MX2008015056A - Configuraciones y metodos de recuperacion de etano. - Google Patents

Configuraciones y metodos de recuperacion de etano.

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Abstract

La presente invención se refiere a métodos y configuraciones que usan un etano enfriado y gas de alimentación que contiene CO2 que se expande en un primer turbo-expansor y posteriormente se intercambia de calor para permitir temperaturas de entrada de expansor relativamente altas a un segundo turbo-expansor. Posteriormente, la alimentación de desmetanizador relativamente caliente del segundo expansor efectivamente remueve CO2 del producto etano y previene la congelación de dióxido de carbono en un desmetanizador, mientras que otra porción del gas de alimentación expandido y sometido a intercambio de calor adicionalmente se enfría y reduce de presión para formar un reflujo pobre para recuperación de alto etano.

Description

CONFIGURACIONES Y METODOS DE RECUPERACION DE E ANO Campo de la Invención El campo de la invención es el procesamiento de gas, y especialmente se refiere a procesamiento de gas natural para recuperación de etano.
Antecedentes de la Invención Varios procesos de expansión son conocidos para la recuperación de líquidos de hidrocarburo, especialmente en la recuperación de etano y propano de gas de alimentación de alta presión. La mayoría de los procesos convencionales requieren refrigeración de propano para enfriamiento de gas de alimentación y/o condensación de reflujo en el desmetanizador y/o desmetanizador , y donde la presión de gas de alimentación es baja o contiene cantidad significantIVA de propano y componentes más pesados, la demanda de refrigeración de propano frecuentemente es sustancial, agregando gasto significativo al proceso de recuperación de NGL . Para reducir los requerimientos de refrigeración de propano externos, el gas de alimentación se puede enfriar y parcialmente condensar por intercambio de calor con el vapor de encabezado de desmetanizador, rehervidores laterales, y refrigeración de propano externa complementaria. La porción Ref. 197184 líquida así formada del gas de alimentación luego se separa de la porción de vapor, la cual se divide en muchos casos en dos porciones . Una porción es adicionalmente enfriada y alimentada a la sección superior del desmetanizador mientras la otra porción es descendida de presión en un turbo-expansor único y alimentado a la sección media del desmetanizador. Mientras que tales configuraciones son frecuentemente económicas y efectivas para el gas de alimentación con contenido de C3+ relativamente alto (por ejemplo, mayor de 3% mol), y la presión de gas de alimentación de aproximadamente 1000 psig o menos, generalmente no son eficientes de energía para bajo contenido de C3+ (por ejemplo, igual o menor que 3% mol, y más típicamente menos de 1% mol), y particularmente donde el gas de alimentación tiene una presión relativamente alta (por ejemplo, 1400 psig (98.42 kg/cm2) y mayor). Desafortunadamente, en muchos procesos expansores conocidos, el gas residual de la columna de fraccionamiento aún contiene cantidades significativas de etano y propano que podrán ser recuperadas si se enfrían a una temperatura aún menor, o someten a otra etapa de rectificación. Más comúnmente, las temperaturas inferiores se pueden lograr por relaciones de alta expansión a través del turbo-expansor. Alternativamente, o adicionalmente, donde una presión de gas de alimentación relativamente alta está presente (por ejemplo, 1600 psig (112.49 kg/cm2) y mayor), la presión de la columna desmetanizadora teóricamente se podrá incrementar para reducir la potencia de compresión de gas residual y disminuir el consumo de energía total. Sin embargo, el incremento de la presión del desmetanizador típicamente se limita entre 450 psig (31.63 kg/cm2) a 550 psig(38.66 kg/cm2) cuando la presión de columna mayor disminuirá las volatilidades relativas entre los componentes metano y etano, haciendo difícil el fraccionamiento, si no aún imposible. En consecuencia, el exceso de enfriamiento es generado por la turbo-expansión de los gases de alimentación de más alta presión, el cual los procesos hasta ahora conocidos no pueden utilizar completamente. Las plantas de recuperación de NGL ejemplares con un turbo-expansor , enfriador de gas de alimentación, separadores, y un desmetanizador de reflujo son descritos, por ejemplo, en la Patente de Estados Unidos No. 4,854,955 de Campbell et al. Aquí, se emplea una configuración para la recuperación de etano con turbo-expansión, en la cual el vapor de encabezado de columna desmetanizadora se enfría y condensa por un intercambiador de encabezado usando la refrigeración generada del enfriamiento de gas de alimentación. Tal etapa de enfriamiento adicional condensa la mayoría del etano y componentes más pesados del encabezado de desmetanizador, el cual es más tarde recuperado en un separador y regresado a la columna como reflujo.
Desafortunadamente, la recuperación de alto etano típicamente es limitada de 80% a 90%, como la recuperación de C2 es frecuentemente limitada por congelación de C02 en el desmetanizador. Por lo tanto, el exceso de enfriamiento producido del turbo-expansor de alta presión no se puede utilizar para recuperación de alto etano, y se debe rechazar a otra parte. Sin embargo, la refrigeración de propano típicamente se requiere en el reflujo del desetanizador en tales configuraciones el cual consume cantidades de energía significativas. Por lo tanto, y con respecto al gas de alimentación que tiene relativamente alta presión y bajo propano y contenido más pesado, todos o casi todos los procesos conocidos fallan al utilizar energía potencial del gas de alimentación. Los procesos de recuperación de NGL que incluyen la remoción de C02 en la columna de fraccionamiento de NGL se enseñan por Campbell et al. en las Patentes de Estados Unidos Nos. 6,182,469. Aquí, una porción del líquido en las bandejas superiores es extraída, calentada, y regresada a la sección inferior del desmetanizador para remoción de C02. Mientras que tales configuraciones pueden remover el C02 indeseable a al menos algún grado, la eficiencia de fraccionamiento de NGL se reduce, y bandejas de fraccionamiento adicionales, servicios de calentamiento y enfriamiento se deben agregar para las etapas de procesamiento extras. En las condiciones económicas actuales, tales gastos adicionales no se pueden justificar con el incremento marginal realizado de este modo en la recuperación de etano. Aún adicionalmente, tales sistemas son generalmente diseñados para presión de gas de alimentación de 1100 psig(77.33 kg/cm2) o menor, y no son adecuados para alta presión de gas de alimentación (por ejemplo, 1600 psig (112.49 kg/cm2) o mayor). Adicionalmente las configuraciones conocidas con dificultades similares se describen en las Patentes de Estados Unidos Nos. 4,155,729, 4,322,225, 4,895,584, 7,107,788, 4,061,481, y WO2007/008254. Por consiguiente, mientras que se han hecho numerosos intentos de mejorar la eficiencia y economía de los procesos para separar y recuperar etano y líquidos de gas natural más pesados del gas natural y otras fuentes, todos o casi todos sufren de una o más desventajas. Muy significativamente, las configuraciones y métodos hasta ahora conocidos fallan al aprovechar el beneficio económico de alta presión de gas de alimentación y el potencial de enfriamiento del desmetanizador , especialmente cuando el gas de alimentación contiene un contenido relativamente bajo de C3 y más pesados. Por lo tanto, aún existe una necesidad de proporcionar métodos y configuraciones mejorados para recuperación de líquidos de gas natural. Breve Descripción de la Invención La presente invención se dirige a configuraciones y métodos en los cuales una presión relativamente alta de un gas de alimentación que contiene C02 con contenido de C3+ relativamente bajo se emplea para proporcionar enfriamiento y energía para recompresión mientras al mismo tiempo se maximiza la recuperación de etano. Muy preferiblemente, el gas de alimentación se enfría y expande en al menos dos etapas, en donde una porción de vapor de la alimentación se alimenta al segundo expansor a temperatura relativamente alta para prevenir por consiguiente el congelamiento de C02 en el desmetanizador, y en .donde otra porción de vapor es sub-enfriada para formar un reflujo pobre. En un aspecto del tema de la invención, una planta de procesamiento de gas (muy preferiblemente para procesar un gas de alimentación que contiene C02 que tiene un contenido de C3+ relativamente bajo) incluye un primer intercambiador de calor, un primer turbo-expansor, y un segundo intercambiador de calor, que se acoplan entre si en serie y se configuran para enfriar y expandir un gas de alimentación a una presión que está arriba de la presión de operación de desmetanizador (por ejemplo, entre 1000 psig (70.3 kg/cm2) y 1400 psig (98.42 kg/cm2) ) . Un separador es fluidamente acoplado al segundo intercambiador de calor y configurado para separar el gas de alimentación enfriado y expandido en una fase líquida y una fase vapor, y un segundo turbo-expansor se acopla al separador y se configura para expandir una porción de la fase vapor a la presión del desmetanizador mientras un tercer intercambiador de calor y un dispositivo de reducción de presión que son configurados para recibir y condensar otra porción de la fase vapor para formar un reflujo al desmetanizador. Por lo tanto, y visto desde una perspectiva diferente, un método de separación de etano de un gas que contiene etano comprende una etapa de enfriamiento y expansión del gas de alimentación desde una presión de gas de alimentación a una presión arriba de una presión de operación del desmetanizador, y una etapa adicional de separación de una fase vapor del gas de alimentación enfriado y expandido. Una porción de la fase vapor supercalentada se expande en un turbo-expansor a la presión de operación del desmetanizador, mientras que otra porción de la fase vapor se enfría, licúa, y expande para generar un reflujo que se alimenta al desmetanizador . Muy preferiblemente, los primer y segundo intercambiadores _ de calor son térmicamente acoplados al desmetanizador para proporcionar al menos parte de un servicio de re-ebullición al desmetanizador, y/o un rehervidor lateral se acopla térmicamente al condensador de encabezado de desmetanizador ylo intercambiador de calor de gas residual para proporcionar los requerimientos de refrigeración/re-ebullición al sistema. Para recuperar al menos algo de la energía en el gas de alimentación de alta presión, es preferido que el primer turbo-expansor sea mecánicamente acoplado a un compresor de gas residual (o generador de energía) . Típicamente, el gas de alimentación se proporciona por una fuente (por ejemplo, campo de gas, planta de regasificación para LNG) a una presión de al menos 1500 psig, y/o el gas de alimentación comprende al menos 0.5% mol de C02 y menos de 3% mol de componentes C3+. Aún adicionalmente es generalmente preferido que el primer intercambiador de calor, el primer turbo-expansor, y el segundo intercambiador de calor sean configurados para enfriar el gas de alimentación a una temperatura arriba de -10°F (-23.3°C), y/o que el segundo turboexpansor sea configurado de modo que la porción expandida de la fase vapor (es decir, la alimentación del desmetanizador) tiene una temperatura entre -75°F (-59.4°C) y -85°F (-65°C) y una presión entre 400 psig (28.12 kg/cm2) y 550 psig (38.66 kg/cm2) . Además, generalmente es preferido que el tercer intercambiador de calor y el dispositivo de reducción de presión sean configurados para condensar la fase vapor a una temperatura igual o menos de -130°F (-90°C) para proporcionar el reflujo de desmetanizador. Varios objetos, características, aspectos y ventajas de la presente invención llegarán a ser más evidentes a partir de la siguiente descripción detallada de las modalidades preferidas de la invención, conjuntamente con las figuras acompañantes . Breve Descripción de las Figuras La figura 1 es un diagrama esquemático de una configuración de recuperación de etano ejemplar de acuerdo con el tema de la invención. La figura 2 es un diagrama esquemático de otra configuración de recuperación de etano ejemplar de acuerdo con el tema de la invención. Descripción Detallada de la Invención El inventor ha descubierto que varios gases de alimentación de hidrocarburos de alta presión (por ejemplo, al menos 1400 psig (98.42 kg/cm2) , y más preferiblemente al menos 1600 psig (112.49 kg/cm2), y aún mayores) se pueden procesar en configuraciones y métodos que incluyen dos etapas de turbo-expansión que significativamente contribuirán a los requerimientos de enfriamiento de un desmetanizador y desetanizador corriente abajo. El gas de alimentación en los aspectos preferidos comprende C02 en una cantidad de al menos 0.5% mol, y más típicamente al menos 1-2% mol, y tiene un contenido relativamente bajo de C3+ (es decir, C3 y mayores) que es típicamente igual o menor de 3% mol. En la mayoría de las configuraciones y métodos contemplados, la recuperación de etano de al menos 70% a 95% se logra mientras que los requerimientos de refrigeración y energía son dramáticamente reducidos. Además, en las configuraciones y métodos especialmente preferidos, el servicio de rehervidor de desmetanizador se proporciona por el contenido de calor del gas de alimentación, y la expansión del gas de alimentación proporciona el contenido de refrigeración en la alimentación de desmetanizador y reflujo, la cual también se usa para condensar el producto de encabezado de desetanizador vía una extracción lateral del desmetanizador y/o reducir la temperatura de entrada del recompresor. Se deberá apreciar especialmente que el gas de alimentación en las configuraciones y métodos contemplados se expande en el primer turbo-expansor y posteriormente se somete a intercambio de calor de modo que la temperatura de entrada del expansor al segundo turbo-expansor es significativamente mayor que en las configuraciones típicas hasta ahora conocidas. Tal temperatura de entrada relativamente caliente resulta en una alimentación al desmetanizador que ayuda a remover el dióxido de carbono dle producto etano y previene el congelamiento del dióxido de carbono, mientras que la temperatura relativamente fría de la corriente de reflujo y presión de columna de aproximadamente 450 psig (31.63 kg/cm2) asiste en la separación efectiva de etano de componentes más pesados. Donde se desee, el gas residual se combina con el C3 y componentes más pesados extraídos del gas de alimentación mientras el etano se usa separadamente o vende como producto. En un aspecto especialmente preferido del tema de la invención, una planta ejemplar como se muestra en la figura 1 incluye un desmetanizador que es fluidamente acoplado a dos turbo-expansores que operan en serie, en donde el gas de alimentación es enfriado corriente arriba y corriente abajo del primer turbo-expansor . Muy preferiblemente, el enfriamiento y expansión en estos dispositivos se ajusta para mantener la temperatura a la segunda solución de expansor de 0 a 30°F (-17.7 a -1.1°C). Esta temperatura de expansor relativamente alta se utiliza para separar C02 en el desmetanizador mientras simultáneamente evita el congelamiento de C02 en la columna. Adicionalmente se deberá apreciar que la energía adicional generada con los turbo-expansores gemelos se puede usar para reducir los requerimientos de energía de compresión de gas residual, y/o se puede usar para reducir o aún eliminar la refrigeración de propano . Además, se deberá reconocer que el rehervidor lateral del desmetanizador en plantas preferidas es calentado proporcionando servicio de condensación para el relujo al desetanizador, el cual aún adicionalmente reduce el requerimiento de refrigeración de propano. Tal uso también ayudará a prevenir el congelamiento de C02 separando el C02 en el desmetanizador del NGL. Con referencia adicional a la figura 1, la corriente de gas de alimentación 1, a 85°F (29.4°C) y 1700 psig se enfría en el primer intercambiador 50 de aproximadamente 40°F a 70°F (4.4°C a 21.1°C), formando la corriente de gas de alimentación enfriada 2 y corriente caliente 32. El contenido de refrigeración para el intercambiador 50 se proporciona por la corriente de alimentación de rehervidor de desmetanizador 31. Por consiguiente, al menos una porción del servicio de calentamiento del rehervidor para separar componentes indeseables en la corriente de fondo del desmetanizador 12 se proporciona por el gas de alimentación. Opcionalmente, el calentador 81 se puede usar para calentar adicionalmente la corriente 32 a una temperatura mayor formando la corriente 33, la cual suplementa el requerimiento de calentamiento de rehervidor de desmetanizador utilizando el calor de la descarga de compresor de residuos o corriente de petróleo caliente 60. La corriente 2 se expande a través del primer turboexpansor 51 a una presión inferior, típicamente 1000 psig a 1400 psig (70.3 a 98.92 kg/cm2) , formando la corriente 3, la cual es adicionalmente enfriada en el segundo intercambiador 53 de aproximadamente -10°F a 30°F (-23.3°C a -1.1°C) formando la corriente 5. El contenido de refrigeración se proporciona por la corriente de rehervidor de lado superior 21, formando la corriente caliente 22. Cuando se procesa un gas rico, el condensado se separa en el separador 54 en la corriente de liquido 11 y corriente de vapor 4. La corriente 11 es descendida de presión y se alimenta a la sección inferior del desmetanizador 59 mientras la corriente de vapor 4 se divide en dos porciones, corriente 6 y 7, típicamente a una relación de división de corriente 4 a 7 que varía desde 0.3 a 0.6. Se deberá apreciar que la relación de división del gas enfriado se puede variar, preferiblemente conjuntamente con la temperatura de entrada de expansor para una recuperación de etano y remoción de C02 deseadas. El incremento del flujo al intercambiador de encabezado de desmetanizador incrementa la velocidad de reflujo, resultando en una recuperación de etano mayor. Por lo tanto, el C02 co-absorbido se debe remover por temperatura mayor y/o flujo mayor del expansor para evitar el congelamiento de C02. Como se usa en la presente, el término "aproximadamente" en conjunto con un número se refiere a un intervalo de este número partiendo de 20% por debajo del número absoluto a 20% arriba del número absoluto, inclusive. Por ejemplo, el término "aproximadamente -100°F (-73.3°C)" se refiere a un intervalo de -80°F a -120°F (-62.2°C a -84.4°C), y el término "aproximadamente 1000 psig (70.3 kg/cm2) " se refiere a un intervalo de 800 psig a 1200 psig (56.24 a 84.36 kg/cm2) . La corriente 6 es expandida en el segundo turboexpansor 55 de aproximadamente 400 psig a 550 psig, formando la corriente 10, que típicamente tiene una temperatura de aproximadamente -80°F (-62.2°C). La corriente 10 se alimenta a la sección superior del desmetanizador 59. La corriente 7 se enfría en el intercambiador de encabezado de desmetanizador 57 a la corriente 8 a aproximadamente -140°F (-95.5°C), usando el contenido de refrigeración de la corriente de vapor de encabezado de desmetanizador 13, la cual se reduce adicionalmente de presión en la válvula JT 58. La corriente 9 así formada se alimenta a la parte superior del desmetanizador 59 como reflujo pobre sub-enfriado . Mientras que generalmente es preferido que la corriente 8 se expanda en una válvula Joule-Thomson, los dispositivos de expansión conocidos, alternativos son también considerados adecuados para el uso en la presente e incluyen boquillas de expansión y turbinas de recuperación de energía. Se deberá señalar que el desmetanizador en las configuraciones preferidas es rehervido con el contenido de calor de (a) el gas de alimentación, (b) el gas residual comprimido, y (c) el condensador de reflujo de desetanizador 65 para limitar el contenido de metano en el producto de fondo a 2% en peso o menos. Aún adicionalmente, las configuraciones y métodos contemplados también producen una corriente de vapor de encabezado 13 a aproximadamente -135°F (-92.7°C) y 400 psig a 550 psig (28.12 a 38.66 kg/cm2) , y una corriente de fondo 12 de 50°F a 70°F (10°C a 21.1°C) y 405 psig a 555 psig (28.47 a 39.02 kg/cm2). El vapor de encabezado 13 preferiblemente se usa para suministrar enfriamiento de gas de alimentación en el intercambiador 57 para formar la corriente 14 y posteriormente se comprime por el re-compresor de primera etapa 56 (impulsador por el segundo turboexpansor 55) formando la corriente 15 a aproximadamente 45 °F (7.22°C) y aproximadamente 600 psig (42.18 kg/cm2)). La corriente comprimida 15 es adicionalmente comprimida a la corriente 16 por el segundo re-compresor 52 impulsado por el primer turboexpansor 51 a aproximadamente 750 psig (52.7 kg/cm2), y finalmente por el compresor de gas residual 61 para formar por consiguiente la corriente 17 a 1600 psig(112.49 kg/cm2) o presión mayor. El contenido de calor en el gas residual comprimido preferiblemente se utiliza para suministrar al menos una porción de los servicios de rehervidor en el rehervidor de desmetanizador 81 y rehervidor de desetanizador 68 (por ejemplo, vía intercambiador 62) . La corriente de gas residual comprimida y enfriada 18 luego es opcionalmente mezclada con la corriente de propano 78 formando la corriente 30 que suministra la tubería de gas. El propano producido de los fondos del desetanizador ventajosamente incrementa el contenido de valor de calentamiento, el cual es particularmente deseable donde el propano y componentes más pesados son valuados como gas natural y donde las ventas de propano líquido no están fácilmente disponibles. Los fondos del desmetanizador 12 se descienden de presión de aproximadamente 300 psig a 400 psig (21.09 a 28.12 kg/cm2) en la válvula JT 63 y se alimentan como corriente 23 a la sección media del desetanizador 64 que produce una corriente de encabezado de etano 24 y unos fondos de C3+ (propano y más pesados) 28. El vapor de encabezado de desetanizador 24 es opcionalmente enfriado por la refrigeración de propano en el intercambiador 70 e intercambiador 65 donde una extracción lateral del desmetanizador, corriente 19, se calienta desde aproximadamente -50°F a aproximadamente 10°F (-45.5°C a -12.2°C) formando la corriente 20, mientras que el vapor de encabezado de desetanizador se condensa a aproximadamente 20°F (-6.6°C), formando la corriente 25. La corriente de encabezado de desetanizador 25 es totalmente condensada, separada en el separador 66 y bombeada como corriente 26 por la bomba de reflujo/producto 67, produciendo la corriente de reflujo 27 al desetanizador y corriente de producto líquido de etano 29. La corriente de fondos de desetanizador 28 que contiene el C3 e hidrocarburos más pesados se bombea por la bomba 95 a aproximadamente 1600 psig (112.49 kg/cm2) para mezclar con el gas residual comprimido que suministra la tubería. Alternativamente, los componentes C3+ también se pueden extraer para almacenamiento o vender como un producto. La figura 2 muestra una configuración alternativa que incluye el uso de rehervidor lateral de desmetalizador para enfriar la succión de compresor de gas residual para reducir la potencia de compresión de gas residual. En esta configuración, la corriente 19 a aproximadamente -50°F (-45.55°C) se extrae de la sección superior del desmetanizador para enfriar la corriente de succión de compresor de gas residual 16 desde 90°F (32.22°C) a aproximadamente 20°F (-6.6°C) formando la corriente 34. La corriente de extracción lateral caliente 20 se regresa al desmetanizador para separar los componentes indeseables. La corriente de encabezado de desetanizador 24 luego se condensa por el intercambiador 70 y el condensado se separa en el separador 66 para formar la corriente de etano 26. La corriente 26 se bombea a presión de desetanizador por la bomba 67 y se divide para proporcionar el reflujo pobre 27 al desetanizador 64 la corriente de producto de etano 29. Los componentes restantes y operación de esta configuración son similares a la configuración y uso en la figura 1, y con respecto a los componentes restantes y numeración, los mismos números y consideraciones como en la figura 1 anterior se aplican. Muy preferiblemente, el hidrocarburo de gas de alimentación tiene una presión de aproximadamente al menos 1200 psig (84.36 kg/cm2) , más preferiblemente al menos 1400 psig (98.42 kg/cm2), y muy preferiblemente al menos 1600 psig (112.49 kg/cm2), y tendrá un contenido de C02 relativamente alto (por ejemplo, al menos 0.2% mol, más típicamente al menos 0.5% mol, y muy típicamente al menos 1.0% mol). Además, los gases de alimentación especialmente adecuados son preferiblemente sustancialmente reducidos de componentes C3+ (es decir, contenido de C3+ total de menos de 3% mol, más preferiblemente menos de 2% mol, y muy preferiblemente menos de 1% mol) . Por ejemplo, un gas de alimentación típico comprenderá 0.5% N2, 0.7% C02, 90.5% C1; 5.9% C2, 1.7% C3, y 0.7% C4+. Muy típicamente, el gas de alimentación se enfría en un primer intercambiador a una temperatura de aproximadamente 40 a 70°F (4.4 a 21.1°C) con contenido de refrigeración del rehervidor inferior de desmetanizador y luego se expande en el primer turboexpansor a una presión de aproximadamente 1100 a aproximadamente 1400 psig. La generación de energía de la primera turboexpansión preferiblemente se utiliza para impulsar la segunda etapa del re-compresor de gas residual. El gas de alimentación de este modo parcialmente expandido y enfriado luego se enfría adicionalmente por los rehervidores laterales de desmetanizador a un punto que mantiene la temperatura de succión del gas al expansor en un estado super-calentado (es decir, sin formación de líquido) . Se deberá apreciar que tal alta temperatura (por ejemplo, 0°F a 30°F (-17.7°C a -1.1°C) es ventajosa en la separación de C02 indeseable en el desmetanizador mientras se incrementa la energía producida del expansor, lo cual a su vez reduce la potencia de compresión de gas residual. Visto desde otras perspectivas, los métodos y configuraciones contemplados se pueden usar para remover C02 del NGL a niveles bajos y para reducir el consumo de energía del sistema de remoción de C02 corriente abajo. En contraste, el gas de alimentación en las configuraciones hasta ahora conocidas típicamente se enfría a una baja temperatura (típicamente 0°F a -50°F (-17.7°C a -45.5°C) y se divide en dos porciones que son separadamente alimentadas al intercambiador de encabezado de desmetanizador ( sub-en riador) y el expansor para enfriamiento adicional (por ejemplo, a temperaturas por abajo de -120 a -160°F (-84.4 a -106.6°C) ) . Por consiguiente, se deberá señalar que la ineficiencia de estas configuraciones conocidas surge, entre otros factores, de las bajas temperaturas que reducen la producción de energía . del expansor, posteriormente requiriendo una potencia de compresión de gas residual mayor. Además, las bajas temperaturas en la succión/salida de expansor también condensan el vapor de C02 dentro del desmetanizador, lo cual conduce a contenido de C02 incrementado en el producto de NGL. Visto desde otra perspectiva, las configuraciones conocidas fallan al reducir el contenido de C02 en NGL, y adicionalmente requieren energía significativa sin incrementar la recuperación de etano . Por consiguiente, se deberá reconocer especialmente que en las configuraciones contempladas una porción de gas de alimentación se enfría para suministrar un líquido sub-enfriado como reflujo, mientras que otra porción se usa como una alimentación de entrada de expansor relativamente caliente para controlar la congelación de C02 en la columna. Además, los requerimientos de enfriamiento para ambas columnas son al menos en parte proporcionados por el contenido de refrigeración que se gana de las dos etapas de turboexpansión. Con respecto a la recuperación de etano, se contempla que las configuraciones de acuerdo con el tema de la invención proporcionan al menos 70%, más típicamente al menos 80%, y muy típicamente al menos 95% de recuperación cuando se usa recirculación de gas residual al desmetanizador (no mostrado en las figuras) , mientras que la recuperación de C3+ será al menos 90% (preferiblemente re-inyectado al gas a venta para mejorar el valor de calentamiento del gas residual ) . Adicionalmente, o alternativamente, se contempla que al menos una porción de la descarga de compresor de gas residual se puede enfriar para suministrar los servicios de rehervidor al desmetanizador y desetanizador . Con respecto a las configuraciones de intercambiador de calor, se deberá reconocer que el uso de rehervidores laterales para suministrar servicio de condensador de reflujo de desetanizador y enfriamiento de gas de alimentación y gas de residual minimizará el requerimiento de energía total para recuperación de etano. Por lo tanto, la refrigeración de propano se puede minimizar o aún eliminar, lo cual proporciona ahorros de costo significativos comparados con los procesos conocidos. En consecuencia, se deberá señalar que el uso de dos turboexpansores acoplados a la operación de desmetanizador y desetanizador permite la separación de C02 , reduce el congelamiento de C02 , y elimina o minimiza la refrigeración de propano en el proceso de recuperación de etano, lo cual a su vez disminuye el consumo de energía y mejora la recuperación de etano. Aspectos y contemplaciones adicionales adecuados para el tema de la presente invención se describen en nuestra solicitud de patente Internacional con el número de serie PCT/US04/32788 y Patente de Estados Unidos No. 7,051,553, ambas se incorporan para referencia en la presente. Por consiguiente, se han descrito modalidades y aplicaciones específicas de las configuraciones y métodos de recuperación de etano. Deberá ser evidente, sin embargo, para aquellos expertos en la técnica que muchas más modificaciones además de aquellas ya descritas son posibles sin apartarse de los conceptos inventivos en la presente. El tema de la invención, por lo tanto, no será restringido excepto en el espíritu de la presente descripción. Además, en la interpretación de la especificación y reivindicaciones contempladas, todos los términos se deberán interpretar en la manera más amplia posible consistente con el contexto. En particular, los términos "comprende" y "comprendiendo" se deberán interpretar como referencia a los elementos, componentes, o etapas en una manera no exclusiva, indicando que los elementos, componentes, o etapas referenciados pueden estar presentes, o utilizados, o combinados con otros elementos, componentes, o etapas que no son expresamente referenciados . Además, donde una definición o uso de un término en una referencia, la cual se incorpora para referencia en la presente es inconsistente o contrario a la definición de aquel término proporcionado en la presente, la definición de este término proporcionado en la presente se aplica y la definición de este término en la referencia no se aplica . 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 (20)

REIVINDICACIONES Habiéndose descrito la invención como antecede se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes reivindicaciones :
1. Planta de procesamiento de gas, caracterizada porgue comprende: un primer intercambiador de calor, un primer turboexpansor, y un segundo intercambiador de calor, acoplados entre si en serie corriente arriba de un desmetanizador y configurados para enfriar y expandir un gas de alimentación a una presión arriba de una presión de operación de desmetanizador; un separador fluidamente acoplado al segundo intercambiador de calor y configurado para separar el gas de alimentación enfriado y expandido en una fase líquida y una fase vapor; un segundo turboexpansor acoplado al separador y configurado para expandir una porción de la fase vapor a la presión de desmetanizador; y un tercer intercambiador de calor y un dispositivo de reducción de presión que se acoplan entre si y configurados para recibir y condensar otra porción de la fase vapor para formar un reflujo al desmetanizador.
2. Planta de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque los primer y segundo intercambiadores de calor son térmicamente acoplados al desmetanizador para proporcionar al menos parte de un servicio de re-ebullición al desmetanizador.
3. Planta de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque adicionalmente comprende un rehervidor lateral del desmetanizador que se acopla térmicamente a al menos un condensador de encabezado de desetanizador y un intercambiador de calor de gas residual.
4. Planta de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque el primer turboexpansor es mecánicamente acoplado a un compresor de gas residual .
5. Planta de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque adicionalmente comprende una fuente de gas de alimentación que se configura para proporcionar gas de alimentación a una presión de al menos 1500 psig (105.46 kg/cm2) .
6. Planta de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque el gas de alimentación comprende al menos 0.5% mol de C02 y menos de 3% mol de componentes C3+.
7. Planta de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque la presión arriba de la presión de operación de desmetanizador está entre 1000 psig y 1400 psig (70.3 a 98.42 kg/cm2) .
8. Planta de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque el primer intercambiador de calor, el primer turboexpansor, y el segundo intercambiador de calor se configuran para enfriar el gas de alimentación a una temperatura arriba de -10°F (-23.3°C).
9. Planta de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque el segundo turboexpansor se configura de modo que la porción expandida de la fase vapor tiene una temperatura entre -75°F a -85°F (-59.4°C a -65°C) y una presión entre 400 psig y 550 psig (28.12 a 38.66 kg/cm2) .
10. Planta de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque el tercer intercambiador de calor y el dispositivo de reducción de presión se configuran para condensar la otra porción de la fase vapor a una temperatura igual o menor que -130°F (-90°C) .
11. Método para separar etano de un gas que contiene etano, caracterizado porque comprende: enfriar y expandir un gas de alimentación corriente arriba de un desmetanizador desde una presión de gas de alimentación a una presión arriba de una presión de operación de desmetanizador; separar una fase vapor supercalentada del gas de alimentación enfriado y expandido y expandir una porción de la fase vapor supercalentada en un turboexpansor a la presión de operación de desmetanizador; y enfriar y expandir otra porción de la fase vapor supercalentada para generar un reflujo, y alimentar el reflujo al desmetanizador .
12. Método de conformidad con la reivindicación 11, caracterizado porque la etapa de expansión del gas de alimentación se realiza en un turboexpansor adicional que es opcionalmente mecánicamente acoplado a un compresor.
13. Método de conformidad con la reivindicación 11, caracterizado porque la etapa de enfriamiento del gas de alimentación se realiza usando un intercambiador de calor que se configura para proporcionar calor de re-ebullición al desmetanizador .
14. Método de conformidad con la reivindicación 11, caracterizado porque adicionalmente comprende una etapa para proporcionar un rehervidor lateral con contenido de calor de un condensador de encabezado de desetanizador y un intercambiador de calor de gas residual.
15. Método de conformidad con la reivindicación 11, caracterizado porque el gas de alimentación tiene una presión de al menos 1500 psig (105.46 kg/cm2) .
16. Método de conformidad con la reivindicación 11, caracterizado porque el gas de alimentación comprende al menos 0.5% mol de C02 y menos de 3% mol de componentes C3+.
17. Método de conformidad con la reivindicación 11, caracterizado porque la presión arriba de la presión de operación de desmetanizador está entre 1000 psig y 1400 psig (7.3 a 98.42 kg/cm2) .
18. Método de conformidad con la reivindicación 11, caracterizado porque el gas de alimentación enfriado y expandido tiene una temperatura arriba de -10° (-23.3°C).
19. Método de conformidad con la reivindicación 11, caracterizado porque la porción expandida de la fase vapor tiene una temperatura entre -75°F y -85°F (-59.4°C y -65°C) y una presión entre 400 psig y 550 psig (28.12 a 38.66 kg/cm2).
20. Método de conformidad con la reivindicación 11, caracterizado porque otra porción de la fase vapor supercalentada se enfría de modo que el reflujo tiene una temperatura igual o menor que -130°F (-90°C) .
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