BRPI0609292A2 - processo para liquefação de uma corrente rica em hidrocarbonetos - Google Patents
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Abstract
PROCESSO PARA LIQUEFAçãO DE UMA CORRENTE RICA EM HIDROCARBONETOS. A presente invenção refere-se a um processo para liquefação de uma corrente rica em hidrocarbonetos, sendo que: - a liquefação da corrente rica em hidrocarbonetos (X, X') se dá na troca de calor (E) contra uma mistura de agente refrigerante de três ou mais componentes, - a compressão da corrente de mistura de agente refrigerante (4, 7) se dá por meio de uma compressão de pelo menos dois estágios (C1, C2), antes da refrigeração (E) e expansão refrigerante (a, b, c) da mistura de agente refrigerante, se dá uma separação (D) da mistura de agente refrigerante em uma fração de agente refrigerante de ebulição mais alta (5) e uma de ebulição mais baixa (2), e a fração de agente refrigerante de ebulição mais alta (5) e a de ebulição mais baixa (2) são alimentadas à compressão (C1, C2), depois de sua expansão refrigerante (a, b, c) para as diferentes pressões, na extremidade quente do trocador de calor (E).
Description
Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "PROCESSOPARA LIQUEFAÇÃO DE UMA CORRENTE RICA EM HIDROCARBONETOS"
A presente invenção refere-se a um processo para liquefação deuma corrente rica em hidrocarbonetos, particularmente, de uma corrente degás natürãT
Instalações de liquefação de gás natural são concebidas ou como chamadas instalações de LNG-Baseload - portanto, instalações para liquefação de gás natural para abastecimento com gás natural como energia
primária - ou como chamadas Peak Shaving Plants - portanto, instalaçõespara liquefação de gás natural para cobrir a demanda de pico.
Instalações de LNG de grande porte são operadas, em geral,com circulações de refrigeração, que consistem em misturas de hidrocarbonetos. Essas circulações mistas são mais eficientes energeticamente do quecirculações de expansor e possibilitam consumos de energia específicosrelativamente baixos.
Do documento DE-A 102 09 799 é conhecido um processo paraliquefação de uma corrente rica em hidrocarbonetos, particularmente, deuma corrente de gás natural, de acordo com o qual a liquefação da correnterica em hidrocarbonetos se dá na troca de calor contra uma corrente de umamistura de agente refrigerante de dois componentes; nesse caso, um componente é uma parte integrante da corrente rica em hidrocarbonetos a serliqüefeita, enquanto o outro componente é um hidrocarboneto pesado, depreferência, propano ou propileno. Antes da refrigeração e expansão refrigerante desses componentes, ocorre uma separação da mistura de agenterefrigerante em uma fração de agente refrigerante de mais alta ebulição euma de ebulição mais baixa.
O processo descrito no documento DE-A 102 09 799 tem comodesvantagem o fato de que a previsão de dois componentes de agente refrigerante pode levar a diferenças de temperatura relativamente grandes nostrocadores de calor. Essas diferenças de temperatura, por sua vez, requerem potências de compressor correspondentemente mais altas.Do documento US-A 6,347,531 é conhecido um processo semelhante para liquefação de uma corrente rica em hidrocarbonetos. No mesmo,o agente refrigerante de mais baixa pressão é aspirado a frio pelo compressor de circulação. Os chamados compressores aspirantes a frio, no entanto,têm a desvantagem de, em operação, serem mais difíceis de ser operados,particularmente, durante o arranque e a partida, do que compressores nãoaspirantes a frio. Além disso, no processo de liquefação descrito no documento US-A 6,347,531 é de desvantagem que o agente refrigerante é parcialmente liqüefeito para uma pressão intermediária, do que resulta uma necessidade maior de equipamento.
É tarefa da presente invenção indicar um processo de acordocom a espécie para liquefação de uma corrente rica em hidrocarbonetos,particularmente, de uma corrente de gás natural, que evita as desvantagensdos processos conhecidos e, além disso, possibilita a realização de uma necessidade de energia específica mais baixa.
Para solução dessa tarefa, é proposto um processo de acordocom a espécie para liquefação de uma corrente rica em hidrocarbonetos,sendo que
- a liquefação da corrente rica em hidrocarbonetos se dá na troca de calor contra uma mistura de agente refrigerante de três ou mais componentes,
- um dos componentes é uma parte integrante da corrente ricaem hidrocarbonetos a ser liqüefeita,
- um dos componentes é propano, propileno ou um C4-hidrocarboneto,
- um dos componentes é C2H4 ou C2H6,
- a compressão da corrente de mistura de agente refrigerante sedá por meio de uma compressão de pelo menos dois estágios,
- antes da refrigeração e expansão refrigerante da mistura deagente refrigerante se dá uma separação da mistura de agente refrigerante
em uma fração de agente refrigerante de ebulição mais alta e uma de ebulição mais baixa, e- a fração de agente refrigerante de ebulição mais alta e a deebulição mais baixa são alimentadas à compressão, depois de suas expansões refrigerantes para pressões diferentes.
Mostrou-se, surpreendentemente, que o gasto de energia específico da liquefação pode ser diminuído em cerca de 30% por meio do processo de acordo com a invenção. Além disso, as diferenças de temperaturadentro do ou dos trocador(es) de calor podem ser diminuídas consideravelmente. Isso tem como conseqüência o fato de que a operação ambulante écontrolável mais facilmente.
Outras configurações vantajosas do processo de acordo com ainvenção para liquefação de uma corrente rica em hidrocarbonetos são:
- a mistura de agentes refrigerantes é uma mistura de agentesrefrigerantes de três componentes
- as frações de agente refrigerante são refrigeradas separadamente, expandidas sob refrigeração separadamente e aquecidas separadamente contra a corrente rica em hidrocarbonetos a ser liqüefeita
- um outro componente da mistura de agente refrigerante é nitrogênio
- a compressão da mistura de agente refrigerante se dá por meiode uma compressão de pelo menos dois estágios e a fração de agente refrigerante de ebulição mais alta é misturada à fração de agente refrigerante deebulição mais baixa em um estágio de pressão intermediário
- como outro(s) componente(s) da mistura de agente refrigeranteé ou são usado(s) pelo menos um C4 a C6-hidrocarboneto; o uso de outroscomponentes de agente refrigerante faz sentido, particularmente, a rendimentos de liquefação maiores, a partir de 10 t/h
- pelo menos uma corrente parcial da fração de agente refrigerante de ebulição mais baixa é parcialmente condensada e a fração de líquido obtida nesse caso é resfriada abaixo do ponto de congelação e expandida.
O processo de acordo com a invenção, bem como outras configurações do mesmo, que representam objetos das reivindicações de patentedependentes, são explicados a seguir por meio do exemplo de modalidaderepresentado na figura.
De acordo com o procedimento representado na figura, é alimentada ao processo de liquefação, através da linha X,uma corrente rica emhidrocarbonetos seca, tratada previamente, por exemplo, um gás natural, eliqüefeita no trocador de calor E e, opcionalmente, resfriada abaixo do pontode congelação. A corrente rica em hidrocarbonetos apresenta, por exemplo,uma pressão entre 10 e 60 bar. A corrente rica em hidrocarbonetos liqüefeitae, opcionalmente, resfriada abaixo do ponto de congelação, é subseqüentemente alimentada, através da linha X', a uma outra utilização. Não está representada na figura uma separação, opcionalmente prevista, de componentes indesejáveis, tal como, por exemplo, hidrocarbonetos mais altos. A esserespeito, faz-se referência às modalidades correspondentes no documentoDE-A 102 09 799 citado acima.
A refrigeração e liquefação da corrente rica em hidrocarbonetosX, X' ocorre, de acordo com a invenção, sob troca de calor contra uma corrente de mistura de agente refrigerante de três ou mais componentes, sendoque um dos componentes é parte integrante da corrente rica em hidrocarbonetos a ser liqüefeita - de preferência, metano -um dos componentes é propano, propileno ou um C4-hidrocarboneto, e um dos componentes é C2H4 ouC2H6.
A circulação refrigerante correspondente apresenta, de preferência, uma unidade de compressor de dois estágios, que consistem nosestágios de compressão C1 e C2. A cada estágio de compressão está anexado um refrigerador de ar ou água, não representado na figura. Além disso,a circulação refrigerante apresenta um separador de mais alta pressão D. Aprevisão de apenas um separador de mais alta pressão D - em comparaçãocom as circulações de mistura de agente refrigerante - reduz consideravelmente a complexidade técnica de operação do processo de acordo com ainvenção.
No separador D a mistura de agente refrigerante é dividida emuma fração de ebulição mais baixa e uma de mais alta ebulição. A fração deebulição mais baixa é retirada do separador D através da linha 2, resfriadano trocador de calor E, condensada, bem como refrigerada para abaixo doponto de congelação e, subseqüentemente, na extremidade fria do trocadorde calor, na válvula de expansão b, expandida de modo refrigerante. Atravésda linha 3, a fração expandida é novamente alimentada ao trocador de calorE, evaporada no mesmo contra as correntes de processo a ser refrigeradas,bem como sobreaquecida e, subseqüentemente, alimentada através da linha4 ao primeiro estágio de compressão C1.
Depois da compressão e refrigeração não representada na figura, a fração de ebulição mais baixa comprimida é alimentada através da linha 8 ao segundo estágio de compressão C2 - a mistura d fração de ebulição mais alta ainda será detalhada abaixo - e comprimida para a pressãofinal de circulação desejada, que se situa, por exemplo, entre 20 e 60 bar.
Também ao segundo estágio de compressão C2 está anexado um trocador de calor como refrigerador, não representado na figura. A mistura de agenterefrigerante refrigerada no mesmo e parcialmente condensada, é novamentealimentada ao separador D, através da linha 1.
Da base do separador D é retirada através da linha 5 uma fraçãode ebulição mais alta, refrigerada no trocador de calor E e, subseqüentemente, expandida de modo refrigerante na válvula de expansão a para apressão intermediária desejada. Subseqüentemente, essa fração é novamente alimentada ao trocador de calor E, através da linha 6, evaporada nomesmo contra correntes de processo a ser refrigeradas, bem como sobrea-quecida e, subseqüentemente, alimentada através da linha 7 à unidade decompressor, antes do segundo estágio de compressão C2 da mesma.
De acordo com uma modalidade vantajosa do processo de liquefação de acordo com a invenção, pelo menos uma corrente parcial 9 da fra-ção de agente refrigerante de ebulição mais baixa 2 pode ser retirada dotrocador de calor E, depois de uma refrigeração e condensação parcial, através da linha 9, representada em tracejado, e alimentada a um separador D'(chamado de "frio"). A fração gasosa retirada na cabeça do separador D',através da linha 10, representada em tracejado, é novamente alimentada aotrocador de calor E, refrigerada para abaixo do ponto de congelação e, parafins da produção do frio de pico, necessário para o processo de liquefação,expandida na válvula b.
A fração líquida retirada da base do separador D', através dalinha 11 representada em tracejado, é refrigerada para abaixo do ponto decongelação no trocador de calor E, expandida de modo refrigerante na válvula c, alimentada através da linha 12 ao trocador de calor E, e misturada àfração de agente refrigerante na linha 3.
Além desse separador D', podem ser previstos outros, os chamados "separadores frios". Os mesmos levam a um aperfeiçoamento da necessidade de energia específica do processo de liquefação, mas, devido aoequipamento adicional necessário, só fazem sentido em instalações de liquefação de grande porte.
As frações de mais alta ebulição, obtidas no separador D' e, opcionalmente, outros "separadores frios", são, de preferência, refrigeradospara abaixo do ponto de congelação, expandidos para a pressão da (primeira) fração de mais alta ebulição e alimentadas ao estágio de compressão, aoqual também é alimentada a (primeira) fração de mais alta ebulição. Essamodalidade do processo de acordo com a invenção está representada nafigura pela linha 13, desenhada em ponteado. Dependendo do perfil de temperatura no trocador de calor E, também é apropriada uma mistura na corrente de agente refrigerante de mais baixa pressão, nas seções de linha 3 e 4.
De acordo com uma modalidade vantajosa do processo de acordo com a invenção, a liquefação da corrente rica em hidrocarbonetos se dácontra a mistura de agente refrigerante em trocadores de calor de placas.Devido à condução de processo de acordo com a invenção, em instalaçõesde liquefação, com uma capacidade de liquefação de até 10 a 15 t/h, a execução do processo pode ser realizada em um único trocador de calor de placas.
O processo de acordo com a invenção para liquefação de umacorrente rica em hidrocarbonetos, particularmente, de uma corrente de gásnatural, evita todas as desvantagens do estado da técnica citadas inicialmente.
Claims (10)
1. Processo para liquefação de uma corrente rica em hidrocar-bonetos, particularmente, de uma corrente de gás natural, sendo que- a liquefação da corrente rica em hidrocarbonetos (X, X') se dána troca de calor (E) contra uma mistura de agente refrigerante de três oumais componentes,- um dos componentes é uma parte integrante da corrente ricaem hidrocarbonetos a ser liqüefeita,- um dos componentes é propano, propileno ou um C4-hidrocarboneto,- um dos componentes é C2H4 ou C2H6,- a compressão da corrente de mistura de agente refrigerante (4,7) se dá por meio de uma compressão de pelo menos dois estágios (C1,C2),- antes da refrigeração (E) e expansão refrigerante (a, b, c) damistura de agente refrigerante, se dá uma separação (D) da mistura de agente refrigerante em uma fração de agente refrigerante de ebulição maisalta (5) e uma de ebulição mais baixa (2), e- a fração de agente refrigerante de ebulição mais alta (5) e a deebulição mais baixa (2) são alimentadas (4, 7) à compressão (C1, C2), de-pois de suas expansões refrigerantes (a, b, c) para pressões diferentes, naextremidade quente do trocador de calor (E).
2. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelofato de que a mistura de agente refrigerante é uma mistura de agente refrigerante de três componentes.
3. Processo de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizadopelo fato de que as frações de agente refrigerante (2, 5) são refrigeradas (E)separadamente, expandidas de modo refrigerante (a, b, c) separadamente eaquecidas (E) separadamente contra a corrente rica em hidrocarbonetos (X, X') a ser liqüefeita.
4. Processo de acordo com uma das reivindicações precedentes 1 a 3, caracterizado pelo fato de que um outro componente da mistura deagente refrigerante é nitrogênio.
5. Processo de acordo com uma das reivindicações precedentes 1 a 4, caracterizado pelo fato de que como outro(s) componente(s) da mistura de agente refrigerante é ou são usado(s) pelo menos um C4 a C6-hidrocarboneto.
6. Processo de acordo com uma das reivindicações precedentes 1 a 5, caracterizado pelo fato de que pelo menos uma corrente parcial da fração de agente refrigerante de ebulição mais baixa (2) é parcialmente condensada (D') e a fração líquida (11) obtida nesse caso é refrigerada para abaixo do ponto de congelação (E) e expandida (c).
7. Processo de acordo com uma das reivindicações precedentes 1 a 6, caracterizado pelo fato de que uma ou mais das outras correntes parciais da fração de agente refrigerante de ebulição mais baixa (2) é parcialmente condensada e a fração líquida obtida nesse caso é refrigerada para abaixo do ponto de congelação (3) e expandida.
8. Processo de acordo com a reivindicação 6 ou 7, caracterizadopelo fato de que a outra fração de agente refrigerante de ebulição mais alta(11), obtida na ou nas condensações parciais (D') de uma ou mais correntesparciais da fração de agente refrigerante de ebulição mais baixa (2), é refrigerada para abaixo do ponto de congelação, expandida para a pressão dafração de ebulição mais alta (6, 7), expandida e alimentada (13) ao estágiode compressão (C2), ao qual também é alimentada a fração de ebuliçãomais alta (6, 7).
9. Processo de acordo com uma das reivindicações 6 a 8, caracterizado pelo fato de que a outra fração de agente refrigerante de ebulição mais alta (11), obtida na ou nas condensações parciais (D') de uma ou maiscorrentes parciais da fração de agente refrigerante de ebulição mais baixa(2), é refrigerada para abaixo do ponto de congelação, expandida para apressão da fração de ebulição mais baixa (3, 4), expandida e alimentada(13) ao estágio de compressão (C1), ao qual também é alimentada a fraçãode ebulição mais baixa (3, 4).
10. Processo de acordo com uma das reivindicações 1 a 9, ca-racterizado pelo fato de que a liquefação da corrente rica em hidrocarbonetos (X, X') se dá contra a mistura de agente refrigerante em trocadores de calor de placas, de preferência, em um único trocador de calor de placas (E).
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