ES2340738T3 - Metodo y aparato para hacer pasar una corriente mixta de vapor y liquido entre dos cambiadores de calor y un metodo relacionado para refrigerar una corriente de hidrocarburo. - Google Patents
Metodo y aparato para hacer pasar una corriente mixta de vapor y liquido entre dos cambiadores de calor y un metodo relacionado para refrigerar una corriente de hidrocarburo. Download PDFInfo
- Publication number
- ES2340738T3 ES2340738T3 ES07847723T ES07847723T ES2340738T3 ES 2340738 T3 ES2340738 T3 ES 2340738T3 ES 07847723 T ES07847723 T ES 07847723T ES 07847723 T ES07847723 T ES 07847723T ES 2340738 T3 ES2340738 T3 ES 2340738T3
- Authority
- ES
- Spain
- Prior art keywords
- liquid
- heat exchanger
- stream
- mixed
- steam
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D19/00—Degasification of liquids
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D1/00—Evaporating
- B01D1/0064—Feeding of liquid into an evaporator
- B01D1/007—Feeding of liquid into an evaporator the liquid feed being split up in at least two streams before entering the evaporator
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
- B01F23/00—Mixing according to the phases to be mixed, e.g. dispersing or emulsifying
- B01F23/70—Pre-treatment of the materials to be mixed
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D5/00—Condensation of vapours; Recovering volatile solvents by condensation
- B01D5/0003—Condensation of vapours; Recovering volatile solvents by condensation by using heat-exchange surfaces for indirect contact between gases or vapours and the cooling medium
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D5/00—Condensation of vapours; Recovering volatile solvents by condensation
- B01D5/0033—Other features
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D5/00—Condensation of vapours; Recovering volatile solvents by condensation
- B01D5/0033—Other features
- B01D5/0051—Regulation processes; Control systems, e.g. valves
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D5/00—Condensation of vapours; Recovering volatile solvents by condensation
- B01D5/0078—Condensation of vapours; Recovering volatile solvents by condensation characterised by auxiliary systems or arrangements
- B01D5/0084—Feeding or collecting the cooling medium
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
- B01F23/00—Mixing according to the phases to be mixed, e.g. dispersing or emulsifying
- B01F23/20—Mixing gases with liquids
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
- B01F23/00—Mixing according to the phases to be mixed, e.g. dispersing or emulsifying
- B01F23/20—Mixing gases with liquids
- B01F23/23—Mixing gases with liquids by introducing gases into liquid media, e.g. for producing aerated liquids
- B01F23/232—Mixing gases with liquids by introducing gases into liquid media, e.g. for producing aerated liquids using flow-mixing means for introducing the gases, e.g. baffles
- B01F23/2323—Mixing gases with liquids by introducing gases into liquid media, e.g. for producing aerated liquids using flow-mixing means for introducing the gases, e.g. baffles by circulating the flow in guiding constructions or conduits
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
- F25J5/00—Arrangements of cold exchangers or cold accumulators in separation or liquefaction plants
- F25J5/002—Arrangements of cold exchangers or cold accumulators in separation or liquefaction plants for continuously recuperating cold, i.e. in a so-called recuperative heat exchanger
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
- F25J2270/00—Refrigeration techniques used
- F25J2270/12—External refrigeration with liquid vaporising loop
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
- F25J2290/00—Other details not covered by groups F25J2200/00 - F25J2280/00
- F25J2290/32—Details on header or distribution passages of heat exchangers, e.g. of reboiler-condenser or plate heat exchangers
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
- F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
- F28F9/02—Header boxes; End plates
- F28F9/026—Header boxes; End plates with static flow control means, e.g. with means for uniformly distributing heat exchange media into conduits
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
- F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
- F28F9/26—Arrangements for connecting different sections of heat-exchange elements, e.g. of radiators
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Separation By Low-Temperature Treatments (AREA)
- Production Of Liquid Hydrocarbon Mixture For Refining Petroleum (AREA)
- Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
- Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
Abstract
Un método para hacer pasar una corriente mixta de vapor y líquido entre un primer cambiador de calor y un segundo cambiador de calor, que comprende las etapas de: (a) descargar la corriente mixta de vapor y líquido desde el primer cambiador de calor (101, 201) a través de dos o más salidas (104, 204); representando X el número de salidas, (b) hacer pasar la corriente mixta de vapor y líquido en las salidas a través de dos o más conductos intermedios (103, 203) hacia el segundo cambiador de calor (102, 202); y (c) introducir la corriente mixta de vapor y líquido desde los conductos intermedios hacia el segundo cambiador de calor (102, 202) a través de dos o más entradas (105, 205); representando Y el número de entradas, donde X es igual a o mayor que Y.
Description
Método y aparato para hacer pasar una corriente
mixta de vapor y líquido entre dos cambiadores de calor y un método
relacionado para refrigerar una corriente de hidrocarburo.
La presente invención se refiere a un método y
un aparato para hacer pasar una corriente mixta de vapor y líquido
entre cambiadores de calor, particularmente aunque no
exclusivamente, una corriente mixta de vapor y líquido implicada en
licuar una corriente de hidrocarburo tal como una corriente de gas
natural.
En otro aspecto, la presente invención se
refiere a un método para refrigerar, preferiblemente para licuar,
una corriente de hidrocarburo tal como una corriente de gas
natural.
Se conocen varios 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 menor volumen y no
es necesario almacenarlo a alta presión.
Normalmente el gas natural, que comprende
predominantemente metano, entra en una planta de LNG a presiones
elevadas y se pre-trata para producir una materia
prima purificada adecuada para 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 entonces
adicionalmente (para reducir el vapor evaporado instantáneamente
mediante una o más etapas de expansión) a una presión atmosférica
final adecuada para el almacenamiento y transporte. El vapor
evaporado instantáneamente de cada etapa de expansión puede usarse
como una fuente de gas combustible en la planta.
En las plantas de LNG, las corrientes que
comprenden una mezcla de fases vapor y líquida pasan, por ejemplo,
entre dos cambiadores de calor. Se muestra un ejemplo en la Figura 3
del documento US 6.389.844 B1.
El documento US 6.389.844 B1 se refiere a una
planta para licuar gas natural. La Figura 3 muestra una realización
para pre-refrigerar el 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 el gas natural son corrientes mixtas de
vapor y líquido y dichas corrientes se transportan por un sólo
conducto entre los cambiadores de calor 102' y 102. Otra planta
para licuar gas natural se describe en el documento US
2006/0086140.
Sin embargo, esta manera de hacer pasar
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 una
consecuencia, puede haber una distribución no uniforme de las fases
vapor y líquida en la segunda etapa de cambiador de calor 102, 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 el
paso de una corriente mixta de vapor y líquido entre dos
cambiadores de calor.
Otro objeto de la presente invención es reducir
los requisitos energéticos de una planta o método de
refrigeración.
La presente invención proporciona un método para
hacer pasar una corriente mixta de vapor y líquido entre un primer
cambiador de calor y un segundo cambiador de calor, que comprende
las etapas de:
- (a)
- descargar la corriente mixta de vapor y líquido desde el primer cambiador de calor a través de dos o más salidas (número X);
- (b)
- hacer pasar la corriente mixta de vapor y líquido en las salidas a través de dos o más conductos intermedios al segundo cambiador de calor; y
- (c)
- introducir la corriente mixta de vapor y líquido desde los conductos intermedios hacia el segundo cambiador de calor a través de dos o más entradas (número Y);
- donde X es igual a o mayor que (\geq) Y.
\vskip1.000000\baselineskip
Las realizaciones de la presente invención se
extienden al uso con corrientes mixtas de vapor y líquido de
refrigerante usadas 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 componentes individuales, usando dos o más
para formar un refrigerante mixto.
\newpage
En un aspecto adicional, la presente invención
proporciona un aparato para hacer pasar una corriente mixta de
vapor y líquido entre un primer cambiador de calor y un segundo
cambiador de calor, comprendiendo el aparato al menos:
dos o más (número: X) salidas para que el primer
cambiador de calor descargue la corriente mixta de vapor y líquido
del primer cambiador de calor;
dos o más conductos intermedios para hacer pasar
la corriente mixta de vapor y líquido en las salidas al segundo
cambiador de calor, y
dos o más (número: Y) entradas para hacer pasar
la corriente mixta de vapor y líquido desde los conductos
intermedios hacia el segundo cambiador de calor;
donde X es igual a o mayor que (\geq) Y.
En otro aspecto, la presente invención
proporciona un método para refrigerar una corriente de hidrocarburo
tal como gas natural, comprendiendo el método al menos la etapa
de:
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 como se ha definido en este
documento.
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 simplificada de
una primera realización de la presente invención; y
La Figura 3 es una vista lateral simplificada de
una segunda realización de la presente invención.
Para el propósito de esta descripción, se
asignará un solo número de referencia a una línea, así como a una
corriente que circula por esa línea.
Las configuraciones de las líneas, conductos y
corrientes en los dibujos adjuntos no son limitantes y generalmente
son figurativas para ilustrar mejor la presente invención.
En las realizaciones propuestas en este
documento, se descarga una corriente mixta de vapor y líquido desde
un primer cambiador de calor a través de dos o más salidas, después
pasa a través de dos o más conductos intermedios a un segundo
cambiador de calor y después se introduce desde los conductos
intermedios hacia el segundo cambiador de calor a través de dos o
más entradas, con lo que el número de dichas salidas (que puede
representarse en lo sucesivo en este documento por X) es igual a o
mayor que (que puede representarse en lo sucesivo en este documento
por el símbolo \geq) el número de dichas entradas (que puede
representarse en lo sucesivo en este documento por Y).
Haciendo pasar la corriente mixta de vapor y
líquido a través de conductos directos desde el primer cambiador de
calor al segundo cambiador de calor, hay una reducción de cualquier
mala distribución de la corriente mixta de vapor y líquido que
hasta ahora se había hecho pasar entre dos cambiadores de calor a
través de solo conducto.
Proporcionando un paso más uniforme de la
corriente mixta de vapor y líquido, habrá también una distribución
de temperatura más uniforme de las fases líquida y vapor en el
segundo cambiador de calor. De esta manera, la presente invención
puede reducir los requisitos globales de energía de un método o
planta o aparato para refrigerar, en particular para licuar, una
corriente de hidrocarburo y/o hacer al método, planta o aparato más
eficaz y, por lo tanto, más económico.
La presente invención puede usarse para
cualquier corriente mixta de vapor y líquido incluyendo, aunque sin
limitación, una corriente mixta de vapor y líquido en forma de una
corriente de hidrocarburo a refrigerar y/o licuar, o en forma de
una corriente de refrigerante, en particular, una corriente mixta de
refrigerante.
Una corriente de hidrocarburo puede
refrigerarse, particularmente licuarse, haciéndola pasar a través de
dos o más etapas de refrigeración que implican cambiadores de
calor. Puede usarse cualquier número de etapas de refrigeración y
cada etapa de refrigeración puede implicar dos 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 adecuados
capaces de licuar una corriente de hidrocarburo tal como gas natural
se conocen en la técnica.
Una corriente de hidrocarburo para un método o
planta de refrigeración y/o licuefacción puede ser cualquier
corriente que contenga hidrocarburo adecuada para refrigerar y/o
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.
El primer y segundo cambiadores de calor pueden
ser cualquier unidad o recipiente adecuado que generalmente tiene
dos o más corrientes que fluyen a través del mismo, en el que se
pretende que al menos una de las corrientes refrigere al menos a
otra corriente. Se conocen en la técnica diversos tipos, diseños y
formas de los cambiadores de calor, siendo ejemplos de los cuales
cambiadores de calor de carcasa y tubos, particularmente tales como
cambiadores de calor de enrollados en carrete.
El primer cambiador de calor puede tener
cualquier número de salidas, incluyendo, por ejemplo, de 2 a 20
salidas, preferiblemente 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 ó 10 salidas.
El número de salidas del primer cambiador de
calor puede ser igual o diferente del número de entradas del
segundo cambiador de calor, y puede ser también igual o diferente
del número de conductos intermedios. Análogamente, el número de
conductos intermedios puede ser igual o diferente del número de
entradas en el segundo cambiador de calor.
Cuando el número de salidas es diferente del
número de conductos intermedios y/o el número de entradas y el
número de conductos intermedios es diferente del número de entradas,
entonces hay preferiblemente una división equitativa de la
división, compartición y/o combinación requerida de corrientes desde
y hacia las salidas, conductos intermedios y entradas. Es decir, la
división, compartición y/o combinación es, o pretende conseguir,
igualdad tanto como sea posible entre el número de corrientes
proporcionadas y el número de corrientes a proporcionar, teniendo
en cuenta otros parámetros o circunstancias que pueden afectar a la
división, compartición o combinaciones tales como alteraciones del
flujo o parámetros operativos.
En un ejemplo de la presente invención, el
número de salidas es igual al número de conductos intermedios, que
es igual al número de entradas en el segundo cambiador de calor. De
esta manera, hay un paso directo eficaz de la corriente mixta de
vapor y líquido desde el primer cambiador de calor a través de un
número de salidas, conductos intermedios y entradas, hacia el
segundo cambiador de calor.
En otro ejemplo, el número de salidas desde el
primer cambiador de calor es mayor que el número de conductos
intermedios y el número de conductos intermedios es igual al número
de entradas en el segundo cambiador de calor. De esta manera, las
corrientes mixtas de vapor y líquido a través de las salidas se
combinan para igualar el número de conductos intermedios, teniendo
la combinación preferiblemente una división tan equitativa como sea
posible.
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 indeseado presente tal como
CO_{2} y H_{2}S u otras etapas tales como
pre-refrigeración, pre-presurización
o similares. Como estas etapas las conocen bien la persona experta
en la materia, no se analizan adicionalmente en este documento.
Aunque el método de acuerdo con la presente
invención es aplicable a diversas corrientes de suministro de
hidrocarburo, es particularmente adecuado para corrientes de gas
natural a licuar. Como la persona experta entiende fácilmente cómo
licuar una corriente de hidrocarburo, esto no se analiza
adicionalmente en detalle 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 reactores o 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.
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.
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.
Los solicitantes no creen que la disposición
mostrada en la Figura 1 se conozca en la técnica, aunque que la
presente invención proporciona una o más mejoras a partir de la
misma.
La Figura 2 muestra una primera realización de
la presente invención entre el primer y segundo cambiadores de
calor 101 y 102, similar a aquellas mostradas en la Figura 1, por
ejemplo en una planta de LNG.
El primer y segundo cambiadores de calor 101 y
102 podría estar implicado en la refrigeración de una corriente de
hidrocarburo tal como gas natural. Un ejemplo de esto es una primera
etapa de refrigeración en una planta de LNG, diseñada para reducir
la temperatura del gas natural desde su temperatura de suministro
inicial después de cualquier pre-tratamiento, a por
debajo de 0ºC, por ejemplo entre -20ºC y 50ºC. Para efectuar esto,
el gas natural puede pasar a través de dos o más cambiadores de
calor y puede refrigerarse contra uno o más refrigerantes tales
como propano o un refrigerante mixto como se ha descrito
anteriormente en este documento.
Entre los cambiadores de calor de la primera
etapa de refrigeración, cualquiera o ambas de la corriente de gas
natural y la corriente de refrigerante pueden desplazarse y dichas
corrientes pueden ser corrientes mixtas de vapor y líquido. Un
ejemplo es el primer cambiador de calor 101, que es un cambiador de
calor a alta presión, en el que se permite que un refrigerante
mixto se evapore a una "alta" presión, para pasar después a un
cambiador de calor de baja presión para evaporación adicional.
El primer cambiador de calor 101 podría ser un
cambiador de calor de carcasa y tubos, en el que un refrigerante
mixto se evapora y se recoge cerca de la parte superior del mismo.
Una forma de recogida puede ser en un colector común por encima de
una lámina tubular o una placa tubular como se ha descrito
anteriormente en este documento. Desde dicho colector común, puede
haber cualquier número de salidas capaces de recibir el vapor mixto
y la corriente de líquido del material creado por el primer
cambiador de calor 101. En la realización mostrada en la Figura 2,
existen seis salidas 104.
Generalmente, a través de las seis salidas 104
pasará el mismo o similar flujo de la corriente mixta de vapor y
líquido.
Se desea que todas las corrientes mixtas de
vapor y líquido del primer cambiador de calor 101 pasen por el
segundo cambiador de calor 102. Para efectuar esto, las seis salidas
104 de la parte superior del primer cambiador de calor 101 se
conectan directamente a seis conductos intermedios 103, que a su vez
están conectados directamente con seis entradas 105 del segundo
cambiador de calor 102. Las entradas 105 se localizan
preferiblemente en o cerca de la base o la parte inferior del
segundo cambiador de calor 102. Introduciendo directamente cada
corriente mixta de líquido y vapor en el segundo cambiador de calor
102 a través de cualquier salida 104 y entrada 105 respectiva se
evita la combinación de todas las corrientes en un solo conducto
(por ejemplo, el conducto 3 en la Figura 1), que reduce o minimiza
el problema de la redistribución de una sola corriente mixta de
vapor y líquido en todos los tubos del segundo cambiador de calor
102.
De esta manera, se proporciona un introducción
más uniforme de la corriente mixta de vapor y líquido en el
cambiador de calor 102, reduciendo o minimizando la mala
distribución de las fases líquida y vapor en la corriente mixta
descargada desde el primer cambiador de calor 101, conduciendo a una
distribución de temperatura más uniforme de la corriente mixta de
vapor y líquido en el segundo cambiador de calor 102 y, de esta
manera, a un uso o procesado más eficaz de la corriente a través
del segundo cambiador de calor 102.
La presente invención proporciona otra ventaja
evitando 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
mixtas de vapor y líquido desde las salidas 104 a las entradas 105
del segundo cambiador de calor 102, por lo tanto, reduce los costes
de capital y evita también la estratificación provocada por un
anillo de distribución.
Preferiblemente, los conductos intermedios 103
están situados o localizados de tal manera que reducen, más
preferiblemente minimizan, cualquier paso o transferencia horizontal
de las corrientes mixtas de vapor y líquido proporcionadas a través
de las salidas 104, de manera que minimizan también la
estratificación de las fases tanto como sea posible antes de su
entrada en el segundo cambiador de calor 102.
La disposición mostrada en la Figura 2 puede
utilizarse entre dos cambiadores de calor cualquiera. Algunas
etapas de refrigeración en una planta de licuefacción de
hidrocarburos pueden usar 3, 4, 5 ó 6 cambiadores de calor, tal
como cambiadores de calor en serie, entre los que puede haber
corrientes mixtas de líquido y vapor. Por ejemplo, cambiadores de
calor a diferentes niveles de presión. La disposición mostrada en la
Figura 2 puede utilizarse en un número de localizaciones entre
dichos cambiadores de calor.
La disposición mostrada en la Figura 2 también
puede reducir o minimizar la mala distribución de una corriente
mixta de vapor y líquido que se ha hecho pasar por dos o más
cambiadores de calor diferentes, en lugar de que todas las
corrientes se hagan pasar por un solo cambiador de calor adicional.
Como un ejemplo, una o más de las salidas 104 del primer cambiador
de calor 101 puede hacer pasar su corriente o corrientes a un
cambiador de calor y una o más salidas distintas pueden hacer pasar
una corriente o corrientes a otro cambiador de calor.
En una planta o instalación industrial, tal como
una planta de gas natural licuado, es posible que el primer y
segundo cambiadores de calor no sean del mismo tamaño, capacidad o
diseño. Por ejemplo, es posible que el primer cambiador de calor
sea mayor que el segundo cambiador de calor o al menos tenga un área
de intercambio de calor mayor en su interior. De esta manera, puede
haber un mayor número de salidas del primer cambiador de calor
(comparado con el número de entradas en el segundo cambiador de
calor), debido al mayor número de tubos en el reactor (u otra
disposición del cambiador de calor) en el primer cambiador de
calor.
También se prefiere generalmente minimizar las
tuberías requeridas en una planta o instalación industrial
grande.
Cuando el número de salidas del primer cambiador
de calor es mayor que el número de entradas del segundo cambiador
de calor, puede utilizarse la disposición mostrada en la Figura 3,
en la que dos o más salidas del primer cambiador de calor se
combinan con un menor número de conductos intermedios.
La Figura 3 muestra una segunda realización de
la presente invención entre el primer y el segundo cambiadores de
calor 201 y 202, similarmente a aquellos mostrados en las Figuras 1
y 2, por ejemplo, en una planta de LNG.
El primer cambiador de calor 201 en la Figura 3
tiene, de nuevo a modo de ejemplo, únicamente seis salidas 204 para
un flujo de corriente mixta de vapor y líquido que va a pasar al
segundo cambiador de calor 202.
Para reducir el número de conductos intermedios
entre el primer y el segundo cambiadores de calor 201, 202 hay una
división equitativa de las salidas 204 en tres conductos intermedios
203. La división equitativa comprende combinar las corrientes
mixtas de vapor y líquido que fluyen a través de dos de las salidas
204 hacia un conducto intermedio 203, de manera que las seis
salidas 204 mostradas en la Figura 3 proporcionan sus corrientes en
tres conductos intermedios.
Son posibles otras proporciones del número de
salidas y conductos intermedios, como lo son otras proporciones de
conductos intermedios a entradas (en el segundo cambiador de calor)
y de salidas a entradas. Las disposiciones para cualquier otra
proporción son aplicables por una persona experta en la técnica,
preferiblemente usando una división tan equitativa como sea posible
de la distribución, compartición o combinación de corrientes entre
los mismos.
La combinación de las corrientes desde las
salidas 204 hacia los conductos intermedios 203 en la Figura 3, así
como en cualquier otra disposición, ocurre preferiblemente o está
localizada en una parte, fracción o sección vertical del paso de la
corriente mixta de vapor y líquido desde el primer cambiador de
calor 201 al segundo cambiador de calor 202. Como se ha mencionado
anteriormente, preferiblemente, cualquier paso o transferencia
horizontal posterior de las corrientes mixtas de vapor y líquido en
los conductos intermedios 203 se reduce, más preferiblemente se
minimiza, tal como para minimizar la estratificación de las
corrientes mixtas de vapor y líquido debido al flujo
horizontal.
Los tres conductos intermedios 203 hacen pasar
sus corrientes mixtas directamente por tres entradas
correspondientes 205 del cambiador de calor 202.
De esta manera, en la Figura 3, hay una
provisión directa de las corrientes mixtas de vapor y líquido en los
conductos intermedios 203 en el segundo cambiador de calor 202 a
través de las entradas correspondientes 205.
La presente invención incluye un método para
hacer pasar una corriente mixta de vapor y líquido entre el primer
y segundo cambiadores de calor en una primera etapa 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 mostrada 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 (14)
-
\global\parskip0.900000\baselineskip
1. Un método para hacer pasar una corriente mixta de vapor y líquido entre un primer cambiador de calor y un segundo cambiador de calor, que comprende las etapas de:- (a)
- descargar la corriente mixta de vapor y líquido desde el primer cambiador de calor (101, 201) a través de dos o más salidas (104, 204); representando X el número de salidas,
- (b)
- hacer pasar la corriente mixta de vapor y líquido en las salidas a través de dos o más conductos intermedios (103, 203) hacia el segundo cambiador de calor (102, 202); y
- (c)
- introducir la corriente mixta de vapor y líquido desde los conductos intermedios hacia el segundo cambiador de calor (102, 202) a través de dos o más entradas (105, 205); representando Y el número de entradas,
- donde X es igual a o mayor que Y.
- 2. Un método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que, cuando X es mayor que Y, las corrientes mixtas de vapor y líquido de dos o más salidas se combinan antes de o durante la etapa (b) para proporcionar un número Y de corrientes para las entradas.
- 3. Un método de acuerdo con la reivindicación 2, en el que hay una división equitativa de las corrientes mixtas de vapor y líquido desde las salidas para proporcionar el número Y de corrientes para las entradas.
- 4. Un método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que X es igual a Y.
- 5. Un método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el número de salidas es igual al número de conductos intermedios.
- 6. Un método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el número de entradas es igual al número de conductos intermedios.
- 7. Un método de acuerdo con una o más de las reivindicaciones anteriores, en el que la corriente mixta de vapor y líquido es una corriente de refrigerante.
- 8. Un método de acuerdo con una o más de las reivindicaciones 1 a 6, en el que la corriente mixta de vapor y líquido es una corriente de hidrocarburo.
- 9. 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.
- 10. Un método de acuerdo con la reivindicación 9, en el que el primer y segundo cambiadores de calor son cambiadores de calor de carcasa y tubos.
- 11. Un método de acuerdo con una o más de las reivindicaciones anteriores, en el que el primer cambiador de calor tiene de 2 a 20 salidas, preferiblemente 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 ó 10 salidas.
- 12. Aparato para hacer pasar una corriente mixta de vapor y líquido entre un primer cambiador de calor (101, 201) y un segundo cambiador de calor (102, 202) comprendiendo el aparato al menos:dos o más salidas (104, 204), representando X el número de salidas para que el primer cambiador de calor (1) descargue la corriente mixta de vapor y líquido desde el primer cambiador de calor;dos o más conductos intermedios (103) para hacer pasar la corriente mixta de vapor y líquido en las salidas al segundo cambiador de calor (102, 202); ydos o más entradas (105, 205), representando Y el número de entradas para hacer pasar la corriente mixta de vapor y líquido desde los conductos intermedios (103) hacia el segundo cambiador de calor (102, 202),donde X es igual a o mayor que Y.
- 13. Un método para refrigerar una corriente de hidrocarburo tal como gas natural, comprendiendo el método al menos la etapa de: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 como se ha definido en una o más de las reivindicaciones 1 a 11.
- 14. Un método de acuerdo con la reivindicación 13 para licuar una corriente de hidrocarburo para proporcionar una corriente de hidrocarburo licuado, preferiblemente gas natural licuado.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EP06125504 | 2006-12-06 | ||
| EP06125504 | 2006-12-06 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| ES2340738T3 true ES2340738T3 (es) | 2010-06-08 |
Family
ID=38009766
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| ES07847723T Active ES2340738T3 (es) | 2006-12-06 | 2007-12-04 | Metodo y aparato para hacer pasar una corriente mixta de vapor y liquido entre dos cambiadores de calor y un metodo relacionado para refrigerar una corriente de hidrocarburo. |
Country Status (11)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US9545605B2 (es) |
| EP (1) | EP2094378B1 (es) |
| JP (1) | JP5363990B2 (es) |
| KR (1) | KR101454160B1 (es) |
| AT (1) | ATE461742T1 (es) |
| AU (1) | AU2007328953B2 (es) |
| CA (1) | CA2671160C (es) |
| DE (1) | DE602007005517D1 (es) |
| ES (1) | ES2340738T3 (es) |
| RU (1) | RU2460026C2 (es) |
| WO (1) | WO2008068239A1 (es) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2494294B1 (en) | 2009-10-27 | 2018-12-12 | Shell International Research Maatschappij B.V. | Apparatus and method for cooling and liquefying a fluid |
Family Cites Families (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US2669099A (en) * | 1950-12-29 | 1954-02-16 | Kramer Trenton Co | Evaporator construction for heat exchange systems |
| JPS5512366A (en) * | 1978-07-13 | 1980-01-28 | Chiyoda Chem Eng & Constr Co Ltd | Heat exchanger |
| FR2471566B1 (fr) * | 1979-12-12 | 1986-09-05 | Technip Cie | Procede et systeme de liquefaction d'un gaz a bas point d'ebullition |
| US4449828A (en) * | 1980-10-27 | 1984-05-22 | Ashland Oil, Inc. | Mixing apparatus |
| JPS60232494A (ja) | 1984-05-01 | 1985-11-19 | Hitachi Zosen C B I Kk | 膜形成部材を備えた流下液膜式熱交換器 |
| SE457330B (sv) * | 1987-10-20 | 1988-12-19 | Tilly S Roer Ab | Anordning foer temperering och homogenisering av troegflytande massor |
| HU210994B (en) | 1990-02-27 | 1995-09-28 | Energiagazdalkodasi Intezet | Heat-exchanging device particularly for hybrid heat pump operated by working medium of non-azeotropic mixtures |
| JP3233015B2 (ja) * | 1996-04-19 | 2001-11-26 | 株式会社デンソー | 複式熱交換器 |
| TW477890B (en) * | 1998-05-21 | 2002-03-01 | Shell Int Research | Method of liquefying a stream enriched in methane |
| JP2000055520A (ja) * | 1998-08-04 | 2000-02-25 | Osaka Gas Co Ltd | 液化天然ガス冷熱利用気化装置 |
| TW421704B (en) * | 1998-11-18 | 2001-02-11 | Shell Internattonale Res Mij B | Plant for liquefying natural gas |
| DK1139055T3 (da) * | 2000-03-29 | 2003-01-27 | Sgl Acotec Gmbh | Flerrørbundts-varmeveksler |
| US7266976B2 (en) * | 2004-10-25 | 2007-09-11 | Conocophillips Company | Vertical heat exchanger configuration for LNG facility |
| EP1790926A1 (en) * | 2005-11-24 | 2007-05-30 | Shell Internationale Researchmaatschappij B.V. | Method and apparatus for cooling a stream, in particular a hydrocarbon stream such as natural gas |
-
2007
- 2007-12-04 WO PCT/EP2007/063214 patent/WO2008068239A1/en active Application Filing
- 2007-12-04 CA CA2671160A patent/CA2671160C/en active Active
- 2007-12-04 ES ES07847723T patent/ES2340738T3/es active Active
- 2007-12-04 AT AT07847723T patent/ATE461742T1/de not_active IP Right Cessation
- 2007-12-04 AU AU2007328953A patent/AU2007328953B2/en active Active
- 2007-12-04 KR KR1020097011312A patent/KR101454160B1/ko active IP Right Grant
- 2007-12-04 RU RU2009125554/05A patent/RU2460026C2/ru active
- 2007-12-04 US US12/517,722 patent/US9545605B2/en active Active
- 2007-12-04 DE DE602007005517T patent/DE602007005517D1/de active Active
- 2007-12-04 JP JP2009539728A patent/JP5363990B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 2007-12-04 EP EP07847723A patent/EP2094378B1/en not_active Not-in-force
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP2094378A1 (en) | 2009-09-02 |
| AU2007328953A1 (en) | 2008-06-12 |
| AU2007328953B2 (en) | 2010-12-09 |
| RU2009125554A (ru) | 2011-01-20 |
| WO2008068239A1 (en) | 2008-06-12 |
| US9545605B2 (en) | 2017-01-17 |
| JP2010511764A (ja) | 2010-04-15 |
| KR101454160B1 (ko) | 2014-10-27 |
| KR20090087462A (ko) | 2009-08-17 |
| EP2094378B1 (en) | 2010-03-24 |
| US20100078836A1 (en) | 2010-04-01 |
| ATE461742T1 (de) | 2010-04-15 |
| CA2671160C (en) | 2015-05-19 |
| CA2671160A1 (en) | 2008-06-12 |
| DE602007005517D1 (de) | 2010-05-06 |
| RU2460026C2 (ru) | 2012-08-27 |
| JP5363990B2 (ja) | 2013-12-11 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR101217933B1 (ko) | 엘엔지 설비용 수직 열교환기 구조 | |
| RU2432534C2 (ru) | Способ для сжижения потока углеводородов и устройство для его осуществления | |
| ES2340737T3 (es) | Metodo y aparato para proporcionar uniformidad a las fases vapor y liquida en una corriente mixta. | |
| NO319795B1 (no) | Anlegg for a vaeskedanne naturgass | |
| US20090282862A1 (en) | Method and apparatus for producing a cooled hydrocarbon stream | |
| KR20100043199A (ko) | 액화 가스 재액화 장치, 이것을 구비한 액화 가스 저장 설비 및 액화 가스 운반선 및 액화 가스 재액화 방법 | |
| ES2254555T3 (es) | Intercambiador de calor con serpentines de tubo. | |
| ES2745738T3 (es) | Un intercambiador de calor principal y un proceso para enfriar una corriente del lado de los tubos | |
| BRPI0819815B1 (pt) | método para liquefazer uma corrente de gás natural | |
| ES2340738T3 (es) | Metodo y aparato para hacer pasar una corriente mixta de vapor y liquido entre dos cambiadores de calor y un metodo relacionado para refrigerar una corriente de hidrocarburo. | |
| ES2699184T3 (es) | Drenajes de líquido en intercambiador de calor de núcleos en carcasa | |
| AU2022339868A1 (en) | Formed plate core-in-shell and multi-pass exchangers | |
| JP2020159647A (ja) | 天然ガス液化装置 |