BR112016021197B1 - Processo para remoção de hidrocarboneto pesado a partir de gás natural pobre antes da liquefação - Google Patents

Processo para remoção de hidrocarboneto pesado a partir de gás natural pobre antes da liquefação Download PDF

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Abstract

PROCESSO E SISTEMA PARA REMOÇÃO DE HIDROCARBONETO PESADO DE GÁS NATURAL POBRE ANTES DA LIQUEFAÇÃO. Um processo é aqui descrito para remover hidrocarbonetos de alto ponto de congelamento, incluindo compostos de benzeno, de uma corrente de gás de alimentação misturada. O processo envolve resfriar correntes de processo em um ou mais trocadores de calor e separar compostos condensados em múltiplos separadores para formar uma corrente de gás de produto rica em metano. Correntes de solvente selecionadas de um trem de fracionamento e/ou correntes de solvente separadas são empregadas para baixar o ponto de congelamento de uma ou mais correntes que contêm hidrocarbonetos de alto ponto de congelamento. Um sistema correspondente é também divulgado.

Description

PEDIDOS RELACIONADOS
[001] Este pedido reivindica prioridade para Pedido de Patente Provisório US 61/953,355, depositado em 14 de março de 2014.
ANTECEDENTES
[002] A remoção de componentes com elevado ponto de congelamento é necessária para evitar o congelamento em instalações de liquefação de gás natural. Uma especificação exemplar para o gás de alimentação em uma planta de liquefação contém menos de 1 parte por milhão em volume (ppmv) benzeno, e menos do que 0,05% molar de pentano e componentes mais pesados (C5+). As instalações de remoção de componente de hidrocarbonetos de ponto de congelamento mais alto estão normalmente localizadas a jusante das instalações de pré-tratamento para remover o mercúrio, gases ácidos, como CO2 e H2S, e água.
[003] Um sistema simples e comum para o pré-tratamento de gás de alimentação LNG para a remoção de hidrocarbonetos com elevado ponto de congelamento envolve a utilização de um resfriador de gás de entrada, um primeiro separador para remoção de líquidos condensados, um expansor (ou válvula de Joule-Thompson ou aparelho de refrigeração) para resfriar ainda mais o vapor a partir do primeiro separador, um segundo separador para remoção de líquido condensado adicional, e um reaquecedor para aquecer o vapor frio a partir do segundo separador. O reaquecedor e o refrigerador do gás de entrada normalmente constituem um único trocador de calor. As correntes líquidas provenientes do primeiro e segundo separadores podem conter benzeno e componentes C5+ do gás de alimentação, juntamente com uma porção de hidrocarbonetos mais leves do gás de alimentação, que também condensaram. Estas correntes de líquido podem ser reaquecidas por troca de calor com o gás de entrada. Estas correntes de líquido podem também ser ainda separadas para concentrar os componentes com elevado ponto de congelamento a partir de componentes que podem ser encaminhados para a planta de LNG sem congelamento.
[004] A composição do gás de alimentação enviado para uma instalação LNG existente pode mudar ao longo do tempo. As plantas de recuperação de líquidos podem ser instaladas em gasodutos a montante da instalação LNG para a remoção de C5+ condensado para a alimentação a uma refinaria ou remoção de propano e butano para a demanda de aquecimento local ou matérias-primas de plantas de produtos químicos. Campos de gás adicionais podem vir on-line, ou a mistura de gases a partir de vários campos pode mudar. Uma variedade de condições pode conduzir para o gás de alimentação de instalações LNG conter uma maior concentração de benzeno.
[005] Nos casos em que um gás de alimentação a uma planta LNG existente muda para conter mais de benzeno do que estava previsto, a planta de remoção de hidrocarbonetos com elevado ponto de congelamento não será capaz de atender a remoção de benzeno necessária para evitar o congelamento na planta de liquefação. Além disso, locais específicos na planta de remoção de componente com elevado ponto congelamento podem congelar devido ao aumento em benzeno. A instalação LNG pode ter que reduzir a produção por não aceitar uma fonte de gás com maior concentração de benzeno, ou cessar a produção por completo se a concentração de benzeno não puder ser reduzida. Seria útil desenvolver um processo e um sistema que supere estes problemas.
SUMÁRIO
[006] Uma primeira modalidade aqui descrita compreende um processo para a remoção de hidrocarbonetos com elevado ponto de congelamento, incluindo compostos de benzeno, a partir de uma corrente de gás de alimentação misturada. O processo compreende o resfriamento da corrente de gás de alimentação misturada num primeiro trocador de calor para condensar pelo menos uma porção dos componentes C3, C4 e C5 e hidrocarbonetos com elevado ponto de congelamento, a separação dos componentes C3, C4, C5 condensados e hidrocarbonetos com elevado ponto de congelamento num primeiro separador para formar uma primeira corrente de líquido e uma primeira corrente de gás, o resfriamento da primeira corrente de gás em um segundo trocador de calor para condensar pelo menos uma porção da primeira corrente de gás, e separação da porção condensada da primeira corrente de gás em um segundo separador para formar uma segunda corrente de gás rico em metano como uma corrente de topo e uma segunda corrente de líquido. A primeira e segunda corrente de líquido são então alimentadas a uma primeira fracionador, e o gás metano é removido numa corrente de topo e uma terceira corrente de líquido é removida como uma corrente de fundo. O processo compreende ainda a remoção de uma corrente de gás de produto rico em metano a jusante a partir do topo do segundo separador, fracionamento da terceira corrente de líquido numa sequência de fracionamentos para obter uma corrente de reciclo compreendendo pelo menos um de C3 e componentes e componentes C4, e uma corrente de hidrocarboneto com elevado ponto de congelamento, e alimentação da corrente de reciclo compreendendo pelo menos um dos componentes C3 e componentes C4 para o processo em um local a montante do primeiro fracionador para baixar o ponto de congelamento da corrente no local onde a corrente de reciclo é introduzida.
[007] Outra modalidade é um processo para a remoção de hidrocarbonetos com elevado ponto de congelamento, incluindo compostos de benzeno, a partir de uma corrente de gás de alimentação misturada, compreendendo o resfriamento da corrente de gás de alimentação misturada num primeiro trocador de calor para condensar pelo menos uma porção dos componentes C3, C4 e C5 e hidrocarbonetos com elevado ponto de congelamento, separação dos componentes C3, C4, C5 condensados e hidrocarbonetos com elevado ponto de congelamento num primeiro separador para formar uma primeira corrente de líquido e uma primeira corrente de gás, resfriamento da primeira corrente de gás em um segundo trocador de calor para condensar pelo menos uma porção da primeira corrente de gás, e separação da porção condensada da primeira corrente de gás em um segundo separador para formar uma segunda corrente de gás rico em metano como uma corrente de topo e uma segunda corrente de líquido. O processo inclui também a alimentação da primeira e segunda corrente de líquido para um primeiro fracionador, e remoção do gás metano numa corrente de topo e remover uma terceira corrente de líquido como uma corrente de fundo, remoção de uma corrente de gás de produto rico em metano a jusante a partir do topo do segundo separador, fracionamento da terceira corrente de líquido numa sequência de fracionamentos para obter correntes de produto hidrocarboneto, e alimentação de uma corrente de solvente compreendendo pelo menos um dos componentes C3 e componentes C4 para o processo em um local a montante do primeiro fracionador para baixar o ponto de congelamento da corrente no local onde a corrente de solvente é introduzida, permitindo, assim, que temperaturas de processo mais baixas sejam utilizadas.
[008] Outra modalidade é um sistema para pré-tratamento de uma corrente de gás de alimentação misturada contendo componentes de metano e benzeno para remover os componentes de benzeno, o sistema compreendendo um primeiro trocador de calor para condensar parcialmente o gás de alimentação misturada, um primeiro separador configurado para separar o gás de alimentação misturada para formar uma primeira corrente de hidrocarboneto líquido contendo componentes C3+ a partir de uma primeira corrente de gás contendo metano, um segundo trocador de calor configurado para condensar pelo menos parcialmente a primeira corrente de gás rico em metano, um segundo separador configurado para separar uma segunda corrente de gás contendo metano a partir de uma segunda corrente de hidrocarboneto líquido, um fracionador configurado para remover o metano a partir da primeira corrente de hidrocarboneto líquido e a segunda corrente de hidrocarboneto líquido, e uma entrada de solvente configurada para alimentar uma corrente de solvente compreendendo pelo menos um dos componentes C3 e componentes C4 para o sistema. A entrada do solvente está posicionada a montante do primeiro ou segundo separador, ou a jusante do segundo separador e a montante do fracionador.
[009] Ainda outra modalidade é um processo para a remoção de hidrocarbonetos com elevado ponto de congelamento, incluindo compostos de benzeno, a partir de uma corrente de gás de alimentação misturada, compreendendo o resfriamento da corrente de gás de alimentação misturada num primeiro trocador de calor para condensar pelo menos uma porção dos componentes C3, C4 e C5 e hidrocarbonetos com elevado ponto de congelamento, separação dos componentes C3, C4, C5 condensados e hidrocarbonetos com elevado ponto de congelamento num primeiro separador para formar uma primeira corrente de líquido e uma primeira corrente de gás, condensação parcial da primeira corrente de gás por resfriamento da primeira corrente de gás em um segundo trocador de calor ou redução da pressão da primeira corrente de gás, e separação da porção condensada da primeira corrente de gás em um segundo separador para formar uma segunda corrente de gás rico em metano e uma segunda corrente de líquido. O processo também inclui a remoção de uma corrente de gás de produto rico em metano a jusante a partir do topo do segundo separador, alimentação da primeira corrente de líquido para uma sequência de fracionamentos e fracionamento da primeira corrente de líquido para obter correntes de produto de hidrocarboneto e uma corrente de hidrocarboneto com elevado ponto de congelamento compreendendo componentes de benzeno, e retirada de pelo menos uma porção da segunda corrente de líquido, aumento da pressão da porção retirada, e reciclagem de pelo menos uma parte da porção retirada e comprimida para o processo em um local a montante de, ou no primeiro separador para evitar congelamento de correntes do processo e componentes do processo.
[0010] Outra modalidade é um sistema para pré-tratamento de uma corrente de gás de alimentação misturada contendo componentes de metano e benzeno para remover os componentes de benzeno, o sistema compreendendo um primeiro trocador de calor para resfriar e condensar parcialmente o gás de alimentação misturada, um primeiro separador configurado para separar o gás de alimentação misturada resfriado e parcialmente condensado para formar uma primeira corrente de hidrocarboneto líquido contendo componentes C3+ e uma primeira corrente de gás contendo metano, um expansor configurado para expandir e parcialmente condensar a primeira corrente de gás contendo metano, um segundo separador configurado para separar a primeira corrente de gás contendo metano para formar uma segunda corrente de gás contendo metano e uma segunda corrente de hidrocarboneto líquido, um dispositivo de aumento de pressão configurado para aumentar a pressão de pelo menos uma da primeira corrente de hidrocarboneto líquido e a segunda corrente de hidrocarboneto líquido, e uma entrada de reciclagem configurada para alimentar a poção reciclada de pelo menos uma da primeira corrente de hidrocarboneto líquido e a segunda corrente de hidrocarboneto líquido de volta para o sistema em um local a montante de, ou no primeiro separador.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
[0011] A Fig. 1 ilustra esquematicamente um sistema e um processo para a extração de hidrocarbonetos com elevado ponto de congelamento de uma corrente de gás de hidrocarboneto misturada de acordo com uma primeira modalidade.
[0012] A Fig. 2 ilustra esquematicamente um sistema e um processo para o fracionamento de uma corrente de hidrocarboneto misturada obtida do processo mostrado na Fig. 1.
[0013] A Fig. 3 ilustra esquematicamente uma segunda modalidade de um sistema e processo para a extração de hidrocarbonetos com elevado ponto de congelamento de uma corrente de gás.
[0014] A Fig. 4 ilustra esquematicamente um sistema e um processo para a extração de hidrocarbonetos com elevado ponto de congelamento de uma corrente de gás de acordo com uma terceira modalidade.
DESCRIÇÃO DETALHADA
[0015] Novos processos criogênicos são aqui descritos para extrair componentes de congelamento (hidrocarbonetos pesados, incluindo, entre outros, benzeno, tolueno, etilbenzeno e xileno (BTEX)) a partir de uma corrente de gás natural pré-tratada antes da liquefação.
[0016] O gás de alimentação bruto é primeiro tratado para remover componentes de congelamento como CO2, água e hidrocarbonetos pesados antes da liquefação. A remoção de CO2 e de água é conseguida por vários processos disponíveis comercialmente. No entanto, a remoção dos componentes de hidrocarbonetos de congelamento por processo criogênico depende do tipo e da quantidade dos componentes a serem removidos. Para gases de alimentação que são baixos em componentes como C2, C3, C4s, mas contêm hidrocarbonetos que vão congelar durante a liquefação, a separação dos componentes de congelamento é mais difícil.
[0017] A Tabela 3 abaixo mostra uma composição de gás típica que poderia ser usada para a liquefação. O gás é muito pobre, mas tem uma quantidade significativa de componentes de congelamento pesados. A separação dos componentes de congelamento é difícil porque durante o processo de resfriamento, não há uma quantidade suficiente de C2, C3 e C4 na corrente de líquido para diluir a concentração dos componentes de congelamento e para manter os mesmos sem congelar. Este problema é grandemente amplificado durante o início do processo quando os primeiros componentes condensam a partir do gás são produtos finais pesados, sem a presença de quaisquer componentes C2 a C4. De modo a ultrapassar este problema, os processos e sistemas foram desenvolvidos para eliminar os problemas de congelamento durante o início e operação normal.
DEFINIÇÕES:
[0018] Tal como aqui utilizado, o termo "hidrocarbonetos com elevado ponto de congelamento" se refere ao benzeno, tolueno, etilbenzeno, xileno, e outros compostos, incluindo a maioria dos hidrocarbonetos com pelo menos seis átomos de carbono. Tal como aqui utilizado, o termo "compostos de benzeno" se refere ao benzeno, e também ao tolueno, etilbenzeno, xileno, e/ou outros compostos de benzeno substituído. Tal como aqui utilizado, o termo "corrente de gás rico em metano" significa uma corrente de gás com mais do que 50% em volume de metano. Tal como aqui utilizado, o termo "dispositivo de aumento de pressão" se refere a um componente que aumenta a pressão de uma corrente de gás ou líquido, incluindo um compressor e/ou uma bomba. A Tabela 1 abaixo mostra o ponto de congelamento de hidrocarbonetos escolhidos. TABELA 1
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(Os dados das propriedades físicas da Tabela 2 são de Gas Processors Suppliers Association Engineering Data Book)
[0019] Com referência à Tabela 1, benzeno tem um ponto de ebulição e pressão de vapor semelhante ao n-hexano e n-heptano. No entanto, o ponto de congelamento do benzeno é cerca de 175°F mais alto. N-octano, P-xileno e O-xileno, entre outros, também têm propriedades físicas que levam ao congelamento a temperaturas superiores, onde outros componentes comuns de gás natural não condensariam substancialmente como líquido.
[0020] Em modalidades, os processos descritos aqui normalmente possuem correntes de alimentação de hidrocarbonetos misturadas com um teor de hidrocarboneto com elevado ponto de congelamento na faixa de 100 a 20.000 ppm molar, ou 10 a 500 ppm molar, um teor de metano na faixa de 80 a 98% molar, ou 90 a 98% molar. A corrente de produto rico em metano tem um teor de hidrocarboneto com elevado ponto de congelamento na faixa de 0 a 500 ppm molar C5+, ou 0 a 1 ppm benzeno molar, um teor de metano na faixa de 85 a 98% molar, ou 95 a 98% molar.
[0021] Em modalidades, os processos aqui descritos utilizam tipicamente temperaturas e pressões na faixa de 10 a -50 F e 400 a 1000 psia no primeiro separador, e de -10 a -150 F e 400 a 1000 psia no segundo separador. Se um terceiro separador for utilizado, as temperaturas e as pressões são tipicamente na faixa de -50 a -170 F e 300 a 700 psia.
[0022] Uma especificação típica para o gás de entrada a uma planta de liquefação é <1 ppm molar benzeno e <500 ppm molar pentano e componentes mais pesados.
PRIMEIRA MODALIDADE
[0023] Com referência primeiro à Figura 1, um processo de recuperação de C2+ parcial é mostrado. O processo utiliza trocadores de calor e separadores de fase para remover os componentes do gás de alimentação misturada que não irão fazer parte do produto de gás natural. Inicialmente, a curva de resfriamento do gás de alimentação pode ser analisada para determinar o ponto de congelamento da mistura. Um solvente de não congelamento como propano ou butano é então adicionado numa quantidade suficiente para manter os componentes de congelamento pesados na fase líquida. O líquido produzido durante a separação do produto de gás natural é enviado a uma coluna de demetanação. A injeção de solvente pode ser realizada em uma ou mais localizações na sequência de resfriamentos, opcionalmente utilizando diferentes quantidades de solvente dependendo da composição do gás de alimentação e o local em que a corrente de reciclo é introduzida.
[0024] O processo que inclui o envio do líquido a partir dos separadores para o Desmetanizador (por pré-aquecimento) envolve quedas de pressão através de válvulas de controle. Estas reduções na pressão podem levar a condições de evaporação, resfriamento, e, possivelmente de congelamento dentro das linhas processo. Para evitar o congelamento, o solvente pode ser adicionado imediatamente a montante da válvula de controle, ou em outro local adequado. O congelamento de hidrocarbonetos também pode ser prevenido por pré-aquecimento do líquido do separador antes de a pressão diminuir. A seleção da adição do solvente e/ou o nível de pré-aquecimento irá depender da quantidade e tipo de componente de congelamento.
[0025] A torre de Desmetanizador remove metano e componentes mais leves no topo, e recupera uma porção dos componentes C2 + no fundo. A corrente de C2+ a partir do fundo da torre é enviada para uma sequência de fracionamentos em que os componentes C2, C3, C4 e C5+ são separados. Uma parte das correntes de C3 e/ou C4 é reciclada de volta para a planta criogênica para proteção de congelamento. A Figura 2 mostra uma modalidade de uma sequência de fracionamentos que inclui torres de desetanizador, depropanizador, e debutanizador. Um, dois ou três solventes diferentes podem ser reciclados para o sistema de purificação de gás, desde que o solvente seja substancialmente livre de componentes de congelamento. Em modalidades, o solvente compreende componentes C3 e C4. Em alguns casos, os componentes C2 são utilizados ou também incluídos em uma corrente de reciclo de solvente de hidrocarboneto misto.
[0026] Uma vantagem adicional do processo aqui descrito é que o solvente usado para evitar o congelamento, como o propano ou o butano, pode ser recuperado a partir do gás de alimentação. O processo pode ser operado de tal forma que todo o solvente adicionado seja recuperado e neste caso não é necessária qualquer composição externa contínua. Se a planta é necessária para recuperar C2, C3 ou C4 adicionais que estão presentes na alimentação, o processo pode ser executado sob condições que são adequadas para produzir produtos C2, C3 e/ou C4 comercializáveis.
[0027] A Tabela 2 mostra dois conjuntos de dados em pontos selecionados no processo em que pode ocorrer o congelamento. O conjunto de dados denominado "Com Solvente" mostra injeção de solvente propano, e uma abordagem de 10 graus C ao ponto de congelamento. O conjunto de dados denominado "Sem Solvente" é o mesmo processo, mas sem injeção de solvente propano. Este conjunto de dados mostra -23 graus C para congelar, tornando o processo impraticável. A Tabela 3 fornece um balanço dos materiais para um funcionamento normal que mostra alimentação e produtos do processo.
[0028] Durante a partida do sistema mostrado na Fig. 1, a corrente de gás de produto ainda contém benzeno e componentes mais pesados, e precisa ser queimada, uma vez que não atende às especificações de alimentação de liquefação. No entanto, em vez da queima total do gás de produto até que esteja na especificação, uma parte do gás de produto durante o início pode ser reciclada de volta para a extremidade dianteira do processo de liquefação, reduzindo assim a queima. Além disso, o gás de reciclagem é inferior nos componentes de congelamento do que a alimentação, e tende a diluir a alimentação para a planta criogénica ajudando desse modo a proteger contra o congelamento durante o processo de resfriamento. A reciclagem também acelera o resfriamento inicial da usina uma vez que mais gás vai passar através dos dispositivos de redução de pressão da planta. O produto de gás é também referido como gás de resíduo nas Tabelas.
[0029] A Tabela 4 mostra as condições durante o início com reciclagem de gás de resíduo e injeção de solvente. As etapas são indicadas para um início normal e são listadas abaixo: 1. Começar Resfriando o Gás de Entrada, líquido começa a formar nos separadores. Expansor desviado, gás através da válvula JT. Desmetanizador suspenso queimado. 2. Reciclagem de resíduos iniciada 3. Propano fresco adicionado. Reciclagem de resíduos aumentou. 4. Continuar a resfriar a planta. 5. Expansor ligado. 6. Desmetanizador suspenso para resíduo. Sequência de fracionamentos ligado. Depropanizador suspenso reciclado de volta para a entrada, começar a diminuir propano fresco. 7. Continuar o resfriamento da planta, diminuindo propano fresco. 8. Continuar o resfriamento da planta, diminuindo propano fresco. 9. Toda a injeção de solvente da sequência de fracionamentos. 10. Diminuir a reciclagem de resíduos. 11. Nenhuma reciclagem de resíduos. Diminuir a quantidade de solvente.
[0030] Durante as fases iniciais, propano fresco do armazenamento é utilizado para evitar o congelamento. No entanto, uma vez que o propano está sendo produzido no sistema, a injeção de propano fresco de armazenamento é desacelerada. A Tabela 4 também mostra que durante a etapa 2 a reciclagem de resíduo é iniciada, e continua até a etapa 10.
[0031] A Tabela 5 mostra as condições durante o início sem reciclagem de gás de resíduo ou injeção de solvente. A tabela mostra que a partir da etapa 4 o congelamento ocorre, e o início não é possível para este processo. TABELA 2. Supressão de Congelamento
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Nota: As condições de temperatura e pressão dos líquidos do separador acima referidas são a jusante das respectivas válvulas de controle de nível, TABELA 3 – Balanço Material de Alimentação e Produto
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TABELA 4 - Partida com solvente
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TABELA 5 - Partida sem solvente
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[0032] O exemplo mostrado nas Figs. 1-2 é para um processo para recuperação de C2+. O esquema de injeção de solvente e reciclagem do resíduo pode ser implementado em conjunto com outros esquemas de recuperação de C2+. O processo também pode ser aplicado para um processo de recuperação de C4+ ou C3+. A configuração da planta e a quantidade de componentes C2+, C3+ e C4+ varia conforme requerido para cada aplicação.
[0033] Em temperatura mais baixa, a concentração do componente de congelamento deve ser inferior para evitar o congelamento. O uso de vários pontos de separação de líquidos resulta em menos solvente sendo necessário. A utilização de múltiplos pontos de separação também reduz a energia de resfriamento total necessária para remover os componentes com elevado ponto de congelamento. Além disso, a utilização de vários pontos de separação reduz ou elimina os pontos de aperto nas curvas de aquecimento/resfriamento dos trocadores de calor reduzindo a condensação do líquido total.
[0034] O uso de um solvente que é mais volátil do que todos os componentes de congelamento sendo removidos permite a separação completa do solvente para reutilização sem a possibilidade de contaminação com componentes de congelamento. Além disso, o uso de um solvente que é mais volátil do que os componentes de congelamento permite que uma parte do solvente se liquefaça em mais do que um dos pontos de separação sequenciais.
[0035] Em modalidades, o solvente compreende hidrocarbonetos C3 e/ou C4, como propano e butano. A utilização de solventes propano e/ou butano fornece solvente líquido dentro do processo com um baixo calor de condensação por mol, minimizando a taxa e a deflexão da curva de resfriamento do trocador de calor de condensação do solvente.
[0036] É importante que uma quantidade adequada dos componentes de solvente esteja presente como líquido ou na antes da condensação e congelamento potencial dos componentes de congelamento em cada etapa da presente invenção, onde a corrente é resfriada, incluindo os trocadores de calor e dispositivos de queda de pressão. É também importante que o solvente esteja presente como um líquido em quantidades adequadas em cada ponto ao longo do processo de resfriamento para evitar o congelamento.
[0037] A composição da corrente, temperatura e pressão juntamente com algoritmos de ponto de congelamento podem ser utilizados para predizer as condições de congelamento, e podem ser utilizados para o controle da taxa de injeção de solvente e localização durante o início e operação de estado estacionário. As condições de operação que indicam a possibilidade de congelamento incluindo quedas de pressão maiores do que as normais e troca de calor menor do que a normal, podem ser monitoradas e utilizadas como retroalimentação para controle da taxa de injeção de solvente e localização.
[0038] A aplicação das modalidades aqui descritas para a remoção de componentes com elevado ponto de congelamento a montante de uma instalação de liquefação de gás requer que todos os componentes que poderiam congelar na planta de liquefação sejam removidos. Em alguns casos, pentano e os componentes mais pesados não seriam úteis como solvente, uma vez que existem limites estritos sobre quantidade destes componentes que entram na planta de liquefação.
[0039] A utilização do processo mostrado nas Figs. 1-2 a montante de uma instalação de liquefação de gás proporciona o benefício de que a recuperação de componentes de solventes em uma sequência de fracionamentos também irá fornecer componentes para os refrigerantes mistos comumente utilizados na instalação de liquefação. O uso de componentes de solvente que estão normalmente disponíveis no gás de alimentação, e também são permitidos no processo a jusante, é um recurso adicional e benefício de certas modalidades aqui descritas.
[0040] A adição do solvente aumenta a densidade da fase líquida, potencializando a separação do líquido, incluindo componentes de congelamento contidos, a partir do vapor. A adição do solvente aumenta a tensão de superfície do líquido, potencializando ainda mais a separação e a recuperação do líquido. A adição do solvente permite a condensação e a recuperação dos componentes de congelamento em temperatura mais alta, onde as propriedades físicas relativas do vapor e líquido são mais favoráveis para a separação.
[0041] A diluição dos componentes de congelamento no solvente reduz o volume de líquido de componente de congelamento transportado em quaisquer gotas que não são recuperadas na fase líquida em recipientes de separação, reduzindo o efeito negativo do arrastamento das gotículas.
[0042] Por vezes, pode ser necessário desenhar e operar uma planta para remoção de BTEX e C5 + para evitar o congelamento, em que a composição de alimentação pode variar de muito pobre para muito rica em componentes C3+, com uma ou mais composições de gás média diferentes. A reciclagem dos componentes do solvente pode ser necessária para evitar o congelamento quando o gás de alimentação é pobre em hidrocarbonetos C3+. A reciclagem pode não ser necessária no caso de gás de alimentação rico em C3+. O caso rico em C3 e/ou C4 pode exigir o equipamento maior devido a maior recuperação de líquidos. Separadores e torres serão maiores quando se destinam a acomodar um caso de gás rico (ver abaixo). O caso de carga alta pode definir os tamanhos mínimos para o equipamento da planta, e estes tamanhos podem ser maiores que são necessários para o caso de gás pobre.
[0043] Para ter todos os equipamentos operando bem, é desejável ter todos os equipamentos operando a um ponto de operação de projeto razoável para garantir o desempenho adequado. A reciclagem de líquidos para evitar o congelamento em casos de gás pobre tem o efeito secundário de aumentar a carga do equipamento, possivelmente para a mesma carga do caso do gás rico em C3+. Este resultado inesperado de evitar o congelamento tem um efeito positivo sobre o desempenho da planta. A reciclagem pode ser utilizada para evitar o congelamento, e ao mesmo tempo para equilibrar as cargas de equipamento para diferentes casos de gás de alimentação. A reciclagem de correntes de propano e butano pode permitir que a composição de gás de alimentação se aproxime de ser inalterada; não apenas evitando o congelamento, mas surpreendentemente resultando em um gás de alimentação muito semelhante às condições de funcionamento e cargas quase idênticas para todos os equipamentos.
[0044] Tipicamente, as condições de operação da planta são ajustadas para alcançar os resultados desejados com diferentes gases de alimentação. Com as modalidades aqui descritas, a utilização de reciclagem para evitar o congelamento também resulta em uma operação significativamente simplificada. Quando o gás de alimentação muda, a taxa de reciclagem pode ser alterada, e todas as outras condições operacionais não exigem um ajuste significativo, tornando a operação de mudança de composições de alimentação muito mais fácil. Esse cenário requer apenas um item a ser alterado, em vez de vários itens.
[0045] Um novo projeto de planta para remoção de hidrocarboneto pesado e BTEX a partir do gás natural muito pobre antes da liquefação inclui geralmente pelo menos dois recipientes de separação, pelo menos um trocador de calor, pelo menos um dispositivo de redução de pressão, e pontos de injeção de solvente a montante de dois ou mais destes pedaços de equipamento. O propano e o butano são prontamente disponíveis, podem ser transportados e armazenados em tanques em um local de instalação, e podem ser transferidos para a instalação de planta para início do uso após uma sequência de adição de componentes de solventes à medida que o gás de alimentação é introduzido na planta para que a pressão aumenta para a pressão operacional. Uma porção do gás pode ser recirculada através da planta sem queima usando o compressor, resfriamento da planta utilizando o dispositivo de queda de pressão, adição de componentes de solvente até o solvente ter estabelecido todos os níveis de líquidos necessários para o funcionamento normal, e resfriamento do processo para temperaturas de funcionamento normal. Com este sistema, há pouco ou nenhum atraso, resíduos, ou emissão de queima durante o início. A utilização de solventes disponíveis a partir do gás de entrada, e que também estão disponíveis para compra, permite este método de início de baixo nível de emissão, e também permite recarga de armazenamento no local de solvente para quaisquer necessidades futuras.
[0046] Uma modalidade ilustrativa é mostrada em detalhe na Fig. 1. A Corrente de Gás de Alimentação 2, tipicamente gás natural de grau de gasoduto, torna-se parte da Corrente 3 e é passada através de um Trocador de Calor de Entrada 4, resfriando e liquefazendo pelo menos uma porção do Gás de Alimentação para formar um Gás de Alimentação Resfriado 6. O Gás de Alimentação Resfriado 6 é enviado para um Separador quente 8 em que líquidos de hidrocarbonetos pesados (ou seja, hidrocarbonetos C2+) são separados dos componentes dos gases mais leves, principalmente metano e outros gases não condensáveis, como nitrogênio, dióxido de carbono, hélio e semelhantes que podem estar no Gás de Alimentação. A Corrente de Gás Suspensa do Separador quente 10, composta de hidrocarbonetos ricos em metano mais quaisquer hidrocarbonetos pesados não condensados residuais resultantes do Separador quente 8, é subsequentemente passada através de um Gás Criogênico/Trocador de Calor 18 e depois resfriado para formar a Alimentação de Separador Frio 20 para o Separador Frio 22. A Corrente de Fundo de Separador quente 12 que compreende os líquidos de hidrocarbonetos pesados condensados, é retirada do fundo do Separador quente 8 e passada através da Válvula de Controle de Corrente de Fundo de Separador quente 14 e é, em seguida designada como corrente 15. A Corrente 15 é combinada com outras correntes para formar a corrente de Hidrocarbonetos Pobres em Metano Combinados 16.
[0047] De volta ao Separador Frio 22, os hidrocarbonetos condensáveis na Alimentação de Separador Frio 20 são separados a partir de uma fase gasosa rica em metano no Separador Frio 22. A fase gasosa rica em metano é retirada do Separador Frio 22 como a Corrente Suspensa de Separador Frio 24. Os hidrocarbonetos condensáveis são removidos do Separador Frio 22 para formar ao Corrente de Fundo de Separador Frio 26 que é passada através do Aquecedor de Corrente de Fundo de Separador Frio 28 e posteriormente a Válvula de Controle de Corrente de Fundo de Separador Frio 30. Depois de passar pela Válvula de Controle de Corrente de Fundo de Separador Frio 30, a pressão reduzida da Corrente de Fundo de Separador Frio 31 é utilizada no Gás Criogênico/Trocador de Calor de Gás 18 como o meio de resfriamento, absorvendo o calor na Corrente Suspensa de Separador quente 10. Isto forma uma Corrente Pobre em Metano 32 de hidrocarbonetos que é combinada com a Corrente de Fundo de Separador quente 12 para formar os Hidrocarbonetos Pobres em Metano Combinados 16.
[0048] A Corrente Suspensa de Separador Frio 24 é encaminhada para um Expansor/Compressor 34 e é simultaneamente expandida e resfriada para formar uma Corrente de Hidrocarboneto Rica em Metano Expandida e Resfriada 36. A Corrente de Hidrocarboneto Rica em Metano Expandida e Resfriada 36 é dirigida para o Separador de Expansão 38 onde algum gás não condensado rico em metano é separado de quaisquer hidrocarbonetos condensáveis restantes para formar a Corrente Suspensa de Separador de Expansão 40. Os hidrocarbonetos condensáveis no Separador de Expansão são retirados como Corrente de Fundo de Separador de Expansão 42, que é passada através da Válvula de Controle de Corrente de Fundo de Separador de Expansão 44 saindo da válvula de controle como Corrente de Fundo de Separador de Expansão de Baixa Pressão 45. A Corrente 45 é combinada com Corrente de Fundo de Separador Frio 31 de baixa pressão após a Corrente de Fundo de Separador Frio 31 passar através da Válvula de Controle de Corrente de Fundo de Separador Frio 30, mas antes de entrar no Trocador de Gás Criogênico/Aquecimento de Gás 18.
[0049] A Corrente Suspensa de Separador de Expansão 40, é passada através do Condensador de Refluxo Desmetanizador 46 como um meio de resfriamento, absorvendo assim o calor no Gás Suspenso Desmetanizador Comprimido 74. A Corrente de Hidrocarboneto Rico em Metano 48 resultante permanece muito fria e assim é enviada para o Trocador de Gás Criogênico/Aquecimento de Gás 18 e o Trocador de Calor de Entrada 4 como o meio de resfriamento, assim absorvendo o calor nas respectivas alimentações. Após sair do Trocador de Calor de Entrada 4, a Corrente de Hidrocarboneto Rica em Metano 48 é comprimida em uma primeira fase pelo Expansor / Compressor 34 e então em uma segunda fase no Compressor de Gás de Resíduo 50 antes de ser resfriada por um Resfriador de Ar 52 para formar um Gás de Alimentação Rico em Metano 54 para uma Planta LNG. Uma Alça de Reciclagem de Metano 56 de corrente lateral e Válvula de Controle de Alça de Reciclagem de Metano 58 podem ser incluídas para permitir a reciclagem de uma porção do Gás de Alimentação Rico em Metano para uma Planta LNG 54 de volta para a corrente de Gás de Alimentação 2. A finalidade dessa reciclagem foi descrita acima e será explicada mais detalhadamente abaixo.
[0050] A Corrente de Hidrocarboneto Pobre em Metano Combinada 16 é enviada para uma coluna de Desmetanizador 60 e é submetida a um fracionamento adicional e remoção de qualquer metano residual. Qualquer metano residual é removido como a Corrente Suspensa de Desmetanizador 62 e quaisquer hidrocarbonetos condensáveis de uma fração pobre em metano são removidos como a Corrente de Fundo de Desmetanizador 64. Uma primeira porção da Corrente de Fundo de Desmetanizador 64 é passada através de um Refervedor de Desmetanizador 66 e retornada para o Desmetanizador como a Alimentação de Refervedor Desmetanizador 68. No entanto, uma segunda porção da Corrente de Fundo de Desmetanizador 64 é utilizada para formar uma Corrente de Hidrocarboneto C2+ 70. A Corrente Suspensa de Desmetanizador 62 é recomprimida no Compressor de Gás Suspenso de Desmetanizador 72 para formar a Corrente de Gás Suspensa de Desmetanizador Comprimida 74 que é posteriormente resfriada no Condensador de Refluxo de Desmetanizador 46. O Gás Suspenso de Desmetanizador Resfriado 76 é passado pelo Acumulador de Refluxo de Desmetanizador 78 em que quaisquer porções liquefeitas são removidas como uma Corrente de Fundo de Acumulador de Refluxo de Desmetanizador 80 e enviada como uma corrente de refluxo de volta para o Desmetanizador 60. As porções gasosas da Corrente Suspensa de Desmetanizador Resfriada 76 são tomadas do Acumulador de Refluxo de Desmetanizador 78 como a Corrente Suspensa de Acumulador de Refluxo de Desmetanizador 82, e enviada para o Condensador de Refluxo de Desmetanizador 46 onde a Corrente Suspensa de Acumulador de Refluxo de Desmetanizador 82 é ainda resfriada após o qual a Corrente Suspensa de Acumulador de Refluxo de Desmetanizador 82 é enviada para o Separador de Expansão 38 como gás metano de alta pureza.
[0051] Ao iniciar o processo acima, o Gás de Alimentação 2, pode ser pobre em hidrocarbonetos médios, hidrocarbonetos C3, C4 e C5, mas ter uma concentração significativa de hidrocarbonetos mais pesados como hidrocarbonetos C6+, como ciclo-hexano, benzeno, tolueno e semelhantes. Tais hidrocarbonetos pesados condensáveis, especialmente benzeno apresentam a um operador um desafio muito sério. Isto é, as condições de frio da planta são de tal modo que esses hidrocarbonetos pesados podem congelar e formar hidrocarbonetos sólidos que dificultam e / ou bloqueiam a passagem do gás de alimentação dentro da planta. Sob tais circunstâncias, num processo convencional, um operador tem de parar as operações e lentamente permitir que a planta se aqueça, assim, permitindo a fusão dos hidrocarbonetos sólidos e a remoção do bloqueio. Isso resulta em tempo dispendioso, improdutivo e despesa em ter de resfriar novamente a planta para as temperaturas necessárias para processar o gás de alimentação. Este risco para o funcionamento da planta não está apenas presente durante o início, mas também está presente durante as operações em curso quando a composição do gás de alimentação muda. Isto é, se o gás de alimentação tem um aumento repentino no teor de hidrocarbonetos pesados, especialmente o benzeno, por apenas alguns centésimos de um por cento, a alteração pode resultar na acumulação de hidrocarbonetos sólidos congelados e bloqueio do Trocador de Entrada 4, o Separador quente 8 e o Trocador de Gás Criogênico/Aquecimento de Gás 18.
[0052] Para resolver este problema, foi inesperadamente constatado que a injeção de um gás propano C3, butano C4 ou misturas dos mesmos para o Gás de Alimentação de outra forma pobre reduz significativamente e praticamente elimina a formação de hidrocarbonetos pesados congelados. Acredita-se que o propano C3, butano C4 ou misturas dos mesmos servem como um "solvente" in situ ou "anticongelante" contra a formação de hidrocarbonetos pesados sólidos. Conforme mostrado na Fig. 1, o propano C3, butano C4 ou misturas dos mesmos "anticongelantes" pode ser injetado no gás de alimentação na corrente 84 num ponto antes da introdução do Gás de Alimentação 2 para o Trocador de Aquecimento de Entrada 4 em correntes 86 e/ou 87. Em modalidades, pode ser vantajoso injetar o propano C3, butano C4 ou misturas dos mesmos "anticongelantes" para dentro da Corrente Suspensa de Separador quente 10 antes do Trocador de Gás Criogênico/Aquecimento de Gás 18. Não desejando ser limitado, no entanto, a injeção ou a utilização do propano C3, butano C4 ou misturas dos mesmos "anticongelantes" podem ser injetados num certo número de outros lugares que podem ser submetidos ao congelamento de hidrocarboneto pesado, por exemplo, antes do Separador Frio 22 para impedir o bloqueio do Separador Frio, como parte da Corrente de Fundo de Separador Frio 26 ou a Corrente de Fundo de Separador de Expansão 42, antes do Trocador de Gás Criogênico/Aquecimento de Gás para impedir o bloqueio do fluxo, ou mesmo para a Corrente de Hidrocarbonetos Pobres em Metano Combinadas 16 para impedir o congelamento e bloqueio dessa linha.
[0053] Também foi inesperadamente constatado que a injeção de um gás propano C3, butano C4 ou misturas dos mesmos para o Gás de Alimentação e outros locais como referido acima reduz significativamente o tempo necessário para iniciar a planta. O tempo que leva para o operador ocupar um processo de resfriamento da planta sistemático e sequencial pode ser significativamente reduzido como resultado da injeção de propano C3, butano C4 ou misturas dos mesmos ajudando a resfriar a planta e evitar a formação de bloqueios causados por hidrocarbonetos pesados congelados no Gás de Alimentação Pobre de outra forma. Este tempo mais curto para a estabilidade operacional não só poupa o tempo do operador, mas também resulta em benefícios ambientais significativos. Devido ao fato de a planta ser resfriada mais rapidamente e com risco substancialmente reduzido de hidrocarbonetos pesados congelarem ou bloquearem, menos ventilação ou queima de gás metano fora de especificação é necessária. Isto é o gás de metano que não é adequado para utilização como uma alimentação para a planta LNG pode ser reciclado e reutilizado através da Alça de Reciclagem de Metano 56 sem preocupação de tornar o Gás de Alimentação ainda mais pobre em hidrocarbonetos de faixa média e ainda mais susceptível ao congelamento de hidrocarboneto pesado. A utilização da combinação da Alça de Reciclagem de Metano 56 e a injeção de propano C3, butano C4 ou misturas dos mesmos para o Gás de Alimentação e outros locais como mencionado acima permite que o operador consiga uma operação de estado estacionário para a planta e assim alimenta a planta LNG com uma alimentação dentro da especificação de maior qualidade da primeira abertura das válvulas de alimentação. É possível apreciar esses benefícios para a operação da planta LNG tendo alta qualidade, gás de alimentação rico em metano dentro da especificação desde o início da operação. Este benefício é ainda potencializado pelo fato de o presente processo utilizar gás natural de qualidade de gasoduto como a fonte de alimentação primária resultando em economias substanciais de custos para o operador.
[0054] Uma fonte para o propano C3, butano C4 ou misturas dos mesmos "anticongelantes" é armazenada ou propanos ou butanos comercialmente adquiridos. No entanto, vantagens consideráveis podem ser obtidas usando a corrente de hidrocarboneto C2+ 70 gerada no processo acima como a fonte para esse propano C3, butano C4 ou misturas dos mesmos. Assim, com referência à Figura 2, outra modalidade ilustrativa inclui a geração do propano C3, butano C4 ou misturas dos mesmos "anticongelantes" utilizando o esquema do processo ilustrado. A corrente de Hidrocarboneto C2+ 70 do Desmetanizador 60 (na Fig. 1) é enviada para a coluna de Desmetanizador 202. Dentro da coluna de Desmetanizador 202, o gás de hidrocarboneto C2 (geralmente referido aqui como um "gás de etano") é funcionalmente destilada da alimentação e removida como a Corrente Suspensa de Desetanizador 210. Os hidrocarbonetos condensáveis C3+ restantes são tomados do Desetanizador 202 como a Corrente de Fundo de Desetanizador 204. Uma primeira porção da Corrente de Fundo de Desetanizador 204 é enviada para o Refervedor de Desetanizador 206 e retornado para a Coluna de Desetanizador 202 como a Corrente de Refervedor de Desetanizador 208. Uma segunda porção da Fração de Fundo de Desetanizador 222 que é composta de Hidrocarbonetos C3+ é enviada para e serve como alimentação para o Depropanizador 224. De volta para a Corrente Suspensa de Desetanizador 210, essa corrente rica em etano é passada através de um Condensador de Desetanizador 212, resfriada e então para um Acumulador de Refluxo de Desetanizador 214. Dentro do Acumulador de Desetanizador 214, o etano de alta pureza liquefeito é removido como a Corrente de Fundo de Acumulador de Refluxo de Desetanizador 215 e é bombeada através da Bomba de Refluxo de Desetanizador 216 de volta para o Desetanizador 202 como a Corrente de Refluxo de Desetanizador 218. Uma porção da Corrente de Refluxo de Desetanizador pode ser removida como uma Corrente de Produto de Desetanizador de etano de alta pureza - Etano 220. Enquanto a remoção do componente Etano do propano C3, butano C4 ou mistura dos mesmos "anticongelantes" pode não ser necessária, a mesma fornecer ao operador a oportunidade de gerar uma corrente de Etano de alta pureza valiosa que pode ser vendida ou usada em outro ligar na refinaria ou planta.
[0055] Os Hidrocarbonetos C3+ 222 do Desetanizador 202 são enviados para uma coluna de Depropanizador 224. Dentro da coluna de Depropanizador 202, o gás de hidrocarboneto C3 (aqui geralmente referido como um propano) é fracionalmente destilado da alimentação e removido como a Corrente Suspensa de Depropanizador 232. Os hidrocarbonetos condensáveis C4+ restantes são tomados do Depropanizador 224 como a Corrente de Fundo de Depropanizador 226. Uma primeira porção da Corrente de Fundo de Depropanizador 226 é enviada para o Refervedor de Depropanizador 228 e retornada na coluna de Depropanizador 224 como a Corrente de Refervedor de Depropanizador 230. Uma segunda porção da Fração de Fundo de Depropanizador 246 que é composta de Hidrocarbonetos C4+ é enviada para e serve como alimentação para o Debutanizador 248. De volta à Corrente Suspensa de Depropanizador 232, essa corrente rica em propano é passada através de um Condensador de Depropanizador 234, resfriada e então para um Acumulador de Refluxo de Depropanizador 236. Dentro do Acumulador de Refluxo de Depropanizador 236, o propano de alta pureza liquefeito é removido como a Corrente de Fundo de Acumulador de Refluxo de Depropanizador 238 e é bombeada através da Bomba de Refluxo de Depropanizador 240 de volta ao Depropanizador 224 como a Corrente de Refluxo de Depropanizador 242. Uma porção da Corrente de Refluxo de Depropanizador pode ser removida como corrente de hidrocarboneto C3 de alta pureza como a Corrente de Produto de Depropanizador - Propano 244.
[0056] A corrente de hidrocarboneto C4+ 246 do Depropanizador 224 é enviada para uma coluna de Debutanizador 248. Dentro da coluna de Debutanizador 248, o gás de hidrocarboneto C4 (aqui geralmente referido como butano) é fracionalmente destilado da alimentação e removido como a Corrente Suspensa de Debutanizador 256. Os hidrocarbonetos condensáveis C5+ restantes são tomados do Debutanizador 248 como a Corrente de Fundo de Debutanizador 250. Uma porção da Corrente de Fundo de Debutanizador250 é enviada para o Refervedor de Debutanizador 252 e retornada para o Debutanizador 248 como a Corrente de Refervedor de Debutanizador 254. Uma segunda porção da Fração de Fundo de Debutanizador 250 que é composta de Hidrocarbonetos C5+ e outros componentes com elevado ponto de congelamento é enviada para e serve como alimentação para outras unidades na Planta ou refinaria como corrente de condensado de gás natural 270. De volta à Corrente Suspensa de Debutanizador 256, essa corrente rica em butano é passada através de um Condensador de Debutanizador 258, resfriada e então para um Acumulador de Refluxo de Debutanizador 260. Dentro do Acumulador de Refluxo de Debutanizador 260, o butano de alta pureza liquefeito é removido como a Corrente de Fundo de Acumulador de Refluxo de Debutanizador 262 e é bombeada através da Bomba de Refluxo de Debutanizador 264 de volta para o Debutanizador 248 como Corrente de refluxo de Debutanizador 266. Uma porção da Corrente de Refluxo de Debutanizador pode ser removida como corrente de hidrocarboneto C4 de alta pureza como a Corrente de Produto de Debutanizador - Butano 268.
[0057] A corrente de hidrocarboneto C3 de alta pureza a partir da Corrente de Produto de Depropanizador - Propano 244 e a corrente de hidrocarboneto C4 de alta pureza da Corrente de Produto de Debutanizador - Butano 268 podem ser usadas separadamente e/ou combinadas e utilizadas como o propano C3, butano C4 ou misturas dos mesmos "anticongelantes" mencionadas acima. Assim por tais operações, os materiais necessários para reduzir substancialmente o risco ou prevenir a formação de bloqueios de hidrocarboneto pesado congelado podem ser gerados durante o curso das operações em curso do processo de pré-tratamento de alimentação de LNG aqui descrito.
SEGUNDA MODALIDADE
[0058] A Figura 3 mostra outra modalidade de um processo de remoção do componente de congelamento que utiliza C3 e C4 recuperados no processo e separados em torres de seção de fracionamento para evitar o congelamento por reciclagem destes C3 e/ou C4 para pontos na planta para diluir a concentração de componentes de congelamento na porção líquida das correntes do processo. Os pontos no processo mais sujeitos a congelamento incluem pontos onde o líquido é autorrefrigerado pela queda de pressão através das válvulas de controle, e qualquer ponto durante o resfriamento em que a razão de congelamento para os componentes de não congelamento é alta na fase líquida, incluindo o ponto de formação de líquido incipiente quando uma corrente de vapor que deixa um separador é ainda mais resfriada.
[0059] O bloco de fracionamento na Figura 3 inclui torres de destilação padrão da indústria e tipicamente incluem pelo menos um desetanizador para remover o metano e etano a partir de líquidos recuperados, e um debutanizador para separar os componentes C3 e C4 de C5+, benzeno e outros componentes pesados que podem congelar no processo principal. Os componentes C3 e C4 recuperados podem ser totalmente reciclados para proteção contra a congelamento, ou podem, alternativamente, ser vendidos como um produto ou enviados para liquefação com a corrente de gás principal purificada.
[0060] A Figura 3 também ilustra uma modalidade em que a totalidade ou uma porção do líquido recuperado no Separador Frio é reciclado para introduzir um ou mais pontos a montante do Separador Frio, incluindo na corrente de gás de alimentação que entra no Trocador Morno. O equipamento mostrado em linhas pontilhadas é o equipamento adicional que compreende a segunda modalidade.
[0061] Tabela 6, Supressão de Congelamento, apresenta conjuntos de dados em pontos selecionados no processo em que pode ocorrer o congelamento. O conjunto de dados da "primeira modalidade" utiliza a reciclagem completa e injeção de fluxo de C3 e C4 de Fracionamento, e indica pontos de congelamento. O conjunto de dados da "Segunda Modalidade" inclui a reciclagem da Primeira Modalidade e também utiliza o processo da segunda modalidade. TABELA 6. Supressão de Congelamento
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(L)" indica porção de "Fase Líquida" da Corrente, "nota 1": Pontos de Congelamento no trocador quando parcialmente resfriados são detectados; os graus C de congelamento são o primeiro número, e o segundo é a temperatura à qual ocorre este congelamento. Números negativos indicam congelamento. Números positivos indicam os graus acima do ponto de congelamento, e no caso de trocadores, indica a abordagem mais próxima ao congelamento no trocador. TABELA 7. Balanços de Alimentação, Produto e Material de Reciclo
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Figure img0013
[0062] A Tabela 7 é um balanço de material geral mais correntes de reciclagem para a segunda modalidade. A Corrente da Primeira Modalidade 26 também é incluída para permitir uma comparação com a composição da corrente da Segunda Modalidade 208, que é uma porção do Líquido de Fundo de Separador Frio, a jusante da Bomba de Reciclagem de Separador Frio.
[0063] A Tabela 8 abaixo fornece condições de corrente e separador selecionadas para a Primeira Modalidade e a Segunda Modalidade. TABELA 8, Condições do Separador & Taxas de Reciclo
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[0064] As condições de configuração e operacionais podem variar de acordo com cada aplicação feita da Segunda Modalidade.
[0065] No mínimo, a segunda modalidade inclui o equipamento necessário para reciclar uma porção do líquido condensado a partir de um dos separadores para um separador a montante, o que resulta na remoção de uma maior quantidade dos componentes de congelamento no separador a montante com uma concentração mais baixa de componentes de congelamento no líquido do separador a montante e o separador que é a fonte do líquido de reciclagem.
[0066] A segunda modalidade pode incluir o equipamento necessário para reciclar uma porção da Corrente de Fundo de Separador Frio para um ponto no processo a montante do Separador Frio.
[0067] A corrente de Reciclagem de Líquido de Separador Frio pode ser enviada para um ou mais dos seguintes locais; o gás de entrada da planta, gás de entrada que entra no primeiro trocador, gás de entrada que sai do primeiro trocador, um bocal separado no Separador quente, e outros locais a montante. O fluxo de reciclagem de Líquido de Separador Frio pode ser reaquecido em um ou mais dos trocadores de calor de gás de entrada. Os trocadores de calor são normalmente trocadores de calor de várias correntes de alta eficiência preparados com alumínio soldado ou outro projeto de alta eficiência e construção.
[0068] A corrente reciclada a partir da seção de Fracionamento não se limita a uma mistura C3/C4; uma corrente que contém algum ou todos os componentes de C2 a C4 pode ser usada, e uma porção do C5 também pode ser usada desde que a concentração utilizada não leve ao congelamento.
[0069] Uma modalidade ilustrativa da Primeira Modalidade é mostrada na Figura 3. O Gás de Alimentação 302, normalmente o gás natural de grau de gasoduto, é enviado através da Válvula de Entrada 380, deixando como corrente 304. Esta corrente passa através de um Trocador Morno 382, resfriando e liquefazendo pelo menos uma porção do Gás de Alimentação para formar um Gás de Corrente de Alimentação Resfriado 306. A Corrente de Gás de Alimentação Resfriado 306 é enviada para o Separador quente 384 em que líquidos de hidrocarbonetos mais pesados (ou seja, hidrocarbonetos C2+) são separados dos componentes dos gases mais leves, principalmente metano e outros gases não condensáveis, como nitrogênio que podem estar no Gás de Alimentação. A Corrente Suspensa do Separador quente 308, composta de hidrocarbonetos mais leves ricos em metano mais quaisquer hidrocarbonetos pesados não condensados residuais resultantes do Separador quente 384, é subsequentemente passada através de um Trocador Frio 388 e ainda resfriada para formar a Corrente de Alimentação de Separador Frio 310 que entra no Separador Frio 390. A Corrente de Fundo de Separador quente 335, que compreende os líquidos de hidrocarbonetos pesados condensados, é retirada do fundo do Separador quente 384 e passada através da Válvula de Corrente de Fundo de Separador quente 386, saindo como corrente 336.
[0070] Voltando ao Separador Frio 390, os hidrocarbonetos condensáveis na Corrente de Alimentação de Separador Frio 310 são separados de uma fase gasosa rica em metano no Separador Frio 390. A fase gasosa rica em metano é retirada do Separador Frio 390 como a Corrente Suspensa de Separador Frio 312. Os hidrocarbonetos condensáveis são removidos do Separador Frio 390 para formar a Corrente de Fundo de Separador Frio 326, uma porção da qual é passada através da Válvula de Controle de Corrente de Fundo de Separador Frio 392. Após passar pela Válvula de Controle de Corrente de Fundo de Separador Frio 392, a Corrente de Saída de Válvula de Corrente de Fundo de Separador Frio 328 de pressão reduzida é misturada com uma porção da Corrente de Líquido de Separador de Saída de Expansor 318, após a Corrente 318 ser passada através da Válvula de Controle de Temperatura de Saída de Expansor 400. A corrente misturada 330 é utilizada no Trocador Frio 388 como o meio de resfriamento e assim absorve o calor contido na Corrente Suspensa de Separador quente 308. Isso forma uma corrente pobre em metano de hidrocarbonetos que é combinada com a Saída da Válvula de Corrente de Fundo de Separador quente 336 para formar a Entrada de Líquidos de Trocador Morno 337. A Corrente 337 é aquecida no Trocador Morno 382, deixando como Corrente de Saída de Líquidos de Trocador Morno 338, e é enviada para a Zona de Fracionamento 408.
[0071] A porção restante da Corrente de Fundo de Separador Frio 326 entra na Bomba de Reciclagem de Separador Frio 402, é aumentada em pressão e sai como Corrente de Saída de Bomba de Reciclagem de Separador Frio 403. A Corrente 403 flui através de uma Válvula de Controle de Fluxo de Reciclagem de Separador Frio 404, é reaquecida no Trocador Morno 388 e é enviada para pontos a montante, que podem incluir Reciclagem de Separador Frio para Corrente de Separador quente 406, e/ou ser enviada através do Trocador Morno e ser enviada para o Gás de Alimentação como Reciclagem de Separador Frio para a Corrente de Gás de Alimentação 408. A Corrente (de gás) de Alimentação de Separador Frio 310 pode fluir através da Válvula de Redução de Entrada de Separador Frio 412 para fornecer autorrefrigeração e criação de líquido adicional no Separador Frio para a reciclagem durante o início.
[0072] A Corrente Suspensa de Separador Frio 312 é enviada para o Expansor 394 e é simultaneamente expandida e resfriada para formar a Corrente de Saída de Expansor 314. A corrente entra no Separador de Saída de Expansor 396 onde qualquer gás não condensado, rico em metano é separado de quaisquer hidrocarbonetos condensáveis restantes para formar a Corrente Suspensa de Separador de Expansão 316 e Corrente de Fundo de Separador de Expansão 318. Uma porção da corrente de fundo 318 é passada através da Válvula de Controle de Nível de Separador de Saída de Expansor 398, saindo como Corrente Fria 420, que é enviada para a Seção de Fracionamento 408.
[0073] A Corrente 320 e Corrente 338 entram na Seção de Fracionamento 408. Um mínimo de duas torres de destilação é normalmente instalado na área de fracionamento. Esta área faz uso de equipamento padrão para separar os fluxos de gás de alimentação em quaisquer frações desejadas para a instalação. No mínimo, os componentes de congelamento pesados de C5+ e benzeno são separados de modo a não serem reciclados para o processo, e estes componentes deixam a Seção de Fracionamento 408 como Benzeno e C5+ da Corrente de Fracionamento 364. Uma corrente adequada para a reciclagem para processo para inibir o congelamento deve também ser criada, tipicamente feita de propano, butano, ou uma mistura de propano/butano como utilizado nos presentes exemplos. A mistura C3 e C4 reciclada nas modalidades atuais saem como C3 e C4 Corrente 362. Uma porção da Corrente 362 pode ser vendida ou enviada para uso em outros lugares na instalação, ou usada para reabastecer C3 e C4 no armazenamento como corrente 366, que pode ser usada para início. Composição C3 e C4 do Armazenamento pode ser fornecida na Corrente 368. A Corrente de Gás de Alimentação C3 e C4 372 é um líquido a partir da Corrente 362 (ou 368) que é reciclada para a entrada da planta. Uma porção de C3 e C4 pode também ser enviada para outro equipamento, como indicado por C3 e C4 Corrente Suspensa de Separador quente 374 e C3 & C4 para Corrente Suspensa de Separador Frio 376.
[0074] A Corrente Suspensa de Separador de Expansão 316 é passada através do Trocador Frio 388 e Trocador Morno 382 como o meio de resfriamento, se tornando a Corrente Suspensa de Separador de Expansão Reaquecida 343. C1 e C2 da Corrente de Fracionamento 360 são também reaquecidos no Trocador Frio 388 e Trocador Morno 382 e se une com a Corrente 343 para se tornarem a Corrente 344. A Corrente 361 pode ser aumentada em pressão usando um compressor após ser reaquecida. A Corrente 344 entra no Expansor Compressor 402, saindo como Corrente de Entrada de Recompressor 348 de pressão mais alta, e é enviada para o Recompressor 404, saindo em pressão mais alta como corrente 405. Então resfriada em Resfriador de Ar 406 e sai como Corrente de Saída de Recompressor Resfriada 352. Uma Alça de Reciclagem de Metano de corrente lateral 356 pode ser incluída para permitir a reciclagem de uma porção da Corrente de Saída de Recompressor Resfriado 352 para ser reciclada o Gás de Alimentação para carregar o equipamento da planta durante tempos de baixa taxa de gás de alimentação, ou para auxiliar no resfriamento inicial da planta.
[0075] A modalidade da Fig. 3 pode ser utilizada em conjunto com a modalidade das Figs. 1-2. Há limites rígidos sobre a quantidade de C3 e C4 disponível para reciclar e acumular na planta. Um é a quantidade de C3 e C4 no gás de alimentação. O segundo é a perda destes componentes em condições de equilíbrio no ponto onde o vapor purificado atingiu a especificação para a remoção do componente com elevado ponto de congelamento. Este segundo ponto de limitação é o vapor de separação de saída do expansor, em que o produto em vapor suspenso satisfaz as especificações de gás de alimentação LNG. Este é também o local mais frio de pressão mais baixa no processo de remoção do componente de congelamento. Os componentes C3 e C4 na corrente 316 são enviados para o processo LNG e já não estão disponíveis para reciclagem. Também pode haver uma perda relativamente menor de componentes C3 e C4 em C1 e C2 Corrente 360 do fracionamento e uma perda ainda menor na corrente C5+ da Seção de Fracionamento 408.
[0076] Tal como indicado nas Tabelas 6 e 8, mesmo quando substancialmente todo o C3 e C4 disponível da Seção de Fracionamento 408 foi reciclado, o congelamento ainda irá ocorrer no processo. A reciclagem de C3 e C4 acumulou a quantidade destes componentes na alimentação para onde escapa do Separador de Saída do Expansor e um ponto de equilíbrio foi atingido. Observe que a corrente de reciclagem 360 do Fracionamento, que contém uma pequena quantidade de C3 e C4 não afeta materialmente estes resultados.
[0077] Verificou-se que a reciclagem de uma porção da Corrente de Fundo de Separador Frio 326 a montante do Separador quente 384 pode ser de algum valor. O resultado da reciclagem de uma porção da Corrente de Fundo de Separador Frio 326 foi surpreendente. A reciclagem de uma porção deste líquido de baixa qualidade contendo benzeno significativo a montante da do Separador quente 384 criou uma alça de reciclagem interna que (1) permitiu uma alta taxa de reciclagem que aumentou a quantidade de benzeno recuperado no Líquido de Fundo de Separador quente 335, (2) diminuiu simultaneamente a concentração de benzeno no Líquido de Fundo de Separador quente 335, (3) diminuiu a quantidade e a concentração de benzeno na Corrente Suspensa de Separador quente 308, (4) diminuiu a quantidade e a concentração de benzeno na Corrente de Fundo de Separador Frio 326, (5) diminuiu a quantidade e a concentração de benzeno na Corrente Suspensa de Separador Frio 312, (6) diminuiu benzeno em todos os pontos depois da Corrente Suspensa de Separador Frio 312, (7) aumentou a percentagem de líquido na corrente de entrada de Separador quente e na corrente de entrada de Separador Frio permitindo uma melhor separação e, mais importante, (8) mudou todos os locais no processo que tinham sido pontos de congelamento usando a Primeira Modalidade para não serem mais pontos de congelamento. O uso de Corrente de Fundo de Separador Frio 326 para reciclagem também pode ajudar o início, como o uso de uma nova válvula a montante do Separador Frio 390 permitirá queda de pressão, autorrefrigeração e criação de líquido sem o uso do Expansor a jusante. A concentração de líquido mais alta nos separadores também vai permitir a operação em maior pressão sem se aproximar dos pontos críticos das misturas de vapor/líquido que alimentam os separadores. Todos os componentes C5+ são afetados por esta nova reciclagem da mesma maneira como benzeno; mais da totalidade destes componentes de congelamento potenciais é removida na Corrente de Líquido de Fundo de Separador quente 335, e a concentração é reduzida em todos os pontos a jusante no processo.
[0078] Em resumo, a utilização de uma porção de baixa qualidade, contaminada com benzeno, Corrente de Fundo de Separador Frio 326 como reciclagem resulta em um aumento na remoção de benzeno a montante, que por sua vez aumenta a qualidade da Corrente de Fundo de Separador Frio através da redução da concentração de todos os componentes C5+.
[0079] A Tabela 7 inclui a taxa de fluxo e composição da Corrente de Líquido de Fundo de Separador Frio 326, para a primeira e segunda modalidade. A Segunda Modalidade recicla a maioria destas correntes; no entanto, a taxa de fluxo líquida para o Fracionamento é inalterada. Isto demonstra que a utilização desta corrente como reciclagem não é sujeita a uma taxa máxima possível na forma da reciclagem de C3 e C4 da Primeira Modalidade. A reciclagem da Segunda Modalidade também não afeta o dimensionamento do equipamento na Seção de Fracionamento 408, como a reciclagem da Primeira Modalidade fez. A quantidade de componentes leves para fracionamento é reduzida pela utilização de Segunda Modalidade.
[0080] A Tabela 8 também mostra que o uso da reciclagem da Segunda Modalidade aumenta a porcentagem de líquido em correntes que entram nos três separadores mostrados, o Separador Frio em particular. O aumento na porcentagem de líquido e o volume de líquido minimiza o risco de qualquer transição de líquido nas correntes de vapor do separador, uma vez que cada gotícula também contém menos dos componentes de congelamento C5+ em cada um dos separadores.
[0081] A Tabela 6 ilustra a mudança na abordagem para temperaturas de congelamento com e sem a reciclagem da Segunda Modalidade. É evidente que a utilização da Segunda Modalidade elimina todos os pontos de congelamento presentes quando a Primeira Modalidade sozinha é utilizada.
[0082] A Tabela 8 também mostra que as temperaturas e pressões de operação do Separador quente, Separador Frio e Separador de Expansão são quase inalterada da Primeira Modalidade para a Segunda Modalidade.
[0083] Existem numerosas variações na aplicação prática da Segunda Modalidade, vários exemplos não limitantes dos quais são brevemente descritos abaixo:
[0084] O Separador quente 384 pode ser substituído por uma torre de várias fases, com a Corrente de Líquido de Separador Frio 408 como a alimentação de topo para a torre e a Corrente de Alimentação de Separador quente 406 enviada como a alimentação de fundo da torre. A Corrente de Reciclo de Líquido de Separador Frio 408 pode ser enviada para o separador de pressão mais alta de dois ou mais Separadores Mornos ligados e empilhados de modo a funcionar como uma torre de várias fases, com a corrente de alimentação do Separador quente enviada para o separador de pressão menor.
[0085] A pressão operacional do Separador de Saída de Expansor 396 pode ser aumentada para reduzir as necessidades de recompressão de gás, contanto que as condições de operação resultem numa perda aceitável de solvente C3 e C4 na fase de vapor. A pressão do Trocador Morno 382 e Separador quente 384 pode ser tão alta quanto é vantajoso, desde que as propriedades físicas do fluido permitam a separação adequada de vapor e líquido no separador quente. A pressão de operação crescente pode reduzir os requisitos de recompressão.
[0086] A Corrente de Reciclo Líquida de Separador Frio 408 pode ser enviada para Alimentação De Gás de alta pressão a fim de proporcionar as propriedades físicas da corrente misturada a ser adequada para permitir a separação de vapor/líquido no Separador quente 384. Por vezes, o uso da Corrente de Reciclo Líquida de Separador Frio 408 pode permitir o funcionamento de todos os separadores com pressão mais alta do que seria possível sem a reciclagem, reduzindo as necessidades de energia totais da operação reduzindo a queda de pressão na instalação.
[0087] A Válvula de Redução de Entrada de Separador Frio 412 pode ser usada para reduzir o potencial para congelar e aumentar a flexibilidade das operações, especialmente durante o início. Esta válvula pode ser usada como uma válvula de Joule-Thompson (JT) sozinha, ou em conjunto com o Expansor 394 ou uma válvula JT de desvio de expansor. Desta forma, o resfriamento de início pode incluir o uso do Separador Frio 322 como ponto de formação de líquido inicial durante o resfriamento, e a Corrente de Reciclo Líquida de Separador Frio 408 pode ser usada para acelerar o resfriamento.
[0088] A reciclagem do separador líquido pode ser resfriada com um fluxo de gás de entrada no trocador, ou como uma corrente separada e caminho do trocador. O líquido de reciclagem do separador pode ser introduzido num ponto intermediário em um trocador.
[0089] O aumento da temperatura mínima alcançado em um trocador enquanto resfria o gás de alimentação pode resultar em reciclagem do líquido separador não sendo necessária no passo de trocador. Isso pode tornar a reciclagem disponível para outros locais.
[0090] A Segunda Modalidade pode aumentar a remoção de C5+ e BETX, incluindo benzeno, componentes da seção morna da instalação, e pode minimizar a concentração de C5+ e benzeno no Separador Frio 390 e Separador de Expansão 396. A reciclagem pode ser aplicada em mais do que uma localização.
[0091] Duas ou mais aplicações da segunda modalidade podem ser sequenciais. Desta forma, uma porção de líquido a partir Separador de Expansão 396 pode ser aumentada em pressão e reciclada para o Separador Frio 390 ou a montante do Trocador Frio 388, e uma porção do líquido a partir do Separador Frio 390 pode ser aumentada em pressão e reciclada ao Separador quente 384 ou a montante do Trocador Morno 382.
[0092] Duas ou mais aplicações das modalidades podem ser aninhadas. Deste modo, uma porção do líquido a partir do Separador de Expansão 396 é aumentada em pressão e reciclada para o Separador quente 384 ou Trocador Morno 382, e uma porção do líquido a partir do Separador Frio 390 também está aumentada em pressão e reciclada para o Separador quente 384 ou Trocador Morno 382.
[0093] As correntes de componentes mais leves, como corrente C1 e Corrente de Fracionamento C2 360 podem ser recicladas para qualquer ponto no processo a montante do Separador de Saída de Expansor 396.
[0094] Em todas as aplicações acima descritas, o líquido que é aumentado em pressão e reciclado pode ser aquecido no Trocador Morno 382, o Trocador Frio 388, ou quaisquer outros trocadores que são adicionados ao sistema para proporcionar uma recuperação eficiente do calor.
TERCEIRA MODALIDADE
[0095] Um novo retroajuste foi observado para quando a composição do gás de alimentação para uma instalação de remoção de componente com elevado ponto de congelamento existente muda para conter mais de benzeno. Surpreendentemente, a adição de uma bomba, ou mudança do envio de uma corrente, permite que a operação continue com teor de benzeno de entrada significativamente mais alto do que no projeto original, com uma redução mínima na capacidade de processamento.
[0096] Nesta modalidade, o Exemplo A é um Controle, que mostra um processo que funciona se a concentração de benzeno na corrente de alimentação é relativamente baixa. No Exemplo A, a concentração de benzeno na corrente de alimentação é de 60 ppmv. O Exemplo B é um Controle que mostra os problemas com o processo e sistema do Exemplo A quando a alimentação tem uma concentração mais alta de benzeno. No Exemplo B, a concentração de benzeno na corrente de alimentação é 91 ppmv e o processo é inoperante devido ao congelamento de hidrocarbonetos com elevado ponto de congelamento no sistema. O Exemplo C mostra a nova modalidade, que é capaz de ser adaptada a sistemas já existentes, e que pode ser utilizada com altas concentrações de benzeno na corrente de alimentação. A Modalidade do Exemplo C é versátil na medida em que também pode ser usada com concentrações moderadas ou baixas de benzeno na corrente de alimentação. Na versão do Exemplo C aqui descrito, a concentração de benzeno na corrente de alimentação é 91 ppmv e não ocorre congelamento no sistema.
[0097] A modalidade do Exemplo C é mostrada na Fig. 4. Para facilitar a compreensão do Exemplo de Controle A e Exemplo de Controle B, certas porções da Fig. 4 serão referidas nas descrições dos Exemplos de Controle A e B.
EXEMPLO A - CONTROLE
[0098] As correntes de material selecionadas são fornecidas na Tabela 9. A abordagem ao congelamento do benzeno para algumas correntes selecionadas também é indicada na Tabela 9. No Exemplo A, a composição de benzeno do Gás de Alimentação é 60 ppmv.
[0099] Fazendo referência à Figura 4, a Corrente de Gás de Alimentação 501 contendo 60 ppmv de benzeno entra e é resfriada no Trocador 550, formando uma Corrente parcialmente condensada 502, que entra no Primeiro Separador 551. (Não há corrente 512 no Exemplo A.) A Corrente 503, que é o vapor do Primeiro Separador 551, entra em um Dispositivo de Redução de Pressão 552 (um expansor ou válvula JT), que reduz a pressão do gás de alimentação e extrai energia da corrente. A Corrente de temperatura reduzida 514 que sai do Dispositivo de Redução de Pressão 552 foi parcialmente condensada, e é enviada para um Segundo Separador 553. A Corrente do Vapor 515 do Segundo Separador 553 é reaquecida no Trocador 550 para fornecer o resfriamento da Corrente de Alimentação de Gás 501, e sai como Corrente 516. Em Modalidades, a corrente 516 é alimentada para uma instalação de liquefação de LNG.
[00100] A Corrente 516 atende às especificações para benzeno e para hidrocarbonetos C5+ que entram na planta de liquefação. As especificações típicas são 1 ppmv benzeno ou menos, e 0,05% molar C5+ ou menos.
[00101] A Corrente Líquida 517 do Primeiro Separador 551 é reduzida em pressão através da Válvula de Controle de Nível 555, saindo como Corrente 518. Esta corrente parcialmente vaporizada e de autorrefrigeração é reaquecida por troca contra a Corrente de Alimentação de Gás 510 em Trocador 550, saindo como Corrente 513. A Corrente Líquida 559 do Segundo Separador 553 é reduzida em pressão através da Válvula de Controle de Nível 554, saindo como corrente 504. No Exemplo de Controle A, não há nenhuma bomba 556. Esta corrente parcialmente vaporizada e de autorrefrigeração é reaquecida por troca contra a Corrente de Gás de Alimentação 510 no Trocador 550 e então é combinada com uma corrente 518, saindo do processo como parte da Corrente 513. A Corrente 513 contém os hidrocarbonetos com elevado ponto de congelamento removidos. A Tabela 9 mostra as condições de processo e as concentrações de benzeno para o Exemplo de Controle A. A abordagem mais próxima ao congelamento no Exemplo A é 7 graus F na Corrente 518. A Tabela 10 mostra um balanço de material geral para o Exemplo de Controle A, incluindo as composições da alimentação corrente de saída. As composições e as condições do processo para as correntes de fundo de separador também são mostradas. A corrente de gás purificado 516 contém < 1 ppm benzeno e < 0,05% C5+, atendendo a uma especificação típica da pureza para a alimentação para uma instalação LNG. TABELA 9 - Corrente de balanço de material selecionado para o Exemplo de Controle A, incluindo quantidade de benzeno no gás de alimentação:
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TABELA 10 - Balanço Material Geral para Exemplo A
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EXEMPLO B
[00102] Para o Exemplo B, a composição de benzeno do Gás de Alimentação é 91 ppmv. Outros componentes são normalizados para acomodar esta mudança de benzeno. As condições são fornecidas na Tabela 11 e um balanço de material geral é mostrado na Tabela 12. Pressões de operação são as mesmas do Exemplo A. O resultado é que a abordagem de congelamento é agora negativa para algumas correntes, com correntes 514 e 518 agora abaixo do ponto de congelamento do benzeno em líquidos. O ponto de congelamento da Corrente 518 está dentro do expansor perto do bocal de entrada onde o primeiro líquido é formado. A planta como projetada para o Exemplo A congelaria com o teor mais alto de benzeno do Exemplo B. Nota-se também que a concentração de benzeno na corrente 516, gás purificado é maior do que no Exemplo A e é agora 0,7 ppm (Tabela 11 Taxa de Benzeno dividida pela taxa total). TABELA 11 - Selecionar fluxos de balanço de material para o exemplo B, que aumentou benzeno no gás de alimentação:
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TABELA 12 - Balanço Material Geral para Exemplo B
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EXEMPLO C
[00103] Este Exemplo resolve o problema apresentado no Exemplo B. Com referência à Figura 4, esta modalidade adiciona Bomba 556 para a saída de líquido do Segundo Separador 553. A Corrente de Saída de Bomba 520 segue o caminho mostrado na Figura 4, passando através da válvula 554 para se tornar Corrente 504 e passando através do Trocador 550. No entanto, a totalidade ou uma parte da corrente 504 não se junta à corrente 518 para se tornar a corrente 513, como nos exemplos anteriores. Neste exemplo todas as correntes 512 contendo os moles de benzeno, de acordo com o exemplo B, são recicladas de volta para se juntar a corrente de entrada 510, o gás de entrada que é exigido para o benzeno ser removido a partir dele.
[00104] Fazendo referência à Figura 4, a Corrente de Gás 501 contendo 91 ppmv de benzeno entra e é resfriada no Trocador 550, formando uma Corrente parcialmente condensada 502, que entra no Primeiro Separador 551. A Corrente 503, que é o vapor do Primeiro Separador 551, entra em um Dispositivo de Redução de Pressão 552 (um expansor ou válvula JT), que reduz a pressão do gás de alimentação e extrai energia da corrente. A Corrente de temperatura reduzida 514 que sai do Dispositivo de Redução de Pressão 552 foi parcialmente condensada, e é enviada para um Segundo Separador 553. A Corrente do Vapor 515 do Segundo Separador 553 é reaquecida no Trocador 550 para fornecer o resfriamento da Corrente de Alimentação de Gás 501, e sai como Corrente 516. Em Modalidades, a Corrente 516 é alimentada para uma instalação de liquefação de LNG. A Corrente 516 atende às especificações para benzeno e para hidrocarbonetos C5+ que entram na planta de liquefação.
[00105] A Corrente Líquida 517 do Primeiro Separador 551 é reduzida em pressão através da Válvula de Controle de Nível 555, saindo como Corrente 518. Esta corrente parcialmente vaporizada e de autorrefrigeração é reaquecida por troca contra a Corrente de Alimentação de Gás 510 em Trocador 550, saindo como Corrente 513.
[00106] A Corrente Líquida 559 do Segundo Separador 553 é aumentada em pressão na bomba 556, que sai da bomba como corrente 520. Esta corrente passa através da Válvula de Controle de Nível 554, saindo como corrente 504. Esta corrente parcialmente vaporizada e de autorrefrigeração é reaquecida por troca contra a Corrente de Alimentação de Gás 510 em Trocador 550 e é então reciclada e misturada com a corrente de gás de alimentação 501 para formar a corrente de gás 510.
[00107] A Corrente 513 contém os hidrocarbonetos com elevado ponto de congelamento removidos. Em certas modalidades, a corrente 504 pode ser dividida e uma primeira porção da corrente 504 é reciclada na corrente 512, enquanto uma segunda porção é combinada com a corrente 518 para formar a corrente 513.
[00108] A Tabela 13 mostra correntes selecionadas para o Exemplo C, e os resultados inesperados desse novo envio de corrente. Através da reciclagem do segundo líquido do separador, o que tinha no Exemplo B sido 13% do gás de entrada de benzeno e 24% da entrada C5+ de volta para a entrada, o congelamento é evitado. Embora a corrente reciclada 512 contenha componentes de congelamento significativos, a reciclagem dos componentes de volatilidade intermediária de etano, propano e butano para a entrada tem maior efeito sobre o processo do que os componentes de congelamento reciclados. Os componentes intermediários adicionais permitem uma condensação de porcentagem mais alta da corrente de gás de alimentação 510, fazendo com que o requisito total de benzeno e remoção C5+ ocorra na saída de líquido do Primeiro Separador 551. Os componentes intermediários adicionais que permitem que a remoção de componentes de congelamento ocorra sem congelar no trocador durante o resfriamento, ou congelamento na redução de pressão através da válvula de controle de nível 555. Isto ocorre porque a razão de componentes intermediários para congelar componentes é maior no segundo líquido de separador do que no primeiro líquido de separador. A reciclagem dos componentes intermediários tem um maior efeito sobre o potencial de congelamento no trocador de entrada e o primeiro separador do que a reciclagem dos componentes de congelamento. Nota-se que a abordagem para o congelamento é agora menor do que no Exemplo de Controle A, mesmo com o teor de benzeno muito mais elevado no gás de alimentação do Exemplo C.
[00109] Para o Exemplo, C, a única adição feita ao processo original foi adição para a bomba e a inclusão de uma linha de reciclagem para a corrente de reciclo 512. Esta é uma solução muito econômica para uma planta que não pode operar de outro modo. Como é mostrado na Tabela 13, a abordagem mais próxima para congelar agora é 10 graus F na corrente 18. Observe que a corrente 518 continha 5,68 lb-mol/hr de benzeno no exemplo B. Com Exemplo C, lb-moles de benzeno aumentou na corrente 518 a 6,55, mas a concentração diminuiu para 3,17% da corrente de 4,45% no exemplo B. O que é um ponto de congelamento de -2 graus F é agora 10 graus F acima do congelamento. Com toda a remoção do benzeno necessária ocorrendo neste ponto. A concentração de benzeno na corrente 518 é agora menor no Exemplo C do que foi no Exemplo A, quando a concentração de benzeno na alimentação foi 2/3 do benzeno no Exemplo C. TABELA 13 - Selecionar corrente de balanço de material para Exemplo C
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TABELA 14
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[00110] O Exemplo C confirma a viabilidade e a novidade de um processo para a recuperação de componentes com elevado ponto de congelamento como o benzeno a partir do gás de alimentação para uma planta de liquefação, o referido processo consistindo em um ou mais trocadores, pelo menos um dispositivo de redução de pressão, e dois ou mais separadores, em que uma porção do líquido a partir de um separador de baixa pressão é reciclado para um separador de alta pressão para evitar o congelamento.
[00111] Em alguns casos, o caminho do trocador de calor utilizado pode não ser classificado para a pressão necessária do líquido bombeado ser capaz de reciclar para o gás de entrada. Se este for o caso, a bomba não é instalada, e a corrente reaquecida e parcialmente vaporizada é separada em um recipiente adicional, e o líquido do recipiente bombeado para a entrada. O vapor de separador adicional pode também ser comprimido para a entrada se necessário para alcançar o resultado completo possível. Alternativamente, um novo trocador para este caminho pode ser adicionado como um componente separado.
EXEMPLO D
[00112] Em outra modalidade, se o gás de entrada para a instalação é comprimido a montante da instalação de remoção de componente de congelamento, a bomba não é necessária e o vapor reaquecido e corrente líquida 512 podem simplesmente ser deixados para a entrada de pressão do compressor para reciclagem sem qualquer equipamento adicional necessário para a implementação diferente da tubulação. O calor externo pode ser adicionado se necessário para assegurar a vaporização para o gás de alimentação.
EXEMPLO E
[00113] Em outras modalidades, o líquido a partir de qualquer separador é reciclado para qualquer separador a montante a fim causar a recuperação de componentes de alto congelamento adicionais no início do processo e na presença de hidrocarboneto líquido adicional, e deste modo evitar o congelamento em qualquer ponto no processo.
EXEMPLO F
[00114] Ainda em outra modalidade, o processo da Figura 4 é inalterado. A Corrente 513, a corrente de hidrocarboneto recuperada que compreende os componentes com elevado ponto de congelamento removidos e hidrocarbonetos mais leves correcuperados podem ser separados em uma corrente de C5+ e componentes de benzeno e uma corrente de butano e os componentes mais leves. Isto pode já ter sido realizado no projeto original de uma instalação existente que foi adaptada de acordo com o Exemplo C. Independentemente de a instalação de fracionamento ser nova ou já existente, a reciclagem do butano e corrente de componente mais leve para a entrada da planta faria com que o líquido adicional se formasse na instalação de recuperação e reduzisse a possibilidade de congelamento.
[00115] Todos os métodos e aparelhos aqui descritos podem ser preparados e executados sem experimentação indevida à luz da presente divulgação. Embora os métodos desta invenção tenham sido descritos em termos de modalidades ilustrativas, será evidente para os especialistas na técnica que variações podem ser aplicadas aos métodos e aparelhos e nas etapas ou na sequência de etapas dos métodos descritos aqui sem se afastar do conceito e escopo da invenção. Todos esses substitutos semelhantes e modificações aparentes para os especialistas na técnica são considerados dentro do escopo e conceito da invenção, conforme definido pelas reivindicações anexas.

Claims (8)

1. Processo para remover hidrocarbonetos com elevado ponto de congelamento, incluindo compostos de benzeno, a partir de uma corrente de gás de alimentação misturada (2), que compreende: resfriar a corrente de gás de alimentação misturada (2) em um primeiro trocador de calor (4) para condensar pelo menos uma porção dos componentes C3, C4 e C5 e hidrocarbonetos pesados; separar os componentes C3, C4, C5 condensados e hidrocarbonetos pesados em um primeiro separador (8) para formar uma primeira corrente de líquido (12) e uma primeira corrente de gás (10); resfriar a primeira corrente de gás (10) em um segundo trocador de calor (18) para condensar pelo menos uma porção da primeira corrente de gás (10); separar a porção condensada da primeira corrente de gás (10) em um segundo separador (22) para formar uma segunda corrente de gás rica em metano (24) e uma segunda corrente de líquido (26); o referido processo sendo caracterizado pelo fato de que compreende ainda: alimentar a primeira e a segunda correntes de líquido (16) a um primeiro fracionador (60), e remover gás metano, como uma corrente de topo (62), do primeiro fracionador (60), e formar uma terceira corrente de líquido (64), como uma corrente de fundo do primeiro fracionador (60); passar uma primeira porção da terceira corrente de líquido (64) através de um refervedor desmetanizador (66) e retornar a primeira porção ao primeiro fracionador (60) como uma alimentação do refervedor desmetanizador (68); fracionar uma segunda porção da terceita corrente líquida (70) em uma sequência de fracionamento (202, 224, 248) para obter uma corrente de reciclo (84) compreendendo pelo menos um de componentes C3 e componentes C4; e alimentar a corrente de reciclo (84) compreendendo pelo menos um dos componentes C3 e componentes C4 ao processo em um local a montante do primeiro fracionador (60) para baixar o ponto de congelamento da corrente no local onde a corrente de reciclo (84) é introduzida.
2. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a corrente de reciclo (84) é combinada com a corrente de gás de alimentação misturada (2) a montante do primeiro separador (60).
3. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a corrente de reciclo (84) é combinada com a primeira corrente de líquido (10).
4. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o primeiro separador (8) compreende um separador quente, e a primeira corrente de líquido (12) obtida do primeiro separador (8) adicionalmente contém componentes C2.
5. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o segundo separador (22) compreende um separador frio.
6. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda um terceiro separador (38) a jusante do segundo separador (22), sendo que a corrente de fundo (42) do terceiro separador (38) é alimentada ao primeiro fracionador (60).
7. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda misturar uma porção de uma corrente de topo (56) do terceiro separador (38) com a corrente de gás de alimentação misturada (2) durante a partida da planta.
8. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o reciclo de uma corrente compreendendo pelo menos um dos componentes C3 e componentes C4 da corrente de reciclo (84), aumenta a porcentagem em volume de líquido na corrente (6, 20) entrando no primeiro e no segundo separadores (8, 22), e dilui a concentração de hidrocarbonetos com elevado ponto de congelamento no líquido.
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