MX2012011362A - Separacion de gas liviano de hidrocarburos para corrientes de alimentacion de composion variable. - Google Patents

Abstract

Un proceso y un aparato para separar los componentes de una corriente de gas multicomponentes de composición variable que comprende componentes livianos y más pesados en cuanto a su volatilidad. El proceso incluye poner en contacto a la corriente de gas multicomponentes con un solvente pobre en un absorbedor para producir una corriente de cabeza con componentes livianos y una corriente de fondo rica en solvente, someter a destilación rápida a la corriente de fondo rica en solvente a por lo menos una primera, segunda y tercera presiones reducidas y constantes, consecutivamente decrecientes, donde el gas que se libera se comprime y una parte se dirige de retorno a los fondos del absorbedor como gas para el agotamiento y una parte se envía como una parte de la corriente de producto más pesado. El vapor comprimido proveniente del primero o del segundo recipiente de destilación rápida a presión reducida y constante del solvente rico se divide mediante un control de flujo entre un reciclaje que se envía hacia la etapa del fondo del absorbedor como gas para el agotamiento y hacia la corriente de producto de hidrocarburos más pesados, dependiendo de la concentración del componente liviano en el gas de alimentación. El tercer recipiente de destilación rápida y todo otro recipiente adicional a presiones consecutivamente decrecientes, producen un gas de destilación rápida que constituye el resto de la corriente de producto de hidrocarburos que se produce. Luego de la destilación rápida a la menor presión de todas, el solvente pobre restante se dirige de retorno a la parte superior del absorbedor.

Description

SEPARACIÓN DE GAS LIVIANO DE HIDROCARBUROS PARA CORRIENTES DE ALIMENTACIÓN DE COMPOSICIÓN VARIABLE CAMPO DE LA INVENCIÓN La invención se refiere al campo del procesamiento químico y, más específicamente, al procesamiento de corrientes de gases de hidrocarburos. En particular, se divulga un método y un aparato para separar los componentes de una corriente de gas de hidrocarburos de composición variable.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Muchos gases de hidrocarburos tales como el gas natural, gases de mina y de veta de carbón, gases de vertedero, gases residuales de operación de refinería y gases de los circuitos de reciclaje del hidroprocesamiento contienen uno o más componentes livianos que o bien contaminan el gas principal o en sí mismos son más valiosos si se pueden separar de la corriente principal de gas. Dichos gases livianos incluyen nitrógeno e hidrógeno. Hay varias consideraciones económicas que hacen deseable separar dichos gases livianos de una corriente de gas de hidrocarburos.

Se puede emplear la absorción usando un solvente físico para eliminar los componentes hidrocarburos más pesados y por lo tanto separarlos de los componentes livianos. Este proceso se describe en varias patentes, que incluyen a las Patentes de los EE.UU. con los Números 4.623.371, 4.680.042, 4.740.222, 4.832.718, 4.883.514, 5.224.350, 5.325.672, 5.462.583, 5.551.972, 6.698.237 B2, 7.337.631 B2, 7.442.847 B2 , y 7.563.307 B2 junto con la Solicitud de Patente de los EE.UU. Número de Serie 12/082.976, todas las cuales se incorporan como referencia aquí en su totalidad. Dichas patentes describen sistemas de regeneración por absorción/destilación rápida para la eliminación de componentes livianos tales como nitrógeno o hidrógeno de otros componentes más pesados tales como metano o etileno. En la mayoría del arte anterior al que se hace referencia, el gas de alimentación y la corriente de solvente pobre se enfrían hasta entre 0°F (-17,7°C) y -40°F (-40°C) para mejorar la recuperación de los componentes más pesados y para reducir la contaminación de la corriente de componente liviano con componentes más pesados, incluyendo a los componentes del solvente. El absorbedor puede operar dentro de un amplio rango de presiones, típicamente de 200 psig (13,8 barg) o mayores. La última destilación rápida que se utiliza para liberar los componentes más pesados recuperados del solvente rico se hace operar a una baja presión para minimizar la concentración de los componentes más pesados absorbidos en el solvente pobre.

En dichos procesos los componentes más pesados son absorbidos, separándolos de los componentes livianos usando un solvente físico en circulación. Al reducir la presión del solvente rico en uno o más separadores de destilación rápida se liberan los componentes absorbidos más pesados y se regenera el solvente para recircularlo al absorbedor. Dichas patentes tratan sobre sistemas donde el solvente físico que se utiliza es externo, lo que significa que está formado por componente (s) que se agrega (n) al sistema (Patentes de los EE.UU. 4.623.371, 4.680.042, 4.740.222, 4.832.718, 4.883.514) y también sistemas donde el solvente físico que se utiliza se genera internamente y por lo tanto está compuesto del (de los) componente ( s ) más pesado (s) del gas de alimentación (Patentes de los EE.UU. 5.462.583 y 5.551.972). El control de la cantidad de componentes livianos en el solvente rico afecta la recuperación del componente liviano y la pureza del componente más pesado que se absorbe y libera. En algunas aplicaciones, el vapor que se libera del primer recipiente de destilación rápida se recicla al fondo del absorbedor como gas para el agotamiento, reduciendo efectivamente la cantidad de componente liviano en el producto de componentes más pesados que se libera del solvente rico en los posteriores recipientes de destilación rápida (Patentes de los EE.UU. 4.740.222, 4.832.718, 5.462.583, 5.551.972). Al usar este método, el descenso de la presión del primer recipiente de destilación rápida dará como resultado un componente menos liviano en el producto pesado. Esta presión de la primera destilación rápida debe ser menor cuando la cantidad del componente liviano en la alimentación es mayor, para mantener una pureza similar del componente más pesado. Como alternativa, la cantidad de componente liviano que se absorbe y libera con el producto de componentes más pesados se puede controla reciclando el producto componente pesado al fondo del absorbedor para usar como gas para el agotamiento (US 5.325.672), o con un rehervidor, sobre los fondos del absorbedor. Cuando se utiliza el reciclaje del componente pesado, el resultado de un mayor reciclaje es componente pesado más puro, y es necesaria una mayor proporción de reciclaje para mantener la pureza del producto pesado cuando el gas de alimentación contiene más componente liviano.

La especificación de la concentración del componente liviano en el producto componente pesado se puede controlar sobre un amplio rango de composiciones del gas de alimentación usando o bien el método de reciclar el producto pesado o el método de reciclar el vapor de la primera destilación rápida. Sin embargo, para obtener un diseño que pueda adaptarse a una pequeña cantidad de componente liviano en la alimentación, y que también tenga un buen desempeño una alta concentración es necesario diseñar cada pieza del equipo para que pueda soportar la carga del peor caso de las dos operaciones requeridas. Es necesaria una mejora para el proceso que de como resultado una mayor flexibilidad para adaptarse a los cambios de composición de la alimentación y una operabilidad mejorada a la vez que minimice o aún reduzca los costos asociados del sistema y su complejidad.

SÍNTESIS DE LA INVENCIÓN Un objeto de la presente invención consiste en mejorar la operabilidad y la flexibilidad en un proceso de separación con absorción donde variará la composición de la corriente del gas de alimentación. Sorprendentemente, el método de la invención, desarrollado para incrementar la operabilidad y la flexibilidad también ha dado como resultado una significativa reducción del consumo de energía y del costo total instalado, donde la potencia que requiere el proceso convencional es un 44% mayor en términos de potencia instalada para la recompresión de qas.

Una forma de realización preferida de la invención consiste en un proceso y un aparato para separar los componentes de una corriente de gas multicomponentes de composición variable que comprende componentes livianos y más pesados en cuanto a su volatilidad. El proceso incluye poner en contacto a la corriente de gas multicomponentes con un solvente pobre en un absorbedor para producir una corriente de cabeza con componentes livianos y una corriente de fondo rica en solvente, someter a destilación rápida a la corriente de fondo rica en solvente en por lo menos una primera, segunda, y tercera etapas a presión reducida y constante de presión consecutivamente decreciente donde el gas que se libera se comprime mediante un compresor dedicado al servicio y una parte se dirige de retorno a los fondos del absorbedor como gas para el agotamiento y una parte se dirige como una parte de la corriente de producto más pesado. En esta forma de realización vapor comprimido proveniente del primero o segundo recipiente de destilación rápida solvente rico se divide mediante un control de flujo entre reciclaje que se envía hacia la etapa del fondo del absorbedor como gas para el agotamiento y a la corriente de producto de hidrocarburos más pesados, dependiendo de la concentración del componente liviano en el gas de alimentación. El tercer recipiente de destilación rápida y todo otro recipiente adicional, que se encuentran a una presión constante que se reduce en forma consecutiva producen un gas de destilación rápida que es el remanente de la corriente de producto de hidrocarburos que se produce. El solvente pobre que queda luego de la destilación rápida a la menor presión se dirige de retorno a la parte superior del absorbedor.

Ciertas formas de realización mejoradas incluyen las siguientes características. Cuando el caudal del gas de destilación rápida proveniente del primer recipiente de destilación rápida a presión reducida y constante no es suficiente para producir un gas producto de hidrocarburos pesados de la pureza requerida, se envía también una parte del gas proveniente del segundo recipiente de destilación rápida a presión reducida y constante a la etapa de los fondos del absorbedor. Cuando solo es necesaria una parte del gas de destilación rápida proveniente del primer recipiente de destilación rápida para satisfacer las especificaciones del producto, el resto del gas proveniente de la primera destilación rápida se dirige hacia el producto de hidrocarburos, y todo el gas proveniente de la segunda destilación rápida se envía también al producto de hidrocarburos pesados. El gas de destilación rápida proveniente del primer recipiente de destilación rápida se comprime con el mismo compresor dedicado a este servicio, independientemente de hacia dónde se dirija el gas comprimido. El gas proveniente del segundo recipiente de destilación rápida a presión reducida y constante también se comprime en un compresor dedicado al servicio independientemente de a dónde se dirija el gas comprimido. Las siguientes son formas de realización mejoradas adicionales. El absorbedor puede operar a una presión entre 200 y 3000 psia (entre 13,8 y 207 bara) , y los recipientes de destilación rápida pueden operar, cada uno a una presión constante, consecutivamente decreciente, dentro del rango entre 2800 psia (193 bara) para la destilación rápida a la mayor presión y 7 psia (0,48 bara) para el recipiente de destilación rápida a la menor presión. Cada uno de los recipientes de destilación rápida típicamente tiene una presión operativa de entre 20 y 75% de la presión del recipiente precedente. La temperatura en el absorbedor y los recipientes de destilación rápida puede variar dentro del rango entre la temperatura ambiente y 20°F (-6,7°C), o tan baja como -40°F (-40°C) cuando las corrientes del sistema se enfrían con refrigeración. El caudal de gas de destilación rápida que se envía al absorbedor se controla, y se puede ajustar según sea necesario para que el producto satisfaga las especificaciones de pureza. Las presiones en un recipiente de destilación rápida son constantes, y la presión se puede mantener constante mediante el control del gas de destilación rápida que se envía hacia el producto de hidrocarburos .

La novedosa disposición de la presente invención permite un mejor control del proceso cuando hay variaciones en las composiciones de la alimentación, a la vez que, sorprendentemente, también se reduce el consumo de energía. Dichos objetos, características, y ventajas se harán evidentes en las siguientes figuras, descripciones y ej emplos .

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS La Figura 1 muestra un proceso convencional (comparativo) para separar los componentes de una corriente de gas usando absorción en aceite pobre con regeneración del solvente por destilación rápida y donde se recicla vapor de la primera destilación rápida al absorbedor para usar como gas para el agotamiento.

La Figura 2 muestra un proceso novedoso para separar los componentes de una corriente de gas usando absorción en aceite pobre con reciclaje de la destilación rápida como gas para el agotamiento y regeneración del solvente por destilación rápida de acuerdo con la presente invención donde el proceso incluye la capacidad de dividir el gas de destilación rápida comprimido donde la primera parte del gas se envía hacia la etapa del fondo del absorbedor para el agotamiento y donde la segunda parte se envía hacia el producto de hidrocarburos pesados, para mejorar el control y la operabilidad cuando cambia la composición del gas de alimentación. Un beneficio inesperado es una significativa reducción del consumo de energía y de la potencia instalada del compresor.

SÍNTESIS DE LA INVENCIÓN Un objeto de la presente invención consiste en mejorar la operabilidad y la flexibilidad en un proceso de separación con absorción donde variará la composición de la corriente del gas de alimentación. Sorprendentemente, el método de la invención, desarrollado para incrementar la operabilidad y la flexibilidad también ha dado como resultado una significativa reducción del consumo de energía y del costo total instalado, donde la potencia que requiere el proceso convencional es un 44% mayor en términos de potencia instalada para la recompresión de gas.

Una forma de realización preferida de la invención consiste en un proceso y un aparato para separar los componentes de una corriente de gas multicomponentes de composición variable que comprende componentes livianos y más pesados en cuanto a su volatilidad. El proceso incluye poner en contacto a la corriente de gas multicomponentes con un solvente pobre en un absorbedor para producir una corriente de cabeza con componentes livianos y una corriente de fondo rica en solvente, someter a destilación rápida a la corriente de fondo rica en solvente en por lo menos una primera, segunda, y tercera etapas a presión reducida y constante de presión consecutivamente decreciente donde el gas que se libera se comprime mediante un compresor dedicado al servicio y una parte se dirige de retorno a los fondos del absorbedor como gas para el agotamiento y una parte se dirige como una parte de la corriente de producto más pesado. En esta forma de realización vapor comprimido proveniente del primero o segundo recipiente de destilación rápida solvente rico se divide mediante un control de flujo entre reciclaje que se envía hacia la etapa del fondo del absorbedor como gas para el agotamiento y a la corriente de producto de hidrocarburos más pesados, dependiendo de la concentración del componente liviano en el gas de alimentación. El tercer recipiente de destilación rápida y todo otro recipiente adicional, que se encuentran a una presión constante que se reduce en forma consecutiva producen un gas de destilación rápida que es el remanente de la corriente de producto de hidrocarburos que se produce. El solvente pobre que queda luego de la destilación rápida a la menor presión se dirige de retorno a la parte superior del absorbedor.

Ciertas formas de realización mejoradas incluyen las siguientes características. Cuando el caudal del gas de destilación rápida proveniente del primer recipiente de destilación rápida a presión reducida y constante no es suficiente para producir un gas producto de hidrocarburos pesados de la pureza requerida, se envía también una parte del gas proveniente del segundo recipiente de destilación rápida a presión reducida y constante a la etapa de los fondos del absorbedor. Cuando solo es necesaria una parte del gas de destilación rápida proveniente del primer recipiente de destilación rápida para satisfacer las especificaciones del producto, el resto del gas proveniente de la primera destilación rápida se dirige hacia el producto de hidrocarburos, y todo el gas proveniente de la segunda destilación rápida se envía también al producto de hidrocarburos pesados. El gas de destilación rápida proveniente del primer recipiente de destilación rápida se comprime con el mismo compresor dedicado a este servicio, independientemente de hacia dónde se dirija el gas comprimido. El gas proveniente del segundo recipiente de destilación rápida a presión reducida y constante también se comprime en un compresor dedicado al servicio independientemente de a dónde se dirija el gas comprimido. Las siguientes son formas de realización mejoradas adicionales. El absorbedor puede operar a una presión entre 200 y 3000 psia (entre 13,8 y 207 bara) , y los recipientes de destilación rápida pueden operar, cada uno a una presión constante, consecutivamente decreciente, dentro del rango entre 2800 psia (193 bara) para la destilación rápida a la mayor presión y 7 psia (0,48 bara) para el recipiente de destilación rápida a la menor presión. Cada uno de los recipientes de destilación rápida típicamente tiene una presión operativa de entre 20 y 75% de la presión del recipiente precedente. La temperatura en el absorbedor y los recipientes de destilación rápida puede variar dentro del rango entre la temperatura ambiente y 20°F (-6,7°C), o tan baja como -40°F (-40°C) cuando las corrientes del sistema se enfrían con refrigeración. El caudal de gas de destilación rápida que se envía al absorbedor se controla, y se puede ajusfar según sea necesario para que el producto satisfaga las especificaciones de pureza. Las presiones en un recipiente de destilación rápida son constantes, y la presión se puede mantener constante mediante el control del gas de destilación rápida que se envía hacia el producto de hidrocarburos .

La novedosa disposición de la presente invención permite un mejor control del proceso cuando hay variaciones en las composiciones de la alimentación, a la vez que, sorprendentemente, también se reduce el consumo de energía. Dichos objetos, características, y ventajas se harán evidentes en las siguientes figuras, descripciones y ej emplos .

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS La Figura 1 muestra un proceso convencional (comparativo) para separar los componentes de una corriente de gas usando absorción en aceite pobre con regeneración del solvente por destilación rápida y donde se recicla vapor de la primera destilación rápida al absorbedor para usar como gas para el agotamiento .

La Figura 2 muestra un proceso novedoso para separar los componentes de una corriente de gas usando absorción en aceite pobre con reciclaje de la destilación rápida como gas para el agotamiento y regeneración del solvente por destilación rápida de acuerdo con la presente invención donde el proceso incluye la capacidad de dividir el gas de destilación rápida comprimido donde la primera parte del gas se envía hacia la etapa del fondo del absorbedor para el agotamiento y donde la segunda parte se envía hacia el producto de hidrocarburos pesados, para mejorar el control y la operabilidad cuando cambia la composición del gas de alimentación. Un beneficio inesperado es una significativa reducción del consumo de energía y de la potencia instalada del compresor. Tabla 1 El gas de alimentación 1 se enfria a -25°F (-31,7°C) en los intercambiadores 2 y se alimenta como la corriente 3 a un punto intermedio del absorbedor 4. El enfriamiento para los intercambiadores 2 es provisto por el recalentamiento de las corrientes frías de los intercambiadores 7, 54 y 52 en paralelo y por último por un enfriador para el refrigerante de propano. La corriente de solvente pobre 5 entra a la parte superior del absorbedor, entrando en contacto de esa manera con el gas de alimentación a medida que este se eleva, y la corriente 6 purificada rica en nitrógeno que sale por la parte superior a -24°F (-31,1°C), se vuelve a calentar en el intercambiador 7 y sale del sistema como corriente 8 a una presión y temperatura cercanas a las de la admisión. El solvente rico en el absorbedor abajo el punto por donde se alimenta el gas de admisión está en contacto con el gas para el agotamiento 9, y el solvente rico sale del fondo del absorbedor como corriente 10 a 1021 psia (70,4 bara) y 7°F (-14°C) . La válvula de control 11 reduce la presión de la corriente 10, y esta entra al recipiente de destilación rápida 13 como corriente 12 a 513 psia (35,4 bara) y -2°F (-19°C) . Parte del nitrógeno de la admisión fue absorbido en el solvente rico, junto con los hidrocarburos. Esta presión del recipiente de destilación rápida permite que se libere suficiente nitrógeno del que está absorbido de tal manera que en las restantes destilaciones rápidas en secuencia el vapor que se libera en total satisfará la especificación comercial de un contenido de nitrógeno <2%. El vapor proveniente de la primera destilación rápida, corriente 14, se comprime en el compresor 15 y entra al fondo del absorbedor como corriente 9. Esto no solo provee al absorbedor de gas para el agotamiento, sino que también separa el nitrógeno del solvente rico. Los restantes recipientes de destilación rápida 39, 20, 25, y 30 opera a menores presiones, de 260, 190, 87 y 16 psia (17,9, 13,1, 6,9 y 1,1 bara) respectivamente. Las válvulas de control 18, 42, 23 y 28 proveen un control del nivel para los recipientes de destilación rápida y proveen también la caída de presión para liberar del solvente una mayor cantidad de los hidrocarburos absorbidos y la pequeña cantidad restante de nitrógeno. El vapor que se libera de los recipientes de destilación rápida 39, 20, 25 y 30 son las corrientes 40, 21, 26 y 31, que comprenden a la corriente de producto de hidrocarburos pesados luego de haber sido recalentadas en los intercambiadores 52 y 54, y recomprimidas en el compresor multietapas 32, saliendo como la corriente de producto de hidrocarburos 33. La corriente 34 es el solvente pobre regenerado que sale del último recipiente de destilación rápida. Este solvente entra a la bomba 35, saliendo como corriente 36 a una presión ligeramente superior a la presión operativa del absorbedor. Cualquier exceso solvente se extrae como corriente 38, y luego el solvente pobre restante 57 se enfría en el intercambiador 37 usando refrigeración con propano para salir como la corriente 58 a una temperatura de -25°F (-31,7°C), y luego 58 se hace pasar a través de la válvula de control de flujo 59, saliendo como corriente 5 y entrando al absorbedor. La presión del último recipiente de destilación rápida 30 determina qué tan puro es el solvente pobre. El caudal del solvente 5 controla la cantidad de hidrocarburo restante en la corriente de nitrógeno 8, y la presión del primer recipiente de destilación rápida 13 controla la cantidad de nitrógeno en el producto de hidrocarburos. Como el gas de admisión contiene una cantidad significativa de hidrocarburos más pesados que el metano, el solvente está formado por los componentes más pesados del solvente que no se vaporizan en los recipientes de destilación rápida. A este se lo denomina un solvente interno. El proceso crea de manera continua un exceso de solvente, que se extrae como corriente 38. Esta no se indica en la Figura 1, pero en este ejemplo el exceso de solvente se estabilizó adicionalmente en una pequeña torre de agotamiento dirigiendo a los componentes de cabeza más livianos que se liberan hacia el compresor 32, y hacia el producto estabilizado de solvente de los fondos que sale del sistema, y se indica como corriente 38 en el anterior balance de material. Nótese que de ser necesario se utilizan enfriadores de aire para las descargas del compresor, y también para el solvente que sale del estabilizador, aunque los mismos no se muestran. Tampoco se indican los puntos de control adicionales .

Para esta alimentación de ejemplo con un 24% de nitrógeno, en la siguiente tabla se da la lista de las cargas críticas del equipo : Tabla 2 * El compresor de refrigeración no se muestra en la Figura 1 Ejemplo Comparativo 2 Se evalúa una revisión completa del rendimiento del diseño convencional de un caso alternativo. En el alternativo escenario, la composición del gas de alimentación puede aumentar hasta un máximo del 54% de nitrógeno, y en este ejemplo esta alimentación alternativa, y todo entre 24% y 54%, deben ser procesados por la misma instalación. La especificación de pureza para la venta de <2% de nitrógeno permanece sin cambios, y las presiones en la admisión y la salida y el caudal del gas de alimentación también permanecen sin cambios. Para adaptarse a este alto contenido de, alimentación de nitrógeno, se le hacen dos cambios a la operación: la presión del primer recipiente de destilación rápida se reduce de 513 psia a 265 psia (de 35,4 a 18,3 bara) y se aumenta el caudal de solvente pobre. La reducción de presión de la primera destilación rápida aumenta la cantidad de gas para el agotamiento que se envía de retorno a la etapa del fondo del absorbedor de tal manera que la corriente de producto de hidrocarburos 33 satisfará la especificación de pureza. El aumento de caudal del solvente es necesario para mantener la pureza de la corriente de componente liviano 8. La presión operativa en los restantes recipientes de destilación rápida 39, 20, 25, y 30 es la misma que en el Ejemplo Comparativo 1. La potencia de la bomba de solvente 35 aumenta en proporción al aumento del flujo del 50%. El requerimiento de refrigeración del proceso aumenta en un 25%. En la tabla 3 se presentan las cargas críticas del equipo para los casos con 24% de nitrógeno y 54% de nitrógeno.

Tabla 3 * El compresor de refrigeración no se muestra en la Figura 1 La pureza de la corriente de producto de hidrocarburos pesados y la corriente con nitrógeno de producto liviano con un 54% de nitrógeno son casi idénticas a la pureza del producto en el caso del gas de alimentación con un 24% de nitrógeno, de manera que se alcanza el objetivo del proceso. Sin embargo, el cambio de presión de la primera destilación rápida crea problemas prácticos. La presión del absorbedor 4 permanece constante a 1021 psia (70,4 bara) y la presión del segundo recipiente de destilación rápida permanece constante a 264 psia (18,2 bara) . Con el cambio de presión de la primera destilación rápida de 513 psia (35,4 bara) en el Ejemplo Comparativo 1 a 265 psia (18,3 bara), en la válvula de control de nivel 11 se da un diferencial presión entre la presión del absorbedor y la presión de la primera destilación rápida que cambia de 508 psi a 756 psi (35,0 a 52,1 bar) . El diferencial presión a través de la válvula de control de nivel 18 entre los primero y segundo recipientes de destilación rápida cambia de 249 psi a 1 psi (17,2 a 0,07 bar) . Casi no hay flujo de vapor proveniente del tercer recipiente de destilación rápida 20. La presión en la tercera destilación rápida se debe reducir para permitir una adecuada caída de presión a través de la válvula 18 para mantener un control correcto del nivel en los recipientes. El control de los niveles en los recipientes de destilación rápida es más difícil en el caso del 54%. La presión en los recipientes de destilación rápida se controla mediante el flujo a través de los compresores, extrayendo el vapor proveniente de las destilaciones rápidas. El control de la presión del recipiente de destilación rápida es también más difícil, ya que las cargas de flujo y presión de succión del compresor de vapor del recipiente de destilación rápida son tan diferentes de las del caso con 24% de N2. Los cambios en los requerimientos de compresión afectan el consumo de energía y los costos de capital del proceso. Para que el proceso opere de la manera requerida se debe instalar la compresión para el caso de la mayor carga. Aunque el total de los servicios de compresión 32 y 15 es de 6, 876 HP (5129 K ) para el caso con un 24% de nitrógeno y 9, 382 HP (6999 KW) para el caso con un 54% de nitrógeno, la potencia total instalada real debería ser de 10, 387 HP (7749 KW) .

Ejemplo 3 El proceso de la presente invención se muestra en la Figura 2.

El proceso de la Figura 2 se desarrolló para resolver los problemas de control de nivel y presión en el proceso convencional que pueden afectar la operabilidad. El objetivo es tener a los recipientes de destilación rápida operando a una presión constante preestablecida aún cuando cambie la composición del gas de admisión. Esto podría dar como resultado que las válvulas de control de nivel entre los recipientes de destilación rápida siempre tengan la misma caída de presión disponible. Una presión constante en el recipiente de destilación rápida también daría como resultado que el compresor de vapor del recipiente de destilación rápida funcione siempre con la misma presión de succión y relación de compresión entre succión y descarga. El método que se utiliza para resolver los problemas de control tuvo el resultado inesperado y muy beneficioso de reducir significativamente el consumo de energía y los costos de capital .

El proceso de la Figura 2 se describirá usando el rango de alimentaciones de las composiciones, las condiciones de diseño, y las especificaciones del producto que se obtiene que se utilizaron para describir la tecnología convencional, permitiendo de esa manera realizar una comparación entre los resultados. Con referencia a la Figura 2, el balance total de material y las condiciones para un caso de una alimentación con un 37% de nitrógeno son los siguientes: Tabla 4 El gas de alimentación 1 se enfria a -25°F (-31,7°C) en los intercambiadores 2 y se alimenta como la corriente 3 a un punto intermedio del absorbedor 4. El enfriamiento para los intercambiadores 2 es provisto por el recalentamiento de las corrientes frías de los intercambiadores 7, 54 y 52 en paralelo y por último por un enfriador para el refrigerante de propano. La corriente de solvente pobre 5 entra a la parte superior del absorbedor, entrando en contacto de esa manera con el gas de alimentación a medida que este se eleva, y la corriente 6 purificada rica en nitrógeno sale por la parte superior a -24°F (-31,1°C), se vuelve a calentar en el intercambiador 7 y sale del sistema como corriente 8 a una presión y temperatura cercanas a las de la admisión. El solvente rico en el absorbedor por debajo del punto por donde se alimenta el gas de admisión está en contacto con el gas para el agotamiento 9, y el solvente rico sale del fondo del absorbedor como la corriente 10 a 1021 psia (70,4 bara) y 6°F (-14,4°C). La válvula de control 11 reduce la presión de la corriente 10, y entra al recipiente de destilación rápida 13 como corriente 12 a una primera presión reducida y constante de 513 psia (35,4 bara) y -1°F (-18,3°C). Parte del nitrógeno de la admisión fue absorbido en el solvente rico, junto con los hidrocarburos. Este recipiente de destilación rápida liberará parte del nitrógeno absorbido. El vapor proveniente de la primera destilación rápida, corriente 14, se comprime en el compresor 15 dedicado al servicio, saliendo como la corriente 60 y fluyendo como corriente 61 a través de la válvula 62, y como corriente 63 para ser mezclada con todo el flujo de la corriente 48 para entrar luego a la etapa del fondo del absorbedor como corriente 9. Esto no solo provee al absorbedor de gas para el agotamiento, sino que también separa el nitrógeno del solvente rico. En este ejemplo, la válvula 65 está cerrada y no hay flujo de las corrientes 64 y 66. Los restantes recipientes de destilación rápida 39, 20, 25, y 30 operan a presiones constantes, menores de 260, 190, 87 y 16 psia (17,9, 13,1, 6,0 y 1,1 bara) respectivamente. Las válvulas de control 18, 42, 23 y 28 proveen tanto el control de nivel para los recipientes de destilación rápida como la caída de presión para liberar una mayor cantidad de los hidrocarburos absorbidos y la pequeña cantidad de nitrógeno restante que queda en el solvente. El vapor que se libera del segundo recipiente de destilación rápida, 39, se dirige a través del compresor dedicado 44, saliendo como corriente 45. Una parte de la corriente 45 fluye como corriente 46 a través de la válvula de control de flujo 47, saliendo como corriente 48 y uniéndose a la corriente 63 para entrar al absorbedor como la corriente 9. El resto de la corriente 45 fluye a través de la válvula de control 50 y se dirige para volverse parte de la corriente de producto de hidrocarburos pesados 56. En este ejemplo aproximadamente el 48% de la corriente 45 se dirige a través de la válvula 47 hacia el absorbedor con un caudal de 955 lb-moles/hr (433 kg-moles/hr) . Este vapor provee un agotamiento adicional en el absorbedor y una eliminación adicional del nitrógeno del vapor para obtener un producto de hidrocarburos de la pureza requerida. La válvula de control 50 se puede utilizar para controlar la presión constante en el segundo recipiente de destilación rápida. La válvula de control 65 se podría utilizar para controlar la presión en el primer recipiente de destilación rápida al dividir el flujo, enviando una parte del flujo controlado hacia el absorbedor y otra parte hacia el control de la presión del producto de hidrocarburos. Las corrientes de producto de hidrocarburos que se liberan de los recipientes de destilación rápida 20 y 25 se vuelven a calentar en los intercambiadores 52 y 54 contra el gas de admisión, y se comprimen hasta la presión del producto mediante el compresor 32, al igual que el vapor proveniente del último recipiente de destilación rápida, la corriente 31. La corriente 34 es el solvente pobre regenerado que sale del último recipiente de destilación rápida. Este solvente entra a la bomba 35, saliendo como corriente 36 a una presión ligeramente superior a la presión operativa del absorbedor. Todo el exceso de solvente se extrae como corriente 38, y luego el solvente pobre restante 57 se enfría en el intercambiador 37 usando refrigeración con propano, para salir como la corriente 58 a una temperatura de -25°F (-31,7°C), y luego 58 se hace pasar a través de la válvula de control de flujo 59, saliendo como corriente 5 y entrando al absorbedor. La presión del último recipiente de destilación rápida 30 determina qué tan puro es el solvente pobre. El caudal del solvente 5 controla la cantidad de hidrocarburo restante en la corriente de nitrógeno 8. El flujo total de gas reciclado proveniente de los recipientes de destilación rápida 13 y 39 controla la cantidad de nitrógeno en el producto de hidrocarburos. Como el gas de admisión contiene una cantidad significativa de hidrocarburos más pesados que el metano, el solvente está formado por los componentes más pesados del solvente que no se vaporizan en los recipientes de destilación rápida. Esto se denomina un solvente interno. El proceso crea de manera continua un exceso de solvente, que se extrae como corriente 38. Si bien no se indica en la Figura 1, en este ejemplo el exceso de solvente se estabilizó adicionalmente en una pequeña torre de agotamiento dirigiendo a los componentes de cabeza más livianos que se liberaron hacia el compresor 32, y haciendo salir del sistema al producto estabilizado de solvente de los fondos, que se indica como corriente 38 en el anterior balance de material. Nótese que, de ser necesario, para las descargas del compresor, y también para el solvente que sale del estabilizador se utilizan enfriadores de aire, aunque los mismos no se muestran. Tampoco se indican los puntos de control adicionales.

En la siguiente tabla se da la lista de las cargas criticas del equipo para este ejemplo con una alimentación con un 37% de nitrógeno: Tabla 5 * En la Figura 2 no se muestra el compresor de refrigeración En este proceso mejorado, todos los recipientes de destilación rápida se mantienen a presión constante. El caudal de gas de destilación rápida que se envía de retorno a la etapa de los fondos del absorbedor se ajusta ahora mediante las válvulas de control 62 y 47. Si con el transcurso del tiempo aumentase el contenido de nitrógeno del gas de alimentación, comenzando con una pequeña cantidad de nitrógeno, se podría mantener la pureza del producto de hidrocarburos que se desea aumentando la cantidad del gas de destilación rápida que se envía hacia la etapa de los fondos del absorbedor aumentando inicialmente la cantidad de gas que fluye a través de la válvula 62 hasta que todo el gas proveniente de la primera destilación rápida a presión constante se dirige al absorbedor, y no queda nada para fluir a la corriente de producto de hidrocarburos. A medida que el contenido de nitrógeno de la admisión aumenta más, de ser necesario se podría utilizar la válvula 47 para incrementar el flujo de gas de destilación rápida al absorbedor. Este uso del control de flujo permite un ajuste continuo del gas de la destilación rápida a través de un rango muy grande sin efecto sobre la presión de los recipientes de destilación rápida ni sobre la relación de compresión de los compresores del gas de destilación rápida. Esto se hace posible al utilizar el compresor dedicado 44, además de las válvulas de control 62, 65, 47 y 50 para el vapor de destilación rápida. En el diseño convencional, el servicio del compresor 44 se incluyó en el compresor 32.

Este proceso mejorado se puede utilizar para composiciones de alimentación dentro del rango de composiciones entre 24% y 54% como las que se utilizaron en los ejemplos del proceso convencional. Para una alimentación con aproximadamente 24% de nitrógeno, existe un mínimo flujo de vapor 13 de la primera destilación rápida a presión constante hacia el producto de hidrocarburos a través de la válvula 65 y la gran mayoría se envía a través de la válvula 62. Nada del vapor proveniente de la segunda destilación rápida a presión constante fluye a través de la válvula 47 hacia los fondos del absorbedor, y todo fluye a través de la válvula 50 hacia el producto de hidrocarburos. Con un gas de alimentación con un contenido de nitrógeno de casi 54%, se podría enviar a todo el vapor proveniente de la primera destilación rápida hacia al absorbedor, y la gran mayoría del vapor proveniente de la segunda destilación rápida se podría enviar también hacia los fondos del absorbedor, con solo enviando una cantidad mínima a través de la válvula 50 hacia el producto de hidrocarburos.

En la siguiente tabla se muestra el rendimiento en el caso de una alimentación con un contenido de nitrógeno cercano al 54%: Tabla 6 En la siguiente tabla se muestra el rendimiento en el caso una alimentación con un contenido de nitrógeno cercano 24%: Tabla 7 En la siguiente tabla se combina la potencia de los compresores para los tres casos de alimentación para la presente invención provistos anteriormente, y también incluye los resultados de un caso con 12% de nitrógeno en el gas de admisión y satisface las mismas composiciones de la corriente liviana con nitrógeno y la corriente de producto de hidrocarburos. Para el caso de la alimentación con un 12% de nitrógeno, el vapor proveniente de la primera destilación rápida a presión constante se divide entre el absorbedor y el producto de hidrocarburos y todo el vapor proveniente de la segunda destilación rápida se dirige al producto de hidrocarburos : Tabla 8 El rendimiento que se presenta en la tabla 8 muestra una notable consistencia en las cargas del compresor para la recompresión de gas y los servicios de reciclaje al absorbedor, los compresores 32, 44 y 15. La. suma para el peor caso de todos los servicio es de solo 7188 HP (5362 KW) . Usando la tecnología convencional (comparativa) el total para el peor caso era de 10, 387 HP (7749 KW) instalados para la compresión del gas, un aumento del 44% respecto de la presente invención. La mayor potencia operativa para cualquier caso también fue mucho mayor usando la tecnología convencional, 9,382 HP (6999 KW) en comparación con 7,160 HP (5341 KW) para la presente invención, un aumento del 31%. Los compresores 32, 44 y 15 se utilizan casi completamente en todos los casos. Los intercambiadores de calor 52 y 54, que recuperan energía del recipiente de vapor de destilación rápida, también son extremadamente consistentes en la cantidad de energía que recuperan en todos los casos, cuando se los utiliza con la presente invención. Dichos beneficios se suman a la meta original de aumentar la operabilidad al mantener constante la presión en los recipientes de destilación rápida, lo cual se hace posible al usar un control de flujo del reciclaje del gas de vapor de destilación rápida a los fondos del absorbedor en vez de variar la presión.

La variación de requerimientos del equipo sería mucho mayor si el diseño no utilizase la presente invención; específicamente, si este no ofreciese un recipiente de destilación rápida con un compresor dedicado para el vapor de destilación rápida, con capacidad de enviar este vapor al fondo del absorbedor, a la corriente de producto de hidrocarburos, o ambas partes de la corriente. También contribuyen mucho al control y al diseño el mantener constantes las presiones operativas en las instalaciones, independientemente de la composición de la alimentación.

La invención que se divulga es útil para rechazar el nitrógeno de las corrientes de hidrocarburos y también para purificar hidrógeno contaminado con hidrocarburos, aunque la misma no se limita a dichas aplicaciones y se la puede utilizar para la separación de uno o más componentes de mayor volatilidad de uno o más componentes de menor volatilidad. El solvente que se utiliza puede estar formado por los componentes más pesados del gas de alimentación, se lo puede hacer de componentes externos que se agregan al sistema, o una combinación de ambas cosas. El volumen del gas para el agotamiento que se envía al fondo del absorbedor se puede aumentar reciclando una porción del producto de gas de hidrocarburos, o agregando calor a un rehervidor en el fondo del absorbedor. Se pueden incluir Intercambiadores adicionales para lograr una integración térmica, como por ejemplo en la succión de los compresores de vapor de la primera y la segunda destilación rápida. A la presente invención se le pueden agregar sistemas adicionales para estabilizar el exceso de solvente, para purificar adicionalmente el producto de componente liviano por expansión adicional, intercambio de calor, adsorción, o procesamiento con membranas, o para recuperar producto líquido de hidrocarburos adicional por enfriamiento, absorción, o expansión adicionales de la corriente de producto de hidrocarburos, y el líquido recuperado se puede utilizar como un producto por separado o como un medio para mantener el inventario de solvente. Los sistemas de control pueden ser cualquier combinación de control de nivel, presión y flujo, incluyendo sistemas de control multivariables para mantener mejor una operación estable que pueda adaptarse a los cambios del flujo, composición, o presión de la alimentación, junto con cualquier cambios que se desee realizar sobre los parámetros operativos de las instalaciones. El vapor comprimido del primer recipiente de destilación rápida a presión reducida y constante se puede controlar mediante un control de flujo de la corriente que se envía a los fondos del absorbedor, regulándola para asegurar que el producto de hidrocarburos no contenga demasiado del componente liviano. Si existe un flujo adicional que se puede obtener de la primera destilación rápida, este se podría enviar hacia el producto de hidrocarburos mediante la válvula de control de presión 65 de la primera destilación rápida. Cuando todo el vapor de la primera destilación rápida se dirige al absorbedor y nada de este al producto de hidrocarburos, entonces la presión en la primera destilación rápida se puede mantener usando el control de la presión para controlar la válvula 62 que da al absorbedor ya que la válvula 65 estaría cerrada y es necesario controlar la presión. Obviamente hay muchas elecciones que se pueden tomar para la combinación del control de flujo y control de la presión, que incluyen controlar el compresor y sin usar válvulas. Se pueden realizar elecciones similares para controlar el vapor proveniente del segundo recipiente de destilación rápida. Aunque en los ejemplos de la invención que se divulga se usa el enfriamiento con refrigerante del gas de alimentación y el solvente hasta -25°F (-31,7°C), esta temperatura puede variar de acuerdo con la aplicación, previéndose temperaturas entre valores tan altos como +20°F (-6,7°C) y tan bajos como -40°F (-40°C) con refrigeración, y aún temperaturas menores si se utiliza la expansión del gas de alimentación, o tan altas como la temperatura ambiente si no se utiliza refrigeración.

Todos los métodos y aparatos que se divulgan aquí se pueden realizar y ejecutar sin demasiada experimentación en vista de la presente divulgación. Aunque los métodos de la presente invención se han descrito en términos de formas de realización específicas, para aquellos con experiencia en el arte que será evidente a los métodos y aparatos y en los pasos o en las secuencias de pasos de los métodos que se describen aquí se les pueden realizar variaciones sin apartarse del concepto, el espíritu ni del alcance de la invención. Todos dichos sustitutos similares y modificaciones evidentes para aquellos con experiencia en el arte se consideran dentro del espíritu, el alcance, y el concepto de la invención según se la define mediante las siguientes reivindicaciones .

Claims (13)

REIVINDICACIONES

1. Un proceso para separar los componentes de una corriente de gas multicomponentes de composición variable que comprende componentes livianos y componentes hidrocarburos más pesados, caracterizado porque el proceso comprende: poner en contacto a la corriente de gas multicomponentes con un solvente pobre en un absorbedor para producir una corriente de cabeza con componentes livianos y una corriente de fondo rica en solvente; dirigir a la corriente de fondo rica en solvente hacia un primer recipiente de destilación rápida a una primera presión reducida y constante para producir un vapor, del cual todo o una parte del mismo se dirige hacia la etapa del fondo del absorbedor y donde el vapor restante se envía hacia la corriente de producto de hidrocarburos que se produce; dirigir al solvente rico proveniente del primer recipiente de destilación rápida hacia un segundo recipiente de destilación rápida a otra segunda presión reducida y constante para producir un vapor, del cual todo, nada, o una parte, se dirige hacia la etapa del fondo del absorbedor, enviando al vapor restante hacia la corriente de producto de hidrocarburos que se produce; donde, si todo el vapor proveniente del primer recipiente de destilación rápida que se produce se dirige hacia la etapa del fondo del absorbedor, entonces una parte del vapor que se produce, proveniente del segundo recipiente de destilación rápida se debe enviar hacia la etapa de los fondos del absorbedor, o si parte del vapor que se produce, proveniente del primer recipiente de destilación rápida se dirige hacia la etapa de los fondos del absorbedor luego nada del vapor que se produce, proveniente del segundo recipiente de destilación rápida se dirige hacia la etapa del fondo del absorbedor; dirigir al solvente rico proveniente del segundo recipiente de destilación rápida hacia uno o más recipientes de destilación rápida a presión reducida comprimiendo al vapor con hidrocarburos que se produce y enviándolo hacia la corriente de hidrocarburos que se produce, reciclar al absorbedor al solvente pobre regenerado desde el último recipiente de destilación rápida que se encuentra a la menor presión, mediante una bomba.

2. El proceso de la reivindicación 1, caracterizado porque todo el vapor que se produce, proveniente del primer recipiente de destilación rápida se dirige hacia la etapa de los fondos del absorbedor y una parte del vapor que se produce, proveniente del segundo recipiente de destilación rápida se dirige hacia la etapa del fondo del absorbedor.

3. El proceso de la reivindicación 1, CARACTERIZADO PORQUE una parte del vapor que se produce, proveniente del primer recipiente de destilación rápida se dirige hacia la etapa de los fondos del absorbedor y no se dirige nada del vapor que se produce, proveniente del segundo recipiente de destilación rápida, hacia la etapa del fondo del absorbedor.

4. El proceso de la reivindicación 1, caracterizado porque el absorbedor se hace operar a una presión entre 200 psia y 3000 psia (13, 8 y 207 bara) .

5. El proceso de la reivindicación 1, caracterizado porque los recipientes de destilación rápida se operan a una presión entre 2800 psia y 7 psia (193 y 0,48 bara) donde cada uno de los sucesivos recipientes opera a una presión menor que la del recipiente precedente.

6. El proceso de la reivindicación 5, caracterizado porque la presión en cada uno de los sucesivos recipientes de destilación rápida se encuentra a entre aproximadamente 20 y 75% de la presión del recipiente precedente.

7. El proceso de la reivindicación 1, caracterizado porque el proceso se hace operar a una temperatura entre la temperatura ambiente y 20°F (-6,7°C).

8. El proceso de la reivindicación 1, caracterizado porque las corrientes del proceso se enfrian y el absorbedor se hace operar a una temperatura entre +20°F y -40°F (-6,7 y -40°C) .

9. El proceso de la reivindicación 1, CARACTERIZADO PORQUE se utilizan una o más válvulas de control para regular el caudal de vapor que se envía hacia la etapa del fondo del absorbedor .

10. El proceso de la reivindicación 1, caracterizado porque el compresor que se utiliza para enviar vapor de la destilación rápida a los fondos del absorbedor es el mismo compresor que se utiliza para enviar vapor hacia el producto de hidrocarburos.

11. El proceso de la reivindicación 1, caracterizado porque se utiliza un control de la presión de un recipiente de destilación rápida para dirigir al vapor que se produce hacia el producto de hidrocarburos.

12. El proceso de la reivindicación 1, caracterizado porque el vapor comprimido, proveniente del primer recipiente de destilación rápida a presión reducida y constante, se comprime mediante un compresor dedicado a este servicio.

13. El proceso de la reivindicación 1, caracterizado porque el vapor de destilación rápida comprimido, proveniente del segundo recipiente de destilación rápida a presión reducida y constante, se comprime mediante un compresor dedicado a este servicio .