BRPI0915129B1 - Processo para recuperação de líquidos de gás natural de um fluxo de gás de alimentação e aparelho para separar líquidos de gás natural de um fluxo de gás de alimentação - Google Patents
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Abstract
recuperação de ngl de refrigeração aberta por pressão-iso. a presente invenção refere-se a um processo aperfeiçoado para recuperação de líquidos de gás natural de um fluxo de alimentação de gás natural. o processo é executado em uma pressão constante com nenhuma redução intencional na pressão. um refrigerador misturado de volta aberta é utilizado para prover um resfriamento de processo e para prover um fluxo de refluxo para a coluna de destilação utilizada para recuperar os líquidos de gás natural. os processos podem ser utilizados para recuperar hidrocarbonos de c3+ a partir do gás natural ou para recuperar hidrocarbonos c2+ a partir do gás natural.
Description
[001] A presente invenção refere-se a processos aperfeiçoados para recuperar os líquidos de gás natural a partir de fluxos de alimentação de gás contendo hidrocarbonetos, e em particular, para recuperação de propano e de etano de fluxos de alimentação de gás.
[002] Gás natural contém vários hidrocarbonetos, incluindo metano, etano e propano. Gás natural normalmente tem uma proporção principal de metano e etano, ou seja, metano e etano tipicamente juntos compreendem pelo menos 50 por cento molar de gás. O gás contém também quantidades relativamente menores de hidrocarbonetos mais pesados tais como propano, butanos, pentanos e similares, bem como hidrogênio, nitrogênio, dióxido de carbono e outros gases. Além de gás natural, outros fluxos de gás contendo hidrocarbonetos podem conter uma mistura de hidrocarbonetos mais leves e mais pesados. Por exemplo, fluxos de gás formados no processo de refino podem conter misturas de hidrocarbonetos para serem separados. A separação e a recuperação desses hidrocarbonetos podem prover produtos valiosos que podem ser utilizados diretamente ou como matérias- primas para outros processos. Esses hidrocarbonetos são tipicamente recuperados como líquidos de gás natural (NGL).
[003] A presente invenção é direcionada principalmente para recuperar os componentes de C3+ em fluxos de gás contendo hidrocarbonetos, e em particular para recuperar o propano a partir desses fluxos de gás. Uma alimentação de gás natural típica para ser processa- da de acordo com os processos descritos abaixo tipicamente pode conter, em por cento molar aproximado, metano a 92,12%, etano a 3,96% e outros componentes de C2, propano a 1,05% e outros componentes de C3, isobutano a 0,15%, butano normal a 0,21%, pentanos a 0,11% ou mais pesado, e o equilíbrio composto principalmente de nitrogênio e de dióxido de carbono. Os fluxos de gás de refinaria podem conter menos metano e maiores quantidades de hidrocarbonetos mais pesados.
[004] A recuperação de líquidos de gás natural a partir de um fluxo de alimentação de gás foi desempenhada utilizando vários processos, tais como resfriamento e refrigeração de gás, absorção de óleo, absorção de óleo refrigerado ou através do uso de múltiplas torres de destilação. Mais recentemente, processos de expansão criogênica utilizando válvulas de Jolue-Thompson ou expansores turbo se tornaram processos preferidos para recuperação de NGL do gás natural.
[005] Em um processo de recuperação de expansão criogênica típica, um fluxo de gás de alimentação sob pressão é resfriado por troca de calor com outros fluxos do processo e/ou de fontes externa de refrigeração tais como um sistema de refrigeração de compressão de propano. Na medida em que o gás é resfriado, líquidos podem ser condensados e coletados em uma ou mais separadores como os líquidos de alta pressão contendo os componentes desejados.
[006] Os líquidos de alta pressão podem ser expandidos para uma alta pressão de fracionadas. O fluxo expandido, compreendendo uma mistura de líquido e vapor, é fracionada em uma coluna de destilação. Na coluna de destilação, gases voláteis e hidrocarbonetos mais leves são removidos como vapores de sobrecarga e componentes de hidrocarbonetos mais pesados saem como produto líquido nos fundos.
[007] O gás de alimentação não é tipicamente condensado totalmente, e o vapor remanescente a partir da condensação parcial pode ser passado através de uma válvula Joule-Thompson ou de um expansor turbo para uma pressão inferior na qual os líquidos adicionais são condensados como um resultado de resfriamento adicional do fluxo. O fluxo expandido é suprido como um fluxo de alimentação para a coluna de destilação.
[008] Um fluxo de refluxo é provido para a coluna de destilação, tipicamente uma porção de gás de alimentação condensado parcialmente após o resfriamento, mas antes da expansão. Vários processos utilizaram outras fontes para o refluxo, tal como um fluxo reciclado de gás de resíduo suprido sob pressão.
[009] Enquanto vários aperfeiçoamentos aos processos criogênicos gerais descritos abaixo foram tentados, esses aperfeiçoamentos continuam a utilizar um expansor turbo ou uma válvula Joule-Thompson para expandir o fluxo de alimentação para a coluna de destilação. Seria desejável ter um processo aperfeiçoado para recuperação aperfeiçoada de NGLs a partir de um fluxo de alimentação de gás natural.
[0010] A presente invenção refere-se a processos aperfeiçoados para recuperação de NGLs a partir de um fluxo de gás de alimentação. O processo utiliza um processo de refrigeração misturada de volta aberta para alcançar as temperaturas baixas que são necessárias para altos níveis de recuperação de NGLs. Uma única coluna de destilação é utilizada para separar hidrocarbonetos mais pesados de componentes mais leves tais como gás de venda. O fluxo de sobrecarga da coluna de destilação é resfriado para liquefazer parcialmente o fluxo de sobrecarga. O fluxo de sobrecarga liquefeito parcialmente é separado em um fluxo de vapor compreendendo hidrocarbonetos mais leves, tais como gás de venda, e um componente líquido que serve como um refrigerante misturado. O refrigerante misturado provê o resfriamento de processo e uma parte do refrigerante misturado é utilizada como um fluxo de refluxo pa- ra enriquecer a coluna de destilação com componentes-chave. Com o gás na coluna de destilação enriquecida, o fluxo de sobrecarga da coluna de destilação condensa em temperaturas mais quentes do que utilizado tipicamente para recuperações mais altas de NGLs. O processo alcança a recuperação alta dos componentes NGL desejados sem expandir o gás como em uma válvula Joule-Thompson ou expansor turbo, e com uma única coluna de destilação somente.
[0011] Em uma modalidade do processo da presente invenção, hidrocarbonetos de C3+, e em particular propano, são recuperados. As temperaturas e as pressões são mantidas tal como exigido para alcançar a recuperação desejada de hidrocarbonetos de C3+ baseados na composição do fluxo de alimentação de entrada. Nessa modalidade do processo, o gás de alimentação entra em um permutador de calor principal e é resfriado. O gás de alimentação resfriado é alimentado para uma coluna de destilação, que nessa modalidade funciona como desetanizador. O resfriamento para o fluxo de alimentação pode ser provido principalmente por um refrigerante quente tal como propano. O fluxo de sobrecarga da coluna de destilação entra no permutador de calor principal e é resfriado para a temperatura exigida para produzir o refrigerante misturado e para prover a recuperação NGL desejada do sistema.
[0012] O fluxo de sobrecarga resfriado da coluna de destilação é combinado com um fluxo de sobrecarga de um tambor de refluxo e separado em um tambor de sobrecarga da coluna de destilação. O vapor de sobrecarga do tambor de sobrecarga da coluna de destilação é gás de venda (isto é, metano, etano e gases inertes) e os fundos líquidos são o refrigerante misturado. O refrigerante misturado é enriquecido nos componentes de C2 e mais leves como comparados para o gás de alimentação. O gás de venda é alimentado através do permutador de calor principal onde é aquecido. A temperatura do refrigerante mis- turado é reduzida para uma temperatura fria o suficiente para facilitar a transferência de calor necessária no permutador de calor principal. A temperatura do refrigerante é baixada pela redução da pressão de refrigerante através de uma válvula de controle. O refrigerante misturado é alimentado para o permutador de calor principal em que é evaporado e superaquecido na medida em que passa através do permutador de calor principal.
[0013] Após passar através do permutador de calor principal, o refrigerante misturado é comprimido. Preferencialmente, a pressão de descarga do compressor é maior do que a pressão de coluna de destilação então nenhuma bomba de refluxo é necessária. O gás comprimido passa através do permutador de calor principal, em que é condensado parcialmente. O refrigerante misturado condensado parcialmente é roteado para um tambor de refluxo. O líquido inferior do tambor de refluxo é utilizado como um fluxo de refluxo para a coluna de destilação. Os vapores do tambor de refluxo são combinados com a coluna de destilação sobre o tambor de cabeça saindo do permutador de calor principal e o fluxo combinado é roteado para o tambor de sobrecarga da coluna de destilação. Nessa modalidade, o processo da invenção pode alcançar acima de 99 por cento de recuperação de propano do gás de alimentação.
[0014] Em outra modalidade do processo, o gás de alimentação é tratado como descrito acima e uma parte do refrigerante misturado é removido da usina que se segue a compressão e o resfriamento. A parte do refrigerante misturado removido da usina é alimentada para uma unidade de recuperação do C2 para recuperar o etano no refrigerante misturado. A remoção de uma parte do fluxo do refrigerante misturado após ter passado através do permutador de calor principal e foi comprimido e resfriado tem efeito mínimo do processo provido que componentes de C2 suficientes permanecem no sistema para prover a refrigeração exigida. Em algumas modalidades, tanto quanto 95 por cento do fluxo de refrigerante misturado pode ser removido para a recuperação de C2, O fluxo removido pode ser utilizado como um fluxo de alimentação em uma unidade de craqueamento de etileno.
[0015] Em outra modalidade do processo, uma coluna de absorção é utilizada para separar o fluxo de sobrecarga da coluna de destilação. O fluxo de sobrecarga a partir do absorvedor é gás de venda, e os fundos são refrigerantes misturados.
[0016] Ainda em outra modalidade da invenção, somente um tambor de separação é utilizado. Nessa modalidade da invenção, o refrigerante misturado resfriado comprimido é retornado para a coluna de destilação como um fluxo de refluxo.
[0017] O processo descrito acima pode ser modificado para alcançar a separação de hidrocarbonetos em uma maneira desejada. Por exemplo, a usina pode ser operada de modo que a coluna de destilação separe os hidrocarbonetos de C4+, principalmente butano dos hidrocarbonetos de C3 e mais leves. Em outra modalidade da invenção, a usina pode ser operada para recuperar tanto o etano como o propano. Nessa modalidade da invenção, a coluna de destilação é utilizada como um demetanizador, e as pressões e as temperaturas da usina são ajustadas dessa forma. Nessa modalidade, os fundos da torre de destilação contem principalmente os componentes de C2+, enquanto o fluxo de sobrecarga contém principalmente metano e gases inertes. Nessa modalidade, a recuperação do equivalente a 55 por cento dos componentes de C2+ no gás de alimentação pode ser obtida.
[0018] Entre as vantagens do processo é que o refluxo da coluna de destilação é enriquecido, por exemplo, em etano, reduzindo a perda de propano da coluna de destilação. O refluxo também aumenta a fração molar de hidrocarbonetos mais leves, tal como etano, na coluna de destilação tornando ser mais fácil para condensar o fluxo de sobre- carga. Esse processo utiliza o líquido condensado na coluna de destilação de sobrecarga duas vezes, uma vez que um refrigerante de temperatura baixa e o segundo tempo como um fluxo de refluxo para a coluna de destilação. Outras vantagens dos processos da presente invenção serão aparentes para aqueles com habilidade na técnica baseado no momento da descrição detalhada das modalidades preferidas providas abaixo.
[0019] A figura 1 é um desenho esquemático de uma usina para modalidades de desempenho do método da presente invenção no qual o fluxo de refrigeração misturado é comprimido e retornado para o separador de refluxo.
[0020] A figura 2 é um desenho esquemático de uma usina para modalidades de desempenho do método da presente invenção no qual uma parte do fluxo de refrigeração misturado comprimido é removida da usina para a recuperação de etano.
[0021] A figura 3 é um desenho esquemático de uma usina para modalidades de desempenho da presente invenção no qual um absor- vedor é utilizado para separar o fluxo de sobrecarga de destilação.
[0022] A figura 4 é um desenho esquemático de uma usina para modalidades de desempenho da presente invenção no qual somente um tambor de separação é utilizado.
[0023] A presente invenção refere-se a processos aperfeiçoados para recuperação de líquidos de gás natural (NGL) dos fluxos de alimentação de gás contendo hidrocarbonetos, tais como gás natural ou fluxos de gás do processamento de petróleo. O processo da presente invenção é executado em pressões constantes aproximadamente com nenhuma redução intencional em pressões de gás através da usina. O processo utiliza uma única coluna de destilação para separar hidrocar- bonetos mais leves e hidrocarbonetos mais pesados. Um refrigerante misturado de volta aberta provê processos de resfriamento para alcançar as temperaturas exigidas para alta recuperação de gases NGL. O refrigerante misturado é compreendido por uma mistura de hidrocarbonetos mais leves e mais pesados no gás de alimentação, e é geralmente enriquecido nos hidrocarbonetos mais leves como comparados ao gás de alimentação.
[0024] O refrigerante misturado de volta aberta é utilizado para prover um fluxo de refluxo enriquecido para a coluna de destilação, que permite que a coluna de destilação opere em temperaturas mais altas e aperfeiçoe a recuperação de NGLs. O fluxo de sobrecarga da coluna de destilação é resfriado para liquefazer parcialmente o fluxo de sobrecarga. O fluxo de sobrecarga liquefeito parcialmente é separado em um fluxo de vapor compreendendo hidrocarbonetos mais leves, tal como um gás de venda, e um componente líquido que serve como um refrigerante misturado.
[0025] O processo da presente invenção pode ser utilizado para obter a separação desejada dos hidrocarbonetos em um fluxo de gás de alimentação misturado. Em uma modalidade, o processo da presente aplicação pode ser utilizado para obter níveis altos de recuperação de propano. A recuperação de o tanto quanto 99 por cento ou mais do propano no caso da alimentação pode ser recuperada no pro-cesso. O processo pode ser operado também de uma maneira para recuperar quantidades significativas de etano com o propano ou rejeitar a maior parte do etano com o gás de venda. Alternativamente, o processo pode ser operado para recuperar uma alta percentagem de componentes de C4+ do fluxo de alimentação e descarregar C3 e componentes mais leves.
[0026] Uma usina para desempenhar algumas modalidades do processo da presente invenção é mostrada esquematicamente na figu- ra 1, deve ser entendido que os parâmetros de funcionamento para a usina, tais como a temperatura, pressão, taxas de fluxo e composições dos vários fluxos, são estabelecidos para alcançar a separação desejada e recuperação dos NGLs. Os parâmetros de operação exigidos também dependem da composição do gás de alimentação. Os parâmetros de funcionamento exigidos podem ser prontamente determinados por aqueles com habilidade na técnica utilizando técnicas conhe-cidas, incluindo, por exemplo, simulações de computador. Desta forma, as descrições e os intervalos dos vários parâmetros de funcionamento providos abaixo são pretendidos para prover uma descrição das modalidades específicas da invenção, e eles não são pretendidos para limitar o escopo da invenção de qualquer maneira.
[0027] O gás de alimentação é alimentado através da linha 12 para o permutador de calor principal 10. O gás de alimentação pode ser gás natural, gás refinado ou outro fluxo de gás que requer separação. O gás de alimentação é tipicamente filtrado e desidratado antes de ser alimentado para a usina para prevenir o congelamento na unidade NGL. O gás de alimentação é tipicamente alimentado para o permutador de calor principal em uma temperatura no intervalo de 43,3 a 54,4 C (110°F e 130°F) e em uma temperatura no intervalo de 0,69 MPa a 3,10 Mpa (100 psia a 450 psia). O gás de alimentação é resfriado e parcialmente liquefeito no permutador de calor principal 10 fazendo com que o permutador de calor entre em contato com os fluxos de processo de resfriamento e com um refrigerante que pode ser alimentado para o permutador de calor principal através da linha 15 em uma quantidade necessária para prover o resfriamento adicional necessário para o processo. Um refrigerante quente tal como propano pode ser utilizado para prover o resfriamento necessário para o gás de alimentação. O gás de alimentação é resfriado no permutador de calor principal para uma temperatura no intervalo de -17,7 a -40 C (0°F a -40°F). O gás de alimentação resfriado 12 sai do permutador de calor principal 10 e entra na coluna de destilação 20 através da linha de alimentação 13. A coluna de destilação opera em uma pressão ligeiramente abaixo da pressão do gás de alimentação, tipicamente em uma pressão no intervalo de 0,03 MPa a 0,06 MPa (5 psia a 10 psia) menos do que a pressão do gás de alimentação. Na coluna de destilação, hidrocarbo- netos mais pesados, tal como, por exemplo, propano e outros componentes de C3+, são separados dos hidrocarbonetos mais leves, tal como etano, metano e outros gases. Os componentes de hidrocarbo- neto mais pesado saem nos fundos dos líquidos da coluna de destilação através da linha 16, enquanto os componentes mais leves saem através da linha de sobrecarga de vapor 14. Preferencialmente, o fluxo dos fundos 16 sai da coluna de destilação em uma temperatura no intervalo de 65,5 a 148,8 C (150°F a 300°F), e o fluxo de sobrecarga 14 sai da coluna de destilação em uma temperatura no intervalo de -23,3 a-62,2 C (-10°F a-80°F).
[0028] O fluxo dos fundos 16 da coluna de destilação é partido, com um fluxo de produto 18 e um fluxo de reciclagem 22 direcionado para um refervedor 30 que recebe a entrada de calor Q. Opcionalmente, o fluxo de produto 18 pode ser resfriado em um resfriador em uma temperatura no intervalo de 15,5 a 54,4 C (60°F a 130°F). O fluxo de produto 18 é altamente enriquecido nos hidrocarbonetos mais pesados no fluxo do gás de alimentação. Na modalidade mostrada na figura 1, o fluxo do produto pode ser altamente enriquecido nos componentes de propano e mais pesados, e etano e gases mais leves são removidos como gás de venda como descrito abaixo. Alternativamente, a usina pode ser operada de modo que o fluxo de produto é enriquecido de forma pesada em hidrocarbonetos de C4+, e o propano é removido com o etano no gás de venda. O fluxo de reciclagem 22 é aquecido no refervedor 30 para prover calor para a coluna de destilação. Qualquer tipo de refervedor utilizado tipicamente por colunas de destilação pode ser utilizado.
[0029] O fluxo de sobrecarga da coluna de destilação 14 passa através do permutador de calor principal 10, em que é resfriado pelo contato do permutador de calor com gases do processo para liquefazer parcialmente o fluxo. O fluxo de sobrecarga da coluna de destilação sai do permutador de calor principal através da linha 19 e é resfriado de forma suficiente para produzir o refrigerante misturado como descrito abaixo. Preferencialmente, o fluxo de sobrecarga da coluna de destilação é resfriado no intervalo de -34,4 a -90 °C (-30°F a -130°F) no permutador de calor principal.
[0030] Na modalidade do processo mostrado na figura 1, o fluxo liquefeito parcialmente e resfriado 19 é combinado com o fluxo de sobrecarga 28 a partir do separador de refluxo 40 em misturador 100 e é então alimentado através da linha 32 para o separador de sobrecarga da coluna de destilação 60. Alternativamente, o fluxo 19 pode ser alimentado para o separador de sobrecarga da coluna de destilação 60 sem ser combinado com o fluxo de sobrecarga 28 do separador de refluxo 40. O fluxo de sobrecarga 28 pode ser alimentado para o separador de sobrecarga da coluna de destilação diretamente, ou em outras modalidades do processo, o fluxo de sobrecarga 28 do separador de refluxo 40 pode ser combinado com o gás de venda 42. Opcionalmente, o fluxo de sobrecarga do separador de refluxo 40 pode ser alimentado através da válvula de controle 75 antes de ser alimentado através da linha 28a para ser misturado com o fluxo de sobrecarga da coluna de destilação 19. Dependendo do gás de alimentação utilizado e de outros parâmetros de processo, a válvula de controle 75 pode ser utilizada para manter a pressão no compressor de etano 80, que pode facilitar a condensação desse fluxo e prover a pressão para transferir líquido para o topo da coluna de destilação. Alternativamente, uma bomba de refluxo pode ser utilizada para prover a pressão necessária para transferir o líquido para o topo da coluna.
[0031] Na modalidade mostrada na figura 1, o fluxo de sobrecarga da coluna de destilação combinada e o fluxo de sobrecarga do tambor de refluxo 32 são separados no separador de sobrecarga da coluna de destilação 60 em um fluxo de sobrecarga 42 e em um fluxo de fundos 34. O fluxo de sobrecarga 42 do separador de sobrecarga da coluna de destilação 60 contém gás de venda de produto (por exemplo, metano, etano e componentes mais leves). O fluxo de fundos 34 do separador de sobrecarga da coluna de destilação é o refrigerante misturado líquido utilizado para resfriamento no permutador de calor principal 10.
[0032] O gás de venda escoa através do permutador de calor principal 10 através da linha 42 e é aquecida. Em uma usina típica, o gás de venda sai do separador de sobrecarga do detanizador em uma temperatura no intervalo de -40 a -84,4 C(-40°F a -120°F) e uma pressão no intervalo de 0,58 MPA a 2,99 MPa (85 psia a 435 psia), e sai do permutador de calor principal em uma temperatura no intervalo de 37,7 a 48,8 C (100°F a 120°F). O gás de venda é enviado para processar ainda através da linha 43.
[0033] O refrigerante misturado escoa através da linha de fundos do separador de sobrecarga de coluna de destilação 34. A temperatura do refrigerante misturado pode ser baixada pela redução da pressão do refrigerante através da válvula de controle 65. A temperatura do refrigerante misturado é reduzida para uma temperatura fria o suficiente para prover o resfriamento necessário no permutador de calor principal 10. O refrigerante misturado é alimentado para o permutador de calor principal através da linha 35. A temperatura do refrigerante misturado que entra no permutador de calor principal é tipicamente no intervalo de -51,1 a -115 C (-60°F a -175°F). Onde a válvula de controle 65 é utilizada para reduzir a temperatura do refrigerante misturado, a temperatura é reduzida tipicamente para no intervalo de -6,6 a 10 C (20°F a 50°F) e a pressão é reduzida no intervalo de 0,62 MPa a 1,72 MPa (90 psi a 250 psi). O refrigerante misturado é evaporado e superaquecido na medida em que ele passa através do permutador de calor principal 10 e sai através da linha 35a. A temperatura do refrigerante misturado saindo do permutador de calor principal está no intervalo de 26,6 a 37,7 °C (80°F a 100°F).
[0034] Após sair do permutador de calor principal, o refrigerante misturado é alimentado para o compressor de etano 80. O refrigerante misturado é comprimido para uma pressão no intervalo de 0,10MPa a 0,17 MPa (15 psi a 25 psi) maior do que a pressão de funcionamento da coluna de destilação em uma temperatura no intervalo de 110 a 176,6 C (230°F a 350°F). Pela compressão do refrigerante misturado em uma pressão maior do que a pressão da coluna de destilação, não é necessário ter uma bomba de refluxo. O refrigerante misturado comprimido escoa através da linha 36 para o resfriador 90 em que é resfriado para uma temperatura no intervalo de 21,1 a 54,4 (70°F a 130°F). Opcionalmente, o resfriador 90 pode ser omitido e o refrigerante misturado comprimido pode escoar diretamente para o permutador de calor principal 10 como descrito abaixo. O refrigerante misturado comprimido então escoa através da linha 38 através do permutador de calor principal 10 onde é ainda resfriado e parcialmente liquefeito. O refrigerante misturado é resfriado no permutador de calor principal para uma temperatura no intervalo de -9,4 a -56,6 C (15°F a -70°F). O refrigerante misturado parcialmente liquefeito é introduzido através da linha 39 para o separador do refluxo 40. Como descrito anteriormente, na modalidade da figura 1, a sobrecarga 28 do separador de refluxo 40 é combinada com as sobrecargas 14 da coluna de destilação e o fluxo combinado 32 é alimentado para o separador de sobrecarga da coluna de destilação. Os fundos líquidos 26 do separador de refluxo 40 são alimentados de volta para a coluna de destilação como um fluxo de refluxo 26. As válvulas de controle 75, 85 podem ser utilizadas para manter a pressão no compressor para promover a condensação.
[0035] O refrigerante misturado de volta aberta utilizado como um refluxo enriquece a coluna de destilação com os componentes de fase de gás. Com o gás na coluna de destilação enriquecida, o fluxo de sobrecarga da coluna condensa em temperaturas mais quentes, e a coluna de destilação opera em temperaturas mais quentes do que normalmente exigido para alta recuperação de NGLs.
[0036] O refluxo para a coluna de destilação também reduz as perdas de hidrocarbonetos mais pesados da coluna. Por exemplo, em processos para recuperação de propano, o refluxo aumenta a fração molar do etano na coluna de destilação, que torna mais fácil condensar o fluxo de sobrecarga. O processo utiliza o líquido condensado no tambor de sobrecarga da coluna de destilação duas vezes, uma vez como um refrigerante de baixa temperatura e a segunda vez como um fluxo de refluxo para a coluna de destilação.
[0037] Em outra modalidade da invenção mostrada na figura 2, na qual números similares indicam componentes similares e fluxos de escoamento descritos acima, o processo é utilizado para separar propano e outros hidrocarbonetos C3+ do etano e de componentes leves. Um T 110 é provido na linha 38 após o compressor de refrigerante misturado 80 e o resfriador de refrigerante misturado para dividir o refrigerante misturado em uma linha de retorno 45 e uma linha de recuperação de etano 47. A linha de retorno 45 retorna uma parte do refrigerante misturado para o processo através do permutador de calor principal 10 como descrito acima. A linha de recuperação de etano 41 supre uma parte do refrigerante misturado para uma unidade de recuperação de etano separado para a recuperação de etano. A remoção de uma parte do fluxo de refrigerante misturado tem efeito mínimo no processo provido que componentes de C2 suficientes permanecem no sistema para prover a refrigeração exigida. Em algumas modalidades, tanto quanto 95 por cento do fluxo de refrigerante misturado pode ser removido para a recuperação de C2, O fluxo removido pode ser utilizado, por exemplo, como um fluxo de alimentação em uma unidade de craqueamento de etileno.
[0038] Em outra modalidade da invenção, a unidade de recuperação NGL pode recuperar quantidades significativas de etano com o propano. Nessa modalidade do processo, a coluna de destilação é um demetanizador, e o fluxo de sobrecarga contém principalmente metano e gases inertes, ao passo que os fundos da coluna contêm etano, propano e componentes mais pesados.
[0039] Em outra modalidade do processo, o tambor de sobrecarga desetanizador pode ser substituído por um absorvedor. Como mostrado na figura 3, na qual números similares indicam componentes similares e fluxos de escoamento descritos acima, nessa modalidade, o fluxo de sobrecarga 14 da coluna de destilação 20 passa através do permutador de calor principal 10 e o fluxo resfriado 19 é alimentado para o absorvedor 110. O fluxo de sobrecarga 28 do separador de refluxo 40 é também alimentado para o absorvedor 110. O fluxo de sobrecarga 42 do absorvedor é o gás de venda e o fluxo de fundos 34 do absorvedor é misturado no refrigerante. Os outros fluxos e componentes mostrados na figura 3 têm os mesmos caminhos de escoamento como descrito acima.
[0040] Ainda em outra modalidade da invenção mostrada na figura 4, na qual números similares indicam componentes similares e fluxos de escoamento descritos acima, o segundo separador e o resfriador não são utilizados no processo. Nessa modalidade, o refrigerante misturado comprimido 36 é alimentado através do permutador de calor principal 10 e alimentado para a torre de destilação através da linha 39 para prover o fluxo de refluxo.
[0041] Exemplos de modalidades específicas do processo da presente invenção são descritos abaixo. Esses exemplos são providos para descrever ainda os processos da presente invenção e não são pretendidos limitar o escopo completo da invenção de qualquer maneira.
[0042] Nos seguintes exemplos, o funcionamento da usina de processamento mostrada na figura 1 com tipos e composições diferentes de gás de alimentação foi simulado por computador utilizando processo do simulador HYSYS Apsen. Nesse exemplo, os parâmetros de funcionamento para a recuperação de C3+ utilizando um gás de alimentação relativamente magro são providos. A Tabela 7 mostra os parâmetros de funcionamento para a recuperação de propano utilizando um gás de alimentação magro. A composição do gás de alimentação, 0 fluxo de gás de venda e 0 fluxo de produto C3+, e 0 fluxo de refrigerante misturado em frações molares são providos na Tabela 1. As entradas de energia para essa modalidade incluíram cerca de 3,717 X 105 Btu/h (Q) para 0 refervedor 30 e cerca de 459 cavalos-vapor (P) para 0 compressor de etano 80. Tabela 1 – Frações Molares de Componentes em Fluxos
[0043] Como pode ser visto na Tabe a 1, 0 fluxo de produto 18 do fundo da coluna de destilação é altamente enriquecido nos componentes de C3+, ao passo que 0 fluxo de gás de venda 43 contém quase integralmente C2 e hidrocarbonetos mais leves e gases. Aproximadamente 99,6% do propano no gás de alimentação é recuperado no fluxo de produto. O refrigerante misturado é compreendido principalmente de metano e de etano, mais contém mais propano do que 0 gás de venda.
[0044] Nesse exemplo, os parâmetros de funcionamento são providos para a usina de processamento mostrada na figura 1 utilizando um gás de alimentação de refinaria para recuperação de componentes de C3+ no fluxo de produto. A Tabela 8 mostra os parâmetros de funcionamento utilizando 0 gás de alimentação de refinaria. A composição do gás de alimentação, 0 fluxo de gás de venda e 0 fluxo de produto C3+, e 0 fluxo do refrigerante misturado em frações molares são provi-dos na Tabela 2. As entradas de energia para essa modalidade incluíram cerca de 2,205 x 106 Btu/h (Q) para 0 refervedor 30 e cerca de 228 cavalos-vapor (P) para 0 compressor de etano 80. Tabela 2 - Frações Molares de Componentes em Fluxos
[0045] Como pode ser visto na Tabela 2, 0 fluxo de produto 18 do fundo da coluna de destilação é altamente enriquecido em componentes de C3+, ao passo que 0 fluxo de gás de venda 43 contém quase integralmente 0 C2 e os hidrocarbonetos mais leves e gases, em particular hidrogênio. Esse fluxo poderia ser utilizado para alimentar uma unidade de membrana ou PSA para atualizar esse fluxo para hidrogênio útil. Aproximadamente 97,2% de propano no gás de alimentação são recuperados no fluxo de produto. O refrigerante misturado é compreendido principalmente de metano e etano, mas contém mais propano do que o gás de venda.
[0046] Nesse exemplo, os parâmetros de funcionamento são providos para a usina de processamento mostrada na figura 1 utilizando um gás de alimentação de refinaria para a recuperação de componentes de C4+ no fluxo de produto, com os componentes de C3 removidos no fluxo de gás de venda. A Tabela 9 mostra os parâmetros de funcionamento para essa modalidade do processo. A composição do gás de alimentação, 0 fluxo de gás de venda e 0 fluxo de produto C4+, e 0 fluxo do refrigerante misturado em frações molares são providos na Tabela 6. As entradas de energia para essa modalidade incluíram cerca de 2,512 x 106 Btu/h (Q) para 0 refervedor 30 e cerca de 198 cavalos- vapor (P) para 0 compressor de etano 80.
[0047] Como pode ser visto na Tabela 3, nessa modalidade, 0 flu- xo de produto 18 do fundo da coluna de destilação é altamente enri- quecido em componentes de C4+, ao passo que 0 fluxo de gás de venda 43 contém quase integralmente 0 C3 e os hidrocarbonetos mais leves e gases. Aproximadamente 99,7% dos componentes de C4+ no gás de alimentação são recuperados no fluxo de produto. O refrigerante misturado é compreendido principalmente de C3 e de componentes mais leves, mas contém mais butano do que 0 gás de venda.
[0048] Nesse exemplo, os parâmetros de funcionamento são providos para a usina de processamento mostrada na figura 2 utilizando um gás de alimentação de refinaria para a recuperação de componentes de C3+ no fluxo de produto, com 0 C2 e componentes mais leves removidos no fluxo de gás de venda. Nessa modalidade, uma parte do refrigerante misturado é removida através da linha 47 e alimentada para uma unidade de recuperação de etano para processamento pos-terior. A Tabela 10 mostra os parâmetros de funcionamento para essa modalidade do processo. A composição do gás de alimentação, 0 fluxo de gás de venda e 0 fluxo de produto C3+, e 0 fluxo do refrigerante misturado em frações molares são providos na Tabela 4. As entradas de energia para essa modalidade incluíram cerca de 2,089 x 106 Btu/h (Q) para 0 refervedor 30 e cerca de 391 cavalos-vapor (P) para 0 compressor de etano 80. Tabela 4 - Frações Molares de Componentes em Fluxos
[0049] Como pode ser visto na Tabela 4, nessa modalidade, 0 flu- xo de produto 18 do fundo da coluna de destilação é altamente enriquecido em componentes de C3+, ao passo que 0 fluxo de gás de venda 43 contém quase integralmente 0 C2 e os hidrocarbonetos mais leves e gases. O refrigerante misturado é compreendido principalmente de C2 e de componentes mais leves, mas contém mais propano do que gás de venda.
[0050] Nesse exemplo, os parâmetros de funcionamento são providos para a usina de processamento mostrada na figura 3 utilizando um gás de alimentação magro para a recuperação de componentes de C3+ no fluxo de produto, com 0 C2 e componentes mais leves removidos no fluxo de gás de venda. Nessa modalidade, um absorvedor 110 é utilizado para separar 0 fluxo de sobrecarga da coluna de destilação e 0 fluxo de sobrecarga do separador do refluxo para obter 0 refrige-rante misturado. A Tabela 11 mostra os parâmetros de funcionamento para essa modalidade do processo. A composição do gás de alimentação, 0 fluxo de gás de venda e 0 fluxo de produto C3+, e 0 fluxo do refrigerante misturado em frações molares são providos na Tabela 5. As entradas de energia para essa modalidade incluíram cerca de 3,734 x 105 Btu/h (Q) para 0 refervedor 30 e cerca de 316 cavalos- vapor (P) para 0 compressor de etano 80. Tabela 5 - Frações Molares de Componentes em Fluxos
[0051] Como pode ser visto na Tabe a 5, nessa modalidade, 0 flu- xo de produto 18 do fundo da coluna de destilação é altamente enriquecido em componentes de C3+, ao passo que 0 fluxo de gás de venda 43 contém quase integralmente 0 C2 e os hidrocarbonetos mais leves e gases. O refrigerante misturado é compreendido principalmente de C2 e de componentes mais leves, mas contém mais propano do que gás de venda.
[0052] Nesse exemplo, os parâmetros de funcionamento são providos para a usina de processamento mostrada na figura 1 utilizando um gás de alimentação rico para a recuperação de componentes de C3+ no fluxo de produto, com 0 C2 e componentes mais leves removidos no fluxo de gás de venda. A Tabela 12 mostra os parâmetros de funcionamento para essa modalidade do processo. A composição do gás de alimentação, 0 fluxo de gás de venda e 0 fluxo de produto C3+, e 0 fluxo do refrigerante misturado em frações molares são providos na Tabela 6. As entradas de energia para essa modalidade incluíram cerca de 1,458 x 106 Btu/h (Q) para 0 refervedor 30 e cerca de 226 cavalos-vapor (P) para 0 compressor de etano 80. Tabela 6 - Frações Molares de Componentes em Fluxos
[0053] Como pode ser visto na Tabela 6, nessa modalidade, 0 fluxo de produto 18 do fundo da coluna de destilação é altamente enriquecido em componentes de C3+, ao passo que 0 fluxo de gás de venda 43 contém quase integralmente o C2 e os hidrocarbonetos mais leves e gases. O refrigerante misturado é compreendido principalmente de C2 e de componentes mais leves, mas contém mais propano do que gás de venda.
[0054] Enquanto modalidades específicas da presente invenção foram descritas acima, um indivíduo com habilidade na técnica irá reconhecer que numerosas variações ou mudanças podem ser feitas ao processo descrito acima sem se afastar do escopo da invenção como citado nas reivindicações anexadas. Assim sendo, a descrição seguinte das modalidades preferidas é pretendida para descrever a invenção em um sentido exemplificativo, ao invés de limitativo.
Claims (14)
1. Processo para recuperação de líquidos de gás natural de um fluxo de gás de alimentação, compreendendo as etapas de: (a) suprir um fluxo de gás de alimentação e resfriar o fluxo de alimentação em um permutador de calor (10); (b) alimentar o fluxo de gás de alimentação resfriado para uma coluna de destilação (20) em que componentes mais leves do fluxo de gás de alimentação são removidos da coluna de destilação (20) como um fluxo de vapor de sobrecarga e componentes mais pesados do fluxo de gás de alimentação são removidos da coluna de destilação (20) nos fundos como um fluxo de produto (18); (c) alimentar o fluxo de sobrecarga de coluna de destilação (14) para o permutador de calor (10) e resfriar o fluxo para pelo menos parcialmente liquefazer o fluxo de sobrecarga (14); (d) alimentar o fluxo de sobrecarga de destilação (14) liquefeito parcialmente para um primeiro separador; (e) separar os vapores e líquidos no primeiro separador para produzir um fluxo de vapor de sobrecarga compreendendo gás de venda e um fluxo de fundos (16) compreendendo um refrigerante misturado; caracterizado pelo fato de que compreende ainda as etapas de: (f) alimentar o fluxo refrigerante misturado para o permutador de calor (10) para proporcionar resfriamento, em que o vapor de refrigerante misturado vaporiza na medida em que o fluxo refrigerante misturado passa através do permutador de calor (10); (g) comprimir pelo menos uma parte do fluxo refrigerante misturado vaporizado e passar o fluxo refrigerante misturado comprimido através do permutador de calor (10); (h) alimentar o fluxo refrigerante misturado comprimido para um segundo separador; e (i) alimentar os fundos do segundo separador para a coluna de destilação (20) como um fluxo de refluxo e alimentar a sobrecarga a partir do segundo separador para o primeiro separador.
2. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que ainda compreende a etapa de reduzir a temperatura do fluxo refrigerante misturado antes do fluxo refrigerante misturado entrar no permutador de calor (10) pela redução da pressão do refrigerante misturado utilizando uma válvula de controle (65, 75).
3. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que ainda compreende a etapa de combinar o fluxo de sobrecarga (28) do segundo separador com o fluxo de sobrecarga da coluna de destilação (14) e alimentar o fluxo combinado para o primeiro separador.
4. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que ainda compreende a etapa de resfriar o refrigerante misturado comprimido em um resfriador antes de passar o fluxo refrigerante misturado comprimido através do permutador de calor (10).
5. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o primeiro separador é um absorvedor (110).
6. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o fluxo de gás de alimentação é um dentre gás natural ou gás de refinaria.
7. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o fluxo de produto (18) compreende pelo menos cerca de 99% em peso de hidrocarbonetos C3+.
8. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que 0 fluxo de produto (18) compreende pelo menos cerca de 97% em peso de hidrocarbonetos C3+ no gás de alimentação.
9. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o fluxo de produto (18) compreende pelo menos cerca de 55% em peso de hidrocarbonetos C2+ no gás de alimentação.
10. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que 0 fluxo de produto (18) compreende pelo menos cerca de 99% em peso de hidrocarbonetos C4+ no gás de alimentação.
11. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a coluna de destilação (20) opera em uma pressão em um intervalo de 0,69 MPa a 3,10 MPa (100 psia e 450 psia).
12. Processo para recuperação de líquidos de gás natural de um fluxo de gás de alimentação, compreendendo as etapas de: (a) suprir um fluxo de gás de alimentação e resfriar 0 fluxo de alimentação em um permutador de calor (10); (b) alimentar 0 fluxo de gás de alimentação resfriado para uma coluna de destilação (20) em que componentes mais leves do fluxo de gás de alimentação são removidos da coluna de destilação (20) como um fluxo de vapor de sobrecarga e componentes mais pesados do fluxo de gás de alimentação são removidos da coluna de destilação (20) nos fundos como um fluxo de produto (18); (c) alimentar 0 fluxo de sobrecarga de coluna de destilação (14) para 0 permutador de calor (10) e resfriar 0 fluxo para pelo menos parcialmente liquefazer 0 fluxo de sobrecarga (14); (d) alimentar 0 fluxo de sobrecarga de destilação (14) liquefeito parcialmente para um separador (34, 40); (e) separar os vapores e líquidos no separador (34, 40) para produzir um fluxo de vapor de sobrecarga compreendendo gás de venda e um fluxo de fundos compreendendo um refrigerante misturado; caracterizado pelo fato de que compreende ainda as etapas de: (f) alimentar o fluxo refrigerante misturado para o permutador de calor (10) para proporcionar resfriamento, em que o vapor refrigerante misturado vaporiza na medida que o fluxo refrigerante misturado passa através do permutador de calor (10); (g) comprimir o fluxo refrigerante misturado vaporizado e passar o fluxo refrigerante misturado comprimido através do permutador de calor (10); e (h) alimentar o fluxo refrigerante misturado comprimido para a coluna de destilação (20) como um fluxo de refluxo.
13. Aparelho para separar líquidos de gás natural de um fluxo de gás de alimentação, o aparelho compreendendo: (a) um permutador de calor (10) operável para proporcionar o calor e resfriamento necessários para separar líquidos de gás natural de um fluxo de gás de alimentação pelo contato de troca de calor entre o fluxo de gás de alimentação e um ou mais fluxos de processo; (b) uma coluna de destilação (20) para receber o fluxo de gás de alimentação e separar o fluxo de gás de alimentação em um fluxo de sobrecarga de coluna (14) compreendendo uma quantidade substancial dos componentes de hidrocarboneto mais leves do fluxo de gás de alimentação e um fluxo de fundos de coluna compreendendo uma quantidade substancial dos componentes de hidrocarbonetos mais pesados; caracterizado pelo fato de que compreende ainda as etapas de: (c) um primeiro separador para receber o fluxo de sobrecarga de coluna de destilação (14) e separar o fluxo de sobrecarga de coluna (14) em um fluxo de gás de venda de sobrecarga e um fluxo de fundos (16) compreendendo um refrigerante misturado para proporcio- nar resfriamento de processo no permutador de calor (10); (d) urn compressor (80) para comprimir o fluxo refrigerante misturado após o fluxo refrigerante misturado ter proporcionado o res-friamento de processo no permutador de calor (10); (e) um segundo separador para receber o fluxo refrigerante misturado comprimido e separar o refrigerante misturado comprimido em um fluxo de sobrecarga (28) e um fluxo de fundos que é alimentado para a coluna de destilação como um fluxo de refluxo.
14. Aparelho, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que o primeiro separador é um absorvedor (65, 75).
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