MX2007002170A - Uso combinado de solventes internos y externos en el procesamiento de gases que contienen componentes livianos, medios y pesados. - Google Patents

Uso combinado de solventes internos y externos en el procesamiento de gases que contienen componentes livianos, medios y pesados.

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MX2007002170A
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Thomas K Gaskin
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Abstract

Se describe proceso para separar los componentes de una corriente de gas con componentes multiples. La corriente de gas con componentes multiples (1) se pone en contacto con un solvente (6) en un extractor (5) para producir una corriente superior (8) enriquecida con componentes(s) no absorbido(s) y una corriente inferior rica en solvente (8) enriquecida con componente(s) no absorbido(s). La corriente inferior rica en solvente se proyecta (9) a presion reducida para generar el solvente pobre (14) y para recuperar el componente o componentes absorbidos como una corriente superior (11). El solvente regenerado se recicla hacia el extractor (27). Una parte del solvente circulante contiene solvente externo (37) anadido al sistema. Una segunda parte del solvente circulante contiene solvente interno contenido en el gas de alimentacion.

Description

USO COMBINADO DE SOLVENTES INTERNOS Y EXTERNOS EN EL PROCESAMIENTO DE GASES QUE CONTIENEN COMPONENTES i LIVIANOS. MEDIOS Y PESADOS I Esta solicitud reclama el beneficio de prioridad a la solicitud provisional estadounidense número 60/603,933, presentada el 24 de agosto de 2004, y cuyos1 contenidos completos se incorporan aquí mediante referencia. ¡ Campo de la invención ¡ La invención se refijere al campo del procesamiento químico y, más específicamente, al procesamiento de corrientes de gases hidrocarburos. En lo particular, se describe un método y un aparato para separar los componejntes de una corriente de gas hidrocarburo.
Antecedentes de la invención i Muchos gases hidrocarburos, así como el gas natural, o el gas de craqueo, contienen uno o más componentes ligeros, que ya sea contaminan al gas principal, o que son en si mismos valiosos si es que puede separárseles ¡de la corriente principal de gas. Dichos gases ligeros incluyen nitrógeno, helio e hidrógeno. Una cantidad de i consideraciones económicas vuelven deseable el separar estos gases ligeros de una corriente de gas hidrocarburo. Por ejemplo, la combinación de gas natural con uno o más componentes ligeros es particularmente común. En gas natural es una mezcla de hidrocarburos, incluyendo metano, etano, propano, butano y pentano. El gas natural también contiene nitrógeno, helio y gases ácidos, como el dióxido de carbono y el sulfu ro de h idrógeno. Algunas veces el nitrógeno es un componente natural , o puede derivarse de las inyecciones de nitrógeno utilizadas para revivir pozos de petróleo en formaciones adecuadas. El helio se da de I manera natu ral en una pequeña porción de reservas de gas natu ral. El gas natu ral debe cumplir con ciertos criterios en cuanto a su contenido de gas ácido, valor de calentamiento, pu nto de rocío y I contenido inerte total anjtes de que dicho gas natu ral pueda ser i transportado y comercializado. El contenido de nitrógeno con frecuencia se limita a menos del 2-4% molar. Por esto, el nitrógeno debe ser retirado del gas natural que contenga más de la cantidad especificada , o dicho g s natu ral no pod rá ser transportado y comercializado. ! ! El gas natural también se produce en asociación con el i petróleo crudo, como un gas asociado. El gas de asociado puede contener n itrógeno de forma natu ral o puede contener nitrógeno inyectado, el cual se utiliza para mejorar la recuperación de petróleo. I El gas asociado debe cumplir con los mismos criterios que el gas natural si es que este ha ?e ser transportado y comercializado. Las corrientes de gas de refinerías y plantas qu ímicas con frecuencia contienen un! número de componentes ligeros, como i pueden ser el nitrógeno y el hidrógeno. El hid rógeno se encuentra común mente contenido e|n las corrientes gaseosas en las unidades de refinamiento. El hidrogeno se añade a algunas operaciones de refinamiento y se produce como producto secundario en otras operaciones de una unidad de refinamiento. Es con frecuencia deseable separar a este hidrógeno del gas expedido por la refinería, porque el hidrógeno retirado y recuperado puede reciclarse en la planta o venderse, típicamente por un valor mayor al valor de I calentamiento del hidrógeno en la corriente de gas de una refinería o una planta química. De igual manera, el retirar el nitrógeno de la corriente de gas de la planta aumenta el valor de calentamiento de la i corriente de hidrocarburo restante, y aumenta potencialmente el valor de la corriente como jcorriente de combustible. i La separación de componentes ligeros como el hidrógeno o el nitrógeno de los componentes más pesados como el metano y el etano puede aumentar el valor de cualquiera o de ambas corrientes i separadas resultantes. Las tecnologías existentes para llevar a cabo dichas separaciones incluyen el uso de membranas selectivas, sistemas de adsorción como la adsorción por cambio de presión y sistemas que utilizan temperaturas muy bajas (plantas criogénicas), como puede el sistema j de expansión, el Joule-Thompson o las plantas de refrigeración e? cascada. | También se puede usar absorción utilizando un solvente físico i para retirar los componentes más pesados y por lo tanto separar a i estos de los ligeros, un prpceso conocido como Proceso Mehra ™ . El proceso Mehra se describe en muchas patentes estadounidenses, incluyendo las patentes estadounidenses número 4,623,371 ; 4,832,718; 4,833,514 y 5,551 ,972, las cuales se incorporan aquí mediante referencia. Estas patentes describen sistemas para la absorción/regeneración instantánea para retirar componentes ligeros como el nitrógeno o el hidrógeno de componentes más pesados como i el metano o el etileno. ße refieren a sistemas donde el solvente i físico utilizado es externo, lo cual significa hacer uso de componente(s) añadidos al sistema, y también a sistemas donde el solvente físico utilizado es generado internamente, y por lo tanto está compuesto de componentes más pesados en el gas de I alimentación . Una mejora a estos procesos se describe también en la patente estadounidense número 6,698,287 B2, por Thomas K. i Gaskin, la cual se refiere al uso de gas de extracción para mejorar el desempeño de los sistemas de regeneración instantánea. Otra mejora se describe en j la Solicitud de patente estadounidense Número 1 1 /076,356 (incorporada aquí medíante referencia) i presentada por Thomas K. Gaskin, la cual describe el uso de temperaturas criogénicas para procesar gases en sistemas de absorción de solvente. j i En el proceso descrito en los párrafos anteriores, los componentes más pesados son retirados de los más ligeros mediante i absorción, utilizando un solvente físico circulante. El reducir la I presión del solvente concentrado en un separador instantáneo libera al componente más peisado y regenera al solvente para su recirculación en el absorbente. El solvente físico puede ser un líquido elegido por sus propiedades físicas, una de ellas es que es i un poco más pesado que el componente que se absorberá del componente más ligero. El solvente físico puede también estar hecho completamente de los componentes más pesados de la i corriente de alimentación ,de gas. Estos componentes más pesados son aquellos que no se vaporizan rápidamente en la regeneración instantánea del solvente ,de circulación. Estos procedimientos de absorción se caracterizan j en que una corriente de alimentación que contiene múltiples componentes entra al proceso y dos corrientes más, cada una siendo ! enriquecida en al menos uno de los I componentes, deja el proceso. Cualquier mejora del proceso que dé como resultado 1 ) eficiencia aumentada del proceso, ó 2) costo de proceso de implementación reducido, ó 3) operabilidad mejorada, ó 4) aumento en la pureza de una o más de las corrientes salientes, se apreciará como una contribución técnica a la materia. Breve descripción de la invención | Un aspecto de la ¡ presente invención es un proceso para t separar los componentes! de una corriente de gas de componentes múltiples. El proceso comprende poner en contacto a la corriente de gas con un solvente en i un extractor, para producir una corriente superior que esté enriquecida en al menos uno de los componentes, y una corriente inferior íde solvente, que esté enriquecida en al menos uno de los otrbs componentes. La corriente inferior i enriquecida de solvente ¡es proyectada entonces en al menos una etapa de presión reducida para liberar los componentes absorbidos del solvente, regenerando así al solvente puro y proporcionando los componentes liberados como una corriente de gas superior. La i corriente de componentes liberados se puede comprimir para I producir una corriente de producto. De acuerdo con la presente invención , una parte de j la corriente de solvente circulante está formada por componentes más pesados contenidos en el gas de alimentación , y otra parte del solvente está formada por componentes externos añadidos al sistema. Utilizar un solventé externo para una porción del solvente circulante en aplicaciones donde el solvente interno puede usarse solo es contra el sentido Común , sin embargo, algunas veces el uso de un solvente externo pu¡ede reducir el número de piezas de equipo requeridas para mantener el inventario del solvente, reducir los requerimientos de utilidades en la instalación, y/o añadir absorción I favorable selectivamente í al solvente circulante. En aplicaciones donde el uso de un arregló de solvente interno es imposible debido a la baja disponibilidad de componentes solventes pesados en el gas de alimentación , la adición de un solvente externo puede permitir i que una parte del solvente circulante esté formada de componentes internos, reduciendo así os requerimientos de adición de solvente externo y/o requerimientos de utilidades o equipo de la instalación. i El costo y tamaño del e|quipo puede reducirse aun más mediante puntos elegidos de instrumentación de proceso y control mejorados, i lo cual permite una reducción del tamaño del separador instantáneo. í La pureza de las corrientes de producto generadas puede mejorarse i ya sea añadiendo pasos de procesamiento adicionales después del proceso inicial de absorción/regeneración instantánea , o ajustando el í inventario, características o condiciones de operación del solvente.
Breve descripción de los dibujos i La Figura 1 muestra un proceso de la técnica anterior para separar los componentes de una corriente de gas. La Figura 2 muestra un proceso la técnica anterior para separar los componentes de un gas, donde el proceso incluye el reciclar una parte de la corriente de gas superior a partir de un separador instantáneo, y de regreso al extractor. i La Figura 3 muestra un proceso la técnica anterior para separar los componentes de una corriente de gas, donde el proceso incluye métodos para el co¡ntrol de inventario de solvente interno. i La Figura 4 muestra un proceso de acuerdo con la presente ¡nvención para separar los componentes de un gas, similar al proceso de la Figura 3, pero además proporcionando la adición de componentes de solvente externos, y eliminando potencialmente uno o más de los controles de i Ínventario de solvente. i La Figura 5 muestra un proceso de acuerdo con la presente invención en el cual la adición de una porción de solvente externo se agrega al proceso simple de la Figura 1 . La Figura 6 muestra un proceso de acuerdo con la presente invención para separar unj gas como en la Figura 1 , con un paso de purificación adicional en uno o más de los productos indicados. La Figura 7 muestra un proceso de acuerdo con la presente invención y de acuerdo i con la Figura 3, donde los pasos de I purificación adicionales son basados en absorción y se les integra al sistema principal de absorción del solvente.
Descripción de las modalidades preferidas i Debe entenderse que las líneas de tubo de hecho se designan i cuando se identifica a las corrientes a partir de aqu í y que se hace referencia a las corrientes, aun si no se declara, cuando se mencionan materiales, l iás aun , las válvulas de control de flujo, dispositivos reguladores ¡de temperatura, bombas, compresores y similares se entienden como instalados y en funcionamiento en relaciones convencionale's con los equipos principales que se muestran en los dibujos ¡y se describen de aquí en adelante, con referencia al proceso de operación continua de esta invención. Todas estas válvulas, aparatos, bombas y compresores, así como los intercambiadores de calor, acumuladores, condensadores y similares, se incluyen en¡ el término "equipo auxiliar". El término "absorbente" se emplea convencionalmente para un aparato absorbente de gas/solvente, pero cuando se le utiliza en el proceso ¡ de esta invención con ¡un solvente físico, se le considera un "extractor". Sin embargo, los términos "extractor" y "absorbente" se i pueden utilizar indistintamente en este documento. Como se utiliza aquí , "extractor" se refiere a cualquier aparato conocido en la técnica en el cual un gas es puesto en contacto con un solvente para absorber parte del gas en dicho solvente. De acuerdo con ciertas i modalidades, el extractar puede incluir elementos internos tales i como placas, empaques, bailes y similares, para promover la transferencia de masa. Como se utiliza aqu í, refiriéndose a un paso j del procedimiento como producir una corriente que está enriquecida en un cierto componente o componentes, significa que el porcentaje fraccional de ese comppnente o componentes en la corriente producida, en relación a ¡los otros componentes, es mayor que el porcentaje relativo de ése componente o componentes en la corriente que entra en el paso del proceso. Un aspecto de la presente invención es un proceso para í separar los componentes de una corriente de gas con componentes múltiples. El procedimiento comprende poner en contacto la corriente de gas con un solvente, con la finalidad de producir una corriente superior que está enriquecida en al menos uno de los componentes, y una corriente inferior rica en solvente que está enriquecida en al menos uno de los otros componentes. Este paso de contacto se lleva ja cabo típicamente en un extractor. Típicamente el solvente absorbe al componente o componentes más pesados de la corriente de componentes múltiples, dejando a los componentes más ligeros como la corriente superior. La corriente enriquecida de solvente inferior se proyecta en al menos una etapa de presión reducida pa¡ra liberar los componentes absorbidos, regenerando así el solvente y proporcionando los componentes absorbidos como una corriente superior. El solvente regenerado es reciclado hacia el extracto . i Ha sido reconocido que aunque los componentes i absorbidos/liberados son típicamente los componentes más pesados, i i con frecuencia una cantidad de los componentes ligeros es co-absorbida en el solvente y por lo tanto es también liberada durante la etapa de vaporización. Esta contaminación de la corriente de gas más pesada por los cojmponentes más ligeros es típicamente indeseable. Una solución para esta contaminación ha sido someter i al solvente enriquecido a múltiples etapas de vaporización y a reciclar una porción del gas liberado de una o más de las etapas de vaporización anteriores de regreso al extractor. Como se explicará I más adelante, el gas de las etapas de vaporización tempranas se encuentra típicamente más contaminado con componentes ligeros i que lo que lo está el gas liberado de las etapas de vaporización i posteriores. Este paso de reciclaje tiene el efecto de retirar el componente más ligero de la corriente de producto debido a que el componente más ligero se recicla de regreso al extractor. i Se reconoce que cuando el gas de alimentación no contiene componentes más pesados que el componente primario pesado (absorbido) del gas de alimentación , no se requiere el uso de un i I solvente externo. Una alimentación de gas natural que contiene solamente nitrógeno (componente ligero) y metano (componente i pesado), requiere el uso de un solvente externo. El solvente externo puede elegirse por su capacidad para absorber selectivamente al componente pesado deseado. Es también deseable que el solvente i externo sea un componente lo suficientemente pesado, con una presión de vapor baja, de modo que las pérdidas del solvente mediante vaporización en las corrientes de producto se vea reducida al mínimo, minimizando así la cantidad de solvente de adición requerida y reduciendo al mínimo la contaminación de los productos generados. Se reconoce que cuando la alimentación de gas contiene una cantidad muy significativa de componentes más pesados que el i componente pesado (absorbido), se puede utilizar un solvente generado internamente. |Si una corriente de gas natural contiene nitrógeno, metano y componentes significativos más pesados que el metano, hasta e incluyendo al butano o hexano, o más pesados, no se requiere el solvente externo, y el solvente puede contener estos componentes más pesadojs. En este caso, el componente ligero es nitrógeno, el metano es un componente de peso medio y el butano, hexano y otros compon ntes más pesados son los componentes pesados. El nitrógeno i es la corriente de producto ligero no i absorbido. Al metano lo absorbe el extractor y luego se libera en el i paso de vaporización como el producto de gas más pesado, pero ahora es un producto de¡ peso medio. Puede generarse exceso de i solvente, principalmente butano, hexano y otros componentes más I pesados y extraerse como un producto líquido separado, los i componentes más pesados de la corriente de alimentación de gas.
Cuando la cantidad de ¡estos componentes más pesados no es i demasiado grande, se puede utilizar equipo adicional para reducir al mínimo la cantidad de componentes de solvente perdidos en la corriente de productos medios, continuando así con la habilidad de i utilizar un solvente interno. El uso de un enfriador para recuperar componentes pesados de* rango pesado del solvente de la corriente de producto de componente medio resultaría típica. Los expertos en i la materia reconocerán que una combinación de la cantidad de componentes pesados en el gas de alimentación , la presión de vapor i de estos componentes y el nivel de recuperación de solvente ¡ empleados en conjunto determinan si los sistemas pueden operar con solvente generado internamente. Las características clel solvente utilizado afectan la razón de circulación requerida para lograr una separación deseada de los componentes de alimentación. Los componentes más pesados con I un peso molecular mayor típicamente tienen menos moléculas y más grandes por unidad de ¡ volumen . Los expertos en la materia reconocerán que el uso de solventes más pesados aumentará el requerimiento de circulación, aumentará la energía requerida para la circulación, aumentará cualquier requerimiento de enfriamiento para llegar a una temperatura de solvente deseado y aumentará el tamaño del equipo asociado. i i La presente ¡nvención utiliza una porción de solvente externo que permite a la segunda porción del solvente circulante ser i I generada internamente. De acuerdo con un aspecto de la presente invención , la introducción del solvente externo con una presión de i vapor baja diluye el porcentaje de mol de los componentes pesados del solvente interno en lá corriente inicial de solvente al grado de que una porción del solvente puede estar formada por solvente generado internamente. De acuerdo con otro aspecto de la presente invención, la adición de la porción externa del solvente permite que una porción del solvente; circulante inicial esté hecha de solvente generado internamente ¿in utilizar métodos de recuperación de solvente como el enfriamiento de la corriente de producto de peso medio. Es ilógico que un proceso que en ocasiones puede diseñarse sin el uso de un solventé externo, en algunos casos requiera de menos equipo y/o uso dé energía debido a la introducción de un solvente externo. I i De acuerdo con otré aspecto de la presente invención, el uso del solvente combinado interno/externo reduce el porcentaje de mol del solvente externo en comparación con un sistema que solo utiliza solvente externo, así reduciendo la presión del vapor de los componentes de solventé externo mediante la dilución con el solvente interno. De está forma, las pérdidas de vaporización de solvente externo dentro de la corriente del producto son reducidas, y en algunos casos pueden reducirse esencialmente a ninguna adición posterior. Es ilógico que al añadir un solvente externo a un sistema con frecuencia es posible que la adición continua a través del tiempo al sistema no se requiera. Alternativamente, se puede utilizar un solvente externo más ligero y eficiente, con pérdidas de solvente solamente similares a la¡s experimentadas cuando solamente se utiliza un solvente externo !en el sistema. El proceso de ia presente invención es generalmente aplicable a cualquier corriente de gas de componentes múltiples que esté formada por al menos tres componentes, donde los diferentes componentes de la corriente de gas tienen diferentes solubilidades en un solvente de hidrocarburo y los componentes más pesados son adecuados como un solvente de porción . La corriente de gas de componentes múltiples , típicamente contendrá uno o más hidrocarburos. Cuando se opera el proceso a una temperatura ¡ reducida, utilizando un refrigerante como puede ser el propano o el freón, para lograr dicha temperatura reducida, es típica una temperatura operativa para el solvente puro el rango de -6.7° C (+20° i F) a -40° C (-40° F). Cuajndo el proceso se opera como un proceso criogénico (como el descrito en la Solicitud de Patente 1 1 /076,356) utilizando reducción de presión del gas de alimentación mediante un expansor o válvula, o una combinación de licuefacción de gas de alimentación , seguido por¡ expansión, el solvente puro puede operar a temperaturas tan bajas domo -121 ° C (-185° F). i El solvente externo añadido al proceso puede ser de cualquier tipo. Los ejemplos de solventes incluyen solventes parafínicos, solventes nafténicos, solventes iso-parafínicos, solventes aromáticos o solventes mezclados ¡ especialmente. De acuerdo con una modalidad , la corriente dé gas con componentes múltiples se pone en contacto contracorriente con el solvente en el extractor. De acuerdo con una modalidad, el gas de alimentación y/o el solvente i circulante se enfrían utilizando una corriente refrigerante. De i acuerdo con otra modalidad el solvente es enfriado utilizando intercambio de calor con otra corriente de proceso. En otra modalidad , la instrumentación utilizada para controlar el nivel de solvente líquido en los conductos de regeneración instantánea está diseñada para permitir el uso de tanques más pequeños. Esta modalidad logra un control de proceso mejorado ! mediante el cambio del punto de oleada en el sistema de solvente. I De acuerdo con un aspecto de la presente invención, el punto de oleada para el volumen de solvente en el sistema está hecho para ser el centro de la serie de conductos contados a partir de, e incluyendo el absorbente a través de la proyección de presión más baja. De acuerdo con otro aspecto de la presente invención , el sistema de control utiliza los puntos de medida y control de proceso típico para lograr control ¡ de proceso mejorado con la reasignación del punto de oleada reasignando qué punto de medida se ajusta mediante qué aparato del control (válvula de control). De acuerdo con otro aspecto de la presente invención, los puntos de medida de presión adicionales se añaden para proporcionar la alimentación frontal de cambios de proceso para calcular y controlar aparatos. No es obvio que cuando un solvente es circulado continuamente a través de una serie de conductos que contienen un nivel de líquido, del cual los conductos tienen niveles controlados y se permite a un solo conducto actuar como ole¡ada, esto es importante para la estabilidad del diseño de control. ! El proceso de estas1 modalidades es generalmente aplicable a i cualquier sistema de absorción de solvente/regeneración instantánea ! para separar una corriente de gas con componentes múltiples que i contiene al menos dos componentes. Estas modalidades de control de proceso mejorado pueden mejorar el diseño de la absorción/regeneración instantánea I permitiendo que los conductos se diseñen con tiempos de oleada más bajos de líquido cuando dichos tiempos de oleada fueron fijados previamente por los volúmenes requeridos para mantener el control.
El control mejorado de ía instalación permite tiempos de oleada menores para mantener el control, y por lo tanto se pueden utilizar conductos más pequeños, con un costo de construcción más bajo para dichos conductos. i Se reconoce que ¡ los contaminantes encontrados en las corrientes de gas natural y de refinamiento pueden incluir dióxido de I carbono, sulfuro de hidrógeno, mercaptanos, agua, oxígeno, monóxido de carbono y otros. Con frecuencia se requieren instalaciones para retirar ¡estos componentes, ya sea del gas natural o de las corrientes de refinamiento. Al retirar un contaminante existe el potencial por periodos de tiempo para que el proceso de retiro no se lleve a cabo tan bien como se pretende, y que algo del i contaminante no pueda eliminarse de la corriente de gas. Se reconoce que el proceso de absorción de solvente/regeneración instantánea es adecuado para aplicaciones de í separar componentes de gas de refinamiento en productos ligeros y pesados, típicamente hidrógeno y metano, y para separar corrientes I de gas natural en productos ligeros y pesados, típicamente nitrógeno I y metano. Este proceso típicamente se localizaría después del proceso de retiro del contaminante. ! En esta modalidad, la presente invención proporciona la incorporación de resistencia a sobrecargas o capacitancia para contaminantes que son más pesados que el componente ligero dentro del proceso de a¡bsorción/regeneración instantánea. Esta resistencia a sobrecargas permite al proceso acomodar algo de contaminación del gas de alimentación a niveles por encima de los aceptables en las corrientes de producto. De acuerdo con una modalidad de la presente invención , el volumen de sobrecarga proporcionado en uno o más de los conductos de proceso aumenta j por encima del tamaño mínimo requerido para el propósito primario del proceso, con la finalidad de retener algo del contaminante de la alimentación por un periodo más prolongado de tiempo, antes de que sea liberado a una corriente de producto. De acuerdo con otra modalidad de la presente invención, el solvente contiene una porción de un solvente externo que tiene características que mejoran la habilidad del sistema pata absorber el contaminante, y de esta i manera retener al menos j algo del contaminante de la alimentación de gas por un periodo de tiempo, antes de liberarlo en la corriente de producto. Es ilógico que ! un proceso de separación de gas que se opera como un proceso continuo estable pueda adaptarse para pasar a través de algunos picos de concentración de contaminación de alimentación de gas de corto plazo sin que las corrientes de producto se contaminen . Sin embargo, en un proceso de absorción/regeneración instantánea donde todos, excepto los i componentes más ligeros, jse absorben primero y luego se liberan del i I solvente, la habilidad para realizar la composición del solvente para retener un contaminante combinado más rápidamente, con la habilidad para establecer el volumen del sistema de solvente, puede reducir con efectividad ¡los picos de contaminante de gas de i alimentación a un grado én que no pueda ocurrir la contaminación del producto. | El proceso de la presente invención es aplicable a cualquier I contaminante que pueda! ser absorbido por el solvente. Si el solvente utilizado es un s¡olvente físico simple, sin características o i afinidades especiales para absorción selectiva, el solvente absorberá i al menos una porción de cualquier contaminante de alimentación que sea menos volátil que el componente ligero que es el producto i encima del extractor. La concentración de contaminante se reducirá para el producto ligero en este caso. Cuando el contaminante es i menos volátil que el componente pesado primario, la concentración del contaminante se reduce tanto en los productos ligeros como en los pesados. La reducción de concentración en el producto pesado es transitoria hasta que el nivel de contaminante se acumula hasta un punto en que el contaminante es liberado a la misma razón a la que entra en el sistema.: En el caso de un solvente físico, añadir volumen de sobrecarga líquida al sistema controla la cantidad de i contaminante que puede, acomodarse sin que la concentración de contaminante de corriente de producto se vuelva demasiado alta. Se puede añadir capacidad : adicional utilizando un solvente físico o químico selectivo para eli contaminante esperado. De esta forma, la adición de una pequeña cantidad de un solvente específico contra la de un solvente amplío puede aumentar grandemente la habilidad del sistema para humedecer los picos de contaminación en la corriente de producto pesado. ' De acuerdo con otro aspecto de la presente invención, se añade un enfriador y un separador a la corriente de producto pesado, de una forma igual a la utilizada para la recuperación del solvente en la técnica anterior. El uso de este sistema de recuperación también puede ayudar a reducir la cantidad de un contaminante se iría con la corriente de un producto pesado en un periodo de tiempo dado. El solvente externo( que se añade al proceso puede ser de cualquier tipo. Los ejemplos de solventes incluyen solventes parafínicos, solventes 'ñafíemeos, solventes ¡soparafínicos y solventes aromáticos. Lo¡s solventes que son más específicos para retirar los contaminantes de gas ácido, con frecuencia asociado con el gas natural y el proceso de refinamiento incluyen al sulfolano, i selexol, morfolina y sus derivados, además de una amplia variedad de compuestos que contienen grupos de amina o grupos de glicoles.
Las características . del solvente utilizado pueden afectar la ! pureza de las corrientes de producto generadas. Si el componente ligero es nitrógeno separado de gas natural, y preferiblemente i liberado en la atmósfera, entonces la contaminación aun con cantidades pequeñas de, propano e hidrocarburos más pesados puede exceder las regulaciones ambientales. Si el componente ligero es hidrógeno separado de una corriente de refinamiento, la contaminación con pequeñas cantidades de componentes más pesados que el metano pueden reducir la concentración de hidrógeno y la presión parcial a un grado en que no es utilizable para un i proceso de refinamiento deseado. El propano u otros componentes en la corriente de producto intermedio absorbido y liberado pueden ocasionar que dicha corriente media tenga un valor de calentamiento i o un punto de condensación del hidrocarburo inaceptablemente alto.
La presente invención elimina los contaminantes de cualquiera o de ambas corrientes de producto, tanto la no absorbida como la i absorbida y liberada. De acuerdo con un aspecto de la presente invención , el contaminante se puede retirar antes del proceso primario de absorción/regeneración instantánea, pero se permite al contaminante entrar al j proceso para aumentar la eficiencia convirtiéndose este en parte del solvente y bajando el peso molecular del solvente. De acuerdo con otro aspecto de la presente invención , luego se retira ¡el contaminante de cualquiera o de ambas corrientes de producto i que contamina. Es ilógico que un contaminante que puede retirarse de una corriente de alimentación, en vez de en dos corrientes de producto, deba dejarse en la i corriente de alimentación !y permitírsele contaminar las corrientes de producto. En algunas ocasiones, la eficiencia ganada dejando el contaminante en la alimentación para el proceso de absorción principal es tan deseabl;e que el retirarlo de dos corrientes de producto está justificado, j De acuerdo con otro aspecto de la presente invención, el i contaminante se retira de ¡las corrientes de producto utilizando pasos de absorción/regeneración adicionales, mediante el uso de un solvente. El solvente utilizado puede ser un solvente interno, o una combinación de solventes internos y externos. Los componentes absorbidos pueden liberarse del solvente utilizando uno o más tanques de vaporización, ¡ utilizando calor, utilizando una torre de destilación o una torre de gas de extracción, o una combinación de estos métodos estándar aceptables y probados. De acuerdo con otro aspecto de la presente invención, el contaminante se retira de las I corrientes de producto utilizando otras tecnologías establecidas, incluyendo procesos de adsorción como los tamices moleculares y el 1 gel de sílice, el proceso de separación por membrana, incineración, oxidante térmico y el proceso de incinerador catalítico, separación de vapor/líquido a bajas temperaturas, logrado mediante cualquiera o todas entre: expansión, intercambio de calor y refrigeración. Un componente de hervido intermedio también se puede retirar quitándolo de una corriente de paso del solvente circulante, con la i finalidad de mantener la concentración lo suficientemente baja como para que la combinación ¡de ya sea el producto ligero o el producto pesado se reduzca a niveles aceptables. Los aspectos de la presente invención pueden entenderse I mejor con referencia a los dibujos y a la discusión siguiente de las I modalidades ilustradas en dichos dibujos. Donde los componentes i numerados no se discuten específicamente en el texto, se puede asumir que tienen la misma identidad y propósito que el componente numerado correspondiente en la descripción de los dibujos anteriores. i La Figura 1 muestra un proceso de técnica anterior sin controles de inventario de solvente, y que es no-específico con respecto a solventes intern i os o externos. De acuerdo con el proceso de la Figura 1 , el gas hidrocarburo de alimentación (1 ) entra en i contacto contracorriente con el solvente puro (2) en el extractor (3), I generando una corriente superior (18) y una corriente inferior rica en solvente (4). La corrientej inferior rica en solvente (4) está dirigida a uno o más separadores de proyección (5) . El número de separadores puede variar.¡ De acuerdo con una modalidad, existe un solo separador instantán o (5). El componente absorbido en el solvente se libera en el separador (5), y se separa como corriente de vapor (6). Aunque sólo ¡se ilustra una etapa de proyección en la Figura 1 , se pueden utilizar separadores múltiples. La presión de la corriente (6) se eleva mediante un compresor (7), dejando a la corriente (8) como una J corriente de producto del proceso. El solvente puro regenerado, deja el separador (5) como una corriente de líquido (9) y se regresa al extractor (3) como una corriente (10) vía la bomba (12). La corriente de solvente puro (10) se puede i enfriar en el enfriador de solvente (1 1 ) antes de re-introducirla al i extractor (3). Si la corriente de gas de componentes múltiples (1 ) i que entra en el proceso de la Figura 1 contiene metano y nitrógeno, i por ejemplo, el gas natural contaminado con nitrógeno, entonces se utilizaría un solvente externo y la corriente (18) se enriquecerá con nitrógeno y la corriente (8) se enriquecerá con metano. Sin embargo, la corriente (8) con frecuencia está contaminada con una cantidad significativa de nitrógeno, porque el nitrógeno se absorbe conjuntamente con el metano en el solvente. Idealmente, el poner ! en contacto la corriente (1 ) con un solvente daría como resultado una corriente superior (¡18) de nitrógeno, y una corriente (4) i enriquecida con solvente,! solamente con metano absorbido. Sin embargo, bajo condiciones de operación reales, la composición de alimentación y las condiciones de operación dan como resultado una cantidad indeseable de nitrógeno que se absorbe conjuntamente en la corriente de solvente ;(4), junto con el componentes absorbido deseado, es decir, metano¡. La Figura 2 muestra un proceso de la técnica anterior que reduce la cantidad ¡de componentes ligeros absorbidos i conjuntamente con la que lse contamina la corriente de producto. El procedimiento de la Figura 2 utiliza dos separadores de regeneración i instantánea, el vaporizador intermedio (13) y el vaporizador final (5). La corriente superior (15) del vaporizador intermedio (13) es recomprimida por el compresor de ciclo (16) y reciclada al extractor (3). El vaporizador final (5) generalmente opera a una presión menor i que el vaporizador intermedio (13). Dado que el nitrógeno es un | componente más ligero quje el metano, el vaporizador intermedio (13) I preferiblemente libera el nitrógeno absorbido en conjunto, y preferiblemente deja el metano deseado en el solvente enriquecido i (14). La corriente de gas rica en nitrógeno (15) es recomprimida y regresada al extractor (¡3), preferiblemente en un punto en el extractor que es igual o menor a la corriente de gas de alimentación (1 ). Esto da como resultado que la corriente (18) sea más i enriquecida con nitrógeno. Retirar el nitrógeno absorbido conjuntamente de la corriente (4) da como resultado que la corriente I de producto final (8) contenga menos nitrógeno. El proceso de i acuerdo con la Figura 2 proporciona una corriente de producto de pureza mayor pero requiere de un compresor de nitrógeno adicional (16) y una etapa de proyección adicional (13). La Figura 2 es no-específica para el uso de solvente interno o externo. La Figura 3 ilustra técnica anterior que incluye dos puntos para i control de inventario de solvente, y fue desarrollada para utilizarse con solventes internos. l Una corriente de gas de componentes I I múltiples (1 ) se enfría en iun enfriador (2) y entra a un separador (3), i donde se separan las fases de vapor y líquido. La fase de vapor se introduce en el extractor (5), donde se pone en contacto al vapor con una corriente pura de solvente líquido (6). El solvente puro absorbe I componentes medios y pesados del vapor, dejando los componentes i ligeros para que estos salgan de la parte superior del extractor como corriente de vapor (7) ¡ El solvente enriquecido, que contiene I componentes medios y pesados absorbidos, sale por la parte inferior de la torre como una corriente (8) después de ser puesta en contacto con vapor reciclado a la parte inferior del extractor. La corriente (8) se reduce en presión por medio del restrictor (9), y las fases resultantes de vapor y líquido son separadas en el separador (10).
La corriente de vapor (1 1 ) contiene una porción del componente i ligero que fue absorbido ¡conjuntamente en el extractor, y este vapor es reciclado mediante el compresor 12 para que entre nuevamente en la parte inferior del extractor como gas de extracción. El solvente enriquecido que sale de la parte inferior del separador (20) como corriente (13) contiene a los componentes medios y pesados absorbidos. Los restrictores secuenciales (14), (18) y (22) combinados con los separadores secuenciales ( 15), (19) y (23) reducen la presión del solvente enriquecido y separan a los componentes medios del solvente circulante que contiene componentes pesados. Las corrientes de vapor (16), (20) y (24) contienen los componentes medios de la corriente de alimentación. De hecho, puede emplearse cualquier número de vaporizaciones. La corriente líquida de separador de fase final (25) es el solvente puro, con la mayoría de los componentes medios retirados. Se aumenta la presión de la corriente (25) utilizando la bomba (26), para que la corriente se convierta en corriente (27). La corriente (27) es enfriada en el enfriador (28) para que se vuelva la corriente de solvente puro (6) que entra al extractor. Las corrientes de productos medios (16), (20) y (24) son comprimidas en un compresor de etapas múltiples (29), para que se vuelvan la corriente (30). Esta corriente es enfriada en el enfriador (31 ) y es separada en fases de vapor y líquido en el separador (32). La porción de vapor sale del sistema como la corriente de producto medio (33). La corriente liquida (34) contiene componentes de solvente de peso, los cuales se evaporaron con los componentes de peso medio en los tanques de vaporización (15), (19) y (23), y se condensaron mediante enfriamiento a la presión elevada del separador (32). Estos componentes de solvente son introducidos nuevamente en el sistema de solvente. Si la temperatura de solvente solvente en el sistema, ! entonces el exceso de solvente puede retirarse como una corriente de producto pesado (35) , y salir del i sistema como la corriente (37). La corriente (37) se puede estabilizar mediante la remoción de los componentes ligeros en una torre de destilación limpiadora para cumplir con las especificaciones de productos pesados si así se desea. En cambio, si la temperatura en el separador (32) no puede recuperar suficientes componentes de solvente pesado para majntener el inventario de solvente, entonces se pueden añadir componentes pesados condensados del separador i (3), de la corriente (36), al inventario de solvente haciéndolos fluir en dirección opuesta en la ¡Figura (3). El control del líquido de los separadores (3) y (32), junto con el control de las temperaturas de operación en estos separadores se puede utilizar para controlar el inventario de solvente ¡interno. Los métodos de recuperación i también pueden añadirse a la corriente ligera (7) para recuperar cualquier componente pesado contenido en esta corriente. La Figura 4 muestra una modalidad de la presente invención.
El flujo de la corriente ¡(37) es inverso al de la Figura (3). La corriente (37) introduce! solvente externo al sistema , para ser utilizado para aumentar ¡el solvente interno disponible, y también para reducir potencialme'nte la necesidad de puntos de control de recuperación del inventario de solvente, como el enfriador de recuperación de solvente, (31) y el separador de recuperación de solvente (32), o sistemas de recuperación de solvente empleados potencialmente en la corriente (7). La Figura 4 también puede utilizarse para ilustrar la modalidad de control de esta invención. El I solvente se circula continuamente a través del absorbente (5) y los tanques de vaporización (10), (15), (19) y (23). La razón de solvente I entrando al absorbente es un punto de control típico (no se indica la i válvula). El nivel de solvente se mantiene en cada conducto utilizando un aparato de¡ medición de nivel (no se indica) y una válvula de control de nivel (indicadas como válvulas (9), (14), (18) y (22). Se dará un ejemplo para describir el control y efectos de i control. La Figura 4 también puede utilizarse para describir la i adición de componentes de solvente selectivos utilizando la corriente (37), para afectar el humedecimiento de las concentraciones de i contaminante en las corrientes de producto, o el efecto del tamaño de los conductos y las cpndiciones de operación en los niveles de contaminantes en las corrientes de producto. Además se dará un i ejemplo para describir esto. i La Figura 5 ilustra] la modalidad muy sencilla de la presente invención. La corriente (13) es una corriente de solvente pesado que i puede añadirse a un sistema como el de la Figura 1, que tiene algunos componentes pesados disponibles para solvente del gas de alimentación, pero no suficientes para mantener un inventario de solvente sin al menos una carga inicial externa de solvente pesado.
La corriente (13) puede añadirse al proceso mediante la inserción en la corriente (1 ), (2), (4), (9|) ó (10) , y en todos los casos se convertirá en parte del solvente puroi La Figura 6 muestra ¡una modalidad muy simple de la modalidad i de purificación de corrientes separadas de la presente invención . El proceso de la Figura 1 tiene pasos de purificación de producto adicionales (19) y (22) añadidos a los procesos, que dan como i resultado corrientes de producto purificadas (20) y (23), i respectivamente, y corrientes de contaminante retirado (21 ) y (24), respectivamente. Cualquier o ambos pasos (19) y (22) pueden utilizarse. Cualquiera o ambos pasos (19) y (22) pueden absorberse, adsorberse, someterse a' tecnolog ía de membranas, someterse a tecnología de incineración, u otras tecnolog ías. Las corrientes recuperadas (21 ) y (24) pueden ser productos separados como los producidos por sus procesos respectivos, o pueden ser total o parcialmente reciclados en i el proceso principal. I La Figura 7 ilustra una modalidad de la presente invención que i utiliza tecnología de purificación para ambas corrientes de producto. i El proceso principal, como se ilustra en la Figura 3 ó 4, de la corriente (1 ) a la corriente (33) permanece sin cambio. Un proceso de regeneración por absorción se ilustra actuando en la corriente de i producto ligero no absorbido de proceso principal (7) mediante los i artículos y corrientes números (40) a (60), dando como resultado la I corriente de producto ligero purificado (42). La corriente (7) entra al i absorbente (40), se pone en contacto con la corriente de solvente puro (41 ) y produce una corriente superior de producto (42) que es más pura en uno o más componentes que la corriente (7). En absorbente (40) está equipado con el recalentador (43) para controlar la absorción de los componentes más ligeros de la corriente (7) . La corriente de solvente enriquecido (44), que contiene los componentes absorbidos deseados sale por la parte I inferior del absorbente, y¡ se dirige a la torre de regenerador (45).
Los componentes absorbidos son rechazados del solvente en la torre (45) utilizando el calorj del recalentador (46) , produciendo la corriente de solvente puro (47) como la corriente inferior de producto. Si se requiere ¡compensar el solvente, puede entrar como corriente (48), o por otro lado se puede retirar el exceso de solvente acumulado en este punté. El solvente puro es bombeado por la bomba (49), saliendo como la corriente (50), y es refrescada y/o enfriada por el intercambiador (51 ) para que se vuelva una corriente I de solvente puro (41 ). ¡ La corriente superior (52) de la torre regeneradora (45) es enfriada, y al menos parcialmente condensada en el intercambiador (53), y la corriente enfriada entra al conducto separador/acumulador (5J4). Si se genera un producto de vapor superior en el componente absorbido, se le conoce como corriente I (55). Si se genera un producto líquido, se le conoce como corriente (60). El líquido del conducto (54), corriente (56), entra a la bomba (57), sale como la corriente (58), y al menos parte de esta corriente ¡ (58) entra por la parte superior de la torre (45) como reflujo. La ! corriente de producto medio o pesado (33) es entonces purificada mediante equipo y las corrientes (70) a (95), produciendo así la corriente de producto purificado (69). En el ejemplo de esta figura , i el sistema de absorción/regeneración incluye un paso de pre- i saturación de solvente con la finalidad de ilustrar un tipo de variante posible en sistemas de absorción. La corriente de proceso base (33) entra al absorbente (70) y entra en contacto con la corriente presaturada de solvente puro (71 ), produciendo la corriente superior de producto (72), y después de re-calentamiento inferior del i recalentador (79), en la corriente inferior de solvente enriquecida (80). El producto superior (72) está combinado con la corriente de solvente puro (73) para convertirse en la corriente de dos fases (74), la cual es refrescada en el intercambiador (75) y luego entra al i separador (76). La corriente de producto purificado (69) es el vapor proveniente del separador (76), y esto es la corriente de alimentación (33) con uno o más componentes retirados mediante este paso de purificación. El líquido del separador, o corriente (77), entra en la bomba (78), ,y sale como la corriente de solvente pre- I saturada (71 ). La corriente de solvente enriquecida (80) es separada i como en el sistema purificador de absorción y regeneración de producto ligero (artículos (45) a (60)). Para el purificador de producto pesado, los artículos correspondientes son los números (81 ) a (94). La corriente de solvente enriquecido (80) entra al i regenerador (81 ); el cal ntador (82) calienta la parte inferior de la i torre, creando la corriente inferior de aceite puro (83), la cual es bombeada por la bomba (84) para que se convierta en la corriente (85). Cualquiera exceso de solvente es retirado como corriente (95), y el solvente puro restante es la corriente (73). La corriente superior de regenerador (86) es refrescada en el intercambiador (87) y al menos una parte de dicha¡ corriente es condensada y separada en el conducto (88). Cualquier producto en forma de vapor es retirado como corriente (89). La ¡corriente líquida (90) es bombeada por la bomba (91 ) para que se ' convierta en la corriente de alta presión i (92). Cualquier producto líquido es retirado como la corriente (93), y i la corriente restante (94) ¡es dirigida hacia el regenerador (18) como reflujo. El regenerador para cualquier purificador de producto puede i de hecho operarse a presión mayor que el absorbente correspondiente, en cuyo; caso la bomba de solvente puro no está instalada, y en su lugar se utilizaría una bomba para solvente ! enriquecido. Cuando se utilizan solventes externos para cualquier paso de purificación, el solvente externo puede hacerse a partir de I parafinas, aromáticos, naftalinas o solventes especializados, que incluyen aminas, morfolinás, glicoles, sulfinol, etc. Ejemplo 1 ¡ Í Este ejemplo compara el proceso de la presente invención, i como se describe en la¡ Figura 4, con el proceso de la técnica anterior descrito en la Figura 3, con respecto a la habilidad para procesar una corriente de gas que contiene metano y nitrógeno, así como componentes más¡ pesados, retirando el metano mediante absorción del nitrógeno con el fin de producir una corriente de metano que cumpla con la calidad típica de línea de tubo para contenido inerte. La comparación se lleva a cabo bajo condiciones tales que un proceso de la técnica anterior de acuerdo con la Figura i 3 utiliza un solvente interno hecho a partir de los componentes más ! pesados de la corriente de alimentación, y se controla el inventario I de solvente mediante el uso de un enfriador en el producto (medio) de metano para la recuperación de solvente. La corriente de alimentación de gas es ¡bastante pura en cuanto a componentes pesados, y por esto la corriente (36) líquida en el separador de gas de alimentación (3) no tiene flujo. El proceso de la Figura 3 se compara con el proceso d ie la Figura 4. La temperatura y la presión i del extractor se mantienen iguales en ambos casos, al igual que las I presiones de todos los tanques de vaporización, y así sucesivamente. El único cambio realizado es la eliminación del paso de recuperación del solvente indicado mediante el enfriador (31 ) y el separador (32). Ambos sistemas producen esencialmente la misma i corriente de metano que contiene una cantidad reducida de nitrógeno i con la finalidad de cumplir la especificación típica de línea de tubo. ¡ En otras palabras, el proceso de la presente ¡nvención logra la misma separación utilizando un proceso más simple y menos piezas i de equipo que el proceso ¡de la Figura 3. La composición del; gas de alimentación (corriente 1 ) es gas i natural que contiene 15¡% molar de nitrógeno, 83.85% molar de metano, 1 .00% molar de1 butano y 0.15% molar de hexano, y tiene una tasa de flujo de ¡ 0.142 M Mscmd (5.00 MMscfd), a una i temperatura de 38° C (100° F) y una presión de 42.8 barg (620 psíg).
El gas de alimentación y el solvente son enfriados a -23° C (-10° F). El procedimiento de la Figura 3 requiere enfriar el producto de gas rico en metano a -19° el (-2° F) con la finalidad de mantener un inventario de solvente de los componentes pesados en el gas de alimentación . El solventé puro circulado es aproximadamente 82% de hexano y 18% de butano. Un gas de calidad de línea de tubo que I contiene 3% de nitrógeno se produce, y se recupera el 98.5% del i valioso gas de alimentación metano en la corriente de producto metano. El caso anterior usando la Figura 3 se compara ahora a usar el proceso de la Figura 4. Se utiliza la misma razón de alimentación i del gas, así como la misma composición. No se utiliza el sistema recuperador de solvente operando a -19° C (-2° F), eliminando varias piezas de equipo de procesamiento. Con la finalidad de mantener el i inventario de solvente, se añaden 0.038 m3/d ía (10 galones/d ía) de i i octano al sistema. El solyente puro resultantes es 40% octano, 45% hexano y 15% butano. La pureza y recuperación del metano es la i misma que la lograda en la Figura 3. Como el solvente puro es algo más pesado debido a los¡ componentes de octano, los kW de fuerza de la bomba de circulación aumentan de 185 a 216 kW (248 a 289 i caballos de fuerza). Este' aumento en la fuerza de la bomba, el retiro de muchas piezas de equipo, y el requerimiento de 0.038 m3/día (10 galones/día) de octano i son las diferencias totales entre ambas operaciones. El uso del' enfoque de solvente externo/interno sirve i para ahorrar en inversión de capital, simplificar la operación y hacer al sistema más estable para cambios de composición en el gas de I alimentación. ¡ Ejemplo 2 ¡ El ejemplo describé y compara el proceso de control de la presente invención utilizando la Figura 4 y la compara con un control típico con respecto a la habilidad para reaccionar a las perturbaciones del proceso en un sistema que procesa una corriente de gas que contiene al menos dos componentes que son separados usando un proceso de absorción/regeneración instantánea. El flujo del gas de alimentación y el flujo del gas de producto son idénticos para ambos sistemas de control, así como todas las presiones y i temperaturas relacionadas bajo condiciones de operación estables.
Para ambos sistemas, los ciclos de control de nivel están ajustados para responder a perturbaciones a la misma velocidad , y se asume que esta velocidad es una buena opción como un óptimo de ¡ velocidad contra estabilidad. Para ambos sistemas se asume que los tanques de vaporización ¡controlados en nivel y el nivel inferior del absorbente normalmente contienen aproximadamente dos minutos de volumen del solvente circulante. En este ejemplo se asume que los ciclos de control de nivel que comprenden un aparato de medición de I I nivel trabajando con una válvula de control de nivel están i acomodados donde el nivel de un conducto, como puede ser el absorbente (5), está controlado por la válvula de control de nivel corriente abajo (9), la > cual controla el flujo hacia afuera del conducto. El nivel del conducto (10) es controlado por la válvula (14), y así sucesivamente.! El último tanque de vaporización, (23), no posee una válvula de control de nivel. Se trata de un tanque de sobrecarga. Utilizando e¡l proceso de la Figura 4, al aumentar la razón del solvente utilizando un ciclo de control de flujo en la corriente de solvente puro (6), como se requeriría si la razón de gas de alimentación a la instalación aumentara, cada uno de los LCV (9), i (14), (18) y (22) se abrirían en secuencia mientras sus controladores i respectivos responden a los niveles que aumentan. Si cada control toma un minuto para responder con un aumento apropiado en la tasa de flujo del solvente que1 deja el conducto, el tiempo total pasado i para el cambio en el flujo del solvente para llegar al último proyector ¡ (23) será de 4 minutos. ¡El proyector (23) debe construirse con un tiempo de oleada adecuado, de modo que cuando el cambio más ¡ grande de diseño de tasa de flujo se lleve a cabo, como por ejemplo i un arranque inicial del sistema a partir de una condición de no-flujo, o la adición de una segunda bomba paralela a la operación, el proyector (23) no tenga un nivel demasiado bajo para una operación adecuada en cualquier momento. Si hubiera de duplicarse dos veces la tasa de flujo con respecto a la razón de diseño, con dos minutos de oleada a razones de; diseño normales en el conducto (23), al proyector (23) no le quedaría líquido dentro para cuando el líquido de la bomba adicional regrese al conducto (23) después de pasar a través de cada conducto y su sistema de control de nivel respectivo.
Alternativamente, si el nivel de cada conducto es controlado por una i válvula de control de niyel corriente arriba, al aumentar la tasa de flujo de solvente, el nivel debe reducirse en el conducto (23), y la válvula de control corriente arriba (22) se abriría para mantener el nivel, y así sucesivamente hasta el absorbente, el cual sería el i tanque de sobrecarga para volumen líquido. El tiempo de respuesta I y el tamaño de conducto ¡requeridos para el líquido son idénticos a I los del primer caso. Sin embargo, si un conducto cercano a la mitad de la secuencia de conductos se elige como tanque de sobrecarga (nivel no controlado) haciendo que el nivel del absorbente (5) sea i controlado por la válvula¡(9), el nivel del conducto (10) controlado por la válvula (14), el conducto (15) sin válvula de control de nivel; el i conducto (19) controlado por la válvula (18) y el conducto (23) controlado por la válvula (22), otra vez con un minuto para que cada i conducto LCV responda, él tiempo total que habrá pasado para que un cambio de tasa de flujo de solvente regrese ai tanque de I sobrecarga, en este caso¡ el conducto (15), sería de 2 minutos. Los controles de nivel funcionan en dos direcciones a partir de la perturbación (tasa de flujo de solvente) simultáneamente, cortando el tiempo total que ha pasado a la mitad. i No es necesario cojnocer el tiempo de respuesta absoluta por conducto, o el tiempo de¡ oleada del conducto, para que un experto ! en la materia que el sistema que utiliza un tanque de sobrecarga i cerca del centro de la serie permitirá una respuesta total del sistema más rápida. Esta respuesta más rápida permitirá un mejor control de i la instalación, lo cual puede contribuir a una mejor calidad de producto, menos afectaciones y cierres de plantas, y posiblemente u na mejora en la seg u ridad de la operación . Una menor cantidad de pasos en los niveles de líquido contribuirá a una mejor operación de todos los demás ciclos de ¡control de planta asociados. La respuesta más rápida puede aprovecharse también reduciendo el req uerimiento de tiempo de oleada para cualq uier o todos los cond uctos, así red uciendo el costo de instalación de una nueva planta . En un caso i extremo , el cambiar una, instalación ya existente, q ue tiene los controles de ciclo alineados en secuencia con la oleada en un extremo, con el fin de tener el cond ucto en el centro asig nado como la oleada , mediante la reásignación de válvulas de control de nivel puede hacer que una instalación inoperable sea operable. Haciendo i uso de la información adicional disponible a partir de la instalación de medidores de fl ujo en las líneas de líquido en cada conducto que pudiera permitir ajustes de tasa de flujo, en base a req uerimientos anticipados cuando la razón de circulación de solvente es cambiada , red uciría aun más el tiempo de respuesta , permitiendo otra vez u na mejora operación o equipo más pequeño que puede desempeña rse i tan bien como u n equipo más g rande sin los indicadores añadidos. I Ejemplo 3 | i Este ejemplo presenta información relacionada con el i procesamiento de gas ¡ natural , para retirarle nitrógeno, con contaminación potencial dé dióxido de carbono, sulfu ro de hid rógeno o mercaptano. El gas de alimentación típicamente contiene solo i metano e h id rocarburos más pesados, además de nitrógeno. El I proceso de absorción/regeneración instantánea separará la alimentación en un producto de componentes ligeros que contiene primariamente nitrógeno, y un componente pesado, que contiene i principalmente metano. ¡ Con la finalidad de cumplir con los requerimientos de línea de tubo, la cantidad de nitrógeno típicamente será menor a 4 por ciento de mol. Se asume que se utilizará un solvente nafta comercial VM&P, en conjunto con compone alimentación de gas. La composición de alimentación de gas es un gas natural que contiene 15% molar de nitrógeno y 85% molar de metano más pesado, a una presión de 65.5 barg (950 psig). El gas de alimentación y el solvente¡ son ambos enfriados a -32° C (-25° F). En I este ejemplo, el proceso 'de la Figura 4 logra una separación de la i alimentación en una corriente de nitrógeno con una pureza de 90% y una corriente de metano ! y otros más pesados con una pureza del 97%. El intercambiador! de recuperación de solvente (31 ) no es í necesario, y la corriente (36) no tiene tasa de flujo. La corriente de compleción de solvente (37) es muy baja. En las condiciones del extractor (5), el valor K promedio de nitrógeno es de 9.5, y el valor K promedio de metano es de 2.6. Esta variación en volatilidad permite i al solvente de nafta absorber selectivamente el metano. El nitrógeno i absorbido conjuntamente ¡es reciclado con el compresor (12) después de la liberación en el primer tanque de vaporización (10). Bajo las condiciones del extractor, el valor K de dióxido de i carbono promedia 0.75,' y el valor K del sulfuro de hidrógeno i promedia 0.25. Ambos contaminantes son menos volátiles que el metano, y como tales serían absorbidos en el solvente rápidamente. Ambos son liberados conj menos facilidad que el metano, y por lo tanto están concentrados én el solvente pu ro en u n grado mayor que el metano. Si un pico temporal de sulfuro de hidrógeno o dióxido de carbono entra al sistema , ¡ una porción del contami nante logra pasar con el producto de metano prima rio, y una porción permanece en el solvente. La porción q ue permanece en el solvente se disipará en el producto de metano con¡ el paso del tiempo. El n ivel pico de contamina nte que sale de1 la i nstalación es más bajo q ue el pico de nivel que entra, y se red uce el impacto del contaminante. U na ¡ i porción mayor del sulfu ro! de hid rógeno se mantiene en el solvente debido a su baja volatilidad . i Sí las especificaciones del metano y productos más pesados son 4 ppmv de sulfuro de hid rógeno y 2% mol de d ióxido de carbono, ¡ la presente invención permitirá al gas de alimentación que entra a la instalación contener más ¡q ue estos niveles de contaminación en el metano por un periodo corto de tiempo, dado que una porción del i contaminante será retenida en el solvente, y liberada lentamente i después. El permitir concentraciones de alimentación más altas puede tener un g ran impa¡cto en la operabilidad de planta al permitir que una corriente de prod ucto contin úe fluyendo por u n periodo de i tiempo, mientras que u na 1 instalación corriente arriba se ajusta para i reg resar la eficiencia de1 reti ro de contaminante de regreso a lo normal . i I El añadir resistencia a sobrecargas extra en cualquier conducto añadirá a la habilidad de manejar contaminantes mediante el aumento de contaminante retenido. El beneficio de volumen más i alto es logrado a la presión más alta, la del extractor (5), donde la volatilidad del contaminante es la menor. El aumentar temporalmente la presión de operación de los proyectores de presiones más bajas también retardará la liberación del contaminante en el producto de metano. Reducir la presión del último proyector a una presión menor a la atmosférica, de 0.138 a 0.966 barg (2 a 14 psig) , permitirá la liberación de la máxima cantidad de cualquier componente medio hirviendo en el solvente, incluyendo componentes ! del producto superior generado, que pueden contaminar al producto superior no absorbido. | La adición de un ¡solvente selectivo como el sulfinol o la I morfolina a la nafta aumentaría aun más la habilidad del solvente | para retener los contaminantes, aumentando además ya sea el tiempo que los contaminantes pueden estar en la alimentación , o la concentración de contaminantes en la alimentación antes de que el producto metano sea contaminado. El ejemplo anterior les igualmente aplicable para la separación de hidrógeno del metano cuando los contaminantes se encuentran i presentes. ¡ I Ejemplo 4 ¡ Este ejemplo compara el proceso de la presente invención como se describe en la Figura 7, con el proceso de la técnica i anterior descrito en la Figura 3, con respecto a su capacidad para procesar una corriente de gas que contiene metano y nitrógeno, i además de componentes ¡ mas pesados, absorbiendo el metano y dejando el nitrógeno, con ¡el fin de producir una corriente de metano que cumpla la calidad de línea de tubo típica en contenido inerte. La comparación se lleva a cabo bajo condiciones tales que el proceso de la técnica anterior, de acuerdo con la Figura 3, utiliza casi completamente un solvente interno hecho a partir de los componentes más pesados de la corriente de alimentación, y el i inventario de solvente es controlado mediante el uso de un enfriador i de producto (31 ) para recuperación de solvente. i El líquido de hidrocarburo condensado del gas de alimentación , corriente (36), es d irigido{ al absorbente para mantenerlo como una parte del inventario de compleción de solvente. Las características de gas de alimentación utilizadas para este ejemplo son una tasa de flujo de 0.28 MMscMd (10 MMscfd), presión ¡ de 39 barg (565 psig), ¡ temperatura de 37.8° C (100° F) y una i composición como sigue; en porcentaje mol: nitrógeno - 23.48, metano - 64.37, etano - ¡ 8.12, propano - 2.28, i-butano - 0.65, n-butano - 0.59, i-pentano j- 0.21 , n-pentano - 0.18, n-hexano - 0.07, n-heptano - 0.05. ¡ El proceso de la Figura 3 se opera con la alimentación enfriada i a -26.1 ° C (-15° F) como corrientes (4) y (36); la corriente de solvente puro (6) también se enfría a -26.1 ° C (-15° F), el enfriador de recuperador de solvente (31 ) opera a una temperatura de -10° C (+14° F) para mantener ' el inventario de solvente sin pérdida o compleción neta, y un razón de circulación de solvente de ! aproximadamente 2.81 m3/min (742 gpm). Esto da como resultado una corriente de gas comercial (corriente 33) con una composición que contiene solamente 3.2% de nitrógeno, fácilmente dentro de la i especificación de línea dé tubo en contenido de nitrógeno, y una i corriente de ventilación de nitrógeno (corriente (7)) que contiene menos de 10% de metano y por encima de 88% de nitrógeno. El sistema de recuperación de solvente opera a aproximadamente 31 .0 i barg (450 psig) en este ejemplo. I Los resultados de operar en la Figura 3 podrían no cumplir todas las especificaciones de pureza deseadas. La corriente de ventilación es un enriquecimiento muy significativo de nitrógeno, y una mayor circulación de¡ solvente puede aumentar la purificación.
Sin embargo, el uso de un solvente ligero generado internamente (con peso molecular aproximado de 71 %) lleva a aproximadamente 616 toneladas/año (680 Ton/año) de propano y contenido más pesado en la corriente de ventilación, lo cual fácilmente podría exceder las metas ambientales. El gas comercial ha cumplido las ! metas de contenido de nitrógeno, pero el valor de calentamiento bruto de la corriente es eje 10,235 kcal/m3 (1 150 btu/scf). Esto es i mayor a los que aceptan las líneas de tubo. ! Utilizando el procesó de la Figura 7 se puede purificar el gas i comercial y el de ventilación. Las condiciones para el proceso ¡ principal permanecen sin cambio. Se añade un juego de absorbente de ventilación/regenerador al proceso, y se utiliza un solvente con peso molecular de octano , para absorber los hidrocarburos con peso de propano o mayor. Con ¡ una razón de solvente puro menor a 0.038 m3/min (10 gpm) a -26.1 ° C (-15° F), la ventilación de nitrógeno de I propano o más pesados| se reduce de 616 toneladas/año (685 i tons(año) a 18 toneladas/año (20 Ton/año). El generador opera a presión más baja y rechaza los componentes absorbidos del solvente enriquecido, recreando ¡el solvente puro. Los componentes superiores rechazados pueden reciclarse al proceso principal. Las i temperaturas de operación, presiones y peso del solvente añadido pueden variarse por causas específicas. El sistema de absorción/regeneración presaturado añadido al gas comercial reduce el contenido de kcal/m3 de este de 10,235 a 9,648 (1 150 a 1084 btu), con una razón de circulación de solamente 0.64 m3/min (17 gpm), con operación a -26.1 ° C (r15° F) en el presaturador, y una corriente de producto l íquido de alta calidad de propano y más pesados es retirada como corriente (93). El solvente utilizado está hecho de I componentes en el gas de ^limentación del caso. Se pueden utilizar solventes externos o una combinación de solventes internos y externos. Los sistemas presaturador y absorbente operan a aproximadamente 30 barg (435 psi) en este ejemplo. El presaturador I mejora la recuperación, ¡ pero no se requiere para lograr una reducción en el contenido ¡de kcal (btu) del gas comercial. En este ejemplo, el producto de propano y otros más pesados es retirado del i sistema para su venta. En la práctica, se puede reciclar una porción al proceso principal para ayudar a mantener el inventario de solvente , si así se desea . I i La instalación de u n ¡sistema como el sistema de purificación de i gas comercial para procesar el gas de alimentación para reti rar el propano y otros más pesados pod ría lograr la misma ventilación de i nitrógeno y la misma pureza de gas comercial si se le sig ue de un proceso de la Figura 3. Sin embargo, la cantidad de propano y otros más pesados que sería necesa ria para retirarse sería mucho más alta , con la finalidad de controlar al propano y otros más pesados en más pesado. El uso de ambos procesos añadidos de la Figura 7 es de hecho preferible a la ¡ instalación de u n solo sistema corriente arriba de la Fig ura 3. En los casos en que ¡los procesos alternativos de absorción son preferibles para la purificación de la ventilación de nitrógeno y/o la corriente de gas comercial , también pueden utilizarse con el mismo efecto de tener un proceso pri ncipal de sepa ración más económico vía la Fig u ra 3, y utilizando un proceso que i ncluye otros procesos i como membranas, tamice¡s moleculares, incineradores o geles de sílice para cumplir con los ¡req uerimientos de producto fina l . El ejemplo 4 antes mencionado puede aplicarse de igual ma nera a la separación de hidrógeno del metano , con la pureza del producto de hidrógeno y/oj metano afectado por un componente en el I gas de alimentación, como el etano, propano, dióxido de carbono, I sulfuro de hidrógeno, etc. Los solventes elegidos para los pasos de purificación adicional pueden ser atacados específicamente en los contaminantes para ser retirados, así como el uso de un compuesto selectivo para retirar dióxido de carbono o sulfuro de hidrógeno. Todos los métodos y aparatos descritos aqu í pueden hacerse y ejecutarse sin experimentación indebida a la luz de la presente i descripción . Mientras los> métodos de la presente invención se han i descrito en términos de modalidades específicas, será evidente para los expertos en la materia que las variaciones pueden aplicarse a los métodos y aparatos y en , los pasos o secuencias de pasos de los i métodos descritos aquí sin apartarse del concepto, espíritu y enfoque de la invención r Todos aquellos sustitutos similares y modificaciones evidentes' para los expertos en la materia se consideran como dentro , del espíritu, alcance y concepto de la invención , como se ¡define mediante las reivindicaciones i provisionales anexas. ¡

Claims (10)

  1. REIVINDICACIONES
  2. I 1 . Un proceso para separar los componentes de una corriente de gas con ¡ componentes múltiples, dicho proceso comprende: ¡ poner en contacto¡ la corriente de gas de componentes múltiples con un solvente Ipuro a una temperatura de -6.7 a -40° C en un extractor para producir una corriente superior que está enriquecida con nitrógeno,', y una corriente inferior rica en solvente, y enriquecida en al menos un componente de gas absorbido; proyectar la corriente inferior rica en solvente en al menos una etapa de presión reducida para regenerar el solvente pobre y para producir un producto superior enriquecido en al menos un componente de gas absorbido, caracterizado porque la etapa de presión reducida incluye dos o más tanques de vaporización , de los i cuales al menos uno es ¡ un tanque de sobrecarga, y caracterizado además porque la instrumentación de control de nivel para el extractor y los tanques de vaporización están alineados de modo que permiten que el tanque dé sobrecarga esté cerrado hasta la mitad de la secuencia de tanques; ¡ i reciclar el solvente pobre regenerado que contiene i componentes pesados absorbidos que no se vaporizan desde el i solvente enriquecido hacia el extractor; y i añadir un solvente externo al solvente puro regenerado formando una corriente de solvente circulante que contiene tanto solvente externo como componentes pesados. 2. El proceso dß | la reivindicación 1 , caracterizado además porque la corriente de gas con componentes múltiples contiene al menos un hidrocarburo.
  3. 3. El proceso de j la reivindicación 1 , caracterizado además porque la corriente de gas' con componentes múltiples contiene uno o I más componentes seleccionados del grupo que consiste en ¡ hidrógeno, nitrógeno, helio, argón , metano, etileno, etano, hidrocarburos más pesados y no-saturados, y mezclas de estos.
  4. 4. El proceso de' la reivindicación 1 , caracterizado además i porque la corriente de gas con componentes múltiples comprende gas natural, gas de carbón, gas de refinería o gas de plantas químicas. i
  5. 5. El proceso de, la reivindicación 1 , caracterizado además porque la corriente de producto contiene metano.
  6. 6. El proceso de¡ la reivindicación 1 , caracterizado además porque el solvente puro contiene uno o más de los componentes de i la corriente de gas de componentes múltiples. ¡
  7. 7. El proceso de¡ la reivindicación 1 , caracterizado además porque el solvente externo se selecciona del grupo que consiste en i solventes parafínicos, solventes nafténicos, solventes aromáticos y i solventes mezclados especialmente. I
  8. 8. El proceso del la reivindicación 1 , caracterizado porque el extractor es una torre con elementos internos para promover la i transferencia de masa. .
  9. 9. El proceso de ¡ la reivindicación 1 , caracterizado además porque la corriente de gas de componentes múltiples se pone en contacto contracorriente cpn el solvente puro.
  10. 10. El proceso de | la reivindicación 1 , caracterizado además porque la instrumentación |de control de nivel incluye válvulas. 1 1 . El proceso de ¡ la reivindicación 1 , caracterizado además porque la instrumentación de control de nivel incluye turbinas hidráulicas. , 12. El proceso de¡ la reivindicación 1 , caracterizado además porque la instrumentación de control de nivel en los conductos corriente arriba del tanqu de sobrecarga actúa como controladores corriente arriba, y la instrumentación de control de nivel de los conductos corriente abaj'o del tanque de sobrecarga actúa como controladores corriente arriba. I 13. El proceso de la reivindicación 1 , caracterizado además i porque se incluye un volumen suficiente de solvente enriquecido en el tanque de vaporización para permitir la acumulación temporal de un contaminante en el solvente al grado de que la concentración i máxima de contaminantle en el producto superior generado es i reducida . ! i 14. El proceso dej la reivindicación 13, caracterizado además porque se añade volumen adicional de solvente para aumentar la habilidad de albergar contaminantes. 15. El proceso dei la reivindicación 13, caracterizado además porque el solvente interno contiene un solvente elegido por su estabilidad para retener selectivamente un contaminante en el I solvente. ¡ 16. El proceso de 'la reivindicación 13, caracterizado además i porque el solvente interno contiene sulfinol, selexol, un compuesto i de amina , un compuesto de glicol o un compuesto de morfolina. i 17. El proceso dej la reivindicación 13, caracterizado porque el contaminante contiene dióxido de carbono, sulfuro de hidrógeno, i mercaptanos, oxígeno, agua o monóxido de carbono. i 18. El proceso de j la reivindicación 13, caracterizado además porque la presión de operación de los tanques de vaporización es aumentada para reducir la vaporización de un contaminante. 19. El proceso de jla reivindicación 1 , que además comprende un paso de purificación para purificar aun más el nitrógeno superior, i la corriente proyectada superior de producto o ambos. i 20. El proceso del la reivindicación 19, caracterizado además i porque se utiliza un sistema de absorbente/regeneración que emplea un solvente circulante, en el paso de purificación. 21 . El proceso de la reivindicación 19, caracterizado además porque se utilizan tecnologías de adsorción , membrana, incineración u otras en el paso de purificación. i 22. El proceso dé la reivindicación 1 , caracterizado además porque la presión el último tanque de vaporización está por debajo de la presión atmosférica!. i 23. El proceso de la reivindicación 1 , caracterizado además I I porque al menos una etapa de presión reducida se realiza a una presión por debajo de la presión atmosférica. 24. Un proceso para separar los componentes de una corriente de gas con componentes múltiples, el proceso comprende: poner en contactoi la corriente de gas de componentes I múltiples con un solvente pobre en un extractor pa ra produci r una corriente superior que está en riquecida con al menos un componente gaseoso no absorbido, y ! una corriente inferior rica en solvente, y i enriquecida en al menos un componente de gas absorbido; proyectar la corriente rica en solvente inferior en al menos una etapa de presión reducida para regenerar el solvente pobre y generar i un producto superior enriq uecido en al menos un componente de gas absorbido, caracterizado; porq ue la etapa de presión reducida comprende dos o más tanq ues de vaporización , de las cuales al menos uno es u n tanque de sobrecarga , y caracterizado además i porque la instrumentació?¡? de control de nivel del extractor y de los tanq ues de vaporización ¡está alineada de modo que permite q ue el tanq ue de sobrecarga esté cerrado hasta la mitad de la secuencia de I tanq ues; i reciclar el solvente puro regenerado hacia el extractor. 25. El proceso de¡ la reivindicación 24, caracterizado además porque el solvente puro e¡s solvente interno o solvente externo. i 26. El proceso de¡ la reivindicación 24, caracterizado además porq ue se incluye volumen suficiente de solvente enriq uecido en el tanq ue de vaporización para permitir la acumu lación temporal de un i contaminante en el solvente, al g rado de q ue la concentración máxima de contaminante es el producto superior generado es i I reducida . i 27. El proceso de ¡la reivindicación 24, caracterizado además porque se añade volumen adicional de solvente para aumentar la I capacidad de alojar contaminantes. 28. El proceso de la reivindicación 24, que además I comprende un paso de purificación para purificar aun más el gas de i componente superior np absorbido, la corriente vaporizada de producto superior o ambos. 29. El proceso de1 la reivindicación 28, donde se utiliza un i sistema de absorbente/regeneración que emplea un solvente circulante, en el paso de purificación.
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