ES2242122T3 - Ciclo hibrido para la licuefaccion de gas natural. - Google Patents

Ciclo hibrido para la licuefaccion de gas natural.

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ES2242122T3
ES2242122T3 ES03011142T ES03011142T ES2242122T3 ES 2242122 T3 ES2242122 T3 ES 2242122T3 ES 03011142 T ES03011142 T ES 03011142T ES 03011142 T ES03011142 T ES 03011142T ES 2242122 T3 ES2242122 T3 ES 2242122T3
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cooling
gas
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point
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English (en)
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Mark Julian Roberts
Rakesh Agrawal
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Original Assignee
Air Products and Chemicals Inc
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Abstract

Un método para la licuefacción de un gas de alimentación (100) que consiste en proporcionar al menos una porción de la refrigeración total necesaria para enfriar y condensar el gas de alimentación (100) utilizando: a) un primer sistema de refrigeración que consta de al menos un circuito de refrigeración recirculante (152, 156, 158, 160, 146, 109, 148, 125), en el que el primer sistema de refrigeración utiliza dos o más componentes refrigerantes y suministra refrigeración en una primera gama de temperaturas; y b) un segundo sistema de refrigeración que suministra refrigeración en una segunda gama de temperaturas cuya temperatura más baja es inferior a la temperatura más baja de la primera gama de temperaturas 1) comprimiendo (168) un segundo refrigerante gaseoso para obtener un refrigerante gaseoso presurizado (162); 2) enfriando (150) el refrigerante gaseoso presurizado (162) para producir un refrigerante gaseoso enfriado (164); 3) expandiendo el trabajo (166) del refrigerante gaseoso enfriado (164) para producir un refrigerante frío (130); 4) calentando (128) el refrigerante frío (130) para obtener refrigeración en la segunda gama de temperaturas; y 5) recirculando el refrigerante calentado resultante (170) para obtener el segundo refrigerante gaseoso del punto 1). Que se caracteriza por que el primer sistema de refrigeración consta de al menos dos ciclos de recompresión del vapor, de componentes puros o mezclados (Figura 2, 152, 156, 158, 400, 146, 106, 148, 125 y 402; Figura 3, 152, 156, 701, 160, 146, 106, 148, 703, 125 y 702, 704, 705, 706; Figura 4, 802 y 803).

Description

Ciclo híbrido para la licuefacción de gas natural.
Antecedentes de la invención
La invención hacer referencia a un método y a un aparato, de conformidad con el preámbulo de las reivindicaciones 1 y 25 respectivamente. Dichos método y aparato se conocen por DE-A-2440215.
La producción de gas natural licuado (LNG) se consigue enfriando y condensando una corriente de gas de alimentación frente a múltiples corrientes refrigerantes procedentes de sistemas de refrigeración de recirculación. El enfriamiento de la alimentación del gas natural se realiza mediante varios ciclos de proceso de enfriamiento, como el conocido ciclo de acoplamiento en serie en el que la refrigeración procede de tres bucles refrigerantes distintos. Uno de estos ciclos de acoplamiento en serie utiliza ciclos de metano, etano y propano en serie para producir refrigeración a tres niveles de temperatura diferentes. Otro conocido ciclo de refrigeración emplea un ciclo refrigerante mezclado preenfriado de propano en el que una mezcla de refrigerantes de múltiples componentes genera refrigeración a una gama de temperaturas seleccionada. El refrigerante mezclado puede contener hidrocarburos como metano, etano, propano y otros hidrocarburos ligeros, así como nitrógeno. En muchas plantas de LNG del mundo entero se utilizan versiones de este eficaz sistema de refrigeración.
En otro tipo de proceso de refrigeración por licuefacción del gas natural se utiliza un ciclo de expansión de nitrógeno en el que, en primer lugar, el nitrógeno se comprime y se enfría a condiciones normales con aire o agua y a continuación se vuelve a enfriar mediante un intercambio a contracorriente con gas nitrógeno frío a baja presión. La corriente de nitrógeno enfriado se expande a través de un turboexpansor para producir una corriente fría a baja presión. El gas nitrógeno frío se utiliza para enfriar la alimentación de gas natural y la corriente de nitrógeno a alta presión. El trabajo producido por la expansión del nitrógeno puede emplearse para accionar un compresor elevador de nitrógeno conectado al eje del expansor. En este proceso, el nitrógeno expandido frío se utiliza para licuar el gas natural, así como para enfriar el gas nitrógeno comprimido en el mismo intercambiador de calor. El nitrógeno presurizado enfriado se enfría aún más en la fase de expansión del trabajo dando lugar al refrigerante de nitrógeno frío.
Los sistemas de refrigeración que se sirven de la expansión de corrientes de gas refrigerante con contenido de nitrógeno se han utilizado en pequeñas instalaciones de gas natural licuado (LNG) para reducir los gastos al máximo. Dichos sistemas se describen en los documentos de K. Müller et al titulados "Licuefacción del gas natural mediante un ciclo de mezcla de la turbina de expansión" en Chemical Economy & Engineering Review, Vol 8, Nº 10 (Nº 99), octubre de 1976, y "La licuefacción del gas natural en el ciclo de refrigeración con turbina de expansión", en Erdöl und Kohle - Erogas - Petrochemie Brennst-Chem Vol. 27, Nº 7.379-380 (julio de 1974). Se describe otro sistema similar en un artículo titulado "SDG&E: La experiencia da resultado siendo pionero en la reducción de gastos" en Cryogenics & Industrial Gases, septiembre/octubre de 1971, págs. 25-28.
La patente 3.511.058 de EEUU describe un sistema de producción de LNG que utiliza un refrigerador de nitrógeno en bucle cerrado con un ciclo del expansor de gas o de tipo Brayton inverso. En este proceso, se produce nitrógeno líquido mediante un bucle de refrigeración por nitrógeno que lleva dos turboexpansores. El nitrógeno líquido producido se enfría aún más mediante un expansor de fluido denso.
El gas natural experimenta un enfriamiento final haciendo que hierva el nitrógeno líquido que se produce en el licuador de nitrógeno. El enfriamiento inicial del gas natural procede de una porción del nitrógeno gaseoso frío que se descarga desde el calentador de los dos expansores, a fin de adaptar mejor las curvas de enfriamiento en el extremo caliente del intercambiador de calor. Este proceso puede aplicarse a las corrientes de gas natural a presiones subcríticas puesto que el gas se licua en un condensador sin drenaje unido a un tambor separador de fases.
La patente 5.768.912 de EEUU (equivalente a WO 95/27179 de la Publicación Internacional de Patentes) presenta un proceso de licuefacción de gas natural en el que se utiliza nitrógeno con un ciclo de refrigeración de tipo Brayton en bucle cerrado. El nitrógeno de alimentación y a alta presión puede preenfriarse utilizando un pequeño equipo de refrigeración convencional que emplea ciclos de absorción de propano, freón, o amoniaco. Este sistema de refrigeración con preenfriamiento utiliza aproximadamente un 4% de la energía total que consume el sistema de refrigeración por nitrógeno. A continuación, el gas natural se licua y subenfría hasta -149ºC utilizando un ciclo de turboexpansor o Brayton inverso que emplea dos o tres expansores dispuestos en serie relativos al gas natural de enfriamiento.
En la WO 96/11370 de la Publicación Internacional de Patentes se describe un sistema refrigerante mezclado para la licuefacción del gas natural en el que el refrigerante mezclado se comprime, se condensa parcialmente mediante un líquido de enfriamiento externo y se separa en fases de líquido y vapor. El vapor resultante se expande para proporcionar refrigeración al extremo frío del proceso y el líquido se subenfría y evapora para proporcionar refrigeración adicional.
WO 97/13109 de la Publicación Internacional de Patentes presenta un proceso por licuefacción de gas natural que utiliza nitrógeno en un ciclo de refrigeración de tipo Brayton inverso con bucle cerrado. El gas natural a presión supercrítica se enfría frente al refrigerante de nitrógeno, se expande isentrópicamente y se destila en una columna de fraccionamiento para eliminar los componentes ligeros.
Para la licuefacción del gas natural es necesaria mucha energía. Es muy conveniente mejorar la eficacia de los procesos por licuefacción del gas, siendo éste el objetivo principal de los nuevos ciclos que están desarrollándose en la técnica de licuefacción del gas. El objetivo de la presente invención, tal y como se describe más adelante y se define en las reivindicaciones posteriores, es mejorar la eficacia de la licuefacción mediante dos sistemas de refrigeración integrados en que uno de ellos utiliza uno o más ciclos refrigerantes de evaporización para obtener una refrigeración de hasta unos -100ºC y utiliza un ciclo expansor de gas para obtener una refrigeración por debajo de los -100ºC. Se describen diversas representaciones sobre la aplicación de este sistema de refrigeración perfeccionado que mejorará la eficacia de la licuefacción.
Breve resumen de la invención
La invención trata de un método para la licuefacción del gas de alimentación, tal y como se estipula en las reivindicaciones adjuntas, consistente en un sistema que suministra al menos una parte de la refrigeración total necesaria para enfriar y condensar el gas de alimentación utilizando un primer sistema de refrigeración que consta de al menos un circuito de refrigeración recirculante, en el que el primer sistema de refrigeración lleva dos o más componentes refrigerantes y proporciona refrigeración en una primera gama de temperaturas; y un segundo sistema de refrigeración que proporciona refrigeración en una segunda gama de temperaturas expandiendo una corriente refrigerante gaseosa presurizada.
La invención también hace referencia a un aparato para llevar a la práctica este método, de conformidad con la Reivindicación 25.
La temperatura más baja de la segunda gama de temperaturas es preferentemente inferior a la temperatura más baja de la primera gama de temperaturas. Normalmente, el primer sistema de refrigeración consume al menos un 5% de la potencia total de refrigeración necesaria para licuar el gas de alimentación. En muchas condiciones operativas, el primer sistema de refrigeración recirculante puede consumir al menos un 10% de la potencia total de refrigeración necesaria para licuar el gas de alimentación. El gas de alimentación es preferentemente gas natural.
El refrigerante en el primer circuito de refrigeración recirculante puede constar de dos o más componentes seleccionados del grupo que consta de nitrógeno, hidrocarburos que contienen uno o más átomos de carbono, e halocarburos que contienen uno o más átomos de carbono. El método refrigerante del segundo circuito de refrigeración recirculante puede constar de nitrógeno.
Al menos una porción de la primera gama de temperaturas normalmente se encuentra entre -40ºC y -100ºC aproximadamente, y al menos una porción de la primera gama de temperaturas puede estar entre -60ºC y -100ºC aproximadamente. Al menos una porción de la segunda gama de temperaturas puede estar por debajo de -100ºC aproximadamente.
En una representación de la invención, el primer sistema de refrigeración recirculante funciona:
1)
comprimiendo un primer refrigerante gaseoso;
2)
enfriando y condensando al menos parcialmente el refrigerante comprimido resultante;
3)
reduciendo la presión del refrigerante resultante comprimido y condensado al menos parcialmente;
4)
evaporando el refrigerante resultante con la presión reducida para proporcionar refrigeración en la primera gama de temperaturas y producir un refrigerante evaporado; y
5)
recirculando el refrigerante evaporado para obtener el primer refrigerante gaseoso del punto 1).
Al menos una porción del enfriamiento del refrigerante comprimido resultante del punto 2) puede proceder del intercambio de calor indirecto con el refrigerante de presión reducida de evaporación del punto 4). Al menos una porción del enfriamiento del punto 2) puede proceder del intercambio de calor indirecto con una o más corrientes del refrigerante de evaporación adicionales de un tercer circuito de refrigeración recirculante. Normalmente, el tercer circuito de refrigeración recirculante utiliza un refrigerante con un único componente. El tercer circuito de refrigeración recirculante puede utilizar un refrigerante mezclado que consta de dos o más componentes.
El segundo sistema de refrigeración recirculante funciona:
1)
comprimiendo un segundo refrigerante gaseoso que suministra el refrigerante gaseoso presurizado de b)
2)
enfriando el refrigerante gaseoso presurizado para producir un refrigerante gaseoso frío;
3)
expandiendo el refrigerante gaseoso enfriado para conseguir el refrigerante frío de b);
4)
calentando el refrigerante frío para obtener refrigeración en la segunda gama de temperatura; y
5)
recirculando el refrigerante caliente resultante para obtener el segundo refrigerante gaseoso del punto 1).
Al menos una porción del enfriamiento del punto 2) puede proceder del intercambio de calor indirecto al calentar la corriente refrigerante fría del punto 4). Asimismo, al menos una porción de la refrigeración del punto 2) puede proceder del intercambio de calor indirecto con el refrigerante de evaporación de a). Al menos una porción del enfriamiento del punto 2) puede proceder del intercambio de calor indirecto con uno o más refrigerantes de evaporación adicionales procedentes de un tercer circuito de refrigeración recirculante, que puede utilizar un refrigerante con un único componente. Alternativamente, el tercer circuito de refrigeración recirculante puede utilizar un refrigerante mezclado que consta de dos o más componentes.
El primer y el segundo circuitos de refrigeración recirculante, con un único intercambiador de calor, pueden proporcionar una porción de la refrigeración total necesaria para licuar el gas de alimentación.
La evaporación del líquido resultante en el punto 4) puede realizarse a una presión inferior que la evaporación de la fracción del refrigerante líquido resultante en el punto 3), en la que el segundo refrigerante evaporado se comprimiría antes de combinarse con el primer refrigerante evaporado. El trabajo de la expansión del refrigerante gaseoso enfriado del punto 3) puede proporcionar una porción del trabajo necesario para comprimir el segundo refrigerante gaseoso del punto 1).
El gas de alimentación puede ser gas natural, y en caso de serlo, la corriente de gas natural licuado resultante puede pasar rápidamente a una presión inferior para producir un vapor súbito ligero y un producto líquido final. El vapor súbito ligero puede utilizarse para obtener el segundo refrigerante gaseoso en el segundo circuito refrige-
rante.
Breve descripción de algunas vistas de los dibujos
La Fig. 1 es un diagrama esquemático de un ciclo de Lng que emplea un ciclo de refrigeración de recompresión del vapor y un ciclo de refrigeración del expansor de gas, presentado con fines comparativos.
La Fig. 2 es un diagrama esquemático de otra representación de la presente invención que utiliza un sistema de refrigeración adicional para preenfriar el gas de alimentación, el refrigerante comprimido en el ciclo de refrigeración de recompresión del vapor y el refrigerante comprimido en el ciclo de refrigeración del expansor de gas.
La Fig. 3 es un diagrama esquemático de otra representación de la presente invención que utiliza un sistema de refrigeración de recompresión de vapor adicional.
La Fig. 4 es un diagrama esquemático de otra representación de la presente invención que utiliza un ciclo de refrigeración de acoplamiento en serie para preenfriar el gas de alimentación.
Detallada descripción de la invención
La mayoría de las plantas de producción de LNG de nuestros días utilizan refrigeración producida mediante la compresión de un gas a alta presión, licuándolo frente a una fuente de enfriamiento, expandiendo el líquido resultante a baja presión y evaporando dicho líquido para obtener refrigeración. El refrigerante evaporado se comprime otra vez y vuelve a utilizarse en el circuito de refrigeración recirculante. Este tipo de proceso de refrigeración puede emplear un ciclo de refrigerante mezclado de múltiples componentes o un ciclo de refrigerante de un único refrigerante de acoplamiento en serie para el enfriamiento, y aquí lo definimos genéricamente como un ciclo refrigerante de evaporación o como un ciclo de recompresión del vapor. Éste es un tipo de ciclo muy eficaz a la hora de conseguir un enfriamiento muy próximo a las temperaturas ambientes. En este caso, existen líquidos refrigerantes que se condensarán a una presión muy por debajo de la presión crítica del refrigerante mientras lanzan el calor a un disipador de calor a temperatura ambiente y que también hervirán a una presión por encima de la atmosférica a la vez que absorben el calor de la carga de refrigeración.
A medida que se reduce la temperatura de refrigeración necesaria en un sistema de refrigeración de compresión del vapor de un único componente, un refrigerante específico, que hierve por encima de la presión atmosférica a una temperatura lo suficientemente baja como para proporcionar la refrigeración necesaria, será demasiado volátil para condensarse frente a un disipador de calor a temperatura ambiente, porque la temperatura crítica del refrigerante está por debajo de dicha temperatura ambiente. En esta situación, pueden utilizarse ciclos de acoplamiento en serie. Por ejemplo, puede emplearse un acoplamiento en serie de dos líquidos en el que el más pesado proporciona la refrigeración más caliente, mientras que el líquido más ligero suministra la refrigeración más fría. Sin embargo, en lugar de lanzar calor a temperatura ambiente, el líquido ligero lo lanza al líquido más pesado hirviendo mientras se condensa. Pueden alcanzarse temperaturas muy bajas poniendo en acoplamiento en serie múltiples líquidos de esta manera.
Un ciclo de refrigeración de múltiples componentes (MCR) puede considerarse como un tipo de ciclo de acoplamiento en serie en el que los componentes más pesados de la mezcla del refrigerante se condensan frente al disipador de calor a temperatura ambiente y hierven a baja presión mientras se condensa el siguiente componente más ligero, que hervirá para facilitar la condensación al siguiente componente más ligero, y así sucesivamente, hasta alcanzar la temperatura deseada. La ventaja principal de un sistema de múltiples componentes sobre un sistema de acoplamiento en serie es que el equipo de compresión e intercambio de calor está muy simplificado. El sistema de múltiples componentes necesita un solo compresor e intercambiador de calor, en tanto que el sistema de acoplamiento en serie requiere múltiples compresores e intercambiadores de calor.
Estos dos ciclos no son tan eficaces cuando la temperatura de la carga de refrigeración se reduce por la necesidad de acoplar múltiples fluidos en serie. Para conseguir las temperaturas (normalmente de -220ºF a -270ºF) requeridas para la producción de LNG, se realizan muchas fases en las que participan múltiples componentes. En cada fase se producen pérdidas termodinámicas relacionadas con la transferencia de calor de la ebullición/condensación en una diferencia de temperatura finita, aumentando estas pérdidas con cada fase adicional.
Otro tipo de ciclo de refrigeración importante a nivel industrial es el ciclo del expansor de gas. En este ciclo, el líquido de trabajo se comprime, se enfría sensiblemente (sin cambio de fase), el trabajo se expande como el vapor en una turbina y se calienta mientras enfría la carga de refrigeración. Este ciclo también se define como ciclo expansor de gas. Con este tipo de ciclo pueden conseguirse temperaturas muy bajas con relativa eficacia, utilizando un único bucle de enfriamiento recirculante. En este tipo de ciclo, el líquido de trabajo no experimenta cambio de fase, por lo que el calor es absorbido mientras el líquido se caliente sensiblemente. Sin embargo, el líquido de trabajo puede experimentar un cambio de fase en pequeño grado durante la expansión del trabajo.
El ciclo del expansor de gas proporciona refrigeración a los líquidos que también se enfrían por encima de una gama de temperaturas, siendo especialmente adecuado para conseguir una refrigeración a una temperatura muy baja, como la necesaria para producir nitrógeno e hidrógeno líquidos.
Sin embargo, una desventaja del ciclo de refrigeración del expansor de gas es su relativa ineficacia para proporcionar refrigeración caliente. El trabajo neto necesario para un refrigerador con ciclo del expansor de gas es igual a la diferencia entre el trabajo del compresor y el trabajo del expansor, mientras que el trabajo de un ciclo de refrigeración de acoplamiento en serie o de un único componente es simplemente el trabajo del compresor. En el ciclo del expansor de gas, el trabajo de expansión puede ser fácilmente el 50% o más del trabajo del compresor a la hora de proporcionar refrigeración caliente. El problema con el ciclo del expansor de gas a la hora de proporcionar refrigeración caliente es que la ineficacia del sistema del compresor se multiplica.
El objetivo de la presente invención es explotar las ventajas del ciclo del expansor de gas al suministrar refrigeración fría, sirviéndose al mismo tiempo de las ventajas de los ciclos de refrigeración de recompresión de vapor puros o con múltiples componentes al suministrar refrigeración caliente, y aplicar esta combinación de ciclos de refrigeración a la licuefacción del gas. Este ciclo de refrigeración combinado es especialmente adecuado en la licuefacción del gas natural.
De conformidad con la invención, los sistemas de refrigeración de componentes mezclados, componentes puros y/o de recompresión del vapor acoplados en serie se utilizan para obtener una porción de la refrigeración necesaria para la licuefacción del gas a temperaturas por debajo de -40ºC y hasta -100ºC aproximadamente. La expansión del trabajo de un gas refrigerante proporciona la refrigeración residual en la gama de temperaturas más fría, por debajo de -100ºC aproximadamente. El circuito de recirculación de la corriente de gas refrigerante utilizado para la expansión del trabajo es físicamente independiente del circuito o circuitos de recirculación del ciclo o ciclos de recompresión de vapor con componentes puros o mezclados, pero está térmicamente integrado al mismo. El ciclo o ciclos de recompresión de vapor con componentes puros o mezclados pueden consumir más del 5%, y normalmente más del 10%, de la potencia total de refrigeración necesaria para la licuefacción del gas de alimentación. La invención puede realizarse con el diseño de una nueva planta de licuefacción o modificando o ampliando una planta ya existente mediante la adición del circuito de enfriamiento del expansor de gas al sistema de refrigeración de la planta ya existente.
El líquido o líquidos de trabajo de recompresión del vapor de componentes puros o mezclados constan generalmente de uno o más componentes seleccionados del nitrógeno, hidrocarburos con uno o más átomos de carbono, y halocarburos con uno o más átomos de carbono. Los refrigerantes de hidrocarburos típicos llevan metano, etano, propano, i-butano, butano e i-pentano. Los refrigerantes de halocarburos representativos llevan R22, R23, R32, R134a y R410a. La corriente de gas que se va a expandir en el ciclo del expansor de gas puede ser un componente puro o una mezcla de componentes; como ejemplos podemos citar una corriente de nitrógeno puro o una mezcla de nitrógeno con otros gases como metano.
El método para proporcionar refrigeración utilizando un circuito de componentes mezclados incluye la compresión de una corriente de componentes mezclados y el enfriamiento de la corriente comprimida utilizando un líquido de enfriamiento externo como aire, agua de enfriamiento, u otra corriente de proceso. Una porción de la corriente de refrigerante mezclado comprimido se licua después del enfriamiento externo. Al menos una porción de la corriente de refrigerante mezclado comprimido y enfriado se enfría de nuevo en un intercambiador de calor, reduciendo y evaporando a continuación la presión con el intercambiador de calor frente a la corriente de gas que se está licuando. Acto seguido, el vapor refrigerante mezclado evaporado y calentado circula de nuevo y se comprime como hemos descrito anteriormente.
El método para suministrar refrigeración utilizando un circuito de componentes puros consiste en comprimir una corriente de componentes puros y enfriarla utilizando un líquido de enfriamiento externo como aire, agua de enfriamiento, u otra corriente de componentes puros. Una porción de la corriente de refrigerante se licua después del enfriamiento externo. El intercambiador de calor reduce y evapora a continuación la presión de al menos una porción del refrigerante comprimido y licuado frente a la corriente de gas que se está licuando o frente a otra corriente refrigerante que se esté enfriando. Acto seguido, el vapor refrigerante evaporado resultante se comprime y recircula, como hemos descrito anteriormente.
De conformidad con la invención, el ciclo o ciclos de recompresión del vapor de componentes puros o mezclados proporcionan refrigeración preferentemente a niveles de temperatura por debajo de unos -40ºC, preferentemente por debajo de unos -60ºC, y hasta unos -100ºC, pero no ofrecen la refrigeración total necesaria para licuar el gas de alimentación. Normalmente estos ciclos pueden consumir más de un 5%, y a veces más de un 10%, de la potencia total de refrigeración necesaria para licuar el gas de alimentación. En la licuefacción del gas natural, el ciclo o ciclos de recompresión del vapor de componentes puros o mezclados pueden consumir más un 30% de los requisitos totales de potencia necesarios para licuar el gas de alimentación. En esta aplicación, el gas natural preferido se enfría a temperaturas muy por debajo de -40ºC, y preferentemente por debajo de -60ºC, por el ciclo o ciclos de recompresión del vapor de componentes puros o mezclados.
El método para suministrar refrigeración en el ciclo del expansor de gas incluye la compresión de una corriente de gas, el enfriamiento de la corriente de gas comprimido utilizando un líquido de enfriamiento externo, un mayor enfriamiento de al menos una porción de la corriente de gas comprimido y enfriado, la expansión de al menos una porción de la corriente que se ha vuelto a enfriar en un expansor para producir trabajo, el calentamiento de la corriente expandida mediante un intercambiador de calor frente a la corriente que se va a licuar y la recirculación de la corriente de gas calentado para conseguir mayor compresión. Este ciclo proporciona refrigeración a niveles de temperatura por debajo de los que ofrece el ciclo de recompresión del vapor refrigerante puro o mezclado
En un modo preferido, el ciclo o ciclos de recompresión de vapor refrigerante puro o mezclado suministran una porción del enfriamiento a la corriente de gas comprimido antes de su expansión en un expansor. De modo alternativo, la corriente de gas puede expandirse en más de un expansor. Puede utilizarse cualquier dispositivo expansor conocido para licuar una corriente de gas. La invención puede utilizar cualquiera de la amplia variedad de dispositivos de intercambio de calor conocidos en los circuitos de refrigeración, incluidos intercambiadores de calor de tipo de aletas, bobina enrollada, y revestimiento y tubo, o combinaciones de los mismos, dependiendo de la aplicación específica. La invención es independiente del número y disposición de los intercambiadores de calor utilizados en el proceso reivindicado.
En la Fig. 1 vemos una representación favorita de la invención. El proceso puede utilizarse para licuar cualquier corriente de gas de alimentación y se emplea preferentemente para licuar gas natural, como se describe a continuación para ilustrar el proceso. En primer lugar, el gas natural se limpia y seca en la sección de pretratamiento 172 para eliminar gases ácidos como CO_{2} y H_{2}S, junto con otras materias contaminantes como el mercurio. El vapor del gas pretratado 100 entra en el intercambiador de calor 106, se enfría hasta una temperatura media normal de aproximadamente -30ºC, y la corriente enfriada 102 pasa a la columna de lavado 108. El enfriamiento en el intercambiador de calor 106 se realiza mediante el calentamiento de la corriente refrigerante mezclada 125 en el interior 109 del intercambiador de calor 106. El refrigerante mezclado contiene normalmente uno o más hidrocarburos seleccionados de metano, etano, propano, i-butano, butano y, posiblemente, i-pentano. El refrigerante puede contener además otros componentes como nitrógeno. En la columna de lavado 108, se eliminan los componentes más pesados de la alimentación del gas natural, por ejemplo pentano y componentes más pesados. En los ejemplos presentados a continuación, la columna de lavado aparece sólo con una sección de destilación. En otros casos puede utilizarse la sección de rectificación con un condensador para eliminar los contaminantes pesados, como benceno a muy bajos niveles. Cuando son necesarios muy bajos niveles de componentes pesados en el producto LNG final, puede hacerse cualquier modificación adecuada en la columna de lavado 110. Por ejemplo, como líquido de lavado puede utilizarse un componente más pesado como el butano.
Los residuos que se acumulan en el fondo 110 de la columna de lavado pasan a la sección de fraccionamiento 112, donde se recuperan los componentes pesados en forma de corriente 114. El propano y los componentes más ligeros de la corriente 118 atraviesan el intercambiador de calor 106, donde la corriente se enfría a aproximadamente -30ºC y se combina de nuevo con el producto de la parte superior de la columna de lavado para formar una corriente de alimentación purificada 120. A continuación, la corriente 120 se enfría otra vez en el intercambiador de calor 122 hasta alcanzar una temperatura de unos -100ºC calentando la corriente refrigerante mezclada 124. La corriente enfriada 126 resultante se vuelve a enfriar hasta una temperatura de aproximadamente 166ºC en el intercambiador de calor 128. La refrigeración que se enfría en el intercambiador de calor 128 procede de la corriente del líquido refrigerante frío 130 del turboexpansor 166. Este líquido, preferentemente nitrógeno, es predominantemente vapor que contiene menos de un 20% de líquido y tiene una presión normal de unos 11 bares (aquí todas las presiones son absolutas) y una temperatura típica de unos -168ºC. La corriente nuevamente enfriada 132 puede pasar rápida y adiabáticamente a una presión de aproximadamente 1,05 bares a través de la válvula moderadora 134. Alternativamente, la presión de la corriente de nuevo enfriada 132 podría reducirse a través de un expansor de trabajo. A continuación, el gas licuado fluye por el separador o depósito de almacenamiento 136 y el producto LNG final se retira como corriente 142. En algunos casos, dependiendo de la composición del gas natural y de la temperatura que sale del intercambiador de calor 128, se desprende una importante cantidad de gas ligero en forma de corriente 138 después de pasar por la válvula 134. Este gas puede calentarse en los intercambiadores de calor 128 y 150 y comprimirse a una presión suficiente para utilizarse como gas combustible en las instalaciones de LNG.
\newpage
La refrigeración para enfriar el gas natural desde una temperatura ambiente hasta aproximadamente -100ºC procede de un bucle de refrigeración de múltiples componentes, como hemos mencionado anteriormente. La corriente 146 es el refrigerante mezclado a alta presión que entra en el intercambiador de calor 106 a temperatura ambiente y a una presión normal de unos 38 bares. El refrigerante se enfría hasta una temperatura de unos -100ºC en los intercambiadores de calor 106 y 122, saliendo como corriente 148. La corriente 148 se divide en dos partes en esta representación. Una parte más pequeña, normalmente un 4% aproximadamente, reduce adiabáticamente la presión hasta unos 10 bares y se introduce como corriente 149 en el intercambiador de calor 150 para proporcionar una refrigeración complementaria, como se describe a continuación. La porción mayor del refrigerante como corriente 124 también reduce adiabáticamente la presión hasta una presión típica de aproximadamente 10 bares y se introduce en el extremo frío del intercambiador de calor 106. El refrigerante fluye hacia abajo y se evapora en el interior 109 del intercambiador de calor 106, y sale a una temperatura algo inferior a la temperatura ambiente como corriente 152. A continuación, la corriente 152 se combina de nuevo con la corriente menor 154 que se había evaporado y calentado hasta cerca de la temperatura ambiente en el intercambiador de calor 150. La corriente a baja presión combinada 156 se comprime en un compresor con enfriador intermedio de múltiples fases 158 hasta la presión final de unos 38 bares. En el enfriador intermedio del compresor puede formarse líquido, que se separa y se combina de nuevo con la corriente principal 160 saliendo la fase final de compresión. A continuación, se enfría de nuevo la corriente combinada a temperatura ambiente para producir la corriente 146.
El enfriamiento final del gas natural de unos -100ºC a unos -166ºC se realiza utilizando un ciclo expansor de gas que emplea nitrógeno como líquido de trabajo. La corriente de nitrógeno a alta presión 162 entra en el intercambiador de calor 150 normalmente a temperatura ambiente y a una presión de unos 67 bares, enfriándose a continuación hasta una temperatura de unos -100ºC en el intercambiador de calor 150. La corriente de vapor enfriada 164 se expande isentrópicamente en el turboexpansor 132, saliendo normalmente a una presión de unos 11 bares y a una temperatura de -168ºC aproximadamente. Lo ideal es que la presión de salida esté a la presión del punto de rocío del nitrógeno, o ligeramente por debajo, a una temperatura lo bastante fría como para llevar a cabo el enfriamiento del LNG hasta la temperatura deseada. La corriente de nitrógeno expandido 130 se calienta a continuación hasta cerca de la temperatura ambiente en los intercambiadores de calor 128 y 150. Se suministra refrigeración complementaria al intercambiador de calor 150 mediante un poco de vapor 149 del refrigerante mezclado, como se ha descrito antes, lo cual se hace para reducir la irreversibilidad del proceso haciendo que el intercambiador de calor 150 de las curvas de enfriamiento esté más alineado. Desde el intercambiador de calor 150, la corriente de nitrógeno a baja presión calentada 170 se comprime en un compresor de múltiples fases 168 hasta una alta presión de aproximadamente 67 bares.
Como hemos mencionado anteriormente, este ciclo del expansor de gas puede llevarse a cabo con la modificación o la ampliación de una planta de LNG de refrigerante mezclado ya existente.
En la Fig. 2 vemos una representación alternativa en la que se utiliza otro refrigerante (por ejemplo, propano) para preenfriar las corrientes de refrigerante de alimentación, de nitrógeno y mezcladas, en los intercambiadores de calor 402, 401 y 400 respectivamente, antes de la introducción en los intercambiadores de calor 106 y 150. En esta representación se utilizan tres niveles de preenfriamiento en los intercambiadores de calor 402, 401 y 400, aunque se puede emplear cualquier número de niveles según proceda. En este caso, los líquidos refrigerantes de retorno 156 y 170 se comprimen en frío, a una temperatura de entrada ligeramente por debajo de la que alcanza el refrigerante de preenfriamiento. Esta disposición podría llevarse a cabo con la modificación o la ampliación de una planta de LNG de refrigerante mezclado preenfriado de propano ya existente.
La Fig. 3 es una representación de la invención que lleva dos bucles refrigerantes mezclados independientes antes del enfriamiento final por el bucle de refrigeración del expansor de gas. El primer bucle de refrigeración que utiliza el compresor 701 y el dispositivo de reducción de presión 703 suministra refrigeración primaria a una temperatura de unos -30ºC. Se utiliza un segundo bucle de refrigeración que emplea el compresor 702 y los dispositivos reductores de expansión 704 y 705 para proporcionar más refrigeración a una temperatura de unos -100ºC. Esta disposición podría llevarse a cabo con la modificación o la ampliación de una planta de LNG refrigerante mezclado doble ya
existente.
La Fig. 4 es una representación de la invención en la que se utiliza un ciclo de acoplamiento en serie de dos líquidos para conseguir el preenfriamiento antes del enfriamiento final mediante un ciclo de refrigeración del expansor de
gas.
La invención anteriormente descrita en las representaciones de las Figs. de 1 a 4 puede utilizar cualquiera de la extensa variedad de dispositivos de intercambio de calor en los circuitos refrigerantes, incluidos intercambiadores de calor de tipo de bobina enrollada, aletas, revestimiento y tubo, o de tipo caldera. Pueden hacerse combinaciones de estos tipos de intercambiadores de calor dependiendo de las aplicaciones específicas.
En la representación favorita de la invención, la mayor parte de la refrigeración en la gama de temperaturas de unos -40ºC hasta -100ºC procede del intercambio de calor indirecto con al menos un refrigerante de evaporación en un circuito de refrigeración recirculante. Parte de la refrigeración en esta gama de temperaturas puede también proceder de la expansión de trabajo de un refrigerante gaseoso presurizado.
Ejemplo
Con referencia a la Fig. 1, el gas natural se limpia y seca en la sección de pretratamiento 172 para eliminar gases ácidos como CO_{2} y H_{2}S, junto con otras materias contaminantes como el mercurio. La magnitud del flujo del gas de alimentación pretratado 100 es de 24.431 kg-mol/hora, una presión de 66,5 bares y una temperatura de 32ºC. La composición molar de la corriente es la siguiente:
CUADRO 1
Composición del gas de alimentación
Componente Fracción del mol
Nitrógeno 0,009
Metano 0,9378
Etano 0,031
Propano 0,013
i-Butano 0,003
Butano 0,004
i-Pentano 0,0008
Pentano 0,0005
Hexano 0,001
Heptano 0,0006
El gas pretratado 100 entra primero en el intercambiador de calor 106 y se enfría a una temperatura de -31ºC antes de entrar en la columna de lavado 108 en forma de corriente 102. El enfriamiento se lleva a cabo mediante el calentamiento de la corriente de refrigerante mezclado 109, cuyo flujo es de 554.425 kg-mol/hr y tiene la composición siguiente:
CUADRO 2
Composición del refrigerante mezclado
Componente Fracción del mol
Nitrógeno 0,014
Metano 0,343
Etano 0,395
Propano 0,006
i-Butano 0,090
Butano 0,151
En la columna de lavado 108 se elimina el pentano y los componentes más pesados de la alimentación. Los residuos que se acumulan en el fondo 110 de la columna de lavado pasan a la sección de fraccionamiento 112, donde los componentes pesados se recuperan como corriente 114 y el propano y los componentes más ligeros de la corriente 118 se reciclan hasta el intercambiador de calor 106, se enfrían hasta aproximadamente -31ºC y se combinan de nuevo con el producto de la parte superior de la columna de lavado para formar la corriente 120. El régimen de flujo de la corriente 120 es de 24.339 kg-mol/hora.
La corriente 120 se enfría de nuevo en el intercambiador de calor 122 hasta una temperatura de -102,4ºC calentando la corriente de refrigerante mezclado 124 que entra en el intercambiador de calor 122 hasta una temperatura de -104,0ºC. A continuación, la corriente resultante 128 se enfría otra vez hasta una temperatura de -165,7ºC en el intercambiador de calor 128. La refrigeración para el enfriamiento en el intercambiador de calor 128 procede de la corriente 130 de nitrógeno puro que sale del turboexpansor 166 a -168ºC con una fracción líquida del 2%. La corriente de LNG 132 resultante pasa rápida y adiabáticamente hasta una presión de punto de burbujeo de 1,05 bares a través de la válvula 134. A continuación el LNG entra en el separador 136, saliendo el producto de LNG final en forma de corriente 142. En este ejemplo no se desprende ningún gas ligero 138 después de pasar rápidamente por la válvula 134, no siendo necesario el compresor 140 de recuperación del gas desprendido durante el enfriamiento del líquido refrigerante.
La refrigeración para enfriar el gas natural desde una temperatura ambiente hasta aproximadamente -102,4ºC procede de un bucle de refrigeración de múltiples componentes, como hemos mencionado anteriormente. La corriente 146 es el refrigerante mezclado a alta presión que entra en el intercambiador de calor 106 a una temperatura de 32ºC y a una presión de unos 38,6 bares. A continuación se enfría hasta una temperatura de unos -102,4ºC en los intercambiadores de calor 106 y 122, saliendo en forma de corriente 148 a una presión de 34,5 bares. La corriente 148 se divide en dos partes. Una parte más pequeña, un 4,1%, reduce adiabáticamente la presión hasta unos 9,8 bares y se introduce como corriente 149 en el intercambiador de calor 150 para proporcionar una refrigeración complementaria. La porción mayor 124 del refrigerante mezclado también pasa rápida y adiabáticamente hasta una presión de aproximadamente 9,8 bares y se introduce en el extremo frío del intercambiador de calor 122 como corriente 124. La corriente 124 se calienta y evapora en los intercambiadores de calor 122 y 106, saliendo finalmente por el intercambiador de calor 106 a 29ºC y 9,3 bares en forma de corriente 152. A continuación, la corriente 152 se combina de nuevo con la porción menor del refrigerante mezclado como corriente 154 que se había evaporado y calentado hasta 29ºC en el intercambiador de calor 150. La corriente 156 a baja presión combinada se comprime en un compresor con enfriador intermedio de dos fases 158 hasta la presión definitiva de 34,5 bares. En el enfriador intermedio del compresor se forma líquido, el cual se combina de nuevo con el flujo principal 160 saliendo en la fase final de compresión. El régimen de flujo es de 4440 kg-mol/hora.
El enfriamiento final del gas natural de -102,4ºC a -165,7ºC se consigue utilizando un ciclo del expansor de gas de bucle cerrado que emplea nitrógeno como líquido de trabajo. La corriente de nitrógeno a alta presión 162 entra en el intercambiador de calor 150 a 32ºC y a una presión de unos 67,1 bares y un régimen de caudal de 40.352 kg-mol/hora, enfriándose a continuación hasta una temperatura de -102,4ºC en el intercambiador de calor 150. La corriente de vapor enfriada 164 se expande isentrópicamente en el turboexpansor 166, saliendo a -168,0ºC con un fracción líquida del 2%. El nitrógeno expandido 130 se calienta a continuación hasta 29ºC en los intercambiadores de calor 128 y 150. La corriente 149 suministra refrigeración complementaria al intercambiador de calor 150. Desde el intercambiador de calor 150, el nitrógeno calentado a baja presión se comprime en un compresor centrífugo trifásico 168 desde 10,5 hasta 67,1 bares. En este ejemplo ilustrativo, el circuito de refrigeración recirculante consume el 65% de la potencia total de refrigeración necesaria para licuar el gas de alimentación pretratado, en el que la corriente refrigerante 146 se evapora en los intercambiadores de calor 106 y 150, y la corriente evaporada resultante 156 se comprime en el compresor 158.
Así pues, la presente invención ofrece un proceso de refrigeración por licuefacción del gas perfeccionado que emplea uno o más ciclos refrigerantes de evaporación para suministrar una refrigeración por debajo de unos -40ºC y hasta -100ºC, y utiliza un ciclo expansor de gas para proporcionar una refrigeración por debajo de -100ºC aproximadamente. El ciclo del expansor de gas puede también proporcionar una refrigeración en la gama de -40ºC hasta -100ºC aproximadamente. Estos dos tipos de sistemas refrigerantes se utilizan con una gama óptima de temperaturas que eleva al máximo la eficacia de este sistema específico. Normalmente, el ciclo o ciclos de refrigerante de evaporación pueden consumir una importante fracción de la potencia total de refrigeración necesaria para licuar el gas de alimentación (más de un 5% y normalmente más de un 10% del total). La invención puede llevarse a cabo con el diseño de una nueva planta de licuefacción o con la modificación o la ampliación de una planta ya existente mediante la adición del circuito de refrigeración de expansión del gas al sistema de refrigeración de la planta ya existente.

Claims (31)

1. Un método para la licuefacción de un gas de alimentación (100) que consiste en proporcionar al menos una porción de la refrigeración total necesaria para enfriar y condensar el gas de alimentación (100) utilizando:
a)
un primer sistema de refrigeración que consta de al menos un circuito de refrigeración recirculante (152, 156, 158, 160, 146, 109, 148, 125), en el que el primer sistema de refrigeración utiliza dos o más componentes refrigerantes y suministra refrigeración en una primera gama de temperaturas; y
b)
un segundo sistema de refrigeración que suministra refrigeración en una segunda gama de temperaturas cuya temperatura más baja es inferior a la temperatura más baja de la primera gama de temperaturas
1)
comprimiendo (168) un segundo refrigerante gaseoso para obtener un refrigerante gaseoso presurizado (162);
2)
enfriando (150) el refrigerante gaseoso presurizado (162) para producir un refrigerante gaseoso enfriado (164);
3)
expandiendo el trabajo (166) del refrigerante gaseoso enfriado (164) para producir un refrigerante frío (130);
4)
calentando (128) el refrigerante frío (130) para obtener refrigeración en la segunda gama de temperaturas; y
5)
recirculando el refrigerante calentado resultante (170) para obtener el segundo refrigerante gaseoso del punto 1).
Que se caracteriza porque el primer sistema de refrigeración consta de al menos dos ciclos de recompresión del vapor, de componentes puros o mezclados (Figura 2, 152, 156, 158, 400, 146, 106, 148, 125 y 402; Figura 3, 152, 156, 701, 160, 146, 106, 148, 703, 125 y 702, 704, 705, 706; Figura 4, 802 y 803).
2. Un método de la reivindicación 1, en el que al menos una porción del refrigerante gaseoso presurizado (162) se enfría por el intercambio de calor indirecto con el refrigerante de evaporación del primer circuito de refrigeración (701, 703); del primer sistema de refrigeración a).
3. Un método de cualquiera de las reivindicaciones anteriores en el que el primer sistema de refrigeración a) utiliza un componente mezclado, un componente puro y/o un sistema de refrigeración de recompresión de vapor de acoplamiento en serie.
4. Un método de cualquiera de las reivindicaciones anteriores en el que el primer sistema de refrigeración consume al menos un 5% de la potencia de refrigeración total necesaria para licuar el gas de alimentación.
5. Un método de la Reivindicación 4 en el que el primer sistema de refrigeración recirculante consume al menos un 10% de la potencia de refrigeración total necesaria para licuar el gas de alimentación.
6. Un método de cualquiera de las reivindicaciones anteriores en el que el gas de alimentación es gas natural.
7. Un método de cualquiera de las reivindicaciones anteriores en el que el refrigerante del primer circuito de refrigeración recirculante consta de dos o más componentes seleccionados del nitrógeno, hidrocarburos que contienen uno o más átomos de carbono, y halocarburos que contienen uno o más átomos de carbono.
8. Un método de cualquiera de las reivindicaciones anteriores en el que el refrigerante del segundo circuito de refrigeración recirculante consiste en nitrógeno.
9. Un método de cualquiera de las reivindicaciones anteriores en el que al menos una porción de la primera gama de temperaturas está entre -40ºC y -100ºC.
10. Un método de la Reivindicación 10 en el que al menos una porción de la primera gama de temperaturas está entre -60ºC y -100ºC.
11. Un método de cualquiera de las reivindicaciones anteriores en el que al menos una porción de la segunda gama de temperaturas está por debajo de -100ºC.
12. Un método de cualquiera de las reivindicaciones anteriores en el que al menos unos de los ciclos de recompresión del primer sistema de refrigeración recirculante funciona:
a)
comprimiendo un primer refrigerante gaseoso (158);
b)
enfriando y condensando al menos parcialmente el refrigerante comprimido resultante (146);
c)
reduciendo la presión del refrigerante resultante comprimido y condensado al menos parcialmente (148);
d)
evaporando el refrigerante resultante con la presión reducida (125) para proporcionar refrigeración en la primera gama de temperaturas y producir un refrigerante evaporado (152); y
e)
recirculando (156) el refrigerante evaporado para proporcionar el primer refrigerante gaseoso del punto a).
13. Un método de la Reivindicación 12 en el que al menos una porción del enfriamiento (109) del refrigerante comprimido resultante (146) en el punto 2) procede del intercambio de calor indirecto (106) con refrigerante a presión reducida de la evaporación (125) del punto d).
14. Un método de la Reivindicación 12 en el que al menos una porción del enfriamiento del punto b) procede del intercambio de calor indirecto (400) con una o más corrientes de refrigerante de evaporación procedentes de un tercer circuito de refrigeración recirculante.
15. Un método de la Reivindicación 14 en el que el tercer circuito de refrigeración recirculante utiliza un refrigerante con un solo componente.
16. Un método de la Reivindicación 15 en el que el tercer circuito de refrigeración recirculante utiliza un refrigerante mezclado que consta de dos o más componentes.
17. Un método de cualquiera de las reivindicaciones anteriores en el que al menos una porción del enfriamiento (150) del punto 2) procede del intercambio de calor indirecto al calentar la corriente de refrigerante frío (130) del punto 4).
18. Un método de cualquiera de las reivindicaciones anteriores en el que al menos una porción del enfriamiento (150) del punto 2) procede del intercambio de calor indirecto (401) con uno o más refrigerantes de evaporación adicionales procedentes de un tercer circuito de refrigeración recirculante.
19. Un método de la Reivindicación 18 en el que el tercer circuito de refrigeración recirculante utiliza un refrigerante con un solo componente.
20. Un método de la Reivindicación 18 en el que el tercer circuito de refrigeración recirculante utiliza un refrigerante mezclado que consta de dos o más componentes.
21. Un método de la Reivindicación 1 en el que el primer circuito de refrigeración recirculante y el segundo circuito de refrigeración recirculante proporcionan en un solo intercambiador de calor una porción de la refrigeración total necesaria para licuar el gas de alimentación
22. Un método de la Reivindicación 1 en el que el trabajo que expande (166) el refrigerante gaseoso enfriado (164) del punto 3) proporciona una porción del trabajo necesario para comprimir (168) el segundo refrigerante gaseoso (170) del punto 1).
23. Un método de la Reivindicación 1 en el que el gas de alimentación (100) es gas natural, la corriente de gas natural licuado resultante (132) pasa repentinamente (134) a una menor presión para producir un súbito vapor ligero (138) y un producto líquido final (142), y el vapor súbito ligero (138) se utiliza para proporcionar el segundo refrigerante gaseoso (170) en el segundo circuito refrigerante.
24. Un método de la Reivindicación 1 en el que al menos uno del primer y el segundo sistemas de refrigeración constan de un intercambiador de calor de bobina enrollada.
25. Un aparato para la licuefacción de un gas de alimentación (100) mediante el método de la Reivindicación 1 que consta de:
a) un primer sistema de refrigeración que consta al menos de un circuito de refrigeración recirculante (152, 156, 158, 160, 146, 109, 148, 125) que utiliza dos o más componentes refrigerantes y suministra refrigeración en una primera gama de temperaturas; y
b) un segundo sistema de refrigeración que proporciona refrigeración en una segunda gama de temperaturas cuya temperatura más baja es inferior a la temperatura más baja de la primera gama de temperaturas, comprendiendo en citado segundo sistema de refrigeración:
1)
un sistema de compresión (168) para comprimir el segundo refrigerante gaseoso y obtener el refrigerante gaseoso presurizado (162);
\newpage
2)
un sistema de intercambio de calor (150) para enfriar el refrigerante gaseoso presurizado (162) y producir el refrigerante gaseoso enfriado (164);
3)
un sistema de expansión (166) para expandir el trabajo del refrigerante gaseoso enfriado (164) y producir el refrigerante frío (130);
4)
un sistema de intercambio de calor (128) calentando el refrigerante frío (130) para obtener refrigeración en la segunda gama de temperaturas; y
5)
un sistema para recircular el refrigerante calentado resultante (170) y obtener el segundo refrigerante gaseoso del punto 1),
que se caracteriza porque el primer sistema de refrigeración consta de al menos dos ciclos de recompresión del vapor, de componentes puros o mezclados (Figura 2, 152, 156, 158, 400, 146, 106, 148, 125 y 402; Figura 3, 152, 156, 701, 160, 146, 106, 148, 703, 125 y 702, 704, 705, 706; Figura 4, 802 y 803).
26. Un aparato de la reivindicación 25 que consta de un sistema de intercambio de calor para enfriar al menos una porción del refrigerante gaseoso presurizado (162) por intercambio de calor indirecto con el refrigerante de evaporación del primer circuito de refrigeración (701, 703) del primer sistema de refrigeración a).
27. Un aparato de las Reivindicaciones 25 y 26 en el que el primer sistema de refrigeración a) utiliza un componente mezclado, un componente puro y/o un sistema de refrigeración de recompresión de vapor de acoplamiento en serie.
28. Un aparato de cualquiera de las reivindicaciones de 25 a 27 en el que al menos unos de los ciclos de recompresión del primer sistema de refrigeración recirculante consta de:
a.
un sistema de compresión (158) para comprimir el primer refrigerante gaseoso;
b.
un sistema de intercambio de calor (109) para enfriar (109) y condensar al menos parcialmente el refrigerante comprimido resultante (146);
c.
un sistema para reducir la presión del refrigerante resultante comprimido y condensado al menos parcialmente (148);
d.
un sistema para evaporar el refrigerante resultante con la presión reducida (125) para proporcionar refrigeración en la primera gama de temperaturas y producir un refrigerante evaporado (152); y
e.
un sistema para recircular (156) el refrigerante evaporado y proporcionar el primer refrigerante gaseoso del punto a).
29. Un aparato de cualquiera de las Reivindicaciones de 25 a 28 en el que al menos una porción del enfriamiento (150) del intercambiador de calor (150) del punto 2) procede del intercambio de calor indirecto al calentar la corriente de refrigerante frío (130) del punto 4).
30. Un aparato de la Reivindicación 25 en el que el sistema de expansión (166) del punto 3) suministra una parte del trabajo necesario para el sistema de compresión (168) del punto 1).
31. Un método de la Reivindicación 25 que consta de un sistema (134) para pasar rápidamente la corriente de gas natural licuado resultante (132) a menor presión para producir un vapor ligero súbito (138) y un producto líquido final (142), y un sistema para proporcionar el vapor ligero súbito.
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