BRPI0518464B1 - METHOD AND APPARATUS FOR PRODUCING A LIQUID NATURAL GAS CURRENT - Google Patents
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Abstract
método e aparelho para produzir uma corrente de gás natural liquefeito. método e aparelho que produz uma corrente gnl, no qual antes da liquefação componentes hidrocarbonetos mais pesados são removidos de uma corrente de gn a ser liquefeito, o método pelo menos compreendendo as etapas de: fornecer uma corrente de alimentação (1) de vapor de gás natural; alimentar a corrente de alimentação (1) em uma coluna de destilação (10); retirar uma corrente de fundo (17) e uma corrente de topo (16) a partir da coluna de destilação (10); liquefazer pelo menos uma parte da corrente de topo (16) obtendo com isto uma corrente de gnl; no qual a etapa de alimentar a corrente de alimentação (1) para a coluna de destilação (10) compreende as sub etapas de: dividir a corrente de alimentação (1) em primeira (3a) e segunda (3b) sub correntes; alimentar a primeira sub corrente (3 a) para a coluna de destilação (10) através de um primeiro ponto de alimentação (7a) a uma pressão não inferior à pressão da corrente de alimentação menos uma queda de pressão trazida pela dita divisão da corrente de alimentação (1); resfriar a segunda sub corrente (3b); e alimentar a segunda sub corrente resfriada (7) para a coluna de destilação (10) em um segundo ponto de alimentação (7b) acima do primeiro ponto de alimentação (7a).method and apparatus for producing a stream of liquefied natural gas. a method and apparatus for producing a gnl stream, wherein prior to liquefaction heavier hydrocarbon components are removed from a gn stream to be liquefied, the method at least comprising the steps of: providing a gas vapor supply stream (1) Natural; feeding the feed stream (1) into a distillation column (10); removing a bottom stream (17) and a top stream (16) from the distillation column (10); liquefying at least a portion of the top stream (16) thereby obtaining a gnl stream; wherein the step of feeding the feed stream (1) to the distillation column (10) comprises the sub-steps of: dividing the feed stream (1) into first (3a) and second (3b) sub-streams; feed the first sub stream (3a) into the distillation column (10) through a first feed point (7a) at a pressure not less than the feed stream pressure minus a pressure drop brought about by said division of the feed stream. feeding (1); cool the second sub stream (3b); and feeding the second cooled sub stream (7) to the distillation column (10) at a second feed point (7b) above the first feed point (7a).
Description
“MÉTODO E APARELHO PARA PRODUZIR UMA CORRENTE DE GÁS NATURAL LIQUEFEITO” Campo da Invenção A invenção é relativa a um método e aparelho para produzir uma corrente de gás natural liquefeito (GNL), a corrente de GNL compreendendo de maneira primária metano (preferivelmente >90% em mol). Fundamento da Invenção É prática normal liquefazer gás natural de modo que ele possa ser transportado por um navio, quando outros meios de transporte não são disponíveis ou são menos atraentes. Liquefação de gás natural permite uma redução significativa em seu volume, o que toma o transporte muito mais eficiente. Para produzir o gás natural liquefeito (GNL) é empregado um processo de liquefação. O processo de liquefação compreende normalmente uma zona criogênica que contém um ou mais ciclos de refrigeração, na qual o gás natural é resfriado em um ou mais estágios a partir da temperatura ambiente até o ponto de ebulição ambiente do gás natural, ou algo mais baixo. Este ponto de ebulição é normalmente ao redor de menos 160°C.Field of the Invention The invention relates to a method and apparatus for producing a liquefied natural gas (LNG) stream, the LNG stream comprising primarily methane (preferably> 90 ° C). mol%). Background of the Invention It is normal practice to liquefy natural gas so that it can be carried by a ship when other means of transport are unavailable or less attractive. Natural gas liquefaction allows a significant reduction in its volume, which makes transportation much more efficient. To produce liquefied natural gas (LNG) a liquefaction process is employed. The liquefaction process typically comprises a cryogenic zone containing one or more refrigeration cycles, in which natural gas is cooled in one or more stages from ambient temperature to the ambient boiling point of natural gas, or something lower. This boiling point is usually around minus 160 ° C.
Os ciclos de refrigeração genericamente fazem uso de um fluido refrigerante que pode ser formado de uma mistura ou de um constituinte puro. O refrigerante é tipicamente vaporizado em um ou mais trocadores de calor criogênicos, nos quais o gás natural é resfriado. O refrigerante vaporizado é em seguida comprimido para um nível de pressão e temperatura mais elevado. Em um resfriador ambiente, calor a partir do refrigerante é rejeitado para um meio de resfriamento tal como água ou ar e, em seguida, resfriado por meio de expansão. É muito comum em processos de liquefação com diversos ciclos, que ciclos de refrigeração consecutivos sejam resfriados pelo primeiro ciclo de refrigeração.Refrigeration cycles generally make use of a refrigerant which may be formed of a mixture or a pure constituent. Refrigerant is typically vaporized in one or more cryogenic heat exchangers, in which natural gas is cooled. The vaporized refrigerant is then compressed to a higher pressure level and temperature. In an ambient chiller, heat from the refrigerant is discarded into a cooling medium such as water or air and then cooled by expansion. It is very common in multi-cycle liquefaction processes that consecutive refrigeration cycles are cooled by the first refrigeration cycle.
Em processos de liquefação correntes, também é comum remover certos componentes do gás natural antes dele ser resfriado no trocador dc calor criogênico. Entre os componentes que normalmente devem ser removidos estão dióxido de carbono, enxofre e compostos que contém enxofre, água e hidrocarbonetos com um peso molecular mais elevado do que aquele de butano. Estes últimos são referidos nesta especificação pelo termo “hidrocarbonetos mais pesados”. Estes componentes devem ser removidos do gás natural, uma vez que eles poderíam, de outra forma, se tomar em sólidos nas temperaturas cnogênicas nas quais a liquefação é realizada.In ordinary liquefaction processes, it is also common to remove certain components of natural gas before it is cooled in the cryogenic heat exchanger. Components that should normally be removed include carbon dioxide, sulfur and sulfur-containing compounds, water and hydrocarbons with a higher molecular weight than that of butane. The latter are referred to in this specification by the term "heavier hydrocarbons". These components must be removed from natural gas as they could otherwise be taken up in solids at the cynogenic temperatures at which liquefaction is performed.
Normalmente a corrente de gás natural bruto é primeiro descontaminada de água e gases ácidos, para o que existem inúmeros processos físicos e/ou químicos. A corrente resultante de mistura de gás natural “adoçado” e seco é então submetida a uma etapa de remover os hidrocarbonetos mais pesados. A remoção de hidrocarbonetos mais pesados é genericamente realizada por meio de condensação parcial da mistura de gás natural seguida por alguma separação entre uma fase vapor pobre em hidrocarbonetos mais pesados e uma fase liquida rica em hidrocarbonetos mais pesados. O mais comum é utilizar uma coluna de purificação para conseguir esta separação. Uma coluna de purificação é um tipo de coluna de destilação que compreende uma série de estágios de separação entre uma extremidade de fundo e uma extremidade de topo, pelo que, uma mistura enriquecida com hidrocarbonetos mais pesados é descarregada da extremidade de fundo na forma de uma corrente de fundo, e uma mistura mais leve de gás natural é descarregada a partir da extremidade do topo na forma de uma corrente de topo.Normally the raw natural gas stream is first decontaminated from water and acid gases, for which there are numerous physical and / or chemical processes. The resulting stream of "sweetened" and dried natural gas mixture is then subjected to a step of removing the heavier hydrocarbons. Removal of heavier hydrocarbons is generally accomplished by partially condensing the natural gas mixture followed by some separation between a heavier hydrocarbon poor vapor phase and a heavier hydrocarbon rich liquid phase. The most common is to use a purification column to achieve this separation. A purification column is a type of distillation column that comprises a series of stages of separation between a bottom end and a top end, whereby, a heavier hydrocarbon enriched mixture is discharged from the bottom end in the form of a bottom stream, and a lighter mixture of natural gas is discharged from the top end in the form of a top stream.
Descrição da Técnica Precedente A Patente U.S. 5.685.170 descreve um sistema e processo para recuperar propano, butano e componentes hidrocarbonetos mais pesados de gás natural, também gerando com isto uma corrente de gás que consiste, de maneira primária, de metano e etano.Description of the Prior Art U.S. Patent 5,685,170 describes a system and process for recovering propane, butane and heavier hydrocarbon components from natural gas, thereby also generating a gas stream consisting primarily of methane and ethane.
Diversas configurações de um método e coluna de purificação se almham para pré-tratar uma corrente de gás natural utilizando uma única coluna de purificação para remover componentes C5+ congeláveis e fornecer um produto GNL estão descritas na Patente U.S. 5.325.673.Several embodiments of a purification method and column are known to pretreat a natural gas stream using a single purification column to remove freezable C5 + components and provide a LNG product are described in U.S. Patent 5,325,673.
Em uma das configurações, a corrente de alimentação de gás natural é dividida em diversas sub correntes de alimentação, resfriada e introduzida na coluna de purificação em diferentes pontos de alimentação junto ao topo e meio da coluna de purificação. Uma primeira parte do gás natural é resfriada por expansão em uma válvula Joule-Thompson e introduzida na coluna de purificação a uma pressão reduzida. Segunda e terceiras partes são primeiro resfriadas em um resfriador de refrigeração, separadas em uma corrente de líquido condensado e uma corrente de vapor antes da redução da pressão. A corrente de líquido condensado é alimentada para a coluna de purificação em um ponto de alimentação mais baixo do que a corrente de vapor.In one embodiment, the natural gas feed stream is divided into several sub feed streams, cooled and fed into the purification column at different feed points near the top and middle of the purification column. A first part of the natural gas is expansion cooled in a Joule-Thompson valve and introduced into the purification column at reduced pressure. Second and third parts are first cooled in a cooling chiller, separated into a condensed liquid stream and a vapor stream before pressure reduction. The condensed liquid stream is fed to the purification column at a lower feed point than the steam stream.
Um refervedor é fornecido para vaporizar uma fração da corrente de fundo enriquecida de hidrocarbonetos mais pesados ou líquido acumulado na extremidade de fundo da coluna purificadora. Um refervedor também serve para controlar a temperatura na extremidade de fundo da coluna de purificação de modo a assegurar que a extremidade de fundo não se toma muito fria, com isto carregando o risco de acumulação de componentes indesejados tais como dióxido de carbono na corrente de fundo. A configuração conhecida tem inúmeras desvantagens. Primeiramente a redução de pressão das sub correntes de alimentação antes de alimentar para a coluna de purificação reduz o rendimento de uma etapa de liquefação posterior, uma vez que liquefação de gás natural em pressão mais baixa requer mais energia.A referrer is provided for vaporizing a fraction of the enriched bottom stream of heavier hydrocarbons or accumulated liquid at the bottom end of the purifying column. A referrer also serves to control the temperature at the bottom end of the purification column to ensure that the bottom end does not become too cold, thereby carrying the risk of unwanted components such as carbon dioxide accumulating in the bottom stream. . The known configuration has numerous disadvantages. Primarily reducing the pressure of the feed sub streams before feeding to the purification column reduces the throughput of a later liquefaction step, since lower pressure natural gas liquefaction requires more energy.
Uma desvantagem de um refervedor é que ele adiciona calor ao gás natural embora pela própria natureza do processo de liquefação o gás natural deveria ser resfriado. A utilização de um refervedor afeta de maneira adversa o rendimento global do processo de liquefação.A disadvantage of a referrer is that it adds heat to natural gas although by the very nature of the liquefaction process natural gas should be cooled. Using a referrer adversely affects the overall performance of the liquefaction process.
Sumário da Invenção É um objetivo da presente invenção minimizar uma ou mais das desvantagens acima. E um outro objetivo da presente invenção fornecer um método alternativo de produzir uma corrente de gás natural liquefeito que compreende principalmente metano liquefeito.Summary of the Invention It is an object of the present invention to minimize one or more of the above disadvantages. It is another object of the present invention to provide an alternative method of producing a liquefied natural gas stream comprising mainly liquefied methane.
Um ou mais do acima, ou outros objetivos são alcançados de acordo com a presente invenção fornecendo um método para produzir uma corrente de gás natural liquefeito, no qual antes da liquefação componentes hidrocarbonetos mais pesados, que têm um peso molecular mais elevado do que aquele de butano, são removidos de uma corrente de gás natural a ser liquefeito, o método pelo menos compreendendo as etapas de: fornecer uma corrente de alimentação de vapor substancialmente de vapor de gás natural a uma pressão de corrente de alimentação e uma temperatura de corrente de alimentação; alimentar a corrente de alimentação para uma coluna de destilação que tem dois ou mais estágios de separação; retirar uma corrente de fundo de uma parte inferior da coluna de destilação e uma corrente ter de topo a partir de uma parte superior da coluna de destilação, a corrente de topo contendo uma quantidade relativamente mais baixa dos componentes hidrocarbonetos mais pesados do que a corrente de fundo; e liquefazer pelo menos uma parte da corrente de topo, obtendo com isto uma corrente de gás natural liquefeito, no qual a etapa de alimentar a corrente de alimentação para a coluna de destilação compreende as sub etapas de: dividir a corrente de alimentação em primeira e segunda sub correntes em uma relação de divisão selecionada; alimentar a primeira sub corrente para a coluna de destilação através de um primeiro ponto de alimentação no fundo da coluna de destilação a uma pressão não infenor à pressão da corrente de alimentação menos uma queda de pressão trazida por dita divisão da corrente de alimentação; resfriar a segunda sub corrente em um trocador de calor até uma temperatura mais baixa do que a temperatura de alimentação; alimentar a segunda sub corrente resfriada para a coluna de destilação em um segundo ponto de alimentação acima do primeiro ponto de alimentação.One or more of the above or other objects are achieved according to the present invention by providing a method for producing a liquefied natural gas stream in which prior to liquefaction heavier hydrocarbon components having a higher molecular weight than that of butane, are removed from a natural gas stream to be liquefied, the method at least comprising the steps of: providing a substantially natural gas vapor vapor feed stream at a feed stream pressure and a feed stream temperature. ; feeding the feed stream to a distillation column that has two or more stages of separation; withdrawing a bottom stream from a bottom of the distillation column and a top stream from a top of the distillation column, the top stream containing a relatively lower amount of the heavier hydrocarbon components than the bottom; and liquefying at least a portion of the top stream, thereby obtaining a liquefied natural gas stream, wherein the step of feeding the feed stream to the distillation column comprises the sub-steps of: dividing the feed stream first and second sub currents in a selected division ratio; feeding the first sub stream to the distillation column through a first feed point at the bottom of the distillation column at a pressure not less than the supply stream pressure minus a pressure drop brought about by said division of the supply stream; cool the second subcurrent in a heat exchanger to a temperature lower than the supply temperature; feed the second cooled subcurrent to the distillation column at a second feed point above the first feed point.
Para a finalidade desta especificação a relação de divisão é definida como a vazão em massa da primeira sub corrente dividida pela vazão em massa da segunda sub corrente.For the purpose of this specification the division ratio is defined as the mass flow of the first sub current divided by the mass flow of the second sub current.
Uma vantagem da invenção é que nem a pressão da corrente de alimentação nem aquela das primeira e segunda sub correntes é deliberadamente reduzida em um dispositivo de redução de pressão dedicado, tal como um tubo expansor ou uma válvula Joule-Thompson.An advantage of the invention is that neither the pressure of the supply stream nor that of the first and second sub currents is deliberately reduced in a dedicated pressure reducing device, such as an expansion tube or a Joule-Thompson valve.
Uma vez que a primeira sub corrente é alimentada para a coluna de destilação a uma pressão essencialmente não inferior à pressão da corrente de alimentação menos uma queda de pressão trazida pela divisão da corrente de alimentação, a pressão no segundo ponto de alimentação não precisa ser diminuída. Assim, a destilação é realizada sem diminuir de maneira significativa a pressão do gás natural, o que será benéfico energeticamente no caso em que a corrente de topo deva ser liquefeita.Since the first sub-current is fed to the distillation column at a pressure essentially no less than the supply current pressure minus a pressure drop brought about by the division of the supply current, the pressure at the second supply point need not be decreased. . Thus, distillation is performed without significantly reducing the pressure of natural gas, which will be energetically beneficial in case the top stream is to be liquefied.
Uma outra conseqüência de não reduzir deliberadamente a pressão na primeira sub corrente é que a temperatura pode ser mantida próxima a temperatura da corrente de alimentação; preferivelmente nenhum aquecimento da primeira sub corrente é fornecido. Uma vantagem disto é que menos energia de aquecimento adicional, normalmente fornecida por exemplo por meio de um refervedor, precisa estar na extremidade de fundo da coluna de destilação para evitar que ela se tome muito fria.Another consequence of not deliberately reducing the pressure in the first subcurrent is that the temperature can be kept close to the supply current temperature; preferably no heating of the first sub current is provided. An advantage of this is that less additional heating energy, usually provided for example by means of a referrer, must be at the bottom end of the distillation column to prevent it from becoming too cold.
Selecionando a relação de divisão suficientemente elevada nenhuma energia de aquecimento adicional precisa mesmo ser adicionada de todo, de modo que nenhum refervedor precisa ser fornecido para a finalidade de controlar a temperatura do fundo.By selecting the sufficiently high division ratio no additional heating energy even needs to be added at all, so that no referrer needs to be provided for the purpose of controlling the bottom temperature.
Verificou-se que a relação de divisão pode ser selecionada de tal modo que a temperatura no fundo da coluna de destilação seja mantida a menos 10°C ou mais elevada. A temperatura na extremidade de fundo da coluna de destilação pode ser controlada fornecendo uma relação de divisão selecionável ou variável de maneira controlável e selecionando ou controlando a relação de divisão. A invenção também é configurada em um aparelho para produzir uma corrente de gás natural liquefeito no qual antes da liquefação, componentes hidrocarbonetos mais pesados que têm um peso molecular mais elevado do que aquele de butano, podem ser removidos de uma corrente de gás natural a ser liquefeito, o aparelho compreendendo pelo menos: uma linha de corrente de alimentação para carregar uma corrente de alimentação substancialmente de vapor de gás natural a uma pressão de alimentação e uma temperatura de alimentação; uma coluna de destilação que tem dois ou mais estágios de separação para separar os componentes hidrocarbonetos mais pesados do gás natural, uma abertura de descarga de corrente de fundo arranjada em uma parte inferior da coluna de destilação para descarregar uma corrente de fundo, e uma abertura de descarga de corrente de topo arranjada em uma parte superior da coluna de purificação para descarregar uma corrente de topo que contêm uma quantidade relativamente mais baixa dos componentes hidrocarbonetos mais pesados do que a corrente de fundo; e uma zona criogênica na qual pelo menos uma parte da corrente de topo pode ser liquefeita, obtendo com isto uma corrente de gás natural liquefeito; no qual a linha de corrente de alimentação compreende uma junção de corrente de alimentação que conecta de maneira direta uma ramificação principal com primeira e segunda ramificações para dividir a corrente de alimentação em primeira e segunda sub correntes em uma relação de divisão selecionada, no qual a primeira ramificação conecta a junção da corrente de alimentação com um primeiro ponto de alimentação no fundo da coluna de destilação a uma pressão não mais baixa do que a queda de pressão da corrente de alimentação trazida pela divisão da corrente de alimentação, e no qual a segunda ramificação conecta a junção da corrente de alimentação com um segundo ponto de alimentação na coluna de destilação, o segundo ponto de alimentação estando acima em relação ao primeiro ponto de alimentação, no qual a segunda ramificação é dotada de um trocador de calor.It has been found that the division ratio can be selected such that the temperature at the bottom of the distillation column is kept at 10 ° C or higher. The temperature at the bottom end of the distillation column can be controlled by providing a selectable or variably controllable split ratio and selecting or controlling the split ratio. The invention is also embodied in an apparatus for producing a liquefied natural gas stream in which prior to liquefaction heavier hydrocarbon components having a higher molecular weight than that of butane may be removed from a natural gas stream to be liquefied, the apparatus comprising at least: a feed stream line for charging a substantially natural gas vapor feed stream at a feed pressure and feed temperature; a distillation column having two or more stages of separation for separating the heavier hydrocarbon components from natural gas, a bottom stream discharge opening arranged in a lower part of the distillation column to discharge a bottom stream, and an opening top stream discharge arranged on an upper part of the purification column to discharge a top stream containing a relatively lower amount of the heavier hydrocarbon components than the bottom stream; and a cryogenic zone in which at least a portion of the top stream may be liquefied, thereby obtaining a stream of liquefied natural gas; wherein the supply current line comprises a supply current junction that directly connects a main branch with first and second branches to divide the supply current into first and second sub currents in a selected division relationship, wherein the The first branch connects the junction of the feed stream with a first feed point at the bottom of the distillation column at a pressure no lower than the drop in pressure of the feed stream brought about by the feed current split, and in which the second The branch connects the junction of the feed stream with a second feed point in the distillation column, the second feed point being above the first feed point, at which the second branch is provided with a heat exchanger.
Para a finalidade desta especificação um trocador de calor é entendido incluir pelo menos trocadores de calor do assim chamado tipo em carretei.For the purpose of this specification a heat exchanger is understood to include at least heat exchangers of the so-called reel type.
Em sua definição a mais ampla, a invenção é aplicada a qualquer tipo de coluna de destilação que seja adequado para remover componentes hidrocarbonetos mais pesados que têm peso molecular mais elevado do que aquele de butano de uma mistura de gás hidrocarboneto. Contudo, uma ou mais configurações preferenciais da invenção requerem que uma corrente de purificação seja alimentada para a coluna. Neste caso a coluna de destilação é, por definição, em forma de uma assim chamada coluna de purificação.In its broadest definition, the invention is applied to any type of distillation column that is suitable for removing heavier hydrocarbon components having higher molecular weight than that of butane from a hydrocarbon gas mixture. However, one or more preferred embodiments of the invention require a purification stream to be fed to the column. In this case the distillation column is by definition in the form of a so-called purification column.
Estes e outros aspectos da invenção serão elucidados abaixo à guisa de exemplo e com referência ao desenho não limitativo que acompanha. Breve Descrição dos Desenhos No desenho que acompanha: A Figura 1 mostra de maneira esquemática um esquema de fluxo grama de processo de acordo com uma primeira configuração da invenção; A Figura 2 mostra de maneira esquemática um fluxograma de processo de acordo com uma segunda configuração da invenção A Figura 3 mostra de maneira esquemática um fluxograma de processo de acordo com uma terceira configuração da invenção; A Figura 4 mostra de maneira esquemática um fluxograma de processo alternativo de acordo com a terceira configuração da invenção; A Figura 5 mostra de maneira esquemática um fluxograma de processo alternativo de acordo com a segunda configuração da invenção; A Figura 6 mostra de maneira esquemática um fluxograma de processo de acordo com uma quarta configuração da invenção; A Figura 7 mostra de maneira esquemática um fluxograma de processo de acordo com uma quinta configuração da invenção; e A Figura 8 mostra de maneira esquemática um fluxograma de processo no qual a corrente de alimentação não é dividida.These and other aspects of the invention will be elucidated below by way of example and with reference to the accompanying non-limiting design. Brief Description of the Drawings In the accompanying drawing: Figure 1 shows schematically a process gram flow scheme according to a first embodiment of the invention; Figure 2 shows schematically a process flowchart according to a second embodiment of the invention Figure 3 shows schematically a process flowchart according to a third embodiment of the invention; Figure 4 shows schematically an alternative process flowchart according to the third embodiment of the invention; Figure 5 shows schematically an alternative process flowchart according to the second embodiment of the invention; Figure 6 shows schematically a process flowchart according to a fourth embodiment of the invention; Figure 7 shows schematically a process flowchart according to a fifth embodiment of the invention; and Figure 8 shows schematically a process flowchart in which the supply current is not divided.
Para a finalidade desta descrição, um único numeral de referencia será designado para uma linha bem como uma corrente carregada naquela linha. Os mesmos numerais de referência se referem a componentes similares.For the purpose of this description, a single reference numeral will be assigned to a line as well as a current loaded on that line. The same reference numerals refer to similar components.
Descrição Detalhada das Configurações A Figura 1 mostra de maneira esquemática um fluxograma de processo que envolve um sistema para remover componentes hidrocarbonetos mais pesados que têm um peso molecular mais elevado do que aquele de butano ou de uma mistura de gás hidrocarboneto como parte de um aparelho para produzir uma corrente de GNL que compreende de maneira primária metano. Para a finalidade desta especificação, a mistura de gás hidroearbonetos será admitida ser formada de uma mistura de gás natural anteriormente tratada para remover água, C02, e enxofre por meio de métodos bem conhecidos na técnica. Genericamente, a mistura de gás natural pré-tratada conterá componentes mais leves que incluem metano e etano em vapor e que inclui C3 e C4, e componentes mais pesado C5 + que são potencialmente congeláveis durante a liquefação de metano. O aparelho da Figura 1 inclui uma linha de alimentação de gás natural que é arranjada para receber e carregar uma corrente de alimentação da mistura de gás hidrocarboneto a partir da qual os hidroearbonetos mais pesados devem ser removidos. A linha de alimentação é dividida em uma ramificação principal 1 e primeira e segunda ramificações de sub correntes 3a e 3b, respectivamente. Uma junção de corrente de alimentação 2 é fornecida para dividir a corrente de alimentação na ramificação principal 1 em primeira e segunda sub correntes que podem respectivamente escoar através de primeira e segunda ramificações de sub correntes 3a e 3b. A junção da corrente de alimentação 2 é arranjada para dividir a corrente de alimentação de acordo com uma relação de divisão especificada, que é definida como a vazão em massa da primeira sub corrente dividida pela vazão em massa da segunda sub corrente. A pessoa versado na técnica irá entender que a junção da corrente de alimentação 2 não é um separador de fase mas, ao invés disto, divide a corrente de alimentação principal em duas ou mais sub correntes.Detailed Description of the Configurations Figure 1 schematically shows a process flowchart involving a system for removing heavier hydrocarbon components having a higher molecular weight than that of butane or a hydrocarbon gas mixture as part of an apparatus for produce a LNG stream that primarily comprises methane. For the purpose of this specification, the hydrocarbon gas mixture will be admitted to be formed from a previously treated natural gas mixture to remove water, CO2, and sulfur by methods well known in the art. Generally, the pretreated natural gas mixture will contain lighter components that include methane and steam ethane that include C3 and C4, and heavier C5 + components that are potentially freezable during methane liquefaction. The apparatus of Figure 1 includes a natural gas feed line that is arranged to receive and carry a hydrocarbon gas feed stream from which the heavier hydrocarbons must be removed. The feed line is divided into a main branch 1 and first and second subcurrent branches 3a and 3b, respectively. A feed stream junction 2 is provided for dividing the feed stream in main branch 1 into first and second sub currents which may respectively flow through first and second sub stream branches 3a and 3b. The feed current junction 2 is arranged to divide the feed current according to a specified split ratio, which is defined as the mass flow of the first sub current divided by the mass flow of the second sub current. One skilled in the art will understand that the supply current junction 2 is not a phase separator but instead divides the main supply current into two or more sub currents.
Ambos as primeira e segunda ramificações de sub corrente 3 a e 3b estão em comunicação direta com uma coluna de purificação 10. A coluna de purificação 10 na presente configuração é uma coluna de destilação dotada de um número de bandejas 11 para permitir separação de componentes hidroearbonetos mais leves de componentes hidroearbonetos mais pesados em uma pluralidade de estágios de separação. A temperatura na coluna de purificação tipicamente varia, se tomando mais fria com cada estágio mais elevado. A coluna de purificação 10 ainda compreende uma abertura de descarga de corrente de fondo 8 em uma parte inferior da coluna de purificação 10, para descarregar uma corrente de fundo enriquecida nos componentes hidrocarbonetos mais pesados, por exemplo através da linha de descarga 17, e uma abertura de descarga de corrente de topo 12, arranjada em uma parte superior da coluna de purificação 10 para descarregar por exemplo através da linha de descarga 16 uma corrente de topo enriquecida em componentes hidrocarbonetos mais leves, A corrente de topo 16 é conectada com uma zona criogênica (não mostrado) para produzir GNL. A primeira ramificação 3a conecta a junção da corrente de alimentação 2 com um primeiro ponto de alimentação 7a na coluna de purificação 10. O primeiro ponto de alimentação 7a é relativamente próximo ao fundo da coluna de purificação 10 para alimentar a primeira sub corrente 3a em uma das bandejas inferiores 11. Preferivelmente a sub corrente 3 a olimAntci Α*λ míiiç mfpTinr 11 Δ UlilllWll LLA. UUUUVU UU L'UJ.AU.VJU VtV Viu i.uuv u Ai-AWi u iii-J-VA A va j. · a * primeira ramificação 3a é essencialmente livre de dispositivos de redução de pressão, de modo que a junção da corrente de alimentação 2 é conectada diretamente ao primeiro ponto de alimentação 7a essencialmente sem perda de pressão. Preferivelmente a conexão é dimensionada de tal modo que a perda de pressão não exceda 5 bar, mais preferivelmente não deve exceder 2 bar, sob condições operacionais normais. Além disto, a primeira sub corrente 3 a não é aquecida. A segunda ramificação 3b conecta a junção da corrente de alimentação 2 com um segundo ponto de alimentação 7b na coluna de purificação 10. O segundo ponto de alimentação 7b é situado acima em relação ao primeiro ponto de alimentação 7a para alimentar a primeira sub corrente em uma das bandejas acima das bandejas inferiores. A segunda ramificação 3b é dotada de um trocador de calor 6 que divide a segunda ramificação 3b em uma parte quente 3b e uma parte fria 7. O trocador de calor 6 é arranjado para resfriar a segunda sub corrente 3b essencialmente sem deliberadamente reduzir pressão. O trocador de calor 6 pode ser qualquer tipo adequado de trocador de calor tal como um assim chamado trocador de calor em carretei.Both the first and second subcurrent branches 3a and 3b are in direct communication with a purification column 10. Purification column 10 in the present configuration is a distillation column provided with a number of trays 11 to allow separation of hydrocarbon components. heavier hydrocarbon components in a plurality of separation stages. The temperature in the purification column typically varies, becoming colder with each higher stage. The purification column 10 further comprises a bottom stream discharge opening 8 in a lower part of the purification column 10 for discharging an enriched background stream into the heavier hydrocarbon components, for example through the discharge line 17, and a top stream discharge opening 12 arranged on an upper part of the purification column 10 to discharge for example through discharge line 16 a top stream enriched with lighter hydrocarbon components. The top stream 16 is connected with a zone (not shown) to produce LNG. The first branch 3a connects the junction of the feed stream 2 to a first feed point 7a in the purification column 10. The first feed point 7a is relatively close to the bottom of the purification column 10 to feed the first sub current 3a into a from lower trays 11. Preferably the sub stream 3 is olimAntci Α * λ míiiç mfpTinr 11 Δ UlilllWll LLA. UUUUVU UU L'UJ.AU.VJU VtV See i.uuv u Ai-AWi iii-J-VA A va j. The first branch 3a is essentially free of pressure reducing devices, so that the supply current junction 2 is directly connected to the first supply point 7a essentially without pressure loss. Preferably the connection is sized such that the pressure loss does not exceed 5 bar, more preferably should not exceed 2 bar under normal operating conditions. In addition, the first subcurrent 3a is not heated. The second branch 3b connects the junction of the power supply 2 with a second power point 7b in the purification column 10. The second power point 7b is situated above the first power point 7a to feed the first sub current into a above the lower trays. The second branch 3b is provided with a heat exchanger 6 which divides the second branch 3b into a hot part 3b and a cold part 7. The heat exchanger 6 is arranged to cool the second sub stream 3b essentially without deliberately reducing pressure. The heat exchanger 6 may be any suitable type of heat exchanger such as a so-called reel heat exchanger.
Sob condição operacional normal a queda de pressão na segunda sub corrente é menos do que 6 bar, preferivelmente menos do que 3 bar. O trocador de calor 6 tem pelo menos um suprimento de refrigerante 4 e uma remoção de refrigerante gasto ou vaporizado 5. O trocador de calor 6 pode ser um trocador de calor dedicado ou um trocador de calor integrado, que também fornece resfriamento para outros serviços. Preferivelmente o trocador de calor 6 utiliza um refrigerante externo tomando o trocador de calor 6 um trocador de calor dedicado.Under normal operating condition the pressure drop in the second subcurrent is less than 6 bar, preferably less than 3 bar. Heat exchanger 6 has at least one refrigerant supply 4 and a spent or vaporized refrigerant removal 5. Heat exchanger 6 may be a dedicated heat exchanger or an integrated heat exchanger, which also provides cooling for other services. Preferably the heat exchanger 6 utilizes an external coolant with the heat exchanger 6 having a dedicated heat exchanger.
Embora não requerido pela invenção, que se relaciona mais à divisão da corrente de alimentação nas primeira e segunda sub correntes 3a, 3b, na configuração da Figura 1 um terceiro ponto de alimentação 7c é fornecido de maneira vantajosa na coluna de purificação 10. O terceiro ponto de alimentação 7c é situado junto-ao-topo darxokmarrie purificação 10 acima em relação ao segundo ponto de alimentação 7b. Uma linha de corrente de purificação opcional 18 conecta o terceiro ponto de alimentação 7c com uma fonte de corrente de purificação. A fonte de corrente de purificação serve para suprir um outro líquido ou corrente multifásica capaz de purificar hidrocarbonetos mais pesados e promover transporte para baixo daqueles na coluna de purificação 10. A corrente de purificação pode conter um ou mais do grupo que consiste de gás natural mais resfriado, condensado de um condensador de topo, GNL, GPL resfriado, condensado resfriado, misturas deles ou qualquer outra corrente com as propriedades apropriadas para promover a remoção de hidrocarbonetos mais pesados do gás natural.Although not required by the invention, which relates more to the division of the feed stream into the first and second sub streams 3a, 3b, in the embodiment of Figure 1 a third feed point 7c is advantageously provided in the purification column 10. The third Feed point 7c is situated near the top-end darxokmarrie purification 10 above the second feed point 7b. An optional purification current line 18 connects the third power point 7c with a purification current source. The purification stream source serves to supply another liquid or multiphase stream capable of purifying heavier hydrocarbons and to transport below those in purification column 10. The purification stream may contain one or more of the group consisting of natural gas. cooled, condensate from a top condenser, LNG, cooled LPG, cooled condensate, mixtures thereof or any other stream having the appropriate properties to promote the removal of heavier hydrocarbons from natural gas.
Em operação, o aparelho da Figura 1 opera como a seguir. Uma corrente de alimentação da mistura de gás hidrocarboneto pré-tratada é fornecida através da linha 1 em uma pressão de corrente de alimentação c uma temperatura de corrente de alimentação. A pressão de corrente de alimentação genericamente se situa entre 20 e 80 bar e mais tipicamente entre 40 e 65 bar. A temperatura da corrente de alimentação está genericamente entre 0 e 50°C tipicamente entre 15 e 25°C, mais tipicamente entre 15 e 20°C. A corrente de alimentação é dividida em primeira e segunda sub correntes 3a, 3b na junção de corrente de alimentação 2, preferivelmente na forma de sub correntes menor e maior. A sub corrente menor 3a é alimentada para a coluna de purificação 10 através do primeiro ponto de alimentação 7a a uma pressão que não é inferior à pressão da corrente de alimentação menos uma queda de pressão trazida pela divisão da corrente de alimentação 1 na junção da corrente de alimentação 2. Na prática isto significa que a pressão na sub corrente menor 3 a não é deliberadamente reduzida. A segunda sub corrente 3b, usualmente a corrente maior, é resfriada no trocador de calor-6 parar-uma tcmperatnraTnais baixa do que a temperatura de alimentação. De forma ampla a sub corrente maior 3b é resfriada até uma temperatura não inferior a menos 50°C, preferivelmente não inferior a menos 20°C. Preferivelmente a sub corrente maior 3b é resfriada até uma temperatura de menos 10°C ou mais baixa. A sub corrente maior resfriada é alimentada através do segundo ponto de alimentação 7b à parte fria 7 da segunda sub ramificação 3b para a coluna de purificação 10 em uma localização acima de onde a sub corrente menor 3a é alimentada para a coluna de purificação 10. A corrente de purificação opcional na linha de purificação 18 tem uma temperatura inferior ou igual àquela da segunda sub corrente que entra através do segundo ponto de alimentação 7b. A sub corrente maior e relativamente fria 7 juntamente com a sub corrente menor relativamente quente 3a contribuem para manter o gradiente de temperatura desejado dentro da coluna de purificação 10. É possível controlar a relação de divisão entre as sub correntes maior e menor. Lom isto, o gradiente de temperatura e/ou a temperatura no fundo da coluna de purificação 10 pode ser controlada. Verificou-se que a relação de divisão é preferivelmente escolhida menor do que 1/5 para assegurar que a temperatura na coluna de purificação é suficientemente baixa para conseguir uma separação eficiente de componentes hidrocarbonetos mais pesados da mistura. Mais preferivelmente, a relação de divisão escolhida é menor do que 1/10.In operation, the apparatus of Figure 1 operates as follows. A feed stream of the pretreated hydrocarbon gas mixture is supplied across line 1 at a feed stream pressure and a feed stream temperature. The supply current pressure is generally between 20 and 80 bar and more typically between 40 and 65 bar. The temperature of the feed stream is generally between 0 and 50 ° C, typically between 15 and 25 ° C, more typically between 15 and 20 ° C. The feed current is divided into first and second sub currents 3a, 3b at the feed current junction 2, preferably in the form of smaller and larger sub currents. The minor subcurrent 3a is fed to the purification column 10 through the first supply point 7a at a pressure that is not less than the supply chain pressure minus a pressure drop brought by the division of the supply chain 1 at the chain junction. 2. In practice this means that the pressure in the minor subcurrent 3 a is not deliberately reduced. The second subcurrent 3b, usually the largest current, is cooled at the heat exchanger-6 stop-a temperature lower than the supply temperature. Broadly the larger subcurrent 3b is cooled to a temperature of not less than 50 ° C, preferably not less than 20 ° C. Preferably the larger sub current 3b is cooled to a temperature of minus 10 ° C or lower. The cooled larger sub stream is fed through the second feed point 7b to the cold part 7 of the second sub branch 3b for the purification column 10 at a location above which the smaller sub current 3a is fed to the purification column 10. A The optional purification stream in purification line 18 has a temperature less than or equal to that of the second sub stream that enters through the second feed point 7b. The relatively cold larger under-current 7 together with the relatively warm under-current 3a contribute to maintaining the desired temperature gradient within the purification column 10. It is possible to control the division ratio between the largest and smallest under-currents. Thus, the temperature gradient and / or the temperature at the bottom of the purification column 10 can be controlled. It has been found that the split ratio is preferably chosen less than 1/5 to ensure that the temperature in the purification column is sufficiently low to achieve efficient separation of heavier hydrocarbon components from the mixture. More preferably, the chosen split ratio is less than 1/10.
Verificou-se que a relação de divisão é preferivelmente escolhida mais elevado do que 1/100 para conseguir um efeito benéfico na redução da demanda por calor externo requerido para manter a temperatura no fundo da coluna de purificação mais elevada do que menos 10°C. Preferivelmente a relação de divisão é escolhida mais elevada do que 1/50, de modo que a necessidade por um refervedor possa ser afastada inteiramente. Assim, em uma configmaçãapreferencialj^ienhuffl-fefervedomestá presente, como resultado do que, nenhum nenhuma nova ebulição tem lugar entre a abertura de descarga da corrente de topo 12 e o terceiro ponto de alimentação 7c.It has been found that the division ratio is preferably chosen higher than 1/100 to achieve a beneficial effect in reducing the external heat demand required to maintain the bottom temperature of the purification column higher than minus 10 ° C. Preferably the division ratio is chosen higher than 1/50, so that the need for a referrer can be entirely offset. Thus, in a preferred embodiment there is present, as a result of which, no further boiling takes place between the top stream discharge opening 12 and the third feed point 7c.
Preferivelmente a corrente de purificação 18 é alimentada para a coluna de purificação 10 através do terceiro ponto de alimentação 7c acima do segundo ponto de alimentação 7b. A temperatura da corrente de purificação 18 é tipicamente mais baixa do que aquela da sub corrente menor resfriada e usualmente entre menos 70 e menos 10°C. Isto ainda ajuda a manter o gradiente de temperatura desejado dentro da coluna de purificação 10. O produto de topo 16 é tirado da coluna de purificação 10 através da abertura de descarga da corrente de topo 12, que é o gás natural a partir do qual hidrocarbonetos mais pesados foram removidos até uma extensão suficiente A corrente 17 c o produto de fundo enriquecido em hidrocarbonetos mais pesados que a que é descarregada através da abertura de descarga 8. Em particular, o produto de topo 16 é uma corrente de vapor dc gás natural pobre em hidrocarbonetos mais pesados, que corresponde aos requisitos para evitar a formação de sólidos durante resfriamento adicional da corrente de vapor de gás natural frnalmente para liquefação em uma zona cnogênica (não mostrado). Como alguém versado na técnica irá facilmente entender como liquefazer um produto de topo 16 em uma zona cnogênica, por exemplo utilizando trocadores de calor, isto não é mais discutido aqui. O produto de fundo 17 pode encontrar qualquer aplicação, uma das quais é ainda processá-lo para formar gás de petróleo liquefeito (GPL).Preferably the purification stream 18 is fed to the purification column 10 through the third feed point 7c above the second feed point 7b. The temperature of the purification stream 18 is typically lower than that of the smaller cooled substream and usually between minus 70 and minus 10 ° C. This further helps to maintain the desired temperature gradient within the purification column 10. The top product 16 is taken from the purification column 10 through the discharge opening of the top stream 12, which is the natural gas from which hydrocarbons Heavier weights have been removed to a sufficient extent. Stream 17 is a heavier hydrocarbon-enriched bottom product than that which is discharged through the discharge port 8. In particular, top product 16 is a low-grade natural gas vapor stream. heavier hydrocarbons, which meets the requirements to prevent solids from forming during additional cooling of the natural gas vapor stream sparingly for liquefaction in a cynogenic zone (not shown). As one of ordinary skill in the art will readily understand how to liquefy a top end product in a cynogenic zone, for example using heat exchangers, this is no longer discussed here. Background 17 may find any application, one of which is further processing it to form liquefied petroleum gas (LPG).
As Figuras 2 até 5 delineiam de maneira esquemática fluxogramas de processos alternativos que envolvem aparelhos alternativos. Nestas Figuras, partes já descritas acima com referência à Figura l irão portar numerais de referência idênticos e não serão descritas novamente aqui. Também sua função e o operação será de acordo. commdescrição-aeima.Figures 2 to 5 schematically outline alternative process flowcharts involving alternative apparatuses. In these Figures, parts already described above with reference to Figure 1 will carry identical reference numerals and will not be described again here. Also its function and operation will be accordingly. With the description.
As Figuras 2 até 5 mostram configurações nas quais a corrente de purificação 18 é pelo menos em retirada da corrente de alimentação 1.Figures 2 to 5 show configurations in which purification stream 18 is at least withdrawn from feed stream 1.
Começando com a Figura 2, uma diferença principal com a configuração da Figura 1 está refletida pela presença de uma segunda junção de corrente de alimentação 20 fornecida na segunda ramificação 7 a montante do segundo ponto de alimentação 7b e a jusante do trocador de calor 6. A segunda ramificação 7 continua a jusante da junção da corrente de alimentação 20 e uma terceira ramificação 22 é formada para carregar uma terceira sub corrente da corrente de alimentação 1. A terceira ramificação 22 é dotada de um segundo trocador de calor 26, cujo lado de jusante é conectado à linha de corrente de purificação 18. O segundo trocador de calor 26 é arranjado para ainda resfriar a terceira sub corrente 22 até uma temperatura mais baixa do que aquela da segunda sub corrente cssencialmente sem reduzir pressão de maneira deliberada. Sob condição operacional normal a queda de pressão na terceira sub corrente 22 é menos que 6 bar, preferivelmente menos que 3 bar. Como mostrado na Figura 2, pelo menos um suprimento de refrigerante 24 é fornecido para alimentar para o segundo trocador de calor 26, no qual a remoção de refrigerante gasto ou vaporizado 26 pode formar o suprimento de refrigerante 4 para alimentar o primeiro trocador de calor mencionado 6.Starting with Figure 2, a major difference with the configuration of Figure 1 is reflected by the presence of a second supply chain junction 20 provided in the second branch 7 upstream of the second supply point 7b and downstream of the heat exchanger 6. Second branch 7 continues downstream of the feed stream junction 20 and a third branch 22 is formed to carry a third feed stream sub-stream 1. The third branch 22 is provided with a second heat exchanger 26, whose side of downstream is connected to the purification stream line 18. The second heat exchanger 26 is arranged to further cool the third sub stream 22 to a lower temperature than that of the second sub stream essentially without deliberately reducing pressure. Under normal operating condition the pressure drop in the third subcurrent 22 is less than 6 bar, preferably less than 3 bar. As shown in Figure 2, at least one refrigerant supply 24 is provided to feed to the second heat exchanger 26, wherein removal of spent or vaporized refrigerant 26 may form the refrigerant supply 4 to feed the first mentioned heat exchanger. 6
Altemativamente, primeiro e segundo trocadores de calor são fornecidos cada um independentemente, com pelo menos um suprimento e remoção de refrigerante. O segundo trocador de calor 26 pode ser um trocador de calor dedicado ou um trocador de calor integrado que também fornece resfriamento para outros serviços.Alternatively, first and second heat exchangers are each supplied independently, with at least one refrigerant supply and removal. The second heat exchanger 26 may be a dedicated heat exchanger or an integrated heat exchanger that also provides cooling for other services.
Fazendo referência agora à Figura 3, uma alternativa à Figura 2 está mostrada de maneira esquemática, na qual a segunda junção da corrente de alimentação 20 é fornecida na segunda ramificação 3b a montante do primeiro trocador de calor 6. O segundoirocadomde^ealor 26 é dbmecido em uma relação em paralelo com o primeiro trocador de calor 6 ao invés do arranjo em série da Figura 2. A segunda ramificação 3b continua a jusante da segunda junção da corrente de alimentação 20 e a terceira ramificação 22 é formada para carregar a terceira sub corrente da corrente de alimentação 1. Como antes na Figura 2, o lado de jusante do segundo trocador de calor é conectado à linha de corrente de purificação 18.Referring now to Figure 3, an alternative to Figure 2 is shown schematically, in which the second junction of the feed stream 20 is provided at the second branch 3b upstream of the first heat exchanger 6. The second heat exchanger 26 is provided. in parallel relationship with the first heat exchanger 6 instead of the series arrangement of Figure 2. The second branch 3b continues downstream of the second junction of the feed stream 20 and the third branch 22 is formed to carry the third sub stream 1. As before in Figure 2, the downstream side of the second heat exchanger is connected to the purification current line 18.
Primeiro e segundo trocadores de calor 6, 26 têm, cada um, individualmente pelo menos um suprimento de refrigerante 4, 24 e remoção 5, 25 de refrigerante gasto.First and second heat exchangers 6, 26 each have at least one supply of refrigerant 4, 24 and removal of spent refrigerant 5, 25 individually.
Os primeiro e segundo trocadores de calor 6, 26 podem ser combinados em uma carcaça, pelo que, o refrigerante pode ser operacional em um nível de pressão.The first and second heat exchangers 6, 26 may be combined in a housing, whereby the refrigerant may be operational at a pressure level.
Fazendo referência agora à Figura 4, aí está mostrado de maneira esquemática um exemplo baseado em resfriamento em paralelo das segunda e terceira sub correntes, pelo que, os primeiro e segundo trocadores de calor são integrados em uma carcaça, cada uma representada por um trajeto de escoamento. A Figura 5 mostra um exemplo de um trocador de calor integrado que configura resfriamento em séne da configuração da Figura 2. Neste exemplo a segunda junção de corrente de alimentação 20 é localizada fora da carcaça do trocador de calor, pelo que, as segunda e terceira ramificações podem ser deixadas conduzidas para fora e para o interior da carcaça do trocador de calor. Altemativamente, embora atualmente considerado menos prático, a junção da corrente de alimentação 20 pode ser localizada dentro da carcaça do trocador de calor.Referring now to Figure 4, there is shown schematically an example based on parallel cooling of the second and third sub currents, whereby the first and second heat exchangers are integrated in a housing, each represented by a path of flow. Figure 5 shows an example of an integrated heat exchanger that configures series cooling of the configuration of Figure 2. In this example the second supply current junction 20 is located outside the heat exchanger housing, so the second and third Branches may be left outside and inside the heat exchanger housing. Alternatively, although currently considered less practical, the supply chain junction 20 may be located within the heat exchanger housing.
Assim, nas configurações das Figuras 2 até 5, a fonte de corrente de purificação que é conectada à coluna de purificação 10 através do terceiro ponto de alimentação 7c acima do segundo ponto de alimentação 7b, compreende a segunda junção de corrente de alimentação 20 e o segundo trocador de calor 26.Thus, in the configurations of Figures 2 to 5, the purification current source that is connected to the purification column 10 through the third feed point 7c above the second feed point 7b comprises the second feed current junction 20 and the second heat exchanger 26.
Em operação os aparelhos das Figuras 2 até 5 trabalham de maneira similar àquele da Figura 1. Contudo, a corrente de purificação na linha 18 é obtida retirando uma fração a partir da segunda sub corrente 3b para formar uma terceira sub corrente. O resíduo é carregado como a segunda sub corrente 3 b. A terceira sub corrente é resfriada no segundo trocador de calor 26 a jusante da segunda junção de corrente de alimentação 20 até uma temperatura que é inferior àquela da segunda sub corrente uma vez que ela foi resfriada pelo primeiro trocador de calor 6.In operation the apparatus of Figures 2 to 5 work similarly to that of Figure 1. However, the purification stream in line 18 is obtained by withdrawing a fraction from the second sub stream 3b to form a third sub stream. The residue is charged as the second sub stream 3 b. The third subcurrent is cooled in the second heat exchanger 26 downstream of the second supply current junction 20 to a temperature that is lower than that of the second subcurrent once it has been cooled by the first heat exchanger 6.
Ainda uma outra configuração será descrita agora com referência à Figura 6. Novamente partes já descritas acima com referência à Figura 1 irão carregar numerais de referência idênticos e não serão novamente descritos aqui. Também sua função e operação estarão de acordo com a descrição acima.Yet another embodiment will now be described with reference to Figure 6. Again parts already described above with reference to Figure 1 will carry identical reference numerals and will not be described again here. Also its function and operation will be as described above.
Na configuração da Figura 6 um condensador de topo é fornecido na linha de descarga 16 na forma de um trocador de calor de topo 14. O trocador de calor 14 tem pelo menos um suprimento de refrigerante 30 e uma remoção de refrigerante gasto ou vaporizado 31.0 trocador de calor 14 pode ser um trocador de calor dedicado ou um trocador de calor integrado que também fornece resfriamento para outros serviços. A linha de descarga 16 conecta diretamente uma saída de jusante do trocador de calor 14 para um separador 27. O separador 27 tem uma saída de condensado 35 que descarrega na linha 15 e uma saída de vapor 33 que descarrega na linha 13. A linha 15 pode ser conectada diretamente à coluna de purificação 10 através do terceiro ponto de alimentação 7c e linha 18. Na Figura 6 uma bomba de refluxo opcional 19 é fornecida entre a linha 15 e a linha 18. O condensador de topo 14 e o separador 27 também podem ser integrados em uma carcaça em uma peça de equipamento na qual as funções são combinadas.In the configuration of Figure 6 a top condenser is provided in the discharge line 16 in the form of a top heat exchanger 14. Heat exchanger 14 has at least one refrigerant supply 30 and a spent or vaporized refrigerant removal 31.0 exchanger Heat exchanger 14 can be a dedicated heat exchanger or an integrated heat exchanger that also provides cooling for other services. Discharge line 16 directly connects a downstream outlet from heat exchanger 14 to a separator 27. Separator 27 has a condensate outlet 35 discharging on line 15 and a steam outlet 33 discharging on line 13. Line 15 can be connected directly to the purification column 10 through the third feed point 7c and line 18. In Figure 6 an optional reflux pump 19 is provided between line 15 and line 18. Top condenser 14 and separator 27 also can be integrated into a housing on a piece of equipment in which the functions are combined.
Em operação a configuração^da Figurai tiabalha como a seguir. A corrente de topo de produto de topo que está sendo descarregado através da coluna de purificação 10 através da linha 16 é conduzida para o condensador de topo 14 onde ela é parcialmente condensado utilizando um refrigerante. O parcialmente condensado forma uma corrente de fase mista de vapor e condensado que é conduzida para o separador 27. O vapor que é descarregado do separador 27 através da linha 13 é o gás natural a partir do qual hidrocarbonetos mais pesados foram removidos suficientemente e que deve ser liquefeito a para obter GNL. O condensado na forma de líquido condensado é retirado da corrente de fase mista para obter a corrente de purificação 18, ou para adicionar a uma outra corrente de purificação que é suprida para a coluna de purificação 10. A bomba de re fluxo 19 pode ser empregada para retirar o líquido para um nível de pressão desejado.In operation the configuration of FIG. The top stream of top product being discharged through the purification column 10 through line 16 is conducted to the top condenser 14 where it is partially condensed using a refrigerant. The partially condensed forms a mixed phase stream of steam and condensate which is conducted to separator 27. Steam that is discharged from separator 27 through line 13 is the natural gas from which heavier hydrocarbons have been sufficiently removed and which must be liquefied to to obtain LNG. Condensate in the form of condensed liquid is withdrawn from the mixed phase stream to obtain the purification stream 18, or to add to another purification stream that is supplied to the purification column 10. The reflow pump 19 may be employed. to remove the liquid to a desired pressure level.
Uma vantagem da configuração da Figura 6 é que ela permite liberdade na escolha da temperatura da segunda sub corrente 3b uma vez que o número de bandeja (que corresponde a uma altura na coluna de destilação 10) na qual a segunda sub corrente 3b é alimentada para a coluna de destilação 10 pode ser escolhida. Assim, sem restrição, a temperatura da segunda sub corrente na linha 7 pode ser escolhida para otimizar o ciclo de refrigeração. O perfil de temperatura na parte de fundo da coluna de purificação 10 e a temperatura do produto de fundo descarregado através da saída 8 e linha 17 pode ser controlado de maneira ótima selecionando ou controlando a relação de divisão. Uma vantagem das configurações das Figuras 2 até 5 é que estas evitam utilização do refervedor na forma do separador de topo 27 e/ou a bomba de refluxo 19.An advantage of the configuration of Figure 6 is that it allows freedom in choosing the temperature of the second sub stream 3b since the tray number (which corresponds to a height in the distillation column 10) on which the second sub stream 3b is fed to. distillation column 10 may be chosen. Thus, without restriction, the temperature of the second subcurrent in line 7 can be chosen to optimize the refrigeration cycle. The temperature profile at the bottom of the purification column 10 and the temperature of the background product discharged through outlet 8 and line 17 can be optimally controlled by selecting or controlling the split ratio. An advantage of the configurations of Figures 2 to 5 is that they avoid using the referrer in the form of the top separator 27 and / or the backflow pump 19.
Será entendido que a configuração da Figura 6 pode ser combinada com uma das Figuras 2 até 5.It will be appreciated that the configuration of Figure 6 may be combined with one of Figures 2 to 5.
Em todas as configurações descritas acima a terceira sub corrente forma uma fração maior da segunda sub corrente ou mais do que metade da scgtmda sub corrente original quando dividida na junção da corrente de alimentação 2. A terceira sub corrente é tipicamente resfriada até uma temperatura inferior a menos 10 0 C e não inferior a menos 100°C. Preferivelmente a terceira sub corrente é resfriada até uma temperatura inferior a menos 30°C. Preferivelmente a terceira sub corrente é resfriada até uma temperatura não inferior a menos 60°C. Esta terceira sub corrente é então introduzida na coluna de purificação 10 no terceiro ponto de alimentação 7c.In all configurations described above the third sub-current forms a larger fraction of the second sub-current or more than half of the original sub-current when divided at the junction of the supply current 2. The third sub-current is typically cooled to a temperature below minus 100 ° C and not less than minus 100 ° C. Preferably the third subcurrent is cooled to a temperature below minus 30 ° C. Preferably the third subcurrent is cooled to a temperature of not less than 60 ° C. This third sub stream is then introduced into the purification column 10 at the third feed point 7c.
Na Figura 7 ainda uma outra configuração da invenção é esquematicamente delineada. Em comparação com a configuração da Figura 1, ainda menos itens de equipamento são requeridos, uma vez que a função do terceiro ponto de alimentação 7c é agora assumida pelo segundo ponto de alimentação 7b. Para esta finalidade o segundo ponto de alimentação 7b é fornecido na vizinhança do topo da coluna de purificação 10, onde normalmente estaria a entrada da corrente de purificação. Assim, nenhum equipamento de reíluxo específico é requerido. O trocador de calor na segunda ramificação é aqui delineado por uma pluralidade de trocadores de calor 6 e 6' que operam em série um com o outro. Será entendido que o trocador de calor pode ser fornecido na forma de uma única peça de equipamento.In Figure 7 yet another embodiment of the invention is schematically outlined. Compared to the configuration of Figure 1, even fewer equipment items are required as the function of the third feed point 7c is now assumed by the second feed point 7b. For this purpose the second feed point 7b is provided in the vicinity of the top of the purification column 10, where the purification current would normally be input. Thus, no specific reflow equipment is required. The heat exchanger in the second branch is here outlined by a plurality of heat exchangers 6 and 6 'which operate in series with each other. It will be appreciated that the heat exchanger may be provided in the form of a single piece of equipment.
Antes que a segunda sub corrente na segunda ramificação 3b seja alimentada para a linha 7, ela é resfriada até uma temperatura baixa o suficiente para formar uma mistura de líquido/vapor. A temperatura é tipicamente inferior a menos 10°C e não inferior a menos 60°C. Preferivelmente a segunda sub corrente é resfriada até uma temperatura inferior a menos 30°C. Preferivelmente a terceira sub corrente é resfriada até uma temperatura não inferior a menos 60°C.Before the second sub stream in the second branch 3b is fed to line 7, it is cooled to a temperature low enough to form a liquid / vapor mixture. The temperature is typically below minus 10 ° C and not below minus 60 ° C. Preferably the second sub stream is cooled to a temperature below minus 30 ° C. Preferably the third subcurrent is cooled to a temperature of not less than 60 ° C.
Uma vantagem das configurações das Figuras 2 até 5 da configuração da Figura 7 sobre a configuração da Figura 6 é que a vazão através do segundo trocador de calor 26 ou da segunda parte 6' do trocador de calor é inferior àquela é mais baixa do que a vazão através do condensador de topo 14 uma vez que parte do gás natural é enviada para a coluna de purificação sem passar pelo segundo trocador de calor 26 ou pela segunda parte 6'.An advantage of the configurations of Figures 2 through 5 of the configuration of Figure 7 over the configuration of Figure 6 is that the flow through the second heat exchanger 26 or the second heat exchanger part 6 'is less than that which is lower than flow through the top condenser 14 as part of the natural gas is sent to the purification column without passing through the second heat exchanger 26 or the second part 6 '.
Exemplos Comparativos A Figura 8 representa um exemplo comparativo no qual a corrente de alimentação na linha de corrente de alimentação 1 não é dividida em sub correntes, porém, opcionalmente é resfriada no trocador de calor 6 antes de alimentar para a coluna de purificação 10 através do ponto de alimentação 7d. O ponto de alimentação 7d pode estar na ou junto ao fimdo da coluna de purificação ou algo mais elevado do que o ponto de alimentação 7a. Cálculos de balanço de massa e energia foram realizados em relação aos fluxogramas de processos mostrados nas Figuras 6, 7 e 8 para condições ambientes de uma típica alimentação de gás para uma alimentação típica de gás e condições ambientais típicas.Comparative Examples Figure 8 represents a comparative example in which the supply current in supply current line 1 is not divided into sub currents, but optionally is cooled in heat exchanger 6 before feeding to purification column 10 through power point 7d. Feed point 7d may be at or near the end of the purification column or somewhat higher than feed point 7a. Mass and energy balance calculations were performed against the process flow charts shown in Figures 6, 7 and 8 for ambient conditions from a typical gas feed to a typical gas feed and typical environmental conditions.
No processo da Figura 8 uma energia relativa (que inclui energia de vaponzação final sobre produção) de 13,1 kw/tpd é calculada para resultar em um teor de C5+ na corrente na linha 13 de 0,03% em mol.In the process of Figure 8 a relative energy (which includes final vaponization energy over production) of 13.1 kw / tpd is calculated to result in a C5 + content in line 13 of 0.03 mol%.
No processo da Figura 7, a relação de divisão foi ajustada para 8% de modo que a parte maior da corrente de alimentação foi deixada através dos trocadores de calor 6 e 6'. A temperatura da segunda sub corrente na linha 7 foi reduzida para aproximadamente menos 20°C. A energia relativa calculada (incluindo energia de vaporização final sobre a produção) é 13,1 kw/tpd, pelo que o teor de C5+ na corrente na linha 16 é 0,06% em mol.In the process of Figure 7, the division ratio was set to 8% so that the largest part of the feed stream was left through the heat exchangers 6 and 6 '. The temperature of the second subcurrent in line 7 has been reduced to approximately minus 20 ° C. The calculated relative energy (including final vaporization energy over production) is 13.1 kw / tpd, so the C5 + content in the current at line 16 is 0.06 mol%.
Assim, a divisão da corrente de alimentação fornece opção de se livrar dos componentes para gerar uma corrente de refluxo, de tal modo que o separador de topo 27 e/ou a bomba de refluxo 19, ao custo de apenas uma separação ligeiramente pior. Ao mesmo tempo é conseguido um controle melhorado sohre o gradiente 4e temperatura na cotuna de purificação 10 e o escoamento material no fundo da coluna de purificação 10 é fortemente reduzido, de modo que ela pode ser feita mais esbelta.Thus, the division of the feed stream provides an option to get rid of the components to generate a backflow, such that the top separator 27 and / or the backflow pump 19, at the cost of only slightly worse separation. At the same time, improved control over the gradient 4 and temperature in the purification column 10 is achieved and the material flow at the bottom of the purification column 10 is greatly reduced so that it can be made more slender.
No processo da Figura 6 a relação de divisão foi escolhida 6%. A mesma separação foi conseguida como no processo da Figura 7 (teor de C5+ na linha 13 de 0, 6% em mol), porém utilizando uma energia relativa de 12,9 kw/tpd que representa uma redução de 1,5%. À vista das grandes quantidades de produto a serem processadas, uma redução em consumo de energia de 1,5% é um melhoramento significativo. Esta redução em consumo de energia desloca o custo adicional de fornecer o equipamento de refluxo. Comparando ao processo da Figura 8, controle melhorado sobre o gradiente de temperatura na coluna de purificação 10 é conseguido e o escoamento de material no fundo da coluna de purificação 10 é fortemente reduzido, de modo que ela pode ser feita mais esbelta.In the process of Figure 6 the division ratio was chosen 6%. The same separation was achieved as in the process of Figure 7 (C5 + content at line 13 of 0.6 mol%), but using a relative energy of 12.9 kw / tpd which represents a 1.5% reduction. In view of the large quantities of product being processed, a 1.5% reduction in power consumption is a significant improvement. This reduction in energy consumption offset the additional cost of providing reflow equipment. Comparing to the process of Figure 8, improved control over the temperature gradient in the purification column 10 is achieved and the material flow at the bottom of the purification column 10 is greatly reduced so that it can be made more slender.
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