BR112017020369B1

BR112017020369B1 - Liquefação de gás industrial e de hidrocarbonetos

Info

Publication number: BR112017020369B1
Application number: BR112017020369-3A
Authority: BR
Inventors: Colin F. Nikiforuk
Original assignee: Ptx Technologies Inc
Priority date: 2015-03-23
Filing date: 2016-03-23
Publication date: 2023-04-25
Also published as: EA201792086A1; EP3274640A1; CN107683397A; US20190360747A1; EP3274640A4; AU2016236744B2; US20160282042A1; BR112017020369A2; MY186287A; CA2980398C; KR20170130502A; AU2016236744A1; CN107683397B; NZ735805A; KR102281315B1; WO2016149828A1; CO2017010728A2; SA517382320B1; ZA201706347B; JP2018511026A

Abstract

A presente invenção refere-se a um método para liquefação de gases industriais ou misturas de gases (hidrocarbonetos e/ou não hidrocarbonetos) que usa um sistema de refrigeração por absorção de água ? amônia modificado (ARP), que é usado para refrigerar a mistura de gás ou gás durante o processo de liquefação. O gás pode ser comprimido acima do seu ponto crítico, e o calor da energia de compressão pode ser recuperado para fornecer alguma ou toda a energia térmica necessária para conduzir o ARP. O método utiliza um processo de expansão adiabática de Joule Thomson (JT) que resulta em nenhum requisito para equipamento rotativo criogênico especial. O sistema de refrigeração por absorção de água ? amônia inclui uma torre de absorção de vapor (VAT), que permite a recuperação de algum ou de todo o calor da solução e calor de energia de condensação no sistema, quando vapor de amônia anidro é absorvido em uma solução fraca de água ? amônia sub- resfriada. O ARP modificado com VAT pode obter pressões de operação tão baixas quanto 10 kPa, o que resulta em temperaturas de operação de refrigerador de gás amônia tão baixas quanto -71° C.

Description

Campo da Invenção

[001] A presente invenção refere-se a sistemas e métodos para liquefação de gases industriais ou de hidrocarbonetos ou misturas de gases.

Antecedentes da Invenção

[002] Os gases industriais, como CO2, H2S, N2, O2, H2, He, Ar, ar e outros gases e gases de hidrocarbonetos como o metano, o etano, o propano, o etileno e outros gases de hidrocarbonetos, ou as misturas de gases, são tradicionalmente liquefeitos utilizando ciclos de refrigeração com base nos ciclos de refrigeração Carnot ou Turbo Expander bem conhecidos, as temperaturas criogênicas alcançadas durante estes processos industriais que permitem a liquefação podem exigir complexos ciclos de refrigeração em cascata que intensificam o capital, energia e custos operacionais.

[003] Por conseguinte, existe uma necessidade na técnica de métodos alternativos de liquefação de gases industriais e de hidrocarbonetos ou misturas de gases que possam ser relativamente eficientes em termos de energia, econômicos e práticos de se implementar.

Sumário da Invenção

[004] Em um aspecto, a invenção compreende um método para a liquefação de um gás, compreendendo as seguintes etapas não sequenciais: a. recebimento de um gás com uma pressão de entrada e compressão ou descompressão do gás até uma pressão desejada; b. resfriamento do gás através de pelo menos um resfriador de absorção; c. redução, adiabaticamente, da pressão do gás para liquefação de pelo menos uma porção do gás; d. aquecimento de um fluido rico de água - amônia em um retificador para liberar gás de amônia usando um ou uma combinação de calor auxiliar ou calor de compressão recuperado da etapa (a), se o gás é comprimido na etapa (a), produzindo um fluido fraco de água-amônia; e. sub-resfriamento do fluido fraco de água - amônia e circulação ao topo de uma torre de absorção de vapor f. condensação do gás amônia do retificador e nivelamento da amônia líquida para produzir gás amônia refrigerado para uso no pelo menos um resfriador de absorção; g. absorção do gás amônia do pelo menos um resfriador de absorção para o fluido fraco de água - amônia na torre de absorção de vapor para produzir o fluido rico de água - amônia para a etapa (d).

[005] O gás pode compreender um gás industrial ou um gás de hidrocarboneto, ou qualquer mistura de gases industriais ou de hidrocarbonetos. O método pode resultar na liquefação de pelo menos um componente do gás, uma porção do gás ou substancialmente todo o gás.

[006] Em outro aspecto, a invenção pode compreender um sistema de liquefação de gás que compreende um estágio de recebimento para receber um gás de entrada em uma pressão de entrada, um estágio de arrefecimento que compreende um circuito de refrigeração de absorção para arrefecimento do gás recebido e um estágio de liquefação que compreende uma válvula JT para, pelo menos parcialmente, liquefazer o gás refrigerado. Em uma modalidade, o sistema pode ainda compreender um estágio de compressão para comprimir o gás até a pressão desejada e uma fase de recuperação de energia de compressão de calor para transferir calor do estágio de compressão para o circuito de refrigeração de absorção. Em outra modalidade, o sistema pode compreender um estágio de reciclagem de gás para a reciclagem de componentes não liquefeitos do gás em um circuito de reciclagem de vapor de baixa pressão, o qual resfria ainda mais o gás comprimido e arrefecido e que é então dirigido para o estágio de compressão.

[007] Em uma modalidade, o circuito de refrigeração de absorção compreende um retificador e uma torre de absorção de vapor.

Breve descrição dos Desenhos

[008] A invenção será agora descrita por meio de modalidades exemplificativas com referência aos desenhos diagramáticos, simplificados, anexos: a Figura 1 é uma descrição esquemática de uma modalidade da presente invenção; as Figuras 2A e 2B em conjunto são um diagrama de fluxo de processo (PFD) de uma modalidade, em que o gás é comprimido a menos do que a pressão crítica para o gás; a Figura 3 é um gráfico de Mollier para dióxido de carbono (C02) utilizando uma modalidade da presente invenção. Este e outros Gráficos Mollier mostram gráficos de Pressão - Entalpia específicos, conforme fornecido pela Chemicalogic Corporation USA; a Figura 4 é um diagrama de fluxo de processo (PFD) utilizando o método de liquefação de gás 2 para um gás natural doce a uma pressão de entrada de 170 kPa. água saturada com 2% de CO2 e 98% de CH4. O ciclo de liquefação usa um único aplicativo de liquefação instantânea para um armazenamento de pressão de 170 kPa; as Figuras 5A e 5B em conjunto são um diagrama de fluxo de processo (PFD) utilizando 0 ciclo de refrigeração de absorção modificado, observando 0 equipamento chave e os pontos de dados do processo. O processo mostra componentes-chave para o sistema de resfriamento de NH3 de 4 estágios, torre de absorção de vapor (VAT), resfriador de solução fraca, permutadores de calor de resíduos, gerador, coluna de retificador, condensador de refluxo (dephlegmator), condensador de amónia e outros equipamentos auxiliares; a Figura 6A é um Gráfico de Mollier para o metano (CH4) utilizando um ciclo de liquefação que mostra uma modalidade da presente invenção. A Figura 6B é um Gráfico de Mollier para o metano utilizando uma modalidade alternativa, com alimentação opcional de alta pressão; a Figura 7 é um Gráfico de Mollier para amónia anidra (NH3) que mostra os pontos termodinâmicos para um sistema de resfriamento de liquefator de 4 estágios que mostra a pressão e a temperatura do vapor de amónia anidro quando retorna ao VAT. A temperatura ambiente do sistema de arrefecimento para este exemplo assume uma temperatura de condensação de 22° C; a Figura 8 é um desenho de PTX para solução de água - amónia que representa os pontos de operação, em particular as pressões de operação do processo chave, as temperaturas e a concentração da solução através do VAT e o restante do ciclo de absorção modificado como utilizado na invenção. O gráfico PTX para água - amónia foi plotado utilizando dados de processo do simulador de processo PROMAX ™; a figura 9 é um diagrama de fluxo de processo (PFD) de uma modalidade, onde o resfriamento de liquefação de gás final ocorre em um permutador de calor de vaporização de gás liquefeito; a figura 10 é um Gráfico de Mollier para a liquefação de ar utilizando uma modalidade de um ciclo de liquefação, conforme ilustrado na figura 9.

Descrição Detalhada de Modalidades Preferidas

[009] Na física, o termo "gás" inclui um estado de matéria em que uma substância possui uma mobilidade molecular perfeita e a propriedade de expansão indefinida. Tal como aqui utilizado, um "gás" inclui substâncias que são gases em temperatura e pressão padrão, tais como gases CO2, H2S, N2, O2, H2, He, Ar, ar ou gases de hidrocarbonetos tais como metano, etano, propano, etileno e outros gases de hidrocarbonetos, ou qualquer mistura de gases. Tal como aqui utilizado, 0 termo "gás liquefeito" significa qualquer gás ou mistura de gases, que foi liquefeito para venda, descarte ou uso para fins comerciais, de pesquisa ou industriais.

[010] Como aqui utilizado, 0 termo "válvula JT" ou "válvula de estrangulamento JT" significa uma válvula de gás adaptada para permitir a expansão adiabática de gás de acordo com 0 efeito Joule-Thompson. As válvulas JT sâo bem conhecidas na técnica e estão comercialmente disponíveis.

[011] Tal como aqui utilizado, 0 termo "separador de baixa pressão" ou "LPS" significa um recipiente de separação que opera a uma pressão e temperatura inferiores especificadas a jusante de uma válvula de estrangulamento "JT", de tal modo que um gás liquefeito pode ser removido do curso de fluxo ou processado adicionalmente dentro do curso de fluxo.

[012] Como aqui utilizado, 0 termo "separador de alta pressão" ou "HPS" significa um recipiente de separação que opera na pressão desejada para o arrefecimento do gás e está localizado a montante da válvula de estrangulamento JT.

[013] Tal como aqui utilizado, 0 termo "fase densa" no que se refere a qualquer gás ou mistura de gases significa 0 estado de um gás resultante da sua compressão acima do seu cricodenbar, que é a pressão máxima acima da qual 0 gás não pode ser formado na fase gasosa, independentemente da temperatura, em uma temperatura dentro de uma faixa definida por aproximadamente a sua temperatura crítica, que é a temperatura correspondente ao ponto crítico, sendo a combinação de pressão e temperatura em que as propriedades intensivas das fases gás e líquido da matéria são iguais e aproximadamente o seu termo cricoden, que é a temperatura máxima acima da qual o gás natural não pode ser formado na fase líquida, independentemente da pressão. Na fase densa, um gás tem uma viscosidade semelhante à da fase gasosa, mas pode ter uma densidade mais próxima daquela da fase líquida,

[014] Tal como aqui utilizado, o termo "não condensável" significa qualquer gás que não se liquefaz na temperatura e de pressão de operação de um estágio ou estágios específicos para qualquer LPS dentro do curso de fluxo,

[015] Tal como aqui utilizado, o termo "processo de refrigeração de absorção" ou "ARP" significa um sistema de refrigeração que utiliza o processo de refrigeração termodinâmico reconhecido pela técnica que é baseado na entrada térmica para conduzir um processo de refrigeração.

[016] Tal como aqui utilizado, o termo "calor auxiliar" significa entrada de calor em um sistema originário de qualquer meio de recuperação de calor residual, meio de transferência de calor, aquecedores de resistência elétrica ou outros meios convencionais de fornecimento de entrada de calor a um circuito de aquecimento de solução rica em ARP modificado da presente invenção. O calor auxiliar, de preferência, é fornecido a partir de fontes de calor de baixa qualidade. O calor de baixa qualidade significa calor de baixa e média temperatura que tem menor densidade de energia e não pode ser convertido de forma eficiente por meio de métodos de conversão. Embora não haja especificação unificada na faixa de temperatura de calor de baixa qualidade, entende-se que uma fonte de calor com temperatura abaixo de 370 C é considerada como uma fonte de calor de baixo grau, porque o calor é considerado não convertido eficientemente abaixo dessa temperatura usando ciclo de vapor de Rankine. As principais fontes de calor de baixa qualidade são de térmicas solares, geotérmicas e térmicas.residuais industriais.

[017] Como usado aqui, o termo "processo de refrigeração mecânica" significa um sistema de refrigeração que utiliza o processo de refrigeração termodinâmica reconhecido na técnica, que é baseado em entrada de compressão para conduzir o processo de refrigeração.

[018] Como aqui usado, o termo “processo de refrigeração turbo-expansor" significa um sistema de refrigeração que utiliza o processo de refrigeração termodinâmica reconhecido na técnica, que é baseado em expansão adiabática e recuperação de trabalho para compressão como um processo de refrigeração.

[019] Em um aspecto, as modalidades da presente invenção compreendem um sistema que compreende um estágio de recebimento de gás, um estágio de arrefecimento, um estágio ou estágios de liquefação e um ARP modificado que conduz o estágio de arrefecimento. Em uma modalidade preferida, a invenção também pode compreender um estágio de compressão, um estágio ou estágios de recuperação de energia de compressão e um estágio de reciclagem de gás. Uma modalidade da presente invenção procura utilizar a energia potencial (entalpia) de uma corrente de gás de entrada e recuperar o calor de energia de compressão durante um estágio de compressão do processo de liquefação para melhorar a eficiência termodinâmica global de um processo de liquefação de gás.

[020] Em uma modalidade, como mostrado esquematicamente na Figura 1, a invenção compreende um sistema de liquefação de gás que é combinado com um sistema de refrigeração de absorção de água - amónia modificado. O calor da energia de compressão gerado como resultado do trabalho de compressão no gás ou mistura de gases a serem liquefeitos pode ser recuperado utilizando água - amónia para absorver calor da corrente de gás do fluido de trabalho por meio de um permutador de calor. As técnicas convencionais de processamento de gás rejeitam essa quantidade elevada, energia calorífica de baixa qualidade para o meio ambiente, seja através de ventilador de ar ou sistemas de resfriamento de água.

[021] As modalidades da presente invenção utilizam o calor recuperado de energia de compressão em um ciclo de refrigeração de absorção que proporciona um arrefecimento de refrigeração para permitir a liquefação dos gases.

[022] A energia potencial (entalpia) disponível no gás a ser liquefeito está diretamente relacionada com a pressão e a temperatura do gás à medida que entra no sistema e é utilizada durante processos de refrigeração de redução de pressão tais como o processo de redução de a pressão de Joule-Thomson (JT) para refrigerar o gás ou mistura de gases por auto-refrigeração da redução de pressão adiabática. O processo JT é robusto e simples e é adequado para refrigeração sem limitações práticas ao operar dentro do envelope de fase gás- líquido e não requer o uso de equipamentos rotativos criogênicos especiais que são complexos, caros e possuem limitações práticas que exigem operação fora do envelope de fase gás-líquido.

[023] Com uma fonte de calor, os sistemas de refrigeração por absorção tipicamente utilizam menos de 5% de energia elétrica líquida em comparação com a energia de arrefecimento produzida pelo sistema de refrigeração por absorção. O calor de grau inferior de energia de compressão que é recuperado do trabalho de compressão transmitido na corrente de gás que está sendo liquefeito pode proporcionar algum, todo ou excesso de serviço de refrigeração, dependendo da aplicação específica de liquefação de gás e do método utilizado para a liquefação. Em aplicações onde energia calorífica insuficiente está disponível para ser recuperada do ciclo de liquefação, pode ser necessária energia calorífica auxiliar adicional sob a forma de outras correntes de calor residual de grau inferior disponíveis e/ou outros meios convencionais de entrada de calor para fornecer a energia calorífica necessária para permitir que o serviço de refrigeração requerido seja desenvolvido pelo sistema de refrigeração absorvedor.

[024] O sistema de refrigeração por absorção compreende um retificador que utiliza energia térmica para liberar amónia de uma solução rica em água - amónia e uma torre absorvedora de vapor (VAT) que, em uma modalidade, permite que um resfriador funcione tão baixo quanto - 71 0 C em uma pressão de operação de 10 kPa. O desenho do VAT emprega princípios termodinâmicos para eliminar a necessidade de bombas de vácuo mecânicas convencionais para atingir as pressões de operação do vácuo desejadas. O desenho do VAT também permite, pelo menos, alguma e, possivelmente, toda a recuperação do calor da solução e do calor da energia de condensação à medida que a amónia anidra em vapor absorve na solução fraca de água- amónia no topo da VAT e, opcionalmente, em pontos de entrada adicionais para a VAT. A força e a temperatura da solução aumentam de cima para baixo na VAT, com a cabeça hidráulica mantendo a solução de água-amónia em um estado sub-resfriado até atingir a força final da solução rica. O calor da solução e a condensação são mantidos como energia útil dentro da solução rica, ao contrário dos absorventes convencionais que rejeitam essa energia para um dissipador de calor.

[025] No estágio de recebimento, a corrente de gás de entrada é comprimida ou descomprimida para uma pressão desejada, que pode estar acima ou abaixo da pressão crítica do gás antes de iniciar o processo de refrigeração / liquefação. Se a corrente de gás de entrada estiver acima da pressão desejada, pode ser estrangulada com uma válvula JT para iniciar o processo em uma temperatura mais baixa. Nesses casos, nenhum calor de compressão é recuperado para transferência para o ARP modificado.

[026] Em uma modalidade, um método é adaptado para liquefação de um gás que tem uma pressão de entrada abaixo do ponto critico para o gás. O método utiliza um compressor (um ou mais estágios), um sistema de recuperação térmica de calor de compressão, um ARP modificado, uma ou mais válvulas JT, um ou mais vasos LPS e um compressor de refrigeração de gás de reciclagem com uma ou mais etapas. Este método de liquefação de um gás reduz ou elimina a necessidade de um segundo conjunto de compressores de refrigeração utilizando um sistema de refrigeração mecânica convencional, como o ciclo de Carnot. O gás que está sendo liquefeito atua como um fluido de transferência de calor à medida que o componente da fase de vapor como resultado do flash JT é reciclado e o componente da fase líquida enviado para armazenamento. Este exemplo do método pode ser adequado para a liquefação de CO2, H2S, propano ou recuperação de líquido de gás natural (NGL) C3 de corte raso, onde a temperatura requerida para a liquefação é mais quente do que -70 ° C.

[027] Por exemplo, este método pode ser usado para liquefazer gás CO2, mostrado esquematicamente na Figura 2 como um PFD, e na Figura 3 como um Gráfico de Mollier. A faixa típica de armazenamento de CO2 líquido está entre cerca de -15° C e -29 0 C. O processo pode produzir CO2 líquido em uma temperatura de cerca de -23° C, a uma pressão de cerca de 1600 kPa. Na entrada, C02 é disposto em uma pressão atmosférica e a cerca de 30° C, bem abaixo do ponto crítico do gás. O gás é então comprimido em estágios ao passar por permutadores de calor que recuperam 0 calor da energia de compressão com permutadores de calor em comunicação direta com uma solução rica em água - amónia, para fornecer toda ou parte da energia calorífica necessária para alimentar 0 sistema de refrigeração por absorção de refrigeração modificada. O C02 comprimido é então arrefecido por pelo menos um resfriador de absorção. A energia calorífica para alimentar o sistema de resfriamento de absorção é fornecida por qualquer combinação de calor recuperado de energia de compressão e/ou calor auxiliar, que pode ser produzido por troca de calor de combustão direta ou indireta ou outras correntes de recuperação de calor residual disponíveis com as condições necessárias de temperatura e fluxo de massa.

[028] O C02 comprimido e arrefecido é então liberado através de uma válvula JT para um separador de baixa pressão (LPS) em uma pressão de liberação e uma temperatura de liberação de modo que o C02 esteja em um estado de gás- líquido de duas fases, o qual pode, sob algumas circunstâncias, estar em um estado sub-resfriado. O C02 líquido pode ser descarregado para um recipiente de armazenamento, enquanto que a porção de gás que compreende quaisquer gases instantâneos e/ou vapores não condensáveis é dirigida ao compressor de reciclagem, uma corrente de purga para ventilação, gás combustível e/ou processamento adicional conforme possa ser o caso. O compressor de reciclagem faz parte de um ciclo de reciclagem em que a porção de gás é introduzida no curso de fluxo de gás no estágio de compressão, como se vê na Figura 2 em C02-11 e C02-11a.

[029] Em outra modalidade, a presente invenção proporciona um método para liquefazer um gás que é recebido acima do seu ponto crítico ou é comprimido até acima do seu ponto crítico utilizando um compressor (um ou mais estágios), um calor de sistema de recuperação térmica de energia de compressão, um ARP modificado, uma ou mais válvulas JT, um ou mais vasos LPS e um compressor de refrigeração de gás de reciclagem com um ou mais estágios. O método utiliza um curso de fluxo incluindo, mas não se limitando a um ciclo de refrigeração utilizando a compressão de um gás até uma pressão suficientemente na fase densa para permitir a liquefação por meio do arrefecimento do gás de fase densa com qualquer combinação de um calor de sistema de recuperação térmica de energia de compressão, um sistema de refrigeração por absorção e permutador de calor com a corrente de vapor de gás de reciclagem de baixa pressão de um ou mais LPSs, uma ou mais válvulas JT e compressor de refrigeração de gás de reciclagem com um ou mais estágios de compressão. Dependendo da pressão de alimentação e da temperatura do gás que entra no processo de liquefação, pode ser vantajoso comprimir o gás ainda mais na fase densa suficientemente acima da pressão crítica e da temperatura do gás para otimizar o calor removido (mudança de entalpia) durante o processo de refrigeração para que o gás ou mistura de gases específicos sejam liquefeitos.

[030] A pressão selecionada para o processo de arrefecimento para uma mistura especifica de gás ou gases está diretamente relacionada com a alteração da inclinação da isotermia para a mistura de gás ou gases acima do ponto crítico apresentado em um Grático de Mollier de Pressão versus Entalpia Específica. O ponto em que a inclinação da isoterma é vertical (inclinação infinita) proporciona o potencial máximo para a transferência de calor sensível ocorrer para uma dada mistura de gás ou gases em uma determinada temperatura. A pressão real selecionada pode não ser necessariamente esse ponto, uma vez que uma combinação de fatores precisa ser considerada, como limites práticos de pressão e de temperatura para equipamento de compressão e troca de calor e a temperatura mínima disponível ou fornecida pelo sistema de refrigeração por absorção. A inclinação da isotermia para um gás específico pode ser observada em um gráfico de Mollier (Entalpia Específica do eixo X e Pressão Absoluta do eixo Y) para auxiliar na seleção da pressão ideal para o resfriamento de um dado gás ou mistura de gases antes da etapa de liquefação. Este processo de seleção será descrito mais adiante.

[031] Nos exemplos desta modalidade, o gás é recebido em uma pressão de entrada a uma pressão de fase densa desejada, ou, se a pressão de entrada não estiver na pressão de fase densa desejada, comprimir ou descomprimir o gás até a pressão de fase densa desejada necessária para liquefação. Se for comprimido, o calor da energia de compressão pode ser recuperado por meio de um permutador de calor e transferido para uma solução rica em água- amõnia, para fornecer toda ou parte da energia térmica necessária para alimentar o sistema de refrigeração por absorção de refrigeração modificada. Se a energia calorífica recuperada do calor de compressão for insuficiente, o aquecimento de calor pode ser fornecido por qualquer troca de calor de combustão direta ou indireta ou outras correntes de recuperação de calor residual disponíveis com as condições necessárias de temperatura e fluxo de massa.

[032] O gás de entrada pode ser comprimido em um compressor de um ou vários estágios conforme necessário para atingir a pressão final desejada, igual à pressão de entrada da válvula JT. Geralmente, em uma modalidade, as temperaturas de descarga para qualquer estágio de compressão particular são limitadas a cerca de 150 a 160° C, dependendo das especificações específicas do equipamento de compressão.

[033] O gás comprimido é arrefecido por meio de resfriador de absorvedor de pelo menos um e, de preferência, 2, 3 ou 4 estágios, em uma temperatura mínima de -70° C. Em uma modalidade, o gás comprimido pode inicialmente ser arrefecido com uma corrente de reciclagem de vapor de baixa pressão do LPS, conforme discutido abaixo

[034] A mistura de gás ou gases industriais resfriada é liberada através de uma válvula JT para um separador de baixa pressão (LPS) a uma pressão de liberação e uma temperatura de liberação de modo que o gás esteja com uma qualidade de vapor "X" dentro da região de duas fases para o gás. Nas Figuras 6A e 6B, X = 0,53 em M17 e M12 respectivamente. O líquido é descarregado do LPS para um recipiente de armazenamento e o vapor é direcionado para uma corrente de reciclagem de vapor de baixa pressão. Este fluxo de reciclagem incorpora um permutador de calor que inicialmente arrefece a mistura de gás ou gases industriais de fase densa até a temperatura desejada antes de arrefecer o gás de fase densa no resfriador de absorção. A corrente de reciclagem de vapor de baixa pressão é assim aquecida até uma temperatura adequada para a entrada para o equipamento de compressão, e é então comprimida em uma ou mais fases até a pressão de liquefação em fase densa desejada ser alcançada e depois combinada com a corrente de gás de entrada.

[035] Os vapores não condensáveis do LPS podem ser direcionados para uma corrente de purga para ventilação, processamento adicional ou como um gás combustível, dependendo das propriedades da mistura específica de gás ou gases industriais e da aplicação do processo.

[036] Os estágios adicionais para a passagem do líquido removido do LPS podem ser conduzidos para reduzir ainda mais a temperatura e a pressão do gás ou mistura de gases industriais liquefeitos, se desejado, com o uso de válvulas JT adicionais, vasos de LPS e estágios de compressão, conforme desejado.

[037] Para alguns gases, os resfriadores de refrigeração de absorção não funcionam em uma temperatura suficientemente baixa para permitir a passagem simples de JT do fluido de fase densa refrigerado para um estado sub-arrefecido na temperatura de liquefação final desejada, mas permite passar para as desejadas temperatura e pressão finais para uma certa qualidade de vapor "X" dentro do envelope de fase gás-líquido para o gás. A porção líquida é removida do LPS e enviada para um recipiente de armazenamento de líquido, enquanto a fase gás é removida do separador e a fase gás frio de baixa pressão pode ser usada para esfriar ainda mais a corrente de gás de fase densa mais quente que foi arrefecida no permutador de calor de resfriamento de absorção de estágio final.

[038] Em uma modalidade, através de arrefecimento da corrente de gás em fase densa, a corrente de reciclo de vapor de baixa pressão do LPS é aquecida até uma temperatura aproximando-se da temperatura de operação final do resfriador de absorção. Pode então ser direcionada para outro permutador de calor que aquece ainda mais o gás de reciclagem em um circuito de compressão a uma temperatura aceitável para o equipamento de compressor de reciclagem selecionado (-29 ° C ou aquecedor para utilizar materiais nodulares de ferro ou aço ao carbono e evitar a necessidade de aços inoxidáveis necessários para operações criogênicas). Uma vez que o gás de reciclagem de vapor de baixa pressão permutou energia suficiente e está adequadamente aquecido, pode ser combinado com a corrente de gás de entrada e comprimido como aqui descrito.

[039] Dependendo da aplicação específica, pode haver um excesso de arrefecimento disponível para outros processos, ou pode haver energia de aquecimento adicional necessária para permitir que o trabalho de refrigeração seja suficiente para gerado pelo equipamento de arrefecimento de refrigeração por absorção. Após o calor da energia de compressão ter sido recuperado da corrente de entrada e da corrente de reciclagem (o fluxo combinado é igual ao fluxo de entrada + fluxo de reciclagem ("Y")), esta corrente é ainda arrefecida por um ou mais estágios do sistema de refrigeração de absorção até a temperatura final desejada do sistema de refrigeração por absorção ser alcançada. O fluxo de recirculação de vapor de baixa pressão do LPS tem um fluxo de massa igual a "Y" ou "X / (1-X)" vezes o fluxo de entrada a ser liquefeito. O fluxo de massa de líquido que sai do LPS é igual ao fluxo de massa de entrada da mistura de gás ou gases que entra no sistema, menos qualquer gás combustível ou corrente de purga para evitar a acumulação de gases não condensáveis nas condições desejadas de liquefação do sistema.

[040] Os métodos de liquefação de gases aqui descritos podem minimizar a necessidade de equipamentos adicionais que são exigidos por processos convencionais de refrigeração com processos de refrigeração externa de multiestágios em cascata ou sistemas refrigeradores mistos que atualmente são utilizados em instalações de liquefação de LNG em grande escala e que requerem entrada de energia líquida significativa e capital para construir e capital de giro para operar e manter. Além disso, o permutador de calor de alumínio soldado (BAHX) e o equipamento rotativo criogênico não são necessários.

[041] Podem ser adicionados estágios adicionais de passagem JT se forem desejados produtos de gases mistos ou gases liquefeitos mais frios e de baixa pressão que resultem em correntes adicionais de purga de gás ou de reciclagem. Dependendo das propriedades da mistura de gás ou de gases sendo liquefeitos, pode ser desejado utilizar uma ou uma combinação das correntes de vapor para gás combustível ou como corrente de alimentação para recuperação dos gases não condensáveis em outro processo de liquefação a uma pressão e temperaturas de operação alternativas que permitem a liquefação das misturas de gás ou gases não condensáveis. Um exemplo deste método é adequado para aplicações com temperaturas de liquefação tão baixas quanto -170 0 C e são particularmente adequadas para a produção de LNG ou recuperação de C2 + de corte profundo.

[042] Os métodos descritos acima que utilizam um gás em fase densa são capazes de arrefecer um gás a uma temperatura de -71 °C antes da expansão adiabática, o que é suficiente para liquefazer o metano. Em outra modalidade, em que a temperatura de liquefação requerida é menor, a invenção pode compreender uma etapa de arrefecimento adicional, onde a vaporização de um gás industrial liquefeito separado arrefece ainda mais o gás que se deseja liquefazer. Este método para liquefazer gases utiliza um compressor (um ou mais estágios), um calor de sistema de recuperação térmica de energia de compressão, um ARP modificado, uma ou mais válvulas JT, um ou mais vasos LPS, um compressor de reciclo de refrigeração com um ou mais estágios, e um ou mais permutadores de calor para vaporizadores de gás liquefeito.

[043] Nesta modalidade, um gás liquefeito é produzido usando as etapas descritas acima e acrescentando adicionalmente a etapa de utilização de um permutador de calor do vaporizador de gás liquefeito para arrefecer outro gás de fase densa da temperatura de resfriamento de absorção modificada de estágio final para uma temperatura suficientemente baixa que o gás de fase densa refrigerado pode ainda ser arrefecido com a corrente de vapor de reciclo do LPS para permitir a liquefação da mistura de gás ou gases industriais através de expansão adiabática de JT para uma qualidade de vapor "X" na temperatura e na pressão desejadas. Se o GNL é utilizado no vaporizador de gás liquefeito, então, aproximadamente, um kg de ar pode ser liquefeito para cada 0,35 kg de LNG vaporizado, utilizando uma modalidade do método ilustrado nas Figuras 9 e 10.

[044] Consequentemente, os estágios para modalidades alternativas são semelhantes, mas podem diferir na temperatura de operação requerida, nas pressões e nos balanços de calor e material para as aplicações em liquefação de gás. A concentração da solução das concentrações e taxas de fluxo de solução de água-amônia pobre e rica depende principalmente da temperatura ambiente (temperatura de sumidouro de calor) e temperatura de operação de estágio final de resfriador desejada. A taxa de circulação de uma dada mistura de solução depende da carga de resfriamento total necessária e da entrada de calor disponível no sistema. O cálculo e a determinação desses parâmetros estão bem dentro da capacidade de alguém de habilidade comum de um especialista que possui o benefício dessa divulgação.

[045] Uma característica da presente invenção compreende a recuperação de uma quantidade significativa e, em alguns casos, todo o calor da solução e o calor da energia de condensação na IVA, que o calor é rejeitado para o ambiente ou aquecimento térmico nas configurações ARP convencionais. Outra característica de uma modalidade do segmento de VAT da invenção é que pode atingir um resfriamento muito baixo de -71 ° C no estágio final do resfriador, sem necessidade de equipamento rotativo de bomba de vácuo, proporcionando assim uma solução de custo de capital menor, forte e simples para obter a liquefação de LNG com equipamento rotativo mínimo e, em particular, nenhum equipamento de rotação criogênica.

EXEMPLOS

[046] Os exemplos a seguir são descritos para modalidades específicas ilustrados da invenção reivindicada e não são destinados a limitar a invenção reivindicada.

[047] Nas Figuras 2 e 3, o gás CO2 é recebido em pressão atmosférica e a cerca de 30° C e é então comprimido para uma pressão de cerca de 4400 kPa, através de três estágios de compressão (STG-1, STG-2 e STG-3), enquanto está sendo resfriado com permutadores de calor (WIIX-1, WHX-2 e WHX 3). O gás é então arrefecido inicialmente por corrente de reciclo de vapor do separador final (MP Sep) e, em seguida, um resfriador de absorção (NH3-CFI1 (10)), WHX-1, WHX-2 e WHX 3 transfere calor para o sistema de água - amónia, para alimentar o sistema de resfriador de absorção

[048] O CO2 refrigerado passa então através de uma válvula JT para o separador (MP Sep) em uma pressão de liberação e uma temperatura de liberação tal que 0 CO2 esteja nas duas fases gás-líquido, que pode, em algumas circunstâncias, estar em um estado de sub-refrigeração, A porção de líquido é descarregada para um recipiente de armazenamento, enquanto que a porção de gás compreendendo quaisquer gases de passagem e / ou vapores não condensáveis é direcionada para 0 compressor de reciclo, uma corrente de purga para ventilação, gás combustível e/ou processamento adicional como possa ser o caso.

[049] As Figuras 4 e 5 mostram um método de liquefação e um sistema para liquefação de gás natural doce, enquanto que a Figura 6 mostra um Gráfico de Mollier para 0 curso de fluxo de gás natural. A Tabela 1 em anexo resume 0 equilíbrio de calor e material para esses exemplos,

[050] A Figura 8 mostra o curso de fluxo do ARP modificado e VAT em um gráfico PTX em pressões de até 10 kPa, desenvolvido para descrever 0 curso de fluxo deste exemplo. Os gráficos convencionais de PTX para água - amónia geralmente não se estendem abaixo de 100 kPa e não levam em conta a operação dos sistemas ARP que operam abaixo da pressão atmosférica. A Figura 8 mostra o curso de escoamento do sistema de refrigeração de gás de 4 estágios de amónia anidra para permitir a operação no topo do VAT em pressões tão baixas quanto 10 kPa e -71 0 C. A Tabela 1 resume as propriedades do gás, metanol, solução de água - amónia e amónia anidra à medida que progridem através do curso de fluxo obtido a partir de gráficos disponíveis de Mollier para metano e amónia anidra, tabelas, gráficos e gráficos disponíveis publicamente para as propriedades termodinâmicas das soluções de água-amônia, tabelas de vapor e vapor. Os cálculos para os parâmetros esperados de desempenho e operacionais para VAT a ARP modificados foram desenvolvidos pelo inventor como parte da invenção, os cálculos manuais estão sujeitos a arredondamento, simplificação, estimativa e aproximação, conforme necessário para desenvolver os parâmetros principais e os parâmetros de operação do sistema chave. Por exemplo, os gases não condensáveis foram excluídos e a amónia anidra pura foi assumida como simplificando os cálculos manuais necessários (versus a pureza alvo de 99,5%). A simulação matemática usando o software de simulação de processo pode resultar na revisão de cálculos para permitir o projeto detalhado do processo das correntes de purga necessárias para o circuito de liquefação de gás e o sistema VAT e ARP modificado.

[051] Um método para a liquefação de gás natural doce saturado de água (98% de CH4 e 2% de CO2) é mostrado nas Figuras 4, 5 e 6A. O gás natural é fornecido no curso de fluxo em um separador de entrada em Ml em uma pressão de 170 kPa e 17° C. O gás é comprimido na entrada do primeiro estágio (COMP-IN) e comprimido para 650 kPa (M2), a mesma pressão que o gás de reciclo do primeiro estágio (STG-1, M3). O calor de compressão da entrada do primeiro estágio é recuperado em WHX-IN (M2 a M2a), o calor de compressão da entrada de primeiro estágio é (M3 a M3a) é usado para aquecer o gás de reciclo (M20 a M21) até pelo menos -29 0 C, que é a temperatura mínima aceitável para operação em um compressor de materiais padrão de construção (não criogênicos). A temperatura combinada para a entrada da sucção do compressor de reciclo de 2a estágio é de 47° C (M4). A temperatura e a pressão em M4 devem ser revisadas para garantir que os hidratos ou o congelamento não sejam um problema, para este exemplo não há um problema, mas os índices de reciclo para o gás de entrada e o conteúdo de água podem mudar dependendo da aplicação.

[052] O gás de reciclo e entrada combinados são comprimidos no 2o estágio de reciclo para 2.200 kPa (M5), o gás é arrefecido e o calor da compressão recuperado em WHX-1 (M5 a M6). O gás é ainda comprimido no reciclo de 3o estágio (STG-3) e calor de compressão recuperado a partir de 160 ° C em WHX-2 (M7 a M8) a 47 ° C.

[053] O gás agora entra em um ponto no curso do fluxo para o pré-tratamento na preparação do processo de liquefação. O F1SX-5 é utilizado para fornecer o controle da temperatura antes do gás no curso de fluxo que entra no Contactor de Amina (M9), onde o teor de CO2 é reduzido de 20.000 ppm para menos de 50 ppm para evitar a solidificação do CO2 no processo de liquefação. O gás que sai do contactor de amina no ponto M10 é saturado com água quando entra no desidratador de glicol de TEG, onde, saindo no ponto M11, o conteúdo de vapor de água foi reduzido para 0,65 kg /103 m3. No ponto MI2, 11,7 kg de metanol são injetados para garantir uma mistura de metanol/água aproximadamente 75/25, uma vez que a condensação ocorre ao longo do curso de fluxo para o HPS a 8.200 kPa e -88 ° C (MI4).

[054] A mistura condensada de metanol e água é removida do HPS (Ml 6) deixando uma corrente de vapor desidratada com vestígios de MeOH/H2O que se solidificará à medida que o gás passa através da válvula JT-1 para 170 kPa e -152 ° C, e pode ser removido por filtragem do produto líquido. Esta técnica para a desidratação não foi utilizada ou reconhecida na técnica anterior como um método de desidratação da corrente de gás durante a produção de gases criogénicos tais como LNG e é um método que pode ser utilizado na invenção para eliminar a necessidade de unidades de desidratação de peneira molecular convencionais.

[055] Retornando a M12, o ponto no curso de fluxo para a injeção de metanol, o gás é arrefecido sequencialmente de 22° C (M12) a -88° C (M14) através de resfriadores de amônia NH3-CH1, NH3-CH2, NH3-CH3, NH3 - CH4 e GGX-2. Neste exemplo, devido à temperatura ambiente mais quente, 0 HSX-3 não fornece nenhum trabalho de transferência de calor benéfico. Em climas mais frios, 0 HSX-3 pode proporcionar um resfriamento significativo, o que reduzirá 0 trabalho de arrefecimento de NH3-CHI. Como resultado, a eficiência térmica do processo de liquefação de gases melhorará à medida que a temperatura ambiente diminui durante os meses de inverno.

[056] Uma vez que o gás de fase densa resfriado atingiu o HPS, o líquido de MeOH / H2O condensado é removido no ponto MI6 como observado anteriormente, o gás de alta pressão refrigerado desidratado deixa o HPS no ponto M15 (-88 ° C, 8.200 kPa) e é exibido através da válvula Joule Thomson JT-1 para o ponto M17 (170 kPa, -152 ° C e uma fração de vapor X = 0,53) no LPS. O LNG líquido é removido do LPS via M-18 por gravidade para o sistema de armazenamento de LNG (com os sólidos traço de MeOH / HzO filtrados e removidos do LNG) e o vapor de gás de reciclo a frio é reciclado de volta para atuar como um fluido de transferência de calor , arrefecimento da corrente de gás em GGX-2 (M13 a M-15) e aquecimento de M-19 a M20 (-152 a -71), as temperaturas de aproximação próximas são obtidas utilizando um permutador de calor criogênico de alta pressão. O gás de reciclo é ainda aquecido em GGX-1, um permutador de calor criogênico de menor pressão a um mínimo de -29 ° C para permitir o uso de equipamentos de compressão não criogênicos, que podem ser alternados ou centrífugos à medida que o tamanho da instalação de liquefação de gás aumenta.

[057] A solução rica é recebida na entrada para a bomba de solução rica em água - amónia no ponto Aq1 do fundo da VAT em um estado sub-resfriado de 50° C ou menos e 10,4% em peso para esta aplicação. As condições ambientais mais quentes versus as condições ambientais do frio no inverno resultam em menores soluções globais ricas e pobres sendo utilizadas para o ARP de adsorção modificado. Neste exemplo, a concentração pobre é de 5% em peso e a rica é de 10,4% em peso.

[058] A VAT que recebe o vapor de amónia anidra dos quatro aparelhos de arrefecimento de gás (NH3-CH1, NH3-CH2, NH3.CH3, NH3-CH4) neste exemplo opera a 10 kPa no topo e uma solução fraca sub-resfriada em temperatura de 22° C.

[059] Geralmente, como a temperatura ambiente mais fria ou os dissipadores de calor estão disponíveis, o trabalho do resfriador para o trabalho de NH3-CH1 é reduzido, neste exemplo, como o HSX-3 não pode reduzir a temperatura do curso de fluxo em M12a abaixo de 22° C, seu trabalho é mínimo. Temperaturas ambiente mais baixas também resultam na redução da pressão de operação de condensação do HSX-2 (condensador de amónia anidra). A sensitividade da redução da temperatura ambiente no ARP modificado e na VAT pode ser vista graficamente na Figura 8 (0 diagrama PTX para as pressões de operação do absorvedor até 10 kPa). A baixa pressão de condensação de amónia (HSX-2) e a carga de trabalho reduzida na solução fraca de água-amónia (NH3-CH1) proporcionam oportunidades para otimizar ainda mais as resistências e taxas de circulação da solução rica e fraca.

[060] Voltando à bomba de solução rica em água - amónia, a pressão de descarga da bomba é uma função direta da temperatura de condensação (e pressão) do condensador de amónia (HSX-2). Neste exemplo, é necessária uma pressão de 950 kPa para Aq-2, a solução rica em 10% em peso neste ponto no curso de fluxo é sub-resfriada. A solução rica flui primeiro para 0 calor da etapa de recuperação da compressão dividida em paralelo com as taxas de fluxo divididas proporcionalmente ao trabalho de recuperação de calor residual de cada permutador (WHX-IN, WHX-1, WHX-2) aumentando a temperatura a partir de 50 ° C ( Aq2) a 72,5 ° C (AqlO) para 10,4% em peso e 940 kPa, a solução rica ainda está sub-resfriada.

[061] O próximo ponto no curso de fluxo é 0 permutador de solução rica / fraca onde a solução rica é ainda aquecida para 143° C, em cujo ponto Aq12 a solução rica entra na coluna de retificador ARP modificado.

[062] Como resultado das pressões de operação à temperatura de condensação de 22° C (HSX-2), o sistema ARP modificado para este exemplo é calculado para ter um requisito de calor auxiliar de 924 kW, que pode ser complementado a partir de correntes de recuperação de calor residual de baixo grau disponíveis, mas requer uma temperatura final de 159° C para atingir a concentração de solução fraca de 5% em peso. O calor residual adicional pode ser fornecido diretamente ao gerador / vaso de compensação ou ao longo do circuito de aquecimento do permutador de calor da solução rica.

[063] Uma vez que o calor auxiliar adicional suficiente é fornecido, o refluxo e o tráfego de vapor necessários serão alcançados na coluna do retificador. O dephlegmator DPX requer 436 kW de arrefecimento para atingir uma temperatura de saída de 50° C, o que resulta em uma corrente de amônia que se prevê que seja 99,5% em peso de amônia com base na razão de refluxo assumida de 2 e uma resistência de solução saturada fraca de 5% em peso (Aql4).

[064] A solução fraca Aql4 é sub-resfriada no permutador de solução rica e a temperatura é reduzida de 159 ° C a 85 ° C (Aql5). A solução fraca é ainda arrefecida em HSX-1 a 22 ° C neste exemplo no ponto Aql6 no curso de fluxo. A solução fraca sub-resfriada de 5% em peso é injetada no topo da coluna de VAT aproximadamente 10,6 m de altitude superior à sucção da bomba rica em Aq.

[065] A solução de amônia a 5% em peso é sub-resfriada a 22 0 C para permitir que a amônia de NH3-19 no curso de fluxo (a -71 ° C e 10 kPa) se dissolva completamente na solução fraca sub-resfriada e permaneça em um estado sub-resfriado após o cálculo para o aumento da temperatura do calor da solução e do calor da energia de condensação e da mistura de entalpia do vapor de amônia e da solução fraca.

[066] A pressão de operação de 10 kPa é desenvolvida apertando a válvula de passagem fraca em água - amônia, reduzindo assim a pressão de sucção de bomba da bomba rico em água - amônia, mas mantendo a pressão de sucção acima do NPSHR e uma solução fraca sub-resfriada para assegurar a absorção dos vapores de amônia anidra.

[067] Voltando ao ponto no curso de fluxo onde o vapor de amoníaco (NH3-1) sai do topo da DPX, o vapor continua até ao condensador de amónia (HSX-2). É a temperatura de condensação desse permutador de calor que define a pressão de operação para o lado da solução rica do ARP modificado. O HSX-2 remove 230 kW para condensar o fluxo de vapor de amónia necessário para este exemplo.

[068] Após NH3-2, a amónia é completamente condensada e na Figura 7 o Diagrama de Mollier de amónia anidra detalha os aspectos termodinâmicos desta porção da invenção. A amónia é de 900 kPa para a pressão de condensação de 22° C e é passada para as pressões correspondentes para os 4 resfriadores, como mostrado no PFD para os aspectos VAT e ARP modificado da invenção. Mostrado na Figura 5 associado aos resfriadores de amónia estão Válvulas de Purga de NH3 1, 2, 3 e 4. Para fins de cálculos manuais simplificados neste exemplo, fluxos de purga não são utilizados. No entanto, na prática, um fluxo de purga de aproximadamente 5% pode ser necessário para cada resfriador de amónia para evitar uma acumulação de H2O nos resfriadores de amónia, que podem tornar 0 sistema não funcional. O fluxo de purga real dependerá da pureza da amónia produzida a partir da coluna de retificador, que, para este exemplo, foi direcionado para 99,5% de pureza.

[069] Na parte superior da VAT, a amónia que entra na VAT está a uma altura, temperatura, taxa de fluxo de massa que resulta na solução de água-amónia aumentando em força e temperatura à medida que a solução flui para baixo da VAT, conforme mostrado na Figura 8, no gráfico PIX, a solução permanece sub-resfriada neste exemplo para os fluxos NH3-19 (Aql 7 24,6° C, 10 kPa, 5,5% em peso), NH3-15 (Aq I 8 28,1° C, 13 kPa, 6,2% em peso), NH3-II (Aq19 34,1° C, 30 kPa, 7,3% em peso) e NH3-6 (Aq20, 49,8 ° C, 72 kPa, 10,4% em peso) para os quatro resfriadores de curso de fluxo de gás. Se uma solução superaquecida fosse ocorrer no ponto de mistura mais baixo (Aq20), um permutador de calor HSXA 5 poderia ser utilizado para remover 0 excesso de calor para sub-resfriar a solução rica em água-amónia antes da sucção da bomba (Aq I) para manter as pressões de operação desejadas na parte superior do VAT.

[070] Em outro exemplo, mostrado nas Figuras 8 e 9 que ilustram a liquefação de ar, o gás de entrada é distribuído em uma pressão abaixo do ponto crítico. O ar liquefeito é produzido utilizando um vaporizador de gás liquefeito para fornecer resfriamento adicional no curso de fluxo a jusante do resfriador de absorvedor de estágio final (que opera a -70 ° C) de modo a permitir que uma condição de temperatura e de pressão seja atingida, o que resulta em uma mistura de gás ou gases à temperatura e pressão desejadas dentro do envelope da fase gás-líquido a uma certa qualidade "X".

[071] Por exemplo, o gás natural pode ser liquefeito utilizando os métodos descritos acima e, em seguida, o LNG pode ser vaporizado para proporcionar um arrefecimento adicional à corrente de ar para além do arrefecimento proporcionado pelo estágio final de resfriador de um sistema de refrigeração por absorção modificada. O gás natural vaporizado pode então tornar-se o alimento para o circuito de liquefação de LNG utilizando uma forma de realização alternativa como descrito acima, ou como fonte de combustível gasoso, se a instalação de liquefação de ar estiver co-localizada em um local que utilize LNG como uma fonte de combustível. Este método pode ser adequado para a liquefação de um gás que requer temperaturas muito baixas (inferiores a -170° C) para permitir a liquefação e minimizar o equipamento adicional que é exigido por processos de refrigeração convencionais com processos de refrigeração externa de múltiplos estágios em cascata.

Definições e Interpretação

[072] Todas as referências a temperaturas e pressões na descrição aqui presente devem ser consideradas como modificadas com o termo "cerca", o que significa uma variação de ± 5%, ± 10%, ± 20% ou ± 25% do valor especificado. Por exemplo, "cerca de" 50 por cento pode em algumas modalidades ter uma variação de 45 a 55 por cento. Para intervalos de inteiros, o termo "cerca de" pode incluir um ou dois inteiros maiores que e / ou menores que um inteiro citado em cada extremidade do intervalo. Salvo indicação em contrário aqui, o termo "cerca de" pretende incluir valores e intervalos próximos da faixa citada que são equivalentes em termos da funcionalidade da composição ou da modalidade descrita. O termo "cerca de" pode também refletir qualquer imprecisão em instrumentos, dispositivos ou métodos usados para medir o valor especificado.

[073] Como será evidente para os especialistas na técnica, podem ser feitas várias modificações, adaptações e variações da descrição especifica anterior, sem se afastar do escopo da invenção aqui reivindicado. As várias características e elementos da invenção aqui descritos podem ser combinados de uma maneira diferente dos exemplos específicos descritos ou reivindicados aqui sem que afastamento do escopo da invenção. Em outras palavras, qualquer elemento ou recurso pode ser combinado com qualquer outro elemento ou recurso em diferentes modalidades, a menos que haja uma incompatibilidade óbvia ou inerente entre os dois, ou seja especificamente excluído.

[074] As formas singulares "um," “uma" e “o” incluem referência do plural, a menos que o contexto dite claramente o contrário. Assim, por exemplo, uma referência a "uma instalação” inclui uma pluralidade dessas instalações. É observado ainda que os pedidos podem ser elaborados para excluir qualquer elemento opcional. Como tal, esta declaração destina-se a servir como base antecedente para o uso de terminologia exclusiva, como "unicamente", "apenas” e similares, em conexão com a citação de elementos de reivindicação ou o uso de uma limitação" negativa ". Os termos "preferencialmente", "preferido", "preferir", "opcionalmente", "maio" e termos similares são usados para indicar que um item, condição ou etapa a que se faz referência é uma característica opcional (não necessária) da invenção.

[075] O termo "e/ou" significa qualquer um dos itens, qualquer combinação dos itens ou todos os itens com os quais este termo está associado. A frase "um ou mais” é facilmente entendida por um especialista na técnica, particularmente quando lida no contexto de sua utilização.

[076] Tal como será entendido pelo especialista na técnica, todos os números, incluindo aqueles que expressam quantidades de reagentes ou ingredientes, propriedades tais como peso molecular, condições de reação, e assim por diante, são aproximações e são entendidas como sendo opcionalmente modificadas em todos os casos pelo termo “cerca de". Esses valores podem variar dependendo das propriedades desejadas procuradas para serem obtidas pelos especialistas na técnica utilizando os ensinamentos das descrições aqui feitas. Também se entende que esses valores inerentemente contêm variabilidade necessariamente resultante dos desvios padrão encontrados em suas respectivas medidas de teste.

[077] Como será entendido por um especialista na técnica, para qualquer e todos os propósitos, particularmente em termos de proporcionar uma descrição escrita, todos os intervalos aqui citados também abrangem todas e quaisquer sub-faixas possíveis e combinações de sub-intervalos da mesma, bem como os valores individuais que compõem o intervalo, particularmente, os valores inteiros. Um intervalo citado (por exemplo, percentuais em peso ou grupos de carbono) inclui cada valor específico, número inteiro, decimal ou identidade dentro do intervalo. Qualquer intervalo listado pode ser facilmente reconhecidos como suficientemente descritos e permitindo que o mesmo intervalo seja dividido em pelo menos metade, terços, quartos, quintos ou décimos iguais. Como um exemplo não limitativo, cada intervalo aqui discutido pode ser prontamente dividido em um terço inferior, terço médio e terço superior, etc.

[078] Como também será entendido por um especialista na técnica, todo o idioma como "até", "pelo menos", "maior que", "menor que", "mais do que", "ou mais" e semelhantes, inclui o número citado e tais termos referem-se a intervalos que podem ser posteriormente divididos em sub-intervalos como discutido acima. Da mesma forma, todas as proporções aqui citadas também incluem todas as sub-relações que se enquadram na proporção mais ampla. Por conseguinte, valores específicos citados para radicais, substituintes e intervalos são apenas para ilustração; eles não excluem outros valores definidos ou outros valores dentro de intervalos definidos para radicais e substituintes.

[079] Um especialista na técnica também reconhecerá facilmente que, quando os membros são agrupados de uma maneira comum, como em um grupo de Markush, a invenção engloba não só o grupo inteiro listado como um todo, mas cada membro do grupo individualmente e todos os subgrupos possíveis do grupo principal. Além disso, para todos os fins, a invenção abrange não só o grupo principal, mas também o grupo principal faltando um ou mais membros do grupo. A invenção, portanto, prevê a exclusão explícita de qualquer um ou mais dos membros de um grupo citado. Consequentemente, podem ser aplicadas disposições a qualquer uma das categorias ou modalidades descritas em que qualquer um ou mais dos elementos, espécies ou modalidades citadas podem ser excluídos de tais categorias ou modalidades, por exemplo, como usado em uma limitação negativa explícita.

Claims

1. Método para liquefação de um gás industrial ou de hidrocarbonetos ou qualquer mistura de gases industriais ou de hidrocarbonetos, compreendendo as seguintes etapas: (a) recebimento de uma corrente de gás de entrada com uma pressão de entrada e compressão ou descompressão da corrente de gás de entrada, deste modo, produzindo uma corrente de gás comprimida ou descomprimida; (b) liquefação da corrente de gás comprimida ou descomprimida, deste modo, produzindo um produto de gás liquefeito através de: (i) refrigeração da corrente de gás comprimida ou descomprimida através de pelo menos um resfriador de absorção utilizando amônia líquida resfriada, deste modo, produzindo uma corrente de gás resfriada e redução, adiabaticamente, da pressão da corrente de gás resfriada para liquefazer pelo menos uma porção da corrente de gás resfriada, deste modo, produzindo o produto de gás liquefeito; caracterizado pelo fato de compreender: (ii) refrigeração da corrente de gás comprimida ou descomprimida através do pelo menos um resfriador de absorção, deste modo, produzindo o produto de gás liquefeito; (c) aquecimento de uma solução rica em água-amônia em um retificador para liberar gás de amônia e para produzir uma solução fraca de água- amônia; (d) sub-resfriamento da solução fraca de água-amônia e circulação da solução fraca de água-amônia sub-resfriada para o topo de uma torre de absorção de vapor (VAT); (e) condensação do gás de amônia do retificador, deste modo, produzindo amônia líquida e passagem da amônia líquida para produzir a amônia líquida refrigerada para uso no pelo menos um resfriador de absorção; (f) absorção do gás de amônia a partir do pelo menos um resfriador de absorção para dentro da solução fraca de água-amônia sub-resfriada na VAT para produzir a solução rica de água-amônia para a etapa (c) enquanto mantém uma pressão de operação sub atmosférica no topo da VAT.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o aquecimento da solução rica de água-amônia no retificador para liberar gás de amônia ser realizado utilizando o calor de compressão recuperado da etapa (a).

3. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a etapa (b)(i) liquefazer parcialmente a corrente de gás resfriada e o método compreender as etapas adicionais de separação de um gás não liquefeito a partir do produto de gás liquefeito e reciclo do gás não liquefeito em um ciclo de reciclo de vapor que adicionalmente resfria a corrente de gás comprimida ou descomprimida antes da etapa de resfriamento da corrente de gás comprimida ou descomprimida no pelo menos um resfriador de absorção e, então, comprimir e combinar o gás não liquefeito com a corrente de gás de entrada.

4. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 3, caracterizado pelo fato de: (a) o método compreender a compressão da corrente de gás de entrada abaixo do ponto crítico da corrente de gás de entrada e o método atingir uma temperatura de liquefação de gás mais quente do que -71 ° C, antes da redução adiabática de pressão; ou (b) a etapa (f) ser realizada enquanto mantém uma temperatura de cerca de -71 ° C, no topo da VAT.

5. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 4, caracterizado pelo fato de o pelo menos um resfriador de absorção compreender uma corrente de purga de líquido para evitar o aumento da concentração de água na amônia líquida resfriada utilizada no pelo menos um resfriador de absorção.

6. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 4, caracterizado pelo fato de a manutenção da pressão de operação sub atmosférica no topo da VAT ser realizada utilizando um fluxo de massa suficiente da solução fraca de água-amônia sub-resfriada para permitir que o gás de amônia se dissolva completamente na solução de água-amônia sub- resfriada no VAT, e apertando uma circulação de controle de válvula da solução fraca água-amônia para o topo da VAT enquanto mantém uma pressão de sucção de uma bomba removendo a solução rica de água-amônia da VAT.

7. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 4, caracterizado pelo fato de a etapa adicional de recuperar, na VAT, algum ou todo o calor da solução e o calor da energia de condensação da absorção do gás de amônia a partir do pelo menos um resfriador de absorção para dentro da solução fraca de água-amônia sub-resfriada.

8. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 4, caracterizado pelo fato de gás de amônia a partir do pelo menos um resfriador de absorção entrar na VAT em um ponto de entrada abaixo de uma elevação da solução fraca de água-amônia sub-resfriada na VAT, de tal modo que a cabeça hidráulica da solução fraca de água-amônia sub-resfriada na VAT facilite a manutenção da água-amônia fraca sub-resfriada em um estado sub- resfriado na VAT.

9. Método, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de o pelo menos um resfriador de absorção compreender uma pluralidade de resfriadores de absorção, em que o ponto de entrada para gás de amônia na VAT a partir de um dos resfriadores de absorção está em uma elevação diferente do ponto de entrada para gás de amônia na VAT a partir de outro dos resfriadores de absorção.

10. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 4, caracterizado pelo fato de a etapa (b)(i) compreender as etapas adicionais de resfriamento da corrente de gás refrigerado utilizando gás/permutadores de calor de gás para reduzir ainda mais a temperatura da corrente de gás resfriada antes da redução, adiabaticamente, de pressão da corrente de gás resfriada.

11. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 4, caracterizado pelo fato de compreender a etapa adicional de desidratação da corrente de gás comprimida ou descomprimida antes do resfriamento da corrente de gás comprimida ou descomprimida através do pelo menos um resfriador de absorção, tal como pela adição de um álcool em uma quantidade suficiente para dentro da corrente de gás comprimida ou descomprimida, e condensando o álcool e a água antes da etapa de redução adiabática da pressão na etapa (b)(i).

12. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 4, caracterizado pelo fato de ainda compreender a etapa de resfriamento de um segundo gás utilizando um permutador de calor do vaporizador de gás liquefeito usando o produto de gás liquefeito.

13. Sistema de liquefação de gás, que compreende: uma fase de recepção compreendendo um curso de fluxo para receber um gás de entrada; um estágio de resfriamento compreendendo um circuito de refrigeração de absorção para o resfriamento do gás, em que o circuito de refrigeração de absorção compreende: (i) pelo menos um resfriador de absorção para resfriar o gás; (ii) um retificador para liberar gás de amônia a partir de uma solução rica de água-amônia e, deste modo, produzindo uma solução fraca de água- amônia; caracterizado pelo fato de compreender: (iii) uma torre de absorção de vapor (VAT) para absorver gás de amônia a partir do pelo menos um resfriador de absorção para a solução fraca de água-amônia na VAT para produzir a solução rica de água-amônia; (iv) uma válvula de passagem para controlar a circulação da solução fraca de água-amônia a partir do retificador para o topo da VAT; e (v) uma bomba para manter uma pressão de sucção para remover a solução rica de água-amônia a partir da VAT; e um estágio de liquefação que compreende uma válvula JT para, pelo menos parcialmente, liquefazer o gás.

14. Sistema, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de ainda compreender um estágio de compressão para comprimir o gás, e um estágio de recuperação de energia de compressão de calor para transferir calor do estágio de compressão para o circuito de refrigeração de absorção.

15. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações 13 ou 14, caracterizado pelo fato de compreender ainda um estágio de reciclo de gás para reciclar componentes não liquefeitos do gás em um circuito de reciclo de vapor de baixa pressão, circuito que resfria ainda mais o gás comprimido e refrigerado e que é então dirigido para o estágio de compressão.