BRPI0511785B1 - Método para a liquefação de uma corrente de gás natural - Google Patents

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B. Stone John
J. Hawrysz Daniel
Lawrence Kimble E.
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Exxonmobil Upstream Research Company
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Abstract

método para a liquefação de uma corrente de gás natural é fornecido um método para a liquefação de uma corrente de gás natural. em uma forma de realização, o método inclui a colocação de um refrigerante de componentes misturados em uma área de troca de calor com uma corrente do processo; separação do refrigerante de componentes misturados em um ou mais níveis de pressão para produzir um vapor refrigerante e um líquido refrigerante; desvio do vapor refrigerante em volta da área de troca de calor para um unidade de compressão; e passagem do líquido refrigerante pela área de troca de calor. em uma outra forma de realização, o método ainda inclui a evaporação parcial da corrente de líquido refrigerante dentro da área de troca de calor para reter uma fração de líquido de pelo menos 1% em peso.

Description

(54) Título: MÉTODO PARA A LIQUEFAÇÃO DE UMA CORRENTE DE GÁS NATURAL (51) Int.CI.: F25J 1/00 (30) Prioridade Unionista: 23/06/2004 US 60/565,589 (73) Titular(es): EXXONMOBIL UPSTREAM RESEARCH COMPANY (72) Inventor(es): JOHN B. STONE; DANIEL J. HAWRYSZ; E. LAWRENCE KIMBLE
1/25 “MÉTODOS PARA A LIQUEFAÇÃO DE UMA CORRENTE DE GÁS NATURAL” REFERÊNCIA CRUZADA AOS PEDIDOS RELACIONADOS [0001] Este pedido reivindica o benefício do Pedido Provisório U.S. 60/565.589, depositado em 23 de junho de 2004.
FUNDAMENTOS
Campo Técnico [0002] As formas de realização da presente invenção de uma forma geral dizem respeito aos métodos para correntes de gás refrigerante, tais como gás natural, usando refrigerantes de componentes misturados.
Descrição da Técnica Relacionada [0003] O gás natural é comumente liquefeito para abastecimentos das nações com maior consumo de energia. Para liquefazer o gás natural, o gás de alimentação é primeiro processado par remover os contaminantes e hidrocarbonetos mais pesados do que pelo menos o pentano. Este gás purificado tipicamente em uma pressão elevada, é depois esfriado através da troca de calor indireta mediante um ou mais ciclos refrigerantes. Tais ciclos de refrigeração são de grande valor em termos tanto de dispêndio de capital quanto de operação devido à complexidade do equipamento requerido e do desempenho da eficiência do refrigerante. Existe uma necessidade, portanto, com relação a um método para melhorar a eficiência de refrigeração, reduzir o tamanho do equipamento, e reduzir as despesas de operação.
SUMÁRIO [0004] Os métodos para a liquefação de uma corrente de gás natural são fornecidos. Em uma forma de realização, o método inclui a colocação de um refrigerante de componentes misturados em uma área de troca de calor com uma corrente do processo; separação do refrigerante de componentes misturados em um ou mais níveis de pressão para produzir um vapor refrigerante e um líquido refrigerante; desvio do vapor refrigerante em volta da área de troca de calor para uma unidade de compressão; e passagem do líquido refrigerante pela área de troca de calor.
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2/25 [0005] Em uma outra forma de realização, o método inclui a colocação de um refrigerante de componentes misturados em uma área de troca de calor com uma corrente do processo; remoção de duas ou mais corrente laterais do refrigerante de componentes misturados da área de troca de calor; separação das correntes laterais de refrigerante de componentes misturados em um ou mais níveis de pressão para produzir vapores refrigerantes e líquidos refrigerantes; desvio dos vapores refrigerantes em volta da área de troca de calor em uma unidade de compressão; e passagem dos líquidos refrigerante pela área de troca de calor.
[0006] Em uma outra forma de realização, o método inclui a colocação de um refrigerante de componentes misturados em uma área de troca de calor com uma corrente do processo; separação do refrigerante de componentes misturados em um ou mais níveis de pressão para produzir uma corrente de vapor refrigerante e uma corrente de líquido refrigerante; desvio da corrente de vapor refrigerante em volta da área de troca de calor para uma unidade de compressão; passagem da corrente de líquido refrigerante pela área de troca de calor; e evaporação parcial da corrente de líquido refrigerante dentro da área de troca de calor para reter uma fração de líquido de pelo menos 1% em peso.
[0007] Em mais outra forma de realização, o método inclui a colocação de um primeiro refrigerante de componentes misturados em uma primeira área de troca de calor com uma corrente do processo; separação do primeiro refrigerante de componentes misturados em um ou mais níveis de pressão para produzir uma corrente de vapor refrigerante e uma corrente de líquido refrigerante; desvio da corrente de vapor refrigerante em volta da primeira área de troca de calor para uma unidade de compressão; passagem da corrente de líquido refrigerante pela primeira área de troca de calor para esfriar a corrente do processo; e colocação de um segundo refrigerante de componentes misturados em uma segunda área de troca de calor com a corrente do processo esfriada para liquefazer a corrente do processo. [0008] Em mais uma outra forma de realização, o método inclui a colocação de um primeiro refrigerante de componentes misturados em uma primeira área de troca de calor com uma corrente do processo; separação do refrigerante de componentes
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3/25 misturados em um ou mais níveis de pressão para produzir uma corrente de vapor refrigerante e uma corrente de líquido refrigerante; desvio da corrente de vapor refrigerante em vota da primeira área de troca de calor para uma unidade de compressão; retorno da corrente de líquido refrigerante para a primeira área de troca de calor para esfriar a corrente de gás, colocação de um segundo refrigerante de componentes misturados em uma segunda área de troca de calor com a corrente do processo esfriada; e evaporação do segundo refrigerante de componentes misturados em um nível de pressão único para liquefazer a corrente de gás.
[0009] Em ainda mais uma outra forma de realização, o método inclui a colocação de uma corrente de refrigerante de componentes misturados na troca de calor com uma corrente do processo, a corrente refrigerante compreendendo ou refrigerante líquido; e descontinuação da troca de calor antes que a corrente refrigerante líquida esteja completamente vaporizada.
[0010] Em ainda outras formas de realização, o método inclui a liquefação de uma corrente de gás natural mediante a colocação de um refrigerante de componentes misturados em uma área de troca de calor com uma corrente do processo; separação do refrigerante de componentes misturados em um ou mais níveis de pressão para produzir um vapor refrigerante e um líquido refrigerante; passagem de pelo menos o líquido refrigerante pela área de troca de calor; e a evaporação parcial do líquido refrigerante dentro da área de troca de calor para reter a fase líquida. Em uma forma de realização alternativa, o método inclui a colocação de um refrigerante de componentes misturados em uma área de troca de calor com uma corrente do processo; remoção de duas ou mais correntes laterais do refrigerante de componentes misturados da área de troca de calor; separação das correntes laterais do refrigerante de componentes misturados em um ou mais níveis de pressão para produzir os vapores refrigerantes e líquidos refrigerantes; passagem de pelo menos os líquidos refrigerantes pela área de troca de calor; e a evaporação parcial dos líquidos refrigerantes dentro da área de troca de calor para reter uma fase líquida.
DESCRIÇÃO DETALHADA
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4/25 [0011] Introdução e Definições [0012] Uma descrição detalhada será agora fornecida. Cada uma das reivindicações anexas define uma invenção separada, que para propósitos de infração é reconhecida como incluindo os equivalentes aos vários elementos ou limitações especificadas nas reivindicações. Dependendo do contexto. Todas as referências abaixo da “invenção” podem em alguns casos se referir a certas formas de realização específicas unicamente. Em outros casos será reconhecido que as referências à “invenção” se referirão à matéria objeto recitadas em uma ou mais, mas não necessariamente todas, das reivindicações. Cada uma das invenção agora será descrita com maiores detalhes abaixo, incluindo as formas de realização específicas, versões e exemplos, mas as invenções não são limitadas a estas formas de realização, versões ou exemplos, que são incluídas para habilitar uma pessoa tendo habilidade usual na técnica de preparar e usar as invenções, quando a informação nesta patente estiver combinada com a informação e tecnologia disponíveis. Vários termos como aqui usados são definidos abaixo. Na medida em que um termo usado em uma reivindicação não for definida abaixo, deve ser dada a definição mais ampla que as pessoas na técnica pertinente têm dado a este termo como refletido nas publicações impressas e patentes publicadas.
[0013] Os termos “refrigerante de componentes misturados” e “MCR” são usados de modo trocável e significam uma mistura que contém dois ou mais refrigerantes de componentes. Exemplos dos MCRs aqui descritos são um “primeiro MCR” e um “segundo MCR”.
[0014] O termo “refrigerante de componentes” significa uma substância usada para a transferência de calor que absorve calor em uma temperatura mais baixa e rejeita o calor em uma temperatura mais elevada. Por exemplo, um “refrigerante de componentes”, em um sistema de refrigeração por compressão, absorverá calor em uma temperatura e pressão mais baixas através da evaporação e rejeitará o calor em uma temperatura e pressão mais elevadas através da condensação. Os refrigerantes de componentes ilustrativos pode incluir, mas não são limitados a eles, alcanos, alquenos e alquinas tendo de um a 5 átomos de carbono, nitrogênio,
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5/25 hidrocarbonetos clorados, hidrocarbonetos fluorados, outros hidrocarbonetos halogenados, e misturas ou combinações destes.
[0015] O termo “gás natural” significa um gás de hidrocarboneto leve ou uma mistura de dois ou mais gases de hidrocarboneto leves. Os gases de hidrocarboneto leves ilustrativos podem incluir, mas não são limitados a eles, metano, etano, propano, butano, pentano, hexano, isômeros destes, seus insaturados, e misturas destes. O termo “gás natural” pode ainda incluir algum nível de impurezas, tais como nitrogênio, sulfeto de hidrogênio, dióxido de carbono, sulfeto de carbonila, mercaptanos e água. A composição percentual exata do gás natural varia dependendo da fonte de reservatório e quaisquer etapas de pré-processamento, tais como a extração ou dessecação de amina através de peneiras moleculares, por exemplo. Pelo menos um exemplo de uma composição de “gás natural” é um gás contendo cerca de 55% molar de metano ou mais.
[0016] Os termos “gás” e “vapor” são usados de modo trocável e significam uma substância ou mistura de substâncias no estado gasoso quando distinto do estado líquido ou sólido.
[0017] O termo “parcialmente evaporado” descreve uma substância que pode incluir uma mistura de substâncias que não é 100% vapor. Uma corrente “parcialmente evaporada” pode ter tanto uma fase vapor quanto uma fase líquida. Pelo menos um exemplo de uma corrente “parcialmente evaporada” inclui uma corrente tendo uma fase líquida de pelo menos 1% em peso, ou pelo menos 2% em peso, ou pelo menos 3% em peso, ou pelo menos 4% em peso, ou pelo menos 5% em peso, e o equilíbrio sendo a fase vapor. Em uma ou mais formas de realização específicas, uma corrente “parcialmente evaporada” possui uma fase líquida variando de uma baixa de 1% em peso, ou 3% em peso, ou 10% em peso a uma elevada de 90% em peso, ou 97% em peso ou 99% em peso.
[0018] O termo “área de troca de calor” significa qualquer tipo ou combinação de tipos similares ou diferentes de equipamento conhecido na técnica para facilitar a transferência de calor. Por exemplo, uma “área de troca de calor” pode estar contida ou pelo menos parcialmente contida dentro de um ou mais trocador do tipo espiral
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6/25 enrolada, trocador do tipo placa e palheta, trocador tipo estrutura e tubo, ou qualquer outro tipo de trocador de calor conhecido na técnica que seja capaz de suportar as condições do processo aqui descrito com maiores detalhes abaixo.
[0019] O termo “unidade de compressão” significa qualquer tipo ou combinação de tipos similares ou diferentes de equipamento de compressão, e pode incluir equipamento auxiliar, conhecido na técnica para a compressão de uma substância ou mistura de substâncias. Uma “unidade de compressão” pode utilizar um ou mais estágios de compressão. Os compressores ilustrativos podem incluir, mas não são limitados a eles, tipos de deslocamento positivo, tais como os compressores recíprocos e rotativos por exemplo, e tipos dinâmicos, tais como compressores de fluxo centrífugo e axial, por exemplo. O equipamento auxiliar ilustrativo pode incluir, mas não são limitados a eles, recipientes extratores por sucção, refrigerantes ou refrigeradores de descarga, refrigerantes ou refrigeradores de reciclo, e qualquer combinação destes.
Formas de Realização Específicas [0020] Várias formas de realização específicas são descritas abaixo, pelo menos algumas das quais são também recitadas nas reivindicações. Por exemplo, pelo menos uma forma de realização é direcionada a um método para a liquefação de uma corrente de gás natural mediante a colocação de um refrigerante de componentes misturados em uma área de troca de calor com uma corrente do processo e separação do refrigerante de componentes misturados em um ou mais níveis de pressão para produzir um vapor refrigerante e um líquido refrigerante. O vapor refrigerante se desvia em volta da área de troca de calor para uma unidade de compressão, e o líquido refrigerante passa pela área de troca de calor.
[0021] Pelo menos uma outra forma de realização específica é direcionada para a liquefação de uma corrente de gás natural mediante a colocação de um refrigerante de componentes misturados em uma área de troca de calor com uma corrente do processo e a remoção de duas ou mais correntes laterais do refrigerante de componentes misturados da área de troca de calor. As correntes laterais de refrigerante de componentes misturados são depois separadas em um ou mais
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7/25 níveis de pressão para produzir os vapores refrigerantes e os líquidos refrigerantes. Os vapores refrigerantes são desviados em volta da área de troca de calor para uma unidade de compressão, e os líquidos refrigerantes são passados pela ares de troca de calor.
[0022] Mais uma outra forma de realização específica é direcionada pra a liquefação de uma corrente de gás natural mediante a colocação de um refrigerante de componentes misturados em uma área de troca de calor com uma corrente do processo e separação do refrigerante de componentes misturados em um ou mais níveis de pressão para produzir uma corrente de vapor refrigerante e uma corrente de líquido refrigerante. A corrente de vapor refrigerante se desvia em volta da área de troca de calor para uma unidade de compressão. A corrente líquida refrigerante é passada pela área de troca de calor, e pelo menos parcialmente evaporada dentro da área de troca de calor para reter uma fração de líquido de pelo menos 1% em peso.
[0023] Ainda uma outra forma de realização específica é direcionada a um método para a liquefação de uma corrente de gás natural mediante a colocação de um primeiro refrigerante de componentes misturados em uma primeira área de troca de calor com uma corrente do processo e separação do primeiro refrigerante de componentes misturados em um ou mais níveis de pressão para produzir uma corrente de vapor refrigerante e uma corrente de líquido refrigerante. A corrente de vapor refrigerante é desviada em volta da primeira área de troca de calor para uma unidade de compressão, e a corrente de líquido refrigerante é passada pela primeira área de troca de calor para esfriar a corrente do processo. Um segundo refrigerante de componentes misturados é depois colocado em uma segunda área de troca de calor com a corrente do processo esfriada para liquefazer a corrente do processo. [0024] Mais outra forma de realização específica é direcionada para a liquefação de uma corrente de gás natural mediante a colocação de um primeiro refrigerante de componentes misturados em uma primeira área de troca de calor com uma corrente do processo, e separação do refrigerante de componentes misturados em um ou mais níveis de pressão para produzir uma corrente de vapor refrigerante e uma
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8/25 corrente de líquido refrigerante. A corrente de vapor refrigerante é desviada em volta da primeira área de troca de calor para uma unidade de compressão, e a corrente de líquido refrigerante é passada pela primeira área de troca de calor para esfriar a corrente de gás. Um segundo refrigerante de componentes misturados é colocado em uma segunda área de troca de calor com a corrente do processo esfriada, e evaporado em um nível de pressão único para liquefazer a corrente de gás.
[0025] Mais uma outra forma de realização específica é direcionada ao esfriamento de uma corrente do processo de gás natural mediante a colocação de uma corrente de refrigerante de componentes misturados na troca de calor com uma corrente do processo. A corrente refrigerante compreende refrigerante líquido, e a troca de calor é descontinuada antes que a corrente de refrigerante líquido esteja completamente vaporizada.
[0026] Em mais outras formas de realização, a corrente ou correntes de vapor refrigerante não necessitam desviar do trocador ou trocadores de calor e/ou não necessitam ser dirigidos diretamente para uma unidade de compressão. Em tais formas de realização, a corrente ou correntes de vapor podem, por exemplo, ser mandadas de volta para o trocador ou trocadores de calor, ou elas podem se desviar do trocador ou trocadores de calor e serem dirigidas para equipamento diferente de uma unidade de compressão. Assim, as formas de realização do presente método incluem as modificações de qualquer forma de realização aqui descrita em que a corrente ou correntes de vapor refrigerante não se desviam do trocador ou trocadores de calor e/ou não são dirigidos diretamente para uma unidade de compressão. Tais formas de realização, incluem, por exemplo, a liquefação de uma corrente de gás natural mediante a colocação de um refrigerante de componentes misturados em uma área de troca de calor com uma corrente do processo; separação do refrigerante de componentes misturados em um ou mais níveis de pressão para produzir um vapor refrigerante e um líquido refrigerante; passagem pelo menos do líquido refrigerante para a área de troca de calor; e evaporação parcial do líquido refrigerante dentro da área de troca de calor para reter uma fase líquida. Tais formas de realização também incluem a colocação de um refrigerante
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9/25 de componentes misturados em uma área de troca de calor com uma corrente do processo; remoção de duas ou mais correntes laterais do refrigerante de componentes misturados da área de troca de calor; separação das correntes laterais do refrigerante de componentes misturados em um ou mais níveis de pressão para produzir vapores refrigerantes e líquidos refrigerantes; passagem pelo menos dos líquidos refrigerantes pela área de troca de calor; e evaporação parcial dos líquidos refrigerantes dentro da área de troca de calor para reter uma fase líquida.
Formas de Realização Específicas nos Desenhos [0027] As formas de realização específicas mostradas nos desenhos serão agora descritas. É enfatizado que as reivindicações não devem ser interpretadas como sendo limitativas aos aspectos dos desenhos. A Figura 1 esquematicamente descreve um processo de refrigeração que utiliza um refrigerante de componentes misturados pelo menos parcialmente evaporado para esfriar ou liquefazer uma corrente do processo ou gás de alimentação. A Figura 2 esquematicamente descreve um processo de refrigeração que utiliza um trocador de calor tendo duas ou mais áreas de troca de calor nele contidas para esfriar ou liquefazer uma corrente do processo ou gás de alimentação. A Figura 3 esquematicamente descreve um processo de refrigeração que utiliza dois refrigerantes de componentes misturados para esfriar ou liquefazer uma corrente do processo ou gás de alimentação. A Figura 4 esquematicamente descreve um outro método para a refrigeração de uma corrente do processo ou gás de alimentação que utiliza um sistema de coleta de refrigerante líquido. Com relação a simplicidade e facilidade de descrição, estes processos de refrigeração serão ainda descritos aqui quando eles se relacionarem a uma corrente do processo ou gás de alimentação de gás natural que é sub-esfriado para produzir gás natural liquefeito (“LNG”).
FIGURA 1 [0028] A Figura 1 esquematicamente descreve um processo de refrigeração 5 que utiliza um refrigerante de componentes misturados pelo menos parcialmente evaporado para pelo menos esfriar uma corrente do processo ou gás de alimentação. A corrente de gás de alimentação 12 é colocada na troca de calor com
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10/25 uma corrente de refrigerante de componentes misturados (“MCR”) dentro de um trocador de calor 10. Como explicado com maiores detalhes abaixo, a corrente de MCR 30 é exposta e esfriada para remover calor da corrente de gás de alimentação 12 dentro do trocador de calor 10. Embora não mostrado, correntes do processo adicionais que requerem refrigeração podem entrar no trocador de calor 10. Exemplos não limitativos de tais correntes adicionais incluem outras correntes refrigerantes, outras correntes de hidrocarboneto a ser misturada com o gás da corrente 12 em um estágio de processamento posterior, e correntes que são integradas com um ou mais fracionamento das etapas de processamento.
[0029] O trocador de calor 10, como mostrado na Figura 1, é uma unidade única contendo pelo menos um área de troca de calor. Embora não mostrado, mas descrito abaixo, o trocador de calor 10 pode incluir duas ou mais áreas de troca de calor, tais como duas, três, quatro ou cinco, por exemplo, que podem estar contidas dentro de uma unidade única, ou cada área pode estar contida em uma unidade separada.
[0030] A corrente de gás de alimentação 12 é preferivelmente gás natural e pode conter pelo menos 55% molar, ou pelo menos 65% molar, ou pelo menos 75% molar de metano. A corrente de MCR 30 pode incluir um ou mais de alcanos, alquenos, e alquinas tendo de um a 5 átomos de carbono, nitrogênio, hidrocarbonetos clorados, hidrocarbonetos fluorados, outros hidrocarbonetos halogenados, e misturas ou combinações destes. Em uma ou mais formas de realização específicas, a corrente de MCR 30 é uma mistura de etano e propano. Em uma ou mais formas de realização específicas, a corrente de MCR 30 é uma mistura de etano, propano e isobutano. Em uma ou mais formas de realização específicas, a corrente de MCR 30 é uma mistura de metano, etano e nitrogênio.
[0031] A corrente de MCR 30 é esfriada na área de troca de calor 10 e sai da área de troca de calor 10 como a corrente 40. A corrente 40 é expandida usando um dispositivo de expansão 45, produzindo uma corrente de duas fases 50 (isto é, uma corrente tendo uma fase vapor e uma fase líquida). Os dispositivos de expansão ilustrativos incluem, mas não são limitados a eles, válvulas, válvulas de controle,
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11/25 válvulas Joule Thompson, dispositivos Venturi, dilatadores líquidos, turbinas hidráulicas, e outros mais. Preferivelmente, o dispositivo de expansão 45 é uma válvula de expansão automaticamente acionada ou válvula tipo Joule Thompson. A corrente de duas fases 50 é depois separada dentro de um separador 55 para produzir uma corrente de vapor 60 e uma corrente de líquido 65. Preferivelmente, a corrente de duas fases 50 é submetida à uma separação por vaporização instantânea. A corrente de vapor 50 se desvia da área de troca de calor 10 e é dirigida diretamente para a unidade de compressão 75.
[0032] Após ser reduzida na pressão e assim esfriada, a corrente líquida 65 retorna para a área de troca de calor 10 onde é completamente evaporada ou parcialmente evaporada devido à troca de calor com a corrente de gás do processo 12 e a corrente de MCR 30. Esta corrente completamente evaporada ou parcialmente evaporada sai da área de troca de calor 10 como a corrente 70. Em uma ou mais formas de realização específicas, a corrente 70 possui uma fração de vapor de pelo menos 85% em peso, ou pelo menos 90% em peso, ou pelo menos 99% em peso, e o equilíbrio é a fração de fase líquida. Em uma ou mais formas de realização específicas, a corrente 70 é uma corrente de vapor não tendo nenhuma fase líquida. A corrente 70 depois flui para a unidade de compressão 75.
[0033] A unidade de compressão 75 pode utilizar um ou mais estágios de compressão dependendo das condições e requerimentos do processo. Preferivelmente, a unidade de compressão 75 utiliza dois ou mais estágios de compressão onde cada estágio utiliza um refrigerante de inter-estágio para remover o calor de compressão. A corrente comprimida é depois dirigida para a área de troca de calor 10 como a corrente 30. Uma unidade de compressão exemplar é debatida com mais detalhes abaixo.
[0034] Mediante o direcionamento da corrente de vapor 60 em volta da área de troca de calor 10 diretamente para a unidade de compressão 75 (isto é, o desvio do vapor refrigerante em volta da área de troca de calor para a unidade de compressão), certos problemas de distribuição associados com os refrigerantes de duas fases podem ser evitados. O termo “refrigerante de duas fases” se refere a um
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12/25 refrigerante tendo pelo menos um pouco do refrigerante na fase líquida e pelo menos 10% em volume na fase vapor. A distribuição de duas fases pode resultar na produção reduzida de gás liquefeito e receita perdida por causa da distribuição inadequada do refrigerante de duas fases dentro da área de troca de calor. A distribuição inadequada do refrigerante de duas fases dentro da área de troca de calor resulta em transferência de calor ineficiente porque a fase vapor do refrigerante de duas fases ocupa mais volume dentro da área de troca de calor comparado com a fase líquida. Visto que a fase vapor contribui muito pouco para a troca de calor em comparação com a fase líquida de evaporação, a capacidade de esfriamento do refrigerante é comprometido.
[0035] Além disso, o projeto hidráulico de um sistema que pode eficazmente distribuir o refrigerante de duas fases ao trocador ou trocadores de calor pode ser dispendioso tanto no tempo de planejamento quanto no equipamento adquirido. O procedimento de tais projetos são mais difíceis de prognosticar em situações que se perdem além dos limites a partir das condições do projeto em termos de temperatura, pressão e/ou taxa de fluxo. Os benefícios obtidos de acordo com uma ou mais formas de realização aqui descritas são particularmente aplicáveis nas disposições dos trocadores de calor em uma organização paralela que são alimentados com refrigerante a partir de uma fonte comum porque a fase vapor foi removida eliminando esta consideração de distribuição.
FIGURA 2 [0036] A Figura 2 esquematicamente descreve um processo de refrigeração 100 que utiliza um trocador de calor tendo mais do que uma área de troca de calor nele contida para esfriar ou liquefazer uma corrente do processo ou gás de alimentação. O processo de refrigeração 100 utiliza um trocador de calor 200 tendo duas ou mais área de troca de calor nele contidas, tais como três áreas como mostrado na Figura 2, e uma unidade de compressão de MCR 300. Uma corrente de gás de alimentação 102 é esfriada em comparação com um refrigerante de componentes misturados (“MCR”) dentro de um trocador de calor 200. Embora não mostrado, as correntes do processo adicionais que requerem refrigeração podem entrar no trocador de calor
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200. Exemplos não limitativos de tais correntes adicionais incluem outras correntes refrigerantes, outras correntes de hidrocarboneto a ser misturada com o gás da corrente 102 em um estágio de processamento posterior, e correntes que são integradas com um ou mais fracionamento das etapas de processamento.
[0037] A composição da corrente de gás de alimentação 102 depende do seu reservatório de fonte, mas pode incluir até 99% molar de metano, até 15% molar de etano, até 10% molar de propano, e até 30% molar de nitrogênio, por exemplo. Em uma forma de realização específica, a corrente de gás de alimentação 102 pode conter pelo menos 55% molar, ou pelo menos 65% molar, ou pelo menos 75% molar em volume de metano. Em uma outra forma de realização específica, a corrente de gás de alimentação 102 pode também conter até 1% molar, ou até 2% molar, ou até 5% molar de compostos não hidrocarbonetos, tais como água, dióxido de carbono, compostos contendo enxofre, mercúrio, e combinações destes. Em uma ou mais formas de realização específicas, a corrente de gás de alimentação 102 pode ser submetida a um processo de purificação (não mostrado) para arrancar ou de outra maneira remover uma maioria, se não todo, destes compostos não hidrocarbonetos da corrente de gás de alimentação 102 antes da entrada no trocador de calor 200. [0038] Em certas formas de realização, a corrente de gás de alimentação 102 entre no trocador de calor 200 em uma temperatura dentro de uma faixa baixa de 15°C, ou 25°C, ou 35°C a elevada de 40°C, ou 45°C, ou 55°C, e em uma pressão dentro de uma faixa baixa de 4.000 kPa, ou 6.000 kPa, ou 7.000 kPa a elevada de 8.500 kPa, ou 10.000 kPa, ou 12.000 kPa. A corrente de gás de alimentação 102 sai do trocador de calor 200 como uma corrente gelada 104. A corrente gelada 104 sai do trocador de calor 200 em uma temperatura dentro de uma faixa baixa de -70°C, ou -80°C, ou -100°C a elevada de -60°C, ou -50°C, ou -35°C. Por exemplo, a corrente gelada 104 pode sair do trocador 200 em uma temperatura de cerca de 70°C a cerca de -75°C.
MCR [0039] O refrigerante de componentes misturados (“MCR”) é preferivelmente uma mistura de etano, propano e isobutano. O MCR pode conter entre cerca de 20%
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14/25 molar e 80% molar de etano, entre cerca de 10% molar e 90% molar de propano, e entre cerca de 5% molar e 30% molar de isobutano. Em uma ou mais formas de realização específicas, a concentração de etano dentro das primeiras faixas de MCR a partir de uma baixa de 20% molar, ou 30% molar, ou 40% molar, a uma elevada de 60% molar, ou 70% molar, ou 80% molar. Em uma ou mais formas de realização específicas, a concentração de propano dentro das faixas de MCR a partir de uma baixa de 10% molar, ou 20% molar, ou 30% molar a uma elevada de 70% molar, ou 80% molar, ou 90% molar. Em uma ou mais formas de realização específicas, a concentração de isobutano dentro das faixas de MCR a partir de uma baixa de 3% molar, ou 5% molar, ou 10% molar a uma elevada de 20% molar, ou 25% molar, ou 30% molar.
[0040] Em uma ou mais formas de realização específicas, o MCR possui um peso molecular de cerca de 32 a cerca de 45. Mais preferivelmente, o peso molecular das faixas de MCR a partir de uma baixa de 32, ou 34, ou 35 a uma elevada de 42, ou 43, ou 45. Além disso, a relação molar do MCR para a corrente de gás de alimentação 102 varia de uma baixa de 1,0, ou 1,2 ou 1,5 a uma elevada de 1,8, ou 2,0, ou 2,2. Em uma ou mais formas de realização específicas, a relação molar do MCR para a corrente de gás de alimentação 102 é pelo menos 1,0, ou pelo menos 1,5.
TROCADOR DE CALOR [0041] Considerando o trocador de calor 200 com maiores detalhes, o MCR entra no trocador de calor 200 como a corrente 202. Pelo menos uma parte da corrente 202 é removida de uma primeira área de troca de calor do trocador de calor 200 como uma corrente lateral 203. A corrente lateral 203 é expandida par uma primeira pressão usando um dispositivo de expansão 205, produzindo uma corrente de duas fases 207 (isto é, uma corrente tendo uma fase vapor e uma fase líquida). Em uma ou mais formas de realização específicas, esta primeira pressão varia de uma baixa de 800 kPa, ou 1.200 kPa, ou 1.500 kPa a uma elevada de 1.900 kPa, ou 2.200 kPa, ou 2.600 kPa. Conseqüentemente, a temperatura da corrente expandida 207 varia de uma baixa de 0°C, ou 3°C, ou 4°C a uma elevada de 6°C, ou 10°C, ou 15°C.
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Preferivelmente, a corrente lateral 203 é expandida para uma pressão de 1.600 kPa a 1.800 kPa e uma temperatura de 4°C a 6°C.
[0042] A corrente de duas fases 207 é depois separada dentro de um separador 210 para produzir uma corrente de vapor 214 e uma corrente líquida 212. Preferivelmente, a corrente de duas fases 207 é submetida a uma separação por vaporização instantânea. A corrente de vapor 214 se desvia do trocador de calor 200 e é dirigida diretamente para a unidade de compressão 300. Mediante o desvio da corrente de vapor 214 em volta do trocador de calor 200 diretamente para a unidade de compressão 300 (isto é, desvio do vapor refrigerante em volta da área de troca de calor para a unidade de compressão), os certos problemas de distribuição associados com os refrigerantes de duas fases observados acima podem ser evitados.
[0043] Após ser reduzida na pressão e assim esfriada, a corrente líquida 212 retorna para o trocador de calor 200 onde é completamente evaporada ou parcialmente evaporada devido à troca de calor dentro do trocador de calor 200. Esta corrente completamente evaporada ou parcialmente evaporada sai do trocador de calor 200 como a corrente 216. Em uma ou mais formas de realização específicas, a corrente 216 possui uma fração de vapor de pelo menos 85% em peso, ou pelo menos 90% em peso, ou pelo menos 99% em peso, e o equilíbrio é a fração de fase líquida. Em uma ou mais formas de realização específicas, a corrente 216 é uma corrente de vapor não tendo nenhuma fase líquida (isto é, completamente evaporada). A corrente 216 pode ser combinada como mostrado na Figura 1 com a corrente de vapor 214 a partir do separador 210 par formar uma corrente de reciclo 218 que flui para a unidade de compressão 300.
[0044] Pelo menos uma outra parte da corrente 202 é removida de uma segunda área de troca de calor do trocador de calor 200 como uma corrente lateral 213. A corrente lateral 213 é expandida para uma segunda pressão usando um dispositivo de expansão 215, produzido a corrente 217. A corrente 217 possui uma fase vapor e uma fase líquida. Em uma ou mais formas de realização específicas, esta segunda pressão varia de uma baixa de 250 kPa, ou 400 kPa, ou 500 kPa a uma elevada de
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600 kPa, ou 700 kPa, ou 850 kPa. Conseqüentemente, a temperatura da corrente expandida 217 varia de uma baixa de -60°C, ou -50°C, ou -40°C a uma elevada de 30°C, ou -20°C, ou -10°C. Preferivelmente, a corrente lateral 213 é expandida para uma pressão de 550 kPa a 570 kPa e uma temperatura de -35°C a -45°C.
[0045] A corrente de duas fases 217 é depois separada dentro de um separador 220 para produzir uma corrente de vapor 224 e uma corrente líquida 222. Preferivelmente, a corrente de duas fases 217 é submetida a uma separação por vaporização instantânea. A corrente de vapor 224 se desvia do trocador de calor 200 e é dirigida diretamente para a unidade de compressão 300. A corrente líquida 222 tendo sido reduzida na pressão e assim esfriada, retorna para o trocador de calor 200 onde é completamente evaporada ou parcialmente evaporada devido à troca de calor dentro do trocador de calor 200. Esta corrente completamente evaporada ou parcialmente evaporada sai do trocador de calor 200 como a corrente 226. Em uma ou mais formas de realização específicas, a corrente 226 possui uma fração de vapor de pelo menos 85% em peso, ou pelo menos 90% em peso, ou pelo menos 99% em peso, e o equilíbrio é a fração de fase líquida. A corrente 226 pode ser combinada como mostrado na Figura 1 com a corrente de vapor 224 a partir do separador 220 par formar uma corrente de reciclo 228 que flui para a unidade de compressão 300.
[0046] Mais outra parte da corrente 202 é removida de uma terceira área de troca de calor do trocador de calor 200 como uma corrente lateral 223. A corrente lateral 223 é expandida para uma terceira pressão usando um dispositivo de expansão 225, produzido a corrente 227 que possui uma fase vapor e uma fase líquida. Em uma ou mais formas de realização específicas, esta terceira pressão varia de uma baixa de 80 kPa, ou 120 kPa, ou 150 kPa a uma elevada de 180 kPa, ou 200 kPa, ou 250 kPa. Conseqüentemente, a temperatura da corrente expandida 227 varia de uma baixa de -110°C, ou -90°C, ou -80°C a uma elevada de -60°C, ou 50°C, ou -30°C. Preferivelmente, a corrente lateral 223 é expandida para uma pressão de 160 kPa a 180 kPa e uma temperatura de -65°C a -75°C.
[0047] A corrente de duas fases 227 é depois separada dentro de um separador
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230 para produzir uma corrente de vapor 234 e uma corrente líquida saturada 232. Preferivelmente, a corrente de duas fases 227 é submetida a uma separação por vaporização instantânea. A corrente de vapor 234 se desvia do trocador de calor 200 e é dirigida diretamente para a unidade de compressão 300. A corrente líquida saturada 232 tendo sido reduzida na pressão e assim esfriada, retorna para o trocador de calor 200 onde é completamente evaporada ou parcialmente evaporada devido à troca de calor dentro do trocador de calor 200. Esta corrente completamente evaporada ou parcialmente evaporada sai do trocador de calor 200 como a corrente 236. Em uma ou mais formas de realização específicas, a corrente 236 possui uma fração de vapor de pelo menos 85% em peso, ou pelo menos 90% em peso, ou pelo menos 99% em peso, e o equilíbrio é a fração de fase líquida. A corrente 236 pode ser combinada como mostrado na Figura 2 com a corrente de vapor 234 a partir do separador 230 par formar uma corrente de reciclo 238 que flui para a unidade de compressão 300.
[0048] Nas uma ou mais formas de realização específicas descritas acima, o dispositivo de expansão pode ser qualquer dispositivo de redução da pressão. Os dispositivos de expansão ilustrativos incluem, mas não são limitados a eles, válvulas, válvulas de controle, válvulas Joule Thompson, dispositivos Venturi, dilatadores líquidos, turbinas hidráulicas, e outros mais. Preferivelmente, os dispositivos de expansão 205, 215, 225 são válvulas de expansão automaticamente acionadas ou válvula tipo Joule Thompson.
[0049] Como descrito acima, as correntes de vapor 214, 224, 234 se desviam do trocador de calor 200 e são dirigidos diretamente para a unidade de compressão 300. Esta configuração de desvio evita os problemas de distribuição associados com os refrigerantes de duas fases como explicado acima. Além disso, o refrigerante parcialmente evaporado que sai da área de troca de calor com duas fases foi configurado para reduzir o estresse mecânico dentro da área de troca de calor. O estresse mecânico pode ser um produto de uma transição de temperatura rápida através do volume ocupado por uma fase líquida e o volume ocupado por uma fase vapor. A transição de temperatura do volume do líquido ou porção de fluido de duas
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18/25 fases para o volume da porção vapor pode resultar em fratura por estresse durante as partidas, interrupções ou indisposições, ou pode resultar em avaria por fadiga do trocador. Portanto, a configuração das condições de fluxo de refrigerante leva em conta a vaporização incompleta das correntes líquidas refrigerantes 212, 222 e 232 sem os efeitos inerentes do estresse mecânico causado por um rápido gradiente de temperatura. Para a transição de um sistema em que o refrigerante é completamente evaporado em um sistema em que o refrigerante é parcialmente evaporado, a taxa de fluxo pode ser aumentada, a pressão de evaporação pode ser mudada, a composição refrigerante pode ser mudada para incluir mais componentes com pontos de ebulição mais elevados, ou uma combinação de qualquer um destes parâmetros de projeto.
UNIDADE DE COMPRESSÃO DO MCR 300 [0050] A unidade de compressão do MCR 300 inclui um ou mais níveis de pressão diferentes. Preferivelmente, a sucção de cada estágio de compressão corresponde aos níveis de pressão das correntes de reciclo 218, 228, 238. Em pelo menos uma forma de realização específica, o primeiro estágio de compressão inclui um recipiente extrator por sucção 310 e um compressor 320. Em pelo menos uma forma de realização específica, o segundo estágio de compressão inclui um recipiente extrator por sucção 330, um compressor 340, e um refrigerador ou condensador de descarga 350. Em pelo menos uma forma de realização específica, o terceiro estágio de compressão inclui um recipiente extrator por sucção 360, um compressor 370, e um refrigerador de descarga 380. Em pelo menos uma forma de realização específica, a unidade de compressão 300 ainda inclui um refrigerador ou condensador de descarga 390.
[0051] Os refrigeradores 350, 380 e 390 pode ser qualquer tipo de trocador de calor adequado para as condições do processo aqui descritas. Os trocadores de calor ilustrativos incluem, mas não são limitados a eles, trocadores de calor de estrutura e tubo, trocadores de núcleo em caldeira e trocadores de calor de placa e palheta de alumínio banhado com latão. Em uma ou mais formas de realização específicas, a água de esfriamento da usina é usada como o meio de transferência
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19/25 de calor para esfriar o fluido do processo dentro dos refrigeradores 350, 380 e 390. Em uma ou mais formas de realização específicas, o ar é usado como o meio de transferência de calor para esfriar o fluido do processo dentro dos refrigeradores 350, 380 e 390. Além disso, em uma ou mais formas de realização descritas acima, as correntes de vapor de vaporização instantânea desviadas 214, 224, 234, esfriam as correntes refrigerantes pelo menos parcialmente evaporadas 216, 228, 238, que reciclam com a sucção na unidade de compressão 300, são mais baixas na temperatura desse modo reduzindo os requisitos obrigatórios dos refrigeradores de descarga 350, 380 e 390.
[0052] Referindo-se ao primeiro estágio de compressão com maiores detalhes, a corrente 322 sai do primeiro estágio 320. Em uma ou mais formas de realização específicas, a pressão da corrente 322 varia de uma baixa de 200 kPa, ou 300 kPa, ou 400 kPa a uma elevada de 600 kPa, ou 700 kPa, ou 800 kPa. A temperatura de corrente 322 varia de uma baixa de 5°C, ou 10°C, ou 15°C a uma elevada de 20°C, ou 25°C, ou 30°C.
[0053] Referindo-se ao segundo estágio de compressão, a corrente 342 sai do segundo estágio 350 para produzir a corrente 352. Em uma ou mais formas de realização específicas, a pressão da corrente 342 varia de uma baixa de 800 kPa, ou 1.200 kPa, ou 1.400 kPa a uma elevada de 1.800 kPa, ou 2.000 kPa, ou 2.500 kPa. Em uma ou mais formas de realização específicas a temperatura de corrente 352 varia de uma baixa de 15°C, ou 25°C, ou 35°C a uma elevada de 40°C, ou 45°C, ou 55°C.
[0054] Referindo-se ao terceiro estágio de compressão, a corrente 372 sai do terceiro estágio 370 e é esfriada dentro do refrigerador de descarga 380 para produzir a corrente 382. Em uma ou mais formas de realização específicas, a pressão da corrente 372 varia de uma baixa de 1.600 kPa, ou 2.400 kPa, ou 2.900 kPa a uma elevada de 3.500 kPa, ou 4.000 kPa, ou 5.000 kPa. A temperatura da corrente 372 varia de uma baixa de 40°C, ou 50°C, ou 60°C a uma elevada de 100°C, ou 120°C, ou 150°C. Em uma ou mais formas de realização específicas, a temperatura da corrente 382 varia de uma baixa de 0°C, ou 10°C, ou 20°C a uma
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20/25 elevada de 40°C, ou 50°C, ou 60°C.
[0055] Em uma ou mais de certas formas de realização, a corrente 382 flui para o condensador 390 para produzir a corrente 392. A temperatura da corrente 392 varia de uma baixa de 0°C, ou 10°C, ou 20°C a uma elevada de 40°C, ou 45°C, ou 55°C. Em uma ou mais de certas formas de realização, a corrente 392 flui para um recipiente ondulado 295 para fornecer tempo de permanência com relação às considerações da capacidade de operação quando o refrigerante líquido de pressão elevada entra no trocador de calor 200 como a corrente 202.
FIGURA 3 [0056] O processo de refrigeração ou liquefação 100 pode ainda utilizar um segundo trocador de calor 400 e uma segunda unidade de compressão do MCR 500 como mostrado na Figura 3. A Figura 3 esquematicamente descreve um processo de refrigeração que utiliza dos refrigerantes de componentes misturados em trocadores de calor separados para esfriar ou liquefazer uma corrente do processo ou gás de alimentação. No entanto, o primeiro trocador de calor e o segundo trocador de calor 400 podem estar contido dentro de uma unidade comum. Em cada caso, o primeiro trocador de calor 200 e o segundo trocador de calor 400 são preferivelmente dispostos em série como mostrado.
[0057] A corrente esfriada 104 que deixa o primeiro trocador de calor 200 é subesfriado em comparação com um segundo refrigerante de componentes misturados (“segundo MCR”) dentro do segundo trocador de calor 400. A corrente esfriada 104 sai do segundo trocador de calor 400 como uma corrente liquefeita 106. EM certas formas de realização, a corrente liquefeito 106 sai do trocador de calor 400 em uma temperatura dentro de uma faixa a partir de uma baixa de -220°C, ou -180°C, ou 160°C a uma elevada de -130°C, ou -110°C, ou -70°C. Em uma forma de realização específica, a corrente liquefeita 106 sai do trocador de calor 400 em uma temperatura de cerca de -145°C a cerca de -155°C. Em certas formas de realização, a corrente liquefeita 106 sai do trocador de calor 400 em uma pressão dentro de uma faixa a partir de uma baixa de 3.900 kPa, ou 5.800 kPa, ou 6.900 kPa a uma elevada de 9.000 kPa, ou 10.000 kPa, ou 12.000 kPa.
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SEGUNDO MCR [0058] Em uma ou mais formas de realização específicas, o segundo refrigerante de componentes misturados (“segundo MCR”) pode ser o mesmo como o primeiro refrigerante de componentes misturados (“primeiro MCR”). Em uma ou mais formas de realização, o segundo MCR pode ser diferente. Por exemplo, o segundo MCR pode ser uma mistura de nitrogênio, metano e etano. Em uma ou mais formas de realização, o segundo MCR pode conter entre cerca de 5% molar e 20% molar de nitrogênio, entre cerca de 20% molar e 80% molar de metano, e entre cerca de 10% molar e 60% molar de etano. Em uma ou mais formas de realização específicas, a concentração de nitrogênio dentro das segundas faixas de MCR a partir de uma baixa de 5% molar, ou 6% molar, ou 7% molar a uma elevada de 15% molar, ou 18% molar, ou 20% molar. Em uma ou mais formas de realização específicas, a concentração de metano dentro das segundas faixas de MCR a partir de uma baixa de 20% molar, ou 30% molar, ou 40% molar a uma elevada de 60% molar, ou 70% molar, ou 80% molar. Em uma ou mais formas de realização específicas, a concentração de etano dentro das segundas faixas de MCR a partir de uma baixa de 10% molar, ou 15% molar, ou 20% molar a uma elevada de 45% molar, ou 55% molar, ou 60% molar.
[0059] O peso molecular das segundas faixas de MCR a partir de uma baixa de 18, ou 19, ou 20 a uma elevada de 25, ou 26, ou 27. Em uma ou mais formas de realização específicas, o segundo MCR possui um peso molecular de cerca de 18 a cerca de 27. Além disso, a relação molar do segundo MCR para a corrente esfriada 104 varia de uma baixa de 0,5, ou 0,6 ou 0,7 a uma elevada de 0,8, ou 0,9, ou 1,0. Em uma ou mais formas de realização específicas, a relação molar do segundo MCR para a corrente esfriada 104 é pelo menos 0,5, ou pelo menos 0,6, ou pelo menos 0,7.
[0060] O segundo MCR pode ser alimentado ao primeiro trocador de calor 200 através da corrente 402 para pré-esfriar ou condensar o segundo MCR antes de entrar no segundo trocador de calor 400. A corrente 402 é esfriada dentro do primeiro trocador de calor 200 mediante a transferência de calor indireta com o
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22/25 primeiro MCR. A corrente 402 possui uma pressão dentro da faixa a partir de uma baixa de 2900 kPa, ou 4300 kPa, ou 5500 kPa a uma elevada de 6400 kPa, ou 7500 kPa, ou 9000 kPa. A corrente 402 possui uma temperatura dentro da faixa a partir de uma baixa de 0°C, ou 10°C, ou 20°C a uma elevada de 40°C, ou 50°C, ou 70°C. [0061] O segundo MCR sai do primeiro trocador de calor 200 como a corrente 404. Em uma ou mais formas de realização específicas, a corrente 402 é completamente condensada dentro do primeiro trocador de calor 200 em uma corrente líquida 404 não tendo nenhuma fração de vapor. Em uma ou mais formas de realização específicas, a corrente 402 é parcialmente condensada mediante a transferência de calor indireta com o primeiro MCR tal que a corrente 404 possui uma fração de líquido de pelo menos 85% em peso, ou pelo menos 90% em peso, ou pelo menos 95% em peso, ou pelo menos 99% em peso. Em uma ou mais formas de realização específicas, a corrente 404 possui uma pressão dentro da faixa a partir de uma baixa de 2.500 kPa, ou 4.000 kPa, ou 5.000 kPa a uma elevada de 6.000 kPa, ou 7.000 kPa, ou 9.000 kPa. Em uma ou mais formas de realização específicas, a corrente 404 possui uma temperatura dentro da faixa a partir de uma baixa de -110°C, ou -90°C, ou -80°C a uma elevada de -60°C, ou -50°C, ou -30°C. [0062] Em uma ou mais formas de realização específicas, as correntes do processo adicionais que requerem refrigeração podem entrar no trocador de calor 400. Exemplos não limitativos de tais correntes adicionais incluem outras correntes refrigerantes, outras correntes de hidrocarboneto a serem misturadas com o gás da corrente 102 em um estágio de processamento posterior, e as correntes que são integradas com um ou mais fracionamento das etapas de processamento. TROCADOR DE CALOR [0063] Considerando o segundo trocador de calor 400 com maiores detalhes, o segundo MCR que foi esfriado e pelo menos parcialmente condensado, se não completamente condensado, dentro do primeiro trocador de calor 200, é coletado em um recipiente ondulado 406 e alimentado para o segundo trocador de calor 400 como a corrente 410. O segundo MCR sai do segundo trocador de calor 400 como a corrente 415. Em uma ou mais formas de realização específicas, a corrente 415
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23/25 possui uma pressão dentro da faixa a partir de uma baixa de 2.800 kPa, ou 4.200 kPa, ou 5.500 kPa a uma elevada de 6.200 kPa, ou 7.000 kPa, ou 8.500 kPa. Em uma ou mais formas de realização específicas, a corrente 415 possui uma temperatura dentro da faixa a partir de uma baixa de -230°C, ou -190°C, ou -170°C a uma elevada de -140°C, ou -120°C, ou -70°C.
[0064] Em uma ou mais formas de realização específicas, a corrente 415 que sai do segundo trocador de calor 400 é reduzida na pressão (isto é, expandida) usando um dispositivo de expansão 450. A corrente 415 é depois ainda reduzida na pressão (isto é, expandida) usando o dispositivo de expansão 420 para produzir a corrente 425. Como mencionado acima, os dispositivos de expansão 420, 450 podem estar em qualquer pressão que reduza o dispositivo incluindo, mas não são limitados a eles, válvulas, válvulas de controle, válvulas Joule Thompson, dispositivos Venturi, dilatadores líquidos, turbinas hidráulicas, e outros mais. Preferivelmente, o dispositivo de expansão 420 é uma válvula de expansão automaticamente acionada ou válvula tipo Joule Thompson. Preferivelmente, o dispositivo de expansão 450 é um dilatador líquido ou uma turbina hidráulica. Em uma ou mais formas de realização, a corrente 425 possui uma pressão dentro da faixa a partir de uma baixa de 200 kPa, ou 300 kPa, ou 400 kPa a uma elevada de 500 kPa, ou 600 kPa, ou 700 kPa; uma temperatura dentro da faixa a partir de uma baixa de -250°C, ou -200°C, ou -170°C a uma elevada de -140°C, ou -110°C, ou -70°C. Preferivelmente, a corrente 425 é expandida em uma pressão de 435 kPa a 445 kPa e uma temperatura de -150°C a -160°C.
[0065] Após expansão isentálpica dentro do dispositivo de expansão 420, a corrente 425 é completamente evaporada ou parcialmente evaporada dentro do segundo trocador de calor 400 e sai do segundo trocador de calor 400 como a corrente 430. Em uma ou mais formas de realização específicas, a corrente 425 é completamente vaporada ou parcialmente evaporada em um nível de pressão único dentro do segundo trocador de calor 400. Em uma ou mais formas de realização específicas, a corrente 425 é completamente vaporada (isto é, toda a fase vapor) em um nível de pressão único dentro do segundo trocador de calor 400. Em uma ou
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24/25 mais formas de realização específicas, o nível de pressão único dentro do segundo trocador de calor 400 é mantido dentro da faixa a partir de uma baixa de 150 kPa, ou 250 kPa, ou 350 kPa a uma elevada de 400 kPa, ou 500 kPa, ou 600 kPa. Preferivelmente, o nível de pressão único dentro do segundo trocador de calor 400 está entre cerca de 350 kPa e cerca de 450 kPa.
[0066] SEGUNDA UNIDADE DE COMPRESSÃO DO MCR [0067] A corrente 430 é depois dirigida para uma segunda unidade de compressão 500. A unidade de compressão 500 pode incluir um ou mais estágios de compressão dependendo dos requisitos do processo. Em uma ou mais formas de realização específicas, a unidade de compressão 500 inclui dois estágios de compressão como mostrado na Figura 3. Por exemplo, a unidade de compressão 500 possui um primeiro estágio de compressão 510 e um segundo de estágio de compressão 520.
[0068] Em operação, a corrente 430 flui através de um recipiente extrator por sucção 510A onde uma corrente de vapor continua no primeiro estágio de compressão 510 e é esfriada no pós-refrigerador 515 para produzir a corrente 512. Em uma ou mais formas de realização específicas, a corrente 512 possui uma pressão dentro da faixa a partir de uma baixa de 1.900 kPa, ou 2.800 kPa, ou 3.500 kPa a uma elevada de 4.000 kPa, ou 4.800 kPa, ou 5.800 kPa; e uma temperatura dentro da faixa a partir de uma baixa de 15°C, ou 25°C, ou 30°C a uma elevada de 40°C, ou 50°C, ou 60°C.
[0069] A corrente 512 flui através de um recipiente extrator por sucção 520A onde uma corrente de vapor continua no segundo estágio de compressão 520 e é esfriada. Em uma ou mais formas de realização específicas, a corrente de vapor 522 que deixa o segundo estágio de compressão 520 possui uma pressão dentro da faixa a partir de uma baixa de 2.900 kPa, ou 4.300 kPa, ou 5.200 kPa a uma elevada de 6.400 kPa, ou 7.500 kPa, ou 9.000 kPa; e uma temperatura dentro da faixa a partir de uma baixa de 15°C, ou 25°C, ou 35°C a uma elevada de 40°C, ou 50°C, ou 60°C. A corrente de vapor 522 é depois esfriada dentro do pós- esfriamento 525 e reciclada no primeiro trocador de calor 200 como a corrente 402.
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FIGURA 4 [0070] A Figura 4 esquematicamente descreve um outro método para a refrigeração de uma corrente do processo ou gás de alimentação que utiliza um sistema de coleta de refrigerante líquido. Como mostrado na Figura 4, o refrigerante líquido coletado dos separadores 510A e 520B pode estar na comunicação de fluidos com uma bomba 530. A bomba 530 retorna este refrigerante líquido para o processo através da corrente 532. Isto permite um meio eficaz e eficiente para lidar com o refrigerante de componentes misturados que parcialmente evapora dentro da área de troca de calor. Alternativamente, o refrigerante líquido coletado dos separadores 510A e 520B podem ser drenado e disposto. Similarmente, embora não mostrado, os tambores extratores da unidade de compressão 300 (por exemplo, tambores 310, 330 e 360) podem ser equipados com um sistema de coleta de refrigerante líquido similar.
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Claims (45)

  1. REIVINDICAÇÕES
    1. Método para a liquefação de uma corrente de gás natural, caracterizado pelo fato de que compreende:
    colocar um primeiro refrigerante de componentes misturados (30) em uma primeira área de troca de calor (10) com uma corrente do processo (12);
    receber da dita primeira área de troca de calor uma mistura resultante (40), a dita mistura resultante sendo gerada a partir do dito primeiro refrigerante de componentes misturados passando através da dita primeira área de troca de calor;
    expandir (45) a dita mistura resultante para gerar uma mistura de pressão reduzida (50);
    separar (55) a dita mistura de pressão reduzida para produzir um vapor refrigerante (60) e um líquido de recirculação (65);
    desviar o dito vapor refrigerante em torno da dita primeira área de troca de calor a uma unidade de compressão (75);
    passar o dito líquido de recirculação pela primeira área de troca de calor, em que o dito líquido de recirculação é substancialmente isento de vapor; e evaporar parcialmente o dito líquido de recirculação dentro da dita primeira área de troca de calor para reter uma fase líquida.
  2. 2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a dita primeira área de troca de calor está contida dentro de um trocador de calor único.
  3. 3. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a dita primeira área de troca de calor está contida dentro de dois ou mais trocadores de calor.
  4. 4. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a dita primeira área de troca de calor compreende duas ou mais áreas contidas dentro de um trocador de calor (200) único.
  5. 5. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a dita primeira área de troca de calor compreende duas ou mais áreas em que cada área está contida dentro de um trocador de calor (200) único.
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  6. 6. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a dita primeira área de troca de calor compreende duas ou mais áreas contidas dentro de dois ou mais trocadores de calor (200, 400).
  7. 7. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a corrente do processo consiste essencialmente de gás natural.
  8. 8. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dito primeiro refrigerante de componentes misturados compreende etano e propano.
  9. 9. Método de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que o dito primeiro refrigerante de componentes misturados adicionalmente compreende isobutano.
  10. 10. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dito primeiro refrigerante de componentes misturados compreende metano, etano e nitrogênio.
  11. 11. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a dita mistura resultante é expandida a uma pressão entre cerca de 80 kPa e cerca de 2.600 kPa.
  12. 12. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a dita mistura resultante é expandida a uma pressão entre cerca de 250 kPa e cerca de 2.200 kPa.
  13. 13. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a dita mistura resultante é expandida a uma pressão entre cerca de 500 kPa e cerca de 1.900 kPa.
  14. 14. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que uma primeira porção (203) da dita mistura resultante é expandida (205) a uma primeira pressão entre cerca de 1.500 kPa e cerca de 1.900 kPa, e uma segunda porção (203) da dita mistura resultante é expandida (215) a uma segunda pressão entre cerca de 500 kPa e cerca de 700 kPa.
  15. 15. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que uma primeira porção (203) da dita mistura resultante é expandida (205) a uma
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    3/7 primeira pressão entre cerca de 800 kPa e cerca de 2.600 kPa; uma segunda porção (213) da dita mistura resultante é expandida (215) a uma segunda pressão entre cerca de 250 kPa e cerca de 850 kPa; e uma terceira porção (223) da dita mistura resultante é expandida (225) a uma terceira pressão entre cerca de 80 kPa e cerca de 250 kPa.
  16. 16. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que duas ou mais correntes (203, 213, 223) da dita mistura resultante são recebidas da dita primeira área de troca de calor.
  17. 17. Método de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que uma primeira corrente (203) recebida da dita mistura resultante é expandida (205) a uma primeira pressão entre cerca de 1.500 kPa e cerca de 1.900 kPa, e uma segunda corrente (213) recebida da dita mistura resultante é expandida (215) a uma segunda pressão entre cerca de 500 kPa e cerca de 700 kPa.
  18. 18. Método de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que uma primeira corrente (203) recebida da dita mistura resultante é expandida (205) a uma primeira pressão entre cerca de 800 kPa e cerca de 2.600 kPa; uma segunda corrente (213) recebida da dita mistura resultante é expandida (215) a uma segunda pressão entre cerca de 250 kPa e cerca de 850 kPa; e uma terceira corrente (223) recebida da dita mistura resultante é expandida (225) a uma terceira pressão entre cerca de 80 kPa e cerca de 250 kPa.
  19. 19. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a evaporação parcial do líquido refrigerante dentro da primeira área de troca de calor retém um fração de líquido de pelo menos 1% em peso.
  20. 20. Método de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato de que a dita mistura resultante é expandida a uma pressão entre cerca de 80 kPa e cerca de 180 kPa.
  21. 21. Método de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato de que a dita mistura resultante é expandida a uma pressão entre cerca de 250 kPa e cerca de 600 kPa.
  22. 22. Método de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato de
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    4/7 que a dita mistura resultante é expandida a uma pressão entre cerca de 800 kPa e cerca de 1900 kPa.
  23. 23. Método de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato de que uma primeira porção (203) da dita mistura resultante é expandida (205) a uma primeira pressão entre cerca de 1.200 kPa e cerca de 2.200 kPa, e uma segunda porção (213) da dita mistura resultante é expandida (215) a uma segunda pressão entre cerca de 400 kPa e cerca de 700 kPa.
  24. 24. Método de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato de que uma primeira porção (203) da dita mistura resultante é expandida (205) a uma primeira pressão entre cerca de 1.500 kPa e cerca de 1.900 kPa; uma segunda porção (213) da dita mistura resultante é expandida (215) a uma segunda pressão entre cerca de 500 kPa e cerca de 600 kPa; e uma terceira porção (223) da dita mistura resultante é expandida (225) a uma terceira pressão entre cerca de 150 kPa e cerca de 180 kPa.
  25. 25. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a evaporação parcial do dito líquido de recirculação dentro de dita primeira área de troca de calor retém uma fração de líquido de pelo menos 3% em peso.
  26. 26. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a passagem do dito líquido de recirculação para a dita primeira área de troca de calor esfria a dita corrente de processo, e compreende adicionalmente a colocação de um segundo refrigerante (402) de componentes misturados em uma segunda área (400) de troca de calor com a dita corrente de processo esfriada para liquefazer dita corrente de processo.
  27. 27. Método de acordo com a reivindicação 26, caracterizado pelo fato de que evaporar adicionalmente a dita corrente de líquido refrigerante dentro da dita primeira área de troca de calor retém um fração de líquido de pelo menos 1% em peso.
  28. 28. Método de acordo com a reivindicação 26, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente evaporar parcialmente o dito segundo refrigerante de componentes misturados dentro da dita segunda área de troca de calor para reter
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    5/7 uma fração de líquido de pelo menos 1% em peso.
  29. 29. Método de acordo com a reivindicação 26, caracterizado pelo fato de que a mistura resultante é expandida a uma pressão entre cerca de 1.200 kPa e cerca de 2.200 kPa.
  30. 30. Método de acordo com a reivindicação 26, caracterizado pelo fato de que a mistura resultante é expandida a uma pressão entre cerca de 400 kPa e cerca de 700 kPa.
  31. 31. Método de acordo com a reivindicação 26, caracterizado pelo fato de que a mistura resultante é expandida a uma pressão entre cerca de 120 kPa e cerca de 200 kPa.
  32. 32. Método de acordo com a reivindicação 26, caracterizado pelo fato de que uma primeira porção (203) da dita mistura resultante é expandida (205) a uma primeira pressão entre cerca de 1.500 kPa e cerca de 1.900 kPa, e uma segunda porção (213) da dita mistura resultante é expandida (215) a uma segunda pressão entre cerca de 500 kPa e cerca de 600 kPa.
  33. 33. Método de acordo com a reivindicação 26, caracterizado pelo fato de que uma primeira porção (203) da dita mistura resultante é expandida (205) a uma primeira pressão entre cerca de 1.500 kPa e cerca de 1.900 kPa; uma segunda porção (213) da dita mistura resultante é expandida (215) a uma segunda pressão entre cerca de 500 kPa e cerca de 600 kPa; e uma terceira porção (223) da dita mistura resultante é expandida (225) a uma terceira pressão entre cerca de 150 kPa e cerca de 180 kPa.
  34. 34. Método de acordo com a reivindicação 26, caracterizado pelo fato de que o dito segundo refrigerante de componentes misturados é parcialmente evaporado em dita segunda área de troca de calor em um único nível de pressão.
  35. 35. Método de acordo com a reivindicação 34, caracterizado pelo fato de que a evaporação parcial do dito líquido de recirculação dentro da dita primeira área de troca de calor retém uma fração de líquido de pelo menos 1 % em peso.
  36. 36. Método de acordo com a reivindicação 34, caracterizado pelo fato de a evaporação parcial do dito segundo refrigerante de componentes misturados
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    6/7 dentro da dita segunda área de troca de calor reter uma fração de líquido de pelo menos 1 % em peso.
  37. 37. Método de acordo com a reivindicação 26, caracterizado pelo fato de que a dita mistura resultante é expandida a uma pressão entre cerca de 1.200 kPa e cerca de 2.200 kPa.
  38. 38. Método de acordo com a reivindicação 26, caracterizado pelo fato de que a dita mistura resultante é expandida a uma pressão entre cerca de 400 kPa e cerca de 700 kPa.
  39. 39. Método de acordo com a reivindicação 26, caracterizado pelo fato de que a dita mistura resultante é expandida a uma pressão entre cerca de 120 kPa e cerca de 200 kPa.
  40. 40. Método de acordo com a reivindicação 26, caracterizado pelo fato de que uma primeira porção (203) da dita mistura resultante é expandida (205) a uma primeira pressão entre cerca de 1.500 kPa e cerca de 1.900 kPa, e uma segunda porção (213) da dita mistura resultante é expandida (215) a uma segunda pressão entre cerca de 500 kPa e cerca de 600 kPa.
  41. 41. Método de acordo com a reivindicação 26, caracterizado pelo fato de que uma primeira porção (203) da dita mistura resultante é expandida (205) a uma primeira pressão entre cerca de 1.500 kPa e cerca de 1.900 kPa; uma segunda porção (213) da dita mistura resultante é expandida (215) a uma segunda pressão entre cerca de 500 kPa e cerca de 600 kPa; e uma terceira porção (223) da dita mistura resultante é expandida (225) a uma terceira pressão entre cerca de 150 kPa e cerca de 180 kPa.
  42. 42. Método de acordo com a reivindicação 34, caracterizado pelo fato de que a evaporação parcial do dito segundo refrigerante de componentes misturados em um nível de pressão único compreende a vaporização instantânea do dito segundo refrigerante de componentes misturados através de um dispositivo de redução da pressão (420, 450) em uma pressão dentro da faixa de 200 kPa a 700 kPa.
  43. 43. Método de acordo com a reivindicação 34, caracterizado pelo fato de
    Petição 870180007573, de 29/01/2018, pág. 40/42
    7/7 que a evaporação do dito segundo refrigerante de componentes misturados em um nível de pressão único compreende a vaporização instantânea do dito segundo refrigerante de componentes misturados através de uma válvula (420) em uma pressão dentro da faixa de 400 kPa a 500 kPa.
  44. 44. Método de acordo com a reivindicação 26, caracterizado pelo fato de que o dito segundo refrigerante de componentes misturados é esfriado dentro da dita primeira área de troca de calor mediante a troca de calor com o dito primeiro refrigerante de componentes misturados.
  45. 45. Método de acordo com a reivindicação 26, caracterizado pelo fato de que o dito segundo refrigerante de componentes misturados é condensado dentro da dita primeira área de troca de calor mediante a troca de calor com o dito primeiro refrigerante de componentes misturados.
    Petição 870180007573, de 29/01/2018, pág. 41/42
    Qb
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