MX2007008045A - Metodo para licuar un flujo rico en hidrocarburo. - Google Patents
Metodo para licuar un flujo rico en hidrocarburo.Info
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Abstract
La invencion se refiere a un metodo para licuar un flujo rico en hidrocarburo, en particular un flujo de gas natural, siendo que la licuefaccion del flujo rico en hidrocarburo, en particular un flujo de gas natural, siendo que la licuefaccion del flujo rico en hidrocarburo se efectua contra una cascada de circuitos de mezcla refrigerante que consta de dos o tres circuitos de mezcla refrigerante. De conformidad con la invencion, en el cambio de calor entre el flujo rico en hidrocarburo a ser preenfriado y la mezcla refrigerante del primer circuito de mezcla refrigerante no participan flujos de proceso adicionales.
Description
MÉTODO PARA LICUAR UN FLUJO RICO EN HIDROCARBURO
CAMPO DE LA INVENCIÓN La invención se refiere a un método para licuar un flujo rico en hidrocarburo, en particular un flujo de gas natural, siendo que la licuefacción del flujo rico en hidrocarburos se lleva a cabo en contra de una cascada de circuitos de mezcla refrigerante que consta de dos circuitos de mezcla refrigerante, y siendo que el primer circuito de mezcla refrigerante sirve para el enfriamiento previo y el segundo circuito de mezcla refrigerante para la licuefacción y subenfriamiento del flujo rico en hidrocarburo a ser licuada . La invención se refiere además a un método para licuar un flujo rico en hidrocarburo, en particular un flujo de gas natural, siendo que la licuefacción del flujo rico en hidrocarburo se efectúa en contra de una cascada de circuitos de mezcla refrigerante que consta de tres circuitos de mezcla refrigerante, y siendo que el primero de los tres circuitos de mezcla refrigerante sirve para el enfriamiento previo, el segundo circuito de mezcla refrigerante para la licuefacción propiamente dicha y el tercer circuito de mezcla refrigerante para el subenfriamiento del flujo rico en hidrocarburo licuada.
REF.: 183398
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Por el concepto "enfriamiento previo" se deberá entender a continuación el enfriamiento del flujo rico en hidrocarburo a ser licuado hasta una temperatura a la cual tiene lugar la separación de los hidrocarburos de ebullición más difícil o bien punto de ebullición más alto. La refrigeración adicional que le sigue a esta del flujo rico en hidrocarburo a ser licuado se designa a continuación mediante el concepto "licuefacción". Los métodos de licuefacción de gas natural del tipo bajo consideración, en los cuales la licuefacción del flujo rico en hidrocarburos se lleva a cabo en contra de una cascada de circuitos de mezcla refrigerante que consta de dos circuitos de mezcla refrigerante, - por lo general designados como "proceso de licuefacción de gas natural de doble flujo" (Dual-Flow-LNG-Process por sus siglas en inglés) - son bien conocidos por el experto en la técnica, mencionándose, por ejemplo, la patente US 6,105,389. Lo mismo es aplicable a los métodos de licuefacción de gas natural del tipo bajo consideración en los que la licuefacción del flujo rico en hidrocarburo tiene lugar en contra de una cascada de circuitos de mezcla refrigerante que consta de tres circuitos de mezcla refrigerante; con respecto a estos se menciona ejemplarmente el proceso de licuefacción de gas natural descrito en la publicación de patente alemana
197 16 415. Con la cita de ambos derechos de protección precedentemente mencionados se incluye su alcance de revelación en el alcance de revelación de este derecho de protección. Por lo general - como se explica, por ejemplo, en la patente US 6,105,389 precedentemente mencionada - el cambio de calor durante el enfriamiento previo, la licuefacción y el subenfriamiento se efectúa en un cambiador de calor combinado de varias flujos. Todos los flujos del proceso se conducen a través de un tipo común de cambiador de calor. Se proporcionan varias (unidades) de cambiador de calor idénticas que se disponen paralelas de acuerdo a la capacidad requerida o deseada. Fundamentalmente es aplicable que en las plantas de licuefacción de gas natural en las que para el enfriamiento previo se usan cambiadores de calor de placas se requieren varios cambiadores de calor dispuestos en paralelo a partir de una capacidad de aproximadamente 0.2 mtpa de LNG, ya que la superficie de calentamiento por bloque de cambiador de calor es limitada. Para una capacidad de licuefacción de 5 mtpa se proporcionan por lo tanto de 20 a 30 bloques de cambiadores de calor dispuestos en paralelo, siempre y cuando estos en cada caso contengan todos los flujos del proceso. Sin embargo, de esto resultan las desventajas
siguientes : distribución igual mayor inversión en tuberías estabilidad de operación en la operación con carga parcial, en particular el problema del arrastre desequilibrio térmico si la planta se opera únicamente con enfriamiento previo, es decir, sin licuefacción y enfriamiento en virtud de falta de flujos de proceso; esto tiene importancia particularmente durante el procedimiento de arranque del proceso de licuefacción. BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN El objeto de la invención es indicar métodos del tipo bajo consideración para licuar un flujo rico en hidrocarburo en los que se evitan los problemas precedentemente mencionados. Para solucionar el problema, en los procesos de licuefacción del tipo bajo consideración en los que la licuefacción del flujo rico en hidrocarburo se efectúa contra una cascada de circuitos de mezcla refrigerante que consta de dos o tres circuitos de mezcla refrigerante se propone que no participen otras flujos del proceso en el cambio de calor entre el flujo rico en hidrocarburo a ser preenfriado y la mezcla refrigerante del primer circuito de mezcla refrigerante . Mediante el método de conformidad con la invención,
que constituye una "especialización" de los cambiadores de calor, se logra poder reducir sustancialmente la cantidad de cambiadores de calor o bien bloques de cambiadores de calor para la misma tarea del proceso. Esto va acompañado de una disminución de la inversión necesaria en tubería. El número de bloques por tipo de cambiador de calor se puede mantener por debajo de 16, preferiblemente entre 2 y
8 bloques con una capacidad de licuefacción de hasta 10 mtpa.
Esto permite una tubería simétrica con un desembolso de costos razonable. BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS Los métodos de conformidad con la invención así como los perfeccionamientos adicionales de los mismos que constituyen el objeto de las reivindicaciones subordinadas se explican a continuación con más detalle mediante los ejemplos de realización representados en las figura 1 a 5. Muestran: Figura 1 un método para licuefacción de gas natural en el cual la licuación se lleva a cabo contra una cascada de circuitos de mezcla refrigerante que consta de dos circuitos de mezcla refrigerante Figura 2 un método para licuefacción de gas natural en el cual la licuación se lleva a cabo contra una cascada de circuitos de mezcla refrigerante que consta de tres circuitos de mezcla refrigerante
Figura 3 un método para licuefacción de gas natural como se explica mediante la figura 2, y en el cual se usa para preenfriar el gas natural al menos un flujo parcial de la mezcla refrigerante del segundo circuito de mezcla refrigerante Figura 4 y la figura 5 muestran métodos para licuar gas natural como explicados mediante la figura 2, en los que el enfriamiento de la mezcla refrigerante del segundo y del tercer circuito de mezcla refrigerante se lleva a cabo en cambiadores de doble flujo. DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN En el diseño de los métodos de conformidad con la invención que se representa en la figura 1, el flujo de gas natural a ser enfriado y a ser licuado se alimenta a través de la línea 1 a un primer cambiador de calor El. En este el flujo de gas natural se enfría contra un flujo parcial P3 de la mezcla refrigerante del primer circuito de mezcla refrigerante. A continuación el flujo de gas natural se alimenta a través de la línea 2 a un segundo cambiador de calor E2 en el cual se enfría sucesivamente contra dos flujos parciales P5 y P7 de la mezcla refrigerante del primer circuito de mezcla refrigerante. El flujo de gas natural enfriado de esta manera se alimenta a continuación a través de la línea 3 a otro cambiador de calor E5, y en este se licúa y opcionalmente se
subenfría contra la mezcla refrigerante L2 del segundo circuito de mezcla refrigerante. A continuación de esto el flujo de gas natural licuado (LNG según sus siglas en inglés) se alimenta a través de la línea 4 a su uso posterior y/o a un almacenamiento. En el ejemplo de realización representado en la figura 1, la licuefacción y el subenfriamiento del flujo de gas natural preenfriado descritos al último se lleva a cabo contra el segundo circuito de mezcla refrigerante Ll a L4 de la cascada de circuitos de mezcla refrigerante, siendo que la mezcla refrigerante que se comprimió mediante una compresión LV de una o varias etapas primero se alimenta a un enfriador posterior LK y a continuación a través de la línea L4 a un cambiador de calor E3. En este tiene lugar un enfriamiento y licuefacción de la mezcla refrigerante del segundo circuito de mezcla refrigerante contra los flujos parciales P9 , Pll y P13 presentes a niveles de temperatura adecuados de la mezcla refrigerante del primer circuito de mezcla refrigerante. La mezcla refrigerante enfriada y licuada de esta manera del segundo circuito de mezcla refrigerante se alimenta a continuación a través de la línea Ll al cambiador de calor E5 mencionado, se subenfría contra si misma, se extrae del cambiador de calor E5 a través de la línea L2 , se expande y se conduce nuevamente a través del cambiador de calor E5 en contra-corriente al flujo de gas natural a ser
licuado y opcionalmente subenfriado. A continuación la mezcla refrigerante se extrae del cambiador de calor E5 a través de la línea L3 y se alimenta al compresor de la circulación LV de una o varias etapas ya mencionado. Los flujos parciales P3 , P5 y P7 ya mencionadas de la mezcla refrigerante del primer circuito refrigerante que en los cambiadores de calor El y E2 sirven para preenfriar el flujo 1 y 2 de gas natural a ser licuado se reúnen nuevamente en la unidad de compresión PV de varias etapas del primer circuito de mezcla refrigerante. El flujo de mezcla refrigerante comprimido en la unidad de compresión PV se alimenta a través de la línea Pl a un condensador PK y a continuación a través de la línea P2 al primero de tres cambiadores de calor E4A, E4B y E4C. Después de cada uno de los tres cambiadores de calor precedentemente mencionados se extraen flujos parciales de la mezcla refrigerante a niveles de temperatura adecuados, se expanden y a continuación se conducen - como ya se describió - a través de los cambiadores de calor El y E2 para la finalidad del preenfriado del flujo de gas natural 1 y 2 a ser licuado. Para el subenfriamiento de los flujos parciales P3 , P5 y P7 de mezcla refrigerante precedentemente mencionadas, de estas se extraen nuevamente flujos parciales P15, P17 y P19, se expanden y se conducen a contracorriente a través de los tres cambiadores de calor E4A, E4B y E4C precedentemente
mencionados. Estos flujos parciales se vuelven a entremezclar con los respectivos flujos de los que se extrajeron a través de las líneas P16, P18 y P20 previamente a la compresión PV. En perfeccionamiento de los métodos de conformidad con la invención se propone que en el cambio de calor E4A, E4B y E4C de la mezcla refrigerante P2 del primer circuito de mezcla refrigerante a ser enfriada contra si misma no participen otros flujos del proceso. Convenientemente, los cambiadores de calor E4A, E4B y E4C se configuran como cambiadores de tubos rectos o cambiadores de placas. Para la finalidad de enfriar o subenfriar en el cambiador de calor E3 la mezcla refrigerante L4 a ser enfriada del segundo circuito de mezcla refrigerante, se extraen igualmente flujos parciales de los tres flujos parciales P3 , P5 y P7 de mezcla refrigerante a través de las líneas P , Pll y P13, se expanden y se conducen a través del cambiador de calor E3 en contracorriente a la mezcla refrigerante L4 del segundo circuito de mezcla refrigerante. También estos flujos parciales de mezcla refrigerante se entremezclan a continuación a través de las líneas PlO, P12 y P14 con los flujos parciales de mezcla refrigerante en las líneas P4 , P6 y P8 previamente a la compresión PV. El diseño de los métodos de conformidad con la invención que se representa en la figura 2 difiere de los representados en la figura 1 en que ahora para el
subenfriamiento del flujo de gas natural licuado se proporciona un flujo adicional de mezcla refrigerante. Por lo tanto, a continuación únicamente se abordan las diferencias entre los diseños representados en las figuras 1 y 2. En el caso del ejemplo de proceso representado en la figura 2, la licuefacción del flujo de gas natural preenfriado en los cambiadores de calor El y E2 se lleva a cabo en el cambiador de calor E5 contra el flujo de mezcla refrigerante el segundo circuito de mezcla refrigerante. A continuación el flujo de gas natural licuado se alimenta a través de la línea 4 a otro cambiador de calor E6, en este se subenfría contra el flujo de mezcla refrigerante S3 del tercer circuito de mezcla refrigerante que a continuación se alimenta a través de la línea 5 a un uso ulterior y/o a un almacenamiento. Como ya se explicó mediante el primero y el segundo circuito de mezcla refrigerante, también la mezcla refrigerante del tercer circuito de mezcla refrigerante se comprime primero en una unidad de compresión SV de una o varias etapas y se alimenta a un enfriador posterior SK y a continuación a través de la línea Sl al cambiador de calor E3. En este, la mezcla refrigerante se enfría y se condensa al menos parcialmente - junto con la mezcla refrigerante del segundo circuito de mezcla refrigerante - contra varios flujos parciales de mezcla refrigerante del primer circuito
de mezcla refrigerante. La mezcla refrigerante enfriada del tercer circuito de mezcla refrigerante se alimenta a través de la línea S2 al cambiador de calor E5, en este se enfría adicionalmente, se condensa completamente y a continuación se subenfría en el cambiador de calor E6. De este último la mezcla refrigerante subenfriada se extrae a través de la línea S3 , se expande y nuevamente se conduce a través del cambiador de calor E6 a contracorriente del flujo de gas natural a ser subenfriado. A continuación la mezcla refrigerante calentada del tercer circuito de mezcla refrigerante se alimenta nuevamente a través de la línea S4 a la compresión SV ya descrita. La figura 3 muestra un diseño de los métodos de conformidad con la invención en el que para el preenfriamiento del flujo de gas natural a ser licuado se usa un flujo parcial de la mezcla refrigerante del segundo circuito de mezcla refrigerante - además de la mezcla refrigerante del primer circuito de mezcla refrigerante. Para este propósito, del flujo de mezcla refrigerante del segundo circuito de mezcla refrigerante enfriado en el cambiador de calor E3 se extrae a través de la línea L5 un flujo parcial de mezcla refrigerante, se expande y se conduce a un nivel de temperatura adecuado a través del cambiador de calor E2 en contracorriente al flujo de gas natural 2 a ser enfriado. El flujo parcial de mezcla
refrigerante calentado se alimenta a continuación a través de la línea L6 a la compresión LV. Otro flujo parcial de la mezcla refrigerante Ll del segundo circuito de mezcla refrigerante enfriada en el cambiador de calor E3 se extrae a través de la línea L7 , se expande y se alimenta al cambiador de calor E3 para la finalidad de proporcionar frío. También este flujo parcial de mezcla refrigerante se alimenta a través de la línea L8 a la unidad de compresión LV después de haber atravesado el cambiador de calor E3. Las figuras 4 y 5 muestran diseños de los métodos de conformidad con la invención en los que el enfriamiento de la mezcla refrigerante L4 del segundo circuito de mezcla refrigerante se lleva a cabo contra flujos parciales Pa, Pa' , Pb y Pb ' de mezcla refrigerante del primer circuito de mezcla refrigerante y el enfriamiento de la mezcla refrigerante Sl del tercer circuito de mezcla refrigerante contra flujos parciales Pe, Pe ' , Pd y Pd' de mezcla refrigerante del primer circuito de mezcla refrigerante en cambiadores de doble flujo E3A, E3B, E3C y E3D. En este aspecto los cambiadores de doble flujo E3A, E3B, E3C y E3D preferiblemente se configuran como cambiadores de placas. Esta forma de proceder requiere una reconfiguración de los cambiadores de calor E2 y E3 representandos en las figuras previas; el resto de los cambiadores de calor puede
permanecer en principio sin variación. Este diseño del método de conformidad con la invención para licuar un flujo rico en hidrocarburo tiene la ventaja que todos los flujos parciales Pa, Pb, Pe y Pd de mezcla refrigerante del primer circuito de mezcla refrigerante se conducen en canales de flujo separados de los cambiadores de calor de doble flujo E3A, E3B, E3C y E3D optimizados para la tarea respectiva, y mediante ello mejoran considerablemente en particular el comportamiento al arranque y bajo carga parcial. Sin embargo, contra esto existe la desventaja de que el mayor número de tipos de cambiadores de calor ocasiona un mayor consumo de energía. La forma de realización del método de conformidad con la invención para licuar un flujo rico en hidrocarburo que se representa en la figura 5 difiere del representado en la figura 4 únicamente por el hecho de que la mezcla de refrigerante del segundo circuito de mezcla refrigerante se evapora a dos niveles distintos de temperatura. A consecuencia de esto el cambiador de calor E5 que se representa en la figura 4 se súbdivide en dos cambiadores de calor E5A y E5B. Los métodos de conformidad con la invención para licuar un flujo rico en hidrocarburo, en particular un flujo de gas natural, al contrario de las tuberías colectivas conocidas que en virtud de sus tuberías asimétricas ocasionan una distribución errónea en el caso de diferentes caídas de presión, permiten la realización de una tubería suficientTTiente simétrica y con ello una distribución uniforme adecuada mediante la evitación de diferentes caídas de presión.
En el llamado concepto monobloque, por cada sección de cambiador de calor únicamente un solo flujo de mezcla refrigerante se encarga de varios flujos a ser enfriados. Debido a esto, por lo general al arrancar el proceso o respectivamente la planta, y al variar la carga, sufre un mayor cambio la potencia térmica de los flujos de mezcla refrigerante individuales de lo que es propicio para un arrastre estable. El arrastre solamente es posible económicamente en un intervalo de carga de 1:3. El arrastre deficiente en circuitos de mezclas conduce a la disgregación entre la porción gaseosa y la líquida y puede perjudicar la estabilidad de la operación e incluso la resistencia mecánica del cambiador de calor. Adepós, los métodos de conformidad con la invención reducen la complejidad en lo referente a los cambiadores de calor que se requieren, ya que ahora se usan preponderantemente cambiadores de doble flujo; mediante esto es posible evitar en gran medida un desequilibrio térmico en el caso de una falla de circuitos individuales. Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.
Claims (10)
- REIVINDICACIONES Habiéndose descrito la invención como antecede, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes reivindicaciones : 1. Método para licuar un flujo rico en hidrocarburo, en particular un flujo de gas natural, siendo que la licuefacción del flujo rico en hidrocarburo se lleva a cabo en contra de una cascada de circuitos de mezcla refrigerante que consta de dos circuitos de mezcla refrigerante, y siendo que el primer circuito de mezcla refrigerante sirve para el enfriamiento previo y el segundo circuito de mezcla refrigerante para la licuefacción y subenfriamiento del flujo rico en hidrocarburo a ser licuado, caracterizado porque no participan flujos del proceso adicionales en el cambio de calor entre el flujo rico en hidrocarburo a ser preenfriado y la mezcla refrigerante del primer circuito de mezcla refrigerante.
- 2. Método para licuar un flujo rico en hidrocarburo, en particular un flujo de gas natural, siendo que la licuefacción del flujo rico en hidrocarburo se lleva a cabo en contra de una cascada de circuitos de mezcla refrigerante que consta de tres circuitos de mezcla refrigerante, y siendo que el primero de los tres circuitos de mezcla refrigerante sirve para el enfriamiento previo, el segundo circuito de mezcla refrigerante para la licuefacción propiamente dicha y el tercer circuito refrigerante para el subenfriamiento del flujo rico en hidrocarburo a ser licuado, caracterizado porque no participan flujos del proceso adicionales en el cambio de calor entre el flujo rico en hidrocarburo a ser preenfriado y la mezcla refrigerante del primer circuito de mezcla refrigerante.
- 3. Método de conformidad con la reivindicación 1 ó 2, en que para el preenfriado del flujo rico en hidrocarburo se usa al menos un flujo parcial de la mezcla refrigerante del segundo circuito de mezcla refrigerante, caracterizado porque en el cambio de calor entre el flujo rico en hidrocarburo a ser preenfriado y la mezcla refrigerante del primer circuito de mezcla refrigerante participa este flujo parcial de la mezcla refrigerante del segundo circuito de mezcla refrigerante.
- 4. Método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes 1 a 3, caracterizado porque el cambio de calor entre el flujo rico en hidrocarburo a ser enfriado y la mezcla refrigerante del primer circuito de mezcla refrigerante se realiza en al menos un cambiador de tubos rectos, preferiblemente un cambiador de placas o un cambiador de calor arrollado.
- 5. Método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes 1 a 4, caracterizado porque en el cambio de calor contra si misma de la mezcla refrigerante a ser enfriada del primer circuito de mezcla refrigerante no participan otros flujos del proceso.
- 6. Método de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado porque el cambio de calor contra si misma de la mezcla refrigerante a ser enfriada del primer circuito de mezcla refrigerante se realiza en al menos un cambiador de tubos rectos, preferiblemente un cambiador de placas o en cambiador de calor arrollado.
- 7. Método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes 1 a 6, caracterizado porque el enfriamiento de la mezcla refrigerante del segundo circuito de mezcla refrigerante contra flujos parciales de mezcla refrigerante del primer circuito de mezcla refrigerante se efectúa en un cambiador de calor separado, preferiblemente un cambiador de tubos rectos, en particular un cambiador de placas o un cambiador de calor arrollado.
- 8. Método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes 2 a 7, caracterizado porque el enfriamiento de la mezcla refrigerante del tercer circuito de mezcla refrigerante contra flujos parciales de mezcla refrigerante del primer circuito de mezcla refrigerante se lleva a cabo en un cambiador de calor separado, preferiblemente un cambiador de tubos rectos, en particular un cambiador de placas o un cambiador de calor arrollado.
- 9. Método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes 1 a 8, caracterizado porque el enfriamiento de la mezcla refrigerante del segundo circuito de mezcla refrigerante contra flujos parciales de mezcla refrigerante del primer circuito de mezcla refrigerante y el enfriamiento de la mezcla refrigerante del tercer circuito de mezcla refrigerante contra flujos parciales de mezcla refrigerante del primer circuito de mezcla refrigerante se efectúa en cambiadores de doble flujo.
- 10. Método de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado porque los cambiadores de doble flujo se configuran como cambiadores de placas.
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