ES2586313T3

ES2586313T3 - Procedimiento y sistema de producción de GNL optimizada

Info

Publication number: ES2586313T3
Application number: ES09788380.5T
Authority: ES
Inventors: Arne Jakobsen; Carl Jørgen RUMMELHOFF; Bjørn Harald HAUKEDAL
Original assignee: Wartsila Oil and Gas Systems AS
Current assignee: Wartsila Oil and Gas Systems AS
Priority date: 2008-08-29
Filing date: 2009-08-27
Publication date: 2016-10-13
Anticipated expiration: 2029-08-27
Also published as: AU2009286189B2; EP2331897A2; CN102239377A; WO2010024691A3; BRPI0917353A2; NO20083740L; NO331740B1; WO2010024691A2; AU2009286189A1; BRPI0917353B1; PL2331897T3; DK2331897T3; EP2331897B1; US20110203312A1; US9163873B2

Abstract

Un procedimiento de producción de gas natural licuado y subenfriado por medio de un conjunto de refrigeración usando un refrigerante gaseoso de fase única, que comprende: dos o tres expansores (1-3; 2-3); un conjunto compresor (5-7; 13-18; 5-7; 14-18); un conjunto intercambiador de calor (8) para absorción de calor a partir del gas natural; y un conjunto de disipación de calor (10-12; 19-24; 10-12; 20-24), caracterizado por: disponer los expansores (1-3; 2-3) en dos o tres bucles de expansión, estando cada uno de los expansores controlado de forma independiente; usar solamente un mismo refrigerante en todos los bucles; hacer pasar un flujo de refrigerante expandido desde el expansor (1-3; 2-3) respectivo al interior del conjunto intercambiador de calor (8), en el que - en el caso de dos expansores: el flujo de refrigerante procedente del primer expansor está a un nivel de flujo másico y temperatura adaptado para el desrecalentamiento, la condensación y el enfriamiento de la fase densa del gas natural, y el refrigerante procedente del segundo expansor está a un nivel de flujo másico y temperatura adaptado para el subenfriamiento del natural gas; - en el caso de tres expansores: el flujo de refrigerante procedente del primer expansor está a un nivel de flujo másico y temperatura adaptado para el desrecalentamiento del natural gas, el flujo de refrigerante procedente del segundo expansor está a un nivel de flujo másico y temperatura adaptado para la condensación y el enfriamiento de la fase densa del gas natural, y el refrigerante procedente del tercer expansor está a un nivel de flujo másico y temperatura adaptado para el subenfriamiento del gas natural; y proporcionar el refrigerante al expansor (1-3; 2-3) respectivo en un flujo comprimido por medio del conjunto compresor (5-7; 13- 18; 5-7; 14-18) que tiene compresores o etapas del compresor que permiten presiones de entrada y de salida adaptadas para el expansor respectivo.

Description

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DESCRIPCION

Procedimiento y sistema de produccion de GNL optimizada Antecedentes de la invencion

La demanda energetica en el mundo esta creciendo, y la prevision es que continue el crecimiento. El gas como portador de energfa ha recibido una mayor atencion en los ultimos anos, y se ha predicho que el gas se volvera aun mas importante. Para transportar gas a lo largo de distancias mas largas, el gas natural licuado, GNL, se considera a menudo la mejor opcion, especialmente en el extranjero.

El gas inmovilizado o el gas asociado son fuentes de gas que son “productos de desecho” de la produccion de petroleo. Estas fuentes de gas raramente se utilizan hoy. Habitualmente se queman. Con los crecientes precios del gas y un mayor enfoque en el medio ambiente, se ha vuelto mas viable economicamente y mas importante polfticamente utilizar estas fuentes. Muchas de estas fuentes estan en alta mar, y la licuefaccion en una unidad flotante de produccion, almacenamiento y descarga, FPSO, es, en muchos casos, la mejor opcion. Las FPSO ofrecen flexibilidad, dado que pueden moverse de manera relativamente facil a otras fuentes. Un desaffo respecto a las FPSO es el espacio disponible. Ademas, el peso del equipo debe minimizarse, y el refrigerante debe ser preferentemente no combustible.

Una cuestion importante para la produccion de GNL es la demanda energetica. El GNL producido a alta demanda energetico por kg, es decir consumo espedfico de energfa, lo hace menos aprovechable y menos respetuoso con el medio ambiente. El numero de fuentes de gas economicamente viables se estrechara. Ademas de reducir el coste operativo, una demanda energetica espedfica menor tambien ahorrara costes de inversion, dado que el equipo sera mas pequeno.

La produccion de GNL en tierra no presenta las mismas limitaciones con respecto al peso y el espacio, pero la produccion de GNL eficiente energeticamente es igual de importante. A medida que las capacidades de las plantas aumentan, la eficiencia energetica se vuelve mas importante.

La tecnologfa que implica refrigerante multicomponente, MCR, a menudo en disposiciones en cascadas, es considerada la tecnologfa mas eficiente para la produccion de GNL. Se usa habitualmente en plantas mas grandes, plantas de carga base y, en cierta medida, en plantas de escala media. Debido a su complejidad, la tecnologfa de es costosa y el control es lento. Ademas, se necesita un conjunto de composicion aparte de gas para garantizar la correcta composicion del refrigerante MCR. Otra desventaja es que el refrigerante es combustible, lo que puede ser un problema, especialmente en instalaciones en alta mar.

Si una tecnologfa de refrigeracion de unico componente que usa un gas inerte, tal como nitrogeno, pudiera ser eficiente energeticamente de forma comparable, esto representana una mejora fundamental en terminos de coste, compacidad, peso, robustez control y seguridad. Esta tecnologfa puede ser entonces interesante de implementar tambien en plantas a gran escala. El documento EP 1 939 564 A1 desvela tanto un procedimiento como un sistema de acuerdo con el preambulo de las reivindicaciones 1 y 11, respectivamente. Las patentes de Estados Unidos 5.768.912 y 5.916.260 proponen procedimientos para la produccion de GNL basandose en tecnologfa refrigerante de nitrogeno individual. El refrigerante se separa en al menos dos flujos diferentes que se enfnan y se expanden en al menos dos expansores diferentes. Cada uno de los flujos se expande a la presion de aspiracion del tren de compresores, que es la presion mas baja del refrigerante en la disposicion, usando de este modo mas energfa de la necesaria.

La patente de Estados Unidos 6.412.302 describe un conjunto de licuefaccion de GNL que usa dos ciclos de refrigeracion de expansion independientes, uno con metano o una mezcla de hidrocarburos, y el otro con nitrogeno. Cada ciclo tiene un expansor que funciona a diferentes niveles de temperatura. Cada uno de los ciclos puede estar controlado por separado. El uso de dos refrigerantes diferentes requerira dos sistemas de compensacion de refrigerante. Ademas el uso de un refrigerante inflamable implica restricciones o equipo extra.

Se han concedido varias patentes para procedimientos de MCR y aparatos que usan gas del procedimiento como refrigerante, por ejemplo la patente de Estados Unidos 7.225.636 y la patente EP 1455152. Es comun para estas que la absorcion de calor incluya cambio de fase de refrigerante, lo que da de forma inherente un sistema mas complejo. Se necesita mas equipo y el control se complicado y sensible.

Existe una necesidad de procedimientos eficientes basados en un refrigerante de componente unico inerte. La presente invencion describe un conjunto de produccion de GNL eficiente energeticamente y compacto, con un control flexible que usa un gas inerte como refrigerante.

Sumario de la invencion

La presente invencion se refiere a un procedimiento y un aparato para produccion optimizada de GNL. Para minimizar el consumo espedfico de energfa, se deben minimizar las perdidas del intercambiador de calor. Esto se consigue disponiendo dos o tres expansores de componente unico y uno o varios ciclos de refrigeracion de fase

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unica, de modo que los flujos masicos, las temperatures y los niveles de presion en los expansores puedan controlarse por separado. Mediante esta disposicion, el procedimiento de refrigeracion puede adaptarse a composiciones de gas variables a diferentes presiones y temperatures, y al mismo tiempo optimizar la eficiencia. El control es inherentemente robusto y flexible. Una planta de produccion de GNL de acuerdo con la presente invencion puede adaptarse a diferentes fuentes de gas y, al mismo tiempo, mantener el bajo consumo espedfico de energfa.

En un aspecto, la presente invencion se refiere a un procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 1.

En otro aspecto, la presente invencion se refiere a un sistema de acuerdo con la reivindicacion 11.

Realizaciones favorables se especifican mediante las reivindicaciones dependientes.

Las presiones de salida de los expansores estan controladas para ser lo mas elevadas posible pero al mismo tiempo alimentando la disposicion de intercambiador de calor para produccion de GNL subenfriado con temperaturas de refrigerante requeridas. Las presiones de aspiracion para cada una de las etapas del compresor se mantienen entonces lo mas elevadas posible. Esto es a diferencia de la tecnica anterior, vease por ejemplo la patente de Estados Unidos 5.916.260, en la que todas las corrientes se expanden hasta la presion del refrigerante mas baja. Una mejora fundamental con la presente invencion es que los volumenes de trabajo y de aspiracion espedficos de los compresores se minimizan, mejorando de este modo la eficacia global del sistema. Las dimensiones de los oleoductos se reducen con, como consecuencia, valvulas y accionadores mas pequenos. Todos estos factores contribuyen a una significativa reduccion del coste y la necesidad de espacio. El trabajo de instalacion tambien se volvera menos complicado y, por lo tanto, mas eficiente.

Reducir las perdidas del intercambiador de calor es de vital importancia en procesos a baja temperatura. Una realizacion importante de la presente invencion es que reduce las diferencias de temperatura a un mmimo adaptando el procedimiento de refrigeracion a, principalmente, las tres etapas diferentes de la produccion de GNL: desrecalentamiento, condensacion (enfriamiento de la fase densa a presiones supercnticas) y subenfriamiento. Esto es a diferencia de la tecnologfa de la tecnica anterior, por ejemplo la patente de Estados Unidos 6.412.302, que no tiene adaptacion independiente para desrecalentamiento y condensacion/enfriamiento de la fase densa.

La presente invencion funcionara con un unico refrigerante en fase gaseosa. El nitrogeno es una alternativa obvia. La no inflamabilidad se considera una ventaja en, por ejemplo, instalaciones en alta mar. El uso de solamente un refrigerante de componente unico tambien reduce la complejidad.

Breve descripcion de los dibujos

Los dibujos adjuntos ilustran realizaciones preferidas de la presente invencion.

La figura 1 muestra las etapas principales de la produccion de gas natural licuado con necesidades de capacidad de enfriamiento correspondientes representadas por tres lmeas rectas.

La figura 2 ilustra un ejemplo de las curvas compuestas de caliente y frio de la presente invencion.

La figura 3 representa una realizacion de la presente invencion que incluye tres expansores.

La figura 4 muestra otra realizacion que incluye tres expansores dispuestos en tres ciclos de refrigeracion diferentes.

La figura 5 ilustra una realizacion que incluye solamente dos expansores.

La figura 6 representa una realizacion como la figura 5 pero con expansores dispuestos en ciclos de refrigeracion diferentes.

La figura 7 muestra una realizacion que permite separar y mezclar corrientes de refrigerante.

La figura 8 ilustra una seccion de la figura 7 en la que al menos uno de los expansores ilustrado en las figuras 3 a 6 esta dotado de expansores acoplados en serie.

Descripcion detallada de la invencion

La presente invencion se refiere a la produccion de gas natural licuado, GNL. Dependiendo de la fuente de gas, la composicion variara. Por ejemplo, una composicion del gas puede incluir el 88 % de metano, el 9 % de hidrocarburos mas pesados, el 2 % de dioxido de carbono, y el 1 % de agua, nitrogeno y otros gases traza. Antes de la licuefaccion, es necesario reducir la concentracion de dioxido de carbono, agua (que se congelara) y gases traza perjudiciales tales como H2S, a niveles aceptables o eliminarlos de la corriente de gas. El gas de pozo experimental una etapa de pretratamiento antes de entrar en la etapa de licuefaccion. En las figuras 3 a 6, esta corriente de gas natural pretratado se indica con el numero de referencia 9.

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El procedimiento de produccion de GNL puede dividirse principalmente en tres etapas diferentes. A) Desrecalentamiento, B) Condensacion y C) Subenfriamiento, vease el esbozo esquematico en la figura 1. La presion cntica de metano es de aproximadamente 46 bares. Dependiendo de la composicion de la fuente de gas natural, la presion cntica variara de 46 bares y hacia arriba. Por encima de la presion cntica para una composicion de gas natural, la condensacion no es posible. Sin embargo, en lugar de condensacion, el gas pasara una etapa con capacidad calonfica espedfica incrementada.

Cada una de las etapas requiere diferente capacidad de enfriamiento espedfica. A fin de reducir las perdidas del intercambiador de calor, las diferencias de temperatura entre flujos calientes y flujos fnos en todo el procedimiento de produccion de GNL tienen que minimizarse. Utilizando una multitud de expansores, donde cada uno de ellos puede estar controlado por separado con flujo masico, niveles de presion y temperaturas, es posible conseguir una adaptacion de temperatura cercana entre capacidad de refrigeracion y el enfriamiento necesario. Las capacidades de enfriamiento para las tres etapas se representan en la figura 1 mediante tres lmeas rectas. Expansores controlados de forma independiente proporcionan la principal contribucion a la capacidad de enfriamiento en cada etapa. El numero optimo de expansores dependera de la composicion de la fuente de gas, la presion del gas, las temperaturas requeridas y la capacidad de la planta de GNL.

La figura 3 muestra una configuracion de acuerdo con la presente invencion. Tres expansores 1, 2, 3, por ejemplo turboexpansores, suministras a una caja fna 8 con flujos de gas expandidos a diferentes temperaturas adaptadas al procedimiento de licuefaccion del flujo de gas natural 9. Un tren de compresores 5, 6, 7 sirve a los tres expansores. El expansor 3 suministra a la caja fna 8 con un flujo 60 adaptado para realizar un subenfriamiento eficiente del flujo de gas natural 9, por ejemplo con un intervalo de temperatura de -85 °C hasta -160 °C, vease la figura 1. Por encima de -85 °C, el flujo 60 contribuye con capacidad de refrigeracion neta limitada en la caja fna 8, dado que un flujo masico 59 y un flujo masico 61 suministrado y devuelto por el expansor 3, respectivamente, son iguales. El expansor 2 suministra a la caja fna 8 con un flujo 56 adaptado para realizar la condensacion o en enfriamiento de gas a capacidad calonfica elevada, vease la figura 1. Este procedimiento puede tener un intervalo de temperatura entre - 85 °C y -25 °C. Analogo al expansor 3, el flujo masico 55 y el flujo masico 57 suministrado y devuelto por el expansor 2, respectivamente, tendran contribucion limitada a la capacidad de enfriamiento por encima de -25 °C. El expansor 1 sirve a la caja fna 8 con un flujo 52 adaptado para realizar el desrecalentamiento a partir de una temperatura de entrada del flujo de gas natural 9, hasta la temperatura de trabajo superior del expansor 2, es decir -25 °C. Los flujos masicos suministrados y devueltos se representan mediante los numeros de referencia 51, 53.

Los compresores 5, 6, 7 estan montados en serie formando un tren de compresores. El tren de compresores puede consistir en diversos numeros de etapas y uno o mas compresores en paralelo en cada etapa. Las relaciones de presion en cada etapa estan optimizadas para los requisitos de temperatura en la caja fna 8. Estas relaciones de presion y flujos masicos pueden modificarse y controlarse durante el funcionamiento mediante el control de velocidad de los compresores. Las capacidades y los intervalos de temperatura pueden ajustarse a continuacion.

Modificando el inventario total en la disposicion, los niveles de presion globales pueden modificarse y la capacidad global controlarse. Un conjunto de compensacion de inventario esta conectado al lado de aspiracion de la etapa del compresor de baja presion, y al lado de descarga del compresor de alta presion. Las valvulas 32 y 34 se usan para el control de la transmision de refrigerante al tanque de compensacion 25.

El calor es disipado al ambiente por intercambiadores de calor 10, 11,12.

La figura 3 tambien muestra un ejemplo de como los diferentes expansores 1, 2, 3 estan conectados al tren de compresores 5, 6, 7. El expansor 3 es alimentado por flujo de gas de salida 58, procedente de un intercambiador de calor 11 de disipacion de calor, mientras que los otros dos expansores 1, 2 son alimentados por flujo de gas de salida 50, 54, procedente del intercambiador de calor 10 de disipacion de calor. Generalmente, las presiones de entrada y de salida del expansor pueden adaptarse a cada expansor aplicando la presente invencion.

La realizacion de acuerdo con la figura 3 ilustra que la caja fna 8 es servida por tres bucles de expansion diferentes. Debido a, por ejemplo, requisitos mecanicos para el conjunto de caja fna 8, puede ser ventajoso separar y mezclar flujos de refrigerante en conexion con el conjunto de caja fna 8. La figura 7 muestra un ejemplo para la separacion y mezcla de flujos de refrigerante. El flujo caliente 50 se separa en el flujo 51 y el flujo 55 aguas arriba de los expansores. Los flujos fnos 52 y 56 se mezclan aguas abajo de los expansores en el flujo 54. Separando los flujos calientes aguas arriba de los expansores, y mezclando los flujos fnos aguas abajo de los expansores, puede conseguirse un procedimiento eficiente. Sin embargo, esta configuracion tiene la desventaja inherente de que la adaptacion individual de la presion de entrada y de salida para cada expansor no es posible. El potencial para eficiencia energetica optimizada se reduce.

Aplicando esta realizacion, todos los compresores y expansores estan integrados en la misma disposicion de refrigeracion. Esto proporciona el potencial de fabricar una solucion muy compacta para el equipo rotatorio, reduciendo de este modo el coste. Ademas, cada una de las etapas 5, 6, 7 del compresor aspira a partir de tres presiones de aspiracion diferentes, que estan formadas por los expansores 1, 2, 3. Mediante aspiracion a partir de las presiones lo mas elevadas posible, es decir flujos masicos 61, 57, 53, el trabajo del compresor se minimiza, mejorando la eficiencia global.

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Los volumenes de aspiracion de los compresores tambien se minimizan. Las dimensiones del oleoducto se reducen con, como consecuencia, valvulas y accionadores mas pequenos. La necesidad de espacio se reducira considerablemente y el coste sera menor. El trabajo de instalacion tambien se volvera menos complicado y mas eficiente.

Una mejora fundamental para la eficiencia energetica es el uso de tres circuitos de expansion diferentes adaptados a las tres etapas diferentes de la licuefaccion de gas natural. Esto es a diferencia de la tecnologfa de la tecnica anterior, por ejemplo en la patente US 6.412.302, que no tiene adaptacion separada para desrecalentamiento y condensacion/enfriamiento de la fase densa. El resultado termodinamico del sistema descrito puede verse en la figura 3. Adaptando los flujos masicos, las relaciones de presion y las temperaturas de cada expansor 1, 2 y 3, las perdidas del intercambiador de calor indicadas por la distancia entre las curvas compuestas de fno y caliente, pueden reducirse a un mmimo.

La presente disposicion de refrigeracion funcionara con el refrigerante en fase gaseosa. El nitrogeno es un gas obvio para aplicar, dado que tiene propiedades favorables y es un refrigerante probado. El peso molar es mayor que para el metano. Un peso molecular elevado es ventajoso cuando se usa en maquinaria de turbocompresor. Se proponen metano o mezclas de hidrocarburos usadas en la patente de Estados Unidos 6.412.302. Los hidrocarburos tambien son inflamables, lo que se considera una desventaja en algunas aplicaciones, por ejemplo en instalaciones en alta mar.

La figura 4 muestra una segunda realizacion en la que cada uno de los expansores 1, 2, 3 es accionado en ciclos diferentes con su propia configuracion del compresor. Los expansores 1, 2, 3 son suministrados a partir del compresor 13, los compresores 14, 15 y los compresores 16, 17, 18, respectivamente. El numero de compresores o etapas del compresor puede variar en cada ciclo. Tal como se ilustra en la figura 3, cada uno de los expansores 1, 2 3 suministrara a la caja fna 8 con capacidad de refrigeracion adaptada a las diferentes zonas de temperatura.

Ciclos diferentes proporcionan flexibilidad mejorada con respecto al control de la presion, la temperatura y el flujo masico, es decir la capacidad de refrigeracion en las diferentes etapas del procedimiento de licuefaccion de gas natural. Cada ciclo puede controlarse por separado con control del inventario y control de la velocidad del compresor. Un ejemplo de un conjunto de control del inventario se muestra en la figura 4. Los tres ciclos diferentes estan conectados a un recipiente de compensacion del inventario 25, que se mantiene a una presion menor que la presion alta mas baja en los ciclos, y mayor que la presion baja mas elevada en los ciclos. Las valvulas 26 a 31 se usaran para transferir masa entre los ciclos y el recipiente 25. Incluso aunque los ciclos funcionen por separado, estan conectados y dependen unos de otros cuando se controla la disposicion. El control del inventario independiente proporciona la posibilidad de modificar los niveles de presion globales en cada ciclo.

La filosoffa de control flexible hace al sistema con ciclos diferentes robusto y adaptable a variaciones de los flujos y composiciones de la fuente de gas, y situaciones iniciales. Una posible desventaja puede ser la necesidad de mas compresores, Sin embargo, el volumen de aspiracion total no se incrementara principalmente en comparacion con el sistema mostrado en la figura 3.

El uso de tres expansores en el procedimiento de produccion de GNL es basicamente ventajoso, tal como se ilustra as en la figura 1. Sin embargo, pueden conseguirse eficiencias aun mayores con el uso de cuatro expansores o mas, no mostrados. La razon es una adaptacion aun mejor entre la curva compuesta de caliente y fno. Una mayor complejidad puede aceptarse probablemente en plantas a gran escala donde la eficiencia energetica es decisiva.

Las figuras 5 y 6 muestran realizaciones para la produccion de GNL basandose en los mismos principios que los ilustrados por las figuras 3 y 4, pero con dos expansores en lugar de tres. La figura 5 representa un ejemplo que tiene un tren de compresores comun, y la figura 6 muestra un ejemplo que comprende ciclos diferentes. En ambos de los casos ilustrados, el expansor 3 esta adaptado para subenfriar el gas natural licuado, mientras que el expansor 2 esta adaptado para el desrecalentamiento y la condensacion/enfriamiento del gas denso. El expansor 2 se usa, por lo tanto, para produccion de gas natural licuado, mientras que el expansor 3 se usa para subenfriamiento. La adaptacion entre las curvas compuestas de caliente y fno sera peor en comparacion con las soluciones que tienen tres expansores, pero la configuracion es menos compleja. El volumen de aspiracion del compresor total no disminuira en comparacion con la realizacion que tiene tres expansores, dado que la capacidad de aspiracion de los compresores 6, 5 o 14, 15 debe incrementarse para manejar tanto desrecalentamiento como

condensacion/enfriamiento del gas denso.

En cuanto a los sistemas con tres expansores descritos, el control de la capacidad puede realizarse mediante control del inventario y control de la velocidad del compresor. Para los ciclos diferentes, vease la figura 6, los niveles de presion pueden controlarse de forma independiente para los dos ciclos. El control del inventario se lleva a cabo mediante un sistema de compensacion de masa de refrigerante que incluye un recipiente 25 y las valvulas 28, 29, 30 y 31. La presion en el recipiente 25 se mantiene mas baja que la presion elevada mas baja y mas elevada que la presion baja mas elevada en el sistema. Las valvulas se usan para transferencia de masa a y desde el recipiente. Para el sistema conectado en la figura 5, el control del inventario esta dispuesto mediante un recipiente 25 y las valvulas 32 y 34. Modificando el inventario del procedimiento, los niveles de presion globales pueden cambiarse y la capacidad controlarse. Puede usarse variacion de la velocidad del compresor para modificar la capacidad global,

pero tambien para control independiente de cada etapa del compresor, proporcionando la oportunidad de modificar la capacidad a diferentes niveles de presion.

El expansor 2 en la figura 5 y 6 proporciona la capacidad de enfriamiento en el ciclo de temperatura elevada. Esta capacidad de enfriamiento puede estar, por ejemplo, proporcionada por dos expansores en serie, vease la figura 8. 5 El flujo masico 55 se expandira en primer lugar en el expansor 2a hasta una presion intermedia y se subenfriara en la caja fna 8, antes de una expansion final a traves de un segundo expansor 2b hasta la presion baja del ciclo de temperatura elevada. La complejidad se incrementara ligeramente, pero mejorara la eficiencia energetica. En principio, cualquiera de los expansores 1, 2 y 3, puede sustituirse por dos o mas expansores en serie.

Todas las soluciones propuestas anteriormente no estan limitadas a la produccion de gas natural licuado. La re- 10 licuefaccion de gas de ebullicion, que tambien se considera un natural gas, es otra aplicacion en la que la presente invencion puede usarse, por ejemplo en transportadores de GNL marinos y en terminales en tierra.

Ejemplo:

Aplicando la presente invencion, por ejemplo tal como se muestra en la figura 3 a una fuente de gas natural tfpica, pueden conseguirse eficiencias energeticas calculadas de aproximadamente 0,32 kWh/kg de GNL, dependiendo de 15 las condiciones externas. En comparacion con soluciones de la tecnica anterior, por ejemplo de acuerdo con la patente de Estados Unidos 6.412.302 que tiene una eficiencia energetica calculada de 0,44 kWh/kg de GNL en condiciones ambiente iguales y basandose en datos operativos sugeridos en esta descripcion, esto es una mejora significativa.

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REIVINDICACIONES

1. Un procedimiento de produccion de gas natural licuado y subenfriado por medio de un conjunto de refrigeracion usando un refrigerante gaseoso de fase unica, que comprende:

dos o tres expansores (1-3; 2-3);

un conjunto compresor (5-7; 13-18; 5-7; 14-18);

un conjunto intercambiador de calor (8) para absorcion de calor a partir del gas natural; y un conjunto de disipacion de calor (10-12; 19-24; 10-12; 20-24), caracterizado por:

disponer los expansores (1-3; 2-3) en dos o tres bucles de expansion, estando cada uno de los expansores

controlado de forma independiente;

usar solamente un mismo refrigerante en todos los bucles;

hacer pasar un flujo de refrigerante expandido desde el expansor (1-3; 2-3) respectivo al interior del conjunto intercambiador de calor (8), en el que

- en el caso de dos expansores:

el flujo de refrigerante procedente del primer expansor esta a un nivel de flujo masico y temperatura adaptado para el desrecalentamiento, la condensacion y el enfriamiento de la fase densa del gas natural, y el refrigerante procedente del segundo expansor esta a un nivel de flujo masico y temperatura adaptado para el subenfriamiento del natural gas;

- en el caso de tres expansores:

el flujo de refrigerante procedente del primer expansor esta a un nivel de flujo masico y temperatura adaptado para el desrecalentamiento del natural gas, el flujo de refrigerante procedente del segundo expansor esta a un nivel de flujo masico y temperatura adaptado para la condensacion y el enfriamiento de la fase densa del gas natural, y el refrigerante procedente del tercer expansor esta a un nivel de flujo masico y temperatura adaptado para el subenfriamiento del gas natural;

y proporcionar el refrigerante al expansor (1-3; 2-3) respectivo en un flujo comprimido por medio del conjunto compresor (5-7; 13- 18; 5-7; 14-18) que tiene compresores o etapas del compresor que permiten presiones de entrada y de salida adaptadas para el expansor respectivo.
2. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizado porque se conectan los expansores (1-3; 23) al conjunto compresor (5-7) para formar en comunicacion de fluido un conjunto de refrigeracion integrado con bucles de expansion (52, 51, 56, 55, 60, 59; 56, 55, 60, 59) diferentes.
3. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizado porque se conectan los expansores (1-3; 23) al conjunto compresor (5-7) para formar en comunicacion de fluido un conjunto de refrigeracion integrado con mezcla de corrientes fnas en los bucles de expansion (52, 56) en conexion con el conjunto intercambiador de calor (8).
4. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizado porque se conectan los expansores (1-3; 23) al conjunto compresor (5-7) para formar en comunicacion de fluido un conjunto de refrigeracion integrado con separacion de corrientes calientes en los bucles de expansion (51, 56) en conexion con el conjunto intercambiador de calor (8) aguas arriba de los expansores (1-3; 2-3).
5. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizado porque se conectan los expansores (1-3; 23) al conjunto compresor (5-7) para formar en comunicacion de fluido un conjunto de refrigeracion integrado con separacion de corrientes calientes (51, 55) aguas arriba de los expansores (1-3; 2-3) y mezcla de corrientes fnas (52, 56) en conexion con el conjunto intercambiador de calor (8).
6. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizado porque se conecta cada expansor (1-3; 2-3) al conjunto compresor (13-18; 14-18) para formar en comunicacion de fluido ciclos de refrigeracion diferentes.
7. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 1, la reivindicacion 2 y la reivindicacion 3, caracterizado porque se controlan las capacidades de refrigeracion modificando un inventario de refrigerante.
8. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 1 y la reivindicacion 4, caracterizado porque se modifican de forma independiente las capacidades de refrigeracion en cada ciclo mediante control de inventario diferente.
9. Un procedimiento de acuerdo con cualquier reivindicacion anterior, caracterizado porque se controlan las capacidades de refrigeracion mediante control de la velocidad del compresor.
10. Un procedimiento de acuerdo con cualquier reivindicacion anterior, caracterizado porque se sustituye cualquiera de los expansores por dos o mas expansores conectados en serie con enfriamiento intermedio entre las

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etapas de expansor.
11. Un sistema de produccion de gas natural licuado y subenfriado por medio de un conjunto de refrigeracion usando un refrigerante gaseoso de fase unica, que comprende:

dos o tres expansores (1-3; 2-3);

un conjunto compresor (5-7; 13-18; 5-7; 14-18);

un conjunto intercambiador de calor (8) para absorcion de calor a partir de gas natural; y un conjunto de disipacion de calor (10-12; 19-24; 10-12; 20-24), caracterizado porque:

los expansores (1-3; 2-3) estan dispuestos en dos o tres bucles de expansion, estando cada uno de los

expansores controlado de forma independiente;

comprendiendo todos los bucles de expansion el mismo refrigerante;

un flujo de refrigerante expandido procedente de un expansor (1-3; 2-3) respectivo se hace pasar al interior del conjunto intercambiador de calor (8), en el que el conjunto intercambiador de calor (8) comprende trayectorias individuales para desrecalentamiento, condensacion y enfriamiento de la fase densa y subenfriamiento, estando cada trayectoria a un nivel de flujo masico y temperatura adaptado para dichos desrecalentamiento, condensacion o enfriamiento de la fase densa y subenfriamiento de gas natural; y el refrigerante se proporciona al expansor (1-3; 2-3) respectivo en un flujo comprimido por medio del conjunto compresor (5-7; 13-18; 5-7; 14-18) que tiene compresores o etapas de compresor que permiten presiones de entrada y de salida adaptadas para el expansor respectivo.
12. Un sistema de acuerdo con la reivindicacion 11, caracterizado porque los expansores (1-3; 2-3) estan conectados al conjunto compresor (5-7) para formar en comunicacion de fluido un conjunto de refrigeracion integrado con bucles de expansion (52, 51, 56, 55, 60, 59; 56, 55, 60, 59) diferentes.
13. Un sistema de acuerdo con la reivindicacion 11, caracterizado porque los expansores (1-3; 2-3) estan conectados al conjunto compresor (5-7) para formar en comunicacion de fluido un conjunto de refrigeracion integrado con mezcla de corrientes fnas en los bucles de expansion (52, 56) en conexion con el conjunto intercambiador de calor (8).
14. Un sistema de acuerdo con la reivindicacion 11, caracterizado porque los expansores (1-3; 2-3) estan conectados al conjunto compresor (5-7) para formar en comunicacion de fluido un conjunto de refrigeracion integrado con separacion de corrientes calientes en los bucles de expansion (51, 56) en conexion con el conjunto intercambiador de calor (8) aguas arriba de los expansores (1-3; 2-3).
15. Un sistema de acuerdo con la reivindicacion 11, caracterizado porque los expansores (1-3; 2-3) estan conectados al conjunto compresor (5-7) para formar en comunicacion de fluido un conjunto de refrigeracion integrado con separacion de corrientes calientes (51, 55) aguas arriba de los expansores (1-3; 2-3) y mezcla de corrientes fnas (52, 56) en conexion con el conjunto intercambiador de calor (8).
16. Un sistema de acuerdo con la reivindicacion 11, caracterizado porque cada expansor (1-3; 2-3) esta conectado al conjunto compresor (13-18; 14-18) para formar en comunicacion de fluido ciclos de refrigeracion diferentes.
17. Un sistema de acuerdo con la reivindicacion 11, la reivindicacion 12 y la reivindicacion 13, caracterizado porque se controlan capacidades de refrigeracion modificando un inventario de refrigerante.
18. Un sistema de acuerdo con la reivindicacion 11 y la reivindicacion 12, caracterizado porque las capacidades de refrigeracion se modifican de forma independiente en cada ciclo mediante control de inventario diferente.
19. Un sistema de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque las capacidades de refrigeracion se controlan mediante el control de la velocidad del compresor.
20. Un sistema de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque cualquiera de los expansores se sustituye por dos o mas expansores conectados en serie con enfriamiento intermedio entre etapas de expansor.