BR112020019239A2 - Sistema e método de liquefação de refrigerante misto com pré-resfriamento - Google Patents

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Douglas A. Ducote Jr
Timothy P. GUSHANAS
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Chart Energy & Chemicals, Inc.
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Abstract

"SISTEMA E MÉTODO DE LIQUEFAÇÃO DE REFRIGERANTE MISTO COM PRÉ-RESFRIAMENTO" A presente invenção refere-se a um sistema para resfriar um gás inclui um trocador de calor de pré-resfriamento e um trocador de calor de liquefação. O trocador de calor de pré-resfriamento usa um refrigerante de pré-resfriamento para pré-resfriar uma corrente de gás de alimentação antes de a corrente ser direcionada para um trocador de calor de liquefação. O trocador de calor de liquefação usa um refrigerante misto para resfriar adicionalmente o gás pré-resfriado. O trocador de calor de pré-resfriamento também pré-resfria o refrigerante misto de liquefação usado pelo trocador de calor de liquefação.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "SISTEMA
E MÉTODO DE LIQUEFAÇÃO DE REFRIGERANTE MISTO COM PRÉ-RESFRIAMENTO". REIVINDICAÇÃO DE PRIORIDADE
[001] Este pedido reivindica o benefício do Pedido Provisório dos EUA Nº 62 / 660.518, depositado em 20 de abril de 2018, cujos conteú- dos são no presente documento incorporados por referência.
CAMPO DA INVENÇÃO
[002] A presente invenção refere-se genericamente a sistemas e métodos para refrigerar ou liquefazer gases e, mais particularmente, a um sistema e método de liquefação de refrigerante misto que usa a se- paração do vapor frio para fracionar o vapor do refrigerante misto em alta pressão em líquido e correntes de vapor e que inclui um subsistema para pré-resfriar a corrente do gás de alimentação e uma ou mais cor- rentes de refrigerante misto usando um segundo refrigerante.
PRECEDENTES
[003] O gás natural, que é principalmente metano, e outros gases, são liquefeitos sob pressão para armazenamento e transporte. A redu- ção de volume que resulta da liquefação permite o uso de recipientes de desenho mais prático e econômico. A liquefação é normalmente re- alizada pelo resfriamento do gás por meio de troca indireta de calor por um ou mais ciclos de refrigeração. Esses ciclos de refrigeração são ca- ros tanto em termos de custo de equipamento quanto de operação de- vido à complexidade do equipamento necessário e à eficiência de de- sempenho exigida do refrigerante. Há uma necessidade, portanto, de sistemas de liquefação e resfriamento de gás com eficiência de refrige- ração aprimorada e custos operacionais reduzidos com complexidade reduzida.
[004] O uso de um refrigerante misto no (s) ciclo (s) de refrigeração para um sistema de liquefação aumenta a eficiência na medida em que a curva de aquecimento do refrigerante se aproxima mais da curva de resfriamento do gás. O ciclo de refrigeração para o sistema de liquefa- ção irá tipicamente incluir um sistema de compressão para o condicio- namento ou o processamento do refrigerante misto. O sistema de com- pressão de refrigerante misto normalmente inclui um ou mais estágios, com cada estágio incluindo um compressor, um refrigerador e um dis- positivo de separação e acumulador de líquido. O vapor que sai do com- pressor é resfriado no refrigerador e a corrente de duas fases ou fase mista resultante é direcionada para o dispositivo de separação e acu- mulador de líquido, de onde o vapor e o líquido saem para processa- mento adicional e / ou direção para o trocador de calor de liquefação.
[005] As fases de líquido e vapor separadas do refrigerante misto do sistema de compressão podem ser direcionadas para porções do trocador de calor para fornecer um resfriamento mais eficiente. Exem- plos de tais sistemas são fornecidos nas comumente possuídas Patente dos EUA No. 9.441.877 para Gushanas e outros, Publicação do Pedido de Patente dos EUA No. US 2014/0260415 para Ducote e outros e Pu- blicação de Pedido de Patente dos EUA No. US 2016 / 0298898 para Ducote e outros, os conteúdos de cada uma das quais são no presente documento incorporados por referência.
[006] Aumentos adicionais na eficiência de resfriamento e diminui- ções nos custos operacionais em sistemas de resfriamento e liquefação de gás são desejáveis.
SUMÁRIO DA INVENÇÃO
[007] Existem vários aspectos do presente assunto que podem ser incorporados separadamente ou em conjunto nos métodos, dispositivos e sistemas descritos e reivindicados abaixo. Esses aspectos podem ser usados sozinhos ou em combinação com outros aspectos do assunto descrito neste documento, e a descrição desses aspectos juntos não se destina a impedir o uso desses aspectos separadamente ou a reivindi- cação de tais aspectos separadamente ou em diferentes combinações como definido adiante nas reivindicações anexas.
[008] Em um aspecto, um sistema para resfriar um gás com um refrigerante de pré-resfriamento e um refrigerante misto inclui um troca- dor de calor de pré-resfriamento tendo uma entrada de gás de alimen- tação adaptada para receber uma corrente do gás de alimentação e uma saída de gás de alimentação, uma entrada de refrigerante de pré- resfriamento e uma saída de refrigerante de pré-resfriamento e uma en- trada de refrigerante misto de liquefação e uma saída de refrigerante misto de liquefação. O trocador de calor de pré-resfriamento é configu- rado para utilizar o refrigerante de pré-resfriamento para resfriar o gás de alimentação que passa através do trocador de calor de pré-resfria- mento entre a entrada e a saída de gás de alimentação e para resfriar o refrigerante misto de liquefação que passa através do trocador de calor de pré-resfriamento entre a entrada e a saída do refrigerante misto de liquefação. Um sistema de compressor de pré-resfriamento inclui um compressor de pré-resfriamento tendo uma entrada em comunicação de fluido com a saída de refrigerante de pré-resfriamento do trocador de calor de pré-resfriamento. O sistema do compressor de pré-resfria- mento também tem um condensador de pré-resfriamento com uma en- trada em comunicação de fluido com uma saída do compressor de pré- resfriamento. O condensador de pré-resfriamento também tem saída em comunicação de fluido com a entrada do refrigerante de pré-resfria- mento do trocador de calor de pré-resfriamento. Um trocador de calor de liquefação inclui uma passagem de liquefação em comunicação de fluido com a saída de gás de alimentação do trocador de calor de pré- resfriamento, uma passagem de refrigeração primária, uma passagem de resfriamento de vapor em alta pressão e uma passagem de resfria- mento de vapor do separador frio, onde a passagem de resfriamento de vapor do separador frio tem uma saída em comunicação de fluido com a passagem de refrigeração primária. Um sistema de compressão de refrigerante misto inclui um compressor de refrigerante misto tendo uma entrada em comunicação de fluido com uma saída da passagem de re- frigeração primária e um refrigerador de refrigerante misto tendo uma entrada em comunicação de fluido com uma saída do compressor de refrigerante misto. O refrigerador do refrigerante misto também tem uma saída em comunicação de fluido com a entrada do refrigerante misto de liquefação do trocador de calor de pré-resfriamento. O sistema de com- pressão de refrigerante misto também tem um acumulador de alta pres- são tendo uma entrada em comunicação de fluido com a saída de refri- gerante misto de liquefação do trocador de calor de pré-resfriamento e uma saída de vapor em comunicação de fluido com uma entrada da passagem de resfriamento de vapor em alta pressão do trocador de ca- lor de liquefação. Um separador de vapor frio tem uma entrada em co- municação de fluido com uma saída da passagem de resfriamento do vapor em alta pressão do trocador de calor de liquefação, uma saída de vapor em comunicação de fluido com uma entrada da passagem de res- friamento do vapor do separador frio do trocador de calor de liquefação e uma saída de líquido em comunicação com a passagem de refrigera- ção primária do trocador de calor de liquefação.
[009] Em outro aspecto, um método para resfriar uma corrente de gás de alimentação inclui as etapas de: pré-resfriar a corrente de gás de alimentação em um trocador de calor de pré-resfriamento usando um primeiro refrigerante para formar uma corrente de gás de alimentação pré-resfriada e ainda resfriar a corrente de gás de alimentação pré-res- friada ao i) resfriar uma segunda corrente de refrigerante em alta pres- são no trocador de calor de pré-resfriamento para formar uma segunda corrente de refrigerante em alta pressão resfriada, ii) separar a segunda corrente de refrigerante em alta pressão resfriada para formar uma cor- rente de vapor em alta pressão e uma corrente de líquido em alta pres- são, iii) resfriar a corrente de vapor em alta pressão em um trocador de calor de liquefação, para formar uma corrente de fase mista, iv) separar a corrente de fase mista com um separador de vapor frio para formar uma corrente de vapor do separador frio e uma corrente de líquido do separador frio, v) condensar a corrente de vapor do separador frio no trocador de calor de liquefação utilizando o segundo refrigerante e eva- porar parcialmente (evaporação flash), para formar uma corrente de re- frigerante a temperatura fria, vi) dirigir a corrente de refrigerante a tem- peratura fria para o trocador de calor de liquefação, vii) sub-resfriar a corrente de líquido em alta pressão para formar uma corrente de líquido em alta pressão sub-resfriada e combinando com a corrente de refrige- rante a temperatura fria no trocador de calor de liquefação, viii) sub-res- friar a corrente de líquido do separador frio para formar uma corrente de líquido do separador frio sub-resfriada e combinando com a corrente de refrigerante a temperatura fria no trocador de calor de liquefação e ix) termicamente contatar a corrente de gás pré-resfriada no trocador de calor de liquefação com a corrente de refrigerante a temperatura fria.
[0010] Em outro aspecto, um sistema para resfriar um gás de ali- mentação com um refrigerante misto inclui um trocador de calor de pré- resfriamento tendo uma entrada de refrigerante de pré-resfriamento configurada para receber uma corrente de refrigerante de pré-resfria- mento e uma saída de refrigerante de pré-resfriamento e uma entrada de refrigerante misto de liquefação e uma saída de refrigerante misto de liquefação. O trocador de calor de pré-resfriamento é configurado para utilizar o refrigerante de pré-resfriamento para resfriar o refrigerante misto de liquefação que passa através do trocador de calor de pré-res- friamento entre a entrada e a saída do refrigerante misto de liquefa-
ção. Um trocador de calor de liquefação inclui uma passagem de lique- fação configurada para receber uma corrente do gás de alimentação, uma passagem de refrigeração primária, uma passagem de resfria- mento de vapor em alta pressão e uma passagem de resfriamento de vapor do separador frio, onde a passagem de resfriamento de vapor do separador frio tem uma saída em comunicação de fluido com a passa- gem de refrigeração primária. Um sistema de compressão de refrige- rante misto inclui um compressor de refrigerante misto tendo uma en- trada em comunicação de fluido com uma saída da passagem de refri- geração primária. O sistema de compressão de refrigerante misto tam- bém inclui um refrigerador de refrigerante misto tendo uma entrada em comunicação de fluido com uma saída do compressor de refrigerante misto. O refrigerador de refrigerante misto tem uma saída em comuni- cação de fluido com a entrada de refrigerante misto de liquefação do trocador de calor de pré-resfriamento. O sistema de compressão de re- frigerante misto também inclui um acumulador de alta pressão tendo uma entrada em comunicação de fluido com a saída de refrigerante misto de liquefação do trocador de calor de pré-resfriamento e uma sa- ída de vapor em comunicação de fluido com uma entrada da passagem de resfriamento de vapor em alta pressão do trocador de calor de lique- fação. Um separador de vapor frio tem uma entrada em comunicação de fluido com uma saída da passagem de resfriamento de vapor em alta pressão do trocador de calor de liquefação, uma saída de vapor em co- municação de fluido com uma entrada da passagem de resfriamento de vapor do separador frio do trocador de calor de liquefação e uma saída de líquido em comunicação com a passagem de refrigeração primária do trocador de calor de liquefação.
[0011] Em outro aspecto, um método para resfriar uma corrente de gás de alimentação inclui as etapas de: direcionar a corrente de gás de alimentação para um trocador de calor de liquefação; resfriar uma cor- rente de refrigerante misto em alta pressão em um trocador de calor de pré-resfriamento para formar uma corrente de refrigerante misto em alta pressão resfriada e resfriar a corrente de gás de alimentação no troca- dor de calor de liquefação ao: i ) separar a corrente de refrigerante misto resfriado em alta pressão para formar uma corrente de vapor em alta pressão e uma corrente de líquido em alta pressão, ii) resfriar a corrente de vapor em alta pressão no trocador de calor de liquefação para formar uma corrente de fase mista, iii) separar a corrente de fase mista com um separador de vapor frio para formar uma corrente de va- por do separador frio e uma corrente de líquido do separador frio, iv) condensar a corrente de vapor do separador frio no trocador de calor de liquefação e evaporar parcialmente (evaporação flash), para formar uma corrente de refrigerante a temperatura fria, v) direcionar a corrente de refrigerante a temperatura fria para o trocador de calor de liquefação, vi) sub-resfriar a corrente de líquido a alta pressão no trocador de calor de liquefação para formar uma corrente de líquido em alta pressão sub- resfriada e combinar com a corrente de refrigerante a temperatura fria no trocador de calor de liquefação, vii) sub-resfriar a corrente de lí- quido do separador frio para formar uma corrente de líquido do separa- dor frio sub-resfriada e combinar com a corrente de refrigerante a tem- peratura fria no trocador de calor de liquefação e viii) contatar termica- mente a corrente de gás no trocador de calor de liquefação com a cor- rente de refrigerante a temperatura fria.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
[0012] A figura 1 é um fluxo de processo e esquemático que ilustra uma primeira modalidade do sistema e método da invenção;
[0013] A figura 2 é um fluxo de processo e esquemático que ilustra uma segunda modalidade do sistema e método da invenção;
[0014] A figura 3 é um fluxo de processo e esquemático que ilustra uma terceira modalidade do sistema e método da invenção;
[0015] A figura 4 é um fluxo de processo e esquemático que ilustra uma quarta modalidade do sistema e método da invenção e
[0016] A figura 5 é um fluxo de processo e esquemático que ilustra uma quinta modalidade do sistema e método da invenção.
DESCRIÇÃO DETALHADA DAS MODALIDADES
[0017] As modalidades dos sistema e método de liquefação de re- frigerante misto da invenção são ilustradas nas figuras 1 a 5. Deve-se notar que embora as modalidades sejam ilustradas e descritas abaixo em termos de liquefação de gás natural para produzir gás natural lí- quido, a invenção pode ser usada para liquefazer ou resfriar outros tipos de gases.
[0018] As modalidades da invenção podem usar o sistema de lique- fação de refrigerante misto e o processo descritos nos geralmente pos- suídos Patente US No. 9.441.877 para Gushanas e outros, Publicação do Pedido de Patente dos EUA No. 2014/0260415, Pedido de Patente US No. 14 / 218.949, para Ducote e outros e Pedido de Patente US No. No. 62 / 561.417 para Ducote e outros, os conteúdos de cada um dos quais são no presente documento incorporados por referência.
[0019] Deve-se notar no presente documento que as passagens e correntes são, às vezes, ambas referidas pelo mesmo número de ele- mento estabelecido nas figuras. Além disso, tal como no presente docu- mento utilizado, e tal como conhecido na técnica, um trocador de calor é esse dispositivo ou uma área no dispositivo em que a troca de calor indireta ocorre entre duas ou mais correntes a temperaturas diferentes, ou entre uma corrente e o ambiente. Conforme usado neste documento, os termos "comunicação", "comunicar" e similares geralmente se refe- rem a comunicação de fluido, a menos que seja especificado de outra forma. Além disso, embora dois fluidos em comunicação possam trocar calor com a mistura, tal troca não seria considerada a mesma como a troca de calor em um trocador de calor, embora tal troca possa ocorrer em um trocador de calor. Conforme usado neste documento, o termo "reduzir a pressão de" (ou suas variações) não envolve uma mudança de fase, enquanto o termo "parcial (flash)" (ou suas variações) envolve uma mudança de fase, incluindo até mesmo uma mudança de fase par- cial. Tal como no presente documento utilizado, os termos, "alto", "mé- dio", "meio", "quente" e similares são relativos a correntes comparáveis, como é habitual na técnica.
[0020] Geralmente, com referência à figura 1, uma primeira modali- dade do sistema da invenção inclui um sistema de liquefação de refri- gerante misto, indicado em geral em 8, incluindo um trocador de calor de liquefação de múltiplas correntes, indicado em geral em 10, tendo uma extremidade quente 12 e uma extremidade fria 14. O trocador de calor recebe uma corrente de alimentação de gás natural pré-resfriada 16 que é liquefeita na passagem de resfriamento ou liquefação 18 por meio da remoção de calor via troca de calor com as correntes de refri- geração no trocador de calor. Como um resultado, uma corrente 20 de produto de gás natural líquido (GNL) é produzida. O desenho de várias correntes do trocador de calor permite a integração conveniente e com eficiência energética de várias correntes em um único trocador. Troca- dores de calor adequados incluem trocadores de calor de alumínio sol- dado, que podem ser adquiridos em Chart Energy & Chemicals, Inc. de The Woodlands, Texas. Tal trocador de calor de corrente múltipla, de placa e aleta oferece a vantagem adicional de ser fisicamente compacto.
[0021] O sistema da figura 1, incluindo o trocador de calor 10, pode ser configurado para executar outras opções de processamento de gás conhecidas na técnica precedente. Essas opções de processamento podem exigir que a corrente de gás saia e entre novamente no trocador de calor uma ou mais vezes e pode incluir, por exemplo, recuperação de líquidos de gás natural ou rejeição de nitrogênio.
[0022] A remoção de calor é realizada no trocador de calor usando um refrigerante misto que é processado e recondicionado usando um sistema de compressor de refrigerante misto do sistema de liquefação indicado em geral em 22. O sistema de compressor de refrigerante misto inclui um tambor de sucção de primeiro estágio 24, que recebe uma corrente de vapor de refrigerante misto 26 da passagem de refrigeração primária 28 do trocador de calor 10. A corrente de vapor é comprimida em um compressor de primeiro estágio 32 (que pode ser um compressor individual ou um estágio de um único compressor de múltiplos estágios) e então resfriada pelo trocador de calor ou resfriador de primeiro estágio
34. A corrente de vapor de refrigerante misto resultante viaja para um tambor de sucção de segundo estágio 35 e, em seguida, para um com- pressor de segundo estágio 36 (que pode ser um compressor individual ou um estágio do compressor único de múltiplos estágios) e, após a compressão, é resfriada no trocador de calor de segundo estágio ou resfriador 38.
[0023] Como é conhecido na técnica, os tambores de sucção do pri- meiro e do segundo estágios 24 e 35, e os tambores de sucção restan- tes observados abaixo, protegem contra a entrega de líquido aos seus compressores seguintes, e são opcionais.
[0024] Além do trocador de calor de liquefação 10, e componentes associados descritos a seguir e no Pedido de Patente dos EUA N° 14 /
218.949, para Ducote e outros, incorporado por referência acima, e sis- tema de compressor de refrigerante misto 22, o sistema da figura 1 inclui um sistema de pré-resfriamento, indicado em geral em 40. O sistema de pré-resfriamento inclui um trocador de calor quente pré-resfriamento, in- dicado em geral em 42a, e um trocador de calor frio pré-resfriamento, indicado em geral em 42b. Os trocadores de calor quente e frio 42a e 42b podem ser, apenas como um exemplo, trocadores de calor CORE-
IN-KETTLE, disponíveis em Chart Energy & Chemicals, Inc. de The Wo- odlands, Texas. Tipos alternativos de trocadores de calor incluindo, mas não se limitando a, trocadores de calor do tipo de termossifão ou de cartucho e tubo podem ser usados para trocadores de calor quente e frio 42a e 42b. O sistema de pré-resfriamento pode, alternativamente, apresentar um único trocador de calor de pré-resfriamento ou mais de dois trocadores de calor pré-resfriamento.
[0025] O sistema de pré-resfriamento também inclui um sistema de compressor, indicado em geral em 44, para processar e recondicionar um refrigerante do sistema de pré-resfriamento, como propano, butano, amônia ou um clorofluorocarbono. Embora os sistemas de pré-resfria- mento nas modalidades conforme descrito no presente documento usem propano, refrigerantes alternativos incluindo, mas não se limi- tando a, butano, amônia ou hidrocarbonetos fluorados líquidos podem ser usados.
[0026] O sistema de compressor de pré-resfriamento 44 inclui um tambor de sucção de primeiro estágio 46 que recebe uma corrente de vapor de refrigerante de propano 48 do trocador de calor frio 42b, con- forme descrito em mais detalhes abaixo. A corrente de vapor 52 do tam- bor de sucção do primeiro estágio viaja para um compressor de pré- resfriamento 54, e a corrente comprimida resultante viaja para o con- densador de pré-resfriamento 56. Uma corrente de líquido de refrige- rante de propano resultante viaja para o acumulador de refrigerante de pré-resfriamento 62. Uma corrente de líquido de refrigerante de propano 64 viaja do acumulador para um dispositivo de expansão 66 de modo que uma corrente bifásica 72 entra em um invólucro 74 do trocador de calor quente 42a. Um sensor de nível de líquido 76 controla o ajuste do dispositivo de expansão 66 de modo que um nível de líquido adequado seja mantido dentro do invólucro 74.
[0027] Como no caso de todos os dispositivos de expansão no pre- sente documento referenciados, o dispositivo de expansão 66 pode ser uma válvula de expansão, como uma válvula Joule-Thomson ou outro tipo de dispositivo de expansão incluindo, mas não limitado a, uma tur- bina ou um orifício.
[0028] O invólucro 74 do trocador de calor quente pré-resfriamento 42a aloja um núcleo 78 que recebe uma corrente de alimentação de gás natural 82. O núcleo 78 do trocador de calor de gás de alimentação quente, e todos os tais núcleos discutidos abaixo, como um exemplo apenas, pode ser um trocador de calor de alumínio soldado (BAHX) ou outro tipo de trocador de calor, tais como trocador de calor de microca- nal ou placa soldada, tubos ou bobinas, de circuito impresso, etc. A cor- rente de gás natural é resfriada pelo refrigerante líquido de propano no núcleo 78 e a corrente de gás natural resfriada sai do trocador de calor quente 42a como a corrente 84. Em uma modalidade alternativa, onde a corrente de gás natural 82 é mais fria do que o trocador de calor quente 42a, a corrente de gás pode ser encaminhada diretamente para o trocador de calor frio 42b, conforme indicado pela linha tracejada 84' na figura 1. Em tal modalidade, o núcleo 78 pode ser omitido.
[0029] Uma corrente de vapor de refrigerante de propano quente 86 sai do invólucro 74 do trocador de calor quente pré-resfriamento 42a e viaja para um tambor de sucção de segundo estágio 88 e para uma en- trada do compressor de pré-resfriamento 54.
[0030] Uma corrente de líquido de refrigerante de propano sai do invólucro do trocador de calor quente como a corrente 92 e viaja para o dispositivo de expansão 94 de modo que uma corrente bifásica 96 entra em um invólucro 98 do trocador de calor frio pré-resfriamento 42b. Um sensor de nível de líquido 102 controla o ajuste do dispositivo de expan- são 94 de modo que um nível de líquido adequado seja mantido dentro do invólucro 98.
[0031] O invólucro 98 do trocador de calor frio 42b aloja um núcleo 104 que recebe a corrente de alimentação de gás natural 84 (ou a cor- rente de alimentação de gás natural 84'). A corrente de gás natural 84 é ainda resfriada (ou resfriada) pelo refrigerante líquido de propano no nú- cleo 104, e a corrente de gás natural resfriada sai do trocador de calor frio 42b como a corrente pré-resfriada 16 e viaja para a passagem de liquefação 18 do trocador de calor de liquefação 10. Em uma modali- dade alternativa, onde a corrente de gás natural 82 está mais fria do que ambos os trocadores de calor quente 42a e 42b, a corrente de gás 84' da figura 1 pode ser encaminhada diretamente para a passagem de liquefação do trocador de calor de liquefação. Em tal modalidade, o nú- cleo 104 também pode ser omitido.
[0032] A corrente de vapor de refrigerante de propano 48 sai do in- vólucro 98 do trocador de calor frio pré-resfriamento 42b e viaja para o tambor de sucção de primeiro estágio 46.
[0033] A corrente de refrigerante misto em alta pressão 112 vinda do compressor de segundo estágio 36 e do trocador de calor 38 do sis- tema de compressão do refrigerante misto viaja para um núcleo 114 po- sicionado dentro do invólucro 74 do trocador de calor quente pré-resfri- amento 42a. O refrigerante misto que flui através do núcleo 114 é res- friado pelo refrigerante de propano líquido no interior do invólucro 74, e a corrente de refrigerante misto resfriada resultante 116 é dirigida para o núcleo do refrigerante misto frio 118 posicionado dentro do invólucro 98 do trocador de calor frio pré-resfriamento 42b. O refrigerante misto que flui através do núcleo 118 é resfriado pelo refrigerante de propano líquido dentro do invólucro 98 e uma corrente de fase mista de refrige- rante misto (MR) resultante 122 é direcionada para um acumulador de alta pressão 124. Embora um tambor de acumulador seja ilustrado como o acumulador de alta pressão 124, dispositivos de separação alternati- vos podem ser usados, incluindo, mas não se limitando a, outro tipo de recipiente, um separador ciclônico, uma unidade de destilação, um se- parador coalescente ou eliminador de névoa do tipo de palheta ou ma- lha. O mesmo se aplica aos dispositivos de separação restantes ou tam- bores no presente documento discutidos.
[0034] A corrente de refrigerante de vapor em alta pressão 126 sai da saída de vapor do acumulador 124 e viaja para a extremidade quente do trocador de calor 10.
[0035] A corrente de refrigerante líquido em alta pressão 128 sai da saída de líquido do acumulador 124 e também viaja para a extremidade quente do trocador de calor. Após o resfriamento no trocador de calor 10, através da passagem de resfriamento de líquido em alta pressão 125, ela é evaporada parcialmente (evaporação flash) em 129 e viaja para o separador de temperatura quente 131. A corrente de vapor 127 e a corrente de líquido 133 viajam do separador de temperatura quente 131 para a passagem de refrigeração primária 28 do trocador de calor
10.
[0036] O trocador de calor 10 também recebe e resfria, através da passagem de resfriamento de vapor em alta pressão 135, a corrente de vapor em alta pressão 126 do acumulador de alta pressão 124 e a res- fria de modo que ela fica parcialmente condensada. A corrente de ali- mentação do separador frio de fase mista resultante 132 é fornecida a um separador de vapor frio 134 de modo que a corrente de vapor do separador frio 136 e a corrente de líquido do separador frio 138 são pro- duzidas.
[0037] A corrente de vapor do separador frio 136 é resfriada e con- densada no trocador de calor 10, por meio da passagem de resfriamento de vapor do separador frio 141, para a corrente líquida 142, evaporada parcialmente (evaporação flash) através do dispositivo de expansão 144 e dirigida para o separador de temperatura fria 146 para formar uma corrente de líquido de temperatura fria 152 e uma corrente de vapor de temperatura fria 154, que são dirigidas para a passagem de refrigeração primária 28 do trocador de calor 10 como uma corrente de refrigerante a temperatura fria.
[0038] A corrente de líquido do separador frio 138 é resfriada no trocador de calor 10, através da passagem de resfriamento de líquido do separador frio 143, para formar o líquido do separador frio sub-res- friado 160, que é evaporado parcialmente (evaporação flash) em 162 e direcionado para o separador de temperatura média 164. Uma corrente de líquido resultante 166 e uma corrente de vapor resultante 168 são direcionadas para a passagem de refrigeração primária 28 do trocador de calor 10.
[0039] As correntes de refrigerante combinadas do separador de temperatura quente 131, do separador de temperatura média 164 e do separador de temperatura fria 146 proporcionam a refrigeração para li- quefazer a corrente de gás de alimentação pré-resfriada 16 dentro da passagem de liquefação ou resfriamento 18 do trocador de calor 10, e saem da passagem de refrigeração primária 28 do trocador de calor de liquefação como uma corrente de refrigerante de retorno combinada 26, que de preferência está na fase de vapor. A corrente de refrigerante de retorno 26 flui para o tambor de sucção 24, o que resulta na corrente de refrigerante misto de vapor 27, como referenciado precedentemente.
[0040] A corrente de gás natural liquefeito 172 sai do lado frio do trocador de calor e pode ser opcionalmente expandida, usando o dispo- sitivo de expansão 174, e entregue para armazenamento ou um pro- cesso.
[0041] A modalidade da figura 1, portanto, mostra um processo de refrigerante misto (MR) pré-resfriamento de propano (C3) em combina- ção com um separador de vapor frio (CVS) localizado na seção de li- quefação principal do processo. A combinação de pré-resfriamento de C3 e MR com um CVS resulta em um processo mais eficiente do que o pré-resfriamento sem o CVS e com menor custo de equipamento e tam- bém facilita maiores capacidades da instalação. A combinação de pré- resfriamento e CVS permite que o sistema de C3 opere a uma tempe- ratura significativamente mais alta, tal como, apenas como um exem- plo, aproximadamente -5°C X -35 a -40°C, com alta eficiência, o que re- duz o custo do sistema de propano e o consumo de energia.
[0042] O processo da figura 1 pode ser usado com qualquer pro- cesso de liquefação de MR que utilize um CVS.
[0043] Deve notar-se que embora a figura 1 mostre dois estágios do pré-resfriamento no sistema de pré-resfriamento 40, um ou mais está- gios de pré-resfriamento podem, alternativamente, ser usados.
[0044] Além disso, embora a figura 1 mostre um sistema de liquefa- ção de MR 8 apresentando separadores separados de temperatura quente, média e fria, qualquer um destes pode ser combinado ou, em certos casos, os separadores podem ser eliminados. Além disso, em- bora estes separadores sejam ilustrados como tubos verticais, podem ser usados tipos alternativos de separadores conhecidos na técnica.
[0045] Com as exceções discutidas abaixo, as modalidades das fi- guras 2 a 4 representam os mesmos componentes e operação do sis- tema de compressor de refrigerante misto, sistema de liquefação do re- frigerante misto e sistema do compressor de pré-resfriamento tal como descrito acima com referência à figura 1, e números de referência co- muns, assim, são utilizados para indicar essas porções, e componentes comuns, dos sistemas.
[0046] Uma segunda modalidade do sistema da invenção é apre- sentada na figura 2. Nesta modalidade, dois acumuladores de MR de alta pressão são usados, em vez do único acumulador de MR de alta pressão 124 da figura 1. Mais especificamente, a corrente 182 saindo do ciclo de compressão e resfriamento de segundo estágio do sistema de compressor de MR 22 é direcionada para o núcleo 114 do trocador de calor de pré-resfriamento quente 42a. O núcleo 114 resfria a corrente 182 usando o refrigerante de propano líquido dentro do invólucro 74. A corrente de MR resfriada resultante 186 viaja para um primeiro acumu- lador de MR em alta pressão 188. A corrente de MR de vapor resultante 192 viaja para um núcleo 194 posicionado dentro do trocador de calor frio pré-resfriamento 42b onde ela é resfriada pelo refrigerante de pro- pano líquido dentro do invólucro 98. A corrente resfriada resultante 198 viaja para um segundo acumulador de MR em alta pressão 202.
[0047] A corrente de vapor 204 que deixa o segundo acumulador de MR de alta pressão 202 é resfriada dentro do trocador de calor de lique- fação 10, através da passagem 206, e é direcionada para o separador de vapor frio 208. A corrente de vapor que sai do separador de vapor frio é processada como descrito acima no que diz respeito à figura 1.
[0048] A corrente de líquido 212 que deixa o segundo acumulador de MR de alta pressão 202 é resfriada dentro do trocador de calor de liquefação 10, através da passagem 214, é evaporada parcialmente (evaporação flash) através do dispositivo de expansão 216 e é direcio- nada para o separador de temperatura média 164, onde ela é combi- nada com a corrente de líquido resfriada e evaporada parcialmente (evaporação flash) do separador de vapor frio 208. As correntes de va- por e líquido que saem do separador de temperatura média são dirigidas para a passagem de refrigeração primária 28.
[0049] A corrente de MR líquido que sai do primeiro acumulador de MR de alta pressão 188 viaja para um núcleo 196 posicionado dentro do trocador de calor frio pré-resfriamento 42b onde ela é resfriada pelo refrigerante de propano líquido dentro do invólucro 98. A corrente resfri- ada resultante 218 é resfriada no trocador de calor de liquefação 10 por meio da passagem 220, e a corrente de líquido resfriada resultante é evaporada parcialmente (evaporação flash) através do dispositivo de expansão 222 e entregue ao separador de temperatura quente 131. As correntes de vapor e líquido que saem do separador de temperatura quente são dirigidas para a passagem de refrigeração primária 28.
[0050] Além disso, na modalidade da figura 2, o sistema de pré-res- friamento é usado para resfriar a corrente de descarga 224 que sai do ciclo de compressão e resfriamento do primeiro estágio do sistema de compressor de MR 22. Mais especificamente, o trocador de calor quente pré-resfriamento 42a contém um núcleo 226 que recebe a corrente 224 através de uma entrada de refrigerante misto interestágio e a resfria usando o refrigerante líquido de propano no interior do invólucro 74. A corrente resfriada resultante sai do núcleo através de uma saída de re- frigerante misto interestágio e viaja para um acumulador de baixa pres- são do MR ou interestágio 228. A corrente de vapor resultante 232 é direcionada para uma entrada do compressor de segundo estágio 36 do sistema de compressor de MR 22. A corrente de líquido 234 que sai do acumulador de baixa pressão de MR 228 é recebida por um núcleo 236 posicionado dentro do invólucro 98 do trocador de calor frio 42b. A cor- rente resfriada resultante 238 é resfriada na passagem 242 do trocador de calor de liquefação 10, evaporada parcialmente (evaporação flash) através do dispositivo de expansão 244 e dirigida para a passagem de refrigeração primária 28 do trocador de calor 10.
[0051] Deve ser entendido, no que diz respeito à modalidade da fi- gura 2, que o pré-resfriamento da corrente de descarga (224) do pri- meiro estágio de compressão e resfriamento do sistema de compressor de MR 22 antes da compressão no segundo estágio e a incorporação dos primeiro e segundo acumuladores de alta pressão de MR (188 e 202) no processo são distintos e independentes e podem ser utilizados em combinação ou separadamente.
[0052] Além disso, a corrente de líquido pré-resfriada 224 do pri- meiro estágio de compressão e resfriamento pode ser introduzida no sistema de liquefação de MR 8 separadamente, como mostrado na fi- gura 2, ou combinada com qualquer uma das outras correntes de refri- geração nos separadores do sistema de liquefação de MR 8 ou, em al- guns casos, sem quaisquer separadores.
[0053] Uma terceira modalidade do sistema da invenção é apresen- tada na figura 3. Nesta modalidade, um sistema de pré-resfriamento de refrigerante misto (MR) quente, indicado em geral em 252 é usado no lugar do sistema de pré-resfriamento de propano das figuras 1 e 2.
[0054] O sistema de pré-resfriamento de MR inclui um trocador de calor de pré-resfriamento de MR quente, indicado em geral em 254, que inclui uma passagem de pré-resfriamento 256 que recebe a corrente de alimentação de gás natural 82.
[0055] O sistema de pré-resfriamento de MR também inclui um sis- tema de compressor de pré-resfriamento 262 que inclui um tambor de sucção de primeiro estágio 264 que recebe uma corrente de vapor de MR pré-resfriamento 266 de uma passagem de refrigeração primária pré-resfriamento 268 do trocador de calor 254. A corrente de vapor 272 do tambor de sucção do primeiro estágio viaja para uma entrada do compressor de pré-resfriamento 272 e a corrente comprimida resultante viaja para o condensador de pré-resfriamento 274. Uma corrente de lí- quido de MR resultante viaja para o acumulador de MR pré-resfriamento
276. A corrente de vapor do acumulador 276 pode ser ventilada através da válvula 278 ou dirigida através de uma segunda válvula para um tam- bor de sucção de segundo estágio 284. A corrente de vapor 286 do tam- bor de sucção de segundo estágio 284 viaja para uma entrada do com- pressor de pré-resfriamento 272.
[0056] Uma corrente de MR pré-resfriamento líquido 292 viaja do acumulador 276 através da passagem de resfriamento 294 do trocador de calor 254, e a corrente de líquido resfriado resultante viaja para um dispositivo de expansão 296 e é evaporada parcialmente (evaporação flash), com a corrente de fase mista resultante entrando no separador frio pré-resfriamento 302. Uma porção de (ou toda) a corrente de líquido resfriado que sai da passagem 294 do trocador de calor pode ser dire- cionada para uma passagem de refrigeração pré-resfriamento secundá- ria 304 do trocador de calor usando a válvula 298 dependendo da tem- peratura do sistema e das necessidades do serviço. A corrente de vapor 306 que sai da passagem de refrigeração pré-resfriamento secundária 304 é direcionada para o tambor de sucção de segundo estágio 284. Ambas as correntes de MR pré-resfriamento de vapor e líquido (308 e 312, respectivamente) do separador frio pré-resfriamento 302 são dire- cionadas para a passagem de refrigeração primária pré-resfriamento 268 do trocador de calor 254.
[0057] A corrente de alimentação de gás natural fluindo através da passagem pré-resfriamento 256 do trocador de calor de pré-resfria- mento 254 é pré-resfriada através das passagens de refrigeração 268 e 304 do trocador de calor e a corrente de gás natural resfriada resultante 314 é direcionada para o trocador de calor de liquefação 10 para ser liquefeita.
[0058] O sistema de compressor de liquefação 316, similar às mo- dalidades das figuras 1 e 2, apresenta um ciclo de compressão e resfri- amento de primeiro estágio, que produz a corrente de MR de liquefação de primeiro estágio 318, e um ciclo de compressão e resfriamento de segundo estágio, que produz a corrente de MR de liquefação de se- gundo estágio 322. As correntes de MR de liquefação 318 e 322 são ainda resfriadas no trocador de calor de pré-resfriamento 254 através das passagens 324 e 326, e a corrente de fase mista resultante 328 que sai da passagem 324 viaja para um acumulador de baixa pressão de MR de liquefação 332, enquanto que a corrente de fase mista resultante 334 viaja para o acumulador de alta pressão de MR de liquefação 336.
[0059] A corrente de vapor de MR de liquefação 338 viaja do acu- mulador de baixa pressão de MR de liquefação 332 para o tambor de sucção de segundo estágio 342 do sistema de compressor de liquefa- ção 316, com a corrente de vapor resultante sendo direcionada para o ciclo de compressão e resfriamento de segundo estágio. A corrente de líquido de MR de liquefação 344 do acumulador de baixa pressão de MR de liquefação 332 é resfriada na passagem 346 do trocador de calor de liquefação 350, evaporada parcialmente (evaporação flash) através do dispositivo de expansão 348 e direcionada para a passagem de re- frigeração primária 352 do trocador de calor 350.
[0060] A corrente de vapor de MR de liquefação 354 que deixa o acumulador de alta pressão de MR de liquefação 336 é resfriada dentro do trocador de calor de liquefação 350, por meio da passagem 356, e é dirigida para o separador de vapor frio 358. A corrente de vapor que sai do separador de vapor frio pode ser processada conforme descrito acima em relação à figura 1.
[0061] A corrente de líquido 362 que sai do acumulador de alta pres- são de MR de liquefação 336 é resfriada dentro do trocador de calor de liquefação 350, através da passagem 364, é evaporada parcialmente (evaporação flash) através do dispositivo de expansão 366 e é direcio- nada para o separador de temperatura média 368, após ser combinada com a corrente de líquido resfriada e evaporada parcialmente (evapora- ção flash) do separador de vapor frio 358 (que é funcionalmente equi- valente a combinar as correntes no separador de temperatura média, como indicado na figura 2). As correntes de vapor e líquido que saem do separador de temperatura média são dirigidas para a passagem de refrigeração primária 352 do trocador de calor 350.
[0062] Deve-se notar que, no que diz respeito à modalidade da fi- gura 3, o pré-resfriamento da descarga (318) do primeiro estágio do sis- tema de compressão de MR de liquefação 316 antes de comprimir no segundo estágio é um recurso opcional e pode ser utilizado em combi- nação com os outros recursos ou pode não ser usado. Além disso, os refrigerantes mistos usados no sistema de pré-resfriamento e no sis- tema de liquefação podem ser de composições iguais ou diferentes.
[0063] Além disso, deve-se notar que o sistema de pré-resfriamento de MR ilustrado em 262 na figura 3 é apenas um exemplo de um sistema de MR adequado - outros sistemas de MR e sistemas de refrigerantes não mistos, conhecidos na técnica podem ser usados no lugar como o sistema de pré-resfriamento.
[0064] A modalidade do sistema ilustrado na figura 4 é essencial- mente a mesma que a modalidade da figura 1, incluindo o sistema de pré-resfriamento de propano, indicado em geral por 370, com a exceção da configuração dos trocadores de calor pré- resfriamento. Mais espe- cificamente, na modalidade do sistema ilustrado na figura 4, o sistema de pré-resfriamento 370 inclui um trocador de calor quente pré-resfria- mento, indicado em geral em 372a, e um trocador de calor frio pré-res- friamento, indicado em geral em 372b. Os trocadores de calor quente e frio 372a e 372b podem ser, como um exemplo somente, trocadores de calor CORE-IN- KETTLE, disponíveis de Chart Energy & Chemicals, Inc. de The Woodlands, Texas. Tipos alternativos de trocadores de ca- lor, incluindo, mas não se limitando a, trocadores de calor de tipo de termossifão ou de cartucho e tubo podem ser usados.
[0065] Na modalidade da figura 4, um núcleo 374 (que, apenas como um exemplo, pode ser um trocador de calor de alumínio soldado (BAHX) ou outro tipo de trocador de calor, como microcanal ou placa soldada, etc.) se estende através da cabeça interna 376 entre os invó- lucros 378 e 382 dos trocadores de calor quente e frio 372a e 372b de modo que a corrente de processo, que é a corrente de descarga 384 do segundo estágio de compressão e resfriamento do sistema de compres-
sor de MR de liquefação 386, é contínua através do núcleo 374. O be- nefício deste arranjo é que a corrente de processo resfriada e parcial- mente condensada não está sujeita à má distribuição de fluxo de duas fases, que afeta adversamente o desempenho do sistema, como pode- ria ser encontrado se o projeto do trocador de calor fosse de múltiplos núcleos alinhados em série, conforme mostrado na figura 1. O arranjo da figura 4 reduz o consumo de energia do processo, seja o sistema de propano ou o sistema de liquefação ou ambos, atribuído à má distribui- ção ou simplifica a contagem de equipamento e reduz o custo para eli- minar os efeitos da má distribuição.
[0066] Deve-se notar que os trocadores de calor quente e frio 372a e 372b podem utilizar uma cabeça interna 376 de qualquer formato, in- cluindo placa plana. Além disso, embora a figura 4 mostre um processo de MR pré-resfriado de propano (C3), a modalidade da figura 4 pode ser usada com qualquer processo que utilize pelo menos duas etapas de resfriamento do refrigerante em ebulição. Além disso, embora o pro- pano (C3) seja descrito como o refrigerante para o sistema de pré-res- friamento da figura 4, qualquer refrigerante pode ser usado, tal como, mas não se limitando a butano, amônia ou hidrocarbonetos fluorados líquidos, etc. Além disso, embora o sistema da figura 4 mostre dois es- tágios de pré-resfriamento, dois ou mais estágios de resfriamento po- dem ser usados. Além disso, embora a figura 4 mostre um trocador de alimentação separado, o trocador de alimentação pode ser combinado com o trocador de MR.
[0067] Na modalidade ilustrada na figura 5, um sistema de resfria- mento de água resfriada, indicado em geral em 402, é usado para pré- resfriar a corrente de descarga 404 do segundo estágio de compressão e resfriamento do sistema de compressor de MR de liquefação 406. Mais especificamente, a água é bombeada através da bomba 412 para um trocador de calor de refrigerante 414. O trocador de calor também recebe a corrente de descarga de MR 404 e a resfria. A água resfriada é água ou mistura de água / glicol resfriada em um sistema de refrige- rante de pré-resfriamento que pode ser, mas não limitado a, um resfria- dor mecânico ou resfriador de adsorção ou resfriador termoelétrico ou refrigerador termoacústico e está sempre mais frio do que a temperatura que pode ser alcançada por resfriamento a ar ou resfriamento evapora- tivo de água.
[0068] A corrente de MR resfriada 416 então flui para o acumulador de alta pressão 124, com as correntes de líquido e vapor resultantes direcionadas para o trocador de calor de liquefação 420 do sistema de liquefação de MR 408, como nas modalidades precedentes.
[0069] Embora um único trocador de calor resfriador 414 seja ilus- trado na figura 5, vários trocadores de calor resfriadores, em paralelo ou em série, podem ser usados em seu lugar.
[0070] Tal como nas modalidades precedentes, o sistema de com- pressor de MR de liquefação fornece refrigerante a um sistema de lique- fação de MR 408 que inclui um separador de vapor frio (CVS) 410. A combinação de pré-resfriamento com um sistema de resfriamento de água refrigerada e o MR com CVS resulta em um processo mais efici- ente com um pré-resfriamento sem o CVS e com menor custo de equi- pamento e também facilita maiores capacidades da instalação. A com- binação de pré-resfriamento e CVS permite que o sistema de resfria- mento com água resfriada opere a uma temperatura significativamente mais alta, aproximadamente - 5°C X -35 a -40°C. Ele também permite que o equipamento do resfriador fique localizado longe do equipamento contendo hidrocarbonetos, o que reduz o custo do sistema e fornece flexibilidade no plano de plotagem. O processo pode ser utilizado com qualquer processo de liquefação de MR que utilize um CVS.
[0071] Embora a figura 5 mostre um processo de MR pré-resfriado com água fria, qualquer fluido de resfriamento resfriado pode ser usado,
tal como, mas não se limitando a, amônia, água, mistura de água e gli- col, solução de brometo de lítio, hidrocarbonetos fluorados líquidos, hi- drocarbonetos líquidos, etc. Além disso, embora a figura 5 mostre um trocador de calor de invólucro e tubo para o trocador de calor do sistema de pré-resfriamento 414, qualquer tipo de trocador de calor pode ser usado. Além disso, embora a figura 5 mostre tubos verticais separados de temperatura quente, média e fria 422, 424 e 426, qualquer um deles pode ser combinado ou, em certos casos, o tubo vertical pode ser elimi- nado. Embora não seja explicitamente mostrado, o sistema de resfria- mento com água resfriada também pode ser usado para resfriar o gás de alimentação e / ou resfriar a descarga do primeiro estágio, conforme mostrado na figura 2, ou fornecer resfriamento para o ar de entrada da turbina para o acionador da turbina a gás ou resfriar sistemas de lique- fação múltiplos.
[0072] Existem vários aspectos do presente assunto que podem ser incorporados separadamente ou em conjunto nos métodos, dispositivos e sistemas descritos e reivindicados abaixo. Esses aspectos podem ser usados sozinhos ou em combinação com outros aspectos do assunto descrito neste documento, e a descrição desses aspectos juntos não se destina a impedir o uso desses aspectos separadamente ou a reivindi- cação de tais aspectos separadamente ou em diferentes combinações como definido adiante nas reivindicações anexas.
[0073] Embora as modalidades preferenciais da invenção tenham sido mostradas e descritas, será evidente para aqueles versados na téc- nica que mudanças e modificações podem ser feitas nas mesmas, sem se afastar do espírito da invenção, o escopo da qual é definido pelas reivindicações anexas.

Claims (30)

REIVINDICAÇÕES
1. Sistema para resfriar um gás com um refrigerante de pré- resfriamento e um refrigerante misto, caracterizado pelo fato de que compreende: a. um trocador de calor de pré-resfriamento tendo uma en- trada de gás de alimentação adaptada para receber uma corrente de gás de alimentação e uma saída de gás de alimentação, uma entrada de refrigerante de pré-resfriamento e uma saída de refrigerante de pré- resfriamento e uma entrada de refrigerante misto de liquefação e uma saída de refrigerante misto de liquefação, o dito trocador de calor de pré-resfriamento configurado para utilizar o refrigerante de pré-resfria- mento para resfriar gás de alimentação que passa através do trocador de calor de pré-resfriamento entre a entrada e a saída de gás de alimen- tação e para resfriar refrigerante misto de liquefação que passa através do trocador de calor de pré-resfriamento entre a entrada e a saída de refrigerante misto de liquefação; b. um sistema de compressor de pré-resfriamento que inclui: i) um compressor de pré-resfriamento tendo uma entrada em comunicação de fluido com a saída de refrigerante de pré-resfriamento do trocador de calor de pré-resfriamento, ii) um condensador de pré-resfriamento tendo uma entrada em comunicação de fluido com uma saída do compressor de pré-resfri- amento, o dito condensador de pré-resfriamento também tendo saída em comunicação de fluido com a entrada de refrigerante de pré-resfria- mento do trocador de calor de pré-resfriamento: c. um trocador de calor de liquefação incluindo uma passa- gem de liquefação em comunicação de fluido com a saída de gás de alimentação do trocador de calor de pré-resfriamento, uma passagem de refrigeração primária, uma passagem de resfriamento de vapor em alta pressão e uma passagem de resfriamento de vapor do separador frio, onde a passagem de resfriamento de vapor do separador frio tem uma saída em comunicação de fluido com a passagem de refrigeração primária; d. um sistema de compressão de refrigerante misto inclu- indo: i) um compressor de refrigerante misto tendo uma entrada em comunicação de fluido com uma saída da passagem de refrigeração primária; ii) um refrigerador de refrigerante misto tendo uma entrada em comunicação de fluido com uma saída do compressor de refrige- rante misto, o dito refrigerador de refrigerante misto tendo uma saída em comunicação de fluido com a entrada de refrigerante misto de lique- fação do trocador de calor de pré-resfriamento, iii) um acumulador de alta pressão tendo uma entrada em comunicação de fluido com a saída do refrigerante misto de liquefação do trocador de calor de pré-resfriamento e uma saída de vapor em co- municação de fluido com uma entrada da passagem de resfriamento de vapor em alta pressão do trocador de calor de liquefação; e. um separador de vapor frio tendo uma entrada em comu- nicação de fluido com uma saída da passagem de resfriamento de vapor em alta pressão do trocador de calor de liquefação, uma saída de vapor em comunicação de fluido com uma entrada da passagem de resfria- mento de vapor do separador frio do trocador de calor de liquefação e uma saída de líquido em comunicação com a passagem de refrigeração primária do trocador de calor de liquefação.
2. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o trocador de calor de pré-resfriamento inclui um troca- dor de calor de pré-resfriamento quente e um trocador de calor de pré- resfriamento frio.
3. Sistema, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que cada um do trocador de calor de pré-resfriamento quente e do trocador de calor de pré-resfriamento frio inclui um invólucro que recebe o refrigerante de pré-resfriamento e pelo menos um do tro- cador de calor de pré-resfriamento quente e do trocador de calor de pré- resfriamento frio inclui um núcleo de gás de alimentação que recebe o gás de alimentação.
4. Sistema, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que cada um do trocador de calor de pré-resfriamento quente e do trocador de calor de pré-resfriamento frio inclui um núcleo de refrigerante misto de liquefação configurado para resfriar o refrige- rante misto de liquefação que passa através do trocador de calor de pré- resfriamento entre a entrada e a saída do refrigerante misto de liquefa- ção.
5. Sistema, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que um único núcleo de refrigerante misto de liquefação se estende dentro de ambos os invólucros dos trocadores de calor pré-res- friamento quente e frio e é configurado para resfriar o refrigerante misto de liquefação que passa através do trocador de calor de pré-resfria- mento entre a entrada e a saída de refrigerante misto de liquefação.
6. Sistema de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que uma cabeça interna estende-se entre os espaços inte- riores dos invólucros dos trocadores de calor pré-resfriamento quente e frio e o único núcleo de refrigerante misto de liquefação estende-se atra- vés da cabeça interna.
7. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o sistema de compressão de refrigerante misto inclui ainda um segundo compressor de refrigerante misto ou estágio de com- pressão tendo uma entrada em comunicação de fluido com a saída do refrigerador de refrigerante misto, um segundo refrigerador de refrige-
rante misto tendo uma entrada em comunicação de fluido com uma sa- ída do segundo compressor de refrigerante misto ou estágio de com- pressão, o dito segundo refrigerador tendo uma saída em comunicação de fluido com a entrada de refrigerante misto de liquefação do trocador de calor de pré-resfriamento.
8. Sistema de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o trocador de calor de pré-resfriamento inclui uma en- trada de refrigerante misto interestágio e uma saída de refrigerante misto interestágio, e em que o compressor de refrigerante misto tem uma saída em comunicação de fluido com a entrada de refrigerante misto interestágio do trocador de calor de pré-resfriamento e a saída de refrigerante misto interestágio do trocador de calor de pré-resfriamento fica em comunicação de fluido com um acumulador interestágio tendo uma saída de vapor em comunicação de fluido com a entrada do se- gundo compressor ou segundo estágio de compressão e uma saída de líquido em comunicação de fluido com a passagem de refrigeração pri- mária do trocador de calor de liquefação.
9. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o acumulador de alta pressão inclui uma saída de lí- quido e o trocador de calor de liquefação compreende ainda uma pas- sagem de resfriamento de líquido em alta pressão tendo uma entrada em comunicação de fluido com a saída de líquido do acumulador de alta pressão e uma saída em comunicação de fluido com a passagem de refrigeração primária do trocador de calor de liquefação.
10. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o refrigerante de pré-resfriamento é propano, butano, amônia ou um clorofluorocarbono.
11. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o refrigerante de pré-resfriamento é um refrigerante misto.
12. Sistema, de acordo com a reivindicação 11, caracteri- zado pelo fato de que o trocador de calor do refrigerante de pré-resfria- mento é um trocador de calor de placa e aleta.
13. Método para resfriar uma corrente de gás de alimenta- ção, caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de: a. pré-resfriar a corrente de gás de alimentação em um tro- cador de calor de pré-resfriamento usando um primeiro refrigerante para formar uma corrente de gás de alimentação pré-resfriada; b. resfriar adicionalmente a corrente de gás de alimentação pré-resfriada ao i) resfriar uma segunda corrente de refrigerante em alta pres- são no trocador de calor de pré-resfriamento para formar uma se- gunda corrente de refrigerante em alta pressão resfriada ii) separar a segunda corrente de refrigerante em alta pres- são resfriada para formar uma corrente de vapor em alta pressão e uma corrente de líquido em alta pressão; iii) resfriar a corrente de vapor em alta pressão em um troca- dor de calor de liquefação, para formar uma corrente de fase mista; iv) separar a corrente de fase mista com um separador de vapor frio para formar uma corrente de vapor do separador frio e uma corrente de líquido do separador frio; v) condensar a corrente de vapor do separador frio no troca- dor de calor de liquefação usando o segundo refrigerante e evaporar parcialmente (evaporação flash), para formar uma corrente de refrige- rante a temperatura fria; vi) direcionar a corrente de refrigerante a temperatura fria para o trocador de calor de liquefação; vii) sub-resfriar a corrente de líquido em alta pressão para formar uma corrente de líquido em alta pressão sub-resfriada e combi-
nar com a corrente de refrigerante a temperatura fria no trocador de ca- lor de liquefação; viii) sub-resfriar a corrente de líquido do separador frio para formar uma corrente de líquido do separador frio sub-resfriada e combi- nar com a corrente de refrigerante a temperatura fria no trocador de ca- lor de liquefação; e ix) contatar termicamente a corrente de gás pré-resfriada no trocador de calor de liquefação com a corrente de refrigerante a tempe- ratura fria.
14. Método, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que a corrente de líquido em alta pressão e a corrente de líquido do separador frio são sub-resfriadas no trocador de calor de li- quefação.
15. Método, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que a etapa b. compreende ainda as etapas de resfriar uma corrente de refrigerante misto em baixa pressão no trocador de calor de pré-resfriamento, separar a corrente de refrigerante misto em baixa pressão resfriada para formar uma corrente de vapor de refrigerante misto em baixa pressão e uma corrente de líquido de refrigerante misto em baixa pressão, comprimir a corrente de vapor de refrigerante misto em baixa pressão para formar uma corrente de refrigerante misto em alta pressão e, em seguida, resfriar a corrente de refrigerante misto em alta pressão para formar a corrente de refrigerante misto em alta pres- são resfriada e direcionar a corrente de líquido de refrigerante misto em baixa pressão para o trocador de calor de liquefação.
16. Método, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que a corrente de refrigerante misto em alta pressão é res- friada no trocador de calor de pré-resfriamento para formar a corrente de refrigerante misto em alta pressão resfriada.
17. Método, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que a corrente de refrigerante misto em alta pressão é res- friada em ambos o trocador de calor de pré-resfriamento e o trocador de calor de liquefação para formar a corrente de refrigerante misto em alta pressão resfriada.
18. Método, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que o refrigerante de pré-resfriamento é propano, butano, amônia ou um clorofluorocarbono.
19. Método de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que o refrigerante de pré-resfriamento é um refrigerante misto.
20. Método, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que a etapa a. inclui um primeiro estágio de pré-resfria- mento usando um trocador de calor de pré-resfriamento quente e um segundo estágio de pré-resfriamento usando um trocador de calor de pré-resfriamento frio.
21. Sistema para resfriar um gás de alimentação com um re- frigerante misto, caracterizado pelo fato de que compreende: a. um trocador de calor de pré-resfriamento tendo uma en- trada de refrigerante de pré-resfriamento configurada para receber uma corrente de refrigerante de pré-resfriamento e uma saída de refrigerante de pré-resfriamento e uma entrada de refrigerante misto de liquefação e uma saída de refrigerante misto de liquefação, o dito trocador de calor de pré-resfriamento configurado para usar o refrigerante de pré-resfria- mento para resfriar o refrigerante misto de liquefação que passa através do trocador de calor de pré-resfriamento entre a entrada e a saída do refrigerante misto de liquefação; b. um trocador de calor de liquefação incluindo uma passa- gem de liquefação configurada para receber uma corrente do gás de alimentação, uma passagem de refrigeração primária, uma passagem de resfriamento de vapor em alta pressão e uma passagem de resfria- mento de vapor do separador frio, onde a passagem de resfriamento de vapor do separador frio tem uma saída em comunicação de fluido com a passagem de refrigeração primária; c. um sistema de compressão de refrigerante misto incluindo: i) um compressor de refrigerante misto tendo uma entrada em comunicação de fluido com uma saída da passagem de refrigeração primária; ii) um refrigerador de refrigerante misto tendo uma entrada em comunicação de fluido com uma saída do compressor de refrige- rante misto, o dito refrigerador de refrigerante misto tendo uma saída em comunicação de fluido com a entrada do refrigerante misto de lique- fação do trocador de calor de pré-resfriamento, iii) um acumulador de alta pressão tendo uma entrada em comunicação de fluido com a saída de refrigerante misto de liquefação do trocador de calor de pré-resfriamento e uma saída de vapor em co- municação de fluido com uma entrada da passagem de resfriamento de vapor em alta pressão do trocador de calor de liquefação; d. um separador de vapor frio tendo uma entrada em comu- nicação de fluido com uma saída da passagem de resfriamento de vapor em alta pressão do trocador de calor de liquefação, uma saída de vapor em comunicação de fluido com uma entrada da passagem de resfria- mento do vapor do separador frio do trocador de calor de liquefação e uma saída de líquido em comunicação com a passagem de refrigeração primária do trocador de calor de liquefação.
22. Sistema, de acordo com a reivindicação 21, caracteri- zado pelo fato de que o trocador de calor de pré-resfriamento também inclui uma entrada de gás de alimentação adaptada para receber uma corrente de gás de alimentação e uma saída de gás de alimentação e o dito trocador de calor de pré-resfriamento é configurado para usar o re- frigerante de pré-resfriamento para resfriar o gás de alimentação que passa pelo trocador de calor de pré-resfriamento entre a entrada de gás de alimentação e a saída de gás de alimentação.
23. Sistema, de acordo com a reivindicação 21, caracteri- zado pelo fato de que o trocador de calor de pré-resfriamento inclui uma pluralidade de trocadores de calor conectados em série ou paralelo.
24. Sistema, de acordo com a reivindicação 21, caracteri- zado pelo fato de que o refrigerante de pré-resfriamento é selecionado do grupo que consiste em propano, butano, amônia, água, mistura de água e glicol, solução de brometo de lítio, hidrocarbonetos fluorados lí- quidos e hidrocarbonetos líquidos.
25. Sistema, de acordo com a reivindicação 21, caracteri- zado pelo fato de que compreende ainda uma bomba configurada para bombear uma corrente de refrigerante de pré-resfriamento para a en- trada de refrigerante de pré-resfriamento do trocador de calor de pré- resfriamento.
26. Sistema, de acordo com a reivindicação 21, caracteri- zado pelo fato de que compreende ainda um sistema de refrigerante de pré-resfriamento selecionado a partir do grupo que consiste de um res- friador mecânico, um resfriador de adsorção, um resfriador termoelétrico e um refrigerador termoacústico em que o sistema de refrigerante de pré-resfriamento é configurado para resfriar o refrigerante de pré-resfri- amento.
27. Método para resfriar uma corrente de gás de alimenta- ção, caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de: a. direcionar a corrente de gás de alimentação para um tro- cador de calor de liquefação; b. resfriar uma corrente de refrigerante misto em alta pressão em um trocador de calor de pré-resfriamento para formar uma corrente de refrigerante misto em alta pressão resfriada; c. resfriar a corrente de gás de alimentação no trocador de calor de liquefação ao: i) separar a corrente de refrigerante misto em alta pressão resfriada para formar uma corrente de vapor em alta pressão e uma corrente de líquido em alta pressão, ii) resfriar a corrente de vapor em alta pressão no trocador de calor de liquefação para formar uma corrente de fase mista; iii) separar a corrente de fase mista com um separador de vapor frio para formar uma corrente de vapor do separador frio e uma corrente de líquido do separador frio; iv) condensar a corrente de vapor do separador frio no troca- dor de calor de liquefação e evaporar parcialmente (evaporação flash), para formar uma corrente de refrigerante a temperatura fria; v) direcionar a corrente de refrigerante a temperatura fria para o trocador de calor de liquefação; vi) sub-resfriar a corrente de líquido em alta pressão no tro- cador de calor de liquefação para formar uma corrente de líquido sub- resfriada em alta pressão e combinar com a corrente de refrigerante a temperatura fria no trocador de calor de liquefação; vii) sub-resfriar a corrente de líquido do separador frio para formar uma corrente de líquido do separador frio sub-resfriada e combi- nar com a corrente de refrigerante a temperatura fria no trocador de ca- lor de liquefação e viii) contatar termicamente a corrente de gás no trocador de calor de liquefação com a corrente de refrigerante a temperatura fria.
28. Método, de acordo com a reivindicação 27, caracterizado pelo fato de que compreende ainda a etapa de pré-resfriamento da cor- rente do gás de alimentação no trocador de calor de pré-resfriamento antes da etapa a.
29. Método, de acordo com a reivindicação 27, caracterizado pelo fato de que a etapa b. é realizada usando um refrigerante de pré- resfriamento que é resfriado usando um sistema de refrigerante de pré- resfriamento selecionado do grupo que consiste em um resfriador me- cânico, um resfriador de adsorção, um resfriador termoelétrico e um re- frigerador termoacústico.
30. Método, de acordo com a reivindicação 29, caracterizado pelo fato de que o refrigerante de pré-resfriamento é resfriado para uma temperatura mais fria do que uma temperatura que pode ser alcançada por resfriamento a ar ou por resfriamento evaporativo de água.
Sistema compressor Sistema compressor de C3 de MR
Primeiro Segundo estágio estágio Condensador Compressor de C3 de C3 Resfriador
Petição 870200119225, de 24/09/2020, pág. 7/56 Acumulador de C3
Resfriador
Tambor de sucção de primeiro estágio Tambor de sucção de segundo estágio
Tambor de sucção
Tambor de sucção de primeiro estágio de segundo estágio CIK de C3 quente vapor frio Separador de
Gás de alimentação Sistema de pré-resfriamento de C3 de liquefação 1/5
CIK de C3 frio Tubo vertical de temperatura quente
Acumulador de MRHP Tubo vertical de temperatura média
BAHX principal temperatura fria Tubo vertical de
Opcional
Sistema compressor de C3 Sistema compressor de MR Primeiro Segundo estágio estágio Condensador Compressor de C3 de C3 Resfriador Acumulador
Petição 870200119225, de 24/09/2020, pág. 8/56 de C3
Tambor de sucção de primeiro estágio Resfriador
Tambor de sucção Tambor de sucção de segundo estágio de primeiro estágio vapor frio Separador de Gás de alimentação de liquefação CIK de C3 quente
Primeiro acumulador 2/5
Acumulador de MRHP de MRHP Sistema de Tubo vertical de pré-resfriamento de C3 temperatura quente
CIK de C3 frio Tubo vertical de temperatura média
Segundo acumulador Sistema de de MRHP liquefação de MR
BAHX principal temperatura fria Tubo vertical de
Opcional
Sistema Sistema compressor compressor de MR frio de C3 quente Primeiro Segundo estágio estágio Compressor
Petição 870200119225, de 24/09/2020, pág. 9/56 Resfriador Condensador
MR quente Acumulador de Resfriador
Tambor de sucção Tambor de sucção de primeiro estágio de segundo estágio
Tambor de Tambor de primeiro estágio segundo estágio Gás de alimentação Sistema de de liquefação pré-resfriamento de M3 quente BAHX quente 3/5
Separador de vapor frio
Tubo vertical frio Tambor de sucção de segundo estágio Sistema de Tubo vertical de temperatura média
Acumulador liquefação de MR de MRHP BAHX principal temperatura fria Tubo vertical de
Opcional
Sistema compressor de C3 Sistema compressor de MR Primeiro Segundo estágio estágio Condensador Compressor de C3 de C3 Resfriador Acumulador
Petição 870200119225, de 24/09/2020, pág. 10/56 de C3
Resfriador
Tambor de sucção de primeiro estágio Tambor de sucção de segundo estágio
Tambor de sucção Tambor de sucção de primeiro estágio de segundo estágio Sistema de pré-res- friamento de C3 vapor frio Separador de Gás de alimentação de liquefação CIK de C3 quente CIK de C3 frio 4/5
Tubo vertical de temperatura quente
Acumulador de Sistema de MRHP liquefação de MR Tubo vertical de temperatura média
BAHX principal temperatura fria Tubo vertical de
Opcional
Sistema compressor de MR Primeiro Segundo estágio estágio Resfriador Petição 870200119225, de 24/09/2020, pág. 11/56 Gás de alimentação Resfriador Tambor de sucção de primeiro estágio Tambor de sucção de liquefação Trocador de calor de segundo estágio de refrigerante vapor frio Separador de Sistema de resfriamento de água fria 5/5 Bomba de Tubo vertical de refrigerante temperatura quente Acumulador de
MRHP Sistema de Tubo vertical de temperatura média liquefação de MR BAHX principal temperatura fria Tubo vertical de Opcional
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