BR112012021416B1 - Método para partida de uma planta de gás natural liquefeito (gnl) e planta de gás natural liquefeito (gnl) - Google Patents

Método para partida de uma planta de gás natural liquefeito (gnl) e planta de gás natural liquefeito (gnl) Download PDF

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Abstract

MÉTODO PARA PARTIDA DE UMA PLANTA DE GÁS NATURAL LIQUEFEITO (GNL). A presente invenção diz respeito a um método para partida de uma planta de gás natural liquefeito (GNL) (10), a planta incluindo uma unidade de liquefeção (20) arranjada em um caminho de fluxo (24) da planta. O método compreende: remover GNL de uma primeira localização (22; 21) no caminho de fluxo a jusante da unidade de liquefeção; vaporizar o GNL removido, ou aquecer o GNL removido de maneira que o GNL removido seja transformado para fase gasosa; e readmitir o GNL vaporizado ou transformado para o caminho de fluxo em uma segunda localização (34; 38) a montante da unidade de liquefeção. A presente invenção também diz respeito a uma planta de GNL correspondente (10).

Description

[0001] A presente invenção diz respeito a um método para partida de uma planta de gás natural liquefeito (GNL), e a uma planta de GNL correspondente.
[0002] Quando uma planta de gás natural liquefeito (GNL) está quente (por exemplo, na temperatura ambiente), após uma interrupção de produção, a planta tem que ser resfriada gradualmente para impedir tensões térmicas em trocadores de calor usados para resfriar o gás natural até cerca de -160°C. Este processo tipicamente pode levar de diversas horas até cerca de 1-2 dias, e é executado ao circular um refrigerante ou meio de resfriamento na fase gasosa através dos circuitos de resfriamento dos trocadores de calor. Para resfriar todos os componentes pertinentes e para ter um dissipador de calor para o refrigerante, um fluxo ou corrente de gás natural também é fornecido através da planta, tipicamente em cerca de 1%-5% da taxa de produção total.
[0003] Entretanto, a taxa de fluxo de gás natural na entrada da planta algumas vezes não pode ser diminuída exatamente para qualquer taxa. Isto significa que a taxa de fluxo mínima de gás natural pode ser maior que a taxa desejada. Isto por sua vez significa que gás em excesso tem que ser queimado antes de alcançar a unidade de liquefação com os trocadores de calor. O gás em excesso tipicamente é queimado a montante da unidade de liquefação da planta. Se, por exemplo, a taxa de fluxo de gás natural na entrada for 30% da taxa de produção total, 25% tem que ser queimado. Consequentemente, gás natural é desperdiçado e emissões são aumentadas.
[0004] Adicionalmente, para plantas de GNL flutuantes ou plantas de GNL construídas em áreas árticas e remotas, regularidade de navio de GNL pode ser baixa. Consequentemente, carregamento de GNL de tanques de armazenamento de GNL para navios não pode ser sempre executado quando desejado, e existe o risco de os tanques de armazenamento ficarem cheios. Também, o fornecimento de gás natural para a planta pode ser interrompido, ou pode existir uma interrupção interna na planta, por exemplo, na unidade de remoção de CO2. Todas estas situações podem ser corrigidas ao paralisar e mais tarde reiniciar a planta. Entretanto, paralisar e reiniciar a planta é demorado, caro e aumenta as cargas de tensão em equipamento na planta.
[0005] É um objetivo da presente invenção fornecer um método e planta de GNL aperfeiçoados, os quais podem superar pelo menos parcialmente os problemas mencionados anteriormente.
[0006] Este e outros objetivos que estarão aparentes a partir da descrição a seguir são alcançados por meio do método e planta de GNL de acordo com as reivindicações independentes anexas. Modalidades estão expostas nas reivindicações dependentes.
[0007] De acordo com um aspecto da presente invenção, é fornecido um método para partida de uma planta de GNL, a planta incluindo uma unidade de liquefação arranjada em um caminho de fluxo (principal) da planta, em que o método compreende: remover GNL de uma primeira localização no caminho de fluxo a jusante da unidade de liquefação; vaporizar o GNL removido, ou aquecer o GNL removido de maneira que o GNL removido seja transformado para fase gasosa; e readmitir o GNL vaporizado ou transformado para o caminho de fluxo em uma segunda localização a montante da unidade de liquefação.
[0008] Ao recircular GNL em vez de usar gás natural diretamente da entrada da planta na partida, queima não é necessária. Consequentemente, emissões relacionadas com queima são reduzidas ou removidas.
[0009] O presente método pode compreender adicionalmente aumentar a pressão do GNL removido, por exemplo, ao bombear o GNL removido para uma pressão de cerca de 5-10 MPa antes de vaporizar ou transformar o GNL removido. O GNL removido alternativamente pode ser primeiro vaporizado e então comprimido em um compressor para a pressão de entrada da planta, mas esta alternativa exige mais energia e é consequentemente muito cara.
[0010] Adicionalmente, o GNL vaporizado ou transformado pode ser readmitido ou retornado em uma taxa menor que a taxa de produção total da planta.
[0011] Em uma ou mais modalidades da presente invenção, durante partida da planta, o GNL pode ser removido de um tanque de armazenamento de GNL da planta, ou de uma linha de descarregamento para o tanque de armazenamento da planta. Adicionalmente, o GNL vaporizado ou transformado pode ser readmitido para o caminho de fluxo a montante de uma unidade de pré-resfriamento da planta, mas a jusante de (uma outra) unidade de pré-tratamento de gás da planta. A unidade de pré-tratamento de gás pode ser, por exemplo, uma unidade de secagem e remoção de mercúrio ou uma unidade de remoção de CO2. O GNL vaporizado ou transformado também pode ser readmitido a montante das unidades de pré- tratamento de gás. O GNL vaporizado ou transformado é aqui readmitido em uma taxa que corresponde a cerca de 1%-10% da taxa de produção total da planta. Nesta modalidade, o GNL vaporizado ou transformado readmitido é usado como um dissipador de calor (fluido de absorção de calor) para trocadores de calor na unidade de liquefação.
[0012] Adicionalmente, durante redução de carga da planta, o GNL pode ser removido de pelo menos um de: uma linha entre a unidade de liquefação e uma unidade de queima ou arraste de N2 final da planta; a unidade de queima ou arraste de N2 final da planta; um tanque de armazenamento de GNL da planta; e uma linha de descarregamento para o tanque de armazenamento da planta. GNL removido da linha entre a unidade de liquefação e uma unidade de queima ou arraste de N2 final usualmente não é despressurizado, e consequentemente menos energia é necessária para bombear o GNL removido até uma pressão desejada. Na unidade de queima ou arraste de N2 final e no tanque de armazenamento de GNL, o GNL usualmente é despressurizado para pressão ambiente. Adicionalmente, o GNL vaporizado ou transformado pode ser readmitido para o caminho de fluxo entre uma entrada e uma unidade de pré-tratamento de gás da planta. A unidade de pré- tratamento de gás pode ser uma unidade de remoção de CO2, mas também pode ser uma unidade de secagem e remoção de mercúrio ou uma unidade de pré- resfriamento. O GNL vaporizado ou transformado é aqui readmitido em uma taxa que corresponde a cerca de 30% da taxa de produção total da planta, ou em uma taxa igual à taxa de redução de carga da planta. A taxa de redução de carga da planta é a taxa de produção estável mais baixa possível. Ao recircular GNL em redução de carga em vez de desligar a planta, uma operação mais eficiente da planta é alcançada. Em particular, tempo para reinício da planta é reduzido (usualmente cerca de 24 horas), e desgaste da planta durante paralisação e reinício é evitado.
[0013] De acordo com um outro aspecto da presente invenção, é fornecida uma planta de gás natural liquefeito (GNL), compreendendo: uma unidade de liquefação arranjada em um caminho de fluxo da planta; primeiro dispositivo para remover GNL de uma primeira localização no caminho de fluxo a jusante da unidade de liquefação; um dentre vaporizador adaptado para vaporizar o GNL removido e aquecedor adaptado para aquecer o GNL removido de maneira que o GNL removido seja transformado para fase gasosa; e segundo dispositivo para readmitir o GNL vaporizado ou transformado para o caminho de fluxo em uma segunda localização a montante da unidade de liquefação. Este aspecto pode exibir recursos e efeitos técnicos similares tais como o aspecto discutido anteriormente da invenção. A planta de GNL pode compreender adicionalmente dispositivo de controle adaptado ou configurado para controlar pelo menos um de o dito primeiro dispositivo, o vaporizador ou aquecedor e o segundo dispositivo durante partida da planta de GNL.
[0014] Estes e outros aspectos da presente invenção serão agora descritos com mais detalhes, com referência aos desenhos anexos mostrando modalidades preferidas atualmente da invenção.
[0015] A figura 1 é um diagrama de blocos de uma planta de GNL de acordo com técnica anterior.
[0016] A figura 2 é um diagrama de blocos de uma planta de GNL de acordo com uma modalidade da presente invenção.
[0017] A figura 3 é um diagrama de blocos de uma planta de GNL de acordo com uma outra modalidade da presente invenção.
[0018] A figura 1 é um diagrama de blocos de uma planta de GNL 10’ de acordo com técnica anterior. A planta 10’ compreende, em sequência: uma entrada 12’ para receber gás natural, uma unidade de remoção de CO2 14’, uma unidade de secagem e remoção de mercúrio 16’, uma unidade de pré-resfriamento ou refrigeração 18’, uma unidade de liquefação 20’ e um tanque de armazenamento de GNL 22’. Uma linha de fluxo principal 24’ se estende da entrada 12’ para o tanque de armazenamento de GNL 22’. A operação geral de uma planta de GNL como esta é conhecida para os versados na técnica, e não será explicada com detalhes adicionais aqui.
[0019] Em um procedimento de partida de técnica anterior, gás natural é queimado a jusante da unidade de remoção de CO2 14’, tal como ilustrado na figura 1 pela referência F. Queima de gás natural, entretanto, causa perdas de gás natural e emissões não desejadas.
[0020] A figura 2 é um diagrama de blocos de uma planta de GNL 10 de acordo com uma modalidade da presente invenção. A planta de GNL 10 na figura 2 compreende, em sequência: uma entrada 12 para receber gás natural, uma unidade de remoção de CO2 14, uma unidade de secagem e remoção de mercúrio 16, uma unidade de pré-resfriamento ou refrigeração 18, uma unidade de liquefação 20, uma unidade de queima ou arraste de N2 final 21 e um tanque de armazenamento de GNL 22. Uma linha ou caminho de fluxo principal 24 se estende da entrada 12, através das várias unidades 14-21 e para o tanque de armazenamento de GNL 22. Uma linha de descarregamento para o tanque de armazenamento de GNL 22 está designada por 25.
[0021] Além do mais, a planta 10 compreende uma bomba de GNL 26 e um vaporizador de GNL 28. A bomba de GNL 26 está em comunicação de fluido com o tanque de armazenamento de GNL 22 por meio da linha 30, e com o vaporizador de GNL 28 por meio da linha 32. Adicionalmente, o vaporizador de GNL 28 está em comunicação de fluido com a linha de fluxo principal 24 em uma localização 34 entre a última das unidades de pré-tratamento de gás 14-16, isto é, a unidade de secagem e remoção de mercúrio 16, e a unidade de pré-resfriamento 18 por meio da linha 36. A bomba de GNL 26 é adaptada para bombear GNL removido do tanque de GNL 22 por meio da linha 30 para uma pressão de cerca de 5-10 MPa. O vaporizador 28 é adaptado para vaporizar o GNL removido (e pressurizado), por meio de aquecimento abaixo da pressão crítica do GNL. As ditas linhas, por exemplo, podem ser tubos, condutos ou coisa parecida.
[0022] Durante partida da planta 10 (partida inicial ou reinício da planta 10), isto é, quando a temperatura dos trocadores de calor na unidade de liquefação 18 está acima de uma temperatura de produção (eles podem estar, por exemplo, na temperatura ambiente) seguinte, por exemplo, a uma interrupção de produção, o fluxo de gás usual na entrada 12 está interrompido, e GNL é removido ou extraído do tanque de armazenamento de GNL 22 e fornecido para a bomba de GNL 26 por meio da linha 30. O GNL removido é então bombeado para uma pressão de cerca de 5-10 MPa por meio da bomba de GNL 26. O GNL pressurizado é então fornecido por meio da linha 32 para o vaporizador de GNL 28 onde ele é vaporizado e é consequentemente transformado para fase gasosa. Em seguida, o GNL vaporizado é fornecido ou readmitido ou retornado de outro modo para o caminho de fluxo principal 24 por meio da linha 36.
[0023] O GNL vaporizado readmitido é então transportado ou recirculado no caminho de fluxo principal 24 através da unidade de liquefação 20 para resfriar trocadores de calor (não mostrados) na unidade de liquefação 20. O gás natural de recirculação age como um dissipador de calor para um refrigerante dos trocadores de calor, e consequentemente não é usado diretamente como um refrigerante nos trocadores de calor.
[0024] O método de acordo com esta modalidade prossegue até que os trocadores de calor alcancem uma temperatura de produção, tipicamente de cerca de -35°C na unidade de pré-resfriamento 18 até abaixo de -100°C na unidade de liquefação 20, e então segue-se o processo de produção regular.
[0025] A bomba de GNL 26, o vaporizador de GNL 28 e as linhas 30, 32, 36 na figura 2 são dimensionados e/ou controlados de tal maneira que o GNL vaporizado é readmitido em uma taxa que corresponde a cerca de 1%-10%, ou especificamente 1%-5%, da taxa de produção total ou regular da planta 10. Tal controle pode ser executado por meio de um dispositivo de controle (não mostrado) da planta 10.
[0026] A figura 3 é um diagrama de blocos de uma planta de GNL 10 de acordo com uma outra modalidade da presente invenção. A planta de GNL 10 na figura 3 compreende, em sequência: uma entrada 12 para receber gás natural, uma unidade de remoção de CO2 14, uma unidade de secagem e remoção de mercúrio 16, uma unidade de pré-resfriamento ou refrigeração 18, uma unidade de liquefação 20, uma unidade de queima ou arraste de N2 final 21 e um tanque de armazenamento de GNL 22. Uma linha ou caminho de fluxo principal 24 se estende da entrada 12, através das várias unidades 14-21 e para o tanque de armazenamento de GNL 22. A linha entre a unidade de liquefação 20 e a unidade de queima ou arraste de N2 final 21 está designada por 23, e uma linha de descarregamento para o tanque de armazenamento de GNL 22 está designada por 25.
[0027] Além do mais, a planta 10 compreende uma bomba de GNL 26 e um vaporizador de GNL 28. A bomba de GNL 26 está em comunicação de fluido com a unidade de queima ou arraste de N2 final 21 por meio da linha 30, e com o vaporizador de GNL 28 por meio da linha 32. Adicionalmente, o vaporizador de GNL 28 está em comunicação de fluido com a linha de fluxo principal 24 em uma localização 38 entre a entrada 12 e a primeira unidade de pré-tratamento de gás, isto é, a unidade de remoção de CO2 14, por meio da linha 40. A bomba de GNL 26 é adaptada para bombear GNL removido do tanque de GNL 22 por meio da linha 30 para uma pressão de cerca de 5-10 MPa. O vaporizador 28 é adaptado para vaporizar o GNL removido (e pressurizado), abaixo da pressão crítica do GNL. As ditas linhas, por exemplo, podem ser tubos, condutos ou coisa parecida.
[0028] Durante redução de carga da planta 10, por exemplo, quando o tanque de GNL 22 está cheio ou quando existe uma interrupção ou diminuição significativa no fornecimento de gás natural através da entrada 12, o fluxo de gás usual na entrada 12 é interrompido propositadamente ou de forma involuntária, e GNL pode ser removido ou extraído da unidade de queima ou arraste de N2 final 21 e fornecido para a bomba de GNL 26 por meio da linha 30. O GNL removido é então bombeado para uma pressão de cerca de 5-10 MPa por meio da bomba de GNL 26. O GNL pressurizado é então fornecido por meio da linha 32 para o vaporizador de GNL 28 onde ele é vaporizado e consequentemente transformado para fase gasosa. Em seguida, o GNL vaporizado é fornecido ou readmitido ou retornado de outro modo para o caminho de fluxo principal 24 por meio da linha 40.
[0029] O GNL vaporizado readmitido é então transportado ou recirculado no caminho de fluxo principal 24 para manter a planta 10 operando em uma taxa reduzida. A bomba de GNL 26, o vaporizador de GNL 28 e as linhas 30, 32, 40 na figura 3 são dimensionados e/ou controlados de tal maneira que o GNL vaporizado é readmitido em uma taxa que corresponde a cerca de 30% da taxa de produção total ou normal da planta 10, ou em uma taxa igual à taxa de redução de carga da planta 10. Tal controle pode ser executado por meio do dispositivo de controle mencionado anteriormente.
[0030] O método de acordo com esta modalidade prossegue até que o GNL possa ser carregado a partir do tanque de armazenamento 22 tal como usual, ou que o fornecimento de gás natural na entrada 12 seja reiniciado, por exemplo, e produção total na planta 10 possa recomeçar.
[0031] Opcionalmente, as linhas 42 e 44 podem ser fornecidas para transportar GNL vaporizado também em outras localizações. GNL vaporizado, por exemplo, pode ser fornecido por meio da linha 42 no caso de a unidade de remoção de CO2 14 estar funcionando de modo falho, ou por meio da linha 44 no caso de a unidade de secagem e remoção de mercúrio 16 estar fora de ordem. Adicionalmente, o GNL alternativamente pode ser retirado da linha 23 entre a unidade de liquefação 20 e a unidade de queima ou arraste de N2 final 21 por meio da linha 46, ou do tanque de armazenamento de GNL 22 por meio da linha 48. As linhas opcionais e alternativas estão ilustradas como linhas tracejadas na figura 3, e as ditas linhas, por exemplo, podem ser tubos, condutos apropriados ou coisa parecida.
[0032] A planta de GNL 10 de acordo com a presente invenção tipicamente tem uma capacidade mínima de 1 MTPA (milhão de toneladas métricas por ano). Entretanto, a presente invenção também pode ser aplicada para instalações tendo uma capacidade de até 0,1 MPTA, por exemplo.
[0033] Os versados na técnica perceberão que a presente invenção não está limitada por nenhum meio às modalidades descritas anteriormente. Ao contrário, muitas modificações e variações são possíveis dentro do escopo das reivindicações anexas.
[0034] Por exemplo, em vez de vaporizar o GNL removido, o GNL removido pode ser aquecido, tipicamente acima de sua pressão crítica, de maneira que o GNL muda ou faz transição para fase gasosa. Em um caso como este, o vaporizador 28 pode ser substituído por um aquecedor adaptado para aquecer o GNL removido de maneira que o GNL removido seja transformado para fase gasosa.

Claims (11)

1. Método para partida de uma planta de gás natural liquefeito (GNL) (10), a planta incluindo uma unidade de liquefação (20) arranjada em um caminho de fluxo (24) da planta, em que o método compreende: remover GNL de uma primeira localização (22; 21) no caminho de fluxo a jusante da unidade de liquefação; vaporizar o GNL removido, ou aquecer o GNL removido de maneira que o GNL removido seja transformado para fase gasosa; readmitir o GNL vaporizado ou transformado para o caminho de fluxo em uma segunda localização (34; 38) a montante da unidade de liquefação; caracterizado pelo fato de passar todo o GNL readmitido através da unidade de liquefação; e repetir essas etapas para circular o GNL através da unidade de liquefação até que os trocadores de calor na unidade de liquefação alcancem uma temperatura adequada para operação normal da planta de GNL.
2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente: aumentar a pressão do GNL removido.
3. Método, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que a pressão do GNL removido é aumentada ao bombear o GNL removido para uma pressão de 5-10 MPa antes de vaporizar ou transformar o GNL removido.
4. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o GNL vaporizado ou transformado é readmitido em uma taxa menor que a taxa de produção total da planta.
5. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que é executado durante partida da planta.
6. Método, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o GNL é removido de um tanque de armazenamento de GNL (22) da planta ou de uma linha de descarregamento (23) para o tanque de armazenamento da planta.
7. Método, de acordo com a reivindicação 5 ou 6, caracterizado pelo fato de que o GNL vaporizado ou transformado é readmitido para o caminho de fluxo a montante de uma unidade de pré-resfriamento (18) da planta, mas a jusante de uma unidade de pré-tratamento de gás (16) da planta.
8. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 5 a 7, caracterizado pelo fato de que o GNL vaporizado ou transformado é readmitido em uma taxa que corresponde a 1%-10% da taxa de produção total da planta.
9. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 5 a 8, caracterizado pelo fato de que o GNL vaporizado ou transformado readmitido é usado como um dissipador de calor para trocadores de calor na unidade de liquefação.
10. Planta de gás natural liquefeito (GNL) (10), compreendendo: uma unidade de liquefação (18) arranjada em um caminho de fluxo (24) da planta; primeiro dispositivo (30) para remover GNL de uma primeira localização (22; 21) no caminho de fluxo a jusante da unidade de liquefação durante a partida da planta; um dentre vaporizador (28) adaptado para vaporizar o GNL removido e aquecedor adaptado para aquecer o GNL removido de maneira que o GNL removido seja transformado para fase gasosa; e segundo dispositivo (36; 40) para readmitir o GNL vaporizado ou transformado para o caminho de fluxo em uma segunda localização (34; 38) a montante da unidade de liquefação, caracterizada pelo fato de que a planta de gás natural liquefeito está disposta de tal modo que todo o GNL readmitido passe através da unidade de liquefação para resfria-la.
11. Planta de GNL, de acordo com a reivindicação 10, caracterizada pelo fato de que compreende adicionalmente dispositivo de controle adaptado para controlar pelo menos um de o dito primeiro dispositivo, o vaporizador ou aquecedor e o segundo dispositivo durante partida da planta de GNL.
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