ES2638424T3 - Proceso criogénico que utiliza una columna absorbedora de alta presión - Google Patents

Proceso criogénico que utiliza una columna absorbedora de alta presión Download PDF

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Abstract

Un proceso para separar un componente clave pesado de una corriente de gas de entrada (40) que contiene una mezcla de metano, compuestos de C2, compuestos de C3 y compuestos más pesados, que comprende las siguientes etapas: (a) al menos parcialmente condensar y separar la corriente de gas de entrada (40) para producir una primera corriente de líquido (44; 144) y una primera corriente de vapor (42; 142); (b) expandir al menos una parte de la primera corriente de líquido (44; 144) para producir una primera corriente de alimentación de fraccionamiento (58; 158); (c) suministrar una columna de fraccionamiento (22) con la primera corriente de alimentación de fraccionamiento (58; 158) y una segunda corriente de alimentación de fraccionamiento (48; 148) para producir una corriente de vapor superior de fraccionamiento (60; 160) y una corriente inferior de fraccionamiento (72; 172); (d) expandir al menos una parte de la primera corriente de vapor (42; 142) para producir una corriente de vapor expandida (42a; 142a); (e) suministrar un absorbedor (18) con la corriente de vapor expandida (42a; 142a) y una corriente de alimentación de absorbedor (70; 170) para producir una corriente superior de absorbedor (46; 146) y una corriente inferior de absorbedor (45; 145), el absorbedor (18) tiene una presión de absorbedor que es sustancialmente mayor que una presión de columna de fraccionamiento, y está a una presión diferencial de la misma, la presión de absorbedor es al menos aproximadamente 34,47 bar absolutos (500 psi absolutos); (f) comprimir al menos una parte de la corriente de vapor superior de fraccionamiento (60; 160) a la presión de absorbedor para producir una segunda corriente de vapor comprimida (68; 168); y (g) condensar al menos parcialmente la segunda corriente de vapor comprimida (68; 168) para producir la corriente de alimentación de absorbedor (70; 170); por lo que la corriente inferior de fraccionamiento (72; 172) contiene una mayor parte del componente clave pesado y compuestos más pesados, en donde el componente clave pesado son compuestos de C3 y compuestos más pesados y en donde el proceso comprende además las siguientes etapas: (h) condensar al menos parcialmente la corriente de vapor superior de fraccionamiento (60) para producir una corriente superior de fraccionamiento condensada (62); (i) separar la corriente superior de fraccionamiento condensada (62) para producir una segunda corriente de vapor (66) y una corriente de reflujo de fraccionamiento (64); (j) suministrar la columna de fraccionamiento (22) con la corriente de reflujo de fraccionamiento (64); (k) enfriar la corriente inferior de fraccionamiento (72) y suministrar la parte enfriada de la corriente inferior de fraccionamiento (72) a la columna de fraccionamiento (22) como corriente de reflujo de fraccionamiento (72a); y (l) calentar al menos una parte de la primera corriente de líquido (44) antes de producir la primera corriente de alimentación de fraccionamiento (58) desde la etapa (b).

Description

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DESCRIPCION
Proceso criogenico que utiliza una columna absorbedora de alta presion Campo tecnico
Esta invencion esta relacionada con procesos de gas criogenico para separar corrientes de hidrocarburos gaseosos multicomponente para recuperar tanto compuestos gaseosos como Kquidos. Mas particularmente, los procesos de gas criogenico de esta invencion utilizan un absorbedor de alta presion.
Antecedentes y tecnica anterior
En la mayona de plantas, la capacidad de procesamiento de gas esta limitada generalmente por la potencia disponible para recompresion de la corriente de gas de ventas por conducto. La corriente de gas de alimentacion es suministrada tfpicamente a 48,26-103,42 bar absolutos (700-1500 psi absolutos) y se expande a una menor presion para la separacion de los diversos compuestos de hidrocarburos. La corriente rica en metano producida es suministrada tfpicamente a aproximadamente 10,34-31,03 bar absolutos (150-450 psi absolutos) y es recomprimida a especificaciones de gas de ventas por conducto de 68,95 bar absolutos (1000 psi absolutos) o superior. Esta diferencia de presion representa una mayor parte del requisito de potencia de una planta de procesamiento de gas criogenico. Si esta diferencia de presion se puede minimizar, entonces habra disponible mas potencia de recompresion, permitiendo de ese modo mayor capacidad de planta de las plantas de procesamiento de gas existentes. Tambien, el proceso de la invencion puede ofrecer menores requisitos energeticos para nuevas plantas.
Los procesos de expansion criogenica producen gas de ventas por conducto al separar los lfquidos de gas natural de las corrientes de gas de alimentacion de hidrocarburos.
En los procesos criogenicos de la tecnica anterior, una corriente de gas de alimentacion de hidrocarburo presurizada es separada en metano constituyente, compuestos de etano (C2) y/o compuestos de propano (C3) por medio de esquemas de separacion criogenica de unica columna o de dos columnas. En esquemas de unica columna, la corriente de gas de alimentacion es enfriada por contacto con intercambio de calor con otras corrientes de proceso o refrigeracion externa. La corriente de gas de alimentacion tambien puede ser expandida por expansion isentropica a una menor presion y de ese modo enfriarse aun mas. Conforme la corriente de alimentacion es enfriada, se condensan lfquidos a alta presion para producir una corriente de dos fases que se separa en uno o mas separadores fnos en una corriente de lfquido a alta presion y una corriente de vapor rica en metano en uno o mas separadores fnos. Estas corrientes se expanden entonces a la presion de funcionamiento de la columna y se introducen a una o mas bandejas de alimentacion de la columna para producir una corriente inferior que contiene compuestos de C2 y/o compuestos de C3 y compuestos mas pesados y una corriente superior que contiene metano y/o compuestos de C2 y compuestos mas ligeros. Otros esquemas de unica columna para separar corrientes de hidrocarburos a alta presion se describen en las patentes de EE. UU. n.os: 5.881.569 de Campbell et al, 5.568.737 de Campbell et al, 5.555.748 de Campbell et al, 5.275.005 de Campbell et al., 4.966.612 de Bauer, 4.889.545 de Campbell et al., 4.869.740 de Campbell y 4.251.249 de Gulsby.
La separacion de una corriente de alimentacion gaseosa de hidrocarburos a alta presion tambien se puede conseguir en un esquema de separacion de dos columnas que incluye una columna de absorbedor y una columna de fraccionamiento que tfpicamente funcionan a diferencial de presion positiva muy leve. En el esquema de separacion de dos columnas para recuperacion de lfquidos de gas natural de C2+ y/o C3+, la alimentacion a alta presion es enfriada y separada en uno o mas separadores para producir una corriente de vapor a alta presion y una corriente de lfquido a alta presion. La corriente de vapor a alta presion se expande a la presion de funcionamiento de la columna de fraccionamiento. Esta corriente de vapor es suministrada a la columna de absorbedor y separada en una corriente inferior de absorbedor y una corriente de vapor superior de absorbedor que contiene metano y/o compuestos de C2 junto con cantidades de traza de nitrogeno y dioxido de carbono. La corriente de lfquido a alta presion desde los separadores y la corriente inferior de absorbedor se suministran a una columna de fraccionamiento. La columna de fraccionamiento produce una corriente inferior de columna de fraccionamiento que contiene compuestos de C2+ y/o compuestos C3+ y una corriente superior de columna de fraccionamiento que puede ser condensada y suministrada a la columna de absorbedor como reflujo. La columna de fraccionamiento funciona tfpicamente a un diferencial de presion positiva leve por encima del de la columna de absorbedor de modo que la parte superior de columna de fraccionamiento puede fluir a la columna de absorbedor. En muchos de los sistemas de dos columnas, ocurre desestabilizacion que provoca que la columna de fraccionamiento aumente de presion, particularmente durante el arranque. La presurizacion de la columna de fraccionamiento supone amenazas para la seguridad y el ambiente, particularmente si la columna de fraccionamiento no esta disenada para manejar la mayor presion. Otros esquemas de dos columnas para separar corrientes de hidrocarburos a alta presion se describen en los n.os de patente de EE. UU.: 6.182.469 de Campbell et al., 5.799.507 de Wilkinson et al., 4.895.584 de Buck et al, 4.854.955 de Campbell et al, 4.705.549 de Sapper, 4.690.702 de Paradowski et al., 4.617.039 de Buck y 3.675.435 de Jackson et al
La patente de EE. UU. n.° 4.657.5711 de Gazzi describe otro esquema de separacion de dos columnas para separar corrientes de alimentacion gaseosas de hidrocarburos a alta presion. El proceso de Gazzi utiliza un absorbedor y
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una columna de fraccionamiento que funcionan a mayores presiones que los esquemas de dos columnas explicados anteriormente. Sin embargo, el proceso de Gazzi funciona con la presion de absorbedor significativamente mayor que la presion de columna de fraccionamiento, a diferencia de la mayona de esquemas de dos columnas que funcionan a un diferencial de presion leve entre los dos envases. Gazzi ensena espedficamente el uso de un desflemador dentro de la columna de fraccionamiento para despojar las corrientes de alimentacion de una parte de los constituyentes pesados para proporcionar un lfquido de despoje para uso en el absorbedor. Las presiones de funcionamiento de torre de Gazzi son independientes entre st El rendimiento de separacion de las torres individuales es controlado alterando individualmente la presion de funcionamiento de cada torre. Como resultado de funcionar de esta manera, las torres en el proceso de Gazzi deben funcionar a presiones muy altas con el fin de lograr el rendimiento de separacion deseado en cada torre.
Las mayores presiones de torre requieren costes de capital inicial mas altos para los envases y equipos asociados dado que tienen que disenarse para mayores presiones que para el presente proceso.
Se sabe que el rendimiento energetico de los esquemas de separacion de unica columna y de dos columnas puede ser mejorado haciendo funcionar dichas columnas a presion mas alta, tal como en la patente de Gazzi. Cuando se aumentan las presiones de funcionamiento, sin embargo, se reduce el rendimiento de separacion y la recuperacion de lfquido, a menudo a niveles inaceptables. Conforme aumentan las presiones de columna, las temperaturas de columna tambien aumentan, dando como resultado volatilidades relativas inferiores de los compuestos en las columnas. Esto es particularmente cierto de la columna de absorbedor donde la volatilidad relativa del metano e impurezas gaseosas, tales como dioxido de carbono, se aproximan a la unidad a presion y temperatura de columna mas altas. Tambien, el numero de fases teoricas en columnas respectivas tendra que aumentar con el fin de mantener el rendimiento de separacion. Sin embargo, el impacto de los costes de compresion de gas de residuo predomina por encima de otros componentes de coste. Por lo tanto, existe la necesidad de un esquema de separacion que funcione a presiones altas, tales como presiones por encima de aproximadamente 34,47 bar (500 psi absolutos), pero que mantenga alta recuperacion de hidrocarburos con reducido consumo de potencia.
Patentes anteriores han abordado el problema de menor rendimiento de separacion y recuperacion de lfquido, tfpicamente, introduciendo y/o reciclando corrientes ricas en etano a la columna. La patente de EE. UU. n.° 5.992.175 de Yao describe un proceso para mejorar la recuperacion de lfquidos de gas natural C2+ y C3+ en una unica columna que funciona a presiones de hasta 48,26 bar absolutos (700 psi absolutos). El rendimiento de separacion se mejora introduciendo a la columna un gas de despojamiento rico en compuestos de C2 y compuestos mas pesados. El gas de despoje se obtiene expandiendo y calentando una corriente condensada de lfquido retirada de debajo de la bandeja de alimentacion mas baja de la columna. La corriente de dos fases producida es separada con los vapores comprimidos y enfriados y se recicla a la columna como gas de despoje.
Sin embargo, este proceso tiene un rendimiento energetico inaceptable debido a la alta carga de recompresion que es inherente en esquemas de una columna.
La patente de EE. UU. n.° 6.116.050 de Yao describe un proceso para mejorar el rendimiento de separacion de compuestos de C3+ en un sistema de dos columnas, que tienen una columna desmetanizadora, que funciona a 30,34 bar absolutos (440 psi absolutos), y una columna de fraccionamiento aguas abajo, que funciona a 31,72 bar absolutos (460 psi absolutos). En este proceso, una parte de una corriente superior de columna de fraccionamiento es enfriada, condensada y separada con la corriente de vapor restante combinada con una corriente retrograda de gas de conducto. Estas corrientes son enfriadas, condensadas e introducidas a la columna desmetanizadora como corriente de reflujo superior para mejorar la separacion de compuestos de C3. El rendimiento energetico se mejora condensando la corriente superior por intercambio cruzado con un condensado lfquido de una bandeja inferior de la columna de fraccionamiento. Este proceso funciona a menos de 34,47 bar absolutos (500 psi absolutos).
La patente de EE. UU. n.° 4.596.588 de Cook describe un proceso para separar una corriente que contiene metano en un esquema de dos columnas, que incluye un separador que funciona a una presion que es mayor que la de una columna de destilacion. El reflujo al separador puede ser obtenido de una de las siguientes fuentes: (a) comprimir y enfriar el vapor superior de columna de destilacion; (b) comprimir y enfriar el vapor de separador de dos fases y vapor superior de columna de destilacion; y (c) enfriar una corriente de vapor de entrada separada. Este proceso tambien parece funcionar a menos de 34,47 bar absolutos (500 psi absolutos).
Hasta aqrn, no ha habido un proceso criogenico para separar corrientes de hidrocarburos gaseosos multicompuesto para recuperar tanto compuestos gaseosos como lfquidos en una o mas columnas de alta presion. Por lo tanto, existe la necesidad de un esquema de dos columnas para separar una corriente multicompuesto a alta presion, en donde la presion de un absorbedor sea sustancialmente mayor que la presion de una columna de fraccionamiento aguas abajo, y a una presion diferencial predeterminada de esta, que mejore el rendimiento energetico, mientras se mantiene el rendimiento de separacion y la recuperacion de lfquido.
La presente invencion descrita en esta memoria cumple estas y otras necesidades. Las metas de la presente invencion son aumentar el rendimiento energetico, proporcionar una presion diferencial entre el absorbedor y las columnas de fraccionamiento, y proteger la columna de fraccionamiento de presion ascendente durante el arranque del proceso.
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Compendio de la invencion
La presente invencion se define en las reivindicaciones 1 y 7 e incluye un proceso y, respectivamente, un aparato para separar un componente clave pesado de una corriente de gas de entrada que contiene una mezcla de metano, compuestos de C2, compuestos de C3 y compuestos mas pesados en donde se hace funcionar un absorbedor a una presion que es sustancialmente mayor que la presion de columna de fraccionamiento y a una presion diferencial espedfica o predeterminada entre el absorbedor y la columna de fraccionamiento. El componente clave pesado son compuestos de C3 y compuestos mas pesados. La presion diferencial en este proceso puede ser aproximadamente de 3,45 bar a 24,13 bar (de 50 psi a 350 psi) entre el absorbedor y la columna de fraccionamiento.
Una corriente de gas de entrada que contiene una mezcla de metano, compuestos de C2, compuestos de C3 y compuestos mas pesados es enfriada, condensada al menos parcialmente y separada en un intercambiador de calor, un expansor de lfquido, expansor de vapor, una valvula de expansion o combinaciones de los mismos, para producir una primera corriente de vapor y una primera corriente de lfquido. La primera corriente de lfquido puede ser expandida y suministrada a una columna de fraccionamiento junto con una corriente de alimentacion de fraccionamiento y una corriente de reflujo de fraccionamiento. Estas corrientes de alimentacion pueden ser suministradas a una parte media de la columna de fraccionamiento y entibiadas mediante contacto con intercambio de calor con gas de residuo, gas de entrada, corriente superior de absorbedor, corriente inferior de absorbedor y combinaciones de los mismos en un aparato tal como consistente en un intercambiador de calor y un condensador. La columna de fraccionamiento produce un vapor superior de fraccionamiento y una corriente inferior de fraccionamiento. La primera corriente de vapor es suministrada a un absorbedor junto con una corriente de reflujo de absorbedor para producir una corriente superior de absorbedor y una corriente inferior de absorbedor.
Al menos una parte de la corriente superior de fraccionamiento es condensada al menos parcialmente y separada para producir una segunda corriente de vapor y la corriente de reflujo de fraccionamiento. La segunda corriente de vapor se comprime esencialmente a aproximadamente la presion de absorbedor para producir una segunda corriente de vapor comprimida que es condensada al menos parcialmente por contacto con intercambio de calor con una o mas corrientes de proceso tales como la corriente inferior de absorbedor, la corriente superior de absorbedor, al menos una parte de la primera corriente de lfquido o combinaciones de las mismas. La segunda corriente de vapor comprimida contiene una mayor parte del metano en la corriente de alimentacion de fraccionamiento y la segunda corriente de alimentacion de fraccionamiento. Cuando el componente clave pesado son compuestos de C3 y compuestos mas pesados, entonces la segunda corriente de vapor comprimida adicionalmente contiene una mayor parte de los compuestos de C2 en la corriente de alimentacion de fraccionamiento y segunda corriente de alimentacion de fraccionamiento. Esta corriente es suministrada luego al absorbedor como corriente de alimentacion de absorbedor. La corriente superior de absorbedor puede ser retirada como corriente de gas de residuo que contiene sustancialmente todo el metano y/o los compuestos de C2 y una parte menor de compuestos de C3 o de C2. Tal corriente de gas de residuo es comprimida entonces a especificaciones de conductos por encima de aproximadamente 55,16 bar absolutos (800 psi absolutos). La corriente inferior de fraccionamiento se puede retirar como corriente de producto que contiene sustancialmente todos los compuestos de C3 y compuestos mas pesados y una parte menor del metano y compuestos de C2.
En esta invencion, la presion de absorbedor es superior a aproximadamente 34,47 bar absolutos (500 psi absolutos). El aparato para separar el componente clave pesado de una corriente de gas de entrada que contiene una mezcla de metano, compuestos de C2, compuestos de C3 y compuestos mas pesados, incluye medios de enfriamiento. Cuando el componente clave pesado son compuestos de C3 y compuestos mas pesados, un aparato para separar el componente clave pesado de una corriente de gas de entrada comprende medios de enfriamiento para condensar al menos parcialmente la corriente de gas de entrada para producir una primera corriente de vapor y una primera corriente de lfquido; una columna de fraccionamiento para recibir la primera corriente de lfquido, una corriente de alimentacion de fraccionamiento y una segunda corriente de alimentacion de fraccionamiento, la columna de fraccionamiento produce una corriente inferior de fraccionamiento y una corriente de vapor superior de fraccionamiento; un condensador para condensar al menos parcialmente la corriente de vapor superior para producir una segunda corriente de vapor y una corriente de reflujo de fraccionamiento; un absorbedor para recibir al menos una parte de la primera corriente de vapor y una corriente de alimentacion de absorbedor, el absorbedor produce una corriente superior de absorbedor y una segunda corriente de alimentacion de fraccionamiento, el absorbedor tiene una presion que es sustancialmente mayor que la presion de columna de fraccionamiento, y a una presion diferencial predeterminada de esta; un compresor para comprimir la segunda corriente de vapor esencialmente a presion de absorbedor para producir una segunda corriente de vapor comprimida; medios de condensacion para condensar al menos parcialmente la segunda corriente de vapor comprimida para producir la corriente de alimentacion de absorbedor; y por lo que la corriente inferior de fraccionamiento contiene una mayor parte de componentes clave pesados y mas pesados. Realizaciones del proceso y del aparato se definen en las reivindicaciones dependientes.
Breve descripcion de los dibujos
De modo que la manera en la que Los rasgos, ventajas y objetos de la invencion, asf como otros que seran evidentes, pueden ser entendidos mas en detalle, se puede tener una descripcion mas particular de la invencion resumida brevemente antes por referencia de la realizacion de la misma que se ilustra en los dibujos adjuntos, que
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forma una parte de esta memoria descriptiva. Sin embargo, cabe senalar que los dibujos ilustran unicamente una realizacion preferida de la invencion y por lo tanto no se deben considerar limitativos del alcance de la invencion ya que puede admitir otras realizaciones igualmente eficaces.
La figura 1 es un diagrama de flujo simplificado de un proceso de separacion de gas criogenico para recuperacion de compuestos de C3 y compuestos mas pesados que incorpora algunos de los rasgos de la presente invencion, pero no forma parte de la presente invencion.
La figura 2 es una realizacion alternativa del proceso en la figura 1 en donde una tercera corriente de alimentacion se alimenta a la columna de fraccionamiento. La realizacion de la figura 2 no forma parte de la presente invencion.
La figura 3 es una realizacion del proceso de la presente invencion que incluye un sistema de refrigeracion mecanico.
La figura 4 es una realizacion alternativa del proceso en la figura 3 que incluye un condensador interno de columna de fraccionamiento.
La figura 5 es una realizacion alternativa del proceso en la figura 4 que incluye integracion de calor mediante el uso de un sistema de refrigeracion mecanico.
La figura 6 es un diagrama de flujo simplificado de un proceso de separacion de gas criogenico para recuperacion de compuestos de C2 y compuestos mas pesados.
La figura 6a es una realizacion alternativa del proceso en la figura 6 que incluye una corriente de alimentacion dividida que suministra al absorbedor de alta presion y a la torre de fraccionamiento.
La figura 7 es una realizacion alternativa de esta invencion para una mejor recuperacion de compuestos de C2 y compuestos mas pesados que incluye suministrar al absorbedor de alta presion con reflujo de gas de residuo reciclado y/o corrientes de alimentacion y una corriente de alimentacion de gas de entrada dividida.
La figura 7a es una realizacion alternativa del proceso en la figura 7 que incluye un absorbedor fno y que suministra al absorbedor fno con corrientes de alimentacion gas de entrada divididas.
La figura 8 es una realizacion alternativa del proceso de la figura 7 que incluye suministrar al absorbedor de alta presion con reflujo de gas reciclado y/o corrientes de alimentacion, pero sin las corrientes de gas de entrada divididas. Las realizaciones de las figuras 4-8 no forman parte de la presente invencion.
Descripcion detallada de realizaciones preferidas
Corrientes de gas natural e hidrocarburos, tales como gases de salida de refinenas y plantas petroqmmicas, incluyen metano, etileno, etano, propileno, propano, butano y compuestos mas pesados ademas de otras impurezas. Las ventas por conducto de gas natural comprenden principalmente metano con cantidades varias de otros compuestos ligeros, tales como hidrogeno, etileno y propileno. Etano, etileno y compuestos mas pesados, que se les hace referencia como lfquidos de gas natural, deben ser separados de corrientes de gas natural para producir gas natural para ventas por conducto. Una corriente de gas natural pobre tfpica contiene aproximadamente 92 % de metano, 4 % de etano y otros compuestos de C2, 1 % de propano y otros compuestos de C3, y menos del 1 % de C4 y compuestos mas pesados ademas de pequenas cantidades de nitrogeno, dioxido de carbono y compuestos que contienen azufre, sobre la base de concentraciones molares. Las cantidades de compuestos de C2 y compuestos mas pesados y otros lfquidos de gas natural son mas altas para corrientes de gas natural ricas. Adicionalmente, el gas de refinena puede incluir otros gases, incluidos hidrogeno, etileno y propileno.
Como se emplea en esta memoria, la expresion “gas de entrada” significa un gas hidrocarburo que comprende sustancialmente el 85 % en volumen de metano, con el equilibrio de compuestos de C2, compuestos de C3 y compuestos mas pesados asf como dioxido de carbono, nitrogeno y otras trazas de gases. La expresion “compuestos de C2” significa todos los compuestos organicos que tienen dos atomos de carbono, incluidas especies alifaticas tales como alcanos, olefinas y alquinos, particularmente, etano, etileno, acetileno y similares. La expresion “compuestos de C3” significa todos los compuestos organicos que tienen tres atomos de carbono, incluidas especies alifaticas tales como alcanos, olefinas y alquinos, y en particular, propano, propileno, metilacetileno y similares. La expresion “compuestos mas pesados” significa todos los compuestos organicos que tienen cuatro o mas atomos de carbono, incluidas especies alifaticas tales como alcanos, olefinas y alquinos, y en particular, butano, butileno, etilacetileno y similares. La expresion “compuestos mas ligeros” cuando se usa en conexion con compuestos de C2 o de C3 significa compuestos organicos que tienen menos de dos o tres atomos de carbono, respectivamente. Como se explica en esta memoria, las etapas de expansion, preferiblemente mediante expansion isentropica, pueden ser efectuadas con un turboexpansor, valvulas de expansion Joules-Thompson, un expansor de riquido, un expansor de gas o de vapor o algo semejante. Tambien, los expansores pueden estar vinculados a unidades de compresion por fases correspondientes para producir trabajo de compresion mediante expansion de gas sustancialmente isentropica.
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La descripcion detallada de realizaciones preferidas de esta invencion se hace con referencia a la licuefaccion de un gas de entrada presurizado, que tiene una presion inicial de aproximadamente 4826 bar absolutos (700 psi absolutos) a temperatura ambiente. Preferiblemente, el gas de entrada tendra una presion inicial de aproximadamente 34,47 a aproximadamente 103,42 bar absolutos (de aproximadamente 500 a aproximadamente 1500 psi absolutos) a temperatura ambiente.
Las figuras 2, 4 y 5 tienen propositos ilustrativos. Haciendo referencia ahora a la figura 3 de los dibujos, se muestra una realizacion preferida del proceso de separacion de gas criogenico de la presente invencion configurada para una mejor recuperacion de compuestos de C3 y compuestos mas pesados. Este proceso utiliza un sistema de dos columnas que incluye una columna de absorbedor y una columna de fraccionamiento configurada secuencialmente o aguas abajo. El absorbedor 18 es una columna de absorbedor que tiene al menos una bandeja espaciada verticalmente, uno o mas lechos empaquetados, cualquier otro tipo de dispositivo de transferencia de masa, o una combinacion de los mismos. El absorbedor 18 funciona a una presion P que es sustancialmente mayor que una columna de fraccionamiento configurada secuencialmente o aguas abajo y a una presion diferencial predeterminada de esta. La presion diferencial predeterminada entre el absorbedor de alta presion y la columna de fraccionamiento es aproximadamente 3,45 bar - 24,13 bar (50 psi - 350 psi) en todas las realizaciones de la invencion. Un ejemplo de esta presion diferencial sena si la presion de absorbedor fueran 55,16 bar manometricos (800 psi manometricos), entonces la presion de columna de fraccionamiento podnan ser de 51,71 bar manometricos a 31,03 bar manometricos (de 750 psi manometricos a 450 psi manometricos), dependiendo de la presion diferencial elegida. La presion diferencial preferible son tipicamente 3,45 bar (50 psi). La columna de fraccionamiento 22 es una columna de fraccionamiento que tiene al menos una bandeja de chimenea espaciada verticalmente, uno o mas lechos empaquetados o un combinacion de los mismos.
Una corriente de gas hidrocarburo de entrada presurizado 40, preferiblemente una corriente de gas natural presurizado, se introduce al proceso de separacion de gas criogenico 10 para una mejor recuperacion de compuestos de C3 y compuestos mas pesados a una presion de aproximadamente 62,05 bar absolutos (900 psi absolutos) y temperatura ambiente. La corriente de gas de entrada 40 es tratada tipicamente en una unidad de tratamiento (no se muestra) para retirar gases acidos, tales como dioxido de carbono, acido sulftndrico y similares, mediante metodos conocidos tales como desecacion, extraccion de aminas o algo semejante. Segun la practica convencional en procesos criogenicos, el agua se tiene que retirar de corrientes de gas de entrada para impedir congelacion y taponamiento de las lmeas e intercambiadores de calor a las bajas temperaturas que se encuentran posteriormente en el proceso. Se usan unidades de deshidratacion convencionales que incluyen desecantes de gas y tamices moleculares.
La corriente de gas de entrada 40 tratada es enfriada en el intercambiador de extremo delantero 12 por contacto con intercambio de calor con una corriente superior de absorbedor 46 enfriada, corriente inferior de absorbedor 45 y corriente inferior de separador fna 44. En todas las realizaciones de esta invencion, el intercambiador de extremo delantero 12 puede ser un unico intercambiador multirrecorrido, una pluralidad de intercambiadores de calor individuales, o combinaciones de los mismos. La corriente de gas de entrada 40 enfriada a alta presion es suministrada al separador fno 14 donde una primera corriente de vapor 42 es separada de una primera corriente de lfquido 44.
La primera corriente de vapor 42 es suministrada al expansor 16 donde esta corriente se expande de manera isentropica a la presion de funcionamiento P1 del absorbedor 18. La primera corriente de lfquido 44 se expande en el expansor 24 y luego es suministrada al intercambiador de extremo delantero 12 y se entibia. La corriente 44 es suministrada entonces a una bandeja de alimentacion a media columna de la columna de fraccionamiento 22 como primera corriente de alimentacion de fraccionamiento 58. La primera corriente de vapor 42a expandida es suministrada a una bandeja de alimentacion a media columna o inferior del absorbedor 18 como primera corriente de alimentacion de absorbedor.
El absorbedor 18 funciona a una presion P1 que es sustancialmente mayor que una columna de fraccionamiento configurada secuencialmente o aguas abajo y a una presion diferencial predeterminada de esta. La presion de funcionamiento de absorbedor P se puede seleccionar sobre la base de la riqueza del gas de entrada asf como la presion de gas de entrada. Para gas de entrada pobre que tiene menor contenido de LGN, el absorbedor puede funcionar a presion relativamente alta que se aproxima a la presion de gas de entrada, preferiblemente superior a aproximadamente 34,47 bar absolutos (500 psi absolutos). En este caso, el absorbedor produce una corriente de gas de residuo superior a alta presion que requiere menos carga de recompresion para comprimir dicho gas a las especificaciones de conducto. Para corrientes de gas de entrada ricas, la presion de absorbedor P es de al menos por encima de 34,47 bar absolutos (500 psi absolutos). En el absorbedor 18, los vapores ascendentes en la primera corriente de alimentacion de absorbedor 42a son condensados al menos parcialmente por contacto cercano con lfquidos descendentes de la corriente de alimentacion de absorbedor 70 produciendo de ese modo una corriente superior de absorbedor 46 que contiene sustancialmente todo el metano, compuestos de C2 y compuestos mas ligeros en la corriente de vapor expandida 42a. Los lfquidos condensados descienden bajando la columna y se retiran como corriente inferior de absorbedor 45, que contiene una mayor parte de los compuestos de C3 y compuestos mas pesados.
La corriente superior de absorbedor 46 se retira al intercambiador superior 20 y es entibiada por contacto con
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intercambio de calor con la corriente inferior de absorbedor 45, la corriente superior de columna de fraccionamiento 60 y la segunda corriente de vapor comprimida 68. La segunda corriente de vapor comprimida 68 contiene una mayor parte del metano en la corriente de alimentacion de fraccionamiento y la segunda corriente de alimentacion de fraccionamiento. Cuando el componente clave pesado son compuestos de C3 y compuestos mas pesados, entonces la segunda corriente de vapor comprimida 68 contiene una mayor parte de los compuestos de C2 en la corriente de alimentacion de fraccionamiento y segunda corriente de alimentacion de fraccionamiento. La corriente 45 se expande y enfna en el expansor 23 antes de entrar al intercambiador superior 20. (Como alternativa, una parte de la primera corriente de lfquido 44 puede ser suministrada al intercambiador superior 20 como corriente 44b para proporcionar refrigeracion adicional a estas corrientes de proceso antes de ser suministrada al intercambiador de extremo delantero 12 como corriente 53. Al dejar el intercambiador superior 20, la corriente 53 puede ser alimentada a la columna de fraccionamiento 22 o ser combinada con la corriente 58). La corriente superior de absorbedor 46 es entibiada ademas en el intercambiador de extremo delantero 12 y comprimida en el compresor potenciador 28 a una presion por encima de aproximadamente 55,16 bar absolutos (800 psi absolutos) o especificaciones de conducto para formar gas de residuo 50. El gas de residuo 50 es un gas de ventas por conducto que contiene sustancialmente todo el metano y compuestos de C2 en el gas de entrada, y una parte menor de compuestos de C3 y compuestos mas pesados. La corriente inferior de absorbedor 45 es enfriada ademas en el intercambiador de extremo delantero 12 y suministrada a una bandeja de alimentacion de una parte media de la columna de fraccionamiento 22 como segunda columna de corriente de alimentacion de fraccionamiento 48. En virtud del alto diferencial de presion predeterminado entre el absorbedor 18 y la columna de fraccionamiento 22, la corriente inferior de absorbedor 48 puede ser suministrada a la columna de fraccionamiento 22 sin una bomba.
La columna de fraccionamiento 22 funciona a una presion P2 que es inferior a una columna de absorbedor configurada secuencialmente o aguas arriba y a una presion diferencial predeterminada AP de esta, preferiblemente donde P2 esta por encima de aproximadamente 27,58 bar absolutos (400 psi absolutos) para dichas corrientes de gas. Para fines ilustrativos, si P2 son 27,58 bar absolutos (400 psi absolutos) y AP son 10,34 bar (150 psi), entonces P1 son 37,92 bar absolutos (550 psi absolutos). Las tasas de alimentacion de columna de fraccionamiento, asf como perfiles de temperatura y presion, se pueden seleccionar para obtener un rendimiento de separacion aceptable de los compuestos en las corrientes de alimentacion de lfquidos, siempre que se mantenga la presion diferencial establecida entre la columna de fraccionamiento y el absorbedor. En la columna de fraccionamiento 22, la primera corriente de alimentacion 48 y la segunda corriente de alimentacion 58 se suministran a una o mas bandejas de alimentacion de media columna para producir una corriente inferior 72 y una corriente superior 60. La corriente inferior de columna de fraccionamiento 72 es enfriada en el intercambiador de precipitados 29 para producir una corriente de producto LGN que contiene sustancialmente todos los componentes clave pesados y mas pesados.
La corriente superior de columna de fraccionamiento 60 es condensada al menos parcialmente en el condensador superior 20 por contacto con intercambio de calor con corrientes superior e inferior de absorbedor 46,45 y/o la primera corriente de parte lfquida 53. La corriente superior condensada al menos parcialmente 62 es separada en el separador superior 26 para producir una segunda corriente de vapor 66 que contiene una mayor parte de metano, C2 y compuestos mas ligeros y una corriente de lfquido que es devuelta a la columna de fraccionamiento 22 como corriente de reflujo de fraccionamiento 64. La segunda corriente de vapor 66 es suministrada al compresor superior 27 y comprimida esencialmente a la presion de funcionamiento P del absorbedor 18. La segunda corriente de vapor comprimida 68 es condensada al menos parcialmente en el intercambiador superior 20 por contacto con intercambio de calor con corrientes superior e inferior de absorbedor 46,45 y/o la primera corriente de parte lfquida 53. La segunda corriente de vapor condensada y comprimida es suministrada al absorbedor 18 como corriente de reflujo 70. La segunda corriente de vapor comprimida contiene una mayor parte del metano en las corrientes de alimentacion de fraccionamiento. Cuando el componente clave pesado son compuestos de C3 y compuestos mas pesados, entonces la segunda corriente de vapor comprimida contiene una mayor parte de los compuestos de C2 en las corrientes de alimentacion de fraccionamiento.
A modo de ejemplo, los caudales molares de las corrientes pertinentes en la figura 1 se muestran en la Tabla I de la siguiente manera:
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Tabla I
Caudales de corriente kg Moles/H (Lb moles/H)
Corriente
CO2 N2 C1 C2 C3 C4+ Total Presion absoluta bar
(psi absolutos)
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56 52 8.517 1.015 366 288 10.293 87,22
(123) (114) (18.777) (2.237) (806) (635) (22.692) (1.265)
42
50 50 8.027 862 266 124 9.379 86,53
(111) (111) (17.696) (1.901) (586) (273) (20.677) (1.255)
48
13 1 754 454 266 124 1.612 33,30
(29) (3) (1.663) (1.001) (586) (273) (3.554) (483)
50
56 52 8.517 991 4 0 9.619 87,22
(123) (114) (18.777) (2.184) (8) (0) (21.206) (1.265)
58
5 1 495 152 100 164 914 31,23
(12) (3) (1.091) (336) (221) (362) (2.016) (453)
19 3 1.245 582 4 0 1.852 29,30
60
(41) (6) (2.744) (1.284) (8) (0) (4.084) (425)
70
19 3 1.245 582 4 0 1.852 38,47
(41) (6) (2.744) (1.284) (8) (0) (4.084) (558)
72
0 0 0 24 362 288 674 29,99
(0) (0) (0) (53) (798) (635) (1.486) (435)
La figura 2 representa una variacion del proceso en la figura 1. Aquf, la corriente inferior de absorbedor 45 se expande en el expansor 23 y es condensada al menos parcialmente en el intercambiador superior 20, formando la corriente 45a. La corriente 45a consiste en una fase de hidrocarburo lfquido y vapor, que es separada en el envase 30. La corriente en fase lfquida 45b se divide en dos corrientes, 45c y 45d. La corriente 45d es alimentada directamente a la columna de fraccionamiento 22 sin calentamiento adicional. La corriente 45c puede variar del 0 % al 100 % de la corriente 45b. La corriente de vapor 45e desde el envase 30 se combina con la corriente 45c y es calentada aun mas en el intercambiador de extremo delantero 12 por contacto con intercambio de calor con la corriente de gas de entrada 40 antes de entrar a la columna de fraccionamiento 22.
La figura 3 muestra una realizacion preferida de esta invencion. En la figura 3, se usa un sistema de refrigeracion mecanico 30 para condensar al menos parcialmente la corriente superior de columna de fraccionamiento 60 para producir una corriente condensada al menos parcialmente 62. La corriente condensada al menos parcialmente 62 es separada en el separador 26, como se ha senalado anteriormente. Dichos sistemas de refrigeracion mecanicos incluyen sistemas de tipo refrigerante propano. En la figura 4, se usa un condensador interno 31 dentro de la columna de fraccionamiento 22 para condensar al menos parcialmente la columna de fraccionamiento superior usando la corriente 46. La corriente superior de absorbedor 46 es entibiada por intercambio de calor en el condensador interno y contacto con otras corrientes de proceso en el intercambiador de extremo delantero 12, como se ha senalado anteriormente. La figura 5 representa el mismo proceso mostrado en la figura 4, pero con la adicion del sistema de refrigeracion mecanico del proceso representado en la figura 3, que se puede usar como sistema de refrigeracion externo para el condensador interno. En todas las realizaciones, la corriente inferior de fraccionamiento contiene sustancialmente todos los pesados.
Las figuras 6 a 8 muestran todavfa otros ejemplos del proceso de separacion de gas criogenico, configurados para una mejor recuperacion de compuestos de C2 y compuestos mas pesados. Este proceso utiliza un sistema similar de dos columnas, como se ha senalado anteriormente. La corriente de gas hidrocarburo de entrada presurizado 40,
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preferiblemente una corriente de gas natural presurizado, se introduce al proceso de separacion de gas criogenico 100 funcionando en modo de recuperacion de C2 a una presion de aproximadamente 61,05 bar absolutos (900 psi absolutos) y temperatura ambiente. El gas de entrada tratado 40 se divide en dos corrientes 40a, 40b. La corriente de gas de entrada 40a es enfriada en el intercambiador de extremo delantero 12 por contacto con intercambio de calor con corriente 150, que se forma entibiando la corriente superior de absorbedor 146 en el intercambiador superior 20.
La corriente de gas de entrada 40b se usa para proporcionar calor a hervidores laterales 32a, 32b de la columna de fraccionamiento 22 y es enfriada de ese modo. La corriente 40b es suministrada primero al hervidor de lado inferior 32b para contacto con intercambio de calor con lfquido condensado 127 que se retira de una bandeja por debajo de la bandeja de alimentacion mas baja de la columna de fraccionamiento 22. El lfquido condensado 127 es de ese modo entibiado y redirigido de nuevo a una bandeja por debajo de la que fue retirado. La corriente 40b es suministrada a continuacion al hervidor de lado superior 32a para contacto con intercambio de calor con lfquido condensado 126 que se retira de una bandeja por debajo de la bandeja de alimentacion mas baja de la columna de fraccionamiento 22 pero por encima de la bandeja de la que fue retirado el lfquido condensado 127. El lfquido condensado 126 es de ese modo entibiado y redirigido de nuevo a una bandeja por debajo de la que fue retirado, pero por encima de la bandeja de la que fue retirado el lfquido condensado 127. La corriente 40b es enfriada y condensada al menos parcialmente y luego recombinada con la corriente enfriada 40a. Las corrientes combinadas 40a, 40b se suministran al separador fno 14 que separa estas corrientes, preferiblemente, evaporando una primera corriente de vapor 142 de una primera corriente de lfquido 144. La primera corriente de lfquido 144 se expande en el expansor 24 y es suministrada a una bandeja de alimentacion de media columna de la columna de fraccionamiento 22 como primera corriente de alimentacion de fraccionamiento 158. Una corriente retrograda 144a desde la primera corriente de lfquido 144 se puede combinar con la segunda corriente de vapor expandida 142b y ser suministrada al intercambiador superior 20.
Al menos una parte de la primera corriente de vapor 142 se expande en el expansor 16 y luego es suministrada al absorbedor 18 como corriente de vapor expandida 142a. La parte restante de la primera corriente de vapor 142, la segunda corriente de vapor expandida 142b, es suministrada al condensador superior 20 y es condensada al menos parcialmente por contacto con intercambio de calor con otras corrientes de proceso, anotadas mas adelante. La segunda corriente de vapor expandida condensada al menos parcialmente 142b es suministrada a una region media del absorbedor 18 despues de ser expandida en el expansor 35, preferiblemente como segunda corriente de alimentacion de absorbedor 151, que es rica en compuestos de C2 y compuestos mas ligeros.
El absorbedor 18 produce una corriente superior 146 y una corriente inferior 145 de la corriente de vapor expandida 142a, una segunda corriente de alimentacion de absorbedor 151, y una corriente de alimentacion de absorbedor 170.
En el absorbedor 18, los vapores ascendentes en la corriente de vapor expandida 142a y la segunda corriente de alimentacion de absorbedor 151, explicado mas adelante, se condensan al menos parcialmente por contacto cercano con lfquidos descendentes desde la corriente de alimentacion de absorbedor 170 produciendo de ese modo una corriente superior de absorbedor 146 que contiene sustancialmente todo el metano y compuestos mas ligeros en la corriente de vapor expandida 142a y la segunda corriente de vapor expandida 142b. Los lfquidos condensados descienden bajando la columna y se retiran como corriente inferior de absorbedor 145 que contiene una mayor parte de los compuestos de C2 y compuestos mas pesados.
La corriente superior de absorbedor 146 se retira al intercambiador superior 20 y es entibiada por contacto con intercambio de calor con la segunda corriente de vapor expandida 142b y la segunda corriente de vapor comprimida 168. La corriente superior de absorbedor 146 es entibiada ademas en el intercambiador de extremo delantero 12 como corriente 150 y comprimida en el expansor - compresores potenciadores 28 y 25 a una presion de al menos por encima de aproximadamente 55,16 bar absolutos (800 psi absolutos) o especificaciones de conducto para formar gas de residuo 152. El gas de residuo 152 es un gas de ventas por conducto que contiene sustancialmente todo el metano en el gas de entrada y una parte menor de compuestos de C2 y compuestos mas pesados. La corriente inferior de absorbedor 145 se expande y enfna en medios de expansion, tales como la valvula de expansion 23, y es suministrada a una bandeja de alimentacion de media columna de la columna de fraccionamiento 22 como segunda corriente de alimentacion de fraccionamiento 148. En virtud del alto diferencial de presion entre el absorbedor 18 y la columna de fraccionamiento 22, la corriente inferior de absorbedor 145 puede ser suministrada a la columna de fraccionamiento 22 sin una bomba.
La columna de fraccionamiento 22 funciona a una presion que es sustancialmente inferior a la del absorbedor 18, preferiblemente por encima de aproximadamente 27,58 bar absolutos (400 psi absolutos). Las tasas de alimentacion de columna de fraccionamiento, asf como perfiles de temperatura y presion, se pueden seleccionar para obtener un rendimiento de separacion aceptable de los compuestos en las corrientes de alimentacion de lfquidos, siempre que se mantenga la presion diferencial establecida entre la columna de fraccionamiento y el absorbedor, es decir, 10,34 bar (150 psi). La primera corriente de alimentacion 158 y la segunda corriente de alimentacion de fraccionamiento 148 se suministran en una o mas bandejas de alimentacion cerca de una parte media de la columna de fraccionamiento 22 para producir una corriente inferior 172 y una corriente superior 160. La corriente inferior de columna de fraccionamiento 172 es enfriada en el intercambiador de precipitados 29 para producir una corriente de
producto LGN que contiene una mayor parte del componente clave pesado y pesados.
La corriente superior de columna de fraccionamiento 160 es suministrada al compresor superior 27 y comprimida esencialmente a la presion de funcionamiento P del absorbedor 18 como segunda corriente de vapor comprimida 168. La segunda corriente de vapor comprimida 168 es condensada al menos parcialmente en el condensador 5 superior 20 por contacto con intercambio de calor con la corriente superior de absorbedor 146 y la segunda corriente de vapor expandida 142b. La corriente superior condensada al menos parcialmente 168 es enviada al absorbedor 18 como segunda corriente de alimentacion de absorbedor 151.
A modo de ejemplo, el caudal molar de las corrientes pertinentes en la figura 6 se muestra en la Tabla II de la siguiente manera.
10
Tabla II
Caudales de corriente kg Moles/H (Lb moles/H)
Corriente
N2 CO2 C1 C2 C3 C4+ Total Presion absoluta bar
(psi absolutos)
40
37,2 130,2 7.671,6 520,4 236,2 84,8 8.680,4 88,94
(82,1) (287,1) (16.913,0) (1.147,2) (520,8) (186,9) (19.137,0) (1290)
142
37,2 130,2 7.671,6 520,4 236,2 84,8 8.680,4 87,56
(82,1) (287,1) (16.913,0) (1.147,2) (520,8) (186,9) (19.137,0) (1270)
142a
27,5 96,2 5.667,2 384,4 174,5 62,6 6.412,4 37,92
(60,6) (212,1) (12.494,1) (847,4) (384,7) (138,0) (14.137,0) (550)
142b
9,7 34,0 2.004,3 135,9 61,7 22,1 2.268,0 87,56
(21,4) (75,0) (4.418,9) (299,7) (136,1) (48,8) (5.000,0) (1270)
148
2,3 87,4 1.560,8 489,3 237,8 84,9 2.462,5 25,86
(5,1) (192,7) (3.440,9) (1.078,7) (524,3) (187,2) (5.428,8) (375)
151
2,3 22,6 1.551,8 45,9 3,3 0,2 1.626,1 37,92
(5,1) (49,9) (3.421,1) (101,3) (7,2) (0,4) (3.584,9) (550)
152
82,1 65,4 7.662,6 77,0 1,7 0,04 7.844,0 90,67
(144,2) (16.893,1) (169,7) (3,7) (0,1) (17.293,0) (1315)
160
37,2 22,6 1.551,9 45,9 3,3 0,2 1.626,2 24,82
(5,1) (49,9) (3.421,4) (101,3) (7,2) (0,4) (3.585,1) (360)
170
9,7 34,0 2.004,3 135,9 61,7 22,1 2.268,0 37,92
(21,4) (75,0) (4.418,9) (299,7) (136,1) (48,8) (5.000,0) (550)
172
64,8 8,8 443,3 234,6 84,7 836,3 25,17
(142,8) (19,5) (977,4) (517,1) (186,8) (1.843,7) (365)
Las figuras 6a a 8 muestran otras realizaciones preferidas del proceso de separacion de gas criogenico para una 5 mejor recuperacion de compuestos de C2 y compuestos mas pesados en el que el absorbedor de alta presion recibe corrientes ricas en compuestos de C2 y compuestos mas ligeros para mejorar el rendimiento de separacion. La figura 6a contiene otra realizacion del proceso mostrado en la figura 6. En la figura 6a, se usa un absorbedor fno 14 con una o mas fases de transferencia de masa en lugar de un separador fno 18. La corriente de alimentacion 40 se divide en dos corrientes de alimentacion separadas 40a y 40b en esta variacion de proceso. La corriente 40a es 10 enfriada en el intercambiador de extremo delantero 12 por contacto con intercambio de calor con la corriente
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superior de absorbedor 150 y emerge como corriente 40c. La corriente 40b es enfriada en los hervidores 32a y 32b por contacto con intercambio de calor con las corrientes 126 y 127 respectivamente y emerge como corriente 40d. La mas fna de las dos corrientes, 40c y 40d, se alimenta a la parte superior del absorbedor fno 14 con la mas tibia de las dos corrientes, 40c y 40d, alimentada a la parte inferior del absorbedor fno 14. Adicionalmente, al menos una parte de la primera corriente de lfquido 144 se puede dividir como corriente 144a y combinarse con la segunda corriente de vapor expandida 142b explicada anteriormente.
La figura 7 representa una alternativa al proceso de recuperacion criogenico de C2+ mostrado en la figura 6. Aqm, la primera corriente de vapor 142 desde el separador fno 14 atraviesa el expansor 16 como corriente de vapor expandida 142a sin dividirse antes de entrar al expansor 16. La corriente de vapor expandida 142a es alimentada a la parte inferior del absorbedor 18 en su totalidad, en lugar de ser dividida en corriente de vapor expandida 142a y segunda corriente de vapor expandida 142b. El absorbedor 18 tambien es suministrado con una segunda corriente de alimentacion de absorbedor 151. La segunda corriente de alimentacion de absorbedor 151 es producida tomando una corriente retrograda del gas de residuo 152, calentandola en el intercambiador superior 20, expandiendola en el expansor 35 y suministrandola al absorbedor 18 como segunda corriente de alimentacion de absorbedor 151. La corriente de alimentacion de absorbedor 170 permanece igual que en la figura 6.
La figura 7a contiene otra realizacion del proceso mostrado en la figura 7. En la figura 7a, se usa un absorbedor fno 14 con una o mas fases de transferencia de masa en lugar de un separador fno 18. La corriente de alimentacion 40 se divide dos corrientes de alimentacion separadas 40a y 40b en esta realizacion particular del proceso. La corriente 40a es enfriada en el intercambiador de extremo delantero 12 por contacto con intercambio de calor con la corriente superior de absorbedor 150 y emerge como corriente 40c. La corriente 40b es enfriada en los hervidores 32a y 32b por contacto con intercambio de calor con las corrientes 126 y 127 respectivamente y emerge como corriente 40d. La mas fna de las dos corrientes, 40c y 40d, se alimenta a la parte superior del absorbedor fno 14 con la mas tibia de las dos corrientes, 40c y 40d, alimentada a la parte inferior del absorbedor fno 14.
La figura 8 representa una realizacion adicional del proceso de recuperacion de C2+. En esta realizacion de proceso particular, la corriente de gas de entrada 40 es enfriada en el intercambiador de extremo delantero 12 y se alimenta al separador fno 14. La primera corriente de vapor 142 se expande en el expansor 16 y se alimenta al absorbedor 18 como corriente de vapor expandida 142a. La corriente de vapor expandida 142a es alimentada a la parte inferior del absorbedor 18 en su totalidad, a diferencia de ser dividida en corrientes 142a y 142b como en realizaciones explicadas previamente. Existen otras dos corrientes de alimentacion de absorbedor en la presente realizacion del proceso. La corriente de vapor superior de columna de fraccionamiento 160 se comprime y expande en el compresor 27 a la misma presion que el absorbedor 18 y sale como segunda corriente de vapor comprimida 168. La corriente inferior de fraccionamiento contiene sustancialmente todo el componente clave pesado. La segunda corriente de vapor comprimida 168 se condensa al menos parcialmente en el intercambiador superior 20 y se alimentada al absorbedor 18 como segunda corriente de alimentacion de absorbedor 151. Una segunda corriente de vapor expandida 142b de corriente de gas de residuo 152 se calienta en hervidores 32a y 32b, se condensa al menos parcialmente en el intercambiador superior 20, se comprime y expande a la misma presion que el absorbedor 18 en el compresor 35, y se alimenta al absorbedor 18 como corriente de alimentacion de absorbedor 170.
Hay ventajas significativas para la presente invencion en donde la presion de funcionamiento de absorbedor es sustancialmente mayor que una columna de fraccionamiento configurada secuencialmente o aguas abajo, y a una presion diferencial predeterminada de esta, para recuperacion de compuestos de C2 y/o compuestos de C3 y compuestos mas pesados. En primer lugar, se puede disminuir la carga de potencia de recompresion, aumentando de ese modo el rendimiento de procesamiento de gas. Esto es particularmente cierto para gas de entrada a alta presion. La carga de potencia de recompresion es atribuible principalmente a la expansion del gas de entrada a la presion de funcionamiento inferior del absorbedor. El gas de residuo producido en el absorbedor es recomprimido entonces a especificaciones de conducto. Al aumentar la presion de funcionamiento de absorbedor, se necesita menos compresion de gas. Ademas de los menores requisitos de carga de potencia de recompresion para los gases, existen otras ventajas. El compresor superior controla la presion de la columna de fraccionamiento 22, que impide que la columna de fraccionamiento aumente de presion, particularmente durante el arranque del proceso. Se permite que la presion de absorbedor aumente y actue como un amortiguador para proteger la columna de fraccionamiento, lo que aumenta la seguridad de funcionamiento de la columna de fraccionamiento. Como la columna de fraccionamiento de la presente invencion se puede disenar para funcionar a presiones inferiores a las de la tecnica anterior, se reducen los costes de capital inicial para la columna. Otra ventaja sobre la tecnica anterior es que el compresor superior mantendra la columna dentro del intervalo de funcionamiento apropiado, es decir, evitando desestabilizaciones, dado que no hay perdida de rendimiento de separacion.
En segundo lugar, la presente invencion permite mas ajuste del perfil de temperatura y presion de una columna de fraccionamiento configurada secuencialmente o aguas abajo para optimizar el rendimiento de separacion y la integracion de calor. En el caso de una corriente de gas de entrada rica, la presente invencion permite que la columna de fraccionamiento funcione a menor presion y/o menor temperatura para una mejor separacion de compuestos de C2 y/o compuestos de C3 y compuestos mas pesados. Tambien, el funcionamiento de la columna de fraccionamiento a una menor presion reduce la carga de calor de la columna. La energfa termica contenida en diversas corrientes de proceso puede ser usada para carga de hervidor del lado de columna de fraccionamiento o carga de condensador superior o para precalentar corrientes de gas de entrada.
En tercer lugar, la energfa y la integracion de calor del proceso de separacion se mejoran al hacer funcionar el absorbedor a presion mas alta. La energfa contenida en lfquido a alta presion y corrientes de vapor del absorbedor, por ejemplo, puede ser extrafda acoplando etapas de expansion isentropica, tales como en un turbo expansor, con etapas de compresion de gas.
5 Finalmente, la invencion permite la eliminacion de bombas de lfquido entre el absorbedor y la columna de fraccionamiento y el coste capital asociado con las mismas. Todas las corrientes entre las columnas pueden fluir por los diferenciales de presion entre la columnas.
Si bien la presente invencion se ha descrito y/o ilustrado con referencia particular al proceso para la separacion de compuestos hidrocarburos gaseosos, tales como gas natural, cabe senalar que el alcance de la presente invencion 10 no esta restringido a las realizaciones descritas. Sera evidente para los expertos en la tecnica que el alcance de la invencion incluye otros metodos y aplicaciones que usan otros equipos o procesos distintos a los descritos espedficamente. Ademas, los expertos en la tecnica apreciaran que la invencion descrita anteriormente es susceptible de variaciones y modificaciones distintas a las descritas espedficamente. Se entiende que la presente invencion incluye todas las variaciones y modificaciones que estan dentro del espmtu y alcance de la invencion. Se 15 pretende que el alcance de la invencion no sea limitado por la memoria descriptiva, sino que este definido por las reivindicaciones presentadas a continuacion.

Claims (15)

  1. 5
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    15
    20
    25
    30
    35
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    REIVINDICACIONES
    1. Un proceso para separar un componente clave pesado de una corriente de gas de entrada (40) que contiene una mezcla de metano, compuestos de C2, compuestos de C3 y compuestos mas pesados, que comprende las siguientes etapas:
    (a) al menos parcialmente condensar y separar la corriente de gas de entrada (40) para producir una primera corriente de lfquido (44; 144) y una primera corriente de vapor (42; 142);
    (b) expandir al menos una parte de la primera corriente de lfquido (44; 144) para producir una primera corriente de alimentacion de fraccionamiento (58; 158);
    (c) suministrar una columna de fraccionamiento (22) con la primera corriente de alimentacion de fraccionamiento (58; 158) y una segunda corriente de alimentacion de fraccionamiento (48; 148) para producir una corriente de vapor superior de fraccionamiento (60; 160) y una corriente inferior de fraccionamiento (72; 172);
    (d) expandir al menos una parte de la primera corriente de vapor (42; 142) para producir una corriente de vapor expandida (42a; 142a);
    (e) suministrar un absorbedor (18) con la corriente de vapor expandida (42a; 142a) y una corriente de alimentacion de absorbedor (70; 170) para producir una corriente superior de absorbedor (46; 146) y una corriente inferior de absorbedor (45; 145), el absorbedor (18) tiene una presion de absorbedor que es sustancialmente mayor que una presion de columna de fraccionamiento, y esta a una presion diferencial de la misma, la presion de absorbedor es al menos aproximadamente 34,47 bar absolutos (500 psi absolutos);
    (f) comprimir al menos una parte de la corriente de vapor superior de fraccionamiento (60; 160) a la presion de absorbedor para producir una segunda corriente de vapor comprimida (68; 168); y
    (g) condensar al menos parcialmente la segunda corriente de vapor comprimida (68; 168) para producir la corriente de alimentacion de absorbedor (70; 170);
    por lo que la corriente inferior de fraccionamiento (72; 172) contiene una mayor parte del componente clave pesado y compuestos mas pesados, en donde el componente clave pesado son compuestos de C3 y compuestos mas pesados y en donde el proceso comprende ademas las siguientes etapas:
    (h) condensar al menos parcialmente la corriente de vapor superior de fraccionamiento (60) para producir una corriente superior de fraccionamiento condensada (62);
    (i) separar la corriente superior de fraccionamiento condensada (62) para producir una segunda corriente de vapor (66) y una corriente de reflujo de fraccionamiento (64);
    (j) suministrar la columna de fraccionamiento (22) con la corriente de reflujo de fraccionamiento (64);
    (k) enfriar la corriente inferior de fraccionamiento (72) y suministrar la parte enfriada de la corriente inferior de fraccionamiento (72) a la columna de fraccionamiento (22) como corriente de reflujo de fraccionamiento (72a); y
    (l) calentar al menos una parte de la primera corriente de lfquido (44) antes de producir la primera corriente de alimentacion de fraccionamiento (58) desde la etapa (b).
  2. 2. El proceso para separar el componente clave pesado de la reivindicacion 1, en donde la presion diferencial en la etapa (e) es aproximadamente de 3,45 bar a 24,13 bar (de 50 psi a 350 psi).
  3. 3. El proceso para separar el componente clave pesado de la reivindicacion 1, en donde la condensacion al menos parcialmente de la etapa (a) ocurre en un aparato seleccionado del grupo que consiste en un intercambiador de calor, un expansor de lfquido, expansor de vapor, una valvula de expansion y combinaciones de los mismos.
  4. 4. El proceso para separar el componente clave pesado de la reivindicacion 1, en donde la primera corriente de alimentacion de fraccionamiento (58) y la segunda corriente de alimentacion de fraccionamiento (48) de la etapa
    (c) se suministran a una parte media de la columna de fraccionamiento (22).
  5. 5. El proceso para separar el componente clave pesado de la reivindicacion 1, en donde la segunda corriente de vapor comprimida (68; 168) de la etapa (f) contiene una mayor parte del metano en la primera corriente de alimentacion de fraccionamiento (58; 158) y la segunda corriente de alimentacion de fraccionamiento (48; 148).
  6. 6. El proceso para separar el componente clave pesado de la reivindicacion 1, que comprende ademas las siguientes etapas:
    calentar al menos una parte restante de la primera corriente de lfquido (44) para producir una tercera corriente de alimentacion de fraccionamiento (53); y
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    10
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    35
    40
    45
    suministrar la tercera corriente de alimentacion de fraccionamiento (53) a la columna de fraccionamiento (22) o a la primera corriente de alimentacion de fraccionamiento (58).
  7. 7. Un aparato para separar un componente clave pesado de una corriente de gas de entrada que contiene una mezcla de metano, compuestos de C2, compuestos de C3 y compuestos mas pesados, que comprende:
    (a) medios de enfriamiento para al menos parcialmente condensar y separar la corriente de gas de entrada (40) para producir una primera corriente de vapor (42; 142) y una primera corriente de lfquido (44; 144);
    (b) primeros medios de expansion (24) para expandir la primera corriente de lfquido (44; 144) para producir una primera corriente de alimentacion de fraccionamiento (58; 158);
    (c) una columna de fraccionamiento (22) para recibir la primera corriente de alimentacion de fraccionamiento (58; 158) y una segunda corriente de alimentacion de fraccionamiento (48; 148), para producir una corriente de vapor superior de fraccionamiento (60; 160) y una corriente inferior de fraccionamiento (72; 172);
    (d) segundos medios de expansion (16) para expandir al menos una parte de la primera corriente de vapor (42; 142) para producir una corriente de vapor expandida (42a; 142a);
    (e) un absorbedor (18) para recibir la corriente de vapor expandida (42a; 142a) y una corriente de alimentacion de absorbedor (70; 170), para producir una corriente superior de absorbedor (46; 146) y una corriente inferior de absorbedor (45; 145), el absorbedor (18) puede funcionar a una presion de absorbedor que es sustancialmente mayor que la columna de fraccionamiento y a una presion diferencial de esta;
    (f) un compresor (27) para comprimir al menos una parte de la corriente de vapor superior de fraccionamiento (60; 160) a la presion de absorbedor para producir una segunda corriente de vapor comprimida (68; 168); y
    (g) primeros medios de condensacion (20) para condensar al menos parcialmente la segunda corriente de vapor comprimida (68; 168) para producir la corriente de alimentacion de absorbedor (70; 170);
    en donde el componente clave pesado son compuestos de C3 y compuestos mas pesados y en donde el aparato comprende ademas:
    (h) segundos medios de condensacion (30) para condensar al menos parcialmente la corriente de vapor superior de fraccionamiento (60) para producir una corriente superior de fraccionamiento condensada (62);
    (i) medios de separacion (26) para separar la corriente superior de fraccionamiento condensada (62) para producir una segunda corriente de vapor (66) y una corriente de reflujo de fraccionamiento (64);
    (j) medios para suministrar la corriente de reflujo de fraccionamiento (64) a la columna de fraccionamiento (22); y
    (k) un intercambiador de precipitados (29) para recibir y enfriar la corriente inferior de fraccionamiento (72) y suministrar una parte de la corriente inferior de fraccionamiento (72) a la columna de fraccionamiento (22) como corriente de reflujo de fraccionamiento (72a).
  8. 8. El aparato para separar el componente clave pesado de la reivindicacion 7, en donde la presion de absorbedor de la etapa (e) son al menos 34,47 bar absolutos (500 psi absolutos).
  9. 9. El aparato para separar el componente clave pesado de la reivindicacion 7, en donde la presion diferencial de la etapa (e) son de 3,45 bar a 24,13 bar (de 50 psi a 350 psi).
  10. 10. El aparato para separar el componente clave pesado de la reivindicacion 7, en donde los medios de enfriamiento de la parte (a) se seleccionan del grupo que consiste en un intercambiador de calor (12), un expansor de lfquido, un expansor de vapor, una valvula de expansion y combinaciones de los mismos.
  11. 11. El aparato para separar el componente clave pesado de la reivindicacion 7, en donde la primera corriente de alimentacion de fraccionamiento (58) y la segunda corriente de alimentacion de fraccionamiento (48) se suministran a aproximadamente una parte media de la columna de fraccionamiento (22).
  12. 12. El aparato para separar el componente clave pesado de la reivindicacion 7, en donde el aparato comprende ademas:
    medios de calentamiento para calentar al menos una parte restante de la primera corriente de lfquido (44) produciendo una tercera corriente de alimentacion de fraccionamiento (53); y
    medios de la columna de fraccionamiento (22) para recibir la tercera corriente de alimentacion de fraccionamiento (53).
  13. 13. El aparato para separar el componente clave pesado de la reivindicacion 7, en donde los primeros medios
    de condensacion (20) condensan al menos parcialmente la segunda corriente de vapor comprimida (68) por contacto con intercambio de calor con una o mas corrientes de proceso seleccionadas del grupo que consiste en la corriente de alimentacion de fraccionamiento (48), la corriente superior de absorbedor (46) y combinaciones de las mismas.
  14. 14. El aparato para separar el componente clave pesado de la reivindicacion 7, en donde el absorbedor (18) de 5 la parte (e) tiene al menos una bandeja espaciada verticalmente, uno o mas lechos empaquetados, cualquier otro
    tipo de dispositivo de transferencia de masa, o una combinacion de los mismos.
  15. 15. El aparato para separar el componente clave pesado de la reivindicacion 7, en donde la columna de fraccionamiento (22) de la parte (c) tiene al menos una bandeja espaciada verticalmente, uno o mas lechos empaquetados, cualquier otro tipo de dispositivo de transferencia de masa, o una combinacion de los mismos.
    10 16. El aparato para separar el componente clave pesado de la reivindicacion 7, en donde los segundos medios
    de condensacion (30) se seleccionan del grupo que consiste en un intercambiador de calor y un condensador interno de la columna de fraccionamiento.
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