BR0215515B1 - Método e sistema para remover dióxido de carbono de uma massa de gás natural, usina de liquefação, método de produzir gás natural líquido e trocador de calor - Google Patents

Description

METODO E SISTEMA PARA REMOVER DI0XIDO DE CARBONO DE UMA

MASSA DE GAS NATURAL, USINA DE LIQUEFAQAO, METODO DE

PRODUZIR GAS NATURAL LIQUIDO E TROCADOR DE CALOR

REFERENCIA CRUZADA A APLICAgOES RE LACIONADAS

Esta aplicagao reivindica o beneficio do Pedido de Patente US 10/086.066, requerido em 27 de fevereiro de 2002 para Apparatus for the Liquefaction of Natural Gas and Methods Relating to Same (Aparelho para a Liquefagao de Gas Natural e Metodos Relacionados ao Mesmo) DIREITOS DO GOVERNO O Governo dos Estados Unidos tem direitos na invengao seguinte de acordo com o Contrato N° DE-AC07-99ID13727 entre o Departamento de Energia dos Estados Unidos e Bechtel BWXT Idaho, LLC.

FUNDAMENTOS DA INVENGAO

CAMPO DA INVENGAO A presente invengao relaciona-se genericamente a compressao e a liquefagao de gases e, mais particularmente, a liquefagao parcial de um gas, como o gas natural, em pequena escala pela utilizagao de um refrigerante combinado e um processo de expansao.

ESTADO DA TECNICA O gas natural e uma alternativa conhecida para combustiveis de queima como a gasolina e o diesel. Muito esforgo foi dispendido no desenvolvimento do gas natural como um combustivel de queima alternativo para combater varias restrigoes da gasolina e do diesel, incluindo custo de produgao e as emissoes subsequentes criadas pela utilizagao dos mesmos. Como e conhecido na tecnologia, o gas natural e um combustivel de queima mais limpa do gue os demais combustiveis de queima. Adicionalmente, o gas natural e considerado como sendo mais seguro do que a gasolina ou o diesel pois o gas natural subira no ar e se dissipara, em vez de assentar.

Para ser utilizado como um combustivel de queima alternativo, o gas natural (aqui tambem denominado 'gas de alimentagao') e convencionalmente convertido em gas natural comprimido (CNG) ou gas natural liquefeito, ou liquido (LNG) para o fim de armazenar e transportar o combustivel antes de sua utilizagao. Convencionalmente, dois dos ciclos basicos conhecidos para a liquefagao de gases naturais sao referidos como o 'ciclo de cascata' e o 'ciclo de expansao'.

Sucintamente, o ciclo de cascata consiste de uma serie de trocas de calor com o gas de alimentagao, cada troca sendo a temperaturas sucessivamente mais baixas ate a liquefagao desejada ser realizada. Os niveis de refrigeragao sao obtidos com refrigerantes diferentes ou com o mesmo refrigerante a pressdes de evaporagao diferentes. 0 ciclo de cascata e considerado como sendo muito eficiente na produgao de LNG pois os custos operacionais sao relativamente baixos. No entanto, a eficiencia na operagao e muitas vezes vista como sendo contrabalangada pelos custos de investimento relativamente altos associados a cara troca de calor e ao equipamento de compressao associado ao sistema refrigerante.

Adicionalmente, uma usina de liquefagao que incorpore tal sistema podera nao ser pratica onde o espago fisico e limitado, pois os componentes fisicos utilizados nos sistemas de cascata sao relativamente grandes.

No ciclo de expansao, o gas e comprimido convencionalmente ate uma pressao selecionada, resfriado, e depois e deixado expandir atraves de uma turbina de expansao, assim produzindo trabalho bem como reduzir a temperatura do gas de alimentagao. 0 gas de alimentagao de baixa temperatura e entao submetido a troca de calor para efetuar a liquefagao do gas de alimentagao.

Convencionalmente, tal ciclo foi visto como nao sendo pratico na liquefagao do gas natural pois nao ha provisao para lidar com alguns dos componentes presentes no gas natural que congelam a temperaturas encontradas nos trocadores de calor, por exemplo, agua e dioxido de carbono.

Adicionalmente, para tornar a operagao do sistema convencional eficaz no custo, tais sistemas sao convencionalmente construidos em grande escala para lidar com grandes volumes de gas natural. Como resultado, menos instalagoes sao construidas tornando mais dificil fornecer o gas bruto para a usina ou instalagao de liquefagao bem como fazendo da distribuigao do produto liquefeito uma questao. Outro problema de monta com instalagoes de grande escala e o Capital e despesas operacionais a elas associadas. Por exemplo, uma usina de liquefagao de grande escala convencional, isto e, que produz da ordem de 265.000 litros de LNG por dia, podera custar US$2 milhoes a US$15 milhoes, ou mais, em despesas de Capital. Outrossim, essa usina podera exigir milhares de cavalos-vapor para acionar os compressores associados aos ciclos de refrigerante, tornando cara a operagao das usinas.

Um problema adicional com grandes instalagdes e o custo associado ao armazenamento de grandes quantidades de combustivel em antecipagao da utilizagao futura e/ou transporte. Nao apenas ha um custo associado a construgao de instalagoes para grandes armazenamentos, mas tambem ha uma questao de eficiencia relacionada a elas pois o LNG armazenado tendera a aquecer e vaporizar com o tempo criando uma perda do produto combustivel LNG. Ainda, a seguranga podera tornar-se uma questao quando quantidades maiores do produto combustivel LNG sao armazenadas.

Ao confrontar as questoes citadas, varios sistemas foram elaborados que tentam produzir LNG ou CNG do gas de alimentagao em escala menor, em um esforgo para eliminar questdes de armazenamento de longo prazo e reduzir as despesas de Capital e operacionais associadas a liquefagao e/ou compressao do gas natural. No entanto, esses sistemas e tecnicas sofreram todos de uma ou mais restrigoes. A Patente US 5.505.232 para Barclay, emitida em 9 de abril de 1996, e direcionada a um sistema para produzir LNG e/ou CNG. O sistema revelado e declarado como operando em pequena escala, produzindo aproximadamente 3785 litros por dia do produto combustivel liquefeito ou comprimido. No entanto, a parte de liquefagao do sistema em si requer o fluxo de gas 'limpo' ou 'purificado', significando que varios constituintes no gas, como dioxido de carbono, agua, ou hidrocarbonetos pesados precisam ser removidos antes do efetivo processo de liquefagao poder comegar.

De modo similar, as Patentes US 6.085.546 e 6.085.547, ambas emitidas em 11 de julho de 2000 para Johnston, descrevem metodos e sistemas de produzir LNG. As patentes Johnston sao ambas direcionadas para a produgao em peguena escala de LNG, mas novamente, ambas exigem a 'pre- purificagao' do gas para implementar o ciclo de liquefagao efetivo. A necessidade de suprir gas 'limpo' ou 'pre- purificado' ao ciclo de liquefagao tem por base o fato de que certos componentes do gas podem congelar e entupir o sistema durante o processo de liquefagao por causa de seus pontos de congelamento relativamente mais altos quando comparado com o metano que compoe a maior parte do gas natural.

Como muitas fontes de gas natural, por exemplo o gas de servigo residencial ou industrial, sao consideradas como sendo relativamente 'sujos', o requisito de fornecer gas 'limpo' ou 'pre-purificado' e efetivamente um requisito de implementar sistemas de filtragem e de purificagao caros e muitas vezes complexos antes do processo de liquefagao.

Este requisito simplesmente acrescenta despesas e complexidade a construgao e operagao de tais usinas ou instalagoes de liquefagao.

Em vista das deficiencias na tecnica, seria vantajoso fornecer um processo, e uma usina para efetuar tal processo, de produzir eficientemente o gas natural liquefeito em pequena escala. Mais particularmente, seria vantajoso fornecer um sistema para produzir gas natural liquefeito de uma fonte de gas natural relativamente 'suja' ou 'nao purificada' sem a necessidade de 'pre-purificagao'.

Tal sistema ou processo podera incluir varios ciclos de limpeza que estao integrados ao ciclo de liquefagao para fins de eficiencia.

Seria adicionalmente vantajoso fornecer uma usina para a liguefagao de gas natural gue seja relativamente barata para construir e operar, e que desejavelmente requer pouca ou nenhuma supervisao de operador.

Seria adicionalmente vantajoso fornecer tal usina que e facilmente transportavel e que podera ser localizada e operada nas fontes existentes de gas natural que estao dentro ou proximo de comunidades populosas, assim fornecendo facil acesso para os consumidores do combustivel LNG.

SUMARIO DA INVENgAO

De acordo com um aspecto da invengao, e fornecido um metodo para remover dioxido de carbono de uma massa de gas natural. 0 metodo inclui o resfriamento de pelo menos uma parte da massa de gas natural para formar uma mistura semifluida que compreende pelo menos gas natural liquido e dioxido de carbono solido. A mistura semifluida e escoada dentro de um hidrociclone e um logo espesso e nele formado. 0 lodo espesso compreende o dioxido de carbono solido e uma parte do gas natural liquido. 0 logo espesso e despejado atraves de um fluxo inferior do hidrociclone enquanto a parte restante do gas natural liquido e escoada atraves de um fluxo superior do hidrociclone. 0 resfriamento de parte da massa de gas natural podera ser efetuado pela expansao do gas, como atraves de uma valvula Joule-Thomson. 0 resfriamento da parte da massa de gas natural tambem podera incluir escoar o gas atraves de um trocador de calor. 0 metodo tambem podera incluir passar o gas natural liquido atraves de um filtro adicional de dioxido de carbono apos ele sair do fluxo superior do hidrociclone.

De acordo com outro aspecto da invengao, e fornecido um sistema para remover di0xido de carbono de uma massa de gas natural. 0 sistema inclui um compressor configurado para produzir um fluxo comprimido de gas natural de pelo menos uma parte da massa de gas natural. Pelo menos um trocador de calor recebe e resfria o fluxo comprimido de gas natural. Uma valvula de expansao, ou outro expansor de gas, e configurada para expandir o fluxo resfriado e comprimido e formar a partir dele uma mistura semifluida, a mistura semifluida compreendendo gas natural liquido e dioxido de carbono solido. Um hidrociclone e configurado para receber a mistura semifluida e separar a mistura semifluida em uma primeira parte de gas natural liquido e um lodo espesso que compreende o dioxido de carbono solido e uma segunda parte do gas natural liquido. 0 sistema ainda podera incluir trocadores de calor adicionais e expansores de gas. Adicionalmente, filtros de dioxido de carbono poderao ser configurados para receber a primeira parte do gas natural liquido para a remogao de qualquer dioxido de carbono solido restante.

De acordo com outro aspecto da invengao, e fornecida uma usina de liquefagao. A usina inclui a entrada para a usina configurada a ser acoplada a uma fonte de gas natural, que podera ser gas natural nao purificado. Um expansor turbo e configurado para receber um primeiro fluxo do gas natural tirado atraves da entrada da usina e produzir a partir dele um fluxo de resfriamento expandido.

Um compressor e acoplado mecanicamente ao expansor turbo e configurado para receber um segundo fluxo do gas natural tirado atraves da entrada da usina e produzir a partir dele um fluxo de processo comprimido. Um primeiro trocador de calor e configurado para receber o fluxo de processo comprimido e o fluxo de resfriamento expandido em uma disposigao de fluxo contra corrente para resfriar o fluxo de processo comprimido. Uma primeira saida da usina e configurada a ser acoplada a fonte de gas nao purificado tal que o fluxo de resfriamento expandido e descarregado atraves da primeira saida da usina subsequente ao passar atraves do trocador de calor. Uma primeira valvula de expansao e configurada para receber e expandir uma primeira parte do fluxo de processo comprimido resfriado e formar um fluxo de resfriamento adicional, o fluxo de resfriamento adicional sendo combinado com o fluxo de resfriamento expandido antes do fluxo de resfriamento expandido entrar no primeiro trocador de calor. Uma segunda valvula de expansao e configurada para receber e expandir uma segunda parte do fluxo de processo comprimido resfriado para formar a partir dela uma mistura gas-s01ido-liquido. Um primeiro separador gas-liquido e configurado para receber a mistura gas-solido-liquido. Uma segunda saida da usina e configurada para ser acoplada a um recipiente de armazenamento, o primeiro separador gas-liquido sendo configurado para entregar um liquido nele contido para a segunda saida da usina.

De acordo com outro aspecto da invengao, e fornecido um metodo de produzir gas natural liquido. 0 metodo inclui fornecer uma fonte de gas natural nao purificado. Uma parte do gas natural e escoada da fonte e dividida em um fluxo de processo e um primeiro fluxo de resfriamento. 0 primeiro fluxo de resfriamento e escoado atraves de um expansor turbo onde trabalho e produzido para acionar um compressor. 0 fluxo de processo e escoado atraves do compressor e e resfriado subsequentemente pelo fluxo de resfriamento expandido. 0 fluxo de processo comprimido e resfriado e dividido em um fluxo de produto e um segundo fluxo de resfriamento. 0 segundo fluxo de resfriamento e expandido e combinado com o primeiro fluxo de resfriamento expandido. 0 fluxo de produto e expandido para formar uma mistura que compreende liquido, vapor e solido. 0 liquido e o solido sao separados do vapor, e pelo menos uma parte do liquido e subsequentemente separada da mistura liquido-solido.

BREVE DESCRigAO DAS VARIAS VISOES DOS DESENHOS 0 que antecede e outras vantagens da invengao tornar- se-ao aparentes quando da leitura da seguinte descrigao detalhada e quando da referencia aos desenhos, em que: A Figura 1 e uma visao gerai esquematica de uma usina de liquefagao de acordo com uma versao da presente invengao. A Figura 2 e um diagrama de fluxo de processo que representa o ciclo basico de uma usina de liquefagao de acordo com uma versao da presente invengao. A Figura 3 e um diagrama de fluxo de processo que representa um ciclo de limpeza de agua integrado ao ciclo de liquefagao de acordo com uma versao da presente invengao. A Figura 4 e um diagrama de fluxo de processo que representa um ciclo de limpeza de dioxido de carbono integrado a um ciclo de liquefagao de acordo com uma versao da presente invengao.

As Figuras 5A e 5B mostram um trocador de calor de acordo com uma versao da presente invengao.

As Figuras 6A e 6B mostram visdes plana e de elevagao de espirais de resfriamento utilizados no trocador de calor das Figuras 5A e 5B.

As Figuras 7A a 7C mostram uma esquematica de modos diferentes de operagao do trocador de calor representado nas Figuras 5A e 5B de acordo com varias versoes da presente invengao.

As Figuras 8A e 8B mostram, respectivamente, visao em perspectiva e em elevagao de um plugue que podera ser utilizado em conjunto com o trocador de calor das Figuras 5A e 5B. A Figura 9 e uma visao em segao transversal de um filtro de CO2 exemplar utilizado em conjunto com a usina e processo de liquefagao da Figura 4. A Figura 10 e um diagrama de fluxo de processo que representa um ciclo de liquefagao de acordo com outra versao da presente invengao. A Figura 11A e uma esquematica de processo que mostra um circuito de pressao diferencial incorporado na usina e processo da Figura 10. A Figura 11B e uma esquematica de processo que mostra um circuito de pressao diferencial preferido incorporado na usina e processo da Figura 10. A Figura 12 e um diagrama de fluxo de processo que representa um ciclo de liquefagao de acordo com outra versao da presente invengao. A Figura 13 e uma visao em perspectiva da usina de liquefagao de acordo com uma versao da presente invengao. A Figura 14 mostra a usina de liquefagao da Figura 4 em transporte para o local da usina. E A Figura 15 e um diagrama de fluxo de processo que mostra pontos de estado da massa de fluxo por todo o sistema de acordo com uma versao da presente invengao.

DESCRigAO DETALHADA DA INVENQAO

Com referencia a Figura 1, e mostrada uma visao esquematica de uma parte de uma estagao de gas natural liquefeito (LNG) 100 de acordo com uma versao da presente invengao. Observa-se que, embora a presente invengao seja detalhada em termos de liquefagao de gas natural, a presente invengao podera ser utilizada para a liquefagao de outros gases, conforme sera apreciado e compreendido por aqueles versados na tecnica. A estagao de liquefagao 100 inclui uma usina de liquefagao de gas natural de 'pequena escala' 102 que e acoplada a uma fonte de gas natural como um gasoduto 104, embora outras fontes, como um cabegote de pogo, sao contempladas como sendo igualmente adequadas. O termo 'pequena escala' e utilizado para diferenciar de uma usina de maior escala tendo a capacidade de produzir, por exemplo, 265.000 ou mais litros de LNG por dia. Em comparagao, a usina de liquefagao atualmente revelada podera ter capacidade de produzir, por exemplo, aproximadamente 37.854 litros de LNG por dia, mas podera ser escalada para uma produgao diferente conforme seja necessario e nao e limitada a operagoes ou usinas de pequena escala. Adicionalmente, como sera mostrado em maior detalhe abaixo, a usina de liquefagao 102 da presente invengao e consideravelmente menor em tamanho que uma usina de grande escala e podera ser prontamente transportada de um local para outro.

Um ou mais reguladores de pressao 106 sao posicionados ao longo do gasoduto 104 para controlar a pressao do gas que escoa atraves dele. Tal configuragao e representativa de uma estagao de abaixamento de pressao em que a pressao do gas natural e reduzida das altas pressdes de transmissao em uma localizagao fluxo ascendente para uma pressao adequada para distribuigao a um ou mais clientes em um local fluxo descendente. Fluxo ascendente dos reguladores de pressao 106, por exemplo, a pressao no gasoduto podera ser de aproximadamente 2,1 MPa a 6,9 MPa absolutos enquanto a pressao fluxo descendente dos reguladores podera ser reduzida para aproximadamente 0,45 MPa ou menos.

Naturalmente, essas pressoes sao exemplares e poderao variar dependendo do gasoduto em particular 104 e das necessidades dos clientes fluxo descendente. E ainda observado que a pressao disponivel do gas fluxo ascendente no gasoduto 104 (isto e, na entrada da usina 112) nao e critica, pois a pressao da mesma podera ser elevada, por exemplo pela utilizagao de uma bomba reforgadora auxiliar e um trocador de calor, antes do gas entrar no processo de liquefagao aqui descrito.

Antes de qualquer redugao na pressao ao longo do gasoduto 104, um fluxo de gas de alimentagao 108 e desviado do gasoduto 104 e alimentado atraves de um medidor de fluxo 110 que mede e registra a quantidade de gas que escoa por ele. O fluxo do gas de alimentagao 108 entao entra na usina de liquefagao de pequena escala 102 atraves de uma entrada da usina 112 para processamento como sera detalhado aqui abaixo. Uma parte do gas de alimentagao que entra na usina de liguefagao 102 torna-se LNG e sai da usina 102 em uma saida da usina 114 para armazenamento em um tanque ou recipiente adequado 116. 0 recipiente 116 e preferivelmente configurado para conter pelo menos 37.854 litros de LNG a uma pressao de aproximadamente 0,21 a 0,24 MPa e a temperaturas tao baixas como aproximadamente -151 °C. No entanto, outros tamanhos e configuragdes de recipientes poderao ser utilizados dependendo dos requisitos de saida especificos da usina 102.

Uma saida de recipiente 118 e acoplada a um medidor de fluxo 120 em associagao, que dispensa o LNG do recipiente 116, como para um veiculo que e acionado por LNG, ou dentro de um veiculo de transporte conforme podera ser necessario.

Uma entrada de recipiente 122, acoplada com um conjunto de valvula/medidor 124 que poderia incluir dispositivos de medigao de fluxo e/ou de processo, permite a vazao e/ou purgagao do tanque do veiculo durante a distribuigao do LNG do recipiente 116. Dutos 126 associados ao recipiente 116 e que conectam com uma segunda entrada da usina 128 fornece flexibilidade no controle do fluxo de LNG da usina de liquefagao 102 e tambem permite que o fluxo seja desviado do recipiente 116, ou para retirar vapor do recipiente 116, caso as condigoes algum dia tornar essa medida desejavel. A usina de liquefagao 102 tambem e acoplada a uma segao fluxo descendente 130 do gasoduto 104 em uma segunda saida da usina 132 para descarregar a parte do gas natural nao liquefeita durante o processo conduzido dentro da usina de liquefagao de LNG. Opcionalmente, adjacente a entrada do recipiente 122, dutos de vazao 134 poderao ser acoplados com os dutos da usina de liquefagao 102 conforme indicado pelos pontos de interface 136A e 136B. Esses dutos de vazao 134 portarao de modo similar o gas dentro da segao de fluxo descendente 130 do gasoduto 104. A medida que os varios componentes do gas deixam a usina de liquefagao 102 e entram na segao de fluxo descendente 130 do gasoduto 104, um conjunto de valvula/medidor 138, que poderia incluir dispositivos de medigao de fluxo e/ou de processo, podera ser utilizado para medir o fluxo do gas por ele. Os conjuntos de valvula/medidor 124 e 138 bem como os medidores de fluxo 110 e 120 poderao estar posicionados fora da usina 102 e/ou dentro da usina conforme podera ser desejado. Assim, os medidores de fluxo 110 e 126, quando as saidas destes sao comparadas, ajudam a determinar a quantidade liquida de gas de alimentagao removida do gasoduto 104 a medida que o medidor de fluxo de fluxo ascendente 110 mede a quantidade bruta de gas removida e o medidor de fluxo de fluxo descendente 130 mede a quantidade de gas colocada de volta dentro do gasoduto 104, a diferenga sendo a quantidade liquida de gas de alimentagao removida do gasoduto 104. De modo similar, medidores de fluxo opcionais 120 e 124 indicam a descarga liquida de LNG do recipiente 116.

Com referencia agora a Figura 2, e mostrado um diagrama de fluxo de processo, representativo de uma versao da usina de liquefagao 102 representada esquematicamente na Figura 1. Como foi anteriormente indicado com relagao a Figura 1, um fluxo de alta pressao de gas de alimentagao (isto e, 2,1 a 6,9 MPa), por exemplo, a uma temperatura de aproximadamente 15,5 °C entra na usina de liquefagao 102 atraves da entrada da usina 112. Antes de processar o gas de alimentagao, uma peguena parte do gas de alimentagao 140 podera ser desviada, passada atraves de um filtro de secagem 142 e utilizada como gas de controle de instrumento em conjunto com a operagao e controle de varios componentes na usina de liquefagao 102. Embora apenas um linico fluxo 144 de gas de instrumento seja representado, sera apreciado por aqueles versados na tecnica que multiplas linhas de gas de instrumento poderao ser formadas de maneira similar.

Alternativamente, uma fonte separada de gas de instrumento, como, por exemplo, nitrogenio, podera ser fornecida para controlar varios instrumentos e componentes dentro da usina de liquefagao 102. Como sera apreciado por aqueles versados na tecnica, instrumentos de controle alternativos, como os de atuagao eletrica, tambem poderao ser implementados.

Quando da entrada na usina de liquefagao 102, o gas de alimentagao escoa atraves de um filtro 146 para remover quaisquer objetos de algum tamanho que possam causar danos, ou de outra forma obstruir, o escoamento do gas atraves dos varios componentes da usina de liquefagao 102. O filtro 146 podera ser adicionalmente utilizado para remover certos componentes liquidos e solidos. Por exemplo, o filtro 146 podera ser um filtro do tipo coalescente. Um filtro exemplar esta disponivel de Parker Filtration, localizada em Tewksbury, Massachusetts e e projetado para processar aproximadamente 141,6 m3 por minuto de gas natural a aproximadamente 15,5 °C a uma pressao de aproximadamente 3,45 MPa. O filtro 146 podera ser fornecido com um dreno opcional 148 que descarrega dentro dos dutos proximo da saida da usina 132, como e indicado pelas conexoes de interface 136C e 136A, a descarga em ultima analise reentrando a segao de fluxo descendente 130 do gasoduto 104 (ver a Figura 1). Dutos de desvio 150 sao roteados ao redor do filtro 146, permitindo que o filtro 146 seja isolado e servido conforme seja necessario sem interromper o fluxo de gas atraves da usina de liquefagao 102.

Apos o gas de alimentagao escoar atraves do filtro 146 (ou alternativamente ao redor do filtro por meio dos dutos 150), o gas de alimentagao e subdividido em dois fluxos, um fluxo de resfriamento 152 e um fluxo de processo 154. O fluxo de resfriamento 152 passa atraves de um expansor turbo 156 e e expandido ate um fluxo de resfriamento expandido 152' que exibe uma pressao mais baixa, por exemplo entre a pressao atmosferica e aproximadamente 0,69 MPa, a uma temperatura reduzida de aproximadamente 37,8 °C. O expansor turbo 156 e uma turbina que expande o gas e extrai energia do processo de expansao. Um compressor rotativo 158 e acoplado ao expansor turbo 156 por meio mecanico, como com um eixo 160, e utiliza a energia gerada pelo expansor turbo 156 para comprimir o fluxo de processo 154. A proporgao de gas em cada uma das linhas de resfriamento e de processo 152 e 154 e determinada pelos requisitos de energia do compressor 158 bem como do fluxo e da queda de pressao atraves do expansor turbo 156. Valvulas de controle de aleta dentro do expansor turbo 156 poderao ser utilizadas para controlar a proporgao de gas entre as linhas de resfriamento e de processo 152 e 154 conforme e necessario de acordo com os parametros declarados acima.

Um sistema de expansor turbo exemplar 156 e um compressor 158 inclui um sistema de guadro tamanho dez (10) disponivel de GE Rotoflow, localizada em Gardona, California. 0 sistema expansor 156 e compressor 158 e projetado para operar a aproximadamente 3,1 MPa a 2268 kg de massa por hora a cerca de 15,5 °C. 0 sistema expansor/compressor tambem podera ser dotado de mancais magneticos para reduzir o volume do expansor 156 e do compressor 158 bem como simplificar a manutengao deles.

Dutos de desvio 162 roteiam o fluxo de resfriamento 152 ao redor do expansor turbo 156. Da mesma forma, dutos de desvio 164 roteiam o fluxo de processo 154 ao redor do compressor 158. Os dutos de desvio 162 e 164 poderao ser utilizados durante a inicializagao para trazer certos componentes a uma condigao de estado estavel antes do processamento do LNG dentro da usina de liquefagao 102. Por exemplo, os dutos de desvio 162 e 164 permitem que o trocador de calor 166, e/ou outros componentes, sejam trazidos a uma temperatura de estado estavel sem induzir o choque termico. Sem os dutos de desvio 162 e 164, o choque termico pode resultar do fluxo imediato de gas do expansor turbo 156 e do compressor 154. Dependendo do projeto dos componentes especificos (isto e, o trocador de calor 166) sendo utilizados na usina de liquefagao 102, varias horas poderao ser necessarias para trazer o sistema a uma condigao de estado termico estavel quando da inicializagao da usina de liquefagao 102.

Por exemplo, ao rotear o fluxo de processo 154 ao redor do compressor 158, a temperatura do fluxo de processo 154 nao e aumentada antes de sua introdugao dentro do trocador de calor 166. Entretanto, o fluxo de resfriamento 152, ao desviar do expansor 156, passa atraves de uma valvula Joule-Thomson (JT) 163 que permite que o fluxo de resfriamento assim expanda reduzindo sua temperatura. A valvula JT 163 utiliza o principio de Joule-Thomson de que a expansao do gas resultara tambem em um resfriamento associado do gas, como e compreendido por aqueles versados na tecnica. 0 fluxo de resfriamento 152 podera entao ser utilizado para reduzir incrementalmente a temperatura do trocador de calor 166.

Em uma versao, conforme e discutido em maior detalhe abaixo, o trocador de calor 166 e um trocador de calor de alta eficiencia feito de aluminio. Em situagoes de inicializagao, podera ser desejavel reduzir a temperatura desse trocador de calor 166 por ate -16,8 °C por minuto ate um limite de temperatura definido ser alcangado. Durante a inicializagao da usina de liquefagao, a temperatura do trocador de calor 166 podera ser monitorada a medida que ela cai incrementalmente. A valvula JT 163 e outras valvulas 165 ou instrumentos poderao ser controlados de acordo para efetuar a velocidade e a pressao de escoamento no fluxo de resfriamento 152' e no fluxo de processo 154' que, em liltima instancia, controla a velocidade de resfriamento do trocador de calor 166 e/ou outros componentes da usina de liquefagao.

Outrossim, durante a inicializagao, podera ser desejavel ter uma quantidade de LNG j a presente no tanque 116 (Figura 1). Parte do vapor frio retirado do LNG presente no tanque, ou vapor frio ou gas de outra fonte, podera ser girado atraves do sistema para resfriar varios componentes e desejado ou considerado necessario.

Outrossim, como sera aparente quando da leitura da descrigao adicional abaixo, outros dispositivos de resfriamento, incluindo valvulas JT adicionais, localizados em varios 'lagos' ou fluxos de escoamento, poderao da mesma forma ser controlados durante a inicializagao para resfriar o trocador de calor 166 ou outros componentes da usina de liquefagao 102.

Quando se atingir uma condigao de estado estavel, o fluxo de processo 154 e escoado atraves do compressor 158 que eleva a pressao do fluxo de processo 154. Uma proporgao exemplar das pressoes de saida para a de entrada de um compressor rotativo e de aproximadamente 1,5 a 2,0, com uma proporgao media sendo ao redor de 1,7. O processo de compressao nao e ideal e, portanto, acrescenta calor ao fluxo de processo 154 a medida que ele e comprimido. Para remover calor do fluxo de processo comprimido 154' ele e escoado atraves do trocador de calor 166 e e resfriado ate uma temperatura muito baixa, por exemplo aproximadamente - 128,9 °C. O trocador de calor exemplar 166 representado na Figura 2 e um tipo que utiliza o fluxo de contracorrente, como e conhecido daqueles versados na tecnica Apos sair do trocador de calor 166, o fluxo de processo comprimido resfriado 154" e subdividido em dois fluxos novos, um fluxo de resfriamento 170 e um fluxo de produto 172. O fluxo de resfriamento 170 e o fluxo de produto 172 sao, cada um, expandido atraves de valvulas JT 174 e 176, respectivamente. A expansao dos fluxos de resfriamento e de processo 170 e 172 atraves das valvulas JT 174 e 17 6 resulta em uma pressao reduzida, como, por exemplo, entre a atmosferica e a de aproximadamente 0,69 MPa, e uma temperatura reduzida, por exemplo, de aproximadamente -151 °C. A pressao e temperaturas reduzidas farao com que os fluxos de resfriamento e de produto 170 e 172 formem uma mistura de gas natural liquido e vapor. O fluxo de resfriamento 170 e combinado com o fluxo de resfriamento expandido 152' saindo do expansor turbo 156 para criar um fluxo de resfriamento combinado 178. O fluxo de resfriamento combinado 178 e entao utilizado para resfriar o fluxo de processo comprimido 154' atraves do trocador de calor 166. Apos resfriar o fluxo de processo comprimido 154' no trocador de calor 166, o fluxo de resfriamento combinado 178 podera ser descarregado de volta dentro do gasoduto de gas natural 104 na segao de fluxo descendente 130 (Figura 1).

Apos a expansao atraves da valvula JT 176, o fluxo de produto 172 entra em um separador de liquido/vapor 180. O componente de vapor do separador 180 e dele coletado e removido atraves de dutos 182 e acrescentado ao fluxo de resfriamento combinado 178 fluxo ascendente do trocador de calor 166. O componente liquido no separador e o produto combustivel LNG e passa atraves da saida da usina 114 para armazenamento no recipiente 116 (Figura 1).

Ao controlar a proporgao de gas que escoa respectivamente atraves dos fluxos de resfriamento e de produto 170 e 172, a termodinamica do processo produzira um fluxo de produto que tem uma alta fragao liquida. Se a fragao liquida e alta, isto e, superior a 90%, o teor de metano no liquido sera alto e os hidrocarbonetos pesados (etano, propano, etc.) sera baixo, assim se aproximando da mesma composigao que o gas do fluxo de entrada 112. Se a fragao liguida e baixa, o teor de metano no liguido sera baixo, e o teor de hidrocarbonetos pesados no liquido sera alto. Os hidrocarbonetos pesados acrescentam mais teor de energia ao combustivel, que faz com que o combustivel queime mais quente nos processos de combustao. 0 processo de liquefagao representado e descrito com relagao a Figura 2 fornece um meio de baixo custo, eficiente e eficaz de produzir LNG quando a agua e/ou o dioxido de carbono nao estao presentes no gas fonte que deve ser submetido ao ciclo de liquefagao.

Com referencia agora a Figura 3, e mostrado um diagrama de fluxo de processo que representa o processo de liquefagao efetuado de acordo com outra versao de uma usina de liquefagao 102'. Como a usina de liquefagao 102' e o processo efetuado ali partilham um niimero de similaridades com a usina 102 e o processo representados na Figura 2, componentes iguais sao identif icados com niimeros de referencia iguais para fim de clareza. A usina de liquefagao 102', como e mostrada na Figura 3, modifica essencialmente o ciclo basico mostrado na Figura 2 para permitir a remogao da agua do fluxo de gas natural durante a produgao do LNG e para prevengao de formagao de gelo por todo o sistema. Como e ilustrado na Figura 3, o ciclo de limpeza da agua inclui uma fonte de metanol 200, ou algum outro produto absorvedor de agua, que e injetado dentro do fluxo de gas, atraves de uma bomba 202, em uma localizagao anterior ao gas ser subdividido no fluxo de resfriamento 152 e no fluxo de processo 154. A bomba 202 inclui desejavelmente capacidade de fluxo variavel para injetar metanol dentro do fluxo de gas preferivelmente atraves de pelo menos um de um bico atomizador ou vaporizador. Alternativamente, valvulas 203 poderao ser utilizadas para acomodar miiltiplos tipos de bicos tal que um bico apropriado podera ser utilizado dependendo da caracteristica de escoamento do gas de alimentagao. Preferivelmente, um ύηίοο bico e utilizado sem as valvulas 203 quando o teor de agua no gas fonte nao flutua significativamente.

Uma bomba adequada 202 para injetar o metanol podera incluir controle de escoamento variavel na faixa de 1,5 a 9,5 1 por minuto a uma pressao de projeto de aproximadamente 6,9 MPa para um teor de agua de aproximadamente 32,5 a 113,2 kg por milhoes de metros cubicos. O controle de escoamento variavel podera ser efetuado atraves da utilizagao de um acionador de frequencia variavel acoplado ao motor da bomba 202. Essa bomba exemplar esta disponivel de America LEWA localizada em Holliston, Massachusetts. O metanol e misturado com o fluxo de gas para baixar o ponto de congelamento de qualquer agua que podera estar la contida. O metanol mistura-se com o fluxo de gas e liga-se com a agua para impedir a formagao de gelo no fluxo de resfriamento 152 durante a expansao no expansor turbo 156.

Adicionalmente, como e observado acima, o metanol esta presente no fluxo de processo 154 e passa por ele atraves do compressor 158. Cerca de metade do caminho pelo processo de troca de calor (isto e, entre aproximadamente -51,1°C e -67,8°C) o metanol e a agua formam um liquido. O fluxo de processo comprimido 154' e temporariamente desviado do trocador de calor 166 e passado atraves de um tanque separador 204 em gue o metanol/agua liguida e separado do fluxo de processo comprimido 154', o liquido sendo descarregado atraves de uma valvula 206 e o gas escoando para um filtro de coalescimento 208 para remover uma quantidade adicional da mistura metanol/agua. A mistura metanol/agua podera ser descarregada do filtro de coalescimento 208 atraves de uma valvula 210 com o gas seco reentrando o trocador de calor 166 para mais resfriamento e processamento. Como e indicado pelas conexoes de interface 136D e 136A, ambas as valvulas 206 e 210 descarregam a mistura de metanol/agua removida dentro de dutos proximo da saida da usina 132 para descarga dentro da segao de fluxo descendente 130 do gasoduto 104 (ver a Figura 1).

Um filtro de coalescimento exemplar 208 utilizado para remover a mistura de metanol/agua podera ser projetado para processar gas natural a aproximadamente -56,7 °C em fluxos de aproximadamente 7 0 m3 por minuto e a uma pressao de aproximadamente 5,51 MPa. Esse filtro podera exibir uma eficiencia de remogao da mistura metanol/agua inferior a 75 ppm/peso. Um filtro adequado esta disponivel de Parker Filtration, localizada em Tewksbury, Massachusetts. O processo de liquefagao mostrado na Figura 3 assim fornece a produgao eficiente de gas natural ao integrar a remogao da agua durante o processo sem equipamento caro e pre-processamento necessario antes do ciclo de liquefagao, e particularmente antes da expansao do gas atraves do expansor de turbina 156.

Com referencia agora a Figura 4, e mostrado um diagrama de fluxo de processo que representa um processo de liquefagao efetuado de acordo com outra versao da usina de liguefagao 102". Como a usina 102" e o processo efetuado ali partilham um niimero de similaridades com as usinas 102 e 102' e com os processos representados nas Figura 2 e 3, respectivamente, componentes iguais sao novamente identificados com niimeros de referencia iguais para fim de clareza. Adicionalmente, para fim de clareza, a parte do ciclo entre a entrada da usina 112 e o expansor 156/compressor 158 e omitida na Figura 4, mas podera ser considerada uma parte integral da usina 102" e do processo mostrado na Figura 4. A usina de liquefagao 102" mostrada na Figura 4 modifica o ciclo basico mostrado na Figura 2 para incorporar um ciclo adicional para remover o dioxido de carbono (CO2) do fluxo de gas natural durante a produgao do LNG. Embora a usina 102" e o processo da Figura 4 sao mostrados para incluir o ciclo de limpeza da agua descrito com referencia a usina 102' e o processo da Figura 3, o ciclo de limpeza de CO2 nao e dependente da existencia do ciclo de limpeza da agua e podera ser integrado independentemente com o processo de liquefagao inventivo. O processo de troca de calor podera ser dividido entre tres trocadores de calor diferentes 166, 220 e 224. O primeiro trocador de calor 220 na via de fluxo do fluxo de processo comprimido 154' utiliza as condigoes ambientais, como, por exemplo, a temperatura do ar, da agua ou do solo ou uma combinagao delas, para resfriar o fluxo de processo comprimido 154'. O trocador de calor de condigao ambiente 220 serve para reduzir a temperatura do fluxo de processo comprimido 154' para assegurar que o calor gerado pelo compressor 158 nao danifica termicamente o trocador de calor de alta eficiencia 166 gue segue seguencialmente o trocador de calor ambiente 220.

Um trocador de calor ambiente exemplar 220 podera ser projetado para processar o fluxo de processo comprimido 154' a aproximadamente 3039 kg a 3084,4 kg de massa por hora a uma pressao de projeto de aproximadamente 5,51 MPa. O trocador de calor 220 podera ainda ser configurado tal que a temperatura de entrada do gas e de aproximadamente 115,5 °C e a temperatura de saida do gas e de aproximadamente 76,7 °C com uma temperatura fonte ambiente (isto e, temperatura do ar, etc.) sendo de aproximadamente 37,8 °C. Se esse trocador de calor e fornecido com um ventilador, ele podera ser acionado por um motor eletrico adequado. O trocador de calor de alta eficiencia 166, seguindo sequencialmente o trocador de calor ambiente 220 ao longo da via de fluxo, podera ser formado como um fluxo de contracorrente, com o trocador de calor do tipo placa e aletas. Adicionalmente, as placas e aletas poderao ser formadas de um material altamente condutor termico como, por exemplo, aluminio. O trocador de calor de alta eficiencia 166 esta posicionado e configurado para transferir eficientemente tanto calor quanto possivel do fluxo de processo comprimido 154' para o fluxo de resfriamento combinado 17 8' . O trocador de calor de alta eficiencia 166 podera ser configurado tal que a temperatura de entrada do gas sera de aproximadamente 7 6,7 °C e a temperatura de saida do gas sera de aproximadamente 4 0,5 °C. A usina de liquefagao 102' e configurada desejavelmente tal que as temperaturas geradas dentro do trocador de calor de alta eficiencia 166 nunca sao suficientemente baixas para gerar CO2 solido que pode resultar no bloqueio da via de fluxo do fluxo de processo comprimido 154'. 0 terceiro trocador de calor 244 localizado sequencialmente ao longo da via de fluxo do fluxo de processo e, em parte, associado ao processamento de CO2 solido removido do fluxo de processo em um ponto posterior no ciclo. Mais especificamente, o trocador de calor 224 permite que o CO2 seja reintroduzido dentro do gasoduto de gas 104 na segao de fluxo descendente ao sublimar o CO2 solido removido em antecipagao de sua descarga de volta dentro do gasoduto 104. A sublimagao do CO2 solido no trocador de calor 224 ajuda a impedir danos, ou o entupimento, do trocador de calor 166. Observa-se que os trocadores de calor 166 e 224 poderiam ser combinados, se assim for desejado. A sublimagao do CO2 solido tambem serve para esfriar mais o gas de processo em antecipagao da liquefagao do mesmo.

Um trocador de calor exemplar 224 utilizado para processar o CO2 solido podera incluir um trocador de calor do tipo tubo-em-concha. Com referencia a Figura 5A, um trocador de calor tubo-em-concha exemplar 224 construido de acordo com a presente invengao e mostrado com uma parte do tanque 230 cortada para revelar uma pluralidade, neste caso tres, de espirais de resfriamento 232A-232C nele empilhadas verticalmente. Um material de filtro 234 tambem podera ser disposto no tanque 230 ao redor de uma parte da espiral inferior 232A para assegurar que nenhum CO2 solido sai do trocador de calor 224. O material de filtro 234 podera, por exemplo, incluir malha de ago inoxidavel. Um ou mais suportes estruturais 236 poderao ser colocados no tangue para suportar as espirais 232A-232C conforme seja necessario dependendo do tamanho e da construgao das espirais 232A-232C.

Com referencia sucintamente as Figuras 6A e 6B, uma espiral de resfriamento exemplar ou feixe de espirais 232 podera incluir dutos de entrada/saida 238 e 240 com uma pluralidade de espirais de dutos individuais 242 acoplados entre eles. As espirais de dutos 242 estao em comunicagao fluida com cada um dos dutos de entrada/saida 238 e 240 e sao acopladas estruturalmente e seladas a eles. Assim, em operagao, o fluido podera escoar dentro do primeiro duto de entrada/saida 240 para distribuigao entre a pluralidade de espirais de dutos 242 e passar das espirais de dutos 242 dentro do segundo duto de entrada/saida 238 para ser subsequentemente despejado deles. Naturalmente, se desejado, o escoamento atraves das espirais de resfriamento 232 poderia ser na diregao inversa conforme e explicado abaixo.

Uma espiral exemplar 232 podera, por exemplo, incluir dutos de entrada/saida 238 e 240 que sao formados de tubos de ago inoxidavel programa 80 304L de 7,62 cm de diametro.

As espirais de dutos 242 podera ser formada de tubos de ago inoxidavel 304L tendo uma espessura de parede de 0,124 cm.

As espirais de resfriamento 232 poderao ser ainda projetadas e dimensionadas para acomodar escoamentos tendo, por exemplo, mas sem a ele se limitar, pressoes de aproximadamente 5,62 MPa a uma temperatura entre aproximadamente -151,1 °C e -128,9 °C. Essas espirais 232 estao disponiveis da Graham Corporation localizada em Batavia, New York.

Com referencia de volta a Figura 5A, as extremidades dos dutos de entrada/saida 238 e 240 de cada espiral de resfriamento individual, por exemplo a espiral 232B, sao acopladas estruturalmente e seladas aos dutos de entrada/saida correspondentes 238 e 240 de cada espiral adjacente, isto e, 232A e 232C. Essa conexao, por exemplo, podera ser feita por soldagem ou por outro meio mecanico.

Com referencia agora a Figura 5B, o tanque 230 inclui uma concha 244 e tampas terminais 246 com uma pluralidade de entradas e de saidas a elas acopladas. A concha 244 e as tampas terminais 246 poderao ser formadas, por exemplo, de ago inoxidavel 304 ou 304L tal que o tanque 230 tem uma pressao de projeto de aproximadamente 0,65 MPa para temperaturas operacionais de aproximadamente -151,1 °C.

Desejavelmente, o tanque 230 podera ser projetado com margens de corrosao adequadas para uma vida de servigo minima de 20 anos.

Fluido podera ser introduzido dentro dos dutos de espirais 232A-232C atraves de um de um par de entradas de espirais 248A e 250A que sao, respectivamente, acopladas com os dutos de entrada/saida 238 e 240 de uma espiral de resfriamento 232A. As entradas de espiral 248A e 250A poderao, por exemplo, ser projetadas para acomodar um escoamento de gas de alta densidade de pelo menos aproximadamente 2268 kg/h tendo uma pressao de aproximadamente 5,17 MPa a uma temperatura de aproximadamente -74,4 °C.

Um conjunto de saidas de espirais 248B e 250B sao, respectivamente, associados e acoplados por selagem aos dutos de entrada/saida 238 e 240 de uma espiral 232C. Cada saida de duto 248B e 250B podera, por exemplo, ser projetada para acomodar um escoamento de fluido de alta densidade de pelo menos aproximadamente 2268 kg/h tendo uma pressao de aproximadamente 5,10 MPa a uma temperatura de aproximadamente -131,7 °C.

Uma pluralidade de entradas de tanque 252A-252I sao acopladas a um tanque 230 permitindo que os fluxos de resfriamento 253 e 255 (Figura 4), incluindo CO2 solido removido, entre dentro do tanque 230 e escoa por um ou mais espirais 232A-232C. Por exemplo, as entradas de tanque 252A-252C permitem que um ou mais dos fluxos de resfriamento 253 e 255 entrem no tanque 230 e escoem pela espiram 232A, enquanto as entradas de tanque 252D-252F permitem que um ou mais dos fluxos de resfriamento 253 e 255 entrem no tanque 230 e escoem primeiro sobre a espiral 232B e depois sobre a espiral 232A. As entradas de tanque 252A-252I poderao ser posicionadas ao redor da periferia da concha 244 para fornecer uma distribuigao desejada dos fluxos de resfriamento 253 e 255 com relagao as espirais 232A-232C.

Cada entrada de tanque 252A-252I podera ser projetada para acomodar escoamentos tendo caracteristicas variaveis.

Por exemplo, a entrada de tanque 252G podera ser projetada para acomodar uma mistura semi-fluida de metano liquido tendo aproximadamente 10% de CO2 solido a uma velocidade de fluxo de massa de aproximadamente 240,8 kg/h tendo uma pressao de aproximadamente 0,48 MPa e uma temperatura de aproximadamente -150 °C. A entrada de tanque 252H podera ser projetada para acomodar um fluxo de gas misto, liquido e CO2 solido a uma velocidade de fluxo de aproximadamente 459 kg/h e exibindo uma pressao de aproximadamente 0,48 MPa e uma temperatura de aproximadamente -138,9 °C. A entrada de tanque 2521 podera ser projetada para acomodar um fluxo de gas misto, CO2 liquido e solido, a uma velocidade de fluxo de aproximadamente 1859,7 kg/h e exibindo uma pressao de aproximadamente 0,4 8 MPa e uma temperatura de aproximadamente -138,9 °C.

Tambem e observado que, como e mostrado na Figura 6A dos desenhos, uma concha interior mais externa ou jaqueta de respingo 292 podera ser formada ao redor das espirais de resfriamento 232A-232C tal que um anulo podera ser formado entre a concha interior e a concha do tanque 244. A concha interior podera ser configurada para controlar o escoamento dos fluxos de resfriamento de entrada atraves das varias entradas de tanque 252A-252I tal que os fluxos de resfriamento escoam sobre as espirais de resfriamento 232A- 232C mas nao entram em contato com a concha do tanque 244 do trocador de calor 224. Adicionalmente, uma concha interior mais interna ou jaqueta de respingo 294 podera ser formada dentro das espirais de resfriamento 232A-232C tal que um anulo podera ser formado entre o interior das espirais e o duto de entrada/saida 240. Ago inoxidavel, como o 304L ou outros materiais resistentes a corrosao sao adequados para utilizagao na formagao das jaquetas 292 e/ou 294.

Uma saida de tanque 254 permite a descarga dos fluxos de resfriamento 253 e 255 apos eles haverem passado por um ou mais espirais 232A-232C. A saida de tanque 254 podera ser projetada, por exemplo, para acomodar um fluxo de gas a uma velocidade de fluxo de massa de aproximadamente 2556,9 kg/h tendo uma pressao de aproximadamente 0,47 MPa e uma temperatura de aproximadamente -105,5 °C.

Com referencia agora as Figuras 7A a 7C, e mostrado uma esquematica de varias configuragoes de fluxo possiveis com o trocador de calor 224. O trocador de calor 224 podera ser configurado tal que o fluxo de processo 154"' que entra atraves da entrada de duto 248A podera passar atraves de menos que o niimero total de espirais de resfriamento 232A- 232C. Assim, se for desejado, o fluxo de processo 154"' podera escoar atraves de todas as tres espirais de resfriamento 232A-232C, apenas duas das espirais de resfriamento 232A e 232B, ou atraves de apenas uma das espirais de resfriamento 232A ou 232B. Para o escoamento atraves da primeira espiral 232A, dutos apropriados permitirao que o fluxo de processo 154"' saia atraves da saida de dutos associada 250A. De modo similar, se for desejado que o fluxo de processo 154"' escoe atraves das espirais 232A e 232B, ele podera sair atraves da saida de duto associada 248B.

Por exemplo, com referencia a Figura 7A, o fluxo de processo 154"' podera entrar a entrada de espiral 248A para escoar, inicialmente, atraves do duto de entrada/saida 240.

Em uma localizagao acima de onde a primeira espiral 232A esta acoplada ao duto de entrada/saida 240, um desviador de fluxo 251A bloqueia o fluxo de processo 154"' forgando-o a escoar atraves da primeira espiral de resfriamento 232A.

Embora podera haver algum escoamento transitorio dentro das outras espirais 232B e 232C, o escoamento de estado estavel do fluxo de processo 154"' sera atraves do duto de entrada/saida 238 saindo pela saida de espiral 250B e/ou a saida de espiral 250A.

Com referencia a Figura 7B, pode-se observar que a utilizagao de dois desviadores de fluxo 251A e 251B farao com que o fluxo de processo 154"' atravesse a primeira espiral 232A, como foi descrito com relagao a Figura 7A, e depois escoa atraves do duto de entrada/saida 238 ate ele encontrar o segundo desviador 251B. 0 segundo desviador fara com que o fluxo de processo 154"' escoe atraves da segunda espiral 232B e depois atraves do duto de entrada/saida 240 atraves da saida de espiral 248B.

Com referencia a Figura 7C, e mostrado que a utilizagao de tres desviadores de fluxo 251A-251C fara com que o fluxo de processo 154"' atravesse as primeiras duas espirais, conforme foi descrito com relagao a Figura 7B, e depois atraves do duto de entrada/saida 240 ate ele encontrar o terceiro desviador 251C. O terceiro desviador fara com que o fluxo de processo 154"' escoe atraves da terceira espiral 232C e depois atraves do duto de entrada/saida 238 saindo pela saida de espiral 250B. Assim, dependendo da colocagao dos desviadores 241A-251C, a capacidade do trocador de calor e prontamente adaptada para varias condigoes de processamento e de requisitos de saida.

Os desviadores de fluxo 251A-251C poderao compreender plugues, valvulas ou flanges cegos conforme podera ser apropriado. Embora valvulas ou flanges cegos poderao ser facilmente adaptados ao processo quando localizados externamente ao trocador de calor 224 (por exemplo, na saida de espiral 248B), e desejavel que plugues sejam utilizadas nas localizagoes internas (por exemplo, para os desviadores 251A e 251B adjacentes a primeira e a segunda espirais, respectivamente). Um plugue exemplar 251 e mostrado nas Figuras 8A e 8B. 0 plugue 251 podera incluir uma parte exterior rosqueada 290 para engajamento com uma estrutura cooperativamente rosqueada dentro dos dutos de entrada/saida 238 e 240. Um cabegote chaveado 292 e configurado para casar cooperativamente com uma ferramenta para girar o plugue 251 em associagao com a instalagao ou remogao do plugue dos dutos de entrada/saida 238 e 240.

Adicionalmente, um conjunto de roscas interiores 294 podera ser formado no cabegote chaveado de modo a engajar travando a ferramenta de instalagao/remogao dele tal que o plugue podera ser disposto em um duto de entrada/saida 238 e 240 de comprimento substancial. Ademais, a configuragao, a quantidade e a colocagao dos desviadores de fluxo e das espirais de resfriamento conforme discutidos e ilustrados sao exemplares. Assim, sera compreendido que uma ampla variedade de desviadores de fluxo alternativos e disposigoes de espirais de resfriamento podem ser utilizados de acordo com a presente invengao.

Em conjunto com o controle do escoamento do fluxo de processo 154"' atraves das espirais de resfriamento 232A- 232C, os fluxos de resfriamento que entram atraves das entradas de tanque 252A-252I poderao ser similarmente controlados atraves de valvulas e dutos apropriados.

Com referencia de volta a Figura 4, a medida que o fluxo de processo 154"' sai do trocador de calor 224 atraves da linha 256, ele e dividido em um fluxo de resfriamento 170' e um fluxo de produto 172' . O fluxo de resfriamento 170' passa atraves de uma valvula JT 174' que expande o fluxo de resfriamento 170' produzindo neles varias fases de CO2, incluindo CO2 solido, formando uma mistura semi-fluida de gas natural e CO2. Esta mistura semi-fluida rica em CO2 entra no trocador de calor 224 atraves de um ou mais das entradas de tanque 252A-252I para passar sobre uma ou mais espirais 232A-232C (ver as Figuras 5A e 5B).

0 fluxo de produto 172' passa atraves uma valvula JT 17 6' e e expandido ate uma pressao baixa, por exemplo aproximadamente 0,24 MPa. A expansao atraves da valvula JT 176' tambem serve para baixar a temperatura, por exemplo ate aproximadamente -151,1 °C. Neste ponto no processo, CO2 solido e formado no fluxo do produto 172'. O fluxo de produto expandido 172', agora contendo CO2 solido, entra o separador liquido/vapor 180, em que o vapor e coletado e removido do separador 180 atraves de dutos 182' e acrescentado a um fluxo de resfriamento combinado 257 para utilizagao como um refrigerante no trocador de calor 224. O liquido no separador liquido/vapor 180 sera uma mistura semi-fluida que compreende o produto combustivel LNG e CO2 solido. A mistura semifluida podera ser removida do separador 180 para um hidrociclone 258 atraves de uma bomba 260 devidamente dimensionada e configurada. A bomba 260 e essencialmente utilizada para gerenciar a geragao de vapor resultante de uma queda de pressao atraves do hidrociclone 258. Isto e, a bomba 260 gerencia o vapor ao tomar a mistura semifluida fria e pressuriza-la ate um estado subresfriado. Quando a mistura semifluida subresfriada passa atraves do hidrociclone 258, a mistura semi-fluida retorna ao estado de eguilibrio assim impedindo a formagao do vapor do produto combustivel e/ou de CO2 vaporizado como resultado da mistura semi-fluida experimentar uma queda de pressao enquanto passa atraves do hidrociclone. A bomba 260 e mostrada esquematicamente na Figura 4 como sendo externa ao separador de liquido/vapor 180, a bomba podera estar localizada fisicamente dentro do separador de liquido/vapor 260 se assim for desejado. Em tal configuragao, a bomba podera ser submersa na parte inferior do separador 180. Uma bomba adequada podera ser configurada para ter uma velocidade de fluxo ajustavel de aproximadamente 7,57 1 a 23,5 1 por minuto de LNG com uma pressao diferencial de 0,55 MPa enquanto opera a -151,1 °C. A velocidade de fluxo ajustavel podera ser controlada por meio de um acionador de frequencia variavel. Essa bomba exemplar esta disponivel de Barber-Nichols localizada em Arvada, Colorado. O hidrociclone 258 age como um separador para remover o CO2 solido da mistura semi-fluida permitindo que o combustivel produto do LNG seja coletado e armazenado. Um hidrociclone exemplar 258 podera ser projetado, por exemplo, para operar a uma pressao de aproximadamente 0,86 MPa a uma temperatura de aproximadamente -150 °C. O hidrociclone 258 utiliza uma queda de pressao para criar uma forga centrifuga que separa os solidos do liquido. Um logo espesso, formado de uma parte do gas natural liquido com o CO2 solido, sai do hidrociclone 258 atraves de um subfluxo 262. O restante do gas natural liquido e passado atraves de um sobrefluxo 264 para filtragem adicional. Uma ligeira diferencial de pressao, por exemplo, aproximadamente 3,45 kPa, existe entre o subfluxo 262 e o sobrefluxo 264 do hidrociclone. Assim, por exemplo, o logo espesso podera sair do subfluxo 262 a aproximadamente 0,28 MPa com o gas natural liquido saindo do sobrefluxo 264 a aproximadamente 0,275 MPa. Entretanto, outros diferenciais de pressao poderao ser mais adequados, dependendo do hidrociclone especifico 258 utilizado. Uma valvula de controle 265 podera ser posicionada no sobrefluxo 264 do hidrociclone 258 para auxiliar no controle do diferencial de pressao experimentado dentro do hidrociclone 258.

Um hidrociclone 258 adequado esta disponivel, por exemplo, de Krebs Engineering de Tucson, Arizona. Um hidrociclone exemplar podera ser configurado para operar a pressoes de projeto de ate aproximadamente 0,86 MPa dentro de uma faixa de temperatura de aproximadamente 37,7 °C a - 184,4 °C. Adicionalmente, um hidrociclone exemplar inclui desejavelmente um interior que e micro-polido a um acabamento de 0,20 mm a 0,30 mm ou melhor. O gas natural liquido passa atraves de um de uma pluralidade, neste caso dois, filtros de tela para CO2 266A e 266B colocados em paralelo. Os filtros de tela 266A e 266B capturam qualquer CO2 solido restante que podera nao ter sido separado no hidrociclone 258. Com referencia sucintamente a Figura 9, um filtro de tela exemplar 266 podera ser formado de um duto de ago inoxidavel 2 68 de 15,24 cm de programagao 40 e inclui uma primeira tela de filtro 270 de trama de ago inoxidavel grosseira, uma segunda tela de filtro de formato conico 272 de trama de ago inoxidavel menos grosseira do que a primeira tela de filtro 270, e uma terceira tela de filtro 274 formada de tela de ago inoxidavel fina. Por exemplo, em uma versao, a primeira tela de filtro 270 podera ser formada de 50 a 75 de tela de ago inoxidavel, a segunda tela de filtro 272 podera ser formada de ago inoxidavel com tela de 75 a 100 e a terceira tela de filtro 274 podera ser formada de ago inoxidavel com tela de 100 a 150. Em outra versao, duas das telas de filtro 270 e 274 poderao ser formadas da mesma bitola de tela, por exemplo ago inoxidavel de tela 40 ou mais fina, e empacotado de uma maneira mais ou menos densa para obter o efeito desejado. Isto e, a tela de filtro 270 pode ser fabricada de uma tela ou camada de tela que e rolada relativamente frouxa para fornecer uma area superficial inferior ou menos densa, o empacotamento e tela de filtro 274 podem ser fabricados da mesma camada de tela ou material de tela, mas enrolada mais apertadamente para produzir uma embalagem de area superficial mais densa ou mais alta.

Os filtros de tela de CO2 266A e 266B poderao, de tempos em tempos, ficar entupido com CO2 solido nele capturado. Assim, a medida que um filtro, isto e, 266A, esta sendo utilizado para capturar CO2 do fluxo de gas natural liquido, o outro filtro, isto e, 266B, podera ser purgado de CO2 ao passar um gas natural de temperatura relativamente alta atraves dele em contrafluxo. Por exemplo, o gas podera ser tirado apos o ciclo de limpeza de agua atraves de um quarto trocador de calor 275 conforme e indicado nos pontos de interface 276C e 276B para escoar e limpar o filtro de tela de CO2 266B. O gas podera ser escoado atraves de uma ou mais valvulas reguladoras de pressao 277 antes de passar atraves do trocador de calor 275 e dentro do filtro de tela de CO2 266B conforme podera ser ditado por condigdes de pressao e de escoamento dentro do processo.

Durante a limpeza do filtro 266B, o gas de limpeza podera ser despejado de volta no trocador de calor do tipo espiral 224 como e indicado pelas conexoes de interface 301B e 301C. Valvulas e dutos apropriados permitem que os filtros 266A e 266B sejam trocados e isolados um do outro conforme podera ser necessario. Outros metodos de remover solidos de CO2 que se acumularam nos filtros sao prontamente conhecidos daqueles versados na tecnica. 0 gas natural liquido filtrado sai da usina 102" para armazenamento conforme aqui foi descrito acima. Uma valvula do tipo aberta de falha 279 podera ser colocada entre as linhas vindas da entrada da usina e da saida como um dispositivo de seguranga contra falha no caso de condigoes imprevistas quer dentro da usina 102" ou de fontes externas, como o tanque 116 (Figura 1). O logo espesso formado no hidrociclone 258 sai do subfluxo 262 e passa atraves de dutos 278 para o trocador de calor 224 onde ele ajuda a resfriar o fluxo de processo 154' que escoa atraves dele. O vapor que passa atraves da linha 182' do separador de liquido/vapor 180 passa atraves de uma valvula de controle de pressao de retorno 280A e e combinado com a parte do gas tirada do trocador de calor 224 atraves da linha 259 para formar um fluxo de resfriamento combinado 257. O fluxo de resfriamento combinado 257 que escoa pela linha 259 ainda serve como 'reserva' para manter o edutor 282 funcionando corretamente se a velocidade de fluxo pela valvula de controle de pressao de retorno 280A for baixa demais. A valvula de controle de pressao de retorno 280B e preferivelmente fixada uns poucos Pascais mais alto que a valvula de controle de pressao 280A para manter o fluxo de resfriamento combinado 257 movimentado na diregao correta. 0 fluxo de resfriamento combinado 257 entao passa atraves de um edutor 282. Um fluxo motivo 284, tirado do fluxo de processo entre o trocador de calor de alta eficiencia 166 e o trocador de calor do tipo espiral 224, tambem flui pelo edutor e serve para levar o fluxo de resfriamento combinado 257 dentro de uma ou mais das entradas de tanque 252A-252I (Figura 5B). Um edutor exemplar 282 podera ser configurado para operar a uma pressao de aproximadamente 5,27 MPa e a uma temperatura de aproximadamente -76,1 °C para o fluxo motivo, e pressao de aproximadamente 0,24 MPa e temperatura de aproximadamente -151,1 °C para o fluxo de sucgao com uma pressao de descarga de aproximadamente 0,47 MPa. Esse edutor esta disponivel de Fox Valve Development Corp. de Dover, New Jersey.

As misturas semifluidas de CO2 introduzidas dentro do trocador de calor 224, quer atraves do fluxo de resfriamento 170', do fluxo de resfriamento combinado 257, ou do fluxo de subfluxo 278, escoam para baixo atraves do trocador de calor 224 por um ou mais das espirais de resfriamento 232A-232C fazendo com que o CO2 solido sublime. Isto produz um fluxo de resfriamento 286 que tem uma temperatura suficientemente alta para nele eliminar o CO2 solido. O fluxo de resfriamento 286 que sai do trocador de calor 224 e combinado com o fluxo de resfriamento expandido 152' do expansor turbo 156 para formar o fluxo de resfriamento combinado 178' que e utilizado para resfriar o fluxo de processo comprimido 154' no trocador de calor de alta eficiencia 166. Quando da saida do trocador de calor 166, o fluxo de resfriamento combinado 178' e ainda combinado com varios outros componentes de gas que escoam pela conexao de interface 136A, conforme descrito em todo este texto, para descarga dentro da segao de fluxo descendente 130 do gasoduto 104 (Figura 1).

Com referencia agora a Figura 10, e mostrada uma usina de liquefagao 102"' de acordo com outra versao da invengao. A usina de liquefagao 102"' opera essencialmente da mesma maneira que a usina de liquefagao 102' da Figura 4, com algumas modificagoes secundarias.

Um quarto trocador de calor 222 esta localizado ao longo da via de escoamento do fluxo de processo sequencialmente entre o trocador de calor de alta eficiencia 166' e o trocador de calor 224. O trocador de calor 222 e associado a retirada de CO2 e serve essencialmente para aquecer CO2 solido que e removido do fluxo de processo em um ponto posterior no ciclo, conforme sera discutido em maior detalhe abaixo. O quarto trocador de calor 222 tambem auxilia no resfriamento do gas em preparagao para a liquefagao e a retirada do CO2. A mistura semifluida espessa formada no hidrociclone 258 sai do subfluxo 262 e passa atraves dos dutos 278' para o trocador de calor 222, onde a densidade da mistura semifluida e reduzida. A medida que a mistura semifluida de CO2 sai do trocador de calor 222 ela combina com qualquer vapor que entre pela entrada da usina 128 (do tanque 116 mostrado na Figura 1) bem como o vapor que passa atraves da linha 182' do separador de liquido/vapor 180 formando o fluxo de resfriamento combinado 257' . O fluxo de resfriamento combinado 257' passa atraves de uma valvula de controle de pressao de retorno 280A e entao atraves de um edutor 282. Um fluxo motivo 284', levado do fluxo de processo entre o trocador de calor 222 e o trocador de calor 224, tambem escoa atraves do edutor e serve para levar o fluxo de resfriamento combinado 158 dentro de uma ou mais das entradas de tanque 252A-252I (Figura 5B).

Como com a versao descrita com referencia a Figura 4, a mistura semifluida de CO2 introduzida dentro do trocador de calor 224, quer atraves do fluxo de resfriamento 170' ou do fluxo de resfriamento combinado 257, escoa para baixo atraves do trocador de calor 224 por uma ou mais espirais de resfriamento 232A-232C fazendo com que o CO2 solido sublime. Isto produz um fluxo de resfriamento 286 que tem uma temperatura alta o suficiente para nele eliminar o CO2 solido. O fluxo de resfriamento que sai do trocador de calor 224 e combinado com o fluxo de resfriamento expandido 152' do expansor turbo 156 para formar o fluxo de resfriamento combinado 178' que e utilizado para resfriar o fluxo de processo comprimido 154' no trocador de calor de alta eficiencia 166. Quando da saida do trocador de calor 166, o fluxo de resfriamento combinado 178' e ainda combinado com varios outros componentes do gas que escoam atraves da conexao de interface 136A, como foi descrito por todo o texto, para descarga dentro da segao de fluxo descendente 130 do gasoduto 104 (Figura 1).

Como com as versoes discutidas acima, os filtros de tela de CO2 266A e 266B poderao exigir limpeza ou purgagao de tempos em tempos. No entanto, na versao mostrada na Figura 10, gas podera ser tirado apos o ciclo de limpeza de agua no ponto de interface 27 6C e entrar no ponto de interface 276A ou 276B para escoar e limpar os filtros de tela de CO2 266A ou 266B. Durante a limpeza do filtro 266B, o gas de limpeza podera ser despejado de volta no gasoduto 104 (Figura 1) conforme e indicado pelas conexoes de interface 136E ou 136F e 136A. Valvulas e dutos apropriados permitem que os filtros 266A e 266B sejam trocados e isolados um do outro conforme venha a ser necessario.

Outros metodos de remogao de CO2 solidos que se acumularam nos filtros sao prontamente conhecidos daqueles versados na tecnica. O gas natural liquido filtrado sai da usina 102" para armazenamento conforme aqui descrito acima.

Com referencia agora as Figuras 11A e 12, e mostrado um circuito de pressao diferencial 300 da usina 102". O circuito de pressao diferencial 300 e projetado para equilibrar o fluxo que entra na valvula JT 176' logo antes do separador de liquido/vapor 180 com base na diferenga de pressao entre o fluxo de processo comprimido 154' e o fluxo de produto 172'. A valvula JT 174' localizada ao longo do fluxo de resfriamento 17 0' age como a valvula de controle Principal passando a maioria do fluxo de massa que sai do trocador de calor 224 para manter a temperatura correta no fluxo do produto 172'. Durante condigdes normais de operagao, supde-se que o gas sempre estara escoando atraves da valvula JT 174'. A abertura da valvula JT 174' aumenta o fluxo de retorno dentro do trocador de calor 224 e consequentemente diminui a temperatura no fluxo de produto 172' . Inversamente, limitar o escoamento pela valvula JT 174' resultara em maior temperatura no fluxo do produto 172' . A valvula JT 176' localizada no fluxo de produto 172' serve para equilibrar qualquer escoamento excessivo no fluxo de produto 172' devido a variagoes, por exemplo, no controle da temperatura do fluxo de produto 172' ou de oscilagoes experimentados devido a operagao do compressor 158.

Uma valvula de controle diferencial de pressao (PDC) 302 esta disposta entre, e acoplada ao fluxo de processo comprimido 154' e ao fluxo de produto 172' (como tambem e indicado pelas conexoes de interface 301A e 301B na Figura 4). Uma linha piloto 304 e acoplada entre o lado de pressao baixa 306 da valvula PDC 302 e a piloto 308 da valvula JT 176'. Tanto a valvula PDC 302 como a piloto 308 da valvula JT 176' sao esconsos (isto e, com molas) para compensagoes de pressao para compensar pelas perdas de pressao experimentadas pelo escoamento do fluxo de processo 154' pelo circuito que contem os trocadores de calor 166, 222 (se utilizado) e 224. A seguir estao exemplos de como o circuito de pressao diferencial 300 podera comportar-se em certas situagoes exemplares.

Em uma situagao, a pressao e o fluxo aumentam no fluxo de processo comprimido 154' devido a flutuagdes no compressor 158. A medida que a pressao aumenta no fluxo de processo comprimido 154', o lado alto 310 da valvula PDC 302 faz com que a valvula PDC 302 se abra, assim aumentando a pressao dentro da linha piloto 304 e o piloto 308 da valvula JT 176'. Apos escoar pelos varios trocadores de calor, uma nova pressao resultara no fluxo de produto 172'.

Com o fluxo sendo mantido pela valvula JT 174', o fluxo de processo excessivo acumulado no fluxo de produto 172' resultara em menor perda de pressao atraves dos trocadores de calor, trazendo a pressao no fluxo de produto 172' mais proximo da pressao exibida pelo fluxo de processo comprimido 154' . A maior pressao no fluxo de produto 172' sera sentida pela valvula PDC 302 e fara com que ela feche assim superando a pressao na linha piloto 304 e no elemento esconso do piloto 308. Como resultado, a valvula JT 176' abrira e aumentara o escoamento por ela. Com o aumento do fluxo atraves da valvula JT 17 6' a pressao no fluxo do produto 172' sera reduzida.

Em um segundo cenario, a pressao e o escoamento estao em condigao de estado estavel no fluxo de processo comprimido 154' . Neste caso o compressor fornecera mais escoamento do que sera removido pela valvula JT 174' , resultando em um aumento na pressao no fluxo de produto 172' . Com o acumulo da pressao no fluxo de produto, a valvula LDC 302 e a valvula JT 17 6' reagirao conforme descrito acima com relagao ao primeiro cenario para reduzir a pressao no fluxo de produto 172'.

Em um terceiro cenario, a valvula JT 174' abre-se repentinamente, magnificando a perda de pressao atraves dos trocadores de calor 224 e 166 e com isso reduzindo a pressao no fluxo de produto 172'. A perda de pressao no fluxo de produto 172' sera sentida pela valvula PDC 302, com isso atuando o piloto 308 tal que a valvula JT 17 6' fecha ate o fluxo voltar ao equilibrio.

Em um quarto cenario, a valvula JT 174' fecha repentinamente, causando um pico de pressao no fluxo de produto 172' . Neste caso, o aumento de pressao sera sentido pela valvula PDC 302, com isso atuando o piloto 308 e fazendo com que a valvula JT 17 6' se abra e libere a pressao/fluxo em excesso ate a pressao e o fluxo voltarem ao equilibrio.

Em um quinto cenario, a pressao diminui no fluxo de processo comprimido 154' devido a flutuagdes no compressor.

Isto fara com que o circuito 300 responda tal que a valvula JT 17 6' se feche momentaneamente ate que a pressao e o fluxo se equilibrem no fluxo de produto 172'. A valvula JT 174' e um componente significativo do circuito de pressao diferencial 300 pois ela serve para manter a subdivisao entre o fluxo de resfriamento 170' e o fluxo de produto 172' subsequente ao escoamento do fluxo de processo comprimido 154' atraves do trocador de calor 224. A valvula JT 174' efetua isto ao manter a temperatura do escoamento na linha 256 que sai do trocador de calor 224. A medida que a temperatura na linha 256 (e assim no fluxo de resfriamento 170' e no fluxo de processo 172') cai abaixo de uma temperatura desejada, o fluxo atraves da valvula JT 174' podera ser ajustado para fornecer menor resfriamento ao trocador de calor 224. Inversamente, a medida que a temperatura na linha 256 se eleva acima de uma temperatura desejada, o fluxo atraves da valvula JT 174' podera ser ajustado para fornecer mais resfriamento para o trocador de calor 224.

Com referencia agora a Figura 11B, e mostrado um circuito preferido 300' . A operagao do circuito 300' e geralmente a mesma que o circuito 300 descrito acima, entretanto, em vez de utilizar controle mecanico, o circuito 300' e controlado eletro/pneumaticamente. As principais diferengas entre o circuito 300 e o 300' incluem a substituigao das linhas sensoras de pressao 370 e 372 pelos sensores de pressao 374 e 376 e os condutores eletricos 370' e 372' . Ademais, o regulador de pressao diferencial 302 e a linha de controle 304 sao substituidos por uma controladora eletrica 302' e uma linha sensora eletro-pneumatica 304' e o piloto 308 e substituido pelo controle piloto corrente-para-pneumatico (I/P) 308'. Deve- se observar que quando da utilizagao do circuito 300 ou do circuito 300' eles trabalharao com qualquer niimero de trocadores de calor que forneceriam uma queda de pressao de 154' para 172'.

Com referencia agora a Figura 12, e mostrada uma usina de liquefagao 102"" e de processo, de acordo com outra versao da invengao. A usina de liquefagao 102"" opera essencialmente da mesma maneira que a usina de liquefagao 102"' da Figura 10 com algumas modificagoes secundarias. Em vez de passar o lodo de CO2 espesso do hidrociclone 258 atraves de um trocador de calor 222 (Figura 10), uma bomba 320 acomoda o fluxo do logo de CO2 espesso de volta para o trocador de calor 224. A configuragao da usina 102""elimina a necessidade de um trocador de calor adicional (isto e, 222 da Figura 10) . Entretanto, o escoamento do lodo de CO2 espesso podera ser limitado pela capacidade da bomba e da densidade do logo espesso na configuragao mostrada na Figura 10.

Com referencia agora a Figura 13, uma configuragao fisica exemplar da usina 102" descrita com referencia a Figura 4 e mostrada de acordo com uma versao da mesma. A usina 102" e mostrada sem lados ou o teto por visibilidade.

Substancialmente, uma usina inteira 102" podera ser deslocada e transportada conforme necessario. Apontando alguns dos principais componentes da usina 102", o expansor turbo 156/compressor 158 e mostrado na parte do lado direito do deslizador 330. Um operador humano 332 e mostrado ao lado expansor turbo 156/compressor 158 para fornecer um quadro de referencia gerai sobre a dimensao da usina 102". Geralmente, a usina gerai podera ser configurada, por exemplo, para ser aproximadamente de 9,14 m de comprimento, 5,18 m de altura e 2,59 m de largura. No entanto, a usina gerai podera ser dimensionada menor ou maior conforme desejado. O trocador de calor de alta eficiencia 166 e o trocador de calor 224 utilizados para sublimagao do CO2 solido sao encontrados no lado esquerdo do deslizador 330.

Os filtros de CO2 paralelos 266A e 266B podem ser vistos adjacentes ao trocador de calor 224. A fiagao 334 podera se estender do deslizador 330 ate um local remoto, como um atenuador separado 335 ou a sala de controle, para controlar varios componentes, como, por exemplo, o expansor turbo 156/compressor 158, como sera apreciado e compreendido por aqueles versados na tecnica.

Adicionalmente, linhas pneumaticas e/ou hidraulicas podem estender do deslizador 330 para o controle ou a entrada de energia externa como podera ser desejado. Observa-se que ao localizar os controles remotamente, ou pelo menos alguns dos controles, os custos poderao ser reduzidos pois esses controles e instrumentos localizados remotamente nao precisam ter, por exemplo, envelopes a prova de explosao outros recursos de seguranga gue seriam necessarios se localizados no deslizador 330.

Tambem e observado que a estrutura 340 podera ser montada no deslizador 330 e configurada para abranger substancialmente a usina 102". Uma primeira segao 342, exibindo uma primeira altura, e mostrada para abranger substancialmente o volume ao redor do expansor turbo 156 e do compressor 158. Uma segunda segao 344 abrange substancialmente o volume ao redor dos trocadores de calor 166, 224, os filtros 266A e 266B e outros componentes que operam em temperaturas reduzidas. A segunda segao inclui duas subsegdes 344A e 344B com a subsegao 344A sendo substancialmente equivalente em altura a segao 342. A subsegao 344B se estende acima da altura da segao 342 e podera ser removida para fins de transporte conforme e discutido abaixo. Os dutos associados a usina 102" poderao ser isolados para fins de minimizar a transferencia de calor indesejada. Alternativamente, ou em combinagao com os dutos isolados e componentes selecionados, uma parede isolada 346 podera separar a segao 342 da segao 344 e dos ambientes externos da usina 102". Adicionalmente, paredes isoladas poderao ser colocadas na estrutura 340 ao redor do exterior da usina 102" para isolar pelo menos uma parte da usina 102" das condigoes de temperatura ambiente que podem reduzir a eficiencia da usina 102". Ademais, varios componentes poderao ser isolados individualmente alem dos dutos de interconexao, incluindo, sem a eles se limitar, o tanque de separagao 180, os modulos de filtro 266A e 266B, e os trocadores de calor 166 e 224.

Com referencia agora a Figura 14, a usina 102", ou uma parte substancial da mesma podera, por exemplo, ser carregada sobre um trailer 350 para ser transportada por caminhao 352 ate o local da usina. Alternativamente, a estrutura de suporte podera servir como o trailer com o deslizador 330 configurado com rodas, suspensao e um engate para montar no caminhao 352 em uma extremidade, e um segundo conjunto de rodas 354 na extremidade oposta. Outros meios de transporte serao prontamente aparentes aqueles versados na tecnica.

Observa-se que a subsegao superior 344B foi removida e, embora nao explicitamente mostrada no desenho, alguns componentes maiores como o trocador de calor de alta eficiencia 166 e o trocador de calor de processamento de CO2 solido 224 foram removidos. Isto permite potencialmente que a usina seja transportada sem qualquer licenga especial (isto e, carga larga, carga muito grande, etc.) enquanto mantem a usina substancialmente intacta. E ainda observado que a usina podera incluir controles tais que um minimo de entrada de operador e necessaria. Na verdade, podera ser desejavel que qualquer usina 102-102"" funcione sem um operador no local. Assim, com o projeto de programagao e de controle apropriados, a usina podera ser acessada atraves de telemetria remota para monitorar e/ou ajustar as operagoes da usina. De modo similar, varios alarmes poderao ser construidos dentro de tais controles de modo a alertar um operador remoto ou desligar a usina em uma condigao de abalo. Uma controladora adequada, por exemplo, podera ser uma controladora logica programavel (PLC) da serie DL405 comercialmente disponivel de Automation Direct de Cumming, Georgia.

Embora a invengao tenha sido revelada essencialmente em termos da liquefagao de gas natural, e observado que a presente invengao podera ser utilizada simplesmente para a remogao de componentes de gas, como, por exemplo, CO2 de um fluxo de gas relativamente 'sujo'. Adicionalmente, outros gases poderao ser processados e outros componentes de gases, como, por exemplo, nitrogenio, poderao ser removidos. Assim, a presente invengao nao e limitada a liquefagao de gas natural e a remogao dele de CO2.

EXEMPLO

Com referencia agora as Figuras 4 e 15, e apresentado um exemplo do processo realizado na usina de liquefagao 102". Observa-se que a Figura 14 e o mesmo diagrama de fluxo de processo que a Figura 4 (combinado com os componentes adicionais da Figura 3 - por exemplo, o compressor 154 e o expansor 156, etc.) mas com niimeros de referencia de componentes omitidos por clareza. Como o processo gerai foi descrito acima com referencia a Figura 4, o exemplo seguinte apresentara condigdes exemplares do gas/liquido/mistura semi-fluida em varios locais por toda a usina, aqui referidos como pontos de estado, de acordo com o projeto operacional calculado da usina 102".

No ponto de estado 400, quando o gas deixa o gasoduto de distribuigao e entra na usina de liquefagao o gas sera de aproximadamente 15,5 °C a uma pressao de aproximadamente 30,9 kg/cm2 com um escoamento de aproximadamente 4535,9 kg/h.

Nos pontos de estado 402 e 404, o escoamento sera subdividido tal que aproximadamente 2297 kg/h escoa atraves do ponto de estado 402 e aproximadamente 2243 kg/h escoa atraves do ponto de estado 404 com temperaturas e pressdes de cada ponto de estado sendo similar aquela do ponto de estado 400.

No ponto de estado 406, quando o escoamento sai do expansor turbo 156, o gas estara a aproximadamente -75,5 °C a uma pressao de aproximadamente 0,45 MPa. No ponto de estado 408, quando o gas sai do compressor 158, o gas estara a aproximadamente 86,1 °C a uma pressao de aproximadamente 5,3 MPa.

No ponto de estado 410, apos o primeiro trocador de calor 220 e antes do trocador de calor de alta eficiencia 166, o gas estara a aproximadamente 79,4 °C a uma pressao de aproximadamente 5,3 MPa. No ponto de estado 412, apos a limpeza da agua e cerca de metade do caminho pelo trocador de calor de alta eficiencia 166, o gas estara a aproximadamente -56,6 °C a uma pressao de aproximadamente 53,85 kg/cm2 e exibe uma velocidade de escoamento de aproximadamente 2240 kg/h. O gas que sai do trocador de calor de alta eficiencia 166, como e mostrado no ponto de estado 414, estara a aproximadamente -76,11 °C a uma pressao de aproximadamente 5,26 MPa. O escoamento atraves do fluxo de produto 172' no ponto de estado 418 sera de aproximadamente -131,66 °C a uma pressao de aproximadamente 5,24 MPa com uma velocidade de escoamento de aproximadamente 1694,1 kg/h. No ponto de estado 420, apos passar atraves da valvula Joule-Thomson, e antes de entrar no separador 180, o escoamento tornar-se-a uma mistura de gas, gas natural liquido, e CO2 solido e estara a aproximadamente -151,1 °C a uma pressao de aproximadamente 0,24 MPa. A mistura semifluida de CO2 solido e gas natural liquido tera temperaturas e pressdes similares ao sair do separador 180; no entanto, ele tera uma velocidade de escoamento de aproximadamente 600,5 kg/h.

No ponto de estado 422, a pressao da mistura semi- fluida sera elevada, atraves da bomba 260, a uma pressao de aproximadamente 0,7 8 MPa e uma temperatura de aproximadamente -148,89 °C. No ponto de estado 424, apos ser separado atraves do hidrociclone 258, o gas natural liquido -151,1 °C a uma pressao de aproximadamente 0,24 MPa com uma velocidade de escoamento de aproximadamente 480,3 kg/h. O estado do gas natural liquido permanecera substancialmente o mesmo quando ele sai da usina 102" dentro de um recipiente de armazenamento.

No ponto de estado 426 o lodo espesso (incluindo CO2 solido) que sai do hidrociclone 258 estara a aproximadamente -148,3 °C a uma pressao de aproximadamente 0,472 MPa e escoara a uma velocidade de aproximadamente 120,2 kg/h.

No ponto de estado 430, o gas que sai do separador 180 estara a aproximadamente 115,1 °C a uma pressao de aproximadamente 0,24 MPa com uma velocidade de escoamento de aproximadamente 119,3 kg/h.

No ponto de estado 434, o gas no fluxo motivo que entra no edutor estara a aproximadamente -76,11 °C a aproximadamente 5,26 MPa. A velocidade de escoamento no ponto de estado 434 sera de aproximadamente 546,5 kg/h. No ponto de estado 436, subsequente ao edutor, o fluxo misto estara a aproximadamente -138,3 °C a aproximadamente 0,48 MPa com uma velocidade de escoamento combinada de aproximadamente 319,6 kg/h.

No ponto de estado 438, antes da valvula JT 174', o gas estara a aproximadamente -131,7 °C a uma pressao de aproximadamente 5,24 MPa com uma velocidade de escoamento de aproximadamente 973,8 kg/h. No ponto de estado 440, apos passar atraves da valvula JT 174' onde CO2 solido e formado, a mistura semi-fluida estara a aproximadamente -140,5 °C com uma pressao de aproximadamente 0,472 MPa.

No ponto de estado 442, quando da saida do trocador de calor 224, a temperatura do gas estara a aproximadamente -126,1 °C e a pressao sera de aproximadamente 0,44 MPa. A velocidade de escoamento no ponto de estado 442 sera de aproximadamente 1767,6 kg/h. No ponto de estado 444, apos combinar dois fluxos, o gas tera uma temperatura de aproximadamente -101,7 °C e uma pressao de aproximadamente 0,44 MPa.

No ponto de estado 446, quando da saida do trocador de calor de alta eficiencia 166, e antes da descarga dentro do gasoduto 104, o gas tera uma temperatura de aproximadamente 37,2 °C e uma pressao de aproximadamente 0,44 MPa. A velocidade de escoamento no ponto de estado 446 sera de aproximadamente 4065,1 kg/h. A luz da revelagao acima sera apreciado que o processo de liquefagao aqui representado e descrito fornece um meio de baixo custo, eficiente e eficaz de produzir LNG sem a exigida 'purif icagao' do gas antes de submeter o gas ao ciclo de liquefagao. Isto permite a utilizagao de gas relativamente 'sujo' tipicamente encontrado em linhas de servigo residenciais e industriais, e elimina o requisito de equipamento caro de pre-tratamento e fornece uma redugao significativa nos custos operacionais para processar um gas tao relativamente 'sujo'.

Embora a invengao podera ser suscetivel a varias modificagoes e formas alternativas, versoes especificas que foram mostradas por meio de exemplo nos desenhos e que foram aqui descritas em detalhe, deve ser compreendido que a invengao nao pretende ser limitada as formas particulares reveladas. Em vez disso, a invengao inclui todas as modificagoes equivalentes, e alternativas que se enquadram dentro do espirito e escopo da invengao conforme definidos pelas seguintes reivindicagoes apensas.

REIVINDICAgOES

Claims (66)

1. Metodo de remover dioxido de carbono de uma massa de gas natural, caracterizado pelo fato de compreender: resfriar pelo menos uma parte do gas natural para formar uma mistura semifluida que inclui pelo menos gas natural liquido e di0xido de carbono solido; escoar a mistura semifluida atraves de um hidrociclone; remover o dioxido de carbono solido e uma parte do gas natural liquido atraves de um subfluxo do hidrociclone.

2. Metodo, de acordo com a reivindicagao 1, caracterizado pelo fato da remogao do di0xido de carbono solido e uma parte do gas natural liquido atraves de um subfluxo do ciclone compreender ainda a formagao de um lodo espesso que inclui o dioxido de carbono solido e uma parte do gas natural liquido e o escoamento do lodo espesso atraves de um subfluxo do hidrociclone.

3. Metodo, de acordo com a reivindicagao 2, caracterizado por compreender ainda o escoamento da parte restante do gas natural liquido atraves de um sobrefluxo do hidrociclone.

4. Metodo, de acordo com a reivindicagao 3, caracterizado por compreender ainda a compressao da massa de gas natural antes do resfriamento e subsequente a formagao da mistura semifluida.

5. Metodo, de acordo com a reivindicagao 4, caracterizado pelo fato do resfriamento de pelo menos uma parte da massa de gas natural incluir o escoamento de pelo menos uma parte atraves de pelo menos um trocador de calor.

6. Metodo, de acordo com a reivindicagao 5, caracterizado por compreender ainda a expansao de pelo menos outra parte da massa de gas natural para formar um fluxo de resfriamento e o escoamento do fluxo de resfriamento atraves de pelo menos um trocador de calor para resfriar pelo menos uma parte da massa de gas natural.

7. Metodo, de acordo com a reivindicagao 3, caracterizado por compreender ainda o escoamento da parte restante do gas natural liquido atraves de pelo menos um filtro de tela.

8. Metodo, de acordo com a reivindicagao 3, caracterizado pelo fato do resfriamento de pelo menos uma parte da massa de gas natural incluir a utilizagao do lodo espesso como um refrigerante.

9. Metodo, de acordo com a reivindicagao 3, caracterizado por compreender ainda a retirada da massa de gas natural de uma fonte de gas natural nao purificado.

10. Metodo, de acordo com a reivindicagao 9, caracterizado por compreender ainda a formagao de um vapor do lodo espesso e o descarregamento do vapor de volta dentro da fonte de gas natural nao purificado.

11. Metodo, de acordo com a reivindicagao 1, caracterizado pelo fato do resfriamento de pelo menos uma parte do gas natural para formar uma mistura semifluida incluir o escoamento de pelo menos uma parte do gas natural atraves de pelo menos uma valvula Joule-Thomson.

12. Metodo, de acordo com a reivindicagao 1, caracterizado por ainda compreender a remogao da agua de pelo menos uma parte do gas natural antes de escoar pelo menos uma parte do gas natural atraves do hidrociclone.

13. Metodo, de acordo com a reivindicagao 1, caracterizado por compreender ainda o escoamento de pelo menos outra parte do gas natural atraves de um expansor e do mesmo gerar trabalho, a compressao de pelo menos uma parte do gas natural utilizando o trabalho gerado do expansor, e o resfriamento parcial de pelo menos uma parte comprimida do gas natural utilizando pelo menos outra parte expandida do gas natural.

14. Sistema para remover dioxido de carbono de uma massa de gas natural que inclui pelo menos um constituinte adicional, caracterizado por compreender: um compressor configurado para produzir um fluxo comprimido de gas natural de pelo menos uma parte da massa de gas natural; pelo menos um trocador de calor posicionado e configurado para receber e resfriar o fluxo comprimido; meio posicionado e configurado para receber e expandir o fluxo comprimido resfriado e formar uma mistura semifluida que compreende gas natural liquido e dioxido de carbono solido; um hidrociclone posicionado e configurado para receber a mistura semifluida e separar a mistura semi-fluida em uma primeira parte de gas natural liquido e um lodo espesso que compreende o dioxido de carbono solido e uma segunda parte do gas natural liquido.

15. Sistema, de acordo com a reivindicagao 14, caracterizado por compreender ainda um expansor turbo posicionado e configurado para receber pelo menos outra parte da massa de gas natural e do mesmo produzir um fluxo de resfriamento expandido de gas natural, o expansor turbo sendo acoplado mecanicamente ao compressor para energizar o mesmo.

16. Sistema, de acordo com a reivindicagao 15, caracterizado pelo fato do pelo menos um trocador de calor ser posicionado para receber o fluxo de resfriamento expandido para escoar por ele de maneira contracorrente com relagao ao fluxo comprimido.

17. Sistema, de acordo com a reivindicagao 16, caracterizado por compreender ainda um filtro posicionado e configurado para remover agua do fluxo comprimido a medida que ele escoa atraves de pelo menos um trocador de calor.

18. Sistema, de acordo com a reivindicagao 17, caracterizado por compreender ainda pelo menos um filtro de tela posicionado e configurado para receber a primeira parte do gas natural liquido.

19. Sistema, de acordo com a reivindicagao 18, caracterizado pelo fato de pelo menos um filtro de tela incluir uma pluralidade de filtros de tela formados por tela de ago inoxidavel disposta sequencialmente em uma via de escoamento da primeira parte do gas natural liquido, cada filtro sucessivo ao longo da via de escoamento tendo um tamanho de tela reduzido em relagao ao filtro de tela adjacente no fluxo ascendente ao longo da via de escoamento.

20. Sistema, de acordo com a reivindicagao 14, caracterizado pelo fato de pelo menos um trocador de calor compreender uma pluralidade de trocadores de calor incluindo pelo menos um trocador de calor de alta eficiencia.

21. Sistema, de acordo com a reivindicagao 20, caracterizado pelo fato de pelo menos um trocador de calor de alta eficiencia incluir uma pluralidade de placas de aluminio.

22. Sistema, de acordo com a reivindicagao 21, caracterizado pelo fato da pluralidade de trocadores de calor incluir um trocador de calor de tubo-em-concha.

23. Sistema, de acordo com a reivindicagao 22, caracterizado pelo fato do trocador de calor de tubo-em- concha incluir uma pluralidade de espirais de ago inoxidavel empilhadas verticalmente dentro de um tanque de ago inoxidavel.

24. Sistema, de acordo com a reivindicagao 14, caracterizado por compreender ainda um separador liquido- gas posicionado e configurado para receber a mistura semifluida e separar a mistura semi-fluida de um vapor de gas natural antes da mistura semi-fluida ser recebida pelo hidrociclone.

25. Usina de liquefagao, caracterizada por compreender: uma entrada da usina configurada para ser acoplada por selagem e fluidamente com uma fonte de gas natural nao purificado; um expansor turbo posicionado e configurado para receber um primeiro fluxo de gas natural retirado atraves da entrada da usina e produzir a partir dele um fluxo de resfriamento expandido; um compressor acoplado mecanicamente ao expansor turbo, posicionado e configurado para receber um segundo fluxo de gas natural retirado atraves da entrada da usina e produzir a partir dele um fluxo de processo comprimido; um primeiro trocador de calor posicionado e configurado para receber o fluxo de processo comprimido e o fluxo de resfriamento expandido em disposigao de fluxo de contracorrente para resfriar o fluxo de processo comprimido; uma primeira saida da usina posicionada e configurada para ser acoplada por selagem e fluidamente a fonte de gas nao purificado e nela descarregar o fluxo de resfriamento expandido subsequente a passagem dela pelo do trocador de calor; uma primeira valvula de expansao posicionada e configurada para receber e expandir uma primeira parte do fluxo de processo comprimido e resfriado para formar um fluxo de resfriamento adicional, a usina incluindo ainda uma estrutura de tubulagao para combinar o fluxo de resfriamento adicional com o fluxo de resfriamento expandido antes do fluxo de resfriamento expandido entrar no primeiro trocador de calor; uma segunda valvula de expansao posicionada e configurada para receber e expandir uma segunda parte do fluxo de processo comprimido e resfriado para formar a partir dele uma mistura de gas-solido-liquido; um primeiro separador de gas-liquido posicionado e configurado para receber a mistura de gas-solido-liquido; e uma segunda saida da usina posicionada e configurada para ser acoplada por selagem e fluidamente a um recipiente de armazenamento, o primeiro separador de gas-liquido sendo posicionado e configurado para entregar um liquido nele contido para a segunda saida da usina.

26. Usina de liquefagao, de acordo com a reivindicagao 25, caracterizada por compreender ainda um hidrociclone acoplado operacionalmente entre o primeiro separador de gas-liquido e a segunda saida da usina.

27. Usina de liquefagao, de acordo com a reivindicagao 26, caracterizada por compreender ainda uma bomba acoplada operacionalmente entre o hidrociclone e o primeiro separador de gas-liquido para gerenciar o estado de um liquido a ser introduzido no hidrociclone.

28. Usina de liquefagao, de acordo com a reivindicagao 26, caracterizada por compreender ainda pelo menos um filtro de tela disposto entre o hidrociclone e a segunda saida da usina.

29. Usina de liquefagao, de acordo com a reivindicagao 28, caracterizada por compreender ainda um filtro configurado para remover agua, o filtro de liquido sendo disposto dentro da via de escoamento do fluxo de processamento comprimido em uma posigao ao longo da via de escoamento dentro do primeiro trocador de calor.

30. Usina de liquefagao, de acordo com a reivindicagao 29, caracterizada por compreender ainda um segundo separador de gas-liquido disposto dentro da via de escoamento do fluxo de processamento comprimido adjacente ao filtro de liquido.

31. Usina de liquefagao, de acordo com a reivindicagao 30, caracterizada pelo fato do primeiro trocador de calor incluir uma pluralidade de placas resistentes a corrosao.

32. Usina de liquefagao, de acordo com a reivindicagao 31, caracterizada por compreender ainda um segundo trocador de calor posicionado e configurado para receber o fluxo de processo comprimido e resfriado.

33. Usina de liguefagao, de acordo com a reivindicagao 32, caracterizada pelo fato do segundo trocador de calor incluir uma pluralidade de espirais resistentes a corrosao e empilhadas verticalmente dentro de um tanque resistente a corrosao.

34. Usina de liquefagao, de acordo com a reivindicagao 33, caracterizada pelo fato de pelo menos uma da pluralidade de espirais resistentes a corrosao empilhadas verticalmente compreender ago inoxidavel.

35. Usina de liquefagao, de acordo com a reivindicagao 34, caracterizada pelo fato do tanque resistente a corrosao compreender ago inoxidavel.

36. Usina de liquefagao, de acordo com a reivindicagao 33, caracterizada pelo fato do segundo trocador de calor incluir pelo menos uma jaqueta de respingo mais interna posicionada dentro de pelo menos uma das espirais resistentes a corrosao empilhadas verticalmente.

37. Usina de liquefagao, de acordo com a reivindicagao 36, caracterizada pelo fato de pelo menos uma jaqueta de respingo mais interna ser compreendida de ago inoxidavel.

38. Usina de liquefagao, de acordo com a reivindicagao 33, caracterizada pelo fato do segundo trocador de calor incluir pelo menos uma jaqueta de respingo mais externa posicionada entre pelo menos uma das espirais resistentes a corrosao empilhadas verticalmente e o tanque resistente a corrosao.

39. Usina de liquefagao, de acordo com a reivindicagao 38, caracterizada pelo fato de pelo menos uma jaqueta de respingo mais externa ser compreendida de ago inoxidavel.

40. Usina de liquefagao, de acordo com a reivindicagao 33, caracterizada por compreender ainda uma estrutura de suporte, em que cada um dentre: o expansor turbo, o compressor, o primeiro trocador de calor, o segundo trocador de calor, o hidrociclone, o pelo menos um filtro de tela, o filtro de liquido, o primeiro separador de gas- liquido e o segundo separador de gas-liquido e transportado na estrutura de suporte.

41. Usina de liquefagao, de acordo com a reivindicagao 33, caracterizada pelo fato da estrutura de suporte ser de aproximadamente 2,44 m de largura e de aproximadamente 9,14 m de comprimento.

42. Usina de liquefagao, de acordo com a reivindicagao 41, caracterizada por compreender ainda uma armagao montada na estrutura de suporte, a armagao definindo substancialmente uma periferia volumetrica externa da usina de liquefagao.

43. Usina de liquefagao, de acordo com a reivindicagao 42, caracterizada pelo fato da armagao exibir uma altura nominal de aproximadamente 5,2 m.

44. Usina de liquefagao, de acordo com a reivindicagao 43, caracterizada pelo fato da armagao incluir pelo menos uma primeira parte e uma segunda parte removivel, em que a segunda parte removivel podera ser removida para reduzir a altura maxima da armagao.

45. Usina de liquefagao, de acordo com a reivindicagao 42, caracterizada por compreender ainda pelo menos uma parede isolada montada na armagao posicionada tal que o expansor turbo e o compressor estejam localizados em um primeiro lado da pelo menos uma parede isolada, e o primeiro trocador de calor e o segundo trocadores de calor estejam posicionados em um segundo lado oposto ao de pelo menos uma parede isolada.

46. Usina de liquefagao, de acordo com a reivindicagao 45, caracterizada pelo fato da usina ser configurada para ser transportada como uma unidade substancialmente intacta.

47. Usina de liquefagao, de acordo com a reivindicagao 42, caracterizada por compreender ainda uma unidade de controle configurada para facilitar o monitoramento e o controle remoto da usina por telemetria.

48. Usina de liquefagao, de acordo com a reivindicagao 40, caracterizada por compreender ainda dutos de interconexao de componentes que sao individualmente isolados.

49. Usina de liquefagao, de acordo com a reivindicagao 48, caracterizada por compreender ainda pelo menos um dentre o expansor turbo, o compressor, o primeiro trocador de calor, o segundo trocador de calor sendo individualmente isolado.

50. Metodo de produzir gas natural liquido, caracterizado por compreender: fornecer uma fonte de gas natural nao purificado; escoar uma parte do gas natural da fonte; dividir a parte de gas natural em um fluxo de processo e um primeiro fluxo de resfriamento; escoar o primeiro fluxo de resfriamento atraves de um expansor turbo e produzir a partir dele uma saida de trabalho; energizar um compressor com a saida de trabalho do expansor turbo; escoar o fluxo de processo atraves do compressor; resfriar o fluxo de processo comprimido com pelo menos o fluxo de resfriamento expandido; dividir o fluxo de processo comprimido e resfriado em um fluxo de produto e um segundo fluxo de resfriamento; expandir o segundo fluxo de resfriamento e combinar o segundo fluxo de resfriamento expandido com o primeiro fluxo de resfriamento expandido; expandir o fluxo de produto para formar uma mistura que compreende liquido, vapor e solido; separar o liquido e o solido do vapor; e separar pelo menos uma parte do liquido do solido.

51. Metodo, de acordo com a reivindicagao 50, caracterizado pelo fato da separagao de pelo menos uma parte do liquido do solido incluir submeter o solido e o liquido a uma forga centrifuga.

52. Metodo, de acordo com a reivindicagao 51, caracterizado por compreender ainda a combinagao do solido e pelo menos outra parte do liquido com o primeiro fluxo de resfriamento expandido e o segundo fluxo de resfriamento expandido.

53. Metodo, de acordo com a reivindicagao 52, caracterizado por compreender ainda a descarga do fluxo de resfriamento combinado de volta dentro da fonte do gas natural nao purificado.

54. Trocador de calor, caracterizado por compreender: um tanque; pelo menos duas espirais dispostas no tanque; pelo menos uma entrada de espiral configurada para admitir um primeiro fluxo atraves de pelo menos uma das pelo menos duas espirais; uma pluralidade de saidas de espiral configuradas para passar o primeiro fluxo das espirais; pelo menos duas entradas de tanque configuradas para escoar um segundo fluxo atraves do tanque, cada uma das pelo menos duas entradas de tanque sendo posicionadas proximas a uma espiral correspondente das pelo menos duas espirais para fazer com que o segundo fluxo escoe sobre pelo menos uma espiral com a qual a respectiva entrada de tanque esta posicionada proximamente; e uma saida de tanque configurada para remover o segundo fluxo do tanque e em que o trocador de calor e configurado tal que o primeiro fluxo podera ser escoado seletivamente atraves de um numero desejado das pelo menos duas espirais, e tal que o segundo fluxo podera ser escoado substancialmente simultaneamente pelas mesmas espirais atraves das quais o primeiro fluxo e seletivamente escoado.

55. Trocador de calor, de acordo com a reivindicagao 54, caracterizado pelo fato do trocador de calor ser configurado tal que o primeiro fluxo podera escoar seletivamente atraves de apenas uma espiral das pelo menos duas espirais e tal que o segundo fluxo podera ser escoado seletivamente por apenas uma espiral das pelo menos duas espirais substancialmente simultaneamente.

56. Trocador de calor, de acordo com a reivindicagao 54, caracterizado pelo fato do tanque ser configurado como um vaso de pressao.

57. Trocador de calor, de acordo com a reivindicagao 54, caracterizado pelo fato do tanque compreender ago inoxidavel.

58. Trocador de calor, de acordo com a reivindicagao 54, caracterizado pelo fato das pelo menos duas espirais compreenderem ago inoxidavel.

59. Trocador de calor, de acordo com a reivindicagao 54, caracterizado por ainda compreender pelo menos um desviador de fluxo posicionado em uma via de escoamento do primeiro fluxo, em que o desviador de fluxo auxilia na definigao de por quais espirais do numero desejado de espirais o primeiro fluxo escoara.

60. Trocador de calor, de acordo com a reivindicagao 59, caracterizado pelo fato do pelo menos um desviador de fluxo compreender pelo menos um plugue.

61. Trocador de calor, de acordo com a reivindicagao 60, caracterizado pelo fato do pelo menos um plugue compreender um corpo tendo um primeiro conjunto de roscas externas e um cabegote chaveado configurado para casar cooperativamente com uma ferramenta de instalagao.

62. Trocador de calor, de acordo com a reivindicagao 60, caracterizado pelo fato do pelo menos um plugue compreender ainda um conjunto de roscas internas formadas no cabegote chaveado.

63. Trocador de calor, de acordo com a reivindicagao 59, caracterizado pelo fato do pelo menos um desviador de fluxo compreender uma valvula.

64. Trocador de calor, de acordo com a reivindicagao 59, caracterizado pelo fato do pelo menos um desviador de fluxo compreender um flange cego.

65. Trocador de calor, de acordo com a reivindicagao 54, caracterizado pelo fato das pelo menos duas espirais compreenderem tres espirais.

66. Trocador de calor, caracterizado por compreender: um tangue tendo uma pluralidade de entradas de tanque e pelo menos uma saida de tanque; pelo menos duas espirais de resfriamento dispostas dentro do tanque e acopladas juntas em serie e configuradas tal que um primeiro fluxo podera ser escoado seletivamente atraves de uma ou mais das pelo menos duas espirais, em que pelo menos uma da pluralidade de entradas de tanque e associada a cada uma das pelo menos duas espirais de resfriamento e configurada tal que um segundo fluxo podera ser escoado seletivamente atraves de uma ou mais entradas de tanque para corresponder com o escoamento seletivo do primeiro fluxo.