IT202100021827A1 - Disposizione ottimizzata di un’unità di produzione di gas naturale liquefatto su scala media - Google Patents
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Description
Disposizione ottimizzata di un?unit? di produzione di gas naturale liquefatto su scala media
Descrizione
CAMPO TECNICO
[0001] La presente divulgazione riguarda un?unit? di produzione di gas naturale liquido. Le forme di realizzazione divulgate nella presente riguardano specificamente un?unit? di produzione di gas naturale liquefatto modularizzata comprendente una cassa del freddo (cold box) in cui viene effettuato uno scambio di calore tra il gas naturale da liquefare e un fluido refrigerante sottoposto a trasformazioni termodinamiche cicliche, inclusi compressione, raffreddamento, condensazione, espansione e vaporizzazione.
STATO DELL?ARTE
[0002] Per il trasporto pratico e attuabile a livello commerciale del gas naturale, il suo volume deve essere notevolmente ridotto. Per farlo, il gas deve essere liquefatto mediante refrigerazione a meno di -161 ?C (il punto di ebollizione del metano a pressione atmosferica). Ciascun impianto di produzione di gas naturale liquido ? costituito da uno o pi? impianti di liquefazione e purificazione per convertire il gas naturale in gas naturale liquefatto.
[0003] Il processo di liquefazione comporta la rimozione di determinati componenti, come polvere, gas acidi, acqua, mercurio e idrocarburi pesanti, che possono causare difficolt? a valle. Il gas naturale viene quindi condensato in un liquido con una pressione del vapore prossima alla pressione atmosferica raffreddandolo approssimativamente a ?162 ?C; la pressione massima per il trasporto viene impostata intorno a 25 kPa (4 psi).
[0004] Per ridurre la temperatura del gas naturale, il calore del gas naturale viene trasferito a un fluido refrigerante in condizioni controllate attraverso l?uso di scambiatori di calore. Dopo aver assorbito calore dal gas naturale, per essere riusato il fluido refrigerante viene raffreddato in modo pratico in un ciclo chiuso di refrigerazione termodinamica, in cui un effetto di raffreddamento viene prodotto attraverso trasformazioni termodinamiche cicliche, inclusi compressione, raffreddamento, condensazione, espansione e vaporizzazione.
[0005] Per ottenere la liquefazione del gas naturale attraverso lo scambio di calore con un fluido refrigerante, l?efficienza dello scambio di calore ? una questione fondamentale per risparmiare costi. L?efficienza viene ottimizzata da una parte promuovendo il trasferimento di calore tra il gas naturale e il fluido di refrigerazione e dall?altra riducendo lo scambio di calore indesiderato con l?ambiente circostante. Il primo obiettivo viene conseguito aumentando il rapporto tra le superfici dello scambio di calore e il volume dello scambiatore di calore e selezionando i materiali con la resistenza minore al trasferimento di calore per la realizzazione delle superfici dello scambio di calore, mentre il secondo obiettivo viene conseguito isolando lo scambiatore termico dall?ambiente circostante.
[0006] Dalla descrizione di cui sopra, ? evidente che la tecnologia di produzione di gas naturale liquefatto comporta una quantit? significativa di apparecchi, tra cui compressori e scambiatori termici. Di conseguenza, il successo degli impianti industriali per la produzione di gas naturale liquefatto dipende altamente dai costi di installazione. A questo proposito, i sistemi di liquefazione modularizzati sono stati proposti per offrire un approccio a utilizzo immediato (plug and play) che consente un?installazione pi? veloce e costi operativi e di costruzione minori. I moduli vengono prodotti, assemblati e testati nella sede del produttore di questi apparecchi e successivamente trasportati al sito di installazione, dove i diversi moduli devono solo essere collegati e dove gli strumenti e i collegamenti elettrici vengono forniti per completare l?installazione dell?impianto.
[0007] In un sistema di liquefazione modularizzato, una soluzione importante per aumentare l?efficienza dello scambio di calore ? l?uso delle cosiddette casse del freddo. Una cassa del freddo ? un pacchetto completo di scambiatori di calore contenuti in una carcassa con supporto strutturale, contenimento di isolamento termico e protezione per l?apparecchiatura interna. L?isolamento termico degli scambiatori di calore e delle tubazioni pu? essere ottenuto in un?unica carcassa, facendo uso di un isolamento comune, ad esempio usando materiali isolanti all?interno della carcassa.
[0008] Le casse del freddo consentono una disposizione molto compatta e offrono un isolamento termico altamente efficiente, senza la necessit? di manutenzione, allo scambio di calore tra il gas naturale e il fluido refrigerante. In aggiunta, il lavoro di installazione sul sito ? molto limitato e l?accesso alle tubazioni di collegamento ? semplice per via di una progettazione ottimizzata, rendendo la costruzione un passaggio molto rapido e semplice e riducendo i lavori precedenti la messa in servizio.
[0009] Attualmente, la produzione di sistemi di liquefazione modularizzati prevede la gestione di casse del freddo come un?apparecchiatura separata rispetto ad altri moduli dell?impianto. Ci? significa che una cassa del freddo viene trasportata separatamente nel sito dove viene installato l?impianto di liquefazione di gas naturale, ha le sue proprie fondamenta e richiede che i collegamenti delle tubazioni siano personalizzati sul sito, per compensare le deviazioni nella posizione di diversi moduli e della cassa del freddo. In aggiunta, tutta la strumentazione e altri dispositivi elettrici possono essere collegati solo dopo che la costruzione sul sito ? terminata.
[0010] Questo approccio influisce negativamente sui costi di installazione del sistema e pu? avere un impatto negativo sulla sicurezza complessiva dell?impianto. Di fatto, anche in impianti di gas naturale liquefatto su piccola e media scala, la cassa del freddo pu? essere dotata di pi? di cento strumenti di temperatura, che possono aumentare notevolmente il tempo necessario per completare l?installazione, ma anche comportare il rischio di strumenti collegati in modo errato.
[0011] Di conseguenza, una disposizione ottimizzata di un?unit? di produzione di gas naturale liquefatto per risolvere i problemi della complessit? dei sistemi della tecnica nota ? vantaggiosa e bene accetta nella tecnologia. Pi? in generale, ? desiderabile fornire una disposizione ottimizzata di un?unit? di produzione di gas naturale liquefatto atta a risolvere in modo pi? efficiente i problemi derivanti dalla necessit? di collegare i tubi della cassa del freddo e altri moduli e la relativa strumentazione sul sito di installazione dell?impianto.
SOMMARIO
[0012] In un aspetto, l?oggetto divulgato nella presente riguarda un?unit? di produzione di gas naturale liquefatto modularizzata, in cui la cassa del freddo viene posta direttamente nel modulo di ciclo chiuso di refrigerazione termodinamica di fluido refrigerante, per formare un modulo di refrigerazione integrato. Questa disposizione consente di risparmiare molto tempo sul sito poich? il processo, la strumentazione e i collegamenti elettrici vengono completati e testati nella sede del produttore.
[0013] In un altro aspetto, l?oggetto divulgato nella presente riguarda un?unit? di produzione di gas naturale liquefatto modularizzata, in cui il modulo di refrigerazione integrato comprende inoltre tutta la strumentazione e i collegamenti elettrici correlati.
BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI
[0014] Una comprensione pi? completa delle forme di realizzazione divulgate dell?invenzione e di molti dei relativi vantaggi connessi sar? prontamente ottenuta man mano che la stessa diventa maggiormente compresa facendo riferimento alla seguente descrizione dettagliata quando considerata in combinazione con gli uniti disegni, in cui:
la Fig.1 illustra uno schema di una disposizione di un?unit? di produzione di gas naturale liquefatto secondo una prima forma di realizzazione.
DESCRIZIONE DETTAGLIATA DELLE FORME DI REALIZZAZIONE
[0015] Secondo un aspetto, il presente oggetto riguarda un?unit? di produzione di gas naturale liquefatto modularizzata comprendente una pluralit? di moduli e in particolare: un primo modulo, denominato modulo di scambiatore principale o modulo di cassa del freddo, contenente uno scambiatore di calore principale di gas naturale, denominato anche cassa del freddo, un sistema di compensazione di refrigerante e un locale elettrico, il locale elettrico essendo configurato come collettore di tutti i collegamenti elettrici, e un secondo modulo, denominato il modulo di ciclo chiuso di refrigerazione termodinamica di fluido refrigerante.
[0016] In particolare, il modulo di scambiatore principale comprendente il locale elettrico principale, con il centro di controllo motore, ? installato in stretta prossimit? di un pattino di compressore di refrigerante.
[0017] Pi? in particolare, il modulo di ciclo chiuso di refrigerazione termodinamica di fluido refrigerante comprende tutta l?apparecchiatura correlata per il refrigerante nonostante la cassa del freddo e il compressore di refrigerante, che ? recipienti di aspirazione e di scarico di compressore di refrigerante, un raffreddatore e un condensatore di stadio di compressione di compressore di refrigerante e installazioni di sfogo di emergenza principali, come un tamburo di torcia.
[0018] Inoltre, secondo un aspetto, il modulo di ciclo chiuso di refrigerazione termodinamica di fluido refrigerante contiene inoltre tutti i collegamenti di interfaccia con l?installazione esterna, come linee o servizi di alimentazione e prodotto.
[0019] Secondo un aspetto, il presente oggetto riguarda un?unit? di produzione di gas naturale liquefatto modularizzata comprendente una cassa del freddo includente almeno uno scambiatore di calore principale, che trasferisce calore dal gas naturale e dal refrigerante caldo al refrigerante freddo, e recipienti correlati necessari per separare il vapore del refrigerante freddo e il liquido necessario per consentire una distribuzione uniforme del refrigerante all?interno dello scambiatore di calore principale. La cassa del freddo ? disposta su un modulo, denominato modulo di scambiatore principale, anch?esso contenente il locale elettrico principale. Il modulo di scambiatore principale ? disposto accanto al modulo di ciclo chiuso di refrigerazione termodinamica di fluido refrigerante per formare un modulo di refrigerazione integrato.
[0020] Secondo un aspetto pi? generale, l?oggetto divulgato nella presente riguarda una disposizione ottimizzata di un?unit? di produzione di gas naturale liquefatto in cui il modulo di cassa del freddo comprende anche il locale elettrico e il sistema di compensazione di refrigerante.
[0021] Verr? ora fatto riferimento in dettaglio a forme di realizzazione della divulgazione, un esempio delle quali ? illustrato nel disegno. Tale esempio ? fornito a titolo esplicativo della divulgazione, non limitativo della divulgazione. Di fatto, sar? chiaro ai tecnici del ramo che varie modifiche e variazioni possono essere apportate nella presente divulgazione senza discostarsi dall?ambito o dallo spirito della divulgazione. Il riferimento in tutta la descrizione a ?una forma di realizzazione? o ?alcune forme di realizzazione? indica che la particolare funzione, struttura o caratteristica descritta in combinazione con una forma di realizzazione ? inclusa in almeno una forma di realizzazione dell?oggetto divulgato. Quindi, la presenza della frase ?in una forma di realizzazione? o ?in alcune forme di realizzazione? in vari punti in tutta la descrizione non si riferisce necessariamente alla/e stessa/e forma/e di realizzazione. Inoltre, le particolari funzioni, strutture o caratteristiche possono essere combinate in qualsiasi modo idoneo in una o pi? forme di realizzazione.
[0022] Quando vengono introdotti gli elementi di varie forme di realizzazione, gli articoli ?un?, ?uno, ?una?, ?il?, ?lo?, ?la?, ?i?, ?gli?, ?le? e ?detto/a/i/e? intendono indicare che vi sono uno o pi? degli elementi. I termini ?comprendente?, ?includente? e ?avente? intendono essere inclusivi e indicare che vi possono essere elementi aggiuntivi diversi dagli elementi elencati.
[0023] Facendo ora riferimento ai disegni, la figura 1 mostra uno schema di una disposizione esemplificativa di un?unit? di produzione di gas naturale liquefatto modularizzata comprendente una pluralit? di moduli e in particolare: un modulo 10 di scambiatore principale, un assieme di compressione 20 di un refrigerante e un modulo 30 di ciclo chiuso di refrigerazione termodinamica di fluido refrigerante.
[0024] Secondo una forma di realizzazione, il modulo 10 di scambiatore principale e il modulo 30 di ciclo chiuso di refrigerazione termodinamica di fluido refrigerante sono disposti insieme per formare un modulo di refrigerazione integrato 40.
[0025] Secondo la presente divulgazione, il modulo 30 di ciclo chiuso di refrigerazione termodinamica di fluido refrigerante contiene tutti i collegamenti di interfaccia con l?installazione esterna, vale a dire una linea di alimentazione 31 di gas naturale e linee di prodotto, ovvero una linea 32 di gas naturale liquefatto e una linea di gas di petrolio liquefatto 33. In aggiunta, il modulo 30 di ciclo chiuso di refrigerazione termodinamica di fluido refrigerante contiene anche servizi come un debutanizzatore 34 e un servizio termico correlato 341 e un separatore 35 di torcia e una linea di torcia 351, che si collega a una torcia esterna (non mostrata).
[0026] Secondo una forma di realizzazione, il modulo 30 di ciclo chiuso di refrigerazione termodinamica di fluido refrigerante comprende un recipiente 36 di aspirazione di compressore di refrigerante e un recipiente 37 di scarico di compressore di refrigerante, un raffreddatore 38 di stadio intermedio di compressione di compressore di refrigerante e un separatore 381, un condensatore 39 di stadio finale di compressione di compressore di refrigerante e installazioni di sfogo di emergenza principali, come linee di collegamento 352 al separatore 35 di torcia.
[0027] Secondo una forma di realizzazione esemplificativa, il modulo 10 di scambiatore principale comprende una cassa del freddo includente uno scambiatore di calore principale 11, un separatore 12 di gas freddo per separare il vapore del refrigerante freddo 121 e il liquido 122, un locale elettrico principale 13 e un sistema di compensazione 14 di refrigerante includente una linea 141 di alimentazione di compensazione di refrigerante e linee 142, 143, 144 di compensazione di refrigerante, collegate alle linee di refrigerante raffreddato.
[0028] Secondo una forma di realizzazione esemplificativa, il fluido refrigerante dal recipiente 36 di aspirazione di compressore viene indirizzato verso l?assieme di compressione 20 attraverso una linea di aspirazione 361. Il fluido refrigerante viene quindi compresso in un primo stadio di compressore del compressore e successivamente indirizzato, attraverso una linea 380, verso un raffreddatore 38 di stadio intermedio di compressione di compressore di refrigerante, in cui le frazioni pi? pesanti del refrigerante si condensano. Il flusso di refrigerante raffreddato viene quindi indirizzato verso il separatore 381, in cui viene separato in un flusso di liquido 382 e un vapore 383. Il flusso di liquido 382 viene indirizzato verso lo scambiatore di calore principale 11 della cassa del freddo e successivamente indirizzato tramite una linea di collettore 360 verso il recipiente di aspirazione di compressore 36.
[0029] Il flusso di vapore 383 dal separatore 381 viene inviato a un secondo stadio di compressione del assieme di compressione 20 e successivamente indirizzato attraverso una linea 390 verso il condensatore 39 in cui viene raffreddato e in cui altre frazioni del refrigerante si condensano. Il flusso di refrigerante raffreddato viene quindi indirizzato verso il recipiente 37 di scarico di compressore di refrigerante, in cui viene separato in un flusso di liquido e un flusso di vapore, il flusso di vapore essendo composto dalle frazioni pi? leggere del refrigerante. Il flusso di liquido viene indirizzato attraverso una linea 371 di flusso di liquido verso lo scambiatore di calore principale 11 della cassa del freddo e successivamente al recipiente 36 di aspirazione di compressore di refrigerante.
[0030] Il flusso di vapore dal recipiente 37 di scarico di compressore di refrigerante viene indirizzato tramite una linea di flusso di vapore 372 verso l?estremit? fredda dello scambiatore di calore principale 11 della cassa del freddo e successivamente verso il recipiente 36 di aspirazione di compressore di refrigerante.
[0031] Il ciclo del refrigerante consente di scambiare calore con il gas naturale in una pluralit? di scambiatori di calore a diverse temperature, traendo vantaggio dalla differenza di temperatura di vaporizzazione tra i diversi flussi di refrigerante generati per ottimizzare la liquefazione del gas naturale avvicinandosi alla curva di raffreddamento del gas naturale dalla temperatura ambiente a quelle criogeniche, riducendo al minimo la richiesta energetica e la dimensione degli scambiatori di calore.
[0032] Sul lato del gas naturale dell?unit? di produzione di gas naturale liquefatto, l?alimentazione di gas naturale viene indirizzata tramite una linea di alimentazione 31 di gas naturale verso lo scambiatore di calore principale 11 della cassa del freddo, per essere pre-raffreddata al fine di condensare gli idrocarburi pi? pesanti del metano. Il flusso di gas naturale pre-raffreddato viene quindi indirizzato tramite una linea 120 verso il separatore 12, in cui viene separato in un flusso di liquido e un flusso di vapore, il flusso di liquido comprendendo gli idrocarburi pi? pesanti del metano, oltre a una determinata quantit? di metano. Dalla parte superiore del separatore 12, il flusso di vapore viene indirizzato tramite una linea 121 di flusso di vapore verso lo scambiatore di calore principale 11 della cassa del freddo, per essere raffreddato a una temperatura che causa la condensazione del vapore.
[0033] Il flusso di liquido comprendente gli idrocarburi pi? pesanti del metano viene indirizzato tramite una linea 122 di flusso di liquido verso il debutanizzatore 34, per separare il metano ancora presente nel flusso di liquido dagli idrocarburi pi? pesanti del metano, in particolare dal butano. Il debutanizzatore 34, essendo composto da una colonna pressurizzata con una caldaia in corrispondenza della sua parte inferiore, fornisce calore 341 al flusso di liquido, vaporizzando i componenti pi? leggeri del flusso di liquido, principalmente metano con una piccola quantit? di propano e parte di butano, che percorrono la colonna in cui un equilibrio vapore-liquido viene stabilito tra i componenti con diversi punti di ebollizione. Un flusso di liquido dalla caldaia del debutanizzatore 34, costituito principalmente da butano, ma comprendente anche propano e componenti pi? pesanti del butano, viene ottenuto e viene raccolto tramite una linea 33 di flusso di liquido. Un flusso vaporizzato dalla parte superiore del debutanizzatore 34, comprendente principalmente metano, viene inviato tramite una linea 342 di flusso vaporizzato allo scambiatore di calore principale 11 della cassa del freddo, in cui viene condensato per formare, insieme al flusso di vapore condensato indirizzato tramite la linea 121 di flusso di vapore, un flusso di gas naturale liquefatto, inviato tramite una linea 110 di flusso di vapore condensato a un?unit? 111 di raccolta di flusso di gas naturale liquefatto, prima di essere raccolto attraverso la linea 32.
[0034] Dalla descrizione di cui sopra di una forma di realizzazione esemplificativa, ? evidente che la maggior parte del processo, della strumentazione e dei collegamenti elettrici ? condivisa dal modulo 10 di scambiatore principale, dal assieme di compressione 20 di un refrigerante e dal modulo 30 di ciclo chiuso di refrigerazione termodinamica di fluido refrigerante e di conseguenza pu? essere completata nella sede del produttore piuttosto che sul sito di installazione dell?impianto, consentendo di risparmiare molto tempo sul sito. A seconda del sistema di refrigerante usato, il numero e il tipo di apparecchiatura pu? variare. Un elemento fondamentale dell?invenzione ? la posizione della cassa del freddo, del locale elettrico principale e del pattino di compressore in relazione al resto dell?installazione. A seconda dell?uso di altri sistemi con una strumentazione consistente, come i turboespansori, pu? essere adottata una collocazione dell?apparecchiatura sul modulo 10 di scambiatore principale o sul modulo 30 di ciclo chiuso di refrigerazione termodinamica di fluido refrigerante.
[0035] Sebbene gli aspetti dell?invenzione siano stati descritti in termini di varie forme di realizzazione specifiche, sar? evidente ai tecnici del ramo che molte modifiche, variazioni e omissioni sono possibili senza discostarsi dallo spirito e dall?ambito delle rivendicazioni.
Claims (8)
1. Unit? di produzione di gas naturale liquefatto modularizzata comprendente un modulo (10) di scambiatore principale di gas naturale e un modulo (30) di ciclo chiuso di refrigerazione termodinamica di fluido refrigerante, in cui il modulo (10) di scambiatore principale di gas naturale comprende uno scambiatore di calore principale di gas naturale (11) e un locale elettrico principale (13) e il modulo (30) di ciclo chiuso di refrigerazione termodinamica di fluido refrigerante comprende un recipiente di aspirazione di compressore di refrigerante (36), un recipiente di scarico di compressore di refrigerante (37), un raffreddatore di stadio intermedio di compressione di compressore di refrigerante (38) e un condensatore di stadio intermedio di compressione di compressore di refrigerante (381), in cui il modulo (10) di scambiatore principale ? installato in stretta prossimit? di un assieme di compressione (20) di un refrigerante.
2. Unit? di produzione di gas naturale liquefatto modularizzata secondo la rivendicazione 1, in cui il modulo (10) di scambiatore principale comprende inoltre strumentazione e collegamenti elettrici.
3. Unit? di produzione di gas naturale liquefatto modularizzata secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui l?assieme di compressione (20) di refrigerante ? installato in stretta prossimit? del locale elettrico principale (13).
4. Unit? di produzione di gas naturale liquefatto modularizzata secondo una o pi? delle rivendicazioni precedenti, in cui il modulo (30) di ciclo chiuso di refrigerazione termodinamica di fluido refrigerante comprende una linea di alimentazione (31) di gas naturale e linee di prodotto (32, 33).
5. Unit? di produzione di gas naturale liquefatto modularizzata secondo la rivendicazione 4, in cui le linee di prodotto (32, 33) comprendono una linea (32) di gas naturale liquefatto e una linea (33) di gas di petrolio liquefatto.
6. Unit? di produzione di gas naturale liquefatto modularizzata secondo una o pi? delle rivendicazioni precedenti, in cui il modulo (30) di ciclo chiuso di refrigerazione termodinamica di fluido refrigerante comprende installazioni di sfogo di emergenza.
7. Unit? di produzione di gas naturale liquefatto modularizzata secondo la rivendicazione 6, in cui le installazioni di sfogo di emergenza comprendono un separatore (35) di torcia.
8. Unit? di produzione di gas naturale liquefatto modularizzata secondo una o pi? delle rivendicazioni precedenti, in cui il modulo (10) di scambiatore principale ? solidale con il modulo (30) di ciclo chiuso di refrigerazione termodinamica di fluido refrigerante per formare un modulo di refrigerazione integrato (40).
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