BRPI0813637B1 - Processo e sistema para a produção de gás natural liquefeito - Google Patents

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Abstract

processo e sistema para a produção de gás natural liquefeito são fornecidos um processo e sistema para liquefazer gás de hidrocarboneto. o gás de alimentação de hidrocarboneto é pré-tratado para remover espécies ácidas e água do mesmo. o gás de alimentação pré-tratado é então passado para uma zona de refrigeração onde é resfriado e expandido para produzir um líquido de hidrocarboneto. um refrigerante misturado único de circuito fechado provê grande parte da refrigeração à zona de refrigeração juntamente com um sistema de refrigeração auxiliar. o sistema de refrigeração auxiliar e o refrigerante misturado único de circuito fechado são acoplados de tal modo que calor residual gerado por um acionamento de turbina a gás do compressor no refrigerante misturado único de circuito fechado aciona o sistema de refrigeração auxiliar e o sistema de refrigeração auxiliar resfria o ar de entrada da turbina a gás. desse modo, aperfeiçoamentos substanciais são feitos na capacidade de produção do sistema.

Description

PROCESSO E SISTEMA PARA A PRODUÇÃO DE GAS NATURAL
LIQUEFEITO
Campo
A presente invenção refere-se a um processo e sistema para a produção de gás natural liquefeito. Em particular, a presente invenção refere-se a um processo e sistema para liquefazer um gás de hidrocarboneto, como gás natural ou gás de veio carbonifero.
Antecedentes
A construção e operação de uma fábrica para tratar e liquefazer um gás de hidrocarboneto, como gás natural ou gás de veio carbonifero, e produzir metano liquefeito ou LNG envolve vasto gasto operacional e de capital. Em particular, com sensibilidade aumentada para questões ambientais e regulações pertinentes gás estufa, o projeto de tal fábrica a emissões de deve procurar incorporar características que aumentem eficiência de combustível e reduzam emissões, onde possível.
Sumário
Em seu aspecto mais amplo, a invenção provê um processo e sistema para liquefazer um gás de hidrocarboneto, como gás natural ou gás de veio carbonifero.
Por conseguinte, em um primeiro aspecto, presente invenção provê um processo para liquefazer um gás de hidrocarboneto compreendendo as etapas
a) pré-tratar um gás de alimentação de hidrocarboneto para remover espécies ácidas e água do mesmo;
prover uma zona de refrigeração, em que refrigeração circular um na zona de refrigeração é fornecida por refrigerante misturado a partir do sistema
2/19 refrigerante misturado e um refrigerante auxiliar a partir de um sistema de refrigeração auxiliar através da zona de refrigeração;
c) acoplar o sistema de refrigerante misturado e o sistema de refrigeração auxiliar em um modo pelo que o sistema de refrigeração auxiliar é acionado, pelo menos em parte, por calor residual gerado pelo refrigerante misturado; e
d) passar o gás de alimentação pré-tratado através da zona de refrigeração onde o gás de alimentação pré-tratado é resfriado e expandir o gás de alimentação resfriado para produzir um liquido de hidrocarboneto.
Em uma modalidade da invenção, a etapa de circular um refrigerante misturado através da zona de refrigeração compreende:
a) comprimir o refrigerante misturado em um compressor;
b) passar o refrigerante misturado comprimido através de uma primeira via de troca de calor que se estende através da zona de refrigeração onde o refrigerante misturado comprimido é resfriado e expandido para produzir um refrigerante misturado resfriado;
c) passar o refrigerante misturado resfriado através de uma segunda via de troca de calor que se estende através da zona de refrigeração para produzir um refrigerante misturado; e
d) recircular o refrigerante misturado para o compressor.
Em outra modalidade da invenção, a etapa de passar o gás de alimentação pré-tratado através da zona de refrigeração compreende passar o gás de alimentação prétratado através de uma terceira via de troca de calor na zona de refrigeração.
3/1 t
I
Ainda em outra modalidade da invenção, a etapa de circular o refrigerante auxiliar através da zona de refrigeração compreende passar o refrigerante auxiliar através de uma quarta via de troca de calor que se estende através de uma porção da zona de refrigeração. As segunda e quarta vias de troca de calor se estendem de troca de calor contracorrente em relação às primeira e terceira vias de troca de calor.
Vantajosamente, os inventores revelaram que o calor produzido na etapa de compressão por um acionamento de turbina a gás do compressor, que de outro modo seria considerado como calor residual, pode ser utilizado no processo para produzir vapor em um gerador de vapor. O vapor pode ser utilizado para acionar um gerador de turbina de vapor único e produzir energia elétrica que aciona o sistema de refrigeração auxiliar.
Por conseguinte, em uma modalidade preferida da invenção, o processo compreende adicionalmente acionar o sistema de refrigeração auxiliar pelo menos em parte por calor residual produzido da etapa de compressão do processo da presente invenção.
Em outra modalidade preferida da invenção, o processo compreende adicionalmente resfriar ar de entrada de uma turbina a gás diretamente acoplada ao compressor com o refrigerante auxiliar. Preferivelmente, o ar de entrada é resfriado a aproximadamente 5 °C - 10 °C. Os inventores estimaram que o resfriamento do ar de entrada da turbina a gás aumenta a saída de compressor em 15% - 25%, desse modo melhorando a capacidade de produção do processo uma vez que a saída do compressor é proporcional à saída de LNG.
Em uma modalidade da invenção, a etapa de comprimir o refrigerante misturado aumenta a pressão do mesmo de aproximadamente 30 para 50 bar.
t λ
Quando o refrigerante misturado é comprimido sua temperatura se eleva. Em uma modalidade adicional, o processo compreende resfriar o refrigerante misturado comprimido antes de passar o refrigerante misturado comprimido para a primeira via de troca de calor. Desse modo, a carga de resfriamento na zona de refrigeração é reduzida. Em uma modalidade, o refrigerante misturado comprimido é resfriado a uma temperatura menor do que 50 °C. Na modalidade preferida, o refrigerante misturado comprimido é resfriado a aproximadamente 10 °C.
Em outra modalidade, a etapa de resfriar o refrigerante misturado comprimido compreende passar o refrigerante misturado comprimido do compressor para um trocador de calor, em particular um refrigerador de água ou ar. Em uma modalidade alternativa da invenção a etapa de resfriamento compreende passar o refrigerante misturado comprimido do compressor para o trocador de calor como descrito acima, e passar adicionalmente o refrigerante misturado comprimido resfriado no trocador de calor para um refrigerador. Preferivelmente, o refrigerador é acionado pelo menos em parte por calor residual, em particular calor residual produzido a partir da etapa de compressão.
Em uma modalidade da invenção, a temperatura do refrigerante misturado resfriado está em ou abaixo da temperatura na qual o gás de alimentação pré-tratado condensa. Preferivelmente, a temperatura do refrigerante misturado resfriado é menor do que -150 °C.
Em uma modalidade da invenção, o refrigerante misturado contém compostos selecionados de um grupo que consiste em nitrogênio e hidrocarbonetos contendo de 1 a 5 átomos de carbono. Preferivelmente, o refrigerante misturado compreende nitrogênio, metano, etano ou etileno, isobutano e/ou n-butano. Em uma modalidade preferida, a
/19 t
composição para o refrigerante misturado e como a seguir nas faixas de percentagem de fração molar seguintes:
nitrogênio:
aproximadamente 5 a aproximadamente
15; metano:
aproximadamente aproximadamente
35;
C2:
aproximadamente aproximadamente 42;
C3: 0 a aproximadamente
10;
a aproximadamente 20;
aproximadamente
20.
A composição do refrigerante misturado pode ser selecionada de tal modo que as curvas de resfriamento e aquecimento de compósito do refrigerante misturado são casadas em aproximadamente 2 °C entre si, e que as curvas de resfriamento e aquecimento de compósito são substancialmente continuas.
Em uma modalidade da invenção, o gás de hidrocarboneto é gás natural ou metano de veio carbonifero.
Preferivelmente, o gás de hidrocarboneto é recuperado da zona de refrigeração em uma temperatura em ou abaixo da temperatura de liquefação de metano.
Em um segundo aspecto a invenção provê um sistema de liquefação de gás de hidrocarboneto compreendendo:
a) um refrigerante misturado;
b) um compressor para comprimir o refrigerante misturado;
c) um trocador de calor de refrigeração para
resfriar um gás de alimentação pré-tratado para produzir um
líquido de hidrocarboneto, o trocador de calor de
refrigeração tendo uma primeira via de troca de calor em comunicação de fluido com o compressor, uma segunda via de troca de calor, e uma terceira via de troca de calor, as primeira, segunda e terceira vias de troca de calor se estendendo através da zona de refrigeração, e uma quarta via de troca de calor estendendo através de uma porção da zona de refrigeração, as segunda e quarta vias de troca de calor sendo posicionadas em troca de calor contracorrente
ι . 1 em relação as primeira e terceira vias de troca de calor;
um expansor em comunicação de fluido com uma saída a partir da primeira via de troca de calor e uma entrada para a segunda via de troca de calor;
d) uma linha de refrigerante misturado de recirculação em comunicação de fluido com uma saída a partir da segunda via de troca de calor e uma entrada para o compressor;
e) um sistema de refrigeração auxiliar tendo um refrigerante auxiliar em comunicação de fluido com a quarta via de troca de calor;
f) uma fonte de gás de alimentação pré-tratado em comunicação de fluido com uma entrada da terceira via de troca de calor; e
g) uma linha de líquido de hidrocarboneto em comunicação de fluido com uma saída da terceira via de troca de calor.
Em uma modalidade da invenção, o compressor é um compressor de estágio único. Preferivelmente, o compressor é um compressor centrífugo de estágio único acionado diretamente (sem caixa de engrenagens) por uma turbina a gás. Em uma modalidade alternativa, o compressor é um compressor de dois estágios com inter-refrigerador e depurador interestágios, opcionalmente dotado de caixa de engrenagens.
Em outra modalidade, a turbina a gás é acoplada a um gerador de vapor em uma configuração pelo que, em uso, calor residual da turbina a gás facilita produção de vapor no gerador a vapor. Em uma modalidade adicional, o sistema compreende um gerador de turbina a vapor único configurado para produzir energia elétrica. Preferivelmente, a quantidade de energia elétrica gerada pelo gerador de turbina a vapor único é suficiente para acionar o sistema
7/19 de refrigeração auxiliar.
Em outra modalidade da invenção, o refrigerante auxiliar compreende amônia em baixa temperatura e o sistema de refrigeração auxiliar compreende um ou mais pacotes de refrigeração de amônia. Preferivelmente, um ou mais pacotes de refrigeração de amônia são resfriadas por refrigeradores de ar ou refrigeradores de água.
Em uma modalidade preferida, o sistema de refrigeração auxiliar está em comunicação de troca de calor com a turbina a gás, a comunicação de troca de calor sendo configurada de um modo para efetuar resfriamento de ar de entrada da turbina a gás pelo sistema de refrigeração auxiliar.
Em uma modalidade adicional da invenção, o sistema compreende um refrigerador para resfriar o refrigerante misturado comprimido antes de o refrigerante misturado comprimido ser recebido no trocador de calor de refrigeração. Preferivelmente, o refrigerador é um trocador de calor resfriado a ar, ou um trocador de calor resfriado a água. Em uma modalidade alternativa da invenção, o refrigerador compreende adicionalmente um refrigerador em combinação sequencial com o trocador de calor resfriado a ar ou água. Preferivelmente, o refrigerador é acionado pelo menos em parte por calor residual produzido do compressor, em particular por calor residual produzido do acionamento da turbina a gás.
Em uma modalidade ainda adicional da invenção, o líquido de hidrocarboneto na linha de líquido de hidrocarboneto é expandido através de um expansor para resfriar adicionalmente o líquido de hidrocarboneto.
Descrição dos desenhos
Modalidades preferidas, que incorporam todos os aspectos da invenção, serão descritas agora somente como
8/19 exemplo com referência aos desenhos em anexo, nos quais:
A figura 1 é um fluxograma esquemático de um processo para liquefazer um material fluido, como, por exemplo, gás natural ou CSG, de acordo com uma modalidade da presente invenção; e
A figura 2 é uma curva de resfriamento e aquecimento de compósito para um refrigerante misturado único e o material fluido.
Descrição detalhada da modalidade preferida
Com referência à figura 1, é mostrado um processo para resfriar um material fluido a temperaturas criogênicas para fins de liquefação do mesmo. Exemplos ilustrativos de um material fluido incluem, porém não são limitados a, gás natural e gás de veio carbonífero (CSG) . Embora essa modalidade especifica da invenção seja descrita em relação à produção de gás natural liquefeito (LNG) de gás natural ou CSG, é previsto que o processo pode ser aplicado a outros materiais fluidos que podem ser liquefeitos em temperaturas criogênicas.
A produção de LNG é amplamente obtida por prétratamento de um gás natural ou gás de alimentação de CSG para remover água, dióxido de carbono, e opcionalmente outras espécies que podem solidificar a jusante em temperaturas que se aproximam da liquefação, e então resfriamento do gás de alimentação pré-tratado a temperaturas criogênicas nas quais
LNG é produzido.
Com referência à figura
1, o gás de alimentação entra no processo em uma pressão controlada de aproximadamente 900 psi.
Dióxido de carbono é removido do mesmo por passar o mesmo através de uma fábrica de extração de CO2 acondicionado, convencional, 62 onde CO2 é removido a aproximadamente 50 - 150 ppm. Exemplos ilustrativos de uma fábrica de extração de CO2 62 incluem um pacote de
9/19 amina tendo um interruptor de amina (por exemplo, MDEA) e um refervedor de amina. Tipicamente, o gás que sai do interruptor de amina é saturado com água (por exemplo, ~701 b/MMscf).
Para remover a massa da água, o gás é resfriado até quase seu ponto de hidratar (por exemplo, ~15 °C) com um refrigerador
66.
Preferivelmente, refrigerador 66 utiliza capacidade de resfriamento de um sistema de refrigeração auxiliar
20.
Água condensada removida do fluxo de gás resfriado e retorna para o pacote de amina para composição.
água deve ser removida do fluxo de gás resfriado a < 1 ppm antes da liquefação para evitar congelamento quando a temperatura do fluxo de gás é reduzida abaixo do ponto de congelamento de hidratação. Por conseguinte, o fluxo de gás resfriado com teor reduzido de água (por exemplo, ~201 b/MMscf) é passado para uma fábrica de desidratação 64. A fábrica de desidratação 64 compreende três recipientes de peneira molecular. Tipicamente, dois recipientes de peneira molecular operarão no modo de adsorção enquanto o terceiro recipiente é regenerado ou no modo de reserva. Um fluxo lateral de gás seco que sai do recipiente de carga é utilizado para gás de regeneração.
Gás de regeneração úmido é resfriado utilizando ar e água condensada é separada. 0 fluxo de gás saturado é aquecido e utilizado como gás combustível.
O gás é preferivelmente utilizado como gás combustível/de regeneração (como será descrito posteriormente) e qualquer deficiência é suprida a partir do fluxo de gás seco. Nenhum compressor de reciclagem é necessário para gás de regeneração.
O gás de alimentaçao 60 pode ser opcionalmente submetido a tratamento adicional espécies ácidas ou similares, como para remover outras compostos de enxofre,
10/ embora seja reconhecido que muitos compostos de enxofre podem ser removidos simultaneamente com dióxido de carbono na fábrica de extração de CO2 62.
Como resultado do pré-tratamento, o gás de alimentação 60 se torna aquecido a temperaturas até 50 °C. Em uma modalidade da presente invenção, o gás de alimentação pré-tratado pode ser opcionalmente resfriado com um refrigerador (não mostrado) a uma temperatura de aproximadamente 10 °C a -50 °C. Exemplos apropriados do refrigerador que podem ser empregados no processo da presente invenção incluem, porém não são limitados a, um refrigerador de absorção de amônia, um refrigerador de absorção de brometo de lítio, e similares, ou o sistema de refrigeração auxiliar 20.
Vantaj osamente, de alimentação, hidrocarbonetos pesados dependendo da composição do gás refrigerador pode condensar no fluxo pré-tratado. Esses componentes condensados adicional, ou podem ser podem formar um fluxo de produto utilizados como gás combustível ou como gás de regeneração em várias partes do sistema.
O resfriamento do fluxo de gás pré-tratado tem a vantagem principal de reduzir significativamente a carga de resfriamento necessária para liquefação, em alguns casos tanto quanto 30% em comparação com a técnica anterior.
O fluxo de gás pré-tratado resfriado é fornecido a uma zona de refrigeração 28 através da linha 32 onde o fluxo é liquefeito.
A zona de refrigeração 28 compreende um trocador de calor refrigerado onde a refrigeração da mesma é fornecida por um refrigerante misturado e um sistema de refrigeração auxiliar 20. Preferivelmente, o trocador de calor compreende núcleos de trocador de aleta de placa de alumínio soldada encerrados em uma caixa de aço purgada.
11/19
O trocador de calor refrigerado tem uma primeira via de troca de calor 40 em comunicação de fluido com o compressor 12, uma segunda via de troca de calor 42, e uma terceira via de troca de calor 44. Cada uma das primeira, segunda estende mostrado também é e terceira através do na figura vias de troca de calor 40, 42, 44 trocador de calor refrigerado como trocador de calor refrigerado dotado de uma quarta via de troca de calor 46 que se estende através de uma porção do trocador de calor refrigerado, em particular segunda e quarta vias posicionadas em troca de primeira e terceira vias
A refrigeração de uma porção troca de fria calor calor contracorrente do mesmo. As
42, 46 são em relação às de troca de calor 40, 44.
é fornecida à zona de refrigeração por circular o refrigerante misturado através da mesma.
O refrigerante refrigerante 10 compressor centrífugos diretamente misturado de é passado um tambor de sucção de para o compressor 12. O é preferivelmente dois compressores de estágio único, paralelos, cada um acionado por turbinas de gás 100, em particular, turbina de gás compressor 12 pode inter-refrigerador o compressor 12 aproximadamente
Calor utilizado para para acionar modo, energia eletricidade a uma aero-derivada. Alternativamente, ser um compressor de dois e depurador interestágios.
é de um tipo que opera em
75% a aproximadamente residual das turbinas gerar vapor que, por uma
85%.
de sua um gerador elétrico (não gás estágios com
Tipicamente, eficiência de
100 pode ser vez, é utilizado mostrado). Desse suficiente pode ser gerada para fornecer todos os componentes elétricos na fábrica de liquefação, em particular o sistema de refrigeração auxiliar 20.
12/19
O vapor que é gerado por calor residual das turbinas a gás 100 também pode ser utilizado para aquecer o refervedor de amina da fábrica de extração de CO2 62, para regeneração das peneiras moleculares da fábrica de desidratação 64, gás de regeneração e gás combustível.
O refrigerante misturado é comprimido a uma pressão que varia de aproximadamente 30 bar a 50 bar e tipicamente a uma pressão de aproximadamente 35 a aproximadamente 40 bar. A temperatura do refrigerante misturado comprimido eleva como consequência de compressão no compressor 12 a uma temperatura que varia de aproximadamente 120 °C a aproximadamente 160 °C e tipicamente a aproximadamente 140 °C.
refrigerante misturado comprimido é então passado através da linha 14 para um refrigerador 16 para reduzir a temperatura do refrigerante misturado comprimido até abaixo de 45 °C. Em uma modalidade, o refrigerador 16 é um trocador de calor de tubo de aleta resfriado a ar, onde o refrigerante misturado comprimido é resfriado por passar o refrigerante misturado comprimido em relação contracorrente com um fluido como ar, ou similares. Em uma modalidade alternativa, o refrigerador 16 é um trocador de calor tipo shell and tube (casco e tubos) onde o refrigerante misturado comprimido é resfriado por passar o refrigerante misturado comprimido em relação contracorrente com um fluido, como água, ou similares.
O refrigerante misturado comprimido resfriado é passado para a primeira via de troca de calor 40 da zona de refrigeração 28 onde é adicionalmente resfriado e expandido através do expansor 48, preferivelmente utilizando um efeito Joule-Thomson, desse modo fornecendo resfriamento para a zona de refrigeração 28 como um refrigerante misturado resfriado. O refrigerante misturado resfriado é
13/19 passado através da segunda via de troca de calor 42 onde é aquecido em troca térmica contracorrente com o refrigerante misturado comprimido e o gás de alimentação pré-tratado que passa através das primeira e terceira vias de troca de calor 40, 44, respectivamente. O gás refrigerante misturado é então retornado ao tambor de sucção de refrigerante 10 antes de entrar no compressor 12, desse modo completando um processo de refrigerante misturado único de circuito fechado.
Ά composição de refrigerante misturado é fornecida do material de fluido ou gás de vaporização (metano e/ou hidrocarbonetos C2-C5), gerador de nitrogênio (nitrogênio) com qualquer um ou mais dos componentes refrigerantes sendo originado externamente.
O refrigerante misturado contém compostos selecionados de um grupo que consiste em nitrogênio e hidrocarbonetos contendo de 1 a aproximadamente 5 átomos de carbono. Quando o material fluido a ser resfriado é gás natural ou gás de veio carbonifero, uma composição apropriada para o refrigerante misturado é como a seguir
nas seguintes faixas de percentagem de fração molar:
nitrogênio aproximadamente 5 a aproximadamente 15; metano:
aproximadamente 25 a aproximadamente 35 r C2:
aproximadamente 33 a aproximadamente 42; C3 : 0 a
aproximadamente 10; C4: 0 a aproximadamente 20 ; e C5: 0 a
aproximadamente 20. Em uma modalidade preferida, o
refrigerante misturado compreende nitrogênio, metano, etano ou etileno, e isobutano e/ou n-butano.
A figura 2 mostra uma curva de aquecimento e resfriamento de compósito para refrigerante misturado único e gás natural. A proximidade estreita das curvas compreendida em aproximadamente 2 °C indica as eficiências do processo e sistema da presente invenção.
14/19
Refrigeração adicional pode ser fornecida à zona de refrigeração 28 por um sistema de refrigeração auxiliar 20. 0 sistema de refrigeração auxiliar 20 compreende um ou mais pacotes de refrigeração de amônia resfriadas por refrigeradores de ar. Um refrigerante auxiliar, como amônia fria, passa através da quarta via de troca térmica 44 localizada em uma zona fria da zona de refrigeração 28. Por esse meio, até aproximadamente 70% de capacidade de resfriamento disponível do sistema de refrigeração auxiliar 20 podem ser orientados para a zona de refrigeração 28. O resfriamento auxiliar tem o efeito de produzir uma quantidade adicional de 20% de LNG e também melhora a eficiência da fábrica, por exemplo, consumo de combustível em turbina a gás 100 por 20% separados.
O sistema de refrigeração auxiliar 20 utiliza calor de refugo gerado de gases de descarga quentes da turbina a gás 100 para gerar o refrigerante para o sistema de refrigeração auxiliar 20. Será reconhecido, entretanto, que calor residual adicional gerado por outros componentes na fábrica de liquefação pode ser também utilizado para regenerar o refrigerante para o sistema de refrigeração auxiliar 20, como pode ser disponível como calor residual de outros compressores, motores principais utilizados em geração de energia, gases luminosos quentes, gases ou líquidos de refugo, energia solar e similares.
O sistema de refrigeração auxiliar 20 também é utilizado para resfriar a entrada de ar para turbina a gás 100. De forma importante, o resfriamento do ar de entrada da turbina a gás adiciona 15-25% à capacidade de produção da fábrica visto que a saída do compressor é aproximadamente proporcional à produção de LNG.
O gás liquefeito é recuperado da terceira via de troca de calor 44 da zona de refrigeração 28 através de uma
15/19 linha 72 em uma temperatura de aproximadamente -150 °C a aproximadamente -170 °C. O gás liquefeito é então expandido através do expansor 74 que consequentemente reduz a temperatura do gás liquefeito a aproximadamente -160 °C. Exemplos apropriados de expansores que podem ser utilizados na presente invenção incluem, porém não são limitados a, válvulas de expansão, válvulas JT, dispositivos venturi e um expansor mecânico giratório.
O gás liquefeito é então orientado para o tanque de armazenagem 76 através da linha 78.
Gases de vaporização (BOG) gerados no tanque de armazenagem 76 podem ser carregados em um compressor 78, preferivelmente um compressor de pressão baixa, através da linha 80. O BOG comprimido é fornecido à zona de refrigeração 28 através da linha 82 e é passado através de uma porção da zona de refrigeração 28 onde o BOG comprimido é resfriado a uma temperatura de aproximadamente -150 °C a aproximadamente -170 °C.
Nessas temperaturas, uma porção do
BOG é condensada em uma fase líquida. Em particular, a fase liguida do BOG resfriado compreende amplamente metano.
Embora a fase de vapor do BOG resfriado também compreenda metano, em relação à fase líquida há um aumento na concentração de nitrogênio na mesma, tipicamente de aproximadamente 20% a aproximadamente 60%. A composição resultante da fase de vapor é apropriada para uso como gás combustível.
A mistura de duas fases resultante é passada para um separador 84 através da linha 86, após o que a fase líquida separada é reorientada de volta para o tanque de armazenagem 76 através da linha 88.
A fase de gás resfriado separada no separador 84 é passada para um compressor, preferivelmente um compressor
16/19 de pressão elevada, e é utilizada na fábrica como gás combustível e/ou gás de regeneração através da linha.
Alternativamente, a fase de gás resfriado separada no separador 84 é apropriada para uso como meio de resfriamento para circular através de um sistema de linha de fluxo criogênico para transferência de fluidos criogênicos como, por exemplo, LNG ou metano líquido de gás de veio carbonífero, de um tanque de armazenagem 7 6 para uma instalação de recebimento/carregamento, para manter o sistema de linha de fluxo em ou marginalmente acima de temperaturas criogênicas.
Com referência à figura 1, é mostrada uma linha de transferência principal 92 e uma linha de retorno de vapor 94, ambas conectando de forma fluida o tanque de armazenagem 76 a uma instalação de carregamento/recebimento (não mostrada). O tanque de armazenagem 86 é dotado de uma bomba 96 para bombear LNG do tanque de armazenagem 7 6 através da linha de transferência principal 92.
Como descrito anteriormente, a fase de gás resfriado separada no separador 85 é apropriada para uso como meio de resfriamento para circular através de um sistema de linha de fluxo criogênico para transferência de líquidos criogênicos. Por conseguinte, a fase de gás resfriado separada no separador 85 é dirigida através da linha 98 para a linha de transferência principal 92, após o que a fase de gás resfriado é circulada através da linha de transferência principal 92 e linha de retorno de vapor 94 para manter o sistema de linha de fluxo criogênico em uma temperatura em ou marginalmente acima das temperaturas criogênicas.
Preferivelmente, a linha de retorno de vapor 94 é conectada de forma fluida a uma entrada do compressor 78 de modo que gases de vaporização gerados durante operações de
17/19 transferência podem ser convenientemente tratados de acordo com o processo para tratar gases de vaporização como delineado acima.
Antes do início das operações de transferência, é previsto que resfriamento adicional e enchimento da linha de transferência principal 92 poderíam ser obtidos por preparar a linha 92 por passar a fase líquida separada no separador 84 ou material de fluido líquido descarregado do trocador de calor 28 através da linha 92 através da linha 99. Prevê-se que qualquer fase de liquido que permanece na linha 99 após conclusão das operações de transferência poderia se auto-drenar de volta para dentro do tanque de armazenagem 76 sob pressão inerente auto-gerada na linha 99 a partir do aquecimento ambiente.
O processo e sistema descritos acima têm as seguintes vantagens em relação a fábricas de LNG tradicionais:
(1) Sistemas de tecnologia de energia e calor combinados, integrados (CHP) utilizam calor residual das turbinas a gás 100 mais alguma queima auxiliar com gás de vaporização recuperado (que é gás de refugo com baixo Btu) para fornecer todas as exigências de aquecimento e energia elétrica através de um gerador de turbina a vapor para a fábrica de LNG. O calor residual também é utilizado para acionar compressores de refrigeração de amônia acondicionada padrão do sistema de refrigeração auxiliar 20 que provê refrigeração adicional para:
. resfriamento de ar de entrada de turbina a gás, desse modo melhorando a capacidade da fábrica em 15 - 25%;
. resfriamento de processo em geral, desse modo reduzindo o tamanho da fábrica de desidratação e equilibrando gás de regeneração com o gás de combustível exigido para acionar as turbinas a gás 100;
18/19
• resfriamento adicional para a zona de
refrigeração , desse modo melhorando a capacidade de
produção da fábrica em até 20% e eficiência de energia em
ma is 2 0 % ;
(2 ) 0 sistema de refrigerante misturado é
projetado para fornecer uma correspondência estreita nas curvas de resfriamento desse modo maximizando a eficiência de refrigeração. A integração do sistema de refrigeração auxiliar 20 com a zona de refrigeração 28 melhora a transferência de calor na extremidade quente do trocador de calor por aumentar LMTD que reduz o tamanho do trocador de calor. Isso também provê uma temperatura de sucção de refrigerante misturado fria ao compressor que melhora significativamente a capacidade do compressor.
(3) A eficiência elevada, uso de CHP para atender todas as exigências de energia elétrica e calor da fábrica e o uso de combustores com baixas emissões secas nas turbinas a gás 100 resulta em emissões gerais muito baixas.
(4) Recuperação eficiente de BOG. O sistema é configurado para recuperar gás flash e BOG gerado do tanque de armazenagem 76 e da instalação de recebimento/carregamento (por exemplo, navios) durante carregamento. O gás BOG é comprimido no compressor 78 onde é liquefeito novamente na zona de refrigeração 28 para recuperar metano como liquido. O metano liquefeito é retornado ao tanque de armazenagem 26 e o gás flash que é concentrado em nitrogênio é utilizado para queima auxiliar da descarga da turbina a gás 100. Esse é um modo eficiente em termos de energia e eficaz em termos de custo de lidar com BOG e rejeitar nitrogênio do sistema, e ao mesmo tempo minimizar ou eliminar afunilamento durante carregamento.
(5) Sistema de linha de fluxo de transferência eficiente. 0 sistema é configurado para fornecer uma
19/19 redução em perda de calor das linhas de transferência e uma redução concomitante no BOG gerado nas mesmas, cuja porção seria afunilada sob condições da técnica anterior.
Na presente invenção, qualquer BOG que é gerado nas linhas de fluxo de transferência pode ser recirculado para compressor 78 e zona de refrigeração 28 para liquefação, uso como meio de resfriamento.
Adicionalmente, o processo sistema evitam a necessidade de linhas de transferência adicionais e bombas associadas para circulação, desse modo reduzindo o gasto de capital do sistema.
Custos mais baixos de manutenção/operação e capital de fábrica. Um número menor de itens de equipamentos e embalagens modulares resulta em trabalhos civis, mecânicos, de tubulação, elétricos de e um programa de construção rápido; tudo contribui para custos reduzidos. Isso resulta em operações simples que exigem menos pessoal de operação e manutenção.
Deve ser entendido que, embora o uso da técnica anterior e publicações possam ser mencionados aqui, tal referência não constitui uma admissão de que qualquer uma dessas forme parte do conhecimento geral comum na técnica, na Austrália ou em qualquer outro pais.
Para fins desse relatório descritivo será claramente entendido que a palavra compreendendo significa incluindo, porém não limitado a , e que a palavra compreende tem significado correspondente.
Inúmeras variações e modificações serão sugeridas por pessoas versadas na técnica relevante, além daquelas já descritas, sem se afastar dos conceitos inventivos básicos.
Todas essas variações e modificações devem ser consideradas compreendidas no escopo da presente invenção, cuja natureza deve ser determinada a partir da descrição supra.

Claims (11)

  1. REIVINDICAÇÕES
    1. Processo para liquefazer gás de hidrocarboneto (60), compreendendo as etapas pré-tratar um gás de alimentação de alimentação de hidrocarboneto (40) para remover espécies ácidas e água do mesmo;
    b) fornecer uma zona de refrigeração (28) em que a refrigeração na zona de refrigeração (28) fornecida por circular um refrigerante misturado partir de sistema de refrigerante misturado e um refrigerante auxiliar a partir de um sistema de refrigeração auxiliar (20) através da zona de refrigeração (28);
    acoplar sistema de refrigerante misturado e o sistema de refrigeração auxiliar (20) de modo que o sistema de refrigeração auxiliar (20) seja acionado, pelo menos em parte, por calor residual gerado pelo refrigerante misturado; e
    d) passar o gás de alimentação pré-tratado através da zona de refrigeração (28) onde o gás de pré-tratado é resfriado e expandir alimentação resfriado para produzir um hidrocarboneto, caracterizado pela etapa alimentação o gás de líquido de de circular um refrigerante misturado através da zona de refrigeração (28) compreender:
    comprimir o refrigerante misturado em um compressor (12);
    ii) passar o refrigerante misturado comprimido através de uma primeira via de troca de calor (40) que se estende através da zona de refrigeração (28) onde o refrigerante misturado comprimido é resfriado e expandido para produzir um fluido de arrefecimento refrigerante misturado;
    iii) passar o fluido de arrefecimento refrigerante misturado através de uma segunda via de troca de calor
    Petição 870190031904, de 03/04/2019, pág. 7/15
  2. 2/6 (42) que se estende através da zona de refrigeração (28) para produzir um refrigerante misturado; e iv) recircular o refrigerante misturado para o compressor (12), em que o processo compreende adicionalmente o fato de o calor residual ser produzido a partir de uma turbina a gás (100) que aciona o compressor (12) na etapa de compressão, e em que o calor residual é utilizado para produzir vapor em um gerador de turbina a vapor único que é configurado para produzir energia elétrica que aciona compressores de refrigeração auxiliares, e em que o sistema refrigerante auxiliar compreende um ou mais pacotes de refrigeração de amônia.
    2. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo processo compreender adicionalmente resfriar ar de entrada para a turbina a gás (100), sendo, esta, diretamente acoplada ao compressor de refrigerante misturado (12), com o refrigerante auxiliar.
  3. 3. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 e 2, caracterizado por:
    a etapa de passar o gás de alimentação pré-tratado através da zona de refrigeração (28) compreender passar o gás de alimentação pré-tratado através de uma terceira via de troca de calor (44) na zona de refrigeração (28); e a etapa de circular o refrigerante auxiliar através da zona de refrigeração (28) compreender passar o refrigerante auxiliar através de uma quarta via de troca de calor (46) que se estende através de uma porção da zona de refrigeração (28); e as segunda e quarta vias de troca de calor (42, 46) se estenderem em relação de troca de calor contracorrente com as primeira e terceira vias de troca de calor (40, 44).
  4. 4. Processo, de acordo com a reivindicação 3,
    Petição 870190031904, de 03/04/2019, pág. 8/15
    3/6 caracterizado por:
    o ar de entrada ser resfriado a uma temperatura na faixa de aproximadamente 5 °C a 10 °C;
    a etapa de comprimir o refrigerante misturado aumentar a pressão do mesmo em aproximadamente 30 bar a 50 bar;
    o processo compreender resfriar o refrigerante misturado comprimido antes de passar o refrigerante misturado comprimido para a primeira via de troca de calor;
    as segunda e quarta vias de troca de calor (42, 46) se estenderem em relação de troca de calor contracorrente com as primeira e terceira vias de troca de calor (40, 44);
    o refrigerante misturado comprimido ser resfriado a uma temperatura menor do que 50 °C;
    o refrigerante misturado comprimido ser resfriado a aproximadamente 10 °C;
    a etapa de resfriar o refrigerante misturado comprimido compreender passar o refrigerante misturado comprimido do compressor (12) para um trocador de calor (10);
    o trocador de calor (46) ser um refrigerador a água ou a ar;
    a etapa de resfriamento compreender passar o refrigerante misturado comprimido do compressor (12) para o trocador de calor (46) e passar adicionalmente o refrigerante misturado comprimido resfriado no trocador de calor (46) para um refrigerador;
    o refrigerador ser acionado pelo menos em parte por calor residual;
    o calor residual ser produzido a partir da turbina a gás (100) que aciona o compressor (12) na etapa de compressão;
    a temperatura do fluido de arrefecimento refrigerante misturado estar na ou abaixo da temperatura na qual o gás de alimentação pré-tratado condensa;
    a temperatura do fluido de arrefecimento refrigerante
    Petição 870190031904, de 03/04/2019, pág. 9/15
    4/6 misturado ser menor do que -150 °C;
    o refrigerante misturado conter compostos selecionados a partir de um grupo que consiste em nitrogênio e hidrocarbonetos contendo de 1 a 5 átomos de carbono;
    o refrigerante misturado compreender nitrogênio, metano, etano ou etileno, isobutano e/ou n-butano;
    a composição do refrigerante misturado estar nas seguintes
    faixas de percentagem de fração molar: nitrogênio: aproximadamente 5 a aproximadamente 15 ; metano: aproximadamente 25 a aproximadamente 35 ; C2: aproximadamente 33 a aproximadamente 42; C3 : 0 a aproximadamente 10; C4: 0 a aproximadamente 20; e C5: 0 a aproximadamente 20; o gás de alimentação de hidrocarboneto (60) ser gás natural
    ou metano de veio de carvão; e o gás de alimentação de hidrocarboneto (60) ser recuperado da zona de refrigeração em uma temperatura na ou abaixo da temperatura de liquefação de metano.
  5. 5. Sistema de liquefação de gás de hidrocarboneto caracterizado por compreender:
    a) um refrigerante misturado;
    b) um compressor (12) para comprimir o refrigerante misturado, em que o compressor é um compressor de estágio único acionado por uma turbina a gás;
    c) um trocador de calor de refrigeração para resfriar um gás de alimentação pré-tratado para produzir um líquido de hidrocarboneto, o trocador de calor de refrigeração tendo uma primeira via de troca de calor (40) em comunicação fluida com o compressor (12), uma segunda via de troca de calor (42), e uma terceira via de troca de calor (44), as primeira, segunda e terceira vias de troca de calor (40, 42, 44) se estendendo através da zona de refrigeração (28), e uma
    Petição 870190031904, de 03/04/2019, pág. 10/15
    5/6 quarta via de troca de calor (46) se estendendo através de uma parte da zona de refrigeração (28) , as segunda e quarta vias de troca de calor (42, 46) sendo posicionadas em troca de calor contracorrente em relação às primeira e terceira vias de troca de calor (40, 44);
    d) um expansor (48) em comunicação fluida com uma saída da primeira via de troca de calor (40) e uma entrada para a segunda via de troca de calor (42);
    e) uma linha de recirculação de refrigerante misturado em comunicação fluida com uma saída proveniente da segunda via de troca de calor (42) e uma entrada para o compressor (12);
    f) um sistema de refrigeração auxiliar (20) tendo um refrigerante auxiliar em comunicação fluida com a quarta via de troca de calor (46);
    g) uma fonte de gás de alimentação pré-tratado em comunicação fluida com uma entrada da terceira via de troca de calor (44); e
    h) uma linha de líquido de hidrocarboneto (72) em comunicação fluida com uma saída da terceira via de troca de calor (44), pela qual a turbina a gás (100) é acoplada a um gerador de vapor em uma configuração pela qual, em uso, calor residual proveniente da turbina a gás (100) produz vapor no gerador a vapor, o qual é acoplado a um gerador de turbina a vapor único configurado para produzir energia elétrica, em que a quantidade de energia elétrica gerada pelo gerador de turbina a vapor único aciona o sistema de refrigeração auxiliar, e em que o refrigerante auxiliar compreende amônia em baixa temperatura e o sistema de refrigeração auxiliar (20) compreende um ou mais pacotes de refrigeração de amônia.
    Petição 870190031904, de 03/04/2019, pág. 11/15
  6. 6/6
    6. Sistema, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo compressor ser um compressor centrífugo de estágio único ou o compressor (12) ser um compressor de dois estágios acionado por turbinas a gás (100) respectivas com inter-refrigerador e depurador interestágios.
  7. 7. Sistema, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado por um ou mais pacotes de refrigeração de amônia serem resfriados por refrigeradores a ar.
  8. 8. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações 5 a 7, caracterizado pelo sistema de refrigeração auxiliar (20) estar em comunicação de troca de calor com a turbina a gás (100), a comunicação de troca de calor sendo configurada em um modo para efetuar resfriamento de ar de entrada da turbina a gás pelo sistema de refrigeração auxiliar (20).
  9. 9. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações 5 a 8, caracterizado pelo sistema compreender um refrigerador para resfriar o refrigerante misturado comprimido antes de o refrigerante misturado comprimido ser recebido no trocador de calor de refrigeração.
  10. 10. Sistema, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo refrigerador ser um trocador de calor resfriado a ar ou um trocador de calor resfriado a água.
  11. 11. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações 5 a 10, caracterizado pelo líquido de hidrocarboneto na linha de líquido de hidrocarboneto (72) ser expandido através de um expansor (74) para resfriar adicionalmente o líquido de hidrocarboneto.
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