ES2340737T3 - Metodo y aparato para proporcionar uniformidad a las fases vapor y liquida en una corriente mixta. - Google Patents
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Abstract
Un método para proporcionar uniformidad a las fases vapor y líquida en dos o más corrientes procedentes de una corriente mixta de vapor y líquido que comprende las etapas de: (a) hacer pasar la corriente mixta de vapor y líquido desde un primer cambiador de calor (101) a un recipiente de distribución (12) a través de una o más entradas del recipiente de distribución (14), teniendo el recipiente de distribución dos o más salidas del recipiente de distribución (16) conectadas a un segundo cambiador de calor (102); (b) permitir que la parte líquida de la corriente mixta se recoja en una primera zona (20) en el recipiente de distribución (12); (c) permitir que la parte vapor de la corriente mixta se recoja en una segunda zona (30) del recipiente de distribución (12), preferiblemente por encima de la primera zona de la etapa (b); (d) hacer pasar el líquido en la primera zona hacia las salidas del recipiente de distribución a través de una o más aberturas para líquido (18) en cada salida del recipiente de distribución (16) que comunica con la primera zona (20); y (e) hacer pasar el vapor en la segunda zona (30) hacia las salidas del recipiente de distribución (16) a través de una o más aberturas para vapor (28) en cada salida del recipiente de distribución en comunicación con la segunda zona.
Description
Método y aparato para proporcionar uniformidad a
las fases vapor y líquida en una corriente mixta.
La presente invención se refiere a un método y
un aparato para proporcionar uniformidad a las fases vapor y
líquida en dos o más corrientes procedentes de una corriente mixta
de vapor y líquido, particularmente, aunque no exclusivamente, una
corriente implicada en la licuefacción de una corriente de
hidrocarburo tal como gas natural.
En otro aspecto, la presente invención se
refiere a un método para refrigerar, preferiblemente para licuar,
una corriente de hidrocarburo.
Se conocen diversos métodos para licuar una
corriente de gas natural obteniendo de esta manera un gas natural
licuado (LNG). Es deseable licuar una corriente de gas natural por
numerosas razones. Como un ejemplo, el gas natural puede
almacenarse y transportarse a largas distancias más fácilmente como
un líquido que en forma gaseosa, porque ocupa un volumen más
pequeño y no es necesario almacenarlo a una alta presión.
Normalmente el gas natural, que comprende
predominantemente metano, entra en un planta de LNG a elevadas
presiones y se pre-trata para producir una materia
prima purificada adecuada para la licuefacción a temperaturas
criogénicas. El gas purificado se procesa a través de una
pluralidad de etapas de refrigeración usando cambiadores de calor
para reducir progresivamente su temperatura hasta que se consigue la
licuefacción. El gas natural líquido se refrigera adicionalmente y
se expande a una presión atmosférica final adecuada para su
almacenamiento y transporte. El vapor sometido a evaporación
instantánea en la etapa de expansión puede usarse como una fuente
de gas combustible en la planta.
En dichas plantas de LNG, existen corrientes que
comprenden una mezcla de fases vapor y líquida, por ejemplo, entre
dos cambiadores de calor. En la Figura 3 del documento US 6.389.844
B1 se muestra un ejemplo.
El documento US 6.389.844 B1 se refiere a una
planta para licuar gas natural. La Figura 3 muestra una realización
para la pre-refrigeración del gas natural, que
implica una primera y segunda etapas de cambiadores de calor 102' y
102. Entre esta primera y segunda etapas de cambiadores de calor hay
dos conductos 150 y 151, uno para el refrigerante y uno para el gas
natural. El refrigerante y, ocasionalmente, el gas natural, son
corrientes mixtas de vapor y líquido y dichas corrientes se
transportan por un solo conducto entre los cambiadores de calor
102' y 102.
Sin embargo, esta manera de hacer pasar las
corrientes entre dos cambiadores de calor puede dar como resultado
una distribución no uniforme de las fases vapor y líquida de las
corrientes que pasan a través de los conductos 150 y 151. Como
consecuencia puede haber una distribución no uniforme de las fases
vapor y líquida que va hacia la segunda fase del cambiador de calor
102, lo que da como resultado una distribución de temperatura no
uniforme y, por lo tanto, una ineficacia en la segunda etapa del
cambiador de calor 102.
Un objeto de la presente invención es mejorar la
uniformidad de las fases vapor y líquida en dos o más corrientes
procedentes de una corriente mixta de vapor y líquido.
Otro objeto de la presente invención es reducir
los requisitos energéticos de una planta o método de
refrigeración.
Uno o más de los objetos anteriores u otros
pueden conseguirse mediante la presente invención proporcionando un
método para proporcionar la uniformidad de las fases vapor y líquida
en dos o más corrientes procedentes de una corriente mixta de vapor
y líquido, que comprende las etapas de:
(a) hacer pasar la corriente mixta de vapor y
líquido desde un primer cambiador de calor hasta un recipiente de
distribución mediante una o más entradas, teniendo el recipiente de
distribución dos o más salidas conectadas a un segundo cambiador de
calor;
(b) permitir que la parte líquida de la
corriente mixta se recoja en una primera zona del recipiente de
distribución;
(c) permitir que la parte vapor de la corriente
mixta se recoja en una segunda zona del recipiente de distribución,
preferiblemente por encima de la primera zona de la etapa (b);
(d) hacer pasar el líquido en la primera zona
hacia las salidas a través de una o más aberturas para líquido en
cada salida que comunican con la primera zona; y
(e) hacer pasar el vapor en la segunda zona
hacia las salidas a través de una o más aberturas para vapor en
cada salida que comunican con la segunda zona.
\vskip1.000000\baselineskip
En un aspecto adicional, la presente invención
proporciona un aparato para proporcionar la uniformidad de las
fases vapor y líquida en dos o más corrientes procedentes de una
corriente mixta de vapor y líquido, comprendiendo el aparato al
menos:
un recipiente de distribución que tiene una o
más entradas al recipiente de distribución y dos o más salidas del
recipiente de distribución, estando conectadas dichas una o más
entradas del recipiente de distribución a la una o más salidas de
un primer cambiador de calor y estando conectadas dichas dos o más
salidas del recipiente de distribución a dos o más entradas de un
segundo cambiador de calor;
una primera zona del recipiente de distribución
para recoger el líquido de la corriente mixta;
una segunda zona del recipiente de distribución
para recoger la parte de vapor de la corriente mixta,
preferiblemente por encima de esta primera zona;
una o más aberturas para líquido en cada salida
en comunicación con la primera zona, a través de las cuales puede
pasar la parte de líquido de la corriente mixta; y
una o más aberturas para vapor en cada salida en
comunicación con la segunda zona a través de la cual puede pasar la
parte de vapor de la corriente mixta.
En otro aspecto, la presente invención
proporciona un método para refrigerar una corriente de hidrocarburo
tal como gas natural, comprendiendo el método al menos las etapas
de:
(i) hacer pasar la corriente de hidrocarburo a
través de una etapa de refrigeración que implica dos o más
cambiadores de calor, pasando entre dichos cambiadores de calor una
corriente mixta de vapor y líquido; y
(ii) usar un recipiente de distribución como se
ha definido en este documento en la trayectoria de la corriente
mixta de vapor y líquido entre los cambiadores de color.
Las realizaciones de la presente invención se
describirán ahora a modo de ejemplo únicamente y con referencia a
los dibujos esquemáticos no limitantes adjuntos, en los que:
La Figura 1 es una vista simplificada de dos
cambiadores de calor conectados de acuerdo con un método;
La Figura 2 es una vista lateral en sección
transversal de un recipiente de distribución para usar en una
realización de la presente invención; y
La Figura 3 es una vista lateral simplificada de
dos cambiadores de calor usando el recipiente de distribución
analizado en este documento.
Para el propósito de esta descripción, se
asignará un solo número de referencia a una línea así como a una
corriente transportada en esa línea. Los mismos números de
referencia se referirán a componentes, corrientes o líneas
similares.
El uso de un recipiente de distribución en la
trayectoria de una corriente mixta de vapor y líquido permite que
la distribución de las fases líquida y vapor en cada una de las
corrientes de salida sea más igual o uniforme que la distribución
en una manera convencional, por ejemplo usando un anillo de
distribución. Proporcionando una distribución más igualada de las
fases líquida y vapor desde cada salida, habrá una distribución de
temperatura más uniforme de las corrientes en su siguiente etapa o
uso.
Un recipiente de distribución para dividir una
corriente mixta de gas-líquido en corrientes de
múltiples partes se conoce a partir del documento
EP-A-360 034.
Las realizaciones de la presente invención
pueden reducir los requisitos de energía global de un método, planta
o aparato para refrigerar, en particular para licuar, una corriente
de hidrocarburo y/o realizar el método, planta o aparato de una
manera más eficaz y, por lo tanto, más económica.
Las realizaciones de la presente invención se
extienden a corrientes mixtas de vapor y líquido de refrigerante,
preferiblemente un refrigerante mixto, usado para refrigerar otra
corriente o corrientes tales como una corriente de hidrocarburo,
por ejemplo gas natural. Se conocen muchos refrigerantes e incluyen,
sin limitación, el propio gas natural, etano, etileno, propano,
propileno, butano, pentano y nitrógeno, como un solo componente o
usando dos o más para formar un refrigerante mixto.
Aunque los métodos descritos en este documento
pueden aplicarse a diversas corrientes de suministro de
hidrocarburo, es particularmente adecuado para una corriente de gas
natural a licuar. Como una persona experta entiende fácilmente cómo
licuar una corriente de hidrocarburo, esto no se analiza
adicionalmente en detalle en este documento.
La corriente mixta de vapor y líquido se
proporciona como un flujo desde un primer cambiador de calor, y las
corrientes de salida se proporcionan a un segundo cambiador de
calor. Las salidas pueden conectarse directamente a dicho segundo
cambiador de calor o pueden conectarse a un haz de tubos en dicho
cambiador de calor. El primer y segundo cambiadores de calor pueden
ser cambiadores de calor de carcasa y tubos, preferiblemente
cambiadores de calor enrollados en carrete. En una realización, una
corriente de gas natural se refrigera de esta manera.
Una corriente de hidrocarburo puede
refrigerarse, particularmente licuarse, haciéndola pasar a través de
dos o más etapas de refrigeración. Puede usarse cualquier número de
etapas de refrigeración y cada etapa de refrigeración puede
implicar uno o más cambiadores de calor, así como opcionalmente una
o más etapas, niveles o secciones. Cada etapa de refrigeración
puede implicar dos o más cambiadores de calor, en serie o en
paralelo, o una combinación de los mismos. Las disposiciones de
cambiadores de calor adecuadas capaces de licuar una corriente de
hidrocarburo tal como gas natural se conocen en la técnica.
En una disposición, esto implica las dos etapas
de refrigeración que comprenden una primera etapa de refrigeración
y una segunda etapa de refrigeración, siendo preferiblemente la
primera etapa una etapa de pre-refrigeración y
siendo preferiblemente la segunda etapa una etapa criogénica
principal.
La presente invención puede usarse para
cualquier corriente mixta de vapor y líquido incluyendo, aunque sin
limitación, una corriente de hidrocarburo a refrigerar y/o
licuar.
Una corriente de hidrocarburo para un método o
planta de refrigeración y/o licuefacción puede ser cualquier
corriente adecuada que contenga un hidrocarburo a licuar, aunque
normalmente es una corriente de gas natural obtenida a partir de
reservas de gas natural o petróleo. Como una alternativa la
corriente de gas natural puede obtenerse también a partir de otra
fuente, incluyendo también una fuente sintética tal como un proceso
de Fischer-Tropsch.
Normalmente el gas natural está compuesto
sustancialmente por metano. Preferiblemente, la corriente de
hidrocarburo comprende al menos un 60% en moles de metano, más
preferiblemente al menos un 80% en moles de metano.
Dependiendo de la fuente, el gas natural puede
contener cantidades variables de hidrocarburos más pesados que el
metano tales como etano, propano, butanos y pentanos, así como
hidrocarburos aromáticos. La corriente de gas natural puede
contener también compuestos que no son hidrocarburos tales como
H_{2}O, N_{2}, CO_{2}, H_{2}S y otros compuestos de azufre
y similares.
Si se desea, la corriente de hidrocarburo puede
pre-tratarse antes de usarla en la presente
invención. Este pre-tratamiento puede comprender la
retirada de cualquier componente no deseado presente tal como
CO_{2} y H_{2}S u otras etapas tales como
pre-refrigeración, pre-presurización
o similares. Como estas etapas las conoce bien la persona experta
en la materia, no se analizan adicionalmente en este documento.
La Figura 1 muestra un primer cambiador de calor
1, que podría ser, por ejemplo un cambiador de calor de alta
presión para usar en una primera etapa o de
pre-refrigeración de un método y una planta para
licuar una corriente de hidrocarburo tal como gas natural. Dichos
cambiadores de calor se conocen bien en la técnica y normalmente
son cambiadores de calor "multitubulares" o "de carcasa y
tubos". Dichos cambiadores de calor pueden contener cientos o
miles (o más) de tubos de reactor de extremo abierto, verticales o
espirales, de pequeño diámetro.
Normalmente, los tubos se recogen en varios
"haces" que tienen una sola cubierta, cámara, cabezal o
colector diseñados para recoger las corrientes mixtas de vapor y
líquido de todos los tubos de ese haz, y hacerles pasar por la
parte superior del primer cambiador de calor 1 a través de una
salida. La Figura 1 muestra seis salidas 4 desde la parte superior
del primer cambiador 1 que tiene seis haces, salidas 4 que hacen
pasar sus corrientes por un anillo de recogida 6 que recoge todas
las corrientes mixtas de vapor y líquido, y las hace pasar como una
corriente combinada hacia un solo conducto 3 para el paso al
siguiente cambiador de calor 2. Un solo conducto 3 para hacer pasar
todas las corrientes mixtas de vapor y líquido al siguiente
cambiador de calor 2 se ha considerado hasta ahora la disposición
más sencilla y económica debido a la distancia entre el flujo de
salida de un cambiador de calor y el flujo de entrada de otro
cambiador de calor.
Sin embargo, los cambiadores de calor
normalmente no son tan uniformes como para posibilitar que la
distribución o proporción de las fases líquida y vapor de
corrientes mixtas fuera de cada uno de sus tubos sean iguales.
Habrá variaciones y esto conduce a una variación en la distribución
de las fases líquida y vapor que salen por el primer cambiador de
calor 1 y a través del conducto de interconexión 3 al siguiente
cambiador de calor 2. En general, esta no uniformidad de la
distribución y composición de la corriente mixta de vapor y líquido
que pasa a través del conducto 3 puede provocar una distribución no
uniforme de la corriente mixta en el segundo cambiador de calor
2.
Como se ha descrito anteriormente para el primer
cambiador de calor 1, el segundo cambiador de calor 2 normalmente
comprende cientos o miles de tubos de pequeño diámetro, normalmente
recogidos también en un número de "haces". Un número común de
haces es seis. En o cerca de la base del cambiador de calor 2, cada
haz tiene una sola cubierta, cámara, cabezal o colector diseñados
para proporcionar una corriente de material hacia cada tubo desde
una fuente común. Normalmente, la fuente para cada haz de tubos es
una entrada y se muestran seis entradas 5 en la Figura 1.
Las entradas derivan su corriente de material desde un anillo de distribución 7 suministrado por el conducto único 3.
Las entradas derivan su corriente de material desde un anillo de distribución 7 suministrado por el conducto único 3.
El anillo de distribución 7 generalmente es
horizontal para tratar de suministrar una corriente de líquido y
vapor hacia cada una de las entradas 5 más eficazmente desde todos
los lados del segundo cambiador de calor 2. Sin embargo, cualquier
pasaje horizontal de una corriente mixta de líquido y vapor da como
resultado alguna estratificación de las fases debido al peso mayor
de la fase líquida, que provoca que se hunda, y la velocidad
generalmente más rápida del vapor, que provoca que la fase vapor
fluya más rápido sobre la fase líquida hundida. De esta manera, el
flujo horizontal de una corriente mixta de vapor y líquido
generalmente aumenta la no uniformidad de las fases líquida y vapor
a medida que pasan alrededor del anillo de distribución 7 para
alcanzar cada una de las entradas 5. Cuantas más corrientes se
desplacen horizontalmente, incluyendo alrededor de un anillo de
distribución, mayor será este efecto de estratificación.
Como resultado de lo anterior, hay una
distribución de temperatura no uniforme en las fases líquida y vapor
a lo largo de la longitud del segundo cambiador de calor 2. Esto
puede dar como resultado un desequilibrio energético entre, por
ejemplo, una primera etapa o de pre-refrigeración de
una planta de licuefacción usando el primer y segundo cambiadores
de calor 1, 2 mostrados en la Figura 1 y una etapa de licuefacción
principal. Esto puede conducir a un aumento del requerimiento
energético para la etapa de licuefacción principal y, por lo tanto,
un aumento en la energía total requerida para el método o planta de
licuefacción.
La Figura 2 muestra un recipiente de
distribución 12 para el uso con la presente invención. El recipiente
de distribución 12 tiene una entrada 14 para recibir una corriente
mixta de vapor y líquido 10. Como se ha descrito anteriormente, la
corriente mixta de vapor y líquido 10 puede ser una corriente de
hidrocarburo tal como gas natural o un refrigerante, en particular
un refrigerante mixto basado en dos o más componentes,
preferiblemente seleccionado entre el grupo que comprende
nitrógeno, metano, etano, etileno, propano, propileno, butano y
pentano. Dicho refrigerante mixto puede usarse en una o más etapas
de un método, aparato o planta para licuar una corriente de
hidrocarburo tal como gas natural.
Un uso de un refrigerante mixto es en dos
cambiadores de calor conectados, siendo uno normalmente un cambiador
de calor a alta presión y siendo el otro un cambiador de calor a
baja presión. Una disposición para dos de estos cambiadores de
calor se muestra en la Figura 3 del documento US 6.389.844 B1. Otra
posible disposición se muestra en la Figura 1 del documento EP 1
088 192 B1.
Usando el ejemplo de un cambiador de calor de
alta presión que es el primer cambiador de calor 1 mostrado en la
Figura 1, se permite que el refrigerante mixto se evapore a una
"alta" presión en su interior y después sale del cambiador de
calor 1 a través del conducto 3.
El recipiente de distribución 12 de la presente
invención puede localizarse en el conducto 3 mostrado en la Figura
1 de manera que su corriente sea la corriente mixta de vapor y
líquido 10 mostrada en la Figura 2. Esta corriente 10 entra en el
recipiente de distribución 12 a través de la entrada 14.
La corriente entrante 10 puede dirigirse al
cuerpo del recipiente de distribución 12 mediante cualquier
dispositivo u otra disposición adaptada para cambiar o dirigir el
flujo de la corriente de entrada 10. Un ejemplo es una placa
deflectora 22 mostrada en la Figura 2, adaptada para crear un flujo
perpendicular de la corriente de entrada alrededor de la misma.
Otro ejemplo (no mostrado) es un dispositivo de paleta de entrada y
distribución para una mezcla líquido/vapor como se describe y
muestra en el documento GB 1.119.699 y se incorpora en este
documento a modo de referencia. Dicho dispositivo de entrada y
distribución puede introducirse en el recipiente de distribución
desde la parte superior en una configuración vertical o desde el
lateral en una configuración horizontal y está diseñado para
dividir la mezcla de líquido y vapor en columnas u otras zonas de
tratamiento. Comprende un número de paletas de guía curvas, de
manera que cada paleta intercepta y desvía parte de la corriente
mixta entrante. Dicho dispositivo se conoce también como
"Schoepentoeter"TM.
El recipiente de distribución 12 en la Figura 2
permite que la parte líquida de la corriente mixta 10 se recoja en
una primera zona 20 en el recipiente de distribución 12, de manera
que la primera zona 20 generalmente está en la parte inferior del
recipiente de distribución 12. Por encima de la primera zona 20, la
parte de vapor de la corriente mixta 10 se recoge en una segunda
zona 30 que está por encima de la primera zona 20. De esta manera,
el recipiente de distribución 12 ha creado una zona colectiva para
la fase líquida de la corriente mixta de vapor y líquido 10 y una
zona colectiva para la fase vapor de la corriente mixta de vapor y
líquido entrante 10.
El recipiente de distribución 12 puede tener
cualquier diseño, tamaño o dimensiones que se ajusten al flujo
conocidos o esperado de la corriente mixta de vapor y líquido 10 a
partir del tipo de unidad, recipiente o cambiador de calor desde el
que se proporciona. Preferiblemente, el tamaño y las dimensiones del
recipiente de distribución 12 son tales que se consigue un nivel
constante de material en fase líquida en la primera zona 20.
El recipiente de distribución también tiene dos
o más salidas para el flujo de salida del material en el recipiente
de distribución 12 y, en la Figura 2, se muestran únicamente cuatro
salidas 16 a modo de ejemplo. Sin embargo, el recipiente de
distribución como se describe en este documento puede tener de 2 a
20 salidas, preferiblemente 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 ó 10 salidas 16,
extendiéndose preferiblemente cada salida 16 a través del recipiente
de distribución 12 en o cerca de su base. Preferiblemente, las
salidas 16 pasan a través de la base del recipiente de distribución
12 y se extienden hacia arriba hacia el interior del mismo. La
extensión en la que las salidas 16 se extienden hacia el recipiente
de distribución 12 depende del caudal conocido o esperado de
corriente mixta de vapor y líquido 10, así como de las dimensiones
del recipiente de distribución 12. La disposición de las salidas
16, la placa deflectora 22 y cualquier otro elemento o
característica dentro del recipiente de distribución 12 puede
calcularla una persona experta en la materia.
A lo largo de la parte 24 de las salidas 16 en
la primera zona 20, cada salida 16 tiene una o más aberturas para
líquido, mostrándose una abertura para líquido 18 por salida 16 en
la Figura 2, a modo de ejemplo. Las aberturas para líquido 18 son
capaces de hacer pasar el líquido en la segunda zona 20 hacia las
salidas 16.
La parte superior de cada parte 26 de las
salidas 16 se extiende hacia la segunda zona 30 tiene el extremo
abierto, tal como para crear una abertura para vapor 28 en cada
salida 16 capaz de dejar pasar vapor hacia la salida 16. Separados
por encima de las aberturas para vapor de extremo abierto 28, pueden
localizarse cubiertas o capuchones 32 que pueden localizarse por
encima de las mismas para evitar la entrada directa de material,
particularmente material líquido, en el recipiente de distribución
12 hacia las aberturas para vapor 28. Los capuchones 32 crean
flujos no directos hacia las aberturas para vapor 28 para asegurar
que sólo es vapor lo que pasa al interior de las mismas.
En una realización, la entrada 14 está en o
cerca de la parte superior del recipiente de distribución 12.
Preferiblemente, la entrada 14 es vertical, no estando limitada a
una vertical absoluta. Como alternativa, la entrada para el
recipiente de distribución 12 puede entrar en el recipiente de
distribución a un ángulo, siendo dicho ángulo un ángulo cualquiera
por debajo de la horizontal. Cuando el recipiente de distribución
12 tenga más de una entrada, cada entrada podría entrar en el
recipiente de distribución 12 verticalmente, horizontalmente o
cualquier combinación de ángulos entre éstas.
Análogamente, las salidas 16 mostradas en la
Figura 2 se extienden verticalmente lejos del recipiente de
distribución 12, aunque podrían extenderse lejos del recipiente de
distribución 12 a otros ángulos.
Preferiblemente, la entrada 14, cada salida 16 y
opcionalmente incluso el propio recipiente de distribución 12 están
todos dispuestos en vertical o verticalmente, tal como para
proporcionar un flujo vertical generalmente de las corrientes
mixtas y las fases vapor y líquido a través de las mismas.
También preferiblemente, el recipiente de
distribución 12 está localizado en una parte, fracción o sección
vertical de un conducto, tal como un conducto intermedio entre las
salidas de un primer recipiente tal como un primer cambiador de
calor, y las entradas de un segundo recipiente tal como un segundo
cambiador de calor.
También preferiblemente, el recipiente de
distribución 12 se usa o localiza tal como para reducir, más
preferiblemente minimizar, cualquier paso o transferencia
horizontal de las corrientes mixtas de vapor y líquido proporcionado
a través de sus salidas, tal como para minimizar la estratificación
de las fases tanto como sea posible antes de su uso posterior.
Las configuraciones de las líneas, conductos y
corrientes en los dibujos adjuntos no son limitantes y generalmente
son figurativos para ilustrar mejor la presente invención.
Durante el uso, el recipiente de distribución 12
es capaz de proporcionar un flujo igual o uniforme de fase líquida
(desde la primera zona 20) y un flujo igual o uniforme de fase vapor
(desde la segunda zona 30) hacia cada una de las salidas 16,
proporcionando de esta manera una mayor igualdad o uniformidad de la
distribución o proporción de las fases líquida y vapor en cada una
de las corrientes que fluyen hacia fuera del recipiente de
distribución 12, (comparado con la corriente mixta entrante 10).
La proporción o distribución de flujos de
líquido y vapor hacia las salidas 16 dependerá de muchos parámetros,
incluyendo el tamaño y dimensiones de las salidas 16, de las
aberturas para líquido 18, de las aberturas para vapor 28 y de los
capuchones 32. Dependerá también del tamaño y dimensión del propio
recipiente de distribución 12 y del flujo y distribución de la
corriente mixta de vapor y líquido entrante 10. Los cálculos de
estos y otros parámetros pertinentes pueden realizarse para
asegurar que las distribuciones de las fases líquida y vapor en las
salidas 16 son más equitativos que la distribución de la corriente
de suministro mixta inicial 10.
De esta manera, el recipiente de distribución 12
es capaz de realizar una distribución de vapor y líquido más
uniforme en dos o más corrientes procedentes de la corriente mixta
de vapor y líquido 10. Preferiblemente, divide la corriente mixta
de vapor y líquido 10 en un número de corrientes paralelas que
tienen la misma o similar proporción líquido:vapor y, de esta
manera, proporciona un método para controlar la uniformidad de las
fases vapor y líquido que pasan a través de las salidas 16. La
distribución de las fases líquida y vapor en la corriente en o a
través de cada salida 16 es más igual o uniforme con las otras
corrientes de salida que la distribución de las fases líquida y
vapor en la corriente mixta 10 que entra por la entrada 14.
En una configuración alternativa del recipiente
de distribución (no mostrado), se proporciona una o más entradas en
el lado del recipiente de distribución. Dichas entradas laterales
pueden entrar en el recipiente de distribución a un ángulo, de
manera que el ángulo puede ser cualquier ángulo desde la horizontal
hasta, aunque sin incluirla, la vertical.
Una o más salidas pasan a través de la base del
recipiente de distribución y se extienden hacia arriba por su
interior. Las salidas son generalmente como se ha descrito
anteriormente aunque se extienden hacia el recipiente de
distribución más allá del nivel de la una o más entradas, de manera
que la parte superior de cada salida está a un nivel por encima de
la entrada más alta. La una o más salidas se extienden verticalmente
lejos del recipiente de distribución, aunque pueden extenderse
lejos del recipiente de distribución a otros ángulos para
proporcionar un flujo generalmente vertical de las corrientes de
vapor y líquido mixtas y las fases a través de las mismas.
La Figura 3 muestra la introducción del
recipiente de distribución 12 en un conducto 103 entre el primer y
el segundo cambiadores de calor 101 y 102, similares a aquellos
mostrados en la Figura 1. El recipiente de distribución 12 se
localiza por debajo del punto de suministro de la corriente mixta de
vapor y líquido desde el primer cambiador de calor 101.
Preferiblemente, el recipiente de distribución 12 se localiza cerca
del extremo del conducto 103, para mantener un solo conducto entre
el primer y segundo cambiadores de calor 101, 102 durante al menos
la mayor parte de la distancia entre los mismos.
También es preferible que el recipiente de
distribución 12 esté localizado cerca del segundo cambiador de
calor 102 para minimizar cualquier flujo horizontal de las
corrientes que pasan desde las salidas 16 hacia las entradas 105.
Esto minimiza cualquier estratificación de las corrientes de salida
mixtas como se ha analizado anteriormente.
El recipiente de distribución puede ser de
cualquier configuración descrita en este documento tal como la
realización mostrada en la Figura 2.
Las seis salidas 16 del recipiente de
distribución 12 mostrado en la Figura 4 están conectadas
preferiblemente directamente entre sí a seis entradas de
cambiadores de calor 105 en la base o parte inferior del segundo
cambiador de calor 102. Mediante la introducción directa de
corrientes de líquido y vapor más iguales en cada una de las
salidas 16 hacia el segundo cambiador de calor 102, se proporciona
una introducción más uniforme de las corrientes mixtas de líquido y
vapor hacia el cambiador de calor 102, conduciendo a una
distribución de temperatura más uniforme de las corrientes y, de
esta manera, a un uso o procesado más eficaz de las corrientes a
través del segundo cambiador de calor 102.
La presente invención proporciona otra ventaja
para evitar la necesidad de un anillo de distribución (tal como el
anillo de distribución 7 mostrado en la Figura 1) alrededor del
segundo cambiador de calor 102. El paso directo de las corrientes
desde las salidas 16 hasta las entradas 105 del segundo cambiador de
calor 102 reduce la longitud del flujo horizontal de las corrientes
para minimizar la estratificación debida al flujo horizontal.
El recipiente de distribución 12 puede
utilizarse entre dos cambiadores de calor cualquiera. Algunas etapas
de refrigeración en la planta de licuefacción de hidrocarburo
pueden usar 3, 4, 5 ó 6 cambiadores de calor en serie, entre los
cuales puede haber corrientes mixtas de líquido y vapor. Por
ejemplo, cambiadores de calor a diferentes niveles de presión. El
recipiente de distribución 12 puede utilizarse en numerosas
localizaciones entre dichos cambiadores.
El recipiente de distribución 12 puede
utilizarse también para proporcionar mayor igualdad o uniformidad de
las fases vapor y líquida en las corrientes procedentes de una
corriente mixta de vapor y líquido que se está haciendo pasar por
dos o más cambiadores de calor diferentes, en lugar de hacer pasar
todas las corrientes por otro cambiador de calor único. Como un
ejemplo, una o más de las salidas del recipiente de distribución
pueden hacer pasar una corriente o corrientes hacia un cambiador de
calor y una o más de las otras salidas pueden hacer pasar una
corriente o corrientes a otro cambiador de calor.
La presente invención se extiende a un método
para proporcionar uniformidad o proporcionar una mayor igualdad a
las fases vapor y líquida en dos o más corrientes procedentes de una
corriente mixta de vapor y líquido en una primera etapa o de
pre-refrigeración de un proceso de refrigerante
mixto doble de tres etapas tal como el mostrado en el documento EP
1088192 A1, la primera etapa o de pre-refrigeración
del proceso mostrado en el documento US 6.389.844 B1 y/o la etapa o
sistema de licuefacción de cualquier otro proceso de licuefacción,
en particular aquellos que usan un refrigerante mixto multifásico e
implican dos cambiadores de calor criogénicos.
Claims (17)
1. Un método para proporcionar uniformidad a las
fases vapor y líquida en dos o más corrientes procedentes de una
corriente mixta de vapor y líquido que comprende las etapas de:
(a) hacer pasar la corriente mixta de vapor y
líquido desde un primer cambiador de calor (101) a un recipiente de
distribución (12) a través de una o más entradas del recipiente de
distribución (14), teniendo el recipiente de distribución dos o más
salidas del recipiente de distribución (16) conectadas a un segundo
cambiador de calor
(102);
(102);
(b) permitir que la parte líquida de la
corriente mixta se recoja en una primera zona (20) en el recipiente
de distribución (12);
(c) permitir que la parte vapor de la corriente
mixta se recoja en una segunda zona (30) del recipiente de
distribución (12), preferiblemente por encima de la primera zona de
la etapa (b);
(d) hacer pasar el líquido en la primera zona
hacia las salidas del recipiente de distribución a través de una o
más aberturas para líquido (18) en cada salida del recipiente de
distribución (16) que comunica con la primera zona (20);
y
y
(e) hacer pasar el vapor en la segunda zona (30)
hacia las salidas del recipiente de distribución (16) a través de
una o más aberturas para vapor (28) en cada salida del recipiente de
distribución en comunicación con la segunda zona.
\vskip1.000000\baselineskip
2. Un método de acuerdo con la reivindicación 1,
en el que la corriente mixta de vapor y líquido es una corriente de
refrigerante.
3. Un método de acuerdo con la reivindicación 1,
en la que la corriente mixta de vapor y líquido es una corriente de
hidrocarburo.
4. Un método de acuerdo con una o más de las
reivindicaciones anteriores, en el que la una o más entradas del
recipiente de distribución, las dos o más salidas del recipiente de
distribución y el recipiente de distribución proporcionan un flujo
vertical a las corrientes que los atraviesan.
5. Un método de acuerdo con una o más de las
reivindicaciones anteriores, en el que el recipiente de distribución
está por debajo del punto de suministro de una corriente mixta de
vapor y líquido desde el primer cambiador de
calor.
calor.
6. Un método de acuerdo con una o más de las
reivindicaciones anteriores, en el que el primer y segundo
cambiadores de calor refrigeran una corriente de hidrocarburo.
7. Un método de acuerdo con una o más de las
reivindicaciones anteriores, en el que el primer y segundo
cambiadores de calor son cambiadores de calor de carcasa y
tubos.
8. Un método de acuerdo con una o más de las
reivindicaciones anteriores, en el que el recipiente de distribución
tiene una entrada del recipiente de distribución en o cerca de la
parte superior del recipiente de distribución.
9. Un método de acuerdo con una o más de las
reivindicaciones anteriores, en el que el recipiente de distribución
tiene de 2 a 20 salidas del recipiente de distribución.
10. Un método de acuerdo con una o más de las
reivindicaciones anteriores, en el que cada salida del recipiente
de distribución se extiende hacia arriba a través del recipiente de
distribución y al menos una abertura para líquidos está localizada
en el lateral de cada salida del recipiente de distribución cerca de
la base del recipiente de distribución.
11. Un método de acuerdo con una o más de las
reivindicaciones anteriores, en el que cada salida del recipiente
de distribución tiene un extremo en el recipiente de distribución,
extremo que tiene un final abierto para actuar como una abertura
para vapor.
12. Un método de acuerdo con una o más de las
reivindicaciones anteriores, en el que el extremo de cada salida
del recipiente de distribución en el recipiente de distribución
tiene un capuchón final separado por encima del
mismo.
mismo.
13. Un método de acuerdo con una o más de las
reivindicaciones anteriores, en el que el recipiente de distribución
incluye una placa deflectora cerca de o en cada entrada del
recipiente de distribución para ayudar a distribuir la corriente
mixta de vapor y líquido desde o en cada entrada del recipiente de
distribución a través de o alrededor del recipiente de
distribución.
14. Aparato para proporcionar uniformidad a las
fases vapor y líquida en dos o más corrientes procedentes de:
una corriente mixta de vapor y líquido,
comprendiendo el aparato al menos:
- un recipiente de distribución (12) que tiene una o más entradas al recipiente de distribución (14) y dos o más salidas del recipiente de distribución (16), estando dichas una o más entradas del recipiente de distribución conectadas a la una o más salidas (4) de un primer cambiador de calor (101) y dichas dos o más salidas del recipiente de distribución conectadas a una o más entradas (5) de un segundo cambiador de calor (102);
- una primera zona (20) en el recipiente de distribución (12) para recoger el líquido de la corriente mixta;
- una segunda zona (30) en el recipiente de distribución (12) para recoger la parte vapor de la corriente mixta;
- una o más aberturas para líquido (18) en cada salida en comunicación con la primera zona (20), a través de las cuales puede pasar la parte líquida de las corrientes mixtas; y
- una o más aberturas para vapor (28) en cada salida en comunicación con la segunda zona (30) a través de las cuales puede pasar la parte vapor de la corriente mixta.
\vskip1.000000\baselineskip
15. Aparato de acuerdo con la reivindicación 14
en el que dicha segunda zona está por encima de la primera
zona.
16. Un método para refrigerar una corriente de
hidrocarburo, tal como una corriente de gas natural, comprendiendo
el método al menos las etapas de:
(i) hacer pasar la corriente de hidrocarburo a
través de una etapa de refrigeración que implica dos o más
cambiadores de calor, pasando entre estos cambiadores de calor una
corriente mixta de vapor y líquido; y
(ii) usar un método como el que se ha definido
en una o más de las reivindicaciones 1 a 13 o un aparato como se ha
definido en la reivindicación 14 ó 15, en el que el recipiente de
distribución se proporciona en la trayectoria de la corriente mixta
de vapor y líquido entre los cambiadores de calor.
17. Un método de acuerdo con la reivindicación
16, para licuar una corriente de hidrocarburo para proporcionar una
corriente de hidrocarburo licuado, preferiblemente gas natural
licuado.
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