RO120220B1

RO120220B1 - Procedeu pentru producerea unui lichid presurizat, bogat în metan, dintr- un flux de alimentare cu mai mulţi componenţi, conţinând metan şi un component solidificabil, având o volatilitate relativă mai mică decât cea a metanului

Info

Publication number: RO120220B1
Application number: RO99-01378A
Authority: RO
Inventors: Eric T. Cole; Eugene R. Thomas; Ronald R. Bowen
Original assignee: Exxon Production Research Company
Priority date: 1997-07-01
Filing date: 1998-06-26
Publication date: 2005-10-28
Also published as: ID23875A; CN1261428A; CH694000A5; WO1999001706A1; GB2344414A; AU8167998A; FI19992789A; TR199903337T2; CZ299017B6; RU2194930C2; SK178699A3; UA48312C2; NO996557L; MY114067A; SE9904584D0; ES2214919B1; EP0993585A4; CO5040203A1; NO996557D0; OA11270A

Abstract

Invenţia se referă la un procedeu pentru producerea unui lichid presurizat, bogat în metan, dintr-un flux de alimentare cu mai mulţi componenţi, conţinând metan şi un component solidificabil, având o volatilitate relativă, mai mică decât a metanului. Procedeul conform invenţiei constă în introducerea debitului de gaze, cu mai mulţi componenţi, într-un sistem de separare, având o secţiune de îngheţare, ce funcţionează la o presiune de peste 1380 kPa şi în condiţiile formării de solide din componentul solidificabil, şi o secţiune de îngheţare, urmată de răcirea cel puţin a unei porţiuni din debitul de vapori, pentru a produce un debit lichefiat, bogat în metan, cu o temperatură de peste -112°C şi o presiune suficientă pentru ca lichidul să fie la sau sub punctul său iniţial de fierbere.

Description

Invenția se referă la un procedeu pentru producerea unui lichid presurizat, bogat în metan, dintr-un flux de alimentare cu mai mulți componenți, conținând metan și un component solidificabil, având o volatilitate relativă mai mică decât cea a metanului sau mai exact procedeu de lichefiere a gazelor naturale, prin producerea de gaze naturale lichide presurizate, notate pe scurt “GNLP”, dintr-un flux de gaze conținând cel puțin un component solidificabil.

Datorită unor calități ale gazelor, cum ar fi arderea curată și confortabilitatea în utilizare, gazele naturale sunt foarte larg folosite în ultimii ani, dar multe surse de gaze naturale sunt amplasate în zone îndepărtate, la mari distanțe de orice piață de desfacere pentru aceste gaze.

Când transportul pe conducte nu este fezabil, gazele naturale produse sunt adesea prelucrate, pentru transport către piețe, în gaze naturale lichefiate, notate pe scurt GNL.

Una din trăsăturile caracteristice ale unei instalații de “GNL” este volumul mare de capital investit necesar pentru această instalație. Echipamentul utilizat pentru lichefierea gazelor naturale este în general scump și este alcătuit din mai multe părți corespunzătoare diferitelor faze ale procesului cum ar fi faza de tratare a gazelor pentru îndepărtarea impurităților, faza de lichefiere, faza de răcire și instalații energetice, de depozitare și de încărcare în vase.

Costul unei instalații de “GNL” variază în funcție de amplasarea instalației; de exemplu, o instalație medie de “GNL”, incluzând costurile pentru realizarea lucrărilor pe teren, poate costa de la 5 până la 10 miliarde de $ SUA. Sistemele de răcire ale instalației pot reprezenta până la 30% din cost, deoarece lichefierea gazelor naturale necesită o răcire avansată.

Gazele naturale intră într-o instalație de “GNL” la presiuni de la circa 4.830 kPa (700 psia) până la circa 7.600 kPa (1100 psia) și temperaturi de la circa 20°C până la circa 40°C. Gazele naturale care conțin predominant metan nu pot fi lichefiate printr-o simplă creștere de presiune, așa ca în cazul hidrocarburilor mai grele utilizate în scopuri energetice. Temperatura critică a metanului este -82,5°C. Aceasta înseamnă că el poate fi lichefiat numai sub această temperatură, indiferent de presiunea aplicată.

Deoarece gazele naturale sunt un amestec de gaze, ele se lichefiază într-un domeniu de temperaturi. Temperatura critică a gazelor naturale este între -85 și -62°C.Compozițiile de gaze naturale lichefiază la presiunea atmosferică în domeniul de temperaturi între circa -165 și-155’C.

Deoarece echipamentul de răcire reprezintă o mare parte din costul instalației de GNL, s-a impus găsirea unor soluții pentru reducerea costurilor de răcire. Sunt cunoscute mai multe sisteme de lichefiere a gazelor naturale prin trecerea secvențială a acestora, la o presiune înaltă, printr-o serie de faze de răcire după care gazele se răcesc succesiv la temperaturi mai joase, până ce acestea se lichefiază.

Procesele de lichefiere cele mai des întâlnite răcesc gazele la o temperatură de circa -160°C la sau aproape de presiunea atmosferică. Răcirea se realizează, în general, prin schimb de căldură cu unul sau mai mulți agenți de răcire, ca de exemplu propan, propilenă, etan, etilenă și metan.

Sunt cunoscute trei tipuri de instalații de “GNL”, cel mai des utilizate în prezent, prezentate pe scurt în cele ce urmează:

- cu ciclu în cascadă care utilizează mai multe faze de răcire cu un singur component în schimbătoare de căldură aranjate progresiv pentru a reduce temperatura gazului până la o temperatură de lichefiere;

RO 120220 Β1

- cu ciclu cu expandare care expandează gazele de la o presiune înaltă la o 1 presiune joasă, cu o reducere corespunzătoare a temperaturii;

- cu ciclu de răcire cu mai mulți componenți care utilizează, în schimbătoare de 3 căldură special concepute, un agent de răcire alcătuit din mai mulți componenți.

în cele mai multe cazuri se folosesc variații sau combinații ale acestor trei tipuri de 5 bază.

în instalațiile de GNL, apa, compușii conținând dioxid de carbon, sulf, ca de exemplu 7 hidrogen sulfurat și alte gaze, n-pentan și hidrocarburi mai grele, inclusiv benzen, trebuie îndepărtați în mare parte din prelucrarea gazelor naturale, prin reducere către niveluri de 9 părți per milion (ppm). Unii din acești compuși vor îngheța, cauzând probleme de colmatare în echipamentele de prelucrare. 11 într-o instalație de “GNL”, pentru îndepărtarea dioxidului de carbon și a gazelor acide, este necesar echipament de prelucrare a gazelor. 13

Echipamentul de tratare a gazelor utilizează un agent chimic și/sau un procedeu de regenerare a solventului și necesită o investiție mare de capital. 15

Pentru îndepărtarea vaporilor de apă sunt necesare produse de deshidratare în pat uscat, precum site moleculare. Pentru îndepărtarea hidrocarburilor care tind să genereze 17 probleme de colmatare se folosesc coloane cu spălare și echipamente de fracționare. Mercurul se îndepărtează, de asemenea, dintr-o instalație obișnuită de “GNL”, deoarece el 19 poate produce avarii în echipamentele realizate din aluminiu. O mare parte din azotul care poate fi prezent în gazele naturale se îndepărtează după prelucrare, întrucât azotul nu 21 rămâne în faza lichidă în timpul transportului “GNL”, și prezența vaporilor de azot în containerele cu “GNL”, la punctul de livrare, este nedorită. 23 în industrie există o nevoie continuă pentru îmbunătățirea procedeelor de lichefiere a gazelor naturale care conțin C0₂ în concentrații care să înghețe în timpul procesului de 25 lichefiere și să aibă în același timp necesități economice de energie.

Este cunoscut un procedeu de lichefiere a unui flux de gaze naturale pus în aplicare 27 într-o instalție costituită dintr-un schimbător de căldură cu platan având o zonă de temperatură înaltă și o zonă de temperatură joasă și care cuprinde următoarele faze; separarea 29 refrigerentului multicomponent de înaltă presiune,parțial condensat prin schimbarea de căldură cu un singur component refrigerent în curent de vapori de presiune înaltă de curentul 31 de lichid condensat,separarea gazului și lichidului din curentul de vapori a multicomponentului, lichefiat și extras din partea de jos de presiune joasă, obținîndu-se un 33 al doilea curent de presiune joasă, amestecarea celui de-al doilea curent de joasă presiune a multicomponentului cu cel de presiune ridicată, compresarea primului curent de presiune 35 joasă extras ca vapori din partea de sus a regiunii de temperatură înaltă și extragerea curentului de gaz lichefiat din partea de jos a regiunii cu temperatură joasă. 37

Procedeul pentru lichefierea unui flux de gaze naturale conținând cel puțin un component solidificabil, având o volatilitate relativă mai mică decât cea a metanului, conform 39 prezentei invenții, poate fi utilizat atât pentru lichefierea inițială a gazelor naturale la sursa de livrare, pentru depozitare sau transport, precum și la relichefierea vaporilor de gaze 41 naturale emiși în timpul depozitarii și încărcării în vase.

Procedeul pentru producerea unui lichid bogat în metan dintr-un flux de alimentare 43 cu mai mulți componenți, conținând metan și un component având o volatilitate relativă mai mică decât cea a metanului, conform invenției, asigură lichefierea fluxului de gaze naturale 45 prin aceea că cuprinde următoarele faze:

a - introducerea fluxului de alimentare alcătuit din mai mulți componenți într-un sistem 47 de separare având o secțiune de congelare funcționând la o presiune peste 1.380kPa (200 psia) și în condițiile formării de solide din componentul solidificabil, și o secțiune de distilare 49

RO 120220 Β1 poziționată sub secțiunea de congelare, sistemul de separare menționat producând un flux de vapori bogat în metan și un flux de lichid bogat în componentul solidificabil;

b - răcirea cel puțin a unei porțiuni din fluxul de vapori menționat, pentru a produce un flux lichefiat bogat în metan având o temperatură de peste -112’C (-170°F) și o presiune suficientă pentru ca produsul lichid să fie la sau sub punctul său inițial de fierbere;

c - extragerea unei prime porțiuni din fluxul lichefiat în faza b, sub forma unui flux de produs lichefiat bogat în metan; și d - introducerea în sistemul de separare menționat a unei a doua porțiuni din fluxul lichefiat în faza b, pentru a asigura refrigerarea sistemului de separare.

După faza d se introduce fluxul de produs lichefiat intr-un mijloc de stocare, pentru stocare la o temperatură peste -112’0 (-170 F).

Faza de răcire b conține fazele de comprimare a fluxului de vapori menționat, într-un flux cu presiune înaltă, răcirea într-un schimbător de căldură a cel puțin unei porțiuni din fluxul comprimat menționat, și expandarea fluxului comprimat răcit la o presiune mai mică, prin care fluxul comprimat este răcit în continuare pentru a produce un flux lichefiat bogat în metan, având o temperatură de peste -112°C (-170°F) și o presiune suficientă pentru ca produsul lichid sa fie la sau sub punctul său inițial de fierbere.

Răcirea în schimbătorul de căldură a fluxului comprimat se face prin schimb indirect de căldură cu fluxul de vapori din faza a.

în continuare, se face răcirea fluxului de lichid produs de sistemul de separare menționat, prin expandarea presiunii și utilizarea fluxului de lichid expandat, răcit, pentru a răci, prin schimb indirect de căldură, fluxul comprimat.

în continuare, se face reglarea presiunii fluxului comprimat și presiunii fluxului expandat pentru a preveni formarea de solide în cea de-a doua porțiune a fluxului lichefiat introdus în sistemul de separare.

Sistemul de separare menționat din faza a conține o primă coloană de distilare și o a doua coloană de distilare, prima coloană de distilare conținând o secțiune de distilare și o zonă de congelare deasupra secțiunii de distilare, a doua coloană de distilare conținând o secțiune de distilare ce conține în plus fazele de introducere a fluxului de alimentare, din mai mulți componenți, din faza a, în prima coloană de distilare, alimentarea unui flux de vapori din partea de sus a zonei de congelare, într-o regiune mai joasă a celei de-a doua coloane de distilare, extragerea unui flux de vapori din a doua coloană de distilare și răcirea fluxului de vapori în conformitate cu faza b, alimentarea celei de-a doua porțiuni din fluxul lichefiat din faza d în regiunea superioară a coloanei de distilare, extragerea unui flux de lichid din partea de jos a celei de-a doua coloane de distilare, și alimentarea fluxului de lichid din partea de jos în zona de congelare a primei coloane de distilare.

Sistemul de separare cuprinde o primă secțiune de distilare, o a doua secțiune de distilare sub prima secțiune de distilare și o zonă de congelare între prima și a doua secțiune de distilare, în care a doua porțiune a fluxului lichefiat din faza d se introduce în prima secțiune de distilare.

Răcirea fluxului de vapori din faza b se efectuează într-un schimbător de căldură răcit de un sistem de refrigerare în circuit închis.

Sistemul de refrigerare în circuit închis are ca agent de răcire predominant propanul.

Sistemul de refrigerare în circuit închis are un agent de răcire cuprinzând metan, etan, propan, butan, pentan, dioxid de carbon, hidrogen sulfurat, și azot.

înainte de faza b, se face introducerea în procedeul a gazelor emanate, rezultate din evaporarea gazului lichefiat bogat în metan.

Lichefierea fluxului de gaze se realizează folosind două cicluri de refrigerare în circuit închis cu aranjament în cascadă.

RO 120220 Β1

Fluxul de gaze din mai mulți componenți din faza b are o presiune peste 3.100 kPa 1 (450 psia).

Componentul solidificabil este dioxid de carbon. 3

Faza de răcire b cuprinde în continuare fazele de comprimare a fluxului de vapori întrun flux comprimat, răcirea cel puțin a unei porțiuni din fluxul comprimat, într-un schimbător 5 de căldură, extragerea unei prime porțiuni din fluxul comprimat răcit ca un flux de produs din gaze și expandarea unei a doua porțiuni din fluxul comprimat răcit la o presiune mai mică 7 prin care fluxul comprimat este răcit în continuare pentru a produce un flux lichefiat bogat în metan, având o temperatură peste -112°C (-170F) și o presiune suficientă pentru ca produsul 9 lichid sa fie la sau sub punctul său inițial de fierbere.

Procedeul pentru producerea unui lichid bogat în metan dintr-un flux de alimentare 11 cu mai mulți componenți, conținând metan și un component având o volatilitate relativă mai mică decât cea a metanului,într-o variantă, cuprinde: 13 a - introducerea fluxului de alimentare din mai mulți componenți într-un sistem de separare, sistemul de separare funcționând în condițiile formarii de solide pentru 15 componentul solidificabil;

b - extragerea unui flux de vapori dintr-o regiune superioară a sistemului de separare; 17 c - comprimarea fluxului de vapori într-un flux cu o presiune mai mare;

d - răcirea a cel puțin unei porțiuni din fluxul comprimat utilizând răcirea disponibilă 19 în fluxul de vapori menționat, din faza b;

e - expandarea fluxului comprimat răcit, pentru a răci în continuare fluxul comprimat, 21 fluxul expandat fiind predominant lichid;

f - alimentarea într-o regiune superioară a sistemului de separare a cel puțin unei 23 porțiuni din fluxul expandat, pentru a asigura refrigerarea sistemului de separare; și g - recuperarea din fluxul expandat a unui flux de produs lichid îmbogățit în metan. 25 în continuare, se recuperează o porțiune din fluxul de vapori, comprimat, din faza c și răcirea porțiunii rămase din fluxul de vapori, în conformitate cu faza d. 27

Fluxul de vapori din faza b este încălzit înainte de comprimare în faza c.

Sistemul de separare cuprinde o primă secțiune de distilare, o a doua secțiune de 29 distilare sub prima secțiune de distilare și o zonă de congelare între prima și a doua secțiune de distilare, în care fluxul de lichid expandat se introduce în prima secțiune de distilare. 31

Fluxul de alimentare din mai mulți componenți se introduce sub prima secțiune de distilare. 33 în continuare, se îndepărtează lichidul din sistemul de separare, se răcește lichidul cu un mijloc de expandare a presiunii, și se vaporizează cel puțin parțial lichidul, prin schimb 35 de căldură cu fluxul comprimat din faza c.

în continuare, se îndepărtează lichidul din sistemul de separare îmbogățit cu 37 componentul solidificabil, se răcește cu un mijloc de expandare a presiunii lichidul îmbogățit cu componentul solidificabil, și se răcește prin schimb de căldură cu lichidul, expandat, îmbo- 39 gătit în component solidificabil a fluxului de alimentare din mai mulți componenți, înainte ca el sa intre în sistemul de separare.41 în continuare, se face răcirea cu un mijloc de expandare a fluxului din mai mulți componenți, înainte ca el să intre în sistemul de separare.43

Presiunea fluxului cu presiune mai mare din faza c și presiunea fluxului expandat din faza e sunt reglate pentru a preveni formarea de solide în fluxul alimentat în sistemul de 45 separare din faza f.

Fluxul de produs lichid recuperat din faza g are o presiune de peste 1.380 kPa (20047 psia).

RO 120220 Β1

Procedeu pentru producerea unui lichid bogat în metan dintr-un flux de alimentare cu mai mulți componenți, conținând metan și un component având o volatilitate relativă mai mică decât cea a metanului, într-o altă variantă, pentru a produce un lichid bogat în metan având o temperatură de peste -112’C și o presiune suficientă pentru ca lichidul să fie la sau sub punctul său inițial de fierbere,cuprinde:

a - introducerea fluxului de alimentare din mai mulți componenți într-un sistem de separare, sistemul de separare funcționând în condițiile formării de solide pentru componentul solidificabil;

b - extragerea unui flux de vapori dintr-o regiune superioară a sistemului de separare; c - comprimarea fluxului de vapori într-un flux cu o presiune mai mare;

d - răcirea a cel puțin unei porțiuni din fluxul comprimat utilizând răcirea disponibilă în fluxul de vapori din faza b;

e - expandarea fluxului comprimat răcit, pentru a răci în continuare fluxul comprimat, fluxul expandat fiind predominant lichid la o presiune peste circa 1.380 kPa (200 psia);

f - alimentarea a cel puțin unei porțiuni din fluxul expandat într-o regiune superioară a sistemului de separare, pentru a asigura refrigerarea sistemului de separare; și g - recuperarea din fluxul expandat a unui flux de produs lichid îmbogățit în metan la o presiune de peste circa 1.380 kPa (200 psia).

Procedeul pentru producerea unui lichid bogat în metan dintr-un flux de alimentare cu mai mulți componenți, conținând metan și un component având o volatilitate relativă mai mică decât cea a metanului,pentru a produce un lichid bogat în metan având o temperatură de peste circa -112°C și o presiune suficientă pentru ca lichidul să fie la sau sub punctul sau inițial de fierbere, într-o altă variantă, cuprinde următoarele faze:

a - introducerea fluxului de alimentare din mai mulți componenți, având o presiune de peste circa 1.380 kPa (200 psia), într-un sistem de separare funcționând în condițiile formării de solide pentru componentul metan și un flux de lichid bogat în componentul menționat care solidifică în sistemul de separare;

b - lichefierea fluxului de vapori cu un sistem de refrigerare în circuit închis, pentru a produce un lichid bogat în metan având o temperatură peste -112’C și o presiune suficientă pentru ca lichidul să fie la sau sub punctul său inițial de fierbere; și c- introducerea lichidului bogatîn metan într-un vas de depozitare, pentru depozitare la o temperatură peste -112’C.

Lichefierea fluxului de alimentare se realizează cu un sistem de refrigerare în circuit închis.

înainte de lichefierea fluxului de alimentare, se combină gazele degajate cu fluxul de vapori din sistemul de separare,gaze rezultate din evaporarea gazelor naturale lichefiate.

Prin aplicarea invenției, se obțin următoarele avantaje:

- asigură un sistem integrat, îmbunătățit, de lichefiere și îndepărtare a CO₂, pentru lichefierea sau relichefierea gazelor naturale cu concentrații mari de C0₂, mai mari de circa 5%;

- asigură un sistem îmbunătățit de lichefiere în care este necesară o energie de comprimare substanțial mai mică decât în sistemele cunoscute;

- asigură o lichefiere mai eficientă prin păstrarea temperaturii procesului, pentru întregul procedeu, sub -112°C, permițând astfel ca echipamentul tehnologic sa fie făcut din materiale mai puțin costisitoare decât ar fi necesare într-un procedeu cunoscut pentru “GNL”;

- răcirea la temperaturi foarte joase, din procedeul cunoscut pentru “GNL”, este foarte scumpă în comparație cu răcirea moderată necesară pentru producerea GNLP, conform invenției;

RO 120220 Β1

- în contrast, procedele cunoscute care produc GNL la presiuni atmosferice, având 1 temperaturi în jur de -160°C, necesită, pentru o funcționare sigură, echipamente făcute din materiale scumpe;3

- energia necesară pentru lichefierea gazelor naturale conținând concentrații semnificative de component solidificabil, precum CO₂, este în mare parte redusă față de 5 necesitățile de energie ale unui procedeu cunoscut pentru producere de “GNL din astfel de gaze naturale.7

Se dă, în continuare, un exemplu de realizare a invenției,în conformitate și cu fig.

...3, care reprezintă:9

- fig. 1, schema generală ilustrând un ciclu de răcire în circuit închis, pentru producere de gaze naturale lichefiate presurizate, conform invenției;11

-fig. 2, reprezentare schematică, ilustrând un ciclu de răcire cu circuit deschis, pentru producerea de gaze naturale lichefiate presurizate, conform invenției.13

- fig. 3, reprezentare schematică a unei instalații în care se pune în aplicare procedeul, conform invenției, în care dioxidul de carbon și metanul sunt separați într-o coloană de 15 distilare având o zonă de înghețare controlată, în care un flux de produs de la partea de sus îl constituie gazele naturale lichefiate presurizate și alt flux de produs din partea de sus îl 17 constituie gazele naturale de vânzare.

Prin figuri nu se intenționează să se excludă din scopul invenției alte trăsături care 19 sunt rezultatul unor modificări normale și așteptate ale acestor trăsături specifice. în figuri nu au fost reprezentate diverse subsiteme necesare cum ar fi pompe, valve, omogenizatoare 21 de curgere, sisteme de control și senzori, pentru simplificarea și claritatea prezentării.

Procedeu pentru producerea unui lichid bogat în metan dintr-un flux de alimentare 23 cu mai mulți componenți, conținând metan și un component având o volatilitate relativă mai mică decât cea a metanului, conform invenției, constă în producerea de gaze naturale 25 lichefiate presurizate, pe scurt “GNLP, în care fluxul de alimentare cu gaze naturale conține cel puțin un component solidificabil. Componentul solidificabil este CO₂, H₂S sau alt gaz acid 27 sau poate fi orice component care are potențialul de a forma solide în sistemul de separare.

în prima fază a procedeului se introduce un flux de alimentare cu mai mulți corn- 29 ponenți, conținând metan și un component solidificabil având o volatilitate relativă mai mică decât cea a metanului, într-un sistem de separare având o secțiune de înghețare funcționând 31 la o presiune de peste 1.380 kPa (200 psia) și în condițiile formării de solide din componentul solidificabil și o secțiune de distilare plasată sub secțiunea de înghețare. Sistemul de 33 separare, care conține o zonă de înghețare controlată, prescurtat ZIC, produce un flux de vapori bogați în metan și un flux de lichid bogat în componentul solidificabil. Cel puțin o 35 porțiune a fluxului de vapori este răcită pentru a produce un flux lichefiat bogat în metan, având o temperatură peste -112°C (-170°F) și o presiune suficientă pentru ca produsul lichid 37 să fie la sau sub punctul său inițial de fierbere. Se extrage din proces, sub forma unui flux de produs lichefiat, prescurtat “GNLP”, o primă porțiune din fluxul lichefiat. O a doua 39 porțiune din fluxul lichefiat se returnează la sistemul de separare pentru a asigura capacitatea de răcire a sistemului de separare. 41 în continuare, se extrage un flux de vapori dintr-o regiune superioară a sistemului de separare și se comprimă la o presiune mai mare și se răcește. Fluxul comprimat răcit este 43 apoi expandat cu un mijloc de expandare, pentru a produce un flux predominant lichid.

O primă parte din fluxul de lichid se îndreaptă către sistemul de separare ca un flux 45 de reflux, asigurând astfel sistemului de separare o răcire în circuit deschis, și o a doua porțiune din fluxul de lichid este extrasă sub forma unui flux de produs, având o temperatură 47

RO 120220 Β1 peste -112°C (-170°F) și o presiune suficientă pentru ca produsul lichid să fie la sau sub punctul său inițial de fierbere.

într-un alt exemplu de realizare, se extrage un flux de vapori dintr-o regiune superioară a sistemului de separare și se răcește cu un sistem de răcire în circuit închis, pentru a lichefia fluxul de vapori bogat în metan, pentru a produce un lichid având o temperatură de peste -112°C (-170Τ) și o presiune suficientă pentru ca produsul lichid să fie la sau sub punctul său inițial de fierbere.

Procedeul conform invenției continuă prin separarea prin distilare, într-un sistem de separare, un flux de alimentare din mai mulți componenți, conținând metan și cel puțin un component solidificabil, având cel puțin un component care are o volatilitate relativă mai mică decât cea a metanului, în care sistemul de separare conține o zonă de înghețare controlată, denumită pe scurt ZIC.

Sistemul de separare produce un flux superior de vapori, îmbogățit cu metan și un produs în partea de jos, îmbogățit cu componentul solidificabil. Cel puțin parțial, fluxul de vapori din partea de sus este apoi lichefiat pentru a rezulta produsul din gazele naturale având o temperatură de peste -112’C (-170°F) și o presiune suficientă pentru ca produsul lichid să fie la sau sub punctul său inițial de fierbere. Acest produs reprezintă ceea ce este denumit gaze naturale lichide presurizate”, prescurtat “GNLP”. O altă porțiune dintr-un astfel de flux superior de vapori este returnat în sistemul de separare ca un flux de reflux.

Expresia punct inițial de fierbere se referă la temperatura și presiunea la care un lichid începe să se transforme într-un gaz. De exemplu, dacă un anume volum de “GNLP” este ținut la o presiune constantă, dar se crește temperatura sa, temperatura la care încep să se formeze bule de gaze în “GNLP” este temperatura inițială de fierbere.

Similar, dacă un anume volum de “GNLP” este ținut la o temperatură constantă, dar se reduce presiunea sa, presiunea la care începe să se formeze gazul definește punctul inițial de fierbere.

La punctul inițial de fierbere, “GNLP” sunt un lichid saturat. Se preferă ca GNLP sa nu fie doar condensate la punctul lor inițial de fierbere, ci să se răcească în continuare pentru a subrăci lichidul.

Subrăcirea GNLP reduce cantitatea de vapori emanați in timpul depozitării, transportării și manipulării.

Reducerea energiei necesare pentru răcire, obținută prin procedeul conform invenției, are ca rezultat o reducere mare a costurilor de capital, cheltuieli de operare proporțional mai mici, și eficiență și siguranță crescute, sporind astfel în mare măsură rentabilitatea producerii gazelor naturale lichefiate.

La presiunile și temperaturile de operare utilizate în procedeul propus, conform invenției, pot fi utilizate în conductele și instalațiile care funcționează în zonele cele mai reci ale procedului de lichefiere, circa 3,5% în greutate nichel, față de 9 % în greutate nichel sau aluminiu, mai costisitoare, necesare în general pentru aceleași echipamente într-un procedeu cunoscut pentru “GNL.

Aceasta asigură o altă reducere importanta de costuri pentru procedeul propus față de procedeele pentru “GNL” cunoscute.

în prelucrarea criogenică a gazelor naturale trebuie avută în vedere în primul rând contaminarea. Cantitatea de gaze naturale brute de alimentare, potrivită pentru procedeul din prezenta invenție, poate cuprinde gaze naturale dintr-o sursă de petrol brut, gaze asociate, sau dintr-o sursă de gaze, gaze neasociate.

Gazele naturale brute conțin adesea apa, dioxid de carbon, hidrogen sulfurat, azot, butan, hidrocarburi cu șase sau mai mulți atomi de carbon, imputități, sulfura de fier, parafină și petrol brut. Solubilitatea acestor contaminanți variază cu temperatura, presiunea și com

RO 120220 Β1 poziția. La temperaturi scăzute, CO₂, apa, și alți contaminanți pot forma solide, care pot 1 astupa locurile de curgere din schimbătoarele de căldură criogenice. Aceste dificultăți potențiale pot fi evitate prin îndepărtarea unor astfel de contaminanți, dacă se anticipează 3 condițiile de temperatură în fază solidă și presiune în fază de graniță între stări.

în procedeul, conform invenției, se presupune ca, fluxul de gaze naturale conține 5 CO₂. Dacă fluxul de gaze naturale conține hidrocarburi grele care pot îngheța în timpul lichefierii, aceste hidrocarburi grele vor fi îndepărtate cu C0₂. 7

Temperaturile de operare mai calde permit gazelor naturale să aibă niveluri de concentrare în componenți solidificabili, mai înalte decât ar fi posibil într-un procedeu 9 cunoscut pentru “GNL”.

De exemplu, într-o instalație cunoscută de “GNL” care produce “GNL” la-160’C,11

CO2 trebuie să fie sub 50 ppm pentru a evita problemele datorate înghețării și în contrast, în procedeul de lichefiere propus de invenție, prin păstrarea temperaturilor sub -112°C,13 gazele naturale pot conține CO₂ la niveluri de circa 1,4 moli % CO₂, la temperaturi de -112°C și 4,2%, la -95’C, fără a genera probleme de înghețare.15 în procedeul conform invenției, cantitățile moderate de azot din gazele naturale nu trebuie sa fie îndepărtate întrucât azotul va rămâne în faza lichidă cu hidrocarburile lichefiate17 la presiunile și temperaturile de operare.

Posibilitatea de a reduce, sau în unele cazuri de a omite, echipamentul necesar 19 pentru tratarea gazelor și eliminarea azotului asigură importante avantaje tehnice și economice.21

Așa cum se poate observa în fig. 1, un flux de alimentare cu gaze naturale 10 intră în sistem la o presiune de peste 3.100 kPa (450 psia), de preferat peste 4.800 kPa {700 psia) 23 și temperaturi, preferabil, între 0 și 40”C.Pot fi utilizate și alte presiuni și tempereaturi și sistemul poate fi modificat corespunzător necesităților. Dacă fluxul de gaze 10 este sub 25 1.380 kPa (200 psia), el poate fi presurizat cu un mijloc de comprimare potrivit, nereprezentat, care poate cuprinde unul sau mai multe compresoare. 27

Se consideră că fluxul de gaze naturale 10 a fost tratat corespunzător pentru îndepărtarea apei, utilizând procedee cunoscute pentru a produce un flux de gaze naturale 29 uscat.

Fluxul de alimentare 10 este trecut printr-un răcitor 30. Răcitorul 30 poate cuprinde 31 unul sau mai multe schimbătoare de căldură cunoscute, care răcesc fluxul de gaze naturale la temperaturi criogenice, de la -50°C până la -70’0, preferabil, la temperaturi peste 33 temperatura de solidificare a CO₂. Răcitorul 30 poate cuprinde unul sau mai multe sisteme de schimb de căldură răcite cu sisteme de răcire cunoscute, unul sau mai multe mijloace de 35 expandare ca, de exemplu, ventile Joule-Thomson sau turboexpandoare, unul sau mai multe schimbătoare de căldură care folosesc ca agent de răcire lichid din secțiunea mai joasă a 37 unei coloane de fracționare 31, unul sau mai multe schimbătoare de căldură care folosesc ca agent de răcire fluxul de produs din partea de jos a coloanei de fracționare 31, sau orice 39 altă sursă de răcire adecvată.

Sistemul de răcire preferat va depinde de disponibilitatea de refrigerare prin răcire, 41 limitarea de spațiu, dacă ea există, și considerentele de mediu și siguranță. Fluxul răcit 11, care iese din răcitorul 30, este condus într-o coloană de fracționare 31, având o zonă de 43 înghețare controlată, pe scurt ZIC, care este o secțiune specială pentru a conduce solidificarea și topirea C0₂. 45

Secțiunea “ZIC”, care conduce solidificarea și topirea CO₂, una sau mai multe duze de pulverizare și un platan de topire. CO₂ solid se formează în spațiul de vapori din coloana 47 de distilare și cade în lichidul de pe platanul de topire.

Toate solidele care se formează sunt limitate de secțiunea “ZIC”. Coloana de distilare 49

RO 120220 Β1 are o secțiune de distilare obișnuită sub secțiunea ‘ZIC” și, preferabil, o altă secțiune de distilare deasupra secțiunii “ZIC”.

Un flux bogat în CO₂ iese la partea de jos a coloanei 31.

Produsul lichid din partea de jos este încălzit într-un boiler 35 și o porțiune este returnată în secțiunea mai joasă a coloanei 31 sub formă de vapori reîncălziți,

Porțiunea care rămâne, notată fluxul 13, devine un produs bogat în CO₂. Un flux bogat în metan 14, iese la partea superioară a coloanei 31 și trece printr-un schimbător de căldură 32, care este răcit de fluxul 17, care este conectat la un sistem de răcire cu circuit închis 33.

Poate fi folosit un sistem de răcire în cascadă, cu mai mulți componenți sau cu unul singur. Un sistem de răcire în cascadă conține cel puțin două cicluri de răcire în circuit închis. Sistemul de răcire cu circuit închis poate utiliza ca agenți de răcire metan, etan, propan, butan, pentan, dioxid de carbon, hidrogen sulfurat și azot. Preferabil, sistemul de răcire cu circuit închis utilizează propan ca agent de răcire predominant.

Deși în fig. 1 este reprezentat numai un schimbător de căldură 32, în practică pot fi folosite schimbătoare de căldură multiple pentru a răci în mai multe faze fluxul de vapori 14. Schimbătorul de căldură 32, preferabil, condensează tot fluxul de vapori 14 într-un lichid. Un flux 19 iese din schimbătorul de căldură cu o temperatură peste -112°C și o presiune suficientă pentru ca produsul lichid să fie la sau sub punctul său inițial de fierbere. O primă porțiune a fluxului de lichid 19 este trecută ca și fluxul 20 la un mijloc de depozitare 34, corespunzător, de exemplu un rezervor de depozitare staționar sau un transportor precum un vas de “GNLP”, un camion sau un vagon motor pentru ca “GNLP” aflate la o temperatură peste circa -112“C și o presiune suficientă pentru ca produsul lichid să fie la sau sub punctul său inițial de fierbere. O a doua porțiune din fluxul de lichid 19 este returnată ca și fluxul 21 la coloana de separare 31, pentru a asigura răcirea coloanei de separare 31. Proporțiile relative de flux 20 și 21 depind de compoziția gazului de alimentare 10, de condițiile de operare ale coloanei de separare 31 și de specificațiile de produs dorite.

în depozitarea, transportul și manevrarea gazelor naturale lichefiate, poate exista o cantitate considerabila de emanații, vapori rezultați din evaporarea gazelor naturale lichefiate.

Prin procedul conform invenției se pot opțional relichefia vaporii emisi, care sunt bogați în metan. Referitor la fig. 1, fluxul de vapori emisi 16 poate fi introdus opțional în fluxul de vapori 14 înainte de răcire în schimbătorul de căldură 32. Fluxul de vapori emiși 16 trebuie să fie la sau aproape de presiunea fluxului de vapori 14 în care se introduc vaporii degajați. Depinzând de presiunea vaporilor degajați, vaporii emisi pot necesita să aibă presiunea reglată cu unul sau mai multe compresoare sau expandoare, nereprezentate, pentru a regla presiunea la punctul la care vaporii degajați intră în procesul de lichefiere.

O porțiune minoră a fluxului de vapori 14 poate fi opțional scoasă din proces ca și combustibil, reprezentată de fluxul 15, pentru a putea asigura o porțiune din energia necesară pentru a acționa compresoarele și pompele din procesul de lichefiere.

Acest combustibil poate fi folosit opțional ca o sursă de răcire pentru a ajuta la răcirea fluxului de alimentare 10.

Fig. 2 ilustrează într-o formă schematică o altă trăsătură a procedeului propus, în care se folosește răcirea în circuit deschis pentru a asigura răcirea coloanei de separare 51 și a produce “GNLP”.

Un flux de gaze cu mai mulți componenți 50 conținând metan și dioxid de carbon care a fost deshidratat și răcit, prin orice sursă potrivită de răcire, nereprezentată, este alimentat într-o coloană cu “ZIC” 51, care este echivalentă cu coloana de separare 31 din fig. 1.

RO 120220 Β1

Această trăsătură conduce efectiv potențialul de formare a solidelor în procesul de lichefiere 1 prin fluxul de alimentare 64 direct în coloana cu “ZIC” 51.

Temperatura gazelor alimentate în coloana cu “ZIC 51 este preferabil să fie peste 3 temperatura de solidificare a CO₂. Un flux de vapori îmbogățit cu metan 52 iese pe la partea de sus a coloanei cu “ZIC” 51 și un flux 53 îmbogățit cu dioxid de carbon iese pe la partea 5 de jos a coloanei cu “ZIC” 51. Produsul lichid de la partea de jos este încălzit într-un boiler 65 și o porțiune este returnată în secțiunea de mai jos a coloanei cu “ZIC” 51 ca vapori 7 reîncălziți. Porțiunea care rămâne, respectiv fluxul 54, părăsește procesul sub forma unui produs lichid bogat în CO₂. 9

O primă porțiune a fluxului 52 din partea de sus este refluxată înapoi în coloana cu “ZIC” 51 ca și fluxul 64, pentru a asigura răcirea în circuit deschis a coloanei cu “ZIC” 51. 11

O a doua porțiune din fluxul 52 de la partea de sus este extrasă, respectiv fluxul 63, pe platanul de topire, sub forma unui flux de produs de “GNLP”, la o presiune care este la 13 sau aproape de presiunea de operare a coloanei cu “ZIC” 51 și la o temperatură peste 112°C (-170Τ). 15

O a treia porțiune din fluxul de la 52, partea de sus, poate fi opțional extrasă,respectiv fluxul 59, pentru utilizare, drept gaze de vânzare sau prelucrate în continuare. 17

Componenții principali ai răcirii în circuit deschis, din această alcătuire, cuprind comprimarea de către unul sau mai multe compresoare 57, afluxului 52, de la partea de sus, 19 care iese pe la partea superioară coloanei cu “ZIC” 51, răcirea gazelor comprimate de către unul sau mai multe racitoare 58, trecerea cel puțin a unei părți din gazele răcite, respectiv 21 fluxul 61, prin unul sau mai multe mijloace de expandare 62, pentru a scădea presiunea fluxului de gaze și pentru a asigura răcirea, și alimentarea unei porțiuni, respectiv fluxul 64, 23 din fluxul răcit, expandat în coloana cu “ZIC” 51.

Partea refluxată din fluxul de la partea de sus 52 asigură prin acest procedeu răcirea 25 în circuit deschis a coloanei cu “ZIC” 51. Fluxul 60 este preferabil răcit de un schimbător de căldură 55 care încălzește de asemenea, fluxul de la partea de sus 52. Presiunea fluxului 27 64 este controlată, preferabil, prin reglarea cantitativă a comprimării, produsă de compresorul 57, ca să asigure presiuni ale fluidelor din fluxurile 60, 61 și 64 suficient de mari pentru a 29 preveni formarea de solide. Returnând cel puțin o parte din fluxul superior de vapori 52 la partea de mai sus a coloanei 51, sub formă de lichid, condensat prin răcire în circuit deschis, 31 se asigură, de asemenea, reflux la coloana 51.

Coloana cu “ZIC” 51 are o secțiune de distilare obișnuită sub secțiunea “ZIC” și 33 potențial o altă secțiune de distilare deasupra secțiunii “ZIC”. Secțiunea “ZIC” conduce orice formare și înmuiere a solidelor din CO₂. 35 în timpul pornirii, tot fluxul 64 poate fi deviat direct la secțiunea “ZIC”. Deoarece fluxul devine mai sărac în forme solide, cea mai mare parte din fluxul 64 poate fi alimentat în 37 secțiunea de distilare a coloanei, deasupra secțiunii “ZIC”.

Fig. 3 ilustrează într-o formă schematică o altă trăsătură a acestei invenții, și anume 39 producerea, sub forma unor fluxuri de produs, atât “GNLP”, cât și gaze de vânzare. în această variantă, fluxurile superioare de produs conțin 50% “GNLP”, reprezentat de fluxul 41 126 și 50% gaze de vânzare, reprezentat fluxul 126.

Prin urmare, se pot produce “GNLP” adiționale, până la 100%, prin asigurarea unei 43 răciri adiționale, fie prin schimb de căldură cu fluide mai reci, fie printr-o cădere adițională de presiune la expandor prin instalarea unei comprimări adiționale după trecerea prin racitoare. 45 La fel, se pot produce mai puține “GNLP”prin asigurarea unei răciri mai slabe.

Referitor la fig. 3, se presupune că fluxul de alimentare cu gaze naturale 101 conține 47 peste 5 moli % CO₂ și este virtual fără apă, pentru a preveni apariția în proces a unor for11

RO 120220 Β1 mațiuni de înghețare sau hidratare. După deshidratare, fluxul de alimentare este răcit, depresurizat și alimentat în coloana de distilare 190, funcționând la o presiune din intervalul 1.379 kPa (200 psia) până la 4.482 kPa (650 psia).

Coloana de distilare 190, care are o secțiune “ZIC”, similar cu coloana de separare 31 din fig. 1, separă alimentarea în produs superior din vapori, îmbogățit în metan și un produs lichid la partea de jos, îmbogățit în dioxid de carbon. în practică, coloana de distilare 190 are cel puțin două și, preferabil, trei secțiuni distincte: o secțiune de distilare 193, o zonă de înghețare controlată “ZIC” 192, deasupra secțiunii de distilare 193 și, opțional, o secțiune de distilare 191 la partea de sus.

în acest exemplu, alimentarea turnului se face prin partea superioară a secțiunii de distilare 193, prin fluxul 105, unde are loc o distilare tipică. Secțiunile de distilare 191 și 193 asigură contactul necesar între lichidele care cad în partea de jos și vaporii care se ridică. Vaporii mai ușori părăsesc secțiunea de distilare 193 și intră în zona de înghețare controlată 192. O dată ajunși în zona de înghețare controlată 192, vaporii intră în contact cu lichidul, degajat din duze sau ansamblurile 194 de pulverizare cu jet. Vaporii continuă apoi drumul ascendent prin secțiunea superioară de distilare 191. Pentru separare efectivă a C0₂ din fluxul de gaze naturale din coloana 190, este necesară o răcire care să asigure traficul lichid în secțiunile superioare ale coloanei 190. în practica răcirea porțiunii superioare a coloanei 190 se realizează prin răcire în circuit deschis.

în exemplul din fig. 3, gazele de alimentare care intră sunt divizate în două fluxuri: un flux 102 și un flux 103. Fluxul 102 este răcit în unul sau mai multe schimbătoare de căldură, în acest exemplu, sunt folosite trei schimbătoare de căldură 130,131,132, pentru răcirea fluxului 102 și pentru a funcționa ca boilere care să asigure căldura în secțiunea de distilare 193 a coloanei 190. Fluxul 103 este răcit cu unul sau mai multe schimbătoare de căldură care sunt în schimb de căldură cu unul din fluxurile de produs din partea de jos a coloanei 190.

în fig. 3 sunt reprezentate două schimbătoare de căldură 133 și 141 care încălzesc produsele din partea de jos care părăsesc coloana 190. Numărul de schimbătoare de căldură care ajută la asigurarea răcirii fluxului de alimentare depinde de un număr de factori incluzând rata gazelor de intrare, compoziția gazelor de intrare, temperatura de alimentare și cerințele schimbului de căldură.

Opțional, fluxul de alimentare 101 poate fi răcit de un flux din proces care iese pe la partea superioară a coloanei 190. Ca o altă opțiune, fluxul de alimentare 101 poate fi răcit, cel puțin parțial, prin sisteme de răcire cunoscute, ca, de exemplu, sisteme de răcire, în circuit închis, cu unul sau mai mulți componenți.

Fluxurile 102 și 103 sunt recombinate și fluxul combinat este trecut prin mijloace de expandare adecvate, precum ventilul Joule-Thomson 150, la aproximativ presiunea de lucru a coloanei de separare 190. Alternativ, în locul ventilului Joule-Thomson 150, poate fi folosit un turboexpandor. Expandarea instantanee prin ventilul 150 produce un flux expandat rece, 105, care este dirijat către partea de sus a secțiunii de distilare 193, la un punct unde temperatura este preferabil suficient de înaltă ca să evite înghețarea CO₂.

Fluxul superior de vapori 106, din coloana de separare 190, trece prin schimbătorul de căldură 145, care încălzește fluxul de vapori 106. Fluxul de vapori încălzit, fluxul 107, este recomprimat printr-o comprimare într-o singură treaptă sau un lanț de comprimări în mai multe trepte. în acest exemplu, fluxul 107 trece succesiv prin două compresoare convenționale 160 și 161.

După fiecare treaptă de comprimare, fluxul 107 este răcit cu niște postrăcitoare 138 și 139, preferabil folosind ca agent de răcire aer ambiental sau apă. Comprimarea și răcirea fluxului 107 produce gaze care pot fi utilizate pentru vânzare printr-o linie de conducte de gaze sau pentru prelucrare în continuare.

RO 120220 Β1

Comprimarea fluxului de vapori 107 va fi făcută în mod obișnuit la cel puțin o presiune 1 care să satisfacă cerințele liniei de conducte.

O porțiune din fluxul 107, după trecerea prin compresorul 160, poate fi, opțional, 3 extrasă, reprezentată de fluxul 128, pentru utilizare ca și combustibil pentru instalația de prelucrare a gazelor. O altă porțiune a fluxului 107, după trecerea prin niște răcitoare 139, 5 este extrasă, reprezentată de fluxul 110, și utilizată ca și gaze de vânzare. Partea care rămâne din fluxul 107 este trecută sub forma fluxului 108 la schimbătoarele de căldură 140, 7

136 și 137. Fluxul 108 este răcit în schimbătoarele de căldură 136 și 137 cu fluide reci din fluxul 124, care iese la partea de jos a coloanei 190. Fluxul 108 este apoi răcit în continuare 9 în schimbătorul de căldură 145 prin schimb de căldură cu fluxul de vapori de la partea de sus 106, având ca rezultat încălzirea fluxului 106. Fluxul 108 este apoi supus la o expandare a 11 presiunii printr-un dispozitiv adecvat de expandare, ca de exemplu un expandor 158, aproximativ la presiunea de lucru a coloanei 190. Fluxul 108 se desparte apoi și o porțiune 13 se trece ca produs de “GNLP”, fluxul 126 la o temperatură peste -112°C și o presiune peste 1.380 kPa (200 psia), pentru depozitare sau transport. Cealaltă porțiune, fluxul 109, intră în 15 coloana de separare 190.

Presiunea de refulare a compresorului 161 este reglată pentru a produce o presiune 17 suficient de mare, astfel încât căderea de presiune prin expandorul 158 să asigure o răcire suficientă care să dea posibilitatea fluxurilor 109 și 126 să fie predominant constituite din 19 lichid îmbogățit în metan.

Pentru a produce “GNLP” suplimentare, reprezentat de fluxul 126, după compresorul 21

160 și înaintea schimbătorului de căldură 136 poate realizată o comprimare suplimentară.

Pentru a porni procedeul, fluxul 109 este alimentat preferabil prin fluxul 109A și 23 pulverizat direct în secțiunea “ZIC” 192 prin duza de pulverizare 194, după care fluxul 109 poate fi alimentat, reprezentat de fluxul 109B într-o secțiune superioară 191 a coloanei de 25 separare 190.

Un flux 115 de produs lichid îmbogățit în CO₂ iese pe la partea inferioară a coloanei 27 190. Fluxul 115 este divizat în două porțiuni, în fluxul 116 și fluxul 117. Fluxul 116 trece printr-un dispozitiv de expandare adecvat, ca de exemplu un ventil 153 Joule-Thomson, către 29 o presiune mai mică. Fluxul 124 care iese din ventilul 153 este apoi încălzit în schimbătorul de căldură 136 și fluxul 124 trece printr-un alt ventil 154 Joule-Thomson și încă un 31 schimbător de căldură 137. Fluxul rezultant 125 este apoi unit cu fluxul de vapori 120 din separatorul 181. 33

Fluxul 117 este expandat printr-un dispozitiv de expandare adecvat, de exemplu, un ventil de expandare 151 și trecut prin schimbătorul de căldură 133, răcind astfel fluxul de 35 alimentare 103. Fluxul 117 este apoi direcționat către separatorul 180, gaz-lichid cunoscut. Vaporii din separatorul 180 cu fluxul 118 trec prin unul sau mai multe compresoare și pompe 37 de presiune înaltă, pentru a li se ridica presiunea.

în fig. 3 sunt reprezentate două compresoare 164 și 165, și o pompă 166 cu niște 39 răcitoare 143 și 144. Fluxul 122 de produs care părăsește pompa 166 în serie are o presiune și o temperatură potrivite pentru injectare într-o formațiune subterană. 41

Produsele lichide, care ies din separatorul 180 prin fluxul 119, sunt trecute printr-un dispozitiv de expandare adecvat, ca de exemplu, un ventil de expandare 152 și apoi trec prin 43 schimbătorul de căldură 141, care este într-o relație de schimb de căldură cu fluxul de alimentare 103, răcind astfel,în continuare, fluxul de alimentare 103. Fluxul 119 este apoi 45 direcționat către separatorul 181, un dispozitiv cunoscut de separare gaz-lichid. Vaporii din separatorul 181, reprezentați de fluxul 120 trec prin compresorul 163, urmat de un postrăcitor 47

142, cunoscut. Fluxul 120 este apoi unit cu fluxul 118.

RO 120220 Β1

Orice condensat existent în fluxul 121 poate fi recuperat prin jet sau procedee de stabilizare, și apoi poate fi folosit pentru vânzare sau drept combustibil.

Deși sistemele de separare arătate în fig. 1-3 au numai o coloană de distilare, coloana 31 din fig. 1, coloana 51 din fig. 2, și coloana 190 din fig. 3, sistemele de separare prevăzute de procedeul conform invenției pot conține două sau mai multe coloane de distilare.

De exemplu, pentru a reduce înălțimea coloanei 190 din fig. 3, se poate, după cum se dorește, împărți coloana 190 în două sau mai multe coloane, nereprezentate. Prima coloană conține două secțiuni,o secțiune de distilare și o zonă cu înghețare controlată deasupra secțiunii de distilare, și cea de-a doua coloană conține o secțiune de distilare, care îndeplinește aceiași funcțiune ca și secțiunea 191 din fig. 3. Un flux de alimentare din mai mulți componenți este alimentat în prima coloană de distilare. Lichidul din partea de jos a celei de-a doua coloane este alimentat în zona de înghețare a primei coloane. Vaporii din partea de sus a primei coloane sunt alimentați în regiunea mai joasă acelei de-a doua coloane.

Cea de-a doua coloană de distilare are același ciclu de răcire în circuit deschis ca și cel arătat în fig. 3 pentru coloana 190. Un flux de vapori din cea de-a doua coloană de distilare este extras, răcit, și o porțiune din el refluxată în regiunea de mai sus a celei de-a doua coloane de separare.

Exemple

S-au realizat bilanțuri simulate de masă și de energie pentru a ilustra caracteristicile evidențiate în fig. 1 și fig. 3, și rezultatele sunt arătate în tabelele 1 și 2, prezentate în cele ce urmează.

Pentru datele prezentate în tabelul 1, s-a considerat că fluxul de produs din partea superioară a fost 100% “GNLP ”, reprezentat de fluxul 20 din fig. 1 și sistemul de răcire a fost un sistem în cascadă propan-etilenă.

Pentru datele prezentate în tabelul 2, s-a considerat că fluxul de produs din partea superioară a fost 50% “GNLP”, reprezentat de fluxul 126 din fig. 3 și 50% gaze de vânzare, reprezentat de fluxul 110 din fig. 3.

Datele prezentate în tabele sunt oferite pentru a asigura o mai bună înțelegere a trăsăturilor arătate în fig. 1 și 3, dar invenția nu trebuie considerată limitată de acestea.

Temperaturile și fluxurile nu trebuie considerate ca limitări ale invenției care poate avea în vedere multe variații ale temperaturilor și fluxurilor.

S-a făcut o simulare suplimentară a procedeului, conform invenției, utilizând schema tehnologică de baza arătată în fig. 1, utilizând aceleași compoziții ale fluxului de alimentare și temperaturi ca și cele folosite pentru a obține datele din tabelul 1, pentru a produce “GNL” obișnuite la o presiune apropiată de cea atmosferică și o temperatură de -16TC (-258°F).

Procedeele cunoscute pentru “GNL¹’ cu “ZIC” necesită în mod semnificativ mai multă răcire decât procedeul pentru ‘'GNLP” cu “ZIC” propus, conform invenției, reprezentat în fig.

1. Pentru a obține răcirea necesară pentru a produce “GNL” la o temperatură de -161 “C, sistemul de răcire trebuie să fie extins de la un sistem in cascadă propan/etilenă la un sistem în cascadă propan/ etilena/metan. Adițional, fluxul 20 nu va mai avea nevoie în continuare să fie răcit folosind metan, și presiunea produsului nu va mai fi necesar să fie redusă utilizând un expandorde lichid sau un ventil Joule-Thomson pentru a produce un produs de “GNL” la sau aproape de presiunea atmosferică. Datorită temperaturilor joase, CO₂ din GNL trebuie să fie îndepărtat până la circa 50 ppm, pentru a evita problemele de operare asociate cu înghețarea CO₂.

în tabelul 3 este reprezentată o comparație între cerințele de comprimare agenților

RO 120220 Β1 de răcire pentru procedeul cunoscut “GNL” și procedeul “GNLP”, descris în exemplul de 1 realizare din paragraful anterior.

Așa cum se arată în tabelul 3, energia totală de compresie necesară pentru agenții 3 de răcire a fost cu 67% mai mare pentru a produce “GNL” în mod obișnuit decât pentru a produce “GNLP” în conformitate cu invenția. 5

Pot fi folosite, în conformitate cu această invenție, o varietate de temperaturi și presiuni, depinzând de conceptul general al sistemului și compoziția gazelor de alimentare. 7

De asemenea, succesiunea răcirilor gazelor de alimentare poate fi suplimentată sau reconfigurată, depinzând de cerințele conceptului general de a satisface optim și eficient 9 cerințele schimbului de căldură.

în plus, anumite faze ale procedeului potfi realizate prin adăugare de dispozitive care 11 sunt interschimbabile cu dispozitivele arătate. De exemplu, separarea și răcirea pot fi realizate într-un singur dispozitiv. 13

După cum s-a prezentat mai sus, trăsăturile descrise precis și exemplele de realizare nu trebuie să fie utilizate ca să limiteze sau să restricționeze scopul invenției, care trebuie 15 să fie stabilit prin revendicările de mai jos și echivalentele lor.

Claims

Revendicări 19

1 b - lichefierea fluxului de vapori cu un sistem de refrigerare în circuit închis, pentru a produce un lichid bogat în metan având o temperatură peste circa -112°C și o presiune

1. Procedeu pentru producerea unui lichid presurizat bogat în metan dintr-un flux de 21 alimentare cu mai mulți componenți, conținând metan și un component solidificabil având o volatilitate relativă mai mică decât cea a metanului, caracterizat prin aceea că acesta 23 cuprinde următoarele faze:

a - introducerea fluxului de alimentare alcătuit din mai mulți componenți într-un sistem 25 de separare având o secțiune de congelare funcționând la o presiune peste circal .380 kPa (200 psia) și în condițiile formării de solide din componentul solidificabil, și o secțiune de 27 distilare poziționată sub secțiunea de congelare, sistemul de separare menționat producând un flux de vapori bogat în metan și un flux de lichid bogat în componentul solidificabil; 29 b - răcirea cel puțin a unei porțiuni din fluxul de vapori menționat, pentru a produce un flux lichefiat bogat în metan având o temperatură de peste circa -112’0 (-170°F) și o 31 presiune suficientă pentru că produsul lichid să fie la său sub punctul sau inițial de fierbere;

c - extragerea unei prime porțiuni din fluxul lichefiat în faza b, sub forma unui flux de 33 produs lichefiat bogat în metan; și d - introducerea în sistemul de separare menționat a unei a două porțiuni din fluxul 35 lichefiat în faza b, pentru a asigura refrigerarea sistemului de separare menționat.

2. Procedeu pentru producerea unui lichid presurizat bogat în metan dintr-un flux de 37 alimentare cu mai mulți componenți, conținând metan și un component solidificabil având o volatilitate relativă mai mică decât cea a metanului, conform revendicării 1, caracterizat prin 39 aceea că acesta mai cuprinde introducerea fluxului de produs lichefiat într-un mijloc de stocare, pentru stocare la o temperatură peste circa -112’C (-170 F). 41

3 suficientă pentru ca lichidul să fie la sau sub punctul său inițial de fierbere; și c- introducerea lichidului menționat bogat în metan într-un vas de depozitare, pentru 5 depozitare la o temperatură peste -112°C.

29. Procedeu pentru producerea unui lichid presurizat bogat în metan dintr-un flux

3. Procedeu pentru producerea unui lichid presurizat bogat în metan dintr-un flux de alimentare cu mai mulți componenți, conținând metan și un component solidificabil având o 43 volatilitate relativă mai mică decât cea a metanului, conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că faza de răcire b mai conține fazele de comprimare a fluxului de vapori menționat, 45 într-un flux cu presiune înaltă, răcirea într-un schimbător de căldură a cel puțin unei porțiuni din fluxul comprimat menționat, și expandarea fluxului comprimat răcit la o presiune mai 47 mică, prin care fluxul comprimat este răcit în continuare pentru a produce un flux lichefiat bogat în metan, având o temperatură de peste circa -112’C (-170°F) și o presiune suficientă 49 pentru ca produsul lichid să fie la sau sub punctul său inițial de fierbere.

RO 120220 Β1

4. Procedeu pentru producerea unui lichid presurizat bogat în metan dintr-un flux de alimentare cu mai mulți componenți, conținând metan și un component solidificabil având o volatilitate relativă mai mică decât cea a metanului, conform revendicării 3, caracterizat prin aceea că răcirea în schimbătorul de căldură a fluxului comprimat se face prin schimb indirect de căldură cu fluxul de vapori din faza a.

5. Procedeu pentru producerea unui lichid presurizat bogat în metan dintr-un flux de alimentare cu mai mulți componenți, conținând metan și un component solidificabil având o volatilitate relativă mai mică decât cea a metanului, conform revendicării 3, caracterizat prin aceea că acesta mai cuprinde răcirea fluxului de lichid produs de sistemul de separare menționat, prin expandarea presiunii și utilizarea fluxului de lichid expandat, răcit, pentru a răci, prin schimb indirect de căldură, fluxul comprimat.

6. Procedeu pentru producerea unui lichid presurizat bogat în metan dintr-un flux de alimentare cu mai mulți componenți, conținând metan și un component solidificabil având o volatilitate relativă mai mică decât cea a metanului, conform revendicării 3, caracterizat prin aceea că acesta mai cuprinde reglarea presiunii fluxului comprimat și presiunii fluxului expandat pentru a preveni formarea de solide în cea de-a doua porțiune a fluxului lichefiat introdus în sistemul de separare.

7 de alimentare cu mai mulți componenți, conținând metan și un component solidificabil având o volatilitate relativă mai mică decât cea a metanului, conform revendicării 28, caracterizat

7. Procedeu pentru producerea unui lichid presurizat bogat în metan dintr-un flux de alimentare cu mai mulți componenți, conținând metan și un component solidificabil având o volatilitate relativă mai mică decât cea a metanului, conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că sistemul de separare menționat din faza a conține o primă coloană de distilare și o a doua coloană de distilare, prima coloană de distilare menționată conținând o secțiune de distilare și o zonă de congelare deasupra secțiunii de distilare, a doua coloană de distilare menționată conținând o secțiune de distilare ce conține în plus fazele de introducere a fluxului de alimentare, din mai mulți componenți, din faza a, în prima coloană de distilare menționată, alimentarea unui flux de vapori din partea de sus a zonei de congelare menționată, într-o regiune mai joasă a celei de-a doua coloană de distilare, extragerea unui flux de vapori din a doua coloană de distilare și răcirea fluxului de vapori menționat în conformitate cu faza b, alimentarea celei de-a doua porțiuni din fluxul lichefiat din faza d în regiunea superioară a celei de-a doua coloane de distilare menționată, extragerea unui flux de lichid din partea de jos a celei de-a doua coloane de distilare menționată și alimentarea fluxului de lichid din partea de jos în zona de congelare menționată a primei coloane de distilare menționate.

8. Procedeu pentru producerea unui lichid presurizat bogat în metan dintr-un flux de alimentare cu mai mulți componenți, conținând metan și un component solidificabil având o volatilitate relativă mai mică decât cea a metanului, conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că sistemul de separare cuprinde o primă secțiune de distilare, o a doua secțiune de distilare sub prima secțiune de distilare și o zonă de congelare între prima și a doua secțiune de distilare, în care a doua porțiune a fluxului lichefiat din faza d se introduce în prima secțiune de distilare.

»

9 prin aceea că lichefierea fluxului de alimentare se realizează cu un sistem de refrigerare în circuit închis.

9. Procedeu pentru producerea unui lichid presurizat bogat în metan dintr-un flux de alimentare cu mai mulți componenți, conținând metan și un component solidificabil având o volatilitate relativă mai mică decât cea a metanului, conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că răcirea fluxului de vapori menționat din faza b se efectuează într-un schimbător de căldură răcit de un sistem de refrigerare în circuit închis.

10. Procedeu pentru producerea unui lichid presurizat bogat în metan dintr-un flux de alimentare cu mai mulți componenți, conținând metan și un component solidificabil având

RO 120220 Β1 o volatilitate relativă mai mică decât cea a metanului, conform revendicării 9, caracterizat 1 prin aceea că sistemul de refrigerare în circuit închis are ca agent de răcire predominant propanul. 3

11 30. Procedeu pentru producerea unui lichid presurizat bogat în metan dintr-un flux de alimentare cu mai mulți componenți, conținând metan și un component solidificabil având 13 o volatilitate relativă mai mică decât cea a metanului, conform revendicării 28, caracterizat prin aceea că, înainte de lichefierea fluxului de alimentare, mai cuprinde combinarea cu

11. Procedeu pentru producerea unui lichid presurizat bogat în metan dintr-un flux de alimentare cu mai mulți componenți, conținând metan și un component solidificabii având 5 o volatilitate relativă mai mică decât cea a metanului, conform revendicării 9, caracterizat prin aceea că sistemul de refrigerare în circuit închis are un agent de răcire cuprinzând 7 metan, etan, propan, butan, pentan, dioxid de carbon, hidrogen sulfurat, și azot.

12. Procedeu pentru producerea unui lichid presurizat bogat în metan dintr-un flux 9 de alimentare cu mai mulți componenți, conținând metan și un component solidificabil având o volatilitate relativă mai mică decât cea a metanului, conform revendicării 1 caracterizat 11 prin aceea că mai cuprinde înainte de faza b introducerea în procedeu a gazelor emanate, rezultate din evaporarea gazului lichefiat bogat în metan. 13

13. Procedeu pentru producerea unui lichid presurizat bogat în metan dintr-un flux de alimentare cu mai mulți componenți, conținând metan și un component solidificabil având 15 o volatilitate relativă mai mică decât cea a metanului, conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că lichefierea fluxului de gaze se realizează folosind două cicluri de refrigerare 17 în circuit închis cu aranjament în cascadă.

14. Procedeu pentru producerea unui lichid presurizat bogat în metan dintr-un flux 19 de alimentare cu mai mulți componenți, conținând metan și un component solidificabil având o volatilitate relativă mai mică decât cea a metanului, conform revendicării 1, caracterizat 21 prin aceea că fluxul de gaze din mai mulți componenți din faza b are o presiune peste 3.100 kPa (450 psia). 23

15. Procedeu pentru producerea unui lichid presurizat bogat în metan dintr-un flux de alimentare cu mai mulți componenți, conținând metan și un component solidificabil având 25 o volatilitate relativă mai mică decât cea a metanului, conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că componentul solidificabil este dioxid de carbon. 27

16. Procedeu pentru producerea unui lichid presurizat bogat în metan dintr-un flux de alimentare cu mai mulți componenți, conținând metan și un component solidificabil 29 avândo volatilitate relativă mai mică decât cea a metanului, conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că faza de răcire b mai cuprinde, fazele de comprimare a fluxului 31 de vapori menționat într-un flux comprimat, răcirea cel puțin a unei porțiuni din fluxul comprimat menționat, într-un schimbător de căldură, extragerea unei prime porțiuni din fluxul 33 comprimat răcit ca un flux de produs din gaze și expandarea unei a doua porțiuni din fluxul comprimat răcit la o presiune mai mică prin care fluxul comprimat este răcit, în continuare, 35 pentru a produce un flux lichefiat bogat în metan, având o temperatură peste circa -112°C (-170F) și o presiune suficientă pentru ca produsul lichid să fie la sau sub punctul său inițial 37 de fierbere.

17. Procedeu pentru producerea unui lichid presurizat bogat în metan dintr-un flux 39 de alimentare cu mai mulți componenți, conținând metan și un component solidificabil având o volatilitate relativă mai mică decât cea a metanului caracterizat prin aceea că, într-o 41 variantă de realizare acesta cuprinde:

a - introducerea fluxului de alimentare din mai mulți componenți într-un sistem de 43 separare, sistemul de separare menționat funcționând în condițiile formării de solide pentru componentul solidificabil menționat; 45 b - extragerea unui flux de vapori dintr-o regiune superioară a sistemului de separare menționat; 47

RO 120220 Β1 c - comprimarea fluxului de vapori menționat într-un flux cu o presiune mai mare;

d - răcirea a cel puțin unei porțiuni din fluxul comprimat menționat utilizând răcirea disponibilă în fluxul de vapori menționat, din faza b;

e - expandarea fluxului comprimat răcit menționat, pentru a răci, în continuare, fluxul comprimat menționat, fluxul expandat menționat fiind predominant lichid;

f - alimentarea într-o regiune superioară a sistemului de separare a cel puțin unei porțiuni din fluxul expandat menționat, pentru a asigura refrigerarea sistemului de separare menționat; și g - recuperarea din fluxul expandat a unui flux de produs lichid îmbogățit în metan.

18. Procedeu pentru producerea unui lichid presurizat bogat în metan dintr-un flux de alimentare cu mai mulți componenți, conținând metan și un component solidificabil având o volatilitate relativă mai mică decât cea a metanului, conform revendicării 17, caracterizat prin aceea că acesta mai cuprinde recupererarea unei porțiuni din fluxul de vapori, comprimat menționat, din faza c și răcirea porțiunii rămase din fluxul de vapori menționat, în conformitate cu faza d.

19. Procedeu pentru producerea unui lichid presurizat bogat în metan dintr-un flux de alimentare cu mai mulți componenți, conținând metan și un component solidificabil având o volatilitate relativă mai mică decât cea a metanului, conform revendicării 17, caracterizat prin aceea că fluxul de vapori menționat din faza b este încălzit înainte de comprimare în faza c.

20. Procedeu pentru producerea unui lichid presurizat bogat în metan dintr-un flux de alimentare cu mai mulți componenți, conținând metan și un component solidificabil având o volatilitate relativă mai mică decât cea a metanului,conform revendicării 17, caracterizat prin aceea că sistemul de separare cuprinde o primă secțiune de distilare, o a doua secțiune de distilare sub prima secțiune de distilare și o zonă de congelare între prima și a doua secțiune de distilare, în care fluxul de lichid expandat se introduce în prima secțiune de distilare.

21. Procedeu pentru producerea unui lichid presurizat bogat în metan dintr-un flux de alimentare cu mai mulți componenți, conținând metan și un component solidificabil având o volatilitate relativă mai mică decât cea a metanului, conform revendicării 20, caracterizat prin aceea că fluxul de alimentare din mai mulți componenți, menționat se introduce sub prima secțiune de distilare.

22. Procedeu pentru producerea unui lichid presurizat bogat în metan dintr-un flux de alimentare cu mai mulți componenți, conținând metan și un component solidificabil având o volatilitate relativă mai mică decât cea a metanului, conform revendicării 17, caracterizat prin aceea că acesta mai cuprinde îndepărtarea lichidului din sistemul de separare, răcirea lichidului menționat cu un mijloc de expandare a presiunii, și vaporizarea cel puțin parțială a lichidului menționat, prin schimb de căldură cu fluxul comprimat din faza c.

23. Procedeu pentru producerea unui lichid presurizat bogat în metan dintr-un flux de alimentare cu mai mulți componenți, conținând metan și un component solidificabil având o volatilitate relativă mai mică decât cea a metanului,conform revendicării 17, caracterizat prin aceea că acesta mai cuprinde îndepărtarea lichidului din sistemul de separare îmbogățit cu componentul solidificabil menționat, răcirea cu un mijloc de expandare a presiunii lichidului îmbogățit cu componentul solidificabil menționat și răcirea prin schimb de căldură cu lichidul, expandat, îmbogățit în component solidificabil menționat a fluxului de alimentare din mai mulți componenți, înainte ca el sa intre în sistemul de separare.

RO 120220 Β1

24. Procedeu pentru producerea unui lichid presurizat bogat în metan dintr-un flux 1 de alimentare cu mai mulți componenți, conținând metan și un component solidificabil având o volatilitate relativă mai mică decât cea a metanului, conform revendicării 17, caracterizat 3 prin aceea că acesta mai cuprinde răcirea cu un mijloc de expandare a fluxului din mai mulți componenți, înainte ca el să între în sistemul de separare. 5

25. Procedeu pentru producerea unui lichid presurizat bogat în metan dintr-un flux de alimentare cu mai mulți componenți, conținând metan și un component solidificabil având 7 o volatilitate relativă mai mică decât cea, conform revendicării 17, caracterizat prin aceea că presiunea fluxului cu presiune mai mare din faza c și presiunea fluxului expandat din faza 9 e sunt controlate pentru a preveni formarea de solide în fluxul alimentat în sistemul de separare din faza f. 11

26. Procedeu pentru producerea unui lichid presurizat bogat în metan dintr-un flux de alimentare cu mai mulți componenți, conținând metan și un component solidificabil având 13 o volatilitate relativă mai mică decât cea a metanului, conform revendicării 17, caracterizat prin aceea că fluxul de produs lichid recuperat din faza g are o presiune de peste circa 15 1.380 kPa (200 psia).

27. Procedeu pentru producerea unui lichid presurizat bogat în metan dintr-un flux 17 de alimentare cu mai mulți componenți, conținând metan și un component solidificabil având o volatilitate relativă mai mică decât cea a metanului, pentru a produce gaze naturale 19 lichefiate la o presiune peste circa 1380 kPa (psia), caracterizat prin aceea că, în altă variantă de realizare, acesta cuprinde: 21 a - introducerea fluxului de alimentare din mai mulți componenți într-un sistem de separare, sistemul de separare menționat funcționând în condițiile formării de solide pentru 23 componentul solidificabil menționat;

b - extragerea unui flux de vapori dintr-o regiune superioară a sistemului de separare 25 menționat;

c - comprimarea fluxului de vapori menționat într-un flux cu o presiune mai mare; 27 d - răcirea a cel puțin unei porțiuni din fluxul comprimat menționat utilizând răcirea disponibilă în fluxul de vapori din faza b; 29 e - expandarea fluxului comprimat răcit menționat, pentru a răci în continuare fluxul comprimat menționat, fluxul expandat menționat fiind predominant lichid la o presiune peste 31 circa 1.380 kPa (200 psia);

f - alimentarea a cel puțin unei porțiuni din fluxul expandat menționat într-o regiune 33 superioară a sistemului de separare, pentru a asigura refrigerarea sistemului de separare menționat; și35 g - recuperarea din fluxul expandat a unui flux de produs lichid îmbogățit în metan la o presiune de peste circa 1.380 kPa (200 psia).37

28. Procedeu pentru producerea unui lichid presurizat bogat în metan dintr-un flux de alimentare cu mai mulți componenți, conținând metan și un component solidificabil având39 o volatilitate relativă mai mică decât cea a metanului pentru producerea unui lichid bogat în metan având o temperatură de peste circa -112°C și o presiune suficientă pentru ca lichidul 41 să fie la sau sub punctul sau inițial de fierbere, caracterizat prin aceea că, în altă variantă de realizare, acesta cuprinde următoarele faze: 43 a - introducerea fluxului de alimentare din mai mulți componenți, având o presiune de peste circa 1.380 kPa (200 psia), într-un sistem de separare funcționând în condițiile 45 formării de solide pentru componentul solidificabil menționat, pentru a asigura un debit de vapori bogat în metan și un flux de lichid bogat în componentul menționat care solidifică în 47 sistemul de separare;

RO 120220 Β1

15 fluxul de vapori din sistemul de separare a gazelor rezultate din evaporarea gazelor naturale lichefiate.