PT1634015E

PT1634015E - Ciclo de energia com regaseificação de gás natural liquefeito

Info

Publication number: PT1634015E
Application number: PT03817172T
Authority: PT
Inventors: John Mak
Original assignee: Fluor Tech Corp
Priority date: 2003-06-05
Filing date: 2003-08-26
Publication date: 2012-04-24
Also published as: AU2003258212B2; AU2003265770A1; EA200501899A1; JP4494338B2; ES2376429T3; EP1634015B1; CN1820163A; CA2528129C; CA2525428A1; CN1820163B; ES2385090T3; EP1634015A4; EP1634015A1; AU2003265770B2; AU2003258212A1; WO2004109206A1; EA200501876A1; JP2006526723A; ATE542086T1; NO20055745L

Description

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DESCRIÇÃO

"CICLO DE ENERGIA COM REGASEIFICAÇÃO DE GÁS NATURAL LIQUEFEITO"

Esta aplicação reivindica o beneficio do requerimento de patente provisório US com o número de série 60/476.770, submetido em 5 de Junho de 2003, e o qual se encontra incorporado neste documento como referência.

CAMPO DA INVENÇÃO O campo desta invenção é o processamento de gás, especialmente no que se refere à regaseificação e ao processamento de gás natural liquefeito.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

Com o aumento da demanda de gás natural nos Estados Unidos, a importação de gás natural liquefeito (GNL) tem vindo a ganhar uma atenção bastante considerável. No entanto, e devido à composição química variável do GNL de diversas fontes, o gás natural, muitas vezes, requer etapas de processamento adicionais para ir ao encontro dos padrões industriais e ambientais, nomeadamente no mercado dos EUA. Desta forma, a maior parte do GNL é regaseif içado para a 2 continuação do processamento (por exemplo, fracionamento ou diluição com nitrogénio), o que, por sua vez, requer quantidades substanciais de energia, mas também faculta uma refrigeração significativa. São conhecidos inúmeros processos que acoplam a regaseificação a outros processos para reduzir o consumo de energia e/ou tirar proveito do conteúdo de refrigeração em GNL.

Por exemplo, a regaseificação de GNL poderá ser termicamente acoplada a uma central de oxidação parcial, em que pelo menos uma parte do GNL regaseifiçado é utilizada para arrefecimento e como combustível em queimadores de acordo com o descrito por Child et al. nas patentes U.S. Pat. Nos. 5.295.350 e 5.394.686. Embora neste tipo de configurações a fonte de calor residual seja relativamente limitada, normalmente não se consegue atingir a regaseif icação de GNL para a produção de gás natural em grandes quantidades. Noutros exemplos, tal como descrito nas patentes U.S. Pat. Nos. 4.036.028 e 4.231.226 to Mandrin and Griepentrog, respectivamente, os requerimentos de patente U.S. patent 2003/0005698 to Keller, EP 0683847 to Johnson et al. e WO 02/097252 to Keller, o calor para a regaseificação de GNL é facultado por um fluido de troca de calor que se encontra em troca térmica com um escape da turbina ou um quadro de central elétrica de ciclo combinado da técnica anterior. A patente da US 4.388.092 divulga um processamento por lotes de GNL, durante o qual é destilado metano de um lote de GNL, e durante o qual os remanescentes componentes pesados são sequencialmente condensados utilizando o conteúdo da refrigeração do GNL. A mistura de 3 componentes recuperada é, então, utilizada como meio misturado que, por sua vez, é utilizado numa operação de regaseificação de GNL. Embora algumas destas configurações facultem uma redução significativa do consumo de energia da regaseificação de GNL, continuam a existir diversas dificuldades que têm limitado a total utilização do conteúdo da refrigeração do GNL. A mais significativa, de entre outras dificuldades, é a de a transferência de calor ficar limitada, pelo menos em algumas destas configurações, pelo ponto de congelamento do meio de transferência de calor. Para além disso, embora o conteúdo da refrigeração do GNL seja utilizado até, pelo menos, certo ponto, não é extraída qualquer energia deste tipo de configuração. Curiosamente, o requerimento da patente europeia EP 0496283 descreve um sistema no qual a energia é gerada por uma turbina de expansão de vapor que é acionada por um fluido ativo (água) que é aquecido por um escape da turbina a gás e arrefecido por um circuito de regaseificação de GNL. Embora uma configuração deste tipo aumente a eficácia de uma central até, pelo menos, certo ponto, continuam a existir diversos problemas. Por exemplo, o valioso conteúdo da refrigeração criogénica do GNL permanece inutilizado, dado que o ponto de congelamento de água (ou misturas de água e glicol) é relativamente elevado.

Sendo assim, e embora inúmeros processos e configurações para a utilização e regaseificação de GNL 4 sejam conhecidos na técnica, todos eles, ou quase todos, apresentam uma ou várias desvantagens. Desta forma, continua a existir a necessidade de facultar configurações e métodos melhorados para a utilização e regaseificação de GNL.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO A presente invenção é direcionada para configurações e métodos de processamento de GNL numa central na qual uma fonte de calor (por exemplo, que esteja integrada, ou termicamente acoplada, na central) vaporiza GNL pressurizado que, subsequentemente, é expandido para produzir energia num ciclo aberto de energia. As configurações especialmente preferenciais incluem ainda um ciclo fechado de energia (preferencialmente a funcionar com metano como fluido motor), que utiliza o conteúdo da refrigeração do GNL para a condensação do fluido motor (que é preferencialmente) produzido pelo processo de separação. Estas configurações poderão produzir ainda (de uma forma vantajosa) combustível de metano concentrado a partir do ciclo de energia para o mercado de combustíveis de transporte GNL e GNC (Gás Natural Comprimido).

Deste modo, num dos aspetos do objeto da invenção, uma central de regaseificação irá incluir um expansor que expanda um produto do processamento do gás natural liquefeito para produzir energia. Os produtos do 5 processamento especialmente preferenciais englobam vapores excedentes da desmetanização e poderão ainda incluir um gás de escape a partir de um ciclo fechado de energia (mais preferencialmente apresentando uma concentração de metano de pelo menos 95 vol%). Nas centrais particularmente preferenciais, os vapores excedentes da desmetanização e o vapor de escape são liquefeitos num permutador de calor, utilizando o gás natural liquefeito como um refrigerante, em que o permutador de calor se encontra a montante do expansor. Os vapores gerados deste modo são, então, aquecidos e vaporizados para formarem um gás supercrítico e sobreaquecido, que é expandido no expansor.

Algumas centrais contempladas poderão ainda englobar um segundo expansor que expande pelo menos uma parte do gás natural liquefeito, em que o gás liquefeito é comprimido e aquecido numa fonte de calor (por exemplo, permutador de calor do excedente da desmetanização, condensador de refluxo de desmetanização, refrigerador de entrada de ar de combustão de turbina, gás combustível de uma turbina de gás, unidade de recuperação de calor residual, central de separação de ar, permutador de calor de água do mar e/ou um gerador de combustão) antes da respetiva expansão no segundo expansor. Para além disso, deveria ser reconhecido que uma parte do produto do processamento poderá ser extraída da central como gás natural comprimido e/ou uma parte dos vapores liquefeitos poderá ser extraída da central como gás de combustível liquefeito. Num outro aspeto do objeto da invenção, uma central de regaseificação de gás natural liquefeito poderá incluir um desmetanizador 6 que recebe gás natural e produz um gás de gasogénio excedente, e um primeiro permutador de calor que arrefece o gás de gasogénio para produzir um produto liquido. Está ainda contemplado que, neste tipo de centrais, uma bomba aumenta a pressão de pelo menos uma parte do produto liquido para formar um produto liquido pressurizado, que um segundo permutador de calor vaporiza e sobreaquece o produto liquido pressurizado para formar um gás de gasogénio comprimido e sobreaquecido, e que um expansor expande pelo menos uma parte do gás de gasogénio comprimido para produzir energia. Preferencialmente, o gás de gasogénio comprimido encontra-se numa zona supercrítica e sobreaquecida.

Este tipo de centrais poderá, de uma forma vantajosa, incluir um segundo expansor que extrai energia a partir do gás natural antes de este gás natural entrar no desmetanizador, sendo que uma parte do gás de gasogénio excedente é comprimida numa pressão da conduta, utilizando um compressor que se encontra operacionalmente acoplado a um segundo expansor. Em aspetos ainda mais preferenciais deste tipo de configurações, o gás de gasogénio comprimido expandido é combinado com o gás de gasogénio em excesso, e/ou o desmetanizador recebe gás natural liquefeito aquecido como refluxo de desmetanizador, em que o primeiro permutador de calor aquece gás natural liquefeito para formar o gás natural liquefeito aquecido. Além disso, deverá tornar-se evidente que uma parte do gás de gasogénio comprimido poderá ser extraída da central como gás natural comprimido, e que uma parte do produto líquido poderá ser 7 extraída da central como combustível de gás natural liquefeito. Estes gases natural comprimido e natural liquefeito são de elevada qualidade contendo mais de 99% de metano, sendo este vantajoso como combustível de transporte e na redução de emissões e poluentes.

Desta forma, em ainda outros aspetos contemplados, uma central para a regaseificação de gás natural liquefeito poderá incluir um primeiro expansor que expande um gás natural liquefeito vaporizado e aquecido, e um segundo expansor que expande um excedente de desmetanização comprimido e aquecido até uma primeira pressão. Um terceiro expansor opcional continua a expandir o excedente de desmetanização expandido até uma segunda pressão abaixo da primeira pressão, sendo que os primeiro, segundo e terceiro (opcional) expansores se encontram acoplados de uma forma flexível uns aos outros e produzem energia a partir de pelo menos um componente do gás natural liquefeito. Neste tipo de configurações, regra geral, torna-se preferencial que uma primeira bomba aumente a pressão de pelo menos uma parte do gás natural liquefeito, em que a parte do gás natural liquefeito é aquecida por uma fonte de calor (por exemplo, permutador de calor do excedente da desmetanização, condensador de refluxo de desmetanização, refrigerador de entrada de ar de combustão de turbina, gás combustível de uma turbina de gás, unidade de recuperação de calor residual, central de separação de ar, permutador de calor de água do mar e/ou um gerador de combustão) para formar o gás natural liquefeito vaporizado e aquecido. Adicionalmente, ou em alternativa, um primeiro permutador de calor neste tipo de configurações liquidifica um excedente de desmetanização, uma segunda bomba aumenta a pressão do excedente de desmetanização liquefeito, e um segundo permutador de calor aquece e vaporiza o excedente de desmetanização liquefeito pressurizado para formar o excedente de desmetanização pressurizado e aquecido. 0 primeiro permutador de calor, preferencialmente, arrefece o excedente de desmetanização utilizando uma alimentação de gás natural liquefeito como refrigerante, enquanto o segundo permutador de calor, preferencialmente, aquece o excedente de desmetanização liquefeito pressurizado utilizando o excedente de desmetanização expandido. Está ainda contemplado que a primeira pressão seja uma pressão de conduta de, aproximadamente, 700 psi a 1500 psi, e que a segunda pressão seja uma pressão de funcionamento do desmetanizador de, aproximadamente, 300 psi a 750 psi. Vários objetos, características, aspetos e vantagens da presente invenção irão tornar-se mais aparentes por meio da descrição detalhada que se segue das realizações preferenciais da invenção, juntamente com as figuras anexas.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS A figura 1 é um diagrama esquemático de um exemplo de uma configuração de ciclo elétrico, de acordo com o objeto da invenção. 9 A figura 2 é um diagrama esquemático de um exemplo de uma configuração de central, de acordo com o objeto da invenção. A figura 3 é um diagrama esquemático de outro exemplo de uma configuração de central, de acordo com o objeto da invenção. A figura 4 é uma tabela que lista o balanço geral calculado de um exemplo de central integrada, de acordo com a figura 2.

DESCRIÇÃO DETALHADA 0 inventor veio a descobrir que é possível processar o GNL de uma forma que utiliza de um modo eficaz o conteúdo de refrigeração no GNL. Mais especificamente, o inventor descobriu que um fluxo de GNL poderá ser bombeado até atingir uma pressão pretendida e ser dividido numa primeira e segunda partes, em que a primeira parte atua como um fluido motor e a segunda parte atua como um refluxo para um desmetanizador. Neste tipo de configurações, o GNL faculta a função de condensação num ciclo de Rankine fechado de energia de metano, em que o metano é gerado a partir do GNL no desmetanizador. 10

Um exemplo de um ciclo de energia fechado é mostrado de forma esquemática na figura 1, na qual o ciclo fechado de geração de energia está operacionalmente acoplado a uma central de processamento/regaseificação de GNL. Neste caso, o GNL é facultado como alimento para a central de processamento/regaseificação e o conteúdo de refrigeração do GNL é utilizado para condensar o fluido motor no ciclo fechado (e também na geração de energia acoplada a uma central de energia de ciclo combinado - não representada).

Mais particularmente, O GNL de um tanque de armazenamento ou outra fonte é bombeado pela bomba PI até atingir uma pressão predeterminada. O GNL assim pressurizado é, então dividido, numa primeira e numa segunda partes, sendo ambas as partes utilizadas como meio de refrigeração nos permutadores de calor E3 e E4, respetivamente (a segunda parte poderá ainda continuar a ser pressurizada pela bomba P2) . Em última análise, ambas as partes serão introduzidas no desmetanizador (por exemplo, uma porção como refluxo, a outra como alimento de desmetanizador), o que produz um produto de excedente de desmetanizador (gás de conduta, tipicamente englobando entre 90 vol% e 99 vol% de metano) . Uma parte do assim produzido produto de excedente de desmetanizador será utilizado como um fluido motor que é condensado no permutador E3, enquanto a outra parte pode ser vendida como combustível de veiculo liquefeito ("combustível para veículo GNL"). A parte que funciona como fluido motor é, então, bombeada até ficar sob pressão utilizando a bomba P4 11 e é vaporizada nos permutadores E5, E6 e/ou E7. Pelo menos uma parte do, assim gerado, aquecido e comprimido, gás supercritico é então expandida numa turbina de expansão para gerar energia, enquanto outra parte poderá ser vendida como gás de combustível comprimido ("GNC"). 0 gás expandido é, então, arrefecido nos permutadores E5 e E4 antes da combinação com o excedente de desmetanizador, completando, desta forma, o ciclo fechado de geração de energia. A figura 2 ilustra, com mais detalhe, um exemplo de uma configuração de uma central de regaseificação. Neste caso, o GNL é bombeado e dividido em duas partes. A primeira parte é aquecida por meio do fornecimento de uma parte da função de condensação no ciclo fechado de energia de metano, continuando, em seguida, a ser aquecida pela função de refluxo de condensação num desetanizador, seguido por calor residual da central de energia de ciclo combinado para a geração de energia num ciclo aberto de expansão. A segunda parte também faculta uma parte da função de condensação no ciclo fechado de energia de metano antes de ser utilizada como refluxo frio numa desmetanização.

Na configuração de exemplo da figura 2, a taxa de fluxo de GNL para a central é equivalente a 1,2 BSCFD (BSCFD: Billion Standard cubic feet per day) de gás natural com uma tipica composição de gás, mostrada na tabela 1 abaixo. A corrente de GNL 1 do armazenamento (ou outra fonte apropriada) encontra-se com uma pressão de aproximadamente 15 psia e com uma temperatura de, 12 tipicamente, cerca de -260 °F a -255 °F. A corrente 1 é bombeada pela bomba GNL 101 até atingir uma pressão adequada, tipicamente, cerca de 400 a 500 psig para se obter a corrente de GNL 2 pressurizada, tal como 0 necessário para entrar no desmetanizador 114. A corrente de GNL 2 pressurizada é, então, dividida na corrente 4 e corrente 5, preferencialmente, num rácio entre 0,4 a 0, 7. (0 termo "rácio" refere-se ao fluxo de volume da corrente 4 dividida pelo fluxo de volume da corrente 3). A corrente 3 é aquecida no permutador 104 até, tipicamente, -210°F a -180°F, facultando a função de refrigeração para condensar a corrente de vapor de metano 19, formando a corrente liquida 20, num circuito de ciclo de Rankine fechado de metano. Tal como é aqui utilizado, o termo "aproximadamente" junto de um numeral refere-se a um intervalo deste mesmo numeral, começando 10% abaixo do numeral absoluto até 10% acima do numeral absoluto, inclusive. Por exemplo, o termo "aproximadamente 100 psi" refere-se a um intervalo que vai de 90 psi a 110 psi.

Deverá ser considerado que um rácio de fluxo mais elevado na corrente 3 irá aumentar o refluxo para o desmetanizador 114 e aumenta a remoção dos componentes C2+. Por exemplo, para um rácio de divisão de 0,5 a 0,6, os níveis de remoção são de, aproximadamente, 90% para etano e de, aproximadamente, 99% para propano. Quando o rácio de divisão é reduzido para 0,4 a 0,5, o nível de remoção é reduzido de um modo correspondente para 10% a 50% para o etano. As alterações nos rácios de refluxo terão, normalmente, apenas um impacto reduzido na recuperação de 13 propano, que pode ser mantido em níveis de 90% ou mais, sendo isto o pretendido, dado que o gás de petróleo liquefeito é um produto mais valioso. Desta forma, deverá ser considerado que, variando o rácio de divisão, a quantidade de componentes C2+ no gás para venda poderá ser controlada para ir de encontro dos requisitos de mercado específicos. Embora, regra geral, sejam preferenciais rácios de divisão entre 0,4 e 0,7, os rácios de divisão adequados também incluem rácios entre 0,3 e 0,39 e 0,71 e 0, 9. A corrente 4 é ainda bombeada na bomba 102 até cerca de 2000 psig a 3000 psig (região supercrítica) , formando uma corrente 5, e é aquecida em várias etapas. A corrente 5 é aquecida no permutador 105 para formar a corrente 7, tipicamente a -210°F a -180°F, facultando a função de refrigeração para arrefecer a corrente de vapor de metano 30 até à corrente parcialmente condensada 18, num circuito de ciclo de Rankine fechado de metano. A corrente 7 é ainda aquecida para formar a corrente 11, tipicamente a -80°F a -50°F, facultando o arrefecimento de refluxo necessário no condensador de excedente de desetanizador 115. A corrente 11 é ainda aquecida até, tipicamente, 150°F a 350°F, no permutador 117, formando a corrente 14, utilizando o calor residual da central elétrica de ciclo combinado (o calor residual, preferencialmente, inclui gás combustível, uma unidade de recuperação de calor residual, ar da entrada de ar da turbina de combustão, etc.) . A corrente de gás natural aquecido, supercrítica e de alta pressão é, então, expandida no expansor 112. Uma parte da energia do expansor 14 poderá ser utilizada para acionar o compressor de gás residual 113, e a energia excedente é utilizada para gerar energia eléctrica no gerador 111. A corrente de saida do expansor 8, de 40°F a -40°F, é introduzida no desmetanizador 114 que funciona com 400 psig a 500 psig. Deverá ser especialmente tido em consideração que a corrente 8 faculta pelo menos uma parte, ou até mesmo todo, do calor do refervedor, requerido pelo desmetanizador. A função de refluxo para o desmetanizador 114 é facultada pela corrente 6. Deverá ser especialmente considerado que este tipo de configurações de refluxo/lavagem de gases são independentes e, por norma, não requerem qualquer consumo de combustível. No entanto, caso tal seja pretendido, poderá ser utilizado um refervedor de base 118 para complementar a necessidade de aquecimento (por exemplo, utilizando calor residual da central de ciclo combinado). A corrente de produto de base 10 do desmetanizador 114 é enviada para o desetanizador 116, onde a função de refluxo de excedente é facultado no condensador de excedente 115, utilizando a corrente 7 de GNL como refrigerante. O condensador de excedente 115 é, preferencialmente, um condensador integral, que é concebido para facultar um refluxo interno para o desetanizador. A corrente de excedente de desetanizador é arrefecida com GNL até, tipicamente, 0°F a 40°F. Deverá ser considerado que um permutador integrado irá eliminar um permutador externo, 15 separador e bombas utilizados num sistema convencional e, desta forma, reduz de um modo significativo a disposição do local e o custo do equipamento. 0 desetanizador é refervido no refervedor 119 (preferencialmente utilizando calor residual a partir do ciclo combinado), produzindo um produto de base C3+ com o rácio pretendido de etano/propano a, tipicamente, 150°F a 250°F. Esta corrente 12 poderá ser vendida como um produto liquido ("GPL"). 0 desetanizador produz uma corrente de etano de excedente 13 que poderá ser utilizada como matéria-prima para uma central petroquímica, ou um gás combustível. 0 excedente de desmetanizador 9, a aproximadamente -120 °F e 450 psig, é dividido na corrente 15 e na corrente 16, sendo a corrente 15 comprimida pelo compressor 113 para formar a corrente 17, tipicamente, com a pressão de conduta. A corrente 16, a uma típica taxa de fluxo de 24 MMSCFD (ou a uma taxa de fluxo de acordo com o requerido pelo mercado de combustíveis de transporte), entra no ciclo de energia de metano, através da combinação com a corrente 18 no circuito de ciclo de Rankine fechado de metano, formando a corrente 19 que é subsequentemente arrefecida e completamente condensada no permutador 104, formando a corrente 20, a aproximadamente -150°F. A corrente 21, a aproximadamente 12 MMSCFD ou um equivalente a, aproximadamente, 200.000 galões por dia de combustível para veículos a GNL, poderá ser separada nesta altura e ser vendido para fora das centrais. 16 0 fluxo remanescente, a corrente 22, é bombeado, tipicamente em cerca de 500 MMSCFD pela bomba do ciclo de energia 103 a, aproximadamente, 2.000 a 3.000 psig a aproximadamente -150°F, formando a corrente 23 que é ainda aquecida no permutador 106 com calor fornecido pela corrente de saida 29 do expansor 109. A, assim gerada, corrente 24 é ainda aquecida utilizando o calor residual da central elétrica de ciclo combinado no permutador 107, formando a corrente 25. A corrente 26, a aproximadamente 12 MMscfd de gás natural de alta pressão poderá ser retirada desta localização para ir de encontro à demanda de combustíveis de veículos GNC. A maior parte do vapor (corrente 27) é ainda sobreaquecida no permutador 108 até, aproximadamente, 300°F, formando a corrente 29, utilizando o sistema de aquecimento residual. O metano supercrítico de alta pressão e temperatura elevada é, então, expandido através do expansor 109, gerando energia elétrica com o gerador 110. A corrente de descarga do expansor 29, a 120°F, é então arrefecida no permutador 106 por meio do vapor frio de entrada, e parcialmente condensada no permutador 105, utilizando o conteúdo refrigerante GNL da bomba GNL 102. Esta mistura de duas fases é então misturada com o fluxo dividido a partir do excedente de desmetanizador, sendo o ciclo repetido.

Nesta configuração de exemplo, aproximadamente 22.000kW são gerados no ciclo aberto durante o qual o gás natural supercrítico de alta pressão e de temperatura elevada é expandido até aproximadamente 400 a 500 psig. Aproximadamente 50% da energia é utilizada para impulsionar 17 o compressor de gás residual 113 que é necessário para comprimir o excedente do desmetanizador de 440 a 490 psig, até, aproximadamente, 1100 psig (pressão de conduta típica). Os 11.000 kW excedentes poderão ser utilizados para gerar energia no gerador 111 para uma utilização interna e/ou para a exportação. Deverá ser considerado que em todas, ou quase todas, estas configurações, o circuito do ciclo fechado de energia de metano não requer qualquer consumo de combustível para além do calor residual da central de energia como respetiva fonte de calor. A produção de energia de rede a partir do ciclo fechado de energia consiste em, aproximadamente, 15.000 kW. Desta forma, a geração de energia total a partir do circuito de ciclo aberto e de ciclo fechado de energia consiste em, aproximadamente, 26.000 kW. 0 balanço de massas global de um processo de fracionamento GNL de 1.200 MMSCFD é mostrado na Tabela 1 (ver Exemplos) . Para além da produção de GNL e GNC, este processo produz 37.100 barris por dia de produto de etano, 51.000 barris por dia de produto de GPL e 1.046 MMSCFD de gás pobre para a conduta de gás para venda. energia no

Em alternativa, quando se pretende uma integração direta do calor de uma central elétrica de ciclo combinado (ao contrário da configuração da figura 2, em que a integração do calor acontece por meio dos permutadores 107 e 117) e a utilização de um segundo expansor de geração de ciclo fechado, poderá ser utilizada uma 18 configuração de exemplo de acordo com a figura 3, na qual os números iguais mostram componentes iguais da configuração, tal como mostrada na figura 2.

Neste caso, a corrente de GNL 1 do armazenamento (ou outra fonte adequada) encontra-se a uma pressão de aproximadamente 15 psia e uma temperatura de, tipicamente, cerca de -260 °F a 255°F. A corrente 1 é bombeada por uma bomba de GNL 101 até atingir uma pressão acima da pressão da conduta (tipicamente aproximadamente 1500 a 3000 psig) para formar a corrente de GNL pressurizado 2, que serve como refrigerante no permutador 104A para, pelo menos parcialmente, condensar a corrente de excedente de desmetanizador 9 que, por sua vez, é combinado com um fluido motor de metano do ciclo de energia fechado. A corrente de GNL pressurizado 2 é, então, dividida na corrente 4 e na corrente 3, preferencialmente a um rácio entre 0,4 a 0,7. A pressão da corrente 3 é reduzida até uma pressão de funcionamento do desmetanizador (tipicamente entre cerca de 350 psig e cerca de 500 psig, preferencialmente utilizando a válvula JT 3A) e, em seguida, é levada para o desmetanizador 114 como refluxo de desmetanizador. A corrente 4 é utilizada como refrigerante em vários permutadores: a corrente 4 no permutador 104B arrefece o excedente de desmetanizador e faculta ainda a função do condensador do excedente de desmetanização (no permutador 115A) antes de arrefecer o ar de entrada da turbina de combustão no refrigerador 117A e na unidade de recuperação de calor 117B. O GNL assim aquecido, comprimido e vaporizado é, então, expandido no expansor 112 para 19 produzir energia (preferencialmente energia elétrica mediante a utilização de um gerador) e é introduzido, como corrente 8, no desmetanizador 114, aproximadamente à pressão do desmetanizador.

Deverá ser considerado que, neste tipo de configurações, o expansor 112 no ciclo de energia aberto irá, tipicamente, facultar uma maior saída de energia, quando comparado com a configuração da figura 2, devido à pressão significativamente mais alta da corrente 4 antes de entrar no expansor. Também poderão ser geradas pressões mais elevadas no ciclo de energia fechado, em semelhança ao que é mostrado na figura 3. Neste caso, a bomba 103 irá aumentar a pressão do excedente de desmetanizador condensado e do fluido motor de metano até atingir uma pressão acima da pressão da conduta (por exemplo, entre aproximadamente 1500 psig e 3000 psig) , que é, depois, aquecido e vaporizado no permutador 106 (por exemplo, por meio da utilização o calor no fluido motor expandido) e HRSG 117B. A expansão do, assim gerado, vapor de metano de alta pressão no expansor 109A poderá ser aproveitada para produzir energia e, opcionalmente, para levar o produto de metano a uma pressão de conduta. Pelo menos uma parte do, assim gerado, gás natural pobre poderá, então, ser vendida como um produto 17. O restante fluido motor (agora sob a forma de vapor) poderá, então, ser ainda expandido no expansor 109B (preferencialmente até atingir aproximadamente a pressão de desmetanizador) e ser combinado com o excedente de desmetanizador, completando, desta forma, o circuito do ciclo fechado. 20

Em semelhança à configuração da figura 2, o desetanizador 116 recebe o produto de base de desetanizador 10 e produz um produto de excedente de etano 13, que é, pelo menos parcialmente, condensado no condensador de excedente do desetanizador (com a função de refrigeração facultado pelo GNL). A parte líquida na corrente 13' será, então, introduzida no desetanizador como refluxo, enquanto que a parte de vapor 13'' pode servir como combustível para as turbinas de gás numa central elétrica de ciclo combinado, que se encontra termicamente ligada à central de regaseificação. 0 produto de base de desetanizador 12 poderá ser vendido, como um produto comercial, como GPL (Gás de Petróleo Liquefeito).

Desta forma, deverá ser considerado que as centrais contempladas utilizam o GNL, ou uma parte deste mesmo, como fluido motor em pelo menos um, e preferencialmente ambos, ciclo de energia aberto ou um ciclo de energia fechado. As fontes de calor apropriadas incluem, especialmente, ar de combustão de turbinas de gás, água de refrigeração para o condensador de superfície e/ou gás combustível de uma turbina de gás. Contudo, várias fontes de calor distintas estão igualmente contempladas, e deverá ser considerado que unidades que não sejam uma central de ciclo combinado também são consideradas como sendo apropriadas como fontes de calor. Por exemplo, as fontes de calor alternativas apropriadas incluem inúmeros processos criogénicos (por exemplo, centrais de separação de ar) nos quais o GNL arrefece o ar ou outro gás, processos que facultam gás combustível (por exemplo, turbinas de combustão, gases 21 combustíveis de reformadores, etc.) e outros processos, cuja ação se assemelhe à de uma cuba fria (por exemplo, centrais de produção de líquidos de dióxido-carbono, centrais de dessalinação ou centrais de congelamento de alimentos).

Contudo, regra geral, torna-se preferencial que as centrais adequadas incluam centrais de regaseificação de GNL e terminais de recepção de GNL, e as configurações particularmente preferenciais incluem aquelas nas quais o GNL é regaseifiçado num processo em que pelo menos parte do GNL produz energia. Configurações adequadas de exemplo estão descritas no requerimento de patente internacional de propriedade comum e co-pendente com o título "LIQUEFIED NATURAL GAS REGASIFICATION CONFIGURATION AND METHOD", por John Mak, Curt Graham e Dave Schulte, que foi submetida em 13 de Agosto de 2003, ou perto desta data, e que se encontra integrada por referência no presente documento. Consequentemente, e dependendo da fonte de calor em particular, deverá considerar-se que a energia necessária para a regaseificação do GNL poderá ser inteiramente, ou apenas parcialmente, facultada pelas fontes de calor contempladas. Quando a fonte de calor faculta quantidades insuficientes de calor para gaseificar o GNL completamente, deverá ser considerada a possibilidade de ser facultado calor suplementar. As fontes de calor suplementar adequadas incluem calor residual da descarga da turbina a vapor, a função de condensação a partir do gás combustível, aquecimento do ambiente com ar (facultando ar condicionado aos edifícios), com água do mar ou gás combustível. Em 22 consequência, deverá ser considerado que os processos e a configuração contemplados poderão ser utilizados para modificar centrais de regaseificação com o intuito de melhorar a eficácia e flexibilidade de geração de energia, ou poderão ser utilizados em novas centrais.

Assim sendo, deverá ser considerado que poderão obter-se inúmeras vantagens utilizando as configurações de acordo com o objecto da invenção. Por exemplo, as configurações contempladas facultam um ciclo de geração de energia de GNL altamente eficiente que poderá ser acoplado a uma central elétrica de ciclo combinado convencional. Para além disso, na maioria das configurações não é necessário qualquer aquecimento externo e, assim, elimina-se a necessidade, até aqui sempre presente, de gás de combustível ou água do mar para aquecer o GNL na regaseificação de GNL convencional. Em ainda outro aspeto particularmente preferencial, deverá ser considerado que as configurações contempladas (em virtude da modificação do rácio de divisão da corrente GNL comprimida) permitem o processamento de GNL com composições e conteúdos de calor variados, enquanto é produzido gás natural "de acordo com as especificações" e/ou combustível de transporte GNL para o mercado norte-americano ou outros mercados abertos a esta emissão. Mais ainda, as configurações contempladas irão produzir etano com elevado grau de pureza como produto comercial ou como fonte de energia para a central elétrica de ciclo combinado. 23

Exemplos

Exemplo de Cálculo de Componentes em Correntes Seleccionadas

Na configuração de exemplo de uma central tal como mostrada na figura 2, foram calculadas as frações molares de vários componentes de correntes selecionadas, e os resultados são listados na tabela mais abaixo, em que "GPL" se refere à fração de base C3+ do desetanizador, "gás de conduta" refere-se ao produto excedente de desmetanizador e "etano" refere-se ao produto excedente de desetanizador. Os combustíveis de motor GNC e GNL são extraídos do produto excedente de desmetanizador. A tabela 1 na figura 4 lista os resultados dos cálculos. Tal como se pode ver claramente, a concentração de metano no gás de conduta poderá ser significativamente aumentada, rejeitando especificamente os componentes C2 para a corrente de produto de etano e separando os componentes C3+ para a corrente de GPL.

Em consequência, e visto de uma perspetiva, os inventores contemplam uma central de regaseificação para gás natural liquefeito na qual um expansor expande um produto do processamento do gás natural liquefeito, preferencialmente englobando vapor excedente de desmetanizador e/ou vapor de escape, para produzir energia. 0 termo "vapor de escape", tal como é aqui utilizado, refere-se a um fluido motor de um circuito elétrico de ciclo fechado, pelo menos parcialmente, sob a forma de vapor, em que o fluido motor é, preferencialmente, um gás natural pobre (isto é, um gás com, pelo menos, 90 vol% de metano) .

Num outro aspeto, os inventores contemplam uma central de regaseificação que inclui um desmetanizador que recebe um gás natural e produz um gás de produto excedente. As centrais adequadas irão ainda incluir um primeiro permutador de calor que arrefece o gás de produto para produzir um líquido de produto, uma bomba que aumenta a pressão de, pelo menos, uma parte do líquido de produto para formar um líquido de produto pressurizado, e um segundo permutador de calor que vaporiza o líquido de produto pressurizado para formar um gás de produto supercrítico comprimido. Um expansor irá, então, expandir pelo menos uma parte do gás de produto supercrítico comprimido para produzir energia. Como já foi descrito mais acima, as centrais contempladas poderão, adicionalmente, incluir um segundo expansor que extrai energia a partir do gás natural antes de o gás natural entrar no desmetanizador (em que uma parte do gás de produto do excedente é comprimido até atingir uma pressão de conduta, utilizando um compressor que se encontra operacionalmente acoplado ao segundo expansor).

Em ainda outro aspeto do objeto da invenção, uma central para a regaseificação de gás natural liquefeito 25 poderá incluir um primeiro expansor que expande um gás natural liquefeito vaporizado e aquecido, um segundo expansor que expande um excedente de desmetanizador comprimido e aquecido até atingir uma primeira pressão (por exemplo, a pressão de conduta entre aproximadamente 700 psi e 1500 psi), e um terceiro expansor, opcional, que ainda expande o excedente de desmetanizador expandido até atingir uma segunda pressão (por exemplo, a pressão operacional de desmetanizador entre aproximadamente 300 psi e 750 psi) abaixo da primeira pressão, em que os primeiro, segundo e, opcionalmente, terceiro expansores são acoplados de forma flexível um ao outro e produzem energia a partir de, pelo menos, um componente dos gás natural liquefeito. Neste tipo de central é, regra geral, preferencial que uma primeira bomba aumente a pressão de pelo menos uma parte do gás natural liquefeito, e em que a parte do gás natural liquefeito seja aquecido por meio de uma fonte de calor (por exemplo, permutador de calor de excedente de desmetanizador, condensador de refluxo de desetanizador, refrigerador da entrada de ar de combustão da turbina, gás combustível de uma turbina de gás, unidade de recuperação de calor residual, central de separação do ar, permutador de calor de água do mar e/ou um gerador de combustão) para formar o gás natural liquefeito vaporizado e aquecido. Adicionalmente, ou em alternativa, um primeiro permutador de calor liquidifica o excedente de desmetanizador, uma segunda bomba aumenta a pressão do excedente de desmetanizador liquefeito, e um segundo permutador de calor aquece e vaporiza o excedente de desmetanizador liquefeito e pressurizado para formar o excedente de desmetanizador comprimido e aquecido. 26

Desta forma, foram divulgadas as realizações e aplicações especificas do processo e da configuração de regaseificação de gás natural liquefeito. Ao interpretar ambas, as especificações e as reivindicações, todos os termos deverão ser interpretados da maneira mais abrangente possível consistente com o contexto. Nomeadamente, os termos "engloba" e "englobando" deverão ser interpretados como referindo-se a elementos, componentes ou etapas de uma forma não exclusiva, indicando que os elementos, componentes ou etapas referenciados poderão estar presentes, ser utilizados, ou combinados, com outros elementos, componentes ou etapas que não estão expressamente referenciados. 27

REFERENCIAS CITADAS NA DESCRIÇÃO

Esta lista de referências citadas pelo requerente é apenas para a conveniência do leitor. A mesma não faz parte do documento de Patente Europeia. Embora tenha sido tomado muito cuidado na compilação das referências, não se poderão excluir erros e omissões e o EPO nega qualquer responsabilidade neste sentido.

Documentos de Patente citados na descrição • US 60476770 B [0001]

Keller [0004] • US 5295350 A, Child [0004] [0004] • US 5394686 A [0004] [0004] • US 4036028 A [0004] • US 4231226 A [0004] • US 20030005698 A, • EP 0683847 A, Johnson • WO 02097252 A, Keller • US 4388092 A [0004] • EP 0496283 A [0005]

Claims

1 REIVINDICAÇÕES 1. Uma central de regaseificação para gás natural liquefeito (1), englobando: uma unidade de fracionamento de gás natural liquefeito, que forma um produto do processamento (9) a partir do gás natural liquefeito (1), em que pelo menos um componente da unidade de fracionamento utiliza conteúdo de refrigeração do gás natural liquefeito (D , caracterizado pelo facto de a central de regaseificação englobar ainda: um refrigerador (104) e uma bomba (103) acoplados de um modo flexível à unidade de fracionamento e configurados para permitir uma condensação e pressurização completas de uma parte (16) do produto do processamento (9) para formar, deste modo, um produto do processamento liquefeito e pressurizado (23), e - uma fonte de calor (108), acoplada de um modo flexível à bomba (103) e configurada para aquecer o produto do processamento liquefeito e 2 pressurizado (23) para, desta forma, produzir um produto do processamento aquecido (29), em que um expansor (109) expande o produto do processamento aquecido (29) para produzir energia.

2. A central de regaseificação da reivindicação 1, em que a unidade de fracionamento do gás natural liquefeito engloba um desmetanizador (114) que se encontra configurado para formar o produto do processamento (9) como um vapor excedente.

3. A central de regaseificação da reivindicação 2, a que o refrigerador (104) está acoplado de um modo flexível, de forma a que uma corrente de entrada (19) do refrigerador (104) englobe ainda um vapor de escape (18) de um ciclo de Rankine de energia.

4. A central de regaseificação da reivindicação 3, em que o refrigerador (104) se encontra configurado para utilizar o gás natural liquefeito (1) como um refrigerante.

5. A central de regaseificação da reivindicação 4, em que a fonte de calor (108) se encontra configurada para formar um produto do processamento supercrítico. 3

6. A central de regaseificação da reivindicação 1, que engloba ainda um segundo expansor (112) que expande pelo menos uma parte (4) do gás natural liquefeito (1), e uma fonte de calor que se encontra configurada para aquecer a parte (4) do gás natural liquefeito (1) antes da expansão no segundo expansor.

7. A central de regaseificação da reivindicação 6, em que a fonte de calor é pelo menos uma das seguintes: um permutador de calor de excedente de desmetanizador (104B), um condensador de refluxo de desetanizador (115, 115A), um refrigerador de entrada de ar de combustão de turbina (117A), um gás combustivel de uma turbina de gás (117B), uma unidade de recuperação de calor, uma central de separação do ar, um permutador de calor de água do mar e um gerador de combustão.