MÉTODO Y APARATO PARA RECHAZO DE NITROGENO
BREVE DESCRIPCION DE LA INVENCION Esta invención se refiere a un método y a un aparato para rechazar nitrógeno de un chorro de gas de alimentación que comprende metano y nitrógeno para formar un producto de metano. Se conoce extraer gas natural de depósitos subterráneos. El gas natural con frecuencia contiene nitrógeno. El nitrógeno en parte o totalmente puede derivarse del nitrógeno que se ha inyectado en el depósito como parte de una operación de recuperación mejorada de petróleo (EOR) o recuperación mejorada de gas (EGR) . Una característica de tales operaciones es que la concentración de nitrógeno en el gas natural tiende a incrementar con el paso del tiempo de aproximadamente 5% en volumen a aproximadamente 60% en volumen . US-A-4 415 345 describe un proceso para rechazar el nitrógeno del metano en una doble columna de rectificación que opera a temperaturas criogénicas. Una doble columna de rectificación comprende una columna de rectificación de presión más alta, una columna de rectificación de presión más baja, y un condensador-evaporador que se coloca en la parte superior de la columna de rectificación de presión más alta en relación de intercambio de calor indirecta con una región, normalmente la parte inferior de la columna de rectificación de presión más baja. En el proceso de acuerdo con US-A-4 415 345, un chorro de una mezcla de nitrógeno y metano se enfría a presión elevada a una temperatura adecuada para su separación por rectificación. Una parte del gas de alimentación se licúa. La mezcla de gas resultante se separa por rectificación en una columna de rectificación de presión más baja que tiene un condensador-evaporador operativamente asociado con una región inferior del mismo. Los pasajes de intercambio de calor del condensador-evaporador se calientan por el nitrógeno presurizado. Típicamente, una parte del nitrógeno se separa en una columna de rectificación de presión más alta y otra parte fluye en un circuito de bomba calorífica hasta y desde la parte superior de la columna de rectificación de presión más baja. A bajos niveles de nitrógeno en el gas de alimentación, la columna de rectificación de presión más alta se desvía y todo el nitrógeno para el condensador-evaporador fluye en el circuito de la bomba calorífica el cual se separa del intercambiador de calor principal utilizado para enfriar el chorro de gas de alimentación. Conforme el contenido de nitrógeno en el gas de alimentación gradualmente incrementa de este modo, la columna de presión más alta se utiliza para proporcionar parte del nitrógeno, reemplazando el nitrógeno del circuito de la bomba calorífica. Eventualmente , el circuito de la bomba calorífica se cierra y la columna de presión más alta produce todo el nitrógeno . La columna de rectificación de presión más alta utilizada en el proceso de acuerdo con US-A-4 415 345 se opera con un segundo condensador-evaporador en su parte inferior. Como consecuencia, existe un alto flujo de vapor a través del mismo y necesita ser de un diámetro relativamente grande aunque se opera a máxima capacidad solamente a concentraciones elevadas de nitrógeno. Es una meta de la presente invención proporcionar un método y aparato que mantenga bajo el tráfico de vapor a través de la columna de rectificación de presión más alta y con esto haga posible mantener bajo el diámetro de esta columna . De acuerdo con la presente invención, se proporciona un método para rechazar el nitrógeno del chorro de gas de alimentación, que comprende metano y nitrógeno, para formar un producto de metano, la fracción molar de nitrógeno en el gas de alimentación que incrementa durante un período de tiempo, que comprende enfriar el chorro de gas de alimentación en un intercambiador de calor principal, y que rectifica el chorro de gas de alimentación enfriado en una doble columna de la rectificación que comprende una columna de rectificación de presión más alta, una columna de rectificación de presión más baja y un condensador-evaporador que coloca la columna de rectificación de presión más alta en relación de intercambio de calor con la columna de rectificación de presión más baja, por lo menos parte del chorro de gas de alimentación se expande en la columna de rectificación de presión más alta, y el chorro de gas de alimentación se licúa parcialmente corriente arriba de la doble columna de rectificación, caracterizado porque incrementa periódicamente la presión de operación de la columna de rectificación de presión más baja, en respuesta a incrementos en la fracción molar del nitrógeno. La invención también proporciona un aparato para rechazar nitrógeno de un chorro de gas de alimentación que comprende metano y nitrógeno para formar un producto de metano, que comprende un intercambiador de calor principal para enfriar el chorro de gas de alimentación, una doble columna de rectificación para rectificar el chorro de gas de alimentación que comprende una columna de rectificación de presión más alta, una columna de rectificación de presión más baja, y un condensador-evaporador que coloca la columna de rectificación de presión más alta en relación de intercambio de calor con la columna de rectificación de presión más baja, y un dispositivo de expansión corriente abajo del intercambiador de calor principal que se comunica con la columna de rectificación de presión más alta, el dispositivo de expansión se acomoda para, en uso, introducir una parte del chorro de gas de alimentación en la columna de rectificación de presión más alta en estado líquido, caracterizado porque existe una válvula de regulación de presión inversa asociada con la columna de rectificación de presión más baja la cual se puede operar para incrementar la presión en la columna de rectificación de presión más baja. Conforme la fracción molar del nitrógeno en la mezcla de gas de alimentación se vuelve mayor con el paso del tiempo, también el flujo del producto de metano se vuelve menor, y también se vuelve menor la mezcla de gas de alimentación que se licúa contra el reflujo del chorro del producto. En consecuencia, existe una tendencia de una proporción cada vez más creciente de la mezcla de chorro de gas de alimentación que entre a la columna de rectificación de presión más alta en el estado vaporizado con el paso del tiempo. De este modo, en su vida de operación normal, la cual bien puede exceder diez años o más, y hasta que el depósito que es la fuente de la mezcla de gas de alimentación se agote efectivamente, la doble columna de rectificación puede tener que hacer frente con un margen muy amplio de cargas vaporizadas, que poseen problemas de diseño considerables. La solución obvia para estos problemas puede ser acomodar toda la mezcla de gas de alimentación para que entre a la columna de rectificación de presión más alta en el estado vaporizado. Por lo tanto, cambios en la composición de la mezcla de gas de alimentación no pueden afectar sustancialmente la carga de vapor de la columna de rectificación de presión más alta. Sin embargo, una desventaja de tal procedimiento, es que la carga de vapor de la columna de rectificación de presión más alta siempre puede estar a un máximo. El método y aparato de acuerdo con la invención hacen posible, sin embargo, reducir el margen efectivo de las cargas de vapor que ambas columnas de rectificación tienen que confrontar durante su vida de operación. Esto es principalmente debido al incremento de la presión de operación de la rectificación de presión más baja que lleva a cabo un incremento concomitante en la presión de operación de la columna de rectificación de presión más alta. El incremento de la presión de operación de la columna de rectificación de presión más allá permite que reciba más vapor por unidad de tiempo para la operación en un porcentaje constante dado de inundación. Además, el incrementando de la presión de operación de la columna de rectificación de presión más alta tiende a reducir la proporción de la mezcla de gas de alimentación que pasa fuera del dispositivo de expansión en el estado líquido. Estos dos factores permiten que el método y aparato de acuerdo con la invención se operen con un margen menor de cargas de vapor efectivas en la columna de rectificación de presión más alta que de otra manera puede ser posible. Preferiblemente, en forma particular cuando la fracción molar de nitrógeno en la mezcla de gas de alimentación es menor de 0.15, se pasa un primer flujo de gas como un primer flujo de gas de reciclaje de la columna de rectificación de presión más baja a la columna de rectificación de presión más alta. El primer flujo de gas de reciclaje se comprime, se enfría en el intercambiador de calor principal, se licúa en un condensador-evaporador adicional, y se introduce en la columna de recti icación de presión más alta. Esto contrarresta una tendencia de la doble columna de rectificación a ser falto de reflujo cuando la fracción molar de nitrógeno en la mezcla de gas de alimentación es relativamente baja, particularmente cuando es de 0.15 o menos . Un chorro de producto de metano se extrae preferiblemente en el estado líquido de la columna de recti icación de presión más baja, se eleva en presión, y se vaporiza por lo menos en parte en el intercambiador de calor principal. Un segundo flujo de gas de reciclaje de la columna de rectificación de presión más baja se comprime preferiblemente, se enfría en el intercambiador de calor principal, y se introduce por lo menos parcialmente en el estado líquido en la parte superior de la columna de rectificación de presión más alta mediante un segundo dispositivo de expansión. Preferiblemente, el segundo flujo de reciclaje se comprime a una presión más alta que el primer flujo de reciclaje, la presión más alta típicamente es una presión supercrítica . De mayor preferencia, el primer y segundo flujos de reciclaje se comprimen en el mismo compresor de varias etapas, el segundo flujo de reciclaje se lleva de una etapa del compresor corriente abajo de la que se toma el primer flujo de reciclaje. Sin embargo, es posible utilizar compresores separados para estos propósitos, o efectivamente toma todo el gas de reciclaje comprimido en la misma presión y lo pasa a través del segundo dispositivo de expansión mismo. En esta última disposición, un flujo líquido de dos fases pasa fuera del segundo dispositivo de expansión con la parte de vapor del flujo de dos fases que constituye el primer chorro de gas de reciclaje y la parte líquida del flujo de dos fases que constituye el segundo flujo de reciclaje. Todas estas disposiciones hacen posible que la temperatura-perfil de entalpia de los chorros que se enfrían en el intercambiador de calor principal se mantengan como adaptación justa a la temperatura-perfil de entalpia de los chorros que se calientan en el intercambiador de calor principal. Como resultado, el intercambiador de calor principal puede operarse a una buena eficiencia termodinámic . La válvula de regulación de presión inversa se asocia preferiblemente en forma operable con los medios para cambiar su establecimiento de respuesta a un incremento en la fracción molar de nitrógeno en la mezcla de gas de alimentación. Si se desea, el medio de control puede hacer uso de un algoritmo con relación a la presión de operación óptima de la columna de rectificación de presión más baja con la fracción molar de nitrógeno en la mezcla de gas de alimentación. Alternativamente, y de mayor preferencia, la válvula de regulación de presión puede controlarse para mantener una recuperación de porcentaje constante de metano en el gas de producto . Preferiblemente, un chorro de descarga se toma del primer flujo de gas de reciclaje corriente arriba de su compresión y se descarga del método y aparato de acuerdo con la invención. Preferiblemente, existe una válvula de control de flujo, que se puede operar para controlar el tamaño del primex" flujo de reciclaje. El chorro de metano de producto líquido presurizado se calienta preferiblemente, sin vaporizarse, en un intercambiador de calor adicional corriente arriba de su vaporización en el intercambiador de calor principal. Preferiblemente, toda la fracción inferior obtenida en la columna de rectificación de presión más alta se extrae de la misma y se envía a la columna de rectificación de presión más baja. Por lo tanto, no existe intercambio de calor de esta fracción en la columna de rectificación de presión más alta. El método de acuerdo con la invención ahora se describirá a manera de ejemplo con referencia al dibujo anexo que es un diagrama de flujo esquemático de una planta de rechazo de nitrógeno. El dibujo no es a escala. Un chorro de gas natural o mezcla de nitrógeno-metano gaseosa se recupera por medios conocidos que no forman parte de esta invención a partir de un depósito de petróleo o gas subterráneo. El chorro típicamente se recupera a una presión en el orden de 40 bares absolutos. El chorro puede someterse a tratamiento preliminar (no mostrado) para poder remover cualquier sulfuro de hidrógeno u otra impureza que contenga azufre del mismo. Tal purificación de gas natural es bien conocida en la técnica y no necesita referirse en detalle adicional en la presente. Después de la remoción de cualquier impureza de sulfuro de hidrógeno, el chorro de metano-nitrógeno de presión elevada contiene aún típicamente impurezas de vapor de agua. El vapor de agua se remueve por el pasaje a través de una unidad 2 de purificación. La unidad 2 de purificación preferiblemente comprende una pluralidad de contenedores de adsorción que contienen el adsorbente capaz de adsorber selectivamente el vapor de agua del chorro de gas de alimentación. Tales unidades de purificación operan típicamente sobre un ciclo de adsorción oscilante de presión o uno de adsorción oscilante de temperatura, este último generalmente se prefiere. Si el chorro de gas de alimentación también contiene impureza de dióxido de carbono, la unidad de purificación puede contener adicionalmente un adsorbente seleccionado para dióxido de carbono para efectuar la remoción de dióxido de carbono. El chorro de gas de alimentación purificado resultante ahora consiste esencialmente en nitrógeno y metano que fluye a través de un intercamb ador 4 de calor principal desde su extremo 6 templado a su extremo 8 frío. El intercambiador 4 de calor principal comprende una pluralidad de bloques de intercambio de calor pref riblemente unidos juntos para formar una sola unidad. Corriente abajo del intercam iador 4 de calor principal, el chorro de gas de alimentación se expande a través de una válvula 23 moderadora en un separador 10 de fases. Dependiendo de su presión, el chorro de gas de alimentación se vuelve ya sea líquido en el intercambiador 4 de calor principal o en expansión a través de la válvula 23 moderadora. Típicamente, dependiendo de su composición, por lo menos 75 por ciento en moles del chorro de gas de alimentación se licúa. En consecuencia, el flujo de vapor se reduce, de este modo haciendo posible el uso de una columna de rectificación de presión más alta de diámetro menor que pueda requerirse de otra maner . El vapor se desconecta del líquido en el separador 10 de fases. Un chorro de los flujos de fase de vapor de la parte superior del separador 10 de fases a través de una entrada 20 en la región inferior de una columna 14 de rectificación de presión más alta forma parte de una doble columna 12 de rectificación con una columna 16 de rectificación de presión más baja y un condensador-evaporador 18 que une térmicamente la parte superior de la columna 14 de rectificación de presión más alta a la parte inferior de la columna 16 de rectificación de presión más baja. Un chorro de los flujos de fase líquida de la parte inferior del separador 10 de fases en una región de intercambio de masa intermedio de la columna 14 de rectificación de presión más alta a través de otra entrada 22. Típicamente, el chorro de gas de alimentación entra y sale de la unidad 2 de purificación a una buena presión en exceso de la presión de operación de la columna 14 de rectificación de presión más alta. Como resultado, la refrigeración para la planta se crea por el pasaje del chorro de alimento a través de la válvula 23 moderadora con el frío de este modo operado que se proporciona hasta los chorros entrantes. La refrigeración cumple la mayoría de los requerimientos de refrigeración del método de acuerdo con la invención y como resultado no existe típicamente necesidad de suministrar cualquier turbo-expansor para este propósito. La mezcla de gas de alimentación se separa en la columna 14 de rectificación de presión más alta en una fracción superior de nitrógeno de vapor y una fracción inferior enriquecida con metano líquido. Un chorro de la fracción inferior enriquecida con metano se extrae de la columna 14 de rectificación de presión más alta a través de una salida 24 de fondo y se sub-enfría por el pasaje a través de un intercambiador 26 de calor adicional. El chorro líquido enriquecido con metano sub-enfriado resultante fluye a través de una válvula 28 moderadora y se introduce en una región de intercambio de masa intermedia de la columna 16 de rectificación de presión más baja. Además, un chorro líquido que comprende metano y nitrógeno se extrae de una región de intercambio de masa intermedia de la columna 14 de rectificación de presión más alta a través de una salida 30, se sub-enfría por el pasaje a través del intercambiador 26 de calor adicional, se pasa a través de una válvula 32 moderadora y se introduce en una segunda región de intercambio de masa intermedia de la columna 16 de rectificación de presión más baja localizada arriba de la primera región de intercambio de masa intermedia. Los chorros que comprenden metano y nitrógeno se separan en la columna 16 de rectificación de presión más baja para poder formar una fracción de vapor de nitrógeno superior y una fracción de metano líquido de producto inferior. Un chorro de la fracción inferior se extrae a través de una salida 40 de la columna 16 de rectificación de presión más baja y se eleva a presión por la operación de una bomba 42. El chorro de metano líquido de producto presurizado resultante se pasa a través del intercambiador 26 de calor adicional contrarrestando los chorros que se sub-enfrían en el mismo. La presurización del chorro de metano líquido de producto tiene el efecto de elevar su presión arriba de su presión de saturación. De este modo, en efecto, el chorro de producto de metano líquido presurizado está en un estado sub-enfriado conforme entra al intercambiador 26 de calor adicional. Se calienta en el intercambiador 26 de calor adicional para remover el sub-enfriamiento . Preferiblemente, ninguna vaporización del chorro de producto de metano líquido tiene lugar en el intercambiador 26 de calor adicional. El chorro de producto de metano líquido calentado pasa desde el intercambiador 26 de calor a través del intercambiador 4 de calor principal de su extremo 6 frío a su extremo 8 caliente. Se vaporiza conforme pasa a través del intercambiador 4 de calor principal. El producto de metano vaporizado se comprime a una presión de suministro de producto deseada en un compresor 58 de producto. El reflujo para la columna 14 de rectificación de presión más alta y la columna 16 de rectificación de presión más baja se forma al llevar el vapor de nitrógeno de la parte superior de la columna 14 de rectificación de presión más alta y condensándolo en los pasajes de condensación del condensador-evaporador 18. Una parte del condensado resultante se regresa a la columna 14 de rectificación de presión más alta como reflujo. El resto se sub-enfría por el pasaje a través del intercambiador 26 de calor adicional y se pasa a través de una válvula 44 moderadora en la parte superior de la columna 16 de rectificación de presión más baja y por lo tanto proporciona el reflujo líquido para esa columna . Un chorro de vapor de nitrógeno se extrae de la parte superior de la columna 16 de rectificación de presión más baja a través de una salida 46, se calienta por el pasaje a través del intercambiador 26 de calor adicional. El chorro de nitrógeno calentado resultante se calienta adicionalmente a temperatura aproximadamente ambiente al pasar a través del intercambiador 4 de calor principal desde su extremo 8 frío hasta su extremo 6 caliente. El flujo de nitrógeno calentado se divide en tres sub-chorros. Un sub-chorro se comprime en un compresor 48 de reciclaje que tiene una pluralidad de etapas. Un segundo sub-chorro del nitrógeno calentado del intercambiador 4 de calor principal se emplea en la regeneración de los lechos adsorbentes en la unidad 2 de purificación. Un tercer sub-chorro del nitrógeno se descarga a la atmósfera a través de una tubería 50 de ventilación como un chorro de desperdicio. El tamaño relativo del chorro de reciclaje se determina por la posición de una válvula 52 de control de flujo ajustable en el lado de entrada del compresor 48 de reciclaje. El flujo de gas de reciclaje que entra al compresor 48 se divide en dos partes. Un chorro pasa a través de todas las etapas del compresor y fluye a través del intercambiador 4 de calor principal desde su extremo 6 caliente hasta su extremo 8 frío. El chorro frío resultante de nitrógeno se regresa a una región superior de la columna 14 de rectificación de presión más alta a través de una válvula 54 moderadora. El nitrógeno se comprime típicamente a una presión superficial en el compresor 48 de reciclaje y se enfría en un intercambiador 4 de calor principal a una temperatura suficientemente baja para que se licúe por la expansión a través de la válvula 54 moderadora. El flujo de esta parte del gas de reciclaje a través del intercambiador 4 de calor principal ayuda a correlacionar la temperatura del compuesto-perfil de entalpia de los chorros que se enfrían en el intercambiador 4 de calor principal más cercanamente a los de los chorros que se calientan en el mismo. Un chorro de presión intermedio también se extrae del compresor 48 y se enfría por el pasaje a través del intercambiador 4 de calor principal de su extremo 6 caliente a su extremo 8 frío. El gas de presión intermedio permanece en el estado gaseoso conforme pasa a través del intercambiador 4 de calor principal desde su extremo 6 caliente a su extremo 8 frío. El nitrógeno de presión intermedio se introduce en una región superior de la columna 14 de rectificación de presión más alta a través de una entrada 56. La presión intermedia por lo tanto se selecciona para ser esencialmente la presión de operación de la columna 14 de rectificación de presión más alta. La parte del gas de reciclaje que fluye desde la columna 16 de rectificación de presión más baja hasta la columna 14 de rectificación de presión más alta mediante la entrada 56 realiza un ciclo de bombeo de calor que mejora la producción de reflujo líquido para las columnas 14 y 16 de rectificación . Inicialmente , el chorro de gas de alimentación purificado típicamente contiene aproximadamente 95 por ciento en moles de metano y 5 por ciento en moles de nitrógeno. La columna 16 de rectificación de presión más baja se opera a una presión en su parte inferior de aproximadamente 1.9 bares absolutos. Esto establece la temperatura a la cual la fracción inferior en la columna de rectificación de presión más baja bulle. Esta temperatura es uno de los dos grados de Kelvin más bajos que la temperatura en la cual la fracción superior de nitrógeno separada en la columna 14 de rectificación de presión más alta se condensa en los pasos de condensación del condensador-evaporador 18. Como resultado, la presión en la columna 16 de rectificación de presión más baja establece la presión de condensación en el condensador-evaporador 18 y por lo tanto la presión de operación en la parte superior de la columna 14 de rectificación de presión más alta. Cuando la presión en la parte inferior de la columna 16 de rectificación de presión más baja está en el orden de 1.3 bares absolutos, la presión de operación en la parte superior de la columna de rectificación de presión más alta está en el orden de 17 bares. Incrementando la presión en la parte inferior de la columna 16 de rectificación de presión más baja tiene el efecto de producir un incremento resultante en la presión de operación en la parte superior de la columna 14 de rectificación de presión más alta. La presión en la columna 16 de rectificación de presión más baja controlada por una válvula 58 de regulación de presión inversa en la salida 46 para el nitrógeno desde la columna 16 de rectificación de presión más baja. La válvula 58 de regulación de presión inversa al controlar la presión en la columna 16 de rectificación de presión más baja efectivamente controla la presión en la parte superior de la columna 14 de rectificación de presión más alta. Al principio, la válvula 54 de regulación de presión inversa típicamente se acomoda para estar en una posición completamente abierta o sin regulación. El metano considerablemente es menos volátil que el nitrógeno. La composición de gas de alimentación inicial por lo tanto es relativamente fácil de licuar ya que contiene una preponderancia de metano. Típicamente, con una presión de alimentación de 40 bares absolutos y una columna 14 de rectificación de presión más alta que opera la presión de aproximadamente 22 bares absolutos, en el orden de 75% en volumen o más del gas de alimentación puede licuarse. La licuefacción de la proporción elevada del chorro de gas de alimentación sustancialmente reduce la carga de vapor en la columna 14 de rectificación de presión más alta en comparación con lo que puede hacer si no se licuaran los chorros de gas de alimentación. En una operación de recuperación mejorada de petróleo o de recuperación mejorada de gas típica, la proporción de nitrógeno en la mezcla de gas de alimentación gradualmente incrementa sobre la vida de operación del pozo de aproximadamente 5 por ciento en moles a 60 por ciento en moles. Conforme la proporción de nitrógeno incrementa en la mezcla de gas de alimentación, así se hace más difícil licuar, y por lo tanto así la proporción del líquido en el fluido que sale de la válvula 23 gradualmente disminuye. Esto tiene el efecto de incrementar la carga de vapor en la columna 14 de rectificación de presión más alta aunque el índice de flujo volumétrico de la mezcla de gas de alimentación permanece sin alteración. Se acostumbra diseñar una columna de destilación de manera que en carga de vapor específica máxima opera bastante cerca de su punto de inundación, es decir, en 80 a 90% de inundación. El incremento en la carga de vapor tendría lugar conforme incrementara el porcentaje de moles de nitrógeno en la mezcla de gas de alimentación de 10 a 60%, adecuadamente en exceso de lo que provocaría que la columna 14 se inundara, su diámetro sería seleccionado para provocar que operara cerca del punto de inundación cuando el porcentaje de moles de nitrógeno estuviera en la parte inferior de su margen. El efecto de incrementar la fracción molar de nitrógeno en el gas de alimentación puede mitigarse a cierto grado al operar inicialmente la columna 14 de rectificación de presión más alta en una carga de vapor más baja de 80% de la inundación y con esto incrementar el margen de operación hidráulica de la columna. La capacidad de bajar el volumen de una columna de contacto de líquido-vapor depende de la selección de las partes internas de la columna para efectuar el intercambio de masa entre el vapor que asciende y el vapor que desciende. En general, el paquete estructurado ofrece un mayor grado de bajo volumen que las pruebas de contacto de líquido-vapor convencionales, siendo del tipo de cubierta de burbuja o manguito. Por consiguiente, si el paquete estructurado se emplea en la columna 14 de rectificación de presión más alta, esto permite que se opere con una carga de vapor de, es decir, aproximadamente 50% del punto de inundación cuando la fracción molar de nitrógeno inicial en el gas natural es de 0.1. Aun así, puesto que la carga de vapor probablemente se incrementará más de dos veces durante la vida de la operación de recuperación mejorada de petróleo o recuperación mejorada de gas, esta medida de sí misma probablemente será satisfactoria completamente. Además, puede ser económicamente desventajoso construir una columna 14 que sea de mayor tamaño inicialmente en forma considerable si ha de operarse durante varios años a sustancialmente menos que una carga de vapor óptima. El método y aparato de acuerdo con la invención permiten que este problema se mitigue al hacer uso de la válvula 58 de regulación de presión inversa para controlar la presión en la columna 16 de rectificación de presión más baja y por lo tanto la presión en la columna 14 de rectificación de presión más alta para compensar la fracción molar de nitrógeno creciente en la columna 14 de rectificación de presión más alta. En una disposición, la fracción molar de metano en el chorro de gas de alimentación (ya sea corriente arriba o corriente abajo de la unidad de purificación) , la fracción molar de metano en el chorro de producto extraído de la salida 40, y el índice de flujo del chorro de producto se moní orean y la recuperación de porcentaje de metano automáticamente calculada por un software de control de proceso apropiado. La disposición es tal que el valor automáticamente calculado de la recuperación de metano se utiliza "para controlar el establecimiento de la válvula 58 de regulación de presión inversa. Por ejemplo, el control puede acomodarse para elevar la presión en la columna 16 de rectificación de presión más baja y por lo tanto la columna 14 de rectificación de presión más alta si la recuperación de metano cae instantáneamente por debajo del 98.5% y la caída de presión en la columna de rectificación de presión más allá se eleva. Una caída en la recuperación de metano de producto puede provocarse por la carga de vapor de la columna de rectificación de presión más alta que se eleva a un nivel demasiado cerca al punto de inundación, provocando con esto el grado de separación en la columna de rectificación de presión más alta se reduzca con el resultado que el nivel de impureza en los chorros de producto formados en la columna 16 de rectificación de presión m s baja se incremente. Incrementando la presión en la columna 16 de rectificación de presión más baja al restablecer la válvula 58 incrementa la presión en la columna 14 de rectificación de presión más alta de este modo reduciendo la carga de vapor. Sin embargo, existe otro efecto de una fracción molar creciente de nitrógeno en el gas de alimentación que a diferencia de su efecto en la carga de vapor de la columna 14 favorece la recuperación elevada del producto de metano. Este efecto es que con la fracción molar de nitrógeno creciente.
existe un flujo incrementado de vapor desde la parte superior de la columna 14 en los pasajes de condensación del condensador-evaporador 18. Por consiguiente, más reflujo se proporciona por la doble columna de rectificación. Esto hace más fácil separar el producto de metano. Bajo estas condiciones, la cantidad de nitrógeno que se recicla de la columna 16 de rectificación de presión más baja hasta la columna 14 de rectificación de presión más alta puede reducirse para mantener bajo el consumo de energía del compresor de reciclaje. Tal ajuste puede hacerse al cambiar el establecimiento de la válvula 52. La recuperación de metano puede utilizarse para controlar la válvula 52 análogamente a la válvula 58. El operador de la planta por lo tanto tiene dos parámetros para emplear y controlar el proceso, principalmente el tamaño del flujo a través de la válvula 52 y la presión en la parte superior de la columna 16 de rectificación de presión más baja. Se prefiere que el índice de reciclaje de nitrógeno de la columna 16 de presión más baja a la columna 14 de presión más alta esté a un máximo cuando la fracción molar del nitrógeno en el chorro de gas de alimentación esté a un mínimo. Con la condición de que al hacerlo así no mueva la columna 14 de rectificación de presión más alta demasiado cerca de la inundación para que la recuperación de producto se mantenga, se prefiere normalmente que el índice de reciclaje del nitrógeno se reduzca progresivamente conforme la fracción molar de nitrógeno en el chorro de gas de alimentación se incremente. Esto es para disminuir el consumo de energía del método y aparato de acuerdo con la invención. Una excepción es si la energía está disponible particularmente abajo precio en el sitio donde el método de acuerdo con la invención se opera. Puede ser ventajoso operar la columna 14 de presión más alta a una presión más alta, haciendo de este modo la separación de más energía intensiva en la misma, y el reciclaje de más nitrógeno de la columna 16 de presión más baja a la columna 14 de presión más alta que de otra manera puede ser necesaria. Típicamente, sin embargo, incrementar la presión de operación de la columna 14 y 16 de rectificación al restablecer la válvula 58 puede diferirse con ventaja hasta que el reciclaje de nitrógeno se ha reducido a un mínimo. Típicamente, una vez que la fracción molar del nitrógeno en el gas de alimentación ha alcanzado, es decir, el 30% en volumen, el pasaje de nitrógeno a través de la entrada 56 se detiene. Aún es deseable en composiciones de alimentación continuar pasando el nitrógeno líquido en la parte superior de la columna 14 de rectificación de presión más alta mediante la válvula 54 de expansión para mantener una buena correlación en el intercambiador de calor de la temperatura-perfil de entalpia de los chorros que se calientan con los que se enfrían. Por consiguiente, aún si la entrada 56 se cierra, se prefiere mantener un flujo suficiente de gas de reciclaje a través del compresor de reciclaje para permitir que el líquido pase desde la válvula 54 de expansión hasta la columna 14 de rectificación de presión más alta en el índice requerido. La columna 14 de rectificación de presión más alta no puede operarse desde luego en presión crítica o más. Por lo tanto, existe un límite superior en el margen de la presión de operación para esta columna. De este modo, no es deseable incrementar la presión de operación de la columna 14 de rectificación de presión más alta muy por arriba de aproximadamente 29 bares absolutos. Por consiguiente, se prefiere asegurar que la presión de operación de la columna 16 de rectificación de presión más baja no exceda aproximadamente 3.5 bares absolutos en su parte superior. Aun si la operación de la rectificación de presión más alta se inicia a una carga de vapor baja, es decir, una de la mitad a tres cuartos de ese en el punto de inundación, la fracción molar de nitrógeno final en el gas de alimentación puede ser tan alta que se vuelva imposible mantener una recuperación de metano de 98.5% o más sobre la vida completa de operación del método y aparato de acuerdo con la invención. Si una caída en la pureza de metano hacia el extremo de la vida de operación del pozo o depósito del cual se obtiene el gas de alimentación, no es tolerable, existe otra medición que puede adaptarse. Esta medición es utilizar dos dobles columnas 12 de rectificación en paralelo entre sí que comparten un intercambiador 4 de calor principal común y un intercambiador 26 de calor de sub-enfriamiento común. Típicamente, sólo una de las dobles columnas 12 se emplea para toda la vida de operación del pozo o depósito y la otra doble columna 12 se pone en uso solamente hacia el final de esta vida de operación. Si se desea, ambas dobles columnas pueden instalarse juntas o una puede retro-ajustarse a la otra. El uso de las dobles columnas paralelas se describe, y es el objeto de una solicitud de patente adicional por este solicitante que reclama la prioridad de convención de la solicitud de patente GB No. 0116977.0. El método y aparato de acuerdo con la invención hace posible seleccionar el tamaño y el consumo de energía de una planta de rechazo de nitrógeno de acuerdo con las circunstancias económicas prevalentes. Varios cambios y modificaciones pueden hacerse al método y aparato de acuerdo con la invención. Por ejemplo, el flujo de nitrógeno de reciclaje, o parte de este, puede pasar a través de un intercambiador de calor discreto separado del intercambiador 4 de calor principal .