BR102012002885B1 - processo para o resfriamento de uma corrente com um ou mais componentes - Google Patents

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Abstract

PROCESSO PARA O RESFRIAMENTO DE UMA CORRENTE COM UM OU MAIS COMPONENTES. A presente invenção refere-se a um processo para o resfriamento de uma corrente com um ou mais componentes, especialmente de uma fração rica em hidrocarboneto, através de permuta indireta de calor com a mistura de agente refrigerante de um circuito de mistura de agente refrigerante, sendo que a mistura de agente refrigerante é condensada em pelo menos dois estágios e é separada em uma fração de mistura de agente refrigerante com ponto de ebulição mais baixo e condensada à pressão final do circuito de mistura de agente refrigerante, e em pelo menos uma fração de mistura de agente refrigerante com ponto de ebulição mais alto e condensada a uma pressão intermediária. De acordo com a invenção, a fração de mistura de agente refrigerante (5) com ponto de ebulição mais alto é bombeada (P11) à pressão da fração de mistura de agente refrigerante (8) com ponto de ebulição mais baixo e é unificada com a fração de mistura de agente refrigerante (8) com ponto de ebulição mais baixo, antes ou imediatamente ao início da permuta indireta de calor (E1).

Description

[0001] A presente invenção refere-se a um processo para o resfriamento de uma corrente com um ou mais componentes, especialmente de uma fração rica em hidrocarboneto, através de permuta indireta de calor com a mistura de agente refrigerante de um circuito de mistura de agente refrigerante, sendo que a mistura de agente refrigerante é condensada pelo menos em dois estágios e é separada em uma fração de mistura de agente refrigerante com ponto de ebulição mais baixo, condensada à pressão final do circuito de mistura de agente refrigerante, e em pelo menos uma fração de mistura de agente refrigerante com ponto de ebulição mais alto, condensada para uma pressão intermediária.
[0002] Um processo desse gênero para o resfriamento de uma corrente com um ou mais componentes é conhecido, por exemplo, pelo DE-C 19722490. Tais processos de resfriamento, respectivamente de liquefação, são empregados, por exemplo, em instalações de liquefação base load. Nesse caso, as frações de mistura de agente refrigerante com ponto de ebulição mais baixo e com ponto de ebulição mais alto são evaporadas a diferentes níveis de temperatura contra a corrente a ser resfriada, respectivamente a ser liquefeita. Por meio desse procedimento de condução da corrente separadamente, é possível influenciar vantajosamente o perfil de temperatura resultante no ou nos trocadores de calor. O procedimento descrito no DE-C 19722490 requer, no entanto, um certo dispêndio extra com aparatos e técnica de regulagem, em comparação com circuitos de misturas em que não ocorra uma separação desse tipo.
[0003] O objetivo da presente invenção é disponibilizar um processo do gênero para o resfriamento de uma corrente com um ou mais componentes, que seja apropriado especialmente para a liquefação de uma corrente rica em hidrocarbonetos e que requeira um dispêndio menor em aparato e/ou em técnica de regulagem.
[0004] Para alcançar esse objetivo propõe-se um processo do gênero para o resfriamento de uma corrente com um ou mais componentes, o qual se caracterize pelo fato de que a fração de mistura de agente refrigerante com ponto de ebulição mais alto seja bombeada à pressão da fração de mistura de agente refrigerante com ponto de ebulição mais baixo, e antes do início ou imediatamente no início da permuta indireta de calor seja juntada à fração de mistura de agente refrigerante com ponto de ebulição mais baixo.
[0005] Devido à condução conjunta, a ser prevista de acordo com a invenção, das frações de mistura de agente refrigerante com ponto de ebulição mais alto e com ponto de ebulição mais baixo, torna-se possível reduzir o dispêndio com aparato e com técnica de regulagem. Nesse caso, no entanto, não ocorre nenhum aumento do consumo de energia do circuito de mistura de agente refrigerante. Custos adicionais de investimento e operacionais são causados pela bomba a ser prevista adicionalmente, bomba esta por meio da qual a fração de mistura de agente refrigerante com ponto de ebulição mais alto é bombeada à pressão da fração de mistura de agente refrigerante com ponto de ebulição mais baixo.
[0006] Outras configurações vantajosas do processo de acordo com a invenção, para o resfriamento de uma corrente com um ou mais componentes, que representam objetos das reivindicações dependentes, são caracterizadas pelo fato de que o bombeamento da fração de mistura de agente refrigerante com ponto de ebulição mais alto ocorre em um ou mais estágios e que a unificação, respectivamente misturação das frações de mistura de agente refrigerante com ponto de ebulição mais alto e com ponto de ebulição mais baixo ocorre em uma região do trocador de calor que é projetada especialmente para isso.
[0007] O processo de acordo com a invenção para o resfriamento de uma corrente com um ou mais componentes, bem como outras configurações vantajosas do mesmo serão explicados detalhadamente, a seguir, com base no exemplo de execução representado na figura.
[0008] A figura mostra um processo para o resfriamento e liquefação de uma fração de uso contendo nitrogênio e rica em hidrocarbonetos, no qual a obtenção de uma fração de nitrogênio altamente concentrada se acha integrada ao processo de liquefação. Um processo desse tipo é objeto, por exemplo, do DE-A 102009038458 não divulgado. Com a citação desse documento, considere-se que o seu conteúdo de evidência como um todo se acha integrado ao conteúdo de evidência do presente pedido de patente.
[0009] Através do duto 100, uma fração de uso contendo nitrogênio e rica em hidrocarbonetos é conduzida, inicialmente, a uma unidade de secagem A a ser prevista opcionalmente e, em seguida, através do duto 101 é conduzida a um trocador de calor E1. Neste, a fração de uso é liquefeita e resfriada abaixo do ponto de congelamento contra correntes processuais a serem ainda descritas. Através do duto 102, onde é prevista uma válvula de expansão d, a fração de uso sub- resfriada é fornecida a uma coluna de separação T1. De seu depósito de decantação é retirada, através do duto 106, uma fração empobrecida de nitrogênio e rica em hidrocarboneto, fração esta que será sub-resfriada no trocador de calor E4. Após a expansão na válvula e, essa fração é conduzida, através das seções de duto 107 e 108, a um tanque de sedimentação D1. A partir do depósito de decantação desse tanque de sedimentação, a fração produzida LNG líquida é retirada através do duto 109 e é conduzida ao tanque L de armazenamento LNG.
[00010] Do topo da coluna de separação T1 retira-se, através do duto 104, uma fração de nitrogênio altamente concentrada, cujo teor de nitrogênio comporta, usualmente, entre 90 e 100% de vol. Essa fração de nitrogênio será aquecida nos trocadores de calor E4 e E1 contra as correntes processuais a serem resfriadas e, em seguida, será retirada do processo através do duto 105.
[00011] Para a execução do processo de separação evoluindo na coluna de separação T1, uma fração lateral é retirada através do duto 103, resfriada no trocador de calor E4 e transferida como refluxo para a coluna de separação T1.
[00012] No topo do tanque de sedimentação D1, uma fração rica em nitrogênio é retirada através do duto 112. A ela será adicionado, através do duto 110, um gás boil-off condensado por meio do condensador C2 e proveniente do tanque L de armazenamento LNG. Essa corrente é conduzida, através do duto 113, para o trocador de calor E1 e é aquecida contra as correntes do processo a serem resfriadas. A corrente aquecida é conduzida, através do duto 114, para uma unidade de condensador C1 projetada, de preferência, com vários estágios, sendo aí condensada à pressão desejada de liquefação e, em seguida, é misturada à fração de uso 100 através do duto 115. Caso seja necessário, respectivamente opcionalmente, pode ser prevista uma lavagem com amina A'.
[00013] A condução do processo descrita anteriormente é empregada especialmente quando a concentração de nitrogênio no produto final LNG deva ser limitada a 1% de vol. Caso contrário, no caso de uma concentração de nitrogênio mais elevada poderiam ocorrer uma estratificação indesejável e perigosa dentro do tanque de armazenamento LNG, devido às densidades diferentes,
[00014] O circuito de mistura de agente refrigerante de 1 a 9, projetado de acordo com a invenção, inclui uma unidade de condensador C11 de dois estágios, um tanque de sedimentação D10 instalado antes dessa unidade de condensador, bem como dois tanques de sedimentação D11 e D12 instalados depois dos dois estágios de condensador. Além disso, ao contrário da condução do processo descrita no DE-C 19722490, deve ser prevista uma bomba, respectivamente uma unidade de bomba P11, projetada com um mais estágios.
[00015] A mistura de agente refrigerante evaporada no trocador de calor E1 contra a corrente de uso 101 a ser liquefeita, será conduzida ao tanque de sedimentação D10 mencionado anteriormente, através do duto 1. A fase gasosa retirada do topo desse tanque de sedimentação através do duto 2 será conduzida ao primeiro estágio de condensador da unidade de condensador C11 e será condensada por meio desta a uma pressão intermediária desejada. A mistura de agente refrigerante condensada será conduzida, através do duto 3, para o tanque de sedimentação D11 após a passagem através do refrigerador ulterior E11. A partir de seu depósito de decantação, uma fração de mistura de agente refrigerante com ponto de ebulição mais alto é retirada através do duto 5 e é bombeada por meio da bomba, respectivamente por meio da unidade de bomba P11, à pressão da fração de mistura de agente refrigerante gasosa com ponto de ebulição mais baixo, que ainda será descrita. Através do duto 5', no qual geralmente está dispostas uma válvula de regulagem b, essa fração líquida é conduzida antes da entrada do trocador de calor E1.
[00016] A fase gasosa retirada do tanque de sedimentação D11 através do duto 4 é conduzida ao segundo estágio de condensador da unidade de condensador 11 e, por meio desta, é condensada à pressão final desejada do circuito de mistura de agente refrigerante. Através do duto 6, a mistura de agente refrigerante condensada é transferida para o tanque de sedimentação D12 depois de passar pelo refrigerador ulterior E12. A fração líquida que se deposita no depósito de decantação do tanque de sedimentação é reconduzida, através do duto 7, onde é prevista uma válvula de regulagem c, antes da entrada do tanque de sedimentação D11. No topo do tanque de sedimentação D12, a fração de mistura de agente refrigerante gasosa condensada à desejada pressão final, com ponto de ebulição mais baixo, é retirada através do duto 8 e também é conduzida ao trocador de calor E1.
[00017] De acordo com a invenção, as frações de mistura de agente refrigerante 5' e 8 líquidas e também gasosas são reunidas antes ou imediatamente ao início da permuta de calor que ocorre no trocador de calor E1 e são conduzidas ao trocador de calor E1 sob a forma de corrente bifásica. A mistura de agente refrigerante bifásica será resfriada sob pressão no trocador de calor E1 e, nesse processo, ela será totalmente liquefeita. Na extremidade fria do trocador de calor E1, a mistura de agente refrigerante é retirada através do duto 9, é expandida na válvula a e, em seguida, é totalmente evaporada em nova passagem pelo trocador de calor E1.
[00018] Ao contrário do procedimento descrito no DE-C 19722490, no caso do processo de acordo com a invenção não é possível nenhuma influência direcionada sobre o perfil de temperatura no trocador de calor E1. Já que isso não é necessário em uma série de casos de aplicação, então o processo de acordo com a invenção, que tem como resultado um dispêndio menor em aparato e em técnica de regulagem, pode ser vantajoso em uma série de casos de aplicação.

Claims (3)

1. Processo para o resfriamento de uma corrente de um ou mais componentes, especialmente de uma fração rica em hidrocarboneto, através de permuta indireta de calor com a mistura de agente refrigerante de um circuito de mistura de agente refrigerante, sendo que a mistura de agente refrigerante é comprimida em pelo menos dois estágios e é separada em uma fração de mistura de agente refrigerante com ponto de ebulição mais baixo e comprimida à pressão final do circuito de mistura de agente refrigerante, e pelo menos uma fração de mistura de agente refrigerante com ponto de ebulição mais alto comprimida a uma pressão intermediária, caracterizado pelo fato de que a fração de mistura de agente refrigerante (5) com ponto de ebulição mais alto é bombeada (P11) à pressão da fração de mistura de agente refrigerante (8) com ponto de ebulição mais baixo e é combinada com a fração de mistura de agente refrigerante (8) com ponto de ebulição mais baixo, antes ou imediatamente ao início da permuta indireta de calor (E1).
2. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o bombeamento (P11) da fração de mistura de agente refrigerante (5) com ponto de ebulição mais alto ocorre em um ou mais estágios.
3. Processo de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que a combinação ou mistura das frações de mistura dos agentes refrigerantes com ponto de ebulição mais alto (5') e com ponto de ebulição mais baixo (5') ocorre em uma região do trocador calor (E1) especialmente projetada para tal.
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