BR112012000045B1

BR112012000045B1 - Método e aparelho para produzir uma corrente de hidrocarboneto resfriada

Info

Publication number: BR112012000045B1
Application number: BR112012000045-4A
Authority: BR
Inventors: François Chantant; Tolulope Bilikisu Longe
Original assignee: Shell Internationale Research Maatschappij B.V.
Priority date: 2009-07-03
Filing date: 2010-07-01
Publication date: 2020-09-08
Also published as: WO2011000900A2; NO2449325T3; WO2011000900A3; DK201170659A; CN102472572B; EP2449325B1; AP2991A; CN102472572A; RU2012103560A; DK180179B1; CA2765476A1; CA2765476C; US20120103011A1; EP2449325A2; JP5726184B2; AU2010268014B2; RU2537483C2; JP2012531576A; AU2010268014A1; AP2011005998A0

Abstract

método e aparelho para produzir uma corrente de hidrocarboneto resfriada. método e aparelho para a produção de uma corrente de hidrocarboneto resfriada (60). o método emprega a resfriamento em pelo menos dois níveis de pressão consecutivos, uma primeira corrente e uma primeira corrente de refrigerante misturada, usando partes do primeiro refrigerante misturado da primeira corrente de refrigerante misturado no primeiro e segundo trocadores de calor (125, 145); primeiro e segundo dispositivos de expansão (135, 165); e um primeiro compressor (105) para fornecer a primeira corrente de refrigerante misturada. o processo de resfriamento é controlado usando um controlador de processo avançado baseado no controle preditivo modelo para determinar simultaneamente as ações de controle para uma série de variáveis manipuladas de modo a otimizar pelo menos uma de uma série de parâmetros enquanto controla pelo menos uma de uma série de variáveis controladas. a série de variáveis manipuladas compreende: a composição do primeiro refrigerante misturado, a configuração do primeiro dispositivo de expansão (135), e a configuração do segundo dispositivo de expansão (165).

Description

MÉTODO E APARELHO PARA PRODUZIR UMA CORRENTE DE HIDROCARBONETO RESFRIADA

[001] A presente invenção fornece um método de produção de uma corrente de hidrocarboneto resfriada, que compreende a resfriamento de uma corrente de hidrocarboneto. A presente invenção também fornece um aparelho para produzir uma corrente de hidrocarboneto resfriada a partir de uma corrente de hidrocarboneto.

[002] Um corrente de hidrocarboneto comum a ser resfriada é uma corrente de gás natural. Uma tal corrente de gás natural pode ser resfriada na medida em que é liquefeita, em cujo caso é tipicamente referida como o gás natural liquefeito (LNG).

[003] É desejável liquefazer o gás natural por uma série de razões. Como um exemplo, o gás natural pode ser armazenado e transportado por longas distâncias mais facilmente como um líquido do que na forma gasosa, porque ocupa um volume menor e não necessita ser armazenado em altas pressões. Tal gás natural liquefeito pode ser armazenado na pressão atmosférica se mantido em temperaturas criogênicas, tais como a -160 °C ou abaixo.

[004] A Patente US no 6.370.910 divulga um método de liquefação de uma corrente enriquecida com metano. Uma corrente de gás natural é passada para uma coluna de limpeza em que os hidrocarbonetos mais pesados são removidos para fornecer uma corrente suspensa gasosa. A corrente suspensa gasosa da coluna de limpeza é parcialmente condensada em um trocador de calor auxiliar (pré-resfriamento). Uma corrente condensada é então removida da corrente gasosa suspensa parcialmente condensada para fornecer uma corrente enriquecida em metano. A corrente enriquecida em metano é então liquefeita em um tubo disposto em um trocador de calor principal mediante a troca de calor indireta com um refrigerante de múltiplos componentes que evapora em baixa pressão no lado da estrutura do trocador de calor principal.

[005] O refrigerante de múltiplos componentes pode ser retirado do lado da estrutura do trocador de calor principal e comprimido. O refrigerante de múltiplos componentes comprimido pode então ser parcialmente condensado na pressão elevada do refrigerante em um tubo disposto em um trocador de calor auxiliar (pré-resfriamento) mediante a troca de calor indireta com um refrigerante de múltiplos componentes (pré-resfriamento) que evapora em baixa pressão no lado da estrutura do trocador de calor auxiliar. O refrigerante de múltiplos componentes parcialmente condensado pode então ser devolvido ao trocador de calor principal.

[006] A Patente US no 6.370.910 divulga uma forma de realização em que a etapa de parcialmente condensar o refrigerante de múltiplos componentes comprimido compreende a resfriamento em pressão elevada em um tubo disposto em um primeiro trocador de calor auxiliar mediante a troca de calor indireta com um refrigerante de múltiplos componentes auxiliar que evapora na pressão intermediária no lado da estrutura do primeiro trocador de calor auxiliar. O refrigerante de múltiplos componentes é depois ainda resfriado em um tubo disposto em um segundo trocador de calor auxiliar mediante a troca de calor indireta com um refrigerante de múltiplos componentes auxiliar que evapora em uma baixa pressão no lado da estrutura do segundo trocador de calor auxiliar.

[007] Um problema associado com o processo de liquefação da Patente US no 6.370.910 é como isso pode ser perfeitamente controlado, particularmente no que diz respeito a uma disposição que fornece dois trocadores de calor auxiliares operando em diferentes pressões de refrigerante de múltiplos componentes auxiliar. Existe toda uma variedade de processos variáveis que pode ser selecionada ou manipulada para controlar os processos de resfriamento nos trocadores de calor auxiliares.

[008] A presente invenção fornece um método de produção de uma corrente de hidrocarboneto resfriada compreendendo a resfriamento de uma corrente de hidrocarboneto. O método compreende pelo menos as etapas de:

(a) resfriamento de uma primeira corrente e uma primeira corrente de refrigerante comprimida em um primeiro circuito de refrigerante compreendendo um primeiro refrigerante misturado, contra uma primeira corrente de refrigerante em primeiro lugar expandida em um primeiro trocador de calor em um primeiro nível de pressão, para fornecer uma primeira corrente resfriada, uma primeira corrente de refrigerante em primeiro lugar resfriada e uma primeira corrente de refrigerante em primeiro lugar aquecida;
(b) expansão de uma primeira parte da primeira corrente de refrigerante em primeiro lugar resfriada em um primeiro dispositivo de expansão para fornecer a primeira corrente de refrigerante em primeiro lugar expandida;
(c) resfriamento de uma ou mais segundas correntes, e uma segunda parte da primeira corrente de refrigerante em primeiro lugar resfriada contra uma segunda corrente de refrigerante em primeiro lugar expandida em um segundo trocador de calor para fornecer uma ou mais segundas correntes de resfriamento, uma outra corrente de refrigerante em primeiro lugar resfriada, e uma segunda corrente de refrigerante em primeiro lugar aquecida, em que a uma ou mais segundas correntes compreendem pelo menos a primeira corrente resfriada ou uma corrente dependente derivada desta, pela qual a corrente de hidrocarboneto é compreendida em uma ou mais segundas correntes a fim de fornecer pelo menos a corrente de hidrocarboneto resfriada;
(d) expansão de pelo menos uma primeira parte da outra primeira corrente de refrigerante resfriada em um segundo dispositivo de expansão para fornecer a segunda corrente de refrigerante em primeiro lugar expandida, dita segunda corrente de refrigerante em primeiro lugar expandida estando em uma pressão mais baixa do que dita primeira corrente de refrigerante em primeiro lugar expandida, e
(e) compressão das frações gasosas da primeira corrente de refrigerante em primeiro lugar aquecida e a segunda corrente de refrigerante em primeiro lugar aquecida em um primeiro compressor e subsequentemente a resfriamento da corrente comprimida a partir do primeiro compressor, para fornecer a primeira corrente de refrigerante comprimida;

o método ainda compreendendo o controle das etapas de (a) a (e) usando um controlador de processo avançado baseado no controle preditivo modelo para determinar as ações de controle simultâneas para uma série de variáveis manipuladas a fim de otimizar pelo menos um de uma série de parâmetros a serem otimizados, enquanto controla pelo menos uma de uma série de variáveis controladas, em que a série de variáveis manipuladas compreende:
- a composição do primeiro inventário de refrigerante misturado no primeiro circuito de refrigerante,
- a configuração do primeiro dispositivo de expansão, e
- a configuração do segundo dispositivo de expansão,
em que a série de variáveis controladas compreende:
- a temperatura de pelo menos uma das uma ou mais segundas correntes resfriadas,
- a diferença de temperatura entre a primeira corrente de refrigerante em primeiro lugar aquecida e pelo menos um de (i) a primeira corrente de refrigerante comprimida e (ii) a primeira corrente,
- a diferença de temperatura entre a segunda corrente de refrigerante em primeiro lugar aquecida e pelo menos um de (i) a segunda parte da primeira corrente de refrigerante em primeiro lugar resfriada e (ii) uma da uma ou mais segundas correntes na forma da primeira corrente resfriada e/ou da corrente dependente derivada da primeira corrente resfriada,
- pelo menos um de (i) a diferença de temperatura entre a primeira corrente de refrigerante em primeiro lugar resfriada e a primeira corrente de refrigerante em primeiro lugar expandida e (ii) a diferença de temperatura entre a outra primeira corrente de refrigerante resfriada e a segunda corrente de refrigerante em primeiro lugar expandida, e
- a potência sendo consumida pelo primeiro compressor;
e em que a série de parâmetros a ser otimizada compreende a taxa de produção da corrente de hidrocarboneto resfriada e/ou a eficiência de resfriamento do primeiro circuito de refrigerante.

[009] Em um outro aspecto, a invenção fornece um aparelho para a produção de uma corrente de hidrocarboneto resfriada a partir de uma corrente de hidrocarboneto, que compreende:

- um primeiro circuito de refrigerante compreendendo um inventário de um primeiro refrigerante misturado; um primeiro dispositivo de expansão; um segundo dispositivo de expansão; um primeiro compressor e um ou mais refrigerantes para resfriar em primeiro lugar uma corrente comprimida do primeiro compressor, para desse modo fornecer uma primeira corrente de refrigerante comprimida;
- um primeiro trocador de calor disposto para refrigerar uma primeira corrente e a primeira corrente de refrigerante comprimida, contra uma primeira corrente de refrigerante em primeiro lugar expandida em um primeiro nível de pressão, para fornecer uma primeira corrente resfriada, uma primeira corrente de refrigerante em primeiro lugar resfriada e uma primeira corrente de refrigerante em primeiro lugar aquecida, o primeiro dispositivo de expansão sendo disposto para receber uma primeira parte da primeira corrente de refrigerante em primeiro lugar resfriada e para fornecer a primeira corrente de refrigerante em primeiro lugar expandida;
- um segundo trocador de calor disposto para resfriar uma ou mais segundas correntes e uma segunda parte da primeira corrente de refrigerante em primeiro lugar resfriada, contra uma segunda corrente de refrigerante em primeiro lugar expandida para fornecer uma ou mais segundas correntes resfriadas, uma outra corrente de refrigerante em primeiro lugar resfriada e uma segunda corrente de refrigerante em primeiro lugar aquecida, o segundo dispositivo de expansão sendo disposto para receber pelo menos uma primeira parte da outra corrente de refrigerante em primeiro lugar resfriada para fornecer a segunda corrente de refrigerante em primeiro lugar expandida, dita segunda corrente de refrigerante em primeiro lugar expandida estando em uma pressão mais baixa do que dita primeira corrente de refrigerante em primeiro lugar expandida, dita uma ou mais segundas correntes compreendendo pelo menos a primeira corrente resfriada ou uma corrente dependente derivada destas, através da qual a corrente de hidrocarboneto está compreendida na uma ou mais segundas correntes de modo a fornecer pelo menos a corrente de hidrocarboneto resfriada;
- o primeiro compressor sendo disposto para comprimir as frações gasosas da primeira corrente de refrigerante em primeiro lugar aquecida e da segunda corrente de refrigerante em primeiro lugar aquecida;
- um controlador de processo avançado que compreende um código executável por computador com base no controle preditivo modelo para determinar as ações de controle simultâneas para uma série de variáveis manipuladas a fim de otimizar pelo menos um de uma série de parâmetros a serem otimizados, enquanto controla pelo menos uma de uma série de variáveis controladas, em que a série de variáveis manipuladas compreende:
- a composição do primeiro inventário de refrigerante misturado no primeiro circuito de refrigerante,
- a configuração do primeiro dispositivo de expansão, e
- a configuração do segundo dispositivo de expansão, em que a série de variáveis controladas compreende:
- a temperatura de pelo menos uma das uma ou mais segundas correntes resfriadas,
- a diferença de temperatura entre a primeira corrente de refrigerante em primeiro lugar aquecida e pelo menos um de (i) a primeira corrente de refrigerante comprimida e (ii) a primeira corrente,
- a diferença de temperatura entre a segunda corrente de refrigerante em primeiro lugar aquecida e pelo menos um de (i) a segunda parte da primeira corrente de refrigerante em primeiro lugar resfriada e (ii) uma das uma ou mais segundas correntes na forma da primeira corrente resfriada e/ou a corrente dependente derivada da primeira corrente resfriada,
- pelo menos um de (i) a diferença de temperatura entre a primeira corrente de refrigerante em primeiro lugar resfriada e a primeira corrente de refrigerante em primeiro lugar expandida e (ii) a diferença de temperatura entre a outra corrente de refrigerante em primeiro lugar resfriada e a segunda corrente de refrigerante em primeiro lugar expandida; e
- a potência sendo consumida pelo primeiro compressor; e em que a série de parâmetros a serem otimizados compreende a taxa de produção da corrente de hidrocarboneto resfriada e/ou a eficiência de resfriamento do primeiro circuito de refrigerante.

[0010] A eficiência da resfriamento pode refletir a potência consumida no primeiro compressor em relação à massa da corrente de hidrocarboneto resfriada produzida ao longo do tempo.

[0011] As formas de realização da presente invenção serão agora descritas apenas por meio de exemplo com referência aos desenhos não limitativos acompanhantes em que:
a Figura 1 é um esquema diagramático de um método e aparelho para a resfriamento de uma corrente de hidrocarboneto de acordo com uma primeira forma de realização; e
a Figura 2 é um esquema diagramático de um método e aparelho para a resfriamento e liquefação de uma corrente de hidrocarboneto de acordo com uma segunda forma de realização.

[0012] Para o propósito desta descrição, um único número de referência será atribuído a uma linha, assim como uma corrente carregada nesta linha. Os mesmos números de referência utilizados em Figuras diferentes representam linhas e correntes idênticas.

[0013] Sempre que referência for feira à “pressão baixa”; “pressão intermediária” e “pressão alta”, esta se destina a se referir aos níveis de pressão relativos em relação aos outros níveis de pressão no primeiro circuito de refrigerante, nesta ordem.

[0014] Como aqui usado, o termo “configuração” se destina a representar uma medida da abertura de um dispositivo, tal como uma válvula. O termo “controle de uma variável controlada” significa manter a variável controlada em um valor predeterminado (ponto de fixação) ou dentro de uma faixa predeterminada (faixa de fixação). Como aqui usado, o termo “otimização de um parâmetro” destina-se a se referir a maximização ou minimização do parâmetro e a manutenção do parâmetro em um valor predeterminado.

[0015] Os métodos e aparelhos aqui divulgados refrigeram um vapor de hidrocarboneto, de preferência como parte de um processo de liquefação para o hidrocarboneto. O processo de resfriamento é controlado usando um controlador de processo avançado baseado no controle preditivo modelo, para otimizar a taxa de produção da corrente de hidrocarboneto resfriada e/ou a eficiência do processo de resfriamento. A configuração dos dispositivos de expansão é as variáveis manipuladas.

[0016] A manipulação da configuração dos dispositivos de expansão que libera o primeiro refrigerante misturado nos primeiros e segundos trocadores de calor permite a otimização do método de resfriamento. Mediante a alteração da configuração dos dispositivos de expansão, a mudança na pressão do primeiro refrigerante misturado através dos dispositivos de expansão pode ser manipulada. Esta por sua vez ajusta a mudança na temperatura do primeiro refrigerante através dos dispositivos de expansão, o que permite a temperatura em que as primeiras correntes de refrigerante expandidas refrigeram a primeiro e a segunda correntes a serem manipuladas.

[0017] O controle preditivo modelo ou controle preditivo baseado no modelo em si é uma técnica conhecida, conforme divulgada, por exemplo, em Perry’s Chemical Engineers' Handbook, 7th Edition, pages 8-25 to 8-27. Na Patente US no 6.272.882 foi aplicada em um processo de liquefação de uma alimentação rica em metano gasosa para obter um produto liquefeito, e taxas de fluxo de massa de frações de refrigerante e corrente a ser resfriada foram utilizadas como variáveis manipuladas. A diferença de temperatura na extremidade aquecida e ponto médio do trocador de calor principal como variáveis controladas a fim de otimizar a produção de um produto liquefeito.

[0018] A Patente US no 6.272.882 é principalmente preocupada com a operação do trocador de calor principal, ao invés do trocador de calor de pré-resfriamento. A aplicação dos princípios de controle de processo avançado divulgados na Patente US no 6.272.882, que utiliza diferentes composições e taxas de fluxo de frações de refrigerante misturadas leves e pesadas em um único nível de pressão, não é adequada para o controle de um refrigerante misturado em diferentes níveis de pressão como é o caso na presente invenção.

[0019] Em particular, a Patente US no 6.272.882 utiliza como as variáveis manipuladas as taxas de fluxo de massa de frações leves e pesadas do refrigerante misturado. A sua aplicação na resfriamento das primeiras e segundas correntes de no presente caso, teria levado à manipulação do fluxo de massa do primeiro refrigerante misturado. Observou-se que a manipulação do fluxo de massa do primeiro refrigerante misturado não permite uma otimização aceitável da produção da corrente de hidrocarboneto resfriada. O método da presente invenção utiliza o controle de temperatura diferencial através de pelo menos um dos primeiro e segundo dispositivos de expansão, em vez do controle de fluxo de massa das correntes de refrigerante.

[0020] Uma vantagem da presente invenção é a facilidade com que a curva de resfriamento da primeira mistura de refrigerante pode ser comparada com as curvas de resfriamento das primeiras e segundas correntes. A Patente US no 6.272.882 ensina o uso de duas composições de refrigerante misturadas, isto é, uma fração gasosa leve e uma líquida pesada, que são controladas pela separação de uma corrente de refrigerante parcialmente condensada em um recipiente de separação. Fica difícil e demorado variar a composição geral de um tal refrigerante misturado a fim de modificar as composições individuais das frações de refrigerante leves e pesadas.

[0021] Ao contrário, a presente invenção permite que a curva de resfriamento do primeiro refrigerante misturado seja alterada pelo controle das diferenças de temperatura do primeiro refrigerante misturado. A curva de resfriamento de uma composição refrigerante misturada única pode ser otimizada para se aproximar daquela das primeiras e segundas correntes.

[0022] A Figura 1 mostra uma primeira forma de realização de um aparelho 1 para a realização do método de resfriamento de uma corrente de hidrocarboneto 50 para fornecer uma segunda corrente resfriada na forma de uma corrente de hidrocarboneto resfriada 60. O aparelho compreende um primeiro circuito de refrigerante 100 que compreende um inventário de um primeiro refrigerante misturado. O primeiro circuito de refrigerante 100 compreende um primeiro compressor 105 e um ou mais primeiros refrigerantes 115A a 115C, para refrigerar uma corrente efluente comprimida 110 a partir do primeiro compressor 105. A corrente efluente a partir do último dos primeiros refrigerantes (aqui: 115c) é uma primeira corrente de refrigerante comprimida 120.

[0023] O aparelho da Figura 1 compreende ainda um primeiro trocador de calor 125. O primeiro trocador de calor 125 é disposto para refrigerar uma primeira corrente (por exemplo, na forma da segunda corrente de refrigerante 220), assim como a primeira corrente de refrigerante comprimida 120, cada corrente em um lado do tubo 221, respectivamente 121. O meio de resfriamento é formado por uma primeira corrente de refrigerante em primeiro lugar expandida 140 no lado da estrutura do primeiro trocador de calor 125. No final da resfriamento do primeiro trocador de calor 125, existem saídas para fornecer pelo menos uma primeira corrente resfriada, por exemplo, na forma da segunda corrente de refrigerante resfriada 230, e uma primeira corrente de refrigerante em primeiro lugar resfriada 130. Na ou perto da extremidade aquecida existe uma saída para uma primeira corrente de refrigerante em primeiro lugar aquecida 150. Um primeiro dispositivo de expansão 135 é disposto para receber uma primeira parte 130a da primeira corrente de refrigerante em primeiro lugar resfriada 130 e para fornecer a primeira corrente de refrigerante em primeiro lugar expandida 140 no lado da estrutura do primeiro trocador de calor 125.

[0024] O aparelho ainda compreende um segundo trocador de calor 145 disposto para resfriar a primeira corrente resfriada, que pode ser a segunda corrente de refrigerante resfriada 230, a corrente de hidrocarboneto 50 e uma segunda parte 130b da primeira corrente de refrigerante em primeiro lugar resfriada 130, cada corrente em um lado do tubo 231, respectivamente 51, respectivamente 131. O meio de resfriamento é formado por um segunda corrente de refrigerante em primeiro lugar expandida 170 no lado da estrutura do segundo trocador de calor 145. Na extremidade resfriada do segundo trocador de calor há 145 existem saídas para fornecer pelo menos uma corrente de hidrocarboneto resfriada 60, uma outra corrente em primeiro lugar resfriada (por exemplo na forma de outra corrente de refrigerante principal em segundo lugar resfriada 240), e uma outra corrente de refrigerante em primeiro lugar resfriada 160. Na ou próxima da extremidade aquecida existe uma saída para uma segunda corrente de refrigerante em primeiro lugar aquecida 180. Um segundo dispositivo de expansão 165 é disposto para receber pelo menos uma primeira parte da outra corrente de refrigerante em primeiro lugar expandida 160 e para fornecer a segunda corrente de refrigerante em primeiro lugar expandida 170 no lado da estrutura do segundo trocador de calor 145.

[0025] O compressor 105 é disposto para comprimir as frações gasosas da primeira corrente de refrigerante em primeiro lugar aquecida 150 e a segunda corrente de refrigerante em primeiro lugar aquecida 180. Ele possui uma entrada de sucção de baixa pressão disposta para receber a fração gasosa 180’ da segunda corrente de refrigerante em primeiro lugar aquecida 180 e uma entrada de sucção de pressão intermediária disposta para receber a fração gasosa 150’ da primeira corrente de refrigerante em primeiro lugar aquecida 150. Alternativamente, uma pluralidade de compressores pode ser usada.

[0026] A corrente de hidrocarboneto 50 é uma (primeira) de um ou mais segundas correntes passadas para um ou mais segundos trocadores de calor 145. A corrente de hidrocarboneto 50 é fornecida a um segundo tubo de corrente de hidrocarboneto do trocador de calor 51 no segundo trocador de calor 145, onde é resfriado pela troca de calor indireta o primeiro refrigerante misturado que evapora em uma baixa pressão no lado da estrutura do segundo trocador de calor 145. E preferível que a corrente de hidrocarboneto 50 seja parcialmente condensada no segundo trocador de calor 145.

[0027] O hidrocarboneto resfriado, de preferência parcialmente condensado, sai do segundo trocador de calor 145 como uma corrente de hidrocarboneto resfriada 60, que é uma segunda corrente resfriada. A operação do primeiro refrigerante misturado, que pode ser um refrigerante de pré-resfriamento em um circuito de refrigerante de pré-resfriamento, é debatida com maiores detalhes abaixo.

[0028] A disposição da Figura 1 divulga ainda a resfriamento de uma outra segunda corrente, por exemplo, na forma da corrente de refrigerante em segundo lugar resfriada 230, e uma ou mais primeiras correntes (por exemplo, compreendendo a segunda corrente de refrigerante 220). O método aqui divulgado é particularmente vantajoso para a resfriamento de um segundo refrigerante misturado, que pode ser utilizado na resfriamento adicional e preferivelmente na liquefação da corrente de hidrocarboneto resfriada 60 em um segundo estágio de resfriamento (não mostrado). Um tal segundo estágio de resfriamento é descrito com maiores detalhes em relação à forma de realização da Figura 2.

[0029] O segundo refrigerante misturado é de preferência resfriado, e mais preferivelmente condensado de forma parcial em dois estágios. O segundo refrigerante misturado pode ser passado através de um ou ambos primeiros e segundos trocadores de calor 125, 145 no primeiro estágio de resfriamento.

[0030] O primeiro refrigerante misturado pode ser passado para o segundo trocador de calor 125 como uma primeira corrente (primeira) na forma de segunda corrente de refrigerante 220. No segundo tubo de refrigerante 221 do primeiro trocador de calor 125, o segundo refrigerante misturado é resfriado em uma pressão elevada mediante a troca de calor indireta com o primeiro refrigerante misturado que evapora na pressão intermediária no lado da estrutura do primeiro trocador de calor 125. O refrigerante misturado em segundo lugar refrigerado sai do primeiro trocador de calor 125 como a corrente em primeiro lugar resfriada na forma de uma corrente de refrigerante em segundo lugar resfriada 230.

[0031] A corrente de refrigerante em segundo lugar resfriada 230 pode ser passada para o segundo trocador de calor 145 como a segunda corrente (segunda) 230. No segundo tubo de refrigerante 231 do segundo trocador de calor 145, a corrente de refrigerante mistura em segundo lugar resfriada é ainda resfriada, e de preferência parcialmente condensada, em pressão mediante a troca de calor indireta com o primeiro refrigerante que evapora em uma baixa pressão no lado da estrutura do segundo trocador de calor 145. O outro refrigerante em segundo lugar resfriado sai do segundo trocador de calor 145 como uma (segunda) corrente em segundo lugar resfriada que pode estar na forma de uma outra corrente de refrigerante principal em segundo lugar resfriada 240. A outra corrente de refrigerante em segundo lugar resfriada 240 pode então ser passada para um trocador de calor principal (não mostrado) para fornecer a resfriamento.

[0032] Voltando-se para o primeiro circuito de refrigerante, o primeiro refrigerante misturado evaporado na pressão intermediária no lado da estrutura do primeiro trocador de calor 125 é removido deste como a primeira corrente de refrigerante em primeiro lugar aquecida 150 aproximadamente no nível de pressão intermediário. A primeira corrente de refrigerante em primeiro lugar aquecida 150 pode ser passada para um primeiro tambor expulsor 155 para remover qualquer fase líquida, antes de passar os componentes gasosos da primeira corrente de refrigerante em primeiro lugar aquecida 150 no primeiro compressor 105 como a primeira corrente de refrigerante gasosa em primeiro lugar aquecida 150’.

[0033] O primeiro compressor 105 pode ser um compressor de dois estágios. O primeiro compressor pode ser fornecido na forma de um ou mais primeiros compressores (por exemplo, na configuração em série, onde um dos um ou mais primeiros compressores executa um ou mais estágios de compressão e subsequente aquele do um ou mais primeiros compressores executa um ou mais estágios subsequentes de compressão; ou na disposição paralela onde cada um dos compressores dispostos paralelos comprime uma parte da primeira corrente de refrigerante em primeiro lugar aquecida gasosa total 150’) que atuam juntos como primeiro compressor. O primeiro compressor 105 pode ser impulsionado por um primeiro condutor D1, tal como uma turbina a gás, uma turbina a vapor, um motor elétrico ou combinações destes. No segundo estágio do primeiro compressor 105, a primeira corrente de refrigerante em primeiro lugar aquecida gasosa misturada 150’ é comprimida na pressão elevada para fornecer a corrente comprimida 110.

[0034] O calor de compressão juntamente com pelo menos uma parte do calor absorvido da primeira e segunda correntes (para o qual pode ser usada qualquer uma das 120, 50, 130b, 230) e a primeira corrente de refrigerante comprimida 120, é removido usando um ou mais primeiros dispositivos de resfriamento 115, tais como os refrigeradores de ar ambiente 115A, 115B para fornecer (primeira) e (segunda) correntes de refrigerante em primeiro lugar resfriados comprimidos 114a, 114b, respectivamente. A maior parte do calor presente na corrente comprimida 110 é absorvida a partir da segunda corrente de refrigerante 220 como uma primeira corrente e a corrente de refrigerante em segundo lugar resfriada 230 como uma segunda corrente.

[0035] A (segunda) corrente de refrigerante em primeiro lugar resfriada comprimida 114b é mostrada sendo passado em um primeiro acumulador de refrigerante 117. O primeiro acumulador de refrigerante 117 também pode ser alimentado por uma ou mais primeiras correntes de preparação de componente refrigerante 116. A Figura 1 mostra a primeira e a segunda correntes de preparação do componente refrigerante 116a, 116b, que podem reabastecer os componentes que foram removidos ou vazaram do primeiro inventário de refrigerante no primeiro circuito de refrigerante 100. A adição seletiva de primeiro e segundo componentes pode alterar a composição do primeiro refrigerante misturado. A fim de manter um equilíbrio de massa constante de primeiro refrigerante misturado no primeiro circuito de refrigerante, uma primeira corrente de drenagem de refrigerante pode ser fornecida. Como um exemplo na forma de realização mostrada na Figura 1 o primeiro refrigerante pode ser removido da (primeira) corrente de refrigerante em primeiro lugar resfriada comprimida 114a através da primeira corrente de drenagem de refrigerante 119. Isto é preferível se for desejável remover os componentes tanto leves quanto pesados do inventário do primeiro refrigerante misturado no primeiro circuito de refrigerante 100.

[0036] Em uma forma de realização alternativa (não mostrada na Figura 1), uma ou mais primeiras correntes de drenagem de refrigerante podem ser removidas do primeiro acumulador de refrigerante 117. Se a primeira corrente de drenagem de refrigerante for suspensa a partir do acumulador 117, os componentes vaporosos leves do primeiro refrigerante misturado podem ser preferencialmente removidos. Se a primeira corrente de drenagem de refrigerante estiver no ou perto do fundo do acumulador 117, os componentes líquidos pesados do primeiro refrigerante misturado podem ser preferencialmente removidos. Desta forma, é possível ajustar a composição do primeiro refrigerante misturado.

[0037] O primeiro refrigerante misturado pode ser absorvido do primeiro acumulador de refrigerante 117 como a primeira corrente de alimentação de refrigerante 118, que pode ser resfriada no dispositivo de resfriamento 115c, tal como um refrigerador ambiente, para fornecer a corrente de refrigerante em primeiro lugar comprimida 120.

[0038] A corrente de refrigerante em primeiro lugar comprimida 120 é passada para o primeiro trocador de calor 125 como uma (segunda) primeira corrente. A corrente de refrigerante em primeiro lugar comprimida 120 é passada através de um primeiro tubo de corrente (segundo) 121 no primeiro trocador de calor 125, em que é resfriada para fornecer uma primeira corrente de refrigerante em primeiro lugar resfriada 130.

[0039] A primeira corrente de refrigerante em primeiro lugar resfriada 130 é dividida em primeira parte 130a e segunda parte 130b, por exemplo, usando um divisor tal como uma peça T, mantendo a composição da primeira e segunda partes a mesma como a composição da primeira corrente de refrigerante em primeiro lugar resfriada 130. A primeira parte 130a da primeira corrente de refrigerante em primeiro lugar resfriada 130 é passada através do primeiro dispositivo de expansão 135, por exemplo, na forma de uma válvula Joule-Thomson, para a extremidade fria do lado da estrutura do primeiro trocador de calor 125, em que é deixado evaporar-se em um nível de pressão intermediária. A evaporação do primeiro refrigerante extrai calor das duas primeiras correntes (primeira corrente de refrigerante 120 e segunda corrente de refrigerante 220 comprimidas) que circulam através dos tubos 121 e 221.

[0040] O restante da primeira corrente de refrigerante em primeiro lugar resfriada 130, isto é, a segunda parte 130b da primeira corrente de refrigerante em primeiro lugar resfriada 130 é passada para o segundo trocador de calor 145. A segunda parte 130b é passada para um segundo tubo de refrigerante em primeiro lugar 131 disposto no segundo trocador de calor 145, em que ele é resfriado para fornecer uma outra corrente de refrigerante em primeiro lugar resfriada 160.

[0041] A outra corrente de refrigerante em primeiro lugar resfriada 160 é passada para o segundo dispositivo de expansão 165, tal como uma válvula Joule-Thomson, para fornecer a segunda corrente de refrigerante em primeiro lugar expandida 170. A segunda corrente de refrigerante em primeiro lugar expandida 170 está em uma pressão mais baixa do que a primeira corrente de refrigerante em primeiro lugar expandida 140. A segunda corrente de refrigerante em primeiro lugar expandida 170 é passada para a extremidade fria do lado da estrutura do segundo trocador de calor 145, no qual é deixada evaporar em baixa pressão. A evaporação do primeiro refrigerante extrai calor das segundas correntes (por exemplo, corrente de hidrocarboneto 50 e/ou corrente de refrigerante em segundo lugar resfriada 230) que flui através dos tubos 51 e 231, e da segunda parte 130b da primeira corrente de refrigerante em primeiro lugar resfriada 130 no tubo 131.

[0042] O refrigerante misturado em primeiro lugar evaporado em baixa pressão de refrigerante é removido do lado da estrutura do segundo trocador de calor 145 como a segunda corrente de refrigerante em primeiro lugar aquecida 180. A segunda corrente de refrigerante em primeiro lugar aquecida 180 pode ser passada para o segundo tambor expulsor 185 para remover qualquer fase líquida antes de passar os componentes gasosos da segunda corrente de refrigerante em primeiro lugar aquecida 180 para o primeiro compressor 105 na forma de segunda corrente de refrigerante em primeiro lugar aquecida gasosa 180’. No compressor de dois estágios 105, o primeiro refrigerante misturado é comprimido na pressão elevada para fornecer a corrente comprimida 110.

[0043] Será evidente que o um ou mais primeiros refrigerantes 115 podem ser refrigeradores de água, em vez de refrigeradores de ar e, se necessário, podem ser suplementados pelos trocadores de calor em que um outro refrigerante é usado. Os primeiros e/ou segundos dispositivos de expansão 135, 165 podem ser substituídos ou suplementados por turbinas de expansão. Os primeiros e segundos trocadores de calor 125, resp. 145, podem ser independentemente selecionados de trocadores de calor de bobina enrolada ou de palheta e placa, embora a descrição acima tenha sido feita com referência específica aos trocadores de calor tipo bobina enrolada.

[0044] Em uma forma de realização alternativa, a corrente de hidrocarboneto pode ser resfriada nos trocadores de calor tanto primeiros quanto segundos. A Figura 2, por exemplo, divulga uma disposição compreendendo dois, isto é, primeiro e segundo, primeiros trocadores de calor 125a, 125b, ambos operando em uma pressão intermediária, e um segundo trocador de calor 145 operando em baixa pressão.

[0045] Uma corrente de alimentação de hidrocarboneto 20 é fornecida e passada ao segundo trocador de calor em primeiro lugar 125b, onde é resfriado. A corrente de alimentação de hidrocarboneto 20 foi preferivelmente pré-tratada para remover os componentes indesejáveis tais como gases ácidos, como será debatido mais abaixo. Em uma forma de realização preferida, o segundo trocador de calor em primeiro lugar 125b pode ser usado para expulsar qualquer H2O (remanescente) presente na corrente de alimentação de hidrocarboneto 20.

[0046] A corrente de alimentação de hidrocarboneto 20 pode estar presente em um primeiro tubo de corrente de hidrocarboneto no trocador de calor 21, e resfriada contra o primeiro refrigerante misturado no lado da estrutura do segundo trocador de calor em primeiro lugar 125b em um nível de pressão intermediária. O segundo trocador de calor em primeiro lugar 125b pode ser um trocador de calor de caldeira, uma bobina enrolada ou um trocador de calor tipo palheta e placa como desejável. O primeiro refrigerante misturado é deixado evaporar enquanto esfria a corrente de alimentação de hidrocarbonetos 20, para fornecer uma segunda corrente de refrigerante em primeiro lugar aquecida 150b, e uma corrente de alimentação de hidrocarboneto resfriada 30 como uma primeira corrente resfriada.

[0047] A segunda corrente de refrigerante em primeiro lugar aquecida 150b é fornecida por uma segunda corrente de refrigerante em primeiro lugar expandida 140b, mediante a passagem de uma terceira parte 130c da primeira corrente de refrigerante em primeiro lugar resfriada 130 através de um (segundo) primeiro dispositivo de expansão 135b, tal como uma válvula Joule-Thomson ou expansor de turbina.

[0048] A primeira corrente de refrigerante em primeiro lugar resfriada 130 é fornecida como uma primeira corrente resfriada de um trocador de calor diferente, neste caso o primeiro trocador de calor em primeiro lugar 125a, que pode ser um trocador de calor de bobina enrolada ou trocador de calor tipo palheta e placa.

[0049] O primeiro trocador de calor em primeiro lugar 125a esfria uma primeira corrente (na forma de uma segunda corrente de refrigerante 220), assim como a corrente de refrigerante em primeiro lugar comprimida 120, de uma maneira semelhante à forma de realização da Figura 1.

[0050] Assim, na disposição mostrada na Figura 2, duas primeiras correntes são fornecidas, a corrente de alimentação de hidrocarbonetos 20 e a segunda corrente de refrigerante 220, e são resfriadas nos primeiros trocadores de calor separados 125a, 125b.

[0051] Neste caso, após a resfriamento, uma primeira corrente de refrigerante em primeiro lugar aquecida 150a é fornecida do lado da estrutura do primeiro trocador de calor em primeiro lugar 125a. Isto pode ser combinado com a (segunda) primeira corrente de refrigerante em primeiro lugar aquecida 150b do segundo trocador de calor em primeiro lugar, e passada para a entrada de sucção do estágio de pressão intermediária do primeiro compressor 105.

[0052] O primeiro compressor 105 fornece uma corrente comprimida 110, que pode ser passada para um ou mais primeiros refrigerantes 115, tal como os refrigeradores de ar ambiente ou água que removem o calor de compressão juntamente com pelo menos uma parte do calor absorvido da primeira e segunda correntes (por exemplo, as correntes representadas por 120, 50, 130b, 230) e a auto-resfriamento do primeiro refrigerante misturado. Os primeiros refrigerantes 115 fornecem uma corrente refrigerante comprimida em primeiro lugar resfriada 114 que pode ser passada para o primeiro acumulador 117. A composição do primeiro inventário de refrigerante misturado pode ser ajustada no primeiro acumulador 117 de uma maneira semelhante à forma de realização da Figura 1. O primeiro acumulador 117 fornece a corrente de refrigerante em primeiro lugar comprimida 120 ao primeiro trocador de calor em primeiro lugar 125a.

[0053] Voltando-se para a corrente de alimentação de hidrocarboneto resfriada 30 fornecida pelo segundo trocador de calor de refrigerante em primeiro lugar 125b, isso pode ser passado para uma coluna de recuperação de líquidos de gás natural (NGL) 45, tal como uma coluna de fracionamento ou coluna de limpeza, por exemplo, na forma de um desmetanizador, que fornece uma corrente líquida da parte inferior tal como uma corrente de líquido de gás natural 40 em ou próximo da parte inferior da coluna, e uma corrente gasosa suspensa, que é a corrente de hidrocarboneto 50.

[0054] A corrente de hidrocarboneto 50 é resfriada no segundo trocador de calor 145 como uma segunda corrente, juntamente com a corrente de refrigerante em segundo lugar resfriada 230 como uma outra segunda corrente, e a segunda parte 13b da primeira corrente de refrigerante em primeiro lugar resfriada 130 de uma maneira semelhante à forma de realização da Figura 1.

[0055] A corrente de hidrocarboneto resfriada 60, que é uma segunda corrente resfriada fornecida pelo segundo trocador de calor 145, pode ser passada para um primeiro separador 65. O primeiro separador 65 fornece uma fração da corrente de hidrocarboneto resfriada 60 na forma de corrente rica em metano 700 suspensa e uma corrente de fundo esgotada de metano 80. A corrente de fundo esgotada de metano 80 pode ser passada para a coluna de recuperação de NGL 45 como uma corrente de refluxo. A corrente de fundo esgotada de metano 80 pode ser enviada em primeiro lugar para um vaso expulsor de refluxo (não mostrado) para remover a fração gasosa. A parte líquida da corrente de fundo esgotada de metano pode depois ser pressurizada através de uma bomba de corrente de refluxo 75, para fornecer a corrente de fundo esgotada de metano (pressurizada) 80a que pode ser alimentada na coluna de recuperação de NGL 45 na pressão de operação da coluna ou um pouco acima.

[0056] A corrente de fundo esgotada de metano 80 pode ser devolvida para a parte superior da coluna de fracionamento 45. Mediante a resfriamento da corrente de hidrocarboneto resfriada 50 no segundo trocador de calor 145 antes da separação no primeiro separador 65, a corrente de refluxo pode ser fornecida em uma temperatura mais baixa em comparação com uma disposição onde esta pré-resfriamento não é realizada. A temperatura deste refluxo determina o limite superior da temperatura da corrente de hidrocarboneto resfriada 60 fornecida à coluna de recuperação de NGL 45. Isso permite a provisão de um processo mais eficiente, porque a corrente rica em metano 70 retirada da parte superior da coluna de recuperação de NGL 45 pode ser resfriada, e de preferência parcialmente condensada, em uma temperatura muito mais baixa. Como um resultado, a temperatura na extremidade fria do segundo trocador de calor 145 pode ser muito menor. Assim, a temperatura em que o primeiro refrigerante misturado é resfriado é muito menor e isso resulta em um taxa de circulação mais baixa do refrigerante.

[0057] A corrente rica em metano 70 pode então ser passada para um ou mais trocadores de calor principais 85, nos quais ela pode ser resfriada e pelo menos parcialmente, de preferência totalmente, liquefeita em um tubo de corrente rica em metano do trocador de calor principal 71, contra o segundo refrigerante no lado da estrutura do trocador de calor principal 85. A operação do segundo refrigerante, que pode ser um segundo refrigerante misturado em um segundo circuito de resfriamento, é conhecida por aqueles versados na técnica. Um exemplo da operação do segundo refrigerante pode ser encontrado na Patente US no 6.370.910.

[0058] O trocador de calor principal 85 pode ser um trocador de calor criogênico principal. O trocador de calor principal 85 fornece uma corrente pelo menos parcialmente, de preferência totalmente, liquefeita na forma da corrente de hidrocarboneto parcialmente, de preferência totalmente, liquefeita 90.

[0059] A pressão da corrente de hidrocarboneto pelo menos parcialmente, de preferência totalmente, liquefeita 90 pode ser reduzida em um dispositivo de expansão de vaporização rápida de extremidade 87, tal como uma válvula Joule-Thomson e/ou um expansor, para fornecer uma corrente de hidrocarboneto expandida 91.

[0060] A corrente de hidrocarboneto expandida 91 pode ser passada para um recipiente de separação de vaporização rápida de extremidade 95, para fornecer uma corrente de vaporização rápida de extremidade 97 e uma corrente de produto de hidrocarboneto liquefeita 99.

[0061] Em uma forma de realização preferida, quando a corrente de alimentação de hidrocarboneto 20 for uma corrente de gás natural, a corrente de produto de hidrocarboneto liquefeita 99 será uma corrente de LNG.

[0062] Os métodos e aparelhos de resfriamento aqui descritos são controlados através de um controlador de processo avançado. O modelo utilizado no controlador se baseia no controle preditivo para determinar simultaneamente as ações de controle para uma série de variáveis manipuladas a fim de otimizar pelo menos um de uma série de parâmetros a serem otimizados, enquanto controla pelo menos uma ou uma série de variáveis controladas.

[0063] A série de variáveis manipuladas compreende:

- a composição do inventário do primeiro refrigerante misturado no primeiro circuito de refrigerante 100,
- a configuração do primeiro dispositivo de expansão 135, e
- a configuração do segundo dispositivo de expansão 165.

[0064] Dos primeiro e segundo dispositivos de expansão 135, 165, o controlador de processo avançado pode vantajosamente fornecer mais peso ao dispositivo que possui a menor alteração de pressão através dele, de tal forma que forneça a redução mais baixa de temperatura do primeiro refrigerante misturado.

[0065] A configuração dos primeiro e segundo dispositivos de expansão 135, 165 pode ser alterada por um atuador operado por um sinal de controle a partir do controlador de processo avançado. Um tal como controlador também pode instruir os atuadores em uma ou mais da primeira corrente de drenagem e uma ou mais das primeiras correntes de preparação do componente refrigerante, através de um sinal de controle, para ajustar a composição do primeiro inventário de refrigerante misturado no primeiro circuito de refrigerante 100.

[0066] Como debatido acima, qualquer manipulação da composição do primeiro inventário de refrigerante misturado pode ser realizada através do primeiro acumulador de refrigerante 117. No entanto, é importante observar que, embora a composição do primeiro inventário de refrigerante misturado no primeiro circuito de refrigerante 100 possa ser variada, a composição do primeiro refrigerante misturado na corrente de refrigerante em primeiro lugar comprimida 120 e uma ou preferivelmente ambas da primeira corrente de refrigerante em primeiro lugar aquecida 150 e da segunda corrente de refrigerante em primeiro lugar aquecida 180 são idênticas. De preferência, a composição da primeira corrente de refrigerante que passa através do primeiro dispositivo de expansão 135 é idêntica à composição da primeira corrente de refrigerante que passa através do segundo dispositivo de expansão 165.

[0067] A série de variáveis controladas compreende uma ou mais do grupo:

- a temperatura de pelo menos uma da uma ou mais segundas correntes resfriadas (por exemplo, na forma de corrente de hidrocarboneto resfriada 60 e/ou outra corrente de refrigerante principal em segundo lugar resfriada 240), de preferência a temperatura da corrente de hidrocarboneto resfriada 60,
- a diferença de temperatura entre o primeira corrente de refrigerante em primeiro lugar aquecida 150 e pelo menos uma de (i) a corrente de refrigerante em primeiro lugar comprimida 120 e (ii) a primeira corrente (por exemplo, na forma da corrente de alimentação de hidrocarboneto 20 e/ou segunda corrente de refrigerante 220),
- a diferença de temperatura entre a segunda corrente de refrigerante em primeiro lugar aquecida 180 e pelo menos uma de (i) a segunda parte 130b da primeira corrente de refrigerante em primeiro lugar resfriada 130 e (ii) um da um ou mais segundas correntes (por exemplo, na forma de qualquer uma de 30, 50, 230), na forma da primeira corrente resfriada (corrente de alimentação de hidrocarboneto resfriada 30 e/ou segunda corrente de refrigerante resfriada 230) e/ou uma corrente derivada da primeira corrente resfriada 30 que será referido como a “corrente dependente”,
- pelo menos uma de (i) a diferença de temperatura entre a primeira corrente de refrigerante em primeiro lugar resfriada 130 e a primeira corrente de refrigerante em primeiro lugar expandida 140 e (ii) a diferença de temperatura entre a outra corrente de refrigerante em primeiro lugar resfriada 160 e a segunda corrente de refrigerante em primeiro lugar expandida 170, e
- a potência consumida pelo um ou mais primeiros compressores 105.

[0068] As segundas e terceiras variáveis controladas listadas acima procuram definir a mudança na temperatura entre o primeiro refrigerante aquecido que sai do primeiro ou segundo trocador de calor e pelo menos uma das correntes que entram na extremidade aquecida deste trocador.

[0069] No que diz respeito à segunda variável controlada listada acima, a diferença na temperatura entre a primeira corrente de refrigerante em primeiro lugar aquecida 150 e a temperatura de pelo menos uma das correntes na extremidade aquecida do primeiro trocador de calor 125 é determinada. Dita corrente na extremidade aquecida do primeiro trocador de calor 125 pode ser selecionada do grupo consistindo da primeira corrente e da corrente de refrigerante em primeiro lugar comprimida 120. A primeira corrente pode ser de preferência selecionada do grupo consistindo da corrente de alimentação de hidrocarboneto 20 (como debatido em relação à Figura 2) e a segunda corrente de refrigerante 220 em um segundo circuito de refrigerante (não mostrado). É preferível que a combinação das correntes que dá origem à menor diferença de temperatura seja fornecida relativamente com mais peso como a variável controlada.

[0070] Quanto à terceira variável controlada listada acima, a diferença na temperatura entre a segunda corrente de refrigerante em primeiro lugar aquecida 180 e na temperatura de pelo menos uma das correntes na extremidade aquecida do segundo trocador de calor 145 é determinada. Dita corrente na extremidade aquecida do segundo trocador de calor 145 pode ser selecionada do grupo consistindo da segunda parte 130b da primeira corrente de refrigerante em primeiro lugar resfriada 130 e uma da uma ou mais segundas correntes (para as quais pode ser usada uma ou mais das correntes 30, 50, 230) na forma da primeira corrente resfriada 30, 230 e/ou a corrente dependente derivada da primeira corrente resfriada. É preferível que a diferença de temperatura da combinação das correntes que dão origem à menor diferença de temperatura seja fornecida relativamente com mais peso como variável controlada.

[0071 ] As temperaturas e as diferenças de temperatura requeridas para determinar as primeiras quatro variáveis controladas listadas acima podem ser medidas por sensores de temperatura de que monitoram as temperaturas nas correntes relevantes. Os sensores de temperatura podem transmitir os sinais de sensor de temperatura ao controlador de processo avançado, que opera o método de controle descrito neste documento. Em resposta aos sinais de temperatura, os sinais de controle podem ser enviados, por exemplo, aos atuadores para os dispositivos de expansão e/ou primeira drenagem de refrigerante e correntes de preparação do componente, a fim de alterar uma ou mais das variáveis manipuladas. Similarmente, os requisitos de potência do primeiro compressor podem ser medidos por sensores no compressor ou primeiro condutor de compressor correspondente, e transmitido ao controlador de processo avançado.

[0072] A série de parâmetros a serem otimizados compreende a taxa de produção da corrente de hidrocarboneto resfriada e/ou a eficiência de resfriamento do primeiro circuito de refrigerante.

[0073] A taxa de produção da corrente de hidrocarboneto resfriada pode ser determinada pela medição do fluxo de massa, ou uma propriedade relacionada, por exemplo, usando um sensor de fluxo. A eficiência de resfriamento do primeiro circuito de refrigerante pode ser calculada por técnicas conhecidas com base nos requisitos de potência dos primeiros compressores em relação à massa de corrente de hidrocarboneto resfriada 60 produzida ao longo do tempo.

[0074] Um aspecto importante do controle preditivo modelo é que o comportamento futuro é previsto usando um modelo e as medições disponíveis das variáveis controladas. Como ainda é explicado em Perry’s Chemical Engineers’ Handbook, 7th Edition, pages 8-25 to 8-27, que é aqui incorporado por referência, as saídas do controlador são calculadas de forma a otimizar um índice de desempenho, que pode ser uma função linear ou quadrática dos erros previstos e os movimentos de controle futuro calculados. A cada exemplo de amostragem, os cálculos de controle são repetidos e as previsões atualizadas com base nas medições da corrente. Um modelo adequado é aquele que compreende uma série de modelos de resposta escalonada empíricos que expressam os efeitos de uma resposta escalonada de uma variável manipulada nas variáveis controladas.

[0075] Um valor ideal do parâmetro a ser otimizado pode ser obtido a partir de uma etapa de otimização em separado, ou a variável a ser otimizada pode ser incluída na função do desempenho.

[0076] Antes que o controle preditivo modelo possa ser aplicado, o efeito das mudanças escalonadas das variáveis manipuladas sobre a variável a ser otimizada e sobre as variáveis controladas é primeiro determinado. Esta operação fornece uma série de coeficientes de resposta escalonada. A série de coeficientes de resposta escalonada forma a base do controle preditivo modelo do processo de resfriamento.

[0077] Durante a operação normal, os valores previstos das variáveis controladas são regularmente calculados para vários movimentos de controle futuro. Um índice de desempenho pode então ser calculado para esses movimentos de controle futuro. O índice de desempenho pode incluir dois termos, um primeiro termo que representa a soma sobre os movimentos de controle futuro do erro previsto para cada movimento de controle e um segundo termo que representa a soma sobre os movimentos de controle futuro da mudança nas variáveis manipuladas para cada movimento de controle.

[0078] Para cada variável controlada, o erro previsto é a diferença entre o valor previsto da variável controlada e um valor de referência da variável controlada. Os erros previstos são multiplicados com um fator de ponderação, e as mudanças nas variáveis manipuladas para um movimento de controle são multiplicadas com um fator de supressão de movimento. Em um tal caso o índice de desempenho deve ser linear. Alternativamente, os termos podem ser uma soma de termos ao quadrado, caso em que o índice de desempenho é quadrático.

[0079] As restrições podem ser definidas nas variáveis manipuladas, a mudança nas variáveis manipuladas e sobre as variáveis controladas. Isso resulta em uma série separada de equações que são resolvidas em simultâneo com a minimização do índice de desempenho.

[0080] Quando a otimização for executada separadamente, os parâmetros a serem otimizados são incluídos como variáveis controladas no erro previsto para cada movimento de controle e a otimização fornece um valor de referência para as variáveis controladas.

[0081] Alternativamente, a otimização é feita dentro do cálculo do índice de desempenho, e isso fornece um terceiro termo no índice de desempenho com um fator de ponderação apropriado. Neste caso, os valores de referência das variáveis controladas são valores estáveis que permanecem constantes.

[0082] O índice de desempenho é minimizado levando em conta as limitações para fornecer os valores das variáveis manipuladas para os movimentos de controle futuro. No entanto, apenas a mudança de controle seguinte é executada. Depois o cálculo do índice de desempenho para os movimentos futuros começa novamente.

[0083] Os modelos com os coeficientes de resposta escalonada e as equações para o controle preditivo modelo podem ser parte de um programa de computador que é executado de modo a controlar o processo de resfriamento. Um computador carregado com um tal programa que pode lidar com o controle preditivo modelo é chamado de um controlador de processo avançado. Os pacotes de programas básicos, ausentes do controle preditivo modelo particular divulgado neste documento, são disponíveis comercialmente e serão conhecidos da pessoa versada. Os métodos e aparelhos aqui descritos se beneficiam da seleção vantajosa das séries das variáveis manipuladas e controladas.

[0084] Por exemplo, em uma forma de realização quando o primeiro refrigerante misturado compreende pelo menos metano, etano e propano, a variável manipulada que compreende a composição do inventário do primeiro refrigerante misturado no primeiro circuito de refrigerante 100 pode compreender a manipulação de um ou mais do teor de metano, etano e propano no primeiro inventário de refrigerante.

[0085] Os métodos e aparelhos descritos neste documento podem ser usados para liquefazer qualquer corrente de hidrocarboneto, mas espera-se ser particularmente útil na liquefação de gás natural, para fornecer gás natural liquefeito (LNG).

[0086] A corrente de hidrocarboneto pode ser assim qualquer corrente de gás adequada para ser resfriada e opcionalmente liquefeita, mas é adequadamente uma corrente de gás natural obtida a partir de reservatórios de gás natural ou petróleo. Como uma alternativa à corrente de gás natural também pode ser obtida de outra fonte, incluindo também uma fonte sintética como um processo Fischer-Tropsch.

[0087] Geralmente uma corrente de gás natural é uma composição de hidrocarboneto composta substancialmente de metano.

[0088] De preferência a corrente de alimentação de hidrocarboneto compreende pelo menos 50% molar de metano, mais preferivelmente pelo menos 80% molar de metano.

[0089] As composições de hidrocarboneto tais como o gás natural também pode conter não hidrocarbonetos tais como H2O, N2, CO2, Hg, H2S e outros compostos de enxofre, e outros mais. Se desejável, o gás natural pode ser pré-tratado antes da resfriamento e qualquer liquefação. Este pré-tratamento pode compreender a redução e/ou remoção de componentes indesejáveis tais como CO2 e H2S ou outras etapas tais como a resfriamento precoce, pré-pressurização ou coisa parecida. Visto que estas etapas são bem conhecidas da pessoa versada na técnica, os seus aparelhos não são mais aqui debatidos.

[0090] Assim, o termo “corrente de hidrocarboneto” também pode incluir uma composição antes de qualquer tratamento, tal tratamento incluindo a limpeza, desidratação e/ou lavagem, assim como qualquer composição tendo sido em parte, substancial ou totalmente tratada para a redução e/ou remoção de um ou mais compostos ou substâncias, incluindo, mas não limitado a estes, enxofre, compostos de enxofre, dióxido de carbono, água, Hg, e um ou mais hidrocarbonetos C2+.

[0091] Dependendo da fonte, o gás natural pode conter quantidades variáveis de hidrocarbonetos mais pesados do que o metano tal como em particular etano, propano e os butanos, e quantidades possivelmente menores de pentanos e hidrocarbonetos aromáticos. A composição varia dependendo do tipo e localização do gás.

[0092] Convencionalmente, os hidrocarbonetos mais pesados do que o butano são removidos até o possível de forma eficiente a partir da corrente de hidrocarboneto antes de qualquer resfriamento significativa por várias razões, tais como tendo diferentes temperaturas de congelamento ou liquefação que podem levá-los para bloquear as partes de uma maquinaria de liquefação de metano. Os hidrocarbonetos C2+ podem ser separados, ou o seu teor reduzido em uma corrente de alimentação de hidrocarboneto por um desmetanizador, que irá fornecer uma corrente de hidrocarboneto suspensa que é rica em metano e uma corrente pobre em metano de fundo compreendendo a maior parte dos hidrocarbonetos C2+. A corrente pobre em metano de fundo pode então ser passada para outros separadores para fornecer correntes de Gás de Petróleo Liquefeito (GLP) e condensadas.

[0093] Após a separação, a corrente de hidrocarboneto assim produzida pode ser resfriada. Isso é mostrado, por exemplo, pela linha 50 na Figura 2 acima. A resfriamento pode ser fornecida por vários métodos conhecidos na técnica, incluindo os assim chamados processos de refrigerante misturado duplo (DMR), tais como, mas não limitados a estes, os processos explicados acima e, por exemplo, nas Patente US 5.826.444; Patente US 6.041.619; Patente US 6.105.389; Patente US 7.096.688; Patente US 6.370.910; WO 2008/009721; WO 2008/019999; WO 2008/043806; WO 2009/007435 e incluindo os assim chamados processos de refrigerante misturado único (SMR) tais como, mas não limitado a estes, os processos explicados nas, por exemplo, Patente US 6.041.619; Patente US 6658891; Patente US 5.832.745. A corrente de hidrocarboneto é passada contra um ou mais correntes de refrigerante em um ou mais circuitos de refrigerante. Um tal circuito de refrigerante pode compreender um ou mais compressores para comprimir uma corrente de refrigerante pelo menos em parte evaporada para fornecer uma corrente de refrigerante comprimida. A corrente de refrigerante comprimida pode então ser resfriada em um refrigerante, tal como um refrigerador de ar ou água, para fornecer a corrente de refrigerante. Os compressores podem ser movidos por uma ou mais turbinas.

[0094] A resfriamento da corrente de hidrocarboneto pode ser realizada em uma ou mais etapas. A resfriamento inicial, também chamado de pré-resfriamento ou resfriamento auxiliar, pode ser realizada através de um refrigerante misturado de pré-resfriamento de um circuito de refrigerante de pré-resfriamento, em dois ou mais trocadores de calor de pré-resfriamento, para fornecer uma corrente de hidrocarboneto resfriada. A corrente de hidrocarboneto resfriada é de preferência parcialmente liquefeito, tal como em uma temperatura abaixo de 0 °C.

[0095] De preferência, tais trocadores de calor de pré-resfriamento podem compreender um estágio de pré-resfriamento, com qualquer resfriamento subsequente sendo realizada em um ou mais trocadores de calor principais para liquefazer uma fração da corrente de hidrocarboneto em uma ou mais estágios de resfriamento principais e/ou de sub-resfriamento.

[0096] Os primeiro e segundo trocadores de calor debatidos nas formas de realização acima podem ser tais trocadores de calor de pré-resfriamento em um estágio de pré-resfriamento, e o primeiro refrigerante misturado pode ser um refrigerante misturado de pré-resfriamento.

[0097] Desta forma, o método aqui divulgado pode envolver dois ou mais estágios de resfriamento, cada estágio tendo uma ou mais etapas, partes, etc. Por exemplo, cada estágio de resfriamento pode compreender de um a cinco trocadores de calor. A ou uma fração de uma corrente de hidrocarboneto e/ou o refrigerante misturado não pode passar por todos, e/ou todos os mesmos, trocadores de calor de um estágio de resfriamento.

[0098] Em uma forma de realização, o processo de resfriamento de hidrocarboneto pode compreender uma etapa de resfriamento única. Em uma outra forma de realização, o hidrocarboneto pode ser refrigerado e liquefeito em um método compreendendo dois ou três estágios de resfriamento. O estágio de pré-resfriamento é preferivelmente destinado a reduzir a temperatura de uma corrente de alimentação de hidrocarboneto para baixo de 0 °C, geralmente na faixa de -20 °C a 70 °C.

[0099] O estágio de resfriamento principal é de preferência separado da fase de pré-resfriamento. Isto é, o estágio de resfriamento principal compreende um ou mais trocadores de calor principais separados. O estágio de resfriamento principal pode ser refrigerado usando a segunda corrente de refrigerante debatida mais acima.

[00100] O estágio de resfriamento principal é preferivelmente destinado a reduzir a temperatura de uma corrente de hidrocarboneto, geralmente pelo menos uma fração de uma corrente de hidrocarboneto resfriada por um estágio de pré-resfriamento, para baixo de -100 °C.

[00101] Os trocadores de calor para uso como as duas ou mais pré-resfriamento ou quaisquer trocadores de calor principais são bem conhecidas na técnica. Os trocadores de calor de pré-resfriamento são preferivelmente trocadores de calor de estrutura e tubo.

[00102] Pelo menos um de qualquer um dos trocadores de calor principais é de preferência um trocador de calor criogênico de bobina enrolada conhecido na técnica. Opcionalmente, um trocador de calor pode compreender uma ou mais seções de resfriamento dentro de sua estrutura, e cada seção de resfriamento pode ser considerada como um estágio de resfriamento ou como um “trocador de calor” separado para os outros locais de resfriamento.

[00103] Em outra forma de realização aqui descrita, um ou ambas da corrente de refrigerante de pré-resfriamento misturada e de qualquer corrente de refrigerante principal misturada podem ser passadas através de um ou mais trocadores de calor, de preferência dois ou mais dos trocadores de calor de pré-resfriamento e principais descritos mais acima, para fornecer as correntes de refrigerante misturadas resfriadas.

[00104] O refrigerante misturado em um circuito de refrigerante misturado, tal como o primeiro circuito de refrigerante (por exemplo, pré-resfriamento) ou qualquer circuito de refrigerante principal, pode ser formado a partir de uma mistura de dois ou mais componentes selecionados do grupo compreendendo: nitrogênio, metano, etano, etileno, propano, propileno, butanos, pentanos, etc. A presente invenção pode envolver o uso de um ou mais de outros refrigerantes, em circuitos de refrigerante separados ou por sobreposição ou outros circuitos de resfriamento.

[00105] Um refrigerante misturado ou uma corrente de refrigerante misturado como aqui referido compreende pelo menos 5 % molar de dois componentes diferentes. Mais preferivelmente, o refrigerante misturado é composto por dois ou mais do grupo compreendendo: metano, etano, etileno, propano, propileno, butanos e pentanos. Uma composição comum para um refrigerante misturado pode ser:
Metano (C1) de 0 a -20 % molar Etano (C2) de 50 a 80 % molar Propano (C3) de 5 a 80 % molar Butanos (C4) de 0 a 15 % molar A composição total compreende 100 % molar.

[00106] Em outra forma de realização, a corrente de hidrocarboneto resfriada, tal como uma corrente de gás natural resfriada pode ser ainda mais resfriada para fornecer uma corrente de hidrocarboneto líquida, tal como uma corrente de LNG.

[00107] De preferência, a corrente de hidrocarboneto resfriada fornecida pelo método e aparelho aqui descritos, pode ser usada para fornecer uma corrente de hidrocarboneto líquida que pode ser armazenada em um ou mais tanques de armazenamento.

[00108] Após a liquefação, a corrente de hidrocarboneto liquefeita pode ser ainda processada, se desejável. Como um exemplo, o hidrocarboneto liquefeito obtido pode ser despressurizado por meio de uma válvula Joule-Thomson ou por meio de um turbo-expansor criogênico.

[00109] Em outra forma de realização divulgada neste documento, a corrente de hidrocarboneto liquefeita é passada através de um separador de gás/líquido final tal como um recipiente de vaporização rápida de extremidade para proporcionar uma corrente de gás de vaporização rápida de extremidade suspensa e uma corrente de fundo líquida, este último opcionalmente para armazenagem em um tanque de armazenamento como o produto liquefeito, como LNG. O gás de vaporização rápida de extremidade pode ser comprimido em um compressor de gás de vaporização rápida de extremidade para fornecer uma corrente de gás de vaporização rápida de extremidade comprimida e resfriada para fornecer uma corrente de gás de vaporização rápida de extremidade resfriada, que pode ser passada para um ou mais coletores de gás combustível, ou para exportação como gás combustível.

[00110] A pessoa versada na técnica irá entender que a presente invenção pode ser realizada de muitas maneiras diferentes sem se afastar do âmbito das reivindicações anexas.

Claims

Método para produzir uma corrente de hidrocarboneto resfriada (60), compreendendo resfriar uma corrente de hidrocarboneto, o método compreendendo pelo menos as etapas de:
- (a) resfriar uma primeira corrente (220) e uma primeira corrente de refrigerante comprimida (120) em um primeiro circuito de refrigerante (100) compreendendo um primeiro compressor (105) e um primeiro refrigerante misturado, contra uma primeira corrente de refrigerante em primeiro lugar expandida (140) em um primeiro trocador de calor (125) em um primeiro nível de pressão, para fornecer uma primeira corrente resfriada (230), uma primeira corrente de refrigerante primeiro resfriada (130) e uma primeira corrente de refrigerante primeiro aquecida (150);
- (b) expandir uma primeira parte (130a) da primeira corrente de refrigerante em primeiro lugar resfriada (130) em um primeiro dispositivo de expansão (135) para fornecer a primeira corrente de refrigerante em primeiro lugar expandida (140);
- (c) resfriar uma ou mais segundas correntes (50, 230), e uma segunda parte (130b) da primeira corrente de refrigerante em primeiro lugar resfriada (130) contra uma segunda corrente de refrigerante em primeiro lugar expandida (170) em um segundo trocador de calor (145) para fornecer uma ou mais segundas correntes de resfriadas (60, 240), uma outra primeira corrente de refrigerante resfriada (160), e uma segunda corrente de refrigerante em primeiro lugar aquecida (180), em que a uma ou mais segundas correntes compreendem pelo menos a primeira corrente resfriada ou uma corrente dependente derivada desta, pela qual a corrente de hidrocarboneto (50) é compreendida na uma ou mais segundas correntes a fim de fornecer pelo menos a corrente de hidrocarboneto resfriada (60);
- (d) expandir pelo menos uma primeira parte da outra corrente de refrigerante em primeiro lugar resfriada (160) em um segundo dispositivo de expansão (165) para fornecer a segunda corrente de refrigerante em primeiro lugar expandida (170), a segunda corrente de refrigerante em primeiro lugar expandida (170) estando em uma pressão mais baixa do que dita primeira corrente de refrigerante em primeiro lugar expandida (140), e
- (e) comprimir frações gasosas (150’, 180’) da primeira corrente de refrigerante em primeiro lugar aquecida (150) e a segunda corrente de refrigerante em primeiro lugar aquecida (180) no primeiro compressor (105) e subsequentemente a resfriamento da corrente comprimida (110) a partir do primeiro compressor (105), para fornecer a primeira corrente de refrigerante comprimida (120);
caracterizado pelo fato de que ainda compreende controlar as etapas de (a) a (e) usando um controlador de processo avançado com base no controle preditivo modelo para determinar as ações de controle simultâneas para uma série de variáveis manipuladas a fim de otimizar pelo menos um de uma série de parâmetros a serem otimizados, enquanto controla pelo menos uma de uma série de variáveis controladas, em que a série de variáveis manipuladas compreende:
- a composição do primeiro inventário de refrigerante misturado no primeiro circuito de refrigerante (100),
- a configuração do primeiro dispositivo de expansão (135), e
- a configuração do segundo dispositivo de expansão (165),
em que a série de variáveis controladas compreende:
- a temperatura de pelo menos uma da uma ou mais segundas correntes resfriadas (60, 240),
- a diferença de temperatura entre a primeira corrente de refrigerante em primeiro lugar aquecida (150) e pelo menos um de (i) a primeira corrente de refrigerante comprimida (120) e (ii) a primeira corrente (220),
- a diferença de temperatura entre a segunda corrente de refrigerante em primeiro lugar aquecida (180) e pelo menos um de (i) a segunda parte (130b) da primeira corrente de refrigerante em primeiro lugar resfriada (140) e (ii) uma da uma ou mais segundas correntes (50, 230) na forma da primeira corrente resfriada (230) e/ou da corrente dependente derivada da primeira corrente resfriada,
- pelo menos um de (i) a diferença de temperatura entre a primeira corrente de refrigerante em primeiro lugar resfriada (130) e a primeira corrente de refrigerante em primeiro lugar expandida (140) e (ii) a diferença de temperatura entre a outra corrente de refrigerante em primeiro lugar resfriada (160) e a segunda corrente de refrigerante em primeiro lugar expandida (170), e
- a potência sendo consumida pelo primeiro compressor (105);
e em que a série de parâmetros a ser otimizada compreende a taxa de produção da corrente de hidrocarboneto resfriada e/ou a eficiência de resfriamento do primeiro circuito de refrigerante (100), em que a eficiência de resfriamento é calculada com base na potência consumida no primeiro compressor (105) em relação à massa da corrente de hidrocarboneto resfriada (60) produzida ao longo do tempo.
Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o primeiro refrigerante misturado compreende pelo menos metano, etano e propano e em que a manipulação da composição do primeiro refrigerante misturado compreende a manipulação de um ou mais do inventário de metano, etano e propano do primeiro refrigerante misturado no primeiro circuito de refrigerante.
Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que a primeira corrente compreende uma corrente de alimentação de hidrocarboneto, por meio da qual a primeira corrente resfriada compreende uma corrente de alimentação de hidrocarboneto resfriada, e em que uma ou mais segundas correntes compreendem a corrente de alimentação de hidrocarboneto resfriada ou a corrente dependente derivada da primeira corrente resfriada.
Método de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que ainda compreende, antes da etapa (c), derivar o hidrocarboneto da primeira corrente de resfriada mediante o fracionamento da corrente de alimentação de hidrocarboneto resfriada em uma coluna de recuperação de líquidos de gás natural para fornecer a corrente de hidrocarboneto e uma corrente de fundo líquida.
Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que a primeira corrente compreende uma segunda corrente de refrigerante de um segundo refrigerante misturado em um segundo circuito de refrigerante, pelo qual a primeira corrente de refrigerante compreende uma corrente de refrigerante em segundo lugar resfriada, e em que a um ou mais segundas correntes compreendem a corrente de refrigerante em segundo lugar resfriada assim como a corrente de hidrocarboneto, e a uma ou mais segundas correntes resfriadas compreendem uma outra corrente de refrigerante em segundo lugar resfriada e a corrente de hidrocarboneto resfriada.
Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que a resfriamento da primeira corrente compreende duas ou mais primeiras correntes no mesmo primeiro trocador de calor ou cada um em um primeiro trocador de calor de alta pressão separado.
Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que o resfriamento de uma ou mais segundas correntes compreende resfriar duas ou mais segundas correntes no mesmo segundo trocador de calor ou cada um em um segundo trocador de calor separado.
Método de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que ainda compreendendo a etapa de:
(h) pelo menos parcialmente, de preferência totalmente, liquefazer pelo menos uma fração da corrente de hidrocarboneto resfriada em um trocador de calor principal.
Método de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que ainda compreende a etapa de:
(f) separar a corrente de hidrocarboneto resfriada em um primeiro separador para fornecer à fração na forma de uma corrente rica em metano suspensa e uma corrente de fundo esgotada de metano; e opcionalmente
(g) pressurizar a corrente de fundo esgotada de metano para fornecer uma corrente de fundo esgotada de metano (pressurizada) e passar dita corrente de fundo esgotada de metano (pressurizada) na coluna de recuperação de líquidos de gás natural como refluxo.
Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 8 ou 9, caracterizado pelo fato de que o pelo menos parcialmente, de preferência totalmente, liquefazer a fração da corrente de hidrocarboneto resfriada compreende a troca de calor da corrente rica em metano contra o segundo refrigerante para fornecer uma corrente de hidrocarboneto pelo menos parcialmente, de preferência totalmente, liquefeita.
Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 8 ou 9, caracterizado pelo fato de que a pelo menos parcialmente, de preferência totalmente, liquefação da fração da corrente de hidrocarboneto resfriada compreende a troca de calor da fração contra uma segunda parte da outra corrente de refrigerante em primeiro lugar resfriada, para fornecer uma corrente de hidrocarboneto pelo menos parcialmente, de preferência totalmente, liquefeita.
Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 8 a 11, caracterizado pelo fato de que ainda compreende a etapa de:
(i) reduzir a pressão da corrente pelo menos parcialmente, de preferência totalmente, liquefeita para fornecer uma corrente de produto de hidrocarboneto liquefeita e uma corrente de gás de vaporização rápida de extremidade.
Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 12, caracterizado pelo fato de que a corrente de hidrocarboneto é uma corrente de gás natural.
Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 13, caracterizado pelo fato de que a composição da primeira parte a ser expandida na etapa (b) é a mesma como a composição pelo menos da parte da outra corrente de refrigerante em primeiro lugar resfriada sendo expandida na etapa (d).
Aparelho para produzir uma corrente de hidrocarboneto resfriada (60) de uma corrente de hidrocarboneto, compreendendo:
- - um primeiro circuito de refrigerante (100) compreendendo um inventário de um primeiro refrigerante misturado; um primeiro dispositivo de expansão (135); um segundo dispositivo de expansão (165); um primeiro compressor (105) e um ou mais primeiros refrigerantes (115a, 115b, 115c) para resfriar uma corrente comprimida (110) do primeiro compressor, para desse modo fornecer uma primeira corrente de refrigerante comprimida (120);
- - um primeiro trocador de calor (125) disposto para refrigerar uma primeira corrente (220) e a primeira corrente de refrigerante comprimida (120), contra uma primeira corrente de refrigerante em primeiro lugar expandida (140) em um primeiro nível de pressão, para fornecer uma primeira corrente resfriada (230), uma primeira corrente de refrigerante em primeiro lugar resfriada (130) e uma primeira corrente de refrigerante em primeiro lugar aquecida (150), o primeiro dispositivo de expansão (135) sendo disposto para receber uma primeira parte (130a) da primeira corrente de refrigerante em primeiro lugar resfriada (130) e para fornecer a primeira corrente de refrigerante em primeiro lugar expandida (140);
- - um segundo trocador de calor (145) disposto para resfriar uma ou mais segundas correntes (50, 230) e uma segunda parte (130b) da primeira corrente de refrigerante em primeiro lugar resfriada (130), contra uma segunda corrente de refrigerante em primeiro lugar expandida (170) para fornecer uma ou mais segundas correntes resfriadas (60, 240), uma outra corrente de refrigerante em primeiro lugar resfriada (160) e uma segunda corrente de refrigerante em primeiro lugar aquecida (180), o segundo dispositivo de expansão (165) sendo disposto para receber pelo menos uma primeira parte da outra corrente de refrigerante em primeiro lugar resfriada (160) para fornecer a segunda corrente de refrigerante em primeiro lugar expandida (170), a segunda corrente de refrigerante em primeiro lugar expandida (170) estando em uma pressão mais baixa do que a primeira corrente de refrigerante em primeiro lugar expandida (140), a uma ou mais segundas correntes (50, 230) compreendendo pelo menos a primeira corrente resfriada ou uma corrente dependente derivada destas, através da qual acorrente de hidrocarboneto (50) está compreendida na uma ou mais segundas correntes de modo a fornecer pelo menos a corrente de hidrocarboneto resfriada (60);
- - o primeiro compressor (105) sendo disposto para comprimir as frações gasosas (150’, 180’) da primeira corrente de refrigerante em primeiro lugar aquecida (150) e da segunda corrente de refrigerante em primeiro lugar aquecida (180); caracterizado pelo fato de que compreende ainda:
- - um controlador de processo avançado que compreende um código executável por computador com base no controle preditivo modelo para determinar as ações de controle simultâneas para uma série de variáveis manipuladas a fim de otimizar pelo menos um de uma série de parâmetros a serem otimizados, enquanto controla pelo menos uma de uma série de variáveis controladas, em que a série de variáveis manipuladas compreende:
- - a composição do primeiro inventário de refrigerante misturado no primeiro circuito de refrigerante (100),
- - a configuração do primeiro dispositivo de expansão (135), e
- - a configuração do segundo dispositivo de expansão (165), em que a série de variáveis controladas compreende:
- - a temperatura de pelo menos uma das uma ou mais segundas correntes resfriadas (60, 240),
- - a diferença de temperatura entre a primeira corrente de refrigerante em primeiro lugar aquecida (150) e pelo menos um de (i) a primeira corrente de refrigerante comprimida (120) e (ii) a primeira corrente (220),
- - a diferença de temperatura entre a segunda corrente de refrigerante em primeiro lugar aquecida (180) e pelo menos um de (i) a segunda parte (130b) da primeira corrente de refrigerante em primeiro lugar resfriada (140) e (ii) uma das uma ou mais segundas correntes (50, 230) na forma da primeira corrente resfriada (230) e/ou a corrente dependente derivada da primeira corrente resfriada,
- - pelo menos um de (i) a diferença de temperatura entre a primeira corrente de refrigerante em primeiro lugar resfriada (130) e a primeira corrente de refrigerante em primeiro lugar expandida (140) e (ii) a diferença de temperatura entre a outra corrente de refrigerante em primeiro lugar resfriada (160) e a segunda corrente de refrigerante em primeiro lugar expandida (170); e
- - a potência sendo consumida pelo primeiro compressor (105);
e em que a série de parâmetros a serem otimizados compreende a taxa de produção da corrente de hidrocarboneto resfriada (60) e/ou a eficiência de resfriamento do primeiro circuito de refrigerante (100), em que a eficiência de resfriamento é calculada com base na potência consumida no primeiro compressor (105) em relação à massa da corrente de hidrocarboneto resfriada (60) produzida ao longo do tempo.