BR102015009191B1 - Método e aparelhos para liquefazer uma corrente de alimentação de gás natural e remover o nitrogênio dela - Google Patents

Método e aparelhos para liquefazer uma corrente de alimentação de gás natural e remover o nitrogênio dela Download PDF

Info

Publication number
BR102015009191B1
BR102015009191B1 BR102015009191-5A BR102015009191A BR102015009191B1 BR 102015009191 B1 BR102015009191 B1 BR 102015009191B1 BR 102015009191 A BR102015009191 A BR 102015009191A BR 102015009191 B1 BR102015009191 B1 BR 102015009191B1
Authority
BR
Brazil
Prior art keywords
stream
heat exchanger
natural gas
nitrogen
main heat
Prior art date
Application number
BR102015009191-5A
Other languages
English (en)
Other versions
BR102015009191A2 (pt
Inventor
Fei Chen
Yang Liu
Gowri Krishnamurthy
Christopher Michael Ott
Mark Julian Roberts
Original Assignee
Air Products And Chemicals, Inc.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Air Products And Chemicals, Inc. filed Critical Air Products And Chemicals, Inc.
Publication of BR102015009191A2 publication Critical patent/BR102015009191A2/pt
Publication of BR102015009191B1 publication Critical patent/BR102015009191B1/pt

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/0228—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream characterised by the separated product stream
    • F25J3/0257—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream characterised by the separated product stream separation of nitrogen
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/0002—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the fluid to be liquefied
    • F25J1/0022—Hydrocarbons, e.g. natural gas
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/0002—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the fluid to be liquefied
    • F25J1/0022—Hydrocarbons, e.g. natural gas
    • F25J1/0025—Boil-off gases "BOG" from storages
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/003—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production
    • F25J1/0032—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production using the feed stream itself or separated fractions from it, i.e. "internal refrigeration"
    • F25J1/0042—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production using the feed stream itself or separated fractions from it, i.e. "internal refrigeration" by liquid expansion with extraction of work
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/003—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production
    • F25J1/0047—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production using an "external" refrigerant stream in a closed vapor compression cycle
    • F25J1/0052—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production using an "external" refrigerant stream in a closed vapor compression cycle by vaporising a liquid refrigerant stream
    • F25J1/0055—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production using an "external" refrigerant stream in a closed vapor compression cycle by vaporising a liquid refrigerant stream originating from an incorporated cascade
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/02—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process
    • F25J1/0211—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process using a multi-component refrigerant [MCR] fluid in a closed vapor compression cycle
    • F25J1/0212—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process using a multi-component refrigerant [MCR] fluid in a closed vapor compression cycle as a single flow MCR cycle
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/02—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process
    • F25J1/0228—Coupling of the liquefaction unit to other units or processes, so-called integrated processes
    • F25J1/0235—Heat exchange integration
    • F25J1/0237—Heat exchange integration integrating refrigeration provided for liquefaction and purification/treatment of the gas to be liquefied, e.g. heavy hydrocarbon removal from natural gas
    • F25J1/0238—Purification or treatment step is integrated within one refrigeration cycle only, i.e. the same or single refrigeration cycle provides feed gas cooling (if present) and overhead gas cooling
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/0204—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream characterised by the feed stream
    • F25J3/0209—Natural gas or substitute natural gas
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/0228—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream characterised by the separated product stream
    • F25J3/0233—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream characterised by the separated product stream separation of CnHm with 1 carbon atom or more
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2200/00—Processes or apparatus using separation by rectification
    • F25J2200/02—Processes or apparatus using separation by rectification in a single pressure main column system
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2200/00—Processes or apparatus using separation by rectification
    • F25J2200/76—Refluxing the column with condensed overhead gas being cycled in a quasi-closed loop refrigeration cycle
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2205/00—Processes or apparatus using other separation and/or other processing means
    • F25J2205/02—Processes or apparatus using other separation and/or other processing means using simple phase separation in a vessel or drum
    • F25J2205/04—Processes or apparatus using other separation and/or other processing means using simple phase separation in a vessel or drum in the feed line, i.e. upstream of the fractionation step
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2210/00—Processes characterised by the type or other details of the feed stream
    • F25J2210/90—Boil-off gas from storage
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2215/00—Processes characterised by the type or other details of the product stream
    • F25J2215/04—Recovery of liquid products
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2220/00—Processes or apparatus involving steps for the removal of impurities
    • F25J2220/60—Separating impurities from natural gas, e.g. mercury, cyclic hydrocarbons
    • F25J2220/62—Separating low boiling components, e.g. He, H2, N2, Air
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2230/00—Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure of gaseous process streams
    • F25J2230/08—Cold compressor, i.e. suction of the gas at cryogenic temperature and generally without afterstage-cooler
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2230/00—Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure of gaseous process streams
    • F25J2230/30—Compression of the feed stream
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2240/00—Processes or apparatus involving steps for expanding of process streams
    • F25J2240/30—Dynamic liquid or hydraulic expansion with extraction of work, e.g. single phase or two-phase turbine
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2245/00—Processes or apparatus involving steps for recycling of process streams
    • F25J2245/90—Processes or apparatus involving steps for recycling of process streams the recycled stream being boil-off gas from storage
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2270/00—Refrigeration techniques used
    • F25J2270/18—External refrigeration with incorporated cascade loop
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2270/00—Refrigeration techniques used
    • F25J2270/66—Closed external refrigeration cycle with multi component refrigerant [MCR], e.g. mixture of hydrocarbons

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Separation By Low-Temperature Treatments (AREA)

Abstract

REMOÇÃO INTEGRADA DE NITROGÊNIO NA PRODUÇÃO DE GÁS NATURAL LIQUEFEITO USANDO BOMBA DE CALOR REFRIGERADA. A presente invenção refere-se a um método para liquefazer uma corrente de alimentação de gás natural e remover o nitrogênio dela, o método compreendendo passar uma corrente de alimentação de gás natural através de um trocador de calor principal para produzir uma primeira corrente de GNL, e separar uma corrente de gás natural liquefeita ou parcialmente liquefeita em uma coluna de destilação para formar um produto de vapor rico em nitrogênio, onde um sistema de refrigeração de circuito fechado proporciona refrigeração para o trocador de calor principal e para um trocador de calor condensador que proporciona refluxo para a coluna de destilação.

Description

ANTECEDENTES
[001] A presente invenção refere-se a um método para liquefazer uma corrente de alimentação de gás natural e remover o nitrogênio dela. A presente invenção também se refere a um aparelho (tal como, por exemplo, uma planta de liquefação de gás natural ou outra forma de instalações de processamento) para liquefazer uma corrente de alimentação de gás natural e remover o nitrogênio dela.
[002] Nos processos para liquefazer gás natural, é frequentemente desejável ou necessário, por exemplo, devido às exigências de pureza e/ou recuperação, remover o nitrogênio da corrente de alimentação, ao mesmo tempo minimizando a perda de produto (metano). O produto de nitrogênio removido pode ser usado como gás combustível ou ventilado para a atmosfera. Se usado como gás combustível, o produto de nitrogênio deve conter uma quantidade razoável de metano (tipicamente > 30 % em mol) para manter o seu valor de aquecimento. Neste caso, a separação do nitrogênio não é tão difícil devido às especificações pouco rígidas sobre a pureza do produto de nitrogênio, e o objetivo lá é selecionar o processo mais eficiente, com equipamento adicional e consumo mínimo de energia. Em muitas instalações de gás natural liquefeito (GNL) de escalas pequena e média, que são impelidas por motores elétricos, entretanto, há muito pouca demanda por gás combustível e o produto de nitrogênio tem de ser ventilado para a atmosfera. Se ventilado, o produto de nitrogênio tem de atender especificações severas de pureza (p.ex., > 95 % em mol, ou > 99 % em mol), devido às questões ambientais e/ou devido às exigências de recuperação do metano. Esta exigência de pureza apresenta desafios de separação. No caso de uma concentração de nitrogênio muito alta (tipicamente maior do que 10 % em mol, em alguns casos até ou mesmo maior do que 20 % em mol) na alimentação de gás natural, uma unidade de rejeição de nitrogênio (NRU) especial prova ser um método sólido para remover o nitrogênio eficientemente e produzir um produto de nitrogênio puro (> 99 % em mol). Na maioria dos casos, entretanto, o gás natural contém cerca de 1 a 10 % em mol de nitrogênio. Quando a concentração de nitrogênio na alimentação estiver dentro desta faixa, a aplicabilidade da NRU é impedida pelo alto custo de capital devido à complexidade associada com o equipamento adicional. Diversos documentos da técnica anterior propuseram soluções alternativas para remover o nitrogênio do gás natural, incluindo adicionar uma corrente de reciclo de nitrogênio à NRU ou usar uma coluna retificadora especial. Entretanto, estes processos frequentemente são muito complicados, necessitam de uma quantidade grande de equipamento (com custos de capital associados), são difíceis de operar e/ou são ineficientes, especialmente para as correntes de alimentação de concentrações mais baixas de nitrogênio (<5 % em mol). Ademais, é frequentemente o caso que a concentração de nitrogênio em uma alimentação de gás natural alterar-se-á de tempo em tempo, o que significa que, mesmo se estiver lidando com uma alimentação que seja atualmente alta no teor de nitrogênio, não se pode garantir que isto permanecerá o caso. Seria, portanto, desejável desenvolver um processo que fosse simples, eficiente, e capaz de remover o nitrogênio efetivamente das correntes de gás natural, com baixas concentrações de nitrogênio.
[003] A US 3.721.099 divulga um processo para liquefazer gás natural e separar o nitrogênio do gás natural liquefeito por retificação. Neste processo, a alimentação de gás natural é pré-esfriada e parcialmente liquefeita em uma série de unidades de trocadores de calor e separada em um separador de fases em fases de líquido e de vapor. A corrente de vapor de gás natural é então liquefeita e subesfriada em uma serpentina no fundo da coluna de retificação dupla, proporcionando trabalho de ebulição para a coluna de alta pressão. As correntes de gás natural líquidas da serpentina são então adicionalmente subesfriadas em uma unidade de trocador de calor, expandidas em uma válvula de expansão e introduzidas na, e separadas na, coluna de alta pressão. A corrente de líquido rica em metano extraída do fundo da coluna de retificação de alta pressão e a corrente de líquido rica em metano obtida do separador de fases são subesfriadas em unidades adicionais de trocadores de calor, expandidas através de válvulas de expansão, e introduzidas na, e separadas na, coluna de baixa pressão. O refluxo para a coluna de baixa pressão é proporcionado por uma corrente de nitrogênio líquido obtida liquefazendo-se em uma unidade de trocador de calor uma corrente de nitrogênio obtida da parte superior da coluna de alta pressão. O produto de GNL esgotado de 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 armazenagem de GNL. As correntes ricas em nitrogênio são obtidas a partir do topo da coluna de baixa pressão (contendo cerca de 95 % em mol de nitrogênio) e a partir do topo da coluna de alta pressão. As correntes ricas em nitrogênio e o gás de vaporização do tanque de GNL são aquecidos nas diversas unidades de trocadores de calor para proporcionar refrigeração para elas.
[004] A US 7.520.143 divulga um processo no qual uma corrente de saída de nitrogênio contendo 98 % em mol de nitrogênio é separada por uma coluna de rejeição de nitrogênio. Uma corrente de alimentação de gás natural é liquefeita em uma primeira seção (quente) de um trocador de calor principal para produzir uma corrente de GNL que é removida 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 nitrogênio é subesfriado em uma segunda seção (fria) do trocador de calor principal e expandido através de uma válvula para um tambor de vaporização para proporcionar um produto de GNL esgotado de nitrogênio (menos do que 1,5% em mol de nitrogênio), e uma corrente enriquecida em nitrogênio, a qual é de uma pureza menor (30% em mol de nitrogênio) do que a corrente de saída de nitrogênio e que é usada para gás combustível. O vapor suspenso da coluna de rejeição de nitrogênio é dividido, com parte do vapor sendo retirado como a corrente de saída de nitrogênio e o restante sendo condensado em um trocador de calor no tambor de vaporização para proporcionar refluxo para a coluna de rejeição de nitrogênio. A refrigeração para o trocador de calor principal é proporcionada por um sistema de refrigeração de circuito fechado empregando um refrigerante misto.
[005] A US 2011/0041389 divulga um processo, algo similar àquele descrito na US 7.520.143, em que uma corrente de saída 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 esfriada em uma seção quente de um trocador de calor principal para produzir uma corrente de gás natural esfriada. Uma parte 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 separação. O restante da corrente é adicionalmente esfriado e liquefeito em uma seção intermediária do trocador de calor principal para formar uma corrente de GNL que é removida de um segundo local intermediário (mais frio) do trocador de calor, expandida e enviada para um local intermediário da coluna de retificação. O líquido de fundo da coluna de retificação é removido como uma corrente de GNL esgotada de nitrogênio, subesfriado em uma seção fria do trocador de calor principal e expandido para um separador de fases para proporcionar um produto de GNL esgotado de nitrogênio, e uma corrente enriquecida em nitrogênio, a qual é comprimida e reciclada de volta para a corrente de alimentação de gás natural. O vapor suspenso da coluna de retificação é dividido, com parte do vapor sendo removido como a corrente de saída de nitrogênio de alta pureza e o restante sendo condensado em um trocador de calor no separador de fases para proporcionar refluxo para a coluna de retificação.
[006] O IPCOM000222164D, um documento no banco de dados ip.com, divulga um processo no qual uma unidade de rejeição de nitrogênio (NRU) independente é usada para produzir uma corrente de gás natural esgotada de nitrogênio e uma corrente de saída de nitrogênio pura. A corrente de alimentação de gás natural é esfriada e parcialmente liquefeita em uma unidade de trocador de calor quente e separada em um separador de fases em correntes de vapor e de líquido de gás natural. A corrente de vapor é liquefeita na unidade de trocador de calor frio e enviada para o topo ou para uma posição intermediária de uma coluna de destilação. A corrente de líquido é adicionalmente esfriada na unidade de trocador de calor frio, separadamente da, e em paralelo com a, corrente de vapor, e é então enviada para uma posição intermediária da coluna de destilação (abaixo da posição na qual a corrente de vapor é introduzida). A ebulição para a coluna de destilação é proporcionada aquecendo-se e vaporizando-se uma parte do líquido de fundo esgotado de nitrogênio da coluna de destilação na unidade de trocador de calor frio, com isso proporcionando também refrigeração para a unidade. O restante do líquido de fundo esgotado de nitrogênio é bombeado para a, e aquecido e vaporizado na, unidade de trocador de calor frio, com isso proporcionando refrigeração para aquela unidade, e deixa o trocador quente como uma corrente de vapor totalmente vaporizada. O vapor suspenso enriquecido em nitrogênio removido da coluna de destilação é aquecido nas unidades de trocadores de calor firo e quente para proporcionar mais refrigeração para as ditas unidades. Onde a corrente de vapor for introduzida em uma posição intermediária da coluna de destilação, refluxo adicional para a coluna pode ser proporcionado condensando-se uma parte do vapor suspenso e retornando este para a coluna. Isto pode ser feito aquecendo-se o vapor suspenso em um trocador de calor economizador, dividindo-se o vapor suspenso aquecido, e condensando-se uma parte do vapor suspenso aquecido no trocador de calor economizador e retornando-se a parte condensada para o topo da coluna de destilação. Não é usada nenhuma refrigeração externa neste processo.
[007] A US2011/0289963 divulga um processo no qual a coluna de separação de nitrogênio é usada para separar o nitrogênio de uma corrente de gás natural. Neste processo, uma corrente de alimentação de gás natural é esfriada e parcialmente liquefeita em uma seção quente de um trocador de calor principal por meio de troca térmica com um único refrigerante misto. O gás natural parcialmente condensado é removido do trocador de calor principal e separado em um separador de fases ou vaso de destilação em correntes de vapor e de líquido de gás natural. A corrente de líquido é adicionalmente esfriada em uma seção fria do trocador de calor principal, antes de ser expandida e introduzida em uma coluna de separação de nitrogênio. Um produto de GNL esgotado de nitrogênio (contendo 1 a 3 % em volume de nitrogênio) é removido do fundo da coluna de separação e uma corrente de vapor enriquecida em nitrogênio (contendo menos do que 10% em volume de metano) é removida do topo da coluna de separação. A corrente de vapor de gás natural do separador de fases ou vaso de destilação é expandida e esfriada em trocadores de calor separados e introduzida no topo da coluna de separação para proporcionar refluxo. A refrigeração para os trocadores de calor adicionais é proporcionada vaporizando-se uma parte do líquido de fundo da coluna de separação (com isso proporcionando também ebulição a partir da coluna) e aquecendo-se a corrente de vapor enriquecida em nitrogênio removida do topo da coluna de separação.
[008] A US 8.522.574 divulga outro processo no qual o nitrogênio é removido do gás natural liquefeito. Neste processo, uma corrente de alimentação de gás natural é primeiramente esfriada e liquefeita em um trocador de calor principal. A corrente de líquido é então esfriada em um trocador de calor secundário e expandida para um vaso de vaporização, onde 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 de líquido do vaso de vaporização é dividida, com uma parte sendo introduzida em uma posição intermediária da coluna de fracionamento, e a outra parte sendo aquecida no trocador de calor secundário e introduzida no fundo da coluna de fracionamento. O vapor suspenso rico em nitrogênio obtido da coluna de fracionamento é passado através do, e aquecido no, trocador de calor secundário para proporcionar refrigeração adicional para o dito trocador de calor. O gás natural liquefeito produto é recuperado do fundo da coluna de fracionamento.
[009] A US2012/019883 divulga um processo para liquefazer uma corrente de gás natural e remover o nitrogênio dela. 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. A refrigeração para o trocador de calor principal é proporcionada por um sistema de refrigeração de circuito fechado circulando um refrigerante misto. O GNL esgotado de nitrogênio, removido do fundo da coluna de separação, é expandido e adicionalmente separado em um separador de fases. O GNL esgotado de nitrogênio do separador de fases é enviado para um tanque de armazenagem de GNL. A corrente de vapor do separador de fases é combinada com o gás de vaporização do tanque de armazenagem de GNL, aquecida no trocador de calor principal para proporcionar refrigeração adicional para o trocador de calor principal, comprimida e reciclada para a corrente de alimentação de gás natural. O vapor enriquecido em nitrogênio (90 a 100% em volume de nitrogênio), removido do topo da coluna de separação, é também aquecido no trocador de calor principal para proporcionar refrigeração adicional para o trocador de calor principal.
BREVE SUMÁRIO
[0010] De acordo com um primeiro aspecto da presente invenção, proporciona-se um método para liquefazer uma corrente de alimentação de gás natural e remover o nitrogênio dela, o método compreendendo:
[0011] (a) passar uma corrente de alimentação de gás natural através de um trocador de calor principal para esfriar a corrente de gás natural e liquefazer toda ou uma parte da dita corrente, com isso produzindo uma primeira corrente de GNL;
[0012] (b) remover a primeira corrente de GNL do trocador de calor principal;
[0013] (c) expandir e parcialmente vaporizar uma corrente de gás natural liquefeita ou parcialmente liquefeita, e introduzir a dita corrente em uma coluna de destilação, na qual a corrente é separada em fases de vapor e de líquido, onde a corrente de gás natural liquefeita ou parcialmente liquefeita é a primeira corrente de GNL, ou é uma corrente de gás natural enriquecida em nitrogênio pelo menos parcialmente liquefeita, formada a partir da separação de uma corrente de gás natural enriquecida em nitrogênio da primeira corrente de GNL ou a partir da corrente de alimentação de gás natural e da liquefação pelo menos parcial da dita corrente no trocador de calor principal;
[0014] (d) formar um produto de vapor rico em nitrogênio a partir do vapor suspenso removido da coluna de destilação;
[0015] (e) proporcionar refluxo para a coluna de destilação por condensação de uma parte do vapor suspenso da coluna de destilação em um trocador de calor condensador; e
[0016] (f) formar uma segunda corrente de GNL a partir do líquido do fundo removido da coluna de destilação;
[0017] onde a refrigeração para o trocador de calor principal e para o trocador de calor condensador é proporcionada por um sistema de refrigeração de circuito fechado, o refrigerante circulado pelo sistema de refrigeração de circuito fechado passando através do, e sendo aquecido no, trocador de calor principal e passando através do, e sendo aquecido no, trocador de calor condensador.
[0018] De acordo com um segundo aspecto da presente invenção, proporciona-se um aparelho para liquefazer uma corrente de alimentação de gás natural e remover o nitrogênio dela, o aparelho compreendendo:
[0019] um trocador de calor principal tendo uma passagem de esfriamento para receber uma corrente de alimentação de gás natural e passar a corrente de alimentação de gás natural através do trocador de calor para esfriar a corrente e liquefazer toda ou uma parte da corrente, de modo a produzir uma primeira corrente de GNL;
[0020] um dispositivo de expansão e coluna de destilação, em comunicação de fluxo fluido com o trocador de calor principal, para receber, expandir e parcialmente vaporizar uma corrente de gás natural liquefeita ou parcialmente liquefeita e separar a dita corrente na coluna de destilação em fases de vapor e de líquido, onde a corrente de gás natural liquefeita ou parcialmente liquefeita é a primeira corrente de GNL, ou é uma corrente de gás natural enriquecida em nitrogênio pelo menos parcialmente liquefeita, formada a partir da separação de uma corrente de gás natural enriquecida em nitrogênio da primeira corrente de GNL ou a partir da corrente de alimentação de gás natural e da liquefação pelo menos parcial da dita corrente no trocador de calor principal;
[0021] um trocador de calor condensador para proporcionar refluxo para a coluna de destilação por condensação de uma parte do vapor suspenso obtido da coluna de destilação; e
[0022] um sistema de refrigeração de circuito fechado para proporcionar refrigeração para o trocador de calor principal e o trocador de calor condensador, o refrigerante circulado pelo sistema de refrigeração de circuito fechado passando através do, e sendo aquecido no, trocador de calor principal e passando através do, e sendo aquecido no, trocador de calor condensador.
[0023] Os aspectos preferidos da presente invenção incluem os seguintes aspectos, numerados no. 1 a no. 21:
[0024] No. 1. Um método para liquefazer uma corrente de alimentação de gás natural e remover o nitrogênio dela, o método compreendendo:
[0025] (a) passar uma corrente de alimentação de gás natural através de um trocador de calor principal para esfriar a corrente de gás natural e liquefazer toda ou uma parte da dita corrente, com isso produzindo uma primeira corrente de GNL;
[0026] (b) remover a primeira corrente de GNL do trocador de calor principal;
[0027] (c) expandir e parcialmente vaporizar uma corrente de gás natural liquefeita ou parcialmente liquefeita, e introduzir a dita corrente em uma coluna de destilação, na qual a corrente é separada em fases de vapor e de líquido, onde a corrente de gás natural liquefeita ou parcialmente liquefeita é a primeira corrente de GNL, ou é uma corrente de gás natural enriquecida em nitrogênio pelo menos parcialmente liquefeita, formada a partir da separação de uma corrente de gás natural enriquecida em nitrogênio da primeira corrente de GNL ou a partir da corrente de alimentação de gás natural e da liquefação pelo menos parcial da dita corrente no trocador de calor principal;
[0028] (d) formar um produto de vapor rico em nitrogênio a partir do vapor suspenso removido da coluna de destilação;
[0029] (e) proporcionar refluxo para a coluna de destilação por condensação de uma parte do vapor suspenso da coluna de destilação em um trocador de calor condensador; e
[0030] (f) formar uma segunda corrente de GNL a partir do líquido do fundo removido da coluna de destilação;
[0031] onde a refrigeração para o trocador de calor principal e para o trocador de calor condensador é proporcionada por um sistema de refrigeração de circuito fechado, o refrigerante circulado pelo sistema de refrigeração de circuito fechado passando através do, e sendo aquecido no, trocador de calor principal e passando através do, e sendo aquecido no, trocador de calor condensador.
[0032] No. 2. O método do Aspecto no. 1, onde o refrigerante que passa através do, e é aquecido no, trocador de calor condensador é então passado através do, e adicionalmente aquecido no, trocador de calor principal.
[0033] No. 3. O método do Aspecto no. 1 ou no. 2, onde o refrigerante aquecido, que é obtido após a refrigeração ter sido proporcionada no trocador de calor principal e no trocador de calor condensador, é comprimido em um ou mais compressores e esfriado em um ou mais refrigeradores posteriores para formar refrigerante comprimido; o refrigerante comprimido é passado através do, e esfriado no, trocador de calor principal para formar refrigerante comprimido esfriado que é removido do trocador de calor principal; e o refrigerante comprimido esfriado é então dividido, com parte do refrigerante sendo expandida e retornada diretamente para o trocador de calor principal para passar através do, e ser aquecida no, trocador de calor principal, e com outra parte do refrigerante sendo expandida e enviada para o trocador de calor condensador para passar através do, e ser aquecida no, trocador de calor condensador.
[0034] No. 4. O método de qualquer um dos Aspectos no. 1 a no. 3, onde o refrigerante circulado pelo sistema de refrigeração de circuito fechado é um refrigerante misto.
[0035] No. 5. O método do Aspecto no. 4, onde o refrigerante misto aquecido, que é obtido após a refrigeração ter sido proporcionada no trocador de calor principal e no trocador de calor condensador, é comprimido, esfriado no trocador de calor principal e separado à medida que ele é esfriado, de modo a proporcionar uma pluralidade de correntes de refrigerantes frios liquefeitas ou parcialmente liquefeitas de composições diferentes, a corrente de refrigerante fria com a mais alta concentração de componentes mais leves, obtidos da extremidade fria do trocador de calor principal, sendo dividida e expandida de modo a proporcionar uma corrente de refrigerante que é aquecida no trocador de calor condensador e uma corrente de refrigerante que é retornada para a extremidade fria do trocador de calor principal para ser aquecida nele.
[0036] No. 6. O método de qualquer um dos Aspectos no. 1 a no. 5, onde a refrigeração para o trocador de calor condensador é proporcionada tanto pelo sistema de refrigeração de circuito fechado quanto pelo aquecimento do vapor suspenso removido da coluna de destilação.
[0037] No. 7. O método do Aspecto no. 6, onde:
[0038] a etapa (e) compreende aquecer o vapor suspenso removido da coluna de destilação no trocador de calor condensador, comprimir uma primeira parte do vapor suspenso aquecido, esfriar e pelo menos parcialmente condensar a parte comprimida no trocador de calor condensador, e expandir e reintroduzir a parte esfriada e pelo menos parcialmente condensada de volta para o topo da coluna de destilação; e
[0039] a etapa (d) compreende formar o produto de vapor rico em nitrogênio a partir de uma segunda parte do vapor suspenso aquecido.
[0040] No. 8. O método de qualquer um dos Aspectos no. 1 a no. 7, onde a etapa (c) compreende expandir e parcialmente vaporizar a primeira corrente de GNL e introduzir a dita corrente na coluna de destilação para separar a corrente em fases de vapor e de líquido.
[0041] No. 9. O método do Aspecto no. 8, onde o método adicionalmente compreende enviar a segunda corrente de GNL para um tanque de armazenagem de GNL.
[0042] No. 10. O método de qualquer um dos Aspectos no. 1 a no. 7, onde a etapa (c) compreende expandir e parcialmente vaporizar uma corrente de gás natural enriquecida em nitrogênio pelo menos parcialmente liquefeita e introduzir a dita corrente na coluna de destilação para separar a corrente em fases de vapor e de líquido, onde a corrente de gás natural enriquecida em nitrogênio pelo menos parcialmente liquefeita é formada a partir da separação de uma corrente de gás natural enriquecida em nitrogênio da primeira corrente de GNL e da liquefação pelo menos parcial da dita corrente no trocador de calor principal.
[0043] No. 11. O método do Aspecto no. 10, onde a corrente de gás natural enriquecida em nitrogênio pelo menos parcialmente liquefeita é formada (i) expandindo, parcialmente vaporizando e separando a primeira corrente de GNL, ou uma corrente de GNL formada a partir de parte da primeira corrente de GNL, para formar um produto de GNL esgotado de nitrogênio e uma corrente de reciclo composta de vapor de gás natural enriquecido em nitrogênio, (ii) comprimindo a corrente de reciclo para formar uma corrente de reciclo comprimida, e (iii) passando a corrente de reciclo comprimida através do trocador de calor principal, separadamente da, e em paralelo com a, corrente de alimentação de gás natural, para esfriar a corrente de reciclo comprimida e liquefazer pelo menos parcialmente toda ou uma parte dela, com isso produzindo a corrente de gás natural enriquecida em nitrogênio pelo menos parcialmente liquefeita.
[0044] No. 12. O método do Aspecto no. 11, onde a primeira corrente de GNL, ou a corrente de GNL formada a partir de parte da primeira corrente de GNL, é expandida e transferida para um tanque de armazenagem de GNL, no qual uma parte do GNL vaporiza, com isso formando um vapor de gás natural enriquecido em nitrogênio e o produto de GNL esgotado de nitrogênio, e o vapor de gás natural enriquecido em nitrogênio é removido do tanque para formar a corrente de reciclo.
[0045] No. 13. O método do Aspecto no. 11 ou no. 12, onde o método adicionalmente compreende expandir, parcialmente vaporizar e separar a segunda corrente de GNL para produzir vapor de gás natural enriquecido em nitrogênio adicional para a corrente de reciclo e produto de GNL esgotado de nitrogênio adicional.
[0046] No. 14. O método de qualquer um dos Aspectos no. 1 a no. 7, onde a etapa (c) compreende expandir e parcialmente vaporizar uma corrente de gás natural enriquecida em nitrogênio pelo menos parcialmente liquefeita e introduzir a dita corrente na coluna de destilação para separar a corrente em fases de vapor e de líquido, onde a corrente de gás natural enriquecida em nitrogênio pelo menos parcialmente liquefeita é formada a partir da separação de uma corrente de gás natural enriquecida em nitrogênio da corrente de alimentação de gás natural e da liquefação pelo menos parcial da dita corrente no trocador de calor principal.
[0047] No. 15. O método do Aspecto no. 14, onde a etapa (a) compreende (i) introduzir a corrente de alimentação de gás natural na extremidade quente do trocador de calor principal, esfriar e pelo menos parcialmente liquefazer a corrente de alimentação de gás natural, e remover a corrente esfriada e pelo menos parcialmente liquefeita de um local intermediário do trocador de calor principal, (ii) expandir, parcialmente vaporizar e separar a corrente esfriada e pelo menos parcialmente liquefeita para formar uma corrente de vapor de gás natural enriquecida em nitrogênio e uma corrente de líquido de gás natural esgotada de nitrogênio, e (iii) separadamente reintroduzir as correntes de vapor e de líquido em um local intermediário do trocador de calor principal e adicionalmente esfriar a corrente de vapor e a corrente de líquido em paralelo, a corrente de líquido sendo adicionalmente esfriada para formar a primeira corrente de GNL e a corrente de vapor sendo adicionalmente esfriada e pelo menos parcialmente liquefeita para formar a corrente de gás natural enriquecida em nitrogênio pelo menos parcialmente liquefeita.
[0048] No. 16. O método do Aspecto no. 15, onde o método adicionalmente compreende:
[0049] (g) expandir, parcialmente vaporizar e separar a segunda corrente de GNL para formar um produto de GNL esgotado de nitrogênio e uma corrente de reciclo composta de vapor de gás natural enriquecido em nitrogênio;
[0050] (h) comprimir a corrente de reciclo para formar uma corrente de reciclo comprimida; e
[0051] (i) retornar a corrente de reciclo comprimida para o trocador de calor principal para ser esfriada e pelo menos parcialmente liquefeita em combinação com a, ou separadamente da, corrente de alimentação de gás natural.
[0052] No. 17. O método do Aspecto no. 16, onde a etapa (g) compreende expandir a segunda corrente de GNL, transferir a corrente expandida para um tanque de armazenagem de GNL, no qual uma parte do GNL vaporiza, com isso formando um vapor de gás natural enriquecido em nitrogênio e o produto de GNL esgotado de nitrogênio, e remover o vapor de gás natural enriquecido em nitrogênio do tanque para formar a corrente de reciclo.
[0053] No. 18. O método do Aspecto no. 16 ou no. 17, onde o método adicionalmente compreende expandir, parcialmente vaporizar e separar a primeira corrente de GNL para produzir vapor de gás natural enriquecido em nitrogênio adicional para a corrente de reciclo e produto de GNL esgotado de nitrogênio adicional.
[0054] No. 19. O método de qualquer um dos Aspectos no. 15 a no. 18, onde:
[0055] a etapa (a)(ii) compreende expandir, parcialmente vaporizar e separar a corrente esfriada e pelo menos parcialmente liquefeita para formar a corrente de vapor de gás natural enriquecida em nitrogênio, uma corrente de gás de separação composta de vapor de gás natural enriquecida em nitrogênio, e a corrente de líquido de gás natural esgotada de nitrogênio; e
[0056] a etapa (c) adicionalmente compreende introduzir a corrente de gás de separação no fundo da coluna de destilação.
[0057] No. 20. O método de qualquer um dos Aspectos no. 1 a no. 19, onde a corrente de gás natural liquefeita ou parcialmente liquefeita é introduzida na coluna de destilação em uma posição intermediária da coluna, e a ebulição para a coluna de destilação é proporcionada por aquecimento e vaporização de uma parte do líquido de fundo em um trocador de calor refervedor por meio de troca de calor indireta com a corrente de gás natural liquefeita ou parcialmente liquefeita antes da introdução da dita corrente na coluna de destilação.
[0058] No. 21. Um aparelho para liquefazer uma corrente de alimentação de gás natural e remover o nitrogênio dela, o aparelho compreendendo:
[0059] um trocador de calor principal tendo uma passagem de esfriamento para receber uma corrente de alimentação de gás natural e passar a corrente de alimentação de gás natural através do trocador de calor para esfriar a corrente e liquefazer toda ou uma parte da corrente, de modo a produzir uma primeira corrente de GNL;
[0060] um dispositivo de expansão e coluna de destilação, em comunicação de fluxo fluido com o trocador de calor principal, para receber, expandir e parcialmente vaporizar uma corrente de gás natural liquefeita ou parcialmente liquefeita e separar a dita corrente na coluna de destilação em fases de vapor e de líquido, onde a corrente de gás natural liquefeita ou parcialmente liquefeita é a primeira corrente de GNL, ou é uma corrente de gás natural enriquecida em nitrogênio pelo menos parcialmente liquefeita, formada a partir da separação de uma corrente de gás natural enriquecida em nitrogênio da primeira corrente de GNL ou a partir da corrente de alimentação de gás natural e da liquefação pelo menos parcial da dita corrente no trocador de calor principal;
[0061] um trocador de calor condensador para proporcionar refluxo para a coluna de destilação por condensação de uma parte do vapor suspenso obtido da coluna de destilação; e
[0062] um sistema de refrigeração de circuito fechado para proporcionar refrigeração para o trocador de calor principal e o trocador de calor condensador, o refrigerante circulado pelo sistema de refrigeração de circuito fechado passando através do, e sendo aquecido no, trocador de calor principal e passando através do, e sendo aquecido no, trocador de calor condensador.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
[0063] A Figura 1 é um diagrama de fluxo esquemático representando um método e aparelho para liquefazer e remover o nitrogênio de uma corrente de gás natural, de acordo com uma modalidade da presente invenção.
[0064] A Figura 2 é um diagrama de fluxo esquemático representando um método e aparelho de acordo com outra modalidade da presente invenção.
[0065] A Figura 3 é um diagrama de fluxo esquemático representando um método e aparelho de acordo com outra modalidade da presente invenção.
[0066] A Figura 4 é um gráfico mostrando as curvas de esfriamento para o trocador de calor condensador usado no método e aparelho representado na Figura 1.
DESCRIÇÃO DETALHADA
[0067] Salvo indicação ao contrário, os artigos "um" e "uma", como usados neste documento, significam um ou mais quando aplicados a qualquer característica nas modalidades da presente invenção, descrita no relatório descritivo e nas reivindicações. O uso de "um" e "uma" não limita o significado a uma única característica, a não ser que tal limite seja especificamente estabelecido. Os artigos "o(s)" e "a(s)" precedendo os substantivos singulares ou plurais ou as expressões de substantivos significam uma característica especificada particular ou características especificadas particulares e podem ter uma conotação singular ou plural dependendo do contexto nos quais são usados.
[0068] Conforme observado acima, de acordo com um primeiro aspecto da presente invenção, proporciona-se um método para liquefazer uma corrente de alimentação de gás natural e remover o nitrogênio dela, o método compreendendo:
[0069] (a) passar uma corrente de alimentação de gás natural através de um trocador de calor principal para esfriar a corrente de gás natural e liquefazer (e tipicamente, subesfriar) toda ou uma parte da dita corrente, com isso produzindo uma primeira corrente de GNL;
[0070] (b) remover a primeira corrente de GNL do trocador de calor principal;
[0071] (c) expandir e parcialmente vaporizar uma corrente de gás natural liquefeita ou parcialmente liquefeita, e introduzir a dita corrente em uma coluna de destilação, na qual a corrente é separada em fases de vapor e de líquido, onde a corrente de gás natural liquefeita ou parcialmente liquefeita é a primeira corrente de GNL, ou é uma corrente de gás natural enriquecida em nitrogênio pelo menos parcialmente liquefeita, formada a partir da separação de uma corrente de gás natural enriquecida em nitrogênio da primeira corrente de GNL ou a partir da corrente de alimentação de gás natural e da liquefação pelo menos parcial da dita corrente no trocador de calor principal;
[0072] (d) formar um produto de vapor rico em nitrogênio a partir do vapor suspenso removido da coluna de destilação;
[0073] (e) proporcionar refluxo para a coluna de destilação por condensação de uma parte do vapor suspenso da coluna de destilação em um trocador de calor condensador; e
[0074] (f) formar uma segunda corrente de GNL a partir do líquido do fundo removido da coluna de destilação;
[0075] onde a refrigeração para o trocador de calor principal e para o trocador de calor condensador é proporcionada por um sistema de refrigeração de circuito fechado, o refrigerante circulado pelo sistema de refrigeração de circuito fechado passando através do, e sendo aquecido no, trocador de calor principal e passando através do, e sendo aquecido no, trocador de calor condensador.
[0076] Conforme usado neste documento, o termo "gás natural" inclui também os gases naturais sintéticos e substitutos. A corrente de alimentação de gás natural compreende metano e nitrogênio (com o metano tipicamente sendo o componente principal). Tipicamente, a corrente de alimentação de gás natural tem concentração de nitrogênio de 1 a 10 % em mol, e os métodos e o aparelho descritos neste documento podem efetivamente remover o nitrogênio da corrente de alimentação de gás natural mesmo onde a concentração de nitrogênio na corrente de alimentação de gás natural for relativamente baixa, tal como 5 % em mol ou abaixo. A corrente de gás natural normalmente também conterá outros componentes, tais como, por exemplo, um ou mais outros hidrocarbonetos e/ou outros componentes, tais como hélio, dióxido de carbono, hidrogênio, etc. Entretanto, ela não deve conter quaisquer componentes adicionais em concentrações que congelarão no trocador de calor principal durante o esfriamento e a liquefação da corrente. Consequentemente, 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 a água, os gases ácidos, o mercúrio e os hidrocarbonetos pesados da corrente de alimentação de gás natural, de modo a reduzir as concentrações de quaisquer tais componentes na corrente de alimentação de gás natural até tais níveis como não resultarão em quaisquer problemas de congelamento.
[0077] Conforme usada neste documento, e salvo indicação em contrário, uma corrente está "enriquecida em nitrogênio" se a concentração de nitrogênio na corrente for maior do que a concentração de nitrogênio na corrente de alimentação de gás natural. Uma corrente está "esgotada de nitrogênio" se a concentração de nitrogênio na corrente for menor do que a concentração de nitrogênio na corrente de alimentação de gás natural. No método de acordo com o primeiro aspecto da presente invenção, conforme descrito acima, o produto de vapor rico em nitrogênio tem uma concentração de nitrogênio maior do que a corrente de gás natural enriquecida em nitrogênio pelo menos parcialmente liquefeita (e, desse modo, pode ser descrito como sendo adicionalmente enriquecido em nitrogênio, em relação à corrente de alimentação de gás natural). Onde a corrente de alimentação de gás natural contiver outros componentes além do metano e do nitrogênio, as correntes que estiverem "enriquecidas em nitrogênio" podem também estar enriquecidas em outros componentes leves (p.ex., outros componentes tendo um ponto de ebulição similar ou menor do que aquele do nitrogênio, tais como, por exemplo, o hélio), e as correntes que estiverem "esgotadas de nitrogênio" podem também estar esgotadas em outros componentes pesados (p.ex., outros componentes tendo um ponto de ebulição similar ou maior do que aquele do metano, tais como, por exemplo, os hidrocarbonetos mais pesados).
[0078] Nos métodos e aparelho descritos neste documento, e salvo indicação em contrário, as correntes podem ser expandidas e/ou, no caso de correntes líquidas ou de duas fases, expandidas e parcialmente vaporizadas passando a corrente através de qualquer dispositivo de expansão adequado. Uma corrente pode, por exemplo, ser expandida e parcialmente vaporizada sendo passada através de uma válvula de expansão ou válvula J-T, ou qualquer outro dispositivo para efetuar (essencialmente) a expansão isentálpica (e, consequentemente, a evaporação flash) da corrente. Adicional ou alternativamente, uma corrente pode, por exemplo, ser expandida e parcialmente vaporizada sendo passada e expandida no trabalho através de um dispositivo de extração de trabalho, tal como, por exemplo, uma turbina hidráulica ou turboexpansor, com isso efetuando (essencialmente) a expansão isentrópica da corrente.
[0079] Conforme usado neste documento, o termo "coluna de destilação" refere-se a uma coluna (ou conjunto de colunas) contendo uma ou mais seções de separação, cada seção de separação sendo composta de enchimentos, tais como recheio e/ou uma ou mais bandejas, que aumentam o contato e, desse modo, aumentam a transferência de massa entre o vapor ascendente e o líquido de escoamento para baixo que flui através da seção dentro da coluna. Neste modo, a concentração de componentes mais leves (tais como o nitrogênio) no vapor suspenso, i.e., o vapor que se coleta no topo da coluna, é aumentada, e a concentração de componentes mais pesados (tais como o metano) no líquido de fundo, i.e., o líquido que se coleta no fundo da coluna, é aumentada. O "topo" da coluna refere-se à parte da coluna acima das seções de separação. O "fundo" da coluna refere-se à parte da coluna abaixo das seções de separação. Uma "posição intermediária" da coluna refere-se a uma posição entre o topo e o fundo da coluna, tipicamente entre duas seções de separação que estejam em série.
[0080] Conforme usado neste documento, o termo "trocador de calor principal" refere-se ao trocador de calor responsável pelo esfriamento e a liquefação de toda ou uma parte da corrente de gás natural para produzir a primeira corrente de GNL. Conforme é descrito abaixo em mais detalhe, o trocador de calor pode ser composto de uma ou mais seções de esfriamento, dispostas em série e/ou em paralelo. Cada tal seção pode constituir uma unidade de trocador de calor separada tendo sua própria caixa, porém igualmente as seções podem ser combinadas em uma única unidade de trocador de calor compartilhando uma caixa comum. A(s) unidade(s) de trocador de calor pode(m) ser de qualquer tipo adequado, tal como, porém não limitado aos tipos casco e tubo, bobina enrolada, ou placa e aleta da unidade de trocador de calor. Em tais unidades, cada seção de esfriamento tipicamente compreenderá seu próprio grupo de tubos (onde a unidade for do tipo casco e tubo ou bobina enrolada) ou grupo de placas e aletas (onde a unidade for dos tipos placa e aleta). Conforme usadas neste documento, a "extremidade quente" e a "extremidade fria" do trocador de calor principal são termos relativos, referindo-se às extremidades do trocador de calor principal que são da mais alta e mais baixa temperatura (respectivamente), e não são pretendidas indicar quaisquer faixas de temperaturas particulares, salvo indicação em contrário. A expressão "um local intermediário" do trocador de calor principal refere- se a um local entre as extremidades quente e fria, tipicamente entre duas seções de esfriamento que estejam em série.
[0081] Conforme observado acima, alguma ou toda a refrigeração para o trocador de calor principal e para o trocador de calor condensador é proporcionada por um sistema de refrigeração de circuito fechado, o refrigerante circulado pelo sistema de refrigeração de circuito fechado passando através do, e sendo aquecido no, trocador de calor principal e passando através do, e sendo aquecido no, trocador de calor condensador. O sistema de refrigeração de circuito fechado pode ser de qualquer tipo adequado. Os sistemas de refrigeração ilustrativos, compreendendo um ou mais sistemas de circuito fechado, que podem ser usados de acordo com a presente invenção, incluem o sistema de refrigerante misto individual (SMR), o sistema de refrigerante misto duplo (DMR), o sistema de refrigerante misto de propano híbrido (C3MR), o sistema de ciclo de expansão de nitrogênio (ou outro ciclo de expansão gasoso), e o sistema de refrigeração em cascata.
[0082] Em algumas modalidades, o refrigerante que passa através do, e é aquecido no, trocador de calor condensador é então passado através do, e adicionalmente aquecido no, trocador de calor principal.
[0083] Em algumas modalidades, o refrigerante aquecido, que é obtido após a refrigeração ter sido proporcionada no trocador de calor principal e no trocador de calor condensador, é comprimido em um ou mais compressores e esfriado em um ou mais refrigeradores posteriores para formar o refrigerante comprimido; o refrigerante comprimido é passado através do, e esfriado no, trocador de calor principal para formar o refrigerante comprimido esfriado, que é removido do trocador de calor principal; e o refrigerante comprimido esfriado é então dividido, com parte do refrigerante sendo expandida (antes e/ou após a divisão do refrigerante comprimido esfriado) e retornada diretamente para o trocador de calor principal para passar através do, e ser aquecida no, trocador de calor principal, e com a outra parte do refrigerante sendo expandida (antes e/ou após a divisão do refrigerante comprimido esfriado) e enviada para o trocador de calor condensador para passar através do, e ser aquecida no, trocador de calor condensador.
[0084] Em algumas modalidades, o refrigerante que é circulado pelo sistema de refrigeração de circuito fechado, que proporciona refrigeração para o trocador de calor principal e o trocador de calor condensador, é um refrigerante misto. O refrigerante misto aquecido, que é obtido após a refrigeração ter sido proporcionada no trocador de calor principal e no trocador de calor condensador, pode ser comprimido, esfriado no trocador de calor principal e separado conforme ele for esfriado, de modo a proporcionar uma pluralidade de correntes de refrigerantes frias liquefeitas ou parcialmente liquefeitas de composições diferentes, a corrente de refrigerante fria com a mais alta concentração de componentes mais leves, obtidos da extremidade fria do trocador de calor principal, sendo então dividida e expandida (antes ou após ser dividida) de modo a proporcionar uma corrente de refrigerante que é aquecida no trocador de calor condensador e uma corrente de refrigerante que é retornada para a extremidade fria do trocador de calor principal para ser aquecida nele.
[0085] Em uma modalidade preferida, a refrigeração para o trocador de calor condensador é proporcionada tanto pelo sistema de refrigeração de circuito fechado, quanto pelo aquecimento do vapor suspenso removido da coluna de destilação. Nesta modalidade, a etapa (e) pode compreender aquecer o vapor suspenso removido da coluna de destilação no trocador de calor condensador, comprimir uma primeira parte do vapor suspenso aquecido, esfriar e pelo menos parcialmente condensar a parte comprimida no trocador de calor condensador, e expandir e reintroduzir a parte esfriada e pelo menos parcialmente condensada de volta para o topo da coluna de destilação; e a etapa (d) pode compreender formar o produto de vapor rico em nitrogênio a partir de uma segunda parte do vapor suspenso aquecido.
[0086] Em uma modalidade, a etapa (c) do método compreende expandir e parcialmente vaporizar a primeira corrente de GNL e introduzir a dita corrente na coluna de destilação para separar a corrente em fases de vapor e de líquido. Nesta modalidade, a segunda corrente de GNL é preferivelmente enviada para um tanque de armazenagem de GNL.
[0087] Em outra modalidade, a etapa (c) do método compreende expandir e parcialmente vaporizar uma corrente de gás natural enriquecida em nitrogênio, pelo menos parcialmente liquefeita, e introduzir a dita corrente na coluna de destilação para separar a corrente em fases de vapor e de líquido, onde a corrente de gás natural enriquecida em nitrogênio, pelo menos parcialmente liquefeita, é formada a partir da separação de uma corrente de gás natural enriquecida em nitrogênio da primeira corrente de GNL e da liquefação pelo menos parcial da dita corrente no trocador de calor principal.
[0088] Nesta modalidade, a corrente de gás natural enriquecida em nitrogênio, pelo menos parcialmente liquefeita, pode ser formada (i) expandindo, parcialmente vaporizando e separando a primeira corrente de GNL, ou uma corrente de GNL formada de parte da primeira corrente de GNL, para formar um produto de GNL esgotado de nitrogênio e uma corrente de reciclo composta de vapor de gás natural enriquecido em nitrogênio, (ii) comprimindo a corrente de reciclo para formar uma corrente de reciclo comprimida, e (iii) passando a corrente de reciclo comprimida através do trocador de calor principal, separadamente da, e em paralelo com a, corrente de alimentação de gás natural, para esfriar a corrente de reciclo comprimida e liquefazer pelo menos parcialmente toda ou uma parte dela, com isso produzindo a corrente de gás natural enriquecida em nitrogênio, pelo menos parcialmente liquefeita. De preferência, um tanque de armazenagem de GNL é usado para separar a primeira corrente de GNL, ou a corrente de GNL formada de parte da primeira corrente de GNL, para formar o produto de GNL esgotado de nitrogênio e a corrente de reciclo. Desse modo, a primeira corrente de GNL ou a corrente de GNL formada de parte da primeira corrente de GNL pode ser expandida e transferida para um tanque de armazenagem de GNL, no qual uma parte do GNL vaporiza, com isso formando um vapor de gás natural enriquecido em nitrogênio e o produto de GNL esgotado de nitrogênio, e o vapor de gás natural enriquecido em nitrogênio pode então ser removido do tanque para formar a corrente de reciclo.
[0089] Na modalidade descrita no parágrafo acima, o método pode adicionalmente compreender também expandir, parcialmente vaporizar e separar a segunda corrente de GNL para produzir vapor de gás natural enriquecido em nitrogênio adicional para a corrente de reciclo e produto de GNL esgotado de nitrogênio adicional. Nesta e em outras modalidades, onde tanto a primeira corrente de GNL quanto a segunda corrente de GNL são expandidas, parcialmente vaporizadas e separadas para produzir o vapor de gás natural enriquecido em nitrogênio para a corrente de reciclo e o produto de GNL esgotado de nitrogênio, isto pode ser realizado combinando-se a primeira e a segunda correntes de GNL e então se expandindo, parcialmente vaporizando-se e separando-se a corrente combinada; separadamente expandindo-se e parcialmente vaporizando-se as correntes, combinando-se as correntes expandidas, e então se separando a corrente combinada; ou expandindo-se, parcialmente vaporizando-se e separando-se cada corrente individualmente.
[0090] Em outra modalidade, a etapa (c) do método compreende expandir e parcialmente vaporizar uma corrente de gás natural enriquecida em nitrogênio, pelo menos parcialmente liquefeita, e introduzir a dita corrente na coluna de destilação para separar a corrente em fases de vapor e de líquido, onde a corrente de gás natural enriquecida em nitrogênio, pelo menos parcialmente liquefeita, é formada da separação de uma corrente de gás natural enriquecida em nitrogênio da corrente de alimentação de gás natural e da liquefação pelo menos parcial da dita corrente no trocador de calor principal.
[0091] Nesta modalidade, a etapa (a) do método pode compreender (i) introduzir a corrente de alimentação de gás natural na extremidade quente do trocador de calor principal, esfriar e pelo menos parcialmente liquefazer a corrente de alimentação de gás natural, e remover a corrente esfriada e pelo menos parcialmente liquefeita de um local intermediário do trocador de calor principal, (ii) expandir, parcialmente vaporizar e separar a corrente esfriada e pelo menos parcialmente liquefeita para formar uma corrente de vapor de gás natural enriquecida em nitrogênio e uma corrente de líquido de gás natural esgotada de nitrogênio, e (iii) separadamente reintroduzir as correntes de vapor e de líquido em um local intermediário do trocador de calor principal e adicionalmente esfriar a corrente de vapor e a corrente de líquidos em paralelo, a corrente de líquido sendo adicionalmente esfriada para formar a primeira corrente de GNL e a corrente de vapor sendo adicionalmente esfriada e pelo menos parcialmente liquefeita para formar a corrente de gás natural enriquecida em nitrogênio pelo menos parcialmente liquefeita.
[0092] Na modalidade descrita no parágrafo acima, o método pode adicionalmente compreender: (g) expandir, parcialmente vaporizar e separar a segunda corrente de GNL para formar um produto de GNL esgotado de nitrogênio e uma corrente de reciclo composta de vapor de gás natural enriquecido em nitrogênio; (h) comprimir a corrente de reciclo para formar uma corrente de reciclo comprimida; e (i) retornar a corrente de reciclo comprimida para o trocador de calor principal para ser esfriada e pelo menos parcialmente liquefeita, em combinação com a, ou separadamente da, corrente de alimentação de gás natural. O método pode adicionalmente compreender expandir, parcialmente vaporizar e separar a primeira corrente de GNL para produzir vapor de gás natural enriquecido em nitrogênio adicional para a corrente de reciclo e produto de GNL esgotado de nitrogênio adicional. Novamente, de preferência um tanque de armazenagem de GNL é usado para separar a segunda e/ou a primeira correntes de GNL para formar o produto de GNL esgotado de nitrogênio e uma corrente de reciclo.
[0093] A etapa (a)(ii) do método pode adicionalmente compreender expandir, parcialmente vaporizar e separar a corrente esfriada e pelo menos parcialmente liquefeita para formar a corrente de vapor de gás natural enriquecida em nitrogênio, uma corrente de gás de separação composta de vapor de gás natural enriquecido em nitrogênio, e a corrente de líquido de gás natural esgotada de nitrogênio. A etapa (c) pode então adicionalmente compreender introduzir a corrente de gás de separação no fundo da coluna de destilação.
[0094] A corrente de gás natural liquefeita ou parcialmente liquefeita pode ser introduzida na coluna de destilação em um local intermediário da coluna, e a ebulição para a coluna de destilação pode ser proporcionada por aquecimento e vaporização de uma parte do líquido do fundo em um trocador de calor refervedor por meio de troca de calor indireta com a corrente de gás natural liquefeita ou parcialmente liquefeita antes da introdução da dita corrente na coluna de destilação.
[0095] Conforme também observado acima, de acordo com um segundo aspecto da presente invenção, proporciona-se um aparelho para liquefazer uma corrente de alimentação de gás natural e remover o nitrogênio dela, o aparelho compreendendo:
[0096] um trocador de calor principal tendo uma passagem de esfriamento para receber uma corrente de alimentação de gás natural e passar a corrente de alimentação de gás natural através do trocador de calor para esfriar a corrente e liquefazer toda ou uma parte da corrente, de modo a produzir uma primeira corrente de GNL;
[0097] um dispositivo de expansão e coluna de destilação, em comunicação de fluxo fluido com o trocador de calor principal, para receber, expandir e parcialmente vaporizar uma corrente de gás natural liquefeita ou parcialmente liquefeita e separar a dita corrente na coluna de destilação em fases de vapor e de líquido, onde a corrente de gás natural liquefeita ou parcialmente liquefeita é a primeira corrente de GNL, ou é uma corrente de gás natural enriquecida em nitrogênio pelo menos parcialmente liquefeita, formada a partir da separação de uma corrente de gás natural enriquecida em nitrogênio da primeira corrente de GNL ou a partir da corrente de alimentação de gás natural e da liquefação pelo menos parcial da dita corrente no trocador de calor principal;
[0098] um trocador de calor condensador para proporcionar refluxo para a coluna de destilação por condensação de uma parte do vapor suspenso obtido da coluna de destilação; e
[0099] um sistema de refrigeração de circuito fechado para proporcionar refrigeração para o trocador de calor principal e o trocador de calor condensador, o refrigerante circulado pelo sistema de refrigeração de circuito fechado passando através do, e sendo aquecido no, trocador de calor principal e passando através do, e sendo aquecido no, trocador de calor condensador.
[00100] Conforme usado neste documento, o termo "comunicação de fluxo fluido" indica que os dispositivos ou os sistemas em questão estão unidos um ao outro em um modo tal que as correntes que são referidas possam ser enviadas e recebidas pelos dispositivos ou pelos sistemas em questão. Os dispositivos ou os sistemas podem, por exemplo, ser unidos por tubos, passagens ou outras formas de tubulação adequadas, para transferir as correntes em questão.
[00101] O aparelho de acordo com o segundo aspecto da invenção é adequado para realizar um método em conformidade com o primeiro aspecto da invenção. Desse modo, as diversas características e modalidades preferidas ou opcionais do aparelho de acordo com o segundo aspecto serão aparentes a partir da discussão precedente das diversas modalidades e características preferidas ou opcionais do método em conformidade com o primeiro aspecto.
[00102] Somente a título de exemplo, as diversas modalidades preferidas da invenção agora serão descritas com referência às Figuras 1 a 4. Nestas Figuras, onde uma característica for comum a mais do que uma Figura, esta característica tem fixada o mesmo numeral de referência em cada Figura, por clareza e brevidade.
[00103] Com referência à Figura 1, mostra-se um método e aparelho para liquefazer e remover o nitrogênio de uma corrente de gás natural, de acordo com uma modalidade da presente invenção.
[00104] A corrente de alimentação de gás natural 100 é primeiramente passada através de um conjunto de passagens de esfriamento em um trocador de calor principal, para esfriar, liquefazer e (tipicamente) subesfriar a corrente de alimentação de gás natural, desse modo produzindo uma primeira corrente de GNL 112, conforme será descrito em mais detalhe abaixo. A corrente de alimentação de gás natural compreende metano e nitrogênio. Tipicamente, a corrente de alimentação de gás natural tem uma concentração de nitrogênio de 1 a 10 % em mol, e os métodos e o aparelho descritos neste documento podem efetivamente remover o nitrogênio do gás natural, mesmo onde a concentração de nitrogênio na corrente de alimentação de gás natural for relativamente baixa, tal como 5 % em mol ou abaixo. Conforme bem se sabe na técnica, a corrente de alimentação de gás natural não deve conter quaisquer componentes adicionais em concentrações que congelarão no trocador de calor principal durante o esfriamento e a liquefação da corrente. Consequentemente, 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 a água, os gases ácidos, o mercúrio e os hidrocarbonetos pesados da corrente de alimentação de gás natural, de modo a reduzir as concentrações de quaisquer tais componentes na corrente de alimentação de gás natural até tais níveis conforme não resultarão em quaisquer problemas de congelamento. O equipamento e as técnicas apropriados para efetuar a desidratação, a remoção dos gases ácidos, a remoção do mercúrio e a remoção dos hidrocarbonetos são bastante conhecidos. A corrente de gás natural deve também estar na pressão acima da ambiente e, desse modo, pode ser comprimida e esfriada, se e conforme necessário, em um ou mais compressores e refrigeradores posteriores (não mostrados) antes de ser introduzida no trocador de calor principal.
[00105] Na modalidade representada na Figura 1, o trocador de calor principal é composto de três seções de esfriamento em série, a saber, uma seção quente 102, na qual a corrente de alimentação de gás natural 100 é pré-esfriada, uma seção do meio ou intermediária 106, na qual a corrente de alimentação de gás natural esfriada 104 é liquefeita, e uma seção fria 110, na qual a corrente de alimentação de gás natural liquefeita 108 é subesfriada, a extremidade da seção quente 102 na qual a corrente de alimentação de gás natural 100 é introduzida, portanto, constituindo a extremidade quente do trocador de calor principal, e a extremidade da seção fria 110, a partir da qual a primeira corrente de GNL 112 é removida, portanto, constituindo a extremidade fria do trocador de calor principal. Conforme será reconhecido, os termos "quente" e "fria" neste contexto referem-se somente às temperaturas relativas dentro das seções de esfriamento, e não indicam quaisquer faixas de temperaturas. No arranjo representado na Figura 1, cada uma destas seções constitui uma unidade de trocador de calor separada tendo seu próprio casco, revestimento ou outra forma de caixa, porém igualmente duas ou todas as três das seções podem ser combinadas em uma única unidade de trocador de calor, compartilhando uma caixa comum. A(s) unidade(s) de trocador de calor pode(m) ser de qualquer tipo adequado, tal como, porém não limitado aos tipos casco e tubo, bobina enrolada, ou placa e aleta da unidade de trocador de calor. Em tais unidades, cada seção de esfriamento tipicamente compreenderá seu próprio grupo de tubos (onde a unidade for do tipo casco e tubo ou bobina enrolada) ou grupo de placas e aletas (onde a unidade for dos tipos placa e aleta).
[00106] Na modalidade representada na Figura 1, a primeira corrente de GNL (subesfriada) 112, removida da extremidade fria do trocador de calor principal, é então expandida, parcialmente vaporizada e introduzida em uma coluna de destilação 162, na qual a corrente é separada em fases de vapor e de líquido para formar um produto de vapor rico em nitrogênio 170 e uma segunda corrente de GNL (esgotada de nitrogênio) 186.
[00107] A coluna de destilação 162 nesta modalidade compreende duas seções de separação, cada uma composta de enchimentos, tais como recheio e/ou uma ou mais bandejas que aumentam o contato e, desse modo, aumentam a transferência de massa entre o vapor ascendente e o líquido de escoamento para baixo dentro da coluna. A primeira corrente de GNL 112 é esfriada em um trocador de calor refervedor 174, formando uma corrente esfriada 156 que é então expandida e parcialmente vaporizada, sendo passada através de um dispositivo de expansão, tal como, por exemplo, através de uma válvula J-T 158 ou um dispositivo de extração de trabalho (p.ex., turbina hidráulica ou turboexpansor (não mostrado)), formando uma corrente expandida e parcialmente vaporizada 160, que é introduzida na posição intermediária da coluna de destilação, entre as seções de separação, para a separação em fases de vapor e de líquido. O líquido do fundo da coluna de destilação 162 está esgotado em nitrogênio (com relação à primeira corrente de GNL 112 e à corrente de alimentação de gás natural 100). O vapor suspenso da coluna de destilação 162 está enriquecido em nitrogênio (com relação à primeira corrente de GNL 112 e à corrente de alimentação de gás natural 100).
[00108] A ebulição para a coluna de destilação 162 é proporcionada aquecendo e pelo menos parcialmente vaporizando uma corrente 182 do líquido do fundo da coluna no trocador de calor refervedor 174 e retornando a corrente aquecida e pelo menos parcialmente vaporizada 184 para o fundo da coluna, com isso proporcionando o gás de separação para a coluna. O restante do líquido do fundo não vaporizado no trocador de calor refervedor 174 é removido da coluna de destilação 162, para formar a segunda corrente de GNL 186. Na modalidade representada, a segunda corrente de GNL 186 é então adicionalmente expandida, por exemplo, passando a corrente através de um dispositivo de expansão, tal como uma válvula J-T 188 ou o turboexpansor (não mostrado), para formar uma corrente de GNL expandida, que é introduzida em um tanque de armazenagem de GNL 144, a partir do qual o produto de GNL esgotado de nitrogênio 196 pode ser removido.
[00109] O refluxo para a coluna de destilação 162 é proporcionado condensando uma parte do vapor suspenso 164 da coluna de destilação em um trocador de calor condensador 154. O restante do vapor suspenso que não é condensado no trocador de calor condensador 154 é removido da coluna de destilação 162, para formar o produto de vapor rico em nitrogênio 170. A refrigeração para o trocador de calor condensador 154 é proporcionada por um sistema de refrigeração de circuito fechado que também proporciona refrigeração para o trocador de calor principal. Na modalidade representada na Figura 1, algo da refrigeração para o trocador de calor condensador 154 é também proporcionado pelo vapor suspenso 164 propriamente dito.
[00110] Mais especificamente, o vapor suspenso frio 164, removido do topo da coluna de destilação 162, é primeiramente aquecido no trocador de calor condensador 154. Uma parte do suspenso aquecido é então comprimida no compressor 166, esfriada no refrigerador posterior 168 (usando refrigerante, tal como, por exemplo, ar ou água na temperatura ambiente), adicionalmente esfriada e pelo menos parcialmente liquefeita no trocador de calor condensador 154, expandida, por exemplo, através do dispositivo de expansão, tal como uma válvula J-T 176 ou o turboexpansor (não mostrado), e retornada para o topo da coluna de destilação 162, com isso proporcionando refluxo para a coluna. O restante do suspenso aquecido, após passar através da válvula de controle 169 (que pode controlar a pressão de operação da coluna de destilação 162), forma a corrente de produto de vapor rica em nitrogênio 170. Refrigeração adicional é proporcionada para o trocador de calor condensador 154 por uma corrente de refrigerante 222 fornecida por um sistema de refrigeração de circuito fechado, que também proporciona refrigeração para o trocador de calor principal, conforme agora será descrito em mais detalhe.
[00111] Conforme observado acima, algo ou toda a refrigeração para o trocador de calor principal é proporcionada por um sistema de refrigeração de circuito fechado, o qual pode ser de qualquer tipo adequado. Os sistemas de refrigeração ilustrativos que podem ser usados incluem um sistema de refrigerante misto individual (SMR), um sistema de refrigerante misto duplo (DMR), um sistema de refrigerante misto de propano híbrido (C3MR), e um sistema de ciclo de expansão de nitrogênio (ou outro ciclo de expansão gasoso), e um sistema de refrigeração em cascata. Nos sistemas de SMR e de ciclo de expansão de nitrogênio, a refrigeração é fornecida para todas as três seções 102, 106, 110 do trocador de calor principal por um refrigerante misto individual (no caso do sistema de SMR) ou pelo nitrogênio (no caso do sistema de ciclo de expansão de nitrogênio) circulado por um sistema de refrigeração de circuito fechado. Nos sistemas de DMR e de C3MR, dois sistemas de refrigeração de circuito fechado separados, circulando dois refrigerantes separados (dois refrigerantes mistos diferentes no caso do sistema de DMR, e um refrigerante de propano e um refrigerante misto no caso do sistema de C3MR), são usados para fornecer o refrigerante para o trocador de calor principal, de modo tal que diferentes seções do trocador de calor principal podem ser esfriadas por diferentes sistemas de circuito fechado. A operação de SMR, DMR, C3MR, ciclo de expansão de nitrogênio e outros tais sistemas de refrigeração de circuito fechado é bastante conhecida.
[00112] A título de exemplo, na modalidade representada na Figura 1, a refrigeração para o trocador de calor principal é proporcionada por um sistema de refrigerante misto individual (SMR), cada uma das seções de esfriamento 102, 106 e 110 do trocador de calor principal compreendendo unidades de trocadores de calor do tipo bobina enrolada. Neste tipo de sistema de circuito fechado, o refrigerante misto que é circulado consiste em uma mistura de componentes, tal como uma mistura de nitrogênio, metano, etano, propano, butano e isopentano. O refrigerante misto aquecido 250 que sai da extremidade quente do trocador de calor principal é comprimido no compressor 252 para formar uma corrente comprimida 256. A corrente comprimida é então passada através de um refrigerador posterior para esfriar e parcialmente condensar a corrente, e é então separada em um separador de fases em correntes de vapor 258 e de líquido 206. A corrente de vapor 258 é adicionalmente comprimida no compressor 260 e esfriada e parcialmente condensada para formar uma corrente de refrigerante misto de alta pressão 200 na temperatura ambiente. Os refrigeradores posteriores podem usar qualquer dissipador de calor ambiente adequado, tal como ar, água doce, água do mar ou água de uma torre de esfriamento evaporativo.
[00113] A corrente de refrigerante misto de alta pressão 200 é separada, em um separador de fases, em corrente de vapor 204 e uma corrente de líquido 202. As correntes de líquidos 202 e 206 são então subesfriadas na seção quente 102 do trocador de calor principal, antes de serem reduzidas na pressão e combinadas para formar a corrente de refrigerante fria 228, que é passada através do lado do casco da seção quente 102 do trocador de calor principal, onde ela é vaporizada e aquecida para proporcionar refrigeração para a dita seção. A corrente de vapor 204 é esfriada e parcialmente liquefeita na seção quente 102 do trocador de calor principal, saindo como corrente 208. A corrente 208 é então separada, em um separador de fases, em corrente de vapor 212 e corrente de líquido 210. A corrente de líquido 210 é subesfriada na seção do meio 106 do trocador de calor principal, e então reduzida na pressão para formar a corrente de refrigerante fria 230, que é passada através do lado do casco da seção do meio 106 do trocador de calor principal, onde ela é vaporizada e aquecida para proporcionar refrigeração para a dita seção. A corrente de vapor 212 é condensada e subesfriada nas seções do meio 106 e fria 110 do trocador de calor principal, saindo como corrente 214, corrente esta que é então dividida em duas partes.
[00114] A parte principal de 216 da corrente de refrigerante 214 é expandida para proporcionar a corrente de refrigerante fria 232, que é passada através do lado do casco da seção fria 110 do trocador de calor principal, onde ela é vaporizada e aquecida para proporcionar refrigeração para a dita seção. O refrigerante aquecido (derivado da corrente 232) que sai do lado do casco da seção fria 110 é combinado com a corrente de refrigerante 230 no lado do casco da seção do meio 106, onde ele é adicionalmente aquecido e vaporizado, proporcionando refrigerante adicional para aquela seção. O refrigerante aquecido combinado que sai do lado do casco da seção do meio 106 é combinado com a corrente de refrigerante 228 no lado do casco da seção quente 102, onde ele é adicionalmente aquecido e vaporizado, proporcionando refrigerante adicional para aquela seção. O refrigerante aquecido combinado que sai do lado do casco da seção quente 102 tinha sido totalmente vaporizado e preferivelmente superaquecido em cerca de 5 °C, e sai como corrente de refrigerante mista aquecida 250, assim completando o circuito de refrigeração.
[00115] A outra parte secundária 218 (tipicamente menos do que 20%) da corrente de refrigerante 214 é usada para proporcionar refrigeração para o trocador de calor condensador 154 que, como descrito acima, proporciona refluxo para a coluna de destilação 164, a dita parte sendo aquecida no trocador de calor condensador 154 para proporcionar refrigeração para ele antes de ser retornada para o, e adicionalmente aquecida no, trocador de calor principal. Mais especificamente, a parte secundária 218 da corrente de refrigerante 214 é expandida, por exemplo, passando a corrente através de uma válvula J-T 220 ou outra forma adequada de dispositivo de expansão (tal como, por exemplo, um turboexpansor), para formar a corrente de refrigerante fria 222. A corrente 222 é então aquecida e pelo menos parcialmente vaporizada no trocador de calor condensador 154, antes de ser retornada para o trocador de calor principal, sendo combinada com o refrigerante aquecido (derivado da corrente 232) que sai do lado de casco da seção fria 110 do trocador de calor principal e entra no lado do casco da seção do meio 106 com a corrente de refrigerante 230.
[00116] O uso do trocador de calor condensador 254 (e, em particular, o uso do ciclo da bomba de calor de nitrogênio envolvendo o trocador de calor condensador 154, o compressor 166, e o refrigerador posterior 168) para tornar o topo da coluna de destilação 162 mais fria possibilita que seja obtido um produto rico em nitrogênio 170 de maior pureza. O uso do sistema de refrigeração de circuito fechado para proporcionar também refrigeração para o trocador de calor condensador 154 melhora a eficiência global do processo, minimizando as diferenças de temperaturas internas no trocador condensador 154, com o refrigerante misto proporcionando esfriamento na temperatura apropriada onde a condensação do nitrogênio reciclado estiver ocorrendo.
[00117] Isto é ilustrado pelas curvas de esfriamento representadas na Figura 4, que são obtidas para o trocador de calor condensador 154 quando operado de acordo com a modalidade representada na Figura 1 e conforme descrito acima. De preferência, a pressão de descarga do compressor 166 é escolhida de modo tal que a parte comprimida e aquecida do vapor suspenso 172, que é para ser esfriada no trocador de calor condensador 154, condense em uma temperatura exatamente acima da temperatura na qual o refrigerante misto vaporiza. O vapor suspenso 164 removido da coluna de destilação 162 pode entrar no trocador de calor condensador 154 em seu ponto de orvalho (cerca - 159°C), e ser aquecido até próximo à condição ambiente. Após a remoção do produto de vapor rico em nitrogênio 170, o vapor suspenso restante é então comprimido no compressor 166, esfriado no refrigerador posterior 168 até próximo à temperatura ambiente e retornado para o trocador de calor condensador 154 para ser esfriado e condensado, proporcionando refluxo para a coluna de destilação 162, conforme anteriormente descrito.
[00118] Com referência agora às Figuras 2 e 3, estas representam métodos e aparelho adicionais para liquefazer e remover o nitrogênio de uma corrente de gás natural de acordo com modalidades alternativas da presente invenção. Estas modalidades diferem da modalidade representada na Figura 1 pelo fato de que nestas modalidades a corrente que é enviada para a coluna de destilação 162, para a separação em fases de vapor e de líquido não é a primeira corrente de GNL 112, porém, mais exatamente, é, em vez disso, uma corrente de gás natural enriquecida em nitrogênio pelo menos parcialmente liquefeita (144 ou 344), obtida da separação de uma corrente de gás natural enriquecida em nitrogênio da primeira corrente de GNL ou da corrente de alimentação de gás natural.
[00119] No método e no aparelho representados na Figura 2, a corrente de gás natural enriquecida em nitrogênio pelo menos parcialmente liquefeita 144, enviada para a, e separada na, coluna de destilação 162, é formada da separação de uma corrente de gás natural enriquecida em nitrogênio 130 da primeira corrente de GNL 112 e da liquefação pelo menos parcial da dita corrente no trocador de calor principal.
[00120] Mais especificamente, a primeira corrente de GNL 112, removida da extremidade fria do trocador de calor principal, é expandida, por exemplo, passando a corrente através de um dispositivo de expansão, tal como uma válvula J-T 124 ou turboexpansor (não mostrado), para formar uma corrente de GNL expandida 126 que é introduzida no tanque de armazenagem de GNL 128. Dentro do tanque de armazenagem de GNL 128, uma parte do GNL vaporiza, como resultado da expansão inicial e da introdução do GNL no tanque e/ou como resultado do aquecimento ambiente ao longo do tempo (visto que o tanque de armazenagem não pode ser perfeitamente isolado), produzindo um vapor de gás natural enriquecido em nitrogênio que se coleta no, e é removido do, espaço vazio do tanque como uma corrente de reciclo 130, e deixando atrás um produto de GNL esgotado de nitrogênio que é armazenado no tanque e pode ser removido como uma corrente de produto 196. Em uma modalidade alternativa (não representada), o tanque de armazenagem de GNL 128 poderia ser substituído por um separador de fases (tal como um tambor de vaporização) ou outra forma de dispositivo de separação no qual a corrente de GNL expandida 126 é separada em fases de líquido e de vapor, formando, respectivamente, o produto de GNL esgotado de nitrogênio 196 e a corrente de reciclo 130 composta de vapor de gás natural enriquecido em nitrogênio. No caso onde for usado um tanque de armazenagem de GNL, o vapor de gás natural enriquecido em nitrogênio que se coleta no, e é removido do, espaço vazio do tanque pode também ser referido como um gás de vaporização do tanque ("tank flash gas") (TFG) ou gás de vaporização ("boil-off gas") (BOG). No caso onde for usado um separador de fases, o vapor de gás natural enriquecido em nitrogênio que é formado no, e removido do, separador de fases pode também ser referido como um gás de vaporização final ("end-flash gas") (EFG).
[00121] A corrente de reciclo 130, composta de vapor de gás natural enriquecido em nitrogênio, é então comprimida novamente em um ou mais compressores 132 e esfriada em um ou mais refrigeradores 136, para formar uma corrente de reciclo comprimida 138, que é reciclada para o trocador de calor principal (portanto, a razão para esta corrente ser referida como uma corrente de reciclo). Os refrigeradores posteriores podem usar qualquer forma adequada de refrigerante, tal como, por exemplo, água ou ar na temperatura ambiente. O vapor de gás natural enriquecido em nitrogênio comprimido e esfriado, que sai do refrigerador posterior 136, pode também ser dividido (não mostrado), com uma parte do dito gás formando a corrente de reciclo comprimida 138 que é enviada para o trocador de calor principal, e com a outra parte (não mostrado) sendo removida e usada para outros propósitos, tais como demanda de combustível da planta (não mostrado). A corrente de reciclo comprimida 138, como resultado de ser esfriada no(s) refrigerador(s) posterior(es) 136, está aproximadamente na mesma temperatura (p.ex., ambiente) que a corrente de alimentação de gás natural 100, e é introduzida separadamente na extremidade quente do trocador de calor principal e é passada através de uma passagem de esfriamento separada ou um conjunto de passagens de esfriamento, que correm paralelas às passagens de esfriamento nas quais a corrente de alimentação de gás natural é esfriada, de modo a esfriar separadamente a corrente de reciclo comprimida nas seções quente, do meio e fria 102, 106 e 110 do trocador de calor principal, a corrente de reciclo comprimida sendo esfriada e pelo menos parcialmente liquefeita para formar uma primeira corrente de gás natural enriquecida em nitrogênio pelo menos parcialmente liquefeita (i.e., uma parcial ou totalmente liquefeita) 144.
[00122] A primeira corrente de gás natural enriquecida em nitrogênio pelo menos parcialmente liquefeita (i.e., uma parcial ou totalmente liquefeita) 144, removida da extremidade fria do trocador de calor principal, é então expandida, parcialmente vaporizada e introduzida em uma coluna de destilação 162, na qual a corrente é separada em fases de vapor e de líquido, para formar o produto de vapor rico em nitrogênio 170 e a segunda corrente de GNL (esgotada de nitrogênio) 186, em um modo análogo à primeira corrente de GNL 112, na modalidade da invenção representada na Figura 1 e descrita acima. Mais especificamente, a primeira corrente de gás natural enriquecida em nitrogênio pelo menos parcialmente liquefeita 144 é esfriada no trocador de calor refervedor 174, formando uma corrente esfriada 456 que é então expandida e parcialmente vaporizada, por exemplo, sendo passada através de um dispositivo de expansão, tal como uma válvula J-T 458 ou turboexpansor (não mostrado), formando uma corrente expandida e parcialmente vaporizada 460 que é introduzida na posição intermediária da coluna de destilação, entre as seções de separação, para a separação em fases de vapor e de líquido.
[00123] O vapor suspenso da coluna de destilação 162, que nesta modalidade está adicionalmente enriquecido em nitrogênio (i.e., ele está enriquecido em nitrogênio em relação à primeira corrente de gás natural enriquecida em nitrogênio pelo menos parcialmente liquefeita 144 e, consequentemente, adicionalmente enriquecido em nitrogênio em relação à corrente de alimentação de gás natural 100), novamente proporciona o produto de vapor rico em nitrogênio 170.
[00124] O líquido do fundo da coluna de destilação 162 novamente proporciona uma segunda corrente de GNL 186, que novamente é transferida para o tanque de armazenagem de GNL 128. Mais especificamente, a segunda corrente de GNL 186, removida do fundo da coluna de destilação 162, é então expandida, por exemplo, passando a corrente através de uma válvula J-T 188 ou turboexpansor (não mostrado), para formar uma corrente expandida aproximadamente na mesma pressão que a primeira corrente de GNL expandida 126. A segunda corrente de GNL expandida é também introduzida no tanque de armazenagem de GNL 128, no qual, conforme descrito acima, uma parte do GNL vaporiza, proporcionando o vapor de gás natural enriquecido em nitrogênio que é removido do espaço vazio do tanque como corrente de reciclo 130, e deixando atrás o produto de GNL esgotado de nitrogênio que é armazenado no tanque e pode ser removido como corrente de produto 196. Desse modo, nesta modalidade, a segunda corrente de GNL 186 e a primeira corrente de GNL 112 são expandidas, combinadas e conjuntamente separadas na corrente de reciclo 130 e no produto de GNL 196. Entretanto, em uma modalidade alternativa (não representada), a segunda corrente de GNL 186 e a primeira corrente de GNL 112 poderiam ser expandidas e introduzidas em tanques de armazenagem de GNL diferentes (ou outras formas de sistema de separação), para produzir correntes de reciclo separadas que são então combinadas, e correntes de produtos de GNL separadas. Igualmente, ainda em outra modalidade (não representada), a segunda corrente de GNL 186 e a primeira corrente de GNL 112 poderiam (se de, ou ajustadas para, uma pressão similar) ser combinadas antes de serem expandidas através de uma válvula J-T, turboexpansor ou outra forma de dispositivo de expansão, e então a corrente expandida combinada introduzida no tanque de armazenagem de GNL (ou outra forma de sistema de separação).
[00125] A modalidade representada na Figura 2 proporciona um meio simples e eficiente de liquefazer o gás natural e remover o nitrogênio para produzir tanto um produto de GNL de alta pureza, quanto uma corrente de nitrogênio de alta pureza, que pode ser ventilada enquanto se atende as exigências ambientais de pureza, e sem resultar em perda significativa de metano. Alternativamente, a corrente de nitrogênio 170 pode também ser usada alhures, tal como para combustível, se o teor de metano for alto o suficiente. Em particular, a corrente de reciclo está enriquecida em nitrogênio, comparada com a corrente de alimentação de gás natural e o primeiro GNL e, desse modo, por pelo menos parcialmente liquefazer a corrente de reciclo (com isso formando a primeira corrente de gás natural enriquecida em nitrogênio pelo menos parcialmente liquefeita) e então separar esta corrente na coluna de destilação, em vez da primeira corrente de GNL, obtém-se um produto de vapor rico em nitrogênio de pureza significativamente maior (i.e., concentração maior de nitrogênio) para estágios de separação similares. Igualmente, embora a corrente de reciclo pudesse ser esfriada e pelo menos parcialmente liquefeita por adição de um trocador de calor especial e um sistema de refrigeração para efetuar isso, o uso do trocador de calor principal e de seu sistema de refrigeração existente associado para esfriar e pelo menos parcialmente liquefazer a corrente de reciclo, de modo que esta possa então ser separada no produto rico em nitrogênio e no produto de GNL adicional, proporciona um processo e um aparelho mais compactos e de custo compensador.
[00126] No método e no aparelho representados na Figura 3, a corrente de gás natural enriquecida em nitrogênio pelo menos parcialmente liquefeita 344, enviada para a, e separada na, coluna de destilação 162, é formada a partir da separação de uma corrente de gás natural enriquecida em nitrogênio 307 da corrente de alimentação de gás natural 100 e da liquefação pelo menos parcial da dita corrente no trocador de calor principal.
[00127] Mais especificamente, na modalidade representada na Figura 3, a corrente de alimentação de gás natural 100 é primeiramente passada através de um conjunto de passagens de esfriamento em um trocador de calor principal, para esfriar a corrente de gás natural, para liquefazer e (tipicamente) subesfriar uma parte dela, com isso produzindo a primeira corrente de GNL 112, e para pelo menos parcialmente liquefazer outra parte dela, com isso produzindo a primeira corrente de gás natural enriquecida em nitrogênio pelo menos parcialmente liquefeita 344. 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 esfriamento correndo através das seções quente 102 e do meio 106 do trocador de calor principal, em que a corrente é esfriada e pelo menos parcialmente liquefeita, com isso produzindo uma corrente de gás natural esfriada e pelo menos parcialmente liquefeita 341. A corrente de gás natural esfriada e pelo menos parcialmente liquefeita 341 é então removida 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 em um sistema de separação, composto de um dispositivo de expansão, tal como uma válvula J-T 342, ou um dispositivo de extração de trabalho (p.ex., uma turbina hidráulica ou turboexpansor (não mostrado)), e o separador de fases 308 (tal como um tambor de vaporização), para formar uma corrente de vapor de gás natural enriquecida em nitrogênio 307 e uma corrente de líquido de gás natural esgotada de nitrogênio 309. As correntes de vapor 307 e de líquido 309 são então separadamente reintroduzidas em um local intermediário do trocador de calor principal, entre as seções do meio 106 e fria 110. A corrente de líquido 309 é passada através de uma segunda passagem de esfriamento, correndo através da seção fria 110 do trocador de calor principal, em que a corrente é subesfriada para formar a primeira corrente de GNL (subesfriada) 112. A corrente de vapor 307 é passada através de uma terceira passagem de esfriamento, que corre através da seção fria 110 do trocador de calor principal separadamente da, e em paralelo com a, segunda passagem de esfriamento, em que a corrente é esfriada e pelo menos parcialmente liquefeita para formar a primeira corrente de gás natural enriquecida em nitrogênio pelo menos parcialmente liquefeita (i.e., uma parcial ou totalmente liquefeita) 344. A primeira corrente de GNL 112 e a primeira corrente de gás natural enriquecida em nitrogênio pelo menos parcialmente liquefeita 344 são então removidas da extremidade fria do trocador de calor principal.
[00128] A primeira corrente de gás natural enriquecida em nitrogênio pelo menos parcialmente liquefeita 344 é então, em um modo similar à primeira corrente de GNL 112, na modalidade representada na Figura 1, expandida, parcialmente vaporizada e introduzida na coluna de destilação 162, na qual a corrente é separada em fases de vapor e de líquido para formar o produto de vapor rico em nitrogênio 170 e a segunda corrente de GNL (esgotada de nitrogênio) 186. Entretanto, na modalidade representada na Figura 3, não se usa nenhum trocador de calor refervedor para proporcionar ebulição para a coluna de destilação 162. Desse modo, a primeira corrente de gás natural enriquecida em nitrogênio pelo menos parcialmente liquefeita 344 é simplesmente expandida e parcialmente vaporizada, por exemplo, sendo passada através de um dispositivo de expansão, tal como uma válvula J-T 358 ou turboexpansor (não mostrado), formando uma corrente expandida e parcialmente vaporizada 360 que é introduzida na posição intermediária da coluna de destilação, entre as seções de separação, para a separação em fases de vapor e de líquido. Em vez de usar um trocador de calor refervedor, o gás de separação para a coluna de destilação 162 é proporcionado por uma parte 374 do vapor de gás natural enriquecido em nitrogênio obtido do separador de fases 308. Mais especificamente, o vapor de gás natural enriquecido em nitrogênio, produzido pelo separador de fases 308, é dividido para produzir duas correntes de vapor de gás natural enriquecidas em nitrogênio 307, 374. Alternativamente, o refervedor para esta modalidade poderia ser proporcionado no mesmo modo como representado para as Figuras 1 e 2. Também, o vapor de separação nas Figuras 1 e 2 poderia ser obtido do gás natural quente de entre os grupos do meio e frio, conforme mostrado na Figura 3, ou da extremidade quente ou qualquer outra posição intermediária da unidade de liquefação (não mostrado). A corrente 307 é passada através da, e adicionalmente esfriada na, seção fria 110 do trocador de calor principal para formar a primeira corrente de gás natural enriquecida em nitrogênio pelo menos parcialmente liquefeita 344, conforme descrito acima. A corrente 374 é expandida, por exemplo, sendo passada através de uma válvula J-T 384 ou turboexpansor (não mostrado), e introduzida como uma corrente de gás de separação no fundo da coluna de destilação 162.
[00129] Como na modalidade representada na Figura 2, a primeira corrente de GNL 112, removida da extremidade fria do trocador de calor principal, é (juntamente com a segunda corrente de GNL 186) novamente expandida e enviada para o tanque de armazenagem de GNL 128 (ou outro dispositivo de separação), para proporcionar o produto de GNL esgotado de nitrogênio 196 e a corrente de reciclo 130, composta de vapor de gás natural enriquecido em nitrogênio. Entretanto, na modalidade representada na Figura 3, a corrente de reciclo comprimida 138, formada a partir da compressão da corrente de reciclo no compressor 132 e resfriamento da corrente de reciclo comprimida 134 no refrigerador posterior 136, é reciclada de volta para o trocador de calor principal sendo introduzida de volta para a corrente de alimentação de gás natural 100, de modo que ela é esfriada e pelo menos parcialmente liquefeita no trocador de calor principal em combinação com a, e como parte da, corrente de alimentação de gás natural.
[00130] Como com a modalidade representada e descrita na Figura 2, a modalidade representada na Figura 3 proporciona um método e um aparelho que tem uma contagem de equipamento relativamente baixa, é eficiente, simples e fácil de operar, e permite a produção tanto de um produto de GNL de alta pureza, quanto uma corrente de nitrogênio de alta pureza, mesmo com composições de alimentação de gás natural de concentração de nitrogênio relativamente baixa. Por separação de uma primeira corrente de gás natural enriquecida em nitrogênio pelo menos parcialmente liquefeita na coluna de destilação, em vez da primeira corrente de GNL, obtém-se um produto de vapor rico em nitrogênio de pureza significativamente maior, e por utilização do trocador de calor principal e de seu sistema de refrigeração associado para gerar a dita primeira corrente de gás natural enriquecida em nitrogênio pelo menos parcialmente liquefeita, em vez da adição de um trocador de calor especial e um sistema de refrigeração para efetuar isto, proporciona-se um processo e um aparelho mais compactos e de custo compensador.
EXEMPLO
[00131] Para ilustrar a operação da invenção, o processo descrito e representado na Figura 1 (usando o processo de refrigeração com SMR) foi seguido, para obter uma corrente de saída de nitrogênio com 1% de metano e um produto de gás natural liquefeito com 1% de nitrogênio. A composição de alimentação de gás natural é mostrada na Tabela 1, e a Tabela 2 lista as composições das correntes primárias. O dado foi gerado usando o software ASPEN Plus. Conforme pode ser visto a partir dos dados, o processo efetivamente remove o nitrogênio da corrente de gás natural liquefeita.
Figure img0001
Figure img0002
[00132] Será apreciado que a invenção não está restrita aos detalhes descritos acima com referência às modalidades preferidas, porém que diversas modificações e variações podem ser feitas, sem sair do espírito ou do escopo da invenção, como definida nas reivindicações a seguir.

Claims (13)

1. Método para liquefazer uma corrente de alimentação de gás natural e remover o nitrogênio dela que compreende: (a) passar uma corrente de alimentação de gás natural (100) através de um trocador de calor principal (102, 106, 110) para esfriar a corrente de gás natural e liquefazer toda ou uma parte da dita corrente, com isso produzindo uma primeira corrente de GNL (112); (b) remover a primeira corrente de GNL (112) do trocador de calor principal (102, 106, 110); (c) expandir e parcialmente vaporizar uma corrente de gás natural enriquecida em nitrogênio pelo menos parcialmente liquefeita (144, 344), e introduzir a dita corrente (460, 360) em uma coluna de destilação (162) na qual a corrente é separada em fases de vapor e de líquido; (d) formar um produto de vapor rico em nitrogênio (170) a partir do vapor suspenso (164) removido da coluna de destilação (162); (e) proporcionar refluxo para a coluna de destilação (162) por condensação de uma parte (172) do vapor suspenso (164) da coluna de destilação em um trocador de calor condensador (154); e (f) formar uma segunda corrente de GNL (186) a partir do líquido do fundo removido da coluna de destilação (162); em que a refrigeração para o trocador de calor principal (102, 106, 110) e para o trocador de calor condensador (154) é proporcionada por um sistema de refrigeração de circuito fechado, o refrigerante circulado pelo sistema de refrigeração de circuito fechado passando através e sendo aquecido no trocador de calor principal (102, 106, 110) e passando através e sendo aquecido no trocador de calor condensador (154); e caracterizado pelo fato de que a corrente de gás natural enriquecida em nitrogênio pelo menos parcialmente liquefeita (144) é formada por (i) expandir, parcialmente vaporizar e separar a primeira corrente de GNL (112), ou uma corrente de GNL formada a partir de parte da primeira corrente de GNL, para formar um produto de GNL esgotado de nitrogênio (196) e uma corrente de reciclo (130) composta de vapor de gás natural enriquecido em nitrogênio, (ii) comprimir a corrente de reciclo (130) para formar uma corrente de reciclo comprimida (134, 138), e (iii) passar a corrente de reciclo comprimida (138) através do trocador de calor principal (102, 106, 110), separadamente da e em paralelo com a corrente de alimentação de gás natural (100), para esfriar a corrente de reciclo comprimida (138) e liquefazer pelo menos parcialmente toda ou uma parte dela, com isso produzindo a corrente de gás natural enriquecida em nitrogênio pelo menos parcialmente liquefeita (144), ou em que a corrente de gás natural enriquecida em nitrogênio pelo menos parcialmente liquefeita (344) é formada na etapa (a), em que a etapa (a) compreende (i) introduzir a corrente de alimentação de gás natural (100) na extremidade quente do trocador de calor principal (102, 106, 110), esfriar e pelo menos parcialmente liquefazer a corrente de alimentação de gás natural, e remover a corrente esfriada e pelo menos parcialmente liquefeita (341) de um local intermediário do trocador de calor principal (102, 106, 110), (ii) expandir, parcialmente vaporizar e separar a corrente esfriada e pelo menos parcialmente liquefeita (341) para formar uma corrente de vapor de gás natural enriquecida em nitrogênio (307) e uma corrente de líquido de gás natural esgotada de nitrogênio (309), e (iii) separadamente reintroduzir as correntes de vapor (307) e de líquido (309) em um local intermediário do trocador de calor principal (102, 106, 110) e adicionalmente esfriar a corrente de vapor (307) e de líquido (309) em paralelo, a corrente de líquido (309) sendo adicionalmente esfriada para formar a primeira corrente de GNL (112) e a corrente de vapor (307) sendo adicionalmente esfriada e pelo menos parcialmente liquefeita para formar a corrente de gás natural enriquecida em nitrogênio pelo menos parcialmente liquefeita (344).
2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o refrigerante (222) que passa através e é aquecido no trocador de calor condensador (154) é então (224) passado através e adicionalmente aquecido no trocador de calor principal (102, 106, 110).
3. Método, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o refrigerante aquecido (250), que é obtido após a refrigeração ter sido proporcionada ao trocador de calor principal (102, 106, 110) e ao trocador de calor condensador (154), é comprimido em um ou mais compressores (252, 260) e esfriado em um ou mais refrigeradores posteriores para formar refrigerante comprimido (200, 204, 202); o refrigerante comprimido (204, 202) é passado através e esfriado no trocador de calor principal (102, 106, 110) para formar refrigerante comprimido esfriado que é removido do trocador de calor principal (102, 106, 110); e o refrigerante comprimido esfriado é então dividido, com parte do refrigerante sendo expandida e retornada (232, 230, 228) diretamente para o trocador de calor principal (102, 106, 110) para passar através e ser aquecida no trocador de calor principal, e com outra parte (218) do refrigerante sendo expandida e enviada (222) para o trocador de calor condensador (154) para passar através e ser aquecida no trocador de calor condensador.
4. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que o refrigerante circulado pelo sistema de refrigeração de circuito fechado é um refrigerante misto.
5. Método, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que o refrigerante misto aquecido (250), que é obtido após a refrigeração ter sido proporcionada ao trocador de calor principal (102, 106, 110) e ao trocador de calor condensador (154), é comprimido, esfriado no trocador de calor principal (102, 106, 110) e separado à medida que ele é esfriado de modo a proporcionar uma pluralidade de correntes de refrigerantes frias liquefeitas ou parcialmente liquefeitas de composições diferentes, a corrente de refrigerante fria com a mais alta concentração de componentes mais leves (214) obtidos da extremidade fria do trocador de calor principal (102, 106, 110), sendo dividida e expandida de modo a proporcionar uma corrente de refrigerante (222) que é aquecida no trocador de calor condensador (154) e uma corrente de refrigerante (232) que é retornada para a extremidade fria do trocador de calor principal (102, 106, 110) para ser aquecida nele.
6. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que a refrigeração para o trocador de calor condensador (154) é proporcionada tanto pelo sistema de refrigeração de circuito fechado quanto pelo aquecimento do vapor suspenso (164) removido da coluna de destilação (162).
7. Método, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que: etapa (e) compreende aquecer o vapor suspenso (164) removido da coluna de destilação (162) no trocador de calor condensador (154), comprimir uma primeira parte do vapor suspenso aquecido, esfriar e pelo menos parcialmente condensar a parte comprimida (172) no trocador de calor condensador (154), e expandir e reintroduzir a parte esfriada e pelo menos parcialmente condensada de volta para o topo da coluna de destilação (162); e etapa (d) compreende formar o produto de vapor rico em nitrogênio (170) a partir de uma segunda parte do vapor suspenso aquecido.
8. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que a corrente de gás natural enriquecida em nitrogênio pelo menos parcialmente liquefeita (144) é formada por (i) expandir, parcialmente vaporizar e separar a primeira corrente de GNL (112), ou uma corrente de GNL formada a partir de parte da primeira corrente de GNL, para formar um produto de GNL esgotado de nitrogênio (196) e uma corrente de reciclo (130) composta de vapor de gás natural enriquecido em nitrogênio, (ii) comprimir a corrente de reciclo (130) para formar uma corrente de reciclo comprimida (134, 138), e (iii) passar a corrente de reciclo comprimida (138) através do trocador de calor principal (102, 106, 110), separadamente da e em paralelo com a corrente de alimentação de gás natural (100), para esfriar a corrente de reciclo comprimida (138) e liquefazer pelo menos parcialmente toda ou uma parte dela, com isso produzindo a corrente de gás natural enriquecida em nitrogênio pelo menos parcialmente liquefeita (144).
9. Método, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que o método adicionalmente compreende expandir, parcialmente vaporizar e separar a segunda corrente de GNL (186) para produzir vapor de gás natural enriquecido em nitrogênio adicional para a corrente de reciclo (130) e produto de GNL esgotado de nitrogênio adicional (196).
10. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que a corrente de gás natural enriquecida em nitrogênio pelo menos parcialmente liquefeita (344) é formada na etapa (a), em que a etapa (a) compreende (i) introduzir a corrente de alimentação de gás natural (100) na extremidade quente do trocador de calor principal (102 ,106, 110), esfriar e pelo menos parcialmente liquefazer a corrente de alimentação de gás natural, e remover a corrente esfriada e pelo menos parcialmente liquefeita (341) de um local intermediário do trocador de calor principal (102, 106, 110), (ii) expandir, parcialmente vaporizar e separar a corrente esfriada e pelo menos parcialmente liquefeita (341) para formar uma corrente de vapor de gás natural enriquecida em nitrogênio (307) e uma corrente de líquido de gás natural esgotada de nitrogênio (309), e (iii) separadamente reintroduzir as correntes de vapor (307) e de líquido (309) em um local intermediário do trocador de calor principal (102, 106, 110) e adicionalmente esfriar a corrente de vapor (307) e a corrente de líquido (309) em paralelo, a corrente de líquido (309) sendo adicionalmente esfriada para formar a primeira corrente de GNL (112) e a corrente de vapor (307) sendo adicionalmente esfriada e pelo menos parcialmente liquefeita para formar a corrente de gás natural enriquecida em nitrogênio pelo menos parcialmente liquefeita (344).
11. Método, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que o método adicionalmente compreende: (g) expandir, parcialmente vaporizar e separar a segunda corrente de GNL (186) para formar um produto de GNL esgotado de nitrogênio (196) e uma corrente de reciclo (130) composta de vapor de gás natural enriquecido em nitrogênio; (h) comprimir a corrente de reciclo (130) para formar uma corrente de reciclo comprimida (134, 138); e (i) retornar a corrente de reciclo comprimida (138) para o trocador de calor principal (102, 106, 110) para ser esfriada e pelo menos parcialmente liquefeita em combinação com a ou separadamente da corrente de alimentação de gás natural (100).
12. Aparelho para liquefazer uma corrente de alimentação de gás natural e remover o nitrogênio dela, que compreende: um trocador de calor principal (102, 106, 110) tendo uma passagem de esfriamento para receber uma corrente de alimentação de gás natural (100) e passar a corrente de alimentação de gás natural (100) através do trocador de calor (102, 106, 110) para esfriar a corrente de alimentação de gás natural (100) e liquefazer toda ou uma parte da corrente, de modo a produzir uma primeira corrente de GNL (112), e tendo uma passagem de esfriamento separada para receber uma corrente de reciclo comprimida (138) e passar a corrente de reciclo comprimida (138) através do trocador de calor principal (102, 106, 110), separadamente da e em paralelo com a corrente de alimentação de gás natural (100), para esfriar a corrente de reciclo comprimida (138) e liquefazer pelo menos parcialmente toda ou uma parte dela, caracterizado pelo fato de que uma corrente de gás natural enriquecida em nitrogênio pelo menos parcialmente liquefeita (144) é produzida; um dispositivo de expansão (124) e um dispositivo de separação (128), em comunicação de fluxo fluido com o trocador de calor principal (102, 106, 110), para receber, expandir e parcialmente vaporizar e separar a primeira corrente de GNL (112), ou uma corrente de GNL formada a partir de parte da primeira corrente de GNL, para formar um produto de GNL esgotado de nitrogênio (196) e uma corrente de reciclo (130) composta de vapor de gás natural enriquecido em nitrogênio; um compressor (132), para receber e comprimir a corrente de reciclo (130) para formar a corrente de reciclo comprimida (134, 138); um segundo dispositivo de expansão (458) e coluna de destilação (162), em comunicação de fluxo fluido com o trocador de calor principal (102, 106, 110), para receber, expandir e parcialmente vaporizar a corrente de gás natural enriquecida em nitrogênio pelo menos parcialmente liquefeita (144) e separar a dita corrente na coluna de destilação (162) em fases de vapor e de líquido; um trocador de calor condensador (154) para proporcionar refluxo para a coluna de destilação (162) por condensação de uma parte (172) do vapor suspenso (164) obtido da coluna de destilação; e um sistema de refrigeração de circuito fechado para proporcionar refrigeração para o trocador de calor principal (102, 106, 110) e o trocador de calor condensador (154), o refrigerante circulado pelo sistema de refrigeração de circuito fechado passando através e sendo aquecido no trocador de calor principal (102, 106, 110) e passando através e sendo aquecido no trocador de calor condensador (154).
13. Aparelho para liquefazer uma corrente de alimentação de gás natural e remover o nitrogênio dela, que compreende: um trocador de calor principal (102, 106, 110) tendo uma passagem de esfriamento para receber uma corrente de alimentação de gás natural (100) e passar a corrente de alimentação de gás natural (100) através do trocador de calor (102, 106, 110) da extremidade quente de um trocador de calor para um local intermediário do trocador de calor de modo a esfriar e liquefazer pelo menos parcialmente a corrente de alimentação de gás natural (100), e ter segunda e terceira passagens de esfriamento para separadamente receber, respectivamente, uma corrente de líquido de gás natural esgotada de nitrogênio (309) e uma corrente de vapor de gás natural enriquecida em nitrogênio (307) e passar ditas correntes (309, 307) em paralelo através do trocador de calor principal (102, 106, 110) de um local intermediário do trocador de calor para extremidade fria do trocado de calor, a corrente de líquido (309) sendo adicionalmente esfriada para formar a primeira corrente de GNL (112) e a corrente de vapor (307) sendo adicionalmente esfriada e pelo menos parcialmente liquefeita para formar a corrente de gás natural enriquecida em nitrogênio pelo menos parcialmente liquefeita (344); um dispositivo de expansão (342) e um dispositivo de separação (308), em comunicação de fluxo fluido com o trocador de calor principal (102, 106, 110) caracterizado pelo fato de que a corrente de gás natural esfriada e pelo menos parcialmente liquefeita (341) da primeira passagem de esfriamento do trocador de calor principal é recebida, e expandir, parcialmente vaporizar e separar dita corrente para formar a corrente de líquido de gás natural esgotada de nitrogênio (309) e corrente de vapor de gás natural enriquecida em nitrogênio (307) recebidas por, respectivamente, a segunda e terceira passagens de esfriamento do trocador de calor principal; um segundo dispositivo de expansão (358) e coluna de destilação (162), em comunicação de fluxo fluido com o trocador de calor principal (102, 106, 110), para receber, expandir e parcialmente vaporizar a corrente de gás natural enriquecida em nitrogênio pelo menos parcialmente liquefeita (344) e separar a dita corrente na coluna de destilação (162) em fases de vapor e de líquido; um trocador de calor condensador (154) para proporcionar refluxo para a coluna de destilação (162) por condensação de uma parte (172) do vapor suspenso (164) obtido da coluna de destilação; e um sistema de refrigeração de circuito fechado para proporcionar refrigeração para o trocador de calor principal (102, 106, 110) e o trocador de calor condensador (154), o refrigerante circulado pelo sistema de refrigeração de circuito fechado passando através e sendo aquecido no trocador de calor principal (102, 106, 110) e passando através e sendo aquecido no trocador de calor condensador (154).
BR102015009191-5A 2014-04-24 2015-04-24 Método e aparelhos para liquefazer uma corrente de alimentação de gás natural e remover o nitrogênio dela BR102015009191B1 (pt)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US14/260,753 US9945604B2 (en) 2014-04-24 2014-04-24 Integrated nitrogen removal in the production of liquefied natural gas using refrigerated heat pump
US14/260,753 2014-04-24

Publications (2)

Publication Number Publication Date
BR102015009191A2 BR102015009191A2 (pt) 2016-11-01
BR102015009191B1 true BR102015009191B1 (pt) 2022-04-19

Family

ID=53015563

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
BR102015009191-5A BR102015009191B1 (pt) 2014-04-24 2015-04-24 Método e aparelhos para liquefazer uma corrente de alimentação de gás natural e remover o nitrogênio dela

Country Status (11)

Country Link
US (1) US9945604B2 (pt)
EP (2) EP2944902B1 (pt)
JP (1) JP6126163B2 (pt)
KR (1) KR101659224B1 (pt)
CN (2) CN105004139B (pt)
AU (1) AU2015201969B2 (pt)
BR (1) BR102015009191B1 (pt)
CA (1) CA2887252C (pt)
MY (1) MY176364A (pt)
PE (1) PE20151712A1 (pt)
RU (1) RU2702829C2 (pt)

Families Citing this family (28)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10563913B2 (en) * 2013-11-15 2020-02-18 Black & Veatch Holding Company Systems and methods for hydrocarbon refrigeration with a mixed refrigerant cycle
US9945604B2 (en) * 2014-04-24 2018-04-17 Air Products And Chemicals, Inc. Integrated nitrogen removal in the production of liquefied natural gas using refrigerated heat pump
EP3162870A1 (en) * 2015-10-27 2017-05-03 Linde Aktiengesellschaft Low-temperature mixed-refrigerant for hydrogen precooling in large scale
CA3007052C (en) * 2015-12-14 2020-10-20 Exxonmobil Upstream Research Company Method and system for separating nitrogen from liquefied natural gas using liquefied nitrogen
US11561042B2 (en) 2016-02-26 2023-01-24 LGE IP Management Company Limited Method of cooling boil-off gas and apparatus therefor
DE102016003588A1 (de) * 2016-03-23 2017-09-28 Linde Aktiengesellschaft Verfahren zum Verflüssigen einer Kohlenwasserstoff-reichen Fraktion
US10359228B2 (en) * 2016-05-20 2019-07-23 Air Products And Chemicals, Inc. Liquefaction method and system
EP3309488A1 (en) * 2016-10-13 2018-04-18 Shell International Research Maatschappij B.V. System for treating and cooling a hydrocarbon stream
CN106500460B (zh) * 2016-11-24 2018-10-19 中国矿业大学 天然气液化过程中氮气脱除并提纯装置及方法
JP6815213B2 (ja) * 2017-01-30 2021-01-20 株式会社神戸製鋼所 ボイルオフガス回収システム
CN106679332A (zh) * 2017-02-17 2017-05-17 查都（上海）科技有限公司 一种提高甲烷深冷分离lng收率的系统
RU2645185C1 (ru) 2017-03-16 2018-02-16 Публичное акционерное общество "НОВАТЭК" Способ сжижения природного газа по циклу высокого давления с предохлаждением этаном и переохлаждением азотом "арктический каскад" и установка для его осуществления
US20190162469A1 (en) * 2017-11-27 2019-05-30 Air Products And Chemicals, Inc. Method and system for cooling a hydrocarbon stream
US20190162468A1 (en) 2017-11-27 2019-05-30 Air Products And Chemicals, Inc. Method and system for cooling a hydrocarbon stream
GB201706265D0 (en) 2017-04-20 2017-06-07 Babcock Ip Man (Number One) Ltd Method of cooling a boil-off gas and apparatus therefor
CN109323126A (zh) * 2017-08-01 2019-02-12 通用电气公司 天然气液化系统和方法
CN107560321B (zh) * 2017-09-15 2023-04-25 长江大学 Bog回收与氮气液化系统及工艺方法
JP7026490B2 (ja) * 2017-11-21 2022-02-28 レール・リキード－ソシエテ・アノニム・プール・レテュード・エ・レクスプロワタシオン・デ・プロセデ・ジョルジュ・クロード Ｂｏｇ再凝縮装置およびそれを備えるｌｎｇ貯蔵システム。
SG10201802888QA (en) * 2018-01-24 2019-08-27 Gas Tech Development Pte Ltd Process and system for reliquefying boil-off gas (bog)
AU2019234226B2 (en) * 2018-03-14 2022-04-14 Exxonmobil Upstream Research Company Method and system for liquefaction of natural gas using liquid nitrogen
CN108917291A (zh) * 2018-07-06 2018-11-30 辽宁石油化工大学 一种加气站废气余冷梯级利用的系统及方法
US11221176B2 (en) * 2018-08-14 2022-01-11 Air Products And Chemicals, Inc. Natural gas liquefaction with integrated nitrogen removal
US11686528B2 (en) 2019-04-23 2023-06-27 Chart Energy & Chemicals, Inc. Single column nitrogen rejection unit with side draw heat pump reflux system and method
AU2020330316A1 (en) 2019-08-13 2022-01-27 Linde Gmbh Method and unit for processing a gas mixture containing nitrogen and methane
GB201912126D0 (en) * 2019-08-23 2019-10-09 Babcock Ip Man Number One Limited Method of cooling boil-off gas and apparatus therefor
US11674749B2 (en) * 2020-03-13 2023-06-13 Air Products And Chemicals, Inc. LNG production with nitrogen removal
US20220252341A1 (en) * 2021-02-05 2022-08-11 Air Products And Chemicals, Inc. Method and system for decarbonized lng production
CN114777418B (zh) * 2022-03-24 2023-12-01 浙江大学 一种冷凝法天然气bog提氦的系统

Family Cites Families (37)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1551612B1 (de) 1967-12-27 1970-06-18 Messer Griesheim Gmbh Verfluessigungsverfahren fuer Gasgemische mittels fraktionierter Kondensation
DE1915218B2 (de) 1969-03-25 1973-03-29 Linde Ag, 6200 Wiesbaden Verfahren und vorrichtung zum verfluessigen von erdgas
DE1939114B2 (de) 1969-08-01 1979-01-25 Linde Ag, 6200 Wiesbaden Verflüssigungsverfahren für Gase und Gasgemische, insbesondere für Erdgas
US4225329A (en) 1979-02-12 1980-09-30 Phillips Petroleum Company Natural gas liquefaction with nitrogen rejection stabilization
US4411677A (en) 1982-05-10 1983-10-25 Air Products And Chemicals, Inc. Nitrogen rejection from natural gas
US4504295A (en) 1983-06-01 1985-03-12 Air Products And Chemicals, Inc. Nitrogen rejection from natural gas integrated with NGL recovery
US4710214A (en) * 1986-12-19 1987-12-01 The M. W. Kellogg Company Process for separation of hydrocarbon gases
US4869740A (en) * 1988-05-17 1989-09-26 Elcor Corporation Hydrocarbon gas processing
US4878932A (en) 1989-03-21 1989-11-07 Union Carbide Corporation Cryogenic rectification process for separating nitrogen and methane
GB2297825A (en) 1995-02-03 1996-08-14 Air Prod & Chem Process to remove nitrogen from natural gas
MY114649A (en) 1998-10-22 2002-11-30 Exxon Production Research Co A process for separating a multi-component pressurized feed stream using distillation
MY117068A (en) 1998-10-23 2004-04-30 Exxon Production Research Co Reliquefaction of pressurized boil-off from pressurized liquid natural gas
US6401486B1 (en) * 2000-05-18 2002-06-11 Rong-Jwyn Lee Enhanced NGL recovery utilizing refrigeration and reflux from LNG plants
GB0111961D0 (en) 2001-05-16 2001-07-04 Boc Group Plc Nitrogen rejection method
US6758060B2 (en) 2002-02-15 2004-07-06 Chart Inc. Separating nitrogen from methane in the production of LNG
GB0216537D0 (en) 2002-07-16 2002-08-28 Boc Group Plc Nitrogen rejection method and apparatus
US6978638B2 (en) * 2003-05-22 2005-12-27 Air Products And Chemicals, Inc. Nitrogen rejection from condensed natural gas
EP1715267A1 (en) * 2005-04-22 2006-10-25 Air Products And Chemicals, Inc. Dual stage nitrogen rejection from liquefied natural gas
US20070157663A1 (en) * 2005-07-07 2007-07-12 Fluor Technologies Corporation Configurations and methods of integrated NGL recovery and LNG liquefaction
US20090217701A1 (en) 2005-08-09 2009-09-03 Moses Minta Natural Gas Liquefaction Process for Ling
US9528759B2 (en) 2008-05-08 2016-12-27 Conocophillips Company Enhanced nitrogen removal in an LNG facility
US20100077796A1 (en) 2008-09-30 2010-04-01 Sarang Gadre Hybrid Membrane/Distillation Method and System for Removing Nitrogen from Methane
FR2936864B1 (fr) 2008-10-07 2010-11-26 Technip France Procede de production de courants d'azote liquide et gazeux, d'un courant gazeux riche en helium et d'un courant d'hydrocarbures deazote et installation associee.
US8522574B2 (en) 2008-12-31 2013-09-03 Kellogg Brown & Root Llc Method for nitrogen rejection and or helium recovery in an LNG liquefaction plant
DE102009015766A1 (de) * 2009-03-31 2010-10-07 Linde Aktiengesellschaft Verfahren zum Verflüssigen einer Kohlenwasserstoff-reichen Fraktion
DE102009038458A1 (de) 2009-08-21 2011-02-24 Linde Ag Verfahren zum Abtrennen von Stickstoff aus Erdgas
GB2462555B (en) 2009-11-30 2011-04-13 Costain Oil Gas & Process Ltd Process and apparatus for separation of Nitrogen from LNG
US10113127B2 (en) 2010-04-16 2018-10-30 Black & Veatch Holding Company Process for separating nitrogen from a natural gas stream with nitrogen stripping in the production of liquefied natural gas
KR101704738B1 (ko) 2010-07-26 2017-02-08 한국전자통신연구원 고해상도 홀로그래픽 디스플레이
DE102010044646A1 (de) * 2010-09-07 2012-03-08 Linde Aktiengesellschaft Verfahren zum Abtrennen von Stickstoff und Wasserstoff aus Erdgas
DE102011109234A1 (de) 2011-08-02 2013-02-07 Linde Ag Verflüssigen eines Methan-reichen Gases
JP5679201B2 (ja) 2011-08-08 2015-03-04 エア・ウォーター株式会社 ボイルオフガス中の窒素除去方法およびそれに用いる窒素除去装置
CN103998882B (zh) 2011-12-12 2016-04-13 国际壳牌研究有限公司 用于从低温烃类组合物中去除氮气的方法和装置
WO2013087571A2 (en) * 2011-12-12 2013-06-20 Shell Internationale Research Maatschappij B.V. Method and apparatus for removing nitrogen from a cryogenic hydrocarbon composition
MY172968A (en) 2011-12-12 2019-12-16 Shell Int Research Method and apparatus for removing nitrogen from a cryogenic hydrocarbon composition
US10563913B2 (en) 2013-11-15 2020-02-18 Black & Veatch Holding Company Systems and methods for hydrocarbon refrigeration with a mixed refrigerant cycle
US9945604B2 (en) * 2014-04-24 2018-04-17 Air Products And Chemicals, Inc. Integrated nitrogen removal in the production of liquefied natural gas using refrigerated heat pump

Also Published As

Publication number Publication date
US9945604B2 (en) 2018-04-17
CN105004139A (zh) 2015-10-28
CN204718299U (zh) 2015-10-21
AU2015201969B2 (en) 2016-05-26
MY176364A (en) 2020-08-04
US20150308738A1 (en) 2015-10-29
KR20150123190A (ko) 2015-11-03
EP3470761A3 (en) 2019-07-03
RU2015114715A3 (pt) 2018-11-23
CA2887252A1 (en) 2015-10-24
CN105004139B (zh) 2017-07-07
EP3470761B1 (en) 2024-01-10
EP2944902B1 (en) 2019-01-09
EP2944902A2 (en) 2015-11-18
AU2015201969A1 (en) 2015-11-12
CA2887252C (en) 2017-07-18
RU2702829C2 (ru) 2019-10-11
BR102015009191A2 (pt) 2016-11-01
EP2944902A3 (en) 2016-06-08
JP6126163B2 (ja) 2017-05-10
RU2015114715A (ru) 2016-11-10
PE20151712A1 (es) 2015-11-19
JP2015210079A (ja) 2015-11-24
KR101659224B1 (ko) 2016-09-22
EP3470761A2 (en) 2019-04-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
BR102015009191B1 (pt) Método e aparelhos para liquefazer uma corrente de alimentação de gás natural e remover o nitrogênio dela
US10767922B2 (en) Integrated nitrogen removal in the production of liquefied natural gas using intermediate feed gas separation
AU2015201965B2 (en) Integrated nitrogen removal in the production of liquefied natural gas using dedicated reinjection circuit
RU2752223C2 (ru) Комплексная система охлаждения метана для сжижения природного газа
JP7179890B2 (ja) 窒素除去を有するｌｎｇ生成

Legal Events

Date Code Title Description
B03A Publication of a patent application or of a certificate of addition of invention [chapter 3.1 patent gazette]
B06F Objections, documents and/or translations needed after an examination request according [chapter 6.6 patent gazette]
B06U Preliminary requirement: requests with searches performed by other patent offices: procedure suspended [chapter 6.21 patent gazette]
B06A Patent application procedure suspended [chapter 6.1 patent gazette]
B09A Decision: intention to grant [chapter 9.1 patent gazette]
B16A Patent or certificate of addition of invention granted [chapter 16.1 patent gazette]

Free format text: PRAZO DE VALIDADE: 20 (VINTE) ANOS CONTADOS A PARTIR DE 24/04/2015, OBSERVADAS AS CONDICOES LEGAIS.