NO309397B1 - Methods for removing aromatic and / or heavier hydrocarbon components from a methane-based gas stream by condensation and stripping, and apparatus for performing the same - Google Patents
Methods for removing aromatic and / or heavier hydrocarbon components from a methane-based gas stream by condensation and stripping, and apparatus for performing the same Download PDFInfo
- Publication number
- NO309397B1 NO309397B1 NO984488A NO984488A NO309397B1 NO 309397 B1 NO309397 B1 NO 309397B1 NO 984488 A NO984488 A NO 984488A NO 984488 A NO984488 A NO 984488A NO 309397 B1 NO309397 B1 NO 309397B1
- Authority
- NO
- Norway
- Prior art keywords
- stream
- signal
- methane
- column
- heat exchange
- Prior art date
Links
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
- F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
- F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
- F25J3/0228—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream characterised by the separated product stream
- F25J3/0242—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream characterised by the separated product stream separation of CnHm with 3 carbon atoms or more
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
- F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
- F25J1/0002—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the fluid to be liquefied
- F25J1/0022—Hydrocarbons, e.g. natural gas
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
- F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
- F25J1/003—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production
- F25J1/0032—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production using the feed stream itself or separated fractions from it, i.e. "internal refrigeration"
- F25J1/004—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production using the feed stream itself or separated fractions from it, i.e. "internal refrigeration" by flash gas recovery
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
- F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
- F25J1/003—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production
- F25J1/0047—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production using an "external" refrigerant stream in a closed vapor compression cycle
- F25J1/0052—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production using an "external" refrigerant stream in a closed vapor compression cycle by vaporising a liquid refrigerant stream
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
- F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
- F25J1/02—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process
- F25J1/0203—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process using a single-component refrigerant [SCR] fluid in a closed vapor compression cycle
- F25J1/0208—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process using a single-component refrigerant [SCR] fluid in a closed vapor compression cycle in combination with an internal quasi-closed refrigeration loop, e.g. with deep flash recycle loop
- F25J1/0209—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process using a single-component refrigerant [SCR] fluid in a closed vapor compression cycle in combination with an internal quasi-closed refrigeration loop, e.g. with deep flash recycle loop as at least a three level refrigeration cascade
- F25J1/021—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process using a single-component refrigerant [SCR] fluid in a closed vapor compression cycle in combination with an internal quasi-closed refrigeration loop, e.g. with deep flash recycle loop as at least a three level refrigeration cascade using a deep flash recycle loop
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
- F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
- F25J1/02—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process
- F25J1/0228—Coupling of the liquefaction unit to other units or processes, so-called integrated processes
- F25J1/0235—Heat exchange integration
- F25J1/0237—Heat exchange integration integrating refrigeration provided for liquefaction and purification/treatment of the gas to be liquefied, e.g. heavy hydrocarbon removal from natural gas
- F25J1/0238—Purification or treatment step is integrated within one refrigeration cycle only, i.e. the same or single refrigeration cycle provides feed gas cooling (if present) and overhead gas cooling
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
- F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
- F25J1/02—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process
- F25J1/0243—Start-up or control of the process; Details of the apparatus used; Details of the refrigerant compression system used
- F25J1/0244—Operation; Control and regulation; Instrumentation
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
- F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
- F25J1/02—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process
- F25J1/0243—Start-up or control of the process; Details of the apparatus used; Details of the refrigerant compression system used
- F25J1/0244—Operation; Control and regulation; Instrumentation
- F25J1/0245—Different modes, i.e. 'runs', of operation; Process control
- F25J1/0247—Different modes, i.e. 'runs', of operation; Process control start-up of the process
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
- F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
- F25J1/02—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process
- F25J1/0243—Start-up or control of the process; Details of the apparatus used; Details of the refrigerant compression system used
- F25J1/0257—Construction and layout of liquefaction equipments, e.g. valves, machines
- F25J1/0262—Details of the cold heat exchange system
- F25J1/0264—Arrangement of heat exchanger cores in parallel with different functions, e.g. different cooling streams
- F25J1/0265—Arrangement of heat exchanger cores in parallel with different functions, e.g. different cooling streams comprising cores associated exclusively with the cooling of a refrigerant stream, e.g. for auto-refrigeration or economizer
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
- F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
- F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
- F25J3/0204—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream characterised by the feed stream
- F25J3/0209—Natural gas or substitute natural gas
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
- F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
- F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
- F25J3/0228—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream characterised by the separated product stream
- F25J3/0233—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream characterised by the separated product stream separation of CnHm with 1 carbon atom or more
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
- F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
- F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
- F25J3/0228—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream characterised by the separated product stream
- F25J3/0238—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream characterised by the separated product stream separation of CnHm with 2 carbon atoms or more
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
- F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
- F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
- F25J3/0295—Start-up or control of the process; Details of the apparatus used, e.g. sieve plates, packings
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
- F25J2200/00—Processes or apparatus using separation by rectification
- F25J2200/02—Processes or apparatus using separation by rectification in a single pressure main column system
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
- F25J2200/00—Processes or apparatus using separation by rectification
- F25J2200/04—Processes or apparatus using separation by rectification in a dual pressure main column system
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
- F25J2200/00—Processes or apparatus using separation by rectification
- F25J2200/70—Refluxing the column with a condensed part of the feed stream, i.e. fractionator top is stripped or self-rectified
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
- F25J2200/00—Processes or apparatus using separation by rectification
- F25J2200/74—Refluxing the column with at least a part of the partially condensed overhead gas
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
- F25J2205/00—Processes or apparatus using other separation and/or other processing means
- F25J2205/02—Processes or apparatus using other separation and/or other processing means using simple phase separation in a vessel or drum
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
- F25J2210/00—Processes characterised by the type or other details of the feed stream
- F25J2210/06—Splitting of the feed stream, e.g. for treating or cooling in different ways
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
- F25J2220/00—Processes or apparatus involving steps for the removal of impurities
- F25J2220/60—Separating impurities from natural gas, e.g. mercury, cyclic hydrocarbons
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
- F25J2220/00—Processes or apparatus involving steps for the removal of impurities
- F25J2220/60—Separating impurities from natural gas, e.g. mercury, cyclic hydrocarbons
- F25J2220/62—Separating low boiling components, e.g. He, H2, N2, Air
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
- F25J2235/00—Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure or for conveying of liquid process streams
- F25J2235/60—Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure or for conveying of liquid process streams the fluid being (a mixture of) hydrocarbons
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
- F25J2245/00—Processes or apparatus involving steps for recycling of process streams
- F25J2245/02—Recycle of a stream in general, e.g. a by-pass stream
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
- F25J2270/00—Refrigeration techniques used
- F25J2270/02—Internal refrigeration with liquid vaporising loop
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
- F25J2270/00—Refrigeration techniques used
- F25J2270/12—External refrigeration with liquid vaporising loop
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
- F25J2270/00—Refrigeration techniques used
- F25J2270/60—Closed external refrigeration cycle with single component refrigerant [SCR], e.g. C1-, C2- or C3-hydrocarbons
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
- F25J2280/00—Control of the process or apparatus
- F25J2280/02—Control in general, load changes, different modes ("runs"), measurements
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
- F25J2280/00—Control of the process or apparatus
- F25J2280/10—Control for or during start-up and cooling down of the installation
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
- F25J2290/00—Other details not covered by groups F25J2200/00 - F25J2280/00
- F25J2290/34—Details about subcooling of liquids
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Separation By Low-Temperature Treatments (AREA)
- Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
- Production Of Liquid Hydrocarbon Mixture For Refining Petroleum (AREA)
- Treating Waste Gases (AREA)
Description
Oppfinnelsen angår en fremgangsmåte og assosiert apparat for fjerning av benzen, andre aromater og/eller tyngre hydrokarbonkomponenter fra en metanbasert gasstrøm ved en unik kondensasjons- og strippeprosess. The invention relates to a method and associated apparatus for removing benzene, other aromatics and/or heavier hydrocarbon components from a methane-based gas stream by a unique condensation and stripping process.
Kryogenisk flytendegjøring av normalt gassholdige materialer benyttes for hensiktene med komponentseparasjon, rensing, lagring og for transportering av komponentene i en mer økonomisk og passende form. De fleste slike fly tendegj ørende systemer har mange operasjoner til felles, uten å bry seg om de involverte gassene, og har således mange av de samme problemene. Et problem som man vanligvis treffer på i fly tendegj ørende prosesser, særlig når aromater er tilstede, er utfellingen og påfølgende størkning av disse spesiene i prosessutstyret som derved resulterer i redusert prosesseffektivitet og -pålitelighet. Et annet vanlig problem er fjerningen av små mengder av de mer verdifulle, høyere molekylvekt kjemiske spesiene fra gasstrømmen straks før fly tendegj øring av gasstrømmen i en betydelig andel. Følgelig vil den foreliggende oppfinnelsen beskrives med spesifikk referanse til bearbeidelsen av naturgass, men er anvendelig for bearbeidelsen av gass i andre systemer hvor man støter på lignende problemer. Cryogenic liquefaction of normally gaseous materials is used for the purposes of component separation, purification, storage and for transporting the components in a more economical and suitable form. Most such aircraft propulsion systems have many operations in common, regardless of the gases involved, and thus have many of the same problems. A problem that is usually encountered in fly tending processes, especially when aromatics are present, is the precipitation and subsequent solidification of these species in the process equipment, which thereby results in reduced process efficiency and reliability. Another common problem is the removal of small amounts of the more valuable, higher molecular weight chemical species from the gas stream immediately prior to flight tending the gas stream to a significant proportion. Accordingly, the present invention will be described with specific reference to the processing of natural gas, but is applicable to the processing of gas in other systems where similar problems are encountered.
Det er vanlig praksis på området for bearbeiding av naturgass å utsette gassen for kryogenisk behandling for å separere hydrokarboner som har en molekylvekt høyere enn metan (C2+) fra naturgassen for derved å produsere en rørledningsgass med overvekt av metan og en C2+-strøm som er nyttig for andre hensikter. Ofte vil C2+-strømmen separeres til enkeltvise komponent-strømmer, f.eks. C2, C3, C4 og C5<+.>It is common practice in the natural gas processing field to subject the gas to cryogenic treatment to separate hydrocarbons having a molecular weight higher than methane (C2+) from the natural gas to produce a methane-predominant pipeline gas and a useful C2+ stream for other purposes. Often, the C2+ stream will be separated into individual component streams, e.g. C2, C3, C4 and C5<+.>
Det er også vanlig praksis å kryogenisk behandle naturgass for å gjøre den flytende for transport og lagring. Hovedgrunnen for flytendegjøringen av naturgass er at flytendegj øring resulterer i en volumreduksjon på ca. 1/600, som derved gjør det mulig å lagre og transportere den flytende gassen i containere av mer økonomisk og praktisk design. F.eks. når gass transporteres i rørledning fra tilførselskilden til et fjernt marked, er det ønskelig å operere rørlinjen under en betydelig konstant og høy lastnings-faktor. Ofte vil rørledningens leveringsevne eller kapasitet overgå etterspørselen mens andre ganger så vil etterspørselen overgå rørledningens leveringsevne. For å skjære av toppene når etterspørselen overgår tilførselen, er det ønskelig å lagre overskuddsgassen på en slik måte at den kan leveres når tilførselen overgår etterspørselen, for derved å muliggjøre at man kan imøtekomme fremtidige topper i etterspørselen med materiale fra lagring. En praktisk måte å gjøre dette på, er å omdanne gassen til en flytende tilstand for lagring for deretter å fordampe væsken når det er etterspørsel for den. It is also common practice to cryogenically treat natural gas to liquefy it for transport and storage. The main reason for the liquefaction of natural gas is that liquefaction results in a volume reduction of approx. 1/600, which thereby makes it possible to store and transport the liquefied gas in containers of a more economical and practical design. E.g. when gas is transported by pipeline from the supply source to a distant market, it is desirable to operate the pipeline under a significantly constant and high load factor. Often the pipeline's delivery capability or capacity will exceed demand, while at other times demand will exceed the pipeline's delivery capability. In order to cut off peaks when demand exceeds supply, it is desirable to store the excess gas in such a way that it can be delivered when supply exceeds demand, thereby enabling future peaks in demand to be met with material from storage. A practical way to do this is to convert the gas into a liquid state for storage and then vaporize the liquid when there is a demand for it.
Flytendegj øring av naturgass er av enda større betydning til å gjøre det mulig for å transportere en gass fra en tilførselskilde til et marked når kilden og markedet er atskilt med store avstander og en rørledning ikke er tilgjengelig eller ikke er praktisk. Dette er spesielt tilfelle når transport må gjøres ved havgående fartøyer. Skipstransport i den gassholdige tilstanden er generelt ikke praktisk fordi betydelig trykksetting er påkrevet for å signifikant redusere det spesifikke volumet av gassen som igjen krever anvendelse av dyrere lagringscontainere. Natural gas liquefaction is of even greater importance in making it possible to transport a gas from a supply source to a market when the source and market are separated by large distances and a pipeline is not available or is not practical. This is especially the case when transport has to be done by ocean-going vessels. Ship transport in the gaseous state is generally not practical because significant pressurization is required to significantly reduce the specific volume of the gas which in turn requires the use of more expensive storage containers.
For å lagre og transportere naturgass i flytende tilstand, kjøles naturgassen fortrinnsvis til -151°C til -162°C hvor den har et nesten-atmosfærisk damptrykk. Det er kjent en rekke systemer for flytendegj øring av naturgass eller lignende hvor gassen flytendegj øres ved sekvensielt å føre gassen ved et forhøyet trykk gjennom et stort antall kjøletrinn hvorpå gassen kjøles til suksessivt lavere temperaturer inntil den flytendegj ørende temperaturen nås. Kjøling oppnås generelt ved varmeveksling med en eller flere kjølemidler slik som propan, propylen, etan, etylen og metan eller en kombinasjon av en eller flere av de foregående. På fagområdet anordnes kjølemidlene ofte i en kaskade og hvert kjølemiddel anvendes i en lukket kjølesyklus. Ytterligere kjøling av væsken er mulig ved å ekspandere den flytende naturgassen til atmosfærisk trykk i ett eller flere ekspansjonstrinn. I hvert trinn flashes den flytende gassen til et lavere trykk for derved å produsere en tofase gass-væskeblanding ved en signifikant lavere temperatur. Væsken gjenvinnes og kan igjen flashes. På denne måten kjøles den flytende gassen ytterligere til en lagrings- eller transporttemperatur som er egnet for flytende gasslagring ved nesten-atmosfærisk trykk. I denne ekspansjonen til nesten-atmosfærisk trykk, flashes noe tilleggsvolumer av flytende gass. De flashede dampene fra ekspansjonstrinnene samles generelt opp og resirkuleres for flytendegj øring eller benyttes som brenselgass for kraftgenerering. To store and transport natural gas in a liquid state, the natural gas is preferably cooled to -151°C to -162°C where it has a near-atmospheric vapor pressure. A number of systems are known for liquefaction of natural gas or the like where the gas is liquefied by sequentially passing the gas at an elevated pressure through a large number of cooling stages whereupon the gas is cooled to successively lower temperatures until the liquefaction temperature is reached. Cooling is generally achieved by heat exchange with one or more refrigerants such as propane, propylene, ethane, ethylene and methane or a combination of one or more of the foregoing. In the field, the refrigerants are often arranged in a cascade and each refrigerant is used in a closed cooling cycle. Further cooling of the liquid is possible by expanding the liquefied natural gas to atmospheric pressure in one or more expansion stages. In each stage, the liquefied gas is flashed to a lower pressure to thereby produce a two-phase gas-liquid mixture at a significantly lower temperature. The liquid is recovered and can be flashed again. In this way, the liquefied gas is further cooled to a storage or transport temperature suitable for liquefied gas storage at near-atmospheric pressure. In this expansion to near-atmospheric pressure, some additional volumes of liquefied gas are flashed. The flashed vapors from the expansion stages are generally collected and recycled for liquefaction or used as fuel gas for power generation.
Som tidligere bekjent, er et stort operasjonelt problem i flytendegj øringen av naturgass fjerningen av restmengder av benzen og andre aromatiske forbindelser fra naturgasstrømmen straks før flytendegj øringen av en betydelig andel av strømmen og tendensen for slike komponenter til å utskilles og å størkne som derved forårsaker tilgrising og potensielt tilstopping av rørledninger og nøkkel-prosessutstyr. Som et eksempel kan slik tilgrising signifikant redusere varmeoverføringseffektiviteten og gjennomstrømningen av varmevekslere, særlig plate-ribbe varmevekslere. As previously known, a major operational problem in the liquefaction of natural gas is the removal of residual amounts of benzene and other aromatic compounds from the natural gas stream immediately prior to liquefaction of a significant proportion of the stream and the tendency for such components to separate and solidify, thereby causing fouling and potential plugging of pipelines and key process equipment. As an example, such fouling can significantly reduce the heat transfer efficiency and throughput of heat exchangers, particularly plate-fin heat exchangers.
Av tekniske og økonomiske grunner er det ikke nødvendig å fullstendig fjerne urenheter slik som benzen. Det er imidlertid ønskelig å redusere dets konsentrasjon. Fjerning av forurensninger fra naturgass kan utføres ved den samme type kjøling som anvendes i de flytendegj ørende prosessene hvor forurensningene kondenserer i henhold til deres respektive kondensasjons-temperatur. Unntatt for det forhold at gassen må kjøles til en lavere temperatur for å gjøres flytende, i motsetning til å separere benzen-forurensningen, er de grunnleggende kjøleteknikkene de samme for flytendegj øring og separasjon. Følgelig, med hensyn på restbenzen, er det bare nødvendig å kjøle naturgassen til en temperatur hvorved en andel av fødegassen kondenseres. Dette kan utføres i en kryogenisk separasjonskolonne innført ved et passende punkt i LNG-utvinningsprosessen for å separere det kondenserte benzenet fra hovedgasstrømmen. For technical and economic reasons, it is not necessary to completely remove impurities such as benzene. However, it is desirable to reduce its concentration. Removal of contaminants from natural gas can be carried out by the same type of cooling that is used in the liquefaction processes where the contaminants condense according to their respective condensation temperature. Except for the fact that the gas must be cooled to a lower temperature for liquefaction, as opposed to separating the benzene contaminant, the basic cooling techniques are the same for liquefaction and separation. Consequently, with respect to residual benzene, it is only necessary to cool the natural gas to a temperature whereby a proportion of the feed gas is condensed. This can be carried out in a cryogenic separation column introduced at an appropriate point in the LNG recovery process to separate the condensed benzene from the main gas stream.
For en effektiv drift av den kryogeniske separasjonskolonnen, er det ønskelig å benytte den kondenserte væsken ved kryogeniske temperaturer, som må trekkes ut fra kolonnen, for varmeveksling med en varm tørrgas strøm forsynt til den kryogeniske separasjonskolonnen. Dette varmevekslingssystemet presenterer imidlertid et problem som resulterer fra den store temperaturforskjellen for de to strømmene som tilføres varmeveksleren. Siden den virkelige temperaturforskjellen ikke skal overgå 37°C, kunne varmesjokket for varmeveksleren ødelegge eller forkorte den nyttige tiden for varmevekslingsapparatet konstruert av vanlige materialer. For an efficient operation of the cryogenic separation column, it is desirable to use the condensed liquid at cryogenic temperatures, which must be extracted from the column, for heat exchange with a hot dry gas stream supplied to the cryogenic separation column. However, this heat exchange system presents a problem resulting from the large temperature difference of the two streams supplied to the heat exchanger. Since the real temperature difference should not exceed 37°C, the thermal shock to the heat exchanger could destroy or shorten the useful life of the heat exchanger constructed of ordinary materials.
En annen betraktning relatert til effektiv drift av en kryogenisk separasjonskolonne er å få varmevekslerregulator som tillater automatisk oppstarting av kolonnen. Another consideration related to efficient operation of a cryogenic separation column is to obtain a heat exchanger controller that allows automatic start-up of the column.
Et annet problem for bearbeidingen av metanrike gasstrømmer er mangelen på en kostnadseffektiv måte for utvinning av de høyere molekylvekt hydrokarbonene fra gasstrømmen før flytendegj øringen av strømmen i betydelig andel eller tilbakeføring av den gjenværende strømmen til en rørledning eller et annet prosesstrinn. De utvunnede høyere molekylvekt hy,drokarbonene har generelt en større verdi på en per enhet masse basis enn de gjenværende komponentene i strømmen. Another problem for the processing of methane-rich gas streams is the lack of a cost-effective way of extracting the higher molecular weight hydrocarbons from the gas stream prior to liquefying the stream in a significant proportion or returning the remaining stream to a pipeline or other process step. The recovered higher molecular weight hydrocarbons generally have a greater value on a per unit mass basis than the remaining components of the stream.
Det er en hensikt med oppfinnelsen å fjerne restmengder av benzen og andre aromater fra en metanbasert gasstrøm som skal gjøres flytende i betydelig andel. It is a purpose of the invention to remove residual amounts of benzene and other aromatics from a methane-based gas stream which is to be liquefied in a significant proportion.
Det er en annen hensikt med oppfinnelsen å fjerne de høyere molekylvekt hydrokarbonene fra en metanbasert gasstrøm. It is another purpose of the invention to remove the higher molecular weight hydrocarbons from a methane-based gas stream.
Det er en ytterligere hensikt med oppfinnelsen å fjerne de høyere molekylvekt hydrokarbonene fra en metanbasert gasstrøm som skal gjøres flytende i en betydelig andel. It is a further purpose of the invention to remove the higher molecular weight hydrocarbons from a methane-based gas stream which is to be liquefied in a significant proportion.
Det er en ytterligere hensikt med oppfinnelsen å fjerne benzen, andre aromater og/eller de høyere molekylvekt hydrokarbonene fra metanbasert gasstrøm på en energieffektiv måte. It is a further purpose of the invention to remove benzene, other aromatics and/or the higher molecular weight hydrocarbons from methane-based gas flow in an energy-efficient manner.
Det er en ytterligere hensikt med oppfinnelsen at prosessen som anvendes for fjerningen av benzen, andre aromater og/eller høyere molekylvekt hydrokarboner skal være forenlig med og integrere i teknologi som rutinemessig anvendes i gassanlegg. It is a further purpose of the invention that the process used for the removal of benzene, other aromatics and/or higher molecular weight hydrocarbons should be compatible with and integrated into technology that is routinely used in gas plants.
Det er en ytterligere hensikt med oppfinnelsen at prosessen og apparatet som anvendes for benzen, andre aromater og/eller fjerning av hydrokarboner med høy molekylvekt fra en metanbasert gasstrøm skal være relativt enkel, kompakt og kostnadseffektiv. It is a further purpose of the invention that the process and apparatus used for benzene, other aromatics and/or the removal of high molecular weight hydrocarbons from a methane-based gas stream should be relatively simple, compact and cost-effective.
Det er en ytterligere hensikt med oppfinnelsen at prosessen som anvendes for fjerningen av benzen, andre aromater og/eller høyere molekylvekt hydrokarboner fra en metanbasert gasstrøm som skal gjøres flytende i betydelig andel skal være forenlig med og integrere i teknologi som rutinemessig anvendes i anlegg som produserer flytende naturgass. It is a further purpose of the invention that the process used for the removal of benzene, other aromatics and/or higher molecular weight hydrocarbons from a methane-based gas stream that is to be liquefied in a significant proportion should be compatible with and integrated into technology that is routinely used in plants that produce liquid natural gas.
En ytterligere hensikt med oppfinnelsen er å tilveiebringe varmevekslerregulator som overvinner de ovennevnte og andre forbundne problemer for å behandle lavtemperaturfluider. A further object of the invention is to provide a heat exchanger controller which overcomes the above and other associated problems for treating low temperature fluids.
En annen hensikt med oppfinnelsen er å tilveiebringe en forbedret reguleringsmetode som reduserer utstyrs temperaturbehovene i startfasen, og kostnader for varmevekslingsapparat. Another purpose of the invention is to provide an improved regulation method that reduces equipment temperature requirements in the start-up phase, and costs for heat exchange apparatus.
En mer spesifikk hensikt er å regulere varmevekslertemperaturer for å tillate kjøling av en varm fluidstrøm mot en lavtemperaturfluidstrøm uten å utsette varmevekslingsapparatet for varmesjokk. A more specific purpose is to regulate heat exchanger temperatures to allow cooling of a hot fluid stream against a low temperature fluid stream without subjecting the heat exchanger to thermal shock.
En ytterligere hensikt med oppfinnelsen er å regulere varmeveksleren for å gjøre den automatiske oppstartingen av en kryogenisk separasjonskolonne lettere. A further purpose of the invention is to regulate the heat exchanger to make the automatic start-up of a cryogenic separation column easier.
I en utførelse av denne oppfinnelsen tilveiebringes en fremgangsmåte for fjerning og konsentrering av hydrokarboner med høyere molekylvekt fra en metanbasert gasstrøm, som er kjennetegnet ved at den omfatter trinnene: (a) kondensering av en mindre andel av den metanbaserte gasstrømmen for derved å produsere en tofasestrøm; (b) mating av tofasestrømmen til den øvre seksjonen av en kolonne; (c) fjerning fra den øvre seksjonen av kolonnen av en tung-rest-redusert gasstrøm; (d) fjerning fra den lavere seksjonen av kolonnen av en tung-rest-rik væskestrøm; (e) kontaktbehandling via indirekte varmeveksling av den tung-rest-rike væskestrømmen med en metanrik strippegasstrøm for derved å produsere en oppvarmet tung-rest-rik strøm og en kjølt metanrik strippegasstrøm; (f) mating av den kjølte metanrike strippegasstrømmen til den nedre In one embodiment of this invention, there is provided a process for removing and concentrating higher molecular weight hydrocarbons from a methane-based gas stream, which is characterized in that it comprises the steps of: (a) condensing a minor portion of the methane-based gas stream to thereby produce a two-phase stream ; (b) feeding the two-phase stream to the upper section of a column; (c) removing from the upper section of the column a heavy-residue-reduced gas stream; (d) removing from the lower section of the column a heavy-residue-rich liquid stream; (e) contact treatment via indirect heat exchange of the heavy-residue-rich liquid stream with a methane-rich stripping gas stream to thereby produce a heated heavy-residue-rich stream and a cooled methane-rich stripping gas stream; (f) feeding the cooled methane-rich stripping gas stream to the lower
seksjonen av kolonnen; og the section of the column; and
(g) kontaktbehandling av tofasestrømmen og den kjølte metanrike strippegasstrømmen i kolonnen for derved å produsere den tung-rest-reduserte gasstrømmen og den tung-rest-rike væskestrømmen. (g) contacting the two-phase stream and the cooled methane-rich strip gas stream in the column to thereby produce the heavy-residue-reduced gas stream and the heavy-residue-rich liquid stream.
I en annen utførelse av denne oppfinnelsen tilveiebringes en fremgangsmåte for fjerning av benzen og andre aromater fra en metanbasert gasstrøm, In another embodiment of this invention, a method is provided for removing benzene and other aromatics from a methane-based gas stream,
som er kjennetegnet ved at den består av trinnene: which is characterized by the fact that it consists of the steps:
(a) kondensering av en mindre andel av den metanbaserte gasstrømmen for derved å produsere en tofasestrøm; (b) mating av tofasestrømmen til den øvre seksjonen av en kolonne; (c) fjerning fra den øvre seksjonen av kolonnen av en benzen/aromat-redusert gasstrøm; (d) fjerning fra den nedre seksjonen av kolonnen av en benzen/aromatrik væskestrøm; (e) kontaktbehandling via indirekte varmeveksling av den benzen/aromatrike væskestrømmen med en metanrik strippegasstrøm for derved å produsere en oppvarmet benzen/aromatrik strøm og en kjølt metanrik strippegasstrøm; (f) mating av den kjølte metanrike strippegasstrømmen til den nedre (a) condensing a minor portion of the methane-based gas stream to thereby produce a two-phase stream; (b) feeding the two-phase stream to the upper section of a column; (c) removing from the upper section of the column a benzene/aromatic reduced gas stream; (d) removing from the lower section of the column a benzene/aromatic liquid stream; (e) contacting via indirect heat exchange of the benzene/aromatic liquid stream with a methane-rich stripping gas stream to thereby produce a heated benzene/aromatic stream and a cooled methane-rich stripping gas stream; (f) feeding the cooled methane-rich stripping gas stream to the lower
seksjonen av kolonnen; og the section of the column; and
(g) kontaktbehandling av tofasestrømmen og den kjølte metanrike strippegasstrømmen i kolonnen for derved å produsere den benzen/aromat-reduserte gasstrømmen og den benzen/aromatrike væskestrømmen. (g) contacting the two-phase stream and the cooled methane-rich strip gas stream in the column to thereby produce the benzene/aromatic reduced gas stream and the benzene/aromatic liquid stream.
I nok en utførelse av oppfinnelsen tilveiebringes et apparat for utførelse av fremgangsmåten ifølge krav 1 eller 19, In yet another embodiment of the invention, an apparatus is provided for carrying out the method according to claim 1 or 19,
som er kjennetegnet ved at det omfatter: which is characterized by the fact that it includes:
(a) en kondensator (54); (b) en kolonne (60); (c) en varmeveksler (62) som sørger for indirekte varmeveksling mellom to fluider; (d) en rørledning (118,458) mellom kondensatoren (54) og den øvre seksjonen av kolonnen (60) for strømning av en tofasestrøm til kolonnen (60); (e) en andre rørledning (120) forbundet til den øvre seksjonen av kolonnen (60) for fjerningen av en dampstrøm fra kolonnen (60); (a) a capacitor (54); (b) a column (60); (c) a heat exchanger (62) providing indirect heat exchange between two fluids; (d) a conduit (118,458) between the condenser (54) and the upper section of the column (60) for the flow of a two-phase current to the column (60); (e) a second conduit (120) connected to the upper section of the column (60) for the removal of a vapor stream from the column (60);
(f) en rørledning (109,405) mellom kolonnen (60) og varmeveksleren (62) (f) a pipeline (109,405) between the column (60) and the heat exchanger (62)
for strømning av en kjølt gasstrøm fra varmeveksleren (62); for flowing a cooled gas stream from the heat exchanger (62);
(g) en rørledning (114,117) mellom kolonnen (60) og varmeveksleren (62) (g) a pipeline (114,117) between the column (60) and the heat exchanger (62)
for strømning av en væskestrøm fra kolonnen (60); for flowing a liquid stream from the column (60);
(h) en rørledning (119) forbundet med varmeveksleren (62) for strømning (h) a conduit (119) connected to the heat exchanger (62) for flow
av en oppvarmet væskestrøm fra varmeveksleren (62); og of a heated fluid stream from the heat exchanger (62); and
(i) en rørledning (108,400,403,404) forbundet med varmeveksleren (62) for strømning av en gasstrøm til varmeveksleren (62); og valgfritt en trykkreduksjonsanordning (97) plassert i rørledning (g) (114,117). (i) a conduit (108,400,403,404) connected to the heat exchanger (62) for flow of a gas stream to the heat exchanger (62); and optionally a pressure reduction device (97) located in the pipeline (g) (114,117).
I en ytterligere utførelse av oppfinnelsen tilveiebringes et apparat for utførelse av fremgangsmåten ifølge krav 1 eller 19, In a further embodiment of the invention, an apparatus is provided for carrying out the method according to claim 1 or 19,
som er kjennetegnet ved at det omfatter: which is characterized by the fact that it includes:
(a) en kryogenisk separasjonskolonne (60) for partiell kondensering av en fødegasstrøm i en LNG-utvinningsprosess; (b) anordning (114,117) for uttrekking av en væskekondensatstrøm fra den kryogeniske separasjonskolonnen (60); (c) en varmeveksler (62) assosiert med den kryogeniske separasjonskolonnen (60); (d) anordning for føring av væskekondensatstrømmen gjennom varmeveksleren; (e) anordning for føring av en varm tørrgasstrøm gjennom varmeveksleren (62) og deretter til den kryogeniske separasjonskolonnen (60), hvor den varme tørrgasstrømmen kjøles ved indirekte varmeveksling med væskekondensatstrømmen i varmeveksleren; (f) en omløpsrørledning (718) som har en første reguleringsventil (534) som er operativt plassert deri for omløp av den varme tørrgasstrømmen rundt varmeveksleren (62); (g) anordning (702) for etablering av et første signal (706) som er representativt for den virkelige temperaturen på den varme tørrgasstrømmen som går ut av varmeveksleren (62); (h) anordning (704) for etablering av et andre signal (708) som er representativt for den virkelige temperaturen på væskekondensatstrømmen som går inn i varmeveksleren (62); (i) anordning (700) for dividering av det første signalet (706) med det andre signalet (708) for å etablere et tredje signal (710) som er representativt for forholdet mellom det første signalet (706) og det andre signalet (708); (a) a cryogenic separation column (60) for partial condensation of a feed gas stream in an LNG recovery process; (b) means (114,117) for withdrawing a liquid condensate stream from the cryogenic separation column (60); (c) a heat exchanger (62) associated with the cryogenic separation column (60); (d) means for guiding the liquid condensate flow through the heat exchanger; (e) means for passing a hot dry gas stream through the heat exchanger (62) and then to the cryogenic separation column (60), where the hot dry gas stream is cooled by indirect heat exchange with the liquid condensate stream in the heat exchanger; (f) a bypass conduit (718) having a first control valve (534) operatively located therein for bypassing the hot dry gas stream around the heat exchanger (62); (g) means (702) for establishing a first signal (706) representative of the actual temperature of the hot dry gas stream exiting the heat exchanger (62); (h) means (704) for establishing a second signal (708) representative of the actual temperature of the liquid condensate stream entering the heat exchanger (62); (i) means (700) for dividing the first signal (706) by the second signal (708) to establish a third signal (710) which is representative of the relationship between the first signal (706) and the second signal (708) );
(j) anordning for etablering av et fjerde signal (714) som er representativt for en ønsket verdi for forholdet representert ved det tredje signalet (j) means for establishing a fourth signal (714) which is representative of a desired value for the ratio represented by the third signal
(710); (710);
(k) anordning (712) for sammenligning av det tredje signalet (710) og det fjerde signalet (714) og etablering av et femte signal (716) som er i respons til forskjellen mellom det tredje signalet (710) og det fjerde signalet (714), hvor det femte signalet (716) er skalert til å være representativt for posisjonen på den første reguleringsventilen (534) som er nødvendig for å opprettholde det virkelige forholdet representert ved det tredje signalet (710) i alt vesentlig likt med det ønskede forholdet representert ved det fjerde signalet (714); og (m) anordning for manipulering av den første reguleringsventilen (534) i omløpsrørledningen (718) i respons til det femte signalet (716). (k) means (712) for comparing the third signal (710) and the fourth signal (714) and establishing a fifth signal (716) which is responsive to the difference between the third signal (710) and the fourth signal ( 714), wherein the fifth signal (716) is scaled to be representative of the position of the first control valve (534) necessary to maintain the actual ratio represented by the third signal (710) substantially equal to the desired ratio represented by the fourth signal (714); and (m) means for manipulating the first control valve (534) in the bypass pipeline (718) in response to the fifth signal (716).
I enda en ytterligere utførelse av oppfinnelsen tilveiebringes en fremgangsmåte for å regulere temperaturen i en varmeveksler utstyrt med en omløpsrørledning som har en første reguleringsventil som er operativt forbundet i denne, hvilken varmeveksler er assosiert med en kryogenisk separasjonskolonne som fjerner en benzenkontaminant fra en fødestrøm i en LNG-utvinningsprosess, som er kjennetegnet ved at den omfatter: uttrekking av en væskekondensatstrøm ved en kryogenisk temperatur fra den kryogeniske separasjonskolonnen; føring av væskekondensatstrømmen gjennom varmeveksleren; føring av en varm tørrgasstrøm gjennom varmeveksleren og deretter innføring av den varme tørrgasstrømmen i den kryogeniske separasjonskolonnen, hvor den varme tørrgasstrømmen kjøles ved indirekte varmeveksling med væskekondensatstrømmen i varmeveksleren; etablering av et første signal som er representativt for den virkelige temperaturen på den varme tørrgasstrømmen som går ut av varmeveksleren; etablering av et andre signal som er representativt for den virkelige temperaturen på væskekondensatstrømmen som går inn i varmeveksleren; dividering av det første signalet med det andre signalet for å etablere et tredje signal som er representativt for forholdet mellom det første signalet og det andre signalet; etablering av et fjerde signal som er representativt for den ønskede verdien for det tredje signalet; sammenligning av det tredje signalet og det fjerde signalet og etablering av et femte signal som er i respons til forskjellen mellom det tredje signalet og det fjerde signalet, hvor det femte signalet skaleres til å være representativt for posisjonen på den første reguleringsventilen som er nødvendig for å opprettholde det virkelige forholdet representert ved det tredje signalet til å være i alt vesentlig likt det ønskede forholdet representert ved det fjerde signalet; og regulering av den første reguleringsventilen i omløpsrørledningen i respons til det femte signalet. Figur 1 er et forenklet flytskjema av en kryogenisk LNG-produksjonsprosess som illustrerer metodikken og apparatet ifølge den foreliggende oppfinnelsen for fjerningen av benzen, andre aromater og/eller høyere molekylvekt hydrokarbonspesier fra en metanbasert gasstrøm. Figur 2 er et forenklet flytskjema som illustrerer i nærmere detalj metodikken og apparatet illustrert i figur 1. Figur 3 er en skjematisk illustrasjon av en kryogenisk separasjonskolonne og det assosierte reguleringssystemet for den foreliggende oppfinnelsen for opprettholdelse av et ønsket temperaturforhold for varmevekslingsfluidene. Figur 4 er en skjematisk illustrasjon lik figur 3 for midlertidig valg av en temperatur som vil tillate automatisk oppstarting av den kryogeniske separasjonskolonnen. In yet another embodiment of the invention, a method is provided for regulating the temperature of a heat exchanger equipped with a bypass pipeline having a first control valve operatively connected therein, which heat exchanger is associated with a cryogenic separation column which removes a benzene contaminant from a feed stream in a LNG recovery process, characterized in that it comprises: withdrawing a liquid condensate stream at a cryogenic temperature from the cryogenic separation column; routing the liquid condensate flow through the heat exchanger; passing a hot dry gas stream through the heat exchanger and then introducing the hot dry gas stream into the cryogenic separation column, where the hot dry gas stream is cooled by indirect heat exchange with the liquid condensate stream in the heat exchanger; establishing a first signal representative of the actual temperature of the hot dry gas stream exiting the heat exchanger; establishing a second signal representative of the actual temperature of the liquid condensate stream entering the heat exchanger; dividing the first signal by the second signal to establish a third signal representative of the ratio of the first signal to the second signal; establishing a fourth signal representative of the desired value of the third signal; comparing the third signal and the fourth signal and establishing a fifth signal responsive to the difference between the third signal and the fourth signal, the fifth signal being scaled to be representative of the position of the first control valve necessary to maintaining the actual ratio represented by the third signal to be substantially similar to the desired ratio represented by the fourth signal; and regulating the first control valve in the bypass pipeline in response to the fifth signal. Figure 1 is a simplified flowchart of a cryogenic LNG production process illustrating the methodology and apparatus of the present invention for the removal of benzene, other aromatics and/or higher molecular weight hydrocarbon species from a methane-based gas stream. Figure 2 is a simplified flowchart illustrating in more detail the methodology and apparatus illustrated in Figure 1. Figure 3 is a schematic illustration of a cryogenic separation column and the associated control system for the present invention for maintaining a desired temperature ratio for the heat exchange fluids. Figure 4 is a schematic illustration similar to Figure 3 for temporarily selecting a temperature that will allow automatic start-up of the cryogenic separation column.
Mens den foreliggende oppfinnelsen i de foretrukne utførelsene er anvendelige for (1) fjerningen av benzen og/eller andre aromater fra en metanbasert gasstrøm som skal kondenseres i betydelig andel og (2) fjerningen av de mer verdifulle, høyere molekylvekt hydrokarbonspesiene fra en metanbasertgasstrøm som skal kondenseres i betydelig andel, er teknologien også anvendelig for den generiske utvinningen av slike spesier fra metanbaserte strømmer (f.eks. fjerning av naturgassvæsker fra naturgass). Benzen og andre aromater presenterer et unikt problem på grunn av deres relativt høye smeltepunktstemperaturer. Som et eksempel har benzen som inneholder 6 karbonatomer et smeltepunkt på 5,5°C og et kokepunkt på 80,1°C. Heksan, som også inneholder 6 karbonatomer, har et smeltepunkt på -95°C og et kokepunkt på 68,95°C. Derfor ved sammenligning med andre hydrokarboner av lik molekylvekt, gir benzen og andre aromatiske forbindelser et mye større problem med hensyn til tilgrising og/eller tilstopping av prosessutstyr og rørledning. Aromatiske forbindelser som anvendes her er de forbindelsene karakterisert ved nærvær av minst en benzenring. Som anvendt her, er høyere molekylvekt hydrokarbonspesier de hydrokarbonspesiene som har molekylvekt som er større enn etan, og dette uttrykket vil anvendes om hverandre med tunge hydrokarboner. While the present invention in the preferred embodiments is applicable to (1) the removal of benzene and/or other aromatics from a methane-based gas stream to be condensed in significant proportion and (2) the removal of the more valuable, higher molecular weight hydrocarbon species from a methane-based gas stream to is condensed in a significant proportion, the technology is also applicable for the generic recovery of such species from methane-based streams (e.g. removal of natural gas liquids from natural gas). Benzene and other aromatics present a unique problem because of their relatively high melting point temperatures. As an example, benzene containing 6 carbon atoms has a melting point of 5.5°C and a boiling point of 80.1°C. Hexane, which also contains 6 carbon atoms, has a melting point of -95°C and a boiling point of 68.95°C. Therefore, when compared to other hydrocarbons of equal molecular weight, benzene and other aromatic compounds present a much greater problem with respect to fouling and/or clogging of process equipment and pipelines. Aromatic compounds used here are those compounds characterized by the presence of at least one benzene ring. As used herein, higher molecular weight hydrocarbon species are those hydrocarbon species having molecular weights greater than ethane, and this term will be used interchangeably with heavy hydrocarbons.
For hensiktene med enkelhet og klarhet, vil den følgende beskrivelsen begrenses til anvendelsen av de oppfinneriske prosessene og assosiert apparat i den kryogeniske kjølingen av en naturgasstrøm for å produsere flytende naturgass. Nærmere bestemt vil den følgende beskrivelsen fokusere på fjerningen av benzen og/eller andre aromatiske spesier og/eller høyere molekylvekt hydrokarboner (tunge hydrokarboner) i et flytendegj ørende system hvor kaskade-kjølesykluser anvendes. Imidlertid er anvendeligheten av de oppfinneriske prosessene og assosiert apparat som her beskrives ikke begrenset til flytende systemer som anvender kaskade-kjølesykluser eller som utelukkende bearbeider naturgasstrømmer. Prosessene og assosiert apparat er anvendelige for ethvert kjølesystem hvor (a) benzen og/eller tyngre aromater eksisterer i en metanbasert gasstrøm ved konsentrasjoner som kan tilgrise eller tilstoppe prosessutstyr, særlig varmevekslerne som anvendes for kondensering av strømmen, eller (b) det er ønskelig av en hvilken som helst grunn å fjerne eller å utvinne høyere molekylvekt hydrokarboner fra en metanbasert gasstrøm. For the purposes of simplicity and clarity, the following description will be limited to the application of the inventive processes and associated apparatus in the cryogenic cooling of a natural gas stream to produce liquefied natural gas. More specifically, the following description will focus on the removal of benzene and/or other aromatic species and/or higher molecular weight hydrocarbons (heavy hydrocarbons) in a liquefaction system where cascade refrigeration cycles are used. However, the applicability of the inventive processes and associated apparatus described herein is not limited to liquid systems that employ cascade refrigeration cycles or that exclusively process natural gas streams. The processes and associated apparatus are applicable to any refrigeration system where (a) benzene and/or heavier aromatics exist in a methane-based gas stream at concentrations that can foul or clog process equipment, particularly the heat exchangers used for condensing the stream, or (b) it is desirable to any reason to remove or recover higher molecular weight hydrocarbons from a methane-based gas stream.
Flytendegj øring av naturgasstrøm Liquefaction of natural gas flow
Kryogeniske anlegg har et stort antall former; de mest virksomme og effektive er en kaskade-type operasjon og denne typen i kombinasjon med ekspansjonstype kjøling. Også siden metoder for produksjonen av flytendegjort naturgass (LNG) omfatter separasjonen av hydrokarboner med molekylvekt større enn metan som en første del derav, beskriver en angivelse av et anlegg for den kryogeniske produksjonen av LNG effektivt et lignende anlegg for fjerning av C2+-hydrokarboner fra en naturgasstrøm. Cryogenic facilities come in a large number of forms; the most effective and efficient is a cascade-type operation and this type in combination with expansion-type cooling. Also, since methods for the production of liquefied natural gas (LNG) include the separation of hydrocarbons of molecular weight greater than methane as a first part thereof, a description of a plant for the cryogenic production of LNG effectively describes a similar plant for the removal of C2+ hydrocarbons from a natural gas flow.
I den foretrukne utførelsen som anvender et kaskade-kjølesystem, angår oppfinnelsen den sekvensielle kjølingen av en naturgasstrøm ved elevert trykk, f.eks. ca. 650 psia, ved sekvensiell kjøling av gasstrømmen ved passasje gjennom en flertrinns propansyklus, en flertrinns etan- eller etylensyklus og enten (a) en lukket metansyklus etterfulgt av en enkelt- eller en flertrinns ekspansjons syklus for ytterligere å kjøle det samme og redusere trykket til nesten-atmosfærisk eller (b) en åpen-ende metansyklus som benytter en porsjon av fødegassen som en metankilde og som omfatter deri en flertrinns ekspansjonssyklus for å ytterligere kjøle det samme og å redusere trykket til nesten-atmosfærisk trykk. I sekvensen av kjølesyklus, benyttes kjølemiddelet med det høyeste kokepunktet først etterfulgt av et kjølemiddel som har et mellomkokepunkt og til slutt et kjølemiddel som har det laveste kokepunktet. In the preferred embodiment using a cascade cooling system, the invention relates to the sequential cooling of a natural gas stream at elevated pressure, e.g. about. 650 psia, by sequentially cooling the gas stream by passage through a multi-stage propane cycle, a multi-stage ethane or ethylene cycle and either (a) a closed methane cycle followed by a single or a multi-stage expansion cycle to further cool the same and reduce the pressure to nearly -atmospheric or (b) an open-ended methane cycle utilizing a portion of the feed gas as a methane source and comprising therein a multi-stage expansion cycle to further cool the same and depressurize it to near-atmospheric pressure. In the refrigeration cycle sequence, the refrigerant with the highest boiling point is used first followed by a refrigerant that has an intermediate boiling point and finally a refrigerant that has the lowest boiling point.
Forbehandlingstrihn gir en måte for å fjerne uønskede komponenter slik som syregasser, merkaptaner, kvikksølv og fuktighet fra naturgassfødestrømmen levert til anlegget. Sammensetningen av denne gasstrømmen kan variere i betydelig grad. Som anvendt her, er en naturgasstrøm en hvilken som helst strøm som prinsipielt omfatter metan som har sin opprinnelse i betydelig andel fra en naturgassfødestrøm, slik fødestrøm f.eks. inneholdende minst 85 volum-% metan, hvor resten utgjøres av etan, høyere hydrokarboner, nitrogen, karbondioksyd og en mindre mengde av andre forurensninger slik som kvikksølv, hydrogensulfid, merkaptaner. Forbehandlingstrinnet kan være separate trinn som er plassert enten oppstrøms for kjølesyklusene eller som er plassert nedstrøms for et av de tidligere trinnene for kjøling i begynnelsessyklusen. Det følgende er en ufullstendig oppramsing av noen av de tilgjengelige måtene som er lett tilgjengelige for fagmenn på området. Syregasser og i en mindre grad merkaptaner fjernes rutinemessig via en sorpsjonsprosess som anvender en vandig aminbærende løsning. Dette behandlingstrinnet utføres generelt oppstrøms for kjøletrinnet anvendt i begynnelsessyklusen. En betydelig andel av vannet fjernes rutinemessig som en væske via tofase gass-væskeseparasjon etterfulgt av gasskompresjon og kjøling oppstrøms for begynnelseskjølesyklusen og også nedstrøms for det første kjøletrinnet i begynnelseskjølesyklusen. Kvikksølv fjernes rutinemessig via kvikksølv-sorbentsjikt. Restmengder av vann og syregasser fjernes rutinemessig via anvendelsen av passende valgte sorbentsj ikt slik som regenererbare molekylsikter. Prosesser som anvender sorbentsj ikt er generelt plassert nedstrøms for det første kjøletrinnet i begynnelseskjølesyklusen. Pretreatment trihn provides a way to remove unwanted components such as acid gases, mercaptans, mercury and moisture from the natural gas feed stream delivered to the plant. The composition of this gas stream can vary significantly. As used herein, a natural gas stream is any stream that principally comprises methane originating in significant proportion from a natural gas feed stream, such feed stream e.g. containing at least 85% by volume of methane, with the remainder made up of ethane, higher hydrocarbons, nitrogen, carbon dioxide and a smaller amount of other pollutants such as mercury, hydrogen sulphide, mercaptans. The pretreatment step may be separate steps located either upstream of the cooling cycles or located downstream of one of the earlier cooling steps in the initial cycle. The following is a non-exhaustive list of some of the available means readily available to those skilled in the art. Acid gases and, to a lesser extent, mercaptans are routinely removed via a sorption process that uses an aqueous amine-bearing solution. This treatment step is generally performed upstream of the cooling step used in the initial cycle. A significant proportion of the water is routinely removed as a liquid via two-phase gas-liquid separation followed by gas compression and cooling upstream of the initial cooling cycle and also downstream of the first cooling stage of the initial cooling cycle. Mercury is routinely removed via a mercury sorbent layer. Residual amounts of water and acid gases are routinely removed via the use of suitably selected sorbent sieves such as regenerable molecular sieves. Processes using sorbent beds are generally located downstream of the first cooling stage in the initial cooling cycle.
Den resulterende naturgasstrømmen leveres generelt til den flytendegj ørende prosessen ved et elevert trykk eller komprimeres til et elevert trykk, som er et trykk som er større enn 500 psia, fortrinnsvis 500-900 psia, enda mer foretrukket 550-675 psia og ytterligere foretrukket 575 -650 psia, og mest foretrukket ca. 600 psia. Strømtemperaturen er typisk nær omgivelsene og noe over omgivelsene. En representativ temperatur er i området 16-49°C. The resulting natural gas stream is generally delivered to the liquefaction process at an elevated pressure or compressed to an elevated pressure, which is a pressure greater than 500 psia, preferably 500-900 psia, even more preferably 550-675 psia and even more preferably 575 - 650 psia, and most preferably approx. 600 psia. The flow temperature is typically close to ambient and slightly above ambient. A representative temperature is in the range 16-49°C.
Som tidligere bekjent, kjøles naturgasstrømmen ved dette punktet i et stort antall flertrinns (f.eks. tre) sykluser eller trinn ved indirekte varmeveksling med et stort antall kjølemidler, fortrinnsvis tre. Den totale kjøleeffektiviteten for en gitt syklus forbedres når antallet trinn økes, men denne økningen i effektivitet er ledsaget av tilsvarende økninger i netto kapitalkostnad og prosesskompleksitet. Fødegassen føres fortrinnsvis gjennom et effektivt antall kjøletrinn, nominelt to, fortrinnsvis to til fire, og nærmere foretrukket tre trinn, i den første lukkede kjølesyklusen benyttes et relativt høytkokende kjølemiddel. Et slikt kjølemiddel består fortrinnsvis i betydelig andel av propan, propylen eller blandinger derav, nærmere foretrukket propan, og mest foretrukket består kjølemiddelet i alt vesentlig av propan. Deretter strømmer den bearbeidede mategassen gjennom et effektivt antall trinn, nominelt to, fortrinnsvis to til fire, nærmere foretrukket to eller tre, i en andre lukket kjølesyklus i varmeveksling med et kjølemiddel som har et lavere kokepunkt. Et slikt kjølemiddel består fortrinnsvis i betydelig andel av etan, etylen eller blandinger derav, mer foretrukket etylen, og mest foretrukket består kjølemiddelet i alt vesentlig av etylen. Hver av de ovennevnte kjøletrinnene for hvert kjølemiddel omfatter en separat kjølesone. As previously known, the natural gas stream is cooled at this point in a large number of multi-stage (eg three) cycles or stages by indirect heat exchange with a large number of refrigerants, preferably three. The overall cooling efficiency for a given cycle improves as the number of stages is increased, but this increase in efficiency is accompanied by corresponding increases in net capital cost and process complexity. The feed gas is preferably passed through an effective number of cooling stages, nominally two, preferably two to four, and more preferably three stages, in the first closed cooling cycle a relatively high-boiling coolant is used. Such a refrigerant preferably consists in a significant proportion of propane, propylene or mixtures thereof, more preferably propane, and most preferably the refrigerant essentially consists of propane. The processed feed gas then flows through an effective number of stages, nominally two, preferably two to four, more preferably two or three, in a second closed cooling cycle in heat exchange with a refrigerant having a lower boiling point. Such a refrigerant preferably consists in a significant proportion of ethane, ethylene or mixtures thereof, more preferably ethylene, and most preferably the refrigerant essentially consists of ethylene. Each of the above cooling stages for each refrigerant comprises a separate cooling zone.
Generelt vil naturgassfødestrømmen inneholde slike mengder av C2+-komponenter for slik å resultere i dannelsen av en C2+-rik væske i en eller flere av kjøletrinnene. Denne væsken fjernes via gass-væske separasjonsanordninger, fortrinnsvis en eller flere vanlige gass-væske-separatorer. Generelt reguleres den sekvensielle kjølingen av naturgassen i hvert trinn for slik å fjerne så mye som mulig av C2 og høyere molekylvekt hydrokarboner fra gassen for å produsere en første gasstrøm hovedsakelig med metan og en andre væskestrøm som inneholder betydelige mengder av etan og tyngre komponenter. Et effektivt antall gass/væske-separasjonsanordninger er plassert ved strategiske steder nedstrøms for kjølesone for fjerningen av væskestrømmer som er rike på C2+-komponenter. De eksakte plasseringer og antall gass/væskeseparatorer vil være avhengig av et antall driftsparametere, slik som C2+-sammensetningen av naturgassfødestrømmen, det ønskede BTU-innholdet av sluttproduktet, verdien av C2+-komponentene for andre anvendelser og andre faktorer som rutinemessig vurderes av fagmenn på området for LNG-anlegg og gassanlegg-drift. C2+-hydrokarbonstrømmen eller -strømmene kan demetaniseres via en enkelttrinnsflash eller en fraksjoneringskolonne. I det førstnevnte tilfellet kan den metanrike strømmen på nytt trykksettes og resirkuleres eller kan anvendes som brenselgass. For det sistnevnte tilfellet kan den metanrike strømmen returneres direkte ved trykk til den flytendegj ørende prosessen. C2+-hydrokarbonstrømmen eller - strømmene eller den demetaniserte C2+-hydrokarbonstrømmen kan anvendes som brensel eller kan ytterligere bearbeides slik som ved fraksjonering i en eller flere fraksjoneringssoner for å produsere enkeltvise strømmer som er rike på spesifikke kjemiske bestanddeler (f.eks. C2, C3, C4 og C2+). I det siste trinnet i den andre kjølesyklusen, kondenseres gasstrømmen som hovedsakelig er metan (dvs. flytendegj ort) i betydelig andel, fortrinnsvis i sin helhet. I en av de foretrukne utførelsene som skal diskuteres i nærmere detalj i et senere avsnitt, er det ved dens plassering i prosessen at den oppfinneriske prosessen og assosiert apparat for benzen, andre aromater og/eller tyngre hydrokarbonfjerning kan anvendes. Prosesstrykket ved denne plasseringen er bare noe lavere enn trykket på fødegassen til det første trinnet i den første syklusen. In general, the natural gas feed stream will contain such amounts of C2+ components as to result in the formation of a C2+-rich liquid in one or more of the cooling stages. This liquid is removed via gas-liquid separation devices, preferably one or more common gas-liquid separators. In general, the sequential cooling of the natural gas in each stage is regulated to remove as much as possible of C2 and higher molecular weight hydrocarbons from the gas to produce a first gas stream mainly of methane and a second liquid stream containing significant amounts of ethane and heavier components. An effective number of gas/liquid separation devices are located at strategic locations downstream of the cooling zone for the removal of liquid streams rich in C2+ components. The exact locations and number of gas/liquid separators will depend on a number of operating parameters, such as the C2+ composition of the natural gas feed stream, the desired BTU content of the final product, the value of the C2+ components for other applications, and other factors routinely evaluated by those skilled in the art for LNG plant and gas plant operation. The C2+ hydrocarbon stream or streams may be demethanized via a single-stage flash or a fractionating column. In the former case, the methane-rich stream can be pressurized again and recycled or can be used as fuel gas. For the latter case, the methane-rich stream can be returned directly by pressure to the liquefaction process. The C2+ hydrocarbon stream or streams or the demethanized C2+ hydrocarbon stream may be used as fuel or may be further processed such as by fractionation in one or more fractionation zones to produce individual streams rich in specific chemical constituents (e.g. C2, C3, C4 and C2+). In the last step of the second cooling cycle, the gas stream which is mainly methane (ie liquefied) is condensed in a significant proportion, preferably in its entirety. In one of the preferred embodiments to be discussed in more detail in a later section, it is by its location in the process that the inventive process and associated apparatus for benzene, other aromatics and/or heavier hydrocarbon removal can be used. The process pressure at this location is only slightly lower than the feed gas pressure of the first stage of the first cycle.
Den flytendegjorte naturgasstrømmen kjøles deretter ytterligere i et tredje trinn, eller syklus, ved en av to utførelser. I en utførelse kjøles den flytendegj orte naturgasstrømmen ytterligere ved indirekte varmeveksling med en tredje lukket kjølesyklus hvor den kondenserte gasstrømmen underkjøles via passasje gjennom et effektivt antall trinn, nominelt 2; fortrinnsvis 2-4; og mest foretrukket 3, hvor kjøling tilveiebringes via et tredje kjølemiddel som har et kokepunkt lavere enn kjølemiddelet som anvendes i den andre syklusen. Dette kjølemiddelet består fortrinnsvis i betydelig andel av metan og nærmere foretrukket er det hovedsakelig metan. I den andre og foretrukne utførelsen som anvender en åpen-metankjølesyklus, underkjøles den flytendegj orte naturgasstrømmen via kontakt med flashgasser i en hovedmetanforvarmer på en måte som skal beskrives senere. The liquefied natural gas stream is then further cooled in a third stage, or cycle, by one of two designs. In one embodiment, the liquefied natural gas stream is further cooled by indirect heat exchange with a third closed cooling cycle where the condensed gas stream is subcooled via passage through an effective number of stages, nominally 2; preferably 2-4; and most preferably 3, where cooling is provided via a third refrigerant having a lower boiling point than the refrigerant used in the second cycle. This refrigerant preferably consists of a significant proportion of methane and, more preferably, it is mainly methane. In the second and preferred embodiment using an open methane refrigeration cycle, the liquefied natural gas stream is subcooled via contact with flash gases in a main methane preheater in a manner to be described later.
I den fjerde syklusen, eller trinnet, kjøles den flytendegj orte gassen ytterligere ved ekspansjon og separasjon av flashgassen fra den kjølte væsken. På en måte som skal beskrives, utføres nitrogenfjerning fra systemet og det kondenserte produktet enten som en del av dette trinnet eller i et separat påfølgende trinn. En nøkkelfaktor for å skille den lukke syklusen fra den åpne syklusen er begynnelsestemperaturen for den flytendegj orte strømmen før flashing til nesten-atmosfærisk trykk, de relative mengdene av flashet damp generenert ved flashingen, og arrangementet av de flashede dampene. Mens hoveddelen av flashdampen resirkuleres til metan-kompressorene i det åpne syklussystemet, benyttes den flashede dampen i et lukket syklussystem generelt som et brensel. In the fourth cycle, or stage, the liquefied gas is further cooled by expansion and separation of the flash gas from the cooled liquid. In a manner to be described, nitrogen removal from the system and the condensed product is performed either as part of this step or in a separate subsequent step. A key factor in distinguishing the closed cycle from the open cycle is the initial temperature of the liquefied stream before flashing to near-atmospheric pressure, the relative amounts of flashed vapor generated in the flashing, and the arrangement of the flashed vapors. While the main part of the flash steam is recycled to the methane compressors in the open cycle system, the flashed steam in a closed cycle system is generally used as a fuel.
I den fjerde syklusen eller trinnet i enten den åpne- eller lukkede-syklus metansy stemene, kjøles det flytendegj orte produktet via minst en, fortrinnsvis to til fire, og enda mer foretrukket tre ekspansjoner hvor hver ekspansjon anvender enten Joule-Thomson ekspansjons ventiler eller hydrauliske ekspandere etterfulgt av en separasjon av gass-væskeproduktet med en separator. Når en hydraulisk ekspander anvendes og passende drives, assosieres de større effektivitetene med utvinningen av kraft, en større reduksjon i strømtemperatur, og produksjon av mindre damp under flashtrinnet vil ofte være kostnadseffektiv selv i lys av de økede kapital- og driftskostnader assosiert med ekspanderen. I en utførelse anvendt i det åpne-syklussystemet, er ytterligere kjøling av høyttrykks flytendegjort produkt før flashing gjort mulig ved først flashing av en andel av denne strømmen via en eller flere hydrauliske ekspandere og deretter via indirekte varmevekslingsanordninger som anvender den flashede strømmen for å kjøle den høyttrykks-flytendegjorte strømmen før flashing. Det flashede produktet resirkuleres deretter via retur til et passende sted, basert på temperatur og trykk-betraktninger, i den åpne-metansyklusen. In the fourth cycle or step in either the open- or closed-cycle methane systems, the liquefied product is cooled via at least one, preferably two to four, and even more preferably three expansions where each expansion employs either Joule-Thomson expansion valves or hydraulic expander followed by a separation of the gas-liquid product with a separator. When a hydraulic expander is used and properly operated, the greater efficiencies associated with the recovery of power, a greater reduction in stream temperature, and the production of less vapor during the flash stage will often be cost-effective even in light of the increased capital and operating costs associated with the expander. In an embodiment used in the open-cycle system, further cooling of high-pressure liquefied product prior to flashing is made possible by first flashing a portion of this stream via one or more hydraulic expanders and then via indirect heat exchange devices that use the flashed stream to cool it high-pressure liquefied the current before flashing. The flashed product is then recycled via return to an appropriate location, based on temperature and pressure considerations, in the open methane cycle.
Når væskeproduktet går inn i den fjerde syklusen er det ved det foretrukne trykket på ca. 600 psia, representative flashtrykk for en tretrinns flashprosess er 190, 61 og 14,7 psia. I det åpne-syklussystemet benyttes damp flashet eller fraksjonert i nitrogenseparasjonstrinnet, som skal beskrives, og det flashet i ekspansjonsflashtrinnet, som kjølemidler i det tredje trinnet eller syklusen som tidligere ble nevnt. I det lukkede-syklussystemet kan dampen fra flashtrinnet også anvendes som et kjølemiddel før enten resirkulering eller anvendelse som brensel. I enten det åpne- eller det lukkede-syklussystemet, vil flashing av den flytendegj orte strømmen til nesten-atmosfærisk trykk, produsere et LNG-produkt som har en temperatur på -151°C til -162°C. When the liquid product enters the fourth cycle, it is at the preferred pressure of approx. 600 psia, representative flash pressures for a three-stage flash process are 190, 61, and 14.7 psia. In the open-cycle system, steam flashed or fractionated in the nitrogen separation stage, to be described, and that flashed in the expansion flash stage, are used as refrigerants in the third stage or cycle previously mentioned. In the closed-cycle system, the steam from the flash stage can also be used as a coolant before either recycling or use as fuel. In either the open- or closed-cycle system, flashing the liquefied stream to near-atmospheric pressure will produce an LNG product having a temperature of -151°C to -162°C.
For å opprettholde BTU-innholdet av det flytendegj orte produktet ved en akseptabel grense når betydelig nitrogen eksisterer i fødestrømmen, må nitrogen konsentreres og fjernes ett eller annet sted i prosessen. Forskjellige teknikker for denne hensikten er tilgjengelig for fagmenn på området. Det følgende er eksempler. Når en åpen metansyklus anvendes og nitrogenkonsentrasjon i føden er lav, typisk mindre enn ca. 1,0 volum-%, oppnås nitrogenfjerning generelt ved fjerning av små sidestrømmer ved det høye trykkinnløpet eller utløpsåpningen ved metankompressoren. For en lukket syklus ved nitrogenkonsentrasjoner opptil 1,5 volum-% i fødegassen, flashes den flytendegj orte strømmen generelt fra prosessbetingelser til nær-atmosfærisk trykk i et enkelt trinn, vanligvis via et flashbeholder. De nitrogenbærende flashdampene anvendes deretter generelt som brenselgass for gassturbinene som driver kompressorene. LNG-produktet som nå er ved nesten-atmosfærisk trykk, føres videre for lagring. Når nitrogen-konsentrasjonen i innløpsfødegassen er ca. 1,0 til ca. 1,5 volum-% og en åpen-syklus anvendes, kan nitrogen fjernes ved å utsette den flytendegj orte gasstrømmen fra den tredje kjølesyklusen til et flashtrinn før det fjerde kjøletrinnet. Den flashede dampen vil inneholde en betydelig konsentrasjon av nitrogen og kan deretter anvendes som en brenselgass. Et typisk flashtrykk for nitrogenfjerning ved disse konsentrasjoner er ca. 400 psia. Når fødestrømmen inneholder en nitrogenkonsentrasjon på større enn ca. 1,5 volum-% og åpen- eller lukket-syklus anvendes, kan flashtrinnet ikke gi tilstrekkelig nitrogenfjerning. I et slikt tilfelle vil en nitrogen-reaksjonskolonne anvendes hvorfra det produseres en nitrogenrik dampstrøm og en væskestrøm. I en foretrukket utførelse som anvender en nitrogen-reaksjonskolonne, splittes den flytendegj orte metanstrømmen ved høyt trykk til metanforvarmeren inn i en første og andre andel. Den første andelen flashes til ca. 400 psia og tofaseblandingen mates som en matestrøm til nitrogen-reaksjonskolonnen. Den andre andelen av den flytendegj orte metanstrømmen ved høyt trykk kjøles ytterligere ved strømning gjennom en metanforvarmer som skal beskrives senere, og den flashes til 400 psia, og den resulterende tofaseblandingen eller væskeandelen derav mates til den øvre seksjonen av kolonnen hvor den fungerer som en tilbakestrømning. Den nitrogenrike dampstrømmen produsert fra toppen av nitrogen-reaksjonskolonnen vil generelt brukes som brensel. Væskestrømmen produsert fra bunnen av kolonnen føres deretter til det første trinnet av metanekspansjon. To maintain the BTU content of the liquefied product at an acceptable limit when significant nitrogen exists in the feed stream, nitrogen must be concentrated and removed somewhere in the process. Various techniques for this purpose are available to those skilled in the art. The following are examples. When an open methane cycle is used and the nitrogen concentration in the feed is low, typically less than approx. 1.0% by volume, nitrogen removal is generally achieved by removing small side streams at the high pressure inlet or outlet of the methane compressor. For a closed cycle at nitrogen concentrations up to 1.5% by volume in the feed gas, the liquefied stream is generally flashed from process conditions to near-atmospheric pressure in a single step, usually via a flash vessel. The nitrogen-bearing flash vapors are then generally used as fuel gas for the gas turbines that drive the compressors. The LNG product, which is now at near-atmospheric pressure, is carried on for storage. When the nitrogen concentration in the inlet feed gas is approx. 1.0 to approx. 1.5% by volume and an open cycle is used, nitrogen can be removed by subjecting the liquefied gas stream from the third cooling cycle to a flash stage prior to the fourth cooling stage. The flashed steam will contain a significant concentration of nitrogen and can then be used as a fuel gas. A typical flash pressure for nitrogen removal at these concentrations is approx. 400 psia. When the feed stream contains a nitrogen concentration of greater than approx. 1.5% by volume and open or closed cycle is used, the flash step cannot provide sufficient nitrogen removal. In such a case, a nitrogen reaction column will be used, from which a nitrogen-rich vapor stream and a liquid stream are produced. In a preferred embodiment using a nitrogen reaction column, the liquefied methane stream is split at high pressure to the methane preheater into a first and a second portion. The first part is flashed to approx. 400 psia and the two-phase mixture is fed as a feed stream to the nitrogen reaction column. The other portion of the high pressure liquefied methane stream is further cooled by flow through a methane preheater to be described later and is flashed to 400 psia and the resulting two-phase mixture or liquid portion thereof is fed to the upper section of the column where it acts as a reflux . The nitrogen-rich vapor stream produced from the top of the nitrogen reaction column will generally be used as fuel. The liquid stream produced from the bottom of the column is then fed to the first stage of methane expansion.
Fasenedkjøling for flytendegjøring av naturgass Phase cooling for liquefaction of natural gas
Kritisk for flytendegj øringen av naturgass i en kaskade-prosess er anvendelsen av en eller flere kjølemidler for overføring av varmeenergi fra naturgasstrømmen til kjølemiddelet og til slutt overføring av varmeenergien til omgivelsen. Egentlig fungerer kjølesystemet som en varmepumpe ved fjerning av varmeenergi fra naturgasstrømmen mens strømmen progressivt kjøles til lavere og lavere temperaturer. Critical to the liquefaction of natural gas in a cascade process is the use of one or more refrigerants to transfer heat energy from the natural gas stream to the refrigerant and finally transfer the heat energy to the environment. Actually, the cooling system works like a heat pump by removing heat energy from the natural gas stream while the stream is progressively cooled to lower and lower temperatures.
Den flytendegj ørende prosessen anvender flere typer kjøling som omfatter, men som ikke er begrenset til, (a) indirekte varmeveksling, (b) fordamping og (c) ekspansjon eller trykkreduksjon. Indirekte varmeveksling, som anvendes her, refererer til en prosess hvor det faseendrede kjølemiddelet eller kjølemiddelet kjøler substansen som skal kjøles uten virkelig fysisk kontakt mellom kjølemiddelet og substansen som skal kjøles. Spesifikke eksempler omfatter varmeveksling gjennomgått i en rør-varmeveksler, en kjerne-i-kjele-varmeveksler, og en slagloddet aluminium-plate-ribbe-varmeveksler. Den fysikalske tilstanden på kjølemiddelet og substansen som skal kjøles kan variere avhengig av etterspørslene av systemet og typen av varmeveksler som velges. I den oppfinneriske prosessen vil således en rørvarmeveksler typisk benyttes hvor kjølemiddelet er i en væskeholdig tilstand og substansen som skal kjøles er i væske- eller gassholdig tilstand, mens en plate-ribbe-varmeveksler typisk vil benyttes når kjølemiddelet er i gassholdig tilstand og substansen som skal kjøles er i en væskeholdig tilstand. Til slutt vil kjerne-i-kjele-varmeveksleren typisk benyttes hvor substansen som skal kjøles er væske eller gass og kjølemiddelet gjennomgår en faseendring fra en væskeholdig tilstand til en gassholdig tilstand i løpet av varmevekslingen. The liquefaction process employs several types of cooling including, but not limited to, (a) indirect heat exchange, (b) evaporation, and (c) expansion or depressurization. Indirect heat exchange, as used herein, refers to a process where the phase-changed refrigerant or refrigerant cools the substance to be cooled without actual physical contact between the refrigerant and the substance to be cooled. Specific examples include heat exchange experienced in a tube heat exchanger, a core-in-boiler heat exchanger, and a brazed aluminum plate fin heat exchanger. The physical state of the refrigerant and the substance to be cooled can vary depending on the demands of the system and the type of heat exchanger selected. In the inventive process, a tube heat exchanger will thus typically be used where the refrigerant is in a liquid state and the substance to be cooled is in a liquid or gaseous state, while a plate-fin heat exchanger will typically be used when the refrigerant is in a gaseous state and the substance to be cooled is cooled in a liquid state. Finally, the core-in-boiler heat exchanger will typically be used where the substance to be cooled is liquid or gas and the refrigerant undergoes a phase change from a liquid state to a gaseous state during the heat exchange.
Fordampningskjøling refererer til kjølingen av en substans ved evaporasjonen eller fordampningen av en andel av substansen med systemet opprettholdt ved et konstant trykk. I løpet av fordampningen absorberer således andelen av substansen som evaporerer varme fra andelen av substansen som forblir i en væskeholdig tilstand og således kjøler den væskeholdige andelen. Evaporative cooling refers to the cooling of a substance by the evaporation or vaporization of a portion of the substance with the system maintained at a constant pressure. Thus, in the course of evaporation, the portion of the substance that evaporates absorbs heat from the portion of the substance that remains in a liquid state and thus cools the liquid portion.
Til slutt refererer ekspansjons- eller trykkreduksjon-kjøling til kjøling som Finally, expansion or decompression refrigeration refers to refrigeration that
skjer når trykket i et gass-, væske- eller et tofasesystem senkes ved passering gjennom et trykkreduksjonsorgan. I en utførelse betyr denne ekspansjonen en Joule-Thomson ekspansjonsventil. I en annen utførelse betyr ekspansjonen en hydraulisk eller gassekspander. Fordi ekspandere utvinner arbeidsenergi fra ekspansjonsprosessen, er lavere prosesstrømtemperaturer mulig ved ekspansjon. occurs when the pressure in a gas, liquid or two-phase system is lowered by passing through a pressure reducing device. In one embodiment, this expansion means a Joule-Thomson expansion valve. In another embodiment, the expansion means a hydraulic or gas expander. Because expanders extract work energy from the expansion process, lower process stream temperatures are possible in expansion.
I diskusjonen og figurene som følger, kan diskusjonene eller figurene skildre ekspansjonen av et kjølemiddel ved strømning gjennom en strupeventil etterfulgt av en påfølgende separasjon av gass- og væskeandeler i kjølemiddelkjølerne eller -kondensatorene, som kan være tilfelle hvor indirekte varmeveksling også skjer. Mens dette forenklede skjema er gjennomførbart og noen ganger foretrukket på grunn av kostnad og enkelhet, kan det være mer effektivt å utføre ekspansjon og separasjon og så partiell evaporasjon som separate trinn, f.eks. en kombinasjon av strupe ventiler og flashbeholdere før indirekte varmeveksling i kjølerne eller kondensatorene. I en annen gjennomførbar utførelse kan strupe- eller ekspansjons ventilen ikke være en separat anordning, men en integrert del av kjølemiddelkjøleren eller In the discussion and figures that follow, the discussions or figures may depict the expansion of a refrigerant upon flow through a throttle valve followed by a subsequent separation of gas and liquid portions in the refrigerant coolers or condensers, which may be the case where indirect heat exchange also occurs. While this simplified scheme is feasible and sometimes preferred for reasons of cost and simplicity, it may be more efficient to perform expansion and separation and then partial evaporation as separate steps, e.g. a combination of throttle valves and flash containers before indirect heat exchange in the coolers or condensers. In another feasible embodiment, the throttle or expansion valve may not be a separate device, but an integral part of the refrigerant cooler or
-kondensatoren (dvs. flashen skjer ved innførsel av det flytendegj orte - the capacitor (i.e. the flash occurs when the liquid is introduced
kjølemiddelet inn i kjøleren). På en lignende måte kan kjølingen av multiple strømmer for et gitt kjøletrinn skje inne i et enkelt kar (dvs. kjøler) eller inne i multiple kar. Det førstnevnte er generelt foretrukket fra et kapitalutstyrskostnadsperspektiv. the refrigerant into the cooler). In a similar manner, the cooling of multiple streams for a given cooling stage may occur within a single vessel (ie cooler) or within multiple vessels. The former is generally preferred from a capital equipment cost perspective.
I den første kjølesyklusen fås kjøling ved kompresjonen av et høyere kokepunkt gassholdig kjølemiddel, fortrinnsvis propan, til et trykk hvor den kan flytendegj øres ved indirekte varmeoverføring ved et varmeoverføringsmedium som til slutt anvender omgivelsen som et kjølelegeme, idet kjølelegemet generelt er atmosfæren, en ferskvannskilde, en saltvannskilde, jorden eller to eller flere av det foregående. Det kondenserte kjølemiddelet gjennomgår deretter ett eller flere trinn med ekspansjonskjøling via egnede ekspansjonsanordninger for derved å produsere tofaseblandinger som har signifikant lavere temperatur. I en utførelse splittes hovedstrømmen til minst to separate strømmer, fortrinnsvis to til fire strømmer, og mest foretrukket tre strømmer hvor hver strøm separat ekspanderes til et designert trykk. Hver strøm gir så evaporativ kjøling via indirekte varmeoverføring med en eller flere valgte strømmer, en slik strøm er naturgasstrømmen som skal flytendegj øres. Antallet separate kjølemiddelstrømmer vil tilsvare antallet kjølemiddelkompresjonstrinn. Det fordampede kjølemiddelet fra hver respektiv strøm føres så tilbake til det passende trinnet ved kjølemiddelkompressoren (f.eks. to separate strømmer vil tilsvare en totrinns kompressor). I en mer foretrukket utførelse ekspanderes alt flytende kjølemiddel til et forhåndsbestemt trykk, og denne strømmen anvendes så for å gi fordampende kjøling via indirekte varmeveksling med en eller flere valgte strømmer, en slik strøm er naturgasstrømmen som skal flytendegj øres. En andel av det flytendegj orte kjølemiddelet fjernes deretter fra de indirekte varmeoverførings-anordningene, ekspansjonskjøles ved ekspandering til et lavere trykk og tilsvarende lavere temperatur hvor den gir fordampende kjøling via indirekte varmeoverføringsanordninger med en eller flere designerte strømmer, idet én slik strøm er naturgasstrømmen som skal flytendegj øres. Formelt vil denne utførelsen anvende to slike ekspansjonskjølingsfordampende kjøletrinn, fortrinnsvis to til fire, og mest foretrukket tre. Lik den første utførelsen føres kjølemiddeldampen til hvert trinn tilbake til den passende innløpsåpningen ved den trinnvise kompressoren. In the first refrigeration cycle, refrigeration is obtained by the compression of a higher boiling point gaseous refrigerant, preferably propane, to a pressure where it can be liquefied by indirect heat transfer by a heat transfer medium that ultimately uses the environment as a coolant, the coolant generally being the atmosphere, a fresh water source, a salt water source, the earth or two or more of the foregoing. The condensed refrigerant then undergoes one or more stages of expansion cooling via suitable expansion devices to thereby produce two-phase mixtures that have a significantly lower temperature. In one embodiment, the main stream is split into at least two separate streams, preferably two to four streams, and most preferably three streams where each stream is separately expanded to a designed pressure. Each stream then provides evaporative cooling via indirect heat transfer with one or more selected streams, one such stream being the natural gas stream to be liquefied. The number of separate refrigerant streams will correspond to the number of refrigerant compression stages. The vaporized refrigerant from each respective stream is then returned to the appropriate stage of the refrigerant compressor (eg two separate streams would correspond to a two-stage compressor). In a more preferred embodiment, all liquid refrigerant is expanded to a predetermined pressure, and this flow is then used to provide evaporative cooling via indirect heat exchange with one or more selected flows, one such flow being the natural gas flow to be liquefied. A portion of the liquefied refrigerant is then removed from the indirect heat transfer devices, expansion cooled by expanding to a lower pressure and correspondingly lower temperature where it provides evaporative cooling via indirect heat transfer devices with one or more designated streams, one such stream being the natural gas stream that must liquid gj is eared. Formally, this embodiment will use two such expansion cooling evaporative cooling stages, preferably two to four, and most preferably three. Similar to the first embodiment, the refrigerant vapor of each stage is returned to the appropriate inlet opening at the stage compressor.
I den foretrukne kaskade-utførelsen gjøres størsteparten av kjølingen for flytendegj øring av de lavere kokepunkts kjølemidlene (dvs. kjølemidlene som anvendes i de andre og tredje syklusene) mulig ved kjøling av disse strømmene via indirekte varmeveksling med valgte høyerekokende kjølemiddelstrømmer. Denne måten for kjøling refereres til som »kaskade-kjøling». Egentlig fungerer høyerekokende kjølemidler som varmelegemer for de laverekokende kjølemidler eller angitt på en annen måte, pumpes varmeenergi fra naturgasstrømmen som skal flytendegj øres til et laverekokende kjølemiddel og pumpes deretter (dvs. overføres) til en eller flere høyerekokende kjølemidler før overføringen til omgivelsen via et omgivende varmelegeme (f.eks. ferskvann, saltvann, atmosfære). Som i den første syklusen, komprimeres kjølemiddel anvendt i den andre og den tredje syklusen via flertrinns kompressorer til forvalgte trykk. Når det er mulig og økonomisk gjennomførbart, kjøles først den komprimerte kjølemiddeldampen via indirekte varmeveksling med ett eller flere kjølemidler (f.eks. luft, saltvann, ferskvann) direkte koblet til omgivende varmelegemer. Denne kjølingen kan være via mellomtrinnskjøling mellom kompresjonstrinn og/eller kjøling av det komprimerte produktet. Den komprimerte strømmen kjøles så ytterligere via indirekte varmeveksling med en eller flere av de tidligere angitte kjøletrinn for de høyerekokende kjølemidlene. In the preferred cascade embodiment, most of the cooling for liquefaction of the lower boiling point refrigerants (ie, the refrigerants used in the second and third cycles) is made possible by cooling these streams via indirect heat exchange with selected higher boiling refrigerant streams. This way of cooling is referred to as "cascade cooling". Actually, higher boiling refrigerants act as heaters for the lower boiling refrigerants or stated in another way, heat energy from the natural gas stream to be liquefied is pumped to a lower boiling refrigerant and then pumped (ie transferred) to one or more higher boiling refrigerants before being transferred to the environment via an ambient heat body (e.g. fresh water, salt water, atmosphere). As in the first cycle, refrigerant used in the second and third cycles is compressed via multistage compressors to preselected pressures. When possible and economically feasible, the compressed refrigerant vapor is first cooled via indirect heat exchange with one or more refrigerants (e.g. air, salt water, fresh water) directly connected to ambient heaters. This cooling can be via intermediate cooling between compression stages and/or cooling of the compressed product. The compressed stream is then further cooled via indirect heat exchange with one or more of the previously specified cooling stages for the higher-boiling refrigerants.
Det andre sykluskjølemiddelet, fortrinnsvis etylen, kjøles først fortrinnsvis via indirekte varmeveksling med ett eller flere kjølemidler direkte koblet til et omgivende varmelegeme (dvs. mellomtrinn og/eller etterkjøling etterfølgende kompresjon) og så ytterligere kjølt og til slutt flytendegj ort via sekvensiell kontakt med det første eller andre eller første, andre og tredje kjøletrinnet for det høyestkokende kjølemiddelet som anvendes i den første syklusen. De foretrukne andre og første sykluskjølemidlene er henholdsvis etylen og propan. The second cycle refrigerant, preferably ethylene, is first cooled preferably via indirect heat exchange with one or more refrigerants directly connected to an ambient heater (i.e. intermediate stage and/or aftercooling following compression) and then further cooled and finally liquefied via sequential contact with the first or second or first, second and third cooling stages for the highest boiling refrigerant used in the first cycle. The preferred second and first cycle refrigerants are ethylene and propane, respectively.
Når det anvendes et tre-kjølemiddel-kaskade-lukket-syklussystem, komprimeres kjølemiddelet i den tredje syklusen på en trinnvis måte, fortrinnsvis valgfritt kjølt via indirekte varmeoverføring til et omgivende varmelegeme (dvs. mellomtrinns og/eller etterkjøling etterfulgt kompresjon) og deretter kjølt via indirekte varmeveksling med enten alle eller valgte kjøletrinn i de første og andre kjølesyklusene som fortrinnsvis anvender propan og etylen som respektive kjølemidler. Fortrinnsvis bringes denne strømmen i kontakt på en sekvensiell måte med hvert progressivt kaldere kjøletrinn i henholdsvis de første og andre kjølesyklusene. When a three-refrigerant cascade closed-cycle system is used, the refrigerant is compressed in the third cycle in a stepwise manner, preferably optionally cooled via indirect heat transfer to an ambient heater (ie, interstage and/or aftercooling followed by compression) and then cooled via indirect heat exchange with either all or selected cooling stages in the first and second cooling cycles which preferably use propane and ethylene as respective cooling agents. Preferably, this stream is contacted in a sequential manner with each progressively colder cooling stage in the first and second cooling cycles, respectively.
I et åpent-syklus-kaskade-kjølesystem slik som illustrert i figur 1, drives de In an open-cycle cascade refrigeration system as illustrated in Figure 1, they are operated
første og andre syklusene på en måte som er analog med det fremsatt for den lukkede syklusen. Imidlertid skilles det åpne metansyklus systemet lett fra de konvensjonelle lukkede kjølesyklusene. Som tidligere anført i diskusjonen av den fjerde syklusen eller det fjerde trinnet, kjøles en signifikant andel av den flytendegj orte naturgasstrømmen som opprinnelig er tilstede ved forhøyet trykk til ca. -162°C ved ekspansjonskjøling på trinnvis måte til nesten-atmosfærisk trykk. I hvert trinn produseres signifikante mengder av metanrik damp ved et gitt trykk. Hver dampstrøm gjennomgår fortrinnsvis signifikant varmeoverføring i metanforvarmere og føres fortrinnsvis tilbake til innløpsåpningen av et kompressortrinn ved nesten omgivelsestemperatur. Ved strømningen gjennom metanforvarmerne, bringes de flashede dampene i kontakt med varmere strømmer i motstrøm og i en sekvens designert the first and second cycles in a manner analogous to that proposed for the closed cycle. However, the open methane cycle system is easily distinguished from the conventional closed refrigeration cycles. As previously stated in the discussion of the fourth cycle or fourth stage, a significant proportion of the liquefied natural gas stream originally present at elevated pressure is cooled to approx. -162°C by expansion cooling in a stepwise manner to near-atmospheric pressure. In each stage, significant quantities of methane-rich steam are produced at a given pressure. Each vapor stream preferably undergoes significant heat transfer in methane preheaters and is preferably returned to the inlet port of a compressor stage at near ambient temperature. In the flow through the methane preheaters, the flashed vapors are brought into contact with hotter streams in countercurrent and in a sequence designed
maksimalisering av kjølingen av de varme strømmene. Trykket som velges for hvert trinn for ekspansjonskjøling er slik at for hvert trinn resulterer volumet av gass generert pluss det komprimerte volumet av damp fra tilstøtende lavere trinn i effektiv totaloperasjon av flertrinnskompressoren. Mellomtrinnskjøling og kjøling av den endelig komprimerte gassen foretrekkes og utføres fortrinnsvis via indirekte varmeveksling med ett eller flere kjølemidler direkte koblet til et omgivende varmelegeme. Den komprimerte metanrike strømmen kjøles deretter ytterligere via indirekte varmeveksling med kjølemiddel i de første og andre syklusene, fortrinnsvis alle trinn assosiert med kjølemiddelet anvendt i den første syklusen, nærmere foretrukket de første to trinnene og mest foretrukket bare det første trinnet. Den kjølte metanrike strømmen kjøles ytterligere via indirekte varmeveksling med flashdamper i hovedmetanforvarmeren og kombineres deretter med naturgassfødestrømmen ved et sted i den flytendegj ørende prosessen hvor naturgassfødestrømmen og den kjølte metanrike strømmen er ved like betingelser med hensyn på trykk og temperatur, fortrinnsvis før innførselen i ett av trinnene av etylenkjøling, nærmere foretrukket straks før etylenkjølingstrinnet hvor metan i betydelig andel flytendegj øres (dvs. ety lenkondensatoren). maximizing the cooling of the hot streams. The pressure selected for each stage of expansion cooling is such that for each stage the volume of gas generated plus the compressed volume of vapor from adjacent lower stages results in efficient overall operation of the multistage compressor. Intermediate cooling and cooling of the finally compressed gas is preferred and preferably carried out via indirect heat exchange with one or more cooling means directly connected to an ambient heating element. The compressed methane-rich stream is then further cooled via indirect heat exchange with refrigerant in the first and second cycles, preferably all stages associated with the refrigerant used in the first cycle, more preferably the first two stages and most preferably only the first stage. The cooled methane-rich stream is further cooled via indirect heat exchange with flash steam in the main methane preheater and is then combined with the natural gas feed stream at a point in the liquefaction process where the natural gas feed stream and the cooled methane-rich stream are at equal conditions with regard to pressure and temperature, preferably before introduction into one of the steps of ethylene cooling, more preferably immediately before the ethylene cooling step where a significant proportion of methane is liquefied (i.e. the ethylene condenser).
Optimalisering via mellomtrinns- og intersvklus- varmeoverføring Optimization via interstage and intercluster heat transfer
I de mer foretrukne utførelsene utføres trinn for ytterligere å optimalisere prosesseffektiviteten ved å føre kjølemiddel-gasstrømmene som går tilbake til innløpsåpningen av de respektive kompressorene ved eller nær omgivelsestemperatur. Ikke bare vil dette trinnet forbedre de totale effektivitetene, men vanskeligheter forbundet med eksponeringen av kompressorkomponenter for kryogeniske tilstander reduseres i stor grad. Dette oppnås via anvendelsen av forvarmere hvor strømmer som inneholder betydelig andel av væske og før flashing først kjøles ved indirekte varmeveksling med en eller flere dampstrømmer generert i et nedstrøms ekspansjonssteg (dvs. trinn) eller stegene i det samme eller en nedstrøms syklus. I et lukket system er forvarmere fortrinnsvis anvendt for å oppnå ytterligere kjøling fra de flashede dampene i de andre og tredje syklusene. Når det anvendes et åpent metansyklussystem, returneres flashede damper fra det fjerde trinnet fortrinnsvis til en eller flere forvarmere hvor (1) disse damper kjøler via indirekte varmeveksling de flytendegj orte produktstrømmene før hvert trykkreduksjonstrinn og (2) disse damper kjøler via indirekte varmeveksling de komprimerte dampene fra den åpne metansyklusen før kombineringen av denne strømmen eller strømmene med hovednaturgassfødestrømmen. Disse kjøletrinnene omfatter det tidligere beskrevne tredje kjøletrinnet og vil diskuteres i nærmere detalj i diskusjonen av figur 1.1 en utførelse hvor etylen og metan anvendes i de andre og tredje syklusene, kan kontakten utføres via en rekke etylen- og metanforvarmere. I en foretrukket utførelse som er illustrert i figur 1 og som vil diskuteres i nærmere detalj senere, anvender prosessen en hovedetylenforvarmer, en hovedmetanforvarmer og en eller flere ytterligere metanforvarmere. Disse ytterligere forvarmerne refereres her til som andre metanforvarmere, den tredje metanforvarmeren osv. og hver slik ytterligere metanforvarmer tilsvarer et separat nedstrøms flashetrinn. In the more preferred embodiments, steps are taken to further optimize process efficiency by directing the refrigerant gas streams returning to the inlet port of the respective compressors at or near ambient temperature. Not only will this step improve overall efficiencies, but difficulties associated with the exposure of compressor components to cryogenic conditions are greatly reduced. This is achieved via the use of preheaters where streams containing a significant proportion of liquid and prior to flashing are first cooled by indirect heat exchange with one or more steam streams generated in a downstream expansion stage (i.e. stage) or the stages in the same or a downstream cycle. In a closed system, preheaters are preferably used to achieve additional cooling from the flashed vapors in the second and third cycles. When an open methane cycle system is used, flashed vapors from the fourth stage are preferably returned to one or more preheaters where (1) these vapors cool via indirect heat exchange the liquefied product streams before each pressure reduction step and (2) these vapors cool via indirect heat exchange the compressed vapors from the open methane cycle prior to the combination of this stream or streams with the main natural gas feed stream. These cooling stages include the previously described third cooling stage and will be discussed in more detail in the discussion of figure 1.1, an embodiment where ethylene and methane are used in the second and third cycles, the contact can be carried out via a number of ethylene and methane preheaters. In a preferred embodiment which is illustrated in Figure 1 and which will be discussed in more detail later, the process uses a main ethylene preheater, a main methane preheater and one or more additional methane preheaters. These additional preheaters are referred to herein as second methane preheaters, the third methane preheater, etc. and each such additional methane preheater corresponds to a separate downstream flash stage.
Fjerning av benzen, andre aromater og/ eller tyngre hydrokarboner Removal of benzene, other aromatics and/or heavier hydrocarbons
Den oppfinneriske prosessen for fjerningen av benzen, andre aromater og/eller de høyere molekylvekt hydrokarbonspesiene fra en metanbasert gasstrøm er en ekstremt energieffektiv og operasjonelt enkel prosess. På grunn av driftsmåten, utfører kolonnen som det refereres til her som en strippekolorme som har både stripping og fraksjoneringsfunksjoner. Prosessen omfatter kjøling av den metanbaserte gasstrømmen slik at 0,1 til 20 mol-%, fortrinnsvis 0,5 til ca. 10 mol-%, og mer foretrukket 1,75 til 6 mol-% av den totale gasstrømmen kondenseres for derved å danne en tofasestrøm. Den optimale molprosenten vil være avhengig av sammensetningen av gassen som gjennomgår flytendegj øring og andre prosessrelaterte parametere som lett kan fastslås av en fagmann på området. The inventive process for the removal of benzene, other aromatics and/or the higher molecular weight hydrocarbon species from a methane-based gas stream is an extremely energy efficient and operationally simple process. Due to its mode of operation, the column referred to here performs as a stripping column which has both stripping and fractionation functions. The process comprises cooling the methane-based gas stream so that 0.1 to 20 mol%, preferably 0.5 to approx. 10 mol%, and more preferably 1.75 to 6 mol% of the total gas flow is condensed to thereby form a two-phase flow. The optimal mole percentage will depend on the composition of the gas undergoing liquefaction and other process-related parameters that can be easily determined by one skilled in the art.
I en utførelse oppnås den ønskede tofasestrømmen ved kjøling av hele fødestrømmen i en slik grad at den ønskede væskeprosenten oppnås. I den foretrukne utførelsen kjøles først gasstrømmen til nesten den flytendegj ørende temperaturen og splittes deretter til en første strøm og en andre strøm. Den første strømmen gjennomgår ytterligere kjøling og partiell kondensasjon og kombineres deretter med den andre strømmen for derved å produsere en tofasestrøm som inneholder den ønskede prosenten av væsker. Den siste tilnærmelsen er foretrukket på grunn av den assosierte lette operasjonen og prosessregulering. In one embodiment, the desired two-phase flow is achieved by cooling the entire feed stream to such an extent that the desired liquid percentage is achieved. In the preferred embodiment, the gas stream is first cooled to nearly the liquefaction temperature and then split into a first stream and a second stream. The first stream undergoes further cooling and partial condensation and is then combined with the second stream to thereby produce a two-phase stream containing the desired percentage of liquids. The latter approach is preferred because of the associated ease of operation and process control.
Tofasestrømmen fødes deretter til den øvre seksjonen av et kolonne hvor strømmen kommer i kontakt med den stigende dampstrømmen fra den nedre delen av kolonnen for derved å produsere en tung rest-rik væskestrøm som fungerer som en tilbakestrøm og en tung rest-redusert dampstrøm som produseres fra kolonnen. Som det anvendes her, vil »tunge rester» refereres til enhver hovedsakelig organisk forbindelse som har en molekylvekt større enn etan. Kolonnen er unik ved at den ikke, som tidligere anført, anvender en kondensator for tilbakestrømsgenerering og ytterligere ikke anvender en fordamper for dampgenerering. The two-phase stream is then fed to the upper section of a column where the stream contacts the rising vapor stream from the lower portion of the column to thereby produce a heavy residue-rich liquid stream that acts as a return stream and a heavy residue-reduced vapor stream produced from the column. As used herein, "heavy residues" will refer to any predominantly organic compound having a molecular weight greater than ethane. The column is unique in that it does not, as previously stated, use a condenser for backflow generation and further does not use an evaporator for steam generation.
Som tidligere anført, mates en metanrik strippegasstrøm til kolonnen. Denne strømmen stammer fortrinnsvis fra en oppstrøms lokalisering hvor den metanbaserte gasstrømmen som gjennomgår kjøling har gjennomgått en viss grad av kjøling og fjerning av væsker. Før innføringen i bunnen av kolonnen, kjøles denne gasstrømmen via indirekte kontakt, fortrinnsvis i motstrøm, med væskeproduktet produsert fra bunnen av kolonnen som derved produserer en oppvarmet tung rest-rik strøm og en kjølt metanrik strippegasstrøm. Den metanrike strippegassen kan gjennomgå partiell kondensasjon ved kjøling og den resulterende kjølte metanrike strippegassen inneholdende to faser kan mates direkte til kolonnen. As previously stated, a methane-rich strip gas stream is fed to the column. This stream preferably originates from an upstream location where the methane-based gas stream undergoing cooling has undergone a certain degree of cooling and removal of liquids. Before entering the bottom of the column, this gas stream is cooled via indirect contact, preferably in countercurrent, with the liquid product produced from the bottom of the column which thereby produces a heated heavy residue-rich stream and a cooled methane-rich strip gas stream. The methane-rich stripping gas can undergo partial condensation on cooling and the resulting cooled methane-rich stripping gas containing two phases can be fed directly to the column.
Anvendelsen av den kjølte metanrike strippegassen som inneholder små mengder av C3+-komponenter isteden for damp generert fra en fordamper som inneholder betydelige mengder av C3+-komponenter reduserer signifikant problemer som forbindes med fluider i kolonnen som nærmer seg kritiske betingelser hvorpå dårlig komponentseparasjon oppstår. Denne faktor blir særlig signifikant når man opererer i et mer foretrukket trykkområdet på ca. 550 til 675 psia. Den kritiske temperaturen og trykket på metan er -82,4°C og 673,3 psia. Den kritiske temperaturen og trykket på propan er 96,8°C og 617,4 psia og den kritiske temperaturen og trykket på n-butan er 152,1°C og 551,25 psia. Nærværet av betydelige mengder av C3+-komponenter vil (1) senke det kritiske trykket for derved å komme nær de foretrukne driftstrykkene for prosessen og (2) heve den kritiske temperaturen. Den resulterende effekten er å gjøre separasjonen av komponentene via damp/væskekontakt vanskeligere. En andre faktor som skiller anvendelsene av den kjølte metanrike strippegassen over dampen fra en fordamper, er temperaturforskjellen mellom disse respektive strømmene og væskeutslippet fra det siste trinnet. Fordi det er foretrukket at den kjølte metanrike strippegassen er varmere enn den analoge dampen fra en fordamper, har denne foretrukne strømmen en større evne til å strippe den væskeholdige fasen av de lettere komponentene. En temperaturforskjell mellom utslippsvæsken fra kolonnen og utslippsstrippegassen til kolonnen er mer foretrukket -6,7°C til 43,3°C, enda mer foretrukket 4,4°C til 32,2°C, og mest foretrukket 15,6°C til 26,7°C. The use of the cooled methane-rich strip gas containing small amounts of C3+ components instead of steam generated from an evaporator containing significant amounts of C3+ components significantly reduces problems associated with fluids in the column approaching critical conditions where poor component separation occurs. This factor becomes particularly significant when operating in a more preferred pressure range of approx. 550 to 675 psia. The critical temperature and pressure of methane is -82.4°C and 673.3 psia. The critical temperature and pressure of propane is 96.8°C and 617.4 psia and the critical temperature and pressure of n-butane is 152.1°C and 551.25 psia. The presence of significant amounts of C3+ components will (1) lower the critical pressure thereby approaching the preferred operating pressures for the process and (2) raise the critical temperature. The resulting effect is to make the separation of the components via vapor/liquid contact more difficult. A second factor that distinguishes the applications of the cooled methane-rich stripping gas above the steam from an evaporator is the temperature difference between these respective streams and the liquid discharge from the last stage. Because it is preferred that the cooled methane-rich stripping gas be hotter than the analogous vapor from an evaporator, this preferred stream has a greater ability to strip the liquid phase of the lighter components. A temperature difference between the discharge liquid from the column and the discharge stripping gas of the column is more preferably -6.7°C to 43.3°C, even more preferably 4.4°C to 32.2°C, and most preferably 15.6°C to 26.7°C.
Antall teoretiske plater i kolonnen vil være avhengig av sammensetningen, temperaturen og strømningshastigheten på innløpsdampstrømmen til kolonnen og sammensetningen, temperaturen, strømningshastigheten og væske til damp forholdet på tofasestrømmen matet til den øvre seksjonen av kolonnen. Det er lett å komme til en slik bestemmelse innenfor kunnskapene til en fagmann på området. Det teoretiske antallet plater kan tilveiebringes via forskjellige typer kolonnepakkinger (palleringer, sadelformet pakkmateriale etc) eller distinkte kontakttrinn (f.eks. plater) plassert i kolonnen eller en kombinasjon derav. Generelt er det påkrevet to (2) til femten (15) teoretiske trinn, nærmere foretrukket tre (3) til ti (10), og enda mer foretrukket fire (4) til åtte (8), og mest foretrukket ca. fem (5) teoretiske trinn. Plater er generelt foretrukket når kolonnediameteren er større enn ca. 2 meter. The number of theoretical plates in the column will depend on the composition, temperature and flow rate of the inlet vapor stream to the column and the composition, temperature, flow rate and liquid to vapor ratio of the two-phase stream fed to the upper section of the column. It is easy to come to such a determination within the knowledge of a professional in the field. The theoretical number of plates can be provided via different types of column packing (pallet rings, saddle-shaped packing material etc) or distinct contact steps (eg plates) placed in the column or a combination thereof. In general, two (2) to fifteen (15) theoretical steps are required, more preferably three (3) to ten (10), and even more preferably four (4) to eight (8), and most preferably approx. five (5) theoretical steps. Plates are generally preferred when the column diameter is greater than approx. 2 meters.
Foretrukket åpen- svklus- utførelse av kaskade- flytende gjørende prosess Flytskjemaet og apparatet som er fremsatt i figurer 1 og 2 er en foretrukket utførelse av den åpen-syklus kaskade-flytendegjørende prosessen og er fremsatt for illustrerende hensikter. Med hensikt er fra den foretrukne utførelsen utelatt et nitrogenfjerningssystem, fordi et slikt system er avhengig av nitrogeninnholdet i fødegassen. Imidlertid er det som anført i den tidligere diskusjonen av nitrogenfjerningsteknologier, er metodikker egnet til denne foretrukne utførelsen lett tilgjengelige for fagmenn på området. Angitt i figurer 3 og 4 i nærmere detalj for illustrerende hensikter er den oppfinneriske kryogeniske kolonnen og særlig metodikken for kjøling og regulering av temperaturen av strippegassen som mates til den kryogeniske kolonnen. Fagmenn på området vil også erkjenne at figurer 1-4 bare er skjematiske og derfor kan mange utstyrsanordninger som behøves i et kommersielt anlegg for en vellykket operasjon ha blitt utelatt for klarhetshensyn. Slike anordninger kan omfatte f.eks. kompressorregulatorer, strømnings- og nivåmålinger og korresponderende regulere, ytterligere temperatur- og trykregulatorer, pumper, motorer, filtre, ytterligere varmevekslere, ventiler, etc. Disse anordningene fås i henhold til standard teknisk praksis. Preferred open-loop embodiment of cascade liquefaction process The flow chart and apparatus set forth in Figures 1 and 2 is a preferred embodiment of the open-cycle cascade liquefaction process and is presented for illustrative purposes. A nitrogen removal system is intentionally omitted from the preferred embodiment, because such a system is dependent on the nitrogen content of the feed gas. However, as noted in the previous discussion of nitrogen removal technologies, methodologies suitable for this preferred embodiment are readily available to those skilled in the art. Shown in Figures 3 and 4 in greater detail for illustrative purposes is the inventive cryogenic column and in particular the methodology for cooling and regulating the temperature of the stripping gas fed to the cryogenic column. Those skilled in the art will also recognize that Figures 1-4 are schematic only and therefore many pieces of equipment needed in a commercial plant for successful operation may have been omitted for clarity. Such devices may include e.g. compressor regulators, flow and level measurements and corresponding controls, additional temperature and pressure regulators, pumps, motors, filters, additional heat exchangers, valves, etc. These devices are obtained according to standard technical practice.
For å få en bedre forståelse av figurer 1, 2, 3 og 4, korresponderer anordninger eller partikler anført med tall 1 til 99 generelt til prosesskar og utstyr som er direkte assosiert med den flytendegj ørende prosessen. Artikler angitt med 100-199 korresponderer til strømningslinjer eller -ledninger som inneholder metan i betydelig andel. Artikler anført med 200-299 korresponderer med strømningslinjer eller -ledninger som inneholder kjølemiddelet etylen eller valgfritt etan. Artikler anført som 300-399 korresponderer til strømningslinjer eller -ledninger som inneholder kjølemiddelet propan. I den grad det er mulig, har nummereringssystemet som anvendes i figur 1 blitt anvendt i figurer 2, 3 og 4. I tillegg har det følgende nummereringssystemet blitt tilført for ytterligere elementer som ikke er illustrert i figur 1. Artikler som er anført som 400-499 korresponderer med ytterligere strømningslinjer eller -ledninger. Artikler anført med 500-599 korresponderer med ytterligere prosessutstyr slik som kar, kolonner, varmevekselanordninger og ventiler, omfattende prosessreguleringsventiler. Artikler anført med tall fra 600-799 angår generelt prosessreguleringssystemet, eksklusivt reguleringsventiler og omfatter spesielt sensorer, transdusere, regulere og settpunkt-innganger. For a better understanding of Figures 1, 2, 3 and 4, devices or particles numbered 1 through 99 generally correspond to process vessels and equipment directly associated with the fluidizing process. Articles indicated with 100-199 correspond to flow lines or conduits that contain methane in significant proportion. Items listed with 200-299 correspond to flow lines or conduits containing the refrigerant ethylene or optionally ethane. Items listed as 300-399 correspond to flow lines or lines containing the refrigerant propane. To the extent possible, the numbering system used in Figure 1 has been used in Figures 2, 3 and 4. In addition, the following numbering system has been added for additional items not illustrated in Figure 1. Articles listed as 400- 499 corresponds to additional flow lines or conduits. Articles listed with 500-599 correspond to additional process equipment such as vessels, columns, heat exchangers and valves, including process control valves. Articles listed with numbers from 600-799 generally relate to the process control system, excluding control valves and particularly include sensors, transducers, regulators and setpoint inputs.
I nesten alle reguleringssystemer anvendes en viss kombinasjon av elektriske, pneumatiske eller hydrauliske signaler. Imidlertid er anvendelsen av en hvilken som helst annen type av signaltransmisjon forenlig med prosessen og utstyret i bruk innenfor rammen av denne oppfinnelsen. Med hensyn på oppfinnelsen som det fremkommer i figur 1-4, er linjer designert som signallinjer avtegnet som kortstreklinjer i tegningene. Disse linjene er fortrinnsvis elektriske eller pneumatiske signallinjer. Generelt er signaler som fås fra enhver transduser i elektrisk form. Imidlertid er signalene som fås fra strømningssensorer generelt pneumatiske i form. Trans dus eringen av disse signalene er ikke alltid illustrert for enkelhets skyld, fordi det er vel kjent på området at hvis en strømning måles i pneumatisk form, så må den transduseres til elektrisk form hvis den skal transmitteres i elektrisk form av en strømningstransduser. In almost all control systems, a certain combination of electrical, pneumatic or hydraulic signals is used. However, the use of any other type of signal transmission is compatible with the process and equipment in use within the scope of this invention. With regard to the invention as it appears in figures 1-4, lines are designed as signal lines drawn as dashed lines in the drawings. These lines are preferably electric or pneumatic signal lines. In general, signals obtained from any transducer are in electrical form. However, the signals obtained from flow sensors are generally pneumatic in form. The transduction of these signals is not always illustrated for simplicity, because it is well known in the art that if a flow is measured in pneumatic form, then it must be transduced into electrical form if it is to be transmitted in electrical form by a flow transducer.
Under henvisning til figur 1, komprimeres gassholdig propan i flertrinnskompressor 18 drevet av en gassturbinmotor som ikke er illustrert. De tre trinnene for kompresjon eksisterer fortrinnsvis i en enkelt enhet, skjønt hvert komprimeringstrinn kan være en separat enhet og enhetene som er mekanisk koblet til kan drives av en enkelt motor. Under kompresjon passeres det komprimerte propanet gjennom rørledning 300 til kjøler 20 hvor den flytendegj øres. Et representativt trykk og temperatur på det flytendegj orte propankjølemiddelet før flashing er ca. 37°C og ca. 190 psia. Selv om det ikke er illustrert i figur 1, er det foretrukket at et separasjonskar er plassert nedstrøms for kjøler 20 og oppstrøms for en trykkreduksjonsanordning, illustrert som ekspansjons ventil 12, for fjerningen av rester av lette komponenter fra det flytendegj orte propanet. Slike kar kan omfattes av en enkelttrinns gass-væskeseparator eller kan være mer avansert/sofistikert og bestå av en akkumulatorseksjon, en kondensatorseksjon og en absorberseksjon, hvor det to sistnevnte kan være kontinuerlig drevet eller periodisk brakt on-line for fjerning av rester av lette komponenter fra propanet. Strømmen fra dette karet eller strømmen fra kjøler 20, som kan være tilfelle, passeres gjennom rørledning 302 til en trykkreduksjonsanordning, illustrert som ekspansjons ventil 12, hvor trykket på det flytendegj orte propanet reduseres for derved å evaporere eller flashe en andel derav. Det resulterende tofaseproduktet strømmer deretter gjennom rørledning 304 til en høyttrinns propankjøler 2 hvor gassholdig metankjølemiddel innføres via rørledning 152, naturgassføde innføres via rørledning 100 og gassholdig etylenkjølemiddel innføres via rørledning 202 er respektivt kjølt via indirekte varmevekslingsanordninger 4, 6 og 8 for derved å produsere kjølte gasstrømmer produsert henholdsvis via rørledninger 154, 102 og 204. Gassen i rørledning 154 mates til hovedmetanforvarmeren 74 som vil diskuteres i mer detalj i et etterfølgende avsnitt og hvor strømmen kjøles via indirekte varmevekslingsanordning 98. Det resulterende kjølte metanresirkuleringsstrømproduktet via rørledning 158, kombineres deretter med tunge rester av redusert dampstrøm i rørledning 120 fra tung rest-fjerningskolonnen 60 og matet til metankondensatoren 68. Referring to Figure 1, gaseous propane is compressed in multi-stage compressor 18 driven by a gas turbine engine which is not illustrated. The three stages of compression preferably exist in a single unit, although each compression stage may be a separate unit and the units mechanically connected may be driven by a single motor. During compression, the compressed propane is passed through pipeline 300 to cooler 20 where it is liquefied. A representative pressure and temperature of the liquefied propane refrigerant before flashing is approx. 37°C and approx. 190 psia. Although not illustrated in Figure 1, it is preferred that a separation vessel be located downstream of cooler 20 and upstream of a pressure reducing device, illustrated as expansion valve 12, for the removal of residual light components from the liquefied propane. Such vessels can be comprised of a single-stage gas-liquid separator or can be more advanced/sophisticated and consist of an accumulator section, a condenser section and an absorber section, where the latter two can be continuously operated or periodically brought on-line for the removal of residues of light components from the propane. The flow from this vessel or the flow from cooler 20, as the case may be, is passed through pipeline 302 to a pressure reduction device, illustrated as expansion valve 12, where the pressure on the liquefied propane is reduced to thereby evaporate or flash a portion thereof. The resulting two-phase product then flows through pipeline 304 to a high-stage propane cooler 2 where gaseous methane refrigerant is introduced via pipeline 152, natural gas feed is introduced via pipeline 100 and gaseous ethylene refrigerant is introduced via pipeline 202 are respectively cooled via indirect heat exchange devices 4, 6 and 8 to thereby produce chilled gas streams produced via pipelines 154, 102 and 204 respectively. The gas in pipeline 154 is fed to the main methane preheater 74 which will be discussed in more detail in a subsequent section and where the stream is cooled via indirect heat exchange device 98. The resulting cooled methane recycle stream product via pipeline 158 is then combined with heavy residues of reduced steam flow in pipeline 120 from the heavy residue removal column 60 and fed to the methane condenser 68.
Propangassen fra kjøler 2 returneres til kompressor 18 gjennom rørledning 306. Denne gassen mates til høyttrinns-innløpsåpningen i kompressor 18. Det gjenværende væskeholdige propanet passeres gjennom rørledning 308, trykket reduseres ytterligere ved passasje gjennom en The propane gas from cooler 2 is returned to compressor 18 through pipeline 306. This gas is fed to the high-stage inlet opening in compressor 18. The remaining liquid propane is passed through pipeline 308, the pressure is further reduced by passage through a
trykkreduksjonsanordning, illustrert som ekspansjons ventil 14, hvorpå en pressure reduction device, illustrated as expansion valve 14, on which a
ytterligere andel av den flytendegj orte propan flashes. Den resulterende tofasestrømmen mates deretter til kjøler 22 gjennom rørledning 310 for derved å gi et kjølemiddel for kjøler 22. Den kjølte fødegasstrømmen fra kjøler 2 strømmer via rørledning 102 til et utskillingskar 10 hvor gass- og vaskefaser separeres. Væskefasen, som er rik på C3+-komponenter fjernes via rørledning 103. Den gassholdige fasen fjernes via rørledning 104 og splittes deretter til to separate strømmer som føres via rørledninger 106 og 108. a further proportion of the liquefied propane flashes. The resulting two-phase stream is then fed to cooler 22 through pipeline 310 to thereby provide a coolant for cooler 22. The cooled feed gas stream from cooler 2 flows via pipeline 102 to a separation vessel 10 where gas and wash phases are separated. The liquid phase, which is rich in C3+ components, is removed via pipeline 103. The gaseous phase is removed via pipeline 104 and is then split into two separate streams which are carried via pipelines 106 and 108.
Strømmen i rørledning 106 mates til propankjøler 22. Strømmen i rørledning 108 blir matningsmateriale til varmeveksler 62 og er endelig strippegassen til tung-rest-fjerningskolonnen 60. Etylenkjølingsmiddel fra kjøler 2 innføres til kjøler 22 via rørledning 204. I kjøler 22 kjøles fødegasstrømmen, også referert til her som en metanrik strøm, og etylenkjølemiddelstrømmene henholdsvis via indirekte varmeoverføringsanordninger 24 og 26 for derved å produsere kjølte metanrike og etylenkjølmiddelstrømmer via rørledninger 110 og 206. Den således evaporerte andelen av propankjølemiddelet separeres og føres gjennom rørledning 311 til mellomtrinnsinnløpet av kompressor 18. Propankjølemiddel i væskeform fra kjøler 22 fjernes via rørledning 314, flashet over en trykkreduksjonsanordning, illustrert som ekspansjons ventil 16, og deretter matet til en tretrinns kjøler 28 via rørledning 316. The stream in pipeline 106 is fed to propane cooler 22. The stream in pipeline 108 becomes feed material to heat exchanger 62 and is finally the stripping gas to the heavy-residue removal column 60. Ethylene refrigerant from cooler 2 is introduced to cooler 22 via pipeline 204. In cooler 22, the feed gas stream is cooled, also referred to to here as a methane-rich stream, and the ethylene refrigerant streams respectively via indirect heat transfer devices 24 and 26 to thereby produce cooled methane-rich and ethylene refrigerant streams via pipelines 110 and 206. The thus evaporated portion of the propane refrigerant is separated and passed through pipeline 311 to the intermediate stage inlet of compressor 18. Propane refrigerant in liquid form from cooler 22 is removed via pipeline 314, flashed over a pressure reduction device, illustrated as expansion valve 16, and then fed to a three-stage cooler 28 via pipeline 316.
Som illustrert i figur 1, strømmer den metanrike strømmen fra mellomtrinns propankjøleren 22 til lavtrinns propankjøleren/kondensatoren 28 via rørledning 110.1 denne kjøleren kjøles strømmen via indirekte varmevekslingsanordninger 30. På lignende måte strømmer etylenkjølemiddelstrømmen fra mellomtrinns propankjøleren 22 til lavtrinns propankjøleren/kondensatoren 28 via rørledning 206.1 det sistnevnte tilfellet kondenseres etylenkjølemiddelet fullstendig eller kondenseres i nesten sin helhet via indirekte varmevekslingsanordning 32. Det fordampede propan fjernes fra lavtrinns propankjøleren/kondensatoren 28 og returneres til lavtrinnsinnløpet ved kompressoren 18 via rørledning 320. Selv om figur 1 illustrerer kjøling av strømmer som er fremkommet i rørledninger 110 og 206 til å skje i det samme karet, kan kjølingen av strøm 110 og kjølingen og kondenseringen av strøm 206 henholdsvis finne sted i separate prosesskar (f.eks. en separat kjøler og en separat kondensator). På en lignende måte kan de foregående kjøletrinnene hvor multiple strømmer blir kjølt i et felles kar (f.eks. kjøler) utføres i separate kar. Det første arrangementet er en foretrukket utførelse på grunn av kostnaden på multiple kar og behovet for mindre anleggsplass. As illustrated in Figure 1, the methane-rich stream flows from the mid-stage propane cooler 22 to the low-stage propane cooler/condenser 28 via pipeline 110.1 this cooler is stream cooled via indirect heat exchange devices 30. Similarly, the ethylene refrigerant stream flows from the mid-stage propane cooler 22 to the low-stage propane cooler/condenser 28 via pipeline 206.1 in the latter case, the ethylene refrigerant is completely or almost completely condensed via indirect heat exchange device 32. The vaporized propane is removed from the low-stage propane cooler/condenser 28 and returned to the low-stage inlet at the compressor 18 via conduit 320. Although Figure 1 illustrates cooling of streams produced in pipelines 110 and 206 to occur in the same vessel, the cooling of stream 110 and the cooling and condensing of stream 206 can respectively take place in separate process vessels (eg, a separate cooler and a separate condenser). In a similar way, the previous cooling steps where multiple streams are cooled in a common vessel (e.g. cooler) can be performed in separate vessels. The first arrangement is a preferred design due to the cost of multiple vessels and the need for less installation space.
Som illustrert i figur 1, innføres den metanrike strømmen som går ut av lavtrinns propankjøleren til høyttrinns etylenkjøleren 42 via rørledning 112. Etylenkjølemiddelet går ut av lavtrinns propankjøleren 28 via rørledning 208 og mates fortrinnsvis til et separasjonskar 37 hvor lette komponenter fjernes via rørledning 209 og kondensert etylen fjernes via rørledning 210. Separasjonskaret er analogt med karet som tidligere er diskutert for fjerningen av lette komponenter fra flytendegjort propankjølemiddel og kan være en enkelttrinns gass-væskeseparator eller kan være en flertrinns operasjon som gir større selektivitet i fjerningen av lette komponenter fra systemet. Etylenkjølemiddelet ved denne lokaliseringen i prosessen er generelt ved en temperatur på ca. -31°C og et trykk på ca. 285 psia. Etylenkjølemiddelet via rørledning 210 strømmer deretter til etylenforvarmeren 34 hvor den kjøles via indirekte varmevekslingsanordning 38 og fjernes via rørledning 211 og passeres til en trykkreduksjonsanordning illustrert som ekspansjons ventil 40 hvorpå kjølemiddelet flashes til en forvalgt temperatur og trykk og mates til høyttrinns etylenkjøleren 42 via rørledning 212. Damp fjernes fra denne kjøleren via rørledning 214 og føres til etylenforvarmeren 34 hvor dampen fungerer som et kjølemiddel via indirekte varmevekslingsanordning 46. Etylendampen fjernes deretter fra etylenforvarmeren via rørledning 216 og mates til høyttrinnsinnløpet på etylenkompressoren 48. Etylenkjølemiddelet som ikke fordampes i denne høyttrinns etylenkjøleren 42, fjernes via rørledning 218 og returneres til etylenforvarmeren 34 for ytterligere kjøling via indirekte varmevekslingsanordning 50, fjernes fra etylenforvarmeren via rørledning 220 og flashes i en trykkreduksjonsanordning illustrert som ekspansjons ventil 52 hvorpå det resulterende tofaseproduktet innføres i lavtrinns etylenkjøleren 54 via rørledning 222. As illustrated in Figure 1, the methane-rich stream exiting the low-stage propane cooler is introduced to the high-stage ethylene cooler 42 via pipeline 112. The ethylene refrigerant exits the low-stage propane cooler 28 via pipeline 208 and is preferably fed to a separation vessel 37 where light components are removed via pipeline 209 and condensed ethylene is removed via pipeline 210. The separation vessel is analogous to the vessel previously discussed for the removal of light components from liquefied propane refrigerant and may be a single-stage gas-liquid separator or may be a multi-stage operation that provides greater selectivity in the removal of light components from the system. The ethylene refrigerant at this location in the process is generally at a temperature of approx. -31°C and a pressure of approx. 285 psia. The ethylene refrigerant via pipeline 210 then flows to the ethylene preheater 34 where it is cooled via indirect heat exchange device 38 and removed via pipeline 211 and passed to a pressure reduction device illustrated as expansion valve 40 whereupon the refrigerant is flashed to a preselected temperature and pressure and fed to the high-stage ethylene cooler 42 via pipeline 212. Steam is removed from this cooler via pipeline 214 and is led to the ethylene preheater 34 where the steam acts as a refrigerant via indirect heat exchange device 46. The ethylene vapor is then removed from the ethylene preheater via pipeline 216 and fed to the high-stage inlet of the ethylene compressor 48. The ethylene refrigerant that is not evaporated in this high-stage ethylene cooler 42, is removed via pipeline 218 and returned to the ethylene preheater 34 for further cooling via indirect heat exchange device 50, removed from the ethylene preheater via pipeline 220 and flashed in a pressure reduction device illustrated as expansion v until 52 whereupon the resulting two-phase product is introduced into the low-stage ethylene cooler 54 via pipeline 222.
Fjernet fra høyttrinns etylenkjøler 42 via rørledning 116 er en metanrik strøm. Denne strømmen kondenseres deretter delvis via kjøling fremskaffet ved indirekte varmevekslingsanordning 56 i lavtrinns etylenkjøler 54 som derved produserer en tofasestrøm som strømmer via rørledning 118 til benzen/aromater/tung-rest-fjerningskolonnen 60. Som tidligere anført ble den metanrike strømmen i rørledning 104 splittet slik at den strømmer via rørledninger 106 og 108. Innholdene i rørledning 108 som det refereres til her som den metanrike strippegassen, mates først til varmeveksler 62 hvor denne strømmen kjøles via indirekte varmevekslingsanordning 66 for derved å bli en kjølt metanrik strippegasstrøm som deretter strømmer i rørledning 109 til benzen/tung-rest-fjerningskolonnen 60. Væske inneholdende en signifikant konsentrasjon av benzen, andre aromater og/eller tyngre hydrokarbonkomponenter fjernes fra benzen/tung-rest-fjeraingskolonnen 60 via rørledning 114, fortrinnsvis flashes via en strømningsreguleringsanordning som også kan fungere som en trykkreduksjonsanordning 97, fortrinnsvis en regulerings ventil, og transporteres til varmeveksler 62 i rørledning 117. Fortrinnsvis flashes strømmen flashet via strømningsreguleringsanordning 97 til et trykk på ca. eller større enn trykket ved høyttrinns-innløpsåpningen til metankompressoren. Flashing gir også større kjølingskapasitet til strømmen. I varmeveksleren 62 gir strømmen levert av rørledning 117 kjølingskapabiliteter via indirekte varmevekslingsanordning 64 går ut av varmeveksleren via rørledning 119. I benzen/aromat/tung-rest-fjeraingskolonnen 60, bringes tofasestrømmen innført via rørledning 118 i kontakt med den kjølte metanrike strippegasstrømmen innført via rørledning 109 i motstrøm for derved å produsere en benzen/tung-rest-redusert, metanrik dampstrøm via rørledning 120 og en benzen/tung-rest-redusert væskestrøm via rørledning 117. Removed from high-stage ethylene cooler 42 via pipeline 116 is a methane-rich stream. This stream is then partially condensed via cooling provided by indirect heat exchanger 56 in low-stage ethylene cooler 54 which thereby produces a two-phase stream which flows via pipeline 118 to the benzene/aromatics/heavy residue removal column 60. As previously stated, the methane-rich stream in pipeline 104 was split as follows that it flows via pipelines 106 and 108. The contents of pipeline 108, which is referred to here as the methane-rich stripping gas, are first fed to heat exchanger 62 where this flow is cooled via indirect heat exchange device 66 to thereby become a cooled methane-rich stripping gas stream which then flows in pipeline 109 to the benzene/heavy residue removal column 60. Liquid containing a significant concentration of benzene, other aromatics and/or heavier hydrocarbon components is removed from the benzene/heavy residue removal column 60 via conduit 114, preferably flashed via a flow control device which may also act as a pressure reduction device 97, preferably a control valve, and is transported to heat exchanger 62 in pipeline 117. Preferably, the flow flashed via flow control device 97 is flashed to a pressure of approx. or greater than the pressure at the high-stage inlet of the methane compressor. Flashing also provides greater cooling capacity for the current. In the heat exchanger 62, the stream supplied by pipeline 117 provides cooling capabilities via indirect heat exchange device 64 exits the heat exchanger via pipeline 119. In the benzene/aromatic/heavy-residue stripping column 60, the two-phase stream introduced via pipeline 118 is brought into contact with the cooled methane-rich strip gas stream introduced via pipeline 109 in countercurrent to thereby produce a benzene/heavy-residue-reduced, methane-rich vapor stream via pipeline 120 and a benzene/heavy-residue-reduced liquid stream via pipeline 117.
Strømmen i rørledning 119 er rik på benzen, andre aromater og/eller andre tyngre hydrokarbonkomponenter. Denne strømmen separeres deretter til væske og dampandeler eller fortrinnsvis flashes eller fraksjoneres i kar 67.1 hvert tilfelle produseres en væskestrøm rik på benzen, andre aromater og/eller tyngre hydrokarbonkomponenter via rørledning 123 og en andre metanrik dampstrøm produseres via rørledning 121.1 den foretrukne utførelsesformen som er illustrert i figur 1, kombineres strømmen i rørledning 121 deretter med en andre strøm levert via rørledning 128 og den kombinerte strømmen mates via rørledning 140 til høyttrykks-innløpsåpningen på metankompressoren 83. The flow in pipeline 119 is rich in benzene, other aromatics and/or other heavier hydrocarbon components. This stream is then separated into liquid and vapor portions or preferably flashed or fractionated in vessel 67.1 in each case a liquid stream rich in benzene, other aromatics and/or heavier hydrocarbon components is produced via pipeline 123 and a second methane rich vapor stream is produced via pipeline 121.1 the preferred embodiment illustrated in Figure 1, the stream in pipeline 121 is then combined with a second stream delivered via pipeline 128 and the combined stream is fed via pipeline 140 to the high pressure inlet of the methane compressor 83.
Som tidligere anført, mates gassen i rørledning 154 til hovedmetanforvarmeren 74 hvor strømmen kjøles via indirekte varmevekslingsanordning 98. Den resulterende kjølte komprimerte metanresirkuleringen eller kjølemiddelstrømmen i rørledning 158 kombineres på foretrukket måte med den tung-rest-redusert dampstrømmen fra tung-rest-fjerningskolonnen 60 levert via rørledning 120 og matet til lavtrinns etylenkondensatoren 68.1 lavtrinns etylenkondensatoren kjøles denne strømmen og kondenseres via indirekte varmevekslingsanordning 70 med væskeutslippet fra lavtrinns etylenkjøleren 54 som føres til lavtrinns etylenkondensatoren 68 via rørledning 226. Det kondenserte metanrike produktet fra lavtrinns kondensatoren produseres via rørledning 122. Dampen fra lavtrinns etylenkjøleren 54 uttrukket via rørledning 224 og lavtrinns etylenkondensatoren 68 uttrukket via rørledning 228 kombineres og føres via rørledning 230 til etylenforvarmeren 34 hvor dampene fungerer som kjølemiddel via indirekte varmevekslingsanordning 58. Strømmen føres deretter via rørledning 232 fra etylenforvarmeren 34 til lavtrinnssiden av etylenkompressoren 48. As previously stated, the gas is fed in pipeline 154 to the main methane preheater 74 where the stream is cooled via indirect heat exchange device 98. The resulting cooled compressed methane recycle or refrigerant stream in pipeline 158 is preferably combined with the heavy-residue-reduced steam stream from the heavy-residue removal column 60 delivered via pipeline 120 and fed to the low-stage ethylene condenser 68.1 the low-stage ethylene condenser this stream is cooled and condensed via indirect heat exchange device 70 with the liquid discharge from the low-stage ethylene cooler 54 which is fed to the low-stage ethylene condenser 68 via pipeline 226. The condensed methane-rich product from the low-stage condenser is produced via pipeline 122. The steam from the low-stage ethylene cooler 54 extracted via pipeline 224 and the low-stage ethylene condenser 68 extracted via pipeline 228 are combined and fed via pipeline 230 to the ethylene preheater 34 where the vapors act as a coolant via indirect heating switching device 58. The flow is then carried via pipeline 232 from the ethylene preheater 34 to the low-stage side of the ethylene compressor 48.
Som vist i figur 1, fjernes kompressorutslippet fra damp innført via lavtrinnssiden via rørledning 234, kjøles via mellomtrinnskjøler 71 og returneres til kompressor 48 via rørledning 236 for injisering med høyttrinnsstrømmen tilstede i rørledning 216. Fortrinnsvis er de to trinnene en enkeltmodul, skjønt de hver kan være en separat modul og modulene kobles mekanisk til en felles motor. Det komprimerte etylenproduktet fra kompressoren føres til en nedstrømskjøler 72 via rørledning 200. Produktet fra kjøleren strømmer via rørledning 202 og innføres, som tidligere forklart, til høyttrinns propankjøleren 2. As shown in Figure 1, the compressor discharge is removed from steam introduced via the low stage side via pipeline 234, cooled via interstage cooler 71 and returned to compressor 48 via pipeline 236 for injection with the high stage stream present in pipeline 216. Preferably, the two stages are a single module, although they may each be a separate module and the modules are mechanically connected to a common motor. The compressed ethylene product from the compressor is fed to a downstream cooler 72 via pipeline 200. The product from the cooler flows via pipeline 202 and is introduced, as previously explained, to the high-stage propane cooler 2.
Den flytendegj orte strømmen i rørledning 122 er generelt ved en temperatur på ca. -87°C og et trykk på ca. 600 psi. Denne strømmen passerer via rørledning 122 gjennom hovedmetanforvarmeren 74, hvor strømmen ytterligere kjøles ved indirekte varmevekslingsanordning 76 som forklares i det etterfølgende. Fra hovedmetanforvarmeren 74 passeres den flytendegj orte gassen gjennom rørledning 124 og dets trykk reduseres med en trykkreduksjonsanordning som illustrert som ekspansjons ventil 78, som selvfølgelig evaporerer eller flasher en andel av gasstrømmen. Den flashede strømmen passeres deretter til metan høyttrinns flashtrommelen 80 hvor den separeres til en gassfase som strømmer ut gjennom rørledning 126 og en væskefase som strømmer ut gjennom rørledning 130. Gassfasen overføres deretter til hovedmetanforvarmeren via rørledning 126 hvor dampen fungerer som et kjølemiddel via indirekte varmeoverføringsanordning 82. Dampen går ut av hovedmetanforvarmeren via rørledning 128 hvor den kombineres med gasstrømmen levert av rørledning 121. Disse strømmene mates deretter til høyttrykks-innløpsåpningen av kompressor 83. The liquefied flow in pipeline 122 is generally at a temperature of approx. -87°C and a pressure of approx. 600 psi. This flow passes via pipeline 122 through the main methane preheater 74, where the flow is further cooled by indirect heat exchange device 76 which is explained in the following. From the main methane preheater 74, the liquefied gas is passed through conduit 124 and its pressure is reduced by a pressure reducing device as illustrated as expansion valve 78, which of course evaporates or flashes a portion of the gas stream. The flashed stream is then passed to the methane high-stage flash drum 80 where it is separated into a gas phase which flows out through pipeline 126 and a liquid phase which flows out through pipeline 130. The gas phase is then transferred to the main methane preheater via pipeline 126 where the vapor acts as a coolant via indirect heat transfer device 82 .The vapor exits the main methane preheater via pipeline 128 where it is combined with the gas stream supplied by pipeline 121. These streams are then fed to the high pressure inlet port of compressor 83.
Væskefasen i rørledning 130 passeres gjennom en andre metanforvarmer 87 hvor væsken kjøles ytterligere av nedstrøms flashdamper via indirekte varmevekslingsanordning 88. Den kjølte væsken går ut av den andre metanforvarmeren 87 via rørledning 132 og ekspanderes eller flashes via trykkreduksjonsanordning illustrert som ekspansjonsventil 91 for ytterligere å redusere trykket og samtidig fordampe en andre andel derav. Denne flashstrømmen passeres deretter til mellomtrinns metanflashtrommelen 92 hvor strømmen separeres til en gassfase som passerer gjennom rørledning 136 og en væskefase som passerer gjennom rørledning 134. Gassfasen strømmer gjennom rørledning 136 til den andre metanforvarmeren 87 hvor dampen kjøler væsken innført til 87 via rørledning 130 via indirekte varmevekslingsanordning 89. Rørledning 138 fungerer som en strømningsrørledning mellom indirekte varmevekslingsanordning 89 i den andre metanforvarmeren 87 og den indirekte varmeoverføringsanordningen 95 i hovedmetanforvarmeren 74. Denne dampen forlater hovedmetanforvarmeren 74 via rørledning 140 som er sammenbundet med mellomtrinns-innløpet på metankompressoren 83. The liquid phase in pipeline 130 is passed through a second methane preheater 87 where the liquid is further cooled by downstream flash vapor via indirect heat exchange device 88. The cooled liquid exits the second methane preheater 87 via pipeline 132 and is expanded or flashed via pressure reducing device illustrated as expansion valve 91 to further reduce the pressure and at the same time evaporate a second portion thereof. This flash stream is then passed to the intermediate stage methane flash drum 92 where the stream is separated into a gas phase which passes through pipeline 136 and a liquid phase which passes through pipeline 134. The gas phase flows through pipeline 136 to the second methane preheater 87 where the steam cools the liquid introduced to 87 via pipeline 130 via indirect heat exchange device 89. Pipeline 138 functions as a flow pipeline between indirect heat exchange device 89 in the second methane preheater 87 and the indirect heat transfer device 95 in the main methane preheater 74. This steam leaves the main methane preheater 74 via pipeline 140 which is connected to the intermediate stage inlet of the methane compressor 83.
Væskefasen som går ut av mellomtrinns flashtrommelen 92 via rørledning 134, reduseres ytterligere med hensyn på trykk ved passasje gjennom en trykkreduksjonsanordning illustrert som ekspansjonsventil 93. På nytt fordampes eller flashes en tredje andel av den flytendegj orte gassen. Fluidene fra ekspansjonsventil 93 passeres til slutt- eller lavtrinns flashtrommel 94. I flashtrommel 94 separeres en dampfase og føres gjennom rørledning 144 til den andre metanforvarmeren 87 hvor dampen fungerer som et kjølemiddel via indirekte varmevekslingsanordning 90, går ut av den andre metanforvarmeren via rørledning 146 som er sammenbundet med den første metanforvarmeren 74 hvor dampen fungerer som et kjølemiddel via indirekte varmevekslingsanordning 96 og omsider forlater den første metanforvarmeren via rørledning 148 som er sammenbundet med lavtrykks-åpningen på kompressor 83. The liquid phase exiting the intermediate flash drum 92 via pipeline 134 is further reduced in terms of pressure by passage through a pressure reduction device illustrated as expansion valve 93. A third portion of the liquefied gas is again vaporized or flashed. The fluids from expansion valve 93 are passed to final or low-stage flash drum 94. In flash drum 94, a vapor phase is separated and led through pipeline 144 to the second methane preheater 87 where the steam acts as a coolant via indirect heat exchange device 90, exits the second methane preheater via pipeline 146 which is connected to the first methane preheater 74 where the steam acts as a refrigerant via indirect heat exchange device 96 and finally leaves the first methane preheater via pipeline 148 which is connected to the low pressure opening on compressor 83.
Det flytendegj orte naturgassproduktet fra flashtrommel 94 som er ved tilnærmet atmosfærisk trykk, passeres gjennom rørledning 142 til lagringsenheten. Lavtrykks, lavtemperatur LNG avkokt dampstrøm fra lagringsenheten og eventuelt dampen returnert fra kjølingen av rørledningene fra produksjonsanlegg til lager assosiert med LNG-lastesystemet, utvinnes fortrinnsvis ved å kombinere en slik strøm, eller strømmer, med lavtrykks flashdampene tilstede i enten rørledning 144, 146 eller 148; den valgte rørledningen er basert på et ønske om å motsvare dampstrømtemperaturene så nøyaktig som mulig. The liquefied natural gas product from flash drum 94 which is at approximately atmospheric pressure is passed through pipeline 142 to the storage unit. The low-pressure, low-temperature LNG boiled vapor stream from the storage unit and optionally the vapor returned from the cooling of the pipelines from the production facility to storage associated with the LNG loading system are preferably recovered by combining such a stream, or streams, with the low-pressure flash vapors present in either pipeline 144, 146 or 148 ; the piping chosen is based on a desire to match the steam flow temperatures as accurately as possible.
Som vist i figur 1, kombineres høy-, mellom- og lavtrinnene av kompressor 83 fortrinnsvis som enkeltenhet. Imidlertid kan hvert trinn bestå som en separat enhet hvor enhetene er mekanisk koblet sammen til å drives av et enkelt drivhjul. Den komprimerte gassen fra lavtrinnsseksjonen passerer gjennom en mellomtrinnskjøler 85 og kombineres med mellomtrykkgassen i rørledning 140 før andretrinns kompresjonen. Den komprimerte gassen fra mellomtrinnet av kompressor 83 passeres gjennom en mellomtrinnskjøler 84 og kombineres med høyttrykksgassen i rørledning 140 før tredjetrinns kompresjonen. Den komprimerte gassen føres fra høyttrinns metankompressoren gjennom rørledning 150, kjøles i kjøler 86 og føres til høyttrykks propankjøleren via rørledning 152 som tidligere forklart. As shown in Figure 1, the high, middle and low stages of compressor 83 are preferably combined as a single unit. However, each stage may exist as a separate unit where the units are mechanically linked together to be driven by a single drive wheel. The compressed gas from the low stage section passes through an intermediate stage cooler 85 and is combined with the intermediate pressure gas in conduit 140 prior to the second stage compression. The compressed gas from the intermediate stage of compressor 83 is passed through an intermediate stage cooler 84 and is combined with the high pressure gas in pipeline 140 before the third stage compression. The compressed gas is led from the high-stage methane compressor through pipeline 150, cooled in cooler 86 and led to the high-pressure propane cooler via pipeline 152 as previously explained.
Figur 1 viser ekspansjonen av den flytendegj orte fasen ved anvendelse av ekspansjons ventiler med påfølgende separasjon av gass og væskeandeler i kjøleren eller kondensatoren. Mens dette forenklede skjemaet er gjennomfør-bart og benyttes i noen tilfeller, er den ofte mer effektiv og effektfull til å utføre partiell fordamping og separasjonstrinn i separat utstyr, f.eks. en ekspansjonsventil og separat flashtrommel kan anvendes før strømningen av enten den separerte dampen eller væsken til en propankjøler. På lignende måte er visse prosesstrømmer som gjennomgår ekspansjon ideelle kandidater for anvendelse av en hydraulisk ekspander som del av trykkreduksjons-anordningen for derved å muliggjøre ekstraksjonen av arbeidsenergi og også å senke tofasetemperaturer. Figure 1 shows the expansion of the liquefied phase using expansion valves with subsequent separation of gas and liquid parts in the cooler or condenser. While this simplified scheme is feasible and used in some cases, it is often more efficient and effective to perform partial evaporation and separation steps in separate equipment, e.g. an expansion valve and separate flash drum may be used prior to the flow of either the separated vapor or liquid to a propane cooler. Similarly, certain process streams undergoing expansion are ideal candidates for the use of a hydraulic expander as part of the pressure reduction device to thereby enable the extraction of working energy and also to lower two-phase temperatures.
Med hensyn til kompressoren/driverenhetene anvendt i prosessen, viser figur 1 enkeltvise kompressor/driverenheter (dvs. et enkelt kompresjonshjulverk) for propan-, etylen- og åpen-syklus metankompresjonstrinnene. I en foretrukket utførelse for en hvilken som helst kaskade-prosess, kan imidlertid prosesspålitelighet forbedres betydelig ved anvendelse av et multippelt kompresjonshjulverk som innbefatter to eller flere kompressor/- driverkombinasjoner i parallell istedenfor de viste enkeltvise kompressor/- driverenhetene. I tilfelle av at en kompressor/driverenhet blir utilgjengelig, kan prosessen fremdeles drives ved en redusert kapasitet. With respect to the compressor/driver units used in the process, Figure 1 shows individual compressor/driver units (ie, a single compression impeller) for the propane, ethylene and open-cycle methane compression stages. However, in a preferred embodiment for any cascade process, process reliability can be significantly improved by using a multiple compression impeller that includes two or more compressor/driver combinations in parallel instead of the individual compressor/driver units shown. In the event that a compressor/driver unit becomes unavailable, the process can still be operated at a reduced capacity.
Foretrukket utførelse av den oppfinneriske fierningsprosessen og apparat Vist i figur 2 er en foretrukket utførelse av benzen, andre aromater og/eller tyngre hydrokarbonkomponentfjerningsprosess og assosiert apparat. Som tidligere anført, oppstår tofasestrømmen matet til benzen/aromater/tyngre rester-fjerningskolonnen 60 via rørledning 118 fra kjølingen og partiell kondensering av strømmen i rørledning 116 via kjøling skaffet ved varmevekslingsanordning 56 i etylenkjøler 54. I en utførelse kjøles hele strømmen i rørledning 116.1 en foretrukket utførelse illustrert i figur 2, oppnås tofasestrømmen ved kjøling og partiell kondensering av en del av strømmen i rørledning 116 og denne andelen kombineres deretter med den gjenværende andelen av strømmen som kommer via rørledning 116. Preferred Embodiment of the Inventive Removal Process and Apparatus Shown in Figure 2 is a preferred embodiment of the benzene, other aromatics and/or heavier hydrocarbon component removal process and associated apparatus. As previously stated, the two-phase stream fed to the benzene/aromatics/heavier residue removal column 60 via pipeline 118 occurs from the cooling and partial condensation of the stream in pipeline 116 via cooling provided by heat exchange device 56 in ethylene cooler 54. In one embodiment, the entire stream in pipeline 116.1 is cooled a preferred embodiment illustrated in figure 2, the two-phase flow is achieved by cooling and partial condensation of a part of the flow in pipeline 116 and this part is then combined with the remaining part of the flow coming via pipeline 116.
Med henvisning til figur 2, splittes strømmen levert via rørledning 116 til en første strøm som strømmer i rørledning 450 og en andre strøm som strømmer i rørledning 452. Strømmen i rørledning 532 strømmer gjennom en valgfri ventil 532, fortrinnsvis en manuell reguleringsventil, til rørledning 454 som leverer den første strømmen til etylenkjøler 54 hvor strømmen gjennomgår minst partiell kondensasjon via indirekte varmevekslingsanordning 56 og går ut av anordningen via rørledning 458. Den andre strømmen i rørledning 452 strømmer gjennom en ventil 530, fortrinnsvis en reguleringsventil, inn i rørledning 456 som deretter kombineres med den første strømmen levert via rørledning 458. De kombinerte strømmene, nå en tofasestrøm, leveres til kolonnene 60 via rørledning 118. Fra et operasjonelt perspektiv skal lengden av rørledning 118 være tilstrekkelig til å sikre passende blanding av de to strømmene slik at likevektsbetingelsene nås. Mengden av væsker i tofasestrømmen i rørledning 118 reguleres fortrinnsvis via opprettholdelse av strømmene ved en ønsket temperatur. Dette oppnås på følgende måte. En temperaturtransduserende anordning 688 i kombinasjon med en føler slik som et termoelement plassert i rørledning 118, gir et inngangssignal 686 til en temperaturregulator 682. Også gitt til regulatoren ved drifts- eller computeralgoritme, er et settpunkt-temperatursignal 684. Regulatoren 682 reagerer på forskjellene i de to inngangene og overfører et signal 680 til strømningsreguleringsventilen 530 som er plassert i rørledningen hvor strømninger av andelen av strømmen leveres via rørledning 116 som ikke gjennomgår kjøling via varmevekslingsanordning 56 i kjøler 54. Det overførte signalet 680 skaleres til å være representativt for posisjonen på reguleringsventilen 530 som er påkrevet for å opprettholde strømnings-hastigheten som er nødvendig for å oppnå den ønskede temperaturen i rørledning 118. Referring to Figure 2, the flow delivered via conduit 116 is split into a first flow flowing in conduit 450 and a second flow flowing in conduit 452. The flow in conduit 532 flows through an optional valve 532, preferably a manual control valve, to conduit 454 which delivers the first stream to ethylene cooler 54 where the stream undergoes at least partial condensation via indirect heat exchange device 56 and exits the device via pipeline 458. The second stream in pipeline 452 flows through a valve 530, preferably a control valve, into pipeline 456 which then combines with the first stream delivered via pipeline 458. The combined streams, now a two-phase stream, are delivered to the columns 60 via pipeline 118. From an operational perspective, the length of pipeline 118 must be sufficient to ensure adequate mixing of the two streams so that equilibrium conditions are reached. The quantity of liquids in the two-phase flow in pipeline 118 is preferably regulated by maintaining the flows at a desired temperature. This is achieved in the following way. A temperature transducing device 688 in combination with a sensor such as a thermocouple located in conduit 118 provides an input signal 686 to a temperature controller 682. Also provided to the controller by operating or computer algorithm is a set point temperature signal 684. The controller 682 responds to the differences in the two inputs and transmits a signal 680 to the flow control valve 530 located in the pipeline where flows of the portion of the flow is delivered via pipeline 116 that does not undergo cooling via heat exchange device 56 in the cooler 54. The transmitted signal 680 is scaled to be representative of the position of the control valve 530 which is required to maintain the flow rate necessary to achieve the desired temperature in conduit 118.
Disse fødestrømmer til prosesstrinnet hvor benzen, andre aromater og/eller tyngre hydrokarbonkomponenter fjernes, er tofase prosesstrømmen fra etylenkjøler 54 levert via rørledning 118 til den øvre seksjonen av kolonne 60 og den metanrike strippegassen levert via rørledning 108. Selv om den er utledet i figur 1 til å komme fra fødegasstrømmen fra det første trinnet av propankjøling, kan denne strømmen komme fra et hvilket som helst sted i prosessen eller kan være en metanrik strøm utenfor prosessen. Som illustrert i figur 2, gjennomgår minst en andel av den metanrike strippegassen kjøling i varmeveksler 62 via indirekte varmevekslingsanordning 62 før den går inn i bunnen av kolonnen 60. Utslippsstrømmene fra dette oppfinneriske prosesstrinnet er tung-rest-redusert gasstrøm fra kolonne 60 produsert via rørledning 120 og den oppvarmede tung-rest-rike strømmen produsert via rørledning 119. Som illustrert i figur 2, produseres en tung-rest-rik strøm fra kolonne 60 og gjennomgår oppvarming i varmeveksler 62 via indirekte varmevekslingsanordning 66. På denne måte kan kolonneutslippet produsert via rørledning 114 kjøle strippegassen matet til kolonnen via rørledning 109. These feed streams to the process step where benzene, other aromatics and/or heavier hydrocarbon components are removed are the two-phase process stream from ethylene cooler 54 delivered via pipeline 118 to the upper section of column 60 and the methane-rich strip gas delivered via pipeline 108. Although derived in Figure 1 to come from the feed gas stream from the first stage of propane cooling, this stream may come from anywhere in the process or may be a methane-rich stream outside the process. As illustrated in Figure 2, at least a portion of the methane-rich strip gas undergoes cooling in heat exchanger 62 via indirect heat exchange device 62 before entering the bottom of column 60. The effluent streams from this inventive process step are heavy-residue-reduced gas stream from column 60 produced via pipeline 120 and the heated heavy-residue-rich stream produced via pipeline 119. As illustrated in Figure 2, a heavy-residue-rich stream is produced from column 60 and undergoes heating in heat exchanger 62 via indirect heat exchange device 66. In this way, the column discharge produced via pipeline 114 cools the stripping gas fed to the column via pipeline 109.
Antallet teoretiske trinn i kolonne 60 vil være avhengig av sammensetningen av fødestrømmene til kolonnen. Generelt vil to (2) til femten (15) teoretiske trinn være påkrevet. Antallet foretrukne trinn er tre (3) til ti (10), enda mer foretrukket fire (4) til åtte (8) og fra et operasjonelt og kostnadsperspektiv er det mest foretrukne antallet ca. fem (5). De teoretiske trinnene kan være tilgjengelige via pakking, plater eller en kombinasjon derav. Generelt foretrekkes pakking i kolonner på mindre enn ca. 2 m diameter og plater på kolonner på mer enn ca. 2 m diameter. Som illustrert i figur 2, er den øvre seksjonen av kolonnen hvor tofasestrømmen i rørledning 118 er matet utformet til å lette gass/væskeseparasjon. Toppen av kolonnen inneholder fortrinnsvis en anordning for fjerning av dugg eller fjerning av medførte væsker fra dampstrømmen. Denne anordningen skal være plassert mellom innførselspunktet av rørledning 118 og utførselspunktet av rørledning 120. Som illustrert i figur 2, strømmer den tung-rest-rike væskestrømmen produsert via rørledning 114 gjennom reguleringsventil 97 og rørledning 117 til varmeveksler 62 hvor strømmen gir kjøling via indirekte varme-overføringsanordning 64 og produseres fra varmeveksler 62 via rørledning 119 som en oppvarmet tung-rest-rik strøm. Avhengig av driftstrykket i nedstrømsprosessene, kan kjølingsevnen for denne strømmen økes ved flashing til et lavere trykk ved strømning gjennom reguleringsventil 97. Denne prosesstrømmen produsert via rørledning 119 kan benyttes direkte eller gjennomgå påfølgende behandling for fjerningen av lettere komponenter. I den foretrukne utførelses formen illustrert i figur 2, mates strømmen til en metanfjerner 67. The number of theoretical stages in column 60 will depend on the composition of the feed streams to the column. In general, two (2) to fifteen (15) theoretical steps will be required. The preferred number of steps is three (3) to ten (10), even more preferably four (4) to eight (8) and from an operational and cost perspective the most preferred number is approx. five (5). The theoretical steps may be available via packing, plates or a combination thereof. In general, packing in columns of less than approx. 2 m diameter and slabs on columns of more than approx. 2 m diameter. As illustrated in Figure 2, the upper section of the column to which the two-phase flow in conduit 118 is fed is designed to facilitate gas/liquid separation. The top of the column preferably contains a device for removing dew or removing entrained liquids from the steam stream. This device shall be located between the entry point of pipeline 118 and the exit point of pipeline 120. As illustrated in Figure 2, the heavy-residue-rich liquid stream produced via pipeline 114 flows through control valve 97 and pipeline 117 to heat exchanger 62 where the flow provides cooling via indirect heat - transfer device 64 and is produced from heat exchanger 62 via pipeline 119 as a heated heavy-residual-rich stream. Depending on the operating pressure in the downstream processes, the cooling capacity of this stream can be increased by flashing to a lower pressure by flow through control valve 97. This process stream produced via pipeline 119 can be used directly or undergo subsequent treatment for the removal of lighter components. In the preferred embodiment illustrated in Figure 2, the flow is fed to a methane remover 67.
Strømningshastigheten av tung-rest-rik væske fra kolonne 60 kan reguleres via forskjellige metodikker som er lett tilgjengelige for en fagmann på området. Reguleringsapparatet, som er illustrert i figur 2, er et foretrukket apparat og består av en nivåreguleringsanordning 600, også en føler, og en signaltransduser sammenbundet med nivåreguleringsanordningen, operasjonelt plassert i den nedre seksjon av kolonne 60. Regulatoren 600 etablerer et utgangssignal 602 som enten representerer strømningshastigheten i rørledning 114 som er nødvendig for å opprettholde et ønsket nivå i kolonne 60 eller indikerer at det virkelige nivået har overskredet et forutbestemt nivå. En strømningsmåleanordning og transduser 604 som operasjonelt er plassert i rørledning 114 etablerer et utgangssignal 606 som representerer den virkelige strømningshastigheten av fluidet i rørledning 114. Strømningsmåle-anordningen er fortrinnsvis plassert oppstrøms for reguleringsventilen for slik å unngå kontakt med en tofasestrøm. Signal 602 er fremskaffet som et settpunkt-signal til strømningsregulator 608. Signaler 602 og 608 er henholdsvis sammenlignet i strømningsregulator 608 og regulator 608 etablerer et utgangssignal 614 som er i respons til forskjellen mellom signalet 602 og 606. Signal 614 gis til reguleringsventil 97 og ventil 97 manipuleres i respons til signal 614. Et settpunkt-signal (ikke illustrert) som er representativt for et ønsket nivå i kolonne 60, kan manuelt tilføres nivåregulator 600 av en operator eller i alternativet kan det være under computerregulering via en reguleringsalgoritme. Avhengig av driftsbetingelsene anvendes drifts- eller datamaskinlogikk for å bestemme om regulering vil baseres på væskenivå eller strømningshastighet. I respons til den variable strømningshastighetinngangen av signal 606 og det valgte settpunkt-signalet, gir regulatoren 608 et utgangssignal 614 som er i respons til forskjellen mellom de respektive inngangs- og settpunkt-signalene. Dette signalet er skalert slik at det er representativt, som tilfelle kan være, på posisjonen på reguleringsventilen 97 som er nødvendig for å opprettholde strømningshastigheten av fluid i alt vesentlig likt med den ønskede strømningshastigheten eller væskenivået som i alt vesentlig er lik det ønskelige væskenivået, som kan være tilfelle. The flow rate of heavy-residue-rich liquid from column 60 can be regulated via various methodologies readily available to one skilled in the art. The regulating apparatus, which is illustrated in Figure 2, is a preferred apparatus and consists of a level regulating device 600, also a sensor, and a signal transducer associated with the level regulating device, operationally located in the lower section of the column 60. The regulator 600 establishes an output signal 602 which either represents the flow rate in conduit 114 necessary to maintain a desired level in column 60 or indicates that the actual level has exceeded a predetermined level. A flow measuring device and transducer 604 which is operationally located in pipeline 114 establishes an output signal 606 that represents the real flow rate of the fluid in pipeline 114. The flow measuring device is preferably located upstream of the control valve in order to avoid contact with a two-phase flow. Signal 602 is provided as a set point signal to flow controller 608. Signals 602 and 608 are respectively compared in flow controller 608 and controller 608 establishes an output signal 614 which is in response to the difference between signal 602 and 606. Signal 614 is provided to control valve 97 and valve 97 is manipulated in response to signal 614. A set point signal (not illustrated) which is representative of a desired level in column 60 may be manually supplied to level controller 600 by an operator or alternatively it may be under computer control via a control algorithm. Depending on the operating conditions, operational or computer logic is used to determine whether regulation will be based on liquid level or flow rate. In response to the variable flow rate input of signal 606 and the selected setpoint signal, the controller 608 provides an output signal 614 which is responsive to the difference between the respective input and setpoint signals. This signal is scaled to be representative, as the case may be, of the position of control valve 97 necessary to maintain the fluid flow rate substantially equal to the desired flow rate or fluid level substantially equal to the desired fluid level, which may be the case.
I varmeveksleren 62 føres den tung-rest-rike strømmen, som kjøler den metanrike strippegasstrømmen, til varmeveksleren via rørledning 117. Tung-rest-rike strøm strømmer gjennom indirekte varmevekslingsanordning 66 og produseres fra varmeveksleren via rørledning 119. Graden hvorved metanrik strippegass kjøles av tung-rest-bærende strøm før innførselen i kolonnen, kan reguleres via forskjellige metodikker som er lett tilgjengelige for fagmenn på området. I en utførelse mates hele den metanrike strippegasstrømmen til varmeveksleren og kjølingsgraden reguleres av slike parametere som mengden av tung-rest-rik væskestrøm gjort tilgjengelig for varmeoverføring, varmeoverføringsoverflatearealene tilgjengelige for varmeoverføring og/eller oppholdstidene på fluidene som gjennomgår oppvarming eller kjøling som kan være tilfelle. I en foretrukket utførelse strømmer den metanrike strippegasstrømmen levert via rørledning 108 gjennom reguleringsventil 500 inn i rørledning 400 hvor strømmen splittes og overføres via rørledninger 402 og 403. Strømmen som strømmer gjennom 403 strømmer omsider gjennom indirekte varmeoverføringsanordning 64 i varmeveksler 62. En anordning for manipulering av de relative strømningshastighetene av fluid i rørledninger 402 og 403 fås i enten rørledninger 402 og 403 eller begge deler. Anordningene som er illustrert i figur 2 er enkle manuelle reguleringsventiler, anført som 502 og 504, som respektivt er festet til rørledninger 404 og 407. Imidlertid kan en reguleringsventil hvis posisjon er manipulert av en regulator og hvor inngangen til regulatoren består et settpunkt og et signal representativt på strømning i rørledning, slik som det diskutert ovenfor for tung-rest-bærende strømmer, substitueres for en eller begge av de manuelle regulerings ventilene. I alle fall drives ventilene slik at temperatur-tilnærmelsesforskj ellen på strømmene i rørledninger 117 og 404 til varmeveksler 62 ikke overskrider 10°C hvorpå det kan oppstå skade på varmeveksleren. Det kjølte fluidet forlater den indirekte varmeoverførings-anordningen 64 via rørledning 405 og kombineres ved et forbindelsespunkt med ukjølt metanrik strippegass levert via rørledning 407 for derved å danne den kjølte metanrike strippegasstrømmen som er levert til kolonnen via rørledning 109. In heat exchanger 62, the heavy-residue-rich stream, which cools the methane-rich stripping gas stream, is fed to the heat exchanger via pipeline 117. Heavy-residue-rich stream flows through indirect heat exchange device 66 and is produced from the heat exchanger via pipeline 119. The degree to which methane-rich stripping gas is cooled by heavy -residue-carrying current before introduction into the column, can be regulated via different methodologies which are easily accessible to professionals in the field. In one embodiment, the entire methane-rich strip gas stream is fed to the heat exchanger and the degree of cooling is regulated by such parameters as the amount of heavy-residue-rich fluid stream made available for heat transfer, the heat transfer surface areas available for heat transfer and/or the residence times of the fluids undergoing heating or cooling as may be the case. In a preferred embodiment, the methane-rich stripped gas stream delivered via pipeline 108 flows through control valve 500 into pipeline 400 where the stream is split and transferred via pipelines 402 and 403. The stream flowing through 403 ultimately flows through indirect heat transfer device 64 in heat exchanger 62. A device for manipulating the relative flow rates of fluid in conduits 402 and 403 are obtained in either conduits 402 and 403 or both. The devices illustrated in Figure 2 are simple manual control valves, indicated as 502 and 504, which are respectively attached to pipelines 404 and 407. However, a control valve whose position is manipulated by a controller and where the input to the controller consists of a set point and a signal representative of pipeline flow, such as that discussed above for heavy-residue-bearing streams, is substituted for one or both of the manual control valves. In any case, the valves are operated so that the temperature approximation difference of the flows in pipelines 117 and 404 to heat exchanger 62 does not exceed 10°C, whereupon damage to the heat exchanger may occur. The cooled fluid leaves the indirect heat transfer device 64 via pipeline 405 and combines at a connection point with uncooled methane-rich stripping gas delivered via pipeline 407 to thereby form the cooled methane-rich stripping gas stream which is delivered to the column via pipeline 109.
Operasjonelt plassert i rørledning 109 er en strømningstransduserende anordning 616 som i kombinasjon med en strømningsføler slik som en strupeskive (ikke illustrert) etablerer et utgangssignal 618 som representerer den virkelige strømningshastigheten på fluidet i rørledningen. Signal 618 fås som en prosessvariabelinngang til en strømningsregulator 620. Også skaffet enten manuelt eller via datautgangssignal er en settpunkt-verdi for strømningshastigheten representert ved signal 622. Strømningsregulatoren gir deretter et utgangssignal 624 som er i respons til forskjellen mellom de respektive inngangs- og settpunkt-signalene og som er skalert til å være representative for posisjonen på reguleringsventiler som er nødvendig for å opprettholde den ønskede strømningshastigheten i rørledning 109. Operationally located in pipeline 109 is a flow transducing device 616 which, in combination with a flow sensor such as a diaphragm (not illustrated), establishes an output signal 618 which represents the actual flow rate of the fluid in the pipeline. Signal 618 is provided as a process variable input to a flow controller 620. Also obtained either manually or via data output signal is a set point value for the flow rate represented by signal 622. The flow controller then provides an output signal 624 which is responsive to the difference between the respective input and set point values the signals and which are scaled to be representative of the position of control valves necessary to maintain the desired flow rate in pipeline 109.
I en annen utførelse kan den relative strømningshastigheten av fluid gjennom rørledninger 402 og 403 reguleres ved å plassere en temperatur og en In another embodiment, the relative flow rate of fluid through conduits 402 and 403 can be regulated by placing a temperature and a
transduser forbundet med anordningen, om så er nødvendig, i rørledning 109 og ved anvendelse av det resulterende utgang og en settpunkt-temperatur som inngang til en strømningsregulator som vil generere et utgangssignal som er i respons til forskjellen mellom de to signalene og skalert til å være representativt for en reguleringsventilposisjon som er nødvendig for å opprettholde den ønskede strømningshastigheten i rørledning 109. Slike reguleringsventiler kan anvendes istedenfor manuelle ventiler 502 og/eller 504. transducer connected to the device, if necessary, in conduit 109 and using the resulting output and a set point temperature as input to a flow controller which will generate an output signal which is responsive to the difference between the two signals and scaled to be representative of a control valve position that is necessary to maintain the desired flow rate in pipeline 109. Such control valves can be used instead of manual valves 502 and/or 504.
I enda en annen utførelse avbildet i figur 3, reguleres temperaturen av strippegassen til kolonne 60 på følgende måte. Temperaturtransduser 704 i kombinasjon med en måleanordning slik som et termoelement operativt plassert i rørledning 117 gir et utgangssignal 708 som er representativt for den virkelige temperaturen på væske som strømmer i rørledning 117. Signal 708 fås som en første inngang til forholdskalkulatoren 700. Forholdskalkulator 700 er også utstyrt med et andre temperatursignal 706 som er representativt for temperaturen på fluid som strømmer inn i rørledning 109. Signal 706 oppstår i temperaturtransduser 702 hvis utgangssignal 706 er i respons til et føleelement slik som et termoelement operativt plassert i rørledning 109.1 respons til signaler 706 og 708 gir forholdskalkulator 700 et utgangssignal 710 som er representativt for forholdet mellom signaler 706 og 708. Signal 710 fås som en inngang til forholdsregulator 712. Forholdsregulator 712 fås også med et settpunkt-signal 714 som er representativt for det ønskede temperaturforholdet for fluidene som strømmer i rørledninger 109 og 114.1 respons til signaler 710 og 714, gir forholdsregulator 712 et utgangssignal 716 som er i respons til forskjellen mellom signaler 710 og 714. Signal 716 er skalert til å være representativt for posisjonen på reguleringsventil 534, som er operativt plassert i omløpsrørledning 718, som er påkrevet for å opprettholde det ønskede forholdet representert ved settpunkt-signal 714. Reguleringsventil 534 manipuleres i respons til signal 716. In yet another embodiment depicted in Figure 3, the temperature of the stripping gas to column 60 is regulated in the following manner. Temperature transducer 704 in combination with a measuring device such as a thermocouple operatively placed in pipeline 117 provides an output signal 708 that is representative of the actual temperature of liquid flowing in pipeline 117. Signal 708 is obtained as a first input to ratio calculator 700. Ratio calculator 700 is also provided with a second temperature signal 706 which is representative of the temperature of fluid flowing into conduit 109. Signal 706 occurs in temperature transducer 702 whose output signal 706 is in response to a sensing element such as a thermocouple operatively located in conduit 109.1 response to signals 706 and 708 gives ratio calculator 700 an output signal 710 which is representative of the ratio between signals 706 and 708. Signal 710 is obtained as an input to ratio regulator 712. Ratio regulator 712 is also obtained with a set point signal 714 which is representative of the desired temperature ratio for the fluids flowing in pipelines 109 and 114.1 re response to signals 710 and 714, ratio controller 712 provides an output signal 716 that is responsive to the difference between signals 710 and 714. Signal 716 is scaled to be representative of the position of control valve 534, which is operatively located in bypass conduit 718, which is required to maintain the desired ratio represented by set point signal 714. Control valve 534 is manipulated in response to signal 716.
I henhold til den mest foretrukne reguleringsmetodikken avbildet i figur 4 hvor like tallhenvisninger er anvendt for elementer vist i de tidligere figurene, en automatisk oppstarting av kolonne 60 lettes ved høy-utvelger 728. Det skal bemerkes at settpunktet 724 på temperaturregulator 722 ønskelig er satt til en temperatur som er forenlig med væsken i kolonnen 60. Imidlertid ved oppstartingen, vil temperaturen i rørledning 109 være ved eller nær omgivelsestemperatur. Følgelig ville det å forbinde signal 726 direkte for manipulering av ventil 536 gjøre at ventil 536 lukker og ikke tillater strømning av den varme tørrgassen til en kryogenisk separasjonskolonne 60 under oppstarting. Dette problemet overvinnes ved midlertidig valg av signal 742 for å manipulere ventil 536 som beskrevet ovenfor. According to the most preferred control methodology depicted in figure 4 where like numerical references are used for elements shown in the previous figures, an automatic start-up of column 60 is facilitated by high selector 728. It should be noted that set point 724 on temperature controller 722 is desirably set to a temperature compatible with the liquid in column 60. However, at startup, the temperature in conduit 109 will be at or near ambient temperature. Accordingly, connecting signal 726 directly to manipulate valve 536 would cause valve 536 to close and not allow flow of the hot dry gas to a cryogenic separation column 60 during startup. This problem is overcome by temporarily selecting signal 742 to manipulate valve 536 as described above.
I respons til signaler 706 og 724 gir temperaturregulator 722 et utgangssignal 726 i respons til forskjellen mellom signaler 706 og 724. Signal 726 er skalert til å være representativt for plasseringen av reguleringsventil 536 som er operativt plassert i rørledning 108 som er påkrevet for å opprettholde den virkelige temperaturen på fluidet i rørledning 109 som i alt vesentlig er lik den ønskede temperaturen representert ved signal 724. Som tidligere anført, vil imidlertid den ønskede verdien for settpunkt-signal 724 ikke tillate oppstarting av kolonnen. Følgelig gis signal 726 til en signalvelger 728. Signalvelger 728 er også utstyrt med et regulerings signal 742 som er i respons til forskjellen mellom signaler 736 og 740 og er skalert til å være representativt for posisjonen på reguleringsventil 536 påkrevet for opprettholdelse av temperaturen på fluid i rørledning 119 som i alt vesentlig er lik den ønskede temperaturen representert ved signal 740. Ved oppstarting av kolonnen, vil den virkelige temperaturen på fluid i rørledning 119 være mindre enn den ønskede temperaturen representert ved signal 740. Følgelig ville det å forbinde signal 742 til ventil 536 gjøre at ventil 536 åpner seg for slik å senke temperaturen representert ved signal 706. Høy-utvelger 728 bestemmer hvilke av reguleringssignalene 726 og 742 som skal manipulere ventilen 536. In response to signals 706 and 724, temperature controller 722 provides an output signal 726 in response to the difference between signals 706 and 724. Signal 726 is scaled to be representative of the location of control valve 536 operatively located in conduit 108 required to maintain it the actual temperature of the fluid in pipeline 109 which is essentially equal to the desired temperature represented by signal 724. However, as previously stated, the desired value for set point signal 724 will not allow starting up the column. Accordingly, signal 726 is provided to a signal selector 728. Signal selector 728 is also provided with a control signal 742 which is responsive to the difference between signals 736 and 740 and is scaled to be representative of the position of control valve 536 required to maintain the temperature of fluid in pipeline 119 which is substantially equal to the desired temperature represented by signal 740. When starting the column, the actual temperature of fluid in pipeline 119 will be less than the desired temperature represented by signal 740. Consequently, connecting signal 742 to valve 536 cause valve 536 to open so as to lower the temperature represented by signal 706. High selector 728 determines which of the control signals 726 and 742 will manipulate valve 536.
Oppstarting forløper som følger. Fødegass innføres i toppen av den kryogeniske separasjonskolonnen 60 i den øvre seksjonen. Når temperaturen på fødegassen kjøles til kondensasjonstemperaturen på den urenheten som skal fjernes, begynner et nivå av væske å bygge seg opp i kolonnen 60. Nivåregulator 600 føler nivået og dens utgang åpner ventil 97 i respons til signal 614. Lavtemperaturvæsken føres deretter til varmeveksler 62 og veksler varme med en varm tørrgasstrøm gjennom rørledning 108 og ventil 536. Ventil 536 åpnes innledningsvis ved signal 742 på settpunkt-temperatur. Etter at tørrgasstrømning er innledning, føler temperaturtransduser 702 en mye kaldere temperatur som resulterer i at signal 726 blir valgt av høy-utvelgeren 728. Oppstartingsreguleringene bistår operatøren i å gi en sikker oppstarting og å redusere nivået på nødvendig menneskelig tilsyn. Start-up proceeds as follows. Feed gas is introduced into the top of the cryogenic separation column 60 in the upper section. As the temperature of the feed gas cools to the condensation temperature of the impurity to be removed, a level of liquid begins to build up in column 60. Level controller 600 senses the level and its output opens valve 97 in response to signal 614. The low temperature liquid is then passed to heat exchanger 62 and exchanges heat with a hot dry gas flow through pipeline 108 and valve 536. Valve 536 is initially opened by signal 742 at set point temperature. After dry gas flow is initiated, temperature transducer 702 senses a much colder temperature which results in signal 726 being selected by high selector 728. The start-up controls assist the operator in providing a safe start-up and in reducing the level of human supervision required.
Den oppvarmede tung-rest-rike væskestrømmen fra varmeveksler 62 mates via rørledning 119 til metanfjerningskolonnen 67 som inneholder både rektifiserings- og strippeseksjoner. Rektifiserings- og strippeseksjonene kan inneholde atskilte trinn (f.eks. plater) eller kan sørge for kontinuerlig masseoverføring fra kolonnepakking (f.eks. sadler, stablingsringer, metalltråd, duk) eller en kombinasjon av det foregående. Generelt foretrekkes pakking for kolonner som har en diameter på mindre enn 2 m og atskilte trinn er foretrukket for kolonner som har en diameter på mindre enn 2 m. Antall teoretiske trinn i både rektifiserings- og strippeseksj onene av den ønskede sammensetningen på sluttproduktene og sammensetningen av fødestrømmen. Fortrinnsvis inneholder strippe- eller den nedre seksjonen 4 til 20 teoretiske trinn, mer foretrukket 8 til 12 teoretiske trinn, og mest foretrukket ca. 10 teoretiske trinn. På en lignende måte inneholder den øvre delen eller rektifiseringsdelen av kolonnen fortrinnsvis 4 til 20 teoretiske trinn, mer foretrukket 8 til 13 teoretiske trinn, og mest foretrukket ca. 10 teoretiske trinn. The heated heavy-residue-rich liquid stream from heat exchanger 62 is fed via pipeline 119 to methane removal column 67 which contains both rectification and stripping sections. The rectification and stripping sections may contain discrete stages (eg plates) or may provide continuous mass transfer from column packing (eg saddles, stacking rings, wire, cloth) or a combination of the foregoing. In general, packing is preferred for columns that have a diameter of less than 2 m and separate stages are preferred for columns that have a diameter of less than 2 m. The number of theoretical stages in both the rectification and stripping sections of the desired composition of the final products and the composition of the food stream. Preferably, the stripping or lower section contains 4 to 20 theoretical stages, more preferably 8 to 12 theoretical stages, and most preferably approx. 10 theoretical steps. In a similar manner, the upper part or rectification part of the column preferably contains 4 to 20 theoretical stages, more preferably 8 to 13 theoretical stages, and most preferably approx. 10 theoretical steps.
En konvensjonell fordamper 524 er anordnet ved bunnen for å gi strippedamp. I den foretrukne utførelsen vist i figur 2, føres væske fra det laveste trinnet i metanfjerneren til fordamperen via rørledning 428 hvor fluidet er oppvarmet via en indirekte varmeoverføringsanordning 525 med et oppvarmingsmedium levert via rørledning 440 og returnert via rørledning 442 som er sammenbundet med strømningsreguleringsventil som i tur er forbundet med rørledning 444. Damp fra fordamperen returneres til metanfjerningskolonnen via rørledning 430 og væsker fjernes fra fordamperen via rørledning 432. Strømmen i rørledning 432 kan eventuelt kombineres i rørledning 436 med en andre væskestrøm produsert fra bunnen av metanfjerneren via en valgfri rørledning 434. Den totale væskestrømmen produsert fra metanfjerneren via rørledning 436 og/eller 432, som kan være tilfelle, kan eventuelt strømmen gjennom kjøler 520 og produseres via rørledning 438. En anordning for en regulering av væskestrømmen innsettes i en eller begge av de foregående rørledningene. I en utførelse som illustrert i figur 2, består strømningsreguleringsanordningen av reguleringsventil 522 som er innsatt mellom rørledninger 438 og 123. Posisjonen på reguleringsventilen 522 manipuleres av en strømningsregulator 632 som er i respons til forskjellene mellom et settpunkt-inngangssignal 628 fra en nivåreguleringsanordning 626 og den virkelige strømningshastigheten på fluid i rørledning 438 representert ved signal 631. En settpunkt-strømningshastighet 630 for nivåregulator 626 kan fås via drifts- eller datamaskinalgoirtme-inngang. Utgang fra regulatoren 632 er signal 634 som er skaler til å være representativ for posisjonen på reguleringsventilen 522 som er påkrevet for å opprettholde den ønskede strømningshastigheten i rørledning 438 for å opprettholde det ønskede nivået i 67. A conventional evaporator 524 is provided at the bottom to provide stripping steam. In the preferred embodiment shown in Figure 2, fluid is fed from the lowest stage of the methane remover to the evaporator via pipeline 428 where the fluid is heated via an indirect heat transfer device 525 with a heating medium supplied via pipeline 440 and returned via pipeline 442 which is connected to the flow control valve as in ture is connected to pipeline 444. Steam from the evaporator is returned to the methane removal column via pipeline 430 and liquids are removed from the evaporator via pipeline 432. The flow in pipeline 432 can optionally be combined in pipeline 436 with a second liquid stream produced from the bottom of the methane remover via an optional pipeline 434. The total liquid flow produced from the methane remover via pipeline 436 and/or 432, as may be the case, may optionally flow through cooler 520 and be produced via pipeline 438. A device for a regulation of the liquid flow is inserted in one or both of the preceding pipelines. In an embodiment as illustrated in Figure 2, the flow control device consists of control valve 522 which is inserted between pipelines 438 and 123. The position of the control valve 522 is manipulated by a flow controller 632 which is responsive to the differences between a set point input signal 628 from a level control device 626 and the the actual flow rate of fluid in conduit 438 represented by signal 631. A setpoint flow rate 630 for level controller 626 may be obtained via operational or computer algorithm input. Output from regulator 632 is signal 634 which is scaled to be representative of the position of control valve 522 required to maintain the desired flow rate in conduit 438 to maintain the desired level in 67.
Selv om forskjellige reguleringsteknikker er lett tilgjengelige for å regulere strømningshastigheten på strippedamp til kolonnen 67 via rørledning 430, er en foretrukket teknikk basert på temperaturen av den returnerte dampen. En temperaturtransduserende anordning 636 i kombinasjon med en føle-anordning slik som et termoelement plassert i rørledning 430 gir et inngangssignal 638 til en temperaturregulator 642. Også gitt til regulatoren ved drifts- eller datamaskinalgoritme er et settpunkt-temperatursignal 640. Regulatoren 642 er i respons til forskjellene mellom de to inngangene og overfører et signal 644 til strømningsreguleringsventilen 526 som er plassert i en rørledning som inneholder oppvarmingsmediumet, fortrinnsvis rørledninger 440 eller 444, mest foretrukket rørledning 444 som illustrert. Det overførte signalet 644 er skalert til å være representativt for posisjonen på reguleringsventilen 526 som er påkrevet for å opprettholde strømnings-hastigheten nødvendig for å oppnå den ønskede temperaturen i rørledning 440. Although various control techniques are readily available to control the flow rate of stripping steam to column 67 via conduit 430, a preferred technique is based on the temperature of the returned steam. A temperature transducing device 636 in combination with a sensing device such as a thermocouple located in conduit 430 provides an input signal 638 to a temperature controller 642. Also provided to the controller by operating or computer algorithm is a set point temperature signal 640. The controller 642 is responsive to the differences between the two inputs and transmits a signal 644 to the flow control valve 526 located in a conduit containing the heating medium, preferably conduits 440 or 444, most preferably conduit 444 as illustrated. The transmitted signal 644 is scaled to be representative of the position of the control valve 526 required to maintain the flow rate necessary to achieve the desired temperature in pipeline 440.
Et nytt aspekt med metanfjerningskolonnen er måten hvorved tilbake-strømningsvæsker genereres. Som illustrert i figur 2, går topproduktet ut fra metanfjerningskolonnen 67 via rørledning 410 hvor minst en del av strømmen er delvis kondensert ved strømning gjennom indirekte varmevekslingsanordning 510 i varmeveksler 62 som er kjølt via det tunge-rest-rike væskeproduktet fra tung-rest-fjearingskolonnen 60.1 en foretrukket utførelse er det tung-rest-rike væskeproduktet først anvendt for kjøling av minst en del av toppdampstrømmen og deretter anvendt for kjøling av den metanrike strippegasstrømmen. De kondenserte væskene som oppnås fra kjøling via den tung-rest-rike væskestrømmen, blir kilden for tilbake-strømning for metanfjerningskolonne 67. Fortrinnsvis skjer varmevekslingen mellom de to designerte strømmene i motstrøm. I en utførelse kan hele strømmen strømme til varmeveksler 62 på en måte som tidligere anført for kjølingen av hele metanstrippegassen. I en foretrukket utførelse som er illustrert i figur 2, splittes toppdampproduktet i rørledning 410 til strømmer som strømmer i rørledninger 412 og 414. Strømmen i rørledning 414 kjøles i varmeveksler 62 ved strømning av strømmen gjennom indirekte varmevekslingsanordning 510 i veksler 62 og den resulterende kjølte strømmen produseres via rørledning 418. De relative strømningshastighetene på dampstrømmene i rørledninger 412 og 414 eller 418 reguleres ved en strømningsreguleringsanordning, fortrinnsvis en strømningsreguleringsventil hvorigjennom toppdamp kan strømme uten å strømme gjennom varmeveksleren for derved å unngå reguleringen av et tofasefluid. Damp som strømmer i rørledning 412 strømmer gjennom strømningsregulerings-anordning 512 og produseres derfra via rørledning 416. Rørledninger 416 og 418 føres deretter sammen, noe som resulterer i en kombinert kjølt tofasestrøm som strømmer gjennom rørledning 420. Plassert i rørledning 420 er en temperaturtransduserende anordning 646, i kombinasjon med en temperaturføleanordning, fortrinnsvis et termoelement, som gir et signal 648 som er representativt på den virkelige temperaturen på fluidet som strømmer i rørledning 420 til temperaturregulator 652. En ønsket temperatur 650 føres også til regulatoren 652, enten manuelt eller via en regnealgoritme. Basert på sammenligning av inngangen via den transduserende anordningen 646 og settpunktet 650, gir regulatoren 652 så et utgangssignal 654 til ventilen 512 som er skalert til å manipulere ventilen 512 på en passende måte slik at settpunkt-temperaturen nås eller opprettholdes. Det resulterende tofasefluidet i rørledning 420 mates deretter til separator 514 hvorfra det produseres en metanrik dampstrøm via rørledning 422 og en tilbakestrømnings væskestrøm via rørledning 424.1 en annen foretrukket utførelse anvendes den forutgående metodikk, men den tunge-rest-rike strømmen i rørledning 117 anvendes først for kjøling av strømmen levert via rørledning 414 før kjøling av strømmen levert via rørledning 414. Som illustrert i figur 1, kan den metanrike dampstrømmen i rørledning 121 returneres til den åpne metansyklusen for påfølgende flytendegj øring. Trykket på metanfjerneren og assosiert utstyr reguleres ved automatisk manipulering av reguleringsventil 518 i respons til en trykktransduseranordning 656 som operativt er plassert i rørledning 422. Reguleringsventilen er sammenbundet på innløpssiden til rørledning 422 og på utløpssiden til rørledning 121 som fortrinnsvis er direkte eller indirekte forbundet med lavtrykks innløpsåpningen på metankompressoren, og den trykktransduserende anordningen 656 i kombinasjon med en føleanordning gir et signal 658 til en trykkregulator 660 som er representativ for det virkelige trykket i rørledning 422. Et settpunkt-trykksignal 662 gis også som inngang til trykkregulatoren 660. Regulatoren genererer så et responssignal 664 som er representativt for forskjellen mellom det trykkfølende anordningssignalet 658 og settpunkt-signalet 662. Signal 664 er skalert på en slik måte at den aktiverer ventilen 518 for tilnærmelse og opprettholdelse av settpunkt-trykket. I en utførelse er regulatoren og reguleringsventilen og eventuelt den trykkfølende transduseren 656 tilnærmet i en enkelt anordning som vanligvis kalles en mottrykksregulator. A novel aspect of the methane stripping column is the manner in which reflux liquids are generated. As illustrated in Figure 2, the overhead product exits the methane removal column 67 via pipeline 410 where at least a portion of the stream is partially condensed by flow through indirect heat exchange device 510 in heat exchanger 62 which is cooled via the heavy-residue-rich liquid product from the heavy-residue suspension column 60.1 a preferred embodiment, the heavy-residue-rich liquid product is first used for cooling at least part of the overhead steam stream and then used for cooling the methane-rich stripping gas stream. The condensed liquids obtained from cooling via the heavy-residue-rich liquid stream become the source of reflux for methane removal column 67. Preferably, the heat exchange between the two designated streams occurs in countercurrent. In one embodiment, the entire stream can flow to heat exchanger 62 in a manner as previously stated for the cooling of the entire methane stripping gas. In a preferred embodiment illustrated in Figure 2, the overhead steam product in pipeline 410 is split into streams flowing in pipelines 412 and 414. The stream in pipeline 414 is cooled in heat exchanger 62 by flowing the stream through indirect heat exchange device 510 in exchanger 62 and the resulting cooled stream is produced via pipeline 418. The relative flow rates of the steam streams in pipelines 412 and 414 or 418 are regulated by a flow control device, preferably a flow control valve through which overhead steam can flow without flowing through the heat exchanger to thereby avoid the regulation of a two-phase fluid. Steam flowing in conduit 412 flows through flow control device 512 and is produced from there via conduit 416. Conduits 416 and 418 are then joined, resulting in a combined cooled two-phase flow flowing through conduit 420. Located within conduit 420 is a temperature transducing device 646 , in combination with a temperature sensing device, preferably a thermocouple, which provides a signal 648 that is representative of the real temperature of the fluid flowing in pipeline 420 to temperature regulator 652. A desired temperature 650 is also fed to regulator 652, either manually or via a calculation algorithm . Based on comparison of the input via the transducing device 646 and the set point 650, the controller 652 then provides an output signal 654 to the valve 512 which is scaled to manipulate the valve 512 in an appropriate manner so that the set point temperature is reached or maintained. The resulting two-phase fluid in pipeline 420 is then fed to separator 514 from which a methane-rich vapor stream via pipeline 422 and a reflux liquid stream via pipeline 424 are produced. In another preferred embodiment, the preceding methodology is used, but the heavy-residue-rich stream in pipeline 117 is first used for cooling the stream delivered via pipeline 414 before cooling the stream delivered via pipeline 414. As illustrated in Figure 1, the methane-rich vapor stream in pipeline 121 can be returned to the open methane cycle for subsequent liquefaction. The pressure on the methane remover and associated equipment is regulated by automatic manipulation of control valve 518 in response to a pressure transducer device 656 which is operatively located in pipeline 422. The control valve is interconnected on the inlet side of pipeline 422 and on the outlet side of pipeline 121 which is preferably directly or indirectly connected to low pressure the inlet opening of the methane compressor, and the pressure transducing device 656 in combination with a sensing device provides a signal 658 to a pressure regulator 660 which is representative of the real pressure in pipeline 422. A set point pressure signal 662 is also provided as an input to the pressure regulator 660. The regulator then generates a response signal 664 which is representative of the difference between the pressure sensing device signal 658 and the set point signal 662. Signal 664 is scaled in such a way as to actuate the valve 518 to approach and maintain the set point pressure. In one embodiment, the regulator and the control valve and optionally the pressure-sensing transducer 656 are approximated in a single device which is usually called a back pressure regulator.
Tilbakeløpet fra separatoren strømmer omsider til metanfjerneren. I den foretrukne utførelsen illustrert i figur 2, forlater tilbakeløpet separatoren 514 via rørledning 424, strømmer gjennom pumpe 516, og strømmer deretter gjennom rørledning 425, reguleringsventil 519, og rørledning 426 hvorpå strømmen innføres i den øvre seksjonen av metanfjerningskolonnen. I denne utførelsen reguleres strømningshastigheten på tilbakeløpet via inngang fra en nivåreguleringsanordning 666 som er i respons til en føleanordning plassert i den nedre seksjonen av separatoren 514. Regulator 666 genererer et signal The reflux from the separator finally flows to the methane remover. In the preferred embodiment illustrated in Figure 2, the reflux leaves the separator 514 via line 424, flows through pump 516, and then flows through line 425, control valve 519, and line 426 whereupon the stream is introduced into the upper section of the methane removal column. In this embodiment, the flow rate of the return is regulated via input from a level control device 666 which is responsive to a sensing device located in the lower section of the separator 514. Controller 666 generates a signal
668 som er representativt for strømningshastigheten i rørledning 426 som er 668 which is representative of the flow rate in conduit 426 which is
nødvendig for å opprettholde det ønskede nivået i separator 514, signal 668 gis som en settpunkt-inngang til strømningsregulator 670 hvortil også mates et signal 671 som representerer den virkelige strømningshastigheten i rørledning 425. Regulatoren 670 genererer så et signal 674 til reguleringsventil 519 som er representativt for forskjellen i signaler og skalert for å gi den passende væskestrømningen gjennom strømningsreguleringsventilen 519 slik at væskenivået i separator 514 reguleres. necessary to maintain the desired level in separator 514, signal 668 is provided as a set point input to flow controller 670 to which is also fed a signal 671 representing the actual flow rate in pipeline 425. Controller 670 then generates a signal 674 to control valve 519 which is representative for the difference in signals and scaled to provide the appropriate fluid flow through flow control valve 519 so that the fluid level in separator 514 is regulated.
Regulatorene som tidligere er diskutert, kan anvende forskjellige velkjente reguleringsmåter slik som proporsjonal, proporsjonal-integral eller proporsjonal-integral-derivativ (PID). En digital datamaskin som har backup akkommodasjoner foretrekkes i den foretrukne utførelsen avbildet i figur 4 for beregning av de påkrevde reguleringssignaler basert på målte prosess-variabler samt settpunkter tilført datamaskinen. Enhver digital datamaskin som har software for avlesning av verdier av eksterne variabler og overføring av signaler til eksterne anordninger, er egnet til anvendelse. PID-regulatorene vist i figurer 2, 3 og 4 kan benytte de forskjellige måtene for regulering slik som proporsjonal, proporsjonal-integral eller proporsjonal-integral-derivativ. I den foretrukne utførelsen benyttes en proporsjonal-integral måte. Imidlertid er enhver regulator som har kapasitet for å akseptere to eller flere inngangs-signaler og produserer et skalert utgangssignal som er representativt for sammenligningen av de to inngangssignalene innenfor rammen av oppfinnelsen. The controllers previously discussed can use various well-known control modes such as proportional, proportional-integral or proportional-integral-derivative (PID). A digital computer having backup accommodations is preferred in the preferred embodiment depicted in Figure 4 for calculating the required control signals based on measured process variables and set points supplied to the computer. Any digital computer that has software for reading values of external variables and transmitting signals to external devices is suitable for use. The PID controllers shown in figures 2, 3 and 4 can use the different ways of regulation such as proportional, proportional-integral or proportional-integral-derivative. In the preferred embodiment, a proportional-integral method is used. However, any regulator capable of accepting two or more input signals and producing a scaled output signal representative of the comparison of the two input signals is within the scope of the invention.
Skaleringen av et utgangssignal ved en regulator er velkjent på området for reguleringssystemer. I alt vesentlig kan utgangen av en regulator skaleres til å representere enhver ønsket faktor eller variabel. Et eksempel på dette er hvor en ønsket temperatur og en virkelig temperatur er sammenlignet med regulator. Regulatorens utgang kan være et signal som er representativt for en strømningshastighet på en »regulerings»-gass som er nødvendig for å gjøre de ønskede og virkelige temperaturene like. På den annen side kunne det samme utgangssignalet skaleres til å representere et trykk som er påkrevet for å gjøre de ønskede og de virkelige temperaturene like. Hvis reguleringsutgangen kan være i området 0-10 enheter, så kunne reguleringsutgangssignalet skaleres slik at en utgang med et nivå på 5 enheter tilsvarer 50% eller en spesifisert strømningshastighet eller en spesifisert temperatur. Den transduserende anordningen som anvendes for å måle parametere som karakteriserer en prosess i de forskjellige signalene generert derved, kan ha en rekke former eller formater. F.eks. kan regulerings-elementene i dette systemet implementeres ved anvendelse av elektrisk analog, digital elektronisk, pneumatisk, hydraulisk, mekanisk eller andre lignende typer utstyr eller kombinasjon av slike typer utstyr. The scaling of an output signal by a regulator is well known in the field of regulation systems. Essentially, the output of a regulator can be scaled to represent any desired factor or variable. An example of this is where a desired temperature and an actual temperature are compared with the regulator. The output of the regulator may be a signal representative of a flow rate of a "control" gas necessary to make the desired and actual temperatures equal. On the other hand, the same output signal could be scaled to represent a pressure required to make the desired and actual temperatures equal. If the control output could be in the range 0-10 units, then the control output signal could be scaled so that an output with a level of 5 units corresponds to 50% or a specified flow rate or a specified temperature. The transducing device used to measure parameters that characterize a process in the various signals generated thereby can have a number of shapes or formats. E.g. can the control elements in this system be implemented using electrical analogue, digital electronic, pneumatic, hydraulic, mechanical or other similar types of equipment or a combination of such types of equipment.
Selektive reguleringssløyfer anvendes i en rekke prosessituasjoner for valg av en passende reguleringshandling. Typisk tilsidesettes et normalt reguleringssignal av et andre reguleringssignal som har en høyere prioritet i tilfelle av visse prosessbetingelser. F.eks. kan farlige tilstander unngås, eller ønskelige trekk slik som automatisk oppstarting kan implementeres ved midlertidig valg av et andre reguleringssignal. Selective control loops are used in a number of process situations to select an appropriate control action. Typically, a normal control signal is overridden by a second control signal that has a higher priority in case of certain process conditions. E.g. dangerous conditions can be avoided, or desirable features such as automatic start-up can be implemented by temporarily selecting a second control signal.
Den spesifikke hardware og/eller software som benyttes i slike feedback reguleringssystemer er velkjente på området for prosessanleggregulering. Jamfør f.eks. Chemical Engineering's Handbook, 5. utgave, McGraw-Hill, sider 22-1 til 22-147. The specific hardware and/or software used in such feedback control systems are well known in the area of process plant control. Compare e.g. Chemical Engineering's Handbook, 5th Edition, McGraw-Hill, pages 22-1 to 22-147.
Mens spesifikke kryogeniske metoder, materialer, anordninger eller utstyr og reguleringsinstrumenter henvises til her, skal det forstås at slike spesifikke resitasjoner ikke skal anses begrensende, men er ment å være illustrerende og fremsatt for en beste måten i henhold til den foreliggende oppfinnelsen. While specific cryogenic methods, materials, devices or equipment and regulatory instruments are referred to herein, it is to be understood that such specific recitations are not to be considered limiting, but are intended to be illustrative and set forth for a best manner according to the present invention.
EKSEMPEL I EXAMPLE I
Dette eksempelet viser via datamaskinsimulering effektiviteten av prosessen beskrevet i beskrivelsen for fjerningen av benzen og tyngre komponenter fra en metanbasert strøm straks før flytendegj øring av den metanbaserte strømmen i betydelig andel. Strømningshastignetene er representative for dem som eksisterer i et 2,5 millioner tonn/år LNG-anlegg som anvender den flytendegj ørende teknologien vist i figurer 1 og 2. Benzenkonsentrasj onene i de metanbaserte gasstrømmene anvendt i dette eksempelet, er ansett å være representative for konsentrasjonene som eksisterer for de mange natur-gasstrømmer ved dette sted i prosessen. Imidlertid er de metanbaserte gasstrømmene ansett å være relativt magre med hensyn på tyngre hydrokarbonkomponenter (dvs. C3+). Simuleringsresultater ble oppnådd ved anvendelse av Hyproteck's Process Simulation HYSIM, versjon 386/C2.10, Prop. Pkg PR/LK. This example shows via computer simulation the effectiveness of the process described in the description for the removal of benzene and heavier components from a methane-based stream immediately before liquefaction of the methane-based stream in a significant proportion. The flow rates are representative of those existing in a 2.5 million tonne/year LNG facility using the liquefaction technology shown in Figures 1 and 2. The benzene concentrations in the methane-based gas streams used in this example are considered to be representative of the concentrations which exists for the many natural gas streams at this point in the process. However, the methane-based gas streams are considered to be relatively lean with regard to heavier hydrocarbon components (ie C3+). Simulation results were obtained using Hyproteck's Process Simulation HYSIM, version 386/C2.10, Prop. Pkg PR/LK.
Vist i tabell 1 er sammensetning-, temperatur-, trykk- og fasebetingelsene på innløpsstrømmene og utløpsstrømmene til tung-rest-fjerningskolonnen. Simuleringen er basert på kolonnen inneholdende 5 teoretiske trinn. Den partielt kondenserte strømmen, også referert til som tofasestrømmen, som senere vil gjennomgå flytendegjøring i betydelig andel, mates først til det øverste trinnet i kolonnen (trinn 1). Temperaturen på denne strømmen er - 80,3°C og trykket er 587,0 psia. Som tidligere anført har denne strømmen gjennomgått partiell kondensasjon slik at strømmen er 98,24 mol% damp. Shown in Table 1 are the composition, temperature, pressure and phase conditions of the inlet streams and outlet streams of the heavy-residue removal column. The simulation is based on the column containing 5 theoretical steps. The partially condensed stream, also referred to as the two-phase stream, which will later undergo significant liquefaction, is first fed to the top stage of the column (stage 1). The temperature of this stream is -80.3°C and the pressure is 587.0 psia. As previously stated, this stream has undergone partial condensation so that the stream is 98.24 mol% steam.
Den kjølte metanrike strippegassen matet til det nederste trinnet (trinn 5) er tatt fra oppstrømsstedet vist i figur 1. Denne strømmen kjøles fra tilnærmet 17°C til -23 °C via motstrøms varmeveksling med den tung-rest-rike væskestrømmen produsert fra trinn 5.1 løpet av slik varmeveksling som vist i figur 2, oppvarmes denne strømmen fra tilnærmet -61°C til tilnærmet 17°C. Denne strømmen kan også anvendes for å kjøle toppdampene fra metanfjerningskolonnen. Vist i tabell 2 er de simulerte temperaturene, trykkene og de relative strømningshastighetene for hver fase på en trinnvis basis inne i kolonnen. Vist i tabell 3 for hvert trinn er de respektive væske- og damplikevektssammensetninger. The cooled methane-rich strip gas fed to the bottom stage (stage 5) is taken from the upstream location shown in Figure 1. This stream is cooled from approximately 17°C to -23°C via countercurrent heat exchange with the heavy-residue-rich liquid stream produced from stage 5.1 during such heat exchange as shown in Figure 2, this flow is heated from approximately -61°C to approximately 17°C. This stream can also be used to cool the overhead vapors from the methane removal column. Shown in Table 2 are the simulated temperatures, pressures and relative flow rates for each phase on a stepwise basis inside the column. Shown in Table 3 for each step are the respective liquid and vapor equilibrium compositions.
Den oppvarmede tung-rest-rike strømmen fødes deretter til metanfjerningskolonnen som inneholder rektifiserings- og strippeseksj oner hvorfra det produseres en metan/etan-rik strøm som fortrinnsvis resirkuleres som føde til høyttrinns-innløpsåpningen på metankompressoren og en strøm rik på naturgassvæsker. The heated heavy-residue-rich stream is then fed to the methane removal column containing rectification and stripping sections from which a methane/ethane-rich stream is produced which is preferably recycled as feed to the high-stage inlet of the methane compressor and a stream rich in natural gas liquids.
Prosessens effektivitet for fjerning av aromater/tyngre komponenter er illustrert ved en sammenligning av de kombinerte nitrogen-, metan- og etan molprosentene i fødestrømmene til trinn 1 og 5 og produktet fra trinn 1. Disse prosentene for hver strøm er henholdsvis 99,88, 99,89 og 99,94 mol%. Prosessen produserer derfor et produkt som er betydelig anriket med disse lette komponentene enn for begge de to gassholdige fødestrømmene. The efficiency of the process for removing aromatics/heavier components is illustrated by a comparison of the combined nitrogen, methane and ethane mole percentages in the feed streams of stages 1 and 5 and the product from stage 1. These percentages for each stream are 99.88, 99 respectively .89 and 99.94 mol%. The process therefore produces a product that is significantly enriched with these light components than for both of the two gaseous feed streams.
Prosessens effektivitet for fjerning av benzen og tyngre aromater er illustrert ved en sammenligning av anrikningsforhold som er definert til å være molprosenten av komponenten i væskeproduktet fra trinn 5 dividert med molprosenten av komponenten av dampproduktet fra trinn 1. Ved anvendelse av benzen som et eksempel, er de respektive molfraksjonene 0,1616E-04 og 0,00352. Dette resulterer i et anrikningsforhold på tilnærmet 220. The efficiency of the process for removing benzene and heavier aromatics is illustrated by a comparison of enrichment ratios defined as the mole percent of the component in the liquid product from step 5 divided by the mole percent of the component in the vapor product from step 1. Using benzene as an example, the respective mole fractions 0.1616E-04 and 0.00352. This results in an enrichment ratio of approximately 220.
Et ytterligere grunnlag for å illustrere prosessens effektivitet er anrikningsforhold for C3+-komponentene i fødestrømmene til trinn 1 og 5 og væskeproduktstrømmen produsert fra trinn 1. Dette forholdet varierer fra ca. 45 for propan til ca. 200 for n-oktan. De respektive forholdene mellom produktstrømmene varierer fra ca. 50 for propan til ca. 20.000 for n-oktan. A further basis for illustrating the efficiency of the process is the enrichment ratio of the C3+ components in the feed streams to stages 1 and 5 and the liquid product stream produced from stage 1. This ratio varies from approx. 45 for propane to approx. 200 for n-octane. The respective ratios between the product streams vary from approx. 50 for propane to approx. 20,000 for n-octane.
EKSEMPEL II EXAMPLE II
Dette eksempelet viser, som det foregående, via datamaskinsimulering effektiviteten av prosessen beskrevet i beskrivelsen for fjerningen av benzen og tyngre komponenter fra en metanbasert gasstrøm straks før flytendegjøring av strømmen i betydelig andel. Strømningshastighetene er representative for dem som eksisterer i et 2,5 million tonn/år LNG-anlegg som anvender den flytendegj ørende teknologien vist i figurer 1 og 2. Benzenkonsentrasj onene i de metanrike fødestrømmene anvendt i dette eksempelet, er ansett å være representative for konsentrasjonene som eksisterer for mange gasstrømmer ved dette sted i prosessen. Imidlertid er konsentrasjonene av etan og tyngre komponenter i gasstrømmen blitt økt signifikant for derved å representere en rikere gasstrøm som gjør at det blir en større belastning på prosessen for fjerningen av begge disse komponentene og benzen. Dette eksempelet illustrerer i nærmere detalj prosessens evne til å fjerne benzen og tyngre hydrokarbonkomponenter samtidig. I tillegg illustrerer dette eksempelet benzenfjerningsprosessens evne til å tolerere signifikante prosessoppstillinger i formen av signifikante økninger i etan- og tyngre hydrokarbonkonsentrasjoner uten å signifikant påvirke benzenfjerningsprosessens effektivitet og drift. Videre illustrerer dette eksempelet prosessens evne til å utvinne tyngre hydrokarboner som en separat, flytende strøm. Simuleringsresultater ble oppnådd ved anvendelse av Hyprotech's Process Simulation HYSIM, versjon 386/C2.10, Prop. Pkg This example, like the previous one, shows via computer simulation the effectiveness of the process described in the description for the removal of benzene and heavier components from a methane-based gas stream immediately before liquefaction of the stream in a significant proportion. The flow rates are representative of those existing in a 2.5 million ton/year LNG plant using the liquefaction technology shown in Figures 1 and 2. The benzene concentrations in the methane-rich feed streams used in this example are considered to be representative of the concentrations which exist for many gas streams at this point in the process. However, the concentrations of ethane and heavier components in the gas stream have been increased significantly to thereby represent a richer gas stream, which places a greater burden on the process for the removal of both these components and benzene. This example illustrates in more detail the ability of the process to remove benzene and heavier hydrocarbon components simultaneously. In addition, this example illustrates the ability of the benzene removal process to tolerate significant process upsets in the form of significant increases in ethane and heavier hydrocarbon concentrations without significantly affecting the efficiency and operation of the benzene removal process. Furthermore, this example illustrates the ability of the process to recover heavier hydrocarbons as a separate, liquid stream. Simulation results were obtained using Hyprotech's Process Simulation HYSIM, version 386/C2.10, Prop. Pkg
PR/LK. PR/LK.
Vist i tabell 4 er sammensetning-, temperatur-, trykk- og fasebetingelsene på innløpsstrømmene og utløpsstrømmene til tung-rest-fjearingskolonnen. Simuleringen er basert på kolonnen inneholdende 5 teoretiske trinn. Den partielt kondenserte strømmen, også referert til som tofasestrømmen, som vil gjennomgå flytendegjøring i betydelig andel, mates først til det øverste trinnet i kolonnen (trinn 1). Temperaturen på denne strømmen er -68,4°C og trykket er 596,0 psia. Som anført i beskrivelsen har denne strømmen gjennomgått partiell kondensasjon slik at strømmen er 94,04 mol% damp. Shown in Table 4 are the composition, temperature, pressure and phase conditions of the inlet streams and outlet streams of the heavy-residue suspension column. The simulation is based on the column containing 5 theoretical steps. The partially condensed stream, also referred to as the two-phase stream, which will undergo significant liquefaction, is first fed to the top stage of the column (stage 1). The temperature of this stream is -68.4°C and the pressure is 596.0 psia. As stated in the description, this stream has undergone partial condensation so that the stream is 94.04 mol% steam.
Den metanrike strippestrømmen matet til det nederste trinnet (trinn 5), er tatt fra oppstrømsstedet vist i figur 1. Denne strømmen er kjølt fra tilnærmet - 23°C via motstrøms varmeveksling med væskeproduktstrømmen produsert fra trinn 5. Som anført i tabell 4 har denne strømmen gjennomgått partiell kondensasjon under kjølingen. The methane-rich stripping stream fed to the bottom stage (stage 5) is taken from the upstream location shown in Figure 1. This stream is cooled from approximately -23°C via countercurrent heat exchange with the liquid product stream produced from stage 5. As indicated in Table 4, this stream has underwent partial condensation during cooling.
Vist i tabell 5 er de simulerte temperaturene, trykkene og de relative strømningshastighetene for hver fase på en trinnvis basis inne i kolonnen. Vist i tabell 6 for hvert trinn er de respektive væske- og damplikevekts-sammensetningene. Shown in Table 5 are the simulated temperatures, pressures and relative flow rates for each phase on a stepwise basis inside the column. Shown in Table 6 for each stage are the respective liquid and vapor equilibrium compositions.
Prosessens effektivitet for fjerning av tyngre komponenter er illustrert ved en sammenligning av de kombinerte nitrogen-, metan- og etanmolprosenter i fødestrømmene respektivt til trinn 1 og 5 og produkttrinnet fra trinn 1. Disse prosentene er henholdsvis 97,85, 97,30 og 99,37 mol%. Prosessen produserer en produktstrøm som er betydelig anriket med disse komponentene enn for begge de to gassholdige fødestrømmene. The efficiency of the process for the removal of heavier components is illustrated by a comparison of the combined nitrogen, methane and ethanol mole percentages in the feed streams respectively to stages 1 and 5 and the product stage from stage 1. These percentages are respectively 97.85, 97.30 and 99, 37 mol%. The process produces a product stream that is significantly enriched with these components than for either of the two gaseous feed streams.
Prosessens effektivitet for fjerning av benzen og tyngre aromater er illustrert ved en sammenligning av anrikningsforhold som for benzen er som definert i eksempel 1. De respektive molfraksjonene er 0,003E-04 og 0,00923, som således resulterer i et anrikningsforhold på tilnærmet 30. The efficiency of the process for removing benzene and heavier aromatics is illustrated by a comparison of enrichment ratios which for benzene are as defined in example 1. The respective mole fractions are 0.003E-04 and 0.00923, which thus results in an enrichment ratio of approximately 30.
Et ytterligere grunnlag for å illustrere prosessens effektivitet er anriknings-forholdene for C3+-komponentene i fødestrømmene til trinn 1 og 5 og væskeproduktstrømmen produsert fra trinn 1. Dette forholdet varierer fra ca. A further basis for illustrating the efficiency of the process is the enrichment ratios for the C3+ components in the feed streams to stages 1 and 5 and the liquid product stream produced from stage 1. This ratio varies from approx.
19 for propan til ca. 30 for n-oktan. De respektive forholdene mellom produktstrømmene varierer fra ca. 67 for propan til ca. 19.000 for n-oktan. 19 for propane to approx. 30 for n-octane. The respective ratios between the product streams vary from approx. 67 for propane to approx. 19,000 for n-octane.
Claims (47)
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US08/621,923 US5669238A (en) | 1996-03-26 | 1996-03-26 | Heat exchanger controls for low temperature fluids |
US08/659,732 US5737940A (en) | 1996-06-07 | 1996-06-07 | Aromatics and/or heavies removal from a methane-based feed by condensation and stripping |
PCT/US1997/004397 WO1997036139A1 (en) | 1996-03-26 | 1997-03-19 | Aromatics and/or heavies removal from a methane-based feed by condensation and stripping |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
NO984488D0 NO984488D0 (en) | 1998-09-25 |
NO984488L NO984488L (en) | 1998-11-26 |
NO309397B1 true NO309397B1 (en) | 2001-01-22 |
Family
ID=27089093
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
NO984488A NO309397B1 (en) | 1996-03-26 | 1998-09-25 | Methods for removing aromatic and / or heavier hydrocarbon components from a methane-based gas stream by condensation and stripping, and apparatus for performing the same |
Country Status (15)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4612122B2 (en) |
AR (1) | AR006440A1 (en) |
AU (1) | AU707336B2 (en) |
CA (1) | CA2250123C (en) |
CO (1) | CO5090917A1 (en) |
EA (1) | EA000800B1 (en) |
ID (1) | ID17331A (en) |
IN (1) | IN191375B (en) |
MY (1) | MY123833A (en) |
NO (1) | NO309397B1 (en) |
OA (1) | OA11014A (en) |
SA (1) | SA97180452B1 (en) |
TR (1) | TR199801906T2 (en) |
TW (1) | TW426665B (en) |
WO (1) | WO1997036139A1 (en) |
Families Citing this family (18)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7310971B2 (en) * | 2004-10-25 | 2007-12-25 | Conocophillips Company | LNG system employing optimized heat exchangers to provide liquid reflux stream |
US7484385B2 (en) | 2003-01-16 | 2009-02-03 | Lummus Technology Inc. | Multiple reflux stream hydrocarbon recovery process |
US6742357B1 (en) * | 2003-03-18 | 2004-06-01 | Air Products And Chemicals, Inc. | Integrated multiple-loop refrigeration process for gas liquefaction |
JP4599362B2 (en) * | 2003-10-30 | 2010-12-15 | フルオー・テクノロジーズ・コーポレイシヨン | Universal NGL process and method |
US7866184B2 (en) | 2004-06-16 | 2011-01-11 | Conocophillips Company | Semi-closed loop LNG process |
US20070012072A1 (en) * | 2005-07-12 | 2007-01-18 | Wesley Qualls | Lng facility with integrated ngl extraction technology for enhanced ngl recovery and product flexibility |
DE102005050388A1 (en) * | 2005-10-20 | 2007-04-26 | Linde Ag | Recovery system for the further processing of a cracked gas stream of an ethylene plant |
US8127938B2 (en) | 2009-03-31 | 2012-03-06 | Uop Llc | Apparatus and process for treating a hydrocarbon stream |
KR20120081602A (en) * | 2009-09-30 | 2012-07-19 | 쉘 인터내셔날 리써취 마트샤피지 비.브이. | Method of fractionating a hydrocarbon stream and an apparatus therefor |
EP2742300A4 (en) | 2011-08-10 | 2016-09-14 | Conocophillips Co | Liquefied natural gas plant with ethylene independent heavies recovery system |
MX2016011957A (en) * | 2014-03-14 | 2017-04-13 | Lummus Technology Inc | Process and apparatus for heavy hydrocarbon removal from lean natural gas before liquefaction. |
DE102015002164A1 (en) * | 2015-02-19 | 2016-08-25 | Linde Aktiengesellschaft | Process for liquefying natural gas |
KR102291922B1 (en) * | 2015-04-28 | 2021-08-20 | 대우조선해양 주식회사 | Flng making heavy hydrocarbon out of natural gasand method of making heavy hydrocarbon out of natural gas in flng |
US11402155B2 (en) | 2016-09-06 | 2022-08-02 | Lummus Technology Inc. | Pretreatment of natural gas prior to liquefaction |
US11473837B2 (en) | 2018-08-31 | 2022-10-18 | Uop Llc | Gas subcooled process conversion to recycle split vapor for recovery of ethane and propane |
US10894929B1 (en) | 2019-10-02 | 2021-01-19 | Saudi Arabian Oil Company | Natural gas liquids recovery process |
CN115317947B (en) * | 2022-08-30 | 2023-08-11 | 山东神驰石化有限公司 | A high-efficiency rectification tower for propylene production |
US11905480B1 (en) | 2022-10-20 | 2024-02-20 | Saudi Arabian Oil Company | Enhancing H2S specification in NGL products |
Family Cites Families (16)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3407052A (en) * | 1966-08-17 | 1968-10-22 | Conch Int Methane Ltd | Natural gas liquefaction with controlled b.t.u. content |
US3413816A (en) * | 1966-09-07 | 1968-12-03 | Phillips Petroleum Co | Liquefaction of natural gas |
BE758567A (en) * | 1969-11-07 | 1971-05-06 | Fluor Corp | LOW PRESSURE ETHYLENE RECOVERY PROCESS |
US4142876A (en) * | 1975-05-22 | 1979-03-06 | Phillips Petroleum Company | Recovery of natural gas liquids by partial condensation |
US4318723A (en) * | 1979-11-14 | 1982-03-09 | Koch Process Systems, Inc. | Cryogenic distillative separation of acid gases from methane |
FR2471567B1 (en) * | 1979-12-12 | 1986-11-28 | Technip Cie | METHOD AND SYSTEM FOR COOLING A LOW TEMPERATURE COOLING FLUID |
JPS5822872A (en) * | 1981-07-31 | 1983-02-10 | 東洋エンジニアリング株式会社 | Method for recovering LPG from natural gas |
SU1075065A1 (en) * | 1982-02-01 | 1984-02-23 | Всесоюзный научно-исследовательский институт природных газов | Method of separating fat hydrocarbon gases |
US4410342A (en) * | 1982-05-24 | 1983-10-18 | United States Riley Corporation | Method and apparatus for separating a liquid product from a hydrocarbon-containing gas |
US4445916A (en) * | 1982-08-30 | 1984-05-01 | Newton Charles L | Process for liquefying methane |
US4559070A (en) * | 1984-01-03 | 1985-12-17 | Marathon Oil Company | Process for devolatilizing natural gas liquids |
DE3408997A1 (en) * | 1984-03-12 | 1985-09-12 | Linde Ag, 6200 Wiesbaden | METHOD FOR SEPARATING HEAVY COMPONENTS FROM LIQUID GASES |
SU1259083A1 (en) * | 1985-03-26 | 1986-09-23 | Всесоюзный Научно-Исследовательский И Проектный Институт По Переработке Газа | Method of processing petroleum gases |
US5170630A (en) * | 1991-06-24 | 1992-12-15 | The Boc Group, Inc. | Process and apparatus for producing nitrogen of ultra-high purity |
FR2681859B1 (en) * | 1991-09-30 | 1994-02-11 | Technip Cie Fse Etudes Const | NATURAL GAS LIQUEFACTION PROCESS. |
JP3328749B2 (en) * | 1992-12-11 | 2002-09-30 | 日本酸素株式会社 | Method and apparatus for liquefying gas containing low boiling impurities |
-
1997
- 1997-03-19 CA CA002250123A patent/CA2250123C/en not_active Expired - Lifetime
- 1997-03-19 AU AU23351/97A patent/AU707336B2/en not_active Expired
- 1997-03-19 WO PCT/US1997/004397 patent/WO1997036139A1/en active IP Right Grant
- 1997-03-19 EA EA199800856A patent/EA000800B1/en not_active IP Right Cessation
- 1997-03-19 JP JP53448697A patent/JP4612122B2/en not_active Expired - Fee Related
- 1997-03-19 TR TR1998/01906T patent/TR199801906T2/en unknown
- 1997-03-21 IN IN518CA1997 patent/IN191375B/en unknown
- 1997-03-25 MY MYPI97001277A patent/MY123833A/en unknown
- 1997-03-26 AR ARP970101258A patent/AR006440A1/en active IP Right Grant
- 1997-03-26 ID IDP970998A patent/ID17331A/en unknown
- 1997-03-31 CO CO97015904A patent/CO5090917A1/en unknown
- 1997-05-22 TW TW086106889A patent/TW426665B/en not_active IP Right Cessation
- 1997-09-29 SA SA97180452A patent/SA97180452B1/en unknown
-
1998
- 1998-09-25 OA OA9800178A patent/OA11014A/en unknown
- 1998-09-25 NO NO984488A patent/NO309397B1/en not_active IP Right Cessation
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CA2250123A1 (en) | 1997-10-02 |
AU2335197A (en) | 1997-10-17 |
AU707336B2 (en) | 1999-07-08 |
MY123833A (en) | 2006-06-30 |
SA97180452B1 (en) | 2006-10-30 |
JP2000512724A (en) | 2000-09-26 |
EA199800856A1 (en) | 1999-04-29 |
AR006440A1 (en) | 1999-08-25 |
CO5090917A1 (en) | 2001-10-30 |
NO984488D0 (en) | 1998-09-25 |
JP4612122B2 (en) | 2011-01-12 |
CA2250123C (en) | 2004-01-27 |
WO1997036139A1 (en) | 1997-10-02 |
NO984488L (en) | 1998-11-26 |
TW426665B (en) | 2001-03-21 |
IN191375B (en) | 2003-11-29 |
TR199801906T2 (en) | 1999-01-18 |
ID17331A (en) | 1997-12-18 |
OA11014A (en) | 2003-03-06 |
EA000800B1 (en) | 2000-04-24 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US5737940A (en) | Aromatics and/or heavies removal from a methane-based feed by condensation and stripping | |
RU2170894C2 (en) | Method of separation of load in the course of stage-type cooling | |
US6793712B2 (en) | Heat integration system for natural gas liquefaction | |
US9651300B2 (en) | Semi-closed loop LNG process | |
US6925837B2 (en) | Enhanced operation of LNG facility equipped with refluxed heavies removal column | |
RU2607933C2 (en) | Natural gas liquefaction plant with ethylene-independent system of extraction of heavy fractions | |
US7234322B2 (en) | LNG system with warm nitrogen rejection | |
US7600395B2 (en) | LNG system employing refluxed heavies removal column with overhead condensing | |
NO309397B1 (en) | Methods for removing aromatic and / or heavier hydrocarbon components from a methane-based gas stream by condensation and stripping, and apparatus for performing the same | |
NO309340B1 (en) | Method and apparatus for improving the efficiency of an open-cycle cascade cooling process | |
NO341516B1 (en) | Process and apparatus for condensing natural gas | |
OA12959A (en) | Enhance methane flash system for natural gas liquefaction. | |
US9121636B2 (en) | Contaminant removal system for closed-loop refrigeration cycles of an LNG facility | |
NO872645L (en) | PROCEDURE FOR EXTRACTING LIQUID GASES. | |
US20050279132A1 (en) | LNG system with enhanced turboexpander configuration | |
KR100609186B1 (en) | Method for removing aromatic compounds and medium molecular compounds from methane base feed by condensation and stripping and related apparatus | |
RU2803363C1 (en) | Method for natural gas liquefaction | |
AU2013201378A1 (en) | Enhanced operation of lng facility equipped with refluxed heavies removal column |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MK1K | Patent expired |