NO161089B - Fremgangsmaate for flytendegjoering av naturgass samt apparatur for gjennomfoering av fremgangsmaaten. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte for forkjøl-ing, flytendegjøring og underkjøling av en metanrik råstoff-strøm ved bruk av to lukkede multikomponent kjølemiddelcyk-ler.

Oppfinnelsen angår videre en apparatur for gjennomføring av denne fremgangsmåte.

Naturgass utgjør en ekstremt renttrennende og effektiv kilde for brennstoff for mange industri- og forbrukerformål. Imidlertid befinner mange naturgasskilder seg fjernt fra de potensielle sluttbrukssteder. Selv om naturgass er et effektivt, lett brukbart brennstoff er det uøkonomisk å transportere det over store avstander på grunn av gassformig tilstand under omgivelsesbetingelser. Dette transportproblem er spesielt akutt når naturgass må transporteres fra et fjerntliggende produksjonssted over vesentlige avstander med vann før avlevering til sluttforbruksstedet.

Eksempler på dette er transport av naturgass på skip over havene. Det er uøkonomisk å transportere gassformig naturgass under slike betingelser. Lagring av store mengder naturgass er også uøkonomisk når gassen befinner seg i gassformig tilstand.

Når imidlertid naturgass er avkjølt til flytende tilstand for å gi en naturgassenhet med større densitet er det funnet at transport som ikke benytter rørledninger kan gjøres mer økonomisk. Tradisjonelt gjennomføres flyten-degjøring av naturgass for lagring og transport i et system som benytter en kjølemiddelcyklus eller flere slike der naturgassen avkjøles og gjøres flytende ved varmeveksling med slike kjølemidler. Den kjente teknikk har beskrevet at naturgass kan forkjøles mot en kjølemiddelcyklus eller flere slike der naturgassen avkjøles og gjøres flytende ved varmeveksling med slike kjølemidler. Den kjente teknikk har beskrevet at naturgass kan forkjøles mot en kjølemiddelcyklus mens den gjøres flytende og underkjøles mot en etterfølgende kjølemiddelcyklus som arbeider ved lavere temperatur enn den forkjølte kjølemiddelcyklus.

TJS-PS 3 763 658 er et eksempel på en slik. naturgassflyt-endegjøringscyklus. Patentet beskriver anvendelse av en enkeltkomponent propankjølemiddelcyklus for å forkjøle naturgass og en andre multikomponent-kjølemiddelcyklus for å flytendegjøre og underkjøle naturgassen. Den andre lav-temperaturkjølemlddelcyklus avkjøles også mot den første enkeltkomponent-forkjølte-kjølemiddelcyklus.

I US-PS 4 112 700 beskrives det en flytendegjøringsprosess som benytter et første multikomponentkjølemiddel omfattende 20% metan og 8056 propan og et andre multikomponent kjølemiddel omfattende nitrogen, metan, etan og propan. Patentet beskriver f lytendegjøring av det første kjølemiddel i dampfase mot det første kjølemiddel i flytende fase i den samme varmeveksling som benyttes for å forkjøle

natur-gassråstoffet til prosessen.

TJS-PS 4.181.174 beskriver en flytendegjøringsprosess som benytter en enkeltkomponent-første-kjølemiddelcyklus (propan), en andre multikomponentkjølemiddelcyklus (metan, etan, propan og butan) og eventuelt en tredje multikompo-nentkjølemiddelcyklus (metan og butan). Naturgass avkjøles og gjøres flytende mot kjølemidlene i en varmeveksler av platetypen.

I US-PS 4 274 84 9 beskrives det en fremgangsmåte der en gass gjøres flytende mot et hovedkjølemiddel av metan, etan og et stoff med et kokepunkt vesentlig lavere enn metanhydrokar-bonet. En andre hjelpekjølecyklus benyttes for å avkjøle hovedkjølecyklusen men avkjøler ikke den flytendegjorte gass i direkte varmeveksling. Denne andre kjølemiddelcyklus omfatter en to-komponentblanding valgt blant metan, etan, propan eller butan. Umettede eller forgrenede former av hydrokarbonene kan også benyttes.

US-PS 4 229 195 beskriver en fremgangsmåte for flytende-gjøring av naturgass ved bruk av et første kjølemiddel av etan og propan og et andre kjølemiddel av nitrogen, metan, etan og propan. Naturgassråstoffet til prosessen deles i flere strømmer før eventuell flytendegjøring.

US-PS 4 339 253 beskriver en fremgangsmåte for flytendegjør-ing av en gass ved bruk av to kjølecykler i en underkjølings-varmevekslerkrets. KompressJonsbehovene reduseres ved faseseparering og pumping og komprimering av de respektive flytende og gassformige faser. Hvert kjølemiddel kan være et multikomponent-kjølemiddel.

Etterhvert som energikravene blir mer stringente for flytendegjøring av naturgass på produktstedet for å gjøre den transportabel til et sluttforbrukssted må flytendegjø-ringsprosessen og apparaturen nødvendigvis bli mer effektiv for flytendegjøring av naturgass. Bruken av forskjellige kjølemiddelkombinasjoner har vært forsøkt i den kjente teknikk for å oppnå flytendegjøring av naturgass på effektiv måte i en prosess og en apparatur som krever de minste kapitalutgifter og det lavest mulige energiopp-bud. For å kunne holde naturgass som konkurransedyktig brennstoff er alle disse kriterier for behandling av naturgass viktige. Foreliggende oppfinnelse angår disse gjenstander ved tilveiebringelse av en effektiv flytende-gjøringsprosses med redusert kapitalbehov og forenklet apparatur og vedlikehold.

Oppfinnelsen er rettet mot en prosess for forkjøling, flytendegjøring og underkjøling av en metanrik matestrøm slik som naturgass ved bruk av to lukkede kretser i form av multikomponentkjølekretser der en overatmosfærisk matestrøm forkjøles mot et første multikomponentkjølemiddel omfattende en binær blanding av propan og butan i en varmeveksler som gir medstrøm for kjølemidlet uten vesentlig tilbakeblanding av væskefase og dampfase i kjølemidlet. Den forkjølte matestrøm avkjøles og gjøres flytende mot et andre multikom-ponentkjølemiddel omfattende nitrogen, metan, etan, propan og butan. Den flytendegjorte matestrøm underkjøles deretter mot det andre multikomponentkjølemiddel før trykkreduksjon for å gjenvinne en dampformig brennstoffgass-strøm og et flytende naturgassprodukt av LNG. Etter avkjøling av matestrømmen gir det første multikomponentkjølemiddel et komprimerings-trykk som er høyt nok til å bevirke totalkondensering av kjølemidlet med omgivelsesvann i en etterkjøler-kondensator. Kjølemidlet etterkjøles og separeres i en kjølemiddel-sidestrøm og gjenværende kjølemiddelstrøm der den siste underkastes trykkreduksjon til en relativt høy avkjølingstem-peratur ved flashing for å forkjøle matestrømmen før tilbakeføring. Kjølemiddelstrømmen trykkreduseres også ved flashing og separeres i en andre kjølemiddelstrøm og en andre gjenværende kjølemiddelstrøm som flashes til et mellomliggende temperaturnivå og videre avkjøler matestrømmen før tilbakeføring. Den andre sidestrøm trykkreduseres ved flashing for å tilveiebringe lavnivåtemperatur for kjølingen av matestrømmen før tilbakeføring for rekomprimering. Dette er en flashkjølecyklus der redusert temperatur oppnås ved flashtrykkreduksjon uten varmeveksling av kjølemidlet mot seg selv. Det andre multikomponentkjølemiddel komprimeres til et trykk innen området ca. 38,6 til 59,8 kg/cm<2> manometer-trykk og etterkjøles mot ytre kjølemidler og ytterligere mot det første multikomponentkjølemiddel. Det andre multikom-ponentkjølemiddel avkjøles mot seg selv og trykkreduseres for å tilveiebringe den lavtemperaturavkjøling av matestrømmen som er nødvendig for å flytendegjøre og underkjøle matestrøm-men før kjølemidlet tilbakeføres for omkomprimering. Dette er en underkjølt kjølemiddelcyklus som benytter intern avkjøling !av kjødemiddel og flashing for å redusere kjølemid-del temperatur en.

Fortrinnsvis rekomprimeres det første multikomponentkjølemid-del og det andre multikomponentkjølemiddel i trinn.

Fortrinnsvis oppvarmes brennstoffgass-strømmen mot en del av det andre multikomponentkjølemiddel for å gjenvinne kjølepo-tensialet fra brennstoffgassen.

Eventuelt strømmer det første multikomponentkjølemiddel nedover gjennom en plate- og finnevarmeveksler i multiple trinn for å forkjøle den metanrike eller naturgasstrømmen.

Foreliggende oppfinnelse er også rettet mot et system eller en apparatur for forkjøling, flytendegjøring og underkjøling av en metanrik matestrøm ved bruk av to lukkede kretser med multikomponentkjølemiddelcykler. Systemet omfatter en flertrinnsplate- og finnevarmeveksler utstyrt med forskjellige temperaturnivåer for et første multikomponentkjølemiddel og med passasjer for forkjøling av en metanrik matestrøm mot det nevnte kjølemiddel hvorved kjølemidlet omfatter en binær blanding av propan og butan hvori varmeveksleren tillater medstrømning av kjølemiddelfåsene uten vesentlig tilbakeblanding av den flytende fase med dampfasen, en andre multitrinnvarmeveksler for flytendegjøring og underkjøling av den på forhånd avkjølte metanrike damp mot et andre multikom-ponentkjølemiddel omfattende nitrogen, metan, etan, propan og butan, separatorbeholder for separering av et dampfasebrenn-stoff fra den flytende metanrike strøm fra nevnte andre varmeveksler etter at strømmen er trykkredusert, midler for å transportere denne flytende metanrike strøm til lagring eller eksport, en flertrinnskompressor for komprimering av det første multikomponentkjølemiddel, en etterkjøler for reduksjon av temperaturen i det komprimerte første multikom-ponentkjølemiddel til en første lav temperatur, midler for flashing og transport av separerte strømmer av nevnte første multikomponentkjølemiddel ved forskjellige reduserte temperaturer til nevnte flertrinnsvarmevekslere for forkjøl-ing av matestrømmen i trinn, midler for tilbakeføringn av oppvarmet og fordampet første multikomponentkjølemiddel til nevnte flertrinnskompressor, en kompressor for komprimering av det andre multikomponent kjølemiddel, midler for transport av komprimert andre multikomponentmiddel gjennom en etter-kjøler og forkjølervarmeveksleren for å avkjøle det andre kjølemiddel, en separatorbeholder for å separere nevnte andre multikomponentkjølemiddel i en dampfase og en væskefase, midler for separat å transportere fasene av det andre multikomponentkjølemiddel til den andre f lertrinnsvarme-veksler for å underkjøle kjølemidlet mot en andel av seg selv og å flytendegjøre og underkjøle den metanrike matestrøm, og midler for tilbakeføring av oppvarmet andre multikomponent-kjølemiddel til kompressoren.

Fortrinnsvis omfatter<1> midlene for transport av separate strømmer av det første multikomponente kjølemiddel.

I henhold til dette angår foreliggende oppfinnelse en fremgangsmåte av den innledningsvis nevnte art og fremgangsmåten karakteriseres ved det som fremgår av den kjennetegnende del av krav 1.

I tillegg til dette angår oppfinnelsen også en apparatur for gjennomføring av fremgangsmåten som nevnt ovenfor og denne fremgangsmåte karakteriseres ved det som fremgår av den kjennetegnende del i krav 9.

Oppfinnelsen skal forklares nærmere under henvisning til den ledsagende tegning.

Produksjonen av LNG i en tokjølercyklus flytendegjøringspro-sess har det vært ansett ønskelig å skifte kjølebelastningen mellom forkjølingskjølemiddelcyklusen og lavtemperaturkjøle-middelcyklusen som gjennomfører den virkelige flytendegjøring og underkjøling av mategassen. Kjølemiddelbelastningene har vært skiftet fra forkjølingscyklusen der et enkelt-komponentkjølemiddel slik som propan har vært brukt, til lavtemperatur- eller etterkjølingscyklusen for å balansere kompressjonsbelastningene og mer spesielt kompressjonsap-paraturen i det totale system. Dette minimaliserer mengden av forskjellige deler som er nødvendige for drift og vedlikehold av utstyret. Ved skifting av kjølebelastningen fra forkjølinscyklusen oppstår det et effektivitetstap. Ved å benytte et blandet kjølemiddel i forkjølingscyklusen oppnås et visst nivå i friheten av å foreta kjølemiddelbelastnings-Justeringer for å minimalisere eller unngå krafteffek-tivitetstapet. Foreliggende oppfinnelse viser uventet at en kjølemiddelkomponent som er tyngre enn propan, nemlig butan, kan benyttes fordelaktig i blanding med propan i forkjølings-kjølemiddelcyklusen. Imidlertid er bruken av blandede kjølemidler i forkjølingscyklusen ikke uten problemer. Ved fordamping av flytende kjølemiddel under varmeveksling med matestrømmen som skal avkjøles må den økede konsentrasjon av den tyngre komponent i fordampingstrinnet unngås for å forhindre variasjoner i temperaturen i varmeveksleren der fordampningen av kjølemidler skjer. Derfor er den tradi-sjonelle kjedeomkoketypen av kappevarmevekslere som kan benyttes for enkeltkomponentkjølemidler ikke effektive for bruk med en binær kjølemiddelblanding slik som propan- og butanforkjølingsmidlet som beskrives. For dette formål er det funnet at den plate- og finnevarmeveksler hvor multikom-ponentfordampingskjølemidlet i varmeveksleren strømmer i medstrøm for å unngå vesentlig tilbakeblanding av flytende fasekjølemiddel med dampfasekjølemiddel, er vesentlig for den tilstrekkelige ytelse av prosessen. Fortrinnsvis strømmer forkjølingsblandet kjølemiddel nedover en slike plate- og finnevarmeveksler under forkjølingen av matestrømmen slik at det flytende kjølemiddel beveger seg nedover sammen med fordampet kjølemiddel i en enhetlig blandet kjølemiddelstrøm. Dette unngår uakseptabel økning i temperaturen som ellers ville skje på grunn av for stor konsentrasjon av den tyngre komponent i lokaliserte områder i det blandede kjølemiddel. En slik virkning ville oppstå i en kjeleomkoker der all kokende væske blandes <p>g koker 1 det vesentlige ved konstant temperatur, det vil sl kjølemlddelblandlngens duggpunkt.

I den nedoverrettede tofasekjølemiddelstrøm kan det ikke skje noen tilbakeblanding av flytende kjølemiddel. I oppover-strømmen som det imidlertid kan være fordelaktig å tenke på, kan den flytende fase; av kjølemidler eventuelt bevege seg tilbake på grunn av tyngdekraften og således resultere i tilbakeblanding av varmere væske, mer konsentrert på butan, med kaldere væsker som er mindre konsentrerte på butan. Mengden væske som tillates tilbakevasking og tilbakeblanding påvirker T-H (temperatur/entalpi) kurven for det oppvarmede kjølemiddel, noe som forårsaker at oppvarmingskurven nærmer seg avkjølingsstrømkurven. Den største mengde tilbakeblanding kan inntre ved innløpet for hver kokende kjølemiddel-varmevekslertrinn. Ved Innløpet er det den minste mengde damp for å løfte væsken mens, etter hvert som kokingen skrider fremover i varmeveksleren, ytterligere damp dannes for å løfte væsken med mer motvirkende tyngdekraft. Ved å begrense strømnlngsarealet for varmevekslerpassasje for kokende kjølemiddel kan væskeløftekraften økes. Løftekraften må kontrolleres ved [egnet varmevekslerkonstruksjon for å unngå vesentlig væskétilbakeblanding. Konstruksjonen bør begrense en tilnærming av oppvarmings- og avkjølings T-H-kurvene, fortrinnsvis til en temperaturforskjell mellom 0,5 og 1,5°C, eller i det! minste å begrense tilnærmingen til en

t

meget liten del av en| grad C. Ved å holde utstyrskonstruk-i

sjonen og driftsbetingelsene innen disse grenser unngår man vesentlig tilbakeblanding av flytende kjølemiddelfase med dampkjølemiddelfase.

i

Det unike binære kjølemiddel som anvendes ifølge oppfinnelsen er funnet å tilveiebringe betydelig forbedret kjølemidlere effektivitet når det j drives i en flashkjølemiddelcyklus i motsetning til en unjderkjølingskjølecyklus. Flashcyklusen ifølge oppfinnelsen omfatter den fremgangsmåte og apparatur som er nødvendig for å sirkulere kjølemidlet til forskjellige individuelle temperatur- og trykknivåer for varmeveksling, eller trinn i avkjøling av råstoffstrømmen ved bruk av ventiler som hurtig reduserer trykket i det komprimerte eller høytrykkskjølemiddel for på denne måte å avkjøle kjølemidlet. Ventilene befinner seg i hver matelinje for kjølemiddel til de individuelle trinn av forkjølingsvarmeveksleren. Dette tillater effektiv og spesifikk avkjøling av den del av kjølemidlet som er nødvendig for det spesielle varmeveksler-trinn. Kombinasjonen av binærblandingen propan/butan-forkjølingskjølemiddel i en slik flashkjølemiddelcyklus har vist seg å være spesielt effektiv for å tilveiebringe avkjøling og å tilveiebringe en frihetsmulighet ved konstruk-sjon av belastningene for det totale LNG-anlegg.

Flashcyklusen bruker hurtig trykkreduksjon eller flashing men varmeveksler ikke mot noen annen del av det samme kjølemiddel for å nå den ønskede lave temperatur. Flashcyklusen står I kontrast til en underkjølingscyklus som kan benytte både trykkreduksjon og varmeveksling mot en annen del av det samme kjølemidlet for å oppnå den ønskede lave temperatur.

Oppfinnelsen skal nå beskrives i større detalj under henvisning til fig. 1. En metanrik matestrøm omfattende naturgass med en sammensetning på ca. 9b<& metan, 1,8# etan, 1# nitrogen, 0.65É propan og resten høyere hydrokarboner tilmåtes under et trykk på 44,3 kg/cm<2> ved ca. 22° C i rørledning 1. Matestrømmen avkjøles til å begynne med en varmeveksler 2 mot en sidestrøm av forkjølingskjølemidlet for å kondensere hovedandelen av medrevet vann før tørking i tørkeren 3. Tørkeren 3 kan bestående av skiftende absor-berende sjikt eller andre kjente systemer for å fjerne gjenværende dampformig fuktighet fra en gass-strøm. For å reaktivere skiftet sjiktapparaturen, noe som er foretrukket, gjenninføres en reaktiveringsgasstilbakeføringsstrøm til matestrømmen gjennom rørledning 4. Den tørre matestrøm i rørledning 5 tilføres så til en flertrinns<*> plate- og finnevarmeveksler 6 der matestrømmen avkjøles i dens passasjer med en progressiv serie på 3 trinn 38, 44, 48 mot høy-, middels- og lavtemperatur- og -trykknivåforkjølings-eller første nraltikomponent kjølemiddel i en flashkjølemid-delcyklus. Forkjølingsmidlet omfatter en binær blanding av propan og butan. Propanene utgjør ca. 8656 av kjølemidlet mens de gjenværende 14$ er butan. Matestrømmen avkjøles mot forkjølingskjølemidlet I det første trinn av varmeveksleren 6 på en høynivåtemperatur på 5°C. Matestrømmen avkjøles mot det andre trinn av forkjølingskjølemidlet i varmeveksleren 6 på et midlere temperaturnivå på -7*C. Matestrømmen avkjøles så mot forkjølingskjølemidlet på et lavtemperaturnivå på-24°C, noe som bevirker en sluttemperatur i den progressive temperaturreduksjon i matestrømmen fra varmeveksleren 6 i rørledningen 7 på -22°C. Varmeveksleren har passasjer konstruert til å gi nedoverrettet medstrøm for væske og damp uten tilbakeblanding av væske inne i dampfasen.

Matestrømmen i rørledning 7 tilføres så til en vaskekolonne 8 for å bevirke separering av en overveiende metandampfase 11 i matestrømmen og en høyerekarbonholdig flytende fase 19 fra matestrømmen. Vaskekblonnen drives av omkokeren 10 i bunnen av kolonnen mot en ekstern oppvarmingsvæske, varmevekslingen av en sidestrøm 9 fra vaskekolonnen 8 i en varmeveksler 51 drives med en andel åv sidestrømmen 37 av forkjølingskjøle-midlet og til slutt av tilbakeløpet av en del av dampfasen 11 av matestrømmen som føres tilbake til vaskekolonnen i rørledning 15 etter avkjøling mot et andre kjølemiddel.

Dampfasematestrømmen i rørledning 11 innføres i en andre flertrinnsvarmeveksler omfattende en trebunters 69, 70 og 71 viklingsvarmeveksler 12 som drives med den andre multikom-ponentkjølemiddel. Det andre multikomponentkjølemiddel består av ca. 52$ etan, 38,556 metan, 4,456 propan, 356 butan og 1 ,756 nitrogen. Dampf asematestrømmen 1 rørledning 11 avkjøles til å begynne med i varmeveksleren mot denne andre kjølemid-delcyklus 1 den varmebunt 71 i vikliingsvarmeveksleren 12. Matestrømmen fjernes så i rørledning 13 og fasesepareres i separatorbeholderen 14. Væskefasen tilbakeføres i rørledning 15 som tilbakeløp for vaskekolonnen 8. Dampfasen fjernes i rørledning 16 og en del av dampfasen kan fjernes i rørledning 17 som metankomponent av kjølemiddeloppfriskning for den andre kjølemiddelcyklus. Den gjenværende matestrøm i rørledning 16 gjeninnføres så i varmeveksleren 12 1 bunten 70 på det mellomliggende temperaturnivå. Matestrømmen gjøres så flytende i denne bunt og trykkreduseres så gjennom ventilen 18 før den gjeninnføres i varmeveksleren 12. Den flytende fase av matestrømmen fra vaskekolonnen 8 gjeninnføres i rørledning 19. Denne strøm inneholder høyere hydrokarboner slik som etan, propan og høyere alkylhydrokar-boner. En andel av disse høyere hydrokarboner fjernes fra væskefasen av matestrømmen i en destlllatlv separering ved bruk av en destillasjonsapparatur 20 som drives av en varmevekler 21 som drives av en del av forkjølingskjøle-mlddelcyklusen. Etan, propan og høyere alkylhydrokarbonkon-densater fjernes fra den flytende fase av matestrømmen ved denne destillasjonsseparering. Erstatningskjølemiddel for den første og andre kjølemiddelcyklus kan fjernes fra denne destillasjonsapparatur. Den gjenværende flytende matestrøm i rørledning 22 avkjøles som en væske i viklingsvarmeveksleren 12 i den første eller varmebunt 71 og den mellomliggende bunt 70 før den kombineres med den opprinnelige dampfasematestrøm i rørledning 16. Begge strømmer i den flytende fase i rørledning 23 underkjøles så ved ytterligere varmeveksling i den tredje lavtemperaturbunt 69 før fjerning fra varmeveksleren 12. Flytendegjort og underkjølt matestrøm trykkreduseres og innføres i en separatorbeholder 24. En brennstoffgass fjernes som en dampfasefraksjon i rørledning 25 mens den overveiende mengde av matestrømmen fjernes som flytende fase og pumpes i pumpen 27 til lagring i en oppholdsbeholder 28. Det flytendegjorte produkt i form av LNG kan fjernes for eksport eller bruk av en hvilken som helst måte f. eks. via rørledning 29. Brenngassen i rørledningen 25 oppvarmes i varmeveksleren 66 mot en dampfaseandel av det! andre kjølemiddel for å gjenvinne kjølekraften fra brenngassen. Brenngassen kan så kombineress med damp ifra lagringen av LNG i beholderen 28, en damp som fjernes i rørledning 30. De kombinerte fordampede brenngass-strømmer kan fjernes i rørledning 26. Brenngassen kan benyttes for å drive LNG anlegget.

Det første propan- og butanmultikomponentkjølemiddel i forkjøllngs-flash-kjølecyklusen komprimeres i en flertrinnskompressor 31 til et høyt trykk innen området ca. 75 til 250 psia. Fortrinnsvis omfatter kompressorene tre kompressjons-trinn. Det varme, komprimerte forkjølingskjølemiddel etterkjøles og kondenseres totalt i en etterkjøler eller varmeveksler 32 mot en ytre kjølevæskekilde slik som f. eks. kjølevann. Dette første multikomponentkjølemiddel avleveres så til et matereservoar 33. Det første multikomponentkjøle-middel underkjøles så i en varmeveksler 34 tilsvarende varmeveksleren 32. Det underkjølte første multikomponent-kjølemiddel som nå er i rørledning 35 separeres i en kjølemiddelsidestrøm 36 og en gjenværende kjølemiddelstrøm som fremdeles er i rørledning 35. Den gjenværende kjølemid-delstrøm trykkreduseres ved flashing gjennom en ventil for ytterligere å avkjøle kjølemidlet som så føres gjennom det første eller varme (høynivå) trinn 38 i varmeveksleren 6 for første forkjøling av den metanrike matestrøm så vel som det andre multikomponentkjølemiddel før forkjølingskjølemidlet tilbakeføres for kompresjon i rørledning 39. Kjølemidlet i rørledning 39 fordampes igjen og mates til separatorbeholderen 40.

Sidestrømmen av det første multikomponentkjølemiddel i rørledning 36 trykkreguleres ved flashing gjennom en ventil og mates også til separatorbeholderen 40. Dampfasekjølemid-let avkjøler den gjenværende flytende fase før dampingen tilbakeføres for rekomprimering i rørledning 41. Væske-fasekjølemidler, nå ytterligere avkjølt, mates gjennom rørledning 42 til varmeveksleren 6. En andre kjølemid-delstrøm fjernes i rørledning 3 og en resulterende andre gjenværende kjølemiddelstrøm trykkreduseres ved flashing gjennom en ventil i rørledningen 42 og mates til det mellomliggende trinn 44 i varmeveksleren 6. Dette kjølemid-del innføres til varmeveksleren ved ca. -7°C (mellomliggende nivå) og avkjøler ytterligere den metanrike matestrøm og det andre multikomponente kjølemiddel i varmeveksleren før det i det minste partsielt refordampes og tilbakeføres for rekomprimering i rørledning 45.

Den andre kjølemiddelsidestrøm i rørledning 43 trykkreduseres ved flashing gjennom en ventil for å avkjøle kjølemidlet og mates så til en separatorbeholder 46. Dampfasekjølemidlet i denne beholder 46 tilbakeføres for rekomprimering i rørled-ning 47. Væskefasekjølemidlet i rørledningen 46 fjernes fra bunnen av beholderen 46 og en andel av kjølemidlet trykkreduseres ved flashing gjennom en ventil 74 før den innføres til det kalde (lavnivå) eller slutt-trinn 48 i varmeveksleren 6 ved ca. -24°C. Dette kjølemiddel befinner seg ved det laveste trykk av forkjølingscyklusen og gir den siste forkjøling av den metanrike matestrøm så vel som det andre multikomponentkjølemiddel. Denne metanrike matestrømm trer ut fra denne varmeveksler 6 ved -22°C. Det oppvarmede og totalt fordampede kjølemiddel fra det kalde trinn 48 tilbakeføres i rørledning 49 for omkomprimering i kompressoren 31. En andel av kjølemidlet i rørledning 35 fjernes i rørledning 37 for avkjølingsformål i den første varmeveksler 2 ved hjelp av en sidestrøm av kjølemidlet fra rørledningen 37 i rørledning 50. Den gjenværende del av kjølemidlet i rørledning 37 benyttes for omkoking av vaskekolonnen 8 ved hjelp av varmeveksling i varmeveksleren 51. Kjølemidlet tilbakeføres så og kombineres med kjølemiddel i rørledning 45 via rørledningen 52. En andel av kjølemidlet i den flytende fase fra beholderen 46 avdeles også til destillasjonsap-paraturen 20 for anvendelse i varmeveksleren 21 før til-bakeføring til kjølemlddelstrømmen i rørledning 49 via rørledningen 73.

Den andre multikomponentkjølemiddelstrøm som omfatter ca. 5256 etan, 38,556 metan, 4 ,456 propan, 356 butan og 1 ,756 nitrogen komprimeres og etterkjøles trinnvis gjennom kompressoren 53, etterkjøleren eller varmeveksleren 54 tilført en ytre kjølevæske slik som vann, kompressoren 55 og etterkjølings-varmevekslere 56 og 57 som arbeider på en måte tilsvarende veksleren 54. Kjølemidlet komprimeres til høyt trykk innen området 32,2 til 59,8 . kg/cm<2> man. Det andre multikom-ponentkjølemiddel blir i tillegg etterkjølt i trinn i den første varmeveksler 6 ■ i rørledningen 58 mot det første multikomponentkjølemiddel. Det andre multikomponentkjølemid-del trer ut av varmeveksleren 6 ved -22°C i rørledningen 59. Det andre multikomponentkjølemiddel fasesepareres i separatorbeholderen 60. Væskefasen av det andre multikomponent-kjølemiddel avgis til varmeveksleren 12 i rørledning 61 og avkjøles mot seg selv i de varme eller mellomliggende bunter 71 og 70 før trykkreduksjon og innføring til kappen i varmeveksleren gjennom rørledningen 62 i form av en spray av kjølemidlet som beveger seg nedover over den varme og mellomliggende bunt og avkjøler og flytendegjør den metanrike matestrøm. I dampfasen i det andre multikomponentkjølemiddel fra beholderen 60 spaltes i en sidestrøm 63 og en gjenværende strøm 65. Sidestrømmen J63 avkjøles mot en andel av det samme kjølemiddel i buntene 70 og 71 og den kalde bunt 69 før fjerning fra varmeveksleren 12 og trykkreduksjon gjennom ventilen 64. Den gjenværende strøm i rørledningen 65 avkjøles i varmeveksleren 66 mot brennstoffgass i rørledning 25 som fjernes fra flytendegjøringsproduktet. Den avkjølte gjenværende kjølemiddelstrøm i rørledning 67 trykkreduseres og kombineres med strømmen i rørledningen 64. Den kombinerte strøm innføres så til toppen av varmeveksleren 12 i rørled-ningen 68 som en spray, som synker nedover den kalde bunten 69, mellom bunten 70 og den varme bunt 71 og avkjøler den metanrike matestrøm og gjør flytende og underkjøler strømmen i en serietrinnvarmeveksler. Det fordampede andre multikom-ponentkjølemiddel fjernes fra bunnen av varmeveksleren 12 1 rørledningen 72 for omkomprimering.

Den beskrevne prosess gir en unik og effektiv metode og apparatur for flytendegjøring av naturgass, spesielt der det er ønskelig å flytte kjølebelastningen til forkjølingskjøle-cyklusen fra den andre kjølecyklus. Vanligvis blir driv-belastningene for kompressorene for forkjølings- og andre kjølemiddelcykler balansert med et antall kompressorer for forkjølingskjølemiddel og et annet antall kompressorer for lavnivåmultikomponent underkjølt kjølemiddel. Til tider kan LNG anlegget kreve et forskjellig antall drivkrefter eller omglvelsesbetingelsene for LNG-anlegget som befinner seg i et kaldt værlag kan resultere i en ubalanse på kompressor-belastningen slik at denne ikke. stemmer overens med kapasi-teten for et gitt antall kompressordrivere. Når et tilfelle krever like drivebelastninger slik som for å redusere mengden ulikt utstyr (kompressordrivere), tvinge den nødvendige skifting av kjølemiddelbelastning for tilpassing til utstyret sugetrykket i kjølemiddelcyklusen oppover, noe som gjør cyklusen og i dette tilfellet forkjølingscyklusen, mindre effektiv. Endring av forkjølingscyklus fra et enkeltkom-ponentkjølemiddel til et blandet komponentkjølemiddel av propan og butan har tilveiebragt et betydelig nivå av prosesseffektivitet ved å bringe sugetrykket tilbake til nær omgivelsestrykket mens man tillater tilpasning av driver-belastning og driverutstyr for kjølecyklene. Sammenlignet med et totalt LNG-anlegg med propanforkjølingskjølemiddel-multikomponent-underkjølingsmiddelscyklus ble propan-butan-flash-forkjølingscyklusen funnet å være 2,7$ mer krafteffek-tiv og hadde evnen til å øke produksjonen med 3,556. Den individuelle propan-butan-forkjølingscyklus viste isolert en innsparelse på ca. 2500 hestekrefter eller 9,956 i forhold til den kjente propanforkjølingscyklus.

Propan-butan forkjølingscyklusen, benyttet i et LNG-anlegg med en multikomponent-underkjølingsmiddelcyklus, er vist å gi effektiviteter i forhold til et propan-forkjøllngs-multikom-ponentforkjølings-LNG-anlegg, såvel som et multikomponentfor-kjølings-multikomponentunderkjølings-LNG-anlegg som beskrevet i US-PS 4 274 849. Forbedringene er vist i Tabell 1 nedenfor.

Bruken av butan som komponent i en forkjølingskjølemiddelcyk-lus gir en enorm kapasitet til å redusere den nødvendige kjølemiddelstrøm i forkjølingscyklusen på grunn av den høyere latente fordampingsvarme1 i butankomponenten. Dette kombinert med et lavere spesifikt varmeforhold resulterer i en lavere kompressjonskraft og en evne til å redusere forkjøllngskom-pressorsugetrykket. Sugetrykket på kompressoren i forkjøl-ingscyklusen i et typisk propankjølemiddelsystem går opp når man forsøker å balansere belastningen mellom forkjølings-og underkjølingscyklusene ved å skifte belastningen fra forkjølingssystemet. Sugetrykk vesentlig over atmosfærisk trykk reduserer kjølemiddelcyklusens effektivitet. Tilset-ningen av butan til propan forkjølingscyklusen i et LNG-anlegg reduserer sugetrykket til kompressorinngangen ned til omtrent over det atmosfæriske og til effektiv driv uten å forandre den ønskede temperatur i forkjølingscyklusen. Ved å bruke en tung komponent slik som butan i forkjølingscyklusen er det nødvendig å unngå lokalisert endring i kjølemiddel-sammensetningen. Bruken av en varmevekslerapparatur der forkjølingskjølemiddelblandingen tvinges til å strømme medstrøms uten vesentlig tilbakeblanding av den flytende andel av kjølemidlet er nødvendig for å opprettholde den minimale kjølemlddeltemperatur som ønskes i varmeveksleren.

En komponent så tung som butan vil når den benyttes sammen med propan ha en tendens til å forbli flytende mens propanet vil ha en tendens til å fordampe hurtigere enn butan. I de individuelle trinn i varmeveksleren foreligger det derfor en mulighet med et slikt blandet kjølemiddel at det kan oppstå en lokal forandring i sammensetningen av kjølemidlet som absorberer varme fra de avkjølende matestrømmer. En øket andel butan vil gi en større mengde varmeabsorpsjon på grunn av endringen av kjølemiddelsammensetningen og dette tillater at temperaturen i en individuell bunt eventuelt stiger i stedet for å forbli stabil under en tilstand av kontinuerlig fordamping. Foreliggende oppfinnelse unngår, ved å benytte en varmeveksler med medstrømsstrømning og fortrinnsvis en nedoverrettet strøm av kjølemiddel gjennom varmeveksleren, denne potensielle mangel ved bruk av blandet kjølemiddel og spesielt butan i forkjølingscyklusen.

Optimalt praktiseres oppfinnelsen med en plate- og finnevarmeveksler der kjølemidler strømmer nedover medstrøms gjennom passasjene i veksleren for å unngå en øket konsentrasjon av butan på grunn av tilbakeblanding eller akkumulativ koking. Dette gir en unik driftskapasitet for flytendegjøringsskjemaet ifølge oppfinnelsen idet forkjøl-ingskjølemiddelsammensetningen av propan og butan tillater en større grad av justering av cyklusen til de spesielle rådende omstendigheter og spesielt til likevekten mellom kompressor-belastningene for de forskjellige cykler. Vanligvis gir likevektsdannelse av kompressjonsbelastningene en ineffek-tivitetsfaktor i forkjølingscyklusen, noe som er vanskelig å eliminere med de kjente forkjøllngskjølemldler.

Oppfinnelsen er beskrevet med henvisning til en spesiell utførelsesform. Det skal imidlertid være klart for fagmannen at man kan foreta forandringer av oppfinnelsen uten å gå utenfor oppfinnelsens ramme slik den defineres av de ledsagende krav.

Claims (12)

1. Fremgangsmåte for forkjøling, flytendegjøring og underkjøling av en metanrik råstoffstrøm ved bruk av to lukkede multikom-ponentkjølemiddelcykler, karakterisert ved at den omfatter: a) forkjøling av en gassformig overatmosfærisk, metanrik matestrøm (1) mot et første multikomponent kjølemiddel omfattende en binær blanding av propan og butan i en progressiv serie (38, 44, 48) av varmevekslere i en første varmeveksler (6) som tilveiebringer medstrøm forkjølemiddelfasene uten vesentlig tilbakeblanding av væskefasen i kjølemiddel med dampfasen i kjølemidlet og hvor kjølemidlet avkjøles i en flash-avkjølingscyklus der kjølemidlet flashes til progressivt lavere temperaturer og trykk; b) flytendegjøring av den forkjølte metanrike strøm (7) i en første varmeveksling (71) i en andre varmeveksler (12) mot et andre multikomponentkjølemiddel (59) omfattende nitrogen, metan, etan, propan og butan hvor kjølemidlet avkjøles i en underkjølingskjølecyklus ved trykkreduksjon og varmeveksling mot seg selv; c) underkjøling av den flytendegjorte metanrike strøm (16) i et ytterligere varmevekslingstrinn (70, 69) mot det andre multikomponentkjølemiddel hvori kjølemidlet er avkjølt i en underkjølingskjølemiddelcyklus; d) komprimering (31) av det første multikomponentkjølemid-del til et trykk innen området 75 til 250 psi og etterkjøling (32) av komprimert kjølemiddel mot en ekstern kjølevæske; e) separering av nevnte første multikomponentkjølemiddel i en kjølemiddel-sidestrøm (38) og en gjenværende kjølemiddelstrøm (37) som trykkreduseres ved flashing og som forkjøler den metanrike matestrøm 1 varmeveksleren til et første relativt høyt temperaturnivå før tilbakeføring til rekomprimering; f) reduksjon av trykket ved flashing på kjølemiddel-sidestrømmen (36) og separering av denne til en dampfase (41) som tilbakeføres til rekomprimering og et flytende kjølemiddel (42); g) separering av nevnte flytende kjølemiddel fra trinn f) til en andre kjølemiddelstrøm (43) og en andre gjenværende kjølemiddelstrøm som trykkreduseres ved flashing og ytterligere forkjøler den metanrike matestrøm til et mellomliggende temperaturnivå i varmeveksleren (44) før tilbakeføring (45) for rekomprimering; h) redusering av trykket ved flashing på den andre kjølemiddelsidestrøm (43) og separering av denne i en dampfase (47) som tilbakeføres for rekomprimering og et flytende kjølemiddel; i) ytterligere reduksjon av trykket ved flashing (74) på det flytende kjølemiddel i den andre sidestrøm og forkjøling av den metanrike matestrøm til et lavt temperaturnivå i varmeveksleren (48) før tilbakeføring av kjølemidlet (49) for rekomprimering; j) komprimering (53, 55) av det andre multikomponentkjøle-midlet fra trinn b) til ét trykk innen området 450 til 850 psia og etterkjøling (54, 56, 57) av dette mot en ytre kjølevæske; k) ytterligere avkjøling av det andre multikomponent kjølemiddel mot det første multikomponent kjølemiddel i den første varmeveksler (6); 1) redusering av trykket på det andre multikomponentkjøle-middel og varmeveksling (12) av kjølemidlet mot en andel av seg selv for avkjøling av det før det føres i varmevekslingskommunikasjon mot den metanrike matestrøm for å gjøre denne flytende og underkjøle den og deretter å tilbakeføre kjølemidlet for rekomprimering.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1,karakterisert ved at det første multikomponentkjølemidlet komprimeres trinnvis.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 2,karakterisert ved at det andre multikomponentkjølemidlet komprimeres i et antall trinn med mellomtrlnnsavkjøling av kjølemidlet mellom kompresjonstrinnene.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1,karakterisert ved at det første multikomponentkjølemiddel forkjøler den metanrike matestrøm i en i og for seg kjent plate-finnevarmeveksler.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 1,karakterisert ved at det første multikomponentkjølemiddel strømmer nedover gjennom platefinnevarmeveksleren.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 1,karakterisert ved at den underkjølte metanrike strøm fra trinn c) trykkreduseres for å separere en dampfase som brennstoffgass og en væskefase som metanrike produkt.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 6,karakter! sert ved at brennstoffgassen oppvarmes mot det andre multikomponent kjølemiddel.

8. Fremgangsmåte ifølge krav 6,karakterisert ved at brenngassen benyttes for å tilveiebringe kraft for flytendegjøringsprosessen.

9. Apparatur for gjennomføring av fremgangsmåten ifølge krav 1 for forkjøling, flytendegjøring og underkjøling av en metanrik matestrøm ved bruk av to lukkede multikomponent-kjølemlddelcykler, karakterisert ved at den omfatter: a) en flertrinns (38, 44, 48) plate- og f innevarmeveksler (6) med forskjellige temperaturnivåer for et første multikomponent kjølemiddel (35) og med passasjer for forkjøling av en metanrik matestrøm (5) mot kjølemidlet der kjølemidlet omfatter en binærblanding av propan og butan hvori varmeveksleren tillater medstrømsstrømning av kjølemiddelfåsene uten vesentlig tilbakeblanding av den flytende fase med vannfasen; b) en andre flertrinnsvarmeveksler (12) for flytendegjør-ing og underkjøling av den metanrike matestrøm (5) mot et andre multikomponent kjølemiddel (59); c) midler for transport av den flytende metanrike strøm til lagring eller bortføring; d) en flertrinnskompressor (31) for komprimering av det første multikomponent kjølemiddel til et trykk av 75-200 psla; e) en etterkjøler (32) for å redusere temperaturen i det første multikomponentkjølemiddel til en første lavere temperatur; f) midler (35) for transport og flashing av separate strømmer av nevnte første multikomponentkjølemiddel ved forskjellige reduserte temperaturer til nevnte flertrinnsplate- og finnevarmeveksler (6) for forkjøl-ing av matestrømmen I trinn (38, 44, 48); g) midler (41, 47, 49 ) for tilbakeføring av oppvarmet og fordampet første multikomponentkjølemiddel til nevnte flertrinnskompressor i d); h) en kompressor (53, 55 ) for komprimering av det andre multikomponentkjølemiddel til et trykk innen området 450 til 850 psia; i) midler for transport av komprimert andre multikomponent kjølemiddel gjennom en etterkjøler (57) og plate- og finnevarmeveksler (6) for å avkjøle kjølemidlet i trinn; j) en separatbeholder (60) for separering av det andre multikomponentkjølemiddel til en dampfase og en flytende fase; k) midler (60, 61) for separat å transportere fasene i det andre multikomponentkjølemiddel til nevnte andre flertrinns varmeveksler (12) i punkt b) for å avkjøle kjølemidlet mot en andel av seg selv og å flytendegjøre og underkjøle den metanrike matestrøm (7);

1) midler for tilbakeføring av oppvarmet andre multikomponent kjølemiddel (72) til kompressoren (53, 55) i trinn h).

10. Apparatur ifølge krav 9,karakterisert ved at midlene for transport av separate strømmer av første multikomponentkjølemiddel omfatter tre separate tilmatninger til varmeveksleren.

11. Apparatur ifølge krav 9,karakterisert ved at det omfatter i en separatorbeholder (24) for separering av en dampfasebrenngass (25) fra den flytende metanrike strøm fra den andre veksler etter at strømmen er trykkredusert.

12. Apparatur ifølge krav 11, karakterisert ved at det omfatter en varmeveksler (66) for gjenvinning av kjølekraft fra brenngasstrømmen ved hjelp av dampfasen i det andre multikomponentkjølemiddel.