BR112017007264B1 - Método para separação de uma mistura gasosa que contém hidrocarbonetos - Google Patents

Método para separação de uma mistura gasosa que contém hidrocarbonetos Download PDF

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Abstract

MÉTODO PARA SEPARAÇÃO DE UMA MISTURA GASOSA QUE CONTÉM HIDROCARBONETOS. A invenção se refere a métodos para processar misturas gasosas que contêm hidrocarbonetos, em particular à separação em baixa temperatura de componentes gasosos, e pode ser usada para processamento de gás natural ou associado. O método compreende as seguintes etapas: a) desidratação de uma mistura, b) resfriamento da mistura, c) passagem da mistura através de uma primeira coluna de retificação (7), assim, produzindo um primeiro fluxo (105) rico em hidrocarbonetos e um segundo fluxo (106) que compreende hidrocarbonetos dissolvidos em CO2, d) alimentação dos componentes do primeiro fluxo (105) para separação em um fluxo de gás sob movimento turbulento para separação dos componentes em um terceiro fluxo (107) pobre em componentes mais pesados do que o metano e um quarto fluxo (108) rico nestes componentes, e) aquecimento do terceiro fluxo (107), f) uso de uma porção do terceiro fluxo (107) como gás de saída (114), g) resfriamento da outra porção (115) do terceiro fluxo (107) e mistura do mesmo com o primeiro fluxo (105) com subsequente alimentação da mistura (117) produzida na etapa (d), h) alimentação do segundo fluxo (106) e do quarto fluxo (108) a uma segunda coluna de retificação (12) para produção de um quinto do fluxo (109) rico em hidrocarbonetos C3+, um sexto fluxo (110) rico em CO2 e um sétimo fluxo (111) rico em metano, i) mistura do sétimo fluxo (111) com a mistura gasosa inicial (101) e alimentação dos componentes à etapa (a). O resultado técnico consiste em redução de perdas de componentes alvo e aumento de eficiência do método. 6 reivindicações dependentes, 3 figuras, 1 exemplo.

Description

DESCRIÇÃO CAMPO TÉCNICO
[001] A presente invenção se refere a métodos para processamento de misturas gasosas que contêm hidrocarbonetos, em particular para separação em baixa temperatura de componentes gasosos, e pode ser usada para processamento de gás natural ou associado. A presente invenção é de interesse particular para a resolução de tarefas relacionadas à extração de gases ácidos (CO2 e H2S) a partir de gases naturais.
ARTE ANTERIOR
[002] Um método para separação de misturas gasosas que contêm hidrocarbonetos é conhecido na técnica, o qual compreende o resfriamento de uma mistura, expansão da mistura ou uma parte da mesma, condensação parcial da mistura durante expansão, separação da mistura ou uma porção da mesma em uma coluna de retificação para fins de produção de produtos em uma fase líquida e uma fase gasosa. O processo de expansão de uma mistura é realizado passando a mistura através de uma passagem de bocal, um fluxo de mistura sendo passado sob movimento turbulento na passagem de bocal e/ou na entrada da passagem de bocal e o fluxo de mistura sendo separado na saída da passagem de bocal ou em uma parte do mesmo em pelo menos dois fluxos, sendo um deles rico em componentes mais pesados que o metano e o outro sendo pobre nos ditos componentes. O fluxo rico ou uma porção do mesmo é alimentado a uma coluna de retificação e os produtos em fase gasosa, conforme produzido na coluna de retificação, são alimentados total ou parcialmente na mistura antes de sua expansão (vide: Patente RU N° 2272973).
[003] Um método para separar misturas gasosas é conhecido na técnica, o qual compreende resfriamento de uma mistura, expansão de produtos produzidos a partir da mistura, passagem de pelo menos uma porção destes produtos através de uma coluna de retificação, expansão da mistura como um fluxo sob movimento turbulento em um bocal e separação do fluxo em um fluxo rico em componentes mais pesados do que o metano e um fluxo pobre nos ditos componentes, aquecimento do fluxo pobre em virtude de resfriamento dos produtos produzidos a partir da mistura. O fluxo gasoso pobre aquecido é comprimido em um compressor, resfriado em uma unidade de resfriamento a ar e uma parte do produto gasoso produzido é usada como o produto final e a outra parte é adicionalmente resfriada, expandida, os produtos de expansão são alimentados para a coluna e/ou misturados com produtos em fase gasosa que chegam ao bocal a partir da coluna (ver: Patente RU N° 2514859).
[004] Os métodos conhecidos são desvantajosos pelo fato de que, se eles forem usados para extração de dióxido de carbono (CO2) gasoso, após a separação em um bocal, um fluxo rico em componentes mais pesados do que o metano compreende ainda um grande volume de hidrocarbonetos dissolvidos em CO2 que são descartados por meio de bombeamento em uma formação.
SUMARIO DA INVENÇÃO
[005] O principal objetivo da invenção é assegurar a extração adicional de componentes alvo (hidrocarbonetos) a partir de uma mistura gasosa inicial.
[006] O efeito técnico da invenção consiste O resultado técnico do consiste em reduzir as perdas de componentes alvo e aumentar a eficiência do método.
[007] O efeito técnico indicado é alcançado em virtude do fato de que o método reivindicado compreende as seguintes etapas:
[008] desidratação de uma mistura,
[009] resfriamento da mistura,
[0010] passagem da mistura através de uma primeira coluna de retificação, assim, produzindo um primeiro fluxo rico em hidrocarbonetos e um segundo fluxo que compreende hidrocarbonetos dissolvidos em CO2,
[0011] separação dos componentes do primeiro fluxo enquanto eles estão sob movimento turbulento e, simultaneamente, expansão em um bocal para produzir um terceiro fluxo pobre em componentes mais pesados do que o metano e um quarto fluxo rico nos ditos componentes,
[0012] aquecimento do terceiro fluxo,
[0013] uso de uma porção do terceiro fluxo como gás de saída,
[0014] resfriamento da outra porção do terceiro fluxo, mistura do mesmo com o primeiro fluxo e alimentação de uma mistura assim produzida na etapa (d),
[0015] alimentação do segundo fluxo e do quarto fluxo a uma segunda coluna de retificação para produção de um quinto do fluxo rico em hidrocarbonetos C3+, um sexto fluxo rico em CO2 e um sétimo fluxo rico em metano,
[0016] mistura do sétimo fluxo com a mistura gasosa inicial e alimentação dos componentes à etapa (a).
[0017] Além disso, o efeito técnico indicado é alcançado em virtude do fato de que:
[0018] - antes da etapa (d), a mistura é separada em um fluxo rico em CO2 e um fluxo pobre em CO2, o fluxo pobre em CO2 sendo alimentado para a etapa (d) para separação e o fluxo rico em CO2 sendo retornado para a primeira coluna de retificação;
[0019] - uma porção da fase líquida da primeira coluna de retificação é aquecida com o uso de trocadores de calor fornecidos para resfriamento da mistura gasosa inicial e é retornada para a primeira coluna de retificação;
[0020] - uma porção da fase líquida da segunda coluna de retificação é aquecida com o uso de trocadores de calor fornecidos para resfriamento da mistura gasosa inicial e é retornada para a segunda coluna de retificação;
[0021] - o sexto fluxo rico em CO2 é aquecido com o uso de trocadores de calor fornecidos para resfriamento da mistura gasosa inicial e é descartado;
[0022] - o aquecimento do terceiro fluxo na etapa (e) e o resfriamento de uma porção do terceiro fluxo na etapa (g) são realizados em um único trocador de calor;
[0023] - a mistura inicial é resfriada para uma temperatura de menos do que -40 °C na etapa (b).
[0024] A principal diferença da invenção reivindicada em relação à solução análoga é que a invenção usa a segunda coluna de retificação onde a fase líquida da primeira coluna de retificação e um fluxo de gás-líquido a partir do separador de bocal são alimentados. A segunda coluna de retificação permite a extração de hidrocarbonetos adicionais dissolvidos em CO2, bem como separar uma fração individual de C3+ (propano e superior). Assim, o método reivindicado permite tornar o grau de purificação de uma mistura gasosa e o grau de extração de componentes alvo superiores, bem como permite obter um produto final adicional - uma grande fração, o que assegura a eficiência do método.
DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
[0025] A invenção é ilustrada pelos desenhos, em que a Figura 1 ilustra um diagrama de realização do método.
[0026] O elementos:
[0027] 1 - primeiro compressor
[0028] 2 - unidade de desidratação
[0029] 3 - primeiro trocador de calor
[0030] 4 - resfriador
[0031] 5 - segundo trocador de calor
[0032] 6 - válvula
[0033] 7 - primeira coluna de retificação
[0034] 8 - misturador
[0035] 9 - separador
[0036] 10 - válvula
[0037] 11 - separador de bocal
[0038] 12 - segunda coluna de retificação
[0039] 13 - terceiro trocador de calor
[0040] 14 - segundo compressor
[0041] 15 - terceiro compressor
[0042] 16 - bomba
[0043] 17 - bomba
[0044] 18 - aquecedor (refervedor).
[0045] Os fluxos de componentes de uma mistura gasosa processada são indicados pelo número de referência a seguir no diagrama:
[0046] 101 - gás inicial (mistura gasosa)
[0047] 102 - uma mistura de gases após desidratação
[0048] 103 - mistura de gases resfriada
[0049] 104 - mistura de gases resfriada após expansão
[0050] 105 - primeiro fluxo rico em hidrocarbonetos que é produzido na primeira coluna de retificação (7)
[0051] 106 - segundo fluxo que compreende hidrocarbonetos dissolvidos em CO2 que é produzido na primeira coluna de retificação (7)
[0052] 107 - terceiro fluxo pobre em componentes mais pesados do que o metano no separador de bocal
[0053] 108 - quarto fluxo rico em componentes mais pesados do que o metano no separador de bocal
[0054] 109 - quinto fluxo de hidrocarbonetos C3+ após a segunda coluna de retificação (12)
[0055] 110 - sexto fluxo rico com CO2 após a segunda coluna de retificação (12)
[0056] 111 - sétimo fluxo rico em metano após a segunda coluna de retificação (12)
[0057] 112 - fluxo de retorno rico em hidrocarbonetos
[0058] 113 - terceiro fluxo aquecido
[0059] 114 - gás de saída
[0060] 115 - fluxo de retorno rico em hidrocarbonetos que é alimentado ao separador de bocal após separação do terceiro fluxo
[0061] 116 - fluxo de retorno resfriado
[0062] 117 - mistura do primeiro fluxo e do fluxo de retorno resfriado
[0063] 118 - fluxo pobre com CO2 alimentado ao separador 3S para separação em bocal
[0064] 119 - fluxo de retorno rico com CO2 alimentado à primeira coluna de retificação
[0065] 120 - fração líquida extraído da primeira coluna de retificação
[0066] 121 - fluxo aquecido retornado para a primeira coluna de retificação
[0067] 122 - fluxo de saída rico em CO2.
[0068] O método pode ser realizado como a seguir.
MODALIDADES ESPECÍFICAS DA INVENÇÃO
[0069] Uma mistura gasosa inicial (101) (por exemplo, gás natural) é comprimida pelo primeiro compressor (1) e é desidratada na unidade de desidratação (2). Então, a mistura produzida (102) é resfriada, sucessivamente, no primeiro trocador de calor (3), no resfriador (4) e no segundo trocador de calor (5). O fluxo produzido (103) que tem uma temperatura de menos do que -40 °C, de preferência aproximadamente -49 °C, passa através da válvula (6) e é expandido, assim, atingindo uma temperatura de aproximadamente -62 °C. O fluxo resfriado (104) é alimentado à primeira coluna de retificação (7) em que o primeiro fluxo (105) rico em hidrocarbonetos e o segundo fluxo (106) que compreende hidrocarbonetos dissolvidos em CO2 são produzidos. Para aquecer adicionalmente a parte inferior da coluna, uma porção de fração líquida (120) é bombeada da mesma com o uso da bomba através dos trocadores de calor (3) e (5) e o fluxo aquecido (121) assim produzido é retornado para a primeira coluna de retificação (7).
[0070] Os componentes do primeiro fluxo (105), após passagem através do misturador (8) e do separador (9) (sua operação será descrita abaixo), são alimentados ao separador de bocal (11) (separador 3S); e os componentes do primeiro fluxo (105), conforme contidos no fluxo (118), são separados no fluxo de gás-líquido sob movimento turbulento que se forma no bocal no terceiro fluxo (107) pobre em componentes mais pesados do que o metano (isto é, rico em metano) e o quarto fluxo (108) rico nestes componentes. A implementação estrutural e o princípio de operação de um separador de bocal (3S) são descritos em detalhes, por exemplo, na Patente RU N° 2167374.
[0071] O terceiro fluxo (107) que compreende aproximadamente 95% de metano passa através do terceiro trocador de calor (13) e o primeiro trocador de calor (3), é aquecido com a finalidade de produzir o fluxo (113) e é separado em duas porções enquanto passa no segundo compressor (14). Uma porção (114) (aproximadamente 70 %) é usada como gás de saída e a outra porção (115) é resfriada no terceiro trocador de calor (13), o dito fluxo resfriado (116) sendo alimentado ao misturador (8) em que ele é misturado com o primeiro fluxo (105). A porção de retorno (116) do terceiro fluxo é usada para resfriar a mistura gasosa. A mistura produzida (117) é alimentada a um separador adicional (9) (por exemplo, por ciclone ou tipo grade), em que ele é separado no fluxo (119) rico em CO2 e no fluxo (118) pobre neste componente. O fluxo (118) pobre com CO2 é dirigido para o separador de bocal (11) (vide acima) e o fluxo (119) rico com CO2 é retornado para a parte superior da primeira coluna de retificação (7).
[0072] O quarto fluxo (108) rico em componentes mais pesados do que o metano e o segundo fluxo (106) que compreende hidrocarbonetos dissolvidos em CO2 são alimentados para a segunda coluna de retificação (12).
[0073] Após os fluxos (108) e (106) passarem a segunda coluna de retificação (12), o quinto fluxo (109) rico em hidrocarbonetos C3+ (propano e superior) e o sexto fluxo (110) rico em CO2 são extraídos a partir de sua parte inferior. O fluxo (109) é o produto final (WFLH). Para sua produção, o líquido extraído a partir da segunda coluna de retificação é aquecido no aquecedor (18). Uma porção do líquido é retornada para a coluna e a outra porção é usada como o produto final WFLH (fluxo 109). O sexto fluxo (110) é passado através do segundo trocador de calor (5) e do primeiro trocador de calor (3) para produzir o fluxo de saída (122) rico em CO2.
[0074] O sétimo fluxo (111) rico em metano e que também compreende etano é obtido a partir da parte superior da segunda coluna de retificação (12). O sétimo fluxo (111) é resfriado nos trocadores de calor (5) e (3) e é dirigido para o início do processo, para a etapa de desidratação, através de mistura do fluxo de retorno (112) com a mistura gasosa inicial (101).
[0075] De modo a aquecer adicionalmente a parte inferior da coluna, uma porção do líquido é bombeada com o uso da bomba (16) através dos trocadores de calor (5) e (3) e o fluxo aquecido produzido é retornado para a segunda coluna de retificação.
[0076] Exemplo de realização do método.
[0077] O método foi realizado de acordo com o diagrama descrito acima.
[0078] Os parâmetros do fluxo mostrados na Figura 1 são apresentados nas Tabelas 1, 3 e 3.
[0079] Como um resultado, o gás de base (114), que compreende 94,6 % de metano, bem como o produto final WFLH (109) que compreende 26,9 % de etano, 37,2 % de propano, 8 % de isobutano, 15 % de n-butano, 3,2 % de isopentano e 3,7 % de n-pentano foram produzidos. Além disso, o fluxo de saída (122) rico em CO2 e sendo o gás a ser descartado compreendia apenas 1,1 % do metano.
[0080] De acordo com a solução análoga, o gás a ser descartado compreende cerca de 3,4 % de metano, bem como hidrocarbonetos C3+ leves.
[0081] Assim, o método reivindicado permite reduzir as perdas dos componentes alvo em comparação com a solução análoga. Além disso, o diagrama de processo fornecido permite realizar o método com alta produtividade e recuperação eficiente de calor, o que aumenta a eficiência do método.

Claims (7)

1. MÉTODO PARA SEPARAÇÃO DE UMA MISTURA GASOSA QUE CONTÉM HIDROCARBONETOS (101), caracterizado por compreender as seguintes etapas: a) desidratação de uma mistura gasosa (101), b) resfriamento da mistura gasosa, c) passagem da mistura gasosa através de uma primeira coluna de retificação (7), assim, produzindo um primeiro fluxo (105) rico em hidrocarbonetos e um segundo fluxo (106) que compreende hidrocarbonetos dissolvidos em CO2, d) separação dos componentes do primeiro fluxo (105) enquanto eles estão sob movimento turbulento e, simultaneamente, expansão em um bocal para produzir um terceiro fluxo (107) pobre em componentes mais pesados do que o metano e um quarto fluxo (108) rico nos ditos componentes mais pesados do que metano, e) aquecimento do terceiro fluxo (107), f) uso de uma porção do terceiro fluxo (107) como gás de saída (114), g) resfriamento da outra porção (115) do terceiro fluxo (107), mistura do mesmo com o primeiro fluxo (105) e alimentação de uma mistura (117) do primeiro fluxo e o fluxo de retorno refrigerado assim produzida na etapa (d), h) alimentação do segundo fluxo (106) e do quarto fluxo (108) a uma segunda coluna de retificação (12) para produção de um quinto do fluxo (109) rico em hidrocarbonetos C3+, um sexto fluxo (110) rico em CO2 e um sétimo fluxo (111) rico em metano, i) mistura do sétimo fluxo (111) com a mistura gasosa inicial (101) e alimentação da etapa (a).
2. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por, antes da etapa (d), a mistura (117) do primeiro fluxo e o fluxo de retorno refrigerado ser separada em um fluxo (119) rico em CO2 e um fluxo (118) pobre em CO2, o fluxo (118) pobre com CO2 sendo alimentado para separação na etapa (d) e o fluxo (119) rico com CO2 sendo retornado para a primeira coluna de retificação (7).
3. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por uma porção de uma fração líquida (120) da primeira coluna de retificação (7) ser aquecida com o uso de trocadores de calor (5, 3), conforme usado para resfriamento da mistura gasosa inicial (101), e é retornado para a primeira coluna de retificação (7).
4. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por uma porção da fração líquida da segunda coluna de retificação (12) ser aquecida com o uso dos trocadores de calor (5, 3) usados para resfriamento da mistura gasosa inicial (101) e é retornado para a segunda coluna de retificação (12).
5. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo sexto fluxo (110) rico em CO2 ser aquecido com o uso dos trocadores de calor (5, 3), conforme usado para resfriamento da mistura gasosa inicial (101) e é descartado.
6. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo aquecimento do terceiro fluxo (107) na etapa (e) e o resfriamento de uma porção do terceiro fluxo (107) na etapa (g) serem realizados em um único trocador de calor (13).
7. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pela mistura gasosa inicial ser resfriada para uma temperatura de menos do que - 40 °C na etapa (b).
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