(86) Data i numer zgłoszenia międzynarodowego: , PCT/US02/ (87) Data i numer publikacji zgłoszenia międzynarodowego:

Transkrypt

1 RZECZPOSPOLITA POLSKA Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) (21) Numer zgłoszenia: (22) Data zgłoszenia: (86) Data i numer zgłoszenia międzynarodowego: , PCT/US02/ (87) Data i numer publikacji zgłoszenia międzynarodowego: , WO03/ (13) B1 (51) Int.Cl. F25J 3/06 ( ) (54) Sposób i układ do usuwania dwutlenku węgla z gazu ziemnego, instalacja do przeprowadzania gazu ziemnego w stan ciekły, sposób wytwarzania ciekłego gazu ziemnego i wymiennik ciepła (73) Uprawniony z patentu: BECHTEL BWXT, IDAHO, LLC, Idaho Falls, US (30) Pierwszeństwo: , US, 10/086,066 (43) Zgłoszenie ogłoszono: BUP 09/05 (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: WUP 06/10 (72) Twórca(y) wynalazku: BRUCE M. WILDING, Idaho Falls, US DENNIS N. BINGHAM, Idaho Falls, US MICHAEL G. MCKELLAR, Idaho Falls, US TERRY D. TURNER, Ammon, US KEVIN T. RATERMAN, Idaho Falls, US GARY L. PALMER, Shelley, US KERRY M. KLINGER, Idaho Falls, US JOHN J. VRANICAR, Concord, US (74) Pełnomocnik: rzecz. pat. Misztak Irena PATPOL spółka z ograniczoną odpowiedzialnością PL B1

2 2 PL B1 Opis wynalazku Przedmiotem niniejszego wynalazku jest sposób i układ do usuwania dwutlenku węgla z gazu ziemnego, instalacja do przeprowadzania gazu ziemnego w stan ciekły, sposób wytwarzania ciekłego gazu ziemnego i wymiennik ciepła. Zasadniczo, wynalazek dotyczy sposobu sprężania i przeprowadzania w stan ciekły gazów, a w szczególności częściowego przeprowadzania w stan ciekły gazu, takiego jak gaz ziemny, na niewielką skalę z zastosowaniem połączonego sposobu chłodzenia i rozprężania. Gaz ziemny stanowi znane rozwiązanie alternatywne dla paliw, takich jak benzyna i olej napędowy. W proces przetwarzania gazu ziemnego w celu uzyskania paliwa alternatywnego włożono zarazem wiele starań, aby z jego pomocą wyeliminować niekorzystne strony zastosowania benzyny oraz oleju napędowego, w tym wysoki koszt ich produkcji oraz wysoką emisję spalin. Jak wiadomo ze stanu techniki, gaz ziemny jest czystszym paliwem od wymienionych. Co więcej, uznaje się, że gaz ziemny jest zarazem bezpieczniejszy niż benzyna, czy olej napędowy, jako że gaz się nie osadza, a jedynie ulatnia i rozprasza. Aby można go było stosować jako alternatywne paliwo, gaz ten (określany tutaj również mianem gazu zasilającego ) przeprowadzany jest w sprężony gaz ziemny (CNG) lub ciekły gaz ziemny (LNG), co ułatwia jego przechowywanie oraz transport przed jego użyciem. Ze stanu techniki znane są dwa podstawowe cykle przeprowadzania gazu ziemnego w stan ciekły, to jest cykl kaskadowy oraz cykl rozprężania. Cykl kaskadowy obejmuje szereg wymienników ciepła wypełnionych gazem zasilającym, przy czym każda kolejna wymiana odbywa się w niższej temperaturze do chwili uzyskania pożądanego stanu ciekłego. Poszczególne poziomy schłodzenia uzyskiwane są z zastosowanie różnych czynników chłodniczych lub jednego czynnika chłodniczego przy wykorzystaniu różnych wartości ciśnienia parowania. Uznaje się, że cykl kaskadowy jest bardzo wydajnym sposobem wytwarzania LNG, jako że koszt pracy jest tutaj stosunkowo niski. Niemniej efektywność działania wydaje się mieć mniejsze znaczenie ze względu na stosunkowo wysoki koszt inwestycji, związanej z zakupem kosztownych urządzeń do wymiany ciepła oraz sprężania, jakie stosowane tu są w układzie chłodzącym. Co więcej, instalacja przeprowadzające w stan ciekły obejmujące układ tego rodzaju może się okazać niepraktyczne wówczas, gdy istnieją ograniczenia przestrzenne, jako że elementy fizyczne stosowane w układach kaskadowych są stosunkowo obszerne. W przypadku cyklu rozprężania gaz sprężany jest typowo w celu uzyskania określonej wartości ciśnienia, schładzany, a następnie pozostawiany do rozprężenia z zastosowanie turbiny rozprężającej, w wyniku czego wytwarzana jest energia, zaś temperatura gazu ulega obniżeniu. Gaz zasilający o obniżonej temperaturze poddawany jest następnie procesowi wymiany ciepła w celu przeprowadzenia gazu zasilającego w stan ciekły. Zwyczajowo cykl tego rodzaju uznawano za niepraktyczny, jeśli idzie o przeprowadzanie gazu ziemnego w stan ciekły, jako że nie przewiduje on odpowiednich rozwiązań dotyczących wybranych składników gazu ziemnego, jakie zamarzają w temperaturze panującej w wymiennikach ciepła, co dotyczy przykładowo wody oraz dwutlenku węgla. Co więcej, aby uczynić działanie tradycyjnie stosowanych układów opłacalnym, układy tego rodzaju wytwarzane są na wielką skalę z przeznaczeniem do obróbki znaczących objętości gazu ziemnego. W efekcie powstaje mniej instalacji tego rodzaju, co utrudnia proces doprowadzania gazu surowego do urządzeń przeprowadzających go w stan ciekły oraz proces rozprowadzania ciekłego produktu. Kolejnym istotnym problemem towarzyszącym działaniu instalacji na wielką skalę są wysokie koszty inwestycyjne oraz eksploatacyjne. Przykładowo typowa instalacja do przeprowadzania gazu w stan ciekły na dużą skalę, to jest wytwarzająca gaz w ilości rzędu dcm 3 LNG dziennie, może kosztować od 2 do 15 milionów dolarów lub więcej. Instalacje tego rodzaju wymagają zarazem dostarczania wysokiej mocy na potrzeby napędu sprężarek stosowanych w cyklach chłodzących, co wpływa na wysoki koszt działania instalacji tego rodzaju. Kolejnym problemem dotyczącym zastosowania tak potężnych instalacji jest wysoki koszt składowania ogromnych ilości paliwa przed jego zużyciem/transportem. Należy przy tym uwzględnić nie tylko koszt budowy potężnych instalacji do składowania, ale również kwestię ogólnej wydajności procesu produkcji, jako że składowany LNG ogrzewa się i paruje, co oznacza straty paliwa. Co więcej, należy też wziąć pod uwagę kwestię bezpieczeństwa składowania znaczących ilości paliwa LNG. W związku z powyższym opracowywano różne systemy stosowane do wytwarzania LNG lub CNG z gazu zasilającego na mniejszą skalę, chcąc tym samym wyeliminować problemy towarzyszące

3 PL B1 3 długotrwałemu składowaniu oraz ograniczyć wydatki inwestycyjne i eksploatacyjne związane z procesem przeprowadzaniu gazu ziemnego w stan ciekły i/lub jego sprężania. Niemniej systemy oraz technologie tego rodzaju pociągały za sobą jeden lub więcej istotnych problemów. Amerykański opis patentowy 5,505,232 przedstawia system wytwarzania LNG i/lub CNG. System ten, jak się podaje, działa na niewielką skalę, pozwalając na wytwarzanie w przybliżeniu 1000 galonów ciekłego lub sprężonego paliwa dziennie. Niemniej część systemu odpowiadająca za przeprowadzanie gazu w stan ciekły wymaga już zastosowania czystego" lub oczyszczonego gazu, co oznacza konieczność usunięcia jego różnych składników, takich jak dwutlenek węgla, woda oraz ciężkie węglowodory, przed przystąpieniem do samego procesu przeprowadzania w stan ciekły. Podobnie amerykańskie opisy patentowe 6,085,546 i 6,085,547 przedstawiają sposoby i urządzenia do wytwarzania LNG. Opisy te dotyczą produkcji LNG na niewielką skalę, przy czym ponownie oba te procesy wymagają uprzedniego oczyszczenia gazu przed przystąpieniem do faktycznego cyklu przeprowadzania w stan ciekły. Potrzeba doprowadzania czystego lub uprzednio oczyszczonego gazu do obiegu wynika z faktu, że wybrane składniki gazu mogą zamarznąć i zablokować system podczas procesu przeprowadzania gazu w stan ciekły ze względu na ich wyższą temperaturę zamarzania w zestawieniu z metanem, stanowiącym główną część gazu ziemnego. Jako że wiele źródeł gazu ziemnego, takie jak gaz dla potrzeb gospodarstw domowych oraz dla potrzeb przemysłu, uznaje się za stosunkowo mocno zanieczyszczone, wymóg doprowadzania gazu czystego lub uprzednio oczyszczonego to w istocie wymóg zastosowania kosztownych i często skomplikowanych systemów filtrowania i oczyszczania przed przystąpieniem do procesu przeprowadzania w stan ciekły. Wymóg taki oznacza wzrost kosztów oraz bardziej złożony charakter konstrukcji i działania tego rodzaju instalacji skraplającej. Przedmiotem wynalazku jest sposób usuwania dwutlenku węgla z gazu ziemnego, polegający na tym, że formuje się strumień podgrzanego gazu ziemnego, schładza się przynajmniej część podgrzanego gazu ziemnego w celu uzyskania schłodzonego strumienia gazu ziemnego. Według sposobu zgodnego z wynalazkiem stosuje się wiele wymienników ciepła obejmujących wymiennik ciepła o dużej wydajności z przepływem w przeciwprądzie, w którym schładza się strumień podgrzanego gazu ziemnego do temperatury, która nie powoduje powstawania w nim stałego dwutlenku węgla. Wymiennik ten posiada wiele wężownic rurowych, przy czym zachowuje się stabilny stan przepływu przynajmniej części schłodzonego strumienia gazu ziemnego wypływającego z wymiennika ciepła o dużej wydajności z przepływem w przeciwprądzie, poprzez jedną wężownicę z wielu wężownic rurowych innego wymiennika ciepła (224), i tworzy się część schłodzonego strumienia gazu ziemnego wypływającego z tegoż wymiennika ciepła. Następnie, zmienia się kierunek przepływu przynajmniej części strumienia gazu ziemnego wypływającego z wymiennika ciepła o dużej wydajności z przepływem w przeciwprądzie, poprzez przynajmniej jedną, inną wężownicę z wielu wężownic rurowych innego wymiennika ciepła aż do utworzenia części strumienia schłodzonego gazu ziemnego, wypływającego z innego wymiennika ciepła. W kolejnym etapie sposobu rozpręża się strumień schłodzonego gazu ziemnego za innym wymiennikiem ciepła i tworzy się papkę stałego dwutlenku węgla i zmieszanego, ciekłego gazu ziemnego i przenosi się ją do hydrocyklonu. Potem usuwa się zagęszczony osad stałego dwutlenku węgla oraz część ciekłego gazu ziemnego poprzez otwór wylewowy w hydrocyklonie i przenosi się przez otwór wylewowy papki zagęszczonego osadu stałego dwutlenku węgla i ciekłego gazu ziemnego w hydrocyklonie do innego wymiennika ciepła z wielu wymienników ciepła. Następnie, schładza się przynajmniej część innego wymiennika ciepła przy wykorzystaniu zagęszczonego osadu stałego dwutlenku węgla i ciekłego gazu ziemnego wydostającego się z otworu wylewowego w hydrocyklonie i sublimuje się przynajmniej pewną ilość stałego dwutlenku węgla z zagęszczonego osadu wydostającego się z otworu wylewowego w hydrocyklonie w innym wymienniku ciepła podczas schładzania co najmniej części innego wymiennika ciepła. Korzystnie, sposób obejmuje ponadto przenoszenie pozostałej części ciekłego gazu ziemnego przez otwór przelewowy hydrocyklonu i sprężanie gazu ziemnego przed przystąpieniem do jego schładzania. Według wynalazku, schładzanie przynajmniej części podgrzanego strumienia gazu ziemnego obejmuje przeprowadzenie przynajmniej jego części przez wymiennik ciepła o dużej wydajności z przepływem w przeciwprądzie, czyli jeden wymiennik ciepła z wielu wymienników ciepła z przepływem przeciwprądowym do chłodzenia strumienia gazu ziemnego w tym wymienniku ciepła. Korzystnie, rozwiązanie według wynalazku przewiduje również rozprężanie przynajmniej kolejnej części gazu ziemnego w celu uzyskania strumienia chłodzącego, a ponadto przeprowadzanie

4 4 PL B1 strumienia chłodzącego przez przynajmniej jeden wymiennik ciepła o dużej wydajności z przepływem w przeciwprądzie w celu schłodzenia przynajmniej części podgrzanego strumienia gazu ziemnego. Poza tym pozostałą część ciekłego gazu ziemnego przeprowadza się przez przynajmniej jeden filtr ekranowy. Schładzanie przynajmniej części podgrzanego strumienia gazu ziemnego przeprowadza się przy wykorzystaniu zagęszczonego osadu stałego dwutlenku węgla i ciekłego gazu ziemnego jako chłodziwa. Sposób według wynalazku obejmuje ponadto czerpanie gazu ziemnego ze źródła nieoczyszczonego gazu ziemnego i wytwarzanie oparów zagęszczonego osadu stałego dwutlenku węgla i ciekłego gazu ziemnego i uwalnianie ich z powrotem do źródła nieoczyszczonego gazu ziemnego. Schładzanie przynajmniej części gazu ziemnego w celu uzyskania papki stałego dwutlenku węgla i ciekłego gazu ziemnego obejmuje przeprowadzenie przynajmniej części gazu ziemnego przez przynajmniej jeden zawór Joule'a-Thomsona i usuwanie wody z przynajmniej części gazu ziemnego przez przeprowadzeniem przynajmniej części gazu ziemnego przez hydrocyklon. Ponadto, przynajmniej kolejną część gazu ziemnego przeprowadza się przez rozprężarkę i wytwarza w ten sposób energię, spręża się przynajmniej część gazu ziemnego z wykorzystaniem energii generowanej w rozprężarce dla wytworzenia podgrzanego strumienia gazu ziemnego oraz częściowo schładza się przynajmniej część sprężonego podgrzanego strumienia gazu ziemnego sprężonej, z zastosowaniem przynajmniej kolejnej, rozprężonej części gazu ziemnego. Przedmiotem wynalazku jest również układ do usuwania dwutlenku węgla z gazu ziemnego zawierającego przynajmniej jeden dodatkowy składnik, w skład którego wchodzi sprężarka, wytwarzająca sprężony strumień gazu ziemnego z przynajmniej części dostępnego gazu ziemnego, i przynajmniej jeden wymiennik ciepła z wielu wymienników ciepła, obejmujących wymiennik ciepła umożliwiający przyjmowanie i schładzanie sprężonego strumienia gazu ziemnego. Istota wynalazku polega na tym, że układ zawiera wiele wymienników ciepła zawierających wymiennik ciepła o dużej wydajności z przepływem w przeciwprądzie, chłodzący sprężony strumień do temperatury, przy której nie powstaje w nim stały dwutlenek węgla i inny wymiennik ciepła z wielu wymienników ciepła, stanowiący wymiennik płaszczowo-rurowy, zawierający wiele wężownic i przynajmniej jeden zawór rozdzielczy, przy czym jeden z zaworów rozdzielczych służy do utrzymania stałego przepływu przez jedną wężownicę z wielu wężownic płaszczowo-rurowego wymiennika ciepła. Ponadto układ zawiera elementy umożliwiające przyjmowanie i rozprężanie schłodzonego sprężonego strumienia oraz wytwarzanie papki zawierającej zmieszany gaz, ciekły gaz ziemny i stały dwutlenek węgla. W układzie zainstalowany jest również hydrocyklon, umożliwiający przyjmowanie ciekłego gazu ziemnego i stałego dwutlenku węgla oraz rozdzielanie ciekłego gazu ziemnego i stałego dwutlenku węgla na pierwszą część ciekłego gazu ziemnego oraz zagęszczony osad zawierający stały dwutlenek węgla i drugą część ciekłego gazu ziemnego. Ponadto, układ zawiera przynajmniej jeden przewód do zawracania przynajmniej części zagęszczonego osadu z hydrocyklonu przynajmniej do płaszczowo-rurowego wymiennika ciepła, stanowiącego jeden z wielu wymienników ciepła i kierowania przepływu zagęszczonego osadu przez co najmniej jedną z wężownic płaszczowo-rurowego wymiennika ciepła. Korzystnie, układ obejmuje turborozprężarkę umożliwiającą przyjmowanie przynajmniej kolejnej części gazu ziemnego i wytwarzanie z niej rozprężonego strumienia chłodzącego gazu ziemnego, przy czym turborozprężarka połączona jest z zastosowaniem środków mechanicznych ze sprężarką w celu jej zasilania. Układ według zawiera również wymiennik ciepła o dużej wydajności z przepływem w przeciwprądzie, umożliwiający przyjmowanie rozprężonego strumienia chłodzącego, który przepływa przez niego w przeciwprądzie względem strumienia sprężonego. W układzie znajduje się ponadto filtr umożliwiający usuwanie wody ze sprężonego strumienia w trakcie jego przepływu przez wymiennik ciepła o dużej wydajności z przepływem w przeciwprądzie i przynajmniej jeden filtr ekranowy, umożliwiający przyjmowanie pierwszej części ciekłego gazu ziemnego. Filtr ekranowy, w rozwiązaniu według wynalazku, obejmuje większą liczbę filtrów ekranowych z siatki ze stali nierdzewnej, rozmieszczonych kolejno wzdłuż drogi przepływu pierwszej części ciekłego gazu ziemnego, przy czym każdy kolejny filtr wzdłuż drogi przepływu charakteryzuje się mniejszym rozmiarem oczka w stosunku do poprzedzającego go filtra ekranowego.

5 PL B1 5 Wysokowydajny wymiennik ciepła z przepływem w przeciwprądzie, będący elementem układu, posiada większą liczbę płyt aluminiowych. Znajdujący się w układzie według wynalazku, płaszczowo-rurowy wymiennik ciepła obejmuje pewną liczbę wężownic ze stali nierdzewnej, ułożonych w stos w obrębie zbiornika ze stali nierdzewnej. Układ ponadto obejmuje oddzielacz ciecz-gaz umożliwiający przyjmowanie papki zmieszanego gazu, ciekłego gazu ziemnego i stałego dwutlenku węgla i rozdzielenie ciekłego gazu ziemnego i stałego dwutlenku węgla z lotnego gazu ziemnego przed tym, zanim ciekły gaz ziemny i stały dwutlenek węgla zostanie uzyskany w hydrocyklonie. Przedmiotem wynalazku jest również instalacja do przeprowadzania gazu w stan ciekły. W skład tej instalacji wchodzi wlot połączony ze źródłem nieoczyszczonego gazu ziemnego, turborozprężarka umożliwiająca przyjmowanie pierwszego strumienia gazu ziemnego, doprowadzanego przez wlot urządzenia przyłączony do niej oraz wytwarzanie zeń rozprężonego strumienia chłodzącego (152'), przy czym sprężarka połączona jest mechanicznie z turborozprężarką, umożliwiającą przyjmowanie drugiego strumienia gazu ziemnego, pochodzącego z wlotu urządzenia oraz wytwarzanie zeń sprężonego strumienia roboczego. Ponadto instalacja zawiera wysokowydajny wymiennik ciepła z przepływem w przeciwprądzie i wlotem sprężonego strumienia roboczego oraz rozprężonego strumienia chłodzącego w przeciwprądzie, schładzający sprężony strumień roboczy do temperatury, przy której nie jest w nim wytwarzany stały dwutlenek węgla, i zawierający schłodzony sprężony strumień roboczy, wypływający z wysokowydajnego, płaszczowo-rurowego wymiennika ciepła o przepływie w przeciwprądzie. W instalacji według wynalazku włączony jest również płaszczowo-rurowy wymiennik ciepła zawierający wlot strumienia schłodzonego, sprężonego gazu roboczego, przy czym wymiennik ten, w zbiorniku odpornym na korozję, zawiera wiele pionowo spiętrzonych, odpornych na korozję wężownic i przynajmniej jeden zawór rozdzielczy, przy czym przynajmniej jeden z tych zaworów służy do utrzymania stałego przepływu przez jedną wężownicę i krótkotrwałego przepływu przez przynajmniej jedną inną wężownicę z wielu wężownic płaszczowo-rurowego wymiennika ciepła. Pierwszy wylot instalacji połączony jest ze źródłem nieoczyszczonego gazu, uwalniając do niego rozprężony strumień chłodzący po przeprowadzeniu tego strumienia przez wysokowydajny wymiennik ciepła o przepływie w przeciwprądzie. W instalacji wykorzystywany jest pierwszy zawór rozprężny do rozprężania pierwszej części schłodzonego sprężonego strumienia roboczego w celu utworzenia dodatkowego strumienia chłodzącego, przy czym instalacja ta obejmuje ponadto przewód łączący dodatkowy strumień chłodzący z rozprężonym strumieniem chłodzącym przed wprowadzeniem rozprężonego strumienia chłodzącego do wysokowydajnego wymiennika ciepła o przepływie w przeciwprądzie. Drugi zawór rozprężny w instalacji służy do rozprężania drugiej części schłodzonego sprężonego strumienia roboczego w celu utworzenia zeń papki mieszaniny gazu, ciekłego gazu ziemnego i stałego dwutlenku węgla. Pierwszy oddzielacz gazu i cieczy przejmuje papkę mieszaniny gazu, ciekłego gazu ziemnego i stałego dwutlenku węgla a ponadto drugi wylot instalacji połączony jest ze zbiornikiem magazynowym, przy czym pierwszy oddzielacz gazu i cieczy służy do przenoszenia zawartej tutaj cieczy do drugiego wylotu instalacji. Korzystnie, hydrocyklon jest włączony między pierwszym oddzielaczem gaz-ciecz a drugim wylotem instalacji. Instalacja według wynalazku obejmuje ponadto pompę włączoną między hydrocyklonem a pierwszym oddzielaczem gaz-ciecz, służącą do regulowania stanu cieczy wprowadzanej do hydrocyklonu oraz przynajmniej jeden filtr ekranowy rozmieszczony między wylotem hydrocyklonu a drugim wylotem instalacji i filtr usuwający wodę ze strumienia sprężonego gazu roboczego, przy czym filtr rozmieszczony jest na drodze przepływu sprężonego strumienia roboczego wzdłuż drogi przepływu wewnątrz wysokowydajnego wymiennika ciepła o przepływie w przeciwprądzie. W tej instalacji włączony jest też drugi oddzielacz gaz-ciecz, rozmieszczony na drodze przepływu sprężonego strumienia roboczego w sąsiedztwie wyżej wspomnianego filtra. Wysokowydajny wymiennik ciepła o przepływie w przeciwprądzie zawiera pewną liczbę płyt odpornych na korozję. W rozwiązaniu według wynalazku, przynajmniej jedna z pewnej liczby spiętrzonych w pionie wężownic odpornych na korozję, jak i zbiornik odporny na korozję wykonany jest ze stali nierdzewnej. Płaszczowo-rurowy wymiennik ciepła zawiera przynajmniej jedną wewnętrzną osłonę przeciwbryzgową, usytuowaną wewnątrz przynajmniej jednej ze spiętrzonych w pionie wężownic odpornych na działanie korozji, wykonaną jest ze stali nierdzewnej.

6 6 PL B1 Płaszczowo-rurowy wymiennik ciepła zawiera również przynajmniej jedną osłonę przeciwbryzgową położoną od zewnątrz pomiędzy przynajmniej jedną ze spiętrzonych w pionie wężownic, odpornych na działanie korozji a zbiornikiem odpornym na korozję, która to osłona położona od zewnątrz, wykonana jest ze stali nierdzewnej. Instalacja według wynalazku zawiera ponadto konstrukcję nośną, stosowaną do przenoszenia i transportu instalacji do przeprowadzania gazu w stan ciekły, przy czym na konstrukcji nośnej rozmieszczona jest turborozprężarka, sprężarka), wysokowydajny wymiennik ciepła o przepływie w przeciwprądzie, płaszczowo-rurowy wymiennik ciepła, hydrocyklon, przynajmniej jeden filtr ekranowy, pierwszy oddzielacz gaz-ciecz oraz drugi oddzielacz gaz-ciecz, przy czym konstrukcja nośna charakteryzuje się szerokością około 2,5 m i długością około 9 m. Instalacja obejmuje ponadto szkielet konstrukcji przymocowany do konstrukcji nośnej, przy czym szkielet konstrukcji wyznacza zasadniczo wymiary zewnętrzne instalacji do przeprowadzania gazu w stan ciekły i charakteryzuje się wysokością nominalną około 5 m. Szkielet konstrukcji zawiera przynajmniej pierwszą i drugą część zdejmowaną, przy czym druga, zdejmowana część jest usuwana w celu zmniejszenia maksymalnej wysokości szkieletu konstrukcji. Przynajmniej jedna izolowana ścianka jest zamontowana do szkieletu konstrukcji, a turborozprężarka i sprężarka znajdują się na pierwszej powierzchni przynajmniej jednej izolowanej ścianki, zaś wysokowydajny wymiennik ciepła o przepływie w przeciwprądzie i płaszczowo-rurowy wymiennik ciepła znajdują się z drugiej, przeciwległej strony przynajmniej jednej izolowanej ścianki. Instalacja według wynalazku stanowi jednostkę nadającą się do transportu w zasadniczo nienaruszonym stanie i zawiera jednostkę kontrolną, ułatwiającą zdalny monitoring telemetryczny oraz sterowanie instalacją, przy czym przewód łączący poszczególne komponenty wyposażony jest w odrębną izolację. Ponadto, instalacja ta zawiera przynajmniej jedną turborozprężarkę, sprężarkę, wysokowydajny wymiennik ciepła o przepływie w przeciwprądzie i płaszczowo-rurowy wymiennik ciepła, wyposażone w odrębną izolację. Przedmiot wynalazku stanowi też sposób wytwarzania ciekłego gazu ziemnego, w którym przewiduje się zapewnienie źródła nieoczyszczonego gazu ziemnego i przenosi się część gazu ziemnego ze tego źródła, po czym rozdziela część gazu ziemnego na strumień roboczy oraz pierwszy strumień chłodzący. Następnie, przeprowadza się pierwszy strumień chłodzący przez turborozprężarkę, przez którą przepuszcza się chłodzący strumień oraz wytwarza się energię uzyskiwaną z niej, zasila się sprężarkę energią pozyskiwaną z turborozprężarki i przeprowadza się strumień roboczy przez sprężarkę, przez którą przepuszcza się sprężony strumień roboczy, schładza się go przynajmniej przez rozprężony strumień chłodzący i stosuje się wiele wymienników ciepła, przy czym w jednym wysokowydajnym wymienniku ciepła o przepływie w przeciwprądzie schładza się strumień sprężonego gazu roboczego aż do wytworzenia schłodzonego strumienia gazu ziemnego, mającego temperaturę, która nie powoduje powstawania w nim stałego dwutlenku węgla, a w płaszczowo-rurowym wymienniku ciepła schładza się strumień schłodzonego gazu ziemnego, aż do utworzenia kolejnego strumienia schłodzonego roboczego gazu ziemnego. Stosowany tu płaszczowo-rurowy wymiennik ciepła posiada wiele wężownic rurowych, a ponadto zachowuje się stabilny stan przepływu przynajmniej części schłodzonego gazu ziemnego poprzez jedną wężownicę płaszczowo-rurowego wymiennika ciepła. Następnie, zmienia się kierunek przepływu przynajmniej części schłodzonego gazu ziemnego poprzez przynajmniej jedną inną wężownicę płaszczowo-rurowego wymiennika ciepła, a następnie rozdziela się strumień schłodzonego sprężonego gazu roboczego na strumień produktu oraz drugi strumień chłodzący, po czym rozpręża się drugi strumień chłodzący i łączy się go z rozprężonym pierwszym strumieniem chłodzącym, a ponadto rozpręża się strumień produktu w celu utworzenia mieszaniny gazu, ciekłego gazu ziemnego i stałego dwutlenku węgla, i oddziela się ciekły gaz ziemny i stały dwutlenek węgla z mieszaniny gazu, ciekłego gazu ziemnego i stałego dwutlenku węgla, tworząc zagęszczoną zawiesinę wykorzystywaną w chłodzeniu płaszczowo-rurowego wymiennika ciepła i oddziela się przynajmniej część ciekłego gazu ziemnego z ciekłego gazu naturalnego i stałego dwutlenku węgla. Korzystnie, oddzielanie przynajmniej części ciekłego gazu ziemnego od mieszaniny ciekłego gazu ziemnego i stałego dwutlenku węgla obejmuje poddawanie mieszaniny ciekłego gazu ziemnego i stałego dwutlenku węgla działaniu siły odśrodkowej, jak również łączenie stałego dwutlenku węgla i przynajmniej kolejnej części ciekłego gazu ziemnego z rozprężonym pierwszym strumieniem chłodzącym oraz rozprężonym drugim strumieniem chłodzącym tworząc połączony strumień chłodzący,

7 PL B1 7 ponadto - uwalnianie połączonego strumienia chłodzącego z powrotem do źródła nieoczyszczonego gazu ziemnego. Wymiennik ciepła według wynalazku zawiera zbiornik i przynajmniej dwie wężownice, rozmieszczone w zbiorniku, przy czym jedna wężownica uformowana jest ze zwiniętej wiązki rur ułożonych w stos na innej wężownicy uformowanej ze zwiniętej wiązki rur przynajmniej dwóch wężownic. Ponadto wymiennik posiada przynajmniej jeden rozdzielacz, umieszczony na drodze przepływu pierwszego strumienia, wspomagający w określeniu, przez które z wybranej liczby wężownic przepłynie pierwszy strumień, podtrzymujący przepływ pierwszego strumienia przez jedną wężownicę z przynajmniej dwu wężownic i sporadycznie odchylający przepływ do innej wężownicy z przynajmniej dwu wężownic, podtrzymując jednocześnie przepływ pierwszego strumienia przez jedną wężownicę z przynajmniej dwu wężownic. Poza tym w wymienniku znajduje się przynajmniej jeden rozdzielacz przepływu zawierający jeden korek umieszczony wewnątrz zbiornika, zawór umieszczony na zewnątrz wymiennika ciepła i zaślepka kołnierzowa umieszczona na zewnątrz wymiennika ciepła, oraz wewnętrzna osłona przeciwbryzgowa umieszczona wewnątrz przynajmniej dwu wężownic tworząca pierścień wewnątrz nich, mająca przewód wlotowy/wylotowy umieszczony w nich i zewnętrzna osłona przeciwbryzgowa, umieszczona po zewnętrznej stronie przynajmniej dwóch wężownic i wewnątrz zbiornika. Wymiennik według wynalazku wyposażony jest ponadto w materiał filtrujący, rozlokowany w zbiorniku wokół części zewnętrznej powierzchni dolnej wężownicy z przynajmniej dwu wężownic dla filtrowania wszystkich materiałów stałych, znajdujących się w drugim strumieniu wpływającym do zbiornika. Dla przeprowadzenia pierwszego strumienia przez przynajmniej jedną wężownicę z przynajmniej dwóch wężownic, wymiennik zawiera przynajmniej jeden wlot wężownicy, a ponadto w wymienniku tym występuje pewna liczba wylotów wężownic dla przeprowadzenia pierwszego strumienia pochodzącego z przynajmniej dwu wężownic, oraz przynajmniej dwa wloty drugiego strumienia przez zbiornik, przy czym każdy z przynajmniej dwóch wlotów zbiornika rozmieszczono w sąsiedztwie odpowiedniej wężownicy spośród przynajmniej dwóch wężownic, tak aby drugi strumień przepływał przez przynajmniej tę wężownicę, z którą sąsiaduje odpowiedni wlot zbiornika, a ponadto wylot drugiego strumienia ze zbiornika. Wymiennik ciepła według wynalazku umożliwia selektywny przepływ pierwszego strumienia przez pożądaną liczbę spośród przynajmniej dwóch wężownic oraz zasadniczo jednoczesny przepływ drugiego strumienia przez te same wężownice, przez które przepływa w sposób selektywny pierwszy strumień. Korzystnie, wymiennik ciepła umożliwia selektywny przepływ pierwszego strumienia przez tylko jedną wężownicę spośród przynajmniej dwóch wężownic oraz zasadniczo jednocześnie selektywny przepływ drugiego strumienia przez tylko jedną wężownicę spośród przynajmniej dwóch wężownic. Według wynalazku, zbiornik jest zbiornikiem ciśnieniowym, wykonanym ze stali nierdzewnej, przy czym przynajmniej dwie wężownice są również wykonane ze stali nierdzewnej. W korzystnym rozwiązaniu, przynajmniej jeden zawór rozdzielczy zawiera zatyczkę, która obejmuje korpus wyposażony w pierwszy gwint zewnętrzny oraz głowicę klinową, dopasowaną do narzędzia do jej instalacji, przy czym zatyczka ta wyposażona jest w gwint wewnętrzny w głowicy klinowej. Po określeniem przynajmniej dwie wężownice, według wynalazku należy rozumieć trzy wężownice. Wymiennik ciepła posiada ponadto zbiornik obejmujący pewną liczbę wlotów i przynajmniej jeden wylot oraz przynajmniej dwie wężownice chłodzące rozmieszczone z zbiorniku i połączone ze sobą w szereg, umożliwiające selektywny przepływ pierwszego strumienia przez jedną lub więcej spośród przynajmniej dwóch wężownic oraz przynajmniej jeden zawór rozdzielczy, umieszczony na drodze przepływu pierwszego strumienia, zawierający jedną zatyczkę umieszczoną wewnątrz zbiornika. Zawór ten umieszczony jest na zewnątrz wymiennika ciepła a zaślepka kołnierzowa, umieszczona jest na zewnątrz wymiennika ciepła. Zawór rozdzielczy jest elementem wspomagającym w określeniu, przez które z wybranej liczby wężownic przepłynie pierwszy strumień, przy czym przynajmniej jeden rozdzielacz przepływu podtrzymuje przepływ pierwszego strumienia przez jedną wężownicę z przynajmniej dwu wężownic i sporadycznie odchyla przepływ do innej wężownicy z przynajmniej dwu wężownic, podczas gdy podtrzymuje przepływ pierwszego strumienia przez jedną wężownicę z przynajmniej dwu wężownic, przy czym przynajmniej jeden z pewnej liczby wlotów zbiornika jest połączony z każdą z przynajmniej dwóch wężownic chłodzących oraz zaprojektowany w sposób umożliwiający selektywny przepływ drugiego strumienia przez jeden lub więcej wlotów zbiornika w sposób odpowiadający selektywnemu przepływowi pierwszego strumienia. Wymiennik ponadto wyposażony jest

8 8 PL B1 w materiał filtrujący, rozlokowany w zbiorniku wokół części zewnętrznej powierzchni dolnej wężownicy z przynajmniej dwu wężownic dla filtrowania wszystkich materiałów stałych znajdujących się w drugim strumieniu wpływającym do zbiornika. Przedmiot wynalazku przedstawiono w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schematycznie instalację do przeprowadzania gazu ziemnego w stan ciekły zgodnie z wybranym sposobem wykonania wynalazku, fig. 2 - schemat przepływowy, prezentujący podstawowy cykl instalacji do przeprowadzania w stan ciekły zgodnie z wybranym sposobem wykonania wynalazku, fig. 3 - schemat przepływowy, prezentujący cykl usuwania wody połączony z cyklem przeprowadzania w stan ciekły zgodnie z wybranym sposobem wykonania wynalazku, fig. 4 - schemat przepływowy, prezentujący cykl usuwania dwutlenku węgla połączony z cyklem przeprowadzania w stan ciekły zgodnie z wybranym sposobem wykonania wynalazku, fig. 5A i 5B przedstawiają wymiennik ciepła zgodnie z wybranym sposobem wykonania wynalazku, fig. 6A i 6B - widok z góry i z przodu wężownic chłodzących stosowanych w wymienniku ciepła widocznym na fig. 5A i 5B, fig. 7A-7C - schematycznie różne tryby działania wymiennika ciepła widocznego na fig. 5A i 5B zgodnie z różnymi sposobami wykonania wynalazku, fig. 8A i 8B - widok perspektywiczny i od przodu zatyczki, jaką można stosować w połączeniu z wymiennikiem ciepła widocznym na fig. 5A i 5B, fig. 9 przedstawia przekrój poprzeczny przykładowego filtra CO 2 stosowanego w połączeniu z instalacją i sposobem przeprowadzania w stan ciekły, przedstawionym na fig. 4, fig schemat przepływowy prezentujący cykl przeprowadzania w stan ciekły zgodnie z kolejnym sposobem wykonania wynalazku, fig. 11A - schemat prezentujący obwód ciśnienia różnicowego, stosowany w instalacji i zgodnie ze sposobem widocznym na fig. 10, fig. 11B przedstawia schemat prezentujący korzystny obwód ciśnienia różnicowego, stosowany w instalacji i zgodnie ze sposobem widocznym na fig. 10, fig schemat przepływowy prezentujący cykl przeprowadzania w stan ciekły zgodnie z kolejnym sposobem wykonania wynalazku, fig. 13 przedstawia perspektywicznie instalację do przeprowadzania gazu ziemnego w stan ciekły zgodnie z wybranym sposobem wykonania wynalazku, fig instalację do przeprowadzania gazu ziemnego w stan ciekły widoczne na fig. 4 podczas transportu na miejsce przeznaczenia, fig schemat przepływowy prezentujący punkty pomiarowe przepływu w obrębie układu zgodnie z wybranym sposobem wykonania wynalazku. Na fig. 1 przedstawiono schematycznie część stacji 100 do wytwarzania ciekłego gazu ziemnego (LNG) zgodnie z wybranym sposobem wykonania wynalazku. Należy zauważyć, że choć w niniejszym opisie mówi się o przeprowadzaniu w stan ciekły gazu ziemnego, niniejszy wynalazek można również stosować na potrzeby przeprowadzania w stan ciekły innych gazów. Stacja 100 do przeprowadzania w stan ciekły obejmuje instalację 102 do przeprowadzania w stan ciekły gazu ziemnego na niewielką skalę, a które łączy się ze źródłem gazu ziemnego, takim jak rurociąg 104, choć możliwe jest również zastosowanie innych źródeł, takich jak głowica studni. Termin na niewielką skalę stosuje się tu dla odróżnienia od urządzeń stosowanych w procesach na wielką skalę, o wydajności produkcyjnej rzędu dm 3 LNG lub więcej na dobę. W porównaniu, opisywana tu instalacja do przeprowadzania w stan ciekły charakteryzować się może wydajnością produkcyjną przykładowo około dm 3 LNG na dobę, lecz wydajność tę można również dostosować w zależności od potrzeb, a tym samym instalacja ta nie ogranicza się do zastosowań na niewielką skalę. Co więcej, zgodnie ze szczegółowym opisem poniżej instalację 102 według wynalazku jest znacznie mniejsze niż urządzenia stosowane na wielką skalę, przy czym instalację tą można transportować z miejsca na miejsce. Wzdłuż rurociągu 104 rozmieszczono jeden lub więcej regulatorów ciśnienia 106, które pozwalają na kontrolę ciśnienia przepływającego gazu. Konstrukcja tego rodzaju stosowana jest typowo w stacji upustu ciśnienia, przy czym ciśnienie gazu ziemnego redukowane jest z wysokiego poziomu ciśnienia na wlocie do wartości odpowiedniej dla potrzeb dystrybucji do jednego lub więcej klientów na wylocie. Przykładowo przed regulatorami ciśnieniowymi 106 ciśnienie wewnątrz rurociągu wynosić może około 2,068 do 6,894 MPa, zaś ciśnienie za regulatorami można ograniczyć do około 0,448 MPa lub mniej. Oczywiście podane wartości stanowią jedynie wartości przykładowe i mogą ulegać zmianom w zależności od danego rurociągu 104 oraz potrzeb klientów. Należy przy tym zauważyć, że ciśnienie gazu wewnątrz rurociągu 104 (to jest u wlotu instalacji 102) nie ma decydującego znaczenia, jako że ciśnienie to może wzrastać, przykładowo dzięki zastosowaniu pompy wspomagającej oraz wymiennika ciepła przed wprowadzeniem gazu do obiegu przeprowadzania w stan ciekły. Przed redukcją ciśnienia wzdłuż rurociągu 104 strumień gazu zasilającego 108 wydzielany jest z rurociągu 104 i doprowadzany poprzez miernik przepływu 110, jaki odpowiada za pomiar i zapis

9 PL B1 9 przechodzącego przezeń gazu. Następnie strumień gazu zasilającego 108 przedostaje się przez wlot 112 do instalacji 102 do przeprowadzania w stan ciekły na niewielką skalę na potrzeby dalszej obróbki, co opisane zostanie poniżej. Część gazu zasilającego doprowadzanego do instalacji 102 przechodzi w LNG i opuszcza instalację 102 przez wylot 114, po czym przechowywana jest w odpowiednim zbiorniku lub naczyniu 116. Zbiornik 116 mieści korzystnie przynajmniej dm 3 LNG przy ciśnieniu na poziomie 0,207 do 0,448 MPa oraz temperaturze około 122 K. Niemniej można też zastosować zbiorniki o innych wymiarach i budowie w zależności od określonych potrzeb dotyczących wydajności instalacji 102. Wylot 118 zbiornika łączy się z miernikiem przepływu 120, badającego ilość LNG ze zbiornika 116 przenoszonego przykładowo do urządzenia zasilanego przez LNG lub do pojazdu transportowego. Wlot 122 zbiornika, łączący się z zaworem/miernikiem 124, jaki obejmować może urządzenia badające przepływ oraz przebieg procesu, pozwala na wentylację i/lub oczyszczanie zbiornika pojazdu podczas dozowania LNG ze zbiornika 116. Przewód 126 łączący się ze zbiornikiem 116 oraz z drugim wlotem 128 urządzenia gwarantuje elastyczność kontroli przepływu LNG z instalacji 102, a ponadto umożliwia odprowadzanie przepływu ze zbiornika 116 lub usuwanie pary ze zbiornika 116, o ile byłoby to pożądane. Instalacja 102 do przeprowadzania w stan ciekły łączy się również z odcinkiem 130 rurociągu 104 na wysokości drugiego wylotu 132 instalacji. W ten sposób usuwana jest część gazu ziemnego, nie przeprowadzonego w stan ciekły podczas procesu wewnątrz instalacji 102, oraz inne składniki, jakie można usuwać podczas produkcji LNG. W sąsiedztwie wlotu 122 zbiornika zastosować można ewentualnie przewód wentylacyjny 134 łączący się z przewodem instalacji 102, co oznaczono numerami 136A i 136B. Przewód wentylacyjny 134 tego rodzaju również przenosi gaz do odcinka 130 rurociągu 104. Jako że różne składniki gazowe opuszczają instalację 102, a następnie przedostają się do odcinka 130 rurociągu 104, na potrzeby pomiaru przepływu gazu zastosować można zawór/miernik 138, jaki obejmować może instalacji przeprowadzające pomiar przepływu i przebiegu procesu. Zestawy zawór/miernik 124 oraz 138, jak również przepływomierze 110 i 120 rozmieścić można poza instalacją 102 i/lub wewnątrz instalacji. Tym samym przepływomierze 110 i gdy zestawić ich wskazania - pozwalają ustalić ilość gazu zasilającego netto usuwanego z rurociągu 104, przy czym miernik przepływu 110 umieszczony wcześniej podaje ilość gazu brutto usuwanego, zaś miernik przepływu 130 umieszczony w dół strumienia podaje ilość gazu powracającego do rurociągu 104. Różnica między wskazaniami stanowi ilość netto gazu usuwanego z rurociągu 104. Podobnie mierniki przepływu 120 i 124, jakie również można tu zastosować, wskazują ilość LNG uwalnianego ze zbiornika 116. Na fig. 2 przedstawiono schemat przepływowy dla wybranego sposobu wykonania instalacji 102 do przeprowadzania w stan ciekły, przedstawionego schematycznie na fig. 1. Zgodnie z tym, co zaprezentowano wcześniej na fig. 1, przykładowo strumień gazu zasilającego pod wysokim ciśnieniem (to jest 2,068 do 6,894 MPa) o temperaturze około 288,7 K wprowadzany jest do instalacji 102 przez wlot 112. Przed przystąpieniem do obróbki gazu zasilającego jego niewielka część, oznaczona symbolem 140, może zostać oddzielona, przeprowadzona przez filtr suszący 142 i zastosowana do kontroli działania różnych komponentów instalacji 102. Choć na rysunku przedstawiono tylko jeden strumień 144 gazu kontrolnego, specjalista winien być świadomy, że w podobny sposób zastosować można większą liczbę przewodów z gazem kontrolnym. Zgodnie z alternatywnym rozwiązaniem zastosować można odrębne źródło gazu kontrolnego, takiego jak przykładowo azot, w celu przeprowadzania kontroli działania poszczególnych komponentów w obrębie instalacji 102. Specjalista zdaje sobie sprawę, że niniejsze rozwiązanie pozwala też na zastosowanie odmiennych urządzeń kontrolnych, takich jak układy wykorzystujące aktywację elektryczną. Po wprowadzeniu gazu do wnętrza instalacji 102 gaz ten przenoszony jest przez filtr 146, gdzie usuwane są większe cząstki, jakie mogłyby spowodować uszkodzenia lub zakłócić przepływ gazu przez poszczególne komponenty instalacji 102. Filtr 146 można również stosować w celu usuwania określonych składników ciekłych oraz stałych. Przykładowo filtr 146 stanowić może filtr koalescencyjny. Filtr ten pozwala na obróbkę około 141,58 m 3 /min gazu ziemnego o temperaturze około 288,7 K przy ciśnieniu na poziomie około 3,447 MPa. Filtr 146 wyposażyć można ewentualnie w spust 148, uwalniający zawartość do wnętrza przewodu w pobliżu wylotu 132 instalacji, co oznaczono symbolami 136C i 136A na rysunku, przy czym uwolniona zawartość przedostaje się do dalszego odcinka 130 rurociągu 104 (patrz fig. 1). Przewód

10 10 PL B1 obejściowy 150 biegnie wokół filtra 146, tym samym zapewniając jego odizolowanie i stosowanie jedynie w miarę potrzeby bez konieczności przerywania przepływu gazu przez instalację 102. Po przeprowadzeniu gazu zasilającego przez filtr (lub wokół filtra przewodem 150) gaz ten rozdzielany jest na dwa strumienie, to jest strumień chłodzący 152 i strumień roboczy 154. Strumień chłodzący 152 przechodzi przez turborozprężarkę i zostaje rozprężony z uzyskaniem rozprężonego strumienia chłodzącego 152' o niższym ciśnieniu, przykładowo między wartością ciśnienia atmosferycznego a około 0,689 MPa, o temperaturze około 310 K. Turborozprężarkę 156 stanowi turbina odpowiadająca za rozprężanie gazu i uzyskiwanie energii z procesu rozprężania. Z turborozprężarką 156 połączona jest z zastosowaniem środków mechanicznych - przykładowo wału sprężarka obrotowa 158, wykorzystująca moc generowaną przez turborozprężarkę 156 w celu sprężania strumienia roboczego 154. Stosunek zawartości gazu w przewodach 152 oraz 154 ustalany jest na podstawie wymogów sprężarki 158 dotyczących mocy, jak również spadku przepływu i ciśnienia w obrębie turborozprężarki 156. Kontrolne zawory skrzydełkowe stosowane w turborozprężarce 156 wykorzystywane być mogą do regulacji stosunku zawartości gazu w strumieniu chłodzącym 152 i strumieniu roboczym 154 zgodnie z zadanymi parametrami. Przykładowa turborozprężarka 156 i sprężarka 158 obejmuje układ z ramą, rozmiar dziesięć (10). Układ rozprężarki 156/sprężarki 158 zaprojektowano z myślą o pracy w następujących warunkach: 3,034 MPa, 2267,97 KG materiału na godzinę, 288,7 K. Układ rozprężarka/sprężarka można również wyposażyć w łożyska magnetyczne, pozwalające ograniczyć obszar operacji rozprężarki 156 i sprężarki 158, jak również uprościć ich konserwację. Przewód obejściowy 162 kieruje strumień chłodzący 152 wokół turborozprężarki 156. Podobnie przewód obejściowy 164 kieruje strumień roboczy 154 wokół sprężarki 158. Przewody obejściowe 162 i 164 można wykorzystywać w trakcie rozruchu w celu przygotowania wybranych komponentów przed przystąpieniem do obróbki LNG w obrębie instalacji 102 do przeprowadzania w stan ciekły. Przykładowo przewód obejściowy 162, 164 umożliwia utrzymanie stałej temperatury w obrębie wymiennika ciepła 166 o dużej wydajności z przepływem w przeciwprądzie i/lub innych komponentów bez ryzyka szoku termicznego. Gdyby natomiast nie zastosowano przewodu obejściowego 162, 164, mogłoby dojść do szoku termicznego, spowodowanego bezpośrednim przepływem gazu z turborozprężarki 156 i sprężarki 154. W zależności od sposobu, w jaki zaprojektowano poszczególne komponenty (to jest wymiennik ciepła 160) stosowane w instalacji 102, konieczne może być odczekanie wielu godzin w celu przywrócenia układu do stabilnego termicznie stanu po uruchomieniu instalacji 102. Przykładowo poprzez skierowanie strumienia roboczego 154 wokół sprężarki 158 temperatura strumienia roboczego 154 nie wzrasta przed jego wprowadzeniem do wymiennika ciepła 166 o dużej wydajności z przepływem w przeciwprądzie. Niemniej strumień chłodzący 152, omijając rozprężarkę 156, przechodzi przez zawór dławiący 163, co pozwala na rozprężanie strumienia chłodzącego, w wyniku czego spada jego temperatura. Zawór dławiący 163 wykorzystuje zasadę Joule'a- Thomsona, zgodnie z którą rozprężanie gazu wiąże się z jego ochłodzeniem, czego świadomi są specjaliści. Strumień chłodzący 152 może być wówczas stosowany do ograniczania temperatury wymiennika ciepła 166 w sposób przyrostowy. Zgodnie z wybranym sposobem wykonania, co opisane zostanie szczegółowo poniżej, wymiennik ciepła 166 stanowi wysokowydajny wymiennik ciepła wykonany z aluminium. Podczas rozruchu korzystne może być ograniczenie temperatury wymienników ciepła 166 o 256,37 K na minutę do chwili uzyskania pożądanej temperatury. Podczas rozruchu instalacji do przeprowadzania w stan ciekły temperaturę wymiennika 166 można kontrolować w miarę jej rosnącego spadku. Zawór dławiący 163 oraz inne zawory 165 lub instalacji sterować można w odpowiedni sposób w celu wpłynięcia na tempo oraz ciśnienie przepływu w strumieniu chłodzącym 152' oraz strumieniu roboczym 154', co automatycznie wpływa na tempo chłodzenia w wymienniku ciepła 166 i/lub innych komponentach instalacji do przeprowadzania w stan ciekły. Co więcej, podczas rozruchu korzystne może być zapewnienie pewnej ilości LNG w zbiorniku 116 (fig. 1). Pewna ilość zimnej pary pochodzącej z LNG obecnego w zbiorniku lub zimnej pary lub gazu z innego źródła może krążyć w układzie w celu schładzania różnych komponentów, o ile jest to pożądane lub konieczne. Co więcej, zgodnie z tym, co opisane zostanie poniżej, inne instalacji chłodzące, w tym dodatkowe zawory dławiące, rozmieszczone w różnych pętlach lub strumieniach przepływowych można również regulować podczas rozruchu w celu schłodzenia wymiennika ciepła 166 lub innych komponentów instalacji 102.

11 PL B1 11 Po wprowadzeniu stanu równowagi strumień roboczy 154 przeprowadzany jest przez sprężarkę 158, która wpływa na wzrost ciśnienia w strumieniu roboczym 154. Przykładowy stosunek ciśnienia wylotowego do wlotowego w przypadku sprężarki wirnikowej wynosi w przybliżeniu 1,5 do 2,0, zaś średnio około 1,7. Proces sprężania nie jest procesem doskonałym i dlatego w trakcie sprężania strumienia roboczego 154 dochodzi do jego nagrzania. W celu usunięcia ciepła ze sprężonego strumienia roboczego 154' strumień ten przenoszony jest przez wymiennik ciepła 166 i schładzany do bardzo niskiej temperatury, przykładowo około 144,26 K. Przykładowy wymiennik ciepła 166 zaprezentowany na fig. 2 stanowi instalacja wykorzystująca przepływ w przeciwprądzie. Po opuszczeniu wymiennika ciepła 166 schłodzony sprężony strumień roboczy 154'' rozdzielany jest na dwa nowe strumienie, to jest strumień chłodzący 170 i strumień produktu 172. Strumień chłodzący 170 i strumień produktu 172 są rozprężane z zastosowaniem zaworów dławiących 174 i 176. Rozprężanie strumienia chłodzącego 170 i roboczego 172 z pomocą zaworów dławiących 174 i 176 wiąże się ze zmniejszeniem wartości ciśnienia, która wynosi wówczas przykładowo między wartością ciśnienia atmosferycznego o około 0,689 MPa, oraz ze zmniejszeniem temperatury do poziomu, przykładowo, około 122 K. Ograniczona wartość ciśnienia i temperatury pozwala uzyskać mieszaninę ciekłego i lotnego gazu ziemnego ze strumienia chłodzącego 170 i strumienia produktu 172. Strumień chłodzący 170 łączy się z rozprężonym strumieniem chłodzącym 152' pochodzącym z turborozprężarki 156 z uzyskaniem połączonego strumienia chłodzącego 178. Połączony strumień chłodzący 178 stosowany jest następnie do schładzania sprężonego strumienia roboczego 154' za pośrednictwem wymiennika ciepła 166. Po schłodzeniu sprężonego strumienia roboczego 154' w wymienniku ciepła 166 połączony strumień chłodzący 178 może byś uwalniany z powrotem do rurociągu 104 na wysokości odcinka 130 w dół przepływu (fig. 1). Po rozprężeniu z zastosowaniem zaworu dławiącego 176 strumień produktu 172 przechodzi do oddzielacza cieczy/pary 180. Składnik w postaci pary pochodzący z oddzielacza 180 jest gromadzony i usuwany przez przewód 182, po czym doprowadzany do połączonego strumienia chłodzącego 178 przed wymiennikiem ciepła 166. Składnik ciekły zawarty w oddzielaczu stanowi paliwo LNG, które przeprowadzane jest przez wylot 114 w celu składowania w zbiorniku 116 (fig. 1). Poprzez regulację stosunku ilości gazu płynącego w strumieniu chłodzącym 170 i strumieniu produktu 172 termodynamika opisywanego procesu pozwala uzyskać strumień produktu o wysokiej zawartości frakcji ciekłej. Wówczas, gdy zawartość frakcji ciekłej jest wysoka, to jest wynosi powyżej 90%, zawartość metanu w cieczy jest również wysoka, zaś zawartość ciężkich węglowodorów (etan, propan i tym podobne) jest niska, co przypomina skład wejściowego strumienia gazu 112. Wówczas, gdy zawartość frakcji ciekłej jest niska, zawartość metanu w cieczy jest również niska, zaś zawartość ciężkich węglowodorów w cieczy jest wysoka. Ciężkie węglowodory oznaczają wyższą zawartość energii w paliwie, co oznacza intensywniejsze spalanie paliwa. Sposób przeprowadzania w stan ciekły, jaki zaprezentowano na fig. 2 i opisano w oparciu o załączony rysunek, oznacza niski koszt oraz efektywność procesu wytwarzania LNG wówczas, gdy w gazie źródłowym, który wprowadzany jest do cyklu przeprowadzania w stan ciekły, brak jest zawartości wody i/lub dwutlenku węgla. Na fig. 3 zaprezentowano schemat przepływowy, na którym uwidoczniono sposób przeprowadzania w stan ciekły zgodnie z kolejnym sposobem wykonania instalacji 102' do przeprowadzania w stan ciekły. Jako że instalacja 102' oraz sposób realizowany z jego pomocą posiada wiele wspólnych cech z instalacją 102 oraz sposobem przedstawionym na fig. 2, podobne komponenty oznaczono dla jasności w analogiczny sposób. Instalacja 102' zaprezentowane na fig. 3 zasadniczo modyfikuje podstawowy cykl zaprezentowany na fig. 2, umożliwiając usunięcie wody ze strumienia gazu ziemnego podczas procesu wytwarzania LNG oraz zapobiegając powstawaniu lodu wewnątrz układu. Zgodnie z tym, co zaprezentowano na fig. 3, cykl usuwania wody obejmuje źródło metanolu 200 lub innego produktu pochłaniającego wodę, jaki wprowadzany jest do strumienia gazu za pośrednictwem pompy 202 przed rozdzieleniem gazu na strumień chłodzący 152 i strumień roboczy 154. Pompa 202 pozwala korzystnie na zmienny przepływ, umożliwiając wprowadzanie metanolu do strumienia gazu korzystnie z zastosowaniem przynajmniej jednego z wymienionych rozwiązań: dyszy rozpylającej lub parowej. Zgodnie z alternatywnym rozwiązaniem układ zaworów 203 obejmować może różne typy dysz, co pozwala na zastosowanie odpowiedniej dyszy w zależności od charakterystyki przepływu gazu zasilającego. Korzystnie - wówczas gdy zawartość wody w gazie źródłowym nie ulega znaczącym zmianom - stosowana jest pojedyncza dysza bez układu zaworów 203.