BRPI1015396B1 - Processo e instalação de produção de uma corrente rica em metano e de um corte rico em hidrocarbonetos em c2+ a partir de uma corrente de gás natural de carga desidratado - Google Patents

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Sandra THIEBAULT
Loic Barthe
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Abstract

PROCESSO E INSTALAÇÃO DE PRODUÇÃO DE UMA CORRENTE RICA EM METANO E DE UM CORTE RICO EM HIDROCARBONETOS EM C2 + A PARTIR DE UMA CORRENTE DE GÁS NATURAL DE CARGA DESIDRATADO Este processo compreende o resfriamento do gás natural de carga (15) em um primeiro trocador de calor (16), e a introdução do gás natural de carga resfriado (40) em um primeiro balão separador (18). Ele compreende a expansão dinâmica de um fluxo de alimentação de turbina (46) em uma primeira turbina de expansão (22), e a introdução do fluxo expandido (102) em uma coluna de separação (26). Este processo comporta a remoção em topo da coluna de separação (26) de uma corrente de topo (82) rica em metano e a remoção na corrente de topo rica em metano comprimido (86) de uma primeira corrente (88) de recirculação. O processo compreende a formação de pelo menos uma segunda corrente (96) de recirculação obtida a partir da corrente de topo rica em metano (82) a jusante da coluna de separação (26) e a formação de uma corrente (100) de expansão dinâmica a partir da segunda corrente de recirculação (96).

Description

[0001] A presente invenção refere-se um processo de produção de uma corrente rica em metano e um corte rico em hidrocarbonetos em C2+ a partir de uma corrente de gás natural de carga desidratado, o processo do tipo compreendendo as etapas seguintes:
  1. - resfriamento da corrente de gás natural de carga vantajosamente a uma pressão superior a 4 MPa (40 bars) em um primeiro trocador de calor, e introdução da corrente de gás natural de carga resfriada em um primeiro balão separador;
  2. - separação da corrente de gás natural resfriada no primeiro balão separador e recuperação de uma fração leve essencialmente gasosa e uma fração pesada essencialmente líquida;
  3. - divisão da fração leve em um fluxo de alimentação de turbina e em um fluxo secundário;
  4. - expansão dinâmica do fluxo de alimentação de turbina uma primeira turbina de expansão, e introdução do fluxo expandido em uma parte intermediária de uma coluna de separação;
  5. - resfriamento do fluxo secundário em um segundo trocador de calor e introdução do fluxo secundário resfriado em uma parte de topo da coluna de separação;
  6. - expansão da fração pesada, vaporização no primeiro trocador de calor e introdução em um segundo balão separador para formar uma fração de topo e uma fração de fundo;
  7. - introdução da fração de topo, após resfriamento no segundo trocador de calor, na parte de topo da coluna de separação;
  8. - introdução da fração de fundo em uma parte intermediária da coluna de separação;
  9. - recuperação, ao fundo da coluna de separação, de uma corrente de fundo rica em hidrocarbonetos em C2+ destinada a formar o corte rico em hidrocarbonetos em C2+;
  10. - remoção em topo da coluna de separação de uma corrente de topo rica em metano;
  11. - aquecimento da corrente de topo rica em metano no segundo trocador de calor e no primeiro trocador de calor e compressão desta corrente em pelo menos um primeiro compressor acoplado à primeira turbina de expansão e em um segundo compressor para formar uma corrente rica em metano a partir da corrente de topo rica em metano comprimido;
  12. - remoção na corrente de topo rica em metano de uma primeira corrente de recirculação; e
  13. - passagem da primeira corrente de recirculação no primeiro trocador de calor e no segundo trocador de calor para resfriar o mesmo, depois introdução de pelo menos uma primeira parte da primeira corrente de recirculação resfriada na parte de topo da coluna de separação.
[0002] Tal processo é destinado a ser realizado para a construção de novas unidades de produção de uma corrente rica em metano e um corte de hidrocarbonetos em C2+ a partir de um gás natural de carga, ou para a modificação de unidades existentes, notadamente se o gás natural de carga apresenta um teor elevado de etano, de propano, e de butano.
[0003] Tal processo é aplicável igualmente no caso em que é difícil realizar uma refrigeração do gás natural de carga com a ajuda de um ciclo externo de refrigeração com propano, ou no caso em que a instalação de tal ciclo for muito dispendiosa ou muito perigosa, como, por exemplo, nas usinas flutuantes, ou nas regiões urbanas.
[0004] Tal processo é particularmente vantajoso quando a unidade de fracionamento do corte de hidrocarbonetos em C2+ que produz o propano destinado a ser utilizado nos ciclos de refrigeração é muito afastada da unidade de recuperação deste corte de hidrocarbonetos em C2+.
[0005] A separação do corte de hidrocarbonetos em C2+ a partir de um gás natural extraído do subsolo permite satisfazer ao mesmo tempo a imperativos econômicos e imperativos técnicos.
[0006] Com efeito, o corte de hidrocarbonetos em C2+ recuperada a partir do gás natural é utilizada vantajosamente para produzir o etano e líquidos que constituem matérias primas em petroquímica. Além disso, é possível produzir, a partir de um corte de hidrocarbonetos em C2+, cortes de hidrocarbonetos em C5+ que são utilizados nas refinarias de petróleo. Todos os produtos podem ser valorizados economicamente e contribuir para a rentabilidade da instalação.
[0007] Tecnicamente, as exigências do gás natural comercializado em rede incluem, em certos casos, uma especificação no nível do poder calorífico que deve ser relativamente baixo.
[0008] Processos de produção do corte de hidrocarbonetos em C2+ compreendem geralmente uma etapa de destilação, após resfriamento do gás natural de carga, para formar uma corrente de topo rica em metano e uma corrente de fundo rica em hidrocarbonetos em C2+.
[0009] Para melhorar a seletividade do processo, é conhecido tomar uma parte da corrente rica em metano produzida em topo da coluna, após compressão, e reintroduzira mesma, após resfriamento, em topo de coluna, para constituir um refluxo desta coluna. Tal processo, por exemplo, é descrito em US 2008/0190136 ou em US 6.578.379.
[0010] Tais processos permitem obter uma recuperação de etano superior a 95% e no último caso, mesmo superior a 99%.
[0011] Tal processo não dá, contudo, inteira satisfação quando o gás natural de carga é muito rico em hidrocarbonetos pesados, e notadamente em etano, propano, e butano, e quando a temperatura de entrada do gás natural de carga é relativamente elevada.
[0012] Nestes casos, a quantidade de refrigeração a fornecer é elevada, o que necessita a adição de um ciclo adicional refrigeração se se deseja manter uma boa seletividade. Tal ciclo é consumidor de energia. Além disso, em certas instalações, notadamente flutuantes, não é possível realizar tais ciclos de refrigeração.
[0013] Um objetivo da invenção é, portanto, obter um processo de recuperação dos hidrocarbonetos em C2+ que seja extremamente eficaz e muito seletivo, mesmo quando o teor no gás natural de carga destes hidrocarbonetos em C2+ aumenta significativamente.
[0014] Para esse efeito, a invenção tem por objeto um processo do tipo acima citado,caracterizado pelo fato de que o processo compreende as etapas seguintes:
  1. - formação de pelo menos uma segunda corrente de recirculaçâo obtida a partir da corrente de topo rica em metano a jusante da coluna de separação;
  2. - formação de uma corrente de expansão dinâmica a partir da segunda corrente de recirculaçâo e introdução da corrente de expansão dinâmica em uma turbina de expansão para produzir frigorias.
[0015] O processo de acordo com a invenção pode compreender uma ou várias das características seguintes, tomada(s) separadamente ou de acordo com qualquer(s) combinação(ões) tecnicamente possível(eis):
  1. - a segunda corrente de recirculaçâo é introduzida em uma corrente situada a jusante do primeiro trocador de calor e a montante da primeira turbina de expansão para formar a corrente de expansão dinâmica;
  2. - a segunda corrente de recirculaçâo é misturada ao fluxo de alimentação de turbina proveniente do primeiro balão separador para formar a corrente de expansão dinâmica, a turbina de expansão dinâmica recebendo a corrente de expansão dinâmica sendo formada pela primeira turbina de expansão;
  3. - a segunda corrente de recirculaçâo é misturada à corrente de gás natural resfriado, antes da sua introdução no primeiro balão separador, a corrente de expansão dinâmica sendo formada pelo fluxo de alimentação de turbina proveniente do primeiro balão separador;
  4. - a segunda corrente de recirculaçâo é removida na primeira corrente de recirculaçâo;
  5. - o processo compreende as etapas seguintes:
  6. - remoção de uma corrente de remoção na corrente de topo rica em metano, antes da sua passagem no primeiro compressor e no segundo compressor;
  7. - compressão da corrente de remoção em um terceiro compressor, e
  8. - formação da segunda corrente de recirculaçâo a partir da corrente de remoção comprimida proveniente do terceiro compressor, após resfriamento.
  9. - o processo compreende a passagem da corrente de remoção em um terceiro trocador de calor e um quarto trocador de calor antes da sua introdução no terceiro compressor, depois a passagem da corrente de remoção comprimida no quarto trocador de calor, depois no terceiro trocador de calor para alimentar a topo da coluna de separação, a segunda corrente de recirculação sendo removida na corrente de remoção comprimida resfriada, entre o quarto trocador de calor e o terceiro trocador de calor;
  10. - a corrente de remoção é introduzida em um quarto compressor, o processo compreendendo as etapas seguintes:
  11. - remoção de uma corrente de derivação secundária na corrente de remoção comprimida resfriada proveniente do terceiro compressor e do quarto compressor;
  12. - expansão dinâmica da corrente de derivação secundária em uma segunda turbina de expansão acoplada ao quarto compressor;
  13. - introdução da corrente de derivação secundária expandida na corrente de remoção antes da sua passagem no terceiro compressor e no quarto compressor;
  14. - a segunda corrente de recirculação é removida na corrente de topo rica em metano comprimido, o processo compreendendo as etapas seguintes:
  15. - introdução da segunda corrente de recirculação em um terceiro trocador de calor;
  16. - separação da corrente de gás natural de carga em um primeiro fluxo de carga e em um segundo fluxo de carga;
  17. - colocação em relação de troca térmica do segundo fluxo de carga com a segunda corrente de recirculação no terceiro trocador de calor;
  18. - mistura do segundo fluxo de carga após resfriamento no terceiro trocador de calor com o primeiro fluxo de carga, a jusante o primeiro trocador e a montante do primeiro balão separador;
  19. - o processo compreende as etapas seguintes:
  20. - remoção de uma corrente de resfriamento secundária na corrente de topo rica em metano comprimido, a jusante do primeiro compressor e a jusante do segundo compressor;
  21. - expansão dinâmica da corrente de resfriamento secundária em uma segunda turbina de expansão e passagem da corrente de resfriamento secundária expandida no terceiro trocador de calor para colocar o mesmo em relação de troca térmica com o segundo fluxo de carga e com a segunda corrente de recirculação;
  22. - re-introdução da corrente de resfriamento secundária expandida na corrente rica em metano, antes da sua passagem no primeiro compressor e no segundo compressor;
  23. - remoção de uma fração de re-compressão na corrente rica em metano resfriado, a jusante da introdução da corrente de resfriamento secundária expandida e a montante do primeiro compressor e do segundo compressor;
  24. - compressão da fração de re-compressão em pelo menos um compressor acoplado à segunda turbina de expansão e reintrodução da fração re-compressão comprimida na corrente rica em metano comprimido proveniente do primeiro compressor e o segundo compressor;
  25. - a segunda corrente de recirculação é derivado partir da primeira corrente de recirculação, para formar a corrente de expansão dinâmica, a corrente de expansão dinâmica introduzida uma segunda turbina de expansão distinta da primeira turbina de expansão, a corrente de expansão dinâmica proveniente da segunda turbina de expansão (reintroduz na corrente rica em metano antes da sua passagem no primeiro trocador de calor;
  26. - o processo compreende as etapas seguintes:
  27. - remoção de uma fração re-compressão na corrente de topo rica em metano aquecida proveniente do primeiro trocador de calor e do segundo trocador de calor;
  28. - compressão da fração de re-compressão em um terceiro compressor acoplado à segunda turbina de expansão;
  29. - introdução da fração de re-compressão comprimida na corrente rica em metano comprimido proveniente do primeiro compressor;
  30. - o processo compreende a derivação de uma terceira corrente de recirculação, vantajosamente em temperatura ambiente, a partir da corrente rica em metano pelo menos parcialmente comprimido, vantajosamente entre dois estágios do segundo compressor, a terceira corrente de recirculação sendo resfriada sucessivamente no primeiro trocador de calor e no segundo trocador de calor antes de ser misturada à primeira corrente de recirculação para ser introduzida na coluna de separação;
  31. - a corrente de fundo rica em hidrocarbonetos em C2+ é bombeada e é aquecida por troca térmica em contracorrente de pelo menos uma parte da corrente de gás natural de carga, vantajosamente até uma temperatura inferior ou igual à temperatura da corrente de gás natural de carga antes da sua passagem no primeiro trocador de calor;
  32. - a pressão da corrente rica em hidrocarbonetos em C2+ após bombeamento é escolhida para manter a corrente rica em hidrocarbonetos em C2+ após aquecimento no primeiro trocador de calor, sob forma líquida;
  33. - a taxa de fluxo molar da segunda corrente de recirculação é superior a 10% da taxa de fluxo molar da corrente de gás natural de carga;
  34. - a temperatura da segunda corrente de recirculação é sensivelmente igual à temperatura da corrente de gás natural resfriada introduzida no primeiro balão separador;
  35. - a pressão da terceira corrente de recirculação é inferior à pressão da corrente de gás natural de carga e é superior à pressão da coluna de separação;
  36. - a taxa de fluxo molar da terceira corrente de recirculação é superior a 10% da taxa de fluxo molar da corrente de gás natural de carga;
  37. - a taxa de fluxo molar da corrente de remoção é superior a 4%, vantajosamente a 10% da taxa de fluxo molar da corrente de gás natural de carga;
  38. - a temperatura da corrente de remoção, após passagem no terceiro trocador de calor é inferior à da corrente de gás natural de carga resfriada alimentando o primeiro balão separador;
  39. - a taxa de fluxo molar da corrente de derivação secundária é superior a 10% da taxa de fluxo molar da corrente de gás natural de carga;
  40. - a taxa de fluxo molar da corrente de resfriamento secundária é superior a 10% da taxa de fluxo molar da corrente de gás natural de carga;
  41. - a pressão da corrente de resfriamento secundária expandida é superior a 1,5 MPa (15 bars);
  42. - a relação entre a taxa de fluxo de etano contido n corte rico em hidrocarbonetos em C2+ e a taxa de fluxo de etano contido no gás natural de carga é superior a 0,98;
  43. - a relação entre a taxa de fluxo de hidrocarbonetos em Cs+ contido no corte rico em hidrocarbonetos em C2+ e a taxa de fluxo de hidrocarbonetos em Cs+ contido no gás natural de carga é superior a 0,998.
[0016] A invenção tem igualmente por objeto uma instalação de produção de uma corrente rica em metano e um corte rico em hidrocarbonetos em C2+ a partir de uma corrente de gás natural de carga desidratada, composta de hidrocarbonetos, de nitrogênio e CO2, e apresentando vantajosamente um teor molar de hidrocarbonetos em C2+ superior a 10%, a instalação sendo do tipo compreendendo:
  1. - um primeiro trocador de calor para resfriar a corrente de gás natural de carga circulando vantajosamente a uma pressão superior a 40 bares,
  2. - um primeiro balão separador,
  3. - meios de introdução da corrente de gás natural de carga resfriada no primeiro balão separador, a corrente de gás natural resfriada sendo separada no primeiro balão separador para recuperar uma fração leve essencialmente gasosa e uma fração pesada essencialmente líquida;
  4. - meios de divisão da fração leve em um fluxo de alimentação de turbina e em um fluxo secundário;
  5. - uma primeira turbina de expansão dinâmica do fluxo de alimentação de turbina;
  6. - uma coluna de separação;
  7. - meios de introdução do fluxo expandido na primeira turbina de expansão dinâmica em uma parte intermediária da coluna de separação;
  8. - um segundo trocador de calor para resfriamento do fluxo secundário e meios de introdução do fluxo secundário resfriado em uma parte de topo da coluna de separação;
  9. - meios de expansão da fração pesada e meios de passagem da fração pesada no primeiro trocador de calor;
  10. - um segundo balão separador;
  11. - meios de introdução da fração pesada proveniente do primeiro trocador de calor no segundo balão separador para formar uma fração de topo e uma fração de fundo;
  12. - meios de introdução da fração de topo, após passagem no segundo trocador para resfriar o mesmo, na parte de topo da coluna de separação;
  13. - meios de introdução da fração de fundo em uma parte intermediária da coluna de separação;
  14. - meios de recuperação, ao fundo da coluna de separação, de uma corrente de fundo rica em hidrocarboneto em C2+ destinada a formar o corte rico em hidrocarboneto em C2+;
  15. - meios de remoção em topo da coluna de separação de uma corrente de topo rica em metano;
  16. - meios de introdução da corrente de topo rica em metano no segundo trocador de calor e no primeiro trocador de calor para aquecer o mesmo;
  17. - meios de compressão da corrente de topo rica em metano compreendendo pelo menos um primeiro compressor acoplado à primeira turbina e um segundo compressor para formar a corrente rica em metano a partir da corrente de topo rica em metano comprimido;
  18. - meios de remoção na corrente de topo rica em metano de uma primeira corrente de recirculação;
  19. - meios de passagem da primeira corrente de recirculação no primeiro trocador de calor depois no segundo trocador de calor para resfriar o mesmo;
  20. - meios de introdução de pelo menos uma parte da primeira corrente de recirculação resfriada na parte de topo da coluna de separação;caracterizada pelo fato de que a instalação compreende:
  21. - meios de formação de pelo menos uma segunda corrente de recirculação obtida a partir da corrente de topo rica em metano a jusante da coluna de separação;
  22. - meios de formação de uma corrente de expansão dinâmica a partir da segunda corrente de recirculação;
  23. - meios de introdução da corrente de expansão dinâmica em uma turbina de expansão para produzir frigorias.
[0017] Em um modo de realização, os meios de formação de uma corrente de expansão dinâmica a partir da segunda corrente de recirculação compreendem meios de introdução da segunda corrente de recirculação em uma corrente circulando a jusante do primeiro trocador de calor e a montante da primeira turbina de expansão para formar a corrente de expansão dinâmica.
[0018] Por “temperatura ambiente”, entende-se a seguir a temperatura da atmosfera gasosa que reina na instalação na qual o processo de acordo com a invenção é realizado. Esta temperatura está compreendida geralmente entre -40°C e 60°C.
[0019] A invenção será compreendida melhor na leitura da descrição seguinte, dada unicamente a título de exemplo, e feita com referência aos desenhos anexos, nos quais:
  1. - a figura 1 é um esquema sinóptico de uma primeira instalação de acordo com a invenção, para a realização de um primeiro processo de acordo com a invenção;
  2. - a figura 2 é uma vista análoga à figura 1 de uma segunda instalação de acordo com a invenção, para a realização um segundo processo de acordo com a invenção;
  3. - a figura 3 é uma vista análoga à figura 1 de uma terceira instalação de acordo com a invenção, para a realização um terceiro processo de acordo com a invenção;
  4. - a figura 4 é uma vista análoga à figura 1 de uma quarta instalação de acordo com a invenção, para a realização um quarto processo de acordo com a invenção;
  5. - a figura 5 é uma vista análoga à figura 1 de uma quinta instalação de acordo com a invenção, para a realização um quinto processo de acordo com a invenção;
  6. - a figura 6 é uma vista análoga à figura 1 de uma sexta instalação de acordo com a invenção, para a realização um sexto processo de acordo com a invenção;
  7. - a figura 7 é uma vista análoga à figura 1 de uma sétima instalação de acordo com a invenção, para a realização um sétimo processo de acordo com a invenção.
[0020] A figura 1 ilustra uma primeira instalação 10 de produção de uma corrente 12 rica em metano e um corte 14 rico em hidrocarbonetos em C2+ de acordo com a invenção, partir de um gás natural de carga 15. Esta instalação 10 é destinada à realização de um primeiro processo de acordo com a invenção.
[0021] O processo e a instalação 10 são aplicáveis vantajosamente no caso da construção de uma nova unidade de recuperação de metano e de etano.
[0022] A instalação 10 compreende, a partir de a montante à jusante, um primeiro trocador de calor 16, um primeiro balão separador 18, um segundo balão separador 20, uma primeira turbina de expansão 22 e de um segundo trocador de calor 24.
[0023] A instalação 10 compreende, além disso, uma coluna de separação 26 e, a jusante da coluna 26, um primeiro compressor 28 acoplado à primeira turbina de expansão 22, um primeiro refrigerador a ar 30, um segundo compressor 32 e um segundo refrigerador a ar 34. A instalação 10 compreende, além disso, uma bomba 36 de fundo de coluna.
[0024] Na descrição seguinte, designa-se pelas mesmas referências uma corrente circulando em um duto, e o duto que a transporta. Além disso, salvo indicado em contrário, as percentagens citadas são percentagens molares e as pressões são dadas em bars absolutos.
[0025] Além disso, o rendimento de cada compressor é de 82% politrópico e o rendimento de cada turbina é 85% adiabático.
[0026] Um primeiro processo de produção de acordo com a invenção, realizado na instalação 10 será agora descrito.
[0027] O gás natural de carga 15 é, neste exemplo, um gás natural desidratado e descarbonatado compreendendo em moles 0,3499% de nitrogênio, 80,0305% de metano, 11,3333% de etano, 3,6000% de propano, 1,6366% de l-butano, 2,0000% de n-butano, 0,2399% de i-pentano, 0,1899% de n-pentano, 0,1899% n-hexano, 0,1000% de n-heptano, 0,0300% de n-octano e 0,3000% de dióxido de carbono.
[0028] O gás natural de carga 15 compreende mais geralmente, portanto, em moles, entre 10% e 25% de hidrocarbonetos em C2+ a recuperar e entre 74% e 89% de metano. O teor de hidrocarbonetos em C2+ é vantajosamente superior a 15%.
[0029] Por gás descarbonatado, entende-se um gás cujo teor de dióxido de carbono é abaixado de modo a evitar a cristalização do dióxido de carbono, este teor sendo geralmente inferior a 1% molar.
[0030] Por gás desidratado, entende-se um gás cujo teor de água é o mais baixo possível e notadamente inferior a 1 ppm.
[0031] Além disso, o teor de sulfureto de hidrogênio do gás natural de carga 15 é de preferência inferior a 10 ppm e o teor em compostos sulfurados de tipo mercaptanos é preferivelmente inferior a 30 ppm.
[0032] O gás natural de carga apresenta uma pressão superior a 4 MPa (40 bars) e notadamente sensivelmente igual a 62 bares. Apresenta, além disso, uma temperatura próxima da temperatura ambiente e notadamente igual a 40°C. A taxa de fluxo da corrente de gás natural de carga 15 é, neste exemplo, de 15000 kgmol/h.
[0033] A corrente de gás natural de carga 15 é primeiro introduzida no primeiro trocador de calor 16 onde é resfriado e parcialmente condensado a uma temperatura superior - a 50°C e notadamente sensivelmente igual a -30°C para dar uma corrente de gás natural de carga resfriada 40 que é introduzida na sua totalidade no primeiro balão separador 18.
[0034] No primeiro balão separador 18, a corrente de gás natural de carga resfriada 40 é separada em uma fração leve 42 gasosos e uma fração pesada líquida 44.
[0035] A relação da taxa de fluxo molar da fração leve 42 à taxa de fluxo molar da fração pesada 44 está compreendido geralmente entre 4 e 10.
[0036] Depois, a fração leve 42 é separada em um fluxo 46 de alimentação da primeira turbina de expansão e um fluxo 48 secundário que é introduzido sucessivamente no trocador de calor 24 e uma primeira válvula de expansão estática 50 para formar um fluxo secundário expandido resfriado e pelo menos parcialmente liquefeito 52.
[0037] O fluxo secundário expandido resfriado 52 é introduzido a um nível superior N1 da coluna de separação 26 correspondendo ao quinto estágio desde a parte superior da coluna 26.
[0038] A taxa de fluxo do fluxo secundário 48 representa menos de 20% da taxa de fluxo da fração leve 42.
[0039] A pressão do fluxo secundário 52, após a sua expansão na válvula 50, é inferior a 2 MPa (20 bars) e notadamente igual a 1,8 MPa (18 bars). Esta pressão corresponde sensivelmente à pressão da coluna 26 que é geralmente superior a 1,5 MPa (15 bars), vantajosamente compreendida entre 1,5 MPa (15 bars) e 2,5 MPa (25 bars).
[0040] O fluxo secundário expandido resfriado 52 compreende um teor molar de etano superior a 5% e notadamente sensivelmente igual a 8,9% molar de etano.
[0041] A fração pesada 44 é dirigida para uma segunda válvula de controle de nível 54 que se abre em função do nível de líquido no primeiro balão separador 18, depois é introduzido no primeiro trocador de calor 16 para ser aquecido até a uma temperatura superior - 50 °C e notadamente igual a - 38°C a fim de obter uma fração pesada aquecida 56.
[0042] A fração pesada aquecida 56 é introduzida depois no segundo balão separador 20 para formar uma fração de topo essencialmente gasosa 58 e uma fração de fundo essencialmente líquida 60.
[0043] A relação da taxa de fluxo molar da fração de topo 58 para a taxa de fluxo molar da fração de fundo 60, por exemplo, está compreendida entre 0,30 e 0,70.
[0044] Depois, a fração de topo 58 é introduzida no segundo trocador de calor 24 para ser ai liquefeita e dar, após expansão em uma válvula de controle de pressão 62, uma fração de topo expandida resfriada e pelo menos parcialmente líquida 64 que é introduzida a um nível superior N2 da coluna 26 situada debaixo do nível N1, e correspondendo ao sexto estágio desde p topo da coluna 26.
[0045] A pressão da fração 64 é sensivelmente igual à pressão da coluna 26. A temperatura desta fração 64 é notadamente superior a -115°C e sensivelmente igual -a 107,4°C.
[0046] A fração de fundo líquida 60 passagem por uma válvula de controle de nível 66 que se abre em função do nível de líquido no segundo balão separador 20. A fração de fundo 60 é introduzida depois a um nível N3 da coluna situado sob o nível N2, situado, no duodécimo estágio da coluna 26 partindo do topo.
[0047] Uma corrente de re-ebulição superior 70 é removida a um nível de fundo N4 da coluna 26 situado sob o nível N3 e correspondendo ao décimo-terceiro estágio partindo do topo da coluna 26. Esta corrente de re-ebulição está disponível a uma temperatura superior a -55°C e foi passada no primeiro trocador de calor 16 para ser ai parcialmente vaporizada e trocar uma potência térmica de cerca de 3948 kW com as outras correntes circulando no trocador 16.
[0048] Esta corrente de re-ebulição líquida parcialmente vaporizada é aquecida a uma temperatura superior a -40°C e notadamente igual a - 28,8°C e enviada ao nível N5 situado exatamente no abaixo do nível N4, e correspondendo ao décimo-quarto estágio da coluna 26 desde o topo.
[0049] O líquido retirado deste estágio é composto principalmente de 18,78% molar de metano e 51,38% molar de etano.
[0050] Uma segunda corrente de re-ebulição intermediária é coletada a um nível N6 situado sob o nível N5 e correspondendo ao décimo nono estágio partindo do topo da coluna 26. Esta segunda corrente de re-ebulição 72 é removida a uma temperatura superior - a 20°C para ser enviada ao primeiro trocador 16 e trocar uma potência térmica de 1500 kW com as outras correntes que circulam neste trocador 16.
[0051] A corrente de re-ebulição do líquido parcialmente vaporizada proveniente do trocador 16 é então reintroduzida a uma temperatura superior a - 15°C e notadamente igual a -5,6°C a um nível N7 situado exatamente abaixo do nível N6 e notadamente no vigésimo estágio partindo da topo da coluna 26.
[0052] A corrente de re-ebulição intermediária 72 é composta principalmente de 4,91 % molar de metano e 61, 06% molar de etano.
[0053] Além disso, uma terceiro corrente de re-ebulição inferior 74 é removida a um nível N8 da coluna 26 situado sob o nível N7 e, por exemplo, sobre o vigésimo- segundo estágio partindo do topo da coluna 26 a uma temperatura superior - a 10°C e notadamente igual a 1,6°C.
[0054] A corrente de re-ebulição inferior 74 é enviada depois até ao trocador de calor 16 para ser parcialmente vaporizada ai trocando uma potência térmica de 2850 kW com as outras correntes circulando no trocador 16.
[0055] A corrente líquida parcialmente vaporizada é enviada a um nível N9 situado exatamente abaixo do nível N8 e correspondendo ao vigésimo terceiro estágio partindo do topo da coluna 26.
[0056] Uma corrente 80 rica em hidrocarbonetos em C2+ é removida no fundo da coluna 26 a uma temperatura superior - a 5°C e notadamente igual a 8,2°C. Esta corrente compreende menos de 1 % de metano e mais de 98% de hidrocarbonetos em C2+. Ela contém mais de 99% dos hidrocarbonetos em C2+ da corrente de gás natural de carga 15.
[0057] No exemplo representado, a corrente 80 contém em moles, 0,57% de metano, 57,76% de etano, 18,5% de propano, 8,41% de i-butano, 10,28% de n- butano, 1, 23% de i-pentano, 0,98% de n-pentano, 0,98% n-hexano, 0,51% de n- heptano, 0,15% de n-octano, 0,63% de dióxido de carbono.
[0058] Esta corrente líquida 80 é bombeada na bomba de fundo de coluna 36 depois é introduzida no primeiro trocador de calor 16 para ser aquecida até a uma temperatura superior a 25°C permanecendo ao mesmo tempo líquida. Ela produz assim o corte 14 rico em hidrocarbonetos em C2+ a uma pressão superior a 2,5 MPa (25 bars) e notadamente igual a 3,08 MPa (30,8 bars), vantajosamente a 37°C.
[0059] Uma corrente de topo 82 rica em metano é produzida em topo da coluna 26. Esta corrente de topo 82 compreende um teor molar superior a 99,2% em metano e um teor molar inferior a 0,15% em etano. Ela contém mais de 99,8% do metano contido no gás natural de carga 15.
[0060] A corrente de topo rica em metano 82 é sucessivamente aquecida no segundo trocador de calor 24, depois no primeiro trocador de calor 16 para dar uma corrente de topo rica em metano 84 aquecida a uma temperatura inferior a 40°C e notadamente igual a 37,4°C.
[0061] Esta corrente 84 é comprimida uma primeira vez no primeiro compressor 28, depois é resfriada em primeiro refrigerante a ar 30. Ela é comprimida depois uma segunda vez no segundo compressor 32 e resfriada em segundo refrigerante a ar 34, para dar uma corrente de topo rica em metano comprimido 86.
[0062] A temperatura da corrente comprimida 86 é sensivelmente igual a 40°C e a sua pressão é superior a 6 MPa (60 bars) é e sensivelmente notadamente igual a 63,06 bares.
[0063] A corrente comprimida 86 é em seguida separada em uma corrente rica em metano 12 produzida pela instalação 10, e uma primeira corrente de recirculação 88.
[0064] A relação da taxa de fluxo molar da corrente rica em metano 12 em relação à taxa de fluxo molar da primeira corrente de recirculação é superior a 1 e está compreendida notadamente entre 1 e 20.
[0065] A corrente 12 comporta um teor de metano superior a 99,2%. Neste exemplo, ela é composta de mais de 99,23% molar de metano, 0,11 % molar de etano, de 0,43% molar de nitrogênio e 0,22% molar de dióxido de carbono. Esta corrente 12 é enviada depois em um gasoduto.
[0066] A primeira corrente de recirculação 88 rica em metano é dirigida depois para o primeiro trocador de calor 16 para dar a primeira corrente de recirculação resfriada 90 a uma temperatura inferior a -30°C e notadamente igual a - 45°C.
[0067] Uma primeira parte 92 da primeira corrente de recirculação resfriada 90 é introduzida depois no segundo trocador 24 para ser ai liquefeita antes de passar pela válvula de controle de taxa de fluxo 95 e formar uma primeira parte 94 resfriada e pelo menos parcialmente liquefeita introduzida a um nível N10 da coluna 26 situado acima do nível N1, notadamente ao primeiro estágio desta coluna desde o topo. A temperatura da primeira parte resfriada 94 é superior - 120°C e notadamente igual a - 111 °C. A sua pressão, após passagem na válvula 95 é sensivelmente igual à pressão da coluna 26.
[0068] De acordo com a invenção, uma segunda parte 96 da primeira corrente de recirculaçâo resfriada 90 é tomada para formar uma segunda corrente de recirculaçâo rica em metano.
[0069] Esta segunda parte 96 é expandida em uma válvula de expansão 98 antes de ser misturada ao fluxo de alimentação de turbina 46 para formar um fluxo 100 de alimentação da primeira turbina de expansão 22 destinada a ser expandida dinamicamente nesta turbina 22 para produzir frigorias.
[0070] O fluxo de alimentação 100 é expandido na turbina 22 para formar um fluxo expandido 102 que é introduzido na coluna 26 a um nível N11 situado entre o nível N2 e o nível N3, notadamente ao décimo estágio partindo do topo da coluna a uma pressão sensivelmente igual a 17,9 bares.
[0071] A expansão dinâmica do fluxo 100 na turbina 22 permite recuperar 5176 kW de energia que provêm para uma fração superior a 50% e notadamente igual a 75% do fluxo de alimentação de turbina 46 e para uma fração inferior a 50% e notadamente igual a 25% da segunda corrente de recirculaçâo.
[0072] O fluxo 100 forma, portanto, uma corrente de expansão dinâmica que pela sua expansão na turbina 22 produz frigorias.
[0073] Em relação a uma instalação do estado da técnica, na qual a totalidade da primeira corrente de recirculaçâo 90 é re-injetada na coluna 26, o processo de acordo com a invenção permite obter uma recuperação de etano idêntica, superior a 99%, diminuindo ao mesmo tempo notavelmente a potência a fornecer pelo segundo compressor 32 de 20310 kW a 19870 kW.
[0074] Além disso, a coluna 26 opera a uma pressão relativamente elevada que torna o processo menos sensível à cristalização de impurezas como o dióxido de carbono e os hidrocarbonetos pesados, conservando ao mesmo tempo uma taxa muito elevada de recuperação de etano. A melhoria do rendimento da instalação é ilustrada pela tabela 1 abaixo.
TABELA 1
Figure img0001
[0075] Exemplos de temperatura, pressão e taxa de fluxo molar das diferentes correntes são dados na tabela 2 abaixo.
TABELA 2
Figure img0002
[0076] Uma segunda instalação 110 de acordo com a invenção é ilustrada na figura 2. Esta segunda instalação 110 é destinada à realização de um segundo processo de acordo com a invenção.
[0077] Ao contrário do primeiro processo de acordo com a invenção, a segunda parte 96 da primeira corrente de recirculaçâo resfriada 90 formando a segunda corrente de recirculaçâo é reintroduzida, após expansão na válvula de controle 98, a montante da coluna 26, na corrente de gás natural de carga resfriada 40, entre o primeiro trocador 16 e o primeiro balão separador 18.
[0078] Neste exemplo, esta segunda corrente 96 contribui para a formação da fração leve 42, bem como a formação do fluxo de alimentação da primeira turbina de expansão 22.
[0079] Além disso, neste exemplo, o fluxo 100 é formado exclusivamente pelo fluxo de alimentação 46.
[0080] Como ilustrado na tabela 3 abaixo, isto permite melhorar levemente ainda o rendimento da instalação.
TABELA 3
Figure img0003
[0081] Exemplos de temperatura, pressão e taxa de fluxo molar das diferentes correntes ilustradas no processo da figura 2 são resumidos na tabela 4 abaixo.
TABELA 4
Figure img0004
[0082] Uma terceira instalação 120 de acordo com a invenção é representada na figura 3.
[0083] Esta terceira instalação 120 é destinada á realização de um terceiro processo de acordo com a invenção.
[0084] Ao contrário da primeira instalação, o segundo compressor 32 da terceira instalação 120 compreendem dois estágios de compressão 122A, 122B e um líquido refrigerante a ar intermediário 124 interposto entre os dois estágios.
[0085] Ao contrário do primeiro processo de acordo com a invenção, o terceiro processo de acordo com a invenção compreende a remoção de uma terceira corrente de recirculação 126 na corrente de topo rica em metano aquecida 84. Este terceiro corrente de recirculação 126 é removida entre os dois estágios 122A, 122B na saída do líquido refrigerante intermediário 124. Assim, a corrente 126 apresenta uma pressão superior a 3 MPa (30 bars) e notadamente igual a 3,43 MPa (34,3 bars) e uma temperatura sensivelmente igual à temperatura ambiente e notadamente sensivelmente igual a 40°C.
[0086] A relação da taxa de fluxo da terceira corrente de recirculação à taxa de fluxo total da corrente de topo rica em metano aquecida 84 proveniente do primeiro trocador de calor 16 é inferior a 0,1 e está compreendida notadamente entre 0,08 e 0,1.
[0087] A terceira corrente de recirculação 126 é depois introduzida sucessivamente no primeiro trocador 16, depois no segundo trocador 24 para ser resfriada a uma temperatura superior - a 110°C e notadamente sensivelmente igual a - 107,6°C.
[0088] Esta corrente 128, obtida após expansão em uma válvula de controle 129, é depois re-introduzida em mistura com a primeira parte 94 da primeira corrente de recirculação resfriada 90 entre a válvula de controle 95 e a coluna 26.
[0089] A tabela 5 ilustra o efeito da presença da terceira corrente de recirculação 126. Uma diminuição da potência consumida de 11,8% comparada com o estado da técnica é observada, da qual cerca de 3% é devido à liquefação em média pressão da terceira corrente de recirculação 126.
TABELA 5
Figure img0005
[0090] Exemplos de temperatura, pressão e taxa de fluxo mássica das diferentes correntes ilustradas no processo da figura 3 são resumidos na tabela 6 abaixo.
TABELA 6
Figure img0006
[0091] Uma quarta instalação 130 de acordo com a invenção é representada na figura 4. Esta quarta instalação 130 é destinada à realização de um quarto processo de acordo com a invenção.
[0092] A quarta instalação 130 difere da terceira instalação 120 em que ela compreende uma segunda turbina de expansão dinâmica 132 acoplada a um terceiro compressor 134.
[0093] O quarto processo de acordo com a invenção compreende a remoção de uma quarta corrente de recirculação 136 na primeira corrente de recirculação 88. Este quarto corrente de recirculação 136 é removida na primeira corrente de recirculação 88 a jusante do segundo compressor 32 e a montante da passagem da primeira corrente de recirculação 88 no primeiro trocador 16 e no segundo trocador 24.
[0094] A taxa de fluxo molar da quarta corrente de recirculação 136 representa menos de 70% da taxa de fluxo molar da primeira corrente de recirculação 88 removida na saída do segundo compressor 32.
[0095] A quarta corrente de recirculação 136 é conduzido depois até a segunda turbina de expansão dinâmica 132 para ser expandida a uma pressão inferior à pressão da coluna de separação 126 e notadamente igual a 1,73 MPa (17,3 bars) e produzir frigorias. A temperatura da quarta corrente de recirculação resfriada 138 proveniente da turbina 132 é assim inferior a -30°C e notadamente sensivelmente igual a - 36,8°C.
[0096] A quarta corrente de recirculação resfriada 138 é depois re-introduzida na corrente de topo rica em metano 82 entre a saída do segundo trocador 24 e a entrada do primeiro trocador 16. Assim, as frigorias geradas pela expansão dinâmica na turbina 132 são transmitidas por troca térmica no primeiro trocador 16 à corrente de gás natural de carga 15. Esta expansão dinâmica permite recuperar 2293 kW de energia.
[0097] Além disso, uma fração de re-compressão 140 é removida na corrente de topo rica em metano aquecida 84 entre a saída do primeiro trocador 16 e a entrada do primeiro compressor 28. Esta fração de re-compressão 140 é introduzida no terceiro compressor 134 acoplado à segunda turbina 132 para ser comprimida até a uma pressão inferior a 3 MPa (30 bars) e notadamente igual a 2,45 MPa (24,5 bars) e uma temperatura de cerca de 65°C. A fração de re-compressão comprimida 142 é reintroduzida na corrente rica em metano resfriado entre a saída do primeiro compressor 28 e a entrada do primeiro refrigerador a ar 30.
[0098] A taxa de fluxo molar da fração re-compressão 140 é superior a 20% da taxa de fluxo molar da corrente de gás de carga 15.
[0099] A tabela 7 ilustra o efeito da presença da quarta corrente de recirculaçâo 136. Uma diminuição da potência consumida de 17,5% comparada com o estado da técnica é observada, e de 6,4% entre a quarta instalação 130 e a terceira instalação 120.
TABELA 7
Figure img0007
TABELA 8
Figure img0008
[0100] Em uma variante do quarto processo, a totalidade da primeira corrente de recirculação resfriada 90 proveniente do primeiro trocador 16 é introduzida no segundo trocador 24. A taxa de fluxo da segunda parte 96 desta corrente representada sobre a figura 4 é nula.
[0101] Nesta variante, a segunda corrente de recirculaçâo então é formada pela quarta corrente de recirculaçâo 136 que é conduzida até a turbina de expansão dinâmica 132 para produzir frigorias.
[0102] Além disso, a realização desta variante do processo de acordo com a invenção não necessita prever um conduto permitindo derivar uma parte da primeira corrente de recirculaçâo resfriada 90 para a primeira turbina 22, de modo que a instalação 130 possa ser desprovida.
[0103] Uma quinta instalação 150 de acordo com a invenção é representada na figura 5. Esta quinta instalação 150 é destinada à realização de um quinto processo de acordo com a invenção.
[0104] Esta instalação 150 é destinada à melhoria de uma unidade de produção existente do estado da técnica, como descrito, por exemplo, na patente US 6.578.379, conservando a potência consumida pelo segundo compressor 32 constante, notadamente quando o teor de hidrocarbonetos em C2+ no gás de carga 15 aumenta sensivelmente.
[0105] O gás natural de carga 15 é, neste exemplo e nos seguintes, um gás natural desidratado e descarbonatado composto principalmente de metano e hidrocarbonetos em C2+, compreendendo em moles 0,3499% de nitrogênio, 89,5642% de metano, 5,2579% de etano, 2,3790% de propano, 0,5398% de i-butano, 0,6597% de n-butano, 0,2399% de i-pentano, 0,1899% de n-pentano, 0,1899% n-hexano, 0,1000% de n- heptano, 0,0300% de n-octano, 0,4998% de CO2.
[0106] No exemplo apresentado o corte de hidrocarbonetos em C2+ possui sempre a mesma composição que é a indicada na tabela 9:
TABELA 9
Figure img0009
[0107] A quinta instalação 150 de acordo com a invenção difere da primeira instalação 10 em que ela compreende um terceiro trocador de calor 152, um quarto trocador de calor 154 e um terceiro compressor 134.
[0108] A instalação é, além disso, desprovida do refrigerador a ar na saída do primeiro compressor 28. O primeiro refrigerador a ar 30 está situado na saída do segundo compressor 32.
[0109] Ela compreende, contudo, um segundo refrigerador a ar 34 montado na saída do terceiro compressor 134.
[0110] O quinto processo de acordo com a invenção difere do primeiro processo de acordo com a invenção no que uma corrente de remoção 158 é removida na corrente de topo rica em metano 82 entre a saída da coluna de separação 26 e o segundo trocador de calor 24.
[0111] A taxa de fluxo de corrente de remoção 158 é inferior a 15% da taxa de fluxo da corrente de topo rica em metano 82 proveniente da coluna 26.
[0112] A corrente de remoção 158 então é introduzida sucessivamente no terceiro trocador de calor 152, para ser aquecida até a uma primeira temperatura inferior à temperatura ambiente, depois no quarto trocador de calor 154, para ser aquecida até sensivelmente a temperatura ambiente.
[0113] A primeira temperatura é, além disso, inferior à temperatura da corrente de gás natural de carga resfriada 40 alimentando o primeiro balão separador 18.
[0114] A corrente 158 assim resfriada é passada no terceiro compressor 134 e no refrigerador 34, para resfriar a mesma até temperatura a ambiente antes de ser introduzida no quarto trocador de calor 154 e formar uma corrente de remoção comprimida resfriada 160.
[0115] Esta corrente de remoção comprimida resfriada 160 apresenta uma pressão superior ou igual à da corrente de gás de carga 15. Esta pressão é inferior a 6,3 MPa (63 bars), e sensivelmente igual a 6,16 MPa (61,5 bars). A corrente 160 apresenta uma temperatura inferior a 40°C e sensivelmente igual a - 40°C. Esta temperatura é sensivelmente igual à temperatura da corrente de gás natural de carga resfriada 40 que alimenta o primeiro balão separador 18.
[0116] A corrente de remoção comprimida resfriada 160 é separada em uma primeira parte 162 que é sucessivamente passada no terceiro trocador de calor 152 para ser resfriada até sensivelmente a primeira temperatura, depois em uma válvula de controle de pressão 164 para formar uma primeira parte expandida resfriada 166.
[0117] A taxa de fluxo molar da primeira parte 162 representa pelo menos 4% da taxa de fluxo molar da corrente de gás natural de carga 15.
[0118] A pressão da primeira parte expandida resfriada 166 é inferior à pressão da coluna 26 e é notadamente igual a 2,075 MPa (20,75 bars).
[0119] A relação da taxa de fluxo molar da primeira parte 162 à taxa de fluxo molar da corrente de remoção comprimida resfriada 160 é superior a 0,25. A taxa de fluxo molar da primeira parte 162 é superior a 4% da taxa de fluxo molar da corrente de gás natural de carga 15.
[0120] Uma segunda parte 168 da corrente de remoção comprimida resfriada é introduzida, após passagem em uma válvula de expansão estática 170, em mistura com o fluxo de alimentação 46 da primeira turbina 22 para formar o fluxo de alimentação 100 desta turbina 22.
[0121] Assim, a segunda parte 168 constitui a segunda corrente de recirculação de acordo com a invenção que é introduzida na turbina 22 para produzir frigorias.
[0122] Em variante (não representada), a segunda parte 168 é introduzida na corrente de gás natural de carga resfriada 40 a montante do primeiro balão separador 18, como representado na figura 2.
[0123] A tabela 10 ilustra as potências consumidas pelo compressor 32 e o compressor 134 em função da taxa de fluxo do corte C2+ presente no gás natural de carga.
[0124] Esta tabela permite constatar que é possível conservar o segundo compressor 32, sem modificar seu tamanho, para uma instalação de produção recebendo um gás mais rico em hidrocarbonetos em C2+, sem degradar a recuperação de etano.
TABELA 10
Figure img0010
[0125] Exemplos de temperatura, pressão e taxa de fluxo mássica das diferentes correntes ilustradas no processo da figura 5 são resumidos na tabela 11 abaixo.
TABELA 11
Figure img0011
[0126] Uma sexta instalação de acordo com a invenção 180 é representada na figura 6. Esta sexta instalação 180 é destinada à realização de um sexto processo de acordo com a invenção.
[0127] Esta sexta instalação 180 difere da quinta instalação 150 em que ela compreende, além disso, um quarto compressor 182, uma segunda turbina de expansão 132 acoplada ao quarto compressor 182, e um terceiro refrigerador a ar 184.
[0128] Ao contrário do quinto processo, a corrente de remoção 158 é introduzida, após a sua passagem no quarto trocador 154, sucessivamente no quarto compressor 182, no terceiro refrigerador a ar 184 antes de ser introduzida no terceiro compressor 134.
[0129] Além disso, uma corrente de derivação secundária 186 é removida na primeira parte 162 da corrente de remoção comprimida resfriada 160 antes da sua passagem no terceiro trocador 152.
[0130] A corrente de derivação secundária 186 é em seguida enviada até a segunda turbina de expansão 132 para ser expandida até uma pressão inferior a 2,5 MPa (25 bars) e notadamente sensivelmente igual a 2,3 MPa (23 bars), o que abaixa sua temperatura a menos de - 90°C e notadamente a - 94,6°C.
[0131] A corrente de derivação secundária expandida 188 assim formada é introduzida em mistura na corrente de remoção 158 antes da sua passagem no terceiro trocador 152.
[0132] A taxa de fluxo da corrente de derivação secundária é inferior a 75% da taxa de fluxo da corrente 160 tomada à saída do quarto trocador 154.
[0133] Como mostra a tabela 12 abaixo, é assim possível aumentar o teor em C2+ na corrente de carga sem modificar a potência consumida pelo compressor 32, nem modificar a potência desenvolvida pela primeira turbina de expansão 22, minimizando ao mesmo tempo a potência consumida pelo compressor 134.
TABELA 12
Figure img0012
[0134] Exemplos de temperatura e de pressão e taxa de fluxo mássica das diferentes correntes ilustradas no processo da Figura 6 são dados na tabela 13 abaixo.
TABELA 13
Figure img0013
[0135] Uma sétima instalação 190 de acordo com a invenção é representada na figura 7. Esta sétima instalação é destinada à realização de um sétimo processo de acordo com a invenção.
[0136] A sétima instalação 190 difere da segunda instalação 110 pela presença de um terceiro trocador de calor 152, pela presença de um terceiro compressor 134 e de um segundo refrigerador a ar 34, e pela presença de um quarto compressor 182 acoplado a um terceiro refrigerador a ar 184. Além disso, o quarto compressor 182 é acoplado a uma segunda turbina de expansão 132.
[0137] O sétimo processo de acordo com a invenção difere do segundo processo de acordo com a invenção pelo fato de que a segunda corrente de recirculação é formada por uma fração de remoção 192 tomada na corrente de topo rica em metano comprimido 86, a jusante da remoção da primeira corrente de recirculação 88.
[0138] A fração de remoção 192 é depois transportada até o terceiro trocador de calor 152, após passagem em uma válvula 194 para formar uma fração de remoção resfriada expandida 196. Esta fração 196 apresenta uma pressão inferior a 6,3 MPa (63 bars) e notadamente igual a 6,15 MPa (61,5 bars) e uma temperatura inferior a 40°C e notadamente igual a -20,9°C.
[0139] A taxa de fluxo da fração de remoção 192 é inferior a 1 % da taxa de fluxo da corrente 82 tomada na saída da coluna 26.
[0140] A corrente de gás natural de carga 15 é separada em um primeiro fluxo de carga 191A transportada até o primeiro trocador de calor 16 e um segundo fluxo de carga 191 B transportado até o terceiro trocador de calor 152, por controle de taxa de fluxo pela válvula 191C. Os fluxos de carga 191 A, 191B, após seu resfriamento nos trocadores respectivos 16, 152, são misturados entre si na saída dos trocadores respectivos 16, e 152 para formar o fluxo de gás natural de carga resfriado 40 antes da sua introdução no primeiro balão separador 18.
[0141] A relação da taxa de fluxo do fluxo de carga 191A na taxa de fluxo do fluxo de carga 191 B está compreendida entre 0 e 0,5.
[0142] A fração removida 196 é introduzida no primeiro fluxo de carga 191 na saída do primeiro trocador 16 antes da sua mistura com o segundo fluxo de carga 191 B.
[0143] Uma corrente de resfriamento secundária 200 é removida na corrente de topo rica em metano comprimido 86, a jusante da remoção da fração de remoção 192.
[0144] Esta corrente de resfriamento secundária 200 é transferida até a turbina de expansão dinâmica 132 para ser expandida até a uma pressão inferior à pressão da coluna 26 e notadamente igual a 2,2 MPa (22 bars) e fornecer frigorias. A corrente de resfriamento secundária expandida 202 proveniente da turbina 132 é introduzida depois, a uma temperatura inferior a 40°C e notadamente igual a - 23,9°C no terceiro trocador 152 para se aquecer ai por troca térmica com os fluxos 191B e 192 até sensivelmente a temperatura ambiente.
[0145] Depois, a corrente de resfriamento secundária re-aquecida 204 é re- introduzida na corrente de topo rica em metano 82 na saída do primeiro trocador 16, antes de passagem no primeiro compressor 28.
[0146] Além disso, uma fração de re-compressão 206 é removida na corrente de topo rica em metano re-aquecida 84 a jusante da introdução da corrente de resfriamento secundária aquecida 204, depois é passada sucessivamente no quarto compressor 182, no terceiro refrigerador a ar 184, no terceiro compressor 134, depois no segundo refrigerador a ar 34. Esta fração 208 é reintroduzida depois na corrente de topo rica em metano comprimido 86 proveniente do segundo compressor 32, a montante da remoção da primeira corrente de recirculaçâo 88.
[0147] A corrente rica em metano comprimido 86 proveniente do refrigerador 30 e recebendo a fração 208 está vantajosamente em temperatura ambiente.
[0148] Como ilustra a tabela 14 abaixo, o sétimo processo de acordo com a invenção permite conservar o compressor 32 e a turbina 22 idênticos quando o teor de etano e o dos hidrocarbonetos em Cs+ no gás de carga aumentam, obtendo ao mesmo tempo uma recuperação de etano superior a 99%.
[0149] Além disso, o rendimento deste processo é melhorado em relação ao do sexto processo de acordo com a invenção, em teor de hidrocarbonetos em C2+ constante. Isto é ainda mais verdadeiro que o teor de hidrocarbonetos em C2+ no gás de carga é elevado.
TABELA 14
Figure img0014
[0150] Exemplos de temperatura, pressão e taxa de fluxo mássica das diferentes correntes ilustradas no processo da Figura 7 são dados na tabela 15 abaixo.
TABELA 15
Figure img0015

Claims (13)

  1. Processo de produção de uma corrente (12) rica em metano e de um corte (14) rico em hidrocarbonetos em C2+ a partir de uma corrente (15) de gás natural de carga desidratado, composta de hidrocarbonetos, nitrogênio e CO2, apresentando vantajosamente um teor molar de hidrocarbonetos em C2+ superior a 10%, o processo compreendendo as etapas seguintes:
    - resfriamento da corrente (15) de gás natural de carga, vantajosamente a uma pressão superior a 4 MPa (40 bars) em um primeiro trocador de calor (16), e introdução da corrente de gás natural de carga resfriada (40) em um primeiro balão separador (18);
    - separação da corrente de gás natural resfriada (40) no primeiro balão separador (18) e recuperação de uma fração leve (42) essencialmente gasosa e de uma fração pesada (44) essencialmente líquida;
    - divisão da fração leve (42) em um fluxo (46) de alimentação de turbina e em um fluxo secundário (48);
    - expansão dinâmica do fluxo de alimentação de turbina (46) em uma primeira turbina de expansão (22), e introdução do fluxo expandido (102) em uma parte intermediária de uma coluna de separação (26);
    - resfriamento do fluxo secundário (48) em um segundo trocador de calor (24) e introdução do fluxo secundário resfriado em uma parte de topo da coluna de separação (26);
    - expansão da fração pesada (44), vaporização no primeiro trocador de calor (16), e introdução em um segundo balão separador (20) para formar uma fração de topo (58) e uma fração de fundo (60);
    - introdução da fração de topo (58), após resfriamento no segundo trocador de calor (24), na parte de topo da coluna de separação (26);
    - introdução da fração de fundo (60) em uma parte intermediária da coluna de separação (26);
    - recuperação, no fundo da coluna de separação (26), de uma corrente de fundo (80) rica em hidrocarbonetos em C2+ destinado a formar o corte (14) rico em hidrocarbonetos em C2+;
    - remoção em topo da coluna de separação (26) de uma corrente de topo (82) rica em metano;
    - aquecimento da corrente de topo (82) rica em metano no segundo trocador de calor (24) e no primeiro trocador de calor (16) e compressão desta corrente em pelo menos um primeiro compressor (28) acoplado à primeira turbina de expansão (22) e um segundo compressor (32) para formar uma corrente (12) rica em metano a partir da corrente de topo (86) rica em metano comprimido;
    - remoção na corrente de topo rica em metano (82, 84, 86) de uma primeira corrente (88) de recirculaçâo;
    - passagem da primeira corrente de recirculaçâo (88) no primeiro trocador de calor (16) e no segundo trocador de calor (24) para resfriar a mesma, depois introdução de pelo menos uma primeira parte da primeira corrente de recirculaçâo resfriada (94) na parte de topo da coluna de separação (26);
    o processocaracterizado pelo fato de que compreende as etapas seguintes:
    - formação de pelo menos uma segunda corrente (96; 136; 168; 192) de recirculaçâo obtida a partir da corrente de topo rica em metano (82) a jusante da coluna de separação (26);
    - formação de uma corrente (100; 136) de expansão dinâmica a partir da segunda corrente de recirculaçâo (96; 136; 168; 192) e introdução da corrente de expansão dinâmica (100; 136) em uma turbina de expansão (22; 132) para produzir frigorias, e em que a segunda corrente de recirculaçâo (96) é introduzida em uma corrente (40; 46) situada a jusante do primeiro trocador de calor (16) e a montante da primeira turbina de expansão (22) para formar a corrente de expansão dinâmica (100).
  2. Processo de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que a segunda corrente de recirculaçâo (96; 168) é misturada ao fluxo de alimentação de turbina (46) proveniente do primeiro balão separador (18) para formar a corrente de expansão dinâmica (100), a turbina de expansão dinâmica recebendo a corrente de expansão dinâmica (100) sendo formada pela primeira turbina de expansão (22).
  3. Processo de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que a segunda corrente de recirculação (96; 192) é misturada à corrente de gás natural resfriada (40), antes da sua introdução no primeiro balão separador (18), a corrente de expansão dinâmica (100) sendo formada pelo fluxo de alimentação de turbina (46) proveniente do primeiro balão separador (18).
  4. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3,caracterizado pelo fato de que a segunda corrente de recirculação (96) é removida na primeira corrente de recirculação (88).
  5. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3,caracterizado pelo fato de compreender as etapas seguintes:
    - remoção de uma corrente de remoção (158) na corrente de topo rica em metano (82), antes da sua passagem no primeiro compressor (28) e no segundo compressor (32);
    - compressão da corrente de remoção (158) em um terceiro compressor (134),
    - formação da segunda corrente de recirculação (168) a partir da corrente de remoção comprimida proveniente do terceiro compressor (134), após resfriamento.
  6. Processo de acordo com a reivindicação 5,caracterizado pelo fato de compreender a passagem da corrente de remoção (158) em um terceiro trocador de calor (152) e em um quarto trocador de calor (154) antes da sua introdução no terceiro compressor (134), depois a passagem da corrente de remoção comprimida no quarto trocador de calor (154), depois no terceiro trocador de calor (152) para alimentar o topo da coluna de separação (26), a segunda corrente de recirculação (168) sendo removida na corrente de remoção comprimida resfriada (160), entre o quarto trocador de calor (154) e o terceiro trocador de calor (152).
  7. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 5 ou 6,caracterizado pelo fato de que a corrente de remoção (158) é introduzida em um quarto compressor (182), o processo compreendendo as etapas seguintes:
    - remoção de uma corrente (186) de derivação secundária na corrente de remoção comprimida resfriada (160) proveniente do terceiro compressor (134) e do quarto compressor (182);
    - expansão dinâmica da corrente de derivação secundária (186) em uma segunda turbina de expansão (132) acoplada ao quarto compressor (182);
    - introdução da corrente (188) de derivação secundária expandida na corrente de remoção (158) antes da sua passagem no terceiro compressor (134) e no quarto compressor (182).
  8. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3,caracterizado pelo fato de que a segunda corrente de recirculação (192) é removida na corrente de topo rica em metano comprimido (86), o processo compreendendo as etapas seguintes:
    - introdução da segunda corrente de recirculação (192) em um terceiro trocador de calor (152);
    - separação da corrente de gás natural de carga (15) em um primeiro fluxo de carga (191 A) e em um segundo fluxo de carga (191B);
    - colocação em relação de troca térmica do segundo fluxo de carga (191B) com a segunda corrente de recirculação (192) no terceiro trocador de calor (152);
    - mistura do segundo fluxo de carga (191B) após resfriamento no terceiro trocador de calor (152) com o primeiro fluxo de carga (191 A), a jusante do primeiro trocador (16) e a montante do primeiro balão separador (18).
  9. Processo de acordo com a reivindicação 8,caracterizado pelo fato de compreender as etapas seguintes:
    - remoção de uma corrente de resfriamento secundária (200) na corrente de topo rica em metano comprimido (86), a jusante do primeiro compressor (28) e a jusante do segundo compressor (32);
    - expansão dinâmica da corrente de resfriamento secundária (200) em uma segunda turbina de expansão (132) e passagem da corrente de resfriamento secundária expandida (202) no terceiro trocador de calor (152) para colocar o mesmo em relação de troca térmica com o segundo fluxo de carga (191B) e com a segunda corrente de recirculaçâo (192);
    - reintrodução da corrente de resfriamento secundária expandida (202) na corrente rica em metano (82), antes da sua passagem no primeiro compressor (28) e no segundo compressor (32);
    - remoção de uma fração de recompressão (206) na corrente rica em metano resfriada (84), a jusante da introdução da corrente de resfriamento secundária expandida (204) e a montante do primeiro compressor (28) e do segundo compressor (32);
    - compressão da fração de recompressão (206) em pelo menos um compressor (182) acoplado à segunda turbina de expansão (132) e reintrodução da fração de recompressão comprimida na corrente rica em metano comprimido (86) proveniente do primeiro compressor (28) e do segundo compressor (32).
  10. Processo de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que uma quarta corrente de recirculaçâo (136) é derivada a partir da primeira corrente de recirculaçâo (88), para formar a corrente de expansão dinâmica, a corrente de expansão dinâmica sendo introduzida em uma segunda turbina de expansão (132) distinta da primeira turbina de expansão (22), a corrente de expansão dinâmica (138) proveniente da segunda turbina de expansão (132) sendo reintroduzida na corrente rica em metano (82) antes da sua passagem no primeiro trocador de calor (16).
  11. Processo de acordo com a reivindicação 10,caracterizado pelo fato de compreender as etapas seguintes:
    - remoção de uma fração de recompressão (140) na corrente de topo rica em metano aquecida (84) proveniente do primeiro trocador de calor (16) e do segundo trocador de calor (24);
    - compressão da fração de recompressão (140) em um terceiro compressor (134) acoplado à segunda turbina de expansão (132);
    - introdução da fração de recompressão comprimida (142) na corrente rica em metano comprimido proveniente do primeiro compressor (28).
  12. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11,caracterizado pelo fato de compreender a derivação de uma terceira corrente de recirculação (126), vantajosamente à temperatura ambiente, a partir da corrente rica em metano (82) pelo menos parcialmente comprimido, vantajosamente entre dois estágios (122A, 122B) do segundo compressor (32), a terceira corrente de recirculação (126) sendo resfriada sucessivamente no primeiro trocador de calor (16) e no segundo trocador de calor (24) antes de ser misturada à primeira corrente de recirculação para ser introduzida na coluna de separação (26).
  13. Instalação (10; 110; 120; 130; 150; 180; 190) de produção de uma corrente (12) rica em metano e de um corte (14) rico em hidrocarbonetos em C2+ a partir de uma corrente (15) de gás natural de carga desidratado, composta de hidrocarbonetos, nitrogênio e CO2, e apresentando vantajosamente um teor molar de hidrocarbonetos em C2+ superiora 10%, a instalação compreendendo:
    - um primeiro trocador de calor (16) para resfriar a corrente de gás natural de carga (15) circulando vantajosamente a uma pressão superior a 4 MPa (40 bars), - um primeiro balão separador (18),
    - meios de introdução da corrente de gás natural de carga resfriada (40) no primeiro balão separador (18), a corrente de gás natural resfriada sendo separada no primeiro balão separador para recuperar uma fração leve (42) essencialmente gasosa e uma fração pesada (44) essencialmente líquida;
    - meios de divisão da fração leve em um fluxo (46) de alimentação de turbina e em um fluxo secundário (48);
    - uma primeira turbina (22) de expansão dinâmica do fluxo de alimentação de turbina (46);
    - uma coluna de separação (26);
    - meios de introdução do fluxo (102) expandido na primeira turbina de expansão dinâmica (22) em uma parte intermediária da coluna de separação (26);
    - um segundo trocador de calor (24) para o resfriamento do fluxo secundário (48) e meios de introdução do fluxo secundário resfriado (52) em uma parte de topo da coluna de separação (26);
    - meios de expansão da fração pesada (44) e meios de passagem da fração pesada (44) no primeiro trocador de calor (16);
    - um segundo balão separador (20);
    - meios de introdução da fração pesada (44) proveniente do primeiro trocador de calor (16) no segundo balão separador (20) para formar uma fração de topo (58) e uma fração de fundo (60);
    - meios de introdução da fração de topo (58), após passagem no segundo trocador (24) para resfriar a mesma, na parte de topo da coluna de separação (26);
    - meios de introdução da fração de fundo (60) em uma parte intermediária da coluna de separação (26);
    - meios de recuperação, no fundo da coluna de separação (26), de uma corrente de fundo (80) rica em hidrocarboneto em C2+ destinada a formar o corte (14) rico em hidrocarboneto em C2+;
    - meios de remoção em topo da coluna de separação (26) de uma corrente de topo (82) rica em metano;
    - meios de introdução da corrente de topo rica em metano (82) no segundo trocador de calor (24) e no primeiro trocador de calor (16) para aquecer a mesma;
    - meios de compressão da corrente de topo rica em metano compreendendo pelo menos um primeiro compressor (28) acoplado à primeira turbina (22) e um segundo compressor (32) para formar a corrente rica em metano (12) a partir da corrente de topo rica em metano comprimido (86);
    - meios de remoção na corrente de topo rica em metano (82, 84, 86) de uma primeira corrente de recirculação (88);
    - meios de passagem da primeira corrente de recirculação (88) no primeiro trocador de calor (16) depois no segundo trocador de calor (24) para resfriar a mesma;
    - meios de introdução de pelo menos uma parte da primeira corrente de recirculação resfriada (94) na parte de topo da coluna de separação (26);
    a instalaçãocaracterizada pelo fato de que compreende:
    - meios de formação de pelo menos uma segunda corrente de recirculaçâo (96; 136; 168; 192) obtida a partir da corrente de topo rica em metano (82) a jusante da coluna de separação (26);
    - meios de formação de uma corrente de expansão dinâmica (100; 136) a partir da segunda corrente de recirculaçâo (96; 136; 168; 192);
    - meios de introdução da corrente de expansão dinâmica (100; 136) em uma turbina de expansão (22; 132) para produzir frigorias, e em que os meios de formação de uma corrente de expansão dinâmica (100) a partir da segunda corrente de recirculaçâo (96; 168; 192) compreendem meios de introdução da segunda corrente de recirculaçâo (96; 168; 192) em uma corrente (40; 46) circulando a jusante do primeiro trocador de calor (16) e a montante da primeira turbina de expansão (22) para formar a corrente de expansão dinâmica (100).
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