BRPI0920814B1 - processo e instalação de produção de uma corrente de nitrogênio líquido, de uma corrente de nitrogênio gasoso, de uma corrente gasosa rica em hélio e de uma corrente de hidrocarbonetos desnitrogenada a partir de uma corrente de carga contendo hidrocarbonetos, nitrogênio e hélio - Google Patents

processo e instalação de produção de uma corrente de nitrogênio líquido, de uma corrente de nitrogênio gasoso, de uma corrente gasosa rica em hélio e de uma corrente de hidrocarbonetos desnitrogenada a partir de uma corrente de carga contendo hidrocarbonetos, nitrogênio e hélio Download PDF

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Abstract

processo e instalação de produção de uma corrente de nitrogênio líquido, de uma corrente de nitrogênio gasoso, de uma corrente gasosa rica em hélio e de uma corrente de hidrocarbonetos desnitrogenada a partir de uma corrente de carga contendo hidrocarbonetos, nitrogênio e hélio este processo compreende o resfriamento de uma corrente (72) de introdução no interior de um trocador de calor a montante (28). ele compreende a introdução da corrente (76) de introdução resfriada numa coluna de fracionamento (50) e a coleta, no fundo da coluna (50), da corrente de hidrocarbonetos desnitrogenada. ele compreende a introdução de uma corrente (106) rica em nitrogênio proveniente do topo da coluna (50) num balão (60) separador e a recuperação da corrente de topo gasosa proveniente do balão (60) separador para formar a corrente rica em hélio (20). a corrente líquida (110) proveniente da base do primeiro balão separador (60) é separada numa corrente (18) de nitrogênio líquido e numa primeira corrente de refluxo (114) introduzida, em refluxo, no topo da coluna de fracionamento (50).

Description

“PROCESSO E INSTALAÇÃO DE PRODUÇÃO DE UMA CORRENTE DE NITROGÊNIO LÍQUIDO, DE UMA CORRENTE DE NITROGÊNIO GASOSO, DE UMA CORRENTE GASOSA RICA EM HÉLIO E DE UMA CORRENTE DE HIDROCARBONETOS DESNITROGENADA A PARTIR DE UMA CORRENTE DE CARGA CONTENDO HIDROCARBONETOS, NITROGÊNIO E HÉLIO” [0001]A presente invenção refere-se a um processo de produção de uma corrente de nitrogênio líquido, de uma corrente de nitrogênio gasoso, de uma corrente gasosa rica em hélio e de uma corrente de hidrocarbonetos desnitrogenada, a partir de uma corrente de carga contendo hidrocarbonetos, hélio e nitrogênio.
[0002] Este processo aplica-se, notadamente, ao tratamento de correntes de carga constituídas por gás natural liquefeito (GNL) ou, igualmente, gás natural (GN) sob forma gasosa.
[0003] Este processo aplica-se às novas unidades de liquefação de gás natural ou às novas unidades de tratamento de gás natural sob forma gasosa. A invenção aplica-se, igualmente, ao melhoramento dos desempenhos das unidades existentes. [0004] Nestas instalações, o gás natural deve ser desnitrogenado antes de ser enviado ao consumidor ou antes de ser armazenado ou transportado. Com efeito, o gás natural extraído dos jazigos subterrâneos contém, frequentemente, uma quantidade não negligenciável de nitrogênio. Ele contém, além disso e frequentemente, hélio.
[0005]Os processos de desnitrogenação conhecidos permitem obter uma corrente de hidrocarbonetos desnitrogenada que pode ser enviada para uma unidade de armazenamento sob forma líquida, no caso do GNL, ou para uma unidade de distribuição de gás, no caso do GN.
[0006]Estes processos de desnitrogenação produzem, além disso, correntes ricas em nitrogênio que são utilizadas para fornecer nitrogênio necessário para o
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2/26 funcionamento da instalação ou para fornecer um gás combustível rico em nitrogênio, que serve de combustível para as turbinas a gás dos compressores utilizados quando da aplicação do processo. Numa variante, estas correntes ricas em nitrogênio são descarregadas para a atmosfera numa tocha após incineração das impurezas, tal como o metano.
[0007] Os processos acima mencionados não são totalmente satisfatórios, notadamente, devido a novos condicionamentos ambientais aplicáveis à produção de hidrocarbonetos. Com efeito, para que o nitrogênio produzido pelo processo possa ser utilizado na unidade de produção ou descarregado para a atmosfera, deve ser muito puro.
[0008]As correntes de combustível produzidas pelo processo e destinadas a ser utilizadas nas turbinas a gás devem, pelo contrário, conter menos de 15 a 30% de nitrogênio para serem queimadas em queimadores especiais concebidos para limitar a produção de óxidos de nitrogênios rejeitados para a atmosfera. Estas rejeições produzem-se, notadamente, quando das fases de arranque das instalações que servem para a aplicação do processo, nas quais o processo de desnitrogenação não é, ainda, muito eficaz.
[0009]Além disso, por razões econômicas, o rendimento energético destes processos de desnitrogenação deve ser permanentemente melhorado. Os processos do tipo acima mencionado não permitem valorizar o hélio contido no gás natural extraído do subsolo, sendo este hélio, no entanto, um gás raro com um grande valor econômico.
[0010] Para resolver, pelo menos parcialmente, estes problemas, o documento US 2007/0245771 descreve um processo do tipo acima mencionado que produz, simultaneamente, uma corrente de nitrogênio líquido, uma corrente rica em hélio e uma corrente gasosa contendo cerca de 30% de nitrogênio e cerca de 70% de
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3/26 hidrocarbonetos. Esta corrente gasosa rica em nitrogênio é destinada, nesta instalação, a formar uma corrente de combustível.
[0011] No entanto, este processo não é totalmente satisfatório, dado que a quantidade de nitrogênio puro produzida é relativamente reduzida. Além disso, a corrente de combustível contém uma forte quantidade de nitrogênio que não é compatível com todas as turbinas a gás existentes e que é susceptível de gerar inúmeras emissões poluentes.
[0012] Um objetivo da invenção é obter um processo econômico de desnitrogenação de uma corrente de carga de hidrocarbonetos, que permita valorizar o nitrogênio e o hélio contidos na corrente de carga, limitando, ao mesmo tempo, ao mínimo as emissões nocivas para o ambiente.
[0013] Para esse efeito, a invenção tem por objetivo um processo do tipo acima mencionado, compreendendo as etapas seguintes:
[0014]- expansão da corrente de carga para formar uma corrente de carga expandida;
[0015]- divisão da corrente de carga expandida numa primeira corrente de introdução e numa segunda corrente de introdução;
[0016]- resfriamento da primeira corrente de introdução no interior de um trocador de calor a montante por troca de calor com uma corrente de refrigerante gasoso obtida por expansão dinâmica num ciclo de refrigeração, para obter uma primeira corrente de introdução resfriada;
[0017]- resfriamento da segunda corrente de introdução através de um primeiro trocador de calor a jusante para formar uma segunda corrente de introdução resfriada;
[0018]- introdução da primeira corrente de introdução resfriada e da segunda corrente de introdução resfriada numa coluna de fracionamento compreendendo
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4/26 vários estágios teóricos de fracionamento;
[0019]- coleta de, pelo menos, uma corrente de reebulição e circulação da corrente de reebulição no primeiro trocador de calor a jusante para resfriar a segunda corrente de distribuição;
[0020]- coleta, no fundo da coluna de fracionamento, de uma corrente de fundo destinada a formar a corrente de hidrocarbonetos desnitrogenada;
[0021]- coleta, no topo da coluna de fracionamento, de uma corrente de topo rica em nitrogênio;
[0022]- aquecimento da corrente de topo rica em nitrogênio através de, pelo menos, um segundo trocador de calor a jusante para formar uma corrente rica em nitrogênio aquecida;
[0023]- coleta e expansão de uma primeira parte da corrente rica em nitrogênio aquecida para formar a corrente de nitrogênio gasoso;
[0024]- compressão de uma segunda parte da corrente rica em nitrogênio aquecida para formar uma corrente de nitrogênio reciclado comprimida e resfriamento da corrente de nitrogênio reciclado comprimida por circulação através do primeiro trocador a jusante e através do ou de cada segundo trocador a jusante;
[0025]- liquefação e expansão parcial da corrente de nitrogênio reciclado para formar uma corrente rica em nitrogênio expandida;
[0026]- introdução de, pelo menos, uma parte proveniente da corrente rica em nitrogênio expandida num primeiro balão separador;
[0027]- recuperação da corrente de topo gasosa proveniente do primeiro balão separador para formar a corrente rica em hélio;
[0028]- recuperação da corrente líquida proveniente da base do primeiro balão separador e separação desta corrente líquida numa corrente de nitrogênio líquido e numa primeira corrente de refluxo;
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5/26 [0029]- introdução da primeira corrente de refluxo, em refluxo, no topo da coluna de fracionamento.
[0030] O processo de acordo com a invenção pode compreender uma ou mais das características seguintes, isoladamente ou de acordo com todas as combinações tecnicamente possíveis:
[0031]- a totalidade da corrente rica em nitrogênio expandida é introduzida no primeiro balão separador, diretamente depois da sua expansão;
[0032]- a corrente rica em nitrogênio expandida é introduzida num segundo balão separador colocado a montante do primeiro balão separador, sendo a corrente de topo proveniente do segundo balão separador introduzida no primeiro balão separador, sendo, pelo menos, uma parte da corrente de base do segundo balão separador introduzida, em refluxo, no topo da coluna de fracionamento;
[0033]- a corrente de base do segundo balão separador é separada numa segunda corrente de refluxo introduzida na coluna de fracionamento e numa corrente de resfriamento suplementar, sendo a corrente de resfriamento suplementar misturada com a corrente de topo rica em nitrogênio antes da sua passagem pelo segundo trocador de calor a jusante;
[0034]- a pressão de operação da coluna de fracionamento é inferior a 5 bar, de um modo vantajoso, inferior a 3 bar;
[0035]- o ciclo de refrigeração é um ciclo fechado de tipo Brayton invertido, compreendendo o processo as seguintes etapas:
[0036]· aquecimento da corrente de refrigerante num trocador de calor de ciclo até uma temperatura substancialmente ambiente;
[0037]· compressão da corrente de refrigerante aquecida para formar uma corrente de refrigerante comprimida e resfriamento no trocador de calor de ciclo por troca de calor com a corrente de refrigerante aquecida proveniente do primeiro trocador de
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6/26 calor a montante para formar uma corrente refrigerante comprimida e resfriada;
[0038]· expansão dinâmica da corrente refrigerante comprimida, resfriada para formar a corrente de refrigerante e introdução da corrente de refrigerante no primeiro trocador de calor a montante;
[0039]- o trocador de calor de ciclo é formado por um dos trocadores a jusante, sendo a corrente refrigerante comprimida resfriada, pelo menos parcialmente, por troca de calor no referido trocador a jusante com a corrente de topo rica em nitrogênio proveniente da topo da coluna de fracionamento;
[0040]- o ciclo de refrigeração é um ciclo semi-aberto, compreendendo o processo as seguintes etapas:
[0041]· coleta de, pelo menos, uma fração da corrente rica em nitrogênio comprimida a uma primeira pressão para formar uma corrente coletada rica em nitrogênio;
[0042]· resfriamento da corrente coletada rica em nitrogênio num trocador de calor de ciclo para formar uma corrente coletada resfriada;
[0043]· expansão dinâmica da corrente coletada proveniente do trocador de calor de ciclo para formar a corrente refrigerante e introdução da corrente de refrigerante no trocador de calor a montante;
[0044]· compressão da corrente de refrigerante proveniente do trocador de calor a montante num compressor e reintrodução desta corrente na corrente de nitrogênio reciclado comprimida a uma segunda pressão menor que a primeira pressão;
[0045]- a corrente de carga é uma corrente gasosa, compreendendo o processo as seguintes etapas:
[0046]· liquefação da corrente de carga para formar uma corrente de carga líquida por passagem por um trocador de calor de liquefação;
[0047]· vaporização da corrente de hidrocarbonetos desnitrogenada proveniente da
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7/26 base da coluna de fracionamento por troca de calor com uma corrente gasosa proveniente da corrente de carga no trocador de calor de liquefação; e [0048]- a refrigeração fornecida pela vaporização da corrente de hidrocarbonetos desnitrogenada representa mais de 90%, de um modo vantajoso, mais de 98% da refrigeração necessária para a liquefação da corrente de carga.
[0049]A invenção tem, igualmente, por objetivo, uma instalação de produção de uma corrente de nitrogênio líquido, uma corrente de nitrogênio gasoso, uma corrente gasosa rica em hélio e uma corrente de hidrocarbonetos desnitrogenada a partir de uma corrente de carga contendo hidrocarbonetos, nitrogênio e hélio, compreendendo a instalação:
[0050]- meios de expansão da corrente de carga para formar uma corrente de carga expandida;
[0051]- meios de divisão da corrente de carga expandida numa primeira corrente de introdução e numa segunda corrente de introdução;
[0052]- meios de resfriamento da primeira corrente de introdução compreendendo um trocador de calor a montante e um ciclo de refrigeração, para obter uma primeira corrente de introdução resfriada por troca de calor com uma corrente de refrigerante gasosa obtida por expansão dinâmica no ciclo de refrigeração;
[0053]- meios de resfriamento da segunda corrente de introdução, compreendendo um primeiro trocador de calor a jusante para formar uma segunda corrente de introdução resfriada;
[0054]- uma coluna de fracionamento compreendendo vários estágios teóricos de fracionamento;
[0055]- meios de introdução da primeira corrente de introdução resfriada e da segunda corrente de introdução resfriada na coluna de fracionamento;
[0056]- meios de coleta de, pelo menos, uma corrente de reebulição e meios de
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8/26 circulação da corrente de reebulição no primeiro trocador de calor a jusante para resfriar a segunda corrente de introdução;
[0057]- meios de coleta no fundo da coluna de fracionamento de uma corrente de fundo destinada a formar a corrente de hidrocarbonetos desnitrogenada;
[0058]- meios de coleta no topo da coluna de fracionamento de uma corrente de topo rica em nitrogênio;
[0059]- meios de aquecimento da corrente de topo rica em nitrogênio compreendendo, pelo menos, um segundo trocador de calor a jusante para formar uma corrente rica em nitrogênio aquecida;
[0060]- meios de coleta e expansão de uma primeira parte da corrente rica em nitrogênio aquecida para formar a corrente de nitrogênio gasoso;
[0061]- meios de compressão de uma segunda parte da corrente rica em nitrogênio aquecida para formar uma corrente de nitrogênio reciclado e meios de resfriamento da corrente de nitrogênio reciclado comprimida por circulação através do primeiro trocador a jusante e através do, ou de cada, segundo trocador a jusante;
[0062]- meios de liquefação parcial e de expansão da corrente de nitrogênio reciclado para formar uma corrente rica em nitrogênio expandida;
[0063]- um primeiro balão separador;
[0064]- meios de introdução de, pelo menos, uma parte proveniente da corrente rica em nitrogênio expandida no primeiro balão separador;
[0065]- meios de recuperação da corrente de topo gasosa proveniente do primeiro balão separador para formar a corrente rica em hélio;
[0066]- meios de recuperação da corrente líquida proveniente da base do primeiro balão separador e de separação desta corrente numa corrente de nitrogênio líquido e numa primeira corrente de refluxo; e [0067]- meios de introdução da primeira corrente de refluxo, em refluxo, no topo da
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9/26 coluna de fracionamento.
[0068]A instalação, de acordo com a invenção, pode compreender uma ou várias das características seguintes, isoladamente ou de acordo com todas as combinações tecnicamente possíveis:
[0069]- ela compreende meios de introdução da totalidade da corrente rica em nitrogênio expandida no primeiro balão separador; e [0070]- ela compreende um segundo balão separador colocado a montante do primeiro balão separador e meios de introdução da corrente rica em nitrogênio expandida no segundo balão separador, compreendendo, a instalação, meios de introdução da corrente de topo proveniente do segundo balão separador no primeiro balão separador e meios de introdução de, pelo menos, uma parte da corrente de base do segundo balão separador, em refluxo, no topo da coluna de fracionamento.
[0071]A invenção será melhor compreendida após a leitura da descrição que se segue, dada apenas a título de exemplo e recorrendo aos desenhos anexos, nos quais:
[0072]- a Figura 1 é um esquema sinóptico funcional de uma primeira instalação de implementação de um primeiro processo de produção de acordo com a invenção;
[0073]- a Figura 2 é uma vista semelhante à da figura 1 de uma segunda instalação de implementação de um segundo processo de produção de acordo com a invenção;
[0074]- a Figura 3 é uma vista semelhante à da figura 1 de uma terceira instalação de implementação de um terceiro processo de produção de acordo a invenção;
[0075]- a Figura 4 é uma vista semelhante à da figura 1 de uma quarta instalação de implementação de um quarto processo de produção de acordo a invenção;
[0076]- a Figura 5 é uma vista semelhante à da figura 1 de uma quinta instalação de implementação de um quinto processo de produção de acordo a invenção; e
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10/26 [0077]- a Figura 6 é uma vista semelhante à da figura 1 de uma sexta instalação de implementação de um sexto processo de produção de acordo a invenção.
[0078]A Figura 1 ilustra uma primeira instalação 10 de acordo com a invenção destinada a produzir, a partir de uma corrente 12 de carga líquida, obtida a partir de uma carga de gás natural liquefeito (GNL), uma corrente 14 de GNL desnitrogenada e rica em hidrocarbonetos, uma corrente 16 de nitrogênio gasoso destinada a ser utilizada na instalação 10, uma corrente 18 de nitrogênio líquido e uma corrente 20 rica em hélio.
[0079] Como mostrado na Figura 1, a instalação 10 compreende uma parte 22 a montante de resfriamento da carga e uma parte 24 a jusante de fracionamento.
[0080] A parte 22 a montante compreende uma turbina 26 líquida de expansão e um trocador de calor 28 a montante, destinado ao resfriamento da corrente 12 de carga através de um ciclo 30 de resfriamento.
[0081] Neste exemplo, o ciclo 30 de resfriamento é um ciclo fechado de tipo Brayton invertido. Ele compreende um trocador de calor 32 de ciclo, um aparelho 34 a montante de compressão por estágios e uma turbina 36 de expansão dinâmica.
[0082] No exemplo da Figura 1, o aparelho 34 de compressão por estágios compreende dois estágios, compreendendo, cada estágio, um compressor 38A, 38B e um refrigerante 40A, 40B resfriado a ar ou água. Pelo menos, um dos compressores 38A do aparelho 34 a montante está acoplado à turbina 36 de expansão dinâmica para aumentar a eficiência do processo.
[0083]A parte 24 a jusante de fracionamento compreende uma coluna 50 de fracionamento com uma pluralidade de estágios teóricos de fracionamento. A parte 24 a jusante compreende, além disso, um primeiro trocador 52 a jusante de fundo de coluna, um segundo trocador 54 a jusante e um terceiro trocador 56 a jusante.
[0084]A parte 24 a jusante compreende, além disso, um aparelho 58 a jusante de
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11/26 compressão por estágios e um primeiro balão 60 de separação de topo de coluna. [0085] O aparelho 58 de compressão a jusante compreende, neste exemplo, três estágios de compressão montados em série, compreendendo cada estágio um compressor 62A, 62B, 62C, colocado em série com um refrigerante 64A, 64B, 64C resfriado a água ou ar.
[0086] Ir-se-á, agora, descrever um primeiro processo de produção de acordo com a invenção.
[0087] No que se segue, ir-se-á designar por uma mesma referência uma corrente de fluido e a conduta que o transporta. Da mesma forma, as pressões consideradas são pressões absolutas e, salvo indicação contrária, as percentagens consideradas são percentagens molares.
[0088]A corrente 12 de carga líquida é, neste exemplo, uma corrente de gás natural liquefeito (GNL) compreendendo, em moles, 0,1009% de hélio, 8,9818% de nitrogênio, 86,7766% de metano, 2,9215% de etano, 0,8317% de propano, 0,2307% de hidrocarbonetos em i-C4, 0,1299% de hidrocarbonetos em n-C4, 0,0128% de hidrocarbonetos em i-C5, 0,0084% de hidrocarbonetos em n-C5, 0,0005% de hidrocarbonetos em n-C6, 0,0001% de benzeno e 0,0050% de dióxido de carbono.
[0089]Assim, esta corrente 12 compreende um teor molar em hidrocarbonetos superior a 70%, um teor molar em nitrogênio compreendido entre 5% e 30% e um teor molar em hélio compreendido entre 0,01% e 0,5%.
[0090]A corrente 12 de carga apresenta uma temperatura inferior a -130°C, por exemplo, inferior a -145°C. Esta corrente apresenta uma pressão superior a 25 bar e, notadamente, igual a 34 bar.
[0091] Nesta primeira forma de realização, a corrente 12 de carga é líquida, pelo que constitui uma corrente 68 de carga líquida diretamente utilizável no processo.
[0092]A corrente 68 de carga líquida é introduzida na turbina 26 de expansão
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12/26 líquida, onde é expandida até uma pressão inferior a 15 bar, notadamente, igual a 6 bar, até uma temperatura inferior a -130°C e, notadamente, igual a -150,7°C.
[0093]À saída da turbina 26 de expansão líquida, forma-se uma corrente 70 de carga expandida. Esta corrente 70 de carga expandida é dividida numa primeira corrente 72 principal de introdução, destinada a ser refrigerada pelo ciclo 30 de refrigeração e numa segunda corrente 74 secundária de introdução.
[0094]A primeira corrente 72 de introdução apresenta uma vazão mássico superior a 10% da corrente 70 de carga expandida. Ela é introduzida no trocador de calor 28 a montante, onde é resfriada até uma temperatura inferior a -150°C e, notadamente, igual a -160°C para dar uma primeira corrente 76 de introdução resfriada.
[0095] No trocador 28 a montante, a primeira corrente 72 de introdução é colocada numa relação de troca de calor com a corrente de refrigerante que circula no ciclo 30, como se irá descrever mais abaixo.
[0096]A primeira corrente 76 de introdução resfriada é expandida numa primeira válvula 78 de descompressão até uma pressão inferior a 3 bar e, em seguida, é introduzida num estágio N1 intermediário da coluna 50 de fracionamento.
[0097]A segunda corrente 74 de introdução é transportada até o primeiro trocador 52 a jusante de fundo de coluna, onde é resfriado até uma temperatura inferior a 150°C e, notadamente, igual a -160°C, para dar uma segunda corrente 80 de introdução resfriada.
[0098]A segunda corrente 80 de introdução resfriada é expandida numa segunda válvula 82 de descompressão até uma pressão inferior a 3 bar e, em seguida, é introduzida num estágio N1 intermediário da coluna 50 de fracionamento.
[0099] Neste exemplo, a primeira corrente 76 de introdução resfriada e a segunda corrente 80 de introdução resfriada são introduzidas no mesmo estágio N1 da coluna 50.
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13/26 [00100] Uma corrente 84 de reebulição é extraída de um estágio N2 inferior da coluna 50 de fracionamento situado sob o estágio N1 intermediário. A corrente 84 de reebulição passa pelo primeiro trocador 52 a jusante de fundo, para ser colocada numa relação de troca de calor com a segunda corrente 74 de introdução e resfriar esta segunda corrente 74. É, em seguida, reintroduzida na proximidade da base da coluna 50 de fracionamento, por baixo do estágio N2 inferior.
[00101] A coluna 50 de fracionamento funciona a baixa pressão, notadamente, inferior a 5 bar, de um modo vantajoso, inferior a 3 bar. Neste exemplo, a coluna 50 funciona, substancialmente, a 1,3 bar.
[00102] A coluna 50 de fracionamento produz uma corrente 86 de base destinada a formar a corrente 14 rica de GNL desnitrogenada. Esta corrente de GNL desnitrogenada contém uma quantidade de nitrogênio controlada, por exemplo, inferior a 1 % molar.
[00103] A corrente 86 de base é bombeada a 5 bar, numa bomba 88, para formar a corrente 14 desnitrogenada rica em hidrocarbonetos e para ser enviada para uma unidade de armazenamento que funciona à pressão atmosférica e formar a corrente de GNL desnitrogenada, que se destina a ser explorada. A corrente 14 é uma corrente de GNL que pode ser transportada em forma líquida, por exemplo, num navio de transporte de gás.
[00104] A coluna 50 de fracionamento produz, além disso, uma corrente 90 de topo rica em nitrogênio que é extraída do topo desta coluna 50. Esta corrente 90 de topo apresenta um teor molar em hidrocarbonetos inferior, de um modo vantajoso, a 1% e, de um modo ainda mais vantajoso, inferior a 0,1%. Ela apresenta um teor molar em hélio superior a 0,2% e, de um modo vantajoso, superior a 0,5%.
[00105] No exemplo mostrado na figura 1, a composição molar da corrente 90 de topo é a seguinte: 0,54% de hélio, 99,40% de nitrogênio e 0,06% de metano.
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14/26 [00106] A corrente 90 de topo rica em nitrogênio passa, depois, sucessivamente, pelo segundo trocador 54 a jusante, primeiro trocador 52 a jusante e, em seguida, pelo terceiro trocador 56 a jusante para ser aquecida, sucessivamente, até -20°C.
[00107] Na saída do terceiro trocador 56 a jusante, obtém-se uma corrente 92 rica em nitrogênio aquecida. Esta corrente 92 é, em seguida, dividida numa primeira parte 94 minoritária de nitrogênio produzido e uma segunda parte 96 de nitrogênio reciclado.
[00108] A parte 94 minoritária apresenta uma vazão em massa compreendido entre 10% e 50% da vazão em massa da corrente 92. A parte 94 minoritária é expandida através de uma terceira válvula 98 de descompressão para formar a corrente 16 de nitrogênio gasoso.
[00109] Esta corrente 16 de nitrogênio gasoso apresenta uma pressão superior à pressão atmosférica e, notadamente, superior a 1,1 bar. Apresenta um teor molar em nitrogênio superior a 99%.
[00110] A parte 96 majoritária é, em seguida, introduzida no aparelho 58 de compressão a jusante, onde passa, sucessivamente, em cada estágio de compressão, por um compressor 62A, 62B, 62C e um refrigerante 64A, 64B, 64C.
[00111] A parte 96 majoritária é, assim, comprimida até uma pressão superior a 20 bar e, notadamente, substancialmente igual a 21 bar, para formar uma corrente 100 de nitrogênio reciclado comprimida.
[00112] A corrente 100 de nitrogênio reciclado comprimida apresenta, assim, uma temperatura superior a 10°C e, notadamente, igual a 38°C.
[00113] A corrente 100 de nitrogênio reciclado comprimida passa, sucessivamente, através do terceiro trocador 56 a jusante, em seguida, através do primeiro trocador 52 a jusante de fundo e, em seguida, através do primeiro trocador
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15/26 a jusante.
[00114] No segundo trocador 54 a jusante e no terceiro trocador 56 a jusante, a corrente 100 de nitrogênio reciclado circula em contracorrente e numa relação de troca de calor com a corrente 90 de nitrogênio de topo. Assim, a corrente 90 de nitrogênio de topo cede calorias negativas à corrente 100 de nitrogênio reciclado.
[00115] No primeiro trocador 52 de calor de fundo, a corrente 100 de nitrogênio reciclado é, além disso, colocada numa relação de troca de calor com a corrente 84 de reebulição para ser resfriada por esta corrente 84.
[00116] Depois da sua passagem pelo segundo trocador 54 a jusante, a corrente 100 de nitrogênio reciclado forma uma corrente 102 de nitrogênio reciclado condensada, essencialmente líquida. Esta corrente líquida contém uma fração de líquido superior a 90% e apresenta uma temperatura inferior a - 160°C e, de um modo vantajoso, igual a 170°C.
[00117] Em seguida, a corrente 102 condensada é expandida numa quarta válvula 104 de descompressão para dar um fluxo 106 bifásico que é introduzido no primeiro balão 60 separador.
[00118] O primeiro balão 60 separador produz, no topo, uma corrente de topo gasosa rica em hélio que, após a passagem por uma quinta válvula 108 de descompressão, forma a corrente 20 gasosa rica em hélio.
[00119] A corrente 20 gasosa rica em hélio apresenta um teor em hélio superior a 10% molar. Destina-se a ser transportada até uma unidade de produção de hélio puro para tratamento. O processo, de acordo com a invenção, permite recuperar, pelo menos, 60% em moles do hélio presente na corrente 12 de carga.
[00120] O primeiro balão 60 separador produz, na base, uma corrente 110 de base de nitrogênio líquido. Esta corrente 110 de base é separada numa parte 112 minoritária de nitrogênio líquido produzido e numa parte 114 majoritária de nitrogênio
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16/26 de refluxo.
[00121] A parte 112 minoritária apresenta uma vazão em massa inferior a 10% e, notadamente, compreendido entre 0% e 10% da vazão em massa da corrente 110 de base. A parte 112 minoritária é expandida numa sexta válvula 116 de descompressão para formar a corrente 18 de nitrogênio líquido produzido. A corrente de nitrogênio produzido apresenta um teor molar em nitrogênio superior a 99%.
[00122] A parte 114 majoritária é expandido até à pressão da coluna através de uma sétima válvula 118 de descompressão, para formar uma primeira corrente de refluxo e, depois, é introduzida num estágio N3 de topo da coluna 50 de fracionamento situada sob a topo desta coluna e por cima do estágio N1 intermediário. A fração molar de nitrogênio na parte 114 majoritária é superior a 99%.
[00123] No exemplo mostrado na Figura 1, o ciclo 30 de resfriamento é um ciclo fechado de tipo Brayton invertido utilizando uma corrente de refrigerante exclusivamente gasosa.
[00124] Neste exemplo, a corrente de refrigerante é formada por nitrogênio substancialmente puro cujo teor em nitrogênio excede 99%.
[00125] A corrente 130 de refrigerante fornecida ao trocador 28 a montante apresenta uma temperatura inferior a -150°C e, notadamente, igual a -165°C e uma pressão superior a 5 bar e, notadamente, substancialmente igual a 9,7 bar. A corrente 130 de refrigerante circula através do trocador de calor de ciclo 32, onde é aquecida por troca de calor com a primeira corrente 72 principal de introdução.
[00126] Assim, a temperatura da corrente 132 de refrigerante aquecida à saída do trocador 28 a montante é inferior a -150°C e, notadamente, igual a -153°C.
[00127] A corrente 132 aquecida é submetida a um novo aquecimento no
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17/26 trocador de calor de ciclo 32, antes de ser introduzida na sucessão de compressores 38A, 38 B e de refrigerantes 40A, 40B do aparelho 34 a montante de compressão por estágios.
[00128] À saída do aparelho 34a montante, forma uma corrente 134 comprimida de refrigerante que é resfriada por troca de calor com a corrente 132 de refrigerante aquecida proveniente do trocador 28 a montante no trocador de calor de ciclo 32.
[00129] A corrente 136 comprimida e resfriada apresenta, consequentemente uma pressão superior a 15 bar e, notadamente, substancialmente igual a 20 bar e uma temperatura inferior a -130°C e, notadamente, substancialmente igual a -141 °C. [00130] A corrente 136 comprimida e resfriada é, em seguida, introduzida na turbina 36 de expansão dinâmica. É submetida a uma expansão dinâmica na turbina 36 de expansão para dar a corrente 130 de refrigerante à temperatura e pressão descritas acima.
[00131] Numa variante vantajosa, os aparelhos 34 e 58 de compressão a montante e a jusante estão integrados numa mesma máquina com vários corpos, com um único motor para propulsionar os compressores 38A, 38B e os compressores 62A a 62C.
[00132] Exemplos de temperatura, pressão e vazões em massa de diferentes correntes ilustradas no processo da Figura 1 estão resumidos nas Tabelas que se seguem.
CORRENTE TEMPERATURA (°C) PRESSÃO (Bar) VAZÃO (kg/h)
2 -149,5 34 177365
70 -150,7 6 177365
76 -160 6 135142
80 -160 6 42223
84 -163,6 1,4 168931
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18/26
86 -159,7 1,4 154923
14 -159.5 5 154923
90 -193,4 1,3 55761
92 -20 1,3 55761
16 -20,4 1,1 20219
100 38 21 35541
106 -173 9 35541
20 -180,5 4 1663
18 -182 4 560
114 -173 9 33319
130 -165 9,7 86840
132 -153 9,7 86840
136 -141,5 19,5 86840
[00133] O consumo de energia do processo é o seguinte:
Compressor 62A: 1300 kW
Compressor 62B: 1358 kW
Compressor 62C: 1365 kW
Compressor 38B: 2023 kW
Total: 6046 kW [00134] Uma segunda instalação 140 de acordo com a invenção está representada na Figura 2. Esta segunda instalação 140 destina-se à implementação de um segundo processo de produção de acordo com a invenção.
[00135] Esta instalação 140 difere da primeira instalação 10 na medida em que compreende um segundo balão 142 separador interposto entre a saída da quarta válvula 104 de descompressão e a entrada do primeiro balão 60 separador.
[00136] O segundo processo de acordo com a invenção difere do primeiro processo na medida em que apenas uma parte do fluxo 106 bifásico resultante da expansão da corrente 102 de nitrogênio reciclado resfriada na quarta válvula 104 de descompressão é recebida no primeiro balão 60 separador.
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19/26 [00137] Assim, o fluxo 106 bifásico formado à saída da quarta válvula 104 de descompressão é introduzido no segundo balão 142 separador e não diretamente no primeiro balão 60 separador. Além disso, a corrente 102 de nitrogênio resfriada não atravessa o segundo trocador 54 a jusante.
[00138] O fluxo 144 de topo produzido no segundo balão 142 separador atravessa o segundo trocador 54 a jusante para ser aí resfriado e, em seguida, é introduzido na forma de um fluxo 146 de topo resfriado no primeiro balão 60 separador.
[00139] O fluxo 148 de base do segundo balão 142 separador é dividido numa segunda corrente 150 de refluxo de nitrogênio e numa corrente 152 suplementar de resfriamento.
[00140] A segunda corrente 150 de refluxo de nitrogênio é introduzida, depois da expansão numa oitava válvula 154 de descompressão, num estágio N4 de topo da coluna 50 de fracionamento localizado na proximidade e por baixo do estágio N3 de introdução da primeira corrente 114 de refluxo na coluna 50 de fracionamento.
[00141] Numa variante representada a tracejado na Figura 2, as correntes 114, 150 de refluxo são introduzidas no mesmo estágio N3 de topo da coluna 50.
[00142] A vazão em massa da segunda corrente 150 de refluxo é superior a 90% do fluxo da vazão em massa do fluxo 148 de base.
[00143] A segunda corrente 152 de resfriamento suplementar é reintroduzida na corrente 90 de topo, a montante do segundo trocador 54 a jusante, de modo a fornecer calorias negativas destinadas a resfriar e condensar parcialmente o fluxo 144 de topo que passa pelo segundo trocador 54 a jusante.
[00144] A corrente 156 de mistura resultante da mistura da corrente 90 de topo e da corrente 152 suplementar de resfriamento é introduzida, sucessivamente, no segundo trocador 54 a jusante, em seguida, no primeiro trocador 52 a jusante, onde
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20/26 entra numa relação de troca de calor com a corrente 100 de nitrogênio reciclado e a segunda corrente 74 de introdução para resfriar estas correntes.
[00145] O segundo processo, de acordo com a invenção, também é operado de modo semelhante ao primeiro processo de acordo com a invenção.
[00146] Neste processo, a corrente 12 de carga é uma corrente de gás natural liquefeito (GNL) compreendendo uma composição idêntica à descrita acima.
[00147] No exemplo mostrado na Figura 2, a composição molar da corrente 90 de topo é a seguinte: 0,54% de hélio, 99,35% de nitrogênio e 0,11% de metano.
[00148] Exemplos de temperatura, pressão e vazões em massa das diferentes correntes ilustradas no processo da figura 2 estão resumidos nas Tabela a seguir.
CORRENTE TEMPERATURA (°C) PRESSÃO (Bar) CORRENTE (Kg/h)
12 -149,5 34 177365
70 -150,7 6 177365
76 -160 6 134400
80 -160 6 43150
84 -163,6 1,4 169069
86 -159,7 1,4 155100
14 -159,5 5 155100
90 -193,4 1,3 52390
92 -32 1,3 52678
16 -32,1 1,1 22140
100 38 19,7 30550
106 -180 5 30550
146 -186 4,7 3 940
150 -179,8 5 26320
152 -179,8 5 288
20 -186,3 4,7 271
18 -186,3 4,7 28
114 -186,3 4,7 3640
130 -163 9,7 112100
132 -154 9,7 112100
136 -140 19,2 112100
[00149] O consumo de energia do processo é o seguinte:
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21/26
Compressor 62A: 1482 kW
Compressor 62B: 912 kW
Compressor 62C: 708 kW
Compressor 38B: 2584 kW
Total: 5686 kW [00150] Uma terceira instalação 160 de acordo com a invenção, para a implementação de um terceiro processo de acordo com a invenção é ilustrada pela Figura 3.
[00151] A terceira instalação 160 difere da primeira instalação 10 devido à presença de uma secção 162 de fracionamento e de um trocador 164 a montante de liquefação, colocados a montante da turbina 26 de expansão líquida.
[00152] Neste exemplo, a corrente 12 de carga é gás natural (GN) no estado gasoso. Este é introduzido, em primeiro lugar, no trocador 164 de liquefação para ser resfriado até uma temperatura inferior a -20°C e substancialmente igual a -30°C.
[00153] A corrente 12 de carga é enviada, em seguida, para a secção 162 de fracionamento que produz um gás 166 tratado com um teor de hidrocarbonetos reduzido em Cs+ e um corte 168 de gás liquefeito rico em hidrocarbonetos em Cs+. O teor molar em hidrocarbonetos em Cs+ no gás 166 tratado é inferior a 300 ppm.
[00154] O gás 166 tratado é reintroduzido no trocador 164 de liquefação para ser liquefeito e dar uma corrente 68 de carga líquida à saída do trocador 164 de liquefação.
[00155] O gás 166 tratado é desprovido de elementos pesados, tais como benzeno, cuja temperatura de cristalização é elevada, e, por isso, pode ser liquefeito facilmente e sem o risco de obstrução do trocador 164 de liquefação.
[00156] Para fornecer as calorias negativas necessárias ao resfriamento da corrente 12 de carga e do gás 166 tratado, o terceiro processo de acordo com a
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22/26 invenção compreende a passagem da corrente 14 rica em hidrocarbonetos desnitrogenada através do trocador 164 depois da sua passagem pela bomba 88.
[00157] Para isso, a corrente 86 de base da coluna 50 de fracionamento é bombeado a uma pressão superior a 20 bar, de um modo vantajoso, 28 bar, para ser vaporizada para o trocador 164 de liquefação e permitir o resfriamento da corrente 12 de carga e a liquefação do gás 166 tratado.
[00158] A refrigeração fornecida pela vaporização de corrente 14 de hidrocarbonetos desnitrogenada representa mais de 90%, de um modo vantajoso, mais de 98% da refrigeração necessária para a liquefação da corrente 12 de carga.
[00159] Além disso, uma corrente 170 de coleta é coletada na corrente 102 de nitrogênio após a sua passagem no trocador 52 a jusante de fundo e antes da sua introdução no terceiro trocador 56 a jusante. A corrente 170 de coleta é, em seguida, introduzida no trocador 164 de liquefação antes de ser fornecida como uma corrente 172 de nitrogênio gasoso auxiliar à saída do trocador 164.
[00160] A vazão em massa da fração 170 de coleta em relação à vazão em massa da corrente 90 de topo 90 rica em nitrogênio está, por exemplo, compreendida entre 0% e 50%.
[00161] O terceiro processo de acordo com a invenção, por outro lado, também funciona de modo semelhante ao primeiro processo de acordo com a invenção.
[00162] A corrente 12 de carga é, neste exemplo, uma corrente de gás natural no estado gasoso compreendendo, em moles, 0,1000% de hélio, 8,9000% de nitrogênio, 85,9950% de metano, 3.0000% de etano, 1,0000% de propano, 0,4000% de hidrocarbonetos em i-C4, 0,3000% de hidrocarbonetos em n-C4, 0.1000% de hidrocarbonetos em i-C5, 0,1000% de hidrocarbonetos em n-C5, 0,0800% de hidrocarbonetos em n-C6, 0,0200% de benzeno e 0,0050% de dióxido de carbono.
[00163] A corrente 68 de carga líquida compreende, então, a mesma
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23/26 composição que a corrente 12 de GNL descrita para o primeiro e o segundo processo de acordo com a invenção.
[00164] No exemplo mostrado na figura 3, a composição molar da corrente 90 de topo é a seguinte: 1,19% de hélio, 98,64% de nitrogênio e 0,16% de metano.
[00165] Exemplos de temperatura, pressão e vazões em massa das diferentes correntes ilustradas no processo da Figura 3 estão resumidos na Tabela a seguir a.
CORRENTE TEMPERATURA (°C) PRESSÃO (bar) VAZÃO (kg/h)
12 38 40 182700
166 -38 35 177470
68 -152 34 177470
70 -152,8 6 177470
76 -159,5 6 139733
80 -160 6 37779
84 -161,5 2,7 174559
86 -158,3 2,7 165811
14 -157,2 28 165811
90 -186,7 2,6 24896
92 -20 2,6 24896
16 -20,7 2,5 11083
100 38 39,7 13813
106 -177 9 13813
20 -180,41 5 370
18 -179,8 5 248
114 -176,9 9 13195
130 -165,8 9,7 61629
132 -155 9,7 61629
136 -143 19,2 61629
[00166] O consumo de energia do processo é o seguinte:
Compressor 62A: 632 kW
Compressor 62B: 388 kW
Compressor 62C: 325 kW
Compressor 38B: 1440 kW
Total: 2785 kW
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24/26 [00167] Uma quarta instalação 180 de acordo com a invenção, destinada à implementação de um quarto processo de acordo com a invenção é representada na figura 4. Esta quarta instalação 180 difere da terceira instalação 170 devido à presença de dois balões 60, 142 separadores como na segunda instalação.
[00168] O seu funcionamento é, por outro lado, semelhante ao da terceira instalação 160.
[00169] Uma quinta instalação 190 de acordo com a invenção é representada na Figura 5, para a implementação de um quinto processo de acordo com a invenção.
[00170] A quinta instalação 190 difere da quarta instalação 180 na medida em que o ciclo 30 de refrigeração é um ciclo semi-aberto. Para isso, o fluido refrigerante do ciclo 30 de refrigeração é formado por uma corrente 192 de derivação da corrente de nitrogênio reciclado comprimida coletada na saída do aparelho 58 de compressão a montante, a uma primeira pressão P1 substancialmente igual a 40 bar.
[00171] A vazão em massa da corrente 192 de derivação é inferior a 99% da vazão em massa da parte 96 majoritária.
[00172] A corrente 192 de derivação é introduzida no trocador de calor de ciclo 32 para formar, à saída do trocador 32, a corrente 136 comprimida e resfriada e, em seguida, depois da expansão na turbina 36, a corrente 130 de refrigeração é introduzida no trocador 28 a montante.
[00173] A corrente 130 de refrigeração apresenta, assim, um teor molar em nitrogênio superior a 99% e um teor em hidrocarbonetos inferior a 0,1%.
[00174] Depois da sua passagem no trocador 32, a corrente 132 de refrigeração aquecida é introduzida no compressor 38A acoplado à turbina 36 e, depois, no refrigerante 40A antes de ser reintroduzida na corrente 100 de nitrogênio reciclado comprimida, entre o penúltimo estágio e o último estágio do aparelho 58 de
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25/26 compressão, a uma segunda pressão P2 inferior à primeira pressão P1.
[00175] Uma sexta instalação 200 de acordo com a invenção é representada na figura 6.
[00176] A sexta instalação 200, de acordo com a invenção, difere da quarta instalação 180 na medida em que o trocador 32 de ciclo é constituído pelo mesmo trocador de calor que o terceiro trocador 56 a jusante.
[00177] A corrente 132 de refrigerante aquecida proveniente do trocador 28 a montante é introduzida no terceiro trocador 56 a jusante onde é colocada numa relação de troca de calor com a corrente 156 de mistura proveniente do segundo trocador 52 a jusante e com a corrente 100 de nitrogênio reciclado comprimida proveniente do aparelho 58 a jusante de compressão.
[00178] Além disso, a corrente 134 comprimida de refrigerante passa pelo terceiro trocador 56 a jusante para ser resfriada antes da sua introdução na turbina 36 de expansão dinâmica.
[00179] O funcionamento do sexto processo de acordo com a invenção é, por outro lado, semelhante ao do quarto processo de acordo com a invenção.
[00180] Devido aos processos de acordo com a invenção, é possível produzir, de forma flexível e econômica, nitrogênio gasoso substancialmente puro 16, nitrogênio líquido substancialmente puro 18 e uma corrente rica em hélio 20 que pode ser valorizada posteriormente numa fábrica para a produção de hélio.
[00181] O processo também produz uma corrente rica em hidrocarboneto desnitrogenada 14 que pode ser utilizada no estado líquido ou gasoso.
[00182] Todos os fluidos produzidos pelo processo são, por conseguinte, utilizáveis e valorizáveis como tal.
[00183] Este processo pode ser utilizado, indiferentemente, com uma corrente 12 de carga constituída por gás natural liquefeito ou gás natural no estado gasoso.
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26/26 [00184] A quantidade de nitrogênio líquido 18 produzido pelo processo pode ser controlada simplesmente por regulação da potência térmica coletada pela segunda 72 corrente de introdução na corrente 130 de refrigerante do ciclo 30 de refrigeração.

Claims (13)

  1. REIVINDICAÇÕES
    1. Processo de produção de uma corrente (18) de nitrogênio líquido, de uma corrente (16) de nitrogênio gasoso, de uma corrente (20) gasosa rica em hélio e de uma corrente (14) de hidrocarbonetos desnitrogenada a partir de uma corrente de carga contendo hidrocarbonetos, nitrogênio e hélio, o processo caracterizado pelo fato de que compreende as seguintes etapas:
    - expansão da corrente de carga (12) para formar uma corrente de carga expandida (70);
    - divisão da corrente de carga expandida (70) numa primeira corrente de introdução (72) e numa segunda corrente de introdução (74);
    - resfriamento da primeira corrente de introdução (72) no interior de um trocador de calor a montante (28) por troca de calor com uma corrente de refrigerante (130) gasoso obtida por expansão dinâmica num ciclo de refrigeração (30), para obter uma primeira corrente de introdução resfriada (76);
    - resfriamento da segunda corrente de introdução (74) através de um primeiro trocador de calor a jusante (52) para formar uma segunda corrente de introdução resfriada (80);
    - introdução da primeira corrente de introdução resfriada (76) e da segunda corrente de introdução resfriada (80) numa coluna de fracionamento (50) compreendendo vários estágios teóricos de fracionamento;
    - coleta de, pelo menos, uma corrente de reebulição (84) e circulação da corrente de reebulição (84) no primeiro trocador de calor a jusante (52) para resfriar a segunda corrente (74) de distribuição;
    - coleta, no fundo da coluna de fracionamento (50), de uma corrente (86) de fundo destinada a formar a corrente de hidrocarbonetos desnitrogenada (14);
    - coleta, no topo da coluna de fracionamento (50), de uma corrente
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  2. 2/7 de topo rica em nitrogênio (90);
    - reaquecimento da corrente de topo rica em nitrogênio (90) através de, pelo menos, um segundo trocador (54, 56) de calor a jusante para formar uma corrente (92) rica em nitrogênio aquecida;
    - coleta e expansão de uma primeira parte (94) da corrente (92) rica em nitrogênio aquecida para formar a corrente (16) de nitrogênio gasoso;
    - compressão de uma segunda parte (96) da corrente (92) rica em nitrogênio aquecida para formar uma corrente (100) de nitrogênio reciclado comprimida e resfriamento da corrente (100) de nitrogênio reciclado comprimida por circulação através do primeiro trocador (52) a jusante e através do ou de cada segundo trocador (54, 56) a jusante;
    - liquefação e expansão parcial da corrente (100) de nitrogênio reciclado para formar uma corrente rica em nitrogênio expandida (106);
    - introdução de, pelo menos, uma parte (106; 146) proveniente da corrente rica em nitrogênio expandida (106) num primeiro balão separador (60);
    - recuperação da corrente de topo gasosa proveniente do primeiro balão separador (60) para formar a corrente rica em hélio (20);
    - recuperação da corrente líquida (110) proveniente da base do primeiro balão separador (60) e separação desta corrente líquida (110) numa corrente (18) de nitrogênio líquido e numa primeira corrente de refluxo (114);
    - introdução da primeira corrente de refluxo (114), em refluxo, no topo da coluna de fracionamento (50).
    2. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a totalidade da corrente rica em nitrogênio expandida (106) é introduzida no primeiro balão separador (60), diretamente depois da sua expansão;
  3. 3. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato
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    3/7 de que a corrente rica em nitrogênio expandida (106) é introduzida num segundo balão separador (142) colocado a montante do primeiro balão separador (60), sendo a corrente de topo (144) proveniente do segundo balão separador (142) introduzida no primeiro balão separador (60), sendo, pelo menos, uma parte corrente de base (148) do segundo balão separador (142) introduzida, em refluxo, na topo da coluna de fracionamento (50).
  4. 4. Processo de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que a corrente de base (148) do segundo balão separador é separada numa segunda corrente de refluxo (150) introduzida na coluna de fracionamento (50) e numa corrente de resfriamento suplementar (152), sendo a corrente de resfriamento suplementar (152) misturada com a corrente de topo rica em nitrogênio (90) antes da sua passagem pelo segundo trocador (54) térmico a jusante;
  5. 5. Processo de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que a pressão de operação da coluna de fracionamento (50) é inferior a 5 bar, de um modo vantajoso, inferior a 3 bar.
  6. 6. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que o ciclo de refrigeração (30) é um ciclo fechado de tipo Brayton invertido, o processo compreendendo as seguintes etapas:
    - aquecimento da corrente de refrigerante (130) num trocador de calor de ciclo (32) até uma temperatura substancialmente ambiente;
    - compressão da corrente de refrigerante aquecida (132) para formar uma corrente de refrigerante comprimida (134) e resfriamento no trocador de calor de ciclo (32) por troca de calor com a corrente de refrigerante aquecida (132) proveniente do primeiro trocador de calor a montante (28) para formar uma corrente refrigerante comprimida e resfriada (136);
    - expansão dinâmica da corrente refrigerante comprimida resfriada
    Petição 870190089829, de 11/09/2019, pág. 35/40
    4/7 (136) para formar a corrente de refrigerante (130) e introdução da corrente de refrigerante (130) no primeiro trocador de calor a montante (28).
  7. 7. Processo de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o trocador de calor de ciclo (32) é formado por um (56) dos trocadores (52, 54, 56) a jusante, sendo a corrente refrigerante comprimida resfriada (134), pelo menos parcialmente, por troca de calor no referido trocador a jusante (56) com a corrente de topo rica em nitrogênio (90) proveniente da topo da coluna de fracionamento (50).
  8. 8. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que o ciclo de refrigeração (30) é um ciclo semi-aberto, compreendendo o processo as seguintes etapas:
    - coleta de, pelo menos, uma fração da corrente rica em nitrogênio comprimida (100) a uma primeira pressão (P1) para formar uma corrente coletada rica em nitrogênio (192);
    - resfriamento da corrente coletada rica em nitrogênio (192) num trocador de calor de ciclo (32) para formar uma corrente coletada resfriada;
    - expansão dinâmica da corrente coletada proveniente do trocador de calor de ciclo (32) para formar a corrente de refrigerante (130) e introdução da corrente de refrigerante (130) no trocador de calor a montante (28);
    - compressão da corrente de refrigerante (132) proveniente do trocador de calor a montante num compressor e reintrodução desta corrente na corrente de nitrogênio reciclada comprimida (100) a uma segunda pressão (P2) menor que a primeira pressão (P1).
  9. 9. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que a corrente de carga (12) é uma corrente gasosa, compreendendo o processo as seguintes etapas:
    Petição 870190089829, de 11/09/2019, pág. 36/40
    5/7
    - liquefação da corrente de carga (12) para formar uma corrente de carga líquida (68) por passagem por um trocador de calor de liquefação (164);
    - vaporização da corrente de hidrocarbonetos desnitrogenada (14) proveniente da base da coluna de fracionamento (50) por troca de calor com uma corrente gasosa (166) proveniente da corrente de carga (12) no trocador de calor de liquefação (164).
  10. 10. Processo de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que a refrigeração fornecida pela vaporização da corrente de hidrocarbonetos desnitrogenada (14) representa mais de 90%, de um modo vantajoso, mais de 98% da refrigeração necessária para a liquefação da corrente de carga (121).
  11. 11. Instalação (10; 140; 160; 180; 190; 200) de produção de uma corrente de nitrogênio líquido (18), de uma corrente de nitrogênio gasoso (16), de uma corrente gasosa rica em hélio (20) e de uma corrente de hidrocarbonetos desnitrogenada (14) a partir de uma corrente de carga (12) contendo hidrocarbonetos, nitrogênio e hélio, a instalação caracterizada pelo fato de que compreende:
    - meios (26) de expansão da corrente de carga (12) para formar uma corrente de carga expandida (70);
    - meios de divisão da corrente de carga expandida (70) numa primeira corrente de introdução (72) e numa segunda corrente de introdução (74);
    - meios (28; 30) de resfriamento da primeira corrente de introdução (72) compreendendo um trocador de calor a montante (28) e um ciclo de refrigeração (30), para obter uma primeira corrente de introdução resfriada (76) por troca de calor com uma corrente de refrigerante gasosa obtida (130) por expansão dinâmica no ciclo de refrigeração (30);
    Petição 870190089829, de 11/09/2019, pág. 37/40
    6/7
    - meios de resfriamento da segunda corrente de introdução (74), compreendendo um primeiro trocador de calor a jusante (52) para formar uma segunda corrente de introdução resfriada (80);
    - uma coluna de fracionamento (50) compreendendo vários estágios teóricos de fracionamento;
    - meios de introdução da primeira corrente de introdução resfriada (76) e da segunda corrente de introdução resfriada (80) na coluna de fracionamento (50);
    - meios de coleta de, pelo menos, uma corrente de reebulição (84) e meios de circulação da corrente de reebulição (84) no primeiro trocador de calor (52) a jusante para resfriar a segunda corrente de introdução (74);
    - meios de coleta no fundo da coluna de fracionamento (50) de uma corrente (86) de fundo destinada a formar a corrente de hidrocarbonetos desnitrogenada (14);
    - meios de coleta no topo da coluna de fracionamento (50) de uma corrente de topo rica em nitrogênio (90);
    - meios de aquecimento da corrente de topo rica em nitrogênio (90) compreendendo, pelo menos, um segundo trocador de calor a jusante (54, 56) para formar uma corrente rica em nitrogênio aquecida (92);
    - meios de coleta e expansão de uma primeira parte (94) da corrente (92) rica em nitrogênio aquecida para formar a corrente de nitrogênio gasoso (16);
    - meios (58) de compressão de uma segunda parte (96) da corrente (92) rica em nitrogênio aquecida para formar uma corrente de nitrogênio reciclado (100) e meios de resfriamento da corrente de nitrogênio reciclado comprimida (100) por circulação através do primeiro trocador a jusante (52)e através do ou de cada segundo trocador a jusante (54, 56);
    Petição 870190089829, de 11/09/2019, pág. 38/40
    7/7
    - meios (104) de liquefação parcial e de expansão da corrente de nitrogênio reciclado (100) para formar uma corrente rica em nitrogênio expandida (106);
    - um primeiro balão separador (60);
    - meios de introdução de, pelo menos, uma parte proveniente da corrente rica em nitrogênio expandida (106) no primeiro balão separador (60);
    - meios de recuperação da corrente de topo gasosa proveniente do primeiro balão separador (60) para formar a corrente rica em hélio (20);
    - meios de recuperação da corrente líquida (110) proveniente da base do primeiro balão separador (60) e de separação desta corrente numa corrente de nitrogênio líquido (112) e numa primeira corrente de refluxo (114); e
    - meios de introdução da primeira corrente de refluxo (114), em refluxo, no topo da coluna de fracionamento (50).
  12. 12. Instalação (10; 160) de acordo com a reivindicação 11, caracterizada pelo fato de que compreende meios de introdução da totalidade da corrente rica em nitrogênio expandida (106) no primeiro balão separador (60).
  13. 13. Instalação (140; 180; 190; 200), de acordo com a reivindicação
    11, caracterizada pelo fato de que compreende um segundo balão separador (142) colocado a montante do primeiro balão separador (60) e meios de introdução da corrente rica em nitrogênio expandida (106) no segundo balão separador (142), compreendendo a instalação meios de introdução da corrente de topo (144) proveniente do segundo balão separador (142) no primeiro balão separador (60) e meios de introdução de, pelo menos, uma parte corrente de base (148) do segundo balão separador (142), em refluxo, no topo da coluna de fracionamento (50).
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