BRPI0607453A2

BRPI0607453A2 - instalação para a liquefação de gás natural, e, método para a liquefação de uma corrente de gás natural

Info

Publication number: BRPI0607453A2
Application number: BRPI0607453-7A
Authority: BR
Inventors: De Graaf Jolinde Machteld Van
Original assignee: Shell Int Research
Priority date: 2005-02-17
Filing date: 2006-02-15
Publication date: 2010-04-06
Also published as: KR20070111531A; US20080156037A1; CN101120220A; AU2006215629A1; AU2006215629C1; RU2395765C2; RU2395764C2; MX2007009824A; RU2007130260A; KR20070114751A; AU2006215630B2; WO2006087330A2; MY143097A; MX2007009830A; WO2006087330A3; CN101120219A; JP2008530506A; NO20074682L; EP1848945A2; JP2008530505A

Abstract

INSTALAçãO PARA A LIQUEFAçãO DE GáS NATURAL, E, MéTODO PARA A LIQUEFAçãO DE UMA CORRENTE DE GáS NATURAL. A presente invenção refere-se a uma instalação (10) para a liquefação de gás natural (90), a instalação 10 compreendendo pelo menos: um trem de trocador de calor de pré-resfriamento (1), que compreende um trocador de calor final (2a) para resfriar a corrente de gás natural (90); um distribuidor (4), localizado a montante do trocador de calor final para dividir a corrente de gás natural (90) em pelo menos uma primeira e uma segunda subcorrentes de gás natural; pelo menos um primeiro e um segundo sistemas criogênicos principais (200, 200'), cada sistema (200, 200') compreendendo uma saída para o gás natural liquefeito (95, 95').

Description

"INSTALAÇÃO PARA A LIQUEFAÇÃO DE GÁS NATURAL, E,MÉTODO PARA A LIQUEFAÇÃO DE UMA CORRENTE DE GÁSNATURAL"

A presente invenção refere-se a uma instalação e método paraa liquefação de gás natural.

A patente US 6.389.844 expõe uma tal instalação e método.Ela compreende um ciclo de pré-resfriamento comum único, seguido por doisciclos de liquefação principais dispostos de modo paralelo, que operamsimultaneamente, em que o gás natural, que flui através da instalação, éliqüefeito e subresfriado.

Um problema com referência à instalação e ao método acima,é a possibilidade de má distribuição, pois o gás natural será usualmenteparcialmente condensado no ciclo de pré-resfriamento. A distribuiçãoeqüitativa da corrente parcialmente condensada ao longo dos ciclos deliquefação principal dispostos em paralelo é complexa e requer equipamento econtroles adicionais, resultando em uma queda de pressão aumentada nosistema e, portanto, em uma redução na eficiência de liquefação.

É um objeto da presente invenção minimizar o problemaacima.

Além disso, constitui um objeto da presente invenção proveruma e um método menos complexos para a liquefação de gás.

Constitui ainda um outro objeto da presente invenção proveruma instalação e um método alternativos para a liquefação de gás, de modo asatisfazer a especificações diferentes do gás natural liqüefeito, em particularcom relação ao valor de aquecimento, em vários mercados.

Um ou mais dos objetos acima ou outros são alcançados deacordo com a presente invenção através do provimento de uma instalaçãopara a liquefação de gás natural, a instalação compreendendo, pelo menos:

- um trem de trocador de calor de pré-resfriamento, quecompreende um trocador de calor final, opcionalmente precedido por um oumais trocadores de calor, o trocador de calor final sendo provido com umcircuito refrigerante de pré-resfriamento para a remoção de calor a partir dacorrente de gás natural;

- um distribuidor para dividir a corrente de gás natural em umaprimeira e segunda subcorrentes de gás natural;

- pelo menos um primeiro e segundo sistemas criogênicosprincipais, cada sistema compreendendo um trocador de calor principal tendoum primeiro lado quente tendo uma entrada disposta para receberrespectivamente a primeira e a segunda subcorrentes de gás natural e umasaída para o gás natural liqüefeito, e cada sistema compreendendo um circuitorefrigerante principal, para a remoção de calor a partir do gás natural, que fluiatravés do primeiro lado quente do trocador de calor principal correspondente;

em que o distribuidor está localizado a montante dotrocador de calor final.

Foi verificado, de modo surpreendente, que através dacolocação do distribuidor para a divisão da corrente de gás natural ao interiorde pelo menos uma primeira e segunda subcorrentes de gás natural a montantedo trocador de calor de pré-resfriamento final, a probabilidade de mádistribuição é reduzida, pois a corrente de gás natural pode ser dividida emum ponto, no qual está substancialmente em uma fase única. Um aspectoimportante da presente invenção é que a probabilidade de má distribuição éreduzida de um modo surpreendentemente simples.

Uma outra vantagem da presente invenção é a de que:

- à medida em que a divisão da corrente de gás natural ocorre, em um pontoem que está substancialmente em uma fase única,

- a divisão não irá causar quedas de pressão significativas no circuito de gásnatural, como um resultado do que a eficiência total da instalação deliquefação é aumentada.As vantagens acima podem ser também alcançadas em umainstalação e um método para a liquefação de gás natural, tal comopresentemente reivindicado, mas compreendendo ainda pelo menos duasunidades de extração de líquidos de gás natural a jusante do distribuidor, masa montante dos sistemas criogênicos principais. As unidades de extração delíquidos de gás natural podem ser colocadas a montante ou a jusante dotrocador de calor final do trem de trocador de calor de pré-resfriamento.

Quando o trem do trocador de calor de pré-resfriamentocompreende dois ou mais trocadores de calor dispostos em série, ou o pré-resfriamento é executado em dois ou mais estágios seriais, o distribuidor podeestar localizado entre dois trocadores de calor no trem, de modo a dividir acorrente de gás natural ente estágios de pré-resfriamento consecutivos.

Na modalidade, em que unidades de extração de líquidos degás natural estão presentes, o circuito refrigerante de pré-resfriamento serve adois circuitos refrigerantes principais, mas cada circuito refrigerante principalé servido por sua unidade de extração de líquidos de gás natural. Deste modo,a capacidade de liquefação não está limitada pela capacidade de extração delíquidos do gás natural. Deste modo, a capacidade de liquefação não estálimitada pela capacidade de extração de líquidos do gás natural.

Outra vantagem desta modalidade consiste em que as unidadesde extração do gás natural não têm que se escalonadas, de modo a acomodar ataxa de fluxo mais alta. Foi verificado que em altas vazões de gás natural, olimite de exeqüibilidade da construção e transporte de colunas de separaçãoem alta pressão é alcançada. Este problema é evitado através da provisão deduas colunas menores, dispostas em paralelo e operando de modo simultâneo.Pode ser ainda considerado que o custo de capital adicional de provimento deduas ou mais unidades de extração de líquidos de gás natural relativamentepequenas em paralelo é mais baixo do que aquele de uma unidade de extraçãode líquidos de gás natural, acomodadas para manipular o fluxo total do gásnatural.

A invenção inclui não apenas um primeiro grupo demodalidades, em que cada um dos trocadores de calor principais recebe afração leve de topo vaporosa exclusivamente a partir de uma das unidades deextração de líquidos do gás natural, mas também um segundo grupo demodalidades, em que cada um dos trocadores de calor principais recebe partesda fração leve de topo vaporosa a partir de duas ou mais unidades de extraçãode líquidos de gás natural.

Uma vantagem do primeiro grupo de modalidades é aquele deque o alinhamento do equipamento é relativamente contínuo; uma vantagemdo segundo grupo de modalidades é aquele de que uma possível mádistribuição na forma de pequenas variações, por exemplo, na composição outemperatura das respectivas frações leves de topo é eliminada.

Em um outro aspecto, a presente invenção prove um métodode liquefação de uma corrente de gás natural, o método compreendendo pelomenos:

(a) o pré-resfriamento da corrente de gás natural em um oumais estágios, que incluem um estágio em um trem de trocador de calorcontra um refrigerante de pré-resfriamento sendo reciclado em um circuito derefrigerante de pré-resfriamento;

(b) dividir a corrente de gás natural em pelo menos umaprimeira e segunda subcorrentes de gás natural;

(c) além disso, o resfriamento da primeira e segunda obtidasno estágio (b) em condensação total contra um refrigerante principal em pelomenos dois sistemas criogênicos principais, em que em cada sistemacriogênico principal o refrigerante principal é reciclado em um circuito derefrigerante principal; e

(d) extrair uma corrente de gás natural liqüefeito a partir dossistemas criogênicos principais;

em que a divisão da corrente de gás natural em uma primeira esegunda subcorrentes de gás natural é efetuada a montante do estágio de pré-resfriamento final.

A invenção será agora descrita a título de exemplo, emmaiores detalhes, com referência aos desenhos não limitativos anexos, emque:

A figura la apresenta um diagrama de fluxo esquemático geralde um primeiro grupo de modalidades da invenção;

A figura lb apresenta um diagrama de fluxo esquemático geralde um segundo grupo de modalidades da invenção;

A figura lc apresenta um diagrama de fluxo esquemático geralde um terceiro grupo de modalidades da invenção;

A figura 2 apresenta, de modo esquemático, a instalação e o processo de liquefação de acordo com a presente invenção;

A figura 3 apresenta, de modo esquemático, uma modalidademais específica da instalação e do processo de acordo com a presenteinvenção; e

A figura 4 apresenta, de modo esquemático, uma unidade decintilação extrema para o uso em combinação com as modalidades.

Para o propósito desta descrição, um número de referênciaúnico será atribuído a uma linha, assim como a uma corrente transportadanaquela linha. Os mesmos números de referência referem-se a componentessimilares.

Faz-se referência às Figuras la-c. A instalação 10 para aliquefação do gás natural de acordo com a presente invenção compreende umtrem de trocador de calor de pré-resfriamento de gás natural 1, umdistribuidor 4, dois sistemas criogênicos principais 200 e 200', eopcionalmente duas unidades de extração de líquidos de gás natural 100 e100'. O trem de trocador de calor de pré-resfriamento 1 possui uma linha deentrada 90 para o gás natural e linhas de saída 27, 27' para o gás natural pré-resfriado. Na modalidade apresentada nas Figuras 1 a- c, o trem de trocador decalor de pré-resfriamento 1 compreende dois trocadores de calor 2a, 2b, emque o trocador de calor 2a é o trocador de calor final. Aquele versado na arteirá prontamente compreender que o trem 1 pode compreender mais do quedois trocadores de calor. Se desejado, (e é preferivelmente o caso) ostrocadores de calor do trem 1 podem fazer parte do mesmo circuitorefrigerante.

O distribuidor 4 está localizado a montante do trocador decalor final 2a. Se o trem 1 compreender mais do que dois trocadores de calor2a, 2b, o distribuidor pode estar localizado mais a montante. De modopreferido, o distribuidor 4 está localizado entre dois trocadores de calor, quefazem parte do trem de trocador de calor 1. O trocador de calor final 2a podeser um trocador de calor único (vide Figuras la e lb), mas pode ser tambémum conjunto de dois ou mais trocadores de calor paralelos (2al e 2a2 naFigura 1 c). Não é necessário mencionar que - no caso em que o distribuidor 4esteja localizado também a montante do trocador de calor 2b - o trocador decalor 2 b pode também compreender dois ou mais trocadores de calorparalelos.

Na modalidade da Figura 1, o distribuidor 4 possui pelo menosduas saídas 22, 23 e as linhas de saída 19,19'. Como mostrado na figura 1, ascorrentes nas linhas de saída 19, 19' estão ambas adicionalmente resfriadas notrocador de calor final único 2a. De modo alternativo, as linhas de saída 19,19' podem estar conectadas a trocadores de calor finais paralelos, separados(2al e 2a2; como mostrado na Figura lc).

Nas modalidades de acordo com as Figuras 1 a e lb, cada umadas unidades de extração de líquidos de gás natural 100, 100' está conectada auma linha 27 ou 27' e possui uma linha de descarga 108, 108' paradescarregar uma fração pesada, uma linha de descarga 127, 127' paradescarregar uma fração leve de topo. A fração pesada compreende um líquidode gás natural, que é enriquecido em componentes mais pesados, tais que oscomponentes C3"1", a fração leve de topo compreende uma mistura mais pobre,desenriquecida daqueles componentes mais pesados, e deve ser liqüefeita.

Cada sistema criogênico principal 200, 220' está associadocom uma linha de descarga 95, 95' para a descarga do gás natural liqüefeito.

Na Figura la, é apresentada uma modalidade genérica, em quecada um dos sistemas criogênicos principais 200, 200' está exclusivamenteassociado com uma das unidades de extração de líquidos de gás natural 100,100'. Na Figura lb, é apresentada uma modalidade genérica, em que ascorrentes de produto a partir das unidades de extração de líquidos do gásnatural 100 e 100' nas respectivas linhas 127 e 127' são unidas eredistribuídas em um segundo distribuidor 44. Nesta modalidade, cadasistema criogênico 200 e 200' recebe, deste modo, partes da fração leve detopo vaporosa a partir de ambas as unidades de extração de líquidos de gásnatural 100 e 100'.

Na Figura lc, as unidades de extração de líquidos de gásnatural 100 e 100' são colocadas a montante dos trocadores de calor final 2ale 2a2 do trem de trocador de calor de pré-resfriamento 1.

Com referência agora a uma modalidade mais detalhada, talcomo apresentado na Figura 2, o trem de trocador de calor de pré-resfriamento pode compreender um trocador de calor de pré-resfriamento 2a,mas compreende, de modo adequado, um conjunto de dois ou mais trocadoresde calor dispostos em série e/ ou paralelo, em que o refrigerante de pré-resfriamento é deixado evaporar em um ou mais níveis de pressão. Por razõesde simplicidade, a seguir o trem do trocador de calor de pré-resfriamento 1será ilustrado usando o trocador de calor de pré-resfriamento 2a final; otrocador de calor precedente 2b foi apenas indicado nas Figuras de modoesquemático.

O trocador de calor de pré-resfriamento de gás natural 2apossui um lado quente mostrado, de modo esquemático, sob a forma de tubos12, 12' tendo entradas 13, 13' para o gás natural e saídas 14,1 4' para o gásnatural pré-resfriado. Os tubos 12, 12' estão dispostos no lado frio 15, quepode ser um lado de alojamento 15, do trocador de calor de pré-resfriamentode gás natural 2a.

A instalação 10 de acordo com a invenção tambémcompreende, de modo típico, um circuito refrigerante de pré-resfriamento 3.Não é necessário mencionar que o mesmo se aplica a outros trocadores decalor de pré-resfriamento presentes.

O circuito refrigerante de pré-resfriamento compreende umcompressor de refrigerante de pré-resfriamento 31 tendo uma entrada 33 euma saída 34. A saída 34 é conectada através de um conduto 35 a umresfriador 36, que pode ser um resfriador a ar ou um resfriador a água. Oconduto 35 se estende através de um dispositivo de expansão, aqui providosob a forma de uma válvula de estrangulamento para a entrada 39 do lado frio15 do trocador de calor de pré-resfriamento de gás natural. A saída 40 do ladofrio 15 está conectada, por meio de um conduto de retorno 41, à entrada 33 docompressor de refrigerante de pré-resfriamento 31.

De modo adequado, o circuito de refrigerante de pré-resfriamento 3 compreende quatro níveis de pressão para o pré-resfriamentoda corrente de gás natural em dois ou três ou quatro estágios. A regulação dorefrigerante de pré-resfriamento pode ser provida de acordo com a patente US6.637.238, que é incorporada a esta a título referencial.

O distribuidor 4 possui uma linha de admissão 18 para recebero gás natural pré-resfriado no trocador de calor precedente 2b e as duas saídas22 e 23. As duas saídas 22 e 23 do distribuidor 4 estão conectadas às entradasdas duas laterais quentes paralelas no estágio de pré-resfriamento final 2a, detal modo que as correntes, que fluem através destas laterais paralelas, possamtocar calor contra o refrigerante de pré-resfriamento no circuito derefrigerante de pré-resfriamento 3.

Cada sistema criogênico principal 200, 200' contém umtrocador de calor principal 5,5', e um circuito refrigerante principal 9,9'. Cadatrocador de calor principal 5, 5' compreende um primeiro lado quente 25, 25'tendo uma primeira entrada 26, 26'. A entrada 26 do primeiro lado quente 25está conectada à saída 14 do trocador de calor final 2a através da unidade deextração de líquidos 100, através do condutos 27 e 127, e a entrada 26' doprimeiro lado quente 25' está conectada à saída 14' através da unidade deextração de líquidos do gás natural 100' por meio dos condutos 27' e 127'.Cada primeiro lado quente 25, 25' possui uma saída 28, 28' no topo dotrocador de calor principal 5, 5' para o gás natural liqüefeito. O primeiro ladoquente 25, 25' está localizado no lado frio 29, 29' do trocador de calorprincipal 5, 5', cujo lado frio 29, 29' possui uma saída 30, 30'.

Os trocadores de calor principais 5 e 5' estão, cada qual,associados com um circuito refrigerante de liquefação 9, respectivamente 9'.Cada circuito refrigerante de liquefação 9, 9' compreende um compressor derefrigerante de liquefação 50,50' tendo uma entrada 51, 51' e uma saída 52,52'. A entrada 51,51' está conectada, por meio do conduto de retorno 53, 53',à saída 30, 30' da do lado frio 29,29' do trocador de calor principal 5,5'. Asaída 52, 52' está conectada, por meio do conduto 54, 54', a um resfriador 56,56', que pode ser um resfriador a ar ou um resfriador a água, e o lado quente57, 57' de um trocador de calor refrigerante 58, 58' a um separador 60, 60'.

Cada separador 60 possui uma saída 61, 61' para o líquido em suaextremidade inferior e uma saída 62, 62' para o gás em sua extremidadesuperior.

Cada trocador de calor de refrigerante 58, 58' inclui um ladofrio 85, 85' tendo uma entrada 139, 139' e uma saída 140, 140' para permitira entrada de um refrigerante auxiliar e a descarga do refrigerante auxiliargasto. O lado frio 85 está incluído em um ciclo de refrigerante auxiliar, para oqual muitas opções são exeqüíveis, dentre as quais as que se seguem:

Uma opção é que o ciclo refrigerante auxiliar seja executadocomo um ciclo paralelo, tal como exposto na patente US 6.389.844,incorporada a esta a título referencial, utilizando o compressor de refrigerantede pré-resfriamento 31 e o resfriador 36, em que a entrada 139, 139' estáconectada a uma linha 37 através de um dispositivo de expansão, tal que umaválvula de estrangulamento, e a saída 140, 140' está conectada à linha 41. Emuma outra opção, um circuito de refrigerante separado é provido, tal comoexposto na publicação do pedido de patente US 2005/ 0005635, incorporado aesta a título referencial, utilizando qualquer compressor de refrigeranteauxiliar para alimentar cada um dos trocadores de calor refrigerantes 58, 58'em paralelo, ou utilizando um compressor de refrigerante auxiliar dedicadopara cada trocador de calor de refrigerante 58, 58'. Em ainda uma outraopção, à qual faz-se referência nas Figuras 2 e 3 da patente US 6.389.844, jáincorporada no presente relatório, o trocador de calor de pré-resfriamentonatural 2a e os trocadores de calor 58 e 58', apresentados na Figura 2, sãocombinados em um trocador de calor integrado, de tal modo que os ladosquentes 57 e 57' sejam concretizados sob a forma de deixes de tubo quentesde pré-resfriamento 2a, 2b do trem de troca de calor de pré-resfriamento 1.

Em vez de um estágio, o trem do trocador de calor de pré-resfriamento integrado 1 pode compreender dois ou três ou mais estágios emsérie, tal como exposto com referência específica na Patente US 6.389.844, jáincluída a título referencial.

Cada circuito refrigerante de liquefação 9,9' inclui ainda umprimeiro conduto 65, 65', que se estende a partir da saída 61, 61' para aentrada de um segundo lado quente 67, 67', que se estende a um ponto médiodo trocador de calor principal 5, 5', um conduto 69, 69', um dispositivo deexpansão 70, 70' e um bocal de injeção 73, 73'.

Cada circuito refrigerante de liquefação 9,9' inclui ainda umsegundo conduto 75, 75', que se estende a partir da saída 62, 62' para aentrada de um terceiro lado quente 77, 77', que se estende para o topo dotrocador de calor principal 5,5', um conduto 79, 79', um dispositivo deexpansão 80, 80' e um bocal de injeção 83, 83'.

As duas unidades de extração de líquidos de gás natural 100 e100' compreendem, cada qual, uma coluna de destilação 105, respectivamente105'. A coluna de destilação 105, 105' é provida com uma entrada de colunade destilação 107, 107', que, na presente modalidade é, ao mesmo tempo, aentrada da unidade de extração, que é conectada ao trem do trocador de calorde pré-resfriamento. De modo específico, a entrada da coluna de destilação107 está conectada à saída 14 do trocador de calor final 2a do trem 1 atravésdo conduto 27, e a entrada da coluna de destilação 10' está conectada à saída14' através do conduto 27'. As saídas da unidade de extração são providas soba forma das linhas 127 e 127', respectivamente.

A coluna de destilação 105, 105' possui ainda uma saída defração pesada 109, 109' para a descarga de um líquido separado a partir dacorrente de gás natural previamente esfriada na linha correspondente 27, 27",e uma saída de topo de fração leve 111, 111' para a descarga de um vaporseparado a partir da corrente de gás natural previamente resinada na linhacorrespondente 27, 27'.

Uma unidade de fracionamento (não mostrada), ou operandonas frações pesadas paralelas ou nas frações pesadas combinadas, pode serconectada a saída de fração pesada 109, 109'.

A coluna de destilação 105, 105', como mostrado na Figura 2,é provida apenas com uma seção de retificação. Embora não seja requeridopor esta invenção, a coluna de destilação pode ser também provida com umaseção de retificação e de extração, através da adição de uma caldeira derecozer para levar a temperatura à temperatura no fundo da coluna. Alémdisso, uma seção de absorvedor pode ser provida na coluna de destilação, senecessário. A coluna de destilação pode ser uma coluna de purificação.

Unidade de extração de líquidos de gás natural 100, 100'compreende ainda uma unidade de trocador de calor de topo 113, 113' e umseparador de topo 117, 117' sob a forma de um tambor de refluxo e de umabomba de refluxo 119, 119'. O tambor de refluxo 117, 117' compreende umasaída de refluxo de líquido 121, 121' e uma saída de vapor 123, 123'.

A saída de topo de fração leve 111, 111' está conectada a umlado quente 116, 116' da unidade de trocador de calor de topo 113, 113', daqual o lado frio 112, 112' pode ser exposto a uma corrente fria 115, 115'. Asaída do lado quente do trocador de calor de topo 113, 113' está conectada aotambor de refluxo 117, 117'. A saída de refluxo de líquido 121, 121' estáconectada a um lado de sucção da bomba de refluxo 119, 119', cujo lado de pressão está conectado a uma entrada de refluxo 125, 125', provida na colunade destilação correspondente 105, 105'. A saída de vapor 123, 123' estáconectada à linha 127, 127'.

De modo adequado, os circuitos refrigerantes principais 9 e 9'são idênticos entre si e, deste modo são os trocadores de calor principais 5 e5' e as unidades de extração de líquidos de gás natural 100 e 100'.

Durante a operação normal, o gás natural 90 é suprido ao tremdo trocador de calor de pré-resfriamento 1 é pré-resfriado, de modo gradual,no trocador de calor 2b, é dividido no distribuidor 4 em pelo menos umaprimeira e uma segunda subcorrentes de gás natural previamente resfriadas, esuprido como as correntes paralelas 19, 19', através das entradas 13, 13', aotrocador de calor de pré-resfriamento de gás natural 2a Normalmente,dependendo da composição do gás natural, o gás natural é parcialmentecondensado no trem do trocador de calor de pré-resfriamento.

O refrigerante de pré-resfriamento é removido a partir da saída40 do lado frio 15 do trocador de calor de pré-resfriamento de gás natural 2a,comprimido no compressor de refrigerante de pré-resfriamento 31 a umatemperatura elevada, condensado no condensador 36 e deixado se expandir nodispositivo de expansão 38 a uma baixa pressão. No lado frio 15, orefrigerante de pré-resfriamento expandido é deixado evaporar em baixapressão e, deste modo, o calor é removido a partir do gás natural.

O gás natural pré-resfriado, removido a partir da saída 14 dotrocador de calor 2a é passado através dos condutos 27, 27'. As quantidadesde gás natural, que passam através dos condutos 27 e 27', são, de modoadequado, iguais entre si. Através dos condutos 27 e 27', as respectivasprimeira e segunda correntes de gás natural previamente resinadas sãosupridas às entradas 107 e 107' das unidades de extração de líquidos de gásnatural 100 e 100'. Neste caso, cada uma das primeira e segunda subcorrentesde gás natural previamente resfriadas são alimentadas ao interior de suasrespectivas colunas de destilação 105 e 105', onde elas são simultaneamenteseparadas, de modo típico através de destilação ou de purificação, em umafração pesada, que compreende a parte condensada da subcorrentecorrespondente, e uma fração leve de topo vaporosa.

Dependendo da temperatura na coluna de destilação, a fraçãoleve de topo vaporosa é desenriquecida de componentes C3+, que incluempropano, e contém, de modo predominante, metano, e com freqüênciatambém componentes C2, que incluem etano e nitrogênio.

A corrente de topo leve vaporosa deixa coluna de destilação105, 105' através de uma saída de topo de fração leve 111, 111', após o queela é alimentada ao interior do lado quente 116, 116' do trocador de calor detopo 113, 113', onde ela é parcialmente condensada em uma corrente de topoparcialmente condensada, que compreende uma mistura de condensado leve ede vapor leve.

A corrente de topo parcialmente condensada é alimentada aotambor de refluxo 117, 17', onde o condensado leve é separado a partir dovapor leve. O condensado leve é extraído a partir do tambor de refluxo 117,117' através da saída de refluxo de líquido 121, 121', e um refluxo de líquidofrio é alimentado ao interior da coluna de destilação 105, 105'.

O vapor leve é extraído a partir da saída de vapor 123, 123' ealimentado às entradas 26 e 26' dos primeiros lados quentes 25 e 25' dostrocadores de calor principais 5 e 5'. No primeiro lado quente 25, 25', afração de vapor leve a partir do gás natural é liqüefeita e subresfriada. O gásnatural subresfriado é removido através dos condutos 95 e 95'. O gás naturalsubresfriado é passado a uma unidade para o tratamento adicional, algumasopções dos quais serão posteriormente discutidas neste relatório, e a tanquespara o armazenamento do gás natural liqüefeito (não mostrados).

O refrigerante principal é removido a partir da saída 30, 30' dolado frio 29, 29' do trocador de calor principal 5, 5', comprimido a uma temperatura elevada no compressor de refrigerante de liquefação 50, 50'. Ocalor da compressão é removido no resfriador 56, 56' e o calor adicional éremovido a partir do refrigerante principal no trocador de calor de refrigerante58, 58', de modo a que seja obtido refrigerante parcialmente condensado. Orefrigerante parcialmente condensado é então separado no separador 60, 60'em uma fração líquida, pesada, e em uma fração gasosa, leve, cujas fraçõessão adicionalmente resfriadas no segundo e no terceiro lados quentes 67, 67' e77, 77', respectivamente, para a obtenção de frações liqüefeitas esubresfriadas, em temperatura elevada. Os refrigerantes subresfriados sãoentão deixados expandir em dispositivos de expansão 70, 70' e 80, 80', a umapressão mais baixa. Nesta pressão, o refrigerante é deixado evaporar no ladofrio 29, 29' do trocador de calor principal 5, 5' para a remoção do calor apartir do gás natural, que passa através do primeiro lado frio, 25, 25'.

A corrente fria 115, 115', ou a corrente de refrigerante de topo115, 115', requerida para condensador o refluxo de líquido a partir da fraçãoleve de topo vaporosa pode se originar a partir de qualquer fonte adequada.Por exemplo, ela pode ser alimentada com uma corrente de suspensão a partirdo ciclo 3, ou ela pode ser integrada como um nível de pressão no ciclo 3.

Em alternativa, a corrente de refrigerante de topo 115, 115'pode ser alimentada com uma corrente de suspensão do refrigerante principal,por exemplo a partir da linha 65, 65'. Isto pode ser alcançado em uma arranjo,em que o lado frio 115, 115' do trocador de calor de topo está emcomunicação fluida com pelo menos um dos pelo menos dois circuitos derefrigerante principais 9, 9'. Uma vantagem da troca de calor indireta dafração leve de topo vaporosa com o refrigerante principal em pelo menos umdos pelo menos dois circuitos de refrigerante principais 9, 9', é que atemperatura da corrente de gás natural pré-resfriado é tão baixa quantopossível, o que auxilia a alcançar uma extração de C3+ mais profunda naseparação de líquidos de gás natural. Em adição, a temperatura da corrente derefluxo de líquido, que deixa a saída 121, 121' pode ser mais baixa, de modoa aumentar a recuperação de C3+.

Outras opções são formadas através de qualquer combinaçãode duas ou mais das opções descritas para o resfriamento da fração leve detopo vaporosa, em particular uma combinação, que envolve a integração dolado quente 116, 116' em outro trocador de calor, seguida por uma unidade detrocador de calor de topo separada 113, 113', disposta a jusante daquelaintegrada.

Foi verificado que a temperatura do gás natural pré-resfriadoestá em torno de -25°C quando a potência de acionamento do compressor paracada um dos circuitos de refrigerante principais 9, 9' e a potência deacionamento do compressor para o circuito de refrigerante de pré-resfriamento 3 são iguais, e a instalação é operada em sua capacidade total. Apressão do gás natural pré-resfriado está, de modo típico, entre 40 e 60 bar.De modo preferido, a temperatura da corrente de refluxo de líquido está entre-25°C e -65°C, de modo que quanto mais baixa a temperatura, maiscomponentes C3+ são separados a partir do gás natural pré-resfriado. De modomais preferido, a temperatura da corrente de refluxo de líquido é inferior a -31°C. Uma recuperação de propano de 40 a 45% é exeqüível com umatemperatura de refluxo frio de -45°C, usando o refrigerante principal para oresfriamento de topo no trocador de calor de topo 113, 113'. Isso depende dapressão e da composição do gás.

Faz-se agora referência à Figura 3, que apresenta umamodalidade, que envolve um exemplo específico de utilização do refrigeranteprincipal a partir de um dos circuitos de refrigerante principais 9, 9', para oresfriamento da fração leve de topo vaporosa, extraída a partir do separadorde topo 117, 117'. O lado quente 116, 116' é integrado no trocador de calorprincipal. A figura 3 corresponde largamente à figura 2, mas em que asunidades de extração de líquidos de gás natural 100, 100' foram substituídas por uma modalidade alternativa de unidade de extração de líquidos de gásnatural 110, 110'. Como a figura 3 corresponde à figura 2, ela não seránovamente descrita, mas far-se-á referência geral, em vez disso, a partescorrespondentes da figura 2.

Os trocadores de calor criogênicos principais 5, 5' foramsubstituídos por uma versão modificada 55, 55', em que o lado quente 25, 25'é dividido em uma parte a montante 24, 24' e uma parte a jusante 24a, 24a'.

Na modalidade alternativa, a saída de topo da fração leve 111,111' está conectada à entrada 26, 26' da parte a montante correspondente 24,24', através do conduto 126, 126'. A saída da parte a montante 24, 24' está conectada cm o tambor de refluxo 117, 117' e a saída de vapor 123, 123' dotambor de refluxo 117, 117' está conectada à entrada correspondente da partea jusante 24a, 24a' do lado quente 25, 25' através do conduto 127, 127'.

Como no caso do trocador de calor principal 5, 5', a parte a jusante 24a, 24a'possui uma saída 28, 28' no topo do trocador de calor principal 55, 55' para ogás natural liqüefeito.

Durante a operação normal da modalidade alternativa, o friorequerido para a condensação do refluxo de líquido a partir da fração leve detopo vaporosa é provido pelo refrigerante principal.

Em outra modalidade (não mostrada) a unidade de extração delíquidos de gás natural, 100, 100' e/ ou 110, 110' e a separação dassubcorrentes de gás natural parcialmente condensadas em uma fração pesada,que compreende a parte condensada da subcorrente correspondente, e umafração leve de topo vaporosa, assume uma forma de acordo com asmodalidades da mesma, tal como exposto na publicação Internacional WO2004/ 069384, incorporada a esta a título referencial. Em particular, o refluxode líquido frio em tais modalidades é dividido em uma primeira e umasegunda correntes de refluxo, das quais a primeira é introduzida no topo dacoluna de purificação e a segunda em um ponto médio.

Nas modalidades acima descritas, o refrigerante de pré-resfriamento é, de modo adequado, um refrigerante de componente único, talque propano, ou uma mistura de componentes de hidrocarboneto ou outrorefrigerante adequado usado em um ciclo de resfriamento por compressão ouem um ciclo de resfriamento por absorção. O refrigerante principal é, demodo adequado, um refrigerante com múltiplos componentes, quecompreende nitrogênio, metano, etano, propano e butano.

De modo adequado, os trocadores de calor refrigerantes 58 e58' compreendem um conjunto de dois ou mais trocadores de calor dispostosem série, em que o refrigerante de pré-resfriamento é deixado evaporar emum ou mais níveis de pressão.

Os trocadores de calor principais 5 e 5' e 55 e 55' podemapresentar qualquer configuração adequada, tal que um trocador de calorenrolado por bobina ou um trocador de calor de placa- aleta.

Nas modalidades conforme descritas com referências àsFiguras 2 e 3, os trocadores de calor principais 5, 5', 55, 55' m possuem umsegundo e um terceiro lados quentes, 67, 67' e 77, 77', respectivamente. Emuma modalidade alternativa, o trocador de calor principal possui apenas umlado, no qual o segundo e o terceiro lados quentes são combinados. Neste caso, o refrigerante parcialmente condensado é suprido diretamente aoterceiro lado quente 77, 77', sem que seja separado em uma fração pesada,fração líquida, e uma fração leve, fração gasosa.

Os compressores 31, 50 e 50' podem ser compressores devários estágios com inter- resfriamento, uma combinação de compressores em série com inter-resfriamento entre os dois compressores, e/ ou umacombinação de compressores em paralelo.

Os compressores 31, 50 e 50' no circuito refrigerante de pré-resfriamento 3 e os dois circuitos refrigerantes principais 9 e 91 podem seracionados a turbina ou acionados a motor elétrico, ou acionados a turbina/ motor elétrico combinados.

De modo adequado, a turbina (não- apresentada) no circuitorefrigerante de pré-resfriamento é uma turbina vapor. Neste caso, de modoadequado, o vapor requerido para acionar a turbina a vapor é gerado com ocalor liberado a partir do resfriamento da exaustão das turbinas a gás (nãomostradas) dos circuitos refrigerante principais.

A presente invenção prove uma instalação expansível para aliquefação do gás natural, em que em um primeiro estágio um trem único éconstituído com uma capacidade de liquefação de 100%, e em que, em umsegundo estágio, o segundo trocador de calor principal e o segundo circuitorefrigerante de liquefação, do mesmo tamanho que os primeiros, podem seradicionados de modo a expandir a capacidade de liquefação a entre cerca de140 e 160%, enquanto que os componentes C3+ do gás natural podem sercontrolados.

Uma vantagem da presente invenção consiste em que ascondições de pré-resfriamento e de liquefação, por exemplo as composiçõesdo refrigerante, podem ser facilmente adaptadas, de tal modo que umaoperação eficiente seja alcançada. Além disso, no caso em que um doscircuitos de liquefação tenham que ser retirado de operação, as condiçõespodem ser adaptadas de modo a que operem eficientemente com um trem deliquefação único.

Os cálculos mostraram, além disso, que a eficiência deliquefação (quantidade de gás liqüefeito produzido por unidade de trabalhoproduzida pelo compressores) não é adversamente afetado pelo uso de umcircuito refrigerante de pré-resfriamento, que serve a dois circuitosrefrigerantes principais.

A capacidade de liquefação pode ser ainda mais expandidaatravés da provisão de pelo menos uma unidade de cintilação extremaconectada aos condutos de saída 95, 95' para o gás natural liqüefeito. A figura4 mostra uma modalidade de uma tal unidade de cintilação extrema, que podeser adicionada a qualquer uma das instalações acima descrita. Cada conduto95, 95' é conectado a um expansor de cintilação extrema e a uma válvula deestrangulamento 99, 99'. As extremidades de baixa pressão são descarregadasao interior dos condutos 101, 101', que são ambos conectados a um separadorde gás de cintilação extrema 103.

De modo alternativo, a junção, onde o gás natural é liqüefeitonos condutos 95 e 95', é combinada a montante de um expansor de cintilaçãoextrema único (não mostrado).

O separador do gás de cintilação extrema é provido com umasaída de gás de cintilação extrema 133 e uma saída de gás natural liqüefeito135. O separador de cintilação extrema pode ser também uma coluna dedestilação ou uma coluna de extração, ou qualquer alternativa adequada paraque seja alcançada uma eficiência de separação ótima entre o gás de cintilaçãoe o gás natural liqüefeito. Uma bomba opcional 137 pode ser provida de modoa colocar o gás natural liqüefeito em qualquer pressão desejada, antes dedescarregá-lo na linha 138 para o transporte ou o armazenamento.

A saída do gás de cintilação 133 é conectada a um compressor139. A saída sob alta pressão do compressor 139 é conectada a um resfriador141, que pode ser um resfriador ambiente. A montante do compressor 139, éprovido um trocador de calor 143, de modo a que seja capaz de reter o frio,que está presente no gás de cintilação extrema.

Durante a operação normal, a pressão no gás natural liqüefeitoé reduzida no expansor de cintilação extrema 97, 97' e na válvula deestrangulamento 99, 99', de modo preferido em condições atmosféricas oupróximas às atmosféricas. Esta expansão reduz a temperatura do gás naturalliqüefeito, e também do gás de cintilação extrema, que é formado noprocesso.

De modo típico, a temperatura é reduzida emaproximadamente 10°C quando cintilada a de 50 bar à pressão atmosférica.Devido à redução adicional da temperatura, mais gás natural liqüefeito podeser produzido com uma certa potência de resfriamento no trem de pré-resfriamento e nos sistemas criogênicos principais 200, 200'.

O gás de cintilação extrema é separado a partir do gásliqüefeito no separador de gás de cintilação extrema 103.

O gás de cintilação extrema, que deixa o separador de gás decintilação extrema 103 é comprimido a uma pressão, em que ele possa serdescarregado através da linha 145 para uso adicional, por exemplo como umgás combustível. O frio presente no gás de cintilação extrema pode ser retidoatravés do trocador de calor 143, por exemplo de modo a resfriar previamenteo refrigerante principal. Naquele caso, o trocador de calor 143 poderia serincluído nos circuitos refrigerantes principais 9, 9'.

De modo a expandir ainda mais a capacidade da instalação, umcircuito de realimentação de gás de cintilação pode ser provida, de tal modoque parte do gás de cintilação extrema na linha 145 seja pelo menosparcialmente condensado e novamente injetado no gás natural liqüefeito, amontante do separador de cintilação extrema 103. Para esse fim, o circuito derealimentação opcional pode ainda compreender um compressor adicional147, do qual a extremidade de baixa pressão é conectada à linha 145. Aextremidade de lata pressão do compressor adicional 147 é conectada a umalinha a montante do separador de gás de cintilação extrema, atravésconsecutivamente de um resfriador adicional opcional 149, de um trocador decalor 143 e de um dispositivo de expansão, tal que uma válvula deestrangulamento 151.

Com a nova injeção opcional, os compressores adicionais 139e 147 proporcionam pontos extras, em que a tarefa de resfriamento pode sercolocada no processo e a temperatura de resfriamento nos circuitosrefrigerantes principais pode ser aumentada. Devido à tarefa de resfriamentoextra adicionada deste modo, uma maior quantidade de gás natural líquidopode ser produzida. Os cálculos revelaram que uma capacidade de liquefaçãoadicional de 4 a 5% pode ser alcançada com o sistema de cintilação extrema,incluindo o reciclo opcional.

Outros sistemas de cintilação extrema ou estendidos podem serusados, em vez daqueles aqui descritos. É incluído, a título referencial, osistema de cintilação extrema, tal como exposto na patente US 5.893.274.

Aquele versado na arte irá prontamente compreender que apresente invenção pode ser modificada, de muitos modos, sem que hajaafastamento do escopo das reivindicações apensas.

Claims

1. Instalação para a liquefação de gás natural, a instalaçãocaracterizada pelo fato de que compreende, pelo menos:- um trem de trocador de calor de pré-resfriamento, quecompreende um trocador de calor final, opcionalmente precedido por um oumais trocadores de calor, o trocador de calor final sendo provido com umcircuito refrigerante de pré-resfriamento para a remoção de calor a partir dacorrente de gás natural;- um distribuidor para dividir a corrente de gás natural em pelomenos uma primeira e uma segunda subcorrentes de gás natural;- pelo menos um primeiro e um segundo sistemas criogênicosprincipais, cada sistema compreendendo um trocador de calor principal tendoum primeiro lado quente tendo uma entrada disposta para receberrespectivamente a primeira e a segunda subcorrentes de gás natural e umasaída para o gás natural liqüefeito, e cada sistema compreendendo um circuitorefrigerante principal para a remoção de calor a partir do gás natural, que fluiatravés do primeiro lado quente do trocador de calor principal correspondente;em que o distribuidor está localizado a montante do trocadorde calor final.

2. Instalação de acordo com a reivindicação 1, caracterizadapelo fato de que compreende ainda:- pelo menos duas unidades de extração de líquidos de gásnatural, cada qual provida com uma entrada de unidade de extração, providade modo a receber uma das subcorrentes de gás natural, e cada qualcompreendendo uma saída de fração pesada e uma saída de fração leve detopo;- as saídas da fração leve de topo estando conectadas com asentradas dos sistemas criogênicos principais.

3. Instalação de acordo com a reivindicação 2, caracterizadapelo fato de que cada uma das unidades de extração de líquidos de gás naturalé provida com uma entrada de refluxo, disposta para receber um refluxo delíquido a partir de uma saída de refluxo de líquido de um separador de topo,cujo separador de topo é provido com uma entrada em comunicação fluidacom a saída da fração leve de topo e uma saída de vapor em comunicaçãofluida com o trocador de calor criogênico principal correspondente.

4. Instalação de acordo com a reivindicação 3, caracterizadapelo fato de que a montante do separador de topo, um trocador de calor detopo é provido para remover calor a partir da fração leve de topo, cujo ladofrio do trocador de calor de topo está em comunicação fluida com pelo menosdois circuitos refrigerantes principais.

5. Instalação de acordo com a reivindicação 1, caracterizadapelo fato de que o trocador de calor final compreende dois trocadores de calorparalelos, a instalação compreendendo ainda:- pelo menos duas unidades de extração de líquidos de gásnatural presentes a montante dos trocadores de calor final paralelos.

6. Instalação de acordo com uma ou mais das reivindicaçõesprecedentes, caracterizada pelo fato de que compreende ainda pelo menosuma unidade de cintilação extrema, conectada às saídas para o gás naturalliqüefeito de pelo menos dois trocadores de calor e compreendendo pelomenos uma saída para o gás de cintilação extrema e pelo menos uma saídapara o gás natural liqüefeito.

7. Instalação para a liquefação de gás natural de acordo comuma ou mais das reivindicações precedentes, caracterizada pelo fato de que odistribuidor possui pelo menos duas saídas.

8. Método para a liquefação de uma corrente de gás natural, ométodo caracterizado pelo fato de que compreende pelo menos:(a) o pré-resfriamento da corrente de gás natural em um oumais estágios, incluindo um estágio final em um trem de trocador de calorcontra um refrigerante de pré-resfriamento sendo reciclado em um circuitorefrigerante de pré-resfriamento;(b) dividir a corrente de gás natural em pelo menos umaprimeira e uma segunda subcorrentes de gás natural;(c) resfriamento adicional da primeira e da segundasubcorrentes de gás natural, obtidas no estágio (b), em condensação totalcontra um refrigerante principal, em pelo menos dois sistemas criogênicosprincipais, em que, em cada sistema criogênico principal, o refrigeranteprincipal é reciclado em um circuito refrigerante principal; e(d) extrair uma corrente de gás natural liqüefeito a partir dossistemas criogênicos principais;em que a divisão da corrente de gás natural na primeira esegunda subcorrentes naturais, é efetuada a montante do estágio de pré-resfriamento final.

9. Método de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelofato de que a primeira e a segunda subcorrentes obtidas no estágio (b) sãosimultaneamente separadas em uma fração pesada líquida e uma fração levede topo vaporosa, antes do resfriamento adicional da fração leve de topovaporosa no estágio (c) em condensação total.

10. Método de acordo com a reivindicação 9, caracterizadopelo fato de que o resfriamento adicional no estágio (c) compreendecondensar parcialmente cada uma das frações leves de topo, de modo aformar condensado leve e vapor leve, separar o condensado leve a partir dovapor leve, alimentar o condensado leve como um refluxo frio ao interior doestágio de separar simultaneamente cada uma das primeira e segundasubcorrentes de gás natural parcialmente condensada e adicionalmente resfriaro vapor leve em condensação total.

11. Método de acordo com a reivindicação 10, caracterizadopelo fato de que a condensação parcial de cada uma das frações leves de topovaporosas compreende a troca de calor indireta com o refrigerante principalem pelo menos um de pelo menos dois circuitos refrigerantes principais.

12. Método de acordo com uma ou mais das reivindicaçõesprecedentes 8-11, caracterizado pelo fato de que a corrente de gás naturalliqüefeito, obtida no estágio (d) é subseqüentemente expandida, deste modosendo obtida uma mistura, que compreende um gás natural liqüefeito aindamais resinado e um vapor de cintilação, em que o vapor de cintilação éseparado do gás natural liqüefeito adicionalmente resfriado, comprimido, pelomenos parcialmente condensado, e novamente injetado na corrente de gásnatural liqüefeito a montante da separação do vapor de cintilação.