BRPI0819815B1 - método para liquefazer uma corrente de gás natural - Google Patents

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Jon M. Mock
Michael A. Wilkes
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Conocophillips Company
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Abstract

MÉTODO PARA LIQUEFAZER UMA CORRENTE DE GÁS NATURAL Um método para liquefazer uma corrente de gás natural liquefeito empregando uma coluna de remoção de substâncias pesadas tendo múltiplas correntes de refluxo. As correntes de refluxo podem ter composições diferentes e podem ser operáveis para reduzir a pressão crítica dos fluidos dentro da coluna de remoção de substâncias pesadas a fim de permitir a coluna operar em pressões mais elevadas sem adversamente afetar as exigências de potência de compressor de usina/sistemas de acionamento.

Description

FUNDAMENTO DA INVENÇÃO 1. Campo da Invenção
Esta invenção relaciona-se aos métodos e aparelhos para liquefazer gás natural. Em outro aspecto, a invenção refere-se a uma instalação de gás natural liquefeito (GNL) empregando uma coluna de remoção de substâncias pesadas duplamente refluxadas.
2. Descrição da técnica prévia
A liquefação criogênica é comumente usada para converter gás natural em uma forma mais conveniente para transporte e/ou armazenamento. Pois ao liquefazer o gás natural reduz extremamente seu volume especifico, grandes quantidades de gás natural podem ser economicamente transportadas e/ou armazenadas na forma liquefeita.
Transportar gás natural em sua forma liquefeita pode eficazmente ligar uma fonte de gás natural com um mercado distante quando a fonte e o mercado não são conectados por uma tubulação. Esta situação comumente surge quando a fonte de gás natural e o mercado para gás natural são separados por grandes corpos de água. Nesses casos, o gás natural liquefeito (GNL) pode ser transportado da fonte ao mercado usando petroleiros de GNL oceânicos especialmente projetados.
Armazenar gás natural em sua forma liquefeita pode ajudar a equilibrar flutuações periódicas no abastecimento e demanda de gás natural. Em particular, GNL pode ser "armazenado em pilhas" para uso quando a demanda de gás natural é baixa e/ou fonte é elevada. Como resultado, os
picos de demanda futuros podem ser cumpridos com GNL do armazenamento, que pode ser vaporizado quando a demanda exigir.
Diversos métodos existem para liquefazer gás natural. Alguns métodos produzem um produto de GNL pressurizado (GNLP) que é útil, mas exige a recipientes de contenção de pressão caros para armazenamento e transporte. Outros métodos produzem um produto de GNL tendo uma pressão na ou perto da pressão atmosférica. Geralmente, estes métodos de produção de GNL não pressurizado envolvem resfriar uma corrente de gás natural através de troca térmica indireta com um ou mais refrigerantes e então expandir a corrente de gás natural resfriada próxima à pressão atmosférica. Além disso, a maioria das instalações de GNL emprega um ou mais sistemas para remover contaminantes (por exemplo, água, gases ácidos, nitrogênio, e etano e componentes mais pesados) da corrente de gás natural em pontos diferentes durante o processo de liquefação.
Em algum ponto durante o processo de liquefação, muitas instalações de GNL empregam uma ou mais colunas de destilação operáveis para remover a maioria do butano e componentes mais pesados da corrente de gás natural. A falha em remover estes componentes pesados antes da liquefação completa do gás natural fará com que materiais de peso molecular mais elevado congelem e obstruam trocadores de calor a jusante e outro equipamento de processo. Na maioria dos casos, assegurar a remoção de hidrocarboneto pesado adequada da corrente de gás natural é complicado pela necessidade de maximizar a pressão de operação da coluna ou colunas de destilação a fim de minimizar exigências de potência para os sistemas de compressor/acionador da instalação, que são tipicamente os únicos grandes consumidores de energia. Enquanto a pressão de operação da coluna ou colunas se aproxima da pressão crítica de metano (isto é, aproximadamente 3,79 MPa), a eficiência de separação da colina declina rapidamente, resultando em transporte aumentado de butano e material mais pesado no equipamento a jusante. Alternativamente, operar a coluna em uma pressão reduzida a fim de evitar o transporte de substâncias pesadas aumenta o consumo de energia e, finalmente, resulta em custos de operação de planta mais elevados.
Assim, uma necessidade existe para uma instalação de GNL capaz de minimizar as exigências de potência de compressor/acionador enquanto eficientemente separa o material de hidrocarboneto pesado da corrente de gás natural.
SUMÁRIO DA INVENÇÃO
Em uma modalidade da presente invenção, é fornecido um método para liquefazer uma corrente de gás natural, o método compreendendo: (a) resfriar predominante uma corrente de metano em um ciclo de refrigeração; (b) separar a corrente de metano predominantemente resfriada em uma coluna de destilação para desse modo produzir uma corrente inferior e uma corrente superior; (c) introduzir uma primeira corrente de refluxo compreendendo pelo menos aproximadamente 85% de mol de metano na coluna de destilação; e (d) introduzir uma segunda corrente de refluxo na coluna de destilação em uma elevação inferior do que a primeira corrente de refluxo, em que a segunda corrente de refluxo compreende pelo menos uma porção da corrente inferior.
Em outra modalidade da presente invenção, é fornecido um método para liquefazer uma corrente de gás natural, o método compreendendo: (a) separar uma corrente predominantemente de metano tendo uma temperatura menor do que aproximadamente -45,5°C em uma primeira coluna de destilação para desse modo produzir uma primeira corrente superior e uma primeira corrente inferior; (b) separar pelo menos uma porção da primeira corrente inferior em uma segunda coluna de destilação para desse modo produzir uma primeira corrente de produto; (c) introduzir uma primeira corrente de refluxo compreendendo pelo menos uma porção da primeira corrente superior na primeira coluna de destilação; e (d) introduzir uma segunda corrente de refluxo compreendendo pelo menos uma porção da primeira corrente de produto na primeira coluna de destilação, em que pelo menos uma porção da segunda corrente de refluxo é introduzida na primeira coluna de destilação em uma elevação inferior do que a primeira corrente de refluxo.
Em ainda outra modalidade da presente invenção, é fornecido um aparelho para liquefazer gás natural em uma instalação de GNL. O aparelho compreende uma primeira coluna de destilação, uma segunda coluna de destilação, e um trocador de calor. A primeira coluna de destilação define uma entrada de fluido, uma saída superior, uma saída inferior, uma primeira entrada de refluxo, e uma segunda entrada de refluxo. A segunda entrada de refluxo está localizada em uma elevação inferior do que a primeira entrada de refluxo. 0 trocador de calor define uma passagem de aquecimento e uma passagem de resfriamento. A passagem de aquecimento define uma entrada de fluido frio e uma saída de fluido morno, e a passagem de resfriamento define uma entrada de fluido morno e uma saída de fluido frio. A entrada de fluido frio da passagem de aquecimento é acoplada em comunicação de fluxo de fluido com a saída inferior da primeira coluna de destilação, e a saída de fluido frio da passagem de resfriamento é acoplada em comunicação de fluxo de fluido com a segunda entrada de refluxo da primeira coluna de destilação. A segunda coluna de destilação define uma entrada de fluido e uma saída de produto. A entrada de fluido da segunda coluna de destilação é acoplada em comunicação de fluxo de fluido com a saída de fluido morno da passagem de aquecimento, e a saída de produto da segunda coluna de destilação é acoplada em comunicação de fluxo de fluido com a entrada de fluido morno da passagem de resfriamento.
BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS
Determinadas modalidades da presente invenção são descritas em detalhe abaixo em referência às figuras anexadas, em que: A FIG. 1 é uma vista simplificada de um instalação de GNL tipo cascata configurada de acordo com uma modalidade da presente invenção; A FIG. 2a é um diagrama esquemático de uma instalação de GNL tipo cascata configurada de acordo com uma modalidade da presente invenção com determinadas porções da instalação de GNL conectando às linhas A, B, C, e D sendo ilustradas na FIG. 2b; A FIG. 2b é um diagrama esquemático ilustrando uma modalidade de uma zona de remoção de substâncias pesadas integradas na instalação de GNL da FIG, 2a através das linhas A, B, C, e D; A FIG. 2c é um diagrama esquemático ilustrando outra modalidade de uma zona de remoção de substâncias pesadas integrada na instalação de GNL da FIG. 2a através das linhas A, B, C, e D; A FIG. 2d é um diagrama esquemático ilustrando ainda outra modalidade de uma zona de remoção de substâncias pesadas integrada na instalação de GNL da FIG. 2a através das linhas A, B, C, e D; A FIG. 3a é um diagrama esquemático de uma instalação de GNL tipo cascata configurada de acordo com uma modalidade adicional da presente invenção com determinadas porções da instalação de GNL conectando às linhas A, B, C, e D sendo ilustradas na FIG. 3b; e A FIG. 3b é um diagrama esquemático ilustrando uma modalidade de uma zona de remoção de substâncias pesadas integrada na instalação de GNL da FIG. 3a através das linhas A, B, C, e D.
DESCRIÇÃO DETALHADA
A presente invenção pode ser implementada em uma instalação usada para resfriar gás natural a sua temperatura de liquefação para desse modo produzir gás natural liquefeito (GNL). A instalação de GNL geralmente emprega um ou mais refrigerantes para extrair calor do gás natural e então rejeitar o calor ao ambiente. As numerosas configurações de sistemas de GNL existem, e a presente invenção pode implementar muitos tipos diferentes de sistemas de GNL.
Em uma modalidade, a presente invenção pode ser implementada em um sistema de GNL refrigerante misturado. Os exemplos de processos de refrigerante misturado podem incluir, mas não são limitados a, um único sistema de refrigeração usando um refrigerante misturado, um sistema de refrigerante misturado pré-resfriado de propano, e um sistema refrigerante misturado duplo.
Em outra modalidade, a presente invenção é implementada em um sistema de GNL de cascata empregando um processo de refrigeração tipo cascata usando um ou mais refrigerantes de componente puro. Os refrigerantes utilizados em processos de refrigeração tipo cascata podem ter sucessivamente pontos de ebulição mais baixos a fim de maximizar a remoção de calor da corrente de gás natural sendo liquefeita. Adicionalmente, os processos de refrigeração tipo cascata pode incluir algum nível de integração de calor. Por exemplo, um processo de refrigeração tipo cascata pode resfriar um ou mais refrigerantes tendo uma volatilidade maior através da troca de calor indireta com um ou mais refrigerantes tendo uma volatilidade inferior. Além de resfriar a corrente de gás natural através da troca de calor indireta com um ou mais refrigerantes, os sistemas de GNL de cascata e refrigerante misturado podem empregar um ou mais estágios de resfriamento de expansão para simultaneamente resfriar o GNL ao reduzir sua pressão próxima à pressão atmosférica.
A FIG. 1 ilustra uma modalidade de uma instalação de GNL simplificada empregando uma coluna de remoção de substâncias pesadas duplamente refluxadas. A instalação de GNL de cascata da FIG. 1 geralmente compreende uma seção de resfríasmento de cascata 10, uma zona de remoção de substâncias pesadas 11, e uma seção de resfriamento de expansão 12. A seção de resfriasmento de cascata 10 é descrita como compreendendo um primeiro ciclo de refrigeração mecânico 13, um segundo ciclo de refrigeração mecânico 14, e um terceiro ciclo de refrigeração mecânico 15. Geralmente, o primeiro, segundo, e terceiro ciclos de refrigeração 13, 14, 15 podem ser ciclos de refrigeração de circuito fechado, ciclos de refrigeração de circuito aberto, ou qualquer combinação dos mesmos. Em uma modalidade da presente invenção, o primeiro e segundo ciclos de refrigeração 13 e 14 podem ser ciclos de circuito fechado, e o terceiro ciclo de refrigeração 15 pode ser um ciclo de circuito aberto que utiliza um refrigerante compreendendo pelo menos uma porção da corrente de alimentação de gás natural submetendo-se à liquefação.
De acordo com uma modalidade da presente invenção, o primeiro, segundo, e terceiro ciclos de refrigeração 13, 14, 15 podem empregar os respectivos primeiro, segundo, e terceiro refrigerantes tendo sucessivamente pontos de ebulição mais baixos. Por exemplo, o primeiro, segundo, e terceiro refrigerantes podem ter pontos de ebulição de média faixa em pressão padrão (isto é, pontos de ebulição padrões de média faixa) dentro aproximadamente de -6,7°C, dentro de aproximadamente -12 °C, ou dentro de -15°C dos pontos de ebulição padrões de propano, etileno, e metano, respectivamente. Em uma modalidade, o primeiro refrigerante pode compreender pelo menos aproximadamente 75% de mol, pelo menos aproximadamente 90% de mol, pelo menos 95% de mol, ou pode consistir essencialmente propano, propileno, ou misturas dos mesmos. O segundo refrigerante pode compreender pelo menos aproximadamente 75% de mol, pelo menos aproximadamente 90% de mol, pelo menos 95% de mol, ou pode consistir essencialmente etano, etileno, ou misturas dos mesmos. O terceiro refrigerante pode compreender pelo menos aproximadamente 75% de mol, pelo menos aproximadamente 90% de mol, pelo menos 95% de mol, ou pode consistir essencialmente metano.
Como mostrado na FIG. 1, o primeiro ciclo de refrigeração 13 pode compreender um primeiro compressor de refrigerante 16, um primeiro resfriador 17, e um primeiro resfriador de refrigerante 18. O primeiro compressor de refrigerante 16 pode descarregar uma corrente de primeiro refrigerante comprimido, que pode subsequentemente ser resfriado e pelo menos parcialmente liquefeito no resfriador 17. A corrente de refrigerante resultante pode então entrar no primeiro resfriador de refrigerante 18, em que pelo menos uma porção da corrente de refrigerante pode resfriar a corrente de gás natural entrando no conduto 100 através de troca de calor indireta com o primeiro refrigerante vaporizando. O refrigerante gasoso pode sair do primeiro resfriador de refrigerante 18 e pode então ser encaminhado a uma porta de entrada de primeiro compressor de refrigerante 16 a ser recirculado como previamente descrito.
O primeiro resfriador de refrigerante 18 pode compreender um ou mais estágios de resfriamento operáveis para reduzir a temperatura da corrente de gás natural entrante no conduto 100 por aproximadamente 4,4 °C a aproximadamente 98,9°C, aproximadamente 10°C a aproximadamente 87,8°C, ou 23,9°C a 65,5°C. Tipicamente, o gás natural entrando no primeiro resfriador de refrigerante 24 através do conduto 100 pode ter uma temperatura na faixa de aproximadamente -17,7 °C a aproximadamente 93,3 °C, aproximadamente -6,7°C a aproximadamente 82,2°C, ou 10°C a 73,8°C, enquanto a temperatura da corrente de gás natural resfriada saindo do primeiro resfriador de refrigerante 18 pode estar na faixa de aproximadamente -53,9°C a aproximadamente -17,7°C, aproximadamente -45,5°C a aproximadamente -23,3°C, ou -37,2°C a -26,1°C. Geralmente, a pressão da corrente de gás natural no conduto 100 pode estar na faixa de aproximadamente 0,69 a aproximadamente 20,68 MPa, de aproximadamente 1,72 a aproximadamente 6,89 MPa, ou 2,76 a 5,51 MPa. Devido à queda de pressão através do primeiro resfriador de refrigerante 18 ser menor do que aproximadamente 0,69 MPa, menor do que aproximadamente 0,34 MPa, ou menor do que 0,17 MPa, a corrente de gás natural resfriada no conduto 101 pode ter substancialmente a mesma pressão que a corrente de gás natural no conduto 100.
Como ilustrado na FIG. 1, a corrente de gás natural resfriada (também referida aqui como "corrente de metano predominantemente resfriada") saindo do primeiro ciclo de refrigeração 13 pode então entrar no segundo ciclo de refrigeração 14, que pode compreender um segundo compressor de refrigerante 19, um segundo resfriador 20, e um segundo resfriador de refrigerante 21. O refrigerante comprimido pode ser descarregado do segundo compressor de refrigerante 19 e pode subsequentemente ser resfriado e pelo menos parcialmente ser liquefeito no resfriador 20 antes de entrar no segundo resfriador de refrigerante 21. O segundo resfriador de refrigerante 21 pode empregar uma pluralidade de estágios de resfriamento para progressivamente reduzir a temperatura da corrente predominantemente de metano no conduto 101 por aproximadamente 10 °C a aproximadamente 82,2°C, por aproximadamente 18°C a aproximadamente 65°C, ou por 35°C a 51,6°C através da troca de calor indireta com o segundo refrigerante vaporizando. Como mostrado na FIG. 1 o segundo refrigerante vaporizado pode então ser retornado a uma porta de entrada do segundo compressor de refrigerante 19 antes de ser recirculado no segundo ciclo de refrigeração 14, como descrito previamente.
O corrente de alimentação de gás natural no conduto 100 geralmente conterá etano e componentes mais pesados (C2+) , que podem resultar na formação de uma fase líquida rica de C2+ em um ou mais dos estágios de resfriamento do segundo ciclo de refrigeração 14. A fim de remover os materiais pesados indesejados da corrente predominantemente de metano antes de completar a liquefação, pelo menos uma porção da corrente de gás natural passando através do segundo resfriador de refrigerante 21 pode ser extraída através do conduto 102 e processada na zona de remoção de substâncias pesadas 11, como mostrado na FIG. 1. A corrente de gás natural no conduto 102 pode ter uma temperatura na faixa de aproximadamente -106,6°C a aproximadamente 45,5°C, de aproximadamente -95,5 °C a aproximadamente 53,8°C, ou -81,6°C a -65°C e uma pressão que está dentro de aproximadamente 5%, aproximadamente 10%, ou 15% da pressão da corrente de alimentação de gás natural no conduto 100.
A zona de remoção de substâncias pesadas 11 pode compreender um ou mais separadores gás-líquido operáveis para remover pelo menos uma porção do material de hidrocarboneto pesado da corrente de gás natural de predominantemente metano. Em uma modalidade, como ilustrada na FIG, a zona de remoção de substâncias pesadas compreende uma primeira coluna de destilação 25 e uma segunda coluna de destilação 26. A primeira coluna de destilação 25, também referida aqui como a "coluna de remoção de substâncias pesadas" funciona primariamente para remover o volume do material de hidrocarboneto pesado, especialmente componentes com pesos moleculares maiores do que hexano (isto é, material de C6+) e aromáticos, tais como benzeno, tolueno, e xileno, os quais congelarão no equipamento de processamento a jusante. A corrente superior saindo da coluna de remoção de substâncias pesadas 25 através do conduto 103 pode compreender pelo menos aproximadamente 75%, pelo menos aproximadamente 85%, pelo menos aproximadamente 95%, ou pelo menos 99% de mol de metano. Tipicamente, a concentração do material C6+ na corrente superior saindo da coluna de remoção de substâncias pesadas 25 através do conduto 103 pode ser menor do que aproximadamente 0,1% de peso, menor do que aproximadamente 0,05% de peso, menor do que aproximadamente 0,01% de peso, ou menor do que 0,005% de peso, baseado no peso total da corrente. Geralmente, a coluna de remoção de substâncias pesadas 25 pode operar com uma temperatura aérea na faixa de aproximadamente -128,8 °C a aproximadamente -59,4 °C, aproximadamente -120,5°C a aproximadamente -67,7 °C, ou aproximadamente -112,2°C a aproximadamente -78,8°C e uma pressão aérea na faixa de aproximadamente 2 MPa a aproximadamente 7 MPa, aproximadamente 2,5 MPa a aproximadamente 6,5 MPa, ou 3,5 MPa a 6 MPa.
Como ilustrado na FIG. 1, uma corrente rica de substâncias pesadas tendo uma temperatura na faixa de aproximadamente -28,8°C a aproximadamente -73,3 °C, aproximadamente -37,2°C a aproximadamente -65 °C, ou -42,7°C a -53,8°C pode ser encaminhada da primeira coluna de destilação 25 na segunda coluna de destilação 26. A segunda coluna de destilação 26, também referida aqui como a "coluna de recuperação de GNL", concentra componentes de hidrocarboneto pesado residuais em uma corrente de produto de GNL. Os exemplos de componentes de hidrocarboneto típicos incluídos em correntes de GNL podem incluir etano, propano, isômeros de butano, isômeros de pentano, e material C6+. As condições de operação (por exemplo, temperatura aérea e pressão) da segunda coluna de destilação 26 podem variar de acordo com o grau de recuperação de GNL desejado. Em uma modalidade, a coluna de recuperação de GNL 26 pode ter uma temperatura aérea na faixa de aproximadamente -45,5°C a aproximadamente 4 8,8°C, aproximadamente -31,6 °C a aproximadamente 23,8 °C, ou 23,3°C a 10°C e uma pressão aérea na faixa de aproximadamente 0,5 MPa a aproximadamente 5 MPa, aproximadamente 1 MPa a aproximadamente 4 0 MPa, ou 1,5 MPa a 3 MPa. A extensão de recuperação de GNL pode finalmente impactar em uma ou mais características finais do produto de GNL, tais como, por exemplo, índice de Wobbe, teor de BTU, valor calorífico maior (HHV), teor de etano, e similares. Em uma modalidade, a corrente de produto de GNL saindo da zona de remoção de substâncias pesadas 11 pode ser submetida a um fraccionamento adicional (não mostrado) a fim de obter uma ou mais correntes de componente substancialmente puras. Frequentemente, GNL e/ou as correntes de produto substancialmente puras derivadas do mesmo podem ser matérias-primas misturadas desejáveis para gasolina e outros combustíveis.
Em uma modalidade da presente invenção, a coluna de remoção de substâncias pesadas 25 pode empregar duas ou mais correntes de refluxo, introduzidas através dos condutos RI e R2, tendo composições diferentes. Por exemplo, o segundo refluxo na corrente de conduto R2 pode ter um peso molecular mais elevado do que a primeira corrente de refluxo no conduto RI. Em uma modalidade, a segunda corrente de refluxo pode ter um peso molecular médio que é aproximadamente 10% maior, aproximadamente 25% maior, ou aproximadamente 50% maior do que o peso molecular médio da primeira corrente de refluxo. Tipicamente, a primeira corrente de refluxo pode ter um peso molecular médio menor do que aproximadamente 24 gramas por mol, ou na faixa de aproximadamente 14 a aproximadamente 22, 16 a 20 gramas por mol, enquanto a segunda corrente de refluxo pode ter um peso molecular médio menor do que aproximadamente 52 gramas por mol, ou na faixa de aproximadamente 18 a aproximadamente 42, ou 24 a 36 gramas por mol. Além disso, cada corrente de refluxo pode compreender um ou mais componentes químicos diferentes. Por exemplo, a primeira corrente de refluxo pode compreender pelo menos aproximadamente 85, pelo menos aproximadamente 90, pelo menos aproximadamente 95, pelo menos aproximadamente 98, ou pelo menos 99% de mol de metano, baseado nos mols totais da corrente. A segunda corrente de refluxo pode compreender pelo menos aproximadamente 15, pelo menos aproximadamente 25, pelo menos etano aproximadamente 10, ou pelo menos 5% de mol, baseado nos mols totais da corrente, e/ou menor do que aproximadamente 60, menor do que aproximadamente 40, menor do que aproximadamente 25, menor do que aproximadamente 10, ou menor do que 5% de mol de propano e componentes mais pesados, baseado nos mols totais da corrente. Ao empregar múltiplas correntes de refluxo tendo composições diferentes pode alterar o ponto crítico dos líquidos dentro da coluna, desse modo permitindo que a coluna de destilação opere em pressões mais elevadas enquanto eficazmente minimiza a redução de eficiência de separação. Em uma modalidade da presente invenção, os fluidos na coluna de remoção de substâncias pesadas duplamente refluxadas 25 podem ter uma pressão crítica que é pelo menos aproximadamente 2%, pelo menos aproximadamente 5%, pelo menos aproximadamente 10%, ou pelo menos 15% maior do que a pressão de operação aérea da coluna de destilação.
Geralmente, a primeira corrente de refluxo no conduto RI pode ser introduzida na coluna de remoção de substâncias pesadas 25 perto da porção superior da coluna, enquanto a segunda corrente de refluxo no conduto R2 pode ser introduzida em uma elevação inferior do que a primeira corrente de refluxo, como ilustrado na FIG. 1. As posições absolutas da primeira e segunda correntes de refluxo podem ser ajustadas de acordo com as composições específicas de cada corrente de refluxo, da corrente de alimentação de coluna, e/ou das características desejadas de uma ou mais correntes de produto extraídas da coluna de remoção de substâncias pesadas 25. A fim de conseguir um perfil de temperatura e/ou pressão desejado dentro da coluna de remoção de substâncias pesadas 25, a primeira corrente de refluxo pode ter uma temperatura na faixa de aproximadamente -51,1°C a aproximadamente -115°C, aproximadamente -65°C a aproximadamente -101,1°C, ou 81,6°C a -90°C e a segunda corrente de refluxo pode ter uma temperatura na faixa de aproximadamente -40°C a aproximadamente -106,6°C, a -51,1°C a -95,5°C, ou -62,2°C a -81,6°C.
Como mostrado na FIG. 1 uma corrente predominantemente de metano, esgotada de substâncias pesadas pode ser extraída da coluna de remoção de substâncias pesadas 25 através do conduto 103 e pode ser encaminhada de volta ao segundo ciclo de refrigeração 14. A corrente no conduto 103 pode ter uma temperatura na faixa de aproximadamente - 95,5°C a aproximadamente -45,5°C, aproximadamente -87,2°C a aproximadamente -51,1°C, ou -78,8°C a -59,4°C e uma pressão na faixa de aproximadamente 1,38 MPa a aproximadamente 8,27 MPa, aproximadamente 2,41 MPa a aproximadamente 5,86 MPa, ou 3,44 MPa a 4,82 MPa. Como mostrado na FIG. 1, a corrente predominantemente de metano no conduto 103 pode subsequentemente ser adicionalmente resfriada através do segundo resfriador de refrigerante 21. Em uma modalidade, a corrente saindo do segundo resfriador de refrigerante 21 através do conduto 104 pode ser completamente liquefeita e pode ter uma temperatura na faixa de aproximadamente - 131,6°C a aproximadamente -56,6°C, aproximadamente -115°C a aproximadamente -70,5°C, ou -95,5°C a -87,2°C. Geralmente, a corrente no conduto 104 pode estar aproximadamente na mesma pressão que a corrente de gás natural entrando na instalação de GNL no conduto 100.
Como ilustrado na FIG. 1 a corrente comportando GNL pressurizado no conduto 104 pode combinar com uma corrente ainda a ser discutida no conduto 109 antes de entrar no terceiro ciclo de refrigeração 15, que é descrito como geralmente compreendendo um terceiro compressor de refrigerante 22, um resfriador 23, e um terceiro resfriador de refrigerante 24. 0 refrigerante comprimido descarregado do terceiro compressor de refrigerante 22 entra no resfriador 23, em que a corrente de refrigerante é resfriada e pelo menos parcialmente liquefeita antes de entrar no terceiro resfriador de refrigerante 24. 0 terceiro resfriador de refrigerante 24 pode compreender um ou mais estágios de resfriamento operáveis para subresfriar a corrente de metano predominante pressurizada através da troca de calor indireta com o refrigerante vaporizando. Em uma modalidade, a temperatura da corrente comportando GNL pressurizado pode ser reduzida por aproximadamente -16,6°C a aproximadamente 15,5°C, aproximadamente -15°C a aproximadamente 10°C, ou -12,2°C a 4,4°C no terceiro resfriador de refrigerante 24. Geralmente, a temperatura da corrente comportando GNL pressurizado saindo do terceiro resfriador de refrigerante 24 através do conduto 105 pode estar na faixa de aproximadamente -170,5°C a aproximadamente -59,4°C, aproximadamente -142,7°C a aproximadamente -73,3°C, ou -128,8°C a -87,2°C.
Como mostrado na FIG. 1, a corrente comportando GNL pressurizado no conduto 105 pode então ser encaminhada à seção de resfriamento de expansão 12, em que a corrente é subresfriada através da redução de pressão sequencial para a pressão próxima a atmosférica pela passagem através de um ou mais estágios de expansão. Em uma modalidade, cada estágio de expansão pode reduzir a temperatura da corrente comportando GNL por aproximadamente -12,2°C a aproximadamente 15,5°C, aproximadamente -9,4 °C a aproximadamente 10°C, ou -6,6°C a 4,4°C. Cada estágio de expansão compreende um ou mais expansores, que reduzem a pressão da corrente liquefeita para desse modo evaporar ou expandir uma porção dos mesmos. Os exemplos de expansores apropriados podem incluir, mas não são limitados a, válvulas de Joule-Thompson, bocais de Venturi, e turboexpansores. A seção de expansão 12 pode empregar qualquer número de estágios de expansão e um ou mais estágios de expansão podem ser integrados com um ou mais estágios de resfriamento do terceiro resfriador de refrigerante 24. Em uma modalidade da presente invenção, a seção de expansão 12 pode reduzir a pressão da corrente comportando GNL no conduto 105 por aproximadamente 0,51 MPa a aproximadamente 3,1 MPa, aproximadamente 0,83 MPa a aproximadamente 2,07 MPa, ou 1,03 MPa a 1,55 MPa.
Cada estágio de expansão pode adicionalmente empregar um ou mais separadores de vapor-líquido operáveis para separar a fase vapor (isto é, a corrente de gás de expansão) da corrente líquida resfriada. Como previamente discutido, o terceiro ciclo de refrigeração 15 pode compreender um ciclo de refrigeração de circuito aberto, ciclo de refrigeração de circuito fechado, ou qualquer combinação dos mesmos. Quando o terceiro ciclo de refrigeração 15 compreende um ciclo de refrigeração de circuito fechado, a corrente de gás de expansão pode ser usada como combustível dentro da instalação ou encaminhado a jusante para armazenamento, processamento adicional, e/ou descarte. Quando o terceiro ciclo de refrigeração 15 compreende um ciclo de refrigeração de circuito aberto, pelo menos uma porção da corrente de gás de expansão saindo da seção de expansão 12 pode ser usada como um refrigerante para resfriar pelo menos uma porção da corrente de gás natural no conduto 104. Geralmente, guando o terceiro ciclo de refrigerante 15 compreende um ciclo de circuito aberto, o terceiro refrigerante pode compreender pelo menos 50% de peso, pelo menos aproximadamente 75% de peso, ou pelo menos 90% de peso de gás de expansão da seção de expansão 12, baseado no peso total da corrente. Como ilustrado na FIG. 1, o gás de expansão saindo da seção de expansão 12 através do conduto 106 pode entrar no terceiro resfriador de refrigerante 24, em que a corrente pode resfriar pelo menos uma porção da corrente de gás natural entrando no terceiro resfriador de refrigerante 24 através do conduto 104. A corrente de refrigerante aquecida resultante pode então sair do terceiro resfriador de refrigerante 24 através do conduto 108 e pode em seguida ser encaminhada a uma porta de entrada do terceiro compressor de refrigerante 22. Como mostrado na FIG. 1, o terceiro compressor de refrigerante 22 descarrega uma corrente do terceiro refrigerante comprimido, que é em seguida resfriada depois no resfriador 23. A corrente de metano resfriado resultante no conduto 109 pode então combinar com a corrente de gás natural no conduto 104 antes de entrar no terceiro resfriador de refrigerante 24, como previamente discutido.
Como mostrado na FIG. 1, a corrente líquida saindo da seção de expansão 12 através do conduto 107 compreende GNL. Em uma modalidade, o GNL no conduto 107 pode ter uma temperatura na faixa de aproximadamente -128,8°C a aproximadamente -184,4°C, aproximadamente -142,7 °C a aproximadamente -170,5°C, ou -151,1°C a -162,2°C e uma pressão na faixa de aproximadamente 0 a aproximadamente 0,27 MPa, aproximadamente 0,03 MPa a aproximadamente 0,17 MPa, 0,07 MPa a 0,14 MPa, ou aproximadamente atmosférica. O GNL no conduto 107 pode subsequentemente ser encaminhado ao armazenamento e/ou enviado a outro local através da tubulação, embarcação oceânica, caminhão, ou qualquer outro meio de transporte apropriado. Em uma modalidade, pelo menos uma porção do GNL pode ser subsequentemente vaporizada para usos nas aplicações que exigem gás natural de fase vapor.
As FIGS. 2a a 3b apresenta diversas modalidades de configurações específicas da instalação de GNL descrita previamente com relação à FIG. 1. Para facilitar uma compreensão das FIGS. 2a a 3b, a seguinte nomenclatura numérica foi empregada. Os itens numerados 31 a 49 são recipientes de processo e equipamento diretamente associados com o primeiro ciclo de refrigeração de propano 30, e os itens numerados 51 a 69 são recipientes de processo e equipamento relativos ao segundo ciclo de refrigeração de etileno 50. Os itens numerados 71 a 94 correspondem aos recipientes de processo e equipamento associados com o terceiro ciclo de refrigeração de metano 70 e/ou seção de expansão 80. Os itens numerados 100 a 199 correspondem às linhas de fluxo ou condutos que contêm correntes predominantemente de metano. Os itens numerados 200 a 299 correspondem às linhas de fluxo ou condutos que contêm predominantemente correntes de etileno. Os itens numerados 300 a 399 correspondem às linhas de fluxo ou condutos que contêm predominante correntes de propano. Os itens numerados 400 a 449 correspondem às linhas de fluxo ou condutos associados com diversas modalidades de uma zona de remoção de substâncias pesadas ilustrada nas FIGS. 2b a 2d. Os itens numerados 4 50 a 4 99 correspondem aos recipientes de processo e equipamento associados com diversas modalidades de uma zona de remoção de substâncias pesadas ilustrada nas FIGS. 2b a 2d. Os itens numerados 500 a 545 correspondem às linhas de fluxo ou condutos associados com uma modalidade de uma zona de remoção de substâncias pesadas ilustrada na FIG. 3b, enquanto os itens numerados 546 a 599 representam os recipientes de processo e equipamento associados com uma modalidade de uma zona de remoção de substâncias pesadas ilustrada na FIG. 3b. Nas FIGS. 2a a 3b, numerais similares correspondem às partes similares.
Referindo-se à FIG. 2a, uma instalação de GNL tipo cascata de acordo com uma modalidade da presente invenção é ilustrada. A instalação de GNL ilustrada na FIG. 2a geralmente compreende um ciclo de refrigeração de propano 30, um ciclo de refrigeração de etileno 50, um ciclo de refrigeração de metano 70 com uma seção de expansão 80, e uma zona de remoção de substâncias pesadas. Diversas modalidades de zonas de remoção de substâncias pesadas capazes de serem integradas na instalação de GNL ilustradas na FIG. 2a através das linhas A, B, C, e D serão discutidas logo em detalhe com referência às FIGS. 2b a 2d. Enquanto "propano", "etileno", e "metano" são usados para se referir aos primeiro, segundo, e terceiro respectivos refrigerantes, deve-se compreender que a modalidade ilustrada na FIG. 2a e descrita aqui pode ser aplicada a qualquer combinação de refrigerantes apropriados. Os componentes principais do ciclo de refrigeração de propano 30 incluem um compressor de propano 31, um resfriador de propano 32, um resfriador de propano de alto estágio 33, um resfriador de propano de estágio intermediário 34, e um resfriador de propano de baixo estágio 35. Os componentes principais do ciclo de refrigeração de etileno 50 incluem um compressor de etileno 51, um resfriador de etileno 52, um resfriador de etileno de alto estágio 53, um resfriador de etileno de estágio intermediário 54, um resfriador/condensador de etileno de baixo estágio 55, e um economizador de etileno 56. Os componentes principais do ciclo de refrigeração de metano 70 incluem um compressor de metano 71, um resfriador de metano 72, um economizador de metano principal 73, e um economizador de metano secundário 74. Os componentes principais da seção de expansão 80 incluem um expansor de metano de alto estágio 81, um cilindro de expansão de metano de estágio intermediário 82, um expansor de metano de estágio intermediário 83, um cilindro de expansão de metano de estágio intermediário 84, um expansor de metano de baixo estágio 85, e um cilindro de expansão de metano de baixo estágio 86.
A operação da instalação de GNL ilustrada na FIG. 2a será descrita agora em mais detalhe, começando com o ciclo de refrigeração de propano 30. O propano é comprimido no compressor de propano multi-estágio 31 (por exemplo, três estágios) acionado por, por exemplo, um acionador de turbina a gás (não ilustrado) . Os três estágios de compressão preferivelmente existem em uma única unidade, embora cada estágio de compressão possa ser uma unidade separada e as unidades mecanicamente acopladas serem acionadas por um único acionador. Sob compressão, o propano é passado através do conduto 300 ao resfriador de propano 32, em que a corrente é resfriada e liquefeita através de troca de calor indireta com um fluido externo (por exemplo, ar ou água). Uma temperatura e pressão representativas do refrigerante de propano liquefeito saindo do resfriador 32 é aproximadamente 37,8°C e aproximadamente 1,31 MPa. A corrente do resfriador de propano 32 pode então ser passada através do conduto 302 a um meio de redução de pressão, ilustrado como a válvula de expansão 36, em que a pressão do propano liquefeito é reduzida, desse modo evaporando ou expandindo uma porção da mesma. A corrente bifásica resultante então flui através do conduto 304 no resfriador de propano de alto estágio 33. O resfriador de propano de alto estágio 33 usa os meios de troca de calor indireta 37, 38, e 39 para resfriar respectivamente, as correntes de gás entrantes, incluindo ums corrente de refrigerante de metano ainda a ser discutida no conduto 112, uma corrente de alimentação de gás natural no conduto 110, e uma corrente ainda de refrigerante de etileno a ser discutida no conduto 202 através da troca de calor indireta com o refrigerante vaporizando. A corrente de refrigerante de metano resfriada sai do resfriador de propano de alto estágio 33 através do conduto 130 e pode subsequentemente ser encaminhada à entrada do economizador de metano principal 73, que será discutido em maior detalhe em uma seção subsequente.
A corrente de gás natural resfriada do resfriador de propano de alto estágio 33 (também referida aqui como a "corrente reica em metano") flui através do conduto 114 para um recipiente de separação 40, em que as fases gasosa e líquida são separadas. A fase líquida, que pode ser rica no propano e componentes mais pesados (C3+), é removida através do conduto 3 03. A fase predominantemente de vapor sai do separador 4 0 através do conduto 116 e pode então entrar no resfriador de propano de estágio intermediário 34, em que a corrente é resfriada em meios de troca de calor indiretos 41 através da troca de calor indireta com uma corrente refrigerante de propano ainda a ser discutida. A corrente bifásica rica em metano resultante no conduto 118 pode então ser encaminhada ao resfriador de propano de baixo estágio 35, em que a corrente pode ainda ser resfriada através dos meios de troca de calor indiretos 42. A corrente de metano de predominantemente resultante pode então sair do resfriador de propano de baixo estágio 34 através do conduto 120. Subsequentemente, a corrente rica em metano resfriada no conduto 120 pode ser encaminhada ao resfriador de etileno de alto estágio 53, que será discutido mais detalhadamente logo.
O refrigerante de propano vaporizado saindo do resfriador de propano de alto estágio 33 é retornado à porta de entrada de alto estágio do compressor de propano 31 através do conduto 306. O refrigerante de propano líquido residual no resfriador de propano de alto estágio 33 pode ser passado através do conduto 3 08 através dos meios de redução de pressão, ilustrado aqui como a válvula de expansão 43, sobre a qual uma porção do refrigerante liquefeito é expandida ou vaporizada. A corrente de refrigerante bifásica resfriada resultante pode então entrar no resfriador de propano de estágio intermediário 34 através do conduto 310, desse modo fornecendo o líquido refrigerante para a corrente de gás natural e a corrente de refrigerante de etileno ainda a ser discutida entrando no resfriador de propano de estágio intermediário 34. O refrigerante de propano vaporizado sai do resfriador de propano de estágio intermediário através do conduto 312 e pode então entrar na porta de entrada de estágio intermediário do compressor de propano 31. O refrigerante de propano liquefeito remanescente sai do resfriador de propano de estágio intermediário através do conduto 314 e é passado através de um meio de redução de pressão, ilustrado aqui como a válvula de expansão 44, sobre a qual a pressão da corrente é reduzida para desse modo expandir ou vaporizar uma porção da mesma. A corrente de refrigerante vapor-líquido resultante então entra no resfriador de propano de baixo estágio 35 através do conduto 316 e resfria as correntes de refrigerante de etileno ainda a serem discutidas e ricas em metano entrando no resfriador de propano de baixo estágio 35 através dos condutos 118 e 206, respectivamente. A corrente de refrigerante de propano vaporizada então sai do resfriador de propano de baixo estágio 3 5 e é encaminhada à porta de entrada de baixo estágio do compressor de propano 31 através do conduto 318 em que é comprimida e reciclada como previamente descrita.
Como mostrado na FIG. 2a, uma corrente de refrigerante de etileno no conduto 202 entra no resfriador de propano de alto estágio, em que a corrente de etileno é resfriada através do meio de troca de calor indireta 39. A corrente resfriada resultante no conduto 204 então sai do resfriador de propano de alto estágio 33, após o qual pelo menos a corrente parcialmente condensada entra no resfriador de propano de estágio intermediário 34. Ao entrar no resfriador de propano de estágio intermediário 34, a corrente de refrigerante de etileno pode ainda ser resfriada através do meio de troca de calor indireta 45. A corrente de etileno bifásica resultante pode então sair do resfriador de propano de estágio intermediário 34 antes de entrar no resfriador de propano de baixo estágio 35 através do conduto 206. No resfriador de propano de baixo estágio 35, a corrente de refrigerante de etileno pode ser pelo menos parcialmente condensada, ou condensada em sua totalidade, através do meio de troca de calor indireta 46. A corrente resultante sai do resfriador de propano de baixo estágio 35 através do conduto 208 e pode subsequentemente ser encaminhada a um recipiente de separação 47, em que a porção de vapor da corrente, se presente, pode ser removida através do conduto 210. A corrente de refrigerante de etileno liquefeito saindo do separador 47 através do conduto 212 pode ter uma temperatura e pressão representativas de aproximadamente -31,1°C e aproximadamente 1,96 MPa.
Observando agora o ciclo de refrigeração de etileno 50 na FIG. 2a, a corrente de refrigerante de etileno liquefeita no conduto 212 pode entrar no economizador de etileno 56, em que a corrente pode ainda ser resfriada por um meio de troca de calor indireta 57. A corrente de etileno de líquido subresfriado no conduto 214 pode então ser encaminhado através de um meio de redução de pressão, ilustrado aqui como a válvula de expansão 58, sobre a qual a pressão da corrente é reduzida para desse modo expandir ou vaporizar uma porção da mesma. A corrente bifásica resfriada no conduto 215 pode então entrar no resfriador de etileno de alto estágio 53, em que pelo menos uma porção da corrente refrigerante de etileno pode vaporizar para desse modo resfriar a corrente rica em metano no conduto 120 e a corrente ainda a ser discutida no conduto 170 através do meio de troca de calor indireta respectivo 59 e 67. O refrigerante liquefeito remanescente e vaporizado 53 sai do resfriador de etileno de alto estágio através dos condutos respectivos 216 e 220. 0 refrigerante de etileno vaporizado no conduto 216 pode entrar novamente no economizador de etileno 56, em que a corrente pode ser aquecida através do meio de troca de calor indireta 60 antes de entrar na porta de entrada de alto estágio do compressor de etileno 51 através do conduto 218, como mostrado na FIG. 2a. 0 refrigerante liquefeito remanescente no conduto 220 pode entrar novamente no economizador de etileno 56, em que a corrente pode ainda ser resfriada por um meio de troca de calor indireta 61. A corrente de refrigerante subresfriada resultante sai do economizador de etileno 56 através do conduto 222 e pode subsequentemente ser encaminhada a um meio de redução de pressão, ilustrado aqui como a válvula de expansão 62, sobre a qual a pressão da corrente é reduzida para desse modo vaporizar ou expandir uma porção da mesma. A corrente bifásica resfriada resultante no conduto 224 entra no resfriador de etileno de estágio intermediário 54, em que a corrente de refrigerante pode resfriar a corrente de gás natural no conduto 122 e uma corrente ainda a ser discutida no conduto 171 através dos meios de troca de calor indireta respectivos 63 e 68. Como mostrado na FIG. 2a, a corrente rica em metano resfriada resultante saindo do resfriador de etileno de estágio intermediário 54 entra no conduto A, que pode então transportar a corrente predominantemente de metano para a zona de remoção de substâncias pesadas. A configuração e operação de diversas modalidades de uma zona de remoção de substâncias pesadas serão discutidas em detalhe logo com referência às FIGS. 2b a 2d.
O refrigerante de etileno vaporizado sai do resfriador de etileno de estágio intermediário 54 através do conduto 226, após o qual a corrente pode combinar com uma corrente de vapor de etileno ainda a ser discutida no conduto 238. A corrente combinada no conduto 240 pode entrar no economizador de etileno 56, em que a corrente é aquecida um meio de troca de calor indireta 64 antes de ser alimentada na porta de entrada de baixo estágio do compressor de etileno 51 através do conduto 230. Como mostrado na FIG. 2a, uma corrente de refrigerante de etileno comprimido no conduto 236 pode subsequentemente ser encaminhada ao resfriador de etileno 52, em que a corrente de etileno pode ser resfriada através da troca de calor indireta com um fluido externo (por exemplo, água ou ar) . A corrente de etileno pelo menos parcialmente condensada resultante pode então ser introduzida através do conduto 202 no resfriador de propileno de alto estágio 33 para resfriamento adicional como previamente descrito.
O refrigerante de etileno liquefeito remanescente sai do resfriador de etileno de estágio intermediário 54 através do conduto 228 antes de entrar no resfriador/condensador de etileno de baixo estágio 55, em que o refrigerante pode resfriar a corrente rica em metano entrando no resfriador/condensador de etileno de baixo estágio através do conduto 128 em um meio de troca de calor indireta 65. Em uma modalidade mostrada na FIG. 2a, a corrente no conduto 128 resulta da combinação de uma corrente esgotada de substâncias pesadas (isto é, rica em hidrocarboneto leve) saindo da zona de remoção de substâncias pesadas ilustrada na FIG. 2b no conduto B e uma corrente de refrigerante de metano ainda a ser discutida no conduto 168. Como mostrado na FIG. 2a, o refrigerante de etileno vaporizado pode então sair do resfriador/condensador de etileno de baixo estágio 55 através do conduto 238 antes de combinar com o etileno vaporizado saindo do resfriador de etileno de estágio intermediário 54 e entrar na porta de entrada de baixo estágio do compressor de etileno 51, como previamente discutido.
A corrente de gás natural resfriada saindo do resfriador/condensador de etileno de baixo estágio 55 pode também ser referida como a "corrente comportando GNL pressurizado". Como mostrado na FIG. 2a, a corrente comportando GNL pressurizado retira sai do resfriador/condensador de etileno de baixo estágio 55 através do conduto 132 antes de entrar no economizador de metano principal 73. No economizador de metano principal 73, a corrente rica em metano pode ser resfriada em um meio de troca de calor indireta 75 através da troca de calor indireta com uma ou mais correntes de refrigerante de metano a serem discutidas. A corrente comportando GNL pressurizado, resfriada sai do economizador de metano principal 73 e pode então ser encaminhada através do conduto 134 na seção de expansão 80 do ciclo de refrigeração de metano 70. Na seção de expansão 80, a corrente predominantemente de metano resfriada passa através do expansor de metano de alto estágio 81, sobre o qual a pressão da corrente é reduzida para desse modo vaporizar ou expandir uma porção da mesma. A corrente bifásica rica em metano resultante no conduto 136 pode então entrar no cilindro de expansão de metano de alto estágio 82, sobre o qual as porções de vapor e líquido podem ser separadas. A porção de vapor saindo do cilindro de expansão de metano de alto estágio 82 (isto é, o gás de expansão de alto estágio) através do conduto 143 pode então entrar no economizador de metano principal 73, em que a corrente é aquecida através do meio de troca de calor indireta 76. A corrente de vapor aquecida resultante no conduto 138 sai do economizador de metano principal 73 e subsequentemente se combina com uma corrente de vapor ainda a ser discutida saindo da zona de remoção de substâncias pesadas ilustrada na FIG. 2b através do conduto C. A corrente combinada no conduto 141 pode então ser encaminhada à porta de entrada de alto estágio do compressor de metano 71, como mostrado na FIG. 2a.
A fase líquida saindo do cilindro de expansão de metano de alto estágio 82 através do conduto 142 pode entrar no economizador de metano secundário 74, em que a corrente de metano pode ser resfriada através do meio de troca de calor indireta 92. A corrente resfriada resultante no conduto 144 pode então ser encaminhada a um segundo estágio de expansão, ilustrado aqui como o expansor de estágio intermediário 83. O expansor de estágio intermediário 83 reduz a pressão da corrente de metano passando através do mesmo para desse modo reduzir a temperatura da corrente vaporizando ou expandindo uma porção da mesma. A corrente bifásica rica em metano resultante no conduto 146 pode então entrar no cilindro de expansão de metano de estágio intermediário 84, em que as porções de líquido e vapor da corrente podem ser separadas e podem sair do cilindro de expansão de estágio intermediário através dos respectivos condutos 148 e 150. A porção de vapor (isto é, o gás de expansão de estágio intermediário) no conduto 150 pode entrar novamente no economizador de metano secundário 74, em que a corrente pode ser aquecida através de um meio de troca de calor indireta 87. A corrente aquecida pode então ser encaminhada através do conduto 152 ao economizador de metano principal 73, em que a corrente pode ainda ser aquecida através de um meio de troca de calor indireto 78 antes de entrar na porta de entrada de estágio intermediário do compressor de metano 71 através do conduto 154.
A corrente de líquido saindo do cilindro de expansão de metano de estágio intermediário 84 através do conduto 148 pode então passar através de um expansor de baixo estágio 85, sobre o qual a pressão da corrente rica em metano liquefeita pode ainda ser reduzida para desse modo vaporizar ou expandir uma porção da mesma. A corrente bifásica resfriada resultante no conduto 156 pode então entrar no cilindro de expansão de metano de baixo estágio 86, em que as fases vapor e líquido podem ser separadas. A corrente líquida saindo do cilindro de expansão de metano de baixo estágio 86 pode compreender o produto de gás natural liquefeito (GNL) . 0 produto de GNL, que está na pressão aproximadamente atmosférica, pode ser encaminhado através do conduto 158 a jusante para armazenamento, transporte, e/ou uso subsequentes.
A corrente de vapor saindo do cilindro de expansão de metano de baixo estágio 86 (isto é, o gás de expansão de metano de baixo estágio) no conduto 160 pode ser encaminhada ao economizador de metano secundário 74, em que a corrente pode ser aquecida através de um meio de troca de calor indireta 89. A corrente resultante pode sair do economizador de metano secundário 74 através do conduto 162, após o qual a corrente pode ser encaminhada ao economizador de metano principal 73 para ser aquecida através do meio de troca de calor indireta 78. A corrente de vapor de metano aquecida pode então sair do economizador de metano principal 73 através do conduto 164 antes de ser encaminhada à porta de entrada de baixo estágio do compressor de metano 71. O compressor de metano 71 pode compreender um ou mais estágios de compressão. Em uma modalidade, o compressor de metano 71 compreende três estágios de compressão em um único módulo. Em outra modalidade, os módulos de compressão podem ser separados, mas podem ser mecanicamente acoplados a um acionador comum. Geralmente, quando o compressor de metano 71 compreende dois ou mais estágios de compressão, um ou mais interresfriadores (não mostrados) podem ser fornecidos entre estágios de compressão subsequentes. Como mostrado na FIG. 2a, a corrente de refrigerante de metano comprimida saindo do compressor de metano 71 pode ser descarregada no conduto 166, após o qual a corrente pode ser resfriada através da troca de calor indireta com um fluido externo (por exemplo, ar ou água) no resfriador de metano 72. A corrente de refrigerante de metano resfriada saindo do resfriador de metano 72 pode então entrar no conduto 112, após o qual a corrente de refrigerante de metano pode ser tesfriada no ciclo de refrigeração de propano 30, como descrito em detalhe previamente.
Após ser resfriada no ciclo de refrigeração de propano 30, a corrente de refrigerante de metano pode ser descarregada no conduto 130 e subsequentemente encaminhada ao economizador de metano principal 73, em que a corrente pode ainda ser resfriada através do meio 79a de troca de calor indireta. A corrente de refrigeração saindo do meio de troca de calor indireta 79a pode subsequentemente ser separada em uma primeira porção e uma segunda porção. A primeira porção pode ainda ser resfriada através de um meio de troca de calor indireta 79b e pode sair do economizador de metano principal 73 através do conduto 168 antes de se combinar com a corrente esgotada de substâncias pesadas saindo da zona de remoção de substâncias pesadas mostrada na FIG. 2b a 2d no conduto A, como previamente discutido.
Como mostrado na FIG. 2a, a segunda porção da corrente saindo do meio de troca de calor indireta 79a pode sair do economizador de metano principal 73 através do conduto 170 e pode subsequentemente ser encaminhada ao resfriador de etileno de alto estágio 53, em que a corrente pode ainda ser resfriada através do meio de troca de calor indireta 67. A corrente resfriada resultante pode então ser encaminhada através do conduto 171 ao resfriador de etileno de estágio intermediário 54, em que a corrente pode ainda ser subresfriada através do meio de troca de calor indireta 68. Como mostrado na FIG. 2a, a corrente saindo do resfriador de etileno de estágio intermediário 54 através do conduto D pode então ser encaminhada à zona de remoção de substâncias pesadas ilustrada nas FIGS. 2b a 2d, que será discutida em detalhe logo.
Referindo-se agora à FIG. 2b, uma zona de remoção de substâncias pesadas de acordo com uma modalidade da presente invenção é ilustrada como geralmente compreendendo uma primeira coluna de destilação 450, um trocador de calor 452, uma segunda coluna de destilação 454, e um separador de vapor-líquido 456. A zona de remoção de substâncias pesadas ilustrada na FIG. 2b pode ser integrada na instalação de GNL ilustrada na FIG. 2a através das linhas A, B, C, e D. Observando agora a operação da zona de remoção de substâncias pesadas ilustrada na FIG. 2b, a corrente predominantemente de metano saindo do resfriador de etileno de estágio intermediário 54 mostrado na FIG. 2a entra na primeira coluna de destilação 450, também referida aqui como a "coluna de remoção de substâncias pesadas" 450 através do conduto A. Uma corrente superior rica de metano predominantemente de vapor pode ser extraída de uma saída superior da coluna de remoção de substâncias pesadas 450 através do conduto B. A corrente no conduto B pode então combinar com a corrente de refrigerante de metano no conduto 168, e a corrente combinada resultante pode então ser resfriada através do ciclo de refrigeração de metano 70, como previamente discutido com relação à FIG. 2a.
Como ilustrado na FIG. 2b, a corrente de refluxo predominante líquido subresfriada no conduto D entrando na zona de remoção de substâncias pesadas do resfriador de etileno de estágio intermediário 54 na FIG. 2a pode entrar em uma entrada de refluxo localizada perto da porção superior da coluna de remoção de substâncias pesadas 450. Em uma modalidade, ilustrada na FIG. 2b, uma segunda corrente de refluxo ainda a ser discutida no conduto 436 pode ser introduzida abaixo da corrente de alimentação predominantemente de metano entrando em uma entrada de fluido da coluna de remoção de substâncias pesadas 450. Uma corrente inferior predominantemente líquida pode ser extraída de uma saída inferior perto da porção inferior da coluna de remoção de substâncias pesadas 450 através do conduto 410 e pode subsequentemente ser aquecida no trocador de calor 452 através de um meio de troca de calor indireta 460. A corrente pelo menos parcialmente vaporizada resultante pode então ser reintroduzida na porção inferior da coluna de remoção de substâncias pesadas 450 através do conduto 412 a fim de fornecer pelo menos uma porção da carga de aquecimento para a coluna.
Como mostrado na FIG. 2b, um produto inferior predominantemente líquido pode ser extraído de uma saída inferior da coluna de remoção de substâncias pesadas 450 através do conduto 414 e pode subsequentemente ser passado através de um meio de redução de pressão, ilustrado aqui como o expansor 4 62, em que a pressão da corrente é reduzida para desse modo vaporizar ou expandir uma porção da mesma. A corrente bifásica resultante no conduto 416 pode então entrar no trocador de calor 452, em que a corrente pode ser aquecida através do meio de troca de calor indireta 464. A corrente aquecida resultante no conduto 418 pode subsequentemente ser introduzida na segunda coluna de destilação 454 através do conduto 422. Como ilustrado na FIG. 2b, uma corrente inferior predominantemente líquida pode ser extraída de uma saída de produto inferior da segunda coluna de destilação 454 através do conduto 42 0, após o qual a corrente pode ser pelo menos parcialmente vaporizada no trocador de calor 466 através da troca de calor indireta com um fluido externo (por exemplo, vapor ou outro meio de transferência térmica aquecido). Pelo menos uma porção da corrente vaporizada saindo do trocador de calor 466 pode subsequentemente ser retornada à segunda coluna de destilação 454 através do conduto 422 para fornecer pelo menos uma porção da carga total de calor. A porção líquida restante (isto é, a corrente de produto de GNL) sai do trocador de calor 466 através do conduto 424 e pode então ser encaminhada ao processamento, armazenamento, e/ou uso adicional.
De acordo com a FIG. 2b, uma corrente de produto superior predominantemente de vapor que sai da saída superior da segunda coluna de destilação 454 através do conduto 426 pode em seguida ser dividida em duas porções. A primeira porção no conduto C pode sair da zona de remoção de substâncias pesadas ilustrada na FIG. 2b e pode combinar com o gás de expansão de alto estágio aquecido saindo do economizador de metano principal 73 no conduto 138 como mostrado e descrito anteriormente com relação à FIG. 2a. A segunda porção da corrente de produto superior da segunda coluna de destilação 454 no conduto 428 pode entrar no trocador de calor 452, em que a corrente pode ser resfriada através de um meio de troca de calor indireta 468. A corrente bifásica resultante pode sair do trocador de calor 452 através do conduto 430 e pode então ser encaminhada ao separador de vapor-líquido 456, em que as fases de vapor e líquido podem ser separadas. A fase vapor sai do separador de vapor-líquido 456 através do conduto 432 e em seguida se combina com a primeira porção da corrente superior saindo da segunda coluna de destilação 454 no conduto C antes de sair da zona de remoção de substâncias pesadas como previamente discutido. A corrente líquida extraída de uma saída inferior do separador de vapor-líquido 456 através do conduto 434 pode ser encaminhada na sucção de uma bomba de refluxo 470. A bomba de refluxo aumenta a pressão da corrente predominantemente líquido subresfriada, que pode então ser descarregada no conduto 436. Em seguida, pelo menos uma porção da corrente no conduto 43 6 pode ser introduzida em uma entrada de refluxo da coluna de remoção de substâncias pesadas 450 como uma segunda corrente de refluxo.
Referindo-se agora à FIG. 2c, uma zona de remoção de substâncias pesadas de acordo com outra modalidade da presente invenção é apresentada. A zona de remoção de substâncias pesadas ilustrada na FIG. 2c pode ser integrada na instalação de GNL ilustrada na FIG. 2a através das linhas A, B, C, e D. Os componentes principais e a operação da zona de remoção de substâncias pesadas na FIG. 2c são os mesmos que aqueles previamente descritos com relação à FIG. 2b. Entretanto, de acordo com a modalidade ilustrada na FIG. 2c, a segunda corrente de refluxo empregada na coluna de remoção de substâncias pesadas 450 pode originar de uma corrente lateral extraída da segunda coluna de destilação 454. Como mostrado na FIG. 2c, a extração lateral removida da segunda coluna de destilação 454 através do conduto 429 pode ser resfriada e separada como descrito previamente com relação à FIG. 2b antes de entrar em uma entrada de refluxo da coluna de remoção de substâncias pesadas 450 através do conduto 436.
Referindo agora à FIG. 2d, uma zona de remoção de substâncias pesadas de acordo com ainda outra modalidade da presente invenção é mostrada. A zona de remoção de substâncias pesadas ilustrada na FIG. 2d pode ser integrada na instalação de GNL ilustrada na FIG. 2a através das linhas A, B, C, e D. Os componentes principais do sistema ilustrado na FIG. 2d são os mesmos que os descritos com relação à FIG. 2b e adicionalmente incluem uma terceira coluna de destilação 458. A operação do sistema ilustrado na FIG. 2d, como difere da operação do sistema previamente descrito com relação à FIG. 2b, será descrita agora em detalhe.
Como mostrado na FIG. 2d, uma corrente no conduto 418 saindo do trocador de calor 452 de pode ser introduzida em uma entrada de fluido da segunda coluna de destilação 454. A corrente superior predominantemente de vapor extraída de uma saída superior da segunda coluna de destilação 454 através do conduto 426 pode ser subsequentemente encaminhada através do conduto C ao ciclo de refrigeração de metano e combinar com a corrente de vapor de metano de alto estágio saindo do economizador de metano principal 73, como previamente discutido com relação às FIGS. 2a e 2b. Como ilustrado na FIG. 2d, uma corrente inferior predominantemente líquida pode ser extraído de uma saída inferior da segunda coluna de destilação 454 através do conduto 4 66, após o qual a corrente pode pelo menos ser parcialmente vaporizada no trocador de calor 466 através da troca de calor indireta com um fluido externo (por exemplo, vapor ou outro meio de transferência térmica aquecido). A porção líquida saindo do trocador de calor 466 através do conduto 424 pode entrar em um trocador de calor 472, em que a corrente pode ser aquecida através da troca de calor indireta com uma corrente ainda a ser discutida no conduto 444. A corrente aquecido no conduto 438 pode então entrar em uma entrada de fluido da terceira coluna de destilação 458 .
Como ilustrado na FIG. 2d, o produto inferior extraído de uma saída inferior da terceira coluna de destilação 458 através do conduto 440 pode entrar em um trocador de calor 474, em que a corrente pode ser aquecida e pelo menos parcialmente vaporizada através da troca de calor indireta com um fluido externo (por exemplo, vapor ou outros meios de transferência térmica aquecidos). A porção vaporizada do produto inferior no conduto 442 pode ser reintroduzida na terceira coluna de destilação 458, em que a corrente pode fornecer pelo menos uma porção de carga de calor de coluna total. A porção líquida restante pode ser extraída do trocador de calor 4 74 através do conduto 444 e pode em seguida entrar no trocador de calor 472, em que a corrente pode ser resfriada através da troca de calor indireta com a corrente de alimentação para a terceira coluna de destilação 458 no conduto 424, como previamente discutido. A corrente de produto inferior resfriada resultante no conduto 446 pode então ser encaminhada a jusante para uso, processamento, e/ou armazenamento adicional.
De acordo com uma modalidade apresentada na FIG. 2d, uma corrente de produto superior pode ser extraída de uma saída superior da terceira coluna de destilação 458 através do conduto 427. Pelo menos uma porção da corrente predominantemente de vapor pode subsequentemente entrar no trocador de calor 452, em que a corrente pode ser resfriada e pelo menos parcialmente liquefeita através do meio de troca de calor indireta 468. Como mostrado na FIG. 2d, a corrente bifásica resfriada resultante pode então ser separada no separador de vapor-líquido 456 e pelo menos uma porção da fase líquida pode ser introduzida em uma entrada de refluxo da coluna de remoção de substâncias pesadas 450 como uma segunda corrente de refluxo através do conduto 436, como previamente discutido com relação à FIG. 2b. A corrente de vapor saindo do separador 456 pode subsequentemente ser encaminhada ao sistema de gás de combustível de planta através do conduto 432.
Referindo agora à FIG. 3a, uma instalação de GNL tipo cascata de acordo com outra modalidade da presente invenção é ilustrada. A FIG. 3b ilustra outra modalidade de uma zona de remoção de substâncias pesadas que é integrada na instalação de GNL da FIG. 3a através das linhas A, B, C, D, e E. Os componentes principais da instalação de GNL representada pela FIG. 3a são os mesmos que aqueles previamente listados com relação à FIG. 2a. Operacionalmente, a instalação de GNL ilustrada na FIG. 3a será descrita agora, pois difere da instalação de GNL descrita previamente com relação à FIG. 2a. Como mostrado na FIG. 3a, pelo menos uma porção da corrente saindo do separador de vapor-líquido 40 através do conduto 116 pode ser extraída através do conduto E. A corrente no conduto E pode subsequentemente ser encaminhada à zona de remoção de substâncias pesadas, em que a corrente pode ser empregada como um gás de lavagem na coluna de remoção de substâncias pesadas. Uma modalidade de uma zona de remoção de substâncias pesadas que utiliza uma corrente de gás de lavagem no conduto E será discutida com relação à FIG. 3b.
Referindo-se agora à FIG. 3b, uma zona de remoção de substâncias pesadas de acordo com outra modalidade da presente invenção é mostrada. A zona de remoção de substâncias pesadas ilustrada na FIG. 3b pode ser integrada na instalação de GNL ilustrada na FIG. 3a através das linhas A, B, C, D, e E. Os componentes principais da zona de remoção de substâncias pesadas ilustrada na FIG. 3b incluem um separador de vapor-líquido 548, uma primeira coluna de destilação 550, um trocador de calor 552, e uma segunda coluna de destilação 554.
Observando agora a operação da zona de remoção de substâncias pesadas ilustrada na FIG. 3b, a corrente predominantemente de metano saindo do resfriador de etileno de estágio intermediário 54 mostrado na FIG. 3 entra na zona de remoção de substâncias pesadas ilustrada na FIG. 3b através do conduto A. Como mostrado na FIG. 3b, a corrente pode então entrar em uma entrada de fluido do separador de vapor-líquido 548, em que as porções de vapor e líquido podem ser separadas. A porção de vapor pode ser extraída de uma saída superior do separador de vapor-líquido 548 através do conduto 510 e pode então ser introduzida em uma entrada de refluxo localizada na porção superior da primeira coluna de destilação 550. Em uma modalidade, a porção líquida extraída do separador 448 através do conduto 512 pode ser introduzida como uma corrente de refluxo em uma entrada de refluxo localizada na porção inferior da coluna de remoção de substâncias pesadas 550. Como ilustrado na FIG. 3b, uma corrente predominantemente líquida subresfriada saindo do resfriador de etileno de estágio intermediário 54 na FIG. 3 pode ser introduzida através do conduto D na porção superior da coluna de remoção de substâncias pesadas 550. Como mostrado na FIG. 3b, uma corrente superior rica em metano predominantemente de vapor pode ser extraída de uma coluna de remoção de substâncias pesadas de saída superior 550 através do conduto B e pode então ser encaminhada ao ciclo de refrigeração de metano da instalação de GNL ilustrada na FIG. 3a antes de combinar com a corrente de refrigerante de metano no conduto 168, como previamente discutido.
Como discutido previamente, uma corrente predominantemente de metano saindo da saída do separador 40 na FIG. 3 pode ser encaminhado através de conduto E à zona de remoção de substâncias pesadas ilustrada na FIG. 3b. Como mostrado na FIG. 3b, a corrente no conduto E pode entrar no trocador de calor 552, em que a corrente pode ser resfriada através do meio de troca de calor indireta 556. A corrente resfriada resultante pode ser introduzida em uma entrada de gás de lavagem localizada na porção inferior da coluna da remoção de substâncias pesadas 550, em que a corrente pode ser empregada como um gás de lavagem para melhorar a eficiência de separação da coluna de remoção de substâncias pesadas 550.
Como mostrado na FIG. 3b, um produto inferior predominantemente líquido pode ser extraído de uma saída inferior da coluna de remoção de substâncias pesadas 550 através do conduto 514. Em seguida, a corrente pode ser passada através de um meio de redução de pressão, ilustrada aqui como o expansor 558, em que a pressão da corrente pode ser reduzida para desse modo vaporizar ou expandir uma porção da mesma. A corrente bifásica resultante no conduto 516 pode então entrar no trocador de calor 552, em que a corrente pode ser aquecida através de um meio de troca de calor indireta 560 antes de entrar em uma entrada de fluido da segunda coluna de destilação 554 através do conduto 518.
Como ilustrado na FIG. 3b, uma corrente de produto superior predominantemente de vapor pode ser extraída de uma saída superior da segunda coluna de destilação 554 através do conduto C e pode em seguida ser encaminhada ao ciclo de refrigeração de metano da instalação de GNL ilustrada na FIG. 3a, como previamente discutido. Uma corrente de produto inferior predominantemente líquida pode ser extraída de uma saída inferior da segunda coluna de destilação 554 através do conduto 520, após o qual a corrente pode ser pelo menos parcialmente vaporizada no trocador de calor 562 através da troca de calor indireta com um fluido externo (por exemplo, vapor ou outro meio de transferência térmica aquecido). A porção vaporizada da corrente saindo do trocador de calor 562 pode subsequentemente ser retornada à segunda coluna de destilação 554 para fornecer pelo menos uma porção da carga de calor total. A porção líquida restante sai do trocador de calor 562 através do conduto 524, após o qual a corrente pode ser encaminhada a jusante para um processamento, uso, e/ou armazenamento adicional.
Em uma modalidade da presente invenção, os sistemas de produção de GNL ilustrados nas FIGS. 1 a 3b são simulados em um computador usando o software de simulação de processo convencional a fim de produzir resultados de simulação. Em uma modalidade, os resultados de simulação podem estar na forma de uma impressão de computador. Em outra modalidade, os resultados de simulação podem ser exibidos em uma tela, monitor, ou outro dispositivo de visualização. Em ainda outra modalidade, os resultados de simulação podem ser sinais eletrônicos diretamente comunicados no sistema de GNL para o controle direto e/ou optimização do sistema.
Os resultados de simulação podem então ser usados para manipular o sistema de GNL. Em uma modalidade, os resultados de simulação podem ser usados para projetar uma nova instalação de GNL e/ou para melhorar ou expandir uma instalação de GNL existente. Em outra modalidade, os resultados de simulação podem ser usados para otimizar a instalação de GNL de acordo com um ou mais parâmetros de operação. Em uma modalidade adicional, a simulação de computador pode diretamente controlar a operação da instalação de GNL, por exemplo, manipulando a saída de válvula de controle. Os exemplos de software apropriado para produzir os resultados da simulação incluem HYSYS™ ou
Aspen Plus® de Aspen Technology, Inc., e PRO/II® de Simulation Sciences Inc.
FAIXAS NUMÉRICAS
A presente descrição usa faixas numéricas para quantificar determinados parâmetros em relação à invenção. Deve-se compreender que quando as faixas numéricas são fornecidas, tais faixas devem ser interpretadas como fornecendo suporte literal para as limitações de reivindicação que somente relatam o valor inferior da faixa bem como a limitação de reivindicações que somente relata o valor superior da faixa. Por exemplo, uma faixa numérica divulgada de 10 a 100 fornece suporte literal para um relato de reivindicação "maior do que 10" (sem limites superiores) e um relato de reivindicação "menor do que 100" (sem limites superiores).
DEFINIÇÕES
Como usado aqui, os termos "um", "uma", "a/o", e "referido(a)" significa um ou mais.
Como usado aqui, o termo "e/ou", quando usado em uma lista de dois ou mais itens, significa que qualquer um dos itens listados pode ser empregado por si próprio, ou qualquer combinação de dois ou mais dos itens listados podem ser empregados. Por exemplo, se uma composição é descrita como contendo componentes A, B, e/ou C, a composição pode conter A sozinho; B sozinho; C sozinho; A e B em combinação; A e C em combinação; B e C em combinação; ou A, B, e C em combinação.
Como usado aqui, o termo "processo de refrigeração tipo cascata" refere-se a um processo que emprega uma pluralidade de ciclos de refrigeração, cada um empregando um refrigerante componente puro diferente para sucessivamente resfriar o gás natural.
Como usado aqui, o termo "ciclo de refrigeração de circuito fechado" refere-se a um ciclo de refrigeração em que substancialmente nenhum refrigerante entra ou sai do ciclo durante a operação normal.
Como usado aqui, os termos "compreendendo" e "compreende" são os termos de transição em aberto usados para transição de uma matéria relatada antes do termo a um ou elementos relatados após o termo, onde o elemento ou elementos listados após o termo de transição não são necessariamente os únicos elementos que compõe a matéria.
Como usado aqui, os termos "contendo", "contém", e "contêm" têm o mesmo significado em aberto que "compreendendo" e "compreende" fornecido abaixo.
Como usado aqui, os termos "economizador" ou "trocador de calor economizante" refere-se a uma configuração utilizando uma pluralidade de trocadores de calor empregando o meio de troca de calor indireta para eficientemente transferir o calor entre as correntes de processo.
Como usado aqui, os termos "tendo", "tem", e "têm" têm o mesmo significado em aberto que o "compreendendo" e "compreende", fornecido acima.
Como usado aqui, os termos "hidrocarboneto pesado" e "substâncias pesadas" referem-se a qualquer componente de hidrocarboneto tendo um peso molecular maior do que metano.
Como usado aqui, os termos "incluindo", "inclui", e "incluem" têm o mesmo significado em aberto que "compreendendo" e "compreende", fornecido acima.
Como usado aqui, o termo "ponto de ebulição padrão de média faixa" refere-se à temperatura em que metade do peso de uma mistura de componentes físicos foi vaporizada (isto é, ebulido) na pressão padrão.
Como usado aqui, o termo "refrigerante misturado" refere-se a um refrigerante contendo uma pluralidade de componentes diferentes, onde nenhum componente compõe mais de 75% de mol do refrigerante.
Como usado aqui, o termo "gás natural" significa uma corrente contendo pelo menos 85% de mol de metano, com o equilíbrio sendo etano, hidrocarbonetos maiores, nitrogênio, dióxido de carbono, e/ou uma quantidade menor de outros contaminantes, tais como mercúrio, sulfeto de hidrogênio, e mercaptano.
Como usado aqui, os termos "líquidos de gás natural" ou "GNL" refere-se às misturas de hidrocarbonetos cujos componentes são, por exemplo, tipicamente mais pesados do que etano. Alguns exemplos de componentes de hidrocarboneto das correntes de GNL incluem propano, butano, e isômeros de pentano, benzeno, tolueno, e outros compostos aromáticos.
Como usado aqui, o termo "ciclo de refrigeração de circuito aberto" refere-se a um ciclo de refrigeração em que pelo menos uma porção do refrigerante empregado durante a operação normal origina de uma fonte externa.
Como usado aqui, os termos "predominantemente", "primariamente", "principalmente", e "em porção principal", quando usado para descrever a presença de um componente particular de uma corrente fluida, significa que a corrente fluida compreende pelo menos 50% de mol do componente indicado. Por exemplo, uma corrente "predominantemente" de metano, uma corrente "primariamente" de metano, uma corrente "principalmente" compreendida de metano, ou uma corrente compreendida "na porção principal" de metano, cada uma denota uma corrente compreendendo pelo menos 50% de mol de metano.
Como usado aqui, o termo "refrigerante de componente puro" significa um refrigerante que não é um refrigerante misturado.
Como usado aqui, os termos "a montante" e "a jusante" referem-se às posições relativas de vários componentes de uma instalação de liquefação de gás natural ao longo do trajeto principal de fluxo de gás natural através da planta.
REIVINDICAÇÕES NÃO LIMITADAS ÀS MODALIDADES DIVULGADAS
As formas preferidas da invenção descritas acima devem ser usadas como ilustração somente, e não devem ser usadas em um sentido limitando para interpretar o escopo da presente invenção. As modificações às modalidades de exemplo determinadas acima, poderiam ser prontamente feitas por aquelas hábeis na técnica sem sair do conceito inventivo da presente invenção.
Os inventores por aqui indicaram sua intenção para confiar na Doutrina de Equivalentes para determinar e avaliar o escopo razoavelmente justo da presente invenção como pertencem a qualquer aparelho que não materialmente parte da invenção, mas fora do escopo literal da invenção como determinado nas seguintes reivindicações.

Claims (11)

1. Método para liquefazer uma corrente de gás natural, que compreende: (a) resfriar uma corrente predominantemente de metano em um ciclo de refrigeração, para formar uma corrente refrigerada de uma corrente predominantemente de metano; o referido método caracterizadopor compreender ainda: (b) separar a corrente predominantemente de metano resfriada em uma primeira coluna de destilação para produzir uma primeira corrente inferior, uma primeira corrente superior, e uma corrente predominantemente liquida inferior, em que a primeira corrente inferior, a primeira corrente superior e a corrente predominantemente liquida inferior são correntes separadas por expulsão da primeira coluna de destilação, em que a primeira corrente inferior e a corrente predominantemente liquida inferior são cada uma encaminhadas da primeira coluna de destilação para um trocador de calor; (c) introduzir uma primeira corrente de refluxo compreendendo pelo menos cerca de 85 mol% de metano na primeira coluna de destilação; (d) aquecer a corrente predominantemente liquida inferior no trocador de calor para fornecer pelo menos uma corrente parcialmente vaporizada, que é introduzida na primeira coluna de destilação; (e) aquecer a primeira corrente inferior no trocador de calor antes de introduzir na segunda coluna de destilação; (f) separar a primeira corrente inferior na segunda coluna de destilação para remover uma corrente de gás natural liquida e produzir uma segunda corrente superior; (g) dividir a segunda corrente superior em primeiras e segundas porções; (h) resfriar a segunda porção da segunda corrente superior no trocador de calor via uma troca de calor indireta com a primeira corrente inferior e a corrente predominantemente liquida inferior para produzir uma corrente de duas fases; (i) separar vapores e líquidos da corrente de duas fases e um separador; (j) introduzir os líquidos do separador como uma segunda corrente de refluxo na primeira coluna de destilação em uma elevação mais baixa do que a primeira corrente de refluxo; em que a segunda corrente de refluxo é introduzida na primeira coluna de destilação em uma elevação mais baixa do que a corrente predominantemente de refluxo resfriada; (k) combinar o vapor do separador com a primeira porção da segunda corrente superior para fornecer uma corrente de saída de zona de remoção de substâncias pesadas; (l) combinar a corrente de saída de zona de remoção de substâncias pesadas com uma corrente de vapor rica de metano para fornecer uma corrente combinada de entrada do compressor de metano, que é encaminhada para um compressor de metano.
2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de que a temperatura da corrente predominantemente de metano resfriada quando introduzida na primeira coluna de destilação é menor do que aproximadamente -45,5°C (-50 °F).
3. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de que a primeira corrente inferior não é fracionada entre a primeira coluna de destilação e a segunda coluna de destilação.
4. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopor compreender ainda resfriar pelo menos uma porção da referida primeira corrente superior em um ciclo de refrigeração de metano para desse modo produzir uma primeira corrente superior resfriada, em que a referida primeira corrente de refluxo compreende pelo menos uma porção da primeira corrente superior resfriada.
5. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de que o peso molecular médio da segunda corrente de refluxo é pelo menos cerca de 10% maior do que o peso molecular médio da primeira corrente de refluxo.
6. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de que a primeira corrente de refluxo tem um peso molecular médio menor do que cerca de 24 gramas por mol.
7. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de que a segunda corrente de refluxo tem um peso molecular médio menor do que cerca de 52 gramas por mol.
8. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de que a segunda corrente de refluxo compreende pelo menos cerca de 15 mol% de etano e/ou etileno e menos do que cerca de 60 mol% de propano e componentes mais pesados.
9. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de que a temperatura de operação superior da primeira coluna de destilação está na faixa de cerca de -128,9°C (-200°F) a cerca de -59,4°C (-75°F) e a 5 pressão de operação superior da primeira coluna de destilação está na faixa de cerca de 2 MPag (20barg) a cerca de 7 MPag (70barg).
10. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de que o ciclo de refrigeração é 10 parte de um processo de GNL de cascata empregando sequencialmente ciclos de refrigeração de propano, etileno, e metano.
11. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de que compreende vaporizar um 15 produto liquefeito de gás natural produzido pela primeira corrente superior e pela corrente de saida da zona de remoção de substancia pesadas.
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