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1/12

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US. Patent J u l y 5 , 1 9 7 7 S h e e t 1 o f 3 4,033,735

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3/12

U.S. Patent J u l y 5 , 1 9 7 7 S h e e t 2 0 f 3 4,033,735

BY' l./ . ' -/M'

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4/12

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4 , 0 3 3 , 7 3 51S I N G L E M IX ED REFRI G ERANT, CLOSED LOOPPROCESS FOR L I Q U E F Y I N G NATURAL G A ST h i s i s a c o n t i n u a t i o n o f a p p l i c a t i o n S e r . N o . 6 1 2 , 1 8 3

abandoned ? l e d 9 - 1 0 - 7 5 (which was i n t u r n a c o n t i n u at i o n o f S e r . N o . 1 0 6 , 5 2 4 ? l e d l - l 4 - 7 l n o w abandoned.

T h i s i n v e n t i o n r e l a t e s t o a p r o c e s s f o r l o w e r i n g t h etemperature o f a ?uid t h r o u g h a wide temperaturer a n g e u t i l i z i n g a s i n g l e m i x e d r e f r i g e r a n t , c l o s e d l o o pr e f r i g e r a t i o n s y s t e m w h e r e i n t h e m a t e r i a l t o b e c o o l e di s b r o u g h t i n t o t h e r m a l i n t e r c h a n g e r e l a t i o n s h i p w i t ht h e r e f r i g e r a n t c o m p o s i t i o n a n d l o w e r e d i n t e m p e r at u r e from an i n i t i a l l e v e l t o a low temperature i n as i n g l e p a s s t h r o u g h t h e h e a t e x c h a n g e z o n e o f t h e s y st e m . The m i x e d r e f r i g e r a t i o n c y c l e n o t o n l y p e r m i t su t i l i z a t i o n o f a mininum o f equipment b u t a l s o s i m p l i? e s c o n t r o l t h e r e o f .Many p r o c e s s schemes h a v e h e r e t o f o r e b e e n p r op o s e d and s o n e u s e d c o m m e r c i a l l y t o l o w e r t h e temp e r a t u r e o f a ?uid t o a low l e v e l , a s f o r example 200 Ft o more t h a n 300 F below i t s i n i t i a l temperature.w h e r e i n a p l u r a l i t y o f s e p a r a t e r e f r i g e r a t i o n u n i t s a r eemployed i n w h a t i s u s u a l l y t e r m e d a c a s c a d e s y s t e mf o r c o o l i n g t h e m a t e r i a l f r o m t h e i n i t i a l t e m p e r a t u r ev a l u e t o a d e s i r e d low temperature l e v e l a s t h e productt o b e c o o l e d i s s u c c e s s i v e l y p a s s e d t h r o u g h a s e r i e s o fh e a t e x c h a n g e r s h a v i n g a r e f r i g e r a n t medium c i r c ul a t e d t h e r e t h r o u g h o f i n c r e a s i n g l y l o w e r t e m p e r a t u r e .C a s c a d e r e f r i g e r a t i o n s y s t e m s a r e a d v a n t a g e o u s b e ~c a u s e t h e y h a v e minimum h o r s e p o w e r r e q u i r e m e n t s i nt h a t t h e r e f r i g e r a n t o p e r a t i n g a t t h e h i g h e s t t e m p e r at u r e r a n g e may be condensed a g a i n s t an a v a i l a b l e c o o li n g medium s u c h a s w a t e r w h i l e t h e o t h e r r e f r i g e r a n t si n t h e s e q u e n c e a r e c o n d e n s e d a g a i n s t h i g h e r b o i l i n gp o i n t r e f r i g e r a n t s t r e a m s .

Although c a s c a d e s y s t e m s a r e e f ? c i e n t f r o m t h es t a n d p o i n t o f p o w e r i n p u t r e q u i r e d f o r c o o l i n g e f f e c to b t a i n ed , t h e r e i s n e c e s sa r i l y a r e l a t i v e l y l a r g e i n v e s tment i n t h e e q u i p m e n t r e q u i r e d t o p u t t h e s y s t e m i n t oc o m m e r c i a l p r a c t i c e a n d t h e c o n t r o l s f o r s u c h e q u i pme n t a r e e x p e n s i v e and r e q u i r e c l o s e monitoring t oa s s u r e c o n t i n u o u s s a t i s f a c t o r y o p e r a t i o n o f t h e p l a n t .As t h e d emand f o r n a t u r a l g a s h a s r a p i d l y i n c r e a s e di n r e c e n t y e a r s , e f f o r t s t o p r o v i d e a n improved methodo f l i q u e f y i n g n a t u r a l g a s f o r s t o r a g e a n d t r a n s p o r t a t i o nh a s i n c r e a s e d b e c a u s e o f t h e d i f f i c u l t y and c o s t o f a tt e m p t i n g t o t r a n s p o r t l a r g e v o l u m e s o f n a t u r a l g a s i ngaseous c o n d i t i o n from t h e source t h e r e o f t o an u l t imate p o i n t o f u s e . F o r e x a m p l e , t h e d emand f o r n a t u r a lg a s i s g e n e r a l l y h i g h e s t a t g e o g r a p h i c a l p o i n t s f a r r emov e d from s i t e s o f p r o d u c t i o n o f t h e g a s . As a conseq u e n c e , i t h a s b e e n f o u n d a d v a n t a g e o u s t o l i q u e f y t h eg a s e i t h e r a t t h e p o i n t o f o r i g i n and t h e n t r a n s p o r t i t i nl i q u e ? e d c o n d i t i o n t o a p o i n t o f u s e , o r l i q u e f y t h en a t u r a l g a s p r o d u c t a t a r e a s o f u s e d u r i n g p e r i o d s o fl o w d emand f o r v a p o r i z a t i o n a n d i n t r o d u c t i o n i n t o t h eg a s s u p p l y l i n e s a s n e e d e d d u r i n g t i m e s o f h i g h d e m a n d .I n e i t h e r c a s e t h o u g h , l i q u e f a c t i o n o f t h e n a t u r a l g a sr e q u i r e s l o w e r i n g o f t h e t e m p e r a t u r e t h e r e o f t h r o u g h ar a n g e g e n e r a l l y e x c e e d i n g 3 0 0 F . i n o r d e r t h a t t h en a t u r a l g a s may b e s t o r e d i n l i q u i d c o n d i t i o n a t e s s e nt i a l l y a m b i e n t p r e s s u r e w i t h n o r m a l b o i l - o f f o f t h e g a sb e i n g u s e d t o m a i n t a i n t h e same i n l i q u i d f o r m . Mostn a t u r a l g a s l i q u e f a c t i o n p l a n t s h a v e b e e n c o n s t r u c t e dt o o p e r a t e o n t h e c a s c a d e r e f r i g e r a t i o n p r i n c i p l e ' n o tw i t h s t a n d i n g t h e h i g h c a p i t a l c o s t s i n v o l v e d i n s u c hf a c i l i t i e s .

0

20

2 5

30

3 5

40

45

50

5 5

2I t i s t h e r e f o r e a n i m p o r t a n t o b j e c t o f t h e p r e s e n t

i n v e n t i o n t o p r o v i d e a p r o c e s s f o r l o w e r i n g t h e t e m p e ra t u r e o f a ?uid m a t e r i a l through a wide temperaturer a n g e , a s f o r example s u f f i c i e n t t o e f f e c t l i q u e f a c t i o n o fn a t u r a l g a s , b y p a s s i n g t h e n a t u r a l g a s o r o t h e r ? u i dm a t e r i a l i n t h e r m a l i n t e r c h a n g e r e l a t i o n s h i p w i t h as i n g l e mixed r e f r i g e r a n t i n a h e a t exchange z o n e t h u sp e r m i t t i n g u t i l i z a t i o n o f a minimum o f equipment andc o n t r o l s a n d w h e r e i n t h e r e f r i g e r a n t c o m p o s i t i o n i smade up o f c o n s t i t u e n t s h a v i n g a w i d e r a n g e o f b o i l i n gp o i n t s s o t h a t b y p a s s i n g t h e h o t r e f r i g e r a n t s t r e a mf r o m t h e c o n d e n s e r o f t h e r e f r i g e r a t i o n l o o p , a g a i n s tt h e c o l d r e f r i g e r a n t s t r e a m o u t p u t f r o m t h e e x p a n s i o nv a l v e o f t h e l o o p , i n t h e same h e a t exchange zonet h r o u g h w h i c h t h e n a t u r a l g a s t o b e l i q u e ? e d i s d ir e c t e d , t h e c o m p o s i t i o n o f t h e r e f r i g e r a n t c a n b e a dj u s t e d a s n e c e s s a r y t o b r i n g t h e ' c o m b i n e d c o o l i n gc u r v e o f t h e h o t r e f r i g e r a n t and f e e d g a s i n t o r e l a t i v e l yc l o s e m a t c h i n g r e l a t i o n s h i p t o t h e h e a t i n g c u r v e o f t h ec o l d r e f r i g e r a n t s t r e a m t o n o t o n l y m i n i m i z e t h e h o r s ep o w e r r e q u i r e m e n t s o f t h e c o m p r e s s i o n s t a g e o f t h er e f r i g e r a t i o n l o o p , b u t a l s o t h e p h y s i c a l s i z e o f t h es i n g l e h e a t e x c h a n g e r a s w e l l .Another i m p o r t a n t o b j e c t o f t h e i n v e n t i o n i s t o p r ov i d e a p r o c e s s f o r c o o l i n g a ?uid m e d i u m through at e m p e r a t u r e r a n g e e x c e e d i n g 2 0 0 F . w h e r e i n t h em i x e d r e f r i g e r a n t i s made u p o f a m i x t u r e o f h y d r o c a rbons and o p t i o n a l l y a q u a n t i t y o f ' n i t r o g e n a s w e l l t h u sm i n i m i z i n g t h e c o s t o f t h e r e f r i g e r a n t , a s s u r i n g r e a d ya v a i l a b i l i t y o f t h e c o n s t i t u e n t s o f t h e r e f r i g e r a n t comp o s i t i o n , a n d p e r m i t t i n g makeup t o b e o b t a i n e d f r o mt h e n a t u r a l g a s s t r e a m i t s e l f f o r t h e most p a r t i f n a t u r a lg a s i s t o b e c o o l e d t o i t s l i q u e f a c t i o n t e m p e r a t u r e i n t h es i n g l e h e a t e x c h a n g e z o n e o f t h e r e f r i g e r a t i o n l o o p .A t i l l f u r t h e r i m p o r t a n t o b j e c t o f t h e i n v e n t i o n i s t op r o v i d e a p r o c e s s f o r c o o l i n g a ?uid me d i u m such a sn a t u r a l g a s t h r o u g h a t e m p e r a t u r e r a n g e t o e f f e c t l i q u ef a c t i o n t h e r e o f w h e r e i n t h e e f ? c i e n c y o f t h e p r o d u c tc o o l i n g may b e m a x i m i z e d b y d e t e r m i n i n g t h e h e a t i n gc u r v e o f t h e c o l d r e f r i g e r a n t p a s s e d t h r o u g h t h e h e a te x c h a n g e z o n e o f t h e r e f r i g e r a t i o n l o o p and t h e n comp a r i n g t h i s c u r v e w i t h a combined c u r v e o f t h e p r o d u c tf e e d a n d h o t r e f r i g e r a n t s t r e a m t h r o u g h t h e h e a t e xchange z o n e s o t h a t most e f ? c i e n t c o o l i n g o f t h e p r o du c t may b e o b t a i n e d b y c l o s e l y m a t c h i n g t h e h a t i n g a n dc o o l i n g curves i n t h e s e n s e t h a t t h e curves a r e broughti n t o c l o s e p r o x i m i t y a t t h e l o w e s t t e m p e r a t u r e l e v e l st h e r e o f a n d t h e n c a u s e d t o s l o w l y a n d r e l a t i v e l y u n if o r m l y d i v e r g e a s t h e h i g h e s t t e m p e r a t u r e p o i n t s a r ea p p r o a c h e d . A o r o l l a r y o b j e c t o f t h e i n v e n t i o n i s t op r o v i d e a p r o c e s s a s d e s c r i b e d wherein t h e combinedc o o l i n g c u r v e o f t h e p r o d u c t f e e d a n d h o t r e f r i g e r a n ts t r e a m t h r o u g h t h e h e a t exchange zone i n one i n s t a n c eand t h e h e a t i n g c u r v e o f t h e c o l d r e f r i g e r a n t s t r e a m i nt h e o t h e r i n s t a n c e may b e b r o u g h t i n t o e s s e n t i a l l ym a t c h e d , s l o w l y d i v e r g i n g r e l a t i o n s h i p b y t h e s i m p l ee x p e d i e n t o f i n c r e a s i n g o r d e c r e a s i n g t h e q u a n t i t y o fr e s p e c t i v e r e f r i g e r a n t c o n s t i t u e n t s o n a s e l e c t i v e b a s i s

_ a s may be r e q u i r e d t o widen t h e s p a c i n g w h e n t h e60

65

curves are too c l o s e , or narrow the gap th er e b e twe e n a sn e c e s s a r y . S t i l l a n o t h e r o b j e c t o f t h e i n v e n t i o n i s t op r o v i d e a s i n g l e m i x e d r e f r i g e r a n t p r o c e s s f o r l i q u e f yi n g n a t u r a l g a s o r c o o l i n g a product s t r e a m t o a lowl e v e l t e m p e r a t u r e w h e r e i n t h e c o n s t i t u e n t s o f t h em i x e d r e f r i g e r a n t h a v e s u c c e s s i v e l y l o w e r b o i l i n gp o i n t s s o t h a t b y a d d i n g o r r e m o v i n g p o r t i o n s o f c o ns t i t u e n t s w h i c h e f f e c t t h e c o o l i n g a n d h e a t i n g c u r v e sr e f e r r e d t o a b o v e , a t t h o s e p o i n t s t h e r e a l o n , where t h e

8/12/2019 4033735

6/12

4 , 0 3 3 , 7 3 5 .3c u r v e s a r e e i t h e r t o o c l o s e o r t o o w i d e l y s p a c e d , t h ed e s i r e d , c l o s e l y s p a c e d , s l o w a n d u n i f o r m d i v e r g e n c et h e r e o f a s t h e upper ends o f t h e c u r v e s a r e approachedmay b e r e a d i l y o b t a i n e d and m a i n t a i n e d .A f u r t h e r important o b j e c t of t h e i n v e n t i o n i s t oprovide a p r o c e s s f o r c o o l i n g a ?uid m a t e r i a l through aw i d e t e m p e r a t u r e r a n g e w h e r e i n t h e m i x e d r e f r i g e r a n tc o m p o s i t i o n i s c h a r a c t e r i z e d b y t h e p r o p e r t i e s b e i n gr e s i s t a n t t o f r e e z i n g a t t h e ? n a l low t e m p e r a t u r e l e v e lreached, a t l e a s t o n e of t h e c o n s t i t u e n t s having a b o i li n g p o i n t l o w e r t h a n t h a t t o which t h e ma t e r i a l i s t o b ec o o l e d , a t l e a s t one o t h e r c o n s t i t u e n t h a v i n g a b o i l i n gp o i n t s u f f i c i e n t l y h i g h t o p e r m i t c o n d e n s a t i o n t h e r e o fa g a i n s t a c o o l i n g medium a t l e a s t 2 0 0 F . h i g h e r t h a nt h e temperature l e v e l t o which t h e m a t e r i a l i s t o bec o o l e d a n d t h e r e f r i g e r a n t b e i n g c a p a b l e o f u n d e r g o i n gc o m p l e t e l i q u e f a c t i o n a n d t h e n v a p o r i z a t i o n whenp a s s e d a g a i n s t i t s e l f i n a s i n g l e h e a t e x c h a n g e z o n e a f t e rp r e s s u r e l e t d ow n between t h e h o t and c o l d r e f r i g e r a n ts t r e a m s whereby t h e m a t e r i a l t o be cooled can be lowe r e d i n t e m p e r a t u r e t h r o u g h t h e e n t i r e w i d e r a n g et h e r e o f b y s i m p l y d i r e c t i n g s u c h m a t e r i a l t h r o u g h t h eh e a t exchange zone c o n c u r r e n t w i t h t h e h o t r e f r i g e r a n ts t r e a m a n d c o u n t e r c u r r e n t t o t h e c o l d r e f r i g e r a n tstream.A t i l l f u r t h e r i m p o r t a n t o b j e c t o f t h e i n v e n t i o n i s t o

p r o v i d e a s i n g l e mixed r e f r i g e r a n t p r o c e s s a s d e s c r i b e df o r l i q u e f y i n g n a t u r a l g a s o r c o o l i n g a ?uid m a t e r i a l t oa l o w l e v e l w h e r e i n f r e e z i n g o f h i g h b o i l i n g p o i n t c o n - .s t i t u e n t s i n t h e n a t u r a l g a s o r l i q u i d m a t e r i a l w i t h i n t h econ?nes o f t h e h e a t exchange z o n e may b e r e a d i l ya v o i d e d b y d i v e r t i n g t h e n a t u r a l g a s from t h e h e a t e xc h a n g e z o n e a t a p o i n t where l i q u e f a c t i o n o f t h e h i g hb o i l i n g c o n s t i t u e n t s h a s o c c u r r e d f o l l o w e d b y t r e a t i n gof such d i v e r t e d m a t e r i a l t o r emov e t h e c o n s t i t u e n t st h e r e f r o m which would f r e e z e a t t h e f i n a l temperaturet o which t h e n a t u r a l g a s o r o t h e r product i s loweredw i t h i n t h e h e a t exchange zone w i t h t h e t r e a t e d s t r e a mt h e n b e i n g r e t u r n e d t o t h e h e a t exchanger f o r c o n t i n u at i o n o f t h e ?ow t h e r e o f i n t h e r m a l i n t e r c h a n g e r e l a t i o ns h i p w i t h t h e m i x e d r e f r i g e r a n t .A t i l l f u r t h e r i m p o r t a n t o b j e c t o f t h e i n v e n t i o n i s t o

p r o v i d e a s i n g l e m i x e d r e f r i g e r a n t , c l o s e d l o o p p r o c e s sf o r l i q u e f y i n g n a t u r a l g a s o r c o o l i n g a ?uid m a t e r i a lt h r o u g h a t e m p e r a t u r e r a n g e e x c e e d i n g 2 0 0 F .w h e r e i n a b r a z e d m e t a l h e a t e x c h a n g e r i s p r e f e r a b l yu s e d i n t h e h e a t exchange zone f o r most e f f i c i e n t t h e rm a l i n t e r c h a n g e b e t w e e n t h e p r o d u c t u n de r g o i n g c o o li n g a n d t h e m i x e d r e f r i g e r a n t c o m p o s i t i o n b y v i r t u e o ft h e f a c t t h a t t h e h e a t exchanger may b e l o c a t e d i ne s s e n t i a l l y h o r i z o n t a l d i s p o s i t i o n s o t h a t t h e r e i s e q u a ld i s t r i b u t i o n o f l i q u i d s a n d v a p o r s t h r o u g h o u t t h e w i d t ho f t h e exchanger w i t h a l l s u r f a c e s t h e r e o f b e i n g i n cont i n u o u s u s e d u r i n g op e r a t i o n o f t h e e q u i p m e n t . I n t h i sc o n n e c t i o n , a f u r t h e r i m p o r t a n t o b j e c t i s t o p r o v i d e a ni m p r o v e d s i n g l e m i x e d r e f r i g e r a n t p r o c e s s w h e r e i nl e a k a g e o f w e t g a s o r l i q u i d s i n t o t h e r e f r i g e r a n t i se l i m i n a t e d b y v i r t u e o f t h e f a c t t h a t t h e r e i s no o p p o r t un i t y f o r t h e product t o be cooled t o com e i n t o c o n t a c tw i t h t h e r e f r i g e r a n t c o m p o s i t i o n i n t h e e x c h a n g e r .I n t h e d r a w i n g s :

FIGS. l a and l b n combination i l l u s t r a t e n s c h em a t i c f o r m e q u i p m e n t e s p ec i a l l y u s e f u l f o r c a r r y i n g o u tt h e p r o c e s s o f t h e p r e s e n t i n v e n t i o n wherein a s i n g l em i x e d r e f r i g e r a n t i s p r o v i d e d i n a c l o s e d l o o p s y s t e mf o r c o o l i n g a ? u i d m a t e r i a l such a s n a t u r a l g a s t o l i qu e f y t h e l a t t e r and w h e r e i n a u x i l i a r y a p p a r a t u s i s a s s oc i a t e d w i t h t h e r e f r i g e r a n t s y s t e m f o r r e m o v i n g h e a v y

20

25

30

35

40

45

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60

6 5

4ends which c o u l d f r e e z e i n t h e h e a t e x c h a n g e r , o rwhere i t i s d e s i r a b l e t o c o n t r o l t h e Btu content of t h eg a s ;F I G . 2 i s a g r a p h i c a l r e p r e s e n t a t i o n o f t h e c o o l i n gcurve f o r a n a t u r a l gas product t y p i c a l of t h a t w h ic hmay b e l i q u e f i e d i n t h e a p p a r a t u s o f F I G S . l a and 1 b ;and

F I G . 3 i s a g r a p h i c a l r e p r e s e n t a t i o n o f t h e h e a t i n gc u r v e o f t h e c o l d mixed r e f r i g e r a n t ?owing f r o m r i g h tt o l e f t i n t h e p r i m a r y b r a z e d m e t a l h e a t e x c h a n g e r o ft h e r e f r i g e r a t i o n s y s t e m shown i n F I G . I n a s comparedw i t h t h e c o o l i n g c u r v e o f t h e h o t r e f r i g e r a n t and f e e ds t r e a m s ?owing from l e f t t o r i g h t i n t h e b r a z e d m e t a lh e a t e x c h a n g e r o f F I G . 1 a , when t h e c o m p o s i t i o n o f t h er e f r i g e r a n t h a s been c o n t r o l l e d t o p r o v i d e . a c l o s ematch b e t w e e n the c u r v e s .

I n o r d e r t o b e t t e r i l l u s t r a t e t h e n o v e l p r o c e s s of t h i si n v e n t i o n , equipment f o r c a r r y i n g o u t t h e method i n a ne f f i c i e n t m a n n e r s i l l u s t r a t e d s c h e m a t i c a l l y i n FIGS. l aand l b u n d e r t h e b r o a d numeral d e s i g n a t i o n 1 0 . Thep r i n c i p a l components o f e q u i p m e n t 1 0 make up ac l o s e d l o o p , m i x e d r e f r i g e r a n t r e f r i g e r a t i o n s y s t e m 1 2 ,a s t o r a g e u n i t 14 f o r t h e cooled p r o d u c t , a n d a f r a c t i o na t i o n u n i t 1 6 f o r r e m o v i n g h e a v y e n d s ~ f r o m t h e n a t u r a lg a s f e e d s t r e a m b e f o r e such p r o d u c t s can f r e e z e i n t h eh e a t e x c h a n g e r o f r e f r i g e r a t i o n s y s t e m 1 2 .A l t h o u g h e q u i p m e n t 1 0 i s a d a p t e d f o r c o o l i n g v a r ious t y p e s o f ? u i d m a t e r i a l s t h r o u g h a t e m p e r a t u r er a n g e i n e x c e s s o f 3 0 0 F . , f o r s i m p l i c i t y a n d t o i n c r e a s et h e c l a r i t y o f t h e d e s c r i p t i o n o f t h i s p r o c e s s a n d i t so p e r a t i o n , i t w i l l b e a s s u m e d f o r t h e p u r p o s e s t h e r e o ft h a t e q u i p m e n t 1 0 i s a d a p t e d f o r l i q u e f y i n g a d r y n a t ur a l g a s i n p u t c o n t a i n i n g p r i m a r i l y m e t h a n e b u t a l s os u b s t a n t i a l l y s m a l l e r a m o u n t s o f n i t r o g e n a n d C 2 t o C 8h y d r o c a r b o n s . The e x a c t c o m p o s i t i o n o f a t y p i c a l n a t ur a l g a s p r o d u c t r e q u i r i n g l i q u e f a c t i o n i s d e t a i l e d h e r ei n a f t e r i n t h e d e s c r i p t i o n o f a n o r m a l o p e r a t i n g c y c l e o fe q u i p m e n t I 0 .F i r s t d e s c r i b i n g r e f r i g e r a t i o n s y s t e m 1 2 c o n t a i n i n g as i n g l e mixed r e f r i g e r a n t , i t can be s e e n i n F I G . l a t h a tt h e o u t p u t f r o m r e f r i g e r a n t c o m p r e s s o r 1 8 i s d i r e c t e dt o condenser 20 v i a l i n e 22 t o b r i n g t h e compressorout?ow i n t o t h e r m a l i n t e r c h a n g e r e l a t i o n s h i p w i t hc o o l i n g w a t e r p a s s i n g t h r o u g h c o n d e n s e r w a t e r s u p p l yand r e t u r n l i n e 2 3 . Out o f condenser 2 0 , t h e mixedr e f r i g e r a n t c o m p o s i t i o n i s i n t r o d u c e d i n t o h o r i z o n t a lr e f r i g e r a n t drum 24 v i a l i n e 2 6 . A number o f d i f f e r e n tt y p e s o f h e a t e x c h a n g e r s may b e u s e d i n c a r r y i n g o u tt h e improved p r o c e s s o f t h i s i n v e n t i o n , b u t b e s t r e s u l t sa r e o b t a i n e d w i t h minimum horsepower i n p u t t o t h ep l a n t , when a b r a z e d m e t a l ( f o r e x a m p l e a l u m i n u m )h e a t e x c h a n g e r i s u s e d i n r e f r i g e r a t i o n s y s t e m 1 2 .

Although t h e p r e f e r r e d p r o c e s s i n v o l v e s t h e u s e o f as i n g l e h e a t e x c h a n g e r 3 0 f o r economy o f e q u i p m e n tand p l a n t o p e r a t i o n e x p e n s e , i t i s t o b e r e c o g n i z e d t h a twhere volume o r s p a c e l i m i t a t i o n s from t h e s t a n d p o i n to f p h y s i c a l e q u i p m e n t a v a i l a b l e f o r a p a r t i c u l a r j o b , t h eh e a t e x c h a n g e z o n e o f t h e r e f r i g e r a t i o n l o o p may i n t h ea l t e r n a t i v e be m a d e up of e i t h e r a s i n g l e h e a t e xc h a n g e r , a n umber o f h e a t exchangers i n s e r i e s , o r oneo r a p l u r a l i t y o f h e a t e x c h a n g e r s i n p a r a l l e l r e l a t i o n s h i pw i t h t h e i m p o r t a n t f a c t o r b e i n g t h e u t i l i z a t i o n o f as i n g l e mixed r e f r i g e r a n t s y s t e m . Vapor l i n e 32 s e r v e s t ocommunicate t h e t o p p a r t o f drum 24 w i t h mixed v a p o ra n d l i q u i d i n l e t o r i f i c e s 2 8 o f h e a t e x c h a n g e r 3 0 . L i q u i dl i n e 3 4 e x t e n d i n g f r o m t h e b o t t o m p o r t i o n o f r e f r i g e ra n t drum 24 and l e a d i n g t o i n l e t 28 o f h e a t exchanger30 has a pump 36 interposed t h e r e i n a s w e l l a s a con

8/12/2019 4033735

7/12

5t r o l v a l v e 3 8 d o w n s t r e a m o f pump 3 6 a n d o p e r a t e d b ya l e v e l c o n t r o l l e r 40 o p e r a b l y a s s o c i a t e d w i t h r e f r i g e ra n t drum 2 4 .

4 , 0 3 3 , 7 3 5

The h o t r e f r i g e r a n t made u p o f t h e c o m b i n a t i o n o fv a p o r and l i q u i d s u p p l i e d t o e x c h a n g e r 30 t h r o u g h i n l e tp a s s a g e s 2 8 ?ows t h r o u g h t h e e x c h a n g e r 30 f r o m l e f t t or i g h t a s i n d i c a t e d i n F I G . 1 0 a l o n g a p a t h d e s i g n a t e d 4 2 ,w h i c h i n t u r n c o m m u n i c a t e s d i r e c t l y w i t h U - s h a p e dl i n e 44 h a v i n g a n e x p a n s i o n v a l v e 46 t h e r e i n . The c o l dr e f r i g e r a n t e m a n a t i n g f r o m e x p a n s i o n v a l v e 4 6 ?owsb a c k t h r o u g h h e a t e x c h a n g e r 30 i n c o u n t e r c u r r e n tr e l a t i o n s h i p t o t h e ?ow p a t h 42 a l o n g a r i g h t - t o - l e f tp a t h d e s i g n a t e d 4 8 i n t h e d r a w i n g s . T h e o u t f l o w f r o mp a t h 4 8 t h r o u g h h e a t e x c h a n g e r 3 0 , i s c o n v e y e d t or e f r i g e r a n t s u c t i o n drum 5 0 v i a l i n e 5 2 . Any l i q u i dc o l l e c t e d i n t h e s u c t i o n drum 50 i s r e c i r c u l a t e d backt h e r e t o t h r o u g h t h e p r o v i s i o n o f l i n e 5 4 h a v i n g a pump5 6 i n t e r p o s e d t h e r e i n . I n t h e e v e n t t h e q u a n t i t y o f l i qu i d commences t o b u i l d up i n drum 5 0 , t h e e x c e s s maybe d r a i n e d from l i n e 54 t h r o u g h an o u t l e t n o t s h o w n . Al i q u i d c o n t r o l l e r f o r drum 50 may b e p r o v i d e d i f d es i r e d f o r p r e v e n t i n g e x c e s s i v e b u i l d u p o f l i q u i d i n t h e i n t e r i o r o f t h e r e f r i g e r a n t s u c t i o n d r u m . The v a p o ro v e r h e a d from r e f r i g e r a n t drum 50 i s d i r e c t e d t o comp r e s s o r 1 8 v i a l i n e 5 8 . I t i s t o b e u n d e r s t o o d i n t h i sr e s p e c t t h a t c o m p r e s s o r 1 8 may b e e i t h e r o f t h e a x i a l?ow or c e n t r ifuga l type. _C o m p r e s s o r 1 8 i s d r i v e n b y a n y s u i t a b l e p r i m e moverwhich f o r example m a y ' c o m p r i s e a c o n v e n t i o n a l s t e a mt u r b i n e 60 o p e r a b l y coupled t o t h e s h a f t o f compressor -1 8 a n d d r i v e n b y s t e a m f r o m s u p p l y l i n e 6 2 c o n n e c t e dt o t h e t u r b i n e , w h i l e t h e r e t u r n l i n e t h e r e f o r l e a d s backt o t h e steam g e n e r a t o r a f t e r t h e steam h a s been subj e c t e d t o c o o l i n g w a t e r f r o m s u p p l y a n d r e t u r n l i n e 66jo i n e d to steam c o n d e n s e r - 6 8 . The d r y n a t u r a l g a s ~ t o be l i q u e ? e d i s s u p p l i e dt h r o u g h l i n e 7 0 $ c o n n e c t e d t o t h e i n l e t p a s s a g e s 7 2 o fh e a t e x c h a n g e r 3 0 f o r ?ow a l o n g a d i s c o n ti n u o u s p a t ht h e r e t h r o u g h i n c o c u r r e n t ?ow r e l a t i o n s h i p : t o t h e h o tr e f r i g e r a n t d i r e c t e d a l o n g p a t h 42 a n d c o u n t e r c u r r e n t

t o r e f r i g e r a n t ?ow along c o l d r e f r i g e r a n t p a t h 4 8 . .D u r i n g i n i t i a l ? o w ' o f ' t h e n a t u r a l g a s t h r o u g h h e a te x c h a n g e r ' 3 0 a l o n g p a t h 7 4 a , t h e n a t u r a l g a s i s c o o l e dt o an e x t e n t t o e f f e c t l i q u e f a c t i o n of a t l e a s t c e r t a i n o ft h e h e a v y c o n s t i t u e n t s i n t h e g a s a t t h e p r e s s u r e o f t h ep r o d u c t s u p p l i e d , w h e r e u p o n t h e n a t u r a l g a s s t r e a m i st h e n d i v e r t e d f r o m e x c h a n g e r 3 0 v i a l i n e 7 6 a n d i n t r oduced i n t o u p r i g h t f e e d g a s f r a c t i o n a t o r 7 8 i n t e r m e d ia t e t h e ends o f t h e l a t t e r . T h e g a s e o u s overhead fromf r a c t i o n a t o r 78 i s r e t u r n e d v i a l i n e 80 t o h e a t exc h a n g e r 3 0 f o r ?ow a l o n g p a t h 7 4 b w h i c h i s a g a i nc o c u r r e n t w i t h t h e h o t r e f r i g e r a n t s t r e a m and c o u n t e rc u r r e n t t o t h e c o l d r e f r i g e r a n t ?ow. I n o r d e r t o p r o v i d er e f l u x l i q u i d f o r f e e d g a s f r a c t i o n a t o r 7 8 , t h e n a t u r a lg a s s t r e a m i s a g a i n d i v e r t e d f r o m e x c h a n g e r 3 0 v i a l i n e82 w h i c h i s o p e r a b l y c o u p l e d t o f r a c t i o n a t o r r e ? u xdrum 8 4 . L i q u i d from drum 84 i s i n t r o d u c e d i n t o t h et o p p a r t o f f r a c t i o n a t o r 7 8 t h r o u g h l i n e 8 6 p r o v i d e dw i t h a l i q u i d pump 88 t h e r e i n . Gaseous overhead fromf r a c t i o n a t o r r e ? u x drum ?ows away t h e r e f r o m e i t h e rt h r o u g h m a i n p r o d u c t l i n e 9 0 l e a d i n g b a c k t o p a t h 7 4 ct h r o u g h h e a t e x c h a n g e r 3 0 , o r a l t e r n a t i v e l y v i a s u p p l yl i n e 94 t o t h e f u e l g a s e x c h a n g e r 92 f o r m i n g a p a r t o fstorage un i t 14.The l i q u i d b o t t o m s f r o m f a c t i o n a t o r 7 8 a r e d i r e c t e dt o f r a c t i o n a t o r r e b o i l e r 9 6 t h r o u g h l i n e 9 8 w i t h t h eg a s e o u s o v e r h e a d f r o m r e b o i l e r 9 6 b e i n g r e t u r n e d t of r a c t i o n a t o r 78 v i a l i n e 1 0 0 . Steam i s s u p p l i e d t o t h e

2 0

2 5

3 5

45

55

65

6r e b o i l e r t h r o u g h s t e a m s u p p l y l i n e 1 0 2 . L i q u i d i s r emoved f r o m r e b o i l e r 9 6 t h r o u g h l i n e 1 0 4 c o n n e c t e d t ot h e c e n t r a l p a r t o f u p r i g h t d e b u t a n i z e r v e s s e l 1 0 6 .V a l v e 1 0 8 i n l i n e 1 0 4 a d j a c e n t r e b o i l e r 9 6 c o n t r o l s t h el e v e l o f l i q u i d t h e r e i n b y v i r t u e o f t h e p r o v i s i o n o f al e v e l c o n t r o l d e v i c e 1 0 9 o p e r a b l y a s s o c i a t e d w i t h r eboiler vessel 96.The d e b u t a n i z e r s e c t i o n o f f r a c t i o n a t i o n u n i t 1 6 i s a no p t i o n a l s y s t e m t o p e r m i t - r e t u r n o f C 4 a n d b e l o w h yd r o c a r b o n s t o t h e n a t u r a l g a s s t r e a m and a s s u r i n g t h a to n l y C 5 a n d a b o v e h y d r o c a r b o n s a r e s e p a r a t e d f r o mt h e n a t u r a l g a s s u p p l y . To t h i s e n d , t h e g a s e o u s o v e rh e a d f r o m v e s s e l 1 0 6 i s d i s c h a r g e d t h e r e f r o m t h r o u g hl i n e 110 h a v i n g a w a t e r c o o l e d condenser 112 t h e r e i nand l e a d i n g t o d e b u t a n i z e r r e ? u x drum 1 1 4 . C o o l i n gw a t e r s u p p l y and r e t u r n l i n e 116 j o i n s t o condenser1 1 2 . The c o n d e n s a t e from condenser 112 i s c o l l e c t e di n drum l 4 a n d r e t u r n e d e i t h e r t o t h e t o p p a r t o fd e b u t a n i z e r 106 v i a l i n e 1 1 8 , o r t o f u e l g a s exchanger92 t h r o u g h l i n e 1 2 0 . Pump 1 2 2 i n l i n e 1 1 8 a s s u r e sp o s i t i v e r e t u r n of t h e r e?u x t o v e s s e l 106 o r f u e l g a se x c h a n g e r 9 2 .The l i q u i d bottom from d e b u t a n i z e r 106 a r e d i r e c t e dv i a l i n e 124 i n t o d e b u t a n i z e r r e b o i l e r 126 which i n t u r nr e c e i v e s s t e a m v i a s t e a m s u p p l y l i n e 1 2 8 . The o v e r h e a dfrom r e b o i l e r 126 i s r e t u r n e d t o d e b u t a n i z e r v e s s e l 106t h r o u g h l i n e 1 3 0 w h i l e t h e l i q u i d under?ow f r o m r eb o i l e r 126 l e a d s t o a p o i n t o f u s e v i a l i n e 132 h a v i n g aw a t e r c o o l e d conden ser 134 t h e r e i n connected t o c o o li n g w a t e r s u p p l y and r e t u r n l i n e 1 3 6 . V a l v e 138 i n l i n e1 3 6 downstream o f c o n d e n s e r 1 3 4 c o n t r o l s t h e l e v e l o fl i q u i d i n d e b u t a n i z e r r e b o i l e r 1 2 6 u n d e r t h e i n ? u e n c eo f l i q u i d c o n t r o l d e v i c e 1 4 0 .T h e l i q u e f a c t i o n p a t h 7 4 0 o f h e a t e x c h a n g e r 3 0 i sj o i n e d t o a l i q u e ? e d p r o d u c t l i n e 1 4 2 h a v i n g a p r e s s u r eletdown v a l v e 144 t h e r e i n and l e a d s t o a l i q u e ? e d n a t ur a l gas stor age t a n k 146.B o i l - o f f f r o m t a n k 1 4 6 i s p r e f e r a b l y u s e d f o r p l a n tf u e l and t h e r e f o r e i s d i r e c t e d t o p l a n t f u e l u s e v i a l i n e1 4 8 w h i c h p a s s e s t h r o u g h f u e l g a s e x c h a n g e r 9 2 a s w e l la s f u e l g a s compressor 1 5 0 downstream o f e x c h a n g e r9 2 . S t r e a m t u r b i n e 1 5 2 o p e r a b l y j o i n e d t o f u e l g a scompressor 150 has a steam and r e t u r n l i n e 154 coup l e d t h e r e t o f o r s u p p l y i n g s t e a m t o d r i v e t h e compress o r . Line 120 which a l s o e x t e n d s through f u e l g a s e xc h a n g e r 92 a n d t e r m i n a t e s i n communication w i t hs t o r a g e t a n k 146 h a s a back p r e s s u r e v a l v e 156 t h e r e i n .L i n e 94 c o m m u n i c a t i n g w i t h t h e i n t e r i o r o f s t o r a g et a n k 1 4 6 a f t e r p a s s a g e t h r o u g h f u e l g a s e x c h a n g e r 9 2 i sp r o v i d e d w i t h a t e m p e r a t u r e c o n t r ol l e d v a l v e 1 5 8downstream o f e x c h a n g e r 92 and which i s u n d e r t h ei n ? u e n c e of a sensor located on l i n e 148 do w ns t r e amo f t h e f u e l g a s e x c h a n g e r 9 2 .

As p r e v i o u s l y i n d i c a t e d , t h e p r o c e s s hereof i su n i q u e l y a d a p t e d t o l o w e r t h e t e m p e r a t u r e o f a ? u i dm a t e r i a l such a s n a t u r a l g a s t h r o u g h a temperaturer a n g e e x c e e d i n g 2 0 0 F . b y a s i n g l e p a s s a g e o f t h ep r o d u c t ' t o b e c o ol e d t h r o u g h t h e h e a t e x c h a n g e z o n e

_ with t h e r e f r i g e r a n t b e i n g condensable a g a i n s t a cooli n g medium a t l e a s t 2 0 0 F warmer t h a n t h e ? n a l temp e r a t u r e o f t h e n a t u r a l g a s . The p r o c e s s h a s g r e a t e s tu t i l i t y i n c o o l i n g a p r e s s u r i z e d d r y n a t u r a l g a s s t r e a mf r o m a n o r m a l s u p p l y l i n e t e m p e r a t u r e a n d p r e s s u r ed o w n t o a l e v e l where t h e g a s l i q u e ? e s a t t h e s u p p l yp r e s s u r e n o t w i t h s t a n d i n g t h e f a c t t h a t t h e g a s i s d ir e c t e d t h r o u g h o n l y a s i n g l e h e a t e x c h a n g e r . T h i s w i d er a n g e c o o l i n g o f t h e n a t u r a l g a s i s a t t r i b u t a b l e t o t h eu s e o f a n o v e l s i n g l e mixed r e f r i g e r a n t c o m p o s i t i o n

8/12/2019 4033735

8/12

4 , 0 3 3 , 7 3 57p r o v i d e d i n r e f r i g e r a t i o n s y s t e m 1 2 . T h u s , i n o r d e r t oi l l u s t r a t e t h e u t i l i t y o f t h e p r e s e n t p r o c e s s a s c a r r i e d o u ti n equipment 1 0 , i t i s b e l i e v e d t h a t t h i s can b e s t b ea c c o m p l i s h e d b y r e f e r e n c e t o a s p e c i f i c n a t u r a l g a ss u p p l y s t r e a m a n d t h e c o r r e s p o n d i n g m i x e d r e f r i g e r a n tcomposition f o r u s e t h e r e w i t h , although i t i s t o be f u l l yu nderstood t h a t t h e parameters s e t f o r t h h er e u n d e r a r ei l l u s t r a t i v e o n l y a n d t h a t v a r i o u s ? u i d m a t e r i a l s may b ecooled over a wide temperature range i n accordancew i t h t h e p r e s e n t method u t i l i z i n g e q u i p m e n t a s s c h em a t i c a l l y d e p i c t e d i n F I G S . l a and l b and t h a t t h emixed r e f r i g e r a n t c o m p o s i t i o n s h o u l d b e matched t ot h e p r o d u c t t o b e c o o l e d , a s w i l l b e e x p l a i n e d .H o w e v e r , a s s u m i n g f o r p u r p o s e s o f i l l u s t r a t i o n o n l yt h a t d r y n a t u r a l g a s w h i c h h a s b e e n p r e v i o u s l y p r ep a r e d f o r l i q u e f a c t i o n b y p u r i ? c a t i o n t o remove a c i dg a s e s , w a t e r and o t h e r u n d e s i r a b l e i m p u r i t i e s , i s s u pp l i e d t h r o u g h l i n e 70 a t a t e m p e r a t u r e o f a b o u t 8 6 F .and a p r e s s u r e o f 580 p . s . i . a . , r e f r i g e r a t i o n s y s t e m 1 2 i nc o o p e r a t i o n w i t h f r a c t i o n a t i o n u n i t 1 6 s h o u l d b e c a p a ~b l e o f l i q u e f y i n g t h e na t u r a l g a s b y c o o l i n g t h e s t r e a mt o a temperature o f about 245 F . a t 546 p . s . i . a . duri n g a s i n g l e p a s s a g e t h r o u g h t h e h e a t e x c h a n g e z o n ew h i l e a t t h e same t i m e e f f e c t i n g r e m o v a l o f t h o s e h e a v ye n d s i n t h e n a t u r a l g a s which would f r e e z e i n t h e h e a te x c h a n g e r 3 0 . I n a d d i t i o n , a l l b u t C 5 a n d h i g h e r h y d r ocarbons may be r e t u r n e d t o t h e n a t u r a l g a s f o r Btuc o n t r o l o f t h e p r o d u c t d e l i v e r e d t o s t o r a g e t a n k 1 4 6 .

A c c o r d i n g l y , i f t h e n a t u r a l g a s a f t e r d r y i n g a n d p u r i ?c a t i o n t h e r e o f s s u p p l i e d t o h e a t e x c h a n g e r p a t h 7 4 a a tt h e temperature a n d p r e s s u r e i n d i c a t e d on l i n e 70 o fF I G . l a , a n d t h e n a t u r a l g a s h a s t h e f o l l o w i n g c o m p o s it i o n , t h e l i q u e f a c t i o n t h e r e o f c a n b e a c c o m p l i s h e d w i t ht h e t e m p e r a t u r e and p r e s s u r e p a r a m e t e r s e x p r e s s e d ont h e ? g u r e s o f t h e d r a w i n g s o l o n g a s t h e m i x e d r e f r i g e ra n t h a s a c o m p o s i t i o n a p p r o x i m a t e l y a s s p e c i ? e d h e r eunder: .

TABLE TABLE INATURAL GAS REFRIGERANTMOLE 4 - MOLE XCOMPOSITION (APPROX) (APPROX)Helium 0 . 2 t r a c eN i t r o g e n 5 . 8 1 0 . 6M eth a n e 8 3 . 2 35.6E t h a n e 7 . 1 28.2Propane 2 . 2 5 3 . 4lsobutane 0 . 4 ' 8Normal buta ne 0 . 6 2 . 1l s o p e n t a n e 0 . 1 2 | 1 . 4Normal pentane 0 . 1 5 . 7H e x a n e 0 . 1 t r a c eC ; h y d r o c a r b o n san d a b ov e 0.08 t r a c e

The m i x e d r e f r i g e r a n t c o m p o s i t i o n i s p r e f e r a b l y o f acomposition s u c h t h a t t h e c o n s t i t u e n t s t h e r e o f can b eobtained from t h e n a t u r a l g a s f e e d a n d a l s o t o cause t h ec o o l i n g c u r v e o f t h e h o t r e f r i g e r a n t s t r e a m a l o n g p a t h4 2 o f h e a t e x c h a n g e r 30 combined w i t h t h e c o o l i n gcurve of t h e n a t u r a l gas stre am along paths 74a - 740 t oc l o s e l y match t h e h e a t i n g c u r v e o f t h e c o l d r e f r i g e r a n ta l o n g p a t h 48 o f h e a t e x c h a n g e r 30 a s i l l u s t r a t e d i nF I G . 3 o f t h e d r a w i n g s . The c o o l i n g c u r v e o f n a t u r a l g a sh a v i n g a c o m p o s i t i o n a s s e t f o r t h i n Table 1 above i se s s e n t i a l l y a s i l l u s t r a t e d i n F I G . 2 . The h ump i n t h ecurve i s caused by e x t r a h e a t which must be r emov e d t ol i q u e f y t h e h e a v y e n d s o f t h e n a t u r a l g a s s u p p l y s t r e a m .I n order t o smooth or s t r a i g h t e n out t h e curve so t h a t i tmore c l o s e l y m a t c h e s t h e s h a p e o f t h e h e a t i n g c u r v e o ft h e r e f r i g e r a n t c o m p o s i t i o n , t h e c o n s t i t u e nt s a n d r e l a

1 5

20

25

35

40

45

55

60

65

8t i v e q u a n t i t i e s o f t h e m i x e d r e f r i g e r a n t a r e c a r e f u l l ys e l e c t e d a n d c o n t r o l l e d s o t h a t t h e r e i s a c l o s e matchbetween t h e c o l d r e f r i g e r a n t h e a t i n g c u r v e and t h e h o tr e f r i g e r a n t pl u s f e e d s t r e a m c u r v e a s d e p i c t e d g r a p h ic a l l y i n F I G . 3 .

1 f t h e q u a n t i t y of f e e d g a s p a s s e d i n h e a t exchanger e l a t i o n s h i p o f t h e c o l d r e f r i g e r a n t s t r e a m ? o w i n ga l o n g p a t h 48 i s m a i n t a i n e d a s a s m a l l f r a c t i o n o f t h er e f r i g e r a n t f l o w t h e n t h e combined c o o l i n g c u r v e o f t h ef e e d g a s p l u s h o t r e f r i g e r a n t t e n d s t o assume t h e sames h a p e a s t h e c o o l i n g c u r v e o f t h e h o t r e f r i g e r a n t c u r v ef o r t h a t p a r t i c u l a r r e f r i g e r a n t . T h e n , i f t h e r e f r i g e r a n thas c o n s t i t u e n t s t h e same a s or s i m i l a r t o t h e p r o d u c ts t r e a m t o b e c o o l e d , t h e c o o l i n g c u r v e o f t h e h o t r e f r i ge r a n t s t r e a m i s s i m i l a r t o t h e c o o l i n g c u r v e o f t h e produ c t t o be cooled o r l i q u e ? e d . However, i n order t osmooth o u t o r s t r a i g h t e n t h i s c u r v e , t h e r e l a t i v e q u a n t it i e s o f t h e r e f r i g e r a n t c o n s t i t u e n t s a r e i n c r e a s e d o rd e c r e a s e d a s n e c e s s a r y t o p r o v i d e r e l a t i v e l y s t r a i g h tc u r v e s which r a t h e r c l o s e l y m a t c h . S i n c e o b t a i n i n g ac o o l i n g e f f e c t a t t h e l o w e s t t e m p e r a t u r e i s more c o s t l yt h a n a t t h e h i g h e s t t e m p e r a t u r e where c o o l i n g i s comm e n c e d , i t i s d e s i r a b l e t h a t t h e c u r v e s ' b e i n c l o s e p r o xi m i t y a t t h e l o w e s t t e m p e r a t u r e t o p r o v i d e a 2 t o 6 F .t e m p e r a t u r e a p p r o a c h , a n d t h e n g r a d u a l l y a n d r e l at i v e l y u n i f o r m l y d i v e r g e a s t h e h i g h e s t p l o t t e d t e m p e r a - 't u r e l e v e l s a r e reached s o t h a t t h e approach a t t h eu p p e r p a r t o f t h e c o o l i n g and h e a t i ng c u r v e s i s o f t h eo r d e r of 2 0 t o 4 0 F . I n v i e w o f t h e f a c t t h a t t h e p r e ss u r e s v a r y between t h e h o t r e f r i g e r a n t and c o l d r e f r i ge r a n t s t r e a m , i t i s t o b e r e c o g n i z e d t h a t t o b r i n g t h ec o o l i n g c u r v e s t o g e t h e r o r t o s h i f t them a p a r t a t anyp a r t i c u l a r t e m p e r a t u r e r e q u i r e s i n c r e a s e o r d e c r e a s e a sa p p r o p r i a t e o f a c o n s t i t u e n t whose b o i l i n g p o i n t s a t t h ep r e s s u r e s i n r e s p e c t i v e s i d e s o f t h e r e f r i g e r a t i o n l o o pw i l l c a u s e t h e c o o l i n g c u r v e s t o s h i f t r e l a t i v e l y a t t h a tp a r t i c u l a r temperature l e v e l .F o r e x a m p l e , i f t h e p r o d u c t t o b e c o o l e d i s d r y n a t ur a l g a s and i t i s d e s i r e d t o l o w e r t h e t e m p e r a t u r e o fsuch gas t o a l e v e l t o e f f e c t l i q u e f a c t i o n t h e r e o f a t t h ev p r e s s u r e s u p p l i e d , t h e r a n g e o f c o n s t i t u e n t s o f ' a r e f r i ge r a n t d e r i v e d from t h e n a t u r a l g a s , can be e x p e c t e d t of a l l w i t h i n t h e following r a n g e s :

TABLE l lREFRIGERANT CON S T I T UE N T MOLE R A C T l O N v X ' I

N2 0 IIC, 20 36C2 20 40Ca 2 l2C4 6 - 24Cs 2 l4

1 n t h e above t a b l e , Cl r e p r e s e n t s p r i m a r i l y methane.C2 r e p r e s e n t s e i t h e r e t h y l e n e o r e t h a n e , a n d C 3 r e p r es e n t s p r o p y l e n e o r p r o p a n e . C4 i s i n t e n d e d t o i n c l u d eboth isobutane a s w e l l a s normal butane a n d unsatur a t e d h y d r o c a r b o n e q u i v a l e n t s t h e r e o f . S i m i l a r l y , C 5r e p r e s e n t s i s o p e n t a n e a n d n o r m a l p e n t a n e a l o n g w i t ho l e ? n i c e q u i v a l e n t s o f t h e s a m e . I t i s t o be understoodt h o u g h t h a t t h e h y d r o c a r b o n s c h o s e n must n o t f r e e z ei n admixture a t t h e l o w e s t t e m p e r a t u r e t o which t h er e f r i g e r a n t i s c o o l e d i n t h e r e f r i g e r a t i o n c y c l e . 1 n i t sp r e f e r r e d f o r m , a mixed r e f r i g e r a n t f or u s e i n l i q u e f y i n gn a t u r a l g a s ina s i n g l e h e a t e x c h a n g e r s h o u l d c o n t a i n ona mole f r a c t i o n p e r c e n t b a s i s , 0 o 15 o f n i t r o g e n ,20 o 40 of methane, 20 t o 36 of e t h a n e , 2 o12 o f propane, 5 o 16 o f i s o b u t a n e , 1 t o 8 o f

8/12/2019 4033735

9/12

4 , 0 3 3 , 7 3 59n o r m a l b u t a n e , 1 1 1 6 % t o 16 o f i s o p e n t a n e a n d 1 / 2 % t o4 o f n o r m a l p e n t a n e . M a n i f e s t l y , t h e e x a c t r e f r i g e r a n tc o m p o s i t i o n w i l l n e c e s s a r i l y b e d i f f e r e n t d e p e n d i n gupon t h e n a t u r e o f t h e p r o d u c t t o b e c o o l e d w i t h a ne f f o r t b e i n g made t o o b t a i n a r e l a t i v e l y c l o s e m a t c hb e t w e e n t h e c o o l i n g a n d h e a t i n g c u r v e s a s d e p i c t e d i nF I G . 3 . Optimum r e s u l t s a r e o b t a i n e d w h e n t h e c u r v e sa r e c l o s e s t a t t h e l o w e s t temperature l e v e l a n d s l o w l ya n d u n i f o r m l y d i v e r g e a s t h e h i g h e r t e m p e r a t u r e p l o tt e d a r e a p p r o a c h e d . I n a l l e v e n t s , s e v e r e p i n c h e s o rv e r y c l o s e s p a c i n g o f t h e c u r v e s i s t o b e a v o i d e d i fp o s s i b l e .

T h u s , i f a n a t u r a l g a s p r o d u c t o f t h e c o m p o s i t i o n s e tf o r t h i n Table I above i s t o b e c o o l e d , i t i s t o be notedf r o m T a b l e I I t h a t a p r e f e r r e d mixed r e f r i g e r a n t comp o s i t i o n s h o u l d c o n t a i n on a mole f r a c t i o n b a s i s , about1 0 . 6 % n i t r o g e n , 3 5 . 6 % o f m e t h a n e , 2 8 . 2 % o f e t h a n e ,3 . 4 % o f p r o p a n e , 8 o f i s o b u t a n e , 2.1 o f n - b u t a n e ,1 1 . 4 % o f i s o p e n t a n e , and 0.7 o f n - p e n t a n e . I n a d d i ~t i o n , t h e ? ow r a t e o f t h e n a t u r a l g a s o r o t h e r ?uidp r o d u c t t o b e c o o l e d s h o u l d b e r e g u l a t e d s o t h a t t h ed e l i v e r y o f t h e g a s e o u s m a t e r i a l t o t h e h e a t e x c h a n g e r ~30 i s about 60 o l l0 'on a mole f r a c t i o n b a s i s of t h em o l e s o f c o n d e n s e d r e f r i g e r a n t d e l i v e r e d t o p a s s a g e s2 8 o f h e a t e x c h a n g e r 30 d e ? n i n g t h e e n t r a n c e t o p a t h4 2 t h e r e t h r o u g h . T h e h o r s e p o w e r r e q u i r e m e n t s o f t h ep r o c e s s g o up s i g n i ? c a n t l y w h e n t h i s r a n g e i s exceededon t h e low s i d e b y v i r t u e o f t h e i n c r e a s e d v a p o r whichm u s t b e c o m p r e s s e d a n d r e c i r c u l a t e d . On t h e h i g h s i d e ,a l o w e r t e m p e r a t u r e l e v e l c o o l i n g m e d i um f o r t h e condenser must b e a v a i l a b l e tha n i s the case with c o n v e nt i o n a l c o o l i n g w a t e r a n d t h i s c o o l i n g s o u r c e e i t h e r i s 'n o t n o r m a l l y p r e s e n t a t a l l , o r c a n b e o b t a i n e d o n l y a ts i g n i ? c a n t e x t r a c o s t .

T y p i c a l o p e r a t i n g p a r a m e t e r s . f o r p l a n t 1 0 when i t i ss e t u p t o l i q u e f y d r y n a t u r a l g a s o f t h e c o m p o s i t i o ni n d i c a t e d i n T a b l e - 1 h e r e o f u t i l i z i n g a r e f r i g e r a n t comp o s i t i o n a s s e t d o w n i n Table I I , a r e s e t out on r e s p e ct i v e l i n e s i n t h e s c h e m a t i c s h o w i n g o f F I G S . 1 0 a n d l bw h e r e i n i t c a n l b e s e e n t h a t i n t h e e x e m p l a r y p r o c e s sd e p i c t e d , t h e n a t u r a l g a s i s s u p p l i e d t o - t h e p l a n t a t at e m p e r a t u r e o f 8 6 F . a n d 5 8 0 p . s . i . a . t h u s m a k i n g i tn e c e s s a r y t o l o w e r t h e t e m p e r a t u r e o f t h e p r o d u c t t oa b o u t 245 F . i n , h e a t e x c h a n g e r 30 i n o r d e r t o a s s u r ef u l l l i q u e f a c t i o n o f t h e g a s a t t h e o u t l e t p r e s s u r e t h e r e o ff r o m e x c h a n g e r 3 0 w h i c h i s o f t h e o r d e r o f 5 4 5 p . s . i . a .I n t h i s c o n n e c t i o n , i t i s t o b e u n d e r s t o o d t h a t t h e r e f r i ge r a t i o n s y s t e m 1 2 a n d p a r t i c u l a r l y h e a t e x c h a n g e r 3 0a r e s i z e d s o a s t o - a s s u r e complete l i q u e f a c t i o n o f t h er e f r i g e r a n t p a s s i n g a l o n g p a t h 4 2 o f e x c h a n g e r 3 0 ,c o u p l e d w i t h c o m p l e t e v a p o r i z a t i o n o f t h e . r e f r i g e r a n t?owing a l o n g p a t h 48 f r o m v a l v e 4 6 t o drum 5 0 . I n t h ee x e m p l a r y p r o c e s s d e s c r i b e d h e r e i n , t h e s u f a c e , a r e a o fp a t h 48 s h o u l d b e a b o u t 65 , t h e s u r f a c e a r e a o f p a t h42 a b o u t 35 . and t h e combined s u r f a c e a r e a o f p a t h s74a 74c a b o u t 5 o f t h e t o t a l t h e r m a l i n t e r c h a n g es u r f a c e a r e a o f e x c h a n g e r 3 0 . I n a d d i t i o n , t h e r e f r i g e ra n t c o m p o s i t i o n s h o u l d c o n t a i n c o n s t i t u e n t s w h i c h don o t f r e e z e w h e n t h e e n t i r e r e f r i g e r a n t i s l o w e r e d t o t h el i q u e f a c t i o n t e m p e r a t u r e t h e r e o f , a n d a t l e a s t c e r t a i n o ft h e c o n s t i t u e n t s s h o u l d p a r t i a l l y v a p o r i z e when l o we r e d i n p r e s s u r e b y v i r t u e o f e x p a n s i o n a c r o s s v a l v e 46o r w h e n t h e r e f r i g e r a n t i s i n t r o d u c e d i n t o t h e i n t e r i o ro f e x c h a n g e r 3 0 f o r f l o w a l o n g p a t h 4 8 . F i n a l l y , f u l lv a p o r i z a t i o n o f t h e r e f r i g e r a n t c o m p o s i t i o n a l o n g ?owp a t h 4 8 i s p r e f e r r e d s o t h a t t h e s u c t i o n o f c o m p r e s s o r1 8 i s a t o r n e a r i t s d e w p o i n t a t a l l t i m e s d u r i n g c o n t i n uo u s o p e r a t i o n o f e q u i p m e n t l 0 .

b . 5

20

2 5

3 5

55

1 0I n v i e w of t h e f a c t t h a t - i t i s i m p r a c t i c a l t o r e j e c ts u f f i c i e n t h e a t f r o m r e f r i g e r a t i o n s y s t e m 1 2 t h r o u g hs e n s i b l e t r a n s f e r o n l y , i t i s e s s e n t i a l t h a t a t l e a s t a c e rt a i n p r o p o r t i o n o f t h e h e a t r e j e c t i o n b e i n t h e f o r m o fl a t e n t h e a t t r a n s f e r e f f e c t e d b y c o n d e ns a t i o n o f a t l e a s ta p o r t i o n o f t h e m i x e d r e f r i g e r a n t i n r e f r i g e r a n t c o nd e n s e r 2 0 . H o w e v e r , i n o r d e r t o p e r m i t p r a c t i c a l o p e r at i o n o f t h e p r o c e s s u n d e r n o r m a l l y e n c o u n t e r e d c o n d it i o n s , t h e m i x e d r e f r i g e r a n t c o m p o s i t i o n m u s t c o n t a i nc o n s t i t u e n t s which a r e c o n d e n s a b l e a t t h e o u t p u t p r e ss u r e f r o m r e f r i g e r a n t c o m p r e s s o r 1 8 a t a t e m p e r a t u r emore t h a n 2 0 0 F . a b o v e t h e l i q u e f a c t i o n t e m p e r a t u r eo f t h e p r o d u c t a n d p r e f e r a b l y u s i n g a r e a d i l y a v a i l a b l e ,i n e x p e n s i v e c o n d e n s i n g medium s u c h a s c o o l i n g w a t e r( i n t h e e x e m p l a r y p r o c e s s d e s c r i b e d h e r e i n , 7 7 F .c o o l i n g w a t e r i s shown a s b e i n g t y p i c a l o f a c o o l a n tmedium which c a n b e e x p e c t e d t o b e a v a i l a b l e i n mosti n s t a n c e s , a l t h o u g h i t i s t o b e u n d e r s t o o d t h a t t h e t e mp e r a t u r e o f s u c h c o o l i n g w a t e r w i l l n e c e s s a r i l y v a r yfrom s i t e t o s i t e a n d t h a t t h e o p e r a t i n g p a r a m e t e r s o ft h e p r o c e s s . m u s t b e a d j u s t e d a c c o r d i n g l y , i n c l u d i n gv a r i a t i o n o f t h e c o m p o s i t i o n o f t h e m i x e d r e f r i g e r a n t i fn e c e s s a r y ) . G e n e r a l l y s p e a k i n g , t h e p r o p o r t i o n o f t h em i x e d r e f r i g e r a n t c o n d e n s a b l e t o l i q u i d f o r m i n c o nd e n s e r 20 s h o u l d c o m p r i s e about o n e - f i f t h t o onef o u r t h o f t h e r e f r i g e r a n t v a p o r d i r e c t e d t o c o n d e n s e r2 0 f r o m c o m p r e s s s o r 1 8 . I n t h e s p e c i ? c p r o c e s s d ep i c t e d i n F I G S . 1 a a n d l b , u t i l i z i n g a r e f r i g e r a n t comp o s i t i o n a s s e t f o r t h i n Table I f o r c o o l i n g a n a t u r a l g a sp r o d u c t a s i n d i c a t e d i n T a b l e I , u n d e r t h e o p e r a t i n gp a r a m e t e r s o u t l i n e d i n t h e s c h e m a t i c d r a w i n g , a b o u t20 o f t h e r e f r i g e r a n t c o m p o s i t i o n i s c o n d e n s e d t ol i q u i d form w h i l e 80 t h e r e o f r e m a i n s i n a v a p o r cond i t i o n .

A s s u m i n g f o r p u r p o s e s o f i l l u s t r a t i o n t h a t e q u i p m e n t1 0 shown i n F I G S . l a a n d l b i s i n c o n t i n u o u s o p e r a t i o na f t e r a l l s t a r t - u p p r o c e d u r e s h a v e b e e n c o m p l e t e d , t h em i x e d r e f r i g e r a n t ? o w i n g t h r o u g h t h e c l o s e d l o o p p a t hd e f i n e d b y s y s t e m 1 2 , i n c l u d e s l i q u i d a t 9 0 F . a n d 2 8 9p . s . i . a . and v a p o r a t t h e same t e m p e r a t u r e and p r e s s u r ewhich a r e introduced i n t o p a s s a g e s 28 o f h e a t e x ~c h a n g e r 30 f r o m l i n e s . 3 4 a n d 32 r e s p e c t i v e l y f o r ?owa l o n g p a t h 4 2 . The t e m p e r a t u r e o f t h e h o t r e f r i g e r a n ts t r e a m d i r e c t e d a l o n g p a t h 4 2 i s c o n t i n u o u s l y l o w e r e da s t h e h o t r e f r i g e r a n t p a s s e s i n h e a t e x c h a n g e r e l a t i o ns h i p w i t h c o l d r e f r i g e r a n t ? o w i n g a l o n g p a t h 4 8 . A sp r e v i o u s l y n o t e d , e x c h a n g e r 30 i s s i z e d s o t h a t t h er e f r i g e r a n t ? o w i n g a l o n g p a t h 4 2 u n d e r g o e s c o m p l e t el i q u e f a c t i o n a n d t h e r e b y e x i t s f r o m e x c h a n g e r 3 0 a t at e m p e r a t u r e o f a b o u t - 2 4 5 F . The o n l y p r e s s u r e d r o pt h e r e i n i s a f u n c t i o n o f l o s s a t t r i b u t a b l e t o ? o w t h r o u g ht h e e x c h a n g e r p a s s a g e s . The p r e s s u r e o f t h e r e f r i g e r a n ti s lowered a c r o s s v a l v e 46 and t h e o r i f i c e s o f t h e e xc h a n g e r d e f i n i n g t h e p a s s a g e s p r e s e n t i n g p a t h 4 8 t h e r ethrough t o an e x t e n t t h a t t h e o u t l e t p r e s s u r e o f t h er e f r i g e r a n t e x i t i n g f r o m e x c h a n g e r 3 0 i s a b o u t 5 9p . s . i . a . w h e r e b y t h e t e m p e r a t u r e o f t h e r e f r i g e r a n tc o m p o s i t i o n c o m m e n c i n g f l o w a l o n g p a t h 4 8 i s a b o u t

_ 2 4 9 F . ( e f f e c t i n g v a p o r i z a t i o n o f a b o u t 3 o f t h e60

65

r e f r i g e r a n t ) w h e r e a s t h e t e m p e r a t u r e o f t h e r e f r i g e r a n td i s c h a r g e d f r o m p a t h 4 8 i s a b o u t 6 0 F . ( i n c o m p l e t e l yv a p o r i z e d c o n d i t i o n f o r d e l i v e r y t o drum 50 v i a l i n e5 2 ) .The v a p o r i z e d r e f r i g e r a n t i s d i r e c t e d t o c o m p r e s s o r18 wh e r e t h e pressure thereof i s increased t o 296p . s . i . a . t h u s r a i s i n g i t s t e m p e r a t u r e t o 2 1 6 F . The 7 7 F .c o o l i n g w a t e r p a s s e d t h r o u g h c o n d e n s e r 2 0 v i a l i n e 2 2l o w e r s t h e t e m p e r a t u r e o f t h e r e f r i g e r a n t e x i t i n g f r o m

8/12/2019 4033735

10/12

8/12/2019 4033735

11/12

4 , 0 3 3 , 7 2 3 51 3m a y b e a c c o m p l i s h e d b y w i t h d r a w a l o f l i q u i d i f r o ' r n lv a r i o u s t r a y l o c a t i o n s a b o v e t h e f e e d t r a y i n t h e h e a v y e n d s f r a c t i o n a t o r 7 8 . F o r e x a m p l e , a p e n t a n e - r i c h - c o r m p o s i t i o n i s a v a i l a b l e n e a r t h e f e e d t r a y . An e t h a n e - r i c hc o m p o s i t i o n i s a v a i l a b l e n e a r t h e t o p o f t h e f r a c t i o na t o r . i n t e r m e d i a t e c o m p o n e n t s a r e a l s o a v a i l a b l e f r o mi n t e r m e d i a t e t r a y s . Methane makeup a s n e d e d may b eo b t a i n e d from t h e o v e r h e a d o u t p u t from f r a c t i o n a t o r7 8 , w h i l e n i t r o g e n may b e o b t a i n e d f r o m t h e n i t r o g e nr i c h b o i l - o f f g a s g o i n g o v e r h e a d f r o m t a n k 1 4 6 .

H a v i n g t h u s d e s c r i b e d t h e i n v e n t i o n , w h a t i s c l a i m e da s n e w and d e s i r e d t o be s e c u r e d b y ; L e t t e r s P a t e n t i s :

i . A r o c e s s f o r c o o l i n g a ?uid f e e d m a t e r i a l from ani n i t i a l temperature t o a l e v e l from over 200 F a r e n h e i tt o over 300 F a r e n h e i t t h e r e b e l o w and c o n s i s t i n g e ss e n t i a l l y of the steps o f : ap r o v i d i n g a s i n g l e m i x e d r e f r i g e r a n t c o m p o s i t i O l 1

c a p a b l e o f s a i d m a t e r i a l a n d c o n t a i n i n g a numbero f r e f r i g e r a n t c o n s t i t u e n t s h a v i n g ' a w i d e r a n g e o fsuccessively lower b o i l i n g p o i n t s ; . . p a s s i n g s a i d r e f r i g e r a n t c o m p o s i t i o n t h r o u g h a s i n g l ec l o s e d l o o p r e f r i g e r a t i o n c y c l e c ' o n s i s t i n g v e s s e nt i a l l y o f c o m p r e s s i o n , p a r t i a l c o n d e n s a t i o n , m u l t i - 'p l e p a t h h e a t e x c h a n g e a n d e x p a n s i o n z o n e s ;

m a i n t a i n i n g t h e ? o w i n g c o n s t i t u e n t s o f t h e r e f r i g e r - a n t c o m p o s i t i o n a n d t h e r e l a t i v e p r o p o r t i o n st h e r e o f i n d e n t i c a l t h r o u g h o u t s a i d c o m p r e s s i o n ,p a r t i a l c o n d e n s a t i o n , m u l t i p l e p a t h h e a t e x c h a n g ea p d e x p a n s i o n z o n e s o f t h e s i n g l e c l o s e d l o o p c yc e ,t h e t o t a l m i x e d r e f r i g e r a n t c o m p o s i t i o n b e i ng s u c c e ss i v e l y d i r e c t e di . from t h e c o m p r e s s i o n z o n e t o t h e p a r t i a l cond e n s a t i o n z o n e f o r p a r t i a l c o n d e n s a t i o n o f t h e

r e f r i g e r a n t b y a n e x t e r n a l c o o l i n g medium t op r o d u c e a v a p o r p h a s e a n d a l i q u i d p h a s e ,2 . t h e v a p o r p h a s e a n d t h e l i q u i d p h a s e f r o m t h eco n d e nsa t io n z o n e a r e combined,3 . t h e combined p h a s e s a r e d i r e c t e d t o t h e h e a te x c h a n g e z o n e f o r ?ow w i t h o u t c h a n g e i n comp o s i t i o n a l o n ga . a f i r s t p a t h t h e r e t h r o u g h , n e x tb . t o t h e e x p a n s i o n z o n e , and t h e nc . back t o t h e h e a t exchange zone f o r ? o w a l o n g as e c o n d p a t h t h e r e t h r o u g h i n c o u n t e r c u r r e n t ,t h e r m a l i n t e r c h a n g e r e l a t i o n s h i p t o r e f r i g e r a n tf l o w a l o n g s a i d ? r s t p a t h , a n d4 . t h e r e f r i g e r a n t c o m p o s i t i o n i s t h e n r e t u r n e d t ot h e c o m p r e s s i o n z o n e ;d i r e c t i n g t h e ? u i d f e e d m a t e r i a l t h r o u g h s a i d h e a t

e x c h a n g e z o n e a l o n g a t h i r d p a t h i n c o n c u r r e n t?ow t h e r m a l i n t e r c h a n g e r e l a t i o n s h i p t o t h e r e f r i ge r a n t ? o w i n g a l o n g s a i d ? r s t p a t h a n d c o u n t e r c u rr e n t t o t h e r e f r i g e r a n t f l o w a l o n g s a i d s e c o n d p a t ht o e f f e c t t h e r e q u i r e d c o o l i n g o f t h e ? u i d f e e d mat e r i a l i n s a i d h e a t e x c h a n g e z o n e b y o n l y t h e r e f r i ge r a n t C o m p o s i t i o n o f s a i d s i n g l e c l o s e d l o o p c y c l e ,

a t l e a s t one o f t h e r e f r i g e r a n t c o n s t i t u e n t s h a v i n g ab o i l i n g p o i n t i n t h e s e c o n d p a t h l o w e r t h a n t h et e m p e r a t u r e l e v e l t o w h i c h t h e f l u i d f e e d m a t e r i a li s l o w e r e d i n s a i d h e a t e x c h a n g e z o n e ,

t h e c o n s t i t u e n t s o f t h e r e f r i g e r a n t c o m p o s i t i o n i na d m i x t u r e h a v i n g f r e e z i n g p o i n t s b e l o w s a i d t e mp e r a t u r e l e v e l t o which t h e f e e d m a t e r i a l i s l o we r e d , a n ds a i d r e f r i g e r a n t c o m p o s i t i o n b e i n g c h a r a c t e r i z e d b yt h e p r o p e r t i e s o f

2 0

3 0

3 5

4 0

45

50

5 5

6 0

6 5

1 4l ; v a t l e a s t a p o r t i o n t h e r e o f b e i n g v a p o r i z a b l e

across s a i d e x p a n s i o n zone, ;I * 2 . s u b s t a n t i a l l y a l l o f t h e r e f r i g e r a n t b e c o m i n g l i qu i d a l o n g s a i d f i r s t , p a t h t h r o u g h , t h e h e a t e xchange zone, and3 . s u b s t a n t i a l l y a l l o f t h e c o m p o s i t i o n u n d e r g o i n gv a p o r i z a t i o n a l o n g s a i d s e c o n d p a t h t h r o u g h t h eh e a t exchange z o n e a t t h e r e s p e c t i v e t e m p e r at u r e s a n d p r e s s u r e s o f t h e r e f r i g e r a n t e x i s t i n ga l o n g s a i d ' f i r s t a n d s e c o n d p a t h s ; p r o v i d i n g at o t a l o f a t l e a s t f i v e r e f r i g e r a n t c o n s t i t u e n t s i ns a i d r e f r i g e r a n t c o m p o s i t i o n i n

1 . r e l a t i v e q u a n t i t i e s of2 . r e s p e c t i v e r e l a t i v e b o i l i n g p o i n t s a n d3 . c i r c u l a t i n g t h e r e f r i g e r a n t c o m p o s i t i o n i n s a i dc l o s e d l o o p c y c l e a t a s u f f i c i e n t l y h i g h e r r a t e t h a nt h e ?ow b f ' f e e d m a t e r i a l a l o n g s a i d t h i r d p a t ht h r o u g h t h e h e a t e x c h a n g e z o n e ; t oa f l o w e r t h e t e m p e r a t u r e l e v e l o f s a i d i ? u i d f e e d

m a t e r i a l i n t h e heat e xcha nge zone a s i t ? o w st h e r e t h r o u g h f r o m m o r e t h a n 2 0 0 F a h r e n h e i t t oo v e r 3 0 0 F a h r e n h e i t b e l o w i t s i n i t i a l t e m p e r at u r e a s d i r e c t e d t o t h e heat e xcha nge zone, while

b . m a i n t a i n i n g a m i n i m a l t e m p e r a t u r e d i f f e r e n c eb e t w e e n t h e ? u i d f e e d m a t e r i a l a n d t h e r e f r i g e ra n t c o m p o s i t i o n i n t h e r m a l i n t e r c h a n g e a b l e r e l at i o n s h i p t h e r e t o t h r o u g h o u t t h e l e n g t h o f t h eh e a t e x c h a n g e z o n e , a n d a t t h e s a m e t i m e t o

c . cause t h e c om b i n e d cooling curve of t h e ?ui df e e d m a t e r i a l ? o w i n g a l o n g s a i d t h i r d p a t h a n dt h e r e f r i g e r a n t ? o w i n g a l o n g s a i d ? r s t p a t h a n dt h e h e a t i n g c u r v e o f t h e r e f r i g e r a n t ? o w i n g a l o n gs a i d s e c o n d p a t h t o b o t h b e o f r e l a t i v e l y s t r a i g h t ,c l o s e l y a d j a c e n t , g e n e r a l l y m a t c h e d c o n f i g u r at i o n t h r o u g h o u t t h e r e s p e c t i v e ?ow p a t h s o f t h er e f r i g e r a n t a n d s a i d f e e d m a t e r i a l t h r o u g h t h eh e a t e x c h a n g e zone; a n dp a s s i n g a c o o l i n g medium i n h e a t e x c h a n g e r e l a t i o ns h i p w i t h t h e r e f r i g e r a n t c o m p o s i t i o n ? o w i n g

t h r o u g h s a i d p a r t i a l c o n d e n s a t i o n z o n e ,s a i d c o o l i n g m e d i u m b e i n g a t a t e m p e r a t u r e f r o mmore t h a n 2 0 0 F a h r e n h e i t t o o v e r 300 F a h r e n h e i ta b o v e t h e t e m p e r a t u r e o f t h e ? u i d f e e d m a t e r i a le x i t i n g f r o m s a i d h e a t e x c h a n g e z o n e ,

a t l e a s t one o t h e r o f t h e r e f r i g e r a n t c o n s t i t u e n t s h a vi n g a b o i l i n g p o i n t t o c a u s e o n l y p a r t i a l c o n d e n s at i o n o f t h e r e f r i g e r a n t i n s a i d p a r t i a l c o n d e n s a t i o nz o n e a t t h e t e m p e r a t u r e a n d p r e s s u r e o f t h e r e f r i ge r a n t c o m p o s i t i o n a s i t ?ows t h r o u g h s a i d p a r t i a lc o n d e n s a t i o n zone from t h e compression zone t ot h e h e a t e x c h a n g e z o n e .2 . A p r o c e s s a s s e t f o r t h i n c l a i m 1 , w h e r e i n i s i n

c l u d e d t h e s t e p o f i n t r o d u c i n g c o n s t i t u e n t s i n t o t h er e f r i g e r a n t c o m p o s i t i o n t o c a u s e t h e c o o l i n g c u r v e oft h e r e f r i g e r a n t ? o w i n g a l o n g t h e s e c o n d p a t h t o b em a i n t a i n e d i n c l o s e p r o x i m i t y t o t h e c o m b i n e d c o o l i n gc u r v e o f t h e r e f r i g e r a n t a n d t h e m a t e r i a l f l o w i n g a l o n gr e s p e c t i v e f i r s t a n d t h i r d p a t h s w i t h t h e c u r v e s i n c l o se s t p r o x i m i t y a t t h e l o w e s t t e m p e r a t u r e t h e r e o f a n ds l o w l y a n d r e l a t i v e l y u n i f o r m l y d i v e r g i n g a s t h e h i g h e s tt e m p e r a u r e i s a p p r o a c h e d .3 . A r o c e s s a s s e t f o r t h i n c l a i m 1 , w h e r e i n t h e mater i a l t o b e c o o l e d i s i n g a s e o u s c o n d i t i o n a t s a i d i n i t i a lt e m p e r a t u r e t h e r e o f a n d i n c l u d i n g t h e s t e p o f r e g u l a ti n g t h e r a t e o f d e l i v e r y o f t h e m a t e r i a l t o s a i d h e a texchange z o n e t o c a u s e t h e m o l e s o f r e f r i g e r a n t p a rt i a l l y condensed t o l i q u i d i n t h e c o n d e n s a t i o n z o n e t o

8/12/2019 4033735

12/12

4 , 0 3 3 , 7 3 51 5b e a t l e a s t a b o u t 60 o f t h e moles o f s a i d g a s e o u sm a t e r i a l d i r e c t e d t o s a i d h e a t exchange z o n e s .

4 . A r o c e s s a s s e t f o r t h i n c l a i m 1 , w h e r e i n t h e mater i a l t o b e c o o l e d i s i n g a s e o u s c o n d i t i o n a t s a i d i n i t i a lt e m p e r a t u r e t h e r e o f and i n c l u d i n g t h e s t e p o f r e g u l a ti n g t h e r a t e o f d e l i v e r y o f t h e m a t e r i a l t o s a i d h e a te x c h a n g e z o n e t o c a u s e t h e m o l e s o f r e f r i g e r a n t p a rt i a l l y c o n d e n s e d t o l i q u i d i n t h e c o n d e n s a t i o n z o n e t ob e from a b o u t 60 t o a p p r o x i m a t e l y 1 1 0 % o f t h emoles of gaseous m a t e r i a l d i r e c t e d t o s a i d h e a t e xchange z o n e .

5 . A r o c e s s a s s e t f o r t h i n c l a i m 4 , wherein t h e p r op o r t i o n o f r e f r i g e r a n t v a p o r c o n d e n s e d t o f o r m t h el i q u i d p h a s e e n t e r i n g t h e h e a t e x c h a n g e z o n e i s m a i nt a i n e d a t a b o u t o n e - q u a r t e r o t o n e - ? f t h o f t h e v a p o rp h a s e d i r e c t e d t o s a i d h e a t e x c h a n g e z o n e .

6 . A r o c e s s a s s e t f o r t h i n _ c l a i m 5 , wherein t h e mater i a l t o be c o o l e d i s n a t u r a l g a s i n gaseous c o n d i t i o n a ts a i d i n i t i a l t e m p e r a t u r e a n d t h e r e f r i g e r a n t c o m p o s i t i o ni s provided w i t h an admixture on a mole f r a c t i o n b a s i so f 0 t o l2 o f n i t r o g e n , 20 t o 36 o f C l h y d r o c a rb o n , 20 t o 40 o f a C2 hydrocarbon, 2 o 12 o f aC 3 h y d r o c a r b o n , 6 t o 24 o f a C 4 h y d r o c a r b o n a n d2 t o 20 o f a C5 h y d r o c a r b o n .7 . A r o c e s s a s s e t f o r t h i n c l a i m 6 , wherein t h e l o we s t t e m p e r a t u r e o f t h e h e a t i n g c u r v e o f t h e r e f r i g e r a n t? o w i n g a l o n g s a i d s e c o n d p a t h i s m a i n t a i n e d f r o m 2 t o6 F . lower than t h e l o w e s t temperature of t h e comb i n e d c o o l i n g c u r v e o f t h e f e e d m a t e r i a l a n d t h e r e f r i g

l 0

1 5

20

2 5

3 5

40

45

50

55

65

1 6e r a n t ? o w i n g a l o n g s a i d ? r s t a n d t h i r d p a t h s , a n d t h et e m p e r a t u r e d i f f e r e n t i a l t h e r e b e t ' w e e n i s g r a d u a l l y a n dr e l a t i v e l y u n i f o r m l y p e r m i t t e d t o d i v e r g e t o a 2 0 t o 4 0 F . d i f f e r e n t i a l f a t t h e . h o t t ' e s t v r e l a t i v e t e m p e r a t u r et h e r e o f .

8 . A p r o c e s s a s s e t f o r t h i n c l a i m 1 , w h e r e i n s a i dr e f r i g e r a n t c o m p o s i t i o n i s p r o v i d e d w i t h a n a d m i x t u r eo f C 1 t o C 5 h y d r o c a r b o n s .

9 . A p r o c e s s a s s e t f o r t h i n c l a i m 1 , w h e r e i n s a i dr e f r i g e r a n t c o m p o s i t o n i n c l u d e s n i t r o g e n a n d a s e r i e so f C , t o C 5 h y d r o c a r b o n s .

1 0 . A p r o c e s s a s s e t f o r t h i n c l a i m 1 , w h e r e i n t h em a t e r i a l t o b e c o o l e d i s n a t u r a l g a s i n g a s e o u s c o n d it i o n a t s a i d i n i t i a l t e m p e r a t u r e and t h e r e f r i g e r a n t comp o s i t i o n i s p r o v i d e d w i t h an admixture on a mole f r a ct i o n b a s i s o f 0 o 12 o f n i t r o g e n , 20 t o 36 o f C1h y d r o c a r b o n , 20 t o 40 o f a O z h y d r o c a r b o n , 2 o12 o f a C a h y d r o c a r b o n , 6 o 24 o f a C 4 h y d r o c a rbon a n d 2 o 20 o f a C 5 h y d r o c a r b o n .

1 1 . A p r o c e s s a s s e t f o r t h i n c l a i m 1 , wherein s a i dg a s e o u s m a t e r i a l i s n a tu r a l g a s and w h e r e i n t h e r e i sp r o v i d e d a r e f r i g e r a n t c o m p o s i t i o n h a v i n g a s u f f i c i e n t l yw i d e b o i l i n g p o i n t r a n g e t o e f f e c t c o o l i n g o f t h e n a t u r a lg a s t o a s u f f i c i e n t l y l o w l e v e l t o p e r m i t t h e l a t t e r t o b ee x p a n d e d t o e s s e n t i a l l y a m b i e n t p r e s s u r e d o w n s t r e a mo f t h e h e a t e x c h a n g e z o n e a n d r e m a i n i n l i q u i d c o n d it i o n a t ambient p r e s s u r e f o r d e l i v e r y t o a s t o r a g e a r e a .

* * * * *