BR102015008488A2 - processo para liquefazer uma fração rica em hidrocarbonetos - Google Patents

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Abstract

resumo patente de invenção: "processo para liquefazer uma fração rica em hidrocarbonetos". a presente invenção refere-se a um processo para liquefazer e super-refrigerar uma fração rica em hidrocarbonetos, em particular de gás natural, em que a fração, depois de realizado o resfriamento, é submetida a uma condensação parcial que serve para separar os hidrocarbonetos pesados, em particular de benzeno. de acordo com a invenção, a) a fração liquefeita rica em hidrocarbonetos (7) é super-refrigerada em um trocador de calor (e3) (operação normal), b) a adução da fração liquefeita rica em hidrocarbonetos (7) para o trocador de calor (e3), é interrompida o mais tardar ao atingir um valor de deposição de matéria sólida no trocador de calor (e3) (operação de purificação), c) a matéria sólida no trocador de calor (e3) é fundida por meio de um gás de descongelamento (10, 11) e removida do trocador de calor (e3) e d) em seguida, a fração liquefeita rica em hidrocarbonetos (7), é novamente aduzida para o trocador de calor (e3).

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "PRO- CESSO PARA LIQUEFAZER UMA FRAÇÃO RICA EM HIDROCAR- BONETOS". [0001] A invenção refere-se a um processo para liquefazer e su- per-refrigerar uma fração rica em hidrocarbonetos, em particular, de gás natural, sendo que a fração, depois de realizado o resfriamento, é submetida a uma condensação parcial que serve para separar os hi- drocarbonetos pesados, em particular de benzeno. [0002] A liquefação e super-refrigeração de uma fração rica em hidrocarbonetos ocorre, em geral, contra pelo menos um circuito de agente de refrigeração e/ou pelo menos um circuito de mistura de agentes de refrigeração. [0003] Ao liquefazer frações ricas em hidrocarbonetos, em particu- lar, gás natural, um objetivo importante consiste em evitar falhas ope- racionais através do congelamento de certos componentes da fração a ser liquefeita. Em geral, a água e o dióxido de carbono são tão sepa- rados no início da sequência do processo à temperatura ambiente através de uma lavagem química (por exemplo, lavagem de amina) e/ou processo de adsorção, para que na liquefação da fração rica em hidrocarbonetos esses não causem uma formação de sólidos indese- jáveis. [0004] Hidrocarbonetos pesados (SKW) com risco de congelamen- to - o termo "hidrocarbonetos pesados" compreende, a seguir, C6+- hidrocarbonetos -, em particular benzeno, podem ser separados da fração a ser liquefeita em condições ambientais somente com custos elevados. Por conseguinte, frequentemente após uma pequena con- densação parcial do gás de alimentação, uma fração líquida rica em SKW é removida em um separador, pelo que um risco de congelamen- to da fase gasosa que escapa desse separador durante a liquefação e a subsequente super-refrigeração é suficientemente reduzido. [0005] Um empobrecimento suficiente de SKWs, em particular de benzeno, da fase gasosa através de condensação parcial, via de re- gra, contudo, é garantida apenas quando a mistura gasosa a ser lique- feita contém componentes na faixa de ebulição média, por exemplo, propano, butano e/ou pentano, que durante o resfriamento do gás de alimentação se liquefazem em quantidade suficiente antes dos SKWs e, dessa maneira, servem como solventes para os mesmos. [0006] Se a composição do gás de alimentação devido a uma con- centração insuficiente de produtos com ponto de ebulição médio — neste caso, fala-se de um chamado gás pobre — não permite um em- pobrecimento suficiente de benzeno (tipicamente para < 1vppm) atra- vés de uma condensação parcial e uma subsequente separação do líquido rico em SKW, pode ocorrer, além disso, um congelamento in- desejável. [0007] O objetivo da presente invenção é indicar um processo de tipo genérico para liquefazer e super-refrigerar uma fração rica em hi- drocarbonetos, em particular, de gás natural, que possibilita uma sepa- ração segura e econômica de hidrocarbonetos pesados também nes- sas condições. [0008] Para resolver esse objetivo, propõe-se um processo para liquefazer e super-refrigerar uma fração rica em hidrocarbonetos, em particular de gás natural, que é caracterizado pelo fato de que a) a fração rica em hidrocarbonetos liquefeita é super- refrigerada em um trocador de calor separado (operação normal), b) a adução da fração liquefeita rica em hidrocarbonetos para o trocador de calor é interrompida o mais tardar ao atingir um va- lor de deposição de matéria sólida no trocador de calor (operação de purificação), c) a matéria sólida no trocador de calor é fundida por meio de um gás de descongelamento e removida do trocador de calor e d) em seguida, a fração liquefeita rica em hidrocarbonetos é novamente aduzida para o trocador de calor. [0009] De acordo com a invenção, a fração rica em hidrocarbone- tos já liquefeita é super-refrigerada, agora, em um trocador de calor separado (super-refrigerador), no qual, de forma consciente, é permiti- do um congelamento ou deposição de matéria sólida. Dessa maneira, na liquefação de gás natural, ambiciona-se especificamente uma for- mação de matéria sólida dos hidrocarbonetos pesados a uma tempe- ratura inferior a -70Ό, preferivelmente inferior a -80Ό no super- refrigerador. Ao atingir um valor de deposição de matéria sólida defini- do nesse trocador de calor separado, a operação normal é interrompi- da e trocada na operação de limpeza. Para isso, a adução da fração liquefeita rica em hidrocarbonetos e a ser super-refrigerada para o su- per-refrigerador é interrompida e a fração liquefeita é imediatamente aduzida para seu próximo uso e/ou para um armazenamento interme- diário. O valor de deposição de matéria sólida definido mencionado acima pode ser determinado, por exemplo, através de um aumento da queda de pressão da fração rica em hidrocarbonetos a ser super- refrigerada na passagem através do super-refrigerador. De acordo com a invenção, a matéria sólida é fundida na operação de purificação através do uso de uma quantidade e temperatura apropriadas de um gás de descongelamento e, em seguida, em um local apropriado, pre- ferivelmente em um ou nos pontos mais baixos da canalização e em forma concentrada, essa é removida em forma concentrada do troca- dor de calor separado e como uma regra, é distribuída no limite da ins- talação. A quantidade e/ou temperatura do gás de descongelamento deve(m) ser selecionada(s) de tal modo, que pelo menos 50%, preferi- velmente pelo menos 70% da quantidade da matéria sólida possam ser fundidos e removidos. A continuação do desenvolvimento do pro- cesso de acordo com a invenção propõe que depois da fusão da maté- ria sólida no trocador de calor separado, pelo menos aquelas passa- gens do trocador de calor do trocador de calor separado, nas quais pode ocorrer uma formação de matéria sólida, sejam enxaguadas através de um meio de enxágue gasoso ou líquido. Este enxágue ser- ve para fundir e remover as matérias sólidas remanescentes no troca- dor de calor separado. Como meio de enxágue é apropriado, em parti- cular, o nitrogênio seco ou uma fração da evaporação de gás (boil-off- gas), que é obtida no armazenamento intermediário da fração liquefei- ta rica em hidrocarbonetos e super-refrigerada. [0010] Depois de efetuada a purificação, a adução do gás de des- congelamento ou do meio de enxágue é concluída e transferida para a operação normal, para o que a fração rica em hidrocarboneto liquefeita e a ser super-refrigerada seja novamente aduzida ao trocador de calor separado. [0011] Se a fração liquefeita rica em hidrocarbonetos é super- refrigerada na operação normal no trocador de calor separado contra pelo menos uma corrente de agente de refrigeração e/ou pelo menos uma corrente de mistura de agentes de refrigeração, uma configuração vantajosa do processo de acordo com a invenção para liquefazer e super-refrigerar uma fração rica em hidrocarbonetos, é caracterizada pelo fato de que na operação de purificação essa corrente de agente de refrigeração e/ou a corrente de mistura de agentes de refrigeração é usada para refrigerar a fração rica em hidrocarbonetos a ser liquefei- ta. [0012] Devido à realimentação da corrente de agente de refrigera- ção e/ou da corrente de mistura de agentes de refrigeração realizada na operação de purificação descrita acima, o trocador de calor situado a montante do trocador de calor separado ou a região do trocador de calor assume, pelo menos parcialmente, a função de super- refrigeração do trocador de calor separado. Por meio dessa condução de processo, pode ser evitado de forma eficaz, que a fração liquefeita rica em hidrocarbonetos, deixe a região de liquefação na operação de purificação nitidamente mais quente do que a fração super-refrigerada deixa o trocador de calor separado na operação normal. A fração li- quefeita rica em hidrocarbonetos removida na extremidade fria do pro- cesso apresenta, dessa maneira, também na operação de purificação uma temperatura situada no máximo 30Ό, preferivelmente não mais de 20Ό acima da temperatura da fração rica em hidrocarbonetos su- per-refrigerada na operação normal. [0013] Se a fração rica em hidrocarbonetos a ser liquefeita, é li- quefeita e super-refrigerada contra pelo menos um circuito de refrige- ração, de acordo com uma outra configuração vantajosa do processo de acordo com a invenção, o gás de descongelamento necessário pa- ra a operação de purificação é formado através de uma corrente parci- al do agente de refrigeração que circula no circuito de refrigeração. Se esse circuito de refrigeração apresenta, por exemplo, uma unidade de compressor de dois estágios, então a corrente parcial do agente de refrigeração que serve como gás de descongelamento pode ser a do lado de aspiração do segundo estágio do compressor, descomprimida e opcionalmente temperada, conduzida através do trocador de calor separado e, em seguida, pode ser aduzida para o lado de aspiração do primeiro estágio do compressor. [0014] O processo de acordo com a invenção para liquefazer e super-refrigerar uma fração rica em hidrocarbonetos, bem como outras configurações vantajosas do mesmo, sejam esclarecidos em detalhes, a seguir, com base nos exemplos de execução representados nas Fi- guras 1 e 2. [0015] Nesse caso, a Figura 1 mostra uma condução de processo, em que a liquefação e a super-refrigeração da fração rica em hidrocar- bonetos é realizada contra um circuito de mistura, enquanto na condu- ção de processo representada na Figura 2, é usado um circuito expan- sor de nitrogênio de dois estágios. [0016] A fração de aplicação rica em hidrocarbonetos a ser lique- feita, no caso da qual se trata, por exemplo, de um chamado gás natu- ral pobre, é aduzida uma unidade de separação A antes da própria li- quefação, na qual, por meio de uma lavagem química e/ou de um pro- cesso de adsorção, a água e o dióxido de carbono, que são removidos através do tubo 2, são separados. A fração de aplicação 3 previamen- te purificada dessa maneira, é aduzida a um primeiro trocador de calor ou a uma região do trocador de calor E1, nesse a fração é resfriada e parcialmente condensada. A fração parcialmente condensada 4, é aduzida, logo a seguir, a um separador D1 e neste a fração é separa- da em uma fração líquida 5 que contém hidrocarbonetos pesados, bem como em uma fração gasosa 6 rica em hidrocarbonetos. Enquan- to a primeira é a do fundo do separador D1 através da válvula de regu- lagem V6, a fração gasosa 6 é liquefeita no segundo trocador de calor ou na região do trocador de calor E2. A fração liquefeita rica em hidro- carbonetos 7 é super-refrigerada de acordo com a invenção em um trocador de calor separado ou em um super-refrigerador E3. Através da válvula V4, a fração rica em hidrocarbonetos super-refrigerada 8 - no caso de gás natural, essa representa a fração de produção LNG - é aduzida para seu próximo uso e/ou armazenamento intermediário. Os trocadores de calor E1 a E3 descritos acima, podem ser executados como trocadores de calor bobinados e/ou permutadores de placa sol- dados. [0017] Na condução de processo representada na Figura 1, a re- frigeração, liquefação e a super-refrigeração da fração rica em hidro- carbonetos, são efetuadas contra um circuito de mistura, que apresen- ta uma unidade de compressor C1 de dois estágios. O agente de refri- geração aquecido e evaporado nos trocadores de calor E1 a E3 é conduzido através de um tubo 20 para um recipiente D2 ligado em sé- rie ao primeiro estágio da unidade de compressor C1. A fração gasosa 21 obtida nesse, é vedada no primeiro estágio do compressor da uni- dade do compressor C1 a uma pressão intermediária, essa é resfriada no refrigerador intermediário E4 e parcialmente condensada e através do tubo 22, é aduzida a um segundo separador D3. A fração gasosa 23 obtida nesse, é vedada no segundo estágio de compressor da uni- dade de compressor C1 para a fase final do circuito e através do tubo 27, no qual está disposto um refrigerador complementar E5, essa é aduzida ao terceiro separador D4. [0018] A fração líquida 25 a do fundo do segundo separador D3 é resfriada no trocador de calor E1. Em seguida, essa fração é descom- primida na válvula V1 conforme a capacidade frigorífica e através do tubo 26 essa é conduzida pelo trocador de calor E1 em contracorrente para a fração de aplicação rica em hidrocarbonetos 3 a ser resfriada.
Enquanto a fração líquida 28 obtida no terceiro separador D4 é recon- duzida através da válvula de regulagem V5 antes do segundo separa- dor D3, a fração gasosa 29 obtida no terceiro separador D4 também é resfriada no trocador de calor E1 e parcialmente condensada e logo a seguir, essa é separada no separador D5 em uma fração líquida 30, bem como em uma fração gasosa 32. [0019] A última é condensada nos trocadores de calor E2 e E3 e super-refrigerada, na válvula V3 essa é descomprimida conforme a capacidade frigorífica e através do tubo 33 a fração é conduzida atra- vés do mesmo para disponibilizar o resfriamento de ponta necessário no trocador de calor separado E3. Através da válvula de regulagem V7 e tubo 34, essa fração é misturada, em seguida, à fração líquida 30 resfriada no trocador de calor E2. Essa fração é descomprimida con- forme a capacidade frigorífica na válvula de expansão V2 e, em segui- da, através do tubo 31, essa é conduzida através dos trocadores de calor E2 e E3 em contracorrente para a fração de aplicação rica em hidrocarbonetos a ser resfriada e liquefeita 3/6. [0020] De acordo com a invenção, o trocador de calor ou o super- refrigerador E3 é executado como um aparelho independente. Este está ligado com os trocadores de calor E1 e E2 apenas através de tu- bulações. Se a partir de agora é obtido um valor de deposição de ma- téria sólida definido no trocador de calor E3, comuta-se da operação normal para a operação de purificação. Para isso, a válvula V4 é fe- chada e a válvula V9 é aberta, de modo que a fração liquefeita rica em hidrocarbonetos 7 contorna o trocador de calor E3 através do tubo 9.
Ao mesmo tempo, as válvulas V3 e V7 são fechadas e a válvula V8 é aberta, de modo que a fração gasosa 32 a do separador D5, conduzi- da, agora, exclusivamente através do trocador de calor E2. Através dessa realimentação da fração de agente de refrigeração 32, o troca- dor de calor E2 assume pelo menos parcialmente a super-refrigeração da fração liquefeita rica em hidrocarbonetos realizada na operação normal no trocador de calor separado E3. [0021] Ao mesmo tempo, com a abertura e fechamento das válvu- las V3, V4 e V7 a V9 descrito acima, através do tubo 10 uma quantida- de e temperatura de um gás de descongelamento é conduzido através do trocador de calor E3 com as válvulas V10 e V11 abertas e removido através do tubo 11.0 trocador de calor E6 previsto no tubo 10, serve para temperar esse gás de descongelamento. Ao invés da fração de agente de refrigeração 32, que flui através do trocador de calor E3 na operação normal, a partir de agora, o gás de descongelamento 10 serve como portador de calor e causa a fusão das matérias sólidas depositadas no trocador de calor E3. Essas podem ser removidas de forma concen- trada entre os trocadores de calor E2 e E3 em um local adequado, por exemplo, nos pontos fixos da tubulação através de válvulas de vedação correspondentes, não apresentadas por uma questão de clareza. [0022] Na condução de processo representada na Figura 2, o res- friamento, a iiquefação e a super-refrigeração da fração de aplicação rica em hidrocarbonetos são realizadas através de um circuito de ex- pansão de nitrogênio de dois estágios. Visto que a condução do pro- cesso da fração de aplicação rica em hidrocarbonetos a ser liquefeita e super-refrigerada, nesse caso, é idêntica àquela da Figura 1, a seguir, não será mais feita qualquer referência à mesma; em seguida, por conseguinte, é descrito meramente o circuito expansor de nitrogênio. [0023] O agente de refrigeração rico em nitrogênio 40, aquecido nos trocadores de calor E1 a E3, é vedado no primeiro estágio do compressor da unidade de compressor C1' a uma pressão intermediá- ria, esse é resfriado no refrigerador intermediário E4' e através do tubo 41 esse é aduzido ao segundo estágio do compressor da unidade de compressor C1\ O agente de refrigeração 42 vedado à pressão final do circuito é resfriado no refrigerador final E5' e resfriado nos trocado- res de calor E1 e E2. Uma primeira corrente parcial 43 do agente de refrigeração resfriado é aduzida para um primeiro expansor X1, neste expansor a corrente parcial é descomprimida conforme a capacidade frigorífica conforme a capacidade de trabalho e através do tubo 44 es- sa é conduzida através dos trocadores de calor E2 e E1 em contracor- rente para a fração de aplicação 3 rica em hidrocarbonetos a ser lique- feita. A segunda corrente de agente de refrigeração 45 também é des- comprimida conforme a capacidade frigorífica conforme a capacidade de trabalho no segundo expansor X2, através do tubo 46 a corrente é conduzida através do trocador de calor E3 em contracorrente para a fração rica em hidrocarbonetos 7 a ser super-refrigerada e, em segui- da, através da válvula V7' essa é misturada à corrente parcial de agen- te de refrigeração 44 descrita acima. [0024] Ao atingir o valor de deposição de matéria sólida definido no trocador de calor E3, o segundo expansor X2 é o de operação. Ao mesmo tempo, a válvula V7 é fechada e as válvulas V8\ V10' e V11' são abertas. A segunda corrente parcial do agente de refrigeração 45, que até agora foi aduzida ao segundo expansor X2, é conduzida, ago- ra, com a válvula aberta V8' através da tubulação 52 desenhada antes do primeiro expansor X1). Através da tubulação 50 desenhada em li- nhas tracejadas, uma corrente parcial do agente de refrigeração remo- vido antes do segundo estágio do compressor é aduzida como gás de descongelamento ao trocador de calor E3 com a válvula V10' aberta - esta serve para ajustar a pressão do gás de descongelamento deseja- do -. O trocador de calor E6' serve para o tempero opcionalmente ne- cessário do gás de descongelamento. Depois de passar pelo trocador de calor E3, o gás de descongelamento, com a válvula aberta V11', é reconduzido através da tubulação 51 desenhada em linhas tracejadas antes do primeiro estágio do compressor da unidade de compressor C1. [0025] O processo de acordo com a invenção para liquefazer e super-refrigerar uma fração rica em hidrocarbonetos, em particular de gás natural, possibilita uma separação segura e econômica de hidro- carbonetos pesados, em particular de benzeno, também na presença de um chamado gás pobre. A realização do conceito de acordo com a invenção, é aqui independente do tipo de liquefação e super- refrigeração selecionada da fração rica em hidrocarbonetos.

Claims (6)

1. Processo para liquefazer e super-refrigerar uma fração rica em hidrocarbonetos, em particular, de gás natural, em que a fra- ção, depois de realizado o resfriamento, é submetida a uma conden- sação parcial que serve para separar os hidrocarbonetos pesados, em particular de benzeno, caracterizado pelo fato de que a) a fração liquefeita rica em hidrocarbonetos (7) é resfriada em um trocador de calor separado (E3) (operação normal), b) a adução da fração liquefeita rica em hidrocarbonetos (7) para o trocador de calor (E3) é interrompida o mais tardar ao atingir um valor de deposição de matéria sólida no trocador de calor (E3) (operação de purificação), c) a matéria sólida é fundida no trocador de calor (E3) por meio de um gás de descongelamento (10, 11) e removida do trocador de calor (E3) e d) em seguida, a fração liquefeita rica em hidrocarbonetos (7) é novamente aduzida para o trocador de calor (E3).
2. Processo, de acordo com a reivindicação 1, no qual a fração liquefeita rica em hidrocarbonetos (7) em operação normal no trocador de calor (E3) é super-refrigerada contra pelo menos uma corrente de agente de refrigeração e/ou pelo menos uma corrente de mistura de agentes de refrigeração, caracterizado pelo fato de que na operação de purificação essa corrente de agente de refrige- ração e/ou corrente de mistura de agentes de refrigeração são usa- das para refrigerar (E1, E2) a fração rica em hidrocarbonetos a ser liquefeita (3, 6).
3. Processo, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, no qual a fração rica em hidrocarbonetos a ser liquefeita (3) é liquefeita e subs- tituída-refrigerada contra pelo menos um circuito de refrigeração, ca- racterizado pelo fato de que uma corrente parcial do agente de refrige- ração que circula no circuito de refrigeração forma o gás de desconge- lamento (10, 11).
4. Processo, de acordo com uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que depois de realizada a fusão da matéria sólida no trocador de calor (E3), pelo menos aquelas passagens pelo trocador de calor, nas quais pode ocorrer uma formação de matéria sólida, são lavadas através de um meio de enxágue.
5. Processo, de acordo com a reivindicação 4, caracteriza- do pelo fato de que como meio de enxágue são usados nitrogênio se- co e/ou uma fração de evaporação de gás (boil-off-gas) obtida no ar- mazenamento intermediário da fração rica de hidrocarbonetos liquefei- ta e super-refrigerada.
6. Processo, de acordo com uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que o resfriamento (E1), a liquefação (E2) e a super-refrigeração (E3) da fração rica de hidrocarbonetos a ser lique- feita (3) ocorrem em trocadores de calor bobinados e/ou trocadores de placa soldados.
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