La operación  de este sistema es posible por el hecho de que el gas natural esta constituido por componentes que condensan e diferentes niveles  de temperatura. Estos componentes pueden ser usados pare enfriar la corriente de alimentación  sin utilizar circuitos-de enfriamiento separados para los refrigerantes, controlando cuidadosamente la composición, de la mezcla gaseosa del ciclo. Ello permite emplear un compresor simple para los gases re circulante, en lugar de un compresor aislado para las diferentes corrientes. El numero  de intercambiadores de calor es también menor  pare este sistema, que para el Ciclo de Cascada  Clásico. Todas las características mencionadas  proveen las siguientes ventajas: costo inicial mas bajo, instalación mas rápida, aumento en la confiabilidad, y mantenimiento mas simple.

La siguiente figura muestra un esquema de la corriente de alimentación del ciclo de mezclas refrigerantes.

Donde el gas entra a 750 lpca y es comprimido y parcialmente condensado en el enfriador, luego pasa hacia un separador de fases desde el cual la fase liquida, rica en propano,  es expandida a través  de una válvula y mezclada con la corriente del  gas que regresa para suministrar enfriamiento en el intercambiador de tres  fluidos. El vapor del separador de fases es enfriado y parcialmente licuado. La mezcla  liquido- vapor  entra en  un segundo  separador de fases. a partir del  cual el liquido rico en etano es expandido en un intercambiador de calor para enfriar la corriente de alimentaci6n y el vapor del separador.

El vapor del último separador y la corriente de gas natural son parcialmente licuadas en el intercambiador  de tres fluidos final. En ese punto, la corriente del ciclo es fundamentalmente metano, de tal forma que expandida a través de una válvula para proporcionar enfriamiento a la corriente dealimentaci6n. El GNL es finalmente llevado hasta la presión de almacenamiento en el separador de fases

El número optimo de etapas  de intercambio de calor depende de  diversos factores tamaño de las planta, importancia relativa de la inversión capital y costo de operación. La composición dela corriente de refrigeración depende del tamaño  de la planta, del número de intercambiadores utilizados y de la composición de la corriente de alimentación.

la temperatura a la cual la mezclas líquidas hierven. Cambia a medida que la composición  del líquido cambia. Debido a que el  vapor  de una mezcla que hierve es mas rico en componentes livianos, la mezcla hierve progresivamente a  temperaturas cada vez mayores.

 

En principio, los refrigerantes mezclados pueden sacar provecho del calor de vaporización para mantener  pequeña la tasa de flujo del refrigerante, y simultáneamente , conservar pequeñas diferencias de temperaturas entre el refrigerante y el gas natural  enfriado, con lo cual reducen los requerimientos de compresión.

 

Si los componentes del refrigerante son similares a los del gas natural, también las características de ebullición y condenación son parecidas. Así, para las plantas de, GNL, los refrigerantes son mezcla  de nitrógeno, metano, etano, propano, butano, pentano y hexano.

Una escogencia  inteligente del refrigerante y el uso de sus propiedades., permite diseñar una mezcla refrigerante que opere con  pequeñas diferencias de temperatura entre  ella y el gas natural.

La composición del refrigerante es generalmente escogida entre los siguientes límites: Fracción molar de nitrógeno, entre 0.08 y 0.15; fracción molar de metano, entre 0.35 y 0.45; fracción molar de butano o pentano, entre 0.20 ‘0.25. Las fracciones molares desde 0.15 basta 0.47 restantes estas  formadas por etano y propano.

Finalmente es conveniente enfatizar que el refrigerante al pasar por el compresor, debe estar por encima de su punto de rocío, para evitar la entrada de líquido al compresor (es posible instalar un separador delante del compresos  y bombear el líquido separadamente, pero esto resulta en un, requerimiento de c compresión).

Una composición típica del refrigerante comúnmente empleado en este tipo de ciclos es la siguiente: nitrógeno.

0.12  metano. 0.40; Etano. 0.23; Propano, 0.3; Pantano, 0.12

Algunos ciclo de mezcla refrigerante.

El refrigerante a alta presión que sale del compresor es  enfriado con agua de enfriamiento y parcialmente condensado. El líquido y el vapor son separados. El vapor es enfriado, y el liquido  expandido se  une a una corriente de baja presión y baja temperatura que se mueve hacia el  compresor.

El refrigerante en  estado de vapor es enfriado, parcialmente condensado, y pasado al separador. El vapor y el líquido que sale del separador son tratados en la misma forma  anterior.

En el diagrama se puede observar que el vapor a alta preai6n se torna progresivamente más  y más rico en componentes de bajo punto de ebullición. Por tanto. La corriente de refrigerante a baja presión esta constituida principalmente por metano y nitrógeno que hierven a muy baja temperaturas

Esta claro entonces, que el diseño de este ciclo provee puntos de ebullición  cada ve mayor a medida que el refrigerante a  baja presión se mueve hacia el  terminal de alta temperatura del sistema.

El Ciclo Apci.

Ciclo Apci es una modificación  del  Ciclo Teal  Arc. En el diagrama puede observarse que la corriente liquida  del separador pasa por el intercambiador de calor antes de expandirse hasta una baja presión.