BR102015008692A2 - Integrated nitrogen removal in the liquefied natural gas production using intermediary separation of gas supply - Google Patents

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BR102015008692A2
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Liu Yang
Krishnamurthy Gowri
Michael Ott Christopher
Julian Roberts Mark
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Air Products And Chemicals, Inc
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Abstract

resumo patente de invenção: "remoção integrada de nitrogênio na produção de gás natural liquefeito usando separação intermediária de gás de alimentação". a presente invenção refere-se a um método e aparelho para liquefazer uma corrente de alimentação de gás natural e remover nitrogênio da mesma para produzir um produto lng empobrecido em nitrogênio, em que uma corrente de alimentação de gás natural é alimentada na extremidade quente de um trocador de calor principal, resfriada e pelo menos parcialmente liquefeita, retirada de um local intermediário do trocador de calor principal e separada para formar uma corrente de vapor de gás natural enriquecida em nitrogênio e uma corrente líquida de gás natural empobrecida em nitrogênio, as correntes de líquido e vapor sendo reintroduzidas em um local intermediário do trocador de calor principal e adicionalmente resfriadas em paralelo para formar uma primeira corrente de lng e uma primeira corrente de gás natural enriquecida em nitrogênio pelo menos parcialmente liquefeita, respectivamente.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "REMOÇÃO INTEGRADA DE NITROGÊNIO NA PRODUÇÃO DE GÁS NATURAL LIQUEFEITO USANDO SEPARAÇÃO INTERMEDIÁRIA DE GÁS DE ALIMENTAÇÃO".
ANTECEDENTES
[0001] A presente invenção refere-se a um método para liquefazer uma corrente de alimentação de gás natural e remover nitrogênio da mesma para produzir um gás natural liquefeito (liquefied natural gás -LNG) com baixo teor de nitrogênio. A presente invenção também se refere a um equipamento (por exemplo, uma planta de liquefação de gás natural ou outro equipamento de processamento) para liquefazer uma corrente de alimentação de gás natural e remover nitrogênio da mesma para produzir um LNG empobrecido em nitrogênio.
[0002] Em processos para liquefazer gás natural é frequentemente desejável ou necessário, por exemplo devido a exigências de pureza e/ou de recuperação, remover nitrogênio da corrente de alimentação minimizando a perda de produto (metano). O nitrogênio removido pode ser usado como combustível ou liberado na atmosfera. Se usado como gás combustível, o nitrogênio deve conter um montante adequado de metano (tipicamente > 30 mol%) para manter seu poder calorífico. Neste caso, a separação do nitrogênio não é tão difícil devido a especificações folgadas para a pureza do nitrogênio, e o objetivo é selecionar o processo de máxima eficiência com o mínimo de equipamento adicional e consumo de energia. Em muitas instalações de LNG de pequena e média escala acionadas por motores elétricos, entretanto, há demanda muito pequena de gás combustível e o nitrogênio deve ser liberado para a atmosfera. Para a liberação, o nitrogênio tem que atender a rigorosas especificações de pureza (e.g., > 95 mol%, ou > 99 mol%), devido a considerações ambientais e/ou devido a exigências de recuperação de metano. Esta exigência de pureza acarreta dificuldades para a separação. No caso de uma concentração de nitrogênio muito grande (tipicamente superior a 10 mol%, em alguns casos 20 mol% ou mesmo mais) na alimentação de gás natural, uma unidade de rejeição de nitrogênio dedicada (NRU) prova ser um método robusto para remover nitrogênio eficientemente e produzir nitrogênio puro (>99 mol%). Na maioria dos casos, entretanto, gás natural contém cerca de 1 a 10 mol% de nitrogênio. Quando a concentração de nitrogênio na alimentação está dentro desta faixa, a aplicabilidade do NRU é eliminada pelo alto custo de capital devido à complexidade associada com o equipamento adicional. Vários documentos da técnica anterior propuseram soluções alternativas para remover nitrogênio de gás natural, incluindo adição de uma corrente de reciclo de nitrogênio NRU ou utilização de uma coluna de retificação própria. Entretanto, esses processos são frequentemente muito complicados, necessitam de quantidade grande de equipamento (com custos de capital associados), são difíceis de operar e/ou são ineficientes, especialmente para correntes de alimentação de concentrações de nitrogênio mais baixas (<5 mol%). Além disso, frequentemente a concentração de nitrogênio da alimentação de gás natural mudará no tempo o que significa que mesmo que se esteja lidando no momento com uma alimentação de alto teor de nitrogênio, não se pode garantir que ela permanecerá assim. Seria portanto desejável desenvolver um processo simples, eficiente, e capaz de remover nitrogênio eficientemente da mesma para produzir correntes de alimentação de gás natural com baixo teor de nitrogênio.
[0003] US 3 721 099 divulga um processo para liquefazer gás natural e separar nitrogênio do gás natural liquefeito por retificação. Neste processo, a alimentação de gás natural é pré-resfriada e parcialmente liquefeita em uma série de unidades de trocadores de calor e separada em um separador de fases em fases líquida e vapor. A cor- rente de vapor de gás natural é então liquefeita e sub-resfriada em uma serpentina tubular no fundo da coluna de retificação dupla, provendo boil-up duty para a coluna de alta pressão. A corrente líquida de gás natural da serpentina tubular é, então, sub-resfriada em uma unidade de trocador de calor, expandida em uma válvula de expansão e introduzida e separada na coluna de alta pressão. A corrente líquida rica em metano retirada do fundo da coluna de retificação de alta pressão e a corrente líquida rica em metano obtida do separador de fases são sub-resfriadas em outras unidades de trocadores de calor, expandidas em válvulas de expansão, e introduzidas e separadas na coluna de baixa pressão. Refluxo para a coluna de baixa pressão é provido por uma corrente de nitrogênio líquido obtida liquefazendo em uma unidade de trocador de calor uma corrente de nitrogênio obtida do topo da coluna de alta pressão. LNG empobrecido em nitrogênio (predominantemente metano líquido), contendo cerca de 0,5% de nitrogênio, é obtido do fundo da coluna de baixa pressão e enviado para um tanque de estocagem de LNG. Correntes ricas em nitrogênio são obtidas do topo da coluna de baixa pressão (contendo cerca de 95 mol% de nitrogênio) e do topo da coluna de alta pressão. As correntes ricas em nitrogênio e gás vaporizado (boil offgas) do tanque de LNG são aquecidas em várias unidades de trocadores de calor para prover refrigeração.
[0004] US 7 520 143 divulga um processo em que uma corrente de liberação de nitrogênio contendo 98 mol% de nitrogênio é separada por uma coluna de rejeição de nitrogênio. A corrente de alimentação de gás natural é liquefeita em uma primeira seção (quente) de um trocador de calor principal para produzir uma corrente de LNG que é retirada de um local intermediário do trocador de calor, expandida em uma válvula de expansão, e enviada para o fundo da coluna de rejeição de nitrogênio. O líquido de fundo da coluna de rejeição de nitrogê- nio é sub-resfriado em uma segunda seção (fria) do trocador de calor principal e expandida através de uma válvula em um tambor de flash para prover um LNG empobrecido em nitrogênio (menos que 1,5 mol% de nitrogênio) e uma corrente enriquecida em nitrogênio de pureza mais baixa (30 mol% de nitrogênio) do que a corrente de liberação (vent) de nitrogênio e que é usada como gás combustível. O vapor de topo da coluna de rejeição de nitrogênio é dividido, com uma parte do vapor sendo retirada para formar a corrente de liberação de nitrogênio e o restante sendo condensado em um trocador de calor no tambor de flash para prover refluxo para a coluna de rejeição de nitrogênio. Refrigeração para o trocador de calor principal é provida por um sistema de refrigeração de circuito fechado empregando um refrigerante.
[0005] US 2011/0041389 divulga um processo, de algum modo similar ao descrito na US7.520.143, em que uma corrente de liberação de nitrogênio de alta pureza (tipicamente 90-100% em volume de nitrogênio) é separada da corrente de alimentação de gás natural em uma coluna de retificação. A corrente de alimentação de gás natural é resfriada em uma seção quente de um trocador de calor principal para produzir uma corrente de gás natural resfriado. Uma porção desta corrente é retirada de um primeiro local intermediário do trocador de calor principal, expandida e enviada para o fundo da coluna de retificação como gás de stripping. O restante da corrente é adicionalmente resfriado e liquefeito em uma seção intermediária do trocador de calor principal para formar uma corrente de LNG que é retirada de um segundo local intermediário (mais frio) do trocador de calor, expandida e enviada a um local intermediário da coluna de retificação. O líquido de fundo da coluna de retificação é retirado como uma corrente de LNG empobrecida em nitrogênio, sub-resfriada em uma seção fria do trocador de calor principal e expandida em um separador de fases para prover um produto LNG empobrecido em nitrogênio e uma corrente enriquecida em nitrogênio, que é comprimida e reciclada de volta para a corrente de alimentação de gás natural. O vapor de topo da coluna de retificação é dividido com parte do vapor sendo retirada como corrente de liberação (vent) de nitrogênio de alta pureza e o restante sendo condensado em um trocador de calor no separador de fases para prover refluxo para a coluna de retificação.
[0006] IPCOM000222164D, um documento da base de dados ip.com, divulga um processo em que uma unidade isolada de rejeição de nitrogênio (NRU) é usada para produzir uma corrente de gás natural com pouco nitrogênio e uma corrente de liberação (vent) de nitrogênio puro. A corrente de alimentação de gás natural é resfriada e parcialmente liquefeita em uma unidade de trocador de calor quente e separada em um separador de fases em correntes de gás natural vapor e líquido. A corrente de vapor é liquefeita em uma unidade de trocador de calor fria e enviada para o topo ou para um local intermediário de uma coluna de destilação. A corrente líquida é adicionalmente resfriada na unidade de trocador de calor fria, separadamente de e em paralelo com a corrente de vapor, e é então enviada para um local intermediário da coluna de destilação (abaixo do local no qual a corrente de vapor é introduzida). Boil-up para a coluna de destilação é provido por aquecimento e vaporização de uma porção do líquido de fundo empobrecido em nitrogênio da coluna de destilação na unidade de trocador de calor fria, provendo também refrigeração para a unidade. O restante do líquido de fundo empobrecido em nitrogênio é bombeado para a unidade de trocador de calor quente e aquecido e vaporizado, provendo assim refrigeração para aquela unidade, e deixa o trocador de calor quente como uma corrente de vapor inteiramente vaporizada. O vapor de topo enriquecido em nitrogênio retirado da coluna de destilação é aquecido nas unidades de trocadores de calor fria e quente para prover refrigeração adicional para as referidas unidades. Quando a corrente de vapor é introduzida em local intermediário da coluna de destilação, refluxo adicional para a coluna pode ser provido condensando uma porção do vapor de topo e retornando-o à coluna. Isto pode ser feito aquecendo o vapor de topo em um trocador de calor eco-nomizador, dividindo o vapor de topo aquecido, e condensando uma porção do vapor de topo aquecido no trocador de calor e retornando a porção condensada para o topo da coluna de destilação. Nenhuma refrigeração externa é usada neste processo.
[0007] US2011/0289963 divulga um processo no qual uma coluna de strípping de nitrogênio é usada para separar nitrogênio de uma corrente de gás natural. Neste processo, uma corrente de alimentação de gás natural é resfriada e parcialmente liquefeita em uma seção quente de um trocador de calor principal por troca de calor com um refrigerante misto único. O gás natural parcialmente condensado é retirado do trocador de calor principal e separado em um separador de fases ou vaso de destilação em correntes de vapor e líquido de gás natural. A corrente líquida é adicionalmente resfriada a em uma seção fria do trocador de calor principal antes de ser expandida e introduzida em uma coluna de strípping de nitrogênio. Um produto LNG empobrecido em nitrogênio (contendo 1 a 3% em volume de nitrogênio) é retirado do fundo da coluna de strípping e uma corrente de vapor enriquecida com nitrogênio (contendo menos de 10% em volume de metano) é retirada do topo da coluna de strípping. A corrente de vapor de gás natural do separador de fases ou vaso de destilação é expandida e resfriada em trocadores de calor separados e introduzida no topo da coluna de strípping para prover refluxo. Refrigeração dos trocadores de calor adicionais é provida por vaporização de uma porção do líquido de fundo da coluna de strípping (provendo assim também boil-up da coluna) e aquecendo a corrente de vapor enriquecida em nitrogênio retirada do topo da coluna de strípping.
[0008] US 8 522 574 divulga outro processo em que nitrogênio é removido de gás natural liquefeito. Neste processo, a corrente de alimentação de gás natural é primeiramente resfriada e liquefeita em um trocador de calor principal. A corrente líquida é então resfriada em um trocador de calor secundário e expandida em um vaso de flash em que um vapor rico em nitrogênio é separado de um líquido rico em metano. A corrente de vapor é adicionalmente expandida e enviada para o topo de uma coluna de fracionamento. A corrente líquida do vaso de flash é dividida, com uma porção sendo introduzida em um local intermediário da coluna de fracionamento, e outra porção sendo aquecida no trocador de calor secundário e introduzida no fundo da coluna de fracionamento. O vapor de topo rico em nitrogênio obtido na coluna de fracionamento é passado pelo trocador de calor secundário sendo aquecido para prover refrigeração adicional ao referido trocador de calor. O produto gás natural liquefeito é recuperado do fundo da coluna de fracionamento.
[0009] US2012/019883 divulga um processo para liquefazer uma corrente de gás natural e remover nitrogênio da mesma. A corrente de alimentação de gás natural é liquefeita em um trocador de calor principal, expandida e introduzida no fundo de uma coluna de separação. Refrigeração para o trocador de calor principal é provida por um sistema de refrigeração em circuito fechado (closed-loop) circulando um refrigerante misturado. LNG empobrecido em nitrogênio retirado do fundo da coluna de separação é expandido e separado adicionalmente em um separador de fases. O LNG empobrecido em nitrogênio do separador de fases é enviado para um tanque de estocagem de LNG. A corrente de vapor do separador de fases é combinada com gás vapo-rizado (boiI off) do tanque de estocagem de LNG, aquecido no trocador de calor principal para prover refrigeração adicional do trocador de calor principal, comprimido, e reciclado para a corrente de alimentação de gás natural. O vapor enriquecido em nitrogênio (90 a 100% de nitrogênio em volume) retirado do topo da coluna de separação é também aquecido no trocador de calor principal para prover refrigeração adicional ao trocador de calor principal.
BREVE SUMÁRIO
[0010] De acordo com um primeiro aspecto da presente invenção, é provido um método para produzir um produto LNG empobrecido em nitrogênio, o método compreendendo: [0011] (a) introduzir uma corrente de alimentação de gás natural na extremidade quente de um trocador de calor principal, resfriando e pelo menos parcialmente liquefazendo a corrente de alimentação de gás natural, e retirando a corrente resfriada e pelo menos parcialmente liquefeita de um local intermediário do trocador de calor principal;
[0012] (b) expandir, vaporizar parcialmente e separar a corrente resfriada e pelo menos parcialmente liquefeita para formar uma corrente de vapor de gás natural enriquecido com nitrogênio e uma corrente líquida de gás natural empobrecida em nitrogênio;
[0013] (c) separadamente reintroduzir as referidas correntes de vapor e líquido em um local intermediário do trocador de calor principal, resfriando adicionalmente as correntes de vapor e líquido em paralelo, a corrente líquida sendo adicionalmente resfriada para formar uma primeira corrente de LNG e a corrente de vapor sendo adicionalmente resfriada e pelo menos parcialmente liquefeita para formar uma primeira corrente de gás natural enriquecida em nitrogênio pelo menos parcialmente liquefeita, e retirar a primeira corrente de LNG e a primeira corrente de gás natural enriquecida em nitrogênio e pelo menos parcialmente liquefeita da extremidade fria do trocador de calor principal;
[0014] (d) expandir, vaporizar parcialmente e separar a primeira corrente de gás natural enriquecida em nitrogênio e pelo menos parci- almente liquefeita para formar um produto vapor rico em nitrogênio e uma segunda corrente de LNG; e [0015] (e) expandir, vaporizar parcialmente e separar a segunda corrente de LNG para formar um produto LNG empobrecido em nitrogênio e um vapor de gás natural enriquecido em nitrogênio.
[0016] De acordo com um segundo aspecto da presente invenção, é provido um equipamento para produzir um produto LNG empobrecido em nitrogênio, compreendendo: [0017] um trocador de calor principal tendo (i) uma primeira passagem de resfriamento, se estendendo de uma extremidade quente do trocador de calor a um local intermediário do trocador de calor, para receber uma corrente de alimentação de gás natural resfriando e pelo menos parcialmente liquefazendo a referida corrente de modo a produzir uma corrente resfriada e pelo menos parcialmente liquefeita, (ii) uma segunda passagem de resfriamento se estendendo de um local intermediário do trocador de calor a uma extremidade fria do trocador de calor, para receber e resfriar adicionalmente a corrente líquida de gás natural empobrecida em nitrogênio para formar uma primeira corrente de LNG e (iii) uma terceira passagem de resfriamento se estendendo de um local intermediário do trocador de calor até a extremidade fria do trocador de calor, para receber e resfriar adicionalmente uma corrente de vapor de gás natural enriquecida em nitrogênio, separadamente de e em paralelo com a corrente líquida de gás natural empobrecida em nitrogênio, para formar uma primeira corrente de gás natural enriquecida em nitrogênio pelo menos parcialmente liquefeita;
[0018] um sistema de refrigeração para suprir refrigerante ao trocador de calor principal resfriando as passagens de resfriamento;
[0019] um primeiro sistema de separação em comunicação por fluxo de fluido com o trocador de calor principal, para (i) receber a corrente resfriada e pelo menos parcialmente liquefeita da primeira pas- sagem de resfriamento do trocador de calor principal, (ii) expandir, vaporizar parcialmente e separar a referida corrente para formar uma corrente de vapor de gás natural enriquecida com nitrogênio e uma corrente líquida de gás natural empobrecida em nitrogênio e (iii) retornar as referidas correntes de líquido e vapor para, respectivamente, as segunda e terceira passagens de resfriamento do trocador de calor principal;
[0020] um segundo sistema de separação em comunicação por fluxo de fluido com o trocador de calor principal, para receber, expandir, vaporizar parcialmente e separar a primeira corrente de gás natural enriquecida em nitrogênio pelo menos parcialmente liquefeita para formar um produto vapor rico em nitrogênio e uma segunda corrente de LNG; e [0021] um terceiro sistema de separação em comunicação por fluxo de fluido com o segundo sistema de separação, para receber, expandir, vaporizar parcialmente e separar a segunda corrente de LNG para formar um produto LNG empobrecido em nitrogênio e um vapor de gás natural enriquecido em nitrogênio.
[0022] Aspectos preferidos da presente invenção incluem os seguintes aspectos, numerados de No. 1 a No. 25: [0023] No. 1. Um método para produzir um produto LNG empobrecido em nitrogênio, o método compreendendo: [0024] (a) introduzir uma corrente de alimentação de gás natural na extremidade quente de um trocador de calor principal, resfriar e liquefazer pelo menos parcialmente a corrente de alimentação de gás natural, e retirar a corrente resfriada e pelo menos parcialmente liquefeita de um local intermediário do trocador de calor principal;
[0025] (b) expandir, vaporizar parcialmente e separar a corrente resfriada e pelo menos parcialmente liquefeita para formar uma corrente de vapor de gás natural enriquecida em nitrogênio e uma corrente líquida de gás natural empobrecida em nitrogênio;
[0026] (c) separadamente reintroduzir as referidas correntes de vapor e líquido em um local intermediário do trocador de calor principal, resfriando adicionalmente as correntes de vapor e líquido em paralelo, a corrente líquida sendo adicionalmente resfriada para formar uma primeira corrente de LNG e a corrente de vapor sendo adicionalmente resfriada e pelo menos parcialmente liquefeita para formar uma primeira corrente de gás natural enriquecida em nitrogênio pelo menos parcialmente liquefeita, e retirar a primeira corrente de LNG e a primeira corrente de gás natural enriquecida em nitrogênio pelo menos parcialmente liquefeita da extremidade fria do trocador de calor principal;
[0027] (d) expandir, vaporizar parcialmente e separar a primeira corrente de gás natural enriquecida em nitrogênio pelo menos parcialmente liquefeita para formar um produto vapor rico em nitrogênio e uma segunda corrente de LNG; e [0028] (e) expandir, vaporizar parcialmente e separar a segunda corrente de LNG para formar um produto LNG empobrecido em nitrogênio e um vapor de gás natural enriquecido em nitrogênio.
[0029] No. 2. O método do Aspecto No. 1, em que a etapa (e) compreende adicionalmente formar uma corrente de reciclo do vapor de gás natural enriquecido em nitrogênio ou de uma parte do mesmo; e em que o método compreende adicionalmente;
[0030] (f) comprimir a corrente de reciclo para formar uma corrente de reciclo comprimida; e [0031] (g) retornar a corrente de reciclo comprimida ao trocador de calor principal para ser resfriada e pelo menos parcialmente liquefeita em combinação com ou separadamente da corrente de alimentação de gás natural.
[0032] No. 3. O método do Aspecto No. 2, em que a etapa (g) compreende adicionar a corrente de reciclo comprimida à corrente de alimentação de gás natural de modo que a corrente de reciclo é resfriada e pelo menos parcialmente liquefeita no trocador de calor principal em combinação com e como parte da corrente de alimentação de gás natural.
[0033] No. 4. O método do Aspecto No. 2, em que a etapa (g) compreende introduzir a corrente de reciclo comprimida na extremidade quente ou em um local intermediário do trocador de calor principal, resfriar a corrente de reciclo comprimida e liquefazer pelo menos parcialmente toda ou uma porção da mesma, separadamente da e em paralelo com a corrente de alimentação de gás natural, para formar uma segunda corrente de gás natural enriquecida em nitrogênio pelo menos parcialmente liquefeita, e retirar a segunda corrente de gás natural enriquecida em nitrogênio pelo menos parcialmente liquefeita da extremidade fria do trocador de calor principal.
[0034] No. 5. O método de qualquer um dos Aspectos No. 1 a No. 4, em que a etapa (b) compreende expandir e parcialmente vaporizar a corrente resfriada e pelo menos parcialmente liquefeita e separar a referida corrente em um separador de fases em fases vapor e líquida para formar a corrente de vapor de gás natural enriquecida em nitrogênio e a corrente líquida de gás natural empobrecida em nitrogênio.
[0035] No. 6. O método de qualquer um dos Aspectos No. 1 a No. 5, em que a etapa (e) compreende expandir a segunda corrente de LNG, transferir a corrente expandida para um Tanque de estoca-gem de LNG em que uma porção do LNG vaporiza, formando assim o vapor de gás natural enriquecido em nitrogênio e o produto LNG empobrecido em nitrogênio.
[0036] No. 7. O método de qualquer um dos Aspectos No. 1 a No. 6, em que a etapa (d) compreende expandir e parcialmente vaporizar a primeira corrente de gás natural enriquecida em nitrogênio pelo menos parcialmente liquefeita e separar a referida corrente em um separador de fases em fases vapor e líquida para formar o produto vapor rico em nitrogênio e a segunda corrente de LNG.
[0037] No. 8. O método do Aspecto No. 7, em que a etapa (e) compreende adicionalmente expandir, vaporizar parcialmente e separar a primeira corrente de LNG para produzir produto LNG empobrecido em nitrogênio adicional e vapor de gás natural enriquecido em nitrogênio adicional.
[0038] No. 9. O método de qualquer um dos Aspectos No. 1 a No. 6, em que a etapa (d) compreende expandir e parcialmente vaporizar a primeira corrente de gás natural enriquecida em nitrogênio pelo menos parcialmente liquefeita, introduzir a referida corrente em uma coluna de destilação para separar a corrente em fases vapor e líquida, formando o produto vapor rico em nitrogênio do vapor de topo retirado da coluna de destilação, e formando a segunda corrente de LNG do líquido de fundo retirado da coluna de destilação.
[0039] No. 10. O método do Aspecto No. 9, em que a etapa (e) compreende adicionalmente expandir, vaporizar parcialmente e separar a primeira corrente de LNG para produzir produto LNG empobrecido em nitrogênio adicional e vapor de gás natural enriquecido em nitrogênio adicional.
[0040] No. 11. O método do Aspecto No. 9, em que a etapa (d) compreende adicionalmente expandir e vaporizar parcialmente a primeira corrente de LNG e introduzir a referida corrente na coluna de destilação para separar a corrente em fases vapor e líquida, a primeira corrente de LNG sendo introduzida na coluna de destilação em um local abaixo do local em que a primeira corrente de gás natural enriquecida em nitrogênio pelo menos parcialmente liquefeita é introduzida na coluna de destilação.
[0041] No. 12. O método do Aspecto No. 11, em que a primeira corrente de LNG é introduzida na coluna de destilação em um local intermediário da coluna, e o boil-up para a coluna de destilação é fornecido pelo aquecimento e vaporização de uma porção do líquido de fundo em um refervedor via troca térmica indireta com a primeira corrente de LNG antes da introdução da primeira corrente de LNG na coluna de destilação.
[0042] No. 13. O método do Aspecto No. 11, em que a primeira corrente de LNG é introduzida no fundo da coluna de destilação.
[0043] No. 14. O método de qualquer um dos Aspectos No. 9 a No. 12, em que o boil-up para a coluna de destilação é fornecido pelo aquecimento e vaporização de uma porção do líquido de fundo em um refervedor via troca térmica indireta com toda ou uma porção da primeira corrente de gás natural enriquecida em nitrogênio pelo menos parcialmente liquefeita antes da introdução da referida corrente na coluna de destilação.
[0044] No. 15. O método de qualquer um dos Aspectos No. 9 a No. 14, em que: [0045] a etapa (b) compreende expandir, vaporizar parcialmente e separar a corrente resfriada e pelo menos parcialmente liquefeita para formar a corrente de vapor de gás natural enriquecida em nitrogênio, uma corrente de gás de stripping composta de vapor de gás natural enriquecido em nitrogênio, e a corrente líquida de gás natural empobrecida em nitrogênio; e [0046] a etapa (d) compreende adicionalmente introduzir a corrente de gás de stripping no fundo da coluna de destilação.
[0047] No. 16. O método de qualquer um dos aspectos No. 9 a No. 15 quando dependente do Aspecto No. 4, em que a etapa (d) compreende adicionalmente expandir e parcialmente vaporizar a segunda corrente de gás natural enriquecida em nitrogênio pelo menos parcialmente liquefeita e introduzir a referida corrente na coluna de destilação para separar a corrente nas fases vapor e líquida.
[0048] No. 17. O método do Aspecto No. 16 em que a segunda corrente de gás natural enriquecida em nitrogênio pelo menos parcialmente liquefeita é introduzida no topo da coluna de destilação.
[0049] No. 18. O método de qualquer um dos Aspectos No. 9 a No. 15, em que a primeira corrente de gás natural enriquecida em nitrogênio pelo menos parcialmente liquefeita é introduzida no topo da coluna de destilação.
[0050] No. 19. O método de qualquer um dos Aspectos No. 9 a No. 16, em que o refluxo para a coluna de destilação é fornecido condensando uma porção do vapor de topo da coluna de destilação em um trocador de calor do condensador.
[0051] No. 20. O método do Aspecto No. 19, em que refrigeração para o trocador de calor do condensador é fornecida aquecendo o vapor de topo retirado da coluna de destilação.
[0052] No. 21. O método do Aspecto No. 19 ou No. 20, em que refrigeração para o trocador de calor do condensador é fornecida por um sistema de refrigeração em circuito fechado que provê também refrigeração para o trocador de calor principal, o refrigerante que circula pelo sistema de refrigeração de circuito fechado passando através e sendo aquecido no trocador de calor do condensador.
[0053] No. 22. O método de qualquer um dos Aspectos No. 1 a No. 21, em que refrigeração para o trocador de calor principal é fornecida por um sistema de refrigeração em circuito fechado, o refrigerante que circula pelo sistema de refrigeração em circuito fechado passando através e sendo aquecido no trocador de calor principal.
[0054] No. 23. Aparelho para produzir um produto LNG empobrecido em nitrogênio, o aparelho compreendendo: [0055] um trocador de calor principal tendo (i) uma primeira passagem de resfriamento, se estendendo de uma extremidade quente do trocador de calor para um local intermediário do trocador de calor, para receber uma corrente de alimentação de gás natural e resfriar e pelo menos parcialmente liquefazer a referida corrente de modo a produzir uma corrente resfriada e pelo menos parcialmente liquefeita, (ii) uma segunda passagem de resfriamento se estendendo de um local intermediário do trocador de calor a uma extremidade fria do trocador de calor, para receber e resfriar adicionalmente uma corrente líquida de gás natural empobrecida em nitrogênio para formar uma primeira corrente de LNG, e (iii) uma terceira passagem de resfriamento se estendendo de um local intermediário do trocador de calor para a extremidade fria do trocador de calor, para receber e resfriar adicionalmente uma corrente de vapor de gás natural enriquecida em nitrogênio, separadamente de e em paralelo com a corrente líquida de gás natural empobrecida em nitrogênio, para formar uma primeira corrente de gás natural enriquecida em nitrogênio pelo menos parcialmente liquefeita;
[0056] um sistema de refrigeração para suprir refrigerante ao trocador de calor principal para resfriar as passagens de resfriamento;
[0057] um primeiro sistema de separação, em comunicação por fluxo de fluido com o trocador de calor principal, para (i) receber a corrente resfriada e pelo menos parcialmente liquefeita da primeira passagem de resfriamento do trocador de calor principal, (ii) expandir, vaporizar parcial mente e separar a referida corrente para formar a corrente de vapor de gás natural enriquecida em nitrogênio e a corrente líquida de gás natural empobrecida em nitrogênio, e (iii) retornar as referidas correntes de líquido e vapor para, respectivamente, a segunda e terceira passagens de resfriamento do trocador de calor principal;
[0058] um segundo sistema de separação, em comunicação por fluxo de fluido com o trocador de calor principal, para receber, expandir, vaporizar parcialmente e separar a primeira corrente de gás natural enriquecida em nitrogênio pelo menos parcialmente liquefeita para formar um produto vapor rico em nitrogênio e uma segunda corrente de LNG; e [0059] um terceiro sistema de separação, em comunicação por fluxo de fluido com o segundo sistema de separação, para receber, expandir, vaporizar parcialmente e separar a segunda corrente de LNG para formar um produto LNG empobrecido em nitrogênio e um vapor de gás natural enriquecido em nitrogênio.
[0060] No. 24. Um aparelho de acordo com o Aspecto No. 23, em que o aparelho compreende adicionalmente um sistema de compressor, em comunicação por fluxo de fluido com o terceiro sistema de separação e trocador de calor principal, para receber uma corrente de reciclo do terceiro sistema de separação, formado do vapor de gás natural enriquecido em nitrogênio ou de uma porção do mesmo, comprimir a corrente de reciclo para formar uma corrente de reciclo comprimida, e retornar a corrente de reciclo comprimida para o trocador de calor principal para ser resfriada e pelo menos parcialmente liquefeita em combinação com ou separadamente da corrente de alimentação de gás natural.
[0061] No. 25. Um aparelho de acordo com o Aspecto No. 23 ou No. 24, em que o sistema de refrigeração é um sistema de refrigeração em circuito fechado, o primeiro sistema de separação inclui um dispositivo de expansão e um separador de fases, o segundo sistema de separação inclui um dispositivo de expansão e um separador de fases ou uma coluna de destilação, e o terceiro sistema de separação inclui um dispositivo de expansão e um tanque de LNG.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
[0062] A figura 1 é um diagrama de fluxo esquemático que descreve um método e aparelho de acordo com uma modalidade da presente invenção, para liquefazer e remover nitrogênio de uma corrente de gás natural para produzir um produto LNG empobrecido em nitrogênio.
[0063] A figura 2 é um diagrama de fluxo esquemático que descreve um método e aparelho de acordo com outra modalidade da presente invenção.
[0064] A figura 3 é um diagrama de fluxo esquemático que descreve um método e aparelho de acordo com outra modalidade da presente invenção.
[0065] A figura 4 é um diagrama de fluxo esquemático que descreve um método e aparelho de acordo com outra modalidade da presente invenção.
[0066] A figura 5 é um diagrama de fluxo esquemático que descreve um método e aparelho de acordo com outra modalidade da presente invenção.
[0067] A figura 6 é um diagrama de fluxo esquemático que descreve um método e aparelho de acordo com outra modalidade da presente invenção.
[0068] A figura 7 é um gráfico mostrando as curvas de resfriamento para o trocador de calor do condensador usado no método e aparelho representados na figura 6.
DESCRIÇÃO DETALHADA
[0069] A não ser que indicado o contrário, os artigos "um" e "uma" neste contexto significam um ou mais, quando aplicados a qualquer característica nas modalidades da presente invenção descrita no relatório e reivindicações. O uso de "um" e "uma" não limita o significado a uma única característica a não ser que esse limite seja especificamente declarado. Os artigos “o, a, os, as” que precedem nomes ou sintagmas nominais no singular ou no plural indicam uma característica particular especificada ou características particulares especificadas e são usados no singular ou no plural dependendo do contexto em que são usados.
[0070] Como notado acima, de acordo com um primeiro aspecto da presente invenção é fornecido um método para produzir um produto LNG empobrecido em nitrogênio compreendendo: [0071] (a) introduzir uma corrente de alimentação de gás natural na extremidade quente de um trocador de calor principal, resfriar e pelo menos parcialmente liquefazer a corrente de alimentação de gás natural, e retirar a corrente resfriada e pelo menos parcialmente liquefeita de um local intermediário do trocador de calor principal;
[0072] (b) expandir, vaporizar parcialmente e separar a corrente resfriada e pelo menos parcialmente liquefeita para formar uma corrente de vapor de gás natural enriquecida em nitrogênio e uma corrente líquida de gás natural empobrecida em nitrogênio;
[0073] (c) separadamente reintroduzir as referidas correntes de vapor e líquido em um local intermediário do trocador de calor principal, resfriando adicionalmente as correntes de vapor e líquido em paralelo, a corrente líquida sendo adicionalmente resfriada para formar uma primeira corrente de LNG e a corrente de vapor sendo adicionalmente resfriada e pelo menos parcialmente liquefeita para formar uma primeira corrente de gás natural enriquecida em nitrogênio pelo menos parcialmente liquefeita, e retirar a primeira corrente de LNG e a primeira corrente de gás natural enriquecida em nitrogênio pelo menos parcialmente liquefeita da extremidade fria do trocador de calor principal;
[0074] (d) expandir, vaporizar parcialmente e separar a primeira corrente de gás natural enriquecida em nitrogênio pelo menos parcialmente liquefeita para formar um produto vapor rico em nitrogênio e uma segunda corrente de LNG; e [0075] (e) expandir, vaporizar parcialmente e separar a segunda corrente de LNG para formar um produto LNG empobrecido em nitrogênio e um vapor de gás natural enriquecido em nitrogênio.
[0076] Em modalidades preferidas, a etapa (e) compreende adicionalmente formar uma corrente de reciclo do vapor de gás natural en- riquecido em nitrogênio ou uma porção do mesmo; e o método compreende adicionalmente;
[0077] (f) comprimir a corrente de reciclo para formar uma corrente de reciclo comprimida; e [0078] (g) retornar a corrente de reciclo comprimida para o tro-cador de calor principal para ser resfriada e pelo menos parcialmente liquefeita em combinação com ou separadamente da corrente de alimentação de gás natural.
[0079] Neste contexto, o termo “gás natural” abrange também gases naturais sintéticos e substitutos. A corrente de alimentação de gás natural inclui metano e nitrogênio (com metano tipicamente sendo o componente principal). Tipicamente a corrente de alimentação de gás natural tem concentração de nitrogênio de 1 a 10 mol%, e os métodos e aparelho aqui descritos podem efetivamente remover nitrogênio da corrente de alimentação de gás natural mesmo onde a concentração de nitrogênio na corrente de alimentação de gás natural é relativamente baixa, como de 5 mol% ou inferior. A corrente de gás natural usualmente conterá também outros componentes, como por exemplo um ou mais outros hidrocarbonetos e/ou outros componentes como hélio, dióxido de carbono, hidrogênio, etc. Entretanto, não deve conter quaisquer componentes adicionais em concentração que congelarão no trocador de calor principal durante o resfriamento e liquefação da corrente. Assim, antes de ser introduzida no trocador de calor principal, a corrente de alimentação de gás natural pode ser pré-tratada se e conforme necessário para remover água, gases ácidos, mercúrio e hidrocarbonetos pesados da corrente de alimentação de gás natural, de modo a reduzir as concentrações de quaisquer desses componentes na corrente de alimentação de gás natural a níveis tais que não resultem em quaisquer problemas de congelamento.
[0080] Neste contexto, e a não ser que indicado o contrário, uma corrente é “enriquecida em nitrogênio” se a concentração de nitrogênio na corrente é superior à concentração de nitrogênio na corrente de alimentação de gás natural. Uma corrente é “empobrecida em nitrogênio” se a concentração de nitrogênio na corrente é inferior à concentração de nitrogênio na corrente de alimentação de gás natural. No método de acordo com o primeiro aspecto da presente invenção descrito acima, o produto vapor rico em nitrogênio tem uma concentração de nitrogênio maior do que a primeira corrente de gás natural enriquecida em nitrogênio pelo menos parcialmente liquefeita (e assim pode ser descrita como sendo adicionalmente enriquecida em nitrogênio, em relação à corrente de alimentação de gás natural). Onde a corrente de alimentação de gás natural contém outros componentes além de metano e nitrogênio, correntes que são “enriquecidas em nitrogênio” podem também ser enriquecidas em outros componentes leves (e.g. outros componentes tendo um ponto de ebulição similar a ou inferior ao de nitrogênio, como por exemplo, hélio), e correntes que são “empobrecidas em nitrogênio” podem também ser empobrecidas em outros componentes pesados (e.g. outros componentes tendo um ponto de ebulição similar a ou superior ao do metano, como por exemplo hi-drocarbonetos mais pesados).
[0081] Neste contexto, o termo “trocador de calor principal” se refere ao trocador de calor responsável por resfriar e liquefazer toda ou uma porção da corrente de gás natural para produzir a primeira corrente de LNG. Como é descrito abaixo em maiores detalhes, o trocador de calor pode ser composto de uma ou mais seções de resfriamento dispostas em série e/ou em paralelo. Cada uma dessas seções pode constituir uma unidade de trocador de calor separada tendo seu próprio invólucro, mas igualmente seções podem ser combinadas em uma única unidade de trocador de calor partilhando um invólucro comum. A(s) unidade(s) de trocador de calor pode(m) ser de qualquer tipo adequado, como, mas não limitadas a, casco e tubo, serpentina, ou de placas e aletas. Nessas unidades, cada seção de resfriamento compreenderá tipicamente seu próprio feixe de tubos (onde a unidade é do tipo casco e tubo ou de serpentina) ou conjunto de placas e aletas (onde a unidade é dos tipos de placas e aletas). Neste contexto, a “extremidade quente” e “extremidade fria” do trocador de calor principal são termos relativos, referindo-se às extremidades do trocador de calor principal que têm a maior e menor temperatura (respectivamente), e não pretendem implicar quaisquer faixas de temperatura particulares, a não ser que indicado o contrário. A frase “um local intermediário” do trocador de calor principal se refere a um local entre as extremidades quente e fria, tipicamente entre duas seções de resfriamento que estão em série.
[0082] Tipicamente, uma parte ou toda a refrigeração para o trocador de calor principal é fornecida por um sistema de refrigeração em circuito fechado, o refrigerante circulado pelo sistema de refrigeração de circuito fechado passando através e sendo aquecido no trocador de calor principal. O sistema de refrigeração de circuito fechado (ou sistemas de refrigeração de circuito fechado, quando mais de um é usado para prover refrigeração para o trocador de calor principal) pode ser de qualquer tipo adequado. Sistemas de refrigeração de exemplo, incluindo um ou mais sistemas de circuito fechado, que podem ser usados de acordo com a presente invenção incluem o sistema de refrigerante misto único (single mixed refrigerant (SMR)), o sistema de refrigerante misto duplo (dual mixed refrigerant (DMR)), o sistema híbrido de pro-pano e refrigerante misto (hybrid propane mixed refrigerant (C3MR)), o sistema de ciclo de expansão de nitrogênio (ou outro ciclo de expansão gasosa), e o sistema de refrigeração em cascata.
[0083] Nos métodos e aparelho aqui descritos, e a não ser que indicado o contrário, correntes podem ser expandidas e/ou, no caso de correntes líquidas ou bifásicas, expandidas e parcialmente vaporiza-das passando a corrente através de qualquer dispositivo de expansão. Uma corrente pode, por exemplo, ser expandida e parcialmente vapo-rizada passando-a através de uma válvula de expansão ou válvula J-T, ou qualquer outro dispositivo para efetuar (essencialmente) expansão isentálpica (e, portanto, evaporação rápida (flash evaporation)) da corrente. Adicionalmente ou alternativamente, uma corrente pode, por exemplo, ser expandida e parcialmente vaporizada passando e sendo expandida por trabalho através de um dispositivo de extração por trabalho, como por exemplo uma turbina hidráulica ou turboexpansor, efetuando assim (essencialmente) expansão isentrópica de uma corrente.
[0084] Em uma modalidade, a etapa (g) do método inclui adicionar uma corrente de reciclo comprimida à corrente de alimentação de gás natural de modo que a corrente de reciclo seja resfriada e pelo menos parcialmente liquefeita no trocador de calor principal em combinação com e como parte da corrente de alimentação de gás natural.
[0085] Em outra modalidade, a etapa (g) do método inclui introduzir a corrente de reciclo comprimida na extremidade quente ou em um local intermediário do trocador de calor principal, resfriar a corrente de reciclo comprimida e pelo menos parcialmente liquefazer toda ou uma porção da mesma, separadamente de e em paralelo com a corrente de alimentação de gás natural, para formar uma segunda corrente de gás natural enriquecida em nitrogênio pelo menos parcialmente liquefeita, e retirar a segunda corrente de gás natural enriquecida em nitrogênio pelo menos parcialmente liquefeita da extremidade fria do trocador de calor principal.
[0086] Em uma modalidade preferida, a etapa (b) do método usa um separador de fases para separar a corrente de alimentação de gás natural resfriada e pelo menos parcialmente liquefeita para formar a corrente de vapor de gás natural enriquecida em nitrogênio e a corrente líquida de gás natural empobrecida em nitrogênio. Assim, a etapa (b) pode incluir expandir e parcialmente vaporizar a corrente resfriada e pelo menos parcialmente liquefeita e separar a referida corrente em um separador de fases em fases líquida e vapor para formar a corrente de vapor de gás natural enriquecida em nitrogênio e a corrente líquida de gás natural empobrecida em nitrogênio.
[0087] Neste contexto, o termo “separador de fases” se refere a um dispositivo, como tambor ou outra forma de vaso, em que uma corrente bifásica pode ser introduzida para separar a corrente em suas fases vapor e líquida constitutivas. Em contraste com uma coluna de destilação (discutida abaixo), o vaso não contém quaisquer seções de separação projetadas para efetuar transferência de massa entre os fluxos de líquido em vapor em contracorrente no interior do vaso. Quando a corrente deve ser expandida (ou expandida e parcialmente vaporizada) antes de ser separada, o dispositivo de expansão para expandir a corrente e o separador de fases para separar a corrente podem ser combinados em um único dispositivo, como por exemplo um tambor de flash (em que a entrada no tambor incorpora uma válvula de expansão).
[0088] Em uma modalidade preferida, a etapa (e) do método usa um tanque de estocagem de LNG para separar a segunda corrente de LNG para formar o vapor de gás natural enriquecido em nitrogênio e o produto LNG empobrecido em nitrogênio. Assim, a etapa (e) do método pode incluir expandir a segunda corrente de LNG, transferir a corrente expandida para um tanque de estocagem de LNG em que uma porção do LNG se vaporiza, formando assim o vapor de gás natural enriquecido em nitrogênio e o produto LNG empobrecido em nitrogênio.
[0089] Em uma modalidade, a etapa (d) do método usa um sepa- rador de fases para separar a primeira corrente de gás natural enriquecida em nitrogênio pelo menos parcialmente liquefeita para formar o produto vapor rico em nitrogênio e a segunda corrente de LNG. Assim, a etapa (d) do método pode incluir expandir e parcialmente vaporizar a primeira corrente de gás natural enriquecida em nitrogênio pelo menos parcialmente liquefeita e separar a referida corrente em um separador de fases em fases líquida e vapor para formar o produto vapor rico em nitrogênio e a segunda corrente de LNG.
[0090] Quando a etapa (d) usa um separador de fases descrito acima, a etapa (e) do método preferivelmente compreende adicionalmente expandir, vaporizar parcialmente e separar a primeira corrente de LNG para produzir produto LNG empobrecido em nitrogênio adicional e vapor de gás natural enriquecido em nitrogênio adicional. Nesta e em outras modalidades onde a primeira corrente de LNG é também expandida, parcialmente vaporizada e separada para produzir vapor de gás natural enriquecido em nitrogênio adicional e produto LNG empobrecido em nitrogênio adicional, isto pode ser realizado combinando a primeira e segunda correntes de LNG e, então, expandindo, vapori-zando parcialmente e separando a corrente combinada; expandindo e parcialmente vaporizando as correntes, separadamente, combinando as correntes expandidas e, então, separando a corrente combinada; ou expandindo, vaporizando parcialmente e separando cada corrente individualmente.
[0091] Em outra modalidade, a etapa (d) do método usa uma coluna de destilação para separar a primeira corrente de gás natural enriquecida em nitrogênio pelo menos parcialmente liquefeita para formar o produto vapor rico em nitrogênio e a segunda corrente de LNG. Assim, a etapa (d) do método pode incluir expandir e parcialmente vaporizar a primeira corrente de gás natural enriquecida em nitrogênio pelo menos parcialmente liquefeita, introduzir a referida corrente em uma coluna de destilação para separar a corrente em fases vapor e líquida, formar o produto vapor rico em nitrogênio do vapor de topo retirado da coluna de destilação, e formar a segunda corrente de LNG do líquido de fundo retirado da coluna de destilação.
[0092] Neste contexto, o termo “coluna de destilação” se refere a uma coluna (ou conjunto de colunas) contendo uma ou mais seções de separação, cada seção de separação sendo composta de insertos, como recheio e/ou uma ou mais bandejas, que aumentam o contato e, assim, melhoram a transferência de massa entre o vapor ascendente e o líquido descendente que fluem através da seção do interior da coluna. Desta forma, a concentração de componentes mais leves (como nitrogênio) no vapor de topo, i.e. no vapor que se acumula no topo da coluna é aumentada, e a concentração de componentes mais pesados (como metano) no líquido de fundo, i.e. no líquido que se acumula no fundo da coluna, é aumentada. O “topo” da coluna se refere à parte da coluna acima das seções de separação. O “fundo” da coluna se refere à parte da coluna abaixo das seções de separação. Uma “localização intermediária” da coluna se refere a uma localização entre o topo e fundo da coluna, tipicamente entre duas seções de separação que estão em série.
[0093] Quando a etapa (d) usa uma coluna de destilação descrita acima, a etapa (e) do método pode incluir adicionalmente expandir, vaporizar parcialmente e separar a primeira corrente de LNG para produzir produto LNG empobrecido em nitrogênio adicional e vapor de gás natural enriquecido em nitrogênio adicional. Novamente, neste caso a primeira corrente de LNG e a segunda corrente de LNG podem ser expandidas e/ou separadas individualmente ou em combinação, como descrito acima.
[0094] Alternativamente, a etapa (d) pode compreender adicionalmente expandir e vaporizar parcialmente a primeira corrente de LNG e introduzir a referida corrente na coluna de destilação para separar a corrente em fases vapor e líquida, a primeira corrente de LNG sendo introduzida na coluna de destilação em um local abaixo do local em que a primeira corrente de gás natural enriquecida em nitrogênio pelo menos parcialmente liquefeita é introduzida na coluna de destilação. A primeira corrente de LNG pode ser introduzida na coluna de destilação em um local intermediário da coluna. A primeira corrente de LNG pode ser introduzida no fundo da coluna de destilação.
[0095] Boil-up para a coluna de destilação pode ser fornecido aquecendo e vaporizando uma porção do líquido de fundo em um re-fervedor via troca térmica indireta com a primeira corrente de LNG antes da introdução da primeira corrente de LNG na coluna de destilação.
[0096] Boil-up para a coluna de destilação pode ser fornecido aquecendo e vaporizando uma porção do líquido de fundo em um re-fervedor via troca térmica indireta com toda ou uma porção da primeira corrente de gás natural enriquecida em nitrogênio pelo menos parcialmente liquefeita antes da introdução da referida corrente na coluna de destilação.
[0097] Boil-up para a coluna de destilação pode ser fornecido aquecendo e vaporizando uma porção do líquido de fundo em um re-fervedor contra uma fonte térmica externa (por exemplo como, mas não limitada a, um aquecedor elétrico).
[0098] Em uma modalidade, a etapa (b) do método pode incluir expandir, vaporizar parcialmente e separar a corrente resfriada e pelo menos parcialmente liquefeita para formar a corrente de vapor de gás natural enriquecida em nitrogênio, uma corrente de gás de stripping composta de vapor de gás natural enriquecida em nitrogênio, e a corrente líquida de gás natural empobrecida em nitrogênio. A Etapa (d) do método pode, então, incluir adicionalmente introduzir a corrente de gás de stripping no fundo da coluna de destilação.
[0099] A Etapa (d) do método pode incluir adicionalmente a introdução de uma corrente de gás de stripping, gerada de qualquer fonte adequada, no fundo da coluna de destilação. Além das correntes de gás de stripping geradas das fontes descritas acima, fontes adicionais ou alternativas podem incluir formar uma corrente de gás de stripping de uma porção do gás de reciclo comprimido antes de o reciclo comprimido remanescente ser retornado ao trocador de calor principal; e formar uma corrente de gás de stripping de uma porção da alimentação de gás natural.
[00100] Preferivelmente, a primeira corrente de gás natural enriquecida em nitrogênio pelo menos parcialmente liquefeita é introduzida no topo da coluna de destilação, ou na coluna de destilação em um local intermediário da coluna.
[00101] Se desejado, a primeira corrente de gás natural enriquecida em nitrogênio pelo menos parcialmente liquefeita pode ser expandida, parcialmente vaporizada e separada em correntes de vapor e líquido separadas, antes de ser introduzida na coluna de destilação, a corrente líquida sendo introduzida na coluna de destilação em um local intermediário, e a corrente de vapor sendo resfriada e pelo menos parcialmente condensada em um trocador de calor do condensador, via troca térmica indireta com o vapor de topo retirado da coluna, e sendo, então introduzida no topo da coluna. A primeira corrente de gás natural enriquecida em nitrogênio pelo menos parcialmente liquefeita é, neste caso, preferivelmente separada nas correntes de vapor e líquido separadas em um separador de fases. Quando a primeira corrente de gás natural enriquecida em nitrogênio pelo menos parcialmente liquefeita já é uma corrente bifásica, pode ser necessária expansão e vaporiza-ção mínima adicional da corrente, sendo que neste caso pode não ser necessário passar a corrente através de um dispositivo de expansão antes de introduzir a corrente no separador de fases (qualquer expansão e vaporização necessárias sendo efetuada pela expansão e vapo-rização que ocorrerá inevitavelmente na introdução de uma corrente bifásica em um tambor ou em outro vaso desse tipo).
[00102] Nas modalidades onde a corrente de reciclo comprimida é resfriada separadamente no trocador de calor principal para formar uma segunda corrente de gás natural enriquecida em nitrogênio pelo menos parcialmente liquefeita, a etapa (d) do método pode ainda incluir expandir e parcialmente vaporizar a primeira corrente de gás natural enriquecida em nitrogênio pelo menos parcialmente liquefeita e introduzir a referida corrente na coluna de destilação para separar a corrente em fases vapor e líquida, expandindo e vaporizando parcialmente a segunda corrente de gás natural enriquecida em nitrogênio pelo menos parcialmente liquefeita e introduzindo a referida corrente na coluna de destilação para separar a corrente em fases vapor e líquida, formando o produto vapor rico em nitrogênio de vapor de topo retirado da coluna de destilação, e formando a segunda corrente de LNG do líquido de fundo retirado da coluna de destilação. Nesta modalidade, é preferível que a segunda corrente de gás natural enriquecida em nitrogênio pelo menos parcialmente liquefeita seja introduzida no topo da coluna de destilação.
[00103] Refluxo pra a coluna de destilação pode ser fornecido condensando uma porção do vapor de topo da coluna de destilação em um trocador de calor do condensador. Refrigeração para o trocador de calor do condensador pode ser fornecida por aquecimento do vapor de topo retirado da coluna de destilação. Refrigeração para o trocador de calor do condensador pode ser fornecida por um sistema de refrigeração em circuito fechado que também provê refrigeração para o trocador de calor principal, o refrigerante circulado pelo sistema de refrigeração em circuito fechado passando através e sendo aquecido no tro- cador de calor do condensador.
[00104] Como também notado acima, de acordo com um segundo aspecto da presente invenção é fornecido um aparelho para produzir um produto LNG empobrecido em nitrogênio, o aparelho incluindo: [00105] um trocador de calor principal tendo (i) uma primeira passagem de resfriamento, se estendendo da extremidade quente do trocador de calor para um local intermediário do trocador de calor, para receber uma corrente de alimentação de gás natural e resfriar e liquefazer pelo menos parcialmente liquefazer a referida corrente de modo a produzir uma corrente resfriada e pelo menos parcialmente liquefeita, (ii) uma segunda passagem de resfriamento se estendendo de um local intermediário do trocador de calor para a extremidade fria do trocador de calor, para receber e resfriar adicionalmente a corrente líquida de gás natural empobrecida em nitrogênio para formar uma primeira corrente de LNG, e (iii) uma terceira passagem de resfriamento se estendendo de um local intermediário do trocador de calor para a extremidade fria do trocador de calor, para receber e resfriar adicionalmente uma corrente de vapor de gás natural enriquecida em nitrogênio, separadamente de e em paralelo com a corrente líquida de gás natural empobrecida em nitrogênio, para formar uma primeira corrente de gás natural enriquecida em nitrogênio pelo menos parcialmente liquefeita;
[00106] um sistema de refrigeração para suprir refrigerante para o trocador de calor principal para resfriar as passagens de resfriamento;
[00107] um primeiro sistema de separação, em comunicação por fluxo de fluido com o trocador de calor principal, para (i) receber a corrente resfriada e pelo menos parcialmente liquefeita da primeira passagem de resfriamento do trocador de calor principal, (ii) expandir, vaporizar parcial mente e separar a referida corrente para formar a corrente de vapor de gás natural enriquecida com nitrogênio e a corrente líquida de gás natural empobrecida em nitrogênio, e (iii) retornar as referentes correntes líquida e de vapor para, respectivamente, as segunda e terceira passagens de resfriamento do trocador de calor principal;
[00108] um segundo sistema de separação, em comunicação por fluxo de fluido com o trocador de calor principal, para receber, expandir, vaporizar parcialmente e separar a primeira corrente de gás natural enriquecida em nitrogênio pelo menos parcialmente liquefeita para formar um produto vapor rico em nitrogênio e uma segunda corrente de LNG; e [00109] um terceiro sistema de separação, em comunicação por fluxo de fluido com o segundo sistema de separação, para receber, expandir, vaporizar parcialmente e separar a segunda corrente de LNG para formar um produto LNG empobrecido em nitrogênio e um vapor de gás natural enriquecido em nitrogênio.
[00110] Neste contexto, o termo “comunicação de fluxo de fluido” indica que os dispositivos ou sistemas em questão são ligados uns aos outros de tal modo que as correntes referenciadas podem ser enviadas e recebidas pelos dispositivos ou sistemas em questão. Os dispositivos ou sistemas podem, por exemplo ser ligados, por tubos, passagens ou outras formas de condução adequadas para transferir as correntes em questão.
[00111] O aparelho de acordo com o segundo aspecto da invenção é adequado para realizar um método de acordo com o primeiro aspecto da invenção. Assim, várias características e modalidades preferidas ou opcionais de aparelho de acordo com o segundo aspecto ficarão aparentes da discussão precedente das várias modalidades e características preferidas ou opcionais do método de acordo com o primeiro aspecto.
[00112] Por exemplo, em modalidades preferidas, o aparelho com- preende adicionalmente um sistema de compressor, em comunicação por fluxo de fluido com o terceiro sistema de separação e trocador de calor principal, para receber uma corrente de reciclo do terceiro sistema de separação, formado do vapor de gás natural enriquecido em nitrogênio ou uma porção do mesmo, comprimir a corrente de reciclo para formar uma corrente de reciclo comprimida, e retornar a corrente de reciclo comprimida para o trocador de calor principal para ser resfriada e pelo menos parcialmente liquefeita em combinação com ou separadamente da corrente de alimentação de gás natural. O sistema de refrigeração preferivelmente inclui um sistema de refrigeração em circuito fechado. O primeiro sistema de separação preferivelmente inclui um dispositivo de expansão e um separador de fases. O segundo sistema de separação pode por exemplo incluir um dispositivo de expansão e um separador de fases, um dispositivo de expansão e uma coluna de destilação, ou alguma combinação dos mesmos. O terceiro sistema de separação preferivelmente inclui um dispositivo de expansão e um tanque de LNG.
[00113] Somente como exemplo, várias modalidades preferidas da invenção serão agora descritas com referência às figuras 1 a 7. Nestas figuras, quando uma característica é comum a mais de uma figura, essa característica recebe o mesmo número de referência em cada figura, para clareza e brevidade.
[00114] Com referência à figura 1, são mostrados um método e aparelho para liquefazer e remover nitrogênio de uma corrente de gás natural de acordo com uma modalidade da presente invenção.
[00115] A corrente de alimentação de gás natural 100 é primeiramente passada através de um conjunto de passagens de resfriamento em um trocador de calor principal para resfriar a corrente de gás natural e liquefazer e (tipicamente) sub-resfriar uma porção da mesma, produzindo, assim, uma primeira corrente de LNG 128, como será descrito em maiores detalhes abaixo. A corrente de alimentação de gás natural inclui metano e nitrogênio. Tipicamente a corrente de alimentação de gás natural tem uma concentração de nitrogênio de 1 a 10 mol%, e os métodos e aparelho descritos aqui podem efetivamente remover nitrogênio do gás natural mesmo quando a concentração de nitrogênio na corrente de alimentação de gás natural é relativamente baixa, como 5 mol% ou menos. Como é bem conhecido na técnica, a corrente de alimentação de gás natural não deve conter quaisquer componentes adicionais em concentrações que irão congelar no tro-cador de calor principal durante resfriamento e liquefação da corrente. Assim, antes de ser introduzida no trocador de calor principal, a corrente de alimentação de gás natural pode ser pré-tratada se e conforme necessário para remover água, gases ácidos, mercúrio e hidrocar-bonetos pesados da corrente de alimentação de gás natural, de modo a reduzir as concentrações de quaisquer desses componentes na corrente de alimentação de gás natural a níveis tais que não resultem em quaisquer problemas de congelamento. Equipamento e técnicas apropriados para efetuar desidratação, remoção de ácido, remoção de mercúrio e remoção de hidrocarbonetos pesados são bem conhecidos. A corrente de gás natural deve também ficar acima da pressão ambiente, e assim pode ser comprimida e resfriada se e conforme necessário em um ou mais compressores e pós-resfriadores (não mostrados) antes de ser introduzida no trocador de calor principal.
[00116] Na modalidade representada na figura 1, o trocador de calor principal é composto de três seções de resfriamento em série, a saber, uma seção quente 102 na qual a corrente de alimentação de gás natural 100 é pré-resfriada, uma seção do meio ou intermediária 106 na qual a corrente de alimentação de gás natural resfriada 104 é pelo menos parcialmente liquefeita e uma seção fria 120 na qual a porção liquefeita 118 da corrente de alimentação de gás natural é sub- resfriada, a seção de extremidade quente 102 na qual a corrente de alimentação de gás natural 100 é introduzida constituindo assim a extremidade quente do trocador de calor principal, e a extremidade da seção fria 120 da qual a primeira corrente de LNG 128 é retirada, constituindo, assim, a extremidade fria do trocador de calor principal. Como será reconhecido, os termos ‘quente’ e ‘frio’ neste contexto se referem somente às temperaturas relativas no interior das seções de resfriamento, e não implicam quaisquer faixas de temperatura particulares. Na disposição representada na figura 1, cada uma dessas seções constitui uma unidade de trocador de calor separada tendo seu próprio casco, carcaça ou outra forma de invólucro, mas igualmente duas ou todas as três seções poderíam ser combinadas em uma única unidade de trocador de calor partilhando um invólucro comum. A(s) unidade(s) de trocador de calor pode(m) ser de qualquer tipo adequado, como, mas não limitadas a, casco e tubo, serpentina, ou de placas e aletas. Nessas unidades, cada seção de resfriamento compreenderá tipicamente seu próprio feixe de tubos (onde a unidade é do tipo casco e tubo ou de serpentina) ou conjunto de placas e aletas (onde a unidade é dos tipos de placas e aletas).
[00117] Uma parte ou toda a refrigeração para o trocador de calor principal pode ser fornecida por qualquer sistema de refrigeração em circuito fechado (não mostrado). Sistemas de refrigeração de circuito fechado pode ser de qualquer tipo adequado. Sistemas de refrigeração de exemplo que podem ser usados incluem um sistema de refrigerante misto único (single mixed refrigerant (SMR)), um sistema de refrigerante misto duplo (dual mixed refrigerant (DMR)), um sistema híbrido de propano e refrigerante misto (hybrid propane mixed refrigerant (C3MR)) e um sistema de ciclo de expansão de nitrogênio (ou outro ciclo de expansão gasosa), e um sistema de refrigeração em cascata. Nos sistemas SMR e de ciclo de expansão de nitrogênio, refrigeração é suprida a todas as três seções 102, 106, 110 do trocador de calor principal por um refrigerante misto único (no caso do sistema SMR) ou por nitrogênio (no caso do sistema de ciclo de expansão de nitrogênio) circulados por um sistema de refrigeração em circuito fechado. Nos sistemas DMR e C3MR, dois sistemas de refrigeração em circuito fechado circulando dois refrigerantes separados (dois refrigerantes mistos diferentes no caso do sistema DMR, e um refrigerante de propano e refrigerante misto no caso do sistema C3MR) são usados para suprir refrigerante ao trocador de calor principal, de modo que diferentes seções do trocador de calor principal podem ser resfriadas por diferentes sistemas em circuito fechado. As operações de SMR, DMR, C3MR, ciclo de expansão de nitrogênio e outros desses sistemas de refrigeração em circuito fechado são bem conhecidos.
[00118] A corrente de alimentação de gás natural 100 é introduzida na extremidade quente do trocador de calor principal e passa através de uma primeira passagem de resfriamento percorrendo as seções quente 102 e do meio 106 do trocador de calor principal nas quais a corrente é resfriada e pelo menos parcialmente liquefeita, produzindo, assim, a corrente de gás natural resfriada e pelo menos parcialmente liquefeita 108. A corrente de gás natural resfriada e pelo menos parcialmente liquefeita 108 é, então, retirada de um local intermediário do trocador de calor principal, entre as seções do meio e fria do trocador de calor principal, e expandida, parcialmente vaporizada e separada no primeiro sistema de separação, composto de um dispositivo de expansão, como uma válvula J-T 110 ou dispositivo de extração por trabalho (e.g. turbina hidráulica ou turboexpansor (não mostrados)), e separador de fases (como um tambor de flash) 114, para formar uma corrente de vapor de gás natural enriquecida com nitrogênio 116 e uma corrente líquida de gás natural empobrecida em nitrogênio 118. Mais especificamente, a corrente de gás natural pelo menos parcial- mente liquefeita 108 passa através do dispositivo de expansão 110 para formar uma corrente expandida e parcialmente vaporizada 112 que é separada no separador de fases 114 em fases vapor e líquida de modo a formar as referidas correntes de vapor 116 e líquido 118. As correntes de vapor 116 e líquido 118 são, então, separadamente reintroduzidas em um local intermediário do trocador de calor principal, entre as seções do meio 106 e fria 120, para serem adicionalmente resfriadas em paralelo na seção fria 120 do trocador de calor principal. Mais especificamente, a corrente líquida de gás natural empobrecida em nitrogênio 118 é introduzida e passada através de uma segunda passagem de resfriamento, percorrendo a seção fria 120 do trocador de calor principal, na qual a corrente é sub-resfriada para formar a primeira corrente de LNG (sub-resfriada) 128. A corrente de vapor de gás natural enriquecida em nitrogênio 116 é introduzida e passada através de uma terceira passagem de resfriamento, que percorre a seção fria 120 do trocador de calor principal separadamente de e em paralelo à segunda passagem de resfriamento, na qual a corrente é resfriada e pelo menos parcialmente liquefeita para formar uma primeira corrente de gás natural enriquecida em nitrogênio pelo menos parcialmente liquefeita (i.e. parcialmente ou totalmente liquefeita) 122. A primeira corrente de LNG 128 e a primeira corrente de gás natural enriquecida em nitrogênio pelo menos parcialmente liquefeita 122 são, então, retiradas da extremidade fria do trocador de calor principal.
[00119] A primeira corrente de gás natural enriquecida em nitrogênio pelo menos parcialmente liquefeita 122 e a primeira corrente de LNG 128 são, então, expandidas, parcialmente vaporizadas e introduzidas em uma coluna de destilação 134 na qual são separadas em fases vapor e líquida para formar um produto vapor rico em nitrogênio 136, 139 e uma segunda corrente de LNG 138. A coluna de destilação 134 compreende uma seção se separação, composta de insertos, co- mo recheio e/ou uma ou mais bandejas, que aumentam o contato e, assim, melhoram a transferência de massa entre o vapor ascendente e o líquido descendente no interior da coluna. A primeira corrente de gás natural enriquecida em nitrogênio pelo menos parcialmente liquefeita 122 é expandida e parcialmente vaporizada passando através de um dispositivo de expansão, como por exemplo através de uma válvula J-T 124 ou turboexpansor (não mostrado), formando uma corrente expandida e parcialmente vaporizada 126 que é introduzida no topo da coluna de destilação, acima da seção de separação, para separação em fases vapor e líquida, fornecendo, assim, também refluxo para a coluna. A primeira corrente de LNG 128 é expandida e parcialmente vaporizada pela passagem através de um dispositivo de expansão, como por exemplo através de uma válvula J-T 130 ou turboexpansor (não mostrado), formando uma corrente expandida e parcialmente vaporizada 132 que é introduzida no fundo da coluna de destilação, abaixo da seção de separação, para separação em fases vapor e líquida, fornecendo assim também gás de stripping para a coluna. Quando a primeira corrente de gás natural enriquecida em nitrogênio pelo menos parcialmente liquefeita 122 é uma corrente parcialmente liquefeita (i.e. bifásica), esta corrente pode em uma modalidade alternativa (não mostrada) também ser separada em um separador de fases em correntes de vapor e líquido separadas antes de ser expandida e introduzida na destilação. Neste caso, após a primeira corrente de gás natural enriquecida em nitrogênio pelo menos parcialmente liquefeita 122 ter sido separada no separador de fases nas correntes de líquido e vapor ambas as correntes seriam, então, expandidas (e no caso da corrente líquida parcialmente vaporizada) passando através de um dispositivo de expansão, como uma válvula J-T ou turboexpansor, antes de ser separadamente introduzidas na coluna de destilação.
[00120] O vapor de topo da coluna de destilação 134 é adicionalmente enriquecido em nitrogênio (i.e. é enriquecido em nitrogênio em relação à primeira corrente de gás natural enriquecida em nitrogênio pelo menos parcialmente liquefeita 122, e assim adicionalmente enriquecida em nitrogênio em relação à corrente de alimentação de gás natural 100) e é retirado do topo da coluna de destilação 134 formando a corrente de produto vapor rico em nitrogênio 136, que passa através de uma válvula de controle 137 (que controla a pressão de operação da coluna de destilação) para formar a corrente de produto vapor rico em nitrogênio final 139 (que pode, então, ser usado como combustível ou ventado, dependendo de sua composição). A corrente de produto vapor rico em nitrogênio final 139 pode ser aquecida por integração térmica com outras correntes de refrigerante para recuperar refrigeração (não mostrado). O líquido de fundo da coluna de destilação é adicionalmente empobrecido em nitrogênio (i.e. é empobrecido em nitrogênio em relação à primeira corrente de LNG 128 formada da corrente líquida de gás natural empobrecida em nitrogênio 118, e, assim, é adicionalmente empobrecida em nitrogênio em relação à corrente de alimentação de gás natural 100), e é retirado do fundo da coluna de destilação 134 formando a segunda corrente de LNG 138.
[00121] A segunda corrente de LNG 138 é, então, adicionalmente expandida, por exemplo pela passagem da corrente através de um dispositivo de expansão como uma válvula J-T 140 ou turboexpansor (não mostrado), para formar uma corrente de LNG expandida 142 que é introduzida em um tanque de estocagem de LNG 144. No interior do tanque de estocagem de LNG 144 uma porção do LNG se vaporiza, como resultado da expansão inicial e introdução do LNG no tanque e/ou como resultado do aquecimento ambiente ao longo do tempo (já que o tanque de estocagem não pode ser perfeitamente isolado), produzindo um vapor de gás natural enriquecido em nitrogênio que se acumula e é retirado no espaço de topo do tanque como corrente de reciclo 146, e deixando para trás um produto LNG empobrecido em nitrogênio que é armazenado no tanque e pode ser retirado como corrente de produto 196. Em uma modalidade alternativa (não representada), o tanque de estocagem de LNG 128 podería ser substituído por um separador de fases (como um tambor de flash) ou outra forma de dispositivo de separação no qual a corrente de LNG 142 expandida é separada em fases líquida e vapor formando, respectivamente, o produto LNG empobrecido em 196 e corrente de reciclo 146 composta de vapor de gás natural enriquecido em nitrogênio. No caso em que um tanque de estocagem de LNG é usado, o vapor de gás natural enriquecido em nitrogênio que se acumula e é retirado do espaço de topo do tanque pode também ser referido como um gás de flash do tanque (TFG) ou gás vaporizado (boil-offgas (BOG)). No caso onde um separador de fases é usado, o vapor de gás natural enriquecido em nitrogênio que é formado e retirado do separador de fases pode, também ser referido como um gás de flash final (EFG).
[00122] A corrente de reciclo 146 composta de vapor de gás natural enriquecido em nitrogênio é, então, recomprimida em um ou mais compressores 148 e resfriada em um ou mais pós-resfriadores 152 para formar uma corrente de reciclo comprimida 154 que é reciclada de volta ao trocador de calor principal (daí a razão para esta corrente ser referida como corrente de reciclo) sendo, nesta modalidade, introduzida de volta à corrente de alimentação de gás natural 100 de modo a ser resfriada e pelo menos parcialmente liquefeita no trocador de calor principal em combinação com e como parte da corrente de alimentação de gás natural. O(s) pós-resfriador(es) 154 pode(m) usar qualquer forma adequada de refrigerante, como por exemplo água ou ar em temperatura ambiente.
[00123] A modalidade representada na figura 1 pode ser pronta- mente aplicada para obter produto vapor rico em nitrogênio 139 que é adequado para uso como gás combustível, ou que tem uma concentração de metano de 10 mol% ou menos e é adequado para ser liberado. A modalidade provê um método e aparelho que tem uma quantidade de equipamentos relativamente baixa, é eficiente, simples e fácil de operar, e funciona bem com composições de alimentação de gás natural com concentração de nitrogênio relativamente baixa.
[00124] Com referência agora às figuras 2 a 6, estas representam vários outros métodos e aparelhos para liquefazer e remover nitrogênio de uma corrente de gás natural de acordo com modalidades alternativas da presente invenção.
[00125] O método e aparelho representados na figura 2 diferem daqueles representados na figura 1 pelo fato de que somente a primeira corrente de gás natural enriquecida em nitrogênio pelo menos parcialmente liquefeita 122 (em oposição a ambas as correntes: primeira corrente de gás natural enriquecida em nitrogênio pelo menos parcialmente liquefeita 122 e primeira corrente de LNG 128) é separada para formar o produto vapor rico em nitrogênio 136, 139 e segunda corrente de LNG 138, a referida separação ocorrendo em um separador de fases são invés de em uma coluna de destilação, a primeira corrente de LNG 128 sendo enviada para o tanque de estocagem de LNG 144 junto com a segunda corrente de LNG 138.
[00126] Mais especificamente, a primeira corrente de gás natural enriquecida em nitrogênio pelo menos parcialmente liquefeita 122 retirada da extremidade fria do trocador de calor principal é expandida e parcialmente vaporizada, passando a corrente através de um dispositivo de expansão como, por exemplo, uma válvula J-T 124 ou tur-boexpansor (não mostrado), e separada em um separador de fases (como um tambor de flash) 234 em fases vapor e líquida formando, respectivamente, produto vapor rico em nitrogênio 136, 139 e segunda corrente de LNG 138. A segunda corrente de LNG 138 é, então, expandida para formar uma corrente de LNG 142 expandida que é introduzida no tanque de estocagem de LNG 144, como previamente descrito. Como antes, o produto vapor rico em nitrogênio é enriquecido em nitrogênio em relação à primeira corrente de gás natural enriquecida em nitrogênio pelo menos parcialmente liquefeita 122, e, portanto, é adicionalmente enriquecida em nitrogênio em relação à corrente de alimentação de gás natural 100.
[00127] A primeira corrente de LNG 128 retirada da extremidade fria do trocador de calor principal é expandida, passando a corrente através de um dispositivo de expansão como uma válvula J-T 130 ou tur-boexpansor (não mostrado), para formar uma corrente de LNG expandida 132 a aproximadamente a mesma pressão da corrente de LNG expandida 142 formada da segunda corrente de LNG 138. A primeira corrente de LNG expandida 132 é também introduzida no tanque de estocagem de LNG 144 no qual, como descrito acima, uma porção do LNG se vaporiza, fornecendo vapor de gás natural enriquecido em nitrogênio que é retirado do espaço de topo do tanque como corrente de reciclo 146, e deixando para trás um produto LNG empobrecido em nitrogênio que é armazenado no tanque e pode ser retirado como corrente de produto LNG 196. Desta forma, a primeira corrente de LNG 128 e a segunda corrente de LNG 138 são expandidas, combinadas e, juntas, separadas em uma corrente de reciclo 146 e o produto LNG 196. Entretanto, em uma modalidade alternativa (não representada), a primeira corrente de LNG 128 e a segunda corrente de LNG 138 poderíam ser expandidas e introduzidas em diferentes tanques de estocagem de LNG (ou outras formas de sistema de separação) para produzir correntes de reciclo separadas que são, então, combinadas, e correntes de produto LNG separadas. Igualmente, em ainda outra modalidade (não representada), a primeira corrente de LNG 128 e a segun- da corrente de LNG 138 poderíam (ajustadas a uma pressão similar) ser combinadas antes de ser expandidas através de uma válvula J-T, turboexpansor ou outra forma de dispositivo de expansão, e, então, a corrente combinada expandida introduzida no tanque de estocagem de LNG (ou outra forma de sistema de separação).
[00128] O método e aparelho representados na figura 3 diferem daqueles representados na figura 1 pelo fato de que a coluna de destilação 334 tem duas seções de separação (cada uma composta, como descrito acima, de insertos como recheio e/ou uma ou mais bandejas), a primeira corrente de LNG 128 sendo separada na coluna de destilação em fases vapor e líquida pela introdução em um local intermediário da coluna de destilação 334, entre as duas seções de separação. Mais especificamente, a primeira corrente de LNG 128 retirada da extremidade fria do trocador de calor principal é resfriada no reboiler 324, expandida e parcialmente vaporizada, por exemplo pela passagem através de um dispositivo de expansão como uma válvula J-T 333 ou um turboexpansor (não mostrado), e é introduzida como uma corrente parcialmente vaporizada 335 no local intermediário da coluna de destilação 334. Nesta modalidade, a primeira corrente de gás natural enriquecida em nitrogênio pelo menos parcialmente liquefeita 122 é, também, resfriada no reboiler 324 antes de ser expandida e parcialmente vaporizada, por exemplo pela passagem através de um dispositivo de expansão como uma válvula J-T 328 ou um turboexpansor (não mostrado), e introduzida como uma corrente parcialmente vaporizada 330 no topo da coluna de destilação 334, fornecendo, assim, refluxo para a coluna. Boil-up para a coluna de destilação 334 é fornecido pelo aquecimento e vaporização pelo menos parcial de uma corrente 360 de líquido de fundo da coluna no reboiler 324 e retorno da corrente aquecida e pelo menos parcialmente vaporizada 362 para o fundo da coluna, fornecendo, assim gás de stripping para a coluna. O restante do líquido de fundo não vaporizado no reboiler é retirado do fundo da coluna de destilação para formar a segunda corrente de LNG 138.
[00129] O método e aparelho representados na figura 4 diferem daqueles representados na figura 1 pelo fato de que a corrente de reciclo comprimida 154 não é reciclada para o trocador de calor principal por adição e mistura com a corrente de alimentação de gás natural. Ao invés disso, a corrente de reciclo comprimida é introduzida e passada através do (e resfriada no) trocador de calor principal separadamente e em paralelo com a corrente de alimentação de gás natural de modo a formar uma segunda corrente de gás natural enriquecida em nitrogênio pelo menos parcialmente liquefeita 444. Esta corrente é, então, retirada da extremidade fria do trocador de calor principal e, como a primeira corrente de gás natural enriquecida em nitrogênio pelo menos parcialmente liquefeita é também introduzida na coluna de destilação 434, que neste caso inclui duas seções de separação, para ser separada em fases vapor e líquida.
[00130] Mais especificamente, a corrente de reciclo comprimida 154 que sai do pós-resfriador 152 a aproximadamente a mesma temperatura (e.g. ambiente) da corrente de alimentação de gás natural 100 é introduzida na extremidade quente do trocador de calor principal separadamente da corrente de alimentação de gás natural e é passada através de uma quarta passagem de resfriamento que percorre as seções quente 102, do meio 104 e fria 120 do trocador de calor principal separadamente e em paralelo com as primeira, segunda e terceira passagens de resfriamento, de modo que a corrente de reciclo comprimida 154 é resfriada separadamente e em paralelo com a corrente de alimentação de gás natural 100. A corrente de reciclo é resfriada e parcialmente liquefeita à medida que passa através da quarta passagem de resfriamento de modo a formar a segunda corrente de gás natural enriquecida em nitrogênio pelo menos parcialmente liquefeita 444, que é retirada da extremidade fria do trocador de calor principal.
[00131] A primeira corrente de LNG 128, primeira corrente de gás natural enriquecida em nitrogênio pelo menos parcialmente liquefeita 122, e segunda corrente de gás natural enriquecida em nitrogênio pelo menos parcialmente liquefeita 444, retiradas da extremidade fria do trocador de calor principal, são, então, enviadas à coluna de destilação 434 para serem separadas em fases vapor e líquida. A coluna de destilação 434 neste caso compreende, como notado acima, duas seções de separação. A primeira corrente de LNG 128 (que tem o menor teor de nitrogênio das correntes 128, 122 e 444) é expandida e parcialmente vaporizada, por exemplo pela passagem através de um dispositivo de expansão como válvula J-T 130 ou um turboexpansor (não mostrado), e introduzida como corrente parcialmente vaporizada 132 no fundo da coluna de destilação 434, fornecendo, assim, também, gás de stripping para a coluna. A primeira corrente de gás natural enriquecida em nitrogênio pelo menos parcialmente liquefeita 122 é expandida e parcialmente vaporizada, por exemplo pela passagem através de um dispositivo de expansão como válvula J-T 124 ou um turboexpansor (não mostrado), e introduzida como corrente parcialmente vaporizada 126 em um local intermediário da coluna de destilação 434, entre as duas seções de separação. A segunda corrente de gás natural enriquecida em nitrogênio pelo menos parcialmente liquefeita 444 (que tem o teor mais alto de nitrogênio das correntes 128, 122 e 444) é resfriada no trocador de calor 446, expandida e parcialmente vaporizada, por exemplo pela passagem através de um dispositivo de expansão como válvula J-T 448 ou um turboexpansor (não mostrado), e introduzida como corrente parcialmente vaporizada 460 no topo da coluna de destilação 434, fornecendo assim, também, refluxo para a coluna. O líquido de fundo empobrecido em nitrogênio é retirado do fundo da coluna de destilação 434, formando a segunda corrente de LNG 138 que, como anteriormente, é expandida e introduzida no tanque de estoca-gem de LNG 144. O vapor de topo retirado do topo da coluna de destilação novamente forma a corrente de produto vapor rico em nitrogênio 136, que neste caso é aquecida no trocador de calor 446 (via troca térmica indireta com a primeira corrente de gás natural enriquecida em nitrogênio pelo menos parcialmente liquefeita 444) para prover uma corrente de produto vapor rico em nitrogênio aquecida 139. Nesta modalidade, a corrente de produto vapor rico em nitrogênio 136, 139 obtida do topo da coluna de destilação pode ser uma corrente de vapor de nitrogênio quase pura.
[00132] O uso do trocador de calor principal para resfriar e pelo menos parcialmente liquefazer a corrente de reciclo, em paralelo, mas separadamente, da alimentação de gás natural, provê vantagens distintas. A corrente de reciclo é enriquecida em nitrogênio comparada com a corrente de alimentação de gás natural, e, portanto, liquefazer ou liquefazer parcialmente esta corrente separadamente da alimentação de gás natural e, então, separar a corrente enriquecida em nitrogênio pelo menos parcialmente condensada resultante provê um processo mais eficiente de separar os componentes nitrogênio e metano da corrente de reciclo do que se a corrente de reciclo fosse reciclada de volta e separada junto com a corrente de alimentação de gás natural. Igualmente, embora a corrente de reciclo pudesse ser resfriada e liquefeita pelo menos parcialmente por adição de um trocador de calor e sistema de refrigeração dedicados para isso, o uso do trocador de calor principal e seu sistema de refrigeração existente associado para resfriar e liquefazer pelo menos parcialmente a corrente de reciclo, de modo que esta possa ser então separada no produto rico em nitrogênio e produto LNG adicional, provê um processo e aparelho mais compactos e eficientes em custo.
[00133] Deve também ser notado que embora, na modalidade re- presentada na figura 4, a corrente de reciclo comprimida 154 seja introduzida na extremidade quente do trocador de calor principal, isto não precisa necessariamente ser o caso. Em particular, se a corrente de reciclo comprimida é obtida em uma temperatura inferior à temperatura da corrente de alimentação de gás natural, a corrente de reciclo comprimida pode ser introduzida em um local intermediário do trocador de calor principal no qual a temperatura da corrente de reciclo comprimida se adeque melhor à temperatura da (agora resfriada) corrente de alimentação de gás natural (a quarta passagem de resfriamento neste caso se estendendo, pelo trocador de calor principal do referido local intermediário para a extremidade fria do trocador de calor principal). Por exemplo, a corrente de reciclo comprimida podería ser introduzida entre as seções fria 102 e do meio 106, ou entre as seções do meio 106 e fria 120 do trocador de calor principal. Uma corrente de reciclo comprimida 154 podería ser obtida a uma temperatura mais fria, por exemplo, resfriando adicionalmente a corrente de reciclo 154 que sai do pós-resfriador 152 em um trocador de calor economizador (não mostrado) contra uma corrente de reciclo 146 que sai do tanque de estocagem de LNG 144 antes que a última corrente seja comprimida no compressor 148.
[00134] O método e aparelho representados na figura 5 diferem daqueles representados na figura 1 pelo fato de que a primeira corrente de LNG 128 não é introduzida na coluna de destilação 134, mas é, em vez disso, mandada para o tanque de estocagem de LNG 144 junto com a segunda corrente de LNG 138, e em que o gás de stripping para a coluna de destilação é fornecido por uma porção 574 do vapor de gás natural enriquecido em nitrogênio obtido do separador de fases 114.
[00135] Mais especificamente, na modalidade representada na figura 5, a corrente de gás natural resfriada e pelo menos parcialmente liquefeita 108 retirada de um local intermediário do trocador de calor principal, entre as seções do meio e fria do trocador de calor principal, é (como previamente descrito) expandida, parcialmente vaporizada e separada no primeiro sistema de separação, composto de um dispositivo de expansão, como uma válvula J-T 110 ou turboexpansor (não mostrado), e separador de fases (como um tambor de flash) 114, para formar um vapor de gás natural enriquecido em nitrogênio e um gás natural líquido empobrecido em nitrogênio. Também como previamente descrito, o gás natural líquido empobrecido em nitrogênio é retirado do separador de fases 114 como corrente líquida 118 que é, então, resfriada na seção fria 120 do trocador de calor principal para formar a primeira corrente de LNG 128. O vapor de gás natural enriquecido em nitrogênio que é retirado do separador de fases 114 é, entretanto, nesta modalidade dividido de modo a formar duas correntes de vapor de gás natural enriquecidas em nitrogênio 116, 574. Uma corrente de vapor 116 é adicionalmente resfriada na seção fria 120 do trocador de calor principal para formar a primeira corrente de gás natural enriquecida em nitrogênio pelo menos parcialmente liquefeita 122, como previamente descrito. A outra corrente de vapor 574 forma uma corrente de gás de stripping que é expandida, passando a corrente através de um dispositivo de expansão como uma válvula J-T 584 ou turboexpansor (não mostrado), e mandada para o fundo da coluna de destilação 134, fornecendo, assim, gás de stripping para a referida coluna. A primeira corrente de LNG 128 retirada da extremidade fria do trocador de calor principal é expandida, passando a corrente através de um dispositivo de expansão como uma válvula J-T 130 ou turboexpansor (não mostrado), para formar uma corrente de LNG expandida 132 a aproximadamente a mesma pressão da corrente de LNG expandida 142 formada a partir da segunda corrente de LNG 138, e que é também introduzida no tanque de estocagem de LNG 144. Nes- te aspecto, a primeira corrente de LNG 128 nesta modalidade é usada e processada da mesma forma que a primeira corrente de LNG 128 na modalidade representada na figura 2, descrita em maiores detalhes acima.
[00136] O método e aparelho representados na figura 6 diferem daqueles representados na figura 5 em que a coluna de destilação 534 neste caso tem duas seções de separação, a primeira corrente de gás natural enriquecida em nitrogênio pelo menos parcialmente liquefeita 122 sendo introduzida na coluna de destilação 534 entre as duas seções, e refluxo para a coluna de destilação 534 sendo fornecido pela condensação de uma porção do vapor de topo no trocador de calor do condensador 554. A figura 6 também serve, mais geralmente, para ilustrar um possível sistema de refrigeração em circuito fechado que pode ser usado para prover refrigeração para o trocador de calor principal em quaisquer das modalidades anteriores da invenção.
[00137] Mais especificamente, na modalidade representada na figura 6, a primeira corrente de gás natural enriquecida em nitrogênio pelo menos parcialmente liquefeita 122 retirada da extremidade fria do trocador de calor principal é expandida e parcialmente vaporizada, por exemplo pela passagem através de um dispositivo de expansão como válvula J-T 124 ou um turboexpansor (não mostrado), e introduzida como corrente parcialmente vaporizada 126 em um local intermediário da coluna de destilação 534, entre as duas seções de separação, a ser separada em fases vapor e líquida. Refluxo para a coluna de destilação 534 é fornecido pela condensação de uma porção do vapor de topo 136 da coluna de destilação no trocador de calor do condensador 554.
[00138] Refrigeração para o trocador de calor do condensador 554 é nesta modalidade fornecida de duas maneiras diferentes. Uma parte da refrigeração necessária para condensar uma porção do vapor de topo é fornecida pelo próprio vapor de topo frio. Uma parte da refrigeração é fornecida por um sistema de refrigeração em circuito fechado que também fornece refrigeração para o trocador de calor principal.
[00139] Mais especificamente, o vapor de topo 136 retirado do topo da coluna de destilação 534 é primeiro aquecido no trocador de calor do condensador 554. Uma porção do vapor de topo aquecido é, então, comprimida no compressor 566, resfriada no pós-resfriador 568 (usando refrigerante como, por exemplo, ar ou água em temperatura ambiente), resfriada adicionalmente e pelo menos parcialmente liquefeita no trocador de calor do condensador 554, expandida, por exemplo através de uma válvula J-T 576, e retornada para o topo da coluna de destilação 534, fornecendo, assim, refluxo para a coluna. O restante do vapor de topo aquecido forma o produto vapor rico em nitrogênio 139. Com o uso deste ciclo de bomba térmica de nitrogênio (envolvendo o trocador de calor do condensador 554, compressor 566, e pós-resfriador 568) para tornar o topo da coluna de destilação 462 ainda mais frio, um produto rico em nitrogênio 170 de pureza ainda mais alta pode ser obtido.
[00140] Quanto ao sistema de refrigeração de circuito fechado, refrigeração para o trocador de calor principal pode, por exemplo, ser fornecido por um sistema de refrigerante misto único (SMR). Neste tipo de sistema de circuito fechado, o refrigerante misto que é circulado consiste em uma mistura de componentes, como uma mistura de nitrogênio, metano, etano, propano, butano e isopentano. Também como ilustração, cada uma das seções de resfriamento 102, 106 e 110 do trocador de calor principal é, neste exemplo, uma unidade de trocador de calor do tipo serpentina. Refrigerante misto aquecido 650 que sai da extremidade quente do trocador de calor principal é comprimido no compressor 652 para formar uma corrente comprimida 656. A corrente comprimida é, então, passada através de um pós-resfriador para resfriar e parcialmente condensar a corrente, e é, então, separada no separador de fases em correntes de vapor 658 e líquido 606. A corrente de vapor 658 é adicionalmente comprimida no compressor 660 e resfriada e parcialmente condensada para formar uma corrente de refrigerante misto de alta pressão 600 em temperatura ambiente. Os pós-resfriadores podem usar qualquer dissipador de calor ambiente, como ar, água fresca, água do mar ou água de uma torre de resfriamento evaporativa.
[00141] A corrente de refrigerante misto de alta pressão 600 é separada em um separador de fases em corrente de vapor 604 e uma corrente líquida 602. As correntes líquidas 602 e 606 são, então, sub-resfriadas na seção quente 102 do trocador de calor principal, antes de terem a pressão reduzida e serem combinadas para formar a corrente de refrigerante frio 628 que passa pelo lado do casco da seção quente 102 do trocador de calor principal onde é vaporizado e aquecido para fornecer refrigeração para a referida seção. A corrente de vapor 604 é resfriada e parcialmente liquefeita na seção quente 102 do trocador de calor principal, saindo como corrente 608. A corrente 608 é então separada no separador de fases em corrente de vapor 612 e corrente líquida 610. A corrente líquida 610 é sub-resfriada na seção do meio 106 do trocador de calor principal, e tendo sua pressão reduzida forma a corrente de refrigerante frio 680 que passa pelo lado do casco da seção do meio 106 do trocador de calor principal onde é vaporizada e aquecida para prover refrigeração à referida seção. A corrente de vapor 612 é condensada e sub-resfriada nas seções do meio 106 e fria 120 do trocador de calor principal e sai como corrente 614. A corrente 614 é expandida para prover corrente de refrigerante frio 632, que passa pelo lado do casco da seção fria 120 do trocador de calor principal onde é vaporizada e aquecida para prover refrigeração à referida seção. O refrigerante aquecido (derivado da corrente 632) que sai do lado do casco da seção fria 120 é combinado com a corrente de refrigerante 680 no lado do casco da seção do meio 106, onde é adicionalmente aquecida e vaporizada provendo refrigerante adicional àquela seção. O refrigerante combinado aquecido que sai do lado do casco da seção do meio 106 é combinado com a corrente de refrigerante 628 no lado do casco da seção quente 102, onde é adicionalmente aquecido e vaporizado fornecendo refrigerante adicional àquela seção. O refrigerante combinado aquecido que sai do lado do casco da seção quente 102 foi totalmente vaporizado e superaquecido por cerca de 5Ό, e sai como corrente de refrigerante misto 650 completando assim o circuito de refrigeração [00142] Como notado acima, na modalidade representada na figura 6 o sistema de refrigeração em circuito fechado também provê refrigeração para o trocador de calor do condensador 554 que condensa uma porção do vapor de topo 136 da coluna de destilação 534 de modo a prover refluxo para a referida coluna. Isto é obtido dividindo o refrigerante misto resfriado que sai do trocador de calor principal e enviando uma porção do referido refrigerante para ser aquecido no trocador de calor do condensador 554 antes de ser retornado para e adicionalmente aquecido no trocador de calor principal. Mais especificamente, a corrente de refrigerante misto 614 que sai da extremidade fria do trocador de calor principal é dividida em duas porções, uma porção menor 618 (tipicamente inferior a 10%) e uma porção maior 616. A porção maior é expandida para prover a corrente de refrigerante frio 632 que é usada para prover refrigerante para a seção fria 120 do trocador de calor principal, como descrito acima. A porção menor 618 é expandida, por exemplo passando a corrente através de uma válvula J-T 220 ou outra forma adequada de dispositivo de expansão (como por exemplo um turboexpansor), para formar a corrente de refrigerante frio 222. A corrente 222 é, então aquecida e pelo menos parcialmente vaporizada no trocador de calor do condensador 554, produzindo a corrente 224 que é então retornada para o trocador de calor principal sendo combinada com o refrigerante aquecido (derivado da corrente 632) que sai do lado do casco da seção fria 120 do trocador de calor principal e entrando no lado do casco da seção do meio 106 com a corrente de refrigerante 680. Alternativamente, a corrente 224 podería também ser diretamente misturada com a corrente 680 (não mostrado).
[00143] O uso do sistema de refrigeração em circuito fechado para prover também refrigeração para o trocador de calor do condensador 554 melhora a eficiência geral do processo minimizando aas diferenças de temperatura interna no trocador de calor do condensador 554, com o refrigerante misto provendo resfriamento na temperatura apropriada onde a condensação do nitrogênio reciclado está ocorrendo. Isto é ilustrado pelas curvas de resfriamento representadas na figura 7 que são obtidas para o trocador de calor do condensador 554 quando operado de acordo com a modalidade representada na figura 6 e descrita acima. Preferivelmente, a pressão de descarga do compressor 566 é escolhida de forma que a porção do vapor de topo comprimido e aquecido 572 que deve ser resfriado no trocador de calor do condensador 554 se condensa a uma temperatura um pouco acima da temperatura na qual o refrigerante misto se vaporiza. O vapor de topo 136 retirado da coluna de destilação 534 pode entrar no trocador de calor do condensador 554 no seu ponto de orvalho (cerca de -159Ό), e ser aquecido a uma condição próxima à do ambiente. Após retirada do produto vapor rico em nitrogênio 139, o vapor de topo remanescente é, então comprimido no compressor 566, resfriado no pós-resfriador 568 a uma temperatura próxima à do ambiente e retornado para o trocador de calor do trocador de calor do condensador 554 para ser resfriado e condensado, provendo refluxo para a coluna de destilação 534, como previamente descrito.
EXEMPLO
[00144] Para ilustrar a operação da invenção, o processo descrito e representado na figura 1 foi seguido para obter uma corrente de produto vapor rico em nitrogênio com um valor de aquecimento flexível e um produto de gás natural liquefeito com somente 1 mol% de nitrogênio. A composição do gás de alimentação foi a mostrada na Tabela 1. As composições das correntes primárias são fornecidas na Tabela 2. Os dados foram gerados usando o programa ASPEN Plus. Como pode ser visto nos dados da Tabela 2, o processo é capaz de remover efetivamente nitrogênio da corrente de gás natural liquefeita e prover um produto LNG vendável bem como uma corrente com nitrogênio que pode ser usada como gás combustível.
Temperatura (O) 33 (91,4 °F) Pressão (MPa) 6,598 (957 psia) Vazão (Kgmol/hr) 1858 (4098 Ibmol/h) Componente (mol%) ~n2 r^õ C-i 92,0 C2 1,5 C3 1,0 nC4 0,40 nC5 0,10 Tabela 1. Condições de alimentação e composição considerada TÕ8 Ϊ16 Ϊ18 Ϊ36 Ϊ38 Ϊ96 Fração molar% N2 6,1 20,5 4,0 70,0 2,4 1,0 C1 91,1 79,4 92,8 30,0 94,7 95,8 C2 1,4 0,1 1,6 0 1,5 1,6 C3 0,9 0 1,1 0 1,0 1,1 nC4 Õ4 Õ Õ4 Õ Õ4 Õ4 nC5 0,1 0 0,1 0 0,1 0,1 -109,9 -120,3 -120,3 -171,1 -164,4 -162,8 (-165,8 (-184,6 (-184,6 (-277,8 (-263,9 (-261,1 Temperatura °C °F) °F) °F) °F) °F) °F) 6,118 1,455 1,455 0,124 0,128 0,111 (887,4 (211,1 (211,1 (18,0 (18,6 (16,1 Pressão MPa psia) psia) psia) psia) psia) psia) Fração de vapor 0 10 10 0 1991,7 1733,8 1881,2 1756,9 (4391, 257,9 (3822, 110,5 (4147, (3873, 0 (568,6 4 (243,6 3 3 Vazão total Ibmol/h Ibmol/h Ibmol/h Ibmol/h Ibmol/h Ibmol/h Kgmol/hr r) r) r) r) r) r) Tabela 2. Composições das correntes [00145] Será apreciado que a invenção não é restrita aos detalhes descritos acima com referência às modalidades preferidas, mas que numerosas modificações e variações podem ser feitas sem se afastar do espírito ou escopo da invenção definido nas seguintes reivindicações.
REIVINDICAÇÕES

Claims (25)

1. Método para produzir um produto LNG empobrecido em nitrogênio, o método caracterizado pelo fato de que compreende: (a) introduzir uma corrente de alimentação de gás natural na extremidade quente de um trocador de calor principal, resfriar e liquefazer pelo menos parcialmente a corrente de alimentação de gás natural, e retirar a corrente resfriada e pelo menos parcialmente liquefeita de um local intermediário do trocador de calor principal; (b) expandir, vaporizar parcialmente e separar a corrente resfriada e pelo menos parcialmente liquefeita para formar uma corrente de vapor de gás natural enriquecida em nitrogênio e uma corrente líquida de gás natural empobrecida em nitrogênio; (c) separadamente reintroduzir as referidas correntes de vapor e líquido em um local intermediário do trocador de calor principal, resfriando adicionalmente as correntes de vapor e líquido em paralelo, a corrente líquida sendo adicionalmente resfriada para formar uma primeira corrente de LNG e a corrente de vapor sendo adicionalmente resfriada e pelo menos parcialmente liquefeita para formar uma primeira corrente de gás natural enriquecida em nitrogênio pelo menos parcialmente liquefeita, e retirar a primeira corrente de LNG e a primeira corrente de gás natural enriquecida em nitrogênio pelo menos parcialmente liquefeita da extremidade fria do trocador de calor principal; (d) expandir, vaporizar parcialmente e separar a primeira corrente de gás natural enriquecida em nitrogênio pelo menos parcialmente liquefeita para formar um produto vapor rico em nitrogênio e uma segunda corrente de LNG; e (e) expandir, vaporizar parcialmente e separar a segunda corrente de LNG para formar um produto LNG empobrecido em nitrogênio e um vapor de gás natural enriquecido em nitrogênio.
2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato que a etapa (e) compreende adicionalmente formar uma corrente de reciclo do vapor de gás natural enriquecido em nitrogênio ou uma porção do mesmo; e o método compreende adicionalmente: (f) comprimir a corrente de reciclo para formar uma corrente de reciclo comprimida; e (g) retornar a corrente de reciclo comprimida ao trocador de calor principal para ser resfriada e pelo menos parcialmente liquefeita em combinação com ou separadamente da corrente de alimentação de gás natural.
3. Método de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato que a etapa (g) compreende adicionar a corrente de reciclo comprimida à corrente de alimentação de gás natural de modo que a corrente de reciclo é resfriada e pelo menos parcialmente liquefeita no trocador de calor principal em combinação com e como parte da corrente de alimentação de gás natural.
4. Método de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato que a etapa (g) compreende introduzir a corrente de reciclo comprimida na extremidade quente ou em um local intermediário do trocador de calor principal, resfriar a corrente de reciclo comprimida e liquefazer pelo menos parcialmente toda ou uma porção da mesma, separadamente da e em paralelo com a corrente de alimentação de gás natural, para formar uma segunda corrente de gás natural enriquecida em nitrogênio pelo menos parcialmente liquefeita, e retirar a segunda corrente de gás natural enriquecida em nitrogênio pelo menos parcialmente liquefeita da extremidade fria do trocador de calor principal.
5. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato que a etapa (b) compreende expandir e parcialmente vaporizar a corrente resfriada e pelo menos parcialmente liquefeita e separar a referida corrente em um separador de fases em fases vapor e líquida para formar a corrente de vapor de gás natural enriquecida em nitrogênio e a corrente líquida de gás natural empobrecida em nitrogênio.
6. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato que a etapa (e) compreende expandir a segunda corrente de LNG, transferir a corrente expandida para um tanque de estocagem de LNG em que uma porção do LNG vaporiza, formando assim o vapor de gás natural enriquecido em nitrogênio e o produto LNG empobrecido em nitrogênio.
7. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato que a etapa (d) compreende expandir e parcialmente vaporizar a primeira corrente de gás natural enriquecida em nitrogênio pelo menos parcialmente liquefeita e separar a referida corrente em um separador de fases em fases vapor e líquida para formar o produto vapor rico em nitrogênio e a segunda corrente de LNG.
8. Método de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato que a etapa (e) compreende adicionalmente expandir, vaporizar parcialmente e separar a primeira corrente de LNG para produzir produto LNG empobrecido em nitrogênio adicional e vapor de gás natural enriquecido em nitrogênio adicional.
9. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato que a etapa (d) compreende expandir e parcialmente vaporizar a primeira corrente de gás natural enriquecida em nitrogênio pelo menos parcialmente liquefeita, introduzir a referida corrente em uma coluna de destilação para separar a corrente em fases vapor e líquida, formando o produto vapor rico em nitrogênio do vapor de topo retirado da coluna de destilação, e formando a segunda corrente de LNG do líquido de fundo retirado da coluna de destilação.
10. Método de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato que a etapa (e) compreende adicionalmente expandir, vaporizar parcialmente e separar a primeira corrente de LNG para produzir produto LNG empobrecido em nitrogênio adicional e vapor de gás natural enriquecido em nitrogênio adicional.
11. Método de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato que a etapa (d) compreende adicionalmente expandir e vaporizar parcialmente a primeira corrente de LNG e introduzir a referida corrente na coluna de destilação para separar a corrente em fases vapor e líquida, a primeira corrente de LNG sendo introduzida na coluna de destilação em um local abaixo do local em que a primeira corrente de gás natural enriquecida em nitrogênio pelo menos parcialmente liquefeita é introduzida na coluna de destilação.
12. Método de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato que a primeira corrente de LNG é introduzida na coluna de destilação em um local intermediário da coluna, e o boil-up para a coluna de destilação é fornecido pelo aquecimento e vaporização de uma porção do líquido de fundo em refervedor via troca térmica indireta com a primeira corrente de LNG antes da introdução da primeira corrente de LNG na coluna de destilação.
13. Método de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato que a primeira corrente de LNG é introduzida no fundo da coluna de destilação.
14. Método de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato que o boil-up para a coluna de destilação é fornecido pelo aquecimento e vaporização de uma porção do líquido de fundo em um refervedor via troca térmica indireta com toda ou uma porção da primeira corrente de gás natural enriquecida em nitrogênio pelo menos parcialmente liquefeita antes da introdução da referida corrente na coluna de destilação.
15. Método de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que: a etapa (b) compreende expandir, vaporizar parcialmente e separar a corrente resfriada e pelo menos parcialmente liquefeita para formar a corrente de vapor de gás natural enriquecida em nitrogênio, uma corrente de gás de stripping composta de vapor de gás natural enriquecido em nitrogênio, e a corrente líquida de gás natural empobrecida em nitrogênio; e a etapa (d) compreende adicionalmente introduzir a corrente de gás de stripping no fundo da coluna de destilação.
16. Método de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato que a etapa (d) compreende expandir e parcialmente vaporizar a primeira corrente de gás natural enriquecida em nitrogênio pelo menos parcialmente liquefeita e introduzir a referida corrente em uma coluna de destilação para separar a corrente em fases vapor e líquida, expandir e parcialmente vaporizar a segunda corrente de gás natural enriquecida em nitrogênio pelo menos parcialmente liquefeita e introduzir a referida corrente na coluna de destilação para separar a corrente em fases vapor e líquida, formando o produto vapor rico em nitrogênio do vapor de topo retirado da coluna de destilação, e formando a segunda corrente de LNG do líquido de fundo retirado da coluna de destilação.
17. Método de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato que a segunda corrente de gás natural enriquecida em nitrogênio pelo menos parcialmente liquefeita é introduzida no topo da coluna de destilação.
18. Método de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato que a primeira corrente de gás natural enriquecida em nitrogênio pelo menos parcialmente liquefeita é introduzida no topo da coluna de destilação.
19. Método de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato que o refluxo para a coluna de destilação é fornecido condensando uma porção do vapor de topo da coluna de destilação em um trocador de calor do condensador.
20. MMétodo de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato que a refrigeração para o trocador de calor do condensador é fornecida aquecendo o vapor de topo retirado da coluna de destilação.
21. Método de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato que a refrigeração para o trocador de calor do condensador é fornecida por um sistema de refrigeração em circuito fechado que provê também refrigeração para o trocador de calor principal, o refrigerante que circula pelo sistema de refrigeração de circuito fechado passando através e sendo aquecido no trocador de calor do condensador.
22. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato que a refrigeração para o trocador de calor principal é fornecida por um sistema de refrigeração em circuito fechado, o refrigerante que circula pelo sistema de refrigeração em circuito fechado passando através e sendo aquecido no trocador de calor principal.
23. Aparelho para produzir um produto LNG empobrecido em nitrogênio, o aparelho caracterizado pelo fato de que compreende: um trocador de calor principal tendo (i) uma primeira passagem de resfriamento, se estendendo de uma extremidade quente do trocador de calor para um local intermediário do trocador de calor, para receber uma corrente de alimentação de gás natural e resfriar e pelo menos parcialmente liquefazer a referida corrente de modo a produzir uma corrente resfriada e pelo menos parcialmente liquefeita, (ii) uma segunda passagem de resfriamento se estendendo de um local intermediário do trocador de calor a uma extremidade fria do trocador de calor, para receber e resfriar adicionalmente uma corrente líquida de gás natural empobrecida em nitrogênio para formar uma primeira corrente de LNG, e (iii) uma terceira passagem de resfriamento se esten- dendo de um local intermediário do trocador de calor para a extremidade fria do trocador de calor, para receber e resfriar adicionalmente uma corrente de vapor de gás natural enriquecida em nitrogênio, separadamente de e em paralelo com a corrente líquida de gás natural empobrecida em nitrogênio, para formar uma primeira corrente de gás natural enriquecida em nitrogênio pelo menos parcialmente liquefeita; um sistema de refrigeração para suprir refrigerante ao trocador de calor principal para resfriar as passagens de resfriamento; um primeiro sistema de separação, em comunicação por fluxo de fluido com o trocador de calor principal, para (i) receber a corrente resfriada e pelo menos parcialmente liquefeita da primeira passagem de resfriamento do trocador de calor principal, (ii) expandir, vaporizar parcial mente e separar a referida corrente para formar a corrente de vapor de gás natural enriquecida em nitrogênio e a corrente líquida de gás natural empobrecida em nitrogênio, e (iii) retornar as referidas correntes de líquido e vapor para, respectivamente, a segunda e terceira passagens de resfriamento do trocador de calor principal; um segundo sistema de separação, em comunicação por fluxo de fluido com o trocador de calor principal, para receber, expandir, vaporizar parcialmente e separar a primeira corrente de gás natural enriquecida em nitrogênio pelo menos parcialmente liquefeita para formar um produto vapor rico em nitrogênio e uma segunda corrente de LNG; e um terceiro sistema de separação, em comunicação por fluxo de fluido com o segundo sistema de separação, para receber, expandir, vaporizar parcialmente e separar a segunda corrente de LNG para formar um produto LNG empobrecido em nitrogênio e um vapor de gás natural enriquecido em nitrogênio.
24. Aparelho de acordo com a reivindicação 23, caracterizado pelo fato que o aparelho compreende adicionalmente um sistema de compressor, em comunicação por fluxo de fluido com o terceiro sistema de separação e trocador de calor principal, para receber uma corrente de reciclo do terceiro sistema de separação, formado do vapor de gás natural enriquecido em nitrogênio ou de uma porção do mesmo, comprimir a corrente de reciclo para formar uma corrente de reciclo comprimida, e retornar a corrente de reciclo comprimida para o trocador de calor principal para ser resfriada e pelo menos parcialmente liquefeita em combinação com ou separadamente da corrente de alimentação de gás natural.
25. Aparelho de acordo com a reivindicação 23, caracterizado pelo fato que o sistema de refrigeração é um sistema de refrigeração em circuito fechado, o primeiro sistema de separação inclui um dispositivo de expansão e um separador de fases, o segundo sistema de separação inclui um dispositivo de expansão e um separador de fases ou uma coluna de destilação, e o terceiro sistema de separação inclui um dispositivo de expansão e um tanque de LNG.
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