ES2331161T3 - Metodo y aparato para producir productos a partir de gas natural. - Google Patents

Metodo y aparato para producir productos a partir de gas natural. Download PDF

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Air Products and Chemicals Inc
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Abstract

Un procedimiento para producir unos productos a partir de gas natural, que comprende: enfriar una alimentación de gas natural presurizado que comprende helio, en una cantidad menor que 0,5% en volumen, y metano, para producir a partir de al menos una parte del gas natural un primer fluido licuado que comprende helio y metano; reducir la presión de al menos una parte del primer fluido para producir un primer fluido de presión reducida, y separar el primer fluido de presión reducida para proporcionar un primer vapor que comprende helio y metano, y un primer líquido que comprende metano, con una relación molar del primer vapor al primer líquido de 0,0001 a 0,04; obtener al menos una parte de un helio crudo a partir de al menos una parte del primer vapor; reducir la presión de al menos una parte del primer líquido para producir un fluido de presión reducida, y separar dicho fluido de presión reducida para proporcionar un vapor que contiene metano y un líquido que contiene metano; hacer reaccionar al menos una parte del metano del vapor que contiene metano para producir al menos una parte de un gas de síntesis; y obtener al menos una parte de un producto de gas natural licuado a partir de al menos una parte del líquido que contiene metano.

Description

Método y aparato para producir productos a partir de gas natural.
La invención se refiere a un procedimiento para producir de manera rentable unos productos comerciales a partir de gas natural. Más particularmente, esta invención se refiere a un procedimiento combinado para producir un producto de gas natural licuado (GNL), un helio crudo y un gas de síntesis.
Generalmente, gas natural se refiere a hidrocarburos enrarecidos o gaseosos que se encuentran en la tierra. Los gases naturales no combustibles que se producen en la tierra, tales como el dióxido de carbono, el helio y el nitrógeno, generalmente se refieren mediante sus propios nombres químicos. Sin embargo, a menudo los gases no combustibles se encuentran en combinación con gases combustibles, y generalmente la mezcla se refiere como "gas natural" sin ninguna pretensión de distinguir entre gases combustibles y no combustibles.
A menudo, el gas natural es abundante en regiones donde no es económico desarrollar esas reservas debido a la falta de un mercado local para el gas o al alto coste del tratamiento y del transporte del gas a mercados distantes.
Es una práctica común licuar criogénicamente el gas natural a fin de producir gas natural licuado (GNL) para almacenamiento y transporte. Una razón fundamental para la licuación del gas natural es que la licuación da lugar a una reducción del volumen de aproximadamente 1/600, haciendo posible de ese modo almacenar y transportar el gas licuado en recipientes a baja presión o incluso a presión atmosférica. La licuación del gas natural es aún de mayor importancia cuando se trata de posibilitar el transporte del gas desde una fuente de suministro a un mercado determinado, cuando la fuente y el mercado están separados por grandes distancias y la red de transporte por tubería no es práctica ni económicamente viable.
Con el fin de almacenar y transportar el gas natural en estado líquido, el gas natural se enfría preferiblemente de -151ºC (-240ºF) a -162ºC (-260ºF), temperaturas en las que el gas natural puede existir como líquido a una presión de vapor próxima a la presión atmosférica. En la técnica anterior existen varios sistemas para licuar el gas natural, o similar, en los que el gas se licua haciendo pasar el gas a una presión elevada secuencialmente a través de una pluralidad de etapas de enfriamiento, enfriando el gas a temperaturas sucesivamente más bajas hasta que se consigue la licuación. Generalmente, el enfriamiento se realiza mediante intercambio de calor con uno o más refrigerantes, tales como el propano, propileno, etano, etileno, nitrógeno y metano, o sus mezclas. Normalmente, los refrigerantes se disponen a manera de cascada con el fin de disminuir el punto de ebullición del refrigerante.
Adicionalmente, el gas natural presurizado y frío se puede expandir hasta la presión atmosférica haciendo pasar el gas natural a través de una o más etapas de expansión. Durante el curso de esta expansión hasta la presión atmosférica, el gas se enfría más, hasta una temperatura adecuada para el almacenamiento o el transporte, mediante vaporización súbita de al menos una parte del gas natural ya licuado. Generalmente, los vapores generados por vaporización súbita en las etapas de expansión se recogen y reciclan para licuación o se queman para generar energía para la instalación de fabricación de GNL.
Los proyectos de GNL no siempre han sido económicos ya que los sistemas de refrigeración criogénica consumen mucha energía y requieren una sustancial inversión de capital. Además, la participación en el negocio del GNL requiere aún más inversiones en recipientes de transporte marítimo sofisticados y costosos, y en sistemas de regasificación para que el consumidor de GNL pueda tratar el producto.
Una alternativa a la licuación criogénica del gas natural a GNL es la conversión química del gas natural en productos, por ejemplo en productos Gas a Líquidos (GAL), por medio de la producción de gas de síntesis ("syngas"). El gas de síntesis se define aquí como un gas que comprende hidrógeno y dióxido de carbono. Un generador de gas de síntesis se define aquí como cualquier dispositivo que produce gas de síntesis como producto intermedio o final.
Los tradicionales productos GAL incluyen, pero no se limitan a ellos, el metanol, el ácido acético, las olefinas, el dimetil-éter, el dimetoximetano, el polidimetoximetano, la urea, el amoniaco, los fertilizantes, los productos de la reacción Fischer Tropsch, y el hidrógeno. Los productos de la reacción Fischer Tropsch producen principalmente productos parafínicos con una cadena de átomos de carbono de longitud variable, útiles para producir alcanos de bajo punto de ebullición, nafta, destilados útiles como combustibles de aviación a reacción y diesel y aceite pesado para hornos, y aceites lubricantes y materiales de base para ceras.
Los métodos comerciales más comunes para producir gas de síntesis son el reformado con vapor de agua de metano, el reformado autotérmico, el reformado con gas caliente, la oxidación parcial, y sus combinaciones. Las tecnologías emergentes incluyen los procedimientos de oxidación parcial catalítica y de transporte iónico en membranas (MTI).
Generalmente, en el reformado con vapor de agua de metano se hacen reaccionar el vapor de agua y el gas natural, a temperaturas altas y presiones moderadas, sobre un catalizador que contiene níquel reducido para producir un gas de síntesis.
Generalmente, en el reformado autotérmico se tratan vapor de agua, gas natural y oxígeno por medio de un quemador especial en donde sólo se quema una parte del metano del gas natural. La combustión parcial del gas natural proporciona el calor necesario para realizar las reacciones de reformado que tienen lugar sobre un lecho catalítico situado en la proximidad del quemador.
El reformado con gas caliente consiste en dos reactores o zonas de reacción, un reactor/zona del reformador con gas caliente y un reactor/zona del reformador autotérmico. En una configuración, el vapor de agua y el gas natural se alimentan al reformador con gas caliente, donde una parte del gas natural reacciona sobre el catalizador para formar un gas de síntesis. Luego, esta mezcla de gas natural que no ha reaccionado y gas de síntesis se alimenta a un reformador autotérmico, junto con oxígeno, donde el gas natural restante se convierte en gas de síntesis. Luego, la corriente de gas de síntesis caliente que sale del reformador autotérmico se reenvía al reformador de gas para proporcionar el calor de reacción necesario para el reformador con gas caliente.
Generalmente, en el reformado por oxidación parcial se tratan gas natural, oxígeno, y opcionalmente vapor de agua, por medio de un quemador especial donde se quema a altas temperaturas una parte sustancial del metano para producir un gas de síntesis. A diferencia del reformado autotérmico, en el reactor de oxidación parcial no está presente un catalizador.
La tecnología actual para fabricar gas de síntesis requiere un capital sumamente elevado. Generalmente, los métodos autotérmicos y de oxidación parcial para preparar gas de síntesis requieren una costosa planta de separación de aire para producir oxígeno. El reformado con vapor de agua, que no requiere la fabricación de oxigeno, produce un gas de síntesis que tiene una relación más alta de hidrógeno a monóxido de carbono, que es menor que la óptima estequiométrica para fabricar productos Fischer Tropsch. Adicionalmente, el mercado de los productos GAL, tales como el dimetil-éter y los productos Fischer Tropsch, ha sido errático o, en algunos casos, insuficientemente consolidado para superar el riesgo sustancial de la inversión de capital inherente a la construcción de tales plantas.
Los propietarios de reservas de gas natural han encontrado que se puede mejorar la economía de construcción de las plantas aumentando sustancialmente la capacidad de las plantas de GNL o GAL. Muchos de los costes inherentes a la construcción de tales plantas son fijos o, al menos, no aumentan linealmente con la capacidad. Sin embargo, se ha encontrado que cuanto más se produce de un producto único en una región geográfica definida, y a menudo aislada, más se reduce el margen del precio del producto sobre el coste.
Está aumentado la demanda de helio para varias aplicaciones, por ejemplo como gas para atmósferas inertes durante la soldadura y en la industria química, como fluido refrigerante para imanes MRI, como gas de enfriamiento rápido en el tratamiento de metales, como gas inerte en la tecnología espacial, como gas para la respiración durante el buceo, como gas vehículo en cromatografía, para la detección de fugas, como gas para el llenado de globos y también para otros propósitos. Para estos propósitos, se puede requerir helio de alta pureza. Con el fin de conseguir helio de alta pureza a partir de mezclas de gases que sólo contienen unos bajos niveles de helio, se pueden requerir varias etapas de tratamiento. Se puede tratar la mezcla de gases para formar una mezcla de helio crudo gaseoso, que posteriormente se purifica para formar una corriente de helio de alta pureza a partir de esta mezcla de helio crudo gaseoso.
Principalmente, el helio se enriquece y se recupera a partir de gases naturales que contienen helio. Los principales componentes de estos gases naturales son el nitrógeno y el metano, así como hasta 10% en volumen de helio, además de proporciones menores de diversos hidrocarburos de elevado peso molecular y dióxido de carbono.
Típicamente, el helio aparece en algunos campos de gas natural en muy bajas concentraciones. Las corrientes de gas natural a partir de las que el helio se puede recuperar económicamente, típicamente, contienen al menos 0,1 a 0,5% en volumen de helio. Este helio se puede mejorar para producir un helio crudo que típicamente contiene al menos 20% en volumen de helio. El helio crudo se define aquí como un fluido que contiene más de 20% en volumen de helio.
Se conocen métodos para el enriquecimiento del helio.
El gas natural que contiene helio se enfría hasta aproximadamente -150ºC en una planta criogénica, en la que se retiran principalmente los hidrocarburos mediante condensación. La mezcla de gases así producida, excepto para bajas proporciones de otros gases, puede contener más de 50% en volumen de helio y nitrógeno. Tal helio crudo se puede tratar in situ para proporcionar un helio de una pureza muy alta, sometiéndolo por ejemplo a alguna combinación de procedimientos que comprendan una planta de adsorción por oscilación de presión y una segunda unidad de criogenización.
Otra alternativa es vender el helio crudo como producto intermedio a tratar por un tercero.
La patente US-A-4758258 describe un procedimiento para recuperar helio a partir de una corriente de gas natural, condensando parcialmente la corriente y separándola para proporcionar un primer vapor y un primer líquido. El vapor contiene helio con un 25 a 99% en volumen del contenido de metano del gas natural, y un 1 a 60% en volumen del etano y el contenido de hidrocarburos superiores del gas natural. El primer líquido se expande, se enfría y se separa para proporcionar un vapor que contiene metano y un líquido que contiene metano. El vapor que contiene metano proporciona una carga de intercambio de calor para enfriar la alimentación de gas natural. El vapor de la primera separación se separa aún más para proporcionar un vapor y un líquido, y dicho vapor se separa aún más para proporcionar una corriente de helio producto que contiene al menos 50% en volumen de helio, siendo el resto sustancialmente nitrógeno, y una corriente de líquido que opcionalmente se separa aún más.
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La patente US-A-2003/136146/US-B-6743821 describe un procedimiento integrado de GNL y GAL en el que la alimentación de gas natural se somete, al menos, a dos ciclos de expansión y separación en los que se separa la fase líquida de un ciclo precedente; el GNL producto es la fase líquida de la etapa de separación final; y al menos una de las fases vapor separadas se convierte en un GNL líquido. Se hace referencia al pretratamiento de la alimentación de gas natural para retirar el helio, entre otros.
La presente invención es útil para recuperar el helio de las reservas de gas natural. Es deseable combinar eficazmente la producción de helio crudo, GNL y gas de síntesis. Es deseable recuperar el helio de las reservas de gas natural cuando la concentración de helio es menor que 0,1% en volumen. Hasta el momento, se consideró no viable la recuperación de helio de las reservas de gas natural con una baja concentración de helio.
La actual invención satisface la necesidad creciente de helio para procesos Industriales y la necesidad creciente de energía de combustibles fósiles, especialmente de combustibles de quemado limpio.
La presente invención se refiere a un procedimiento y un aparato para producir unos productos a partir de gas natural que incluyen el helio, el gas natural licuado y el gas de síntesis.
Según el procedimiento de la invención, se enfría un gas natural presurizado que comprende helio, en una cantidad menor que 0,5% en volumen, y metano, para producir un gas natural licuado frío. Se reduce la presión de al menos una parte del helio y el metano del gas natural frío, y se separa en un vapor que comprende helio, a partir del que se obtiene helio crudo, y un líquido que comprende metano con una relación molar del vapor al líquido de 0,0001 a 0,04. Al menos una parte del metano de este líquido se separa en un vapor que comprende metano, a partir del que se proporciona metano para la reacción de producción de gas de síntesis, y un líquido, a partir del que se obtiene gas natural licuado. Se pueden incluir etapas adicionales de intercambio de calor y de separación.
El aparato de la invención incluye un primer intercambiador de calor para licuar, al menos parcialmente, el gas natural presurizado. El intercambiador de calor tiene una salida conectada fluidamente con una entrada de un primer reductor de presión, que tiene una salida a la que se conecta fluidamente un primer dispositivo de separación. El primer dispositivo de separación tiene una salida de líquido conectada fluidamente con una entrada de un segundo reductor de presión, que tiene una salida a la que se conecta fluidamente un segundo dispositivo de separación. El primer dispositivo de separación también tiene una salida de vapor conectada fluidamente con una entrada de un segundo intercambiador de calor, para formar un primer fluido multifase. El segundo dispositivo de separación tiene una salida de líquido conectada fluidamente con una entrada de un recipiente de almacenamiento de gas natural licuado, y una salida de vapor. El segundo intercambiador de calor tiene una salida conectada fluidamente con una entrada de un tercer dispositivo de separación. El tercer dispositivo de separación tiene una salida de vapor para descargar el helio crudo y una salida de líquido. Al menos una, de la salida de líquido del tercer dispositivo de separación y la salida de vapor del segundo dispositivo de separación, se conecta fluidamente con un generador de gas de síntesis. Opcionalmente, la salida de vapor para descargar helio crudo se conecta a una entrada de un dispositivo de purificación de helio.
En los dibujos:
La Figura 1 es un diagrama esquemático de una realización de la presente invención para producir unos productos a partir de gas natural;
La Figura 2 es un diagrama esquemático de otra realización de la presente invención para producir unos productos a partir de gas natural;
La Figura 3 es un diagrama esquemático de otra realización de la presente invención para producir unos productos a partir de gas natural;
La Figura 4 es un diagrama esquemático de otra realización de la presente invención para producir unos productos a partir de gas natural;
La Figura 5 es un diagrama esquemático de otra realización de la presente invención para producir unos productos a partir de gas natural; y
La Figura 6 es un diagrama esquemático de un procedimiento y un aparato para producir unos productos a partir de gas natural;
En un primer aspecto, la presente invención proporciona un procedimiento para producir unos productos a partir de gas natural, que comprende:
enfriar una alimentación de gas natural presurizado que comprende helio, en una cantidad menor que 0,5% en volumen, y metano, para producir un primer fluido licuado que comprende helio y metano a partir de al menos una parte del gas natural;
reducir la presión de al menos una parte del primer fluido para producir un primer fluido de presión reducida, y separar el primer fluido de presión reducida para proporcionar un primer vapor que comprende helio y metano, y un primer líquido que comprende metano, con una relación molar del primer vapor al primer líquido de 0,0001 a 0,04;
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obtener al menos una parte de un helio crudo a partir de al menos una parte del primer vapor;
reducir la presión de al menos una parte del primer líquido para producir un fluido de presión reducida, y separar dicho fluido de presión reducida para proporcionar un vapor que contiene metano y un líquido que contiene metano;
hacer reaccionar al menos una parte del metano del vapor que contiene metano para producir al menos una parte de un gas de síntesis; y
obtener al menos una parte de un producto de gas natural licuado a partir de al menos una parte del líquido que contiene metano.
En una primera realización del procedimiento de la invención, el procedimiento comprende:
enfriar un gas natural presurizado que comprende helio, en una cantidad menor que 0,5% en volumen, y metano, para producir el primer fluido;
reducir la presión de al menos una parte del primer fluido para producir un primer fluido de presión reducida, y separar el primer fluido de presión reducida en el primer vapor que comprende helio y metano, y el primer líquido que comprende metano, con una relación molar del primer vapor al primer líquido de 0,0001 a 0,04;
obtener al menos una parte del helio crudo a partir de al menos una parte del primer vapor;
reducir la presión de al menos una parte del primer líquido para producir un fluido de presión reducida, y separar dicho fluido de presión reducida en un segundo vapor que comprende metano y un segundo líquido que comprende metano;
hacer reaccionar al menos una parte del metano del segundo vapor para producir al menos una parte del gas de síntesis; y
obtener al menos una parte del producto de gas natural licuado a partir de al menos una parte del segundo líquido.
Convenientemente, la presión del segundo líquido es menor que 0,15 MPa (22 psia).
Convenientemente, la primera realización comprende además:
reducir la presión de al menos una parte del segundo líquido para proporcionar un segundo fluido de presión reducida, y separar el segundo fluido de presión reducida en un tercer vapor que comprende metano y un tercer líquido que comprende metano; y
obtener al menos una parte del producto de gas natural licuado a partir de al menos una parte del tercer líquido.
En una segunda realización de la invención, el procedimiento comprende:
enfriar una alimentación de gas natural presurizado que comprende helio, en una cantidad menor que 0,5% en volumen, y metano, para producir a partir de al menos una parte del gas natural el primer fluido licuado que comprende helio y metano;
reducir la presión de al menos una parte del helio y el metano del primer fluido para producir un primer fluido de presión reducida, y separar el primer fluido de presión reducida en el primer vapor que comprende helio y metano, y el primer líquido que comprende metano, con una relación molar del primer vapor al primer líquido de 0,0001 a 0,04;
obtener al menos una parte del helio crudo a partir de al menos una parte del primer vapor;
reducir la presión de al menos una parte del metano del primer líquido para producir un fluido de presión reducida, y separar dicho fluido de presión reducida en un segundo vapor que comprende metano y un segundo líquido que comprende metano;
reducir la presión de al menos una parte del metano del segundo líquido para producir un fluido de presión reducida, y separar dicho fluido de presión reducida en un tercer vapor que comprende metano y un tercer líquido que comprende metano;
obtener al menos una parte de un producto de gas natural licuado a partir de al menos una parte del tercer líquido; y
hacer reaccionar al menos una parte del metano de al menos uno del segundo vapor y el tercer vapor, para producir un gas de síntesis.
Convenientemente, la presión del tercer líquido es menor que 0,15 MPa (22 psia).
Se puede hacer reaccionar al menos una parte del metano del tercer vapor para producir al menos una parte del gas de síntesis.
Se puede obtener gas combustible a partir de al menos una parte de al menos uno del segundo vapor y, si está presente, el tercer vapor.
Se puede condensar al menos una parte del primer vapor, formando de ese modo un primer fluido multifase que comprende helio y metano;
separar al menos una parte del primer fluido multifase en un cuarto vapor que comprende al menos 40% en volumen de helio y un cuarto líquido que comprende metano; y
obtener al menos una parte del helio crudo a partir de una parte del cuarto vapor.
Se puede hacer reaccionar al menos una parte del metano del cuarto líquido para producir al menos una parte del gas de síntesis, y/o la etapa de condensación puede comprender hacer pasar al menos una parte del cuarto vapor en comunicación para intercambio de calor con al menos una parte del primer vapor. Se puede expandir al menos una parte del cuarto líquido, formando de ese modo un fluido de presión más baja, y la etapa de condensación comprende hacer pasar al menos una parte del fluido de presión más baja en comunicación para intercambio de calor con al menos una parte del primer vapor.
Convenientemente, la relación molar del primer vapor al primer líquido es 0,001 a 0,03, la temperatura del primer fluido es mayor que -140ºC y/o la temperatura del primer fluido es mayor que -135ºC.
En un segundo aspecto, la invención comprende un aparato para producir unos productos a partir de gas natural mediante un procedimiento de la invención, que comprende:
un primer intercambiador de calor para licuar al menos parcialmente un gas natural presurizado que comprende helio, en una cantidad menor que 0,5% en volumen, y metano, teniendo dicho primer intercambiador de calor una entrada y una salida;
un primer reductor de presión que tiene una entrada en comunicación fluida con la salida del primer intercambiador de calor, y una salida;
un primer dispositivo de separación que tiene una entrada en comunicación fluida con la salida del primer reductor de presión, una salida de vapor para descargar un primer vapor que comprende helio y una salida de líquido para descargar un primer líquido que comprende metano;
un segundo reductor de presión que tiene una entrada en comunicación fluida con la salida de líquido del primer dispositivo de separación, y una salida;
un segundo dispositivo de separación que tiene una entrada en comunicación fluida con la salida de líquido del segundo reductor de presión, una salida de vapor para descargar un segundo vapor que comprende metano, y una salida de líquido para descargar un segundo líquido que comprende metano;
un recipiente de almacenamiento de gas natural licuado que tiene una primera entrada en comunicación fluida con la salida de líquido del segundo dispositivo de separación;
un segundo intercambiador de calor para formar un primer fluido multifase que tiene una entrada en comunicación fluida con la salida de vapor del primer dispositivo de separación, y una salida;
un tercer dispositivo de separación que tiene una entrada en comunicación fluida con la salida del segundo intercambiador de calor, una salida de vapor para descargar un vapor de helio crudo, y una salida de líquido para descargar un tercer líquido; y
un generador de gas de síntesis que tiene una entrada en comunicación fluida con el metano de al menos la salida de vapor del segundo dispositivo.
Convenientemente, el aparato comprende además:
un tercer reductor de presión que tiene una entrada en comunicación fluida con la salida de líquido del segundo dispositivo de separación, y una salida; y
un cuarto dispositivo de separación que tiene una entrada en comunicación fluida con la salida del tercer reductor de presión, una salida de vapor para descargar un tercer vapor, y una salida de líquido para descargar un cuarto líquido, estando dicha salida de líquido para descargar el cuarto líquido en comunicación fluida con la primera entrada o con una segunda entrada de dicho recipiente de almacenamiento de gas natural licuado.
Convenientemente, dicha salida de vapor para descargar el tercer vapor está en comunicación fluida con la entrada de dicho generador de gas de síntesis.
Convenientemente, el aparato de la invención comprende además un dispositivo de purificación de helio que tiene una entrada en comunicación fluida con la salida de vapor para descargar el vapor de helio crudo.
La presente invención se dirige a un procedimiento y un aparato para producir a partir de gas natural un producto de gas natural licuado, helio crudo y gas de síntesis. El gas natural aquí contemplado comprende helio y al menos 50 por ciento en moles de metano, y para los mejores resultados puede comprender al menos 75 por ciento en moles de metano, o puede comprender al menos 90 por ciento en moles de metano. La concentración de helio es menor que 0,5% en volumen, o puede ser menor que 0,1%, o puede ser menor que 0,05%. El resto del gas natural puede comprender otros hidrocarburos combustibles, tales como, pero sin limitarse a ellos, el etano, propano, butano, pentano e hidrocarburos más pesados, y componentes no combustibles, tales como el dióxido de carbono, el sulfuro de hidrógeno, el agua y el nitrógeno.
El gas natural se puede pretratar en una planta de gas natural para la retirada del agua, el dióxido de carbono, el mercurio y/o el sulfuro de hidrógeno. Los gases naturales líquidos (NGL) también se pueden separar y retirar como productos separados. Generalmente, los NGL incluyen los alcanos presentes en el gas natural que tienen dos o más átomos de carbono.
La presente invención puede proporcionar una reducción sustancial del consumo de energía específica para la producción de gas natural licuado. Después de la licuación a alta presión, el gas natural licuado se enfría aún más y, eventualmente, la presión se reduce hasta la presión atmosférica vaporizando súbitamente una parte del gas natural licuado. La temperatura del gas natural licuado antes de la vaporización súbita afecta a la cantidad de vapor generado. Una temperatura más baja da lugar a menos vapor. Generalmente, cuando solamente se necesita un producto de gas natural licuado, se desea que la cantidad de vapor producido por vaporización súbita satisfaga las necesidades de energía para la instalación de fabricación de gas natural licuado. Un exceso del vapor generado por vaporización súbita da lugar a una reducción de la eficacia del procedimiento. Para la invención, que incluye la producción de gas natural licuado, helio crudo y gas de síntesis, se puede requerir más vapor generado por vaporización súbita. La temperatura del gas natural licuado antes de la vaporización súbita puede ser más alta que en el caso de no producirse un gas de síntesis. Esto indica que en el proceso combinado se necesita menos refrigeración, y por consiguiente menos energía, para enfriar la alimentación. La reducción de la energía puede conducir a la reducción de la inversión de capital requerido para producir gas natural licuado, para un régimen dado, o puede permitir aumentar la producción de gas natural licuado, para una inversión dada.
Generalmente, el gas natural se suministra o transporta a presiones tan altas como 19,5 MPa absolutos (2.800 psig), más normalmente a presiones que varían de 0,8 MPa (100 psig) a 9,75 MPa (1.400 psig), y lo más normalmente a presiones que varían de 2,75 MPa (400 psig) a 8,5 MPa (1.200 psig). La temperatura del gas natural depende de su fuente de origen. Cuando el gas natural es un gas transportado por tubería, su temperatura se puede aproximar a las condiciones del ambiente, tal como, por ejemplo, -17,8ºC (0ºF) a 49,9ºC (120ºF). Si las condiciones del gas natural se miden en la proximidad de un dispositivo de conducción, tal como un compresor de gas natural, el equipo de salida y de post-compresión puede condicionar o afectar a la temperatura y a la presión de la alimentación de gas
natural.
La etapas de pretratamiento adecuadas para uso con la presente invención pueden comenzar con las etapas identificadas normalmente con la producción de gas natural licuado y/o gas de síntesis, que incluyen, pero no se limitan a ellas, comprimir a presión elevada, y retirar del gas natural los gases ácidos, los mercaptanos, el mercurio y la humedad. Normalmente, los gases ácidos y los mercaptanos se retiran por medio de un procedimiento de adsorción que emplea una solución acuosa que contiene aminas u otros tipos de solventes físicos o químicos. Generalmente, esta etapa se realiza aguas arriba de la mayoría de las etapas de enfriamiento de gas natural. Generalmente, una parte sustancial del agua se retira como un líquido por medio de una separación de dos fases gas-líquido, antes o después de enfriar a un bajo nivel, seguida por un tratamiento con tamices moleculares para retirar cantidades muy pequeñas de agua. Generalmente, las etapas de retirada del agua tienen lugar aguas arriba de cualquier expansión isoentálpica o isoentrópica como aquí se contemplan. El mercurio se puede retirar por medio del uso de lechos adsorbentes de mercurio. Las cantidades residuales de agua y gases ácidos se retiran lo más normalmente por medio del uso de lechos adsorbentes seleccionados particularmente, tales como los tamices moleculares regenerables. Generalmente, tales lechos adsorbentes seleccionados particularmente también se posicionan aguas arriba de la mayoría de las etapas de enfriamiento de gas natural.
Posteriormente a cualquiera de las etapas de pretratamiento opcionales, el procedimiento de la presente invención combina la producción de helio crudo, gas natural licuado y gas de síntesis producto. Con referencia a las Figuras 1 a 5, la alimentación de gas natural 1, que puede tener una presión de 3,5 a 6,25 MPa (500 a 900 psia), se dirige a uno o más intercambiadores de calor 2 para enfriar el gas natural, produciendo de ese modo un fluido 7 de gas natural frío. Como se usa aquí, la expresión "fluido" incluye vapor, líquido y mezclas de vapor/líquido. El gas natural de alimentación 1 se puede pretratar, o no, y se le puede haber retirado los NGL. El fluido 7 de gas natural frío puede ser un líquido subenfriado, un líquido saturado o una mezcla de dos fases. El fluido 7 de gas natural frío puede tener una temperatura mayor que -140ºC (-220ºF), preferiblemente mayor que -135ºC (-211ºF). Para la presente invención, que produce gas natural licuado y gas de síntesis, se ha descubierto que se requiere un subenfriamiento menor, comparado con un procedimiento que produce gas natural licuado y no produce gas de síntesis, proporcionando de ese modo un ahorro de energía. El(los) intercambiador(es) de calor 2 puede ser un intercambiador de calor de gas natural licuado, tal como los vendidos en la industria por Air Products and Chemicals, Inc. El enfriamiento puede incluir una o más etapas encaminadas a conseguir sucesivamente unas temperaturas más bajas del gas natural. Como fluido(s) de enfriamiento 3 se puede(n) emplear cualquier refrigerante o combinación de refrigerantes adecuados. Por ejemplo, debido a su disponibilidad y coste, los refrigerantes pueden incluir amoniaco, propano, propileno, etano, etileno, metano, nitrógeno, y otros materiales normalmente gaseosos, o sus mezclas, que se han comprimido y enfriado y licuado. El refrigerante también se puede incorporar en una configuración en ciclo abierto en la que haya un contacto íntimo entre el refrigerante y la corriente de proceso. En la medida en que se usa más de un fluido refrigerante en el uno o más intercambiadores de calor 2, el refrigerante utilizado en la última parte del uno o más intercambiadores de calor 2, generalmente, tendrá un punto de ebullición más baja que el refrigerante utilizado en las etapas anteriores del uno o más intercambiadores de calor 2. En una realización se utiliza propano como primer refrigerante, y como refrigerante posterior se utiliza un refrigerante mixto que comprende metano, etano, propano y nitrógeno.
Según las realizaciones representadas en las Figuras 1 a 5, al menos una parte del fluido 7 de gas natural frío se separa en el vapor 42 y el líquido 19.
El fluido 7 de gas natural frío se expande por medio de unos medios 9 de reducción de la presión, a fin de reducir la presión del fluido 7 de gas natural y autorrefrigerar el gas natural hasta una temperatura más baja, formando de ese modo un fluido multifase 10 que tiene una relación molar del vapor al líquido distinta de cero. La relación molar del vapor al líquido puede ser de 0,0001 a 0,004, o puede ser de 0,001 a 0,03. Como se sabe en la técnica, se puede controlar la reducción de la presión para generar una particular relación molar del vapor al líquido. Aunque los medios 9 de reducción de la presión se representan como una válvula, los medios 9 de reducción de la presión pueden ser uno o más dispositivos de reducción de la presión conocidos en la técnica.
La reducción de la presión puede hacerse, al menos parcialmente, mediante medios isoentálpicos. En la técnica se conocen dispositivos adecuados para la expansión isoentálpica del gas natural de acuerdo con la presente invención, y generalmente incluyen, pero no se limitan a ellos, dispositivos de estrangulación manual o automáticamente actuados, tales como, por ejemplo, válvulas, válvulas de control, válvulas Joule Thompson o dispositivos venturi.
La reducción de la presión puede hacerse, al menos parcialmente, mediante medios isoentrópicos. En la técnica se conocen dispositivos adecuados para la expansión isoentrópica del gas natural de acuerdo con la presente invención, y generalmente incluyen equipos tales como los expansores o turbo expansores que extraen u obtienen trabajo de dicha expansión. Aunque la etapa de reducción de la presión se describe mediante una expansión isoentálpica en forma de una válvula a propósito de las Figuras 1 a 5, se interpreta que esta descripción comprende uno o más de los dispositivos de reducción de la presión contemplados antes, que comprenden una expansión isoentrópica y/o isoentálpica, dispuestos en paralelo o en serie.
Según las realizaciones representadas en las Figuras 1 a 5, al menos una parte del fluido multifase 10 de la etapa de reducción de la presión se dirige a un dispositivo de separación 11 para separar el vapor del líquido. El vapor, que está enriquecido en helio, se retira como el vapor 42 y el líquido, que comprende metano, se retira como el líquido 19. Al menos una parte del helio crudo 12 se obtiene a partir de al menos una parte del vapor 42. Por consiguiente, el helio crudo 12 comprende al menos una parte del helio del vapor 42. Opcionalmente, el helio crudo 12 se puede purificar más en el purificador de helio 70 opcional usando cualquier procedimiento convencional de purificación de helio conocido en la técnica.
El dispositivo de separación 11 puede ser un tambor de evaporación de una sola etapa o puede incluir múltiples etapas teóricas de separación, para proporcionar una mejor separación de componentes entre los constituyentes del vapor 42 y el líquido 19 de las Figuras 1 a 5. Los dispositivos adecuados de separación líquido-gas para proporcionar múltiples etapas teóricas de separación pueden incluir una torre de destilación, que puede o no incluir un rehervidor, un condensador o un reflujo.
Según las realizaciones representadas en las Figuras 1, 2, 4 y 5, al menos una parte del líquido 19 se separa en el vapor 27 y el líquido 29.
En las realizaciones representadas en las Figuras 1, 2, 4 y 5, el líquido 19 se puede expandir por medio de unos medios 21 de reducción de la presión, a fin de reducir la presión del líquido 19 y autorrefrigerar el fluido hasta una temperatura más baja, generando de ese modo un fluido multifase 22. Aunque los medios 21 de reducción de la presión se representan como una válvula, los medios 21 de reducción de la presión pueden ser uno o más dispositivos de reducción de la presión conocidos en la técnica, como se describió antes para los medios 9 de reducción de la presión.
Según las realizaciones representadas en las Figuras 1, 2, 4 y 5, al menos una parte del fluido multifase 22 se dirige a un dispositivo de separación 23 para separar el vapor del líquido. El vapor, que comprende metano, se retira como el vapor 27 y el líquido, que comprende metano, se retira como el líquido 29. El dispositivo de separación 23 puede ser un tambor de evaporación de una sola etapa o puede incluir múltiples etapas teóricas de separación, para proporcionar una mejor separación de componentes entre los constituyentes del vapor 27 y el líquido 29. Los dispositivos adecuados de separación líquido-gas para proporcionar múltiples etapas teóricas de separación pueden incluir una torre de destilación, que puede o no incluir un rehervidor, un condensador o un reflujo. En una realización de la invención, al menos una parte del material de alimentación 26 del generador de gas de síntesis, que abastece al generador 80 de gas de síntesis, se obtiene a partir de al menos una parte del vapor 27. El material de alimentación 26 del generador de gas de síntesis comprende al menos una parte del metano del vapor 27. El metano del material de alimentación 26 del generador de gas de síntesis se puede hacer reaccionar en el generador 80 de gas de síntesis para formar un gas de síntesis 81 intermedio o final.
Opcionalmente, como se muestra en la Figura 1, del vapor 27 se puede extraer el combustible 52. El combustible 52 se puede usar para usos como combustible en la planta de gas natural licuado o la planta de gas de síntesis, tales como para las necesidades de combustible de turbinas de gas, las necesidades de combustible de reformadores de metano con vapor de agua, el combustible para turbinas de ciclo combinado, o el combustible para hornos tales como los calentadores de apoyo de una instalación de hidrocraqueo para tratar productos GAL Fischer Tropsch. El combustible 52 también se puede usar como gas para servicios públicos, que abastecen combustible a ciudades, pueblos o aldeas locales.
Según una realización de la invención representada en la Figura 1, al menos una parte del líquido 19 se puede expandir por medio de unos medios 21 de reducción de la presión, reduciendo de ese modo la presión hasta entre 0,10 MPa (14,5 psia) y 0,15 MPa (22 psia), y produciendo de ese modo un vapor 27 y un líquido 29. Al menos una parte del producto 24 de gas natural licuado se obtiene a partir de al menos una parte del líquido 29. Por consiguiente, el producto 24 de gas natural licuado comprende al menos una parte del metano del líquido 29.
Según unas realizaciones de la invención representadas en las Figuras 2, 4 y 5, al menos una parte del líquido 29 se separa en el vapor 37 y el líquido 39. Al menos una parte del líquido 29 se expande por medio de unos medios 31 de reducción de la presión, a fin de reducir la presión del líquido 29 y autorrefrigerar el fluido hasta una temperatura más baja, generando de ese modo un fluido multifase 32. Aunque los medios 31 de reducción de la presión se representan como una válvula, los medios 31 de reducción de la presión pueden ser uno o más dispositivos de reducción de la presión conocidos en la técnica, como se describió antes para los medios 9 de reducción de la presión. Al menos una parte del fluido multifase 32 se dirige a un dispositivo de separación 33 para separar el vapor del líquido. El vapor, que comprende metano, se retira como el vapor 37 y el líquido, que comprende metano, se retira como el líquido 39. El dispositivo de separación 33 puede ser un tambor de evaporación de una sola etapa o puede incluir múltiples etapas teóricas de separación, para proporcionar una mejor separación de componentes entre los constituyentes del vapor 37 y el líquido 39. Los dispositivos adecuados de separación líquido-gas para proporcionar múltiples etapas teóricas de separación pueden incluir una torre de destilación, que puede o no incluir un rehervidor, un condensador o un reflujo. Según la invención, al menos una parte del material de alimentación 26 del generador del gas de síntesis, que abastece al generador 80 de gas de síntesis, se obtiene a partir de al menos una parte del vapor 37 y/o al menos una parte del vapor 27. El material de alimentación 26 del generador de gas de síntesis comprende al menos una parte del metano del vapor 27 y el vapor 37. Al menos una parte del producto 24 de gas natural licuado se obtiene a partir de al menos una parte del líquido 39. Por consiguiente, el producto 24 de gas natural licuado comprende al menos una parte del metano del líquido 39.
Según las realizaciones de la invención representadas en las Figuras 2, 4 y 5, los medios 21 de reducción de la presión pueden reducir la presión hasta una presión que es mayor que 0,15 MPa (22 psia), y los medios 31 de reducción de la presión pueden reducir la presión hasta una presión que es menor que 0,15 MPa (22 psia).
Según algunas realizaciones de la invención representadas en las Figuras 3 a 5, en el intercambiador de calor 47 se puede enfriar al menos una parte del vapor 42, condensando de ese modo al menos una parte del metano y produciendo de ese modo un fluido multifase 44 que tiene un componente vapor y un componente líquido. Al menos una parte del fluido multifase 44 se dirige a un dispositivo de separación 43 para separar el vapor del líquido. El vapor, que comprende una concentración más alta de helio que el líquido, se retira como el vapor 48 y el líquido, que comprende metano, se retira como el líquido 46. El dispositivo de separación 43 puede ser un tambor de evaporación de una sola etapa o puede incluir múltiples etapas teóricas de separación, para proporcionar una mejor separación de componentes entre los constituyentes del líquido 46 y el vapor 48. Los dispositivos adecuados de separación líquido-gas para proporcionar múltiples etapas teóricas de separación pueden incluir una torre de destilación, que puede o no incluir un rehervidor, un condensador o un reflujo. Al menos una parte del helio crudo 12 se obtiene a partir de al menos una parte del vapor 48. El helio crudo 12 comprende al menos una parte del helio del vapor 48. El helio crudo 12 se puede purificar más mediante cualquier procedimiento conocido en la técnica. En estas realizaciones se muestra una opción donde al menos una parte del material de alimentación 26 del generador de gas de síntesis se obtiene a partir de al menos una parte del líquido 46. El gas de síntesis 81 se puede formar haciendo reaccionar al menos una parte del metano del líquido 46 después de la vaporización. Por consiguiente, el material de alimentación 26 del generador de gas de síntesis comprende al menos una parte del metano del líquido 46.
Como se muestra en las Figuras 3 a 5, al menos una parte del vapor 48 se puede devolver al intercambiador de calor 47 para ser vaporizada, proporcionando de ese modo un enfriamiento adicional del vapor 42. La transferencia de calor se puede realizar de manera equicorriente o contracorriente fluyendo el vapor 48 en una relación de transferencia de calor al flujo del vapor 42. Los dispositivos adecuados para realizar una función de transferencia de calor incluyen elementos de transferencia de calor de placas, tubulares u otros, para transferir el calor pero no la masa como se conoce en la técnica.
Según algunas realizaciones de la invención representadas en las Figuras 3 a 5, al menos una parte del líquido 46 se puede expandir por medio de unos medios 45 de reducción de la presión, formando de ese modo un fluido 49 de presión más baja, y devolverlo posteriormente al intercambiador de calor 47 para proporcionar enfriamiento al vapor 42. Aunque los medios 45 de reducción de la presión se representan como una válvula, los medios 45 de reducción de la presión pueden ser uno o más dispositivos de reducción de la presión conocidos en la técnica, como se describió antes para los medios 9 de reducción de la presión. La transferencia de calor se puede realizar de manera equicorriente o contracorriente en una relación de transferencia de calor al flujo del vapor 42. Al menos una parte del fluido caliente 50 resultante abastece al material de alimentación 26 del generador de gas de síntesis. Al menos una parte del material de alimentación 26 del generador de gas de síntesis se obtiene a partir de al menos una parte del fluido caliente 50. Por consiguiente, el material de alimentación 26 del generador de gas de síntesis comprende al menos una parte del metano del fluido caliente 50. El metano del material de alimentación 26 del generador de gas de síntesis se puede hacer reaccionar en el generador 80 de gas de síntesis para formar un gas de síntesis 81 intermedio o final.
Según una realización de la invención que se muestra en la Figura 4, el vapor 27, el vapor 48 y el fluido 50 se pueden usar para enfriar el refrigerante 63 en uno o más intercambiadores de calor 57. El fluido de enfriamiento 3 puede comprender un refrigerante 63. Alternativamente, al menos una parte de la alimentación 1 se puede enfriar en el(los) intercambiador(es) de calor 57 en lugar del refrigerante 63. Después de pasar a través del intercambiador de calor 57, el vapor 28 y el vapor 51 resultantes se pueden comprimir en un compresor 58, formando de ese modo un gas comprimido 59. Según esta realización, al menos una parte del material de alimentación 26 del generador de gas de síntesis, que abastece gas de síntesis al generador 80, se obtiene a partir de al menos una parte del gas comprimido 59. El material de alimentación 26 del generador de gas de síntesis comprende al menos una parte del metano del gas comprimido 59. Opcionalmente, como se muestra en la Figura 4, del gas comprimido 59 se puede extraer el combustible 52.
Como se muestra en una realización en la Figura 5, el liquido 46 se puede expandir por medio de unos medios múltiples 45 y 65 de reducción de la presión, y posteriormente devolver al intercambiador de calor 47 para proporcionar enfriamiento al vapor 42. Aunque los medios 45 y 65 de reducción de la presión se representan como unas válvulas, los medios 45 y 65 de reducción de la presión pueden ser uno o más dispositivos de reducción de la presión conocidos en la técnica, como se describió antes para los medios 9 de reducción de la presión. La transferencia de calor se puede realizar de manera equicorriente o contracorriente en una relación de transferencia de calor al flujo del vapor 42. Al menos una parte de los fluidos calientes 50 y 66 resultantes se puede abastecer al material de alimentación 26 del generador de gas de síntesis. Al menos una parte del material de alimentación 26 del generador de gas de síntesis se obtiene a partir de al menos una parte del fluido 50 y/o al menos una parte del fluido 66. Por consiguiente, se puede formar al menos una parte del gas de síntesis haciendo reaccionar al menos una parte del metano de al menos uno del fluido 50 y el fluido 66.
Según una realización de la invención que se muestra en la Figura 5, el vapor 27 y el fluido 66 se pueden combinar y, posteriormente, usar para enfriar el refrigerante 63 en uno o más intercambiadores de calor 57. El fluido 50 y el vapor 37 se pueden combinar y, posteriormente, usar para enfriar el refrigerante 63 en uno o más intercambiadores de calor 57. En la realización mostrada en la Figura 5, el vapor 48 que comprende helio se usa para enfriar el refrigerante 63 en uno o más intercambiadores de calor 57. Alternativamente, al menos una parte de la alimentación 1 se puede enfriar en el(los) intercambiador(es) de calor 57 en lugar del refrigerante 63. Después de pasar a través del intercambiador de calor 57, el vapor 28 y el vapor 51 resultantes se pueden comprimir en el compresor 58, formando de ese modo un gas comprimido 59. Según esta realización, al menos una parte del material de alimentación 26 del generador de gas de síntesis, que abastece al generador 80 de gas de síntesis, se obtiene a partir de al menos una parte del gas comprimido 59. El material de alimentación 26 del generador de gas de síntesis comprende al menos una parte del metano del gas comprimido 59. Opcionalmente, como se muestra en la Figura 5, del gas comprimido 59 se puede extraer el combustible 52. Este combustible se puede usar para usos como combustible en la planta de gas natural licuado, tales como para las necesidades de combustible de turbinas de gas, las necesidades de combustible de reformadores de metano con vapor de agua, el combustible para turbinas de ciclo combinado, o el combustible para hornos tales como los calentadores de apoyo de una instalación de hidrocraqueo para tratar productos GAL Fischer Tropsch. El combustible 52 también se puede usar como gas para servicios públicos, abasteciendo combustible a ciudades, pueblos o aldeas locales.
La presente invención se describe con más detalle en relación con los siguientes ejemplos, debiéndose comprender que los ejemplos tienen propósito de ilustración pero no de limitación.
Ejemplos
Se simuló una realización de la presente invención mediante unos medios computacionales. Se alimentó una alimentación de gas natural a un procedimiento combinado para producir helio crudo, un material de alimentación de un generador de gas de síntesis, y un producto de gas natural licuado, de acuerdo con una realización de la presente invención sustancialmente como la representada en la Figura 4. La simulación se basó en base a 10.000 kg/h de gas natural proporcionados como la alimentación 1. Las condiciones del procedimiento y el balance de masas de los fluidos principales de esta realización se exponen en la siguiente Tabla 1. En la Tabla 1, la concentración se lista como 0% en moles si la concentración es menor que 0,001%.
TABLA 1
1 
\vskip1.000000\baselineskip
TABLA 1 (continuación)
2
3
La temperatura del fluido 7 de gas natural frío era aproximadamente -131,7ºC, que es mucho más alta que la temperatura típica de aproximadamente -151,1ºC para los procedimientos que solamente producen gas natural licuado, sin producir el material de alimentación de un generador de gas de síntesis.
En esta simulación, el líquido 39, que alimenta al producto 24 de gas natural licuado, es aproximadamente un 79% de la alimentación 1. El vapor 48, que alimenta al helio crudo 12, es aproximadamente un 0,04% de la alimentación 1. El resto abastece al gas comprimido 59, que alimenta al material de alimentación 26 de un generador de gas de síntesis y al combustible 52.
Según la simulación, el vapor 48, que alimenta al helio crudo 12, es aproximadamente 63,35% en moles de helio, y en el vapor 48 se recupera aproximadamente un 86,4% del helio del fluido 7 de gas natural frío.
El nitrógeno se concentra en el gas comprimido 59, que alimenta al material de alimentación 26 de un generador de gas de síntesis, y que tiene una concentración de aproximadamente 9% en moles, mientras que la concentración de nitrógeno en el líquido 39, que alimenta al producto 24 de gas natural licuado, es aproximadamente 0,3% en moles.
Por comparación, se simuló un procedimiento de acuerdo con la configuración expuesta en la Figura 6. La simulación se basó en base a 10.000 kg/h de gas natural proporcionado como la alimentación 101. La alimentación 101 se dividió para proporcionar una alimentación 104 de gas natural para un procedimiento de gas natural licuado, y un material 126 de alimentación de un generador de gas de síntesis. El helio se recuperó solamente de la alimentación de gas natural licuado. Las condiciones del procedimiento y el balance de masas para los fluidos principales de esta realización se exponen en la siguiente Tabla 2. En la Tabla 2, la concentración se lista como 0% en moles si la concentración es menor que 0,001%.
\vskip1.000000\baselineskip
TABLA 2
4
TABLA 2 (continuación)
5
Como se muestra en la Figura 6, la alimentación 104 de gas natural se alimenta al intercambiador de calor 102 y se enfría mediante un(os) fluido(s) de enfriamiento 103, produciendo de ese modo un fluido 107 de gas natural frío. El fluido 107 de gas natural frío se expande por medio de unos medios 109 de reducción de la presión, a fin de reducir la presión del fluido 107 de gas natural y autorrefrigerar el gas natural hasta la temperatura más baja del fluido 110 de gas natural.
El fluido de gas natural 110 se dirige a un dispositivo de separación 111 para separar el vapor del líquido. El vapor, que es rico en helio, se retira como el vapor 142 y el líquido, que comprende metano, se retira como el líquido 119.
El líquido 119 se expande por medio de unos medios de reducción de la presión 131, a fin de reducir la presión del líquido 119 y autorrefrigerar el fluido hasta la temperatura más baja del fluido 132, y generando de ese modo un vapor y un líquido. El fluido 132 de temperatura más baja de la etapa de reducción de la presión se dirige a un dispositivo de separación 133 para separar el vapor del líquido. El vapor, que comprende metano, se retira como el vapor 137 y el líquido, que comprende metano, se retira como el líquido 139. El líquido 139 abastece al producto 124 de gas natural licuado.
El vapor 142 se enfría en el intercambiador de calor 147, condensando de ese modo al menos una parte del metano y produciendo de ese modo un fluido multifase 144 que tiene un componente vapor y un componente líquido. El fluido multifase 144 se dirige a un dispositivo de separación 143 para separar el vapor del líquido. El vapor, que comprende una concentración de helio mayor que el líquido, se retira como el vapor 148 y el líquido, que comprende metano, se retira como el líquido 146. El helio crudo 112 se obtiene a partir del vapor 148.
Como se muestra en la Figura 6, el vapor 148 se devuelve al intercambiador de calor 147 para ser vaporizado, proporcionando de ese modo un enfriamiento adicional para el vapor 142. El líquido 146 se expande por medio de los medios de reducción de la presión 145, formando de ese modo un fluido 149 de presión más baja y, posteriormente, regresa al intercambiador de calor 147 para proporcionar también enfriamiento al vapor 142.
Ambas simulaciones se idearon de modo que un 79% en masa del gas de alimentación entrante produjo un producto de gas natural licuado.
La temperatura del fluido 107 de gas natural frío era aproximadamente -151,1ºC, que es típica para los procedimientos que producen gas natural licuado sin producir un material de alimentación de un generador de gas de síntesis. Debido al subenfriamiento adicional de la configuración de la Figura 6 comparada con la de la Figura 4, se calcula que en la configuración de la Figura 4 el poder de licuación es aproximadamente un 14% menor.
Según la simulación, el vapor 148, a partir del que se obtiene el helio crudo 112, tiene aproximadamente 46,38% en moles de helio, y en el vapor 148 se recupera aproximadamente 75,0% en masa del helio de la alimentación 101. Esto se compara con una recuperación de 63,35% en moles de helio y 86,4% en masa de helio del procedimiento de la Figura 4. Una ventaja aún mayor se presenta cuando al material de la alimentación de un generador de gas de síntesis se alimenta un porcentaje mayor de gas natural.
El nitrógeno contenido en el producto de gas natural licuado es menor para la configuración de la Figura 4, comparado con la configuración de la Figura 6. Se calcula que el nitrógeno contenido en el producto de gas natural licuado es aproximadamente 0,27% y 0,83% en moles, para las configuraciones de las Figura 4 y 6, respectivamente.
Otras realizaciones y ventajas de la invención serán evidentes para los expertos en la técnica a partir de la consideración de esta memoria descriptiva o de la práctica de la invención aquí descrita. Se pretende que esta memoria descriptiva sea considerada solamente como ejemplo, siendo el alcance de la invención el que se indica mediante las reivindicaciones siguientes.

Claims (19)

1. Un procedimiento para producir unos productos a partir de gas natural, que comprende:
enfriar una alimentación de gas natural presurizado que comprende helio, en una cantidad menor que 0,5% en volumen, y metano, para producir a partir de al menos una parte del gas natural un primer fluido licuado que comprende helio y metano;
reducir la presión de al menos una parte del primer fluido para producir un primer fluido de presión reducida, y separar el primer fluido de presión reducida para proporcionar un primer vapor que comprende helio y metano, y un primer líquido que comprende metano, con una relación molar del primer vapor al primer líquido de 0,0001 a 0,04;
obtener al menos una parte de un helio crudo a partir de al menos una parte del primer vapor;
reducir la presión de al menos una parte del primer líquido para producir un fluido de presión reducida, y separar dicho fluido de presión reducida para proporcionar un vapor que contiene metano y un líquido que contiene metano;
hacer reaccionar al menos una parte del metano del vapor que contiene metano para producir al menos una parte de un gas de síntesis; y
obtener al menos una parte de un producto de gas natural licuado a partir de al menos una parte del líquido que contiene metano.
2. El procedimiento de la reivindicación 1, que comprende:
enfriar un gas natural presurizado que comprende helio, en una cantidad menor que 0,5% en volumen, y metano, para producir el primer fluido;
reducir la presión de al menos una parte del primer fluido para producir un primer fluido de presión reducida, y separar el primer fluido de presión reducida en el primer vapor que comprende helio y metano y el primer líquido que comprende metano, con una relación molar del primer vapor al primer líquido de 0,0001 a 0,04;
obtener al menos una parte del helio crudo a partir de al menos una parte del primer vapor;
reducir la presión de al menos una parte del primer líquido para producir un fluido de presión reducida, y separar dicho fluido de presión reducida en un segundo vapor que comprende metano y un segundo líquido que comprende metano;
hacer reaccionar al menos una parte del metano del segundo vapor para producir al menos una parte del gas de síntesis; y
obtener al menos una parte del producto de gas natural licuado a partir de al menos una parte del segundo líquido.
3. El procedimiento de la reivindicación 2, que comprende además:
reducir la presión de al menos una parte del segundo liquido para proporcionar un segundo fluido de presión reducida, y separar el segundo fluido de presión reducida en un tercer vapor que comprende metano y un tercer líquido que comprende metano; y
obtener al menos una parte de un producto de gas natural licuado a partir de al menos una parte del tercer líquido.
4. El procedimiento de la reivindicación 1, que comprende:
enfriar una alimentación de gas natural presurizado que comprende helio, en una cantidad menor que 0,5% en volumen, y metano, para producir a partir de al menos una parte del gas natural el primer fluido licuado que comprende helio y metano;
reducir la presión de al menos una parte del helio y el metano del primer fluido para producir un primer fluido de presión reducida, y separar el primer fluido de presión reducida en el primer vapor que comprende helio y metano y el primer líquido que comprende metano, con una relación molar del primer vapor al primer líquido de 0,0001 a 0,04;
obtener al menos una parte del helio crudo a partir de al menos una parte del primer vapor;
reducir la presión de al menos una parte del metano del primer líquido para producir un fluido de presión reducida, y separar dicho fluido de presión reducida en un segundo vapor que comprende metano y un segundo líquido que comprende metano;
reducir la presión de al menos una parte del metano del segundo líquido para producir un fluido de presión reducida, y separar dicho fluido de presión reducida en un tercer vapor que comprende metano y un tercer líquido que comprende metano;
obtener al menos una parte de un producto de gas natural licuado a partir de al menos una parte del tercer líquido; y
hacer reaccionar al menos una parte del metano de al menos uno del segundo vapor y el tercer vapor, para producir un gas de síntesis.
5. El procedimiento de la reivindicación 2, en el que la presión del segundo líquido es menor que 0,15 MPa (22 psia).
6. El procedimiento de una cualquiera de las reivindicaciones 3 a 5, en el que la presión del tercer líquido es menor que 0,15 MPa (22 psia).
7. El procedimiento de una cualquiera de las reivindicaciones 3 a 9, que comprende además hacer reaccionar al menos una parte del metano del tercer vapor para producir al menos una parte del gas de síntesis.
8. El procedimiento de una cualquiera de las reivindicaciones 2 a 7, que comprende además obtener un gas combustible a partir de al menos una parte de al menos uno del segundo vapor y, si está presente, el tercer vapor.
9. El procedimiento de una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que comprende además:
condensar al menos un parte del primer vapor, formando de ese modo un primer fluido multifase que comprende helio y metano;
separar al menos una parte del primer fluido multifase en un cuarto vapor que comprende al menos 40% en volumen de helio y un cuarto líquido que comprende metano; y
obtener al menos una parte del helio crudo a partir de al menos una parte del cuarto vapor.
10. El procedimiento de la reivindicación 9, que comprende además hacer reaccionar al menos una parte del metano del cuarto líquido para producir al menos una parte del gas de síntesis.
11. El procedimiento de la reivindicación 9 ó 10, en el que la etapa de condensación comprende hacer pasar al menos una parte del cuarto vapor en comunicación para intercambio de calor con al menos una parte del primer vapor.
12. El procedimiento de una cualquiera de las reivindicaciones 9 a 11, que comprende además expandir al menos una parte del cuarto líquido, formando de ese modo un fluido de presión más baja, y en el que la etapa de condensación comprende hacer pasar al menos una parte del fluido de presión más baja en comunicación para intercambio de calor con al menos una parte del primer vapor.
13. El procedimiento de una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la relación molar del primer vapor al primer líquido es 0,001 a 0,03.
14. El procedimiento de una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la temperatura del primer fluido es mayor que -140ºC.
15. El procedimiento de la reivindicación 14, en el que la temperatura del primer fluido es mayor que -135ºC.
16. Un aparato para producir unos productos a partir de gas natural mediante el procedimiento de la reivindicación 1, que comprende:
un primer intercambiador de calor (2) para licuar al menos parcialmente el gas natural presurizado (1) que comprende helio, en una cantidad menor que 0,5% en volumen y metano, teniendo dicho primer intercambiador de calor una entrada y una salida;
un primer reductor de presión (9) que tiene una entrada en comunicación fluida con la salida del primer intercambiador de calor, y una salida;
un primer dispositivo de separación (11) que tiene una entrada en comunicación fluida (7, 9, 10) con la salida del primer reductor de presión (9), una salida de vapor para descargar un primer vapor (42) que comprende helio, y una salida de líquido para descargar un primer líquido (19) que comprende metano;
un segundo reductor de presión (21) que tiene una entrada en comunicación fluida con la salida de líquido del primer dispositivo de separación (11), y una salida;
un segundo dispositivo de separación (23) que tiene una entrada en comunicación fluida (19, 21, 22) con la salida de líquido del segundo reductor de presión (21), una salida de vapor para descargar un segundo vapor (27) que comprende metano, y una salida de líquido para descargar un segundo líquido (29) que comprende metano;
un recipiente (90) de almacenamiento de gas natural licuado que tiene una primera entrada en comunicación fluida (29, 24) con la salida de líquido del segundo dispositivo de separación;
un segundo intercambiador de calor (47) para formar un primer fluido multifase (44) que tiene una entrada en comunicación fluida (42) con la salida de vapor del primer dispositivo de separación, y una salida;
un tercer dispositivo de separación (43) que tiene una entrada en comunicación fluida (44) con la salida del segundo intercambiador de calor, una salida de vapor para descargar un vapor de helio crudo (48), y una salida de líquido para descargar un tercer líquido (46); y
un generador (80) de gas de síntesis que tiene una entrada en comunicación fluida (27, 26; 45, 49, 50, 26) con el metano de al menos la salida de vapor del segundo dispositivo de separación.
17. El aparato de la reivindicación 16, que comprende además:
un tercer reductor de presión (31) que tiene una entrada en comunicación fluida con la salida de líquido del segundo dispositivo de separación (23), y una salida; y
un cuarto dispositivo de separación (33) que tiene una entrada en comunicación fluida (29, 31, 32) con la salida del tercer reductor de presión (31), una salida de vapor para descargar un tercer vapor (37), y una salida de líquido para descargar un cuarto líquido (39), estando dicha salida de líquido para descargar el cuarto líquido (39) en comunicación fluida (39, 24) con la primera entrada o con una segunda entrada de dicho recipiente de almacenamiento de gas natural licuado.
18. El aparato de la reivindicación 17, en el que dicha salida de vapor para descargar el tercer vapor está en comunicación fluida (46, 45, 49, 50, 26) con la entrada de dicho generador de gas de síntesis.
19. El aparato de una cualquiera de las reivindicaciones 16 a 18, que comprende además un dispositivo (70) de purificación de helio que tiene una entrada en comunicación fluida (48, 12) con la salida de vapor para descargar el vapor de helio crudo.
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