MX2015005359A - Licuacion de gas natural. - Google Patents

Licuacion de gas natural.

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Russell H Oelfke
Jorge Vincentelli
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Exxonmobil Upstream Res Co
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    • F25J2270/16—External refrigeration with work-producing gas expansion loop with mutliple gas expansion loops of the same refrigerant

Abstract

Se describen en la presente sistemas y un método para la formación de un gas natural licuado (LNG). El sistema incluye un primer sistema de refrigeración de fluorocarburo configurado para enfriar un gas natural utilizando un primer refrigerante de fluorocarburo y un segundo sistema de refrigeración de fluorocarburo configurado para enfriar adicionalmente el gas natural utilizando un segundo refrigerante de fluorocarburo. El sistema también incluye un sistema de refrigeración de nitrógeno configurado para enfriar el gas natural utilizando un refrigerante de nitrógeno para producir el NLG y una unidad de rechazo de nitrógeno configurada para remover el nitrógeno del LNG. Como una modalidad alternativa, el sistema de refrigeración de nitrógeno se puede reemplazar por un sistema de autorrefrigeración de metano.

Description

LICUACIÓN DE GAS NATURAL CAMPO DE LA INVENCIÓN Las presentes téenicas se relacionan generalmente al campo de recuperación de hidrocarburo y procesos de tratamiento y, más particularmente, a un método y sistemas para formar gas natural licuado (LNG) por la vía de un proceso de refrigeración que incluye dos ciclos de refrigeración de fluorocarburo corriente arriba de un ciclo de refrigeración de nitrógeno o un ciclo de autorrefrigeración de metano.
ANTECEDENTES Esta sección se propone para introducir varios aspectos de la técnica, que pueden ser asociados con modalidades ejemplares de las presentes técnicas. Esta discusión se cree que ayuda a proporcionar una estructura para facilitar mejor entendimiento de aspectos particulares de las presentes técnicas. Por consiguiente, se debe entender que esta sección debe ser leída en este sentido, y no necesariamente como admisiones de la técnica previa.
Muchos sistemas de refrigeración de baja temperatura que se utilizan para procesamiento y licuación de gas natural dependen del uso de refrigerantes que incluyen componentes de hidrocarburo y nitrógeno para proporcionar refrigeración externa. Tales componentes de hidrocarburo pueden incluir metano, etano, etileno, propano y los similares. Sin embargo, en muchos casos, es deseable implementar un sistema de refrigeración que utilice refrigerantes no flamables.
La Patente de los Estados Unidos No. 6,412,302 de Foglietta y colaboradores describe un proceso para producir una corriente de gas natural licuado. Este proceso incluye el enfriamiento de por lo menos una porción de una corriente de alimentación de gas natural presurizado mediante el contacto de intercambio de calor con un primero y segundo refrigerantes expandidos que se utilizan en ciclos de refrigeración independientes. El primer refrigerante expandido se selecciona de metano, etano y gas natural tratado y presurizado, mientras que el segundo refrigerante expandido es nitrógeno. Sin embargo, como se discute en la presente, puede ser deseable producir una corriente de LNG dentro de un sistema de refrigeración que utilice refrigerantes no flamables.
BREVE DESCRIPCIÓN Una modalidad proporciona un sistema de procesamiento de hidrocarburo para la formación de un gas natural licuado (LNG). El sistema de procesamiento de hidrocarburo incluye un primer sistema de refrigeración de fluorocarburo configurado para enfriar un gas natural utilizando un primer refrigerante de fluorocarburo y un segundo sistema de refrigeración de fluorocarburo configurado para enfriar adicionalmente el gas natural utilizando un segundo refrigerante de fluorocarburo. El sistema de procesamiento de hidrocarburo también incluye un sistema de refrigeración de nitrógeno configurado para enfriar el gas natural utilizando un refrigerante de nitrógeno para producir LNG y una unidad de rechazo de nitrógeno configurada para remover el nitrógeno del LNG.
Otra modalidad proporciona un método para la formación de LNG. El método incluye el enfriamiento de un gas natural en un primer sistema de refrigeración de fluorocarburo, el enfriamiento del gas natural en un segundo sistema de refrigeración de fluorocarburo, la licuación del gas natural para formar el LNG y un sistema de refrigeración de nitrógeno, y la remoción de nitrógeno del LNG en una unidad de rechazo de nitrógeno.
Otra modalidad proporciona un sistema de procesamiento de hidrocarburo para la formación del LNG. El sistema de procesamiento de hidrocarburo incluye un primer sistema de refrigeración configurado para enfriar un gas natural utilizando un primer refrigerante de fluorocarburo, en donde el primer sistema de refrigeración incluye un número de primeros intercambiadores de calor configurados para permitir el enfriamiento del gas natural por la via de un intercambio indirecto de calor entre el gas natural y el primer refrigerante de fluorocarburo. El sistema de procesamiento de hidrocarburo incluye un segundo sistema de refrigeración configurado para enfriar el gas natural utilizando un segundo refrigerante de fluorocarburo, en donde el segundo sistema de refrigeración incluye un número de segundos intercambiadores de calor configurados para permitir el enfriamiento del gas natural por la vía de un intercambio indirecto de calor entre el gas natural y el segundo refrigerante de fluorocarburo. El sistema de procesamiento de hidrocarburo también incluye un tercer sistema de refrigeración configurado para formar LNG a partir del gas natural utilizando un refrigerante de nitrógeno, en donde el tercer sistema de refrigeración incluye un número de terceros intercambiadores de calor configurados para permitir el enfriamiento del gas natural por la vía de un intercambio indirecto de calor entre el gas natural y el refrigerante de nitrógeno. El sistema de procesamiento de hidrocarburo además incluye una unidad de rechazo de nitrógeno configurada para remover el nitrógeno del LNG.
Otra modalidad proporciona un sistema de procesamiento de hidrocarburo para la formación del LNG. El sistema de procesamiento de hidrocarburo incluye un primer sistema de refrigeración de fluorocarburo configurado para enfriar un gas natural utilizando un primer refrigerante de fluorocarburo, un segundo sistema de refrigeración de fluorocarburo configurado para enfriar adicionalmente el gas natural utilizando un segundo refrigerante de fluorocarburo y un sistema de autorrefrigeración de metano configurado para enfriar el gas natural para producir el LNG.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Las ventajas de las presentes téenicas se entienden mejor al referirse a la siguiente descripción detallada y los dibujos adjuntos, en los cuales: la Fig. 1 es un diagrama de flujo de proceso de un sistema de refrigeración de una sola etapa; la Fig.2 es un diagrama de flujo de proceso de un sistema de refrigeración de dos etapas que incluye un economizador; la Fig.3 es un diagrama de flujo de proceso de un sistema de refrigeración de una sola etapa que incluye un economizador de intercambiador de calor; la Fig.4 es un diagrama de flujo de proceso de un sistema de enfriamiento en cascada que incluye un primer sistema de refrigeración y un segundo sistema de refrigeración; la Fig.5 es un diagrama de flujo de proceso de un sistema de refrigeración de expansión para el control de punto de roclo del hidrocarburo; la Fig.6 es un diagrama de flujo de proceso de un sistema de refrigeración de expansión para producción de LGN; la Fig.7 es un diagrama de flujo de proceso de un sistema de producción de LNG; las Figs.8A y 8B son diagramas de flujo de proceso de un sistema de enfriamiento de refrigeración de fluorocarburo con nitrógeno en cascada; la Fig.9 es un diagrama de flujo de proceso de un sistema que incluye una NRU; las Figs.10A y 10B son diagramas de flujo de proceso de otro sistema de enfriamiento de refrigeración de fluorocarburo con nitrógeno en cascada; la Fig.10C es un diagrama de flujo de proceso de una modalidad alternativa del sistema de enfriamiento de refrigeración de fluorocarburo con nitrógeno en cascada con un sistema de refrigeración de nitrógeno simplificado; las Figs.11A y 11B son diagramas de flujo de proceso de otro sistema de enfriamiento en cascada; la Fig.11C es un diagrama de flujo de proceso de un sistema de autorrefrigeración que se implementa dentro del mismo sistema de procesamiento de hidrocarburo como el sistema de refrigeración en cascada de las Figs.11A y 11B; la Fig.12 es un diagrama de flujo de proceso de un método para la formación de LNG a partir de una corriente de gas natural; y la Fig.13 es un diagrama de flujo de proceso de otro método para la formación de LNG a partir de una corriente de gas natural.
DESCRIPCIÓN DETALLADA En la siguiente sección de descripción detallada, se describen modalidades especificas de las presentes téenicas. Sin embargo, al grado que la siguiente descripción es especifica a una modalidad particular o un uso particular de las presentes técnicas, se propone que sea para propósitos ejemplares únicamente y simplemente proporciona una descripción de las modalidades ejemplares. Por consiguiente, las téenicas no se limitan a las modalidades especificas descritas en la presente, sino más bien, incluyen todas las alternativas, modificaciones y equivalentes que se encuentran dentro del espíritu y alcance de las reivindicaciones adjuntas.
Desde el principio, por facilidad de referencia, se exponen ciertos términos utilizados en esta solicitud y sus significados como se utiliza en este contexto. Al grado que un término utilizado en la presente no se define aquí, a éste se le debe dar la definición más amplia que las personas en la técnica pertinente han dado a ese término como es reflejado en por lo menos una publicación impresa o patente expedida. Además, las presentes técnicas no se limitan por la utilización de los términos mostrados en la presente, ya que todos los equivalentes, sinónimos, nuevos desarrollos y términos o técnicas que sirven para el mismo o un propósito similar se consideran que están dentro del alcance de las presentes reivindicaciones.
Como se utiliza en la presente, "autorrefrigeración" se refiere a un proceso mediante el cual una porción de una corriente de producto se utiliza para propósitos de refrigeración. Esto se logra al extraer una fracción de la corriente de producto antes del enfriamiento final para propósitos de proporcionar capacidad de refrigeración. Esta corriente extraída se expande en una válvula o expansor y, como resultado de la expansión, se disminuye la temperatura de la corriente. Esta corriente se utiliza para enfriar la corriente de producto en un intercambiador de calor. Después de intercambiar calor, esta corriente se recomprime y se mezcla con la corriente de gas de alimentación. Este proceso también es conocido como refrigeración de ciclo abierto.
Alternativamente, "autorrefrigeración" se refiere a un proceso mediante el cual un fluido se enfría por la vía de la una reducción en la presión. En el caso de líquidos, la autorrefrigeración se refiere al enfriamiento del líquido mediante evaporación, que corresponde a una reducción en presión. Más específicamente, una porción del líquido se evapora instantáneamente en vapor a medida que se somete a una reducción en presión mientras que pasa a través de un dispositivo de estrangulación. Como resultado, tanto el vapor como el liquido residual se enfrían a la temperatura de saturación del líquido en la presión reducida. Por ejemplo, de acuerdo con modalidades descritas en la presente, la autorrefrigeración de un gas natural se puede realizar al mantener el gas natural en su punto de ebullición de modo que el gas natural se enfría a medida que el calor se pierde durante la ebullición. Este proceso también puede ser denominado como "evaporación instantánea".
Como se utiliza en la presente, un "ciclo en cascada" se refiere a un sistema con dos o más refrigerantes, donde un segundo refrigerante frío se condensa mediante un primer refrigerante más caliente. De esta manera, las bajas temperaturas pueden ser "en cascada" hacia abajo de un refrigerante a otro. Cada refrigerante en una cascada puede tener múltiples niveles de enfriamiento en base a las presiones de evaporación en etapas dentro de los economizadores. Los ciclos de cascada se consideran que son benéficos para la producción del LNG como es comparado con los sistemas de un solo refrigerante, puesto que temperaturas menores se pueden lograr dentro de ciclos de cascada que los sistemas un solo refrigerante.
Un "compresor" o "compresor de refrigerante" incluye cualquier unidad, dispositivo o aparato capaz de incrementar la presión de una corriente de refrigerante. Este incluye compresores de refrigerante que tienen un solo proceso o etapa de compresión, o compresores de refrigerante que tienen compresiones o pasos de multietapas, más particularmente compresores de refrigerante de multietapas dentro de una sola caja o coraza. Las corrientes de refrigerante evaporado que son comprimidas se pueden proporcionar a un compresor de refrigerante en diferentes presiones. Algunas etapas o pasos de un proceso de enfriamiento de hidrocarburo pueden involucrar dos o más compresores de refrigerante en paralelo, en serie, o ambos. La presente invención no se limita por el tipo o arreglo o disposición del compresor de refrigerante o compresores de refrigerante, particularmente en cualquier circuito de refrigerante.
Como se utiliza en la presente, "enfriamiento" se refiere ampliamente a la disminución y/o caída de una temperatura y/o energía interna de una sustancia, tal como mediante cualquier cantidad adecuada. El enfriamiento puede incluir una caída de temperatura de por lo menos aproximadamente 1°C, por lo menos aproximadamente 5°C, por lo menos aproximadamente 10°C, por lo aproximadamente 15°C, por lo menos aproximadamente 25°C, por lo menos aproximadamente 50°C, por lo menos aproximadamente 100°C y/o los similares. El enfriamiento puede utilizar cualquier absorbedor de calor adecuado, tal como la generación de vapor, calentamiento de agua caliente, agua de enfriamiento, aire, refrigerante, otras corrientes de proceso (integración) y combinaciones de los mismos. Una o más fuentes de enfriamiento se pueden combinar y/o colocar en cascada para alcanzar una temperatura de salida deseada. La etapa de enfriamiento puede utilizar una unidad de enfriamiento con cualquier dispositivo y/o equipo adecuado. De acuerdo con una modalidad, el enfriamiento puede incluir el intercambio de calor indirecto, tal como con uno o más intercambiadores de calor. Los intercambiadores de calor pueden incluir cualquier diseño adecuado, tal como coraza y tubos, aluminio de latón, enrolladlo en espiral y/o los similares. En una alternativa, el enfriamiento puede utilizar enfriamiento evaporativo (calor de vaporización), enfriamiento de calor sensible y/o intercambio de calor directo, tal como un liquido rociado directamente en una corriente de proceso.
La "temperatura criogénica" se refiere a una temperatura que es aproximadamente -50°C o por abajo.
Como se utiliza en la presente, los términos "desetanizador" y "desmetanizador" se refieren a columnas o torres de destilación que se pueden utilizar para separar los componentes dentro de una corriente de gas natural. Por ejemplo, un desmetanizador se utiliza para separar metano y otros componentes volátiles del etano y los componentes más pesados. La fracción de metano típicamente se recupera como gas purificado que contiene cantidades pequeñas de gases inertes tales como nitrógeno, CO2, o los similares.
"Fluorocarburos", también referidos como "perfluorocarburos" o "PFCs" son moléculas que incluyen átomos F y C. Los fluorocarburos tienen enlace F-C y, dependiendo del número de átomos de carbono en la especie, enlaces C-C. Un ejemplo de un fluorocarburo incluye hexafluoroetano (C2Fg). Los "hidrofluorocarburos" o "HFCs" son un tipo específico de fluorocarburo que incluye átomos H, F y C. Los hidrofluorocarburos tienen enlaces H-C y F-C y, dependiendo del número de átomos de carbono en la especie, enlaces C-C. Algunos ejemplos de hidrofluorocarburos incluyen fluoroformo (CHF3), pentafluoroetano (C2HF5), tetrafluoroetano (C2H2F4) heptafluoropropano (C3HF7), hexafluoropropano (C3H2F6), pentafluoropropano (C3H3F5) y tetrafluoropropano (C3H4F4), entre otros compuestos de estructura química similar.
El término "gas" se utiliza intercambiablemente con "vapor" y se define como una sustancia o mezcla de sustancias en el estado gaseoso como es distinguido del estado líquido o sólido. Del mismo modo, el término "líquido" significa una sustancia o mezcla de sustancias en el estado líquido como se distingue del estado de gas o sólido.
Un "intercambiador de calor" significa ampliamente cualquier dispositivo capaz de transferir calor de un medio a otro medio, incluyendo particularmente cualquier estructura, por ejemplo el dispositivo comúnmente referido como un intercambiador de calor. Los intercambiadores de calor incluyen "intercambiadores de calor directo" e "intercambiadores de calor indirecto". De esta manera, un intercambiador de calor puede ser de una coraza y tubos, espiral, horquilla, núcleo, núcleo y marmita, tubo doble, aluminio latonado, enrollar en espiral o cualquier otro tipo de intercambiador de calor conocido. El "intercambiador de calor" también puede referirse a cualquier columna, torre, unidad u otro arreglo adaptado para permitir el pasaje de uno o más corrientes a través del mismo, y efectuar el intercambio de calor directo o indirecto entre una o más líneas de refrigerante, y una o .más corrientes de alimentación.
Un "hidrocarburo" es un compuesto orgánico que principalmente incluye los elementos hidrógeno y carbono, aunque nitrógeno, azufre, oxigeno, metales o cualquier número de otros elementos se pueden presentar en pequeñas cantidades. Como se utiliza en la presente, los hidrocarburos generalmente se refieren a componentes encontrados en el gas natural, petróleo o instalaciones de procesamiento químico.
"Gas natural licuado" o "LNG" es el gas natural generalmente conocido que incluye un alto porcentaje de metano. Sin embargo el LNG también puede incluir cantidades pequeñísimas de otros compuestos. Los otros elementos o compuestos pueden incluir, pero no están limitados a, etano, propano, butano, dióxido de carbono, nitrógeno, helio, sulfuro de hidrógeno o combinaciones de los mismos, que se han procesado para remover uno o más componentes (por ejemplo, helio) o impurezas (por ejemplo, agua y/o hidrocarburos pesados) y luego se condensa en un líquido en la presión casi atmosférica mediante enfriamiento.
"Petróleo licuado como" o "LPG" generalmente se refiere a una mezcla de propano, butano y otros hidrocarburos ligeros derivados de la refinación del petróleo crudo. En temperatura normal, LPG es un gas. Sin embargo, el LPG se puede enfriar o someter a presión para facilitar el almacenamiento y transporte.
"Procesos de refrigerante mezclado" pueden incluir, pero no están limitados a un solo sistema de refrigeración utilizando un refrigerante mezclado, es decir, un refrigerante con más de un componente químico, un sistema de refrigerante mezclado pre-enfriado de hidrocarburo y un sistema de refrigerante mezclado doble. En general, los refrigerantes mezclado pueden incluir hidrocarburo y/o componentes de no hidrocarburo. Ejemplos de componentes de hidrocarburo adecuados típicamente empleados en refrigerantes mezclados pueden incluir, pero no están necesariamente limitados a, metano, etano, etileno, propano, propileno, butano e isómeros de butileno, así como pentanos. Los componentes no de hidrocarburo generalmente empleados en refrigerantes mezclados pueden incluir nitrógeno. Los procesos de refrigerante mezclado emplean por lo menos un refrigerante de componente mezclado, pero adicionalmente pueden emplear uno o más refrigerantes de componente puro también.
"Gas natural" se refiere a un gas multi-componente obtenido de un pozo de petróleo crudo o de una formación que lleva gas subterráneo. La composición y presión del gas natural pueden variar significativamente. Una corriente de gas natural típica contiene metano (CH4) como un componente mayor, es decir, mayor que 50% en mol de la corriente de gas natural es metano. La corriente de gas natural también puede contener etano (C2H6), hidrocarburos de más alto peso molecular (por ejemplo, hidrocarburos de C3-C20), uno o más gases ácidos (por ejemplo, dióxido de carbono o sulfuro de hidrógeno) o cualquiera de las combinaciones de los mismos. El gas natural también puede contener cantidades menores de contaminantes tales como agua, nitrógeno, sulfuro de hierro, cera, aceite crudo o cualquiera de las combinaciones de los mismos. La corriente de gas natural se puede purificar sustancialmente antes del uso en las modalidades, para remover los compuestos que pueden actuar como tóxicos o congelarse durante el proceso de enfriamiento.
Como se utiliza en la presente, "líquidos de gas natural (NGLs)" se refiere a mezclas de hidrocarburos cuyos componentes son, por ejemplo, típicamente más pesados que el metano y se condensan de un gas natural. Algunos ejemplos de componentes de hidrocarburos de las corrientes de NGL incluyen etano, propano, butano, isómeros de pentano, benceno, tolueno y otros compuestos aromáticos.
Una "unidad de rechazo de nitrógeno" o "NRU" se refiere a cualquier sistema o dispositivo configurado para recibir una corriente de alimentación de gas natural y producir corriente de productos sustancialmente puros, por ejemplo, una corriente de metano vendible y una corriente de nitrógeno que incluye aproximadamente 30% a 99% de N2. Ejemplos de tipos de NRUs incluyen la destilación criogénica, adsorción oscilante de presión (PSA), separación de membrana, absorción de aceite empobrecido y absorción de solvente.
Un "componente de refrigerante", en un sistema de refrigeración, absorberá calor en una temperatura menor y presión a través de la evaporación y rechazará el calor a una temperatura más alta y presión a través de la condensación. Los componentes refrigerantes ilustrativos pueden incluir, pero no están limitados a, alcanos, alquenos y alquinos que tienen de uno a cinco átomos de carbono, nitrógeno, hidrocarburos clorados, hidrocarburos fluorados, otros hidrocarburos halogenados, gases nobles y mezclas o combinaciones de los mismos.
Los componentes de refrigerante f ecuentemente incluyen refrigerantes de un solo componente. Un refrigerante de un solo componente con un solo hidrocarburo halogenado tiene una designación "R-" asociada de dos o tres números, que refleja su composición química. La adición de 90 al número da tres dígitos que se establecen para el número de átomos de carbono, hidrógeno y flúor, respectivamente. El primer dígito de un refrigerante con tres números es una unidad menor que el número de átomos de carbono en la molécula. Si la molécula contiene únicamente un átomo de carbono, se omite el primer dígito. ¾1 segundo dígito es una unidad mayor que el número de átomos de hidrógeno en la molécula. El tercer dígito es igual al número de átomos de flúor en la molécula. Los limites restantes no se toman en cuenta que sean ocupados por átomos de cloro. Un sufijo de una letra minúscula "a", "b" o "c" indica isómeros incrementadamente no simétricos. Como un caso especial, la serie R-400 se hace de mezclas zeotrópicas, y la serie R-500 está constituida de mezclas llamadas azeotrópicas. El dígito más a la derecha se asigna arbitrariamente por ASHRAE, una organización industrial.
''Sustancial" cuando se utiliza en referencia a una cantidad o monto de un material, o una característica específica de la misma, se refiere a una cantidad gue es suficiente para proporcionar un efecto que el material o característica se propone para proporcionar. El grado exacto de desviación permisible puede depender, en algunos casos, en el contexto específico.
Revisión General Las modalidades descritas en la presente proporcionan un sistema de procesamiento de hidrocarburo. El sistema de procesamiento de hidrocarburo incluye un sistema de refrigeración, tal como un sistema de enfriamiento en cascada, para producción LNG de un gas natural. El sistema de refrigeración incluye dos sistemas de refrigeración de fluorocarburo y un sistema de refrigeración de nitrógeno o de metano. Los sistemas de refrigeración de fluorocarburo y el sistema de refrigeración de nitrógeno o de metano se utilizan para enfriar el gas natural, produciendo el LNG. Además, el sistema de procesamiento de hidrocarburo puede incluir una NRU, que se puede utilizar para remover el nitrógeno del LNG producido.
Los sistemas de procesamiento de hidrocarburo incluyen cualquier número de sistemas conocidos para aquellos expertos en la téenica. Los procesos de producción y tratamiento de hidrocarburo incluyen, pero no están limitados al, enfriamiento de gas natural para extracción de NGL, enfriamiento de gas natural para el control de punto de roclo de hidrocarburo, enfriamiento de gas natural para la remoción de CO2, almacenamiento de producción de LPG, condensación de reflujo en desetanizadores/desmetanizadores y la licuefacción de gas natural para producir el LNG.
Aunque muchos ciclos de refrigeración se han utilizado para procesar hidrocarburos, un ciclo que se utiliza en plantas de licuación del LNG es el ciclo en cascada, que utiliza múltiples refrigerantes de un solo componente en intercambiadores de calor arreglados progresivamente para reducir la temperatura del gas a una temperatura de licuación. Otro ciclo que se utiliza en plantas de licuaciones del LNG es el ciclo de refrigeración de multi-componente, que utiliza un refrigerante de multi-componente en intercambiadores especialmente diseñados. Además, otro ciclo que se utiliza en plantas de licuación del LNG es el ciclo de expansor, que expande el gas de la presión de gas de alimentación a una baja presión con una reducción correspondiente en la temperatura.
Los ciclos de licuación de gas natural también utilizan variaciones o combinaciones de estos tres ciclos.
El LNG se prepara a partir de un gas de alimentación mediante teenologías de refrigeración y licuación. Las etapas opcionales incluyen la remoción de condensado, remoción de CO2, deshidratación, remoción de mercurio, separación de nitrógeno, remoción de H2S y los similares. Después de la licuación, el LNG puede ser almacenado o cargado de un carro tanque para venta o transporte. Los procesos de licuación convencionales pueden incluir: refrigerante mezclado pre-enfriado de Propano APCI; C3MR; DUAL MR; Phillips Optimized Cascade; refrigerante mezclado solo Prico; refrigerante mezclado de presión doble TEAL; cascada de multifluido Linde/Statoil; refrigerante mezclado doble Axens, DMR; y los procesos C3MR y DMR de Shell.
La remoción de dióxido de carbono, es decir, la separación de metano y gases más ligeros de C02 y los gases más pesados, se puede lograr con procesos de destilación criogénica, tal como la tecnología de Zona de Congelación Controlada disponible de ExxonMobil Corporation.
Mientras que el método y los sistemas descritos en la presente se discuten con respecto a la formación de LNG a partir de gas natural, el método y sistemas también se pueden utilizar para una variedad de otros propósitos. Por ejemplo, el método y sistemas descritos en la presente se pueden utilizar para enfriar gas natural para el control de punto de roclo de hidrocarburo, desempeñar la extracción de liquido de gas natural (NGL), separar metano y gases más ligeros de dióxido de carbono y gases más pesados, preparar hidrocarburos para la producción de LPG, o condensar una corriente de reflujo en desetanizadores y/o desmetanizadores, entre otros.
Refrigerantes Los refrigerantes que se utilizan de acuerdo con las modalidades descritas en la presente pueden ser uno o más refrigerantes de un solo componente, o mezclas de refrigerante que incluyen múltiples componentes. Los refrigerantes pueden ser importados y almacenados en el sitio o, alternativamente, algunos de los componentes del refrigerante se pueden preparar en el sitio, típicamente mediante un proceso de destilación integrado con el sistema de procesamiento de hidrocarburo. Los refrigerantes comercialmente disponibles incluyen fluorocarburo (FCs) o hidrofluorocarburos (HFCs) que se utilizan en varias aplicaciones. Los refrigerantes ejemplares son comercialmente disponibles de DuPont Corporation, incluyendo la familia de los refrigerantes ISCEONR, la familia de los refrigerantes SUVAR, la familia de refrigerantes OPTEONR y la familia de refrigerantes FREONR.
Los refrigerantes multicomponentes son comercialmente disponibles. Por ejemplo, R-401A es una mezcla de HCFC de R-32, R-152a y R-124. R-404A es una mezcla del HFC de 52% en peso de R-143a, 44% en peso de R-125 y 4% en peso de R-134a. R-406A es una mezcla de 55% en peso de R-22, 4% en peso de R-600a y 41% en peso de R-142b. R-407A es una mezcla del HFC de 20% en peso de R-32, 40% en peso de R-125 y 40% en peso de R-134a. R-407C es una mezcla de hidrofluorocarburo de R-32, R-125 y R-134a. R-408A es una mezcla de HCFC de R-22, R-125 y R-143a. R-409A es una mezcla de HCFC de R-22, R-124 y R-142b. R-410A es una mezcla de R-32 y R-125. R-500 es una mezcla de 73.8% en peso de R-12 y 26.2% en peso de R-152a. R-502 es una mezcla de R-22 y R-R115. R-508B es una mezcla de R-23 y R-116.
En varias modalidades, cualquiera de un número de tipos diferentes de sistemas de procesamiento de hidrocarburo se pueden utilizar con cualquiera de los sistemas de refrigeración descritos en la presente. Además, los sistemas de refrigeración descritos en la presente pueden utilizar cualquiera de los refrigerantes descritos aquí.
Sistemas de Refrigeración Los sistemas de hidrocarburo y métodos frecuentemente incluyen sistemas de refrigeración que utilizan refrigeración mecánica, expansión de válvula, expansión de turbina o los similares. La refrigeración mecánica típicamente incluye sistemas de compresión y sistemas de absorción, tales como sistemas de absorción de amoníaco. Los sistemas de compresión se utilizan en la industria de procesamiento de gas para una variedad de procesos. Por ejemplo, los sistemas de compresión se pueden utilizar para enfriar gas natural para la extracción de NGL, enfriar gas natural para el control de punto de rocío de hidrocarburo, almacenamiento de producción de LPG, condensación de reflujo en desetanizadores o desmetanizadores, licuación de gas natural para producir el LNG o los similares.
La Fig.1 es un diagrama de flujo de proceso de un sistema de refrigeración de una sola etapa 100. En varias modalidades, el sistema de refrigeración de una sola etapa 100 utiliza un refrigerante tal como un fluorocarburo. Además, en varias modalidades, el sistema de refrigeración de una sola etapa 100 simplemente corriente arriba de un sistema de refrigeración de nitrógeno o autorrefrigeración de metano que incluye una NRU. Múltiples sistemas de refrigeración de una sola etapa 100 también se pueden implementar en serie corriente arriba de tal sistema de refrigeración de nitrógeno o un sistema de autorrefrigeración de metano.
El sistema de refrigeración de una sola etapa 100 incluye una válvula de expansión 102, un enfriador 104, un compresor 106, un condensador 108 y un acumulador 110. Un refrigerante líquido saturado 112 puede fluir desde el acumulador 110 a la válvula de expansión 102, y puede expandirse a través de la válvula de expansión 102 isentálpicamente. En la expansión,· se presenta algo de vaporización, creando una mezcla de refrigerante enfriado 114 que incluye tanto vapor como líquido. La mezcla de refrigerante 114 puede entrar al enfriador 104, también conocido como el evaporador, a una temperatura menor que la temperatura a la cual una corriente de proceso 116, tal como un gas natural, se va a enfriar. La corriente de proceso 116 fluye a través del enfriador 104 e intercambia calor con la mezcla de refrigerante 114. A medida que corriente de proceso 116 intercambia calor con la mezcla de refrigerante 114, la corriente de proceso 116 se enfria, mientras que la mezcla de refrigerante 114 se vaporiza, creando un refrigerante de vapor saturado 118.
Después de dejar el enfriador 104, el refrigerante de vapor saturado 118 se comprime dentro del compresor 106, y luego se hace fluir en el condensador 108. Dentro del condensador 108, el refrigerante de vapor saturado 118 se convierte a un refrigerante liquido saturado o ligeramente subenfriado 120. El refrigerante liquido 120 luego se puede hacer fluir desde el condensador 108 al acumulador 110. El acumulador 110, que también se conoce como un tanque de compensación o receptor, puede servir como un depósito para el refrigerante liquido 120. El refrigerante liquido 120 se puede almacenar dentro del acumulador 110 antes de ser expandido a través de la válvula de expansión 102 como el refrigerante liquido saturado 112.
Se va entender que el diagrama de flujo de proceso de la Fig. 1 no se propone para indicar que el sistema de refrigeración de una sola etapa 100 está para incluir todos los componentes mostrados en la Fig.1. Además, el sistema de refrigeración de una sola etapa 100 puede incluir cualquier número de componentes adicionales demostrados en la Fig.1, dependiendo de los detalles de la implementación especifica. Por ejemplo, en algunas modalidades, un sistema de refrigeración puede incluir dos o más etapas de compresión. Además, el sistema de refrigeración 100 puede incluir un economizador, como es discutido adicionalmente con respecto a la Fig.2.
La Fig.2 es un diagrama de flujo de proceso de un sistema de refrigeración de dos etapas 200 que incluye un economizador 202. Similar a los artículos numerados son como se describen con respecto a la Fig.1. En varias modalidades, el sistema de refrigeración de dos etapas 200 utiliza un refrigerante tal como un fluorocarburo. Además, en varias modalidades, el sistema de refrigeración de dos etapas 200 se implementa corriente arriba de un sistema de refrigeración de nitrógeno o de autorrefrigeración de metano que incluye un NRU. Múltiples sistemas de refrigeración de dos etapas 200 también se pueden implementar en serie corriente arriba de tal sistema de refrigeración de nitrógeno o un sistema de autorrefrigeración de metano.
El economizador 202 puede ser cualquier dispositivo o modificación de proceso que disminuye la utilización de potencia del compresor para un servicio enfriador dado. Los economizadores convencionales 202 incluyen, por ejemplo, tanques de evaporación instantánea y economizadores de intercambio de calor. Los economizadores de intercambio de calor utilizan un número de intercambiadores de calor para transferir el calor entre las corrientes de proceso. Esto puede reducir la cantidad de entrada de energía en el sistema de refrigeración de dos etapas 200 mediante las corrientes de proceso de integración de calor entre sí.
Como se muestra en la Fig.2, el refrigerante líquido saturado 112 que deja el acumulador 110 se puede expandir a través de la válvula de expansión 102 a una presión intermedia en la cual se puede separar el vapor y el líquido. Por ejemplo, a medida que el refrigerante líquido saturado 112 se evapora instantáneamente a través de la válvula de expansión 102, un refrigerante de vapor 204 y un refrigerante líquido 206 se producen en una menor presión y temperatura que el refrigerante líquido saturado 112. El refrigerante de vapor 204 y el refrigerante de líquido 206 luego se pueden hacer fluir en el economizador 202. En varias modalidades, el economizador 202 es un tanque de evaporación instantánea que efectúa la separación del refrigerante de vapor 204 y el refrigerante de líquido 206. El refrigerante de vapor 204 se puede hacer fluir a una etapa de compresor de presión intermedia, en la cual el refrigerante de vapor 204 se puede combinar con el refrigerante de vapor saturado 118 que sale de un primer compresor 210, creando un refrigerante de vapor saturado mezclado 208. El refrigerante de vapor saturado mezclado 208 luego se puede hacer fluir en un segundo compresor 212.
Desde el economizador 202, el refrigerante líquido 206 se puede expandir isentálpicamente a través de una segunda válvula de expansión 214. En la expansión, puede presentarse algo vaporización, creando una mezcla de refrigerante 216 que incluye tanto vapor como líquido, disminuyendo la temperatura y la presión. La mezcla de refrigerante 216 tendrá un contenido de líquido más alto que las mezclas de refrigerante en sistemas sin economizadores. El contenido de líquido más alto puede reducir la tasa de circulación de refrigerante y/o reducir la utilización de potencia del primer compresor 210.
La mezcla de refrigerante 216 entra al enfriador 104, también conocido como el evaporador, a una temperatura menor que la temperatura a la cual se va enfriar la corriente de proceso 116. La corriente de proceso 116 se enfría dentro del enfriador 104, como se discute con respecto a la Fig.1. Además, el refrigerante de vapor saturado 118 se hace fluir a través de los compresores 210 y 212 y el condensador 108, y el refrigerante líquido resultante 120 se almacena dentro del acumulador 110, como se discute con respecto a la Fig.1.
Se va a entender que el diagrama de flujo de proceso de la Fig.2 no se propone para indicar que el sistema de refrigeración de dos etapas 200 está para incluir todos los componentes mostrados en la Fig.2. Además, el sistema de refrigeración de dos etapas 200 puede incluir cualquier número de componentes adicionales mostrados en la Fig.2, dependiendo de los detalles de la implementación específica. Por ejemplo, el sistema de refrigeración de dos etapas 200 puede incluir cualquier número de economizadores adicionales u otros tipos de equipo no mostrados en la Fig.2. Además, el economizador 202 puede ser un economizador de intercambio de calor antes que un tanque de vaporación instantánea. El economizador de intercambio de calor también se puede utilizar para disminuir la tasa de circulación de refrigeración y reducir la utilización de potencia del compresor.
En algunas modalidades, el sistema de refrigeración de dos etapas 200 incluye más de un economizador 202, así como más de dos compresores 210 y 212. Por ejemplo, el sistema de refrigeración de dos etapas 200 puede incluir dos economizadores y tres compresores. En general, si el sistema de refrigeración 200 incluye un X número de economizadores, el sistema de refrigeración 200 incluirá X +1 número de compresores. Tal sistema de refrigeración 200 con múltiples economizadores puede formar parte de un sistema de refrigeración en cascada.
La Fig.3 es un diagrama de flujo de proceso de un sistema de refrigeración de una sola etapa 300 que incluye un economizador de intercambiador de calor 302. Similar a los artículos numerados como se describe con respecto a la Fig.1.
En varias modalidades, el sistema de refrigeración de una sola etapa 300 utiliza un refrigerante tal como un fluorocarburo. Además, en varias modalidades, el sistema de refrigeración de una sola etapa 300 se implementa corriente arriba de un sistema de refrigeración de nitrógeno o un sistema de autorrefrigeración de metano que incluye un NRU. Múltiples sistemas de refrigeración de una sola etapa 300 también se pueden implementar en serie corriente arriba de tal sistema de refrigeración de nitrógeno o un sistema de autorrefrigeración de metano.
Como se muestra en la Fig.3, el refrigerante liquido saturado 112 que deja el acumulador 110 se puede expandir a través de la válvula de expansión 102 a una presión intermedia en la cual se puede separar el vapor y el liquido, produciendo la mezcla de refrigerante 114. La mezcla de refrigerante 114 se puede hacer fluir en el enfriador 104 a una temperatura menor que la temperatura a la cual se va enfriar la corriente de proceso 116. La corriente de proceso 116 se puede enfriar dentro del enfriador 104, como se discute con respecto a la Fig. 1.
Desde el enfriador 104, el refrigerante de vapor saturado 118 se puede hacer fluir a través del economizador de intercambiador de calor 302. El refrigerante de vapor saturado de baja presión, frió 118 se puede utilizar para subenfriar el refrigerante liquido saturado 112 dentro del economizador de intercambiador de calor 302. El refrigerante de vapor suprecalentado 304 que sale del economizador de intercambiador de calor 302 luego se puede hacer fluir a través del compresor 106 y el condensador 108, y el refrigerante liquido resultante 120 se puede almacenar dentro del acumulador 110, como se discute con respecto a la Fig.1.
Se va a entender que el diagrama de flujo de proceso de la Fig. 3 no propone para indicar que el sistema de refrigeración de una sola etapa 300 está para incluir todos los componentes mostrados en la Fig.3. Además, el sistema de refrigeración de una sola etapa 300 puede incluir cualquier número de componentes adicionales no mostrados en la Fig.3, dependiendo de los detalles de la implementación especifica.
La Fig.4 es un diagrama de flujo de proceso de un sistema de enfriamiento en cascada 400 que incluye un primer sistema de ref igeración 402 y un segundo sistema de refrigeración 404. En varias modalidades, el primer sistema de refrigeración 402 y el segundo sistema de refrigeración 404 utilizan refrigerantes de fluorocarburo. Por ejemplo, el primer sistema de refrigeración 402 puede utilizar R-410A, y el segundo sistema de refrigeración 404 puede utilizar R-508B. Además, los refrigerantes en cualquier sistema de refrigeración 402 o 404 pueden incluir mezclas. El sistema de enfriamiento en cascada 400 se puede utilizar para casos en los cuales un grado más alto de .enfriamiento que aquel proporcionado para los sistemas de refrigeración 100, 200 o 300 es deseado. El sistema de enfriamiento en cascada 400 puede proporcionar un enfriamiento en muy bajas temperaturas, por ejemplo, abajo de -40°C. Además, en algunas modalidades, el sistema de enfriamiento en cascada 400 se implementa corriente arriba de un sistema de refrigeración de nitrógeno o un sistema de autorrefrigeración de metano.
Dentro del primer sistema de refrigeración 402, una corriente de refrigerante de vapor/liquido 406 se puede hacer fluir desde un acumulador 408 a través de una primera válvula de expansión 410 y un primer intercambiador de calor 412, que enfria una corriente de producto 413. La corriente de vapor resultante se separa en un primer tambor de vaporación instantánea 414. Una porción de la corriente de refrigerante de vapor/liquido 406 se puede hacer fluir directamente en el primer tambor de vaporación instantánea 414 por la via de la una válvula de desviación 416.
Desde el primer tambor de vaporación instantánea 414, una corriente de refrigerante liquido 418 se puede hacer fluir a través de una segunda válvula de expansión 420, y evaporar instantáneamente en un segundo intercambiador de calor 422, que se puede utilizar para enfriar adicionalmente la corriente de producto 413. Un acumulador de gas 424 alimenta la corriente de refrigerante de vapor resultante 426 a un compresor de una primera etapa 428. La corriente de refrigerante de vapor de mediana presión resultante 430 se combina con la corriente de refrigerante de vapor 432 del primer tambor de vaporación instantánea 414 y la corriente combinada se alimenta a un compresor de segunda etapa 434. La corriente de vapor de alta presión 436 del compresor de segunda etapa 434 se pasa a través de un condensador 438, que puede utilizar el enfriamiento del segundo sistema de refrigeración 404. Específicamente, el condensador 438 puede enfriar la corriente de vapor de alta presión 436 para producir una corriente de refrigerante líquido 406 utilizando una corriente de refrigerante de baja temperatura 440 del segundo sistema de refrigeración 404. La corriente de refrigerante líquido 406 del condensador 438 luego se almacena en el acumulador 408. Una válvula de control 442 se puede utilizar para controlar el flujo de la corriente de refrigerante de baja temperatura 440 a través el condensador 438. Desde el condensador 438, la corriente de refrigerante de vapor resultante 444 se puede hacer fluir nuevamente al segundo sistema de refrigeración 404.
Dentro del segundo sistema de refrigeración 404, una corriente de refrigerante líquido 448 se puede hacer fluir desde un acumulador 450 a través de un intercambiador de calor 452 que se configura para enfriar la corriente de refrigerante líquido 448 por la vía de un sistema de enfriamiento 454. El sistema de enfriamiento 454 puede ser, por ejemplo, realizado mediante el intercambio de calor con varias .corrientes de proceso, tal como una corriente de gas natural que viene de un tambor vaporación instantánea final que separa el NGL del gas.
La corriente de refrigerante de baja temperatura resultante 456 se puede hacer fluir a través de una primera válvula de expansión 458 y un primer intercambiador de calor 460, que enfría la corriente de producto 413. La corriente de refrigerante de vapor/liquido resultante se separa en un primer tambor de vaporación instantánea 462. Una porción de la corriente de refrigerante de baja temperatura 456 se puede hacer fluir directamente en el primer tambor de vaporación instantánea 462 por la vía de una válvula de desviación 464, que puede ser una válvula de control de nivel para controlar el fluido que entra al tambor de vaporación instantánea 462.
Desde el primer tambor de vaporación instantánea 462, una corriente de refrigerante líquido 466 se puede hacer fluir a través de una segunda válvula de expansión 468, y evaporar instantáneamente en un segundo intercambiador de calor 470, que se puede utilizar para enfriar adicionalmente la corriente de producto 413. La corriente de refrigerante de vapor/líquido resultante se separa en un segundo tambor de vaporación instantánea 472. Una porción de la corriente de refrigerante líquido 466 se puede hacer fluir directamente en el segundo tambor de vaporación instantánea 472 por la vía de una válvula de desviación 474, que se puede utilizar para controlar la temperatura del líquido en el segundo tambor de vaporación instantánea 472, asi como la cantidad de enfriamiento en el segundo intercambiador de calor 470.
Desde el segundo tambor de vaporación instantánea 472, una corriente de refrigerante liquido 476 se puede hacer fluir a través de una tercera válvula de expansión 478, y evaporar instantáneamente en un tercer intercambiador de calor 480, que se puede utilizar para enfriar adicionalmente la corriente de producto 413. Un acumulador de gas 482 alimenta la corriente de refrigerante de vapor resultante 484 a un compresor de primera etapa 486. La corriente de refrigerante de vapor de presión mediana resultante 488 se combina con la corriente de refrigerante de vapor 490 del segundo tambor de vaporación instantánea 472, y la corriente combinada se alimenta a un compresor de segunda etapa 492. La corriente de refrigerante de vapor de alta presión resultante 494 se combina con la mezcla de refrigerante de vapor 496 del primer tambor de vaporación instantánea 462, y la corriente combinada se alimenta a un compresor de tercera etapa 497. La corriente de refrigerante de vapor de alta presión resultante 498 se hace fluir a través de un intercambiador de calor 499, en el cual se puede enfriar adicionalmente a través del intercambio de calor indirecto con agua de enfriamiento. La corriente de refrigerante liquido resultante 448 luego se puede hacer fluir en el acumulador 450.
Se va a entender que el diagrama de flujo de proceso de la Fig.4 no se propone para indicar que el sistema de enfriamiento en cascada 400 está para incluir todos los componentes mostrados en la Fig.4. Además, el sistema de enfriamiento en cascada 400 puede incluir cualquier número de componentes adicionales no mostrados en la Fig.4, dependiendo de los detalles de la implementación específica.
La Fig.5 es un diagrama de flujo de proceso de un sistema de refrigeración de expansión 500 para el control de punto de rocío de hidrocarburo. La condensación de hidrocarburos pesados, por ejemplo, C3-C6, en el gas natural dentro de los tubos puede dar por resultado el taponamiento liquido en las tuberías y la interrupción de las instalaciones receptoras de gas. Por lo tanto, el punto de rocío de hidrocarburos se puede reducir utilizando el sistema de refrigeración de expansión 500 con el fin de prevenir tal condensación.
Como se muestra en la Fig.5, una corriente de alimentación de gas natural deshidratado 502 se puede hacer fluir en un intercambiador de calor de gas/gas 504. Dentro del intercambiador de calor de gas/gas 504, la corriente de alimentación de gas natural deshidratado 502 se puede enfriar a través del intercambio de calor indirecto con una corriente de gas natural de baja temperatura 506. La corriente de gas natural resultante 508 se puede hacer fluir en un primer separador 510, que puede remover alguna cantidad de hidrocarburos pesados 512 de la corriente de gas natural 508. En varias modalidades, la remoción de los hidrocarburos pesados 512 de la corriente de gas natural 508 disminuye el punto de roció de la corriente de gas natural 508. Los hidrocarburos pesados removidos 512 se pueden hacer fluir fuera del sistema de refrigeración de expansión 500 a través de una primera válvula de salida 514. Por ejemplo, los hidrocarburos pesados 512 se pueden hacer fluir desde el sistema de refrigeración de expansión 500 a un estabilizador (no mostrado).
La corriente de gas natural 508 luego se puede hacer fluir en un expansor 516. En varias modalidades, el expansor 516 es un turbo-expansor , que es una turbina de flujo centrífugo o axial. La expansión de la corriente de gas natural 508 dentro del expansor 516 puede proporcionar energía para impulsar un compresor 518, que está acoplado al expansor 516 por la vía de un árbol 520.
Desde el expansor 516, la corriente de gas natural de baja temperatura resultante 506 se puede hacer fluir en un segundo separador 522, que puede remover cualquiera de los hidrocarburos pesados restantes 512 de la corriente de gas natural de baja temperatura 506. En varias modalidades, la remoción de los hidrocarburos pesados 512 de la corriente de gas natural de baja temperatura 506 además disminuye el punto de rocío de la corriente de gas natural de baja temperatura 506. Los hidrocarburos pesados removidos 512 luego se pueden hacer fluir fuera del sistema de refrigeración de expansión 500 a través de una segunda válvula de salida 524.
La corriente de gas natural de baja temperatura 506 se puede hacer fluir desde el segundo separador 522 al intercambiador de calor de gas/gas 504, que puede incrementar la temperatura de la corriente de gas natural de baja temperatura 506, produciendo una corriente de gas natural de alta temperatura 526. La corriente de gas natural de alta temperatura 526 luego se puede hacer fluir a través del compresor 518, que puede regresar la presión de la corriente de gas natural 526 a la presión del gas de ventas aceptable. La corriente de gas natural de punto de rocío disminuido, final 528 luego se puede hacer fluir fuera del sistema de refrigeración de expansión 500.
En una modalidad, un sistema de enfriamiento, por ejemplo, utilizando un refrigerante de fluorocarburo y un refrigerante de nitrógeno, se pueden utilizar para además el enfriamiento del proceso. Este enfriamiento se puede implementar al colocar un intercambiador de calor 530 en la corriente de gas natural 508 o la corriente de gas natural de baja temperatura 506, corriente arriba del segundo separador 522. Un líquido refrigerante 532 se puede evaporar instantáneamente a través de una válvula de expansión 534, a través del enfriador 530. El vapor refrigerante resultante 536 luego se puede regresar al sistema refrigerante. El enfriamiento puede permitir la remoción de una cantidad mucho más alta de hidrocarburos condensables, tales como C3s y más altos. Además, en algunas modalidades, el intercambiador de calor 530 se coloca corriente arriba del expansor 516, con un separador ubicado entre el intercambiador de calor 530 y el expansor 516 para prevenir a los líquidos de que fluyan en el expansor 516.
Se va a entender que el diagrama de flujo de proceso de la Fig. 5 no propone para indicar que el sistema de refrigeración de expansión 500 está para incluir todos los componentes mostrados en la Fig.5. Además, el sistema de refrigeración de expansión 500 puede incluir cualquier número de componentes adicionales no mostrados en la Fig. 5, dependiendo de los detalles de la implementación específica. Por ejemplo, en algunas modalidades, el sistema de refrigeración de expansión 500 se implementa dentro de un sistema de enfriamiento en cascada que incluye dos sistemas de refrigeración de fluorocarburo corriente arriba de un sistema de refrigeración de nitrógeno. En tales modalidades, el líquido refrigerante 532 que se evapora instantáneamente a través de una válvula de expansión 534 y se hace fluir a través del enfriador 530 es un refrigerante de fluorocarburo de uno de los sistemas de refrigeración de fluorocarburo o un refrigerante de nitrógeno del sistema de refrigeración de nitrógeno.
La Fig.6 es un diagrama de flujo de proceso de un sistema de refrigeración de expansión 600 para producción de NGL. En varias modalidades, la extracción de NGL se puede realizar para recuperar NGLs, que incluyen cualquier número de diferentes hidrocarburos pesados, a partir de una corriente de gas natural. La extracción de NGL puede ser deseable debido al hecho de que los NGLs son frecuentemente de valor más grande para propósitos diferentes como un combustible de calentamiento gaseoso.
Una corriente de alimentación de gas natural seco 602 se puede hacer fluir en un intercambiador de calor de gas/gas 604 de un sistema de deshidratación. Dentro del intercambiador de calor de gas/gas 604, la corriente de alimentación de gas natural seco 602 se puede enfriar a través del intercambio de calor indirecto con una corriente de gas natural de baja temperatura 606. La corriente de gas natural resultante 608 se puede hacer fluir en un separador 610, que puede remover una porción de NGLs 612 de la corriente de gas natural 608. Los NGLs removidos 612 se pueden hacer fluir del separador 610 a un desetanizador o desmetanizador 614.
La corriente de gas natural 608 luego se puede hacer fluir en un expansor 616. En varias modalidades, el expansor 616 es un turbo-expansor. La expansión de la corriente de gas natural 608 dentro del expansor 616 puede proporcionar energía para impulsar un compresor 618, que se acopla al expansor 616 por la vía de un árbol 620. Además, la temperatura de la corriente de gas natural 608 se puede reducir por la vía de la expansión adiabática a través de una válvula de Joule-Thomson 622.
Desde el expansor 616, la corriente de gas natural de baja temperatura resultante 606 se puede hacer fluir en el desetanizador o desmetanizador 614. Dentro del desetanizador o desmetanizador 614, los NGLs pueden ser separados de la corriente de gas natural 606 y se pueden hacer fluir fuera del desetanizador o desmetanizador 614 como una corriente de producto NGL 624. La corriente de producto NGL 624 luego se puede bombear fuera del sistema de refrigeración de expansión 600 por la vía de una bomba 626.
El desetanizador o desmetanizador 614 se puede acoplar a un intercambiador de calor 628. En algunas modalidades, el intercambiador de calor 628 es una caldera 628 que se puede utilizar para calentar una porción de una corriente de fondo 630 del desetanizador o desmetanizador 614 por la vía del intercambio de calor indirecto dentro de un fluido de alta temperatura 632. La corriente de fondos calentada 630 luego se puede reinyectar en el desetanizador o desmetanizador 614.
La separación de la corriente de producto NGL 624 de la corriente de gas natural 606 dentro del desetanizador o desmetanizador 614 puede dar por resultado la producción de una corriente de gas natural de baja temperatura que se puede hacer fluir fuera del desetanizador o desmetanizador 614 como una corriente de la parte de arriba 634. La corriente de la parte de arriba 634 se puede hacer fluir en un intercambiador de calor 636, que puede disminuir la temperatura de la corriente de la parte de arriba 634 a través del intercambio de calor indirecto con un refrigerante 638, tal como un refrigerante de fluorocarburo o un refrigerante de nitrógeno. La disminución de la temperatura puede conducir a la condensación de algunos de los vapores. La corriente de la parte de arriba 634 luego se puede separar dentro de un recipiente de separación 640 para producir la corriente de gas natural de baja temperatura 606 y una corriente de fondo liquida 642. La corriente de fondo 642 se puede bombear nuevamente en el desetanizador o desmetanizador 614, por la vía de una bomba 644, formando una corriente recielada.
La corriente de gas natural de baja temperatura 606 luego se puede hacer fluir a través del intercambiador de calor de gas/gas 604. La temperatura de la corriente de gas natural de baja temperatura 506 se puede incrementar dentro del intercambiador de calor de gas/gas 604, produciendo una corriente de gas natural de alta temperatura 646. La corriente de gas natural de alta temperatura 646 luego se puede hacer fluir a través del compresor 618, que puede incrementar la presión de la corriente de gas natural 646. En algunas modalidades, la corriente de gas natural de alta temperatura 646 también se hace fluir a través de un segundo compresor 648, que puede incrementar la presión de la corriente de gas natural 646 a la presión del gas de ventas aceptable. La corriente de producto de gas natural 650 luego se puede hacer fluir fuera del sistema de refrigeración de expansión 600.
Se va a entender que el diagrama de flujo de proceso de la Fig.6 no se propone para indicar que el sistema de refrigeración de expansión 600 está para incluir todos los componentes mostrados en la Fig.6. Además, el sistema de refrigeración de expansión 600 puede incluir cualquier número de componentes adicionales no mostrados en la Fig. 6, dependiendo de los detalles de la implementación especifica. Por ejemplo, en algunas modalidades, el sistema de refrigeración de expansión 600 se implementa dentro de un sistema de enfriamiento en cascada que incluye dos sistemas de refrigeración de fluorocarburo corriente arriba de un sistema de refrigeración de nitrógeno. En tales modalidades, el refrigerante 638 que se utiliza dentro del intercambiador de calor 636 es un refrigerante de fluorocarburo de uno de los sistemas de refrigeración de fluorocarburo o un refrigerante de nitrógeno del sistema de refrigeración de nitrógeno.
La Fig.7 es un diagrama de flujo de proceso de un sistema de producción del LNG 700. Como se muestra en la Fig. 7, el LNG 702 se puede producir a partir de una corriente de gas natural 704 utilizando un número de diferentes sistemas de refrigeración. Como se muestra en la Fig.7, una porción de la corriente de gas natural 704 se puede separar de la corriente de gas natural 704 antes de la entrada en el sistema de producción del LNG 700, y se puede utilizar como una corriente de gas combustible 706. La corriente de gas natural restante 704 se puede hacer fluir en un sistema de procesamiento de gas natural inicial 708. Dentro del sistema de procesamiento de gas natural 708, la corriente de gas natural 704 se puede purificar y enfriar. Por ejemplo, la corriente de gas natural 704 se puede enfriar utilizando un primer refrigerante de fluorocarburo 710, un segundo refrigerante de fluorocarburo 712 y un refrigerante de nitrógeno de alta presión 714. El enfriamiento de la corriente de gas natural 704 puede dar por resultado la producción del LNG 702.
Dentro del sistema de producción del LNG 700, los hidrocarburos pesados 716 se puede remover de la corriente de gas natural 704, y una porción de los hidrocarburos pesados 716 se puede utilizar para producir gasolina 718 dentro de un sistema de procesamiento de hidrocarburo pesado 720. Además, cualquier gas natural residual 722 que se separa de los hidrocarburos pesados 716 durante la producción de la gasolina 718 se puede regresar a la corriente de gas natural 704.
El LNG producido 702 puede incluir alguna cantidad de nitrógeno 724. Por lo tanto, el LNG 702 se puede hacer fluir a través de una NRU 726. El NRU 726 separa el nitrógeno 724 del LNG 702, produciendo el producto del LNG final.
Se va a entender que el diagrama de flujo de proceso de la Fig.7 no se propone para indicar que el sistema de producción de LNG 700 está para incluir todos los componentes mostrados en la Fig.7. Además, el sistema de producción del LNG 700 puede incluir cualquier número de componentes adicionales no mostrados en la Fig.7 o diferentes ubicaciones para los enfriadores de refrigerante de fluorocarburo dentro del proceso, dependiendo de los detalles de la implementación especifica. Por ejemplo, cualquier número de sistemas de refrigeración alternativos también se pueden utilizar para producir el LNG 702 a partir de la corriente de gas natural 704. Además, cualquier número de sistemas de refrigeración diferentes se pueden utilizar en combinación para producir el LNG 702.
Sistemas para la Producción del LNG Las Figs.8A y 8B son diagramas de flujo de proceso de un sistema de enfriamiento en cascada 800. El sistema de enfriamiento en cascada 800 se puede utilizar para la producción del LNG, y se puede implementar dentro de un sistema de procesamiento de hidrocarburo. El sistema de enfriamiento en cascada 800 puede operar en bajas temperaturas, por ejemplo, abajo de aproximadamente -18°C, o abajo de aproximadamente -29°C, o abajo de aproximadamente -40°C. Además, el sistema de enfriamiento · en cascada 800 puede emplear más de un refrigerante y proporcionar refrigeración en múltiples temperaturas.
El sistema de enfriamiento en cascada 800 puede incluir un primer sistema de refrigeración de fluorocarburo 802, como se muestra en la Fig.8A, que puede utilizar un primer refrigerante de fluorocarburo, tal como R-410A. El sistema de enfriamiento en cascada 800 también puede incluir un segundo sistema de refrigeración de fluorocarburo 804, como se muestra en la Fig. 8B, que puede utilizar un segundo refrigerante de fluorocarburo, tal como R-508B. Además, el sistema de enfriamiento en cascada 800 puede incluir un sistema de refrigeración de nitrógeno 806, como se muestra en la Fig. 8B.
Una corriente de gas natural 808 se puede hacer fluir a través de un enfriador 810, que pre-enfria la corriente de gas natural 808 por la vía del intercambio de calor indirecto con un fluido de enfriamiento. La corriente de gas natural 808 luego se puede hacer fluir en una junta de tubo 812 dentro del sistema de enfriamiento en cascada 800. La junta de tubo 812 se puede configurar para separar la corriente de gas natural 808 en tres corrientes de gas natural separadas. Una primera corriente de gas natural se puede hacer fluir en el primer sistema de refrigeración de fluorocarburo 802 por la vía de la línea 814, mientras que una segunda corriente de gas natural y una tercera corriente de gas natural se pueden hacer fluir en el sistema discutido con respecto a la Fig.9 por la via de las lineas 816 y 818, respectivamente.
La corriente de gas natural se puede hacer fluir en el primer sistema de refrigeración de fluorocarburo 802 en la preparación para el enfriamiento de la corriente de gas natural. La corriente de gas natural se puede enfriar al ser pasada a través de una serie de intercambiadores de calor 820, 822 y 824 dentro del primer sistema de refrigeración de fluorocarburo 802. Los intercambiadores de calor 820, 822 y 824 también pueden ser referidos como evaporadores, enfriadores o cajas frías. La corriente de gas natural se puede enfriar dentro de cada uno de los intercambiadores de calor 820, 822 y 824 a través del intercambio de calor indirecto con un refrigerante de fluorocarburo circulante. El refrigerante de fluorocarburo puede ser un hidrofluorocarburo, tal como R-410A o R-404A, o cualquier otro tipo adecuado de refrigerante de fluorocarburo.
El refrigerante de fluorocarburo se puede circular continuamente a través del primer sistema de refrigeración de fluorocarburo 802, que puede preparar continuamente el refrigerante de fluorocarburo para la entrada en cada uno de los intercambiadores de calor 820, 822 y 824. El refrigerante de fluorocarburo puede salir del primer intercambiador de calor 820 por la vía de la línea 826 como un refrigerante de fluorocarburos de vapor.. El refrigerante de fluorocarburo de vapor se puede combinar con el refrigerante de fluorocarburo de vapor adicional dentro de dos juntas de tubos 828 y 829. El vapor luego se hace fluir a través de un compresor 830 para incrementar la presión del refrigerante de fluorocarburo de vapor, produciendo un refrigerante de fluorocarburo de vapor supercalentado. El refrigerante de fluorocarburo de vapor supercalentado se hace fluir a través de un condensador 832, que puede enfriar y condensar el refrigerante de fluorocarburo de vapor supercalentado, produciendo un refrigerante de fluorocarburo liquido.
El refrigerante de fluorocarburo líquido se puede hacer fluir a través de una válvula de expansión 834, que disminuye la temperatura y la presión del refrigerante de fluorocarburo líquido. Esto puede dar por resultado la evaporación instantánea del refrigerante de fluorocarburo líquido, produciendo una mezcla del refrigerante de fluorocarburo líquido y un -refrigerante de fluorocarburo de vapor. El refrigerante de fluorocarburo líquido y el refrigerante de fluorocarburo de vapor se pueden hacer fluir en un primer tambor de evaporación instantánea 836 por la vía de la línea 838. Dentro del primer tambor de evaporación instantánea 836, el refrigerante de fluorocarburo líquido se puede separar del refrigerante de fluorocarburo de vapor.
El refrigerante de fluorocarburo de vapor se puede hacet fluir en el primer tambor de evaporación instantánea 836 a la junta de tubo 828 por la vía de la línea 839. El refrigerante de fluorocarburo líquido se puede hacer fluir en una junta de tubo 840, que puede separar el refrigerante de fluorocarburo líquido en dos corriente de refrigerante de fluorocarburo líquido separadas. Una corriente de refrigerante de fluorocarburo líquido se puede hacer fluir a través del primer intercambiador de calor 820, parcial o completamente evaporado instantáneamente a vapor, y regresado a la junta de tubo 828 por la vía de la línea 826. La otra corriente de refrigerante de fluorocarburo líquido se puede hacer fluir a un segundo tambor de evaporación instantánea 842 por la vía de la línea 844. La línea 844 también puede incluir una válvula de expansión 846 que estrangula la corriente de refrigerante de fluorocarburo líquido para controlar el flujo de la corriente de refrigerante de fluorocarburo líquido en el segundo tambor de evaporación instantánea 842. La estrangulación de la corriente de refrigerante de fluorocarburo líquido dentro de la válvula de expansión 846 puede dar por resultado la evaporación instantánea de la corriente de refrigerante de fluorocarburo líquido, produciendo una mezcla de refrigerante de fluorocarburo tanto de vapor como líquido.
El segundo tambor de evaporación instantánea 842 puede separar el refrigerante de fluorocarburo de vapor del refrigerante de fluorocarburo líquido. El refrigerante de fluorocarburo de vapor se puede ha.cer fluir en una junta de tubo 848 por la vía de la línea 850. La junta de tubo 848 puede combinar el refrigerante de fluorocarburo de vapor con refrigerante de fluorocarburo de vapor recuperado del segundo intercambiador de calor 822. El refrigerante de fluorocarburo de vapor luego se puede hacer fluir en otra junta de tubo 852. La junta de tubo 852 puede combinar el refrigerante de fluorocarburo de vapor con el refrigerante de fluorocarburo de vapor recuperado del tercer intercambiador de calor 824. El refrigerante de fluorocarburo de vapor combinado se puede comprimir dentro de un compresor 854 y hacer fluir en la junta de tubo 829 por la vía de la línea 856 para ser combinado con el vapor del tambor de evaporación instantánea 836 y el intercambiador de calor 820.
El refrigerante de fluorocarburo líquido se puede hacer fluir desde el segundo tambor de evaporación instantánea 842 a una junta de tubo 858, que puede separar el refrigerante de fluorocarburo liquido en dos corrientes de refrigerante de fluorocarburo líquido separadas. Una corriente de refrigerante de fluorocarburo líquido se puede hacer fluir a través del segundo intercambiador de calor 822 y regresar la junta de tubo 848 por la vía de la línea 860. La otra corriente de refrigerante de fluorocarburo líquido se puede hacer fluir a través del tercer intercambiador de calor 824 por la vía de la línea 862. La línea 862 también puede incluir una válvula de expansión 864 que permite que el refrigerante de fluorocarburo liquido se evapore instantáneamente y, de esta manera, disminuye la presión y temperatura, de la corriente de refrigerante de fluorocarburo liquido a medida que fluye en el tercer intercambiador de calor 824. Desde el tercer intercambiador de calor 824, la corriente de refrigerante de fluorocarburo liquido se puede comprimir dentro de un compresor 866 y enviar a la junta de tubo 852 por la via de la linea 868.
En varias modalidades, un refrigerante de fluorocarburo del segundo sistema de refrigeración de fluorocarburo 804 se pre-enfria dentro del primer sistema de refrigeración de fluorocarburo 802. Por ejemplo, el refrigerante de fluorocarburo del segundo refrigerante de fluorocarburo se puede preenfriar al ser fluido a través del primer intercambiador de calor 820. El refrigerante de fluorocarburo puede ser un hidrofluorocarburo, tal como R-508B, o cualquier otro tipo adecuado de fluorocarburo. El refrigerante de fluorocarburo se puede hacer fluir del segundo sistema de refrigeración de fluorocarburo 804 al primer intercambiador de calor 820 por la via de la linea 870.
Después de que la corriente de gas natural se ha enfriado progresivamente dentro de cada uno de los intercambiadores de calor 820, 822 y 824, está se hace fluir en el segundo sistema de refrigeración de fluorocarburo 804, como se muestra en la Fig.8B, por la via de la linea 874. El segundo sistema de refrigeración de fluorocarburo 804 puede incluir un cuarto intercambiador de calor 876 y un quinto intercambiador de calor 878, que además puede enfriar la corriente de gas natural utilizando el refrigerante de fluorocarburo.
El refrigerante de fluorocarburo se puede circular continuamente a través del segundo sistema de refrigeración 804, que prepara el refrigerante de fluorocarburo para la entrada en cada uno de los intercambiadores de calor 876 y 878. El refrigerante de fluorocarburo puede salir del cuarto intercambiador de calor 876 como una corriente de refrigerante de fluorocarburo de vapor. La corriente de refrigerante de fluorocarburo de vapor se puede combinar con otra corriente de refrigerante de fluorocarburo de vapor dentro de una junta de tubo 880, y se puede combinar con todavía otra corriente de refrigerante de fluorocarburo de vapor del quinto intercambiador de calor 878 dentro de otra junta de tubo 882. La corriente de refrigerante de fluorocarburo de vapor luego se puede hacer fluir a través de un compresor 884, que puede incrementar la presión de la corriente de refrigerante de fluorocarburo de vapor, produciendo una corriente de refrigerante de fluorocarburo supercalentado. La corriente de refrigerante de fluorocarburo supercalentado luego se puede hacer fluir a través de una junta de tubo 886 y otro compresor 888, que además puede incrementar la presión de la corriente de refrigerante de fluorocarburo supercalentado.
La corriente de refrigerante de fluorocarburo supercalentado se puede hacer fluir a través de un enfriador de gas 890. El enfriador de gas 890 puede enfriar la corriente del refrigerante de fluorocarburo supercalentado, produciendo una corriente de refrigerante de fluorocarburo de vapor frió. En algunos casos, si la corriente de refrigerante de fluorocarburo de vapor está abajo de la temperatura ambiental, la corriente de refrigerante de fluorocarburo de vapor no se puede hacer fluir a través del enfriador de gas 890. La corriente de refrigerante de fluorocarburo liquido luego se puede hacer fluir a través del primer intercambiador de calor 820 dentro del primer sistema de refrigeración de fluorocarburo 802 por la vía de la linea 870.
Una vez que la corriente de refrigerante de fluorocarburo ha pasado a través del primer intercambiador de calor 820, la corriente de refrigerante de fluorocarburo puede entrar a un tercer tambor de evaporación instantánea 892 dentro del segundo sistema de refrigeración de fluorocarburo 804 por la vía de la linea 894. La linea 894 puede incluir una válvula de expansión 896 que controla el flujo de la corriente de refrigerante de fluorocarburo en el tercer tambor de evaporación instantánea 892. La válvula de expansión 896 puede reducir la temperatura y presión de la corriente de refrigerante de fluorocarburo, dando por resultado la evaporación instantánea de la corriente de refrigerante de fluorocarburo en tanto una corriente de refrigerante de fluorocarburo de vapor como una corriente de refrigerante de fluorocarburo liquido.
La corriente de refrigerante de fluorocarburo de vapor y la corriente de refrigerante de fluorocarburo liquido se pueden evaporar instantáneamente en el tercer tambor de evaporación instantánea 892, que puede separar la corriente de refrigerante de fluorocarburo de vapor de la corriente de refrigerante de fluorocarburo liquido. La corriente de refrigerante de fluorocarburo de vapor se puede hacer fluir en la junta de tubo 886 por la via de la linea 898. La corriente de refrigerante de fluorocarburo liquido se puede hacer fluir desde el tercer tambor de evaporación instantánea 892 a un cuarto de tambor de evaporación instantánea 904 por la via de la linea 906. La linea 906 puede incluir una válvula de expansión 908 que controla el flujo de la corriente de refrigerante de fluorocarburo en el cuarto tambor de evaporación instantánea 904. La válvula de expansión 908 además puede reducir la temperatura y presión de la corriente de refrigerante de fluorocarburo, dando por resultado la evaporación instantánea de la corriente de refrigerante de fluorocarburo en tanto una corriente de refrigerante de fluorocarburo de vapor como una corriente refrigerante de fluorocarburo liquido.
La corriente de refrigerante de fluorocarburo liquido se puede hacer fluir desde el cuarto tambor de evaporación instantánea 904 a una junta de tubo 910, que puede separar la corriente de refrigerante de fluorocarburo liquido en dos corrientes de refrigerante de fluorocarburo líquido separadas. Una corriente de refrigerante de fluorocarburo líquido se puede hacer fluir a través del cuarto intercambiador de calor 876 y regresar la junta de tubo 880 por la vía de la línea 912. La otra corriente de refrigerante de fluorocarburo líquido se puede hacer fluir a través del quinto intercambiador de calor 878 por la vía de la línea 914. La línea 914 también puede incluir un válvula de expansión 916 que controla el flujo de la corriente de refrigerante de fluorocarburo líquido en el quinto intercambiador de calor 878, por ejemplo, al permitir que la corriente de refrigerante de fluorocarburo se evapore instantáneamente, disminuyendo la temperatura y creando una corriente de refrigerante de fluorocarburo de vapor y una corriente de refrigerante de fluorocarburo líquido. Desde el quinto intercambiador de calor 878, la corriente de refrigerante de fluorocarburo de vapor resultante se puede comprimir dentro de un compresor 918 y luego se puede hacer fluir en la junta de tubo 882 para ser recirculada.
Después de que la corriente de gas natural se ha enfriado dentro de los intercambiadores de calor 876 y 878 a través del intercambio de calor indirecto con la corriente de refrigerante de fluorocarburo, la corriente de gas natural se puede hacer fluir en el sistema de refrigeración de nitrógeno 806 por la via de la línea 920. En varias modalidades, una corriente de refrigerante de nitrógeno del sistema de refrigeración de nitrógeno 806 se preenfría al ser fluida a través de cada uno de los intercambiadores de calor 820, 822, 824 y 876. La corriente de refrigerante de nitrógeno se puede hacer fluir desde el sistema de refrigeración de nitrógeno 806 a los intercambiadores de calor 820, 822, 824 y 876 por la vía de la línea 921.
Dentro del sistema de refrigeración de nitrógeno 806, la corriente de gas natural se puede enfriar dentro de un sexto intercambiador de calor 922 por la vía del intercambio de calor indirecto con la corriente de refrigerante de nitrógeno. La corriente de refrigerante de nitrógeno se puede circular continuamente a través del sistema de refrigeración de nitrógeno 806, que prepara la corriente de refrigerante de nitrógeno para la entrada en el sexto intercambiador de calor 922. El refrigerante de nitrógeno se puede hacer fluir a través del sexto intercambiador de calor 922 como dos corrientes de refrigerante de nitrógeno separadas. Desde el sexto intercambiador de calor 922, las corrientes de refrigerante de nitrógeno se pueden combinar dentro de una junta de tubo 924.
La corriente de refrigerante de nitrógeno combinada se puede hacer fluir a través de un séptimo intercambiador de calor 926 por la vía de la línea 928. Dentro del séptimo intercambiador de calor 926, la corriente de refrigerante de nitrógeno puede proporcionar enfriamiento para una corriente de refrigerante de nitrógeno de alta presión que está fluyendo en la dirección opuesta. Desde el séptimo intercambiador de calor 926, la corriente de refrigerante de nitrógeno se puede comprimir dentro de un primer compresor 930, enfria dentro de un primer enfriador 932, comprimir dentro de un segundo compresor 934 y enfriar dentro de un segundo enfriador 936. La corriente de refrigerante de nitrógeno a alta presión resultante luego se puede hacer fluir en una junta de tubo 938, que puede separar la corriente de refrigerante de nitrógeno de alta presión en dos corrientes de refrigerante de nitrógeno de alta presión separadas.
Desde la junta de tubo 938, una corriente de refrigerante de nitrógeno de alta presión se puede hacer fluir a través de los intercambiadores de calor 820, 822, 824 y 876 por la vía de la linea 921. En la salida del cuarto intercambiador de calor 876, la corriente de refrigerante de nitrógeno se puede expandir dentro de un expansor 940, generando potencia, y fluir a través del sexto intercambiador de calor 922 para proporcionar enfriamiento para la corriente de gas natural.
La otra corriente de refrigerante de nitrógeno a alta presión se puede hacer fluir desde la junta de tubo 938 a través de un tercer compresor 942, un tercer enfriador 944 y el séptimo intercambiador de calor 926. La corriente de refrigerante de nitrógeno de alta presión luego se puede expandir dentro de un expansor 946, generando potencia, y fluir a través del sexto intercambiador de calor 922 para proporcionar enfriamiento para la corriente de gas natural. La potencia generada en los expansores 940 y 946 se puede utilizar para generar electricidad o para impulsar todos, algunos (o parte) de los compresores 930, 934 o 942.
La Fig.9 es un diagrama de flujo de proceso de un sistema 900 que incluye una NRU 902. El sistema 900 se puede ubicar corriente abajo del sistema de enfriamiento en cascada 800, y se puede implementar dentro del mismo sistema de procesamiento de hidrocarburo como el sistema de enfriamiento en cascada 800.
Una vez que la corriente de gas natural se ha enfriado dentro del sistema de refrigeración de nitrógeno 806, la corriente de gas natural puede estar en la forma de LNG. La corriente de LNG se puede hacer fluir en el sistema 900 por la vía de la linea 948. Específicamente, la corriente de LNG se puede hacer fluir en una junta de tubo 950, que puede combinar la corriente de LNG de la línea 948 con la corriente de gas natural de la línea 816. El enfriamiento inicial de la corriente de gas natural de la línea 816 se puede realizar dentro de un octavo intercambiador de calor 952 antes de fluir la corriente de gas natural en la junta de tubo 950.
Desde la junta de tubo 950, la corriente de LNG se puede hacer fluir en la NRU 902 para remover el nitrógeno en exceso de la corriente de LNG. Específicamente, la corriente de LNG se puede hacer fluir en una caldera 954, que puede disminuir una temperatura de la corriente de LNG. La corriente del LNG enfriada se puede expandir dentro de una turbina de expansión hidráulica 956 y luego hacer fluir a través de una válvula de expansión 958, que disminuye la temperatura y presión de la corriente de LNG.
La corriente de LNG se puede hacer fluir en una columna de fraccionamiento criogénico 960, tal como una torre NRU, dentro de la NRU 902. Además, el calor se puede transferir a la columna de fraccionamiento criogénico 960 desde la caldera 954 por la vía de la línea 962. La columna de fraccionamiento criogénico 960 puede separar el nitrógeno de la corriente de LNG por la vía de un proceso de destilación criogénico. Una corriente de la parte de arriba se puede hacer fluir fuera de la columna de fraccionamiento criogénico 960 por la vía de la línea 964. La corriente de la parte de arriba puede incluir principalmente metano, nitrógeno y otros gases de bajo punto de ebullición no condensables, tal como helio, que se ha separado de la corriente de LNG.
En algunas modalidades, la corriente de la parte de arriba se hace fluir en un condensador de la parte de arriba (no mostrado), que puede separar cualquier líquido dentro de la corriente de la parte de arriba y regresarlo a la columna de fraccionamiento criogénico 960 como reflujo. Esto puede dar por resultado la producción de una corriente de vapor, una corriente de combustible que incluye principalmente metano y otra corriente de vapor que incluye principalmente gases de bajo punto de ebullición. La corriente de combustible se puede hacer fluir a través del octavo intercambiador de calor 952 por la vía de la linea 964. Dentro del octavo intercambiador de calor 952, la temperatura de la corriente de combustible de vapor se puede incrementar por la vía del intercambio de calor indirecto con la corriente de gas natural, produciendo una corriente de combustible de vapor. La corriente de combustible de vapor se puede combinar con otras corrientes de combustible de vapor dentro de una junta de tubo 966. La corriente de combustible de vapor combinada luego se puede comprimir y enfriar dentro de una serie de compresores 968, 970 y 972 y enfriadores 974, 976, 978. La corriente de combustible de vapor resultante se puede combinar con la corriente de gas natural de la línea 818, que puede ser una corriente de combustible de vapor de la corriente de gas natural 808, dentro de una junta de tubo 980. La corriente de combustible de vapor luego se puede hacer fluir fuera del sistema 900 como combustible 982 por la vía de la línea 984.
La corriente de fondo que se produce dentro de la columna de fraccionamiento criogénico 960 incluye principalmente LNG con pequeñas cantidades de nitrógeno. La corriente de LNG se puede hacer fluir en el tanque de LNG 986 por la vía de la linea 988. La linea 988 puede incluir una válvula 990 que se utiliza para controlar el flujo de la corriente de LNG en el tanque de LNG 986. El tanque de LNG 986 puede almacenar la corriente de LNG durante cualquier periodo de tiempo. El gas de ebullición generado dentro del tanque de LNG 986 se puede hacer fluir a la junta de tubo 966 por la vía de la linea 992. En cualquier punto en el tiempo, la corriente de LNG final 994 se puede transportar a un carro tanque de LNG 996 utilizando una bomba 998, para el transporte a los mercados. El gas de ebullición adicional 999 generado mientras que se carga de la corriente de LNG final 944 en el carro tanque de LNG 996 se puede recuperar en el sistema de enfriamiento en cascada sistema 800.
Se va a entender que los diagramas de flujo de proceso de las Figs.8A, 8B y 9 no se proponen para indicar que el sistema de enfriamiento en cascada 800 o el sistema 900 está para incluir todos los componentes mostrados en las Figs.8A, 8B o 9. Además, el sistema de enfriamiento en cascada 800 o el sistema 900 pueden incluir cualquier número de componentes adicionales no mostrados en las Figs. 8A, 8B o 9, respectivamente, dependiendo de los detalles de la implementación especifica. En varias modalidades, los intercambiadores de calor 820, 822, 824, 876, 878 y 922 incluyen tubos de tipo de alta velocidad de convección. El uso de tales tubos de tipo de alta velocidad de convección puede reducir el tamaño del equipo y el inventario del refrigerante que se utiliza para proporcionar enfriamiento dentro de los intercambiadores de calor 820, 822, 824, 876, 878 y 922. Además, cualquiera de los intercambiadores de calor 820, 822, 824, 876, 878, 922 o 926 se pueden incluir dentro de una unidad de tipo enrollada en espiral o una unidad de tipo de aluminio con latón.
En varias modalidades, los compresores 830, 854, 866, 888, 884, 918, 930, 934, 942, 968, 972 y 976 son compresores de tipo centrifugo. Con el fin de reducir la pérdida de refrigerante en la atmósfera, cada compresor 830, 854, 866, 888, 884, 918, 930, 934, 942, 968, 972 y 976 también puede incluir un recuperador o un sistema de recuperación de gas hermético con sello.
Las Figs.10A y 10B son diagramas de flujo de proceso de otro sistema de enfriamiento en cascada 1000. El sistema de enfriamiento en cascada 1000 puede ser una versión modificada del sistema de enfriamiento en cascada 800 de las Figs.8A y 8B. Similar a los artículos numerados que son como es descrito con respecto a las Figs.8A y 8B. El sistema de enfriamiento en cascada 1000 se puede implementar dentro de un sistema de procesamiento de hidrocarburo.
El sistema de enfriamiento en cascada 1000 puede incluir un primer sistema de refrigeración de fluorocarburo 1002, como se muestra en la Fig.10?, que puede utilizar un primer refrigerante de fluorocarburo, tal como R-410A. El sistema de enfriamiento en cascada 1000 también puede incluir un segundo sistema de refrigeración de fluorocarburo 1004, como se muestra en la Fig.10B, que puede utilizar un segundo refrigerante de fluorocarburo, tal como R-508B. Además, el sistema de enfriamiento en cascada 1000 puede incluir un sistema de refrigeración de nitrógeno 1006, como se muestra en la Fig.10B.
El primer sistema de refrigeración de fluorocarburo 1002 de la fig.10A puede ser similar al primer sistema de refrigeración de fluorocarburo 802 de la Fig.8A. Sin embargo, el sistema el primer sistema de refrigeración de fluorocarburo 1002 de la fig.10A puede incluir un segundo intercambiador de calor 1008 y un tercer intercambiador de calor 1010 en lugar de los intercambiadores de calor 822, 824 dentro del primer sistema de refrigeración de fluorocarburo 802 de la Fig.8A.
Dentro del primer sistema de refrigeración de fluorocarburo 1002, un refrigerante de fluorocarburo del segundo sistema de refrigeración de fluorocarburo 1004 se preenfría, se condensa y se sub-enfría al ser fluido a través de los intercambiadores de calor 820, 1008 y 1010 respectivamente. El refrigerante de fluorocarburo puede ser un hidrofluorocarburo, tal como R-508B o cualquier otro tipo adecuado de fluorocarburo. El refrigerante de fluorocarburo se puede hacer fluir desde el segundo sistema de refrigeración de fluorocarburo 1004 a los intercambiadores de calor 820, 1008 y 1010 dentro del primer sistema de refrigeración de fluorocarburo 1002 por la via de la línea 870. De esta manera, el primer sistema de refrigeración de fluorocarburo 1002 de la Fig. 10A puede proporcionar un grado más grande de preenfriamiento y menos compresión del segundo refrigerante de fluorocarburo que el primer sistema de refrigeración de fluorocarburo 802 de la Fig.8A, puesto que el refrigerante de fluorocarburo se hace fluir a través de todos los tres intercambiadores de calor 802, 1008 y 1010.
La corriente de gas natural se enfría progresivamente dentro de cada uno de los intercambiadores de calor 820, 1008 y 1010. La corriente de gas natural enfriada luego se hace fluir en el segundo sistema de refrigeración de fluorocarburo 1004, como se muestra en la Fig.lOB, por la vía de la línea 874. El segundo sistema de refrigeración de fluorocarburo 1004 puede incluir el cuarto intercambiador de calor 876 y un quinto intercambiador de calor 1012, que además puede enfriar la corriente de gas natural utilizando el refrigerante de fluorocarburo.
El refrigerante de fluorocarburo se puede circular continuamente a través del segundo sistema de refrigeración 1004, que prepara el refrigerante de fluorocarburo para la entrada en cada uno de los intercambiadores de calor 876 y 1012. El refrigerante de fluorocarburo puede salir del cuarto intercambiador de calor 876 como una corriente de refrigerante de fluorocarburo de vapor. La corriente de refrigerante fluorocarburo de vapor se puede combinar con otra corriente de refrigerante de fluorocarburo de vapor dentro de la junta de tubo 880, y se puede combinar con otra corriente de refrigerante de fluorocarburo de vapor desde el quinto intercambiador de calor 1012 dentro de la junta de tubo 882. La corriente de refrigerante de fluorocarburo de vapor luego se puede hacer fluir a través de un compresor 884, que puede incrementar la presión de la corriente de refrigerante de fluorocarburo de vapor. El vapor luego se puede hacer fluir a través del primer intercambiador de calor 820 dentro del primer sistema de refrigeración de fluorocarburo 1002 por la vía de la línea 870.
Una vez que la corriente de refrigerante de fluorocarburo ha pasado a través de los intercambiadores de calor 820, 1008 y 1010, la corriente de refrigerante de fluorocarburo puede entrar a un tercer tambor de evaporación instantánea 1013 dentro del segundo sistema de refrigeración de fluorocarburo 1004 por la vía de la línea 1014. La línea 1014 puede incluir la válvula de expansión 908, que controla el flujo de la corriente de refrigerante de fluorocarburo en el tercer tambor de evaporación instantánea 1013. La válvula de expansión 908 puede reducir la temperatura y presión de la corriente de refrigerante de fluorocarburo, dando por resultado la evaporación instantánea de la corriente de refrigerante de fluorocarburo en tanto una corriente de refrigerante de fluorocarburo de vapor como una corriente de refrigerante de fluorocarburo liquido.
La corriente de refrigerante de fluorocarburo de vapor y la corriente de refrigerante de fluorocarburo liquido se puede evaporar instantáneamente en el tercer tambor de evaporación instantánea 1013, que puede separar en la corriente de refrigerante de fluorocarburo de vapor de la corriente de refrigerante de fluorocarburo liquido. La corriente de refrigerante de fluorocarburo de vapor se puede hacer fluir en la junta de tubo 880 por la vía de la línea 1016. La corriente de refrigerante de fluorocarburo líquido se puede hacer fluir desde el tercer tambor de evaporación instantánea 1013 a la junta de tubo 910, que puede separar la corriente de refrigerante de fluorocarburo líquido en dos corrientes de refrigerante de fluorocarburo líquido separadas. Una vez que la corriente de refrigerante de fluorocarburo líquido se puede hacer fluir a través del cuarto intercambiador de calor 876 y regresar a la junta de tubo 880 por la vía de la línea 912. La otra corriente de refrigerante de fluorocarburo líquido se puede hacer fluir a través del quinto intercambiador de calor 1012 por la vía de la línea 914. La línea 914 también puede incluir un válvula de expansión 916 que controla el flujo de la corriente de refrigerante de fluorocarburo líquido en el quinto intercambiador de calor de 1012, por ejemplo, al permitir que la corriente de refrigerante de fluorocarburo se evapore instantáneamente, disminuyendo la temperatura y creando una corriente de refrigerante de fluorocarburo de vapor y una corriente de refrigerante de fluorocarburo líquido. Desde el quinto intercambiador de calor 1012, la corriente de refrigerante de fluorocarburo de vapor resultante se puede comprimir dentro del compresor 918 y luego hacer fluir en la junta de tubo 882 para ser recirculado.
Después de que la corriente de gas natural se ha enfriado dentro de los intercambiadores de calor 876 y 878 a través del intercambio de calor indirecto con la corriente de refrigerante de fluorocarburo, la corriente de gas natural se puede hacer fluir en el sistema de refrigeración de nitrógeno 1006 por la vía de la linea 920. En varias modalidades, una corriente de refrigeralnte de nitrógeno del sistema de refrigeración de nitrógenlo 1006 se preenfría a ser fluida a través de cada uno de los intercambiadores de calor 820, 1008, 1010, 876 y 1012. La corrilente de refrigerante de nitrógeno se puede hacer fluir del sisltema de refrigeración de nitrógeno 1006 a los intercambiadorels de calor 820, 1008, 1010, 876 y 1012 por la vía de la línea 921.
Dentro del sistema de refrigeración de nitrógeno 1006, la corriente de gas natural se puede enfriar dentro de un sexto intercambiador de calor 1018 por la vía del intercambio de calor indirecto con la corriente de refrigerante de nitrógeno. La corriente de refrigerante de nitrógeno se puede circular continuamente a través del sistema de refrigeración de nitrógeno 1006, que prepara la corriente de refrigerante de nitrógeno para la entrada en el sexto intercambiador de calor 1018.
Desde el sexto intercambiador de calor 1018, la corriente de refrigerante de nitrógeno se puede combinar con otra corriente de refrigerante de nitrógeno dentro de una junta de tubo 1020. La corriente de refrigerante de nitrógeno combinada se puede hacer fluir a través del séptimo intercambiador de calor 926 por la via de la línea 928. Dentro del séptimo intercambiador de calor 926, la corriente de refrigerante de nitrógeno puede proporcionar enfriamiento para una corriente de refrigerante de nitrógeno de alta presión que está fluyendo en la dirección opuesta. Desde el séptimo intercambiador de calor 926, la corriente de refrigerante de nitrógeno se puede comprimir dentro del primer compresor 930, enfriar con el primer enfriador 932, comprimir dentro del segundo compresor 934, enfriar dentro del segundo enfriador 936, comprimir dentro de un tercer compresor 1022 y enfriar dentro de un tercer enfriador 1024. La corriente de refrigerante de nitrógeno de alta presión resultante luego se puede hacer fluir en una junta de tubo 1026, que puede separar la corriente de refrigerante de nitrógeno de alta presión en dos corrientes de refrigerante de nitrógeno de alta presión separadas.
Desde la junta de tubo 1026, una corriente de refrigerante de nitrógeno de alta presión se puede hacer fluir a través de los intercambiadores de calor 820, 1008, 1010, 876 y 1012 por la via de la linea 921. En la salida del quinto intercambiador de calor 1012, la corriente de refrigerante de nitrógeno se puede expandir dentro de un expansor 1028, generando potencia, y fluido en la junta de tubo 1020 para ser combinado con la corriente de refrigerante de nitrógeno que sale del sexto intercambiador de calor 1018.
La otra corriente de refrigerante de nitrógeno de alta presión se puede hacer fluir desde la junta de tubo 1026 a través del séptimo intercambiador de calor 926. La corriente de refrigerante de nitrógeno de alta presión luego se puede expandir dentro de un expansor 1030, que genera potencia y se hace fluir a través del sexto intercambiador de calor 1018 para proporcionar enfriamiento para la corriente de gas natural. La potencia generada en los expansores 1028 y 1030 se puede utilizar para generar electricidad o para inducir parte de los compresores 930, 934 o 1022.
Una vez que la corriente de gas natural se ha enfriado dentro del sistema de refrigeración.de nitrógeno 1006, la corriente de gas natural puede estar en la forma de LNG. La corriente de LNG se puede hacer fluir en el sistema 900 de la Fig. 9 por la vía de la linea 948. Dentro del sistema 900, el nitrógeno se puede remover del LNG dentro de la NRU 902, y la corriente de LNG final de 994 se puede obtener, como es discutido con respecto a la Fig.9.
La Fig.10C es un diagrama de flujo de proceso de una modalidad alternativa del sistema de enfriamiento en cascada 1000 con un sistema de refrigeración de nitrógeno simplificado 1032. Como se muestra en la Fig.10C, las juntas de tubo 1020 y 1026, el séptimo intercambiador de calor 926, el expansor 1030 y los enfriadores 932 y 936 no se incluyen dentro del sistema de refrigeración de nitrógeno 1032. Además, el primer compresor 930 y el segundo compresor 934 se combinan en una sola unidad, es decir, el compresor 1134. En tales modalidades, la corriente de refrigerante de nitrógeno completa se hace fluir a través de los intercambiadores de calor 820, 1008, 1010, 876 y 1012 por la via de la linea 921. De esta manera, tal modalidad simplifica el diseño del sistema de enfriamiento en cascada 1000. La potencia generada en el expansor 1028 se puede utilizar para generar electricidad o para impulsar parte de los compresores 1022 u 1134.
Se va a entender que los diagramas de flujo de proceso de las Figs.10A, 10B y 10C no se proponen para indicar que el sistema de enfriamiento en cascada 1000 está para incluir todos los componentes mostrados en las Figs.10A, 10B y 10C. Además, el sistema de enfriamiento en cascada 1000 puede incluir cualquier número de componentes adicionales no mostrados en las Figs.10A, 10B y 10C, dependiendo de los detalles de la implementación especifica.
Las Figs.11A y 11B son diagramas de flujo de proceso de otro sistema de enfriamiento en cascada 1100. El sistema de enfriamiento en cascada 1100 puede ser una versión modificada de los sistemas de enfriamiento en cascada 800 y 1000 de las Figs. 8A, 8B, 10A, 10B y 10C, respectivamente. Los artículos numerados similares son como es descrito con respecto a las Figs. 8A, 8B, 10A, 10B y 10C. El sistema de enfriamiento en cascada 1100 se puede implementar dentro de un sistema de procesamiento de hidrocarburo.
El sistema de enfriamiento en cascada 1100 puede incluir un primer sistema de refrigeración de fluorocarburo 1102, como se muestra en la Fig.11A, que puede utilizar un primer refrigerante de fluorocarburo, tal como R-410A. El sistema de enfriamiento en cascada 1100 también puede incluir un segundo sistema de refrigeración de fluorocarburo 1104, como se muestra en la Fig.11B, que puede utilizar un segundo refrigerante de fluorocarburo, tal como R-508B.
La Fig.11C es un diagrama de flujo de proceso de un sistema de autorrefrigeración 1105 que se imple enta dentro del mismo sistema de procesamiento de hidrocarburo como el sistema de enfriamiento en cascada 1100 de las Figs. 11A y 11B. los artículos numerados similares son como son descritos con respecto a las Figs.8A, 8B, 9, 10A, 10B, 10C, HA y 11B. El sistema de autorrefrigeración 1105 se puede utilizar para producir LNG a partir de la corriente de gas natural. Además, el sistema de autorrefrigeración 1105 puede incluir una NRU 1106 para remover nitrógeno de la corriente de gas natural.
Una corriente de gas natural 808 se puede hacer fluir a través del enfriador 810, que pre-enfría la corriente de gas natural 808 por la vía del intercambio de calor indirecto con un fluido de enfriamiento. La corriente de gas natural 808 luego se puede hacer fluir en la junta de tubo 812 dentro del sistema de enfriamiento en cascada 1100. La junta de tubo 812 se puede configurar para separar la corriente de gas natural 808 en tres corrientes de gas natural separadas. Una primera corriente de gas natural se puede hacer fluir en una junta de tubo 1107 por la vía de la línea 814, mientras que una segunda corriente de gas natural y una tercera corriente de gas natural se pueden hacer fluir en el sistema de autorrefrigeración 1105 por la vía de las líneas 816 y 818, respectivamente.
Dentro de la junta de tubo 1107, la corriente de gas natural se puede combinar con una corriente recielada de metano que se regresa del sistema de autorrefrigeración 1105 por la vía de la línea 1108. La corriente de gas natural combinada luego se puede hacer fluir en el primer sistema .de refrigeración de fluorocarburo 1102 en la preparación para el enfriamiento de la corriente de gas natural. La corriente de gas natural se puede enfriar al ser pasada a través de una serie de intercambiadores de calor 1110, 822 y 824 dentro del primer sistema de refrigeración de fluorocarburo 1102. La corriente de gas natural se puede enfriar dentro de cada uno de los intercambiadores de calor 1110, 822 y 824 a través del intercambio de calor indirecto con un refrigerante de fluorocarburo circulante, como es discutido con respecto a la Fig. 8A.
La corriente de gas natural enfriada luego se hace fluir en el segundo sistema de refrigeración de fluorocarburo 1104, como se muestra en la Fig.11B, por la via de la linea 874. El segundo sistema de refrigeración de fluorocarburo 1104 puede incluir un cuarto intercambiador de calor 1112 y un quinto intercambiador de calor 1114, que además puede enfriar la corriente de gas natural utilizando el refrigerante de fluorocarburo.
El refrigerante de fluorocarburo se puede circular continuamente a través del segundo sistema de refrigeración 1104, que prepara el refrigerante de fluorocarburo para la entrada en cada uno de los intercambiadores de calor 1112 y 1114. El refrigerante de fluorocarburo puede salir del cuarto intercambiador de calor 1112 como una corriente de refrigerante de fluorocarburo de vapor. La corriente de refrigerante de fluorocarburo de vapor se puede combinar con otra corriente de refrigerante de fluorocarburo de vapor dentro de la junta de tubo 880, y se puede combinar con otra corriente de refrigerante de fluorocarburo de vapor desde el quinto intercambiador de calor 1114 dentro de la junta de tubo 882. La corriente de refrigerante de fluorocarburo de vapor luego se puede hacer fluir a través de un compresor 884, que puede incrementar la presión de la corriente de refrigerante de fluorocarburo de vapor. El vapor luego se puede hacer fluir a través del primer intercambiador de calor 1110 dentro del primer sistema de refrigeración de fluorocarburo 1102 por la vía de la linea 870.
Una vez que la corriente de refrigerante de fluorocarburo ha pasado a través de los intercambiadores de calor 1110, 822 y 824, la corriente de refrigerante de fluorocarburo puede entrar al tercer tambor de evaporación instantánea 1013 dentro del segundo sistema de refrigeración de fluorocarburo 1104 por la via de la linea 1014. La linea 1014 puede incluir la válvula de expansión 908, que controla el flujo de la corriente de refrigerante de fluorocarburo en el tercer tambor de evaporación instantánea 1013. La válvula de expansión 908 puede reducir la temperatura y presión de la corriente de refrigerante de fluorocarburo, dando por resultado la evaporación instantánea de la corriente de refrigerante de fluorocarburo en tanto una corriente de refrigerante de fluorocarburo de vapor como una corriente de refrigerante de fluorocarburo liquido.
La corriente de refrigerante de fluorocarburo de vapor y la corriente de refrigerante de fluorocarburo liquido se pueden evaporar instantáneamente en el tercer tambor de evaporación instantánea 1013, que puede separar la corriente de refrigerante de fluorocarburo de vapor de la corriente de refrigerante de fluorocarburo liquido. La corriente de refrigerante de fluorocarburo de vapor se puede hacer fluir en la junta de tubo 880 por la vía de la linea 1016. La corriente de refrigerante de fluorocarburo líquido se puede hacer fluir desde el tercer tambor de evaporación instantánea 1013 a la junta de tubo 910, que puede separar la corriente de refrigerante de fluorocarburo líquido en dos corrientes de refrigerante de fluorocarburo liquido separadas. Una corriente de refrigerante de fluorocarburo líquido se puede hacer fluir a través del cuarto intercambiador de calor 1112 y regresar a la junta de tubo 880 por la vía de la línea 912. La otra corriente de refrigerante de fluorocarburo líquido se puede hacer fluir a través del quinto intercambiador de calor 1114 por la via de la línea 914. La línea 914 también puede incluir una válvula de expansión 916 que controla el flujo de la corriente de refrigerante de fluorocarburo líquido en el quinto intercambiador de calor 1114, por ejemplo, al permitir que la corriente de refrigerante de fluorocarburo se evapore instantáneamente, disminuyendo la temperatura y creando una corriente de refrigerante de fluorocarburo de vapor y una corriente de refrigerante de fluorocarburo liquido. Desde el quinto intercambiador de calor 1114, la corriente de refrigerante de fluorocarburo de vapor resultante se puede comprimir dentro del compresor 918 y luego hacer fluir en la junta de tubo 882 para ser recirculada.
Después de que la corriente de gas natural se ha enfriado dentro de los intercambiadores de calor 1112 y 1114 a través del intercambio de calor indirecto con la corriente de refrigerante de fluorocarburo, la corriente de gas natural se puede hacer fluir en el sistema de autorrefrigeración 1105 por la via de la linea 1116. Más específicamente, la corriente de gas natural se puede hacer fluir en un sexto intercambiador de calor 1118 dentro del sistema de autorrefrigeración 1105. Dentro del sexto intercambiador de calor 1118, la corriente de gas natural se puede enfriar por la vía del intercambio de calor indirecto con una corriente de gas natural de menor temperatura que fluye en la dirección opuesta.
Desde el sexto intercambiador de calor 1118, la corriente de gas natural se puede hacer fluir en una junta de tubo 1120, que separa la corriente de gas natural en dos corrientes de gas natural separadas. Una corriente de gas natural se puede hacer fluir a través de una válvula de expansión 1122, que puede disminuir la temperatura y presión de la corriente de gas natural. La corriente de gas natural de baja temperatura luego se puede hacer fluir en el sexto intercambiador de calor 1118 por la vía de la linea 1124, y se puede utilizar para el enfriamiento de la corriente de gas natural dentro del sexto intercambiador de calor 1118. Desde el sexto intercambiador de calor 1118, la corriente de gas natural se puede hacer fluir en una junta de tubo 1126, en la cual se puede combinar con otra corriente de gas natural. La corriente de gas natural combinada se puede comprimir dentro de un compresor 1128 y luego hacer fluir en la junta de tubo 1107 dentro del primer sistema de refrigeración de fluorocarburo 1102.
Desde la junta de tubo 1120, la otra corriente de gas natural se puede hacer fluir en una junta de tubo adicional 1130, en la cual se puede combinar con otra corriente de gas natural. La corriente de gas natural combinada se puede hacer fluir en la NRU 1106 para remover el nitrógeno en exceso de la corriente de gas natural. Específicamente, la corriente de gas natural se puede hacer fluir en la caldera 954, que puede disminuir la temperatura de la corriente de gas natural. La corriente de gas natural enfriada se puede expandir dentro de la turbina de expansión hidráulica 986 y luego hacer fluir a través de la válvula de expansión 988, que disminuye la temperatura y presión de la corriente de gas natural.
La corriente de gas natural se puede hacer fluir en la columna de fraccionamiento criogénico 960 dentro de la NRU 1106. Además, el calor se puede transferir a la columna de fraccionamiento criogénico 960 desde la caldera 954 por la vía de la línea 962. La columna de fraccionamiento criogénico 960 puede separar el nitrógeno de la corriente de gas natural por la vía de un proceso de destilación criogénico. Una corriente de la parte de arriba se puede hacer fluir fuera de la columna de fraccionamiento criogénico 960 por la vía de la línea 964. La corriente de la parte de arriba puede incluir principalmente metano, nitrógeno y otros gases de bajo punto de ebullición o no condensables, tal como helio, que se. ha separado de la corriente de gas natural.
En algunas modalidades, la corriente de la parte de arriba se hace fluir en un condensador de la parte de arriba 1132, que puede separar cualquier líquido dentro de la corriente de la parte de arriba y regresarlo a la columna de fraccionamiento criogénico 960 como reflujo por la vía de la línea 1134. Esto puede dar por resultado la producción de una corriente de vapor, una corriente de combustible que incluye principalmente metano y otra corriente de vapor que incluye principalmente gases de bajo punto de ebullición. La corriente de combustible se puede hacer fluir a través de un séptimo intercambiador de calor 1136 por la vía de la línea 964. Dentro del séptimo intercambiador de calor 1136, la temperatura de la corriente de combustible de vapor se puede incrementar por la via del intercambio de calor indirecto con la corriente de gas natural de la linea 816, que produce una corriente de combustible de vapor. La corriente de combustible de vapor se puede comprimir y enfriar dentro de una serie de compresores 1138 y 1140 y enfriadores 1142 y 1144. La corriente de combustible de vapor resultante se puede combinar con la corriente de gas natural de la linea 818, que puede ser una corriente de combustible de vapor de la corriente de gas natural 808, dentro de la junta de tubo 980. La corriente de combustible de vapor luego se puede hacer fluir fuera del sistema de autorrefrigeración 1105 como combustible 982 por la via de la linea 984.
La corriente de fondos que se produce dentro de la columna de fraccionamiento criogénico 960 incluye principalmente el LNG con cantidades pequeñas de nitrógeno. La corriente de fondos se puede hacer fluir a través del condensador de la parte de arriba 1132 por la via de la linea 1146. La linea 1146 también puede incluir una válvula de expansión 1148 que controla el flujo de la corriente de fondos en el condensador de la parte de arriba 1132. La corriente de fondos se puede utilizar como refrigerante para el condensador de la parte de arriba 1132.
Desde el condensador de la parte de arriba 1132, la corriente de fase mezclada resultante se puede hacer fluir en un primer tambor de evaporación instantánea 1150 por la via de la línea 1152. El primer tambor de evaporación instantánea 1150 puede separar la corriente de fase mezclada en una corriente de vapor que incluye principalmente gas natural y una corriente de LNG. La corriente de vapor se puede hacer fluir en una junta de tubo 1154. La junta de tubo 1154 puede combinar la corriente de vapor con otra corriente de vapor recuperada de un segundo tambor de evaporación instantánea 1156. Las corrientes de vapor combinadas se pueden hacer fluir en un compresor 1158 por la vía de la línea 1160. Desde el compresor 1158, la corriente de gas natural se puede hacer fluir en la junta de tubo 1126.
Desde el primer tambor de evaporación instantánea 1150, la corriente de LNG se puede hacer fluir en el segundo tambor de evaporación instantánea 1156 por la vía de la línea 1162. La línea 1162 puede incluir una válvula de expansión 1164 que controla el flujo de la corriente de LNG en el segundo tambor de evaporación instantánea 1156, permitiendo que una porción del líquido de la corriente de LNG se evapore instantáneamente, creando un sistema de fase mezclada que se hace fluir en el segundo tambor de evaporación instantánea 1156.
El segundo tambor de evaporación instantánea 1156 puede separar la corriente de fase mezclada en LNG y una corriente de vapor que incluye el gas natural. La corriente de vapor se puede hacer fluir en una junta de tubo 1166 por la vía de la línea 1168. La junta de tubo 1166 puede combinar la corriente de vapor con otra corriente de vapor recuperada de un tercer tambor de evaporación instantánea 1170. Las corrientes de vapor combinadas se pueden comprimir dentro de un compresor 1172 y hacer fluir en la junta de tubo 1154.
La corriente de LNG luego se puede hacer fluir en el tercer tambor de evaporación instantánea 1170 por la vía de la linea 1174. La linea 1174 puede incluir una válvula de expansión 1176 que controla el flujo de la corriente de LNG en el tercer tambor de evaporación instantánea 1170, permitiendo que una porción del liquido del LNG se evapore instantáneamente. El tercer tambor de evaporación instantánea 1170 puede reducir adicionalmente la temperatura y presión de la corriente de LNG tal que la corriente de LNG se aproxima a una temperatura y presión de equilibrio. La corriente de vapor producida se puede hacer fluir en una junta de tubo 1178, que puede combinar la corriente de vapor con el gas de ebullición recuperado de un tanque de LNG 1180. Las corrientes de vapor combinadas se pueden comprimir dentro de un compresor 1182 y hacer fluir en la junta de tubo 1166.
La corriente de LNG se puede hacer fluir en un tanque de LNG 1180 por la via de la linea 1184. El tanque de LNG 1180 puede almacenar la corriente de LNG durante cualquier periodo de tiempo. El gas de ebullición generado dentro del tanque de LNG 1180 se puede hacer fluir a la junta de tubo 1178 por la via de la linea 1186. En cualquier punto en el tiempo, la corriente de LNG final 994 se puede transportar a un carro tanque de LNG 996 utilizando una bomba 998, para el transporte a los mercados. El gas de ebullición adicional 999 generado mientras que se carga la corriente de LNG final 944 en el carro tanque de LNG 996 se puede recuperar en el sistema de enfriamiento en cascada 1100.
Se va a entender que los diagramas de flujo de proceso de las Figs.11A, 11B y 912 no se proponen para indicar que el sistema de enfriamiento en cascada 1100 o el sistema de autorrefrigeración 1105 está para incluir todos los componentes mostrados en las Figs.11A, 11B o 11C. Además, el sistema de enfriamiento en cascada 1100 o el sistema de autorrefrigeración 1105 puede incluir cualquier número de componentes adicionales no mostrados en las Figs.11A, 11B o 11C, respectivamente, dependiendo de los detalles de la implementación especifica.
Las presiones de las corrientes de refrigerante dentro de los sistemas de enfriamiento en cascada 800, 1000 y 1100 de las Figs. 8A y 8B; 10A, 10B y 10C; HA y 11B, respectivamente, puede variar considerablemente. En algunas modalidades, la presión de refrigerante más baja está ligeramente arriba de la presión atmosférica local, pero puede estar en un vacio. En otras modalidades, la presión de refrigerante más baja está entre alrededor de 7-9 psia. Esto disminuye la temperatura del refrigerante, incrementando la carga en los ·sistemas de refrigeración de fluorocarburo, pero reduciendo la carga en el sistema de refrigeración de nitrógeno o el sistema de autorrefrigeración de metano. En algunas modalidades, utilizando presiones sub-atmosféricas permite que el poder refrigerante se ha desplazado entre los diferentes sistemas de refrigeración de fluorocarburo, permitiendo el balance de carga y el uso de accionadores más operables. Por ejemplo, en algunos casos, los accionadores de refrigerante pueden ser idénticos para todos los sistemas de refrigeración de fluorocarburo y el sistema de refrigeración de nitrógeno. Método para Formación de LNG La Fig.12 es un diagrama de flujo de proceso de un método 1200 para la formación de LNG a partir de una corriente de gas natural. El método 1200 se puede implementar dentro de cualquier tipo adecuado de sistema de procesamiento de hidrocarburo. El método 1200 comienza en el bloque 1202, en el cual la corriente de gas natural se enfria en un primer sistema de refrigeración de fluorocarburo. El primer sistema de refrigeración de fluorocarburo puede ser un sistema de refrigeración mecánico, sistema de expansión de válvula, sistema de expansión de turbina o los similares. El primer sistema de refrigeración de fluorocarburo utiliza un primer refrigerante de fluorocarburo para enfriar la corriente de gas natural. El primer refrigerante de fluorocarburo puede ser, por ejemplo, un refrigerante de hidrofluorocarburo, tal como R-410A, o cualquier- otro tipo adecuado de refrigerante de fluorocarburo.
En varias modalidades, el primer refrigerante de fluorocarburo se comprime para proporcionar un primer refrigerante de fluorocarburo comprimido, y el primer refrigerante de fluorocarburo comprimido se enfria mediante el intercambio de calor indirecto con un fluido de enfriamiento. El primer refrigerante de fluorocarburo comprimido se puede expandir para enfriar el primer refrigerante de fluorocarburo comprimido, para de esta manera producir un primer refrigerante de fluorocarburo enfriado, expandido. El primer refrigerante de fluorocarburo enfriado, expendido se puede pasar a un área de intercambio de calor, que puede ser cualquier tipo adecuado del intercambiador de calor, tal como un enfriador o.evaporador. Además, la corriente de gas natural se puede comprimir y enfriar mediante el intercambio de calor indirecto con un fluido de enfriamiento externo. La corriente de gas natural luego se puede enfriar dentro del área de intercambio de calor utilizando el primer refrigerante de fluorocarburo enfriado, expandido.
El primer sistema de refrigeración de fluorocarburo también puede incluir cualquier número de etapas de refrigeración adicionales para enfriar la corriente de gas natural. Por ejemplo, el primer sistema de refrigeración de fluorocarburo puede ser un sistema de refrigeración de tres etapas que incluye tres áreas de intercambio de calor para enfriar la corriente de gas natural por la via del intercambio de calor indirecto con el primer refrigerante de fluorocarburo.
En el bloque 1204, la corriente de gas natural se enfria en un segundo sistema de refrigeración de fluorocarburo. El segundo sistema de refrigeración de fluorocarburo puede ser un sistema de refrigeración mecánico, sistema de expansión de válvula, sistema de expansión de turbina o los similares. El segundo sistema de refrigeración de fluorocarburo utiliza un segundo refrigerante de fluorocarburo para enfriar la corriente de gas natural. El segundo refrigerante de fluorocarburo puede ser, por ejemplo, un refrigerante de hidrofluorocarburo, tal como R-508B o cualquier otro tipo adecuado de refrigerante de fluorocarburo.
En varias modalidades, el segundo refrigerante de fluorocarburo se comprime para proporcionar un segundo refrigerante de fluorocarburo comprimido, y el segundo refrigerante de fluorocarburo comprimido se enfria mediante el intercambio de calor indirecto con un fluido de enfriamiento. El segundo refrigerante de fluorocarburo comprimido se puede expandir para enfriar el segundo refrigerante de fluorocarburo comprimido, para de esta manera producir un segundo refrigerante de fluorocarburo enfriado, expandido. El segundo refrigerante de fluorocarburo enfriado, expandido se puede pasar a un área de intercambio de calor, que puede ser cualquier tipo adecuado de intercambiador de calor, tal como un enfriador o evaporador. Además, la corriente de gas natural se puede comprimir y enfriar mediante el intercambio de calor indirecto con un fluido de enfriamiento externo. La corriente de gas natural luego se puede enfriar dentro del área de intercambio de calor utilizando el segundo refrigerante de fluorocarburo enfriado, expandido.
El segundo sistema de refrigeración de fluorocarburo también puede incluir cualquier número de etapas de refrigeración adicionales para enfriar la corriente de gas natural. Por ejemplo, el segundo sistema de refrigeración de fluorocarburo puede ser un sistema de refrigeración de dos etapas que incluye dos áreas de intercambio de calor para enfriar la corriente de gas natural por la vía del intercambio de calor indirecto con el segundo refrigerante de fluorocarburo. Además, el segundo refrigerante de fluorocarburo puede ser preenfriado dentro del primer sistema de refrigeración de fluorocarburo. Esto se puede realizar al hacer fluir el segundo refrigerante de fluorocarburo a través de las áreas de intercambio de calor dentro del primer sistema de refrigeración de fluorocarburo, por ejemplo.
En el bloque 1206, la corriente de gas natural es licuada para formar LNG en un sistema de refrigeración de nitrógeno. Un refrigerante de nitrógeno se puede utilizar para licuar la corriente de gas natural dentro del sistema de refrigeración de nitrógeno. El refrigerante de nitrógeno se puede mantener en una fase de gas dentro del sistema de refrigeración de nitrógeno. En varias modalidades, el nitrógeno se comprime y se enfria en una serie de compresores y enfriadores, se expande dentro de una turbina de expansión hidráulica para generar potencia y se reduce la temperatura del refrigerante de nitrógeno, y se hace fluir a través de un intercambiador de calor. Dentro del intercambiador de calor, el refrigerante de nitrógeno puede licuar la corriente de gas natural para producir LNG por la vía del intercambio de calor indirecto con la corriente de gas natural.
En el bloque 1208, el nitrógeno se remueve del LNG en una NRU. La NRU puede incluir una columna de fraccionamiento criogénico, tal como una torre NRU. El nitrógeno que se separa de LNG se puede hacer fluir fuera de la columna de fraccionamiento criogénico como una corriente de la parte de arriba, mientras que el LNG se puede hacer fluir fuera de la columna de fraccionamiento criogénico como una corriente de fondos. Además, una alimentación líquida del fondo de la unidad de rechazo de nitrógeno se puede utilizar para proporcionar enfriamiento a un condensador de reflujo en la parte superior de la unidad de rechazo de nitrógeno.
Se va a entender que el diagrama de flujo de proceso de la Fig.12 no se propone para indicar que las etapas del método 1200 van a ser ejecutadas en cualquier orden particular, o que todas las etapas van a ser- incluidas en cada caso. Además, cualquier número de etapas adicionales se pueden incluir dentro del método 1200, dependiendo de los detalles de la implementación específica.
La Fig.13 es un diagrama de flujo de proceso de otro método 1300 para la formación de LNG a partir de una corriente de gas natural. Los artículos numerados similares son como es descrito con respecto a la Fig.12. El método 1300 se puede implementar dentro de cualquier tipo adecuado de sistema de procesamiento de hidrocarburo. El método 1300 incluye el enfriamiento de una corriente de gas natural en un primer sistema de refrigeración de fluorocarburo en el bloque 1202 y el enfriamiento de la corriente de gas natural en un segundo sistema de refrigeración de fluorocarburo en el bloque 1204.
Además, en el bloque 1302, la corriente de gas natural se enfría para formar LNG en un sistema de autorrefrigeración de metano. El sistema de autorrefrigeración de metano puede incluir un número de válvulas de expansión y tambores de evaporación instantánea para el enfriamiento del gas natural. En algunas modalidades, el sistema de autorrefrigeración de metano es el sistema de autorrefrigeración 1105 discutido con respecto a la Fig.11C. además, en algunas modalidades, una unidad de rechazo de nitrógeno se ubica corriente arriba del sistema de autorrefrigeración de metano.
Se va a entender que el diagrama de flujo de proceso de la Fig.13 no se propone para indicar que las etapas del método 1300 van a ser ejecutadas en cualquier orden particular, o que todas las etapas van a ser incluidas en cada caso. Además, cualquier número de etapas adicionales se pueden incluir dentro del método 1300, dependiendo de los detalles de la implementación especifica.
Modalidades Las modalidades de la invención pueden incluir cualquiera de las combinaciones de los métodos y sistemas mostrados en los siguientes párrafos numerados. Esto no se va a considerar un listado completo de todas las modalidades posibles, ya que cualquier número de variaciones se puede contemplar de la descripción en la presente. 1. Un sistema de procesamiento de hidrocarburo para formación de un gas natural licuado (LNG), que incluye: un primer sistema de refrigeración de fluorocarburo configurado para enfriar un gas natural utilizando un primer refrigerante de fluorocarburo; un segundo sistema de refrigeración de fluorocarburo configurado para enfriar adicionalmente el gas natural utilizando un segundo refrigerante de fluorocarburo; un sistema de refrigeración de nitrógeno configurado para enfriar el gas natural utilizando un refrigerante de nitrógeno para producir LNG; y una unidad de rechazo de nitrógeno configurada para remover el nitrógeno de LNG. 2. El sistema de procesamiento de hidrocarburo del párrafo 1, en donde el primer sistema de refrigeración de fluorocarburo se configura para enfriar el segundo refrigerante de fluorocarburo del segundo sistema de refrigeración de fluorocarburo. 3. El sistema de procesamiento de hidrocarburo de cualquiera de los párrafos 1 o 2, en donde el primer sistema de refrigeración de fluorocarburo o el segundo sistema de refrigeración de fluorocarburo, o ambos, se configura para enfriar el refrigerante de nitrógeno del sistema de refrigeración de nitrógeno. 4. El sistema de procesamiento de hidrocarburo de cualquiera de los párrafos 1-3, en donde el primer sistema de refrigeración de fluorocarburo o el segundo sistema de refrigeración de fluorocarburo, o ambos, incluye múltiples ciclos de enfriamiento. 5. El sistema de procesamiento de hidrocarburo de cualquiera de los párrafos 1-4, en donde el sistema de refrigeración de nitrógeno incluye un número de intercambiadores de calor configurados para permitir el enfriamiento del gas natural por la via de un intercambio de calor indirecto entre el gas natural y el refrigerante de nitrógeno. 6. El sistema de procesamiento de hidrocarburo de cualquiera de los párrafos 1-5, en donde el primer sistema de refrigeración de fluorocarburo incluye: un compresor configurado para comprimir el primer refrigerante de fluorocarburo para proporcionar un primer refrigerante de fluorocarburo comprimido; un enfriador configurado para enfriar el primer refrigerante de fluorocarburo comprimido mediante el intercambio de calor indirecto con un fluido de enf iamiento; una válvula configurada para expandir el primer refrigerante de fluorocarburo comprimido para enfriar el primer refrigerante de fluorocarburo comprimido, para de esta manera producir un primer refrigerante de fluorocarburo enfriado; y un intercambiador de calor configurado para enfriar el gas natural por la via del intercambio de calor indirecto con el primer refrigerante de fluorocarburo enfriado. 7. El sistema de procesamiento de hidrocarburo de cualquiera de los párrafos 1-6, en donde el segundo sistema de refrigeración de fluorocarburo incluye: un compresor configurado para comprimir el segundo refrigerante de fluorocarburo para proporcionar un segundo refrigerante de fluorocarburo comprimido; un enfriador configurado para enfriar el segundo refrigerante de fluorocarburo comprimido mediante el intercambio de calor indirecto con un fluido de enfriamiento; una válvula configurada para expandir el segundo refrigerante de fluorocarburo comprimido para enfriar el segundo refrigerante de fluorocarburo comprimido, para de esta manera producir un segundo refrigerante de fluorocarburo enfriado; y un intercambiador de calor configurado para enfriar el gas natural por la via del intercambio de calor indirecto con el segundo refrigerante de fluorocarburo enfriado. 8. El sistema de procesamiento de hidrocarburo de cualquiera de los párrafos 1-7, en donde el primer refrigerante de fluorocarburo incluye R-410A. 9. El sistema de procesamiento de hidrocarburo de cualquiera de los párrafos 1-8, en donde el segundo refrigerante de fluorocarburo incluye R-508B. 10. El sistema de procesamiento de hidrocarburo de cualquiera de los párrafos 1-9, en donde el primer refrigerante de fluorocarburo o el segundo refrigerante de fluorocarburo, o ambos, incluye un refrigerante no flamable, no tóxico. 11. El sistema de procesamiento de hidrocarburo de cualquiera de los párrafos 1-10, en donde el primer sistema de refrigeración de fluorocarburo o el segundo sistema de refrigeración de fluorocarburo, o ambos, incluye dos o más enfriadores y dos o más compresores. 12. El sistema de procesamiento de hidrocarburo de cualquiera de los párrafos 1-11, en donde el primer sistema de refrigeración de fluorocarburo y el segundo sistema de refrigeración de fluorocarburo se implementan en serie. 13. El sistema de procesamiento de hidrocarburo de cualquiera de los párrafos 1-12, en donde el refrigerante de nitrógeno está en una fase de gas. 14. El sistema de procesamiento de hidrocarburo de cualquiera de los párrafos 1-13, en donde el sistema de refrigeración de nitrógeno incluye dos o más enfriadores, dos o más expansores y dos o más compresores. 15. El sistema de procesamiento de hidrocarburo de cualquiera de los párrafos 1-14, en donde el sistema de procesamiento de hidrocarburo se configura para enfriar el gas natural para el control de punto de rocío del hidrocarburo. 16. El sistema de procesamiento de hidrocarburo de cualquiera de los párrafos 1-15, en donde el sistema de procesamiento de hidrocarburo se configura para enfriar el gas natural para la extracción líquida de gas natural. 17. El sistema de procesamiento de hidrocarburo de cualquiera de los párrafos 1-16, en donde el sistema de procesamiento de hidrocarburo se configura para separar metano y gases más ligeros del dióxido de carbono y gases más pesados. 18. El sistema de procesamiento de hidrocarburo de cualquiera de los párrafos 1-17, en donde el sistema de procesamiento de hidrocarburo ese configura para preparar hidrocarburos para el almacenamiento de producción de gas de petróleo licuado. 19. El sistema de procesamiento de hidrocarburo de cualquiera de los párrafos 1-18, en donde el sistema de procesamiento de hidrocarburo se configura para condensar una corriente de reflujo. 20. Un método para formación de un gas natural licuado (LNG), que incluye: enfriar un gas natural en un primer sistema de refrigeración de fluorocarburo; enfriar el gas natural en un segundo sistema de refrigeración de fluorocarburo; licuar el gas natural para formar el LNG en un sistema de refrigeración de nitrógeno; y remover el nitrógeno de LNG en una unidad de rechazo de nitrógeno. 21. El método del párrafo 20, que incluye enfriar un segundo refrigerante de fluorocarburo del segundo sistema de refrigeración de fluorocarburo dentro del primer sistema de refrigeración de fluorocarburo. 22. El método de cualquiera de los párrafos 20 o 21, que incluye enfriar un refrigerante de nitrógeno del sistema de refrigeración de nitrógeno dentro del primer sistema de refrigeración de fluorocarburo o el segundo sistema de refrigeración de fluorocarburo, o ambos. 23. El método de cualquiera de los párrafos 20-22, en donde el enfriamiento del gas natural en el primer sistema de refrigeración de fluorocarburo incluye: comprimir un primer refrigerante de fluorocarburo para proporcionar un primer refrigerante de fluorocarburo comprimido; opcionalmente enfriar el primer refrigerante de fluorocarburo comprimido mediante el intercambio de calor indirecto con un fluido de enf iamiento; expandir el primer refrigerante de fluorocarburo comprimido para enfriar el primer refrigerante de fluorocarburo comprimido, para de esta manera producir un primer refrigerante de fluorocarburo enfriado, expandido; pasar el primer refrigerante de fluorocarburo enfriado, expandió a una primera área de intercambio de calor; opcionalmente comprimir el gas natural; opcionalmente enfriar el gas natural mediante el intercambio de calor indirecto con un fluido de enfriamiento externo; y intercambiar con calor el gas natural con el primer refrigerante de fluorocarburo enfriado, expandido. 24. El método de cualquiera de los párrafos 20-23, en donde el enfriamiento del gas natural en el segundo sistema de refrigeración de fluorocarburo incluye: comprimir un segundo refrigerante de fluorocarburo para proporcionar un segundo refrigerante de fluorocarburo comprimido; opcionalmente enfriar el segundo refrigerante de fluorocarburo comprimido mediante el intercambio de calor indirecto con un fluido de enfriamiento; expandir el segundo refrigerante de fluorocarburo comprimido para enfriar el segundo refrigerante de fluorocarburo comprimido, para de esta manera producir un segundo refrigerante de fluorocarburo enfriado, expandido; pasar el segundo refrigerante de fluorocarburo enfriado, expandido a una primera área de intercambio de calor; opcionalmente comprimir el gas natural; opcionalmente enfriar el gas natural mediante el intercambio de calor indirecto con un fluido de enfriamiento externo; y intercambiar con calor el gas natural con el segundo refrigerante de fluorocarburo enfriado, expandido. 25 El método de cualquiera de los párrafos 20-24, que incluye mantener un refrigerante de nitrógeno del sistema de refrigeración de nitrógeno en una fase de gas utilizado una o más turbinas de expansión. 26. El método de cualquiera de los párrafos 20-25, que incluye enfriar el gas natural en el primer sistema de refrigeración de fluorocarburo o el segundo sistema de refrigeración de fluorocarburo, o ambos, utilizando dos o más etapas de refrigeración. 27. El método de cualquiera de los párrafos 20-26, que incluye licuar el gas natural en el sistema de refrigeración de nitrógeno utilizando una o más etapas de refrigeración. 28. El método de cualquiera de los párrafos 20-27, que incluye enfriar un primer refrigerante de fluorocarburo del primer sistema de refrigeración de fluorocarburo o un segundo refrigerante de fluorocarburo del segundo sistema de refrigeración de fluorocarburo, o ambos, utilizando un intercambiador de calor. 29. El método de cualquiera de los párrafos 20-28, que incluye enfriar un refrigerante de nitrógeno del sistema de refrigeración de nitrógeno utilizando un intercambiador de calor. 30. Un sistema de procesamiento de hidrocarburo para formación de un gas natural licuado (LNG), que incluye: un primer sistema de refrigeración configurado para enfriar un gas natural utilizando un primer refrigerante de fluorocarburo, en donde el primer sistema de refrigeración incluye un número de primeros intercambiadores de calor configurados para permitir el enfriamiento del gas natural por la vía de un intercambio de calor indirecto entre el gas natural y el primer refrigerante de fluorocarburo; un segundo sistema de refrigeración configurado para enfriar el gas natural utilizando un segundo refrigerante de fluorocarburo, en donde el segundo sistema de refrigeración incluye un número de segundos intercambiadores de calor configurados para permitir el enfriamiento del gas natural por la vía de un intercambio de calor indirecto entre el gas natural y el segundo refrigerante de fluorocarburo; un tercer sistema de refrigeración configurado para formar LNG a partir del gas natural utilizando un refrigerante de nitrógeno, en donde el tercer sistema de refrigeración incluye un número de terceros intercambiadores de calor configurados para permitir el enfriamiento del gas natural por la vía de un intercambio de calor indirecto entre el gas natural y el refrigerante de nitrógeno; y una unidad de rechazo de nitrógeno configurada para remover el nitrógeno de LNG. 31. El sistema de procesamiento de hidrocarburo del párrafo 30, en donde el refrigerante de nitrógeno está en una fase de gas. 32. El sistema de procesamiento de hidrocarburo de cualquiera de los párrafos 30 o 31, en donde los primeros intercambiadores de calor incluyen evaporadores configurados para enfriar el gas natural al por lo menos parcialmente vaporizar el primer refrigerante de fluorocarburo por la vía de una transferencia de calor desde el gas natural al primer refrigerante de fluorocarburo. 33. El sistema de procesamiento de hidrocarburo de cualquiera de los párrafos 30-32, en donde los segundos intercambiadores de calor incluyen evaporadores configurados para enfriar el gas natural al por lo menos vaporizar parcialmente el segundo refrigerante de fluorocarburo por la via de una transferencia de calor desde el gas natural al segundo refrigerante de fluorocarburo. 34. Un sistema de procesamiento de hidrocarburo para formación de un gas natural licuado (LNG), que incluye: un primer sistema de refrigeración de fluorocarburo configurado para enfriar un gas natural utilizando un primer refrigerante de fluorocarburo; un segundo sistema de refrigeración de fluorocarburo configurado para enfriar adicionalmente el gas natural utilizando un segundo refrigerante de fluorocarburo; y un sistema de autorrefrigeración de metano configurado para enfriar el gas natural para producir LNG. 35. El sistema de procesamiento de hidrocarburo del párrafo 34, que incluye una unidad de rechazo de nitrógeno corriente arriba del sistema de autorrefrigeración de metano. 36. El sistema de procesamiento de hidrocarburo de cualquiera de los párrafos 34 o 35, en donde el sistema de autorrefrigeración de metano incluye un número de válvulas de expansión y un número de tambores de evaporación instantánea.
Mientras que las presentes téenicas pueden ser susceptibles a varias modificaciones y formas alternativas, las modalidades discutidas en la presente se han mostrado únicamente a manera de ejemplo. Sin embargo, se debe entender nuevamente que las téenicas no se proponen para ser limitadas a las modalidades particulares descritas en la presente. En realidad, las presentes técnicas incluyen todas las alternativas, modificaciones y equivalentes que se encuentran dentro del espíritu verdadero y alcance de las reivindicaciones adjuntas

Claims (22)

REIVINDICACIONES
1. Un sistema de procesamiento de hidrocarburo para formación de un gas natural licuado (LNG), caracterizado porque comprende: un primer sistema de refrigeración de fluorocarburo configurado para enfriar un gas natural utilizando un primer refrigerante de fluorocarburo; un segundo sistema de refrigeración de fluorocarburo configurado para enfriar adicionalmente el gas natural utilizando un segundo refrigerante de fluorocarburo; un sistema de refrigeración de nitrógeno configurado para enfriar el gas natural utilizando un refrigerante de nitrógeno para producir el LNG; y una unidad de rechazo de nitrógeno configurada para remover el nitrógeno del LNG.
2. El sistema de procesamiento de hidrocarburo de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el primer sistema de refrigeración de fluorocarburo se configura para enfriar el segundo refrigerante de fluorocarburo del segundo sistema de refrigeración de fluorocarburo.
3. El sistema de procesamiento de hidrocarburo de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el primer sistema de refrigeración de fluorocarburo o el segundo sistema de refrigeración de fluorocarburo, o ambos, se configura para enfriar el refrigerante de nitrógeno del sistema de refrigeración de nitrógeno.
4. El sistema de procesamiento de hidrocarburo de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el primer sistema de refrigeración de fluorocarburo o el segundo sistema de refrigeración de fluorocarburo, o ambos, comprende múltiples ciclos de enfriamiento.
5. El sistema de procesamiento de hidrocarburo de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el sistema de refrigeración de nitrógeno comprende una pluralidad de intercambiadores de calor configurados para permitir el enfriamiento del gas natural por la via de un intercambio de calor indirecto entre el gas natural y el refrigerante de nitrógeno.
6. El sistema de procesamiento de hidrocarburo de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el primer sistema de refrigeración de fluorocarburo comprende: un compresor configurado para comprimir el primer refrigerante de fluorocarburo para proporcionar un primer refrigerante de fluorocarburo comprimido; un enfriador configurado para enfriar el primer refrigerante de fluorocarburo comprimido mediante el intercambio de calor indirecto con un fluido de enfriamiento; una válvula configurada para expandir el refrigerante de fluorocarburo comprimido para enfriar el primer refrigerante de fluorocarburo comprimido, para de esta manera producir un primer refrigerante de fluorocarburo enfriado; y un intercambiador de calor configurado para enfriar el gas natural por la vía del intercambio de calor indirecto con el primer refrigerante de fluorocarburo enfriado.
7. El sistema de procesamiento de hidrocarburo de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el segundo sistema de refrigeración de fluorocarburo comprende: un compresor configurado para comprimir el segundo refrigerante de fluorocarburo para proporcionar un segundo refrigerante de fluorocarburo comprimido; un enfriador configurado para enfriar el segundo refrigerante de fluorocarburo comprimido mediante el intercambio de calor indirecto con un fluido de enfriamiento; una válvula configurada para expandir el segundo refrigerante de fluorocarburo comprimido para enfriar el segundo refrigerante de fluorocarburo comprimido, para de esta manera producir un segundo refrigerante de fluorocarburo enfriado; y un intercambiador de calor configurado para enfriar el gas natural por la vía del intercambio de calor indirecto con el segundo refrigerante de fluorocarburo enfriado.
8. El sistema de procesamiento de hidrocarburo de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el primer refrigerante de fluorocarburo comprende R-410A.
9. El sistema de procesamiento de hidrocarburo de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el segundo refrigerante de fluorocarburo comprende R-508B.
10. El sistema de procesamiento de hidrocarburo de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el primer refrigerante de fluorocarburo o el segundo refrigerante de fluorocarburo, o ambos, comprende refrigerante no flamable, no tóxico.
11. El sistema de procesamiento de hidrocarburo de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el primer sistema de refrigeración de fluorocarburo o el segundo sistema de refrigeración de fluorocarburo, o ambos, comprende dos o más enfriadores y dos o más compresores.
12. El sistema de procesamiento de hidrocarburo de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el primer sistema de refrigeración de fluorocarburo y el segundo sistema de refrigeración de fluorocarburo se implementan en serie.
13. El sistema de procesamiento de hidrocarburo de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el refrigerante de nitrógeno está en una fase de gas.
14. El sistema de procesamiento de hidrocarburo de conformidad con reivindicación 1, caracterizado porque el sistema de refrigeración de nitrógeno comprende dos o más enfriadores, dos o más expansores y dos o más compresores.
15. Un método para formación de un gas natural licuado (LNG), caracterizado porque comprende: enfriar un gas natural en un primer sistema de refrigeración de fluorocarburo; enfriar el gas natural en un segundo sistema de refrigeración de fluorocarburo; licuar el gas natural para formar el LNG en un sistema de ref igeración de nitrógeno; y remover el nitrógeno de LNG en una unidad de rechazo de nitrógeno.
16. El método de conformidad con la reivindicación 15, caracterizado porque comprende enfriar un segundo refrigerante de fluorocarburo del segundo sistema de refrigeración de fluorocarburo dentro del primer sistema de refrigeración de fluorocarburo.
17. El método de conformidad con la reivindicación 15, caracterizado porque comprende enfriar un refrigerante de nitrógeno del sistema de refrigeración de nitrógeno dentro del primer sistema de refrigeración de fluorocarburo o el segundo sistema de refrigeración de fluorocarburo, o ambos.
18. El método de conformidad con la reivindicación 15, caracterizado porque el enfriamiento del gas natural en el primer sistema de refrigeración de fluorocarburo comprende: comprimir un primer refrigerante de fluorocarburo para proporcionar un primer refrigerante de fluorocarburo comprimido; opcionalmente enfriar el primer refrigerante de fluorocarburo comprimido mediante el intercambio de calor indirecto con un fluido de enfriamiento; expandir el primer refrigerante de fluorocarburo comprimido para enfriar el primer refrigerante de fluorocarburo comprimido, para de esta manera producir un primer refrigerante de fluorocarburo enfriado, expandido; pasar el primer refrigerante de fluorocarburo enfriado, expandido a una primera área de intercambio de calor; opcionalmente comprimir el gas natural; opcionalmente enfriar el gas natural mediante el intercambio de calor indirecto con un fluido de enfriamiento externo; e intercambiar el calor del gas natural con el primer refrigerante de fluorocarburo enfriado, expandido.
19. El método de conformidad con la reivindicación 15, caracterizado porque el enfriamiento del gas natural en el segundo sistema de refrigeración de fluorocarburo comprende: comprimir un segundo refrigerante de fluorocarburo para proporcionar un segundo refrigerante de fluorocarburo comprimido; opcionalmente enfriar el segundo refrigerante de fluorocarburo comprimido mediante el intercambio de calor indirecto con un fluido de enfriamiento; expandir el segundo refrigerante de fluorocarburo comprimido para enfriar el segundo refrigerante de fluorocarburo comprimido, para de esta manera producir un segundo refrigerante de fluorocarburo enfriado, expandido; pasar el segundo refrigerante de fluorocarburo enfriado, expandido a una primera área de intercambio de calor; opcionalmente comprimir el gas natural; opcionalmente enfriar el gas natural mediante el intercambio de calor indirecto con un fluido de enfriamiento externo; e intercambiar con calor el gas natural con el segundo refrigerante de fluorocarburo enfriado, expandido.
20. El método de conformidad con la reivindicación 15, caracterizado porque comprende mantener un refrigerante de nitrógeno del sistema de refrigeración de nitrógeno en una fase de gas utilizando una o más turbinas de expansión.
21. El método de conformidad con la reivindicación 15, caracterizado porque comprende enfriar el gas natural en el primer sistema de refrigeración de fluorocarburo o el segundo sistema de refrigeración de fluorocarburo, o ambos, utilizando dos o más etapas de refrigeración.
22. El método de conformidad con la reivindicación 15, caracterizado porque comprende licuar el gas natural en el sistema de refrigeración de nitrógeno utilizando una o más etapas de refrigeración.
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