylda gasströmmen ytterligare reduceras genom värmeutbyte med ett andra kylmedium för att producera till vätskeform överförd metanrik ström, varvid nämnda andra kylmedium har en kokpunkt som är lägre än det första kylmediets kokpunkt och det andra kylmediet partiellt kyls och kondenseras genom värmeutbyte med en andra andel av det första kylmediet för att producera en vätskeprodukt vid en temperatur över omkring -112°C (-170°F) och av tillräcklig tryck för att strömmen i vätskeform skall ligga vid eller under dess bubbelpunkt; och (c) införande av den till vätskeform överförda strömmen till en lagrlngsanordning för lagring vid en temperatur över omkring -112°C (-170°F). Process enligt krav 1, ytterligare omfattande steget av att till processen föra en bortkokningsgas resulterande från evaporering av den till vätskeform överförda naturgasen med temperatur över omkring -112°C (-170°F) och tillräcklig tryck för att hålla vätskeprodukten vid eller under dess bubbelpunkt, varvid bortkokningsgasen åtminstone partiellt överförs till vätskeform av processen för överföring till vätskeform. 10 15 20 25 30 sis 777 20 Process enligt krav 2, ytterligare omfattande steget av att separera bortkokningsgasen i en första ström och en andra ström, komprimering av den första strömmen och matning av den komprimerade första strömmen till processen för överföring till vätskeform innan åtminstone det sista kylningssteget i den andra kylningscykeln, varvid nämnda andra ström förs till en värmeväxlare för att värma den andra bortkokningsströmmen och kyla naturgasströmmen, med användning av den värmda andra bortkokningsströmmen som bränsle. Process enligt krav 3, omfattande steget av införande av den första strömmen av bortkokningsgasen till gasströmmen innan det sista steget i den andra kylningscykeln. Process enligt krav 3, ytterligare omfattande separering av bortkokningsgasen i en första ström och en andra ström, komprimering av den första strömmen och matning av den komprimerade första strömmen till en värmeväxlare, matning av den andra strömmen genom värmeväxlaren för att värma den andra strömmen och kyla den komprimerade första strömmen, och införing av den kylda komprimerade första strömmen till naturgasströmmen innan åtminstone det sista steget i den andra kylningscykeln. Process enligt krav 1, där gasströmmen innehåller metan och kolvätekomponenter tyngre än metan, ytterligare omfattande steget av avlägsning av dominerande andel av de tyngre kolvätena för att producera en gasström rik på metan och en vätskeström rik på de tyngre kolvätena, varefter strömmen av ånga överförs till vätskeform med processen i krav 1. 10 15 20 25 30 10. 11. 518 777 21 Process enligt krav 6, där vätskeströmmen som är rik på de tyngre kolvätena ytterligare fraktioneras för att ge ånga rik på etan, som kombineras med den metanrika strömmen. Process enligt krav 1, där överföring till vätskeform av gasströmmen utförs med användning av två slutna kylningscykler i kaskadarrangemang. Process enligt krav 1, där gasströmmen innehåller metan och kolvätekomponenter tyngre än metan, och efter steg (a) omfattande de ytterligare stegen av avlägsning av dominerande andel av de tyngre kolvätena för att producera en gasström väsentligen fri från kolväten med tre eller fler kolatomer, komprimering av ångströmmen, återigen kylning av gasströmmen i åtminstone ett kylningssteg med en tredje andel av kylmediet i den första kylningscykeln, och därefter fortsättning med steg (b) i krav

1. Process enligt krav 1, där den trycksatta metanrika gasströmmen har ett tryck över 3103 kPa (450 psia). Process för att till vätskeform överföra en naturgasström, omfattande stegen: (a) kylning av naturgasströmmen med en eller flera värmeväxlare medelst en första kylningscykel i ett kaskadkylningssystem med två cykler; (b) matning av den kylda naturgasen till en fasseparator för att producera en första ångström och en vätskeström; (c) matning av den flytande naturgasströmmen till en demetaniserare för att producera en andra ångström och en andra vätskeström; 10 15 s 1 s 777 iiiäï- 'i 22 (d) matning av den andra vätskeströmmen till en fraktioneringsanläggning för att producera kondensatprodukt, tillsattskylmedium och en tredje àngström; (e) kombination av den första ångströmmen, den andra ångströmmen och den tredje ångströmmen samt matning av den kombinerade ångströmmen till en eller flera värmeväxlare kylda av en andra kyiningscykel i kaskadkylningssystemet för att åtminstone partiellt till vätskeformen överföra den kombinerade ångströmmen; och (f) matning av den kombinerade ångströmmen i steg (e) till en expansionsanordning för produktion av till vätskeform överförd naturgas med en temperatur över omkring -112°C (-170°F) och tillräckligt tryck för att vätskeprodukten skall vara vid eller under dess bubbelpunkt.