BR112018000273B1

BR112018000273B1 - Sistema e método para resfriar um gás em um trocador de calor usando um refrigerante misturado

Info

Publication number: BR112018000273B1
Application number: BR112018000273-9A
Authority: BR
Inventors: Douglas A. Ducote, Jr.; James Podolski
Original assignee: Chart Energy & Chemicals, Inc
Priority date: 2015-07-08
Filing date: 2016-07-08
Publication date: 2023-05-02
Also published as: AU2016291205A1; CA3209392A1; BR112018000273A2; TW202115355A; MX2018000137A; AU2016291205B2; KR102609259B1; AR105277A1; KR20180074656A; US20220373254A1; WO2017008040A1; TWI779410B; JP7253579B2; JP2018528378A; TW201706546A; US10663221B2; JP7045982B2; US20170010043A1; MX2022010740A; EP3954959A3

Abstract

SISTEMA E MÉTODO DE REFRIGERANTE MISTURADO. A presente invenção refere- se a um sistema e método para resfriar um gás usando um refrigerante misturado que inclui um sistema compressor e um sistema de troca de calor, onde o sistema compressor pode incluir um dispositivo de separação interetapas ou tambor sem saída de líquido, uma saída de líquido em comunicação fluida com uma bomba que bombeia o líquido na direção de um dispositivo de separação de alta pressão ou uma saída de líquido, através da qual o líquido flui ao trocador de calor a ser subresfriado. Na última situação, o líquido subresfriado é expandido e combinado com uma corrente de temperatura fria expandida, que é uma corrente resfriada e expandida do lado do vapor de um dispositivo de separação do vapor frio e correntes subresfriadas e expandidas dos lados do líquido do dispositivo de separação de alta pressão e do dispositivo de separação do vapor frio, ou combinados com uma corrente formada das correntes subresfriadas dos lados do líquido do dispositivo de separação de alta pressão e do dispositivo de separação do vapor frio após mistura e expansão, para formar uma corrente de refrigeração primária.

Description

REIVINDICAÇÃO DE PRIORIDADE

[001] Esse pedido reivindica o benefício do Pedido de Patente U.S. Provisório n° 62/190.069, depositado em 8 de julho de 2015, cujo conteúdo está incorporado aqui por referência.

CAMPO DA INVENÇÃO

[002] A presente invenção se refere em geral aos sistemas e métodos para gases de resfriamento ou liquefação e, mais especificamente, para um método e sistema refrigerante misto para gases de resfriamento ou liquefação.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[003] Gás natural e outros gases são liquefeitos para armazenamento e transporte. A liquefação reduz o volume do gás e isso é normalmente realizado resfriando o gás através da troca de calor indireta em um ou mais ciclos de refrigeração. Os ciclos de refrigeração são de custo elevado devido à complexidade do equipamento e a eficiência de desempenho do ciclo. Há a necessidade, portanto, de sistemas de resfriamento e/ou liquefação de gás que diminuam o curto do equipamento e que sejam menos complexos, mais eficientes, e menos custosos para operar.

[004] Liquefazer o gás natural, que é primeiramente metano, normalmente exige resfriar a corrente gasosa de aproximadamente - 160°C a -170°C e então baixar a pressão até aproximadamente atmosférica. Típicas curvas de temperatura de entalpia para liquefazer metano gasoso têm três regiões ao longo de uma curva em forma de S. Conforme o gás é resfriado, em temperaturas acima de aproximadamente -75°C o gás é dessuperaquecedor; e em temperaturas abaixo de aproximadamente -90°C o líquido é subresfriador. Entre essas temperaturas, uma região relativamente plana é observada na qual o gás está condensando em líquido.

[005] Processos de refrigeração fornecem o resfriamento necessário para liquefazer gás natural, e o mais eficiente deles tem curvas de aquecimento que se aproximam das curvas de resfriamento para gás natural, de preferência dentro de alguns graus em toda a faixa de temperatura. Entretanto, devido às curvas de temperatura apresentarem um perfil em forma de S e uma grande faixa de temperatura, tais processos de refrigeração são difíceis de projetar. Processos refrigerantes de componente puro, devido às suas curvas planas de vaporização, trabalham melhor da região de duas fases. Processos refrigerantes de multicomponente, por outro lado, tem curvas inclinadas de vaporização e são mais apropriados para as regiões dessuperaquecedoras e subresfriadoras. Ambos os tipos de processos, e híbridos dos dois, foram desenvolvidos para liquefazer gás natural.

[006] Os ciclos de refrigeração de componente puro multinível em cascata foram inicialmente utilizados com refrigerantes, como propileno, etileno, metano e nitrogênio. Com níveis suficientes, tais ciclos podem gerar uma curva líquida de calor que se aproxima às curvas de resfriamento mostradas na Figura 1. Entretanto, conforme o número de níveis aumenta, trens dos compressores adicionais são exigidos, o que, indesejavelmente, aumenta a complexidade mecânica. Além disso, tais processos são termodinamicamente ineficientes, porque os refrigerantes de componente puro vaporizam em temperatura constante ao invés de seguir a curva de resfriamento de gás natural, e a válvula de refrigeração irreversivelmente expande o líquido em vapor. Por essas razões, processos refrigerantes mistos se tornaram populares para reduzir custos financeiros e consumo de energia e para melhorar a operabilidade.

[007] A Patente U.S. n° 5.746.066 para Manley descreve um processo refrigerante misto de multinível em cascata para recuperação de etileno, que elimina as ineficiências termodinâmicas do processo de componente puro de multinível em cascata. Isso ocorre porque os refrigerantes vaporizam com o aumento de temperaturas seguindo a curva de resfriamento de gás, e o líquido refrigerante é sub-resfriado antes de expandir, reduzindo, assim, a irreversibilidade termodinâmica. A complexidade mecânica é pouco reduzida, porque menos ciclos refrigerantes são exigidos comparados aos processos refrigerantes puros. Consulte, por exemplo, as Patentes Americanas n° 4.525.185 para Newton; n° 4.545.795 para Liu et al.; n° 4.689.063 para Paradowski et al.; e n° 6.041.619 para Fischer et al.; e Publicação de Pedido de Patente U.S. n° 2007/0227185 para Stone et al. e n° 2007/0283718 para Hulsey et al.

[008] O processo refrigerante misto multinível em cascata está entre os mais eficientes conhecidos, mas um processo mais eficiente e mais simples, que pode ser facilmente operado, é desejado.

[009] Um único processo refrigerante misto, que exige somente um compressor para refrigeração e que ainda reduz a complexidade mecânica tem sido desenvolvido. Consulte, por exemplo, a Patente U.S. n° 4.033.735 para Swenson. Entretanto, por, principalmente, duas razões, esse processo consome pouco mais de energia do que os processos refrigerantes mistos multinível em cascata discutidos acima.

[0010] Primeiro, é difícil, se não impossível, encontrar uma única composição refrigerante mista que gere uma curva líquida de calor que se aproxime à curva de resfriamento de gás natural típica. Tal refrigerante exige uma faixa relativamente alta e baixa de componentes de ebulição, cujas temperaturas de ebulição são termodinamicamente forçadas pelo equilíbrio de fase. Componentes de ebulição superior são ainda limitados para evitar seu congelamento em baixas temperaturas. O resultado indesejado é que diferenças de temperatura relativamente grandes ocorram necessariamente em vários pontos no processo de resfriamento, que é ineficiente no contexto do consumo de energia.

[0011] Segundo, em processos refrigerantes mistos únicos, todos os componentes refrigerantes são levados à menor temperatura mesmo que componentes de ebulição superiores forneçam refrigeração somente no final mais aquecido do processo. O resultado indesejado é que a energia deve ser gasta para resfriar e reaquecer aqueles componentes que sejam "inertes" em temperaturas inferiores. Esse não é o caso tanto com o processo de refrigeração de componente puro multinível em cascata quanto com o processo refrigerante misto multinível em cascata.

[0012] Para atenuar essa segunda ineficiência e para abordar a primeira, numerosas soluções tem sido desenvolvidas que separam uma fração mais pesada de um refrigerante misto único, utilizam uma fração mais pesada em níveis mais altos de temperatura de refrigeração, e então recombinam a fração mais pesada com uma fração mais leve para subsequente compressão. Consulte, por exemplo, Patentes Americanas n° 2.041.725 para Podbielniak; 3.364.685 para Perret; 4.057.972 para Sarsten; 4.274.849 para Garrier et al.; 4.901.533 para Fan et al.; 5.644.931 para Ueno et al.; 5.813.250 para Ueno et al; 6.065.305 para Arman et al.; e 6.347.531 para Roberts et al.; e Publicação de Pedido de Patente U.S. n° 2009/0205366 para Schmidt. Com design cuidadoso, esses processos podem melhorar a eficiência de energia muito embora a recombinação de fluxos não em equilíbrio seja termodinamicamente ineficiente. Isso ocorre porque as frações leves e pesadas são separadas em alta pressão e então recombinadas em baixa pressão de modo que elas possam ser comprimidas juntas em um único compressor. Em geral, quando fluxos são separados em equilíbrio, processados separadamente, e então recombinados em condições de não equilíbrio, uma perda termodinâmica ocorre, que finalmente aumenta o consumo de energia. Portanto, o número de tais separações deveria ser minimizado. Todos esses processos utilizam equilíbrio de vapor/líquido simples em vários lugares no processo de refrigeração para separar uma fração mais pesada de uma mais leve.

[0013] A simples separação de equilíbrio de vapor/líquido de estágio único, entretanto, não concentra as frações tanto quanto utilizando múltiplos estágios de equilíbrio com refluxo. Concentração maior permite maior precisão em isolar uma composição que fornece refrigeração sobre uma faixa específica de temperaturas. Isso aumenta a habilidade do processo para seguir as típicas curvas de resfriamento de gás. As Patentes Americanas n° 4.586942 para Gauthier e 6.334.334 para Stockmann et al. (a última marcada por Linde como o processo LIMUM®3) descrevem como o fracionamento pode ser empregado no trem do compressor de ambiente acima para ainda concentrar as frações separadas utilizadas para refrigeração em diferentes zonas de temperatura e, assim, melhorar a eficiência termodinâmica geral do processo. Uma segunda razão para concentrar as frações e reduzir sua faixa de temperatura de vaporização é para garantir que elas sejam completamente vaporizadas quando deixam a parte refrigerada do processo. Isso utiliza completamente o calor latente do refrigerante e exclui o arrastamento de líquidos em compressores a jusante. Por essa mesma razão, líquidos de fração pesada são normalmente reinjetados em uma fração mais leve do refrigerante como parte do processo. O fracionamento das frações pesadas reduz a expansão após a reinjeção e melhora a distribuição mecânica dos fluidos de duas fases.

[0014] Conforme ilustrado pela Publicação de Pedido de Patente U.S. n° 2007/0227185 para Stone et al., sabe-se remover parcialmente fluxos de refrigeração vaporizados a partir da parte refrigerada do processo. Stone et al. Faz isso por razões mecânicas (e não termodinâmicas) e no contexto de um processo refrigerante misto multinível em cascata, que exige dois refrigerantes mistos separados. Os fluxos de refrigeração parcialmente vaporizados são completamente vaporizados após recombinação com suas frações de vapor previamente separadas imediatamente antes da compressão.

[0015] Sistemas refrigerantes mistos de multifluxo são conhecidos nos quais a simples separação de equilíbrio de uma fração pesada foi encontrada para significantemente melhorar a eficiência do processo refrigerante misto se aquela fração pesada não for inteiramente vaporizada conforme deixa o trocador de calor primário. Consulte, por exemplo, Publicação de Pedido de Patente U.S. n° 2011/0226008 para Gushanas et al. O líquido refrigerante, se presente na sucção do compressor, deve ser separado com antecedência e às vezes bombeado para uma pressão maior. Quando o líquido refrigerante é misturado á fração mais leve vaporizada do refrigerante, o gás de sucção do compressor é resfriado, o qual ainda reduz a energia exigida. Componentes pesados do refrigerante são mantidos fora da extremidade fria do trocador de calor, o que reduz a possibilidade do refrigerante congelar. Além disso, a separação de equilíbrio da fração pesada durante um estágio intermediário reduz a carga no segundo ou no mais alto(s) compressor(es) de estágio, o que melhora a eficiência do processo. O uso da fração pesada em um círculo de refrigeração de pré-resfriamento independente pode resultar em um quase fechamento das curvas de aquecimento/resfriamento na extremidade quente do trocador de calor, o que resulta em uma refrigeração mais eficiente.

[0016] A separação de “vapor frio” tem sido utilizada para fracionar vapor de pressão alta em fluxos de líquido e vapor. Consulte, por exemplo, Patente U.S. n° 6.334.334 para Stockmann et al., discutida acima; “State of the Art LNG Technology in China”, Lange, M., 5th Asia LNG Summit, 14 de outubro de 2010; “Cryogenic Mixed Refrigerant Processes”, International Cryogenics Monograph Series, Venkatarathnam, G., Springer, pp 199-205; e “Efficiency of Mid Scale LNG Processes Under Different Operating Conditions”, Bauer, H., Linde Engineering. Em outro processo, marcado por Air Products como o processo AP-SMRTM LNG, um vapor refrigerante misto “quente” é separado em fluxos de vapor e líquido refrigerante misto frio. Consulte, por exemplo, “Innovations in Natural Gas Liquefaction Technology for Future LNG Plants and Floating LNG Facilities”, International Gas Union Research Conference 2011, Bukowski, J. et al. Nesses processos, o líquido frio separado é utilizado como o refrigerante de temperatura média por si próprio e permanece separado do vapor frio separado antes de se juntar a um corrente de retorno comum. Os fluxos de líquido e vapor frio, junto ao resto dos refrigerantes de retorno, são recombinados via cascata e saem juntos do fundo do trocador de calor.

[0017] Nos sistemas de separação discutidos acima, a refrigeração de temperatura quente utilizada para condensar parcialmente o líquido no separados de vapor frio é produzida pelo líquido a partir do acumulador de alta pressão. Isso exige pressão mais alta e temperaturas inferiores às ideais, ambas as quais consomem indesejavelmente mais energia durante a operação.

[0018] Outro processo que utiliza separação de vapor frio, embora em um sistema refrigerante misto multiestágio, é descrito na Patente Inglesa n° 2.326.464 para Costain Oil. Nesse sistema, vapor a partir de um trocador de calor de refluxo separado é parcialmente condensado e separado em fluxos de líquido e vapor. Os fluxos de vapor e líquido separados são resfriados e separadamente expandidos antes de se juntar novamente a um corrente de retorno de baixa pressão. Então, antes de abandonar o trocador de calor, o corrente de retorno de baixa pressão é combinado com um líquido sub-resfriado e expandidos a partir do trocador de calor de refluxo mencionado acima e então combinado, assim, com um líquido sub-resfriado e expandido fornecido por um conjunto de baterias de separação entre os estágios do compressor. Nesse sistema, o líquido separado do “vapor frio” e o líquido a partir do trocador de calor de refluxo mencionado acima não são combinados antes de se juntar ao corrente de retorno de baixa pressão. Ou seja, eles permanecem separados antes de independentemente se juntar ao corrente de retorno de baixa pressão.

[0019] O consumo de energia pode ser significantemente reduzido,nomeadamente, misturando um líquido obtido a partir de um acumulador de pressão alta com o líquido separado de vapor frio antes de se juntar a um corrente de retorno.

[0020] É desejável fornecer um método e sistema de gás misto para resfriar ou liquefazer um gás que aborda pelo menos algumas das questões acima e melhora a eficiência.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[0021] Há vários aspectos da presente matéria que podem ser incorporados separadamente ou juntos nos métodos, dispositivos e sistemas descritos e reivindicados abaixo. Estes aspectos podem ser empregados sozinhos ou em combinação com outros aspectos da matéria aqui descritos e a descrição destes aspectos juntos não é destinada a impede o uso destes aspectos separadamente ou a reivindicação de tais aspectos separadamente ou em diferentes combinações, conforme estabelecido nas reivindicações aqui anexas.

[0022] Em um aspecto, um sistema para resfriar um gás com um refrigerante misturado é fornecido e inclui um trocador de calor principal incluindo uma extremidade quente e uma extremidade fria com uma passagem de resfriamento de corrente de alimentação que se estende entre elas, com a passagem de resfriamento de corrente de alimentação sendo adaptada para receber uma corrente de alimentação na extremidade quente e para conduzir uma corrente de produto resfriado fora da extremidade fria. O trocador de calor principal ainda inclui uma passagem de resfriamento de vapor de alta pressão, uma passagem de resfriamento de líquido de alta pressão, uma passagem de resfriamento de vapor separador frio, uma passagem de resfriamento de líquido do separador frio e uma passagem de refrigeração.

[0023] O sistema ainda inclui um sistema compressor de refrigerante misturado incluindo uma primeira seção do compressor tendo uma entrada em comunicação fluida com uma saída da passagem de refrigeração e uma saída. Um refrigerador da primeira seção tem uma entrada em comunicação fluida com a saída da primeira seção do compressor e uma saída. Um dispositivo de separação interetapas tem uma entrada em comunicação fluida com a saída do refrigerador da primeira seção e uma saída de líquido e uma saída de vapor. Uma segunda seção do compressor tem uma entrada em comunicação fluida com a saída de vapor do dispositivo de separação interetapas e uma saída. Um refrigerador da segunda seção tem uma entrada em comunicação fluida com a saída da segunda seção do compressor e uma saída. Um dispositivo de separação de alta pressão tem uma entrada em comunicação fluida com a saída do refrigerador da segunda seção e uma saída de líquido e uma saída de vapor.

[0024] A passagem de resfriamento de vapor de alta pressão do trocador de calor tem uma entrada em comunicação fluida com a saída de vapor do dispositivo de separação de alta pressão e um separador de vapor frio tem uma entrada em comunicação fluida com uma saída da passagem de resfriamento de vapor de alta pressão, onde o separador de vapor frio tem uma saída de líquido e uma saída de vapor. A passagem de resfriamento de líquido do separador frio do trocador de calor tem uma entrada em comunicação fluida com a saída de líquido do separador de vapor frio e uma saída em comunicação fluida com a passagem de refrigeração. A passagem de resfriamento de líquido de baixa pressão do trocador de calor tem uma entrada em comunicação fluida com a saída de líquido do dispositivo de separação interetapas. Um primeiro dispositivo de expansão tem uma entrada em comunicação com uma saída da passagem de resfriamento de líquido de baixa pressão e uma saída em comunicação fluida com a passagem de refrigeração. A passagem de resfriamento de líquido de alta pressão do trocador de calor tem uma entrada em comunicação fluida com a saída de líquido do dispositivo de separação de alta pressão e uma saída em comunicação fluida com a passagem de refrigeração. A passagem de resfriamento de vapor separador frio do trocador de calor tem uma entrada em comunicação fluida com a saída de vapor do separador de vapor frio. Um segundo dispositivo de expansão tendo uma entrada em comunicação fluida com uma saída da passagem de resfriamento de vapor separador frio e uma saída em comunicação fluida com uma entrada da passagem de refrigeração.

[0025] Em outro aspecto, um sistema para resfriar um gás com um refrigerante misturado inclui um trocador de calor principal incluindo uma extremidade quente e uma extremidade fria com uma passagem de resfriamento de corrente de alimentação que se estende entre elas. A passagem de resfriamento de corrente de alimentação é adaptada para receber uma corrente de alimentação na extremidade quente e para conduzir uma corrente de produto resfriado fora da extremidade fria. O trocador de calor principal ainda inclui uma passagem de resfriamento de vapor de alta pressão, uma passagem de resfriamento de líquido de alta pressão, uma passagem de resfriamento de vapor separador frio, uma passagem de resfriamento de líquido do separador frio e uma passagem de refrigeração.

[0026] O sistema ainda inclui um sistema compressor de refrigerante misturado incluindo uma primeira seção do compressor tendo uma entrada em comunicação fluida com uma saída da passagem de refrigeração e uma saída. Um refrigerador da primeira seção tem uma entrada em comunicação fluida com a saída da primeira seção do compressor e uma saída. Um dispositivo de separação interetapas tem uma entrada em comunicação fluida com a saída do refrigerador da primeira seção e uma saída de vapor. Uma segunda seção do compressor tem uma entrada em comunicação fluida com a saída de vapor do dispositivo de separação interetapas e uma saída. Um refrigerador da segunda seção tem uma entrada em comunicação fluida com a saída da segunda seção do compressor e uma saída. Um dispositivo de separação de alta pressão tem uma entrada em comunicação fluida com a saída do refrigerador da segunda seção e uma saída de líquido e uma saída de vapor.

[0027] A passagem de resfriamento de vapor de alta pressão do trocador de calor tem uma entrada em comunicação fluida com a saída de vapor do dispositivo de separação de alta pressão. Um separador de vapor frio tem uma entrada em comunicação fluida com uma saída da passagem de resfriamento de vapor de alta pressão, onde o separador de vapor frio tem uma saída de líquido e uma saída de vapor. A passagem de resfriamento de líquido do separador frio do trocador de calor tem uma entrada em comunicação fluida com a saída de líquido do separador de vapor frio e uma saída em comunicação fluida com a passagem de refrigeração. A passagem de resfriamento de líquido de alta pressão do trocador de calor tem uma entrada em comunicação fluida com a saída de líquido do dispositivo de separação de alta pressão e uma saída em comunicação fluida com a passagem de refrigeração. A passagem de resfriamento de vapor separador frio do trocador de calor tem uma entrada em comunicação fluida com a saída de vapor do separador de vapor frio. Um dispositivo de expansão tem uma entrada em comunicação fluida com uma saída da passagem de resfriamento de vapor separador frio e uma saída em comunicação fluida com uma entrada da passagem de refrigeração.

[0028] Ainda em outro aspecto, um sistema compressor para fornecer refrigerante misturado a um trocador de calor para resfriar um gás é fornecido e inclui uma primeira seção do compressor tendo uma entrada de sucção adaptada para receber um refrigerante misturado de um trocador de calor e uma saída. Um refrigerador da primeira seção tem uma entrada em comunicação fluida com a saída da primeira seção do compressor e uma saída. Um dispositivo de separação interetapas tem uma entrada em comunicação fluida com a saída do pós- refrigerador da primeira seção e uma saída de vapor. Uma segunda seção do compressor tem uma entrada de sucção em comunicação fluida com a saída de vapor do dispositivo de separação interetapas e uma saída. Um refrigerador da segunda seção tem uma entrada em comunicação fluida com a saída da segunda seção do compressor e uma saída. Um dispositivo de separação de alta pressão tem uma entrada em comunicação fluida com a saída do refrigerador da segunda seção e uma saída de vapor e uma saída de líquido, com a saída de vapor adaptada para fornecer uma corrente de vapor de refrigerante misturado de alta pressão ao trocador de calor e a dita saída de líquido adaptada para fornecer a corrente de líquido de refrigerante misturado de alta pressão ao trocador de calor. Um dispositivo de expansão de reciclagem de alta expansão tem uma entrada em comunicação fluida com o dispositivo de separação de alta pressão e uma saída em comunicação fluida com o dispositivo de separação interetapas.

[0029] Ainda em outro aspecto, um método do resfriamento a gás em um trocador de calor tendo uma extremidade quente e uma extremidade fria usando um refrigerante misturado inclui compressão e resfriamento de um refrigerante misturado usando primeiro e último ciclos de compressão e resfriamento, separando o refrigerante misturado após o primeiro e o último ciclos de compressão e resfriamento, de modo que uma corrente de líquido de alta pressão e uma corrente de vapor de alta pressão sejam formadas, resfriando e separando a corrente de vapor de alta pressão usando o trocador de calor e um separador frio, de modo que uma corrente de vapor do separador frio e uma corrente de líquido do separador frio sejam formados, resfriando e expandindo a corrente de vapor do separador frio, de modo que uma corrente de temperatura fria expandida seja formada, resfriando a corrente de líquido do separador frio, de modo que a corrente do separador frio sub-resfriado seja formada, equilibrando e separando o refrigerante misturado entre o primeiro e o último ciclos de compressão e resfriamento, de modo que uma corrente de líquido de baixa pressão seja formada, resfriando e expandindo a corrente de líquido de baixa pressão, de modo que uma corrente de baixa pressão expandida seja formada e o sub-resfriando a corrente de líquido de alta pressão, de modo que uma corrente de alta pressão sub-resfriada seja formada. A corrente do separador frio sub-resfriado e a corrente de alta pressão sub-resfriada são expandidas para formar uma corrente do separador frio expandida e uma corrente de alta pressão expandida ou misturada para formar uma corrente de temperatura média. As correntes expandidas ou correntes de temperatura média são ou é combinada com a corrente de baixa pressão expandida e a corrente de temperatura fria expandida para formar uma corrente de refrigeração primária. Uma corrente de gás é passada através do trocador de calor na troca de calor contracorrente com a corrente de refrigeração primária, de modo que o gás seja resfriado.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0030] A Figura 1 é um fluxograma de processo e esquemático que ilustra uma modalidade do sistema e método de refrigerante misturado da descrição;

[0031] A Figura 2 é um fluxograma de processo e esquemático do sistema compressor de refrigerante misturado do refrigerante misturado sistema da Figura 1;

[0032] A Figura 3 é um fluxograma de processo e esquemático que ilustra uma modalidade adicional do sistema e método de refrigerante misturado da descrição;

[0033] A Figura 4 é um fluxograma de processo e esquemático que ilustra um sistema compressor de refrigerante misturado em uma modalidade adicional do sistema e método de refrigerante misturado da descrição;

[0034] A Figura 5 é um fluxograma de processo e esquemático que ilustra um sistema compressor de refrigerante misturado em uma modalidade adicional do sistema e método de refrigerante misturado da descrição;

[0035] A Figura 6 é um fluxograma de processo e esquemático que ilustra um sistema compressor de refrigerante misturado em uma modalidade adicional do sistema e método de refrigerante misturado da descrição;

[0036] A Figura 7 é um fluxograma de processo e esquemático que ilustra um sistema de troca de calor em uma modalidade adicional do sistema e método de refrigerante misturado da descrição;

[0037] A Figura 8 é um fluxograma de processo e esquemático que ilustra um sistema de troca de calor em uma modalidade adicional do sistema e método de refrigerante misturado da descrição;

[0038] A Figura 9 é um fluxograma de processo e esquemático que ilustra um sistema de troca de calor em uma modalidade adicional do sistema e método de refrigerante misturado da descrição;

[0039] A Figura 10 é um fluxograma de processo e esquemático que ilustra um sistema de troca de calor em uma modalidade adicional do sistema e método de refrigerante misturado da descrição;

[0040] A Figura 11 é um fluxograma de processo e esquemático que ilustra uma porção de temperatura média de um sistema de troca de calor em uma modalidade adicional do sistema e método de refrigerante misturado da descrição;

[0041] A Figura 12 é um fluxograma de processo e esquemático que ilustra uma porção de temperatura média de um sistema de troca de calor em uma modalidade adicional do sistema e método de refrigerante misturado da descrição;

[0042] A Figura 13 é um fluxograma de processo e esquemático que ilustra uma modalidade adicional do sistema e método de refrigerante misturado da descrição;

[0043] A Figura 14 é um fluxograma de processo e esquemático que ilustra um sistema compressor de refrigerante misturado em uma modalidade adicional do refrigerante misturado sistema da descrição;

[0044] A Figura 15 é um fluxograma de processo e esquemático que ilustra um sistema compressor de refrigerante misturado em uma modalidade adicional do sistema e método de refrigerante misturado da descrição;

[0045] A Figura 16 é um fluxograma de processo e esquemático que ilustra um sistema de troca de calor em uma modalidade adicional do sistema e método de refrigerante misturado da descrição;

[0046] A Figura 17 é um fluxograma de processo e esquemático que ilustra um sistema de troca de calor em uma modalidade adicional do sistema e método de refrigerante misturado da descrição;

[0047] A Figura 18 é um fluxograma de processo e esquemático que ilustra um sistema de troca de calor em uma modalidade adicional do sistema e método de refrigerante misturado da descrição;

[0048] A Figura 19 é um fluxograma de processo e esquemático que ilustra um sistema de troca de calor em uma modalidade adicional do sistema e método de refrigerante misturado da descrição

[0049] A Figura 20 é um fluxograma de processo e esquemático que ilustra uma porção de temperatura média de um sistema de troca de calor em uma modalidade adicional do sistema e método de refrigerante misturado da descrição;

[0050] A Figura 21 é um fluxograma de processo e esquemático que ilustra uma porção de temperatura média de um sistema de troca de calor em uma modalidade adicional do sistema e método de refrigerante misturado da descrição;

[0051] A Figura 22 é um fluxograma de processo e esquemático que ilustra uma porção de temperatura média de um sistema de troca de calor em uma modalidade adicional do sistema e método de refrigerante misturado da descrição;

[0052] A Figura 23 é um fluxograma de processo e esquemático que ilustra uma modalidade adicional do sistema e método de refrigerante misturado da descrição incluindo um sistema de tratamento de alimentação;

[0053] A Figura 24 é um fluxograma de processo e esquemático que ilustra uma modalidade adicional do sistema e método de refrigerante misturado da descrição incluindo um sistema de tratamento de alimentação;

[0054] A Figura 25 é um fluxograma de processo e esquemático que ilustra uma modalidade adicional do sistema e método de refrigerante misturado da descrição incluindo um sistema de tratamento de alimentação.

DESCRIÇÃO DETALHADA DAS MODALIDADES

[0055] Deve ser observado que enquanto as modalidades são ilustradas e descritas abaixo em termos de liquefação de natural gás para produzir gás natural líquido, a invenção pode ser utilizada para líquidoificar ou resfriar outros tipos de fluidos.

[0056] Ainda deve ser observado aqui que as passagens e correntes descritas nas modalidades abaixo são, às vezes, referidas pelo mesmo número de elemento definido nas figuras. Ainda, conforme aqui utilizado e conforme conhecido na técnica, um trocador de calor é o dispositivo ou uma área no dispositivo em que a troca de calor indireta ocorre entre duas ou mais correntes em diferentes temperaturas, ou entre uma corrente e o ambiente. Conforme aqui utilizado, os termos "comunicação", "comunicar" e semelhantes referem-se geralmente à comunicação de fluidos, a menos que especificado de outra forma. E embora dois fluidos em comunicação possam trocar calor após a mistura, tal troca não seria considerada como a troca de calor em um trocador de calor, embora tal troca possa ocorrer em um trocador de calor. Um sistema de troca de calor pode incluir esses itens, embora não especificamente descritos, são geralmente conhecidos na técnica para serem parte ou associados a um trocador de calor, como dispositivos de expansão, válvulas flash e semelhantes. Conforme aqui utilizado, o termo "reduzir a pressão de" não envolve uma mudança de fase, enquanto o termo "expandir" ou "expandido" envolve uma mudança de fase, incluindo até uma mudança parcial de fase. Como aqui utilizado, os termos "alto", "médio", "quente" e similares são relativos a fluxos comparáveis, como é costume na arte e ilustrados pelo Pedido de Patente U.S. No. Serial 12/726.142, depositado em 17 de março de 2010 e Pedido de Patente U.S. No. Serial 14/218.949, depositado em 18 de março de 2014, os conteúdos de cada aqui incorporados por referência em sua totalidade. Os conteúdos da Patente U.S. No. 6.333.445, emitida em 25 dezembro de 2001, estão aqui incorporados por referência.

[0057] Uma primeira modalidade de um sistema e método de refrigerante misturado é ilustrada na Figura 1. O sistema inclui um sistema compressor de refrigerante misturado (de MR), indicado no geral em 50 e um sistema de troca de calor, indicado no geral em 70.

[0058] O sistema de troca de calor inclui um trocador de calormulticorrentes, indicado no geral em 100, tendo uma extremidade quente 101 e uma extremidade fria 102. O trocador de calor recebe uma corrente de alimentação de gás natural de alta pressão 5 que é liquefeito na passagem de resfriamento de corrente de alimentação 103, que é feito por passagem de resfriamento de corrente de alimentação 105 e passagem de resfriamento de corrente de alimentação tratada 120, por remoção de calor através da troca de calor com correntes de refrigeração no trocador de calor. Como um resultado, uma corrente 20 de produto de gás natural líquido (LNG) é produzido. O projeto multicorrentes do trocador de calor permite integração conveniente e eficiente de energia de várias correntes em um único trocador. Trocadores de calor adequados podem ser comprados na Chart Energy & Chemicals, Inc. de The Woodlands, Texas. Os trocadores de calor multicorrentes de placa e aleta da Chart Energy & Chemicals, Inc. oferece mais vantagem sendo fisicamente compactos.

[0059] Conforme será explicado em mais detalhes abaixo, o sistema da Figura 1, incluindo trocador de calor 100, pode ser configurado para realizar outro processamento de gás ou opções de tratamento de gás alimentado 125 conhecidas na técnica anterior. Estas opções de processamento podem exigir que a corrente de gás saia e reentre no trocador de calor uma ou mais vezes (conforme ilustrado na Figura 1) e pode incluir, por exemplo, recuperação de líquidos de gás, remoção de componente de congelamento ou rejeição de nitrogênio.

[0060] A remoção de calor é realizada no trocador de calor 100 do sistema de troca de calor 70 (e outros sistemas de troca de calor descritos aqui) usando um único refrigerante misturado que é processado e recondicionado usando o sistema compressor de MR 50 (e outros sistemas compressores de MR descritos aqui). Como um exemplo apenas, o refrigerante misturado pode incluir dois ou mais hidrocarbonetos C1-C5 e opcionalmente N2. Além disso, o refrigerante misturado pode incluir dois ou mais dentre metano, etano, etileno, propano, propileno, isobutano, n-butano, isobuteno, butileno, n-pentano, isopentano, N2, ou uma combinação destes. Composições de refrigerante exemplares mais detalhadas (junto com corrente temperatura e pressões), que não se destinam a ser limitadas, são apresentadas no Pedido de Patente U.S. No. Serial 14/218.949, depositado em 18 de março de 2014.

[0061] O sistema de troca de calor 70 inclui um separador de vapor frio 200, um tubo vertical de temperatura média 300 e um tubo vertical de temperatura fria 400 que recebem refrigerante misturado de e, retornam refrigerante misturado para, o trocador de calor 100.

[0062] O sistema compressor de MR inclui um tambor de sucção 600, um compressor multiestágios 700, um dispositivo de separação interetapas ou tambor 800 e um dispositivo de separação de alta pressão 900. Enquanto os tambores de acúmulo ou separação são ilustrados para dispositivos 200, 300, 400, 600, 800 e 900, dispositivos de separação alternativos podem ser utilizados, incluindo, entre outros, outro tipo de vaso, um separador ciclônico, uma unidade destilação, um separador coalescente ou rede ou eliminador de névoa do tipo palheta.

[0063] Deve ser entendido que o tambor de sucção 600 pode ser omitido nas modalidades que utilizam os compressores que não exigem um tambor de sucção para suas entradas. Um exemplo não limitativo de tal compressor é um compressor de parafuso.

[0064] A funcionalidade e os componentes adicionais do sistema compressor de MR 50 e do sistema de troca de calor 70 serão agora descritos.

[0065] A primeira seção do compressor 701 inclui uma saída de fluido comprimido para fornecer uma corrente de vapor do tambor de sucção de MR comprimido 710 ao refrigerador da primeira seção 710C, de modo que a corrente do tambor de sucção de MR comprimida resfriada 720 seja fornecida ao dispositivo de separação interetapas ou tambor 800. A corrente 720 percorre ao dispositivo de separação interetapas ou ao tambor 800 e a corrente de vapor de MR de pressão baixa resultante 855 é fornecida à segunda seção do compressor 702. A segunda seção do compressor 702 fornece uma corrente de vapor de MR de alta pressão comprimida 730 ao refrigerador da segunda seção 730C. Como um resultado, uma corrente de MR de alta pressão 740 que é, pelo menos parcialmente condensada, percorre ao dispositivo de separação de alta pressão 900.

[0066] Deve ser entendido que, nas presentes modalidades e nas modalidades a seguir, poderiam haver uma ou mais seções adicionais de compressão intermediária/compressor entre a primeira compressão e a seção de resfriamento e a segunda seção de compressão e resfriamento, de modo que a segunda seção do compressor e o refrigerador da segunda seção sejam a última seção do compressor e a última seção do refrigerador. Deve ainda ser entendido que enquanto os compressores 701 e 702 são ilustrados e descritos como diferentes seções de um compressor multiestágios, os compressores 701 e 702 podem, ainda, ser compressores separados incluindo dois ou mais compressores.

[0067] O dispositivo de separação de alta pressão 900 equilibra e separa a corrente de MR 740 em uma corrente de vapor de MR de alta pressão 955 e uma corrente de líquido de MR de alta pressão 975, que é preferivelmente uma corrente líquida de refrigerante de ebulição média.

[0068] Em uma modalidade alternativa do sistema compressor de MR, indicado no geral em 52 na Figura 3, uma bomba de tambor interetapas opcional 880P é fornecida para bombeamento de uma corrente de líquido para frente de MR 880 ao dispositivo de separação de alta pressão 900, de modo que a corrente da bomba 880P e a corrente 740 sejam combinadas e equilibradas no dispositivo de separação 900, no evento que a corrente do tambor de sucção de MR comprimida resfriada 720 é parcialmente condensada quando entra no tambor interetapas 800. Como exemplos apenas, a corrente que sai da bomba 880P pode ter uma pressão de 600 psig e uma temperatura de 100°F.

[0069] Além disso, o sistema compressor de MR 52 pode, opcionalmente, fornecer uma corrente de líquido reciclado de MR de alta pressão 980 do dispositivo de separação de alta pressão 900 a um dispositivo de expansão 980E, de modo que uma corrente de fase misturada reciclada de MR de alta pressão 990 é fornecida ao tambor interetapas 800, de modo que as correntes 720 e 990 sejam combinadas e equilibradas. O líquido de reciclagem do dispositivo de separação de alta pressão 900 ao tambor interetapas 800 mantém a bomba 880P em funcionamento sob condições que o tambor interetapas não receberia, de outra forma, um abastecimento suficiente de líquido frio, como quando as temperaturas de ambiente quente existem (ou seja, em um dia quente). Abrir o dispositivo 980E elimina a necessidade deslizar a bomba 880P até líquido suficiente ser coletado e, assim, mantém uma composição constante de refrigerante que flui ao dispositivo de separação de alta pressão 900. Como exemplos apenas, a corrente 980 pode ter uma pressão de 600 psig e uma temperatura de 100°F, enquanto a corrente 990 pode ter uma pressão de 200 psig e uma temperatura de 60°F.

[0070] Em outra modalidade alternativa do sistema compressor de MR, indicado no geral em 54 na Figura 4, uma corrente primária de fase mista de MR 610 é retornado do trocador de calor das Figuras 1 e 3 ao dispositivo de separação de sucção 600. O dispositivo de separação de sucção 600 tem uma saída de líquido pela qual uma corrente de líquido de MR do tambor de sucção 675 sai do tambor. A corrente 675 percorre a um tambor de sucção bomba 675P, que produz corrente de MR do tambor de sucção 680, que percorre ao tambor interetapas 800. Alternativamente, a corrente 680 pode fluir por corrente ramificada 681 à corrente de vapor do tambor de sucção de MR comprimido 710. Ainda como outra alternativa, a corrente 680 pode fluir por corrente ramificada 682 à corrente do tambor de sucção de MR comprimida resfriada 720.

[0071] Conforme ainda ilustrado na Figura 4 e como conhecido na técnica, uma capacidade compressor ou sistema de controle de surto é fornecido incluindo uma linha de vapor reciclável de MR 960, uma válvula de reciclagem antissurto 960E e uma linha 970 que funciona da válvula de reciclagem antissurto 960E emitida ao dispositivo de separação de sucção 600. As disposições alternativas de controle de surto ou capacidade do compressor conhecidas na técnica podem ser utilizadas no lugar do sistema de controle de surto ou capacidade ilustrado na Figura 4.

[0072] Em uma modalidade alternativa simplificada do sistema compressor de MR, indicado no geral em 56 da Figura 5 e como nas modalidades prévias, o dispositivo de separação de sucção 600 inclui uma entrada para receber uma corrente de MR primária do vapor 610 de uma passagem de refrigeração do trocador de calor da Figura 1. A corrente de vapor de MR do tambor de sucção 655 é fornecida de uma saída do tambor de sucção à primeira seção do compressor 701.

[0073] A primeira seção do compressor 701 inclui uma saída de fluido comprimido para fornecer uma corrente de vapor do tambor de sucção de MR comprimido 710 ao refrigerador da primeira seção 710C, de modo que a corrente do tambor de sucção de MR comprimida resfriada 720 seja fornecida ao tambor interetapas 800. A corrente 720 percorre ao tambor interetapas 800 e a corrente de vapor de MR de pressão baixa resultante 855 é fornecida à segunda seção do compressor 702. A segunda seção do compressor 702 fornece uma corrente de vapor de MR de alta pressão comprimida 730 ao refrigerador da segunda seção 730C. Como um resultado, uma corrente de MR de alta pressão 740 que é pelo menos parcialmente condensada percorre ao dispositivo de separação de alta pressão 900.

[0074] O dispositivo de separação de alta pressão 900 separa a corrente de MR 740 em uma corrente de vapor de MR de alta pressão 955 e uma corrente de líquido de MR de alta pressão 975, que é preferivelmente uma corrente líquida de refrigerante de ebulição média.

[0075] Em uma modalidade alternativa do sistema compressor de MR, indicado no geral em 58 na Figura 6, uma bomba de tambor interetapas opcional 880P é fornecida para bombear uma corrente de líquido para frente de MR 880 do tambor interetapas 800 ao dispositivo de separação de alta pressão 900 no evento que a corrente do tambor de sucção de MR comprimida resfriada 720 é parcialmente condensada quando entra no tambor interetapas 800. Além disso, o sistema compressor de MR 58 pode opcionalmente fornecer uma corrente de líquido reciclado de MR de alta pressão 980 do dispositivo de separação de alta pressão 900 a um dispositivo de expansão 980E, de modo que uma corrente de fase misturada reciclada de MR de alta pressão 990 seja fornecida ao dispositivo de separação tambor 800.

[0076] Caso contrário, o sistema compressor de MR 58 da Figura 6 é o mesmo que o sistema compressor de MR 54 da Figura 5.

[0077] O sistema de troca de calor 70 das Figuras 1 e 3 pode ser utilizado com cada um dos sistemas compressores de MR descritos acima (e com as modalidades alternativas do sistema compressor de MR) e será agora discutido em detalhes com referência à Figura 7. Conforme ilustrado na Figura 7 e observado previamente, o trocador de calor multicorrentes 100 recebe uma corrente de fluido de alimentação, como uma corrente de alimentação de gás natural de alta pressão 5, que é resfriada e/ou liquefeita na passagem de resfriamento de corrente de alimentação 103 por remoção de calor por troca de calor com correntes de refrigeração no trocador de calor. Como um resultado, uma corrente de fluido de produto 20 como gás natural líquido, é produzida.

[0078] A passagem de resfriamento de corrente de alimentação 103 inclui uma passagem de resfriamento de corrente de alimentação de pré-tratamento 105, tendo uma entrada na extremidade quente do trocador de calor 100 e uma passagem de resfriamento de corrente de alimentação tratada 120 tendo uma saída de produto na extremidade fria através da qual o produto 20 sai. A passagem de resfriamento de corrente de alimentação de pré-tratamento 105 tem uma saída que une a saída de fluido de alimentação 10 enquanto a passagem de resfriamento de corrente de alimentação tratada 120 tem uma entrada em comunicação com entrada de fluido de alimentação 15. A entrada e a saída de fluido de alimentação 10 e 15 são fornecidas para tratamento de alimentação externa (125 nas Figuras 1 e 3), como recuperação de líquidos de gás natural, remoção de componente de congelamento ou rejeição de nitrogênio, ou similares. Um exemplo de um sistema de tratamento de alimentação externa é apresentado abaixo com referência às Figuras 23-25.

[0079] Em uma modalidade alternativa do sistema de troca de calor, indicado no geral em 72 na Figura 8, a passagem de resfriamento de corrente de alimentação 103 passa entre as extremidades fria e quente do trocador de calor 100 sem interrupção. Tal modalidade pode ser utilizada quando os sistemas de tratamento de alimentação externa não são integrados por calor com o trocador de calor 100.

[0080] O trocador de calor inclui uma passagem de refrigeração, indicada no geral em 170 na Figura 7, incluindo uma passagem de refrigeração de temperatura fria 140 tendo uma entrada que recebe, na extremidade fria do trocador de calor, uma corrente de vapor de MR de temperatura fria 455 e uma corrente de líquido de MR de temperatura fria 475. A passagem de refrigeração 170 ainda inclui uma passagem de refrigeração primária 160 tendo uma saída de corrente de retorno de refrigerante na extremidade quente do trocador de calor, através da qual a corrente de retorno de refrigerante 610 sai do trocador de calor 100 e uma entrada de refrigerante de temperatura média 150 adaptada para receber uma corrente de vapor de MR de temperatura média 355 e uma corrente de líquido de MR de temperatura média 375 por passagens correspondentes. Como um resultado, conforme explicado em mais detalhes abaixo, as correntes de líquido e vapor de MR de temperatura fria (455 e 475) e correntes de líquido e vapor de MR de temperatura média (355 e 375) combinam dentro do trocador de calor na entrada de refrigerante de temperatura média 150.

[0081] A combinação das correntes de refrigerante de media temperatura e das correntes de refrigerante de temperatura fria forma uma zona ou região de temperatura média no trocador de calor geralmente do ponto no qual elas combinam e a jusante dela na direção do fluxo de refrigerante em direção à saída da passagem de refrigeração primária.

[0082] Uma corrente de MR primária 610, que é a fase de vapor ou misturada, sai da passagem de refrigeração primária 160 do trocador de calor 100 e percorre ao sistema compressor de MR de qualquer uma das Figuras 1-6. Como um exemplo apenas, nas modalidades das Figuras 1-3, 5 e 6, a corrente de MR primária 610 pode ser vapor. Conforme a temperatura ambiente fica mais fria, a corrente de MR primária 610 será a fase misturada (vapor e líquido) e o líquido acumulará no tambor de sucção 600 (das Figuras 1-3, 5 e 6). Após o processo se ficar no estado estável na temperatura inferior, a corrente de MR primária é novamente todo vapor no ponto de condensação. Quando o dia esquenta, o líquido no tambor de sucção 600 vaporizará e a corrente de MR primária será todo o vapor. Como um resultado, a corrente primária de fase mista de MR apenas ocorre nas condições tran-sientes quando a temperatura ambiente ficar mais fria do que o desenho. Alternativamente, o sistema poderia ser desenhado para uma corrente primária de fase mista de MR 610.

[0083] O trocador de calor 100 ainda inclui uma passagem de resfriamento de vapor de alta pressão 195 adaptada para receber uma corrente de vapor de MR de alta pressão 955 de qualquer um dos sistemas compressores de MR das Figuras 1-6 na extremidade quente e para resfriar a corrente de vapor de MR de alta pressão para formar uma corrente de MR de alimentação fria do separador de fase misturada 210. A passagem 195 ainda inclui uma saída em comunicação com um separador de vapor frio 200. O separador de vapor frio 200 separa a corrente de alimentação fria do separador 210 em uma corrente de vapor de MR fria do separador 255 e uma corrente de líquido de MR do separador frio 275.

[0084] O trocador de calor 100 ainda inclui uma passagem de resfriamento de vapor separador frio 127 tendo uma entrada em comunicação com o separador de vapor frio 200 para, assim, receber a corrente de vapor de MR fria do separador 255. A corrente de vapor de MR fria do separador é resfriada na passagem 127 para formar corrente de MR de temperatura condensada fria 410, que é expandida com o dispositivo de expansão 410E para formar a corrente de MR de temperatura fria expandida 420 que é direcionada ao tubo vertical de temperatura fria 400. O dispositivo de expansão 410E (e como no caso com todos os “dispositivos de expansão” aqui divulgados) podem ser, como exemplos não limitativos, uma válvula (como uma válvula Joule Thompson), uma turbina ou um furo restritivo.

[0085] A tubulação de temperatura fria 400 separa a corrente de fase misturada 420 dentro de uma corrente de vapor de MR de temperatura fria 455 e uma corrente de líquido de MR de temperatura fria 475 que entram na entrada da passagem de refrigerante de temperatura fria 140. As correntes de vapor e líquido 455 e 475 preferivelmente entram na passagem de refrigerante de temperatura fria 140 por uma cabeça tendo entradas separadas para correntes 455 e 475. Isto fornece ainda mais distribuição de líquido e vapor dentro da cabeça.

[0086] A corrente de líquido de MR do separador frio 275 é resfriada na passagem de resfriamento de líquido do separador frio 125 para formar a corrente de líquido de MR do separador frio sub-resfriada 310.

[0087] Uma passagem de resfriamento de líquido de alta pressão 197 recebe corrente de líquido de MR de alta pressão 975 de qualquer um dos sistemas compressores de MR da Figura 1-6. O líquido de alta pressão 975 é preferivelmente uma corrente líquida de refrigerante de ebulição média. A corrente de líquido de alta pressão entra na extremidade quente e é resfriada para formar uma corrente de líquido de MR de alta pressão sub-resfriada 330. Ambas as correntes de líquido refrigerante 310 e 330 são independentemente expandidas por dispositivos de expansão 310E e 330E para formar corrente de MR do separador frio expandida 320 e corrente de MR de alta pressão expandida 340. A corrente de MR do separador frio expandida 320 é combinada e equilibrada com a corrente de MR de alta pressão expandida 340 no tubo vertical de temperatura média 300 para formar a corrente de vapor de MR de temperatura média 355 e a corrente de líquido de MR de temperatura média 375. Nas modalidades alternativas, as duas correntes 310 e 330 podem ser misturadas e, então, expandidas.

[0088] As correntes de MR de temperatura média 355 e 375 são direcionadas à entrada de refrigerante de temperatura média 150 da passagem de refrigeração onde elas são misturadas com a corrente de vapor de MR de temperatura fria 455 e uma corrente de líquido de MR de temperatura fria 475 combinadas e fornecem refrigeração na passagem de refrigeração primária 160. O refrigerante sai da passagem de refrigeração primária 160 como uma fase de vapor ou corrente primária de fase mista de MR ou corrente de retorno de refrigerante 610. A corrente de retorno 610 pode opcionalmente ser uma corrente de retorno de refrigerante de vapor superaquecido.

[0089] Uma modalidade alternativa do sistema de troca de calor, indicado no geral em 74 na Figura 9, fornece uma modalidade alternativa do circuito de expansão de temperatura MR fria. Nesta modalidade, o tubo vertical de temperatura fria 400 das Figuras 7 e 8 é eliminado. Como um resultado, a corrente de MR de temperatura condensada fria 410 da passagem de resfriamento de vapor separador frio 127 sai da extremidade fria do trocador de calor e é expandida com o dispositivo de expansão 410E para formar a corrente de MR de temperatura fria 465. A corrente de fase misturada 465 então entra na entrada da passagem de refrigerante de temperatura fria 140. O restante do sistema de troca de calor 74 é o mesmo e opera da mesma forma que o trocador de calor sistema 70 da Figura 7. A saída e a entrada de tratamento da corrente de alimentação 10 e 15 (levando para e de um sistema de tratamento) podem ser omitidas, na forma mostrada para o sistema de troca de calor 72 da Figura 8.

[0090] Em outra modalidade alternativa do sistema de troca de calor, indicado no geral em 76 na Figura 10, o tubo vertical de temperatura média 300 das Figuras 7-9 foi omitido. Como um resultado, conforme ilustrado nas Figuras 10 e 11, ambas as correntes de líquido refrigerante 310 e 330 são independentemente expandidas por dispositivos de expansão 310E e 330E para formar corrente de MR do separador frio expandida 320 e corrente de MR de alta pressão expandida 340 que são combinadas para formar corrente de MR de temperatura média 365 que flui através da passagem de refrigeração de temperatura média 136. A passagem de refrigeração de temperatura média 365 é direcionada pela passagem 136 à entrada de refrigerante de temperatura média 150 da passagem de refrigeração onde é misturada com a corrente de MR de temperatura fria 465 para fornecer refrigeração na passagem de refrigeração primária 160. O restante do sistema de troca de calor 76 é o mesmo e opera da mesma forma que o trocador de calor sistema 74 da Figura 9. A saída e a entrada de tratamento da corrente de alimentação 10 e 15 (levando para e de um sistema de tratamento) podem ser omitidas, na forma mostrada para o sistema de troca de calor 72 da Figura 8.

[0091] Conforme ilustrado na Figura 12, os dispositivos de expansão 310E e 330E podem ser omitidos das passagens da corrente de MR do separador frio sub-resfriada 310 e corrente de MR de alta pressão sub-resfriada 330, de modo que as duas correntes combinem para formar a corrente 335. Nesta modalidade, um dispositivo de expansão 136E é colocado dentro da passagem de refrigeração de temperatura média 136, de modo que a corrente 335 seja expandida para formar a corrente de MR de temperatura média 365. A passagem de refrigeração de temperatura média 365, que é a fase misturada, é fornecida à entrada de refrigerante de temperatura média 150.

[0092] Uma modalidade alternativa adicional de um sistema e método de refrigerante misturado é ilustrada na Figura 13. O sistema inclui um sistema compressor de MR, indicado no geral em 60 e um sistema de troca de calor, indicado no geral em 80. A modalidade da Figura 13 é a mesma e tem a mesma funcionalidade que a modalidade da Figura 1 com a exceção dos detalhes descritos abaixo. Como um resultado, os mesmos números de referência serão repetidos para os componentes correspondentes.

[0093] A primeira seção do compressor 701 inclui uma saída de fluido comprimido para fornecer uma corrente de vapor do tambor de sucção de MR comprimido 710 ao refrigerador da primeira seção 710C, de modo que a corrente do tambor de sucção de MR comprimida resfriada 720 seja fornecida ao tambor interetapas 800. A corrente 720 percorre ao tambor interetapas 800 e a corrente de vapor de MR de pressão baixa resultante 855 é fornecida à segunda seção do compressor 702. A segunda seção do compressor 702 fornece uma corrente de vapor de MR de alta pressão comprimida 730 ao refrigerador da segunda seção 730C. Como um resultado, uma corrente de MR de alta pressão 740 que é pelo menos parcialmente condensada percorre ao dispositivo de separação de alta pressão 900.

[0094] O dispositivo de separação de alta pressão 900 separa a corrente de MR 740 em uma corrente de vapor de MR de alta pressão 955 e uma corrente de líquido de MR de alta pressão 975, que é preferivelmente uma corrente líquida de refrigerante de ebulição média. Uma corrente de líquido reciclado de MR de alta pressão 980 ramifica- se da corrente 975 e é fornecida a um dispositivo de expansão 980E, de modo que uma corrente de fase misturada reciclada de MR de alta pressão 990 seja fornecida ao tambor interetapas 800. Isto mantém o tambor interetapas 800 de executar de forma seca durante as temperaturas ambientes quentes (ou seja, como em um dia quente). Conforme previamente descrito (com relação à Figura 3) e abaixo, a corrente reciclável 980 poderia percorrer diretamente do dispositivo de separação de alta pressão 900 ao dispositivo de expansão 980E.

[0095] Em contrapartida ao sistema compressor de MR, as modalidades descritas acima, o tambor interetapas 800 do sistema compressor de MR 60 inclui uma saída de líquido para fornecer uma corrente de líquido com MR de pressão baixa 875 que tem uma alta temperatura de ebulição. A corrente de líquido com MR de pressão baixa 875 é recebida por uma passagem de resfriamento de líquido de baixa pressão 187 do trocador de calor 100 e é ainda manuseada conforme descrito abaixo.

[0096] Uma modalidade alternativa do sistema compressor de MR é indicada no geral em 62 da Figura 14 e ainda inclui um tambor interetapas 800 tendo uma saída de líquido que fornece uma corrente de líquido com MR de pressão baixa 875.

[0097] Em outra modalidade alternativa do sistema compressor de MR, indicado no geral em 64 na Figura 15, uma corrente primária de fase mista de MR 610 é retornada do trocador de calor da Figura 13 ao dispositivo de separação de sucção 600. O dispositivo de separação de sucção 600 tem uma saída de líquido através da qual uma corrente de líquido de MR do tambor de sucção 675 sai do tambor. A corrente 675 percorre a um tambor de sucção bomba 675P, que produz a corrente de MR do tambor de sucção 680, que percorre ao tambor interetapas 800. As correntes ramificadas de MR do tambor de sucção 681 e 682 opcionais podem fluir para a corrente de vapor do tambor de sucção de MR comprimido 710 e/ou a corrente do tambor de sucção de MR comprimida resfriada 720.

[0098] Caso contrário, o sistema compressor de MR 64 da Figura 15 é o mesmo e funciona igual ao sistema compressor de MR 60 da Figura 13.

[0099] O sistema de troca de calor 80 das Figuras 13 e 16 pode ser utilizado com cada um dos sistemas compressores de MR 60, 62 e 64 das Figuras 13, 14 e 15 (e modalidades alternativas do sistema compressor de MR). O sistema de troca de calor 80 será agora discutido em detalhes com referência à Figura 16.

[00100] Conforme ilustrado na Figura 16 e observado previamente, o trocador de calor multicorrentes 100 recebe uma corrente de fluido de alimentação, como uma corrente de alimentação de gás natural de alta pressão 5, que é resfriada e/ou liquefeita na passagem de resfriamento de corrente de alimentação 103 por remoção de calor por troca de calor com correntes de refrigeração no trocador de calor. Como um resultado, uma corrente de fluido de produto 20 como gás natural líquido, é produzida.

[00101] Como no caso do sistema de troca de calor 70 da Figura 7, a passagem de resfriamento de corrente de alimentação 103 do sistema de troca de calor 80 inclui uma passagem de resfriamento de corrente de alimentação de pré-tratamento 105, tendo uma entrada na extremidade quente do trocador de calor 100 e uma passagem de resfriamento de corrente de alimentação tratada 120 tendo uma saída de produto na extremidade fria através da qual o produto 20 sai. A passagem de resfriamento de corrente de alimentação de pré- tratamento 105 tem uma saída que une a saída de fluido de alimentação 10 enquanto a passagem de resfriamento de corrente de alimentação tratada 120 tem uma entrada em comunicação com entrada de fluido de alimentação 15. A entrada e a saída de fluido de alimentação 10 e 15 são fornecidas para tratamento de alimentação externa (125 nas Figuras 1 e 3), como recuperação de líquidos de gás natural, remoção de componente de congelamento ou rejeição de nitrogênio, ou similares.

[00102] Em uma modalidade alternativa do sistema de troca de calor, indicado no geral em 82 na Figura 17, a passagem de resfriamento de corrente de alimentação 103 passa entre as extremidades fria e quente do trocador de calor 100 sem interrupção. Tal modalidade pode ser utilizada quando os sistemas de tratamento de alimentação externa não são integrados por calor com o trocador de calor 100.

[00103] Como no caso do sistema de troca de calor 70 da Figura 7, o trocador de calor 100 inclui uma passagem de refrigeração, indicado no geral em 170 na Figura 16, incluindo uma passagem de refrigeração de temperatura fria 140 tendo uma entrada que recebe, na extremidade fria do trocador de calor, uma corrente de vapor de MR de temperatura fria 455 e uma corrente de líquido de MR de temperatura fria 475. A passagem de refrigeração 170 ainda inclui uma passagem de refrigeração primária 160 tendo uma saída de corrente de retorno de refrigerante na extremidade quente do trocador de calor, através da qual a corrente de retorno de refrigerante 610 sai do trocador de calor 100 e uma entrada de refrigerante de temperatura média 150 adaptada para receber uma corrente de vapor de MR de temperatura média 355 e uma corrente de líquido de MR de temperatura média 375 por passagens correspondentes. Como um resultado, as correntes de líquido e vapor de MR de temperatura fria (455 e 475) e correntes de líquido e vapor de MR de temperatura média (355 e 375) combinam dentro do trocador de calor na entrada de refrigerante de temperatura média 150.

[00104] A combinação da corrente de refrigerante de temperatura média e a da corrente de refrigerante de temperatura fria forma uma zona ou região de temperatura média no trocador de calor geralmente do ponto no qual elas combinam e a jusante dali na direção do fluxo de refrigerante em direção à saída da passagem de refrigeração primária.

[00105] Uma corrente de MR primária 610 sai da passagem de refrigeração primária 160 do trocador de calor 100, percorre ao sistema compressor de MR de qualquer uma das Figuras 13-15 e está na fase de vapor ou fase misturada. Como um exemplo apenas, nas modalidades das Figuras 13 e 14, a corrente de MR primária 610 pode ser vapor. Conforme a temperatura ambiente fica mais fria do que o desenho, a corrente de MR primária 610 será fase misturada (vapor e líquido) e o líquido acumulará no tambor de sucção 600 (das Figuras 13-15). Após o processo ficar no estado estável na temperatura inferior, a corrente de MR primária é novamente todo o vapor no ponto de condensação. Quando o dia esquenta, o líquido no tambor de sucção 600 vaporizará e a corrente de MR primária será todo o vapor. Como um resultado, a corrente primária de fase mista de MR apenas ocorre nas condições transientes quando a temperatura ambiente estiver ficando mais fria do que o desenho. Alternativamente, o sistema poderia ser desenhado para uma corrente primária de fase mista de MR 610.

[00106] O trocador de calor 100 ainda inclui uma passagem de resfriamento de vapor de alta pressão 195 adaptada para receber uma corrente de vapor de MR de alta pressão 955 de qualquer um dos sistemas compressores de MR das Figuras 13-15 na extremidade quente e para resfriar a corrente de vapor de MR de alta pressão para formar uma corrente de MR de alimentação fria do separador de fase misturada 210. A passagem 195 inclui uma saída em comunicação com um separador de vapor frio 200, que separa a corrente de alimentação fria do separador 210 dentro de uma corrente de vapor de MR fria do separador 255 e uma corrente de líquido de MR do separador frio 275.

[00107] O trocador de calor 100 ainda inclui uma passagem de resfriamento de vapor separador frio 127 tendo uma entrada em comunicação com a saída de vapor do separador de vapor frio 200 para, assim, receber a corrente de vapor de MR fria do separador 255. A corrente de vapor de MR fria do separador é resfriada na passagem 127 para formar a corrente de MR de temperatura condensada fria 410 e então expandida com o dispositivo de expansão 410E para formar a corrente de MR de temperatura fria expandida 420 que é direcionada ao tubo vertical de temperatura fria 400. O dispositivo de expansão 410E (e como no caso com todos os “dispositivos de expansão” aqui divulgados) pode ser, como exemplos não limitativos, uma válvula Joule Thompson, uma turbine ou um orifício.

[00108] A tubulação de temperatura fria 400 separa a corrente de fase misturada 420 dentro de uma corrente de vapor de MR de temperatura fria 455 e uma corrente de líquido de MR de temperatura fria 475 que entra na entrada da passagem de refrigerante de temperatura fria 140.

[00109] A corrente de líquido de MR do separador frio 275 é resfriada na passagem de resfriamento de líquido do separador frio 125 para formar a corrente de líquido de MR do separador frio sub-resfriada 310.

[00110] Uma passagem de resfriamento de líquido de alta pressão 197 recebe a corrente de líquido de MR de alta pressão 975 de qualquer um dos sistemas compressores de MR da Figura 13-15. O líquido de alta pressão 975 é preferivelmente uma corrente líquida de refrigerante de ebulição média. A corrente de líquido de alta pressão entra na extremidade quente e é resfriada para formar uma corrente de líquido de MR de alta pressão sub-resfriada 330. Ambas as correntes de líquido refrigerante 310 e 330 são independentemente expandidas por dispositivos de expansão 310E e 330E para formar corrente de MR do separador frio expandida 320 e corrente de MR de alta pressão expandida 340. A corrente de MR do separador frio expandida 320 é combinada com a corrente de MR de alta pressão expandida 340 no tubo vertical de temperatura média 300 para formar a corrente de vapor de MR de temperatura média 355 e a corrente de líquido de MR de temperatura média 375. Em modalidades alternativas, as duas correntes 310 e 330 podem ser misturadas e então expandidas.

[00111] As correntes de MR de temperatura média 355 e 375 são direcionadas à entrada de refrigerante de temperatura média 150 da passagem de refrigeração onde elas são misturadas com a corrente de vapor de MR de temperatura fria combinada 455 e uma corrente de líquido de MR de temperatura fria 475 e fornecem refrigeração na passagem de refrigeração primária 160. O refrigerante sai da passagem de refrigeração primária 160 como uma fase de vapor ou corrente primária de fase mista de MR ou corrente de retorno de refrigerante 610. A corrente de retorno 610 pode opcionalmente ser uma corrente de retorno de refrigerante de vapor superaquecido.

[00112] O trocador de calor 100 ainda inclui uma passagem de resfriamento de líquido de baixa pressão 187 que, conforme observado acima, recebem uma corrente de líquido com MR de pressão baixa 875, que preferivelmente é refrigerante de alta ebulição, da saída de líquido do dispositivo de separação interetapas ou do tambor 800 de qualquer um dos sistemas compressores de MR das Figuras 13-15. A alta ebulição da corrente de MR líquido 875 é resfriada na passagem de resfriamento de líquido de baixa pressão 187 para formar uma corrente de MR de baixa pressão sub-resfriada, que sai do trocador de calor como corrente 510. A corrente de líquido sub-resfriada com MR de pressão baixa 510 é então expandida ou tem sua pressão reduzida no dispositivo de expansão 510E para formar a corrente de MR de baixa pressão expandida 520. Como exemplos apenas, a corrente 510 pode ter uma pressão de 200 psig e uma temperatura de -130°F, enquanto a corrente 520 pode ter uma pressão de 50 psig e uma temperatura de - 130°F. A corrente 520 é direcionada ao tubo vertical de temperatura média 300, conforme ilustrado na Figura 16, onde é combinada com a corrente de MR do separador frio expandida 320 e a corrente de MR de alta pressão expandida 340. Como um resultado, o refrigerante de alta ebulição é fornecido à entrada de refrigerante de temperatura média 150 e, assim, à passagem de refrigeração primária 160.

[00113] Uma modalidade alternativa do sistema de troca de calor é indicada no geral em 84 na Figura 18 e fornece uma modalidade alternativa do circuito de expansão de temperatura MR fria. Mais especificamente, nesta modalidade, o tubo vertical de temperatura fria 400 das Figuras 13, 16 e 17 é eliminado. Como um resultado, a corrente de MR de temperatura condensada fria 410 da passagem de resfriamento de vapor separador frio 127 sai da extremidade fria do trocador de calor e é expandida com o dispositivo de expansão 410E para formar a corrente de MR de temperatura fria 465. A corrente de fase misturada 465 então entra na entrada da passagem de refrigerante de temperatura fria 140. O restante do sistema de troca de calor 84 é o mesmo e opera da mesma forma que o trocador de calor sistema 80 da Figura 16. A saída e a entrada de tratamento da corrente de alimentação 10 e 15 (levando para e de um sistema de tratamento) podem ser omitidas, na forma mostrada para o sistema de troca de calor 82 da Figura 17.

[00114] Em outra modalidade alternativa do sistema de troca de calor, indicado no geral em 86 na Figura 19, o tubo vertical de temperatura média 300 das Figuras 16-18 foi omitido. Como um resultado, conforme ilustrado nas Figuras 19 e 20, ambas as correntes de líquido refrigerante 310 e 330 são independentemente expandidas por dispositivos de expansão 310E e 330E para formar a corrente de MR do separador frio expandida 320 e a corrente de MR de alta pressão expandida 340. Estas duas correntes são combinadas com a corrente de MR de baixa pressão expandida 520 para formar a corrente de MR de temperatura média 365 que flui através da passagem de refrigeração de temperatura média 136. A passagem de refrigeração de temperatura média 365 é direcionada pela passagem 136 à entrada de refrigerante de temperatura média 150 da passagem de refrigeração onde é misturada com a corrente de MR de temperatura fria 465 para fornecer refrigeração na passagem de refrigeração primária 160. O restante do sistema de troca de calor 86 é o mesmo e opera da mesma forma que o trocador de calor sistema 84 da Figura 18. A saída e a entrada de tratamento da corrente de alimentação 10 e 15 (levando para e de um sistema de tratamento) podem ser omitidas, na forma mostrada para o sistema de troca de calor 82 da Figura 17.

[00115] Conforme ilustrado na Figura 21, o dispositivos de expansão 310E e 330E pode ser omitido das passagens da corrente de MR do separador frio sub-resfriada 310 e da corrente de MR de alta pressão sub-resfriada 330. Nesta modalidade, um dispositivo de expansão 315E é colocado a jusante da junção de correntes 310 e 330, mas a montante da junção com a corrente 520. Como um resultado, a corrente 335 que consiste em correntes combinadas de 310 e 330 é expandida e então misturada com a corrente 520, de modo que a corrente de MR de temperatura média 365, que é fase misturada, seja fornecida à entrada de refrigerante de temperatura média 150 por passagem 136.

[00116] Nas modalidades alternativas, o dispositivo de expansão 510E das Figuras 20 e 21 pode ser omitido, de modo que a corrente de MR de baixa pressão sub-resfriada 510 seja fornecida (em vez da corrente 520) para misturar com a corrente 335 após a expansão pelo dispositivo de expansão 315E para formar corrente 365.

[00117] Em outra modalidade alternativa ilustrada na Figura 22, a corrente 335 e a corrente 510 podem ser direcionadas a uma mistura combinada e ao dispositivo de expansão 136E. O dispositivo 136E, como um exemplo apenas, poderia ter múltiplas entradas e separam o líquido e os vapores de saída. Como outro exemplo, dois expansores de líquido em série, com a corrente 510 que se alimentam, poderiam ser utilizados.

[00118] Em cada uma das modalidades acima, um ou mais de um tratamento externo, pré-tratamento, pós-tratamento, tratamento integrado ou uma combinação destes podem estar independentemente em comunicação com a passagem de resfriamento da corrente de alimentação e adaptados para tratar a corrente de alimentação, o fluxo de produto, ou ambos.

[00119] Como um exemplo e observado previamente com referência às Figuras 7 e 16, a passagem de resfriamento de corrente de alimentação 103 do trocador de calor 100 inclui uma passagem de resfriamento de corrente de alimentação de pré-tratamento 105, tendo uma entrada na extremidade quente de trocador de calor 100 e uma passagem de resfriamento de corrente de alimentação tratada 120 tendo uma saída de produto na extremidade fria através da qual o produto 20 sai. A passagem de resfriamento de corrente de alimentação de pré-tratamento 105 tem uma saída que une a saída de fluido de alimentação 10 enquanto a passagem de resfriamento de corrente de alimentação tratada 120 tem uma entrada em comunicação com a entrada de fluido de alimentação 15. A entrada e a saída de fluido de alimentação 10 e 15 são fornecidas para o tratamento de alimentação externa (125 nas Figuras 1 e 3), como recuperação de líquidos de gás natural, remoção de componente de congelamento ou rejeição de nitrogênio, ou similares.

[00120] Um exemplo de um sistema para tratamento de alimentação externa, conforme utilizado com o sistema compressor de MR 50 e o sistema de troca de calor 70, é indicado no geral em 125 na Figura 23. Conforme ilustrado na Figura 23, a saída de fluido de alimentação 10 direciona o fluido de alimentação de fases misturadas a um tambor de batidas pesadas 12 (ou outro dispositivo de separação). O tambor 12 inclui uma saída de vapor que está em comunicação com a entrada de comunicação da corrente de alimentação 15, de modo que o vapor do dispositivo de separação 12 percorra à passagem de resfriamento de corrente de alimentação tratada 120 do trocador de calor. O dispositivo de separação 12 ainda inclui uma saída de líquido através da qual uma corrente de líquido 14 flui ao trocador de calor 16, onde é aquecido pela troca de calor com uma corrente de refrigerante 18 fornecida por uma ramificação da corrente de líquido de MR de alta pressão 975 do sistema compressor de MR 50. O líquido aquecido resultante 19 flui para uma coluna de remoção condensada 21 para mais processamento.

[00121] O tratamento de alimentação externa 125 pode ainda ser combinado com qualquer uma das modalidades do sistema compressor de MR e do sistema de troca de calor descritas acima, incluindo o sistema compressor de MR 52 e o sistema de troca de calor 70, conforme ilustrado na Figura 24 e o sistema compressor de MR 60 e o sistema de troca de calor 80, conforme ilustrado na Figura 25.

[00122] Conforme ilustrado em 22 nas Figuras 23-25, o gás de alimentação pode ser submetido ao pré-tratamento por um sistema de pré-tratamento 22 antes de entrada no trocador de calor 100 como corrente 5.

[00123] Cada um dos tratamentos externos, pré-tratamento ou pós- tratamento, pode incluir independentemente um ou mais dentre remover um ou mais de enxofre, água, CO2, líquido de gás natural (NGL), componente de congelamento, etano, olefina, hidrocarboneto C6, C6 + hidrocarboneto, N2, ou sua combinação, a partir da corrente de alimentação..

[00124] Além disso, um ou mais pré-tratamento podem incluir, independentemente, uma ou mais desulfuras, desidratação, remoção de CO2, remoção de um ou mais líquidos de gás natural (NGL) ou uma combinação dos mesmos em comunicação com a passagem de resfriamento da corrente de alimentação e adaptada para tratar uma corrente de alimentação, corrente de produtos, ou ambas.

[00125] Além disso, um ou mais tratamentos externos podem incluir, independentemente, um ou mais dentre remover um ou mais líquidos de gás natural (NGL), remover um ou mais componentes de congelação, remover o etano, remover uma ou mais olefinas, remover um ou mais hidrocarbonetos C6, remover um ou mais hidrocarbonetos C6+, em comunicação com a passagem de resfriamento da corrente de alimentação e adaptados para tratar a corrente de alimentação, a corrente de produto ou ambas.

[00126] Cada uma das modalidades acima pode também ser fornecida com um ou mais pós-tratamentos que podem incluir a remoção de N2 do produto e estarem em comunicação com a passagem de resfriamento da corrente de alimentação e adaptadas para tratar a corrente de alimentação, a corrente do produto ou ambas.

[00127] Embora as modalidades preferidas da invenção tenham sido mostradas e descritas, será evidente aos técnicos no assunto que mudanças e modificações podem ser feitas no mesmo sem se afastar do espírito da invenção, cujo escopo é definido pelas reivindicações anexas.

Claims

1. Sistema para resfriar um gás com um refrigerante misturado compreendendo: a. um trocador de calor principal (100) incluindo uma extremidade quente (101) e uma extremidade fria (102) com uma passagem de resfriamento de corrente de alimentação se estendendo entre elas, a passagem de resfriamento de corrente de alimentação sendo adaptada para receber uma corrente de alimentação na extremidade quente (101) e para conduzir uma corrente de produto resfriado fora da extremidade fria (102), o dito trocador de calor principal (100) ainda incluindo uma passagem de resfriamento de vapor de alta pressão, uma passagem de resfriamento de líquido de alta pressão, uma passagem de resfriamento de vapor separador frio, uma passagem de resfriamento de líquido separador frio e uma passagem de refrigeração; b. um sistema compressor de refrigerante misturado incluindo uma primeira seção (701) do compressor tendo uma entrada de primeira seção de compressor em comunicação fluida com uma saída da passagem de refrigeração da passagem de refrigeração, a dita primeira seção de compressor tendo, também, uma saída de primeira seção de compressor, um refrigerador da primeira seção tendo uma entrada de refrigerador de primeira seção (710C) em comunicação fluida com a saída da primeira seção de compressor, o referido refrigerador de primeira seção também tendo uma saída de refrigerador de primeira seção, um dispositivo de separação interetapas (800) tendo uma entrada de dispositivo de separação interetapas principal em comunicação fluida com a saída de refrigerador da primeira seção, o dito dispositivo de separação interetapas tendo uma saída de vapor de dispositivo de separação interetapas, uma segunda seção do compressor (702) tendo uma entrada de segunda seção de compressor em comunicação fluida com a saída de vapor do dispositivo de separação interetapas, a dita segunda seção de compressor tendo também uma saída de segunda seção de compressor, um refrigerador da segunda seção (730C) tendo uma entrada de refrigerador de segunda seção em comunicação fluida com a saída da segunda seção do compressor, o dito refrigerador de segunda seção tendo, também, uma saída de refrigerador de segunda seção, um dispositivo de separação de alta pressão (900) tendo uma entrada de dispositivo de separação de alta pressão em comunicação fluida com a saída do refrigerador de segunda seção, o dito dispositivo de separação de alta pressão tendo também uma saída de líquido de dispositivo de separação de alta pressão e uma saída de vapor de dispositivo de separação de alta pressão, em que o dispositivo de separação interetapas tem uma entrada de fluido de reciclagem que é separada e distinta da entrada do dispositivo de separação interetapas principal e compreende ainda um dispositivo de expansão de reciclagem de alta pressão (980 E) tendo uma entrada em comunicação fluida com o dispositivo de separação de alta pressão e uma saída em comunicação fluida com a entrada de fluido de reciclagem do dispositivo de separação interetapas e configurada de modo que uma corrente de fase mista de reciclagem seja fornecida ao dispositivo de separação interetapas através da entrada de fluido de reciclagem e misturada com fluido que entra no dispositivo de separação interetapas através da entrada do dispositivo de separação interetapas principal de modo que uma bomba interetapas (880P) é mantida funcionando quando líquido insuficiente é fornecido pela entrada de fluido apenas através da entrada do dispositivo de separação interetapas principal; c. a dita passagem de resfriamento de vapor de alta pressão do trocador de calor tendo uma entrada em comunicação fluida com a saída de vapor do dispositivo de separação de alta pressão; d. um separador de vapor frio (200) tendo uma entrada em comunicação fluida com uma saída da passagem de resfriamento de vapor de alta pressão, o dito separador de vapor frio tendo uma saída de líquido e uma saída de vapor; e. a dita passagem de resfriamento de líquido separador frio do trocador de calor tendo uma entrada em comunicação fluida com a saída de líquido do separador de vapor frio e uma saída em comunicação fluida com a passagem de refrigeração; f. a dita passagem de resfriamento de líquido de alta pressão do trocador de calor tendo uma entrada em comunicação fluida com a saída de líquido do dispositivo de separação de alta pressão e uma saída em comunicação fluida com a passagem de refrigeração, em que a passagem de resfriamento de líquido de alta pressão é separada e distinta da passagem de resfriamento de líquido do separador frio, de modo que a passagem de resfriamento de líquido de alta pressão e a passagem de resfriamento de líquido do separador frio são configuradas para subresfriar uma corrente de líquido de alta pressão e uma corrente de líquido de separador frio, respectivamente , antes da combinação da corrente de líquido de alta pressão subresfriada e da corrente de líquido do separador de frio subresfriada; g. a dita passagem de resfriamento de vapor separador frio do trocador de calor tendo uma entrada em comunicação fluida com a saída de vapor do separador de vapor frio; e caracterizado por: um primeiro dispositivo de expansão (410E) tendo uma entrada em comunicação fluida com uma saída da passagem de resfriamento de vapor separador frio e uma saída em comunicação fluida com uma entrada da passagem de refrigeração.

2. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de separação interetapas tem uma saída de líquido.

3. Sistema de acordo com a reivindicação 2 caracterizado pelo fato de que a bomba interetapas tem uma entrada em comunicação fluida com a saída de líquido do dispositivo de separação interetapas e uma saída em comunicação fluida com o dispositivo de separação de alta pressão.

4. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda: i. um dispositivo de separação de temperatura média (300) tendo saídas de vapor e líquido em comunicação fluida com a passagem de refrigeração; j. um segundo dispositivo de expansão (310 E) tendo uma segunda entrada de dispositivo de expansão em comunicação fluida com a saída da passagem de resfriamento de líquido do separador frio e uma segunda saída de dispositivo de expansão em comunicação fluida com o dispositivo de separação de temperatura média; k. um terceiro dispositivo de expansão (330 E) tendo uma terceira entrada de dispositivo de expansão em comunicação de fluido com a saída da passagem de resfriamento de líquido de alta pressão e uma terceira saída de dispositivo de expansão em comunicação fluida com o dispositivo de separação de temperatura média.

5. Sistema, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de separação interetapas inclui uma saída de líquido e o trocador de calor principal inclui uma passagem de resfriamento de líquido de baixa pressão configurada para receber e resfriar uma corrente de líquido de baixa pressão da saída de líquido do dispositivo de separação interetapas e compreendendo ainda: l. um quarto dispositivo de expansão (510 E) tendo uma quarta entrada de dispositivo de expansão configurada para receber uma corrente de líquido de baixa pressão resfriada da passagem de resfriamento de baixa pressão do trocador de calor e uma quarta saída de dispositivo de expansão em comunicação fluida com o dispositivo de separação de temperatura média.

6. Sistema, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que a passagem de resfriamento de alimentação inclui uma primeira porção da passagem de resfriamento de alimentação tendo uma saída de pré-tratamento e uma segunda porção da passagem de resfriamento de alimentação tendo uma entrada de pós-tratamento e compreendendo ainda: m. um dispositivo de separação de sistema de tratamento configurado para receber uma corrente de fluido da saída de pré- tratamento da primeira porção da passagem de resfriamento de alimentação, o referido dispositivo de separação de tratamento tendo uma saída de vapor de dispositivo de separação de tratamento configurada para direcionar o vapor do dispositivo de separação de tratamento para a entrada de pós-tratamento da segunda porção da passagem de resfriamento de alimentação, o referido dispositivo de separação do sistema de tratamento também tendo saída de líquido do dispositivo de separação do sistema de tratamento; h. um trocador de calor de sistema de tratamento configurado para receber uma corrente de líquido de alimentação da saída de líquido do dispositivo de separação de tratamento e uma corrente de tratamento de líquido refrigerante misto do dispositivo de separação de alta pressão de modo que a corrente de líquido de alimentação seja aquecida e a corrente de tratamento de líquido refrigerante misto seja resfriada no trocador de calor do sistema de tratamento; o. uma coluna de remoção condensada configurada para receber uma corrente de líquido de alimentação aquecida do trocador de calor do sistema de tratamento; p. o referido trocador de calor de sistema de tratamento configurado para direcionar uma corrente de tratamento de líquido refrigerante misto resfriado para o dispositivo de separação de temperatura média.

7. Sistema, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que a passagem de resfriamento de alimentação inclui uma primeira porção da passagem de resfriamento de alimentação tendo uma saída de pré-tratamento e uma segunda porção da passagem de resfriamento de alimentação tendo uma entrada de pós-tratamento e compreendendo ainda: l. um dispositivo de separação de sistema de tratamento configurado para receber uma corrente de fluido da saída de pré- tratamento da primeira porção da passagem de resfriamento de alimentação, o referido dispositivo de separação de tratamento tendo uma saída de vapor de dispositivo de separação de tratamento configurada para direcionar o vapor do dispositivo de separação de tratamento para a entrada de pós-tratamento da segunda porção da passagem de resfriamento de alimentação, o referido dispositivo de separação do sistema de tratamento tendo, também, saída de líquido do dispositivo de separação do sistema de tratamento; m. um trocador de calor de sistema de tratamento configurado para receber uma corrente de líquido de alimentação da saída de líquido do dispositivo de separação de tratamento e uma corrente de tratamento de líquido refrigerante misto do dispositivo de separação de alta pressão de modo que a corrente de líquido de alimentação seja aquecida e a corrente de tratamento de líquido refrigerante misto seja resfriada no trocador de calor do sistema de tratamento; n. uma coluna de remoção condensada configurada para receber uma corrente de líquido de alimentação aquecida do trocador de calor do sistema de tratamento; o. referido trocador de calor de sistema de tratamento configurado para direcionar uma corrente de tratamento de líquido refrigerante misto resfriado para o dispositivo de separação de temperatura média.

8. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a passagem de resfriamento de alimentação inclui uma primeira porção de passagem de resfriamento de alimentação tendo uma saída de pré-tratamento e uma segunda porção da passagem de resfriamento de alimentação tendo uma entrada de pós-tratamento e compreendendo ainda: i. um dispositivo de separação de sistema de tratamento configurado para receber uma corrente de fluido da saída de pré- tratamento da primeira porção da passagem de resfriamento de alimentação, o referido dispositivo de separação de tratamento tendo uma saída de vapor de dispositivo de separação de tratamento configurada para direcionar o vapor do dispositivo de separação de tratamento para a entrada de pós-tratamento da segunda porção da passagem de resfriamento de alimentação, o referido dispositivo de separação do sistema de tratamento também tendo saída de líquido do dispositivo de separação do sistema de tratamento; j. um trocador de calor de sistema de tratamento configurado para receber uma corrente de líquido de alimentação da saída de líquido do dispositivo de separação de tratamento e uma corrente de tratamento de líquido refrigerante misturado do dispositivo de separação de alta pressão de modo que a corrente de líquido de alimentação seja aquecida e a corrente de tratamento de líquido refrigerante misto seja resfriada no trocador de calor do sistema de tratamento; k. uma coluna de remoção condensada configurada para receber uma corrente de líquido de alimentação aquecida do trocador de calor do sistema de tratamento.

9. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a passagem de resfriamento de alimentação inclui uma primeira porção da passagem de resfriamento de alimentação tendo uma saída de pré-tratamento e uma segunda porção da passagem de resfriamento de alimentação tendo uma entrada de pós-tratamento e compreendendo ainda: i. um dispositivo de separação de sistema de tratamento configurado para receber uma corrente de fluido da saída de pré- tratamento da primeira porção da passagem de resfriamento de alimentação, o referido dispositivo de separação de tratamento tendo uma saída de vapor de dispositivo de separação de tratamento configurada para direcionar o vapor do dispositivo de separação de tratamento para a entrada de pós-tratamento da segunda porção da passagem de resfriamento de alimentação, o referido dispositivo de separação do sistema de tratamento também tendo saída de líquido de dispositivo de separação do sistema de tratamento; j. um trocador de calor de sistema de tratamento configurado para receber uma corrente de líquido de alimentação da saída de líquido do dispositivo de separação de tratamento e uma corrente de tratamento de líquido refrigerante misturada do dispositivo de separação de alta pressão de modo que a corrente de líquido de alimentação seja aquecida e a corrente de tratamento de líquido refrigerante misturada seja resfriada no trocador de calor do sistema de tratamento; k. uma coluna de remoção condensada configurada para receber uma corrente de líquido de alimentação aquecida do trocador de calor do sistema de tratamento.

10. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a passagem de resfriamento de líquido de alta pressão tem um comprimento de passagem de resfriamento de alta pressão e a passagem de resfriamento de líquido do separador frio tem um comprimento de passagem de resfriamento de líquido de separador frio onde o comprimento da passagem de resfriamento de alta pressão é maior que o comprimento da passagem de resfriamento do líquido do separador frio.

11. Método para resfriar um gás em um trocador de calor tendo uma extremidade quente e uma extremidade fria usando um refrigerante misturado compreendendo as etapas de: a. comprimir e resfriar um refrigerante misturado usando os primeiro e último ciclos de compressão e resfriamento; b. separar o refrigerante misturado após o primeiro e o último ciclos de compressão e resfriamento, de modo que uma corrente de líquido de alta pressão e uma corrente de vapor de alta pressão são formadas; c. resfriar e separar a corrente de vapor de alta pressão usando o trocador de calor e um separador frio, de modo que uma corrente de vapor do separador frio e uma corrente de líquido do separador frio são formadas; d. resfriar e expandir a corrente de vapor do separador frio, de modo que uma corrente de temperatura fria expandida (420) seja formada; e. resfriar a corrente de líquido do separador frio, de modo que uma corrente do separador frio subresfriado (310) seja formada; f. equilibrar e separar o refrigerante misturado entre os primeiro e o último ciclos de compressão e resfriamento, de modo que uma corrente de líquido de baixa pressão seja formada; g. resfriar e expandir a corrente de líquido de baixa pressão, de modo que uma corrente de baixa pressão expandida (520) seja formada; h. subresfriar a corrente de líquido de alta pressão, de modo que uma corrente de alta pressão subresfriada (330) seja formada; i. expandir a corrente do separador frio subresfriado (310) e a corrente de alta pressão subresfriada (330) para formar uma corrente do separador frio expandida (320) e uma corrente de alta pressão expandida (340) ou misturar a corrente do separador frio subresfriado (310) e a corrente de alta pressão subresfriada (330) e expandir uma corrente resultante (335) para formar uma corrente de temperatura média (365);caracterizado por: combinar a corrente do separador frio expandida (320) e a corrente de alta pressão expandida (340) ou a corrente de temperatura média (365) com a corrente de baixa pressão expandida (520) e a corrente de temperatura fria expandida (420) para formar uma corrente de refrigeração primária; e passar uma corrente do gás através do trocador de calor na troca de calor contracorrente com a corrente de refrigeração primária, de modo que o gás seja resfriado.

12. Método de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que ainda compreende a etapa de separação da corrente de temperatura fria expandida (420), de modo que uma corrente de vapor de temperatura fria (455) e uma corrente de líquido de temperatura fria (475) são formadas, e no qual a etapa i. inclui direcionar a corrente de vapor de temperatura fria e a corrente de líquido de temperatura fria para a corrente de refrigeração primária.

13. Método de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que o gás é liquefeito durante a etapa j.

14. Método de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que o resfriamento das etapas d, e, g e h é realizado usando um trocador de calor.

15. Método de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que ainda compreende a etapa de separar a corrente de temperatura fria expandida (420), de modo que uma corrente de vapor de temperatura fria (455) e uma corrente de líquido de temperatura fria (475) sejam formadas, e em que a etapa i inclua combinar a corrente de vapor de temperatura fria e a corrente de líquido de temperatura fria com a corrente do separador frio expandida (320), a corrente de alta pressão expandida (340) e a corrente de baixa pressão expandida (520) para formar a corrente de refrigeração primária.

16. Método de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que a corrente do separador frio expandida (320), a corrente de alta pressão expandida (340) e a corrente de baixa pressão expandida (520) são combinadas e separadas em um dispositivo de separação, de modo que uma corrente de vapor de temperatura média (355) e corrente de líquido de temperatura média (375) sejam formadas e combinadas com a corrente de temperatura fria expandida.

17. Método de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que ainda compreende a etapa de separar a corrente de temperatura fria expandida (420), de modo que uma corrente de vapor de temperatura fria (455) e uma corrente de líquido de temperatura fria (475) sejam formadas, e em que a etapa i inclui combinar a corrente de vapor de temperatura fria e a corrente de líquido de temperatura fria com a corrente de vapor de temperatura média (355) e a corrente de líquido de temperatura média (375) para formar a corrente de refrigeração primária.

18. Método de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que a etapa i inclui combinar a corrente do separador frio subresfriado (310), a corrente de alta pressão subresfriada (330) para formar uma corrente subresfriada combinada (335) e expandir a corrente subresfriada combinada (335) para formar uma corrente de refrigerante de média temperatura (365) e combinar a corrente de refrigerante de média temperatura com a corrente de baixa pressão expandida (520).