BRPI0613703A2 - processamento de gás hidrocarboneto - Google Patents

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D. Wilkinson John
T. Lynch Joe
T. Cuellar Kyle
L. Martinez Tony
M. Hudson Hank
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Ortloff Engineers, Ltd
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Abstract

PROCESSAMENTO DE GáS HIDROCARBONETO. A presente invenção refere-se a um processo para recuperação de etano, etileno, propano, propileno e componentes de hidrocarboneto mais pesados de uma corrente de gás de hidrocarboneto. A corrente é resfriada e após isso expandida para a pressão da torre de fracionamento e fornecida à torre de fracionamento em uma posição de alimentação inferior a meia coluna. Uma corrente de destilação é retirada da coluna abaixo do ponto de ali- mentação da corrente e é então direcionada em relação de troca de calor com a corrente de vapor aérea da torre para resfriar a corrente de destilação e condensar, pelo menos uma parte da mesma, formando uma corrente condensada. Pelo menos uma porção da corrente condensada é direcionada para a torre de fracionamento, em uma posição de alimentação superior a meia coluna. Uma corrente de reciclo é retirada da parte aérea da torre, após a mesma ser aquecida e comprimida. A corrente de reciclo comprimida é resfriada, suficientemente, de modo a ser substancialmente condensada, e é expandida à pressão da torre de fracionamento e fornecida à torre em uma posição de alimentação de coluna superior. As quantidades e temperaturas das alimentações à torre de fracionamento são eficazes, de modo a manterem a temperatura da área aérea da torre de fracionamento a uma temperatura, de modo que uma porção maior dos componentes desejados é recuperada.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "PROCESSAMENTO DE GÁS HIDROCARBONETO".
Antecedentes da Invenção
A presente invenção refere-se a um processo para separação dehidrocarbonetos contendo gás. Os depositantes reivindicam os benefícios deacordo com o Título 35, Código dos Estados Unidos, Seção 119(e) do Pedi-do Provisório US número 60/692.126 que foi depositado em 20 de junho de2005.
Etileno, etano, propileno, propano e/ou hidrocarbonetos maispesados podem ser recuperados de uma variedade de gases, tais como, gásnatural, gás de refinaria e correntes de gás sintéticas obtidas de outros ma-teriais de hidrocarboneto, tais como, carvão, óleo bruto, nafta, óleo de xisto,areia alcatroada e lignita. Gás natural geralmente possui uma proporçãomaior de metano e etano, isto é, metano e etano em conjunto compreendempelo menos 50 porcento em mol do gás. O gás também contém quantidadesrelativamente menores de hidrocarbonetos mais pesados, tais como, propa-no, butano, pentano e similares, bem como hidrogênio, nitrogênio, dióxido decarbono e outros gases.
A presente invenção refere-se de modo geral à recuperação deetileno, etano, propileno, propano e hidrocarbonetos mais pesados de taiscorrentes de gás. Uma análise típica de uma corrente de gás a ser proces-sada de acordo com essa invenção seria, em porcentagem aproximada demois, 91,6% de metano, 4,2% de etano e outros componentes C2, 1,3% depropano e outros componentes C3, iso-butano a 0,4%, butano normal a0,3%, pentanos a 0,5% mais dióxido de carbono a 1,4% com o equilíbrioconstituído de nitrogênio. Gases contendo enxofre estão algumas vezes pre-sentes.
As flutuações historicamente cíclicas nos preços do gás naturale de seus constituintes líquidos de gás natural (NGL) por vezes, reduziram ovalor incrementai de etano, etileno, propano, propileno e componentes maispesados como produtos líquidos. Isso resultou em uma demanda por pro-cessos que possam prover recuperações mais eficientes desses produtos,para processos que podem prover recuperações eficientes com investimentode capital e custos operacionais baixos e por processos que possam ser fa-cilmente adaptados ou ajustados para variarem a recuperação de um com-ponente específico em uma ampla faixa. Os processos disponíveis para se-paração desses materiais incluem aqueles com base no resfriamento e refri-geração do gás, absorção de óleo e absorção de óleo refrigerado. Adicio-nalmente, processos criogênicos se tornaram populares em razão da dispo-nibilidade do equipamento econômico que produz energia enquanto simulta-neamente expandindo e extraindo calor do gás que está sendo processado.- Dependendo da pressão da fonte de gás, o enriquecimento (o teor de etano,etileno e de hidrocarbonetos mais pesados) do gás, e os produtos finais de-sejados, cada um desses processos ou uma combinação dos mesmos podeser empregada.
O processo de expansão criogênica é agora geralmente preferi-do para recuperação de líquidos de gás natural, porque fornece simplicidademáxima com facilidade de partida, flexibilidade operacional, boa eficiência,segurança e boa confiabilidade. Patentes US números 3.292.380; 4.061.4814.140.504; 4.157.904; 4.171.964; 4.185.978; 4.251.249; 4.278.4574.519.824; 4.617.039; 4.687.499; 4.689.063; 4.690.702; 4.854.9554.869.740; 4.889.545; 5.275.005; 5.555.748; 5.568.737; 5.771.7125.799.507; 5.881.569; 5.890.378; 5.983.664; 6.182.469; 6.712.8806.915.662; Patente US reemitida número 33.408; Publicação de Pedido USnúmero 2002/0166336 A1; pedido copendente número 11/201.358 descre-vem processos relevantes (embora a descrição da presente invenção, emalguns casos, se baseie nas condições de processamento diferentes em re-lação aquelas descritas nas patentes e pedidos citados).
Em um processo de recuperação de expansão criogênica, típico,uma corrente de gás de alimentação sob pressão é resfriada por troca decalor com outras correntes do processo e/ou fontes externas de refrigeração,tais como, sistema de refrigeração por compressão de propano. Conforme ogás é resfriado, os líquidos podem ser condensados e coletados em um oumais separadores como líquidos de alta pressão contendo os mesmos com-ponentes de C2+ ou C3+ desejados. Dependendo da riqueza do gás e daquantidade de líquidos formados, os líquidos de pressão alta podem ser ex-pandidos a uma pressão menor e fracionados. A vaporização ocorrendo du-rante a expansão dos líquidos resulta em resfriamento adicional da corrente.
Sob determinadas condições, o pré-resfriamento dos líquidos de pressãoalta antes da expansão pode ser desejável, a fim de abaixar adicionalmentea temperatura resultante da expansão. A corrente expandida, compreenden-do uma mistura de líquido e vapor é fracionada em uma coluna de destilação(desmetanizador ou desetanizador). Na coluna, a(s) corrente(s) resfriada(s)de expansão é(são) destilada(s) para separar o metano residual, nitrogênioou outros gases voláteis como vapor aéreo dos componentes C2, componen-tes C3 desejados e componentes de hidrocarboneto mais pesados comoproduto de líquido de fundo ou para separar metano residual, componentesC2, nitrogênio e outros gases voláteis como vapor aéreo dos componentesC3 desejados e componentes de hidrocarbonetos mais pesados como umproduto líquido no fundo.
Se o gás de alimentação não for totalmente condensado (tipica-mente não é), o vapor que permanece da condensação parcial pode serpassado através de uma máquina de expansão de trabalho ou motor, ouuma válvula de expansão, a uma pressão inferior onde líquidos adicionaissão condensados como o resultado do resfriamento adicional da corrente. Apressão após expansão é essencialmente a mesma que a pressão na qual acoluna de destilação é operada. A corrente expandida é então fornecida co-mo alimentação superior ao desmetanizador. Tipicamente, a porção de va-por da corrente expandida e o vapor aéreo do desmetanizador combinamem uma seção superior do separador, na torre de fracionamento, como ogás de produto de metano residual. Alternativamente, a corrente resfriada eexpandida pode ser fornecida a um separador para prover correntes de va-por e líquido. O vapor é combinado com a parte aérea da torre e o líquido éfornecido à coluna como uma alimentação de coluna superior.
Na operação ideal de tal processo de separação, o gás residualdeixando o processo conterá substancialmente todo o metano no gás dealimentação essencialmente sem nenhum dos componentes mais pesadosdo hidrocarboneto e a fração de fundo que deixa o desmetanizador conterá,substancialmente, todos os componentes mais pesados do hidrocarbonetoessencialmente sem metano ou componentes mais voláteis. Na prática, con-tudo, essa situação ideal não é obtida por duas razões principais. A primeirarazão é que o desmetanizador convencional é operado amplamente comouma coluna de purgação. O produto de metano do processo, portanto, tipi-camente compreenderá os vapores que deixam o estágio superior de fracio-namento da coluna, em conjunto com vapores não submetidos a qualqueretapa de retificação. Perdas consideráveis de componentes de C2, C3 e C4+ocorrem em razão da alimentação superior de líquido conter quantidadessubstanciais desses componentes, resultando em quantidades de equilíbriocorrespondentes de componentes de C2, componentes de C3, componentesde C4 e componentes mais pesados de hidrocarboneto nos vapores que dei-xam o estágio superior de fracionamento do desmetanizador. A perda des-ses componentes desejáveis seria significativamente reduzida se os vaporesque surgem pudessem entrar em contato com uma quantidade significativade líquido (refluxo) capaz de absorver os componentes de C2, componentesde C3, componentes de C4 e componentes mais pesados de hidrocarbonetodos vapores.
A segunda razão pela qual essa situação ideal não pode ser ob-tida é que o dióxido de carbono contido no gás de alimentação fraciona nodesmetanizador e pode constituir concentrações de tanto quanto 5% a 10%ou mais na torre, mesmo quando o gás de alimentação contém menos de1% de dióxido de carbono. Em tais concentrações altas, a formação de dió-xido de carbono sólido pode ocorrer dependendo das temperaturas, pres-sões e solubilidade do líquido. É bem sabido que as correntes de gás naturalgeralmente contêm dióxido de carbono, algumas vezes em quantidadessubstanciais. Se a concentração de dióxido de carbono no gás de alimenta-ção for alta o suficiente, torna-se impossível processar o gás de alimentaçãoconforme desejado, devido ao bloqueio do equipamento de processo comdióxido de carbono sólido (a menos que seja adicionado um equipamento deremoção de dióxido de carbono, o que aumentaria substancialmente os cus-tos). A presente invenção provê um dispositivo para gerar uma corrente derefluxo de líquido suplementar que aperfeiçoará a eficiência de recuperaçãopara os produtos desejados, enquanto abrandando simultânea e substanci-almente o problema do congelamento de dióxido de carbono.
Recentemente, os processos preferidos para separação de hi-drocarboneto empregam uma seção absorvedora superior para prover retifi-cação adicional dos vapores que surgem. A fonte da corrente de refluxo paraa seção de retificação superior é tipicamente uma corrente reciclada de gásresidual fornecido sob pressão. A corrente de gás residual reciclada é ge-ralmente resfriada para condensação substancial por troca-de calor com ou-tras correntes de processo, por exemplo, a parte aérea da torre de fraciona-mento a frio. A corrente condensada substancialmente resultante é entãoexpandida através de um dispositivo de expansão apropriado, tal como, umaválvula de expansão, à pressão na qual o desmetanizador é operado. Duran-te a expansão, uma porção do líquido vaporizará, geralmente, resultando noresfriamento da corrente total. A corrente expandida de cintilação é entãofornecida como alimentação superior ao desmetanizador. Tipicamente, aporção de vapor da corrente expandida e o vapor aéreo do desmetanizadorcombinam em uma seção de separador superior na torre de fracionamentocomo um gás de produto de metano residual. Alternativamente, á correnteresfriada e expandida pode ser fornecida a um separador para prover cor-rentes de vapor e de líquido, de modo que, após o vapor ser combinado comuma parte aérea da torre e o líquido é fornecido à coluna como uma alimen-tação de coluna superior. Esquemas de processo típico desse tipo são reve-lados nas Patentes US números 4.889.545; 5.568.737; 5.881.569;6.712.880; e em Mowrey, E. Ross, "Efficient, High Recovery of Liquids fromNatural Gas Utilizing a High Pressure Absorber", Proceedings of the Eighty-First Annual Convention of the Gas Processor Association, Dallas, Texas,11 -13 de março de 2002.
A presente invenção também emprega uma seção de retificaçãosuperior (ou uma coluna de retificação separada em algumas concretiza-ções). Contudo, duas correntes de refluxo são providas para essa seção deretificação. A corrente de refluxo superior é uma corrente reciclada de gásresidual, conforme descrito acima. Além disso, contudo, uma corrente derefluxo suplementar é provida em um ponto de alimentação inferior por em-prego de um arrasto lateral dos vapores que surgem na porção inferior datorre (que podem ser combinados com algum dos líquidos separadores). Emrazão da concentração relativamente alta de componentes de C2 e compo-nentes mais pesados nos vapores inferiores na torre, uma quantidade delíquido pode ser condensada nessa corrente de arrasto lateral, sem elevarsua pressão, freqüentemente usando apenas a refrigeração disponível novapor frio que deixa a seção de retificação superior. Esse líquido condensa-do, que é predominantemente metano e etano líquido, pode então ser usadopara absorver componentes de C3, componentes de C4 e componentes dehidrocarboneto mais pesados dos vapores que surgem da porção menor daseção de retificação superior e pelo que, capturar esses componentes valio-sos no produto de líquido inferior do desmetanizador. Uma vez que a corren-te de refluxo inferior captura essencialmente todos os componentes C3+,apenas uma razão de fluxo relativamente pequena de líquido na corrente derefluxo superior é necessária para absorção dos componentes C2 que per-manecem nos vapores que surgem e da mesma forma capturam essescomponentes C2 no produto de líquido inferior do desmetanizador.
Até agora, tal aspecto de arraste lateral de vapor foi empregadonos sistemas de recuperação de C3+, conforme ilustrado na Patente US nú-mero 5.799.507 do cessionário. O processo e aparelho da Patente US nú-mero 5.799.507, contudo, são inadequados para recuperação alta de etano.
Surpreendente, os depositantes verificaram que recuperações de C2 podemser aperfeiçoadas sem sacrificar os níveis de recuperação de componenteC3+ ou eficiência do sistema por combinação do aspecto de arraste lateralda invenção da Patente US 5.799.507 do cessionário com o resíduo de re-fluxo conforme descrito pelo cessionário da Patente US 5.568.737.
De acordo com a presente invenção, foi verificado que as recu-perações do componente de C2 superiores a 97% podem ser obtidas semperda na recuperação do componente de C3+. A presente invenção provêuma vantagem adicional de ser facilmente adaptada ao emprego da maiorparte dos equipamentos necessários para implementar a Patente US núme-ro 5.799.507 do cessionário, resultando em custos de investimento inferio-res, em comparação aos outros processos da técnica anterior. Além disso, apresente invenção torna possível essencialmente 100% da separação decomponentes de metano e componentes mais leves dos componentes C2 ecomponentes mais pesados, enquanto mantendo os mesmos níveis de re-cuperação como na técnica anterior e aperfeiçoando o fator de segurançacom relação aos perigos do congelamento de dióxido de carbono. A presen-te invenção, embora aplicável em pressões inferiores e temperaturas maisaquecidas, é especificamente vantajosa quando se processa gases de ali-mentação na faixa de 2.758 a 10.342 kPa(a) (10,342 kPa) ou mais altas sobcondições que necessitem de temperaturas de aéreo de coluna de recupe-ração NGL de-46°C (-50°F) ou mais frias.
Para um melhor entendimento da presente invenção, será feitareferência aos exemplos que se seguem e desenhos.
Com referência aos desenhos:
A figura 1 é um fluxograma de uma planta de processamento degás natural da técnica anterior, de acordo com a Patente US número5.799.507;
A figura 2 é um fluxograma de uma planta de processamento degás natural de caso base modificando um projeto de acordo com a PatenteUS número 5.568.737;
A figura 3 é um fluxograma da planta de processamento de gásnatural de acordo com a presente invenção;
A figura 4 é um diagrama de concentração-temperatura para di-óxido de carbono mostrando o efeito da presente invenção;
A figura 5 é um fluxograma ilustrando um dispositivo alternativode aplicação da presente invenção à corrente de gás natural;
A figura 6 é um diagrama de concentração-temperatura para di-óxido de carbono mostrando o efeito da presente invenção com relação aoprocesso da figura 5; e
As figuras 7 a 10 são fluxogramas ilustrando dispositivos alterna-tivos de aplicação da presente invenção a uma corrente de gás natural.
Na explicação que se segue das figuras acima, são providas ta-belas resumindo as razões de fluxo calculadas para condições de processorepresentativas. Nas tabelas aqui, os valores para razões de fluxo (em moispor hora) foram arredondadas para o número mais próximo por conveniên-cia. As razões de vapor total mostradas nas tabelas incluem todos compo-nentes não hidrocarboneto e consequentemente são geralmente maioresque a soma das razões de fluxo de corrente para os componentes de hidro-carboneto. As temperaturas indicadas são valores aproximados arredonda-dos para o grau mais próximo. Deve ser observado que os cálculos de proje-to do processo realizados com a finalidade de comparação dos processosilustrados nas figuras têm como base a presunção de não vazamento decalor das ou para as vizinhanças para ou do processo. A qualidade dos ma-teriais de isolamento comercialmente disponíveis torna isso uma presunçãomuito razoável, sendo tipicamente realizada pelos versados na técnica.
Por conveniência, os parâmetros de processo são reportadosem ambas as unidades Britânica tradicional e nas unidades do Sistema In-ternacional de Unidades (SI). As razões de fluxo molar fornecidas nas tabe-las podem ser interpretadas tanto como libra mois por hora quanto quilogra-ma mois por hora. Os consumos de energia reportados como cavalo-vapor(HP) e/ou mil Unidades Térmicas Britânicas por hora (MBTU/HR) correspon-dem às razões de fluxo molar declaradas em libras mois por hora. Os con-sumos de energia reportados como Quilowatts (kW) correspondem às ra-zões de fluxo molar declaradas em quilograma mois por hora.
A figura 1 é um fluxograma de processo mostrando o projeto emuma planta de processamento para recuperar componentes de C3+ de gásnatural usando a técnica anterior de acordo com a Patente US número5.799.507 do cessionário. Nessa simulação de processo, o gás de entradachega a planta a 49°C e 7.171 kPa (49°C e 1040 psia) como corrente 31. Seo gás de entrada contiver uma concentração de compostos de enxofre quepossa impedir as correntes de produto de satisfazerem as especificações, oscompostos de enxofre são removidos por pré-tratamento apropriado do gásde alimentação (não ilustrado). Além disso, a corrente de alimentação é ge-ralmente desidratada para prevenir a formação de hidrato (gelo) em condi-ções criogênicas. Dissecante sólido vem sendo tipicamente usado para essafinalidade.
A corrente de alimentação 31 é resfriada no trocador de calor 10,por troca de calor com o gás residual de resfriamento a -67°C (-88°F) (cor-rente 52) e líquidos separadores expandidos de cintilação (corrente 33a). Acorrente resfriada 31a entra no separador 11 a -37°C (-34°F) e 7.067 kPa(a)(1025 psia), onde o vapor (corrente 32) é separado do líquido condensado(corrente 33). O líquido separador (corrente 33) é expandido para ligeira-mente acima da pressão operacional da torre de fracionamento 19 pela vál-vula de expansão 12, resfriando a corrente 33a a -55°C (-67°F). A corrente33a entra no trocador de calor 10 para fornecer resfriamento ao gás de ali-mentação conforme descrito anteriormente, aquecendo a corrente 33b para47°C (116 °F) antes da mesma ser fornecida à torre de fracionamento 19 emum ponto de alimentação a meia coluna inferior.
O vapor do separador (corrente 32) entra na máquina de expan-são de trabalho 17 onde a energia mecânica é extraída dessa porção de a-limentação de pressão alta. A máquina 17 expande o vapor substancial eisentropicamente para a pressão operacional da torre de aproximadamente2.894 kPa (420 psia), com a expansão de trabalho resfriando a corrente ex-pandida 32a a uma temperatura de aproximadamente -78°C(-108°F). Osexpansores típicos comercialmente disponíveis são capazes de recuperar de80-88% do trabalho teoricamente disponível em uma expansão isentrópicaideal. O trabalho recuperado é freqüentemente usado para acionar um com-pressor centrífugo (tal como o item 18) que pode ser usado para recomprimiro gás residual (corrente 52a), por exemplo. A corrente expandida parcial-mente condensada 32a é portanto fornecida como alimentação à torre defracionamento 19 em um ponto de alimentação a meia coluna superior.
O desetanizador na torre 19 é uma coluna de destilação conven-cional contendo várias bandejas espaçadas verticalmente, um ou mais leitosvedados, ou alguma combinação de bandejas e vedação. A torre do deseta-nizador consiste em duas seções: uma seção de absorção superior (retifica-ção) 19a que contém as bandejas e/ou vedação para prover o contato ne-cessário entre a porção de vapor da corrente expandida 32a elevando-se amontante e queda do líquido de resfriamento a jusante para condensar eabsorver os componentes de C3 e componentes mais pesados; e uma seçãoinferior de purgação 19b que contém as bandejas e/ou vedação para provero contato necessário entre os líquidos que caem a jusante e os vapores seelevando a montante. A seção de desetanização 19b também inclui pelomenos uma caldeira (tal como caldeira 20) que aquece e vaporiza uma por-ção dos líquidos escoando para baixo na coluna, de modo a prover vaporesde purgação que escoam a montante na coluna para purgar o produto líqui-do, corrente 41, de metano, componentes C2 e componentes mais leves. Acorrente 32a entra no desetanizador 19 em uma posição de alimentação ameia coluna superior localizada na região inferior da seção de absorção 19ado desetanizador 19. A porção líquida da corrente expandida 32a se misturacom os líquidos caindo a jusante da seção de absorção 19a e o líquido com-binado continua a jusante na seção de purgação 19bdo desetanizador 19. Aporção de vapor da corrente expandida 32a se eleva a montante através daseção de absorção 19a e é contatada com o líquido resfriado caindo a jusan-te para condensar e absorver os componentes de C3 e componentes maispesados.
Uma porção do vapor de destilação (corrente 42) é retirada daregião superior da seção de purgação 19b. Essa corrente é então resfriada eparcialmente condensada (corrente 42a) no trocador de calor 22 por troca decalor com a corrente aérea fria do desetanizador 38 que deixa a parte supe-rior do desetanizador 19a a -81°C (114°F) e com uma porção do líquido dedestilação frio (corrente 47) retirada da região inferior da seção de absorção19a a -80°C (112°F). A corrente aérea fria do desetanizador é aquecida aaproximadamente -66°C (-87°F) (corrente 38a) e o líquido de destilação éaquecido a -42°C (43°F) (corrente 47a) conforme eles resfriam a corrente42a de -40°C (-39°F) para cerca de -78°C (corrente 42a). O líquido de desti-lação aquecido e parcialmente vaporizado (corrente 47a) é então retornadoao desetanizador 19 em um ponto médio da seção de purgação 19b.
A pressão operacional no separador de refluxo 23 é mantida Ii-geiramente abaixo da pressão operacional do desetanizador 19. Essa dife-rença de pressão provê a força de acionamento que permite que a correntede vapor de destilação 42 flua através do trocador de calor 22 e consequen-temente para dentro do separador de refluxo 23, onde o líquido condensado(corrente 44) é separado do vapor não condensado (corrente 43). A correntede vapor não condensada 43 combina com a corrente aquecida aérea dodesetanizador 38a do trocador 22 para formar corrente de? gás residual fria52 a -67°C (-88°F).
A corrente de líquido 44 do separador de refluxo 23 é bombeadapela bomba 24 para uma pressão ligeiramente acima da pressão operacio-nal do desetanizador 19. A corrente resultante 44a é então dividida em duasporções. A primeira porção (corrente 45) é fornecida como coluna fria supe-rior alimentada (refluxo) à região superior da seção de absorção 19a do de-setanizador 19. Esse líquido frio faz com que o efeito de resfriamento da ab-sorção ocorra dentro da seção de absorção (retificação) 19a do desetaniza-dor 19, onde a saturação dos vapores se elevando a montante através datorre por vaporização do metano e etano líquidos contidos na corrente 45provê refrigeração à seção. Observe que, como resultado, ambos o vapordeixando a região superior (corrente aérea 38) e os líquidos deixando a regi-ão inferior (corrente de destilação de líquido 47) da seção de absorção 19asão mais frios que cada uma das correntes de alimentação (corrente 45 ecorrente 32a) para a seção de absorção 19a. Esse efeito de resfriamento porabsorção permite que a parte aérea da torre (corrente 38) forneça o resfria-mento necessário no trocador de calor 22 para condensar parcialmente acorrente de destilação de vapor (corrente 42), sem operar a seção de purga19b a uma pressão significativamente maior que aquela da seção de absor-ção 19a. Esse efeito de resfriamento por absorção também facilita a correntede refluxo 45 na condensação e absorção dos componentes C3 e compo-nentes mais pesados no valor de destilação fluindo a montante através daseção de absorção 19a. A segunda porção (corrente 46) da corrente bom-beada 44a é fornecida à região superior da seção de purgação 19b do dese-tanizador 19, onde o líquido frio atua como refluxo para absorver e conden-sar os componentes de C3 e componentes mais pesados fluindo a montantea partir de baixo, de modo que, a corrente de destilação de vapor 42 contémquantidades mínimas desses componentes.
Na seção de purgação 19b do desetanizador 19, as correntes dealimentação são purgadas de seus componentes de C2 e metano. A correntede produtoiíquido resultante 41 deixa a parte inferior do desetanizador 19 a107°C (225°F) (com base em uma especificação típica de uma razão de e-tano para propano de 0,025:1 em uma base molar do produto da parte infe-rior) antes de fluir para armazenamento.
O gás residual de resfriamento (corrente 52) passa em contra-corrente para o gás de alimentação que chega no trocador de calor 10, ondeé aquecido para 46°C (115°C) (corrente 52a). O gás residual é então recom-primido em dois estágios. O primeiro estágio é o compressor 18 acionadopela máquina de expansão 17. O segundo estágio é o compressor 25 acio-nado por uma fonte de energia suplementar que comprime o gás residual(corrente 52c) para a pressão da tubulação de vendas. Após resfriamentopara 49°C (120°F) no resfriador de descarga 26, o produto de gás residual(corrente 52d) flui para a tubulação de venda gás a 7.171 kPa (1040 psia),suficiente para satisfazer os requisitos da tubulação (geralmente na ordemda pressão de entrada).
Um resumo das razões de fluxo de corrente e consumo de ener-gia para o processo ilustrado na figura 1 é estabelecido na tabela que sesegue.Tabela I. (fiaura 1)
Resumo do fluxo da corrente - kg mols/hora (lb. mols/hora)
<table>table see original document page 14</column></row><table>
Recuperações*
Propano 99,08%
Butanos+ 99,99%Energia
Compressão do gás residual 12,774 HP (21.000 kW)
(Com base nas razões de fluxo não arredondadas)
O processo da figura 1 é freqüentemente a escolha ótima paraplantas de processamento de gás quando a recuperação de componentesde C2 não é desejada, porque provê recuperação muito eficiente dos com-ponentes de C3+ usando equipamento que requer menos investimento decapital que outros processos. Contudo, o processo da figura 1 não está bemadequado à recuperação dos componentes de C2, uma vez que os níveis derecuperação do componente de C2 da ordem" de 40% são geralmente osmais altos que podem ser obtidos sem aumentos desordenados nos requisi-tos de energia para o processo. Se níveis de recuperação de componente deC2 mais altos que esses forem desejados, será necessário um processo dife-rente, tal como o da Patente US número 5.568.737 do cessionário.
A figura 2 representa um fluxograma do processo mostrando amaneira pela qual o projeto da planta de processamento da figura 1 pode seradaptado para operar em um nível de recuperação de componente de C2maior usando um projeto de caso base de acordo com a Patente US número5.568.737 do cessionário. O processo da figura 2 foi aplicado à mesmacomposição de gás de alimentação e condições conforme descrito anterior-mente para a figura 1. Contudo, na simulação do processo da figura 2, de-terminados equipamentos e tubulações foram adaptados (mostrado por li-nhas em negrito) enquanto outros equipamentos tubulações foram retiradosde serviço (mostrado por linhas pontilhadas claras), de modo que as condi-ções operacionais do processo pudessem ser ajustadas para aumentar arecuperação dos componentes de C2 para cerca de 97%.
A corrente de alimentação 31 é resfriada no trocador de calor 10por troca de calor com uma porção da corrente aérea da coluna de destila-ção de resfriamento (corrente 48) a -26°C (-15°F), líquidos do desmetaniza-dor (corrente 39) a -36°C, líquidos do desmetanizador (corrente 40) a 3°C(37°F) e o líquido da parte inferior do desmetanizador bombeado (corrente41a) a 16°C (60°F). A corrente 31 a resfriada entra no separador 11 a -16°C(4°F) e 7.067 kPa(a) (1025 psia) onde o vapor (corrente 32) é separado dolíquido condensado (corrente 33).
O vapor do separador (corrente 32) é dividido em duas corren-tes, 34 e 36. A corrente 34, contendo cerca de 30% do vapor total é combi-nada com o líquido do separador (corrente 33). A corrente combinada 35passa através do trocador de calor 22 em relação de troca de calor com acorrente aérea da coluna de destilação fria 38, onde é resfriado para con-densação substancial. A corrente substancialmente condensada resultante35a a -95°C (138°F) é então expandida por cintilação através da válvula deexpansão 16 para a pressão operacional da torre de fracionamento 19,2.839 Kpa(a) (412 psia). Durante a expansão, uma porção da corrente é va-porizada, resultando em resfriamento da corrente total. No processo ilustra-do na figura 2, a corrente expandida 35b que deixa a válvula de expansão 16alcança uma temperatura de -96°C (-141 °F) e é fornecida à torre de fracio-namento 19 em um ponto de alimentação a meia coluna superior.
Os 70% restantes do vapor do separador 11 (corrente 36) en-tram na máquina de expansão de trabalho 17, onde a energia mecânica éextraída dessa porção da alimentação de pressão alta. A máquina 17 ex-pande o vapor substancial e isentropicamente para a pressão operacional datorre, com a expansão do trabalho resfriando a corrente expandida 36a auma temperatura de cerca de -62°C (-80°F). A corrente expandida, parcial-mente condensada 36a é portanto fornecida como alimentação à torre defracionamento 19 em um ponto de alimentação a meia coluna inferior.
A corrente de destilação recomprimida e resfriada 38e é divididaem duas correntes. Uma porção, a corrente 52 é o produto de gás residual.A outra porção, a corrente de reciclo 51, flui para o trocador de calor 27, on-de ela é resfriada para -18°C (-1°F) (corrente 51a) por troca de calor comuma porção (corrente 49) da corrente aérea da coluna de destilação de res-friamento 38a a -26°C(-15°F). A corrente de reciclo resfriada então escoapara o trocador 22 onde é resfriada para -95°C (-138°F) e substancialmentecondensada por troca de calor com a corrente de destilação resfriada 38. Acorrente substancialmente condensada 51b é então expandida através dodispositivo de expansão apropriado, tal como, válvula de expansão 15, paraa pressão operacional do desmetanizador, resultando em resfriamento dacorrente total. No processo ilustrado na figura 2, a corrente expandida 51cdeixando a válvula de expansão 15 alcança uma temperatura de -98°C (-145°F) e é fornecida à torre de fracionamento como a alimentação da colunasuperior. A porção de vapor (caso presente) da corrente 51c combina comos vapores surgindo do estágio de fracionamento superior da coluna paraformar a corrente de destilação 38, que é retirada de uma região superior datorre.
O desmetanizador na torre 19 é uma coluna de destilação con-vencional contendo várias bandejas verticalmente espaçadas, um ou maisleitos vedados ou alguma combinação de bandejas e vedação. Como é fre-qüentemente o caso nas plantas de processamento de gás natural, a torrede fracionamento pode consistir em duas seções. A seção superior 19a é umseparador onde a alimentação superior é dividida em suas respectivas por-ções de vapor e líquido e onde o vapor surgindo da destilação inferior ouseção de desmetanização 19b é combinado com a porção de vapor (se hou-ver) da alimentação superior, para formar o vapor aéreo do desmetanizadorresfriado (corrente 38) que deixa a parte superior da torre a -97°C (142°F). Aseção de desmetanização inferior 19b contém as bandejas e/ou vedação eprove o contato necessário entre os líquidos que correm a jusante e os vapo-res surgindo a montante. A seção de desmetanização 19b também incluicaldeiras (tais como, caldeira com ângulo de inclinação 20 e a caldeira e acaldeira lateral descritas anteriormente) que aquecem e vaporizam uma por-ção dos líquidos fluindo a jusante da coluna para prover a purgação dos va-pores que escoam a montante da coluna para purgar o produto líquido, cor-rente 41, de metano e componentes mais leves.
A corrente de produto líquido 41 deixa a parte inferior da torre a13°C (55°F), com base em uma especificação típica de uma razão de meta-no para etano de 0,025:1 em uma base molar no produto inferior. A bomba21 libera a corrente 41a para o trocador de calor 10, conforme descrito ante-riormente, onde ela é aquecida a ATC (116°F) antes de fluir para o armaze-namento. A corrente de vapor aérea do desmetanizador 38 passa em con-tracorrente para o gás de alimentação que entra em corrente de reciclo notrocador de calor 22, onde é aquecida a -26°C (-15°F). A corrente aquecida38a é dividida em duas porções (correntes 49 e 48), que são aquecidas a47°C (116°F) e 25°C (78°F), respectivamente, no trocador de calor 27 e tro-cador de calor 10. As correntes aquecidas recombinam para formar a corren-te 38b a 29°C (84°F) que é então recomprimida em dois estágios, o com-pressor 18 acionado pela máquina de expansão 17 e o compressor 25 acio-nado por uma fonte de energia suplementar. Após a corrente 38d ser resfri-ada para 49°C (120°F) no resfriador de descarga 26 para formar a corrente38e, a corrente de reciclo 51 é retirada conforme descrito anteriormente paraformar corrente de gás residual 52 que flui para as tubulações de venda degás a 7.171 kPa(a) (1040 psia).
Um resumo das razões de fluxo de corrente e consumo de ener-gia para os processos ilustrados na figura 2 é fornecido na tabela que sesegue.
Tabela II. (figura 2)
Resumo do fluxo da corrente - kg mols/hora (Ib.mols/Hr)
<table>table see original document page 18</column></row><table><table>table see original document page 19</column></row><table>
Recuperações*
Etano 97,04%
Propano 100,00%
Butanos+ 100,00%
Energia
Compressão do gás residual 14,219 HP (23.376 kW)* (Com base nas razões de fluxo não arredondadas)
Modificando-se os equipamentos e tubulações da figura 1 con-forme ilustrado na figura 2, a planta de processamento de gás natural podeagora obter uma recuperação de 97% dos componentes de C2 no gás dealimentação. Isso significa que a planta possui a flexibilidade de operar con-forme mostrado na figura 2 e recuperar essencialmente todos os componen-tes de C2 quando o valor dos componentes de C2 líquido for atraente ou paraoperar como mostrado na figura 1 e rejeitar os componentes de C2 no gásresidual da planta quando os componentes de C2 forem mais valiosos comocombustível gasoso. Contudo, as modificações necessárias requerem equi-pamentos e tubulações adicionais (conforme mostrado pelas linhas em ne-grito) e não fazem uso de muitos desses equipamentos adicionais presentesna planta da figura 1 (mostrado pelas linhas pontilhadas claras), assim ocusto de capital de uma planta designada para operar usando ambos o pro-cesso da figura 1 e o processo da figura 2 será maior que o desejável. (Ob-serve que embora o processo da figura 2 possa ser adaptado para rejeitar oscomponentes de C2 similares ao processo da figura 1, o consumo de energiaquando se opera dessa maneira é essencialmente o mesmo conforme mos-trado na Tabela II. Uma vez que isso representa mais de 11% em relação aoprocesso da figura 1, conforme mostrado na Tabela I, o custo operacional deuma planta empregando o processo da figura 1, dessa maneira, é conside-ravelmente menor que o daquela que emprega o processo da figura 2).
Descrição da Invenção
Exemplo 1
A figura 3 é um fluxograma do processo ilustrando como o proje-to da planta de processamento na figura 1 pode ser adaptado para operarem um nível de recuperação de componente de C2 mais alto de acordo coma presente invenção. O processo da figura 3 vem sendo aplicado à mesmacomposição de gás de alimentação e condições conforme descrito anterior-mente na figura 1. Contudo, na simulação do processo da presente invençãoconforme mostrado na figura 3, determinados equipamentos e tubulaçõesforam adicionados (mostrados por linhas em negrito), enquanto outros equi-pamentos e tubulações foram retirados de serviço (mostrado por linhas pon-tilhadas claras) conforme observado pela legenda da figura 3, de modo queas condições operacionais do processo podem ser ajustadas para aumentara recuperação dos componentes de C2 a cerca de 97%. Uma vez que acomposição de gás de alimentação e condições consideradas no processoapresentado na figura 3 são as mesmas das figuras 2 e 3, o processo podeser comparado ao processo da figura 2 para ilustrar as vantagens da presen-te invenção.
Na simulação do processo da figura 3, o gás de entrada é inseri-do na planta como corrente 31 e é resfriado no trocador de calor 10 pela tro-ca de calor com uma porção (corrente 48) da corrente de destilação de res-friamento 50 a -68°C (-90°F), líquidos do desmetanizador (corrente 39) a -50°C (-59°F), líquidos do desmetanizador (corrente 40) a 7°C(44°F) e o lí-quido da parte inferior do desmetanizador bombeado (corrente 41a) a 210C(69°F). A corrente resfriada 31a entra no separador 11 a -45°C(-49°F) e7.067 kPa(a) (1025 psia) onde o vapor (corrente 32) é separado do líquidocondensado (corrente 33).
O vapor do separador (corrente 32) entra na máquina de expan-são de trabalho 17 onde a energia mecânica é extraída dessa porção da a-limentação de pressão alta. A máquina 17 expande o vapor substancial eisentropicamente para a pressão operacional da torre de 3.032 kPa(a) (440psia), com a expansão do trabalhando resfriando a corrente expandida 32a,a uma temperatura de aproximadamente -82°C (-115°F). A corrente expan-dida parcialmente condensada 32a é portanto fornecida como corrente paraa torre de fracionamento 19 em um ponto de alimentação a meia coluna infe-rior.
A corrente de destilação recomprimida e resfriada 50d é dividaem duas correntes. Uma porção, a corrente 52, é o produto de gás residual.A outra porção, corrente de reciclo 51, escoa para o trocador de calor 27,onde é resfriada a -45°C (-49°F) (corrente 51a) por troca de calor com umaporção (corrente 49) da corrente de destilação de resfriamento 50 a -68°C(-90°F). A corrente de reciclo resfriada então escoa para o trocador 22, ondeé resfriada a -92°C (-134°F) e substancialmente condensada por troca decalor com a corrente aérea da coluna de destilação resfriada 38. A correntesubstancialmente condensada 51b é então expandida através de um dispo-sitivo de expansão apropriado, tal como, válvula de expansão 15, para apressão operacional do desmetanizador, resultando no resfriamento de todaa corrente. No processo ilustrado na figura 3, a corrente expandida 51c dei-xando a válvula de expansão 15 alcança uma temperatura de -96°C(-141 °F) e é fornecida à torre de fracionamento como a alimentação de colu-na superior. A porção de vapor (caso haja) da corrente 51c combina com osvapores se elevando do estágio de fracionamento superior da coluna paraformar a corrente de destilação 38, que é retirada de uma região superior dacoluna.
O desmetanizador na torre 19 é uma coluna de destilação con-vencional contendo várias bandejas espaçadas verticalmente, um ou maisleitos vedados ou alguma combinação de bandejas e vedação. A torre dodesmetanizador consiste em três seções: uma seção separadora superior19a, onde a alimentação superior é dividida em suas respectivas porções devapor e líquido e onde o vapor se elevando da seção de absorção intermedi-ária 19b é combinado com a porção de vapor (se houver) da alimentaçãosuperior para formar o vapor aéreo do desmetanizador resfriado (corrente38); uma seção de absorção intermediária (retificação) 19b que contém asbandejas e/ou vedação para prover o contato necessário entre a porção devapor da corrente expandida 32a se elevando a montante e o líquido resfria-do caindo para condensar e absorver os componentes de C2, componentesde C3 e componentes mais pesados; e uma seção de purgação inferior 19c,que contém as bandejas e/ou vedação para prover o contato necessário en-tre os líquidos caindo e os vapores se elevando. A seção de desmetanização19c também inclui caldeiras (tais como, caldeira com ângulo de inclinação 20e a caldeira e a caldeira lateral descritas anteriormente) que aquecem e va-porizam uma porção dos líquidos escoando a jusante na coluna, de modo aprover os vapores de purgação que escoam a montante na coluna para pur-gar o produto líquido, corrente 41, de metano e componentes mais leves.
A corrente 32a entra no desmetanizador 19 em uma posição dealimentação intermediária, localizada na região mais baixa da seção de ab-sorção 19b do desmetanizador 19. A porção líquida da corrente expandida32a se mistura com os líquidos caindo da seção de absorção 19b e o líquidocombinado continua a jusante na seção de purgação 19c do desmetanizador19. A porção de vapor da corrente expandida 32a se eleva através da seçãode absorção 19b e é contatada com o líquido resfriado caindo para conden-sar e absorver os componentes de C2, componentes de C3 e componentesmais pesados.
O líquido separador (corrente 33) pode ser dividido em duasporções (corrente 34 e corrente 35). A primeira porção (corrente 34), quepode ser de 0% a 100%, é expandida para a pressão operacional da torre defracionamento 19 pela válvula de expansão 14 e a corrente expandida 34a éfornecida à torre de fracionamento 19 em um segundo ponto de alimentaçãoa meia coluna inferior. Qualquer porção restante (corrente 35) que pode serde 100% a 0%, é expandida para a pressão operacional da torre de fracio-namento 19 pela válvula de expansão 12, resfriamento a mesma para -67°C(-88°F) (corrente 35a). Uma porção do vapor de destilação (corrente 42) éretirada da região superior da seção de purgação 19c a -83°C (118°F) ecombinada com a corrente 35a. A corrente combinada 37 é então resfriadapara -74°C (-101 °F) a -93°C (-135°F) e condensada (corrente 37a) no troca-dor de calor 22 por troca de calor com a corrente aérea resfriada do desme-tanizador 38 que deixa a parte superior do desmetanizador 19 a -95°C (-138°F). A corrente aérea fria do desmetanizador é aquecida a -68°C (-90°F)(corrente 38a) conforme ela resfria e condensa as correntes 37 e 51a. Ob-serve que em todos casos, os trocadores 10, 22 e 27 são representativostanto dos vários trocadores de calor individuais quanto de trocadores de ca-lor de múltiplas passagens simples ou qualquer combinação dos mesmos. (Adecisão de quando usar de mais de um trocador de calor para os serviços deaquecimento indicados, dependerá do vários fatores incluindo, porém nãolimitado à razão de fluxo de gás de entrada, tamanho do trocador de calor,temperaturas da corrente, etc.).
A pressão operacional no separador de refluxo 23, 3.005 kPa(a)(436 psia), é mantida ligeiramente abaixo da pressão operacional do desme-tanizador 19. Isso fornece a força de acionamento que permite que a corren-te de vapor de destilação 42 combine com o vapor 35a e a corrente combi-nada 37 escoe através do trocador de calor 22 e consequentemente para oseparador de refluxo 23. Qualquer vapor não condensado (corrente 43) éseparado do líquido condensado (corrente 44) no separador de refluxo 23 eentão combinado com a corrente aérea do desmetanizador aquecido 38a dotrocador de calor 22 para formar a corrente de vapor de destilação de resfri-amento 50 a -68°C(-90°F).
A corrente de líquido 44 do separador de refluxo 23 é bombeadapela bomba 24 para uma pressão ligeiramente acima da pressão operacio-nal do desmetanizador 19 e a corrente resultante 44a é então fornecida co-mo refluxo de líquido resfriado a uma região intermediária na seção de ab-sorção 19b do desmetanizador 19. Esse refluxo suplementar absorve e con-densa a maior parte dos componentes de C3 e componentes mais pesados(bem como alguns dos componentes de C2) dos vapores que se elevam naregião de retificação inferior da seção de absorção 19b, de modo que ape-nas uma pequena quantidade de reciclo (corrente 51) deve ser resfriada,condensada, sub-resfriada e expandida por cintilação para produzir a corren-te de refluxo superior 51c, que provê a retificação final na região superior daseção de absorção 19b. Conforme a corrente de refluxo resfriada 51c conta-ta os vapores de elevação na região superior da seção de absorção 19b, elacondensa e absorve os componentes de C2 e quaisquer componentes de C3remanescentes e componentes mais pesados dos vapores, de modo queeles podem ser capturados no produto da parte inferior ^(corrente 41) dodesmetanizador 19.
Na seção de purgação 19c do desmetanizador 19, as correntesde alimentação são purgadas do metano e componentes mais leves. O pro-duto líquido resultante (corrente 41) deixa a parte inferior da torre 19 a 19°C(65°C), com base na especificação típica de uma razão de metano para eta-no de 0,025:1 em uma base molar no produto da parte inferior. A bomba 21libera corrente 41a para o trocador de calor 10, conforme descrito anterior-mente, onde ela é aquecida para 45°C (114°F) antes do escoamento paraarmazenamento.
A corrente de vapor de destilação formando a parte aérea datorre (corrente 38) é aquecida no trocador de calor 22, conforme provê umresfriamento à corrente combinada 37 e corrente de reciclo 51a conformedescrito anteriormente, então combina com qualquer vapor não condensadona corrente 43 para formar corrente de destilação de resfriamento 50. A cor-rente de destilação 50 é dividida em duas porções (correntes 49 e 48), quesão aquecidas a 47°C (116°F) e 27°C (80°F) respectivamente, no trocadorde calor 27 e trocador de calor 10. As correntes aquecidas recombinam paraformar a corrente 50a a 31 cC (87°F) que é então recomprimida em dois es-tágios, compressor 18 acionado pela máquina de expansão 17 e compressor25 acionado por uma fonte de energia suplementar. Após a corrente 50c serresfriada para 49°C (120°F) no resfriador de descarga para formar a corrente50d, a corrente de reciclo 51 é retirada, conforme descrito anteriormente,para formar a corrente de gás residual 52 que escoa para as tubulações devenda de gás a 7.171 kPa(a) (1040 psia).
Um resumo das razões de fluxo de corrente e consumo de ener-gia para o processo ilustrado na figura 3 é estabelecido na tabela que sesegue.
Tabela III, (figura 3)Resumo do fluxo da corrente - kg mols/hora (lb. mols/hr)
<table>table see original document page 25</column></row><table><table>table see original document page 26</column></row><table>
Recuperações*
Etano 97,05%
Propano 100,00%
Butanos+ 100,00%
Energia
Compressão do gás residual 14,303 HP (23.504 kW)* (Com base nas razões de fluxo não arredondadas)
Uma comparação das Tabelas Il e Ill mostra que, em compara-ção ao caso base, a presente invenção mantém essencialmente a mesmarecuperação de etano (97,05% versus 97,04%), recuperação de propano(100,00% versus 100,00%) e recuperação de butanos+ (100,00% versus100,00%). A comparação das Tabelas Il e Ill mostra adicional que essesrendimentos foram obtidos usando essencialmente os mesmos requisitos decavalo-vapor.
Contudo, uma comparação da figura 2 e da figura 3 mostra quea presente invenção, conforme ilustrado na figura 3, faz uso muito mais efi-caz dos equipamentos e tubulações para o processo da figura 1 que o pro-cesso ilustrado na figura 2. As Tabelas IV e V comparam as alterações ne-cessárias para converter a planta de processamento do gás natural ilustradana figura 1 para uso tanto do processo ilustrado na figura 2 como o processoda presente invenção ilustrado na figura 3. A tabela IV mostra que os equi-pamentos e tubulações que devem ser adicionados ou modificados no pro-cesso da figura 1 para conversão dos mesmos e a Tabela V mostra os equi-pamentos e tubulações no processo da figura 1 que se tornam excessivosquando os mesmos são convertidos.Tabela IV
Comparação das figuras 2 e 3
<table>table see original document page 27</column></row><table>Tabela V
Comparação da figuras 2 e figura 3 <table>table see original document page 28</column></row><table>
Conforme mostra a Tabela IV, a presente invenção conformeilustrada na figura 3, requer menos alterações ao equipamento e tubulaçõesdo processo da figura 1 para adaptação aos níveis de recuperação do com-ponente C2 mais altos em comparação ao processo da figura 2. Adicional-mente, conforme mostra a Tabela V, quase todo o equipamento e tubula-ções do processo da figura 1 podem permanecer em serviço quando a pre-sente invenção for aplicada, conforme mostrado na figura 3, tornando maiseficaz o uso de investimento de capital já necessário para a planta de pro-cessamento de gás da figura 1. Assim, a presente invenção provê um dispo-sitivo muito econômico para construção de uma planta de processamento degás que pode ajustar seu nível de recuperação para se adaptar às altera-ções na parte econômica da planta. Quando o valor dos componentes de C2como um líquido é alto, a presente invenção pode ser operada conforme i-Iustrado na figura 3 para recuperar eficiente e essencialmente todos os com-ponentes de C2 (mais os componentes de C3 e componentes mais pesados)presentes no gás de alimentação. Quando os componentes de C2 possuemum valor maior como combustível gasoso, a mesma planta pode ser operadausando o processo da técnica anterior ilustrado na figura 1 para efetivamen-te rejeitar todos os componentes de C2 para o gás residual, enquanto recu-perando essencialmente todos os componentes de C3 e componentes maispesados no produto da parte inferior da coluna. Embora o processo ilustradona figura 2 possa acompanhar essa mesma flexibilidade, o custo de capitalde uma planta de processamento de gás capaz de operar conforme mostra-do nas figuras 1 e 2 é mais alto que a planta que pode operar conforme mos-trado em ambas as figuras 1 e 3.
O aspecto chave da presente invenção é a retificação suplemen-tar provida pela corrente de refluxo 44a, que reduz a quantidade de compo-nentes de C3 e componentes de Ca+ contidos nos vapores se elevando naregião superior da seção de absorção 19b. Embora a razão de fluxo da cor-rente de refluxo 44a na figura 3 seja inferior a metade da razão de fluxo dacorrente 35b na figura 2, sua massa é suficiente para prover recuperação devolume dos componentes de C3 e componentes de hidrocarboneto mais pe-sados contidos na alimentação expandida 32a e os vapores que se elevamda seção de purgação 19c. Conseqüentemente, a quantidade de refluxo demetano líquido (corrente 51c) que deve ser fornecida à seção de retificaçãosuperior na seção de absorção 19b para capturar aproximadamente todos oscomponentes de C2 é apenas cerca de 45% mais alta que a razão de fluxoda corrente 51c na figura 2, e é ainda pequena o bastante, de modo que ovapor aéreo do desmetanizador resfriado (corrente 38) possa prover a refri-geração necessária para gerar ambos esse refluxo e o refluxo na corrente44a. Como resultado, quase 100% dos componentes de C2 e substancial-mente todos os componentes de hidrocarboneto mais pesados são recupe-rados no produto líquido 41 possuindo a parte inferior do desmetanizador 19,sem necessitar de equipamento e tubulações adicionais para produzir a cor-rente 35b na figura 2 de modo a obter o mesmo resultado.
Uma vantagem adicional da presente invenção é uma probabili-dade reduzida de congelamento do dióxido de carbono. A figura 4 é um grá-fico da relação entre as concentrações de dióxido de carbono e temperatura.
A linha 71 representa as condições de equilíbrio para dióxido de carbonosólido e líquido no metano. (A linha de equilíbrio de líquido-sólido nesse grá-fico se baseia nos dados fornecidos nas figuras 16-33 na página 16-24 doEnqineerinq Data Book. 12- Edição, publicado em 2004 pela Gas ProcessorsSuppliers Association). Uma temperatura de líquido na ou para a direita dalinha 71 ou uma concentração de dióxido de carbono na ou acima dessa li-nha, significa uma condição de congelamento. Em razão das variações quenormalmente ocorrem nas instalações de processamento de gás (por exem-plo, composição de gás de alimentação, condições e razão de fluxo), é ge-ralmente desejado o projeto de um desmetanizador com um fator de segu-rança considerável entre as condições operacionais esperadas e as condi-ções de congelamento. (A experiência tem mostrado que as condições doslíquidos nos estágios de fracionamento de um desmetanizador, ao invés dascondições dos vapores, controlam as condições operacionais permissíveisna maioria dos desmetanizadores. Por essa razão, a linha de equilíbrio devapor-sólido correspondente não é mostrada na figura 4).
A figura 4 também mostra uma linha representando as condi-ções para os líquidos nos estágios de fracionamento do desmetanizador 19no processo da figura 2 (linha 72). Conforme pode ser visto, uma porçãodessa linha operacional repousa acima da linha de equilíbrio líquido-sólido,indicando que o processo da figura 2 não pode ser operado nessas condi-ções, sem encontrar os problemas de congelamento do dióxido de carbono.
Como resultado, não é possível usar o processo da figura 2 sob essas con-dições, de modo que o processo da figura 2 não pode obter realmente asdeficiências de recuperação declaradas na Tabela Il na prática, sem a remo-ção de pelo menos algum dióxido de carbono do gás de alimentação. Isso,naturalmente, aumentaria substancialmente o custo de capital.
A linha 73, na figura 4, representa as condições para os líquidosnos estágios de fracionamento do desmetanizador 19, na presente invenção,conforme ilustrado na figura 3. Em contraste com o processo da figura 2,existe um fator de segurança mínimo de 1,52 entre as condições operacio-nais antecipadas e as condições de congelamento para o processo da figura3. Isto é, seria necessário um aumento de 51% no teor de dióxido de carbo-no dos líquidos para causar congelamento. Assim, a presente invenção tole-raria uma concentração 51% maior de dióxido de carbono no seu gás dealimentação, que aquela que o processo da figura 2 toleraria sem risco decongelamento. Adicionalmente, considerando-se que o processo da figura 2não pode ser operado para obter os níveis de recuperação fornecidos naTabela Il em razão do congelamento, a presente invenção poderia, de fato,ser operada mesmo em níveis de recuperação maiores que aqueles forneci-dos na Tabela Ill sem risco de congelamento.
A comutação das condições operacionais do desmetanizador dafigura 3, conforme indicado pela linha 73 na figura 4, pode ser entendida porcomparação dos aspectos de distinção da presente invenção em relação aoprocesso da figura 2. Embora a forma da linha operacional para o processoda figura 2 (linha 72) seja semelhante à forma da linha operacional para apresente invenção (linha 73), existem duas diferenças chave. Uma diferençaé que as temperaturas operacionais dos estágios de fracionamento superiorcríticos no desmetanizador no processo da figura 3 são mais aquecidas queaquelas dos estágios de fracionamento correspondentes no desmetanizadorno processo da figura 2, efetivamente comutando a linha operacional do pro-cesso da figura 3 para fora da linha de equilíbrio líquido-sólido. As tempera-turas mais aquecidas dos estágios de fracionamento no desmetanizador dafigura 3 são parcialmente o resultado da operação da torre em pressão maisalta que a do processo da figura 2. Contudo a pressão de torre mais alta nãocausa uma perda nos níveis de recuperação do componente de C2+, umavez que a corrente de reciclo 51, no processo da figura 3 é em essência umciclo de refrigeração por compressão de contato direto aberto para o desme-tanizador usando uma porção do gás residual volátil como o fluido de traba-lho, fornecendo a refrigeração necessária ao processo para operar a perdana recuperação que normalmente acompanha um aumento na pressão ope-racional do desmetanizador.
A diferença mais significativa entre as duas linhas operacionaisna figura 4, contudo, se constitui nas concentrações mais baixas de dióxidode carbono nos líquidos nos estágios de fracionamento do desmetanizador19, no processo da figura 3, em comparação àquelas do desmetanizador 19no processo da figura 2. Um dos aspectos inerentes a operação de uma co-luna de desmetanizador para recuperação dos componentes de C2 é que acoluna deve fracionar entre o metano que deve ser retirado da torre em seuproduto aéreo (corrente de vapor 38) e os componentes de C2 que devemdeixar a torre em seu produto inferior (corrente de líquido 41). Contudo, avolatilidade relativa do dióxido de carbono repousa entre aquela do metano ecomponentes de C2, que faz com que o dióxido de carbono apareça em am-bas correntes terminais. Adicionalmente, o dióxido de carbono e o etanoformam um azeótropo, resultando em uma tendência do dióxido de carbonode acumular nos estágios de fracionamento intermediário da coluna e peloque, podendo levar ao desenvolvimento de grandes concentrações de car-bono nos líquidos da torre.
É bem sabido que a adição de um terceiro componente é fre-qüentemente um dispositivo eficaz para "romper" um azeótropo. Conformeobservado na Patente US número 4.318.723, hidrocarbonetos de alcano C3-Ce, especificamente n-butano, são eficazes na modificação do comporta-mento do dióxido de carbono nas misturas de hidrocarboneto. A experiênciamostrou que a composição da alimentação a meia coluna superior (isto é,corrente 35b na figura 2 ou corrente 44a na figura 3) aos desmetanizadoresdesse tipo possui impacto significativo na composição dos líquidos nos está-gios de fracionamento cruciais na seção superior do desmetanizador. Quan-do se comparada essas duas correntes na Tabela Il e Tabela III, é observa-do que as concentrações dos componentes de C3+ e C4+ para o processoda figura 2 são 3,2% e 1,8% respectivamente, versus 8,0% e 5,6%, respecti-vamente, para o processo da figura 3. Assim, as concentrações dos compo-nentes de C3+ e componentes de C4+ para a alimentação a meia coluna su-perior da presente invenção mostrada na figura 3 são 2-3 vezes maiores queaquelas do processo na figura 2. O impacto líquido disso é o "rompimento"do azeótropo e conseqüente redução das concentrações de dióxido de car-bono nos líquidos da coluna. Um impacto adicional das concentrações maisaltas dos componentes de C4+ nos líquidos nos estágios de fracionamentodo desmetanizador 19, no processo da figura 3, é para elevar as temperatu-ras de ponto de borbulhamento dos líquidos da bandeja, adicionando a co-mutação favorável da linha operacional 73 para o processo da figura 3 parafora da linha de equilíbrio líquido-sólido na figura 4.
Exemplo 2
A figura 3 representa a concretização preferida da presente in-venção para as condições de temperatura e pressão mostradas, uma vezque requer tipicamente o equipamento mínimo e o investimento de capitalmais baixo. Um método alternativo para produção de corrente de refluxo su-plementar para a coluna é mostrado em outra concretização da presenteinvenção, conforme ilustrado na figura 5. A composição de gás de alimenta-ção e condições consideradas no processo apresentado na figura 5 são asmesmas que aquelas nas figuras 1 a 3. Consequentemente, a figura 5 podeser comparada ao processo da figura 3 para ilustrar as vantagens da presen-te invenção e pode da mesma forma ser comparada à concretização mos-trada na figura 3.
Na simulação do processo da figura 5, o gás de entrada flui paraa planta como corrente 31 e é resfriado no trocador de calor 10 pelo trocadorde calor com uma porção (corrente 48) da corrente de destilação de resfria-mento 38a a -62°C (-79°F), líquidos do desmetanizador (corrente 39) a -44°C(-47°F), líquidos do desmetanizador (corrente 40), e o líquido bombea-do da parte inferior do desmetanizador (corrente 41a) a 20°C(68°F). A cor-rente resfriada 31a entra no separador 11 a -44°C(-47°F) e 7.067 kPa(a)(1025 psia) onde o vapor (corrente 32) é separado do líquido condensado(corrente 33).
O vapor do separador (corrente 32) entra na máquina de expan-são de trabalho 17, onde a energia mecânica é extraída dessa porção dealimentação em pressão alta. A máquina 17 expande o vapor substancial eisentropicamente para a pressão operacional da torre de 3.094 kPa(a) (449psia), com a expansão do trabalho resfriando a corrente expandida 32a parauma temperatura de aproximadamente -80°C (-113°F). A corrente expandi-da, parcialmente condensada 32a é após isso, fornecida como alimentaçãoà torre de fracionamento 19 em um ponto de alimentação a meia coluna infe-rior. O líquido do separador (corrente 33) pode ser dividido em duas porções(corrente 34 e corrente 35). A primeira porção (corrente 34) que pode ser de0% a 100%, é expandida para a pressão operacional da torre de fraciona-mento 19 pela válvula de expansão 14 e a corrente expandida 34a é forneci-da à torre de fracionamento 19 em um segundo ponto de alimentação a meiacoluna inferior.
A corrente de destilação recomprimida e resfriada 38e é divididaem duas correntes. Uma porção, a corrente 52 é o produto do gás residual.
A outra porção, a corrente de reciclo 51, flui para o trocador de calor 27, on-de é resfriada para -57°C (-57°C) (corrente 51a) pelo trocador de calor comuma porção (corrente 49) da corrente de destilação de resfriamento 38a a -62°C (-79°F). A corrente de reciclo resfriada então escoa para o trocador 22,onde é resfriada para -92°C (-134°F) e substancialmente condensada portroca de calor com a corrente aérea da coluna de destilação resfriada 38. Acorrente substancialmente condensada 51b é então expandida através deum dispositivo de expansão apropriado, tal como, válvula de expansão 15,para a pressão operacional do desmetanizador, resultando em resfriamentode toda corrente. No processo ilustrado na figura 5, a corrente expandida51c que deixa a válvula de expansão 15 alcança uma temperatura de -96°C(-141 °F) e é fornecida à torre de fracionamento como a alimentação de colu-na superior. A porção de vapor (se houver) da corrente 51c recombina comos vapores se elevando do estágio de fracionamento superior da coluna paraformar a corrente de destilação 38, que é retirada de uma região superior datorre.
Uma porção do vapor de destilação (corrente 42) é retirada daregião superior da seção de purgação do desmetanizador 19 a -84°C (-119°F) e comprimida pelo compressor 30 (corrente 42a) para 4.604 kPa(a)(668 psia). A porção restante da corrente de líquido do separador 33 (corren-te 35) que pode ser de 100% a 0%, é expandida para essa pressão pela vál-vula de expansão 12, resfriando a mesma até -55°C (-67°F) antes da corren-te 35a ser combinada com a corrente 42a. A corrente combinada 37 é entãoresfriada para -59°C (-74°F) a -92°C (-134°F) e condensada (corrente 37a)no trocador de calor 22 por troca de calor com a corrente aérea do desmeta-nizador resfriada 38, que deixa a parte superior do desmetanizador 19 a-94°C(-138°F). A corrente condensada 37a é então expandida pela válvula deexpansão 16 para a pressão operacional do desmetanizador 19 e a correnteresultante 37b a -93°C(-135°F) é então fornecida como refluxo de líquidoresfriado para uma região intermediária na seção de absorção do desmeta-nizador 19. Esse refluxo suplementar absorve e condensa a maior parte doscomponentes de C3 e componentes mais pesados (bem como alguns doscomponentes de C2) dos vapores se elevando na região de retificação inferi-or da seção de absorção, de modo que, apenas uma pequena quantidade dereciclo (corrente 51) deve ser resfriada, condensada, sub-resfriada e expan-dida por cintilação para produzir a corrente de refluxo superior 51c que provêa retificação final na região superior da seção de absorção.
Na seção de purgação do desmetanizador 19, as correntes dealimentação são purgadas do metano e seus componentes mais leves. Oproduto líquido resultante (corrente 41) sai da parte inferior da torre 19 a18°C (64°F). A bomba 21 libera a corrente 41a para o trocador de calor 10,conforme descrito anteriormente, onde é aquecido a 47°C (116°F) antes deescoar para armazenamento.
A corrente de vapor de destilação que forma a parte aérea datorre (corrente 38) é aquecida no trocador de calor 22, conforme provê umresfriamento à corrente combinada 37 e corrente de reciclo 51a conformedescrito anteriormente. A corrente 38a é então dividida em duas porções(correntes 49 e 48), que são aquecidas a 47°C(116°F) e 31°C(80°F), respec-tivamente, no trocador de calor 27 e trocador de calor 10. As correntes a-quecidas recombinam para formar a corrente 38b a 34°C(94°F), que é entãorecomprimida em dois estágios, o compressor 18 é acionado pela máquinade expansão 17 e o compressor 25 é acionado por uma fonte de energiasuplementar. Após a corrente 38d ser resfriada a 49°C(120°F) no resfriadorde descarga 26 para formar a corrente 38e, a corrente de reciclo 51 é retira-da conforme descrito anteriormente, para formar a corrente de gás de reciclo52 que escoa para as tubulações de venda de gás a 7.171 kPa(a)(1040 psi-a).Um sumário das razões de fluxo de corrente e consumo de e-nergia para o processo ilustrado na figura 5 é estabelecido na tabela que sesegue:
Tabela Vl (figura 5)
Resumo do fluxo da corrente - kg mols/hora (Lb: mols/hora)
<table>table see original document page 36</column></row><table>Butanos+ 100,00%
Energia
Compressão do gás residual 13,161 HP (21,637 kW)
Compressão em refluxo 522 HP ( 858 kW)
Compressão total 13,683 HP (22,495 kW)* (Com base nas razões de fluxo não arredondadas)
Uma comparação das Tabelas Ill e Vl mostra que, em compara-ção à concretização da figura 3 da presente invenção, a concretização dafigura 5 mantém essencialmente a mesma recuperação de etano (97,01%versus 97,05%), recuperação de propano (99,99% versus 100,00%), e recu-peração de butanos+ (100,00% versus 100,00%). Contudo, a comparaçãodas Tabelas Ill e Vl adicionalmente mostra que esses rendimentos foramobtidos usando cerca de 4% menos cavalos-vapor que o necessário pelaconcretização da figura 3. A queda nos requisitos de energia para a concre-tização da figura 5 se deve principalmente à razão de fluxo inferior da cor-rente de reciclo 51, em comparação aquela necessária na concretização dafigura 3, para manter os mesmos níveis de recuperação. A utilização docompressor 30 na concretização da figura 5, torna mais fácil a condensaçãoda corrente combinada 37 (em razão da elevação na pressão), de modo queuma razão de fluxo maior da corrente de refluxo suplementar 37b pode serusada e a razão de fluxo da corrente de reciclo 51 é conseqüentemente re-duzida.
Quando a presente invenção é empregada como no Exemplo 2,usando um compressor para permitir aumento da razão de fluxo da correntede refluxo suplementar, a vantagem com relação a anulação das condiçõesde congelamento de dióxido de carbono é adicionalmente melhorada emcomparação a concretização da figura 3. A figura 6 representa outro gráficoda relação entre a concentração de dióxido de carbono e a temperatura, coma linha 71 como antes representando as condições de equilíbrio para dióxidode carbono sólido e líquido no metano. A linha 74 na figura 6 representa ascondições para líquidos nos estágios de fracionamento do desmetanizador19 na presente invenção, conforme ilustrado na figura 5 e mostra um fator desegurança de 1:64 entre as condições operacionais antecipadas e as condi-ções de congelamento para o processo da figura 5. Assim, essa concretiza-ção da presente invenção toleraria um aumento de 64% na concentração dedióxido de carbono sem risco de congelamento. Na prática, esse aperfeiço-amento no fator de segurança de congelamento seria usado vantajosamentepela operação do desmetanizador em pressão mais baixa (isto é, com astemperaturas mais frias nos estágios de fracionamento) para elevar os níveisde recuperação do componente de C2+ sem encontrar problemas de conge-lamento. A forma da linha 74 na figura 6 é muito semelhante aquela da linha73 na figura 4 (que é mostrada como referência na figura 6). A diferençaprimária se constitui nas concentrações de dióxido de carbono significativa-mente inferiores dos líquidos, nos estágios de fracionamento na seção supe-rior crítica do desmetanizador da figura 5, devido à razão de fluxo mais altada alimentação a meia coluna superior para a coluna que é possível nessaconcretização.
Outras Concretizações
De acordo com essa invenção, é geralmente vantajoso projetar aseção de absorção (retificação) do desmetanizador para conter múltiplosestágios de separação teórica. Contudo, os benefícios da presente invençãopodem ser obtidos com tão pouco quanto um estágio teórico, e acredita-seque mesmo o equivalente a um estágio teórico fracional possa permitir a ob-tenção desses benefícios. Por exemplo, toda ou parte da corrente de reci-clo expandida substancialmente condensada 51c da válvula de expansão15, todo ou parte do refluxo suplementar (corrente 44a na figura 3 ou corren-te 73b na figura 5) e toda ou parte da corrente expandida 32a da máquina deexpansão de trabalho 17 podem ser combinados (tais como nas tubulaçõesunindo a válvula de expansão ao desmetanizador) e se completamente in-termisturada, os vapores e líquidos misturarão em conjunto e separarão deacordo com as volatilidades relativas de vários componentes das correntescombinadas totais. Tal mistura das três correntes seria considerada para osfins dessa invenção como constituindo uma seção de absorção.
Algumas circunstâncias podem favorecer a mistura de qualquerporção de vapor remanescente da corrente combinada 37a com a parte aé-rea da coluna de fracionamento (corrente 38), então fornecendo a correntemisturada ao trocador de calor 22 para prover resfriamento da corrente com-binada 37 e corrente de reciclo 51a. Isso é mostrado na figura 7, onde a cor-rente misturada 50 resultando da combinação do vapor do espaçador derefluxo (corrente 43) com a parte aérea da coluna (corrente 38) é dirigidapara o trocador de calor 22.
A figura 8 ilustra uma torre de fracionamento construída em doisrecipientes, um dispositivo de contato e separação (ou coluna absorvedoraou coluna retificadora) 28 e coluna de destilação (ou de purgação) 19. Emtais casos, o vapor na parte aérea (corrente 53) da coluna de purgação 19 épurgado em duas porções. Uma porção (corrente 42) é combinada com acorrente 35a e dirigida para o trocador de calor 22 para gerar refluxo suple-mentar para a coluna absorvedora 28. A porção restante (corrente 54) escoapara a seção inferior da coluna absorvedora 28 a ser contatada pela correntede reciclo substancialmente condensada 51c e líquido de refluxo suplemen-tar (corrente 44a). A bomba 29 é usada para direcionar os líquidos (corrente55) da parte inferior da coluna absorvedora 28 para a parte superior da colu-na de purgação 19, de modo que as duas torres funcionam eficazmente co-mo um sistema de destilação. A decisão de se construir a torre de fraciona-mento como um recipiente simples (tal como, desmetanizador 19 nas figuras3, 5 e 7) ou recipientes múltiplos, dependerá de vários fatores, tais como,tamanho da planta, a distância das instalações de fabricação, etc.
Naquelas circunstâncias quando a coluna de fracionamento éconstruída como dois recipientes, pode ser desejável operar a coluna absor-vedora 28 em pressão mais alta que a coluna de purgação 19, tal como asconcretizações alternativas da presente invenção mostradas nas figuras 9 e10. Na concretização da figura 9, o compressor 30 provê a força motriz paradirigir a porção restante (corrente 54) da corrente aérea 53 para a colunaabsorvedora 28. Na concretização da figura 10, o compressor 30 é usadopara elevar a pressão da corrente aérea 53, de modo que o separador derefluxo 23 e a bomba 24 na concretização da figura 9 não são necessários.Para ambas as concretizações, os líquidos da parte inferior da coluna absor-vedora 28 (corrente 55) estarão em pressão elevada em relação à coluna depurgação 19, de modo que não é necessária uma bomba para direcionaresses líquidos para a coluna de purgação 19. Ao invés disso, um dispositivode expansão apropriado, tal como, válvula de expansão 29 nas figuras 9 e10 pode ser usado para expandir os líquidos para a pressão operacional dacoluna de purgação 19 e a corrente expandida 55a após isso fornecida àparte superior da coluna de purgação 19.
Conforme descrito nos exemplos anteriores, a corrente combi-nada 37 é totalmente condensada e o condensado resultante usado paraabsorver componentes de C2 valiosos, componentes de C3 e componentesmais pesados dos vapores se elevando através da região inferior da seçãode absorção 19b do desmetanizador 19. Contudo, a presente invenção nãoestá limitada a essa concretização. Pode ser vantajoso, por exemplo, trataruma porção desses vapores dessa maneira ou usar apenas uma porção docondensado como um absorvente, nos casos onde outras considerações deprojeto indicam porções de vapores ou o condensado deveria desviar daseção de absorção 19b do desmetanizador 19. Algumas circunstâncias po-dem favorecer a condensação parcial ao invés da condensação total da cor-rente combinada 37 no trocador de calor 22. Outras circunstâncias podemfavorecer aquela corrente de destilação 42 sendo um arrasto lateral de vaportotal da coluna de fracionamento 19, ao invés do arrasto lateral de vaporparcial. Também deve ser apreciado que, dependendo da composição dogás de corrente de alimentação, pode ser vantajoso usar a refrigeração ex-terna para prover alguma porção de resfriamento da corrente combinada 37no trocador de calor 22.
É geralmente vantajoso condensar totalmente a corrente combi-nada 37, a fim de minimizar a perda dos componentes de C2+ desejados nacorrente de destilação 50. Como tal, algumas circunstâncias podem favore-cer a eliminação do separador de refluxo 23 e tubulação de vapor não con-densado 43, conforme mostrado pelas linhas pontilhadas nas figuras 3, 8 e 9.As condições de gás de alimentação, tamanho da planta, equi-pamento disponível ou outros fatores podem indicar que a eliminação damáquina de expansão de trabalho 17, ou substituição com um dispositivo deexpansão alternado (tal como, uma válvula de expansão) são possíveis.
Embora a expansão de corrente individual seja ilustrada nos dispositivos deexpansão específicos, dispositivos de expansão alternativos podem ser em-pregados quando apropriado. Por exemplo, as condições podem garantirexpansão do trabalho da corrente de reciclo substancialmente condensado(corrente 51b).
Quando o gás de entrada é mais pobre, o separador 11 nas figu-ras 3, 5 e 7 a 10 pode não ser necessário. Dependendo da quantidade dehidrocarbonetos mais pesados no gás de alimentação e a pressão do gás dealimentação, a corrente de alimentação resfriada 31a deixando o trocador decalor 10 nas figuras 3, 5 e 7 a 10 pode não conter qualquer líquido (porque asua temperatura está acima do ponto de orvalho, ou porque está acima deseu ponto de bolha, de modo que o separador 11 mostrado nas figuras 3, 5e 7 a 10 não é necessário. Adicionalmente, mesmo naqueles casos onde oseparador 11 é necessário, pode não ser vantajoso combinar qualquer líqui-do resultante na coluna 33 com a corrente de vapor de destilação 42. Emtais casos, todo o líquido seria direcionado para a corrente 34 e conseqüen-temente para a válvula de expansão 14 e um ponto de alimentação a meiacoluna inferior no desmetanizador 19 (figuras 3, 5 e 7) ou um ponto de ali-mentação a meia coluna na coluna de purgação 19 (figuras 8 a 10).
De acordo com essa invenção, pode ser feito uso de refrigera-ção externa para suplementar o resfriamento disponível para o gás de entra-da e/ou o gás de reciclo de outras correntes de processo, especificamenteno caso de um gás de entrada rico. O uso e distribuição dos líquidos do se-parador e líquidos de arrasto lateral do desmetanizador para processos detroca de valor e a disposição específica de trocadores de calor para resfria-mento de gás de entrada devem ser avaliados para cada aplicação específi-ca, bem como a escolha das correntes de processo para serviços de trocade calor específicos.Será reconhecido que a quantidade relativa de alimentação en-contrada em cada ramificação da alimentação de líquido dividida dependeráde vários fatores, incluindo pressão do gás, composição do gás de alimenta-ção, a quantidade de calor que pode ser economicamente extraída da ali-mentação e a quantidade de cavalo-vapor disponível. As localizações relati-vas das alimentações a meia coluna podem variar dependendo da composi-ção de entrada ou outros fatores, tais como, níveis de recuperação deseja-dos e quantidade de líquido formada durante o resfriamento do gás de en-trada. Além disso, duas ou mais correntes de alimentação ou porções dasmesmas podem ser combinadas, dependendo das temperaturas relativas equantidades de correntes individuais e a corrente combinada então alimen-tada à posição de alimentação a meia coluna.
Embora tenha sido descrito o que se acredita serem as concreti-zações preferidas da invenção, os versados na técnica reconhecerão queoutras modificações adicionais podem ser feitas à mesma, por exemplo, pa-ra adaptar a invenção as várias condições, tipos de alimentação ou outrosrequisitos sem fugir do espírito da presente invenção, conforme definido pe-las reivindicações que se seguem.

Claims (24)

1. Processo para separação de uma corrente de gás contendometano, componentes de C2, componentes de C3 e componentes de hidro-carboneto mais pesados em uma fração gasosa, residual, volátil e uma fra-ção relativamente menos volátil contendo uma parte maior dos componentesde C2, componentes de C3, e componentes de hidrocarboneto mais pesadosou os componentes de C3 e componentes de hidrocarboneto mais pesados,no qual processo,(a) a corrente de gás é resfriada sob pressão para prover umacorrente resfriada;(b) a corrente resfriada é expandida para uma pressão mais bai-xa pelo que ela é adicionalmente resfriada; e(c) a corrente expandida resfriada adicional é direcionada para acoluna de destilação e fracionada na pressão inferior, pelo que os compo-nentes da fração relativamente menos volátil são recuperadas;o aperfeiçoamento onde a corrente expandida resfriada adicional é direcio-nada para uma posição de alimentação a meia coluna na coluna de destilação; e(1) uma corrente de destilação de vapor é retirada da região dacoluna de destilação, abaixo da primeira posição de alimentação a meia co-luna e é resfriada suficientemente para condensar pelo menos uma parte damesma, pelo que formando uma corrente condensada e a corrente de vaporresidual contendo qualquer vapor não condensado remanescente após acorrente de destilação de vapor ser resfriada;(2) pelo menos uma porção da corrente condensada é fornecidaa uma coluna de destilação em uma segunda posição de alimentação a meiacoluna, acima da primeira posição de alimentação a meia coluna;(3) uma corrente de vapor aérea é retirada de uma região supe-rior da coluna de destilação e é dirigida em relação de troca de calor, compelo menos a corrente de destilação de vapor e aquecida, pelo que para for-necer pelo menos uma porção de resfriamento da etapa (1);(4) a corrente de vapor aérea aquecida é combinada com qual-quer corrente de vapor residual, para formar uma corrente de vapor combi-nada, aquecida;(5) a corrente de vapor combinada aquecida é comprimida parapressão mais alta e, após isso, dividida na fração de gás residual, volátil euma corrente de reciclo comprimida;(6) a corrente de reciclo comprimida é suficientemente resfriadade modo a ser substancialmente condensada;(7) a corrente de reciclo comprimida, substancialmente conden-sada é expandida para a pressão inferior e fornecida à coluna de destilaçãona posição de alimentação superior; e(8) as quantidades e temperaturas das correntes de alimentaçãopara a coluna de destilação são eficazes de modo a manter a temperaturada parte aérea da coluna de destilação a uma temperatura pelo que as por-ções maiores dos componentes na fração relativamente menos volátil sãorecuperadas.
2. Aperfeiçoamento de acordo com a reivindicação 1, em que acorrente de gás é resfriada suficientemente de modo a condensar; e(1) a corrente de gás parcialmente condensada é separada peloque para prover uma corrente de vapor e pelo menos uma corrente de líquido;(2) a corrente de vapor é expandida para a pressão inferior, peloque ela é adicionalmente resfriada, e após isso fornecida à coluna de desti-lação na primeira posição de alimentação a meia coluna; e(3) de 0% a 100% de pelo menos uma corrente de líquido sãoexpandidos para a pressão inferior e fornecidos à coluna de destilação emuma terceira posição de alimentação a meia coluna;(4) de 100% a 0% de pelo menos uma corrente de líquido sãoexpandidos para a pressão inferior e combinados com a corrente de destila-ção de vapor para formar uma corrente combinada;(5) a corrente combinada é resfriada suficientemente para con-densar pelo menos uma parte da mesma, pelo que formando a correntecondensada e a corrente de vapor residual contendo qualquer vapor nãocondensado remanescente após a corrente combinada ser resfriada; e(6) a corrente de vapor aérea é direcionada em relação de trocatérmica com pelo menos a corrente combinada e aquecida, pelo que parafornecer pelo menos uma porção de resfriamento da etapa (5).
3. Processo para a separação de uma corrente gasosa contendometano, componentes de C2, componentes de C3, e componentes de hidro-carboneto mais pesados em uma fração gasosa, residual, volátil e uma fra-ção relativamente menos volátil contendo uma parte maior dos componentesde C2, componentes de C3, e componentes de hidrocarboneto mais pesadosou os componentes de C3 e componentes de hidrocarboneto mais pesados,no qual processo(a) a corrente de gás é resfriada sob pressão para prover umacorrente resfriada;(b) a corrente resfriada é expandida para uma pressão mais bai-xa pelo que ela é adicionalmente resfriada; e(c) a corrente expandida resfriada adicional é direcionada para acoluna de destilação e fracionada na pressão inferior, pelo que os compo-nentes da fração relativamente menos volátil são recuperados;o aperfeiçoamento onde a corrente expandida resfriada adicional é direcio-nada para uma posição de alimentação a meia coluna na coluna de destilação; e(1) uma corrente de destilação de vapor é retirada da região dacoluna de destilação, abaixo da primeira posição de alimentação a meia co-luna e comprimida a uma pressão intermediária;(2) a corrente de destilação de vapor comprimida é resfriada su-ficientemente para condensar pelo menos uma parte da mesma, pelo queformando uma corrente condensada;(3) pelo menos uma porção da corrente condensada é fornecidaa uma coluna de destilação, em uma segunda posição de alimentação ameia coluna acima da primeira posição de alimentação a meia coluna;(4) uma corrente de vapor aérea é retirada de uma região supe-rior da coluna de destilação e é dirigida em relação de troca de calor compelo menos a corrente de destilação de vapor comprimida e aquecida, peloque para fornecer pelo menos uma porção de resfriamento da etapa (2);(5) a corrente de vapor aérea aquecida é comprimida para pres-são mais alta e após isso, dividida na fração de gás residual volátil e umacorrente de reciclo comprimida;(6) a corrente de reciclo comprimida é suficientemente resfriadade modo a ser substancialmente condensada;(7) a corrente de reciclo comprimida, substancialmente conden-sada é expandida para a pressão inferior e fornecida à coluna de destilaçãona posição de alimentação superior; e(8) as quantidades e temperaturas das correntes de alimentaçãopara a coluna de destilação são eficazes de modo a manter a temperaturada parte aérea da coluna de destilação a uma temperatura pelo que as por-ções maiores dos componentes na fração relativamente menos volátil sãorecuperadas.
4. Aperfeiçoamento de acordo com a reivindicação 3, em que acorrente de gás é resfriada suficientemente de modo a condensar; e(1) a corrente de gás parcialmente condensada é separada peloque para prover uma corrente de vapor e pelo menos uma corrente de líquido;(2) a corrente de vapor é expandida para a pressão inferior, peloque ela é adicionalmente resfriada, e após isso fornecida à coluna de desti-lação na primeira posição de alimentação a meia coluna;(3) de 0% a 100% de pelo menos uma corrente de líquido sãoexpandidos para a pressão inferior e fornecidos à coluna de destilação emuma terceira posição de alimentação a meia coluna;(4) de 100% a 0% de pelo menos uma corrente de líquido sãoexpandidos para a pressão intermediária e combinados com uma correntede destilação de vapor comprimida para formar uma corrente combinada;(5) a corrente combinada é resfriada suficientemente para con-densar pelo menos uma parte da mesma, pelo que formando a corrente con-densada; e(6) a corrente de vapor aérea é direcionada em relação de trocatérmica com pelo menos a corrente combinada e aquecida, pelo que parafornecer pelo menos uma porção de resfriamento da etapa (5).
5. Processo para a separação de uma corrente gasosa contendometano, componentes de C2, componentes de C3, e componentes de hidro-carboneto mais pesados em uma fração gasosa, residual, volátil e uma fra-ção relativamente menos volátil contendo uma parte maior dos componentesde C2, componentes de C3, e componentes de hidrocarboneto mais pesadosou os componentes de C3 e componentes de hidrocarboneto mais pesados,no qual processo(a) a corrente de gás é resfriada sob pressão para prover umacorrente resfriada;(b) a corrente resfriada é expandida para uma pressão mais bai-xa, pelo que ela é adicionalmente resfriada; e(c) a corrente expandida resfriada adicional é direcionada para acoluna de destilação e fracionada na pressão inferior, pelo que os compo-nentes da fração relativamente menos volátil são recuperados;o aperfeiçoamento onde a corrente expandida resfriada adicional é direcio-nada para uma posição de alimentação a meia coluna na coluna de destila-ção; e(1) uma corrente de destilação de vapor é retirada da região dacoluna de destilação, abaixo da primeira posição de alimentação a meia co-luna, e é resfriada suficientemente para condensar pelo menos uma parte damesma, pelo que formando uma corrente condensada e a corrente de vaporresidual contendo qualquer vapor não condensado remanescente após acorrente de destilação de vapor ser resfriada;(2) pelo menos uma porção da corrente condensada é fornecidaa uma coluna de destilação, em uma segunda posição de alimentação ameia coluna acima da primeira posição de alimentação a meia coluna;(3) uma corrente de vapor aérea é retirada de uma região supe-rior da coluna de destilação e combinada com qualquer corrente de vaporresidual para formar uma corrente de vapor combinada;(4) a corrente de vapor combinada é dirigida em relação de trocade calor, com pelo menos a corrente de destilação de vapor e aquecida, peloque para fornecer pelo menos uma porção de resfriamento da etapa (1);(5) a corrente de vapor combinada, aquecida é comprimida parapressão mais alta e, após isso, dividida na fração de gás residual volátil euma corrente de reciclo comprimida;(6) a corrente de reciclo comprimida é suficientemente resfriada,de modo a ser substancialmente condensada;(7) a corrente de reciclo comprimida, substancialmente conden-sada é expandida para a pressão inferior e fornecida à~coluna de destilaçãona posição de alimentação superior; e τ(8) as quantidades e temperaturas das correntes de alimentaçãopara a coluna de destilação são eficazes de modo a manter a temperaturada parte aérea da coluna de destilação a uma temperatura pelo que as por-ções maiores dos componentes na fração relativamente menos volátil sãorecuperadas.
6. Aperfeiçoamento de acordo com a reivindicação 5, em que acorrente de gás é resfriada suficientemente de modo a condensar; e(1) a corrente de gás parcialmente condensada é separada, peloque para prover uma corrente de vapor e pelo menos uma corrente de líquido;(2) a corrente de vapor é expandida para a pressão inferior, peloque ela é adicionalmente resfriada, e após isso fornecida à coluna de desti-lação na primeira posição de alimentação a meia coluna;(3) de 0% a 100% de pelo menos uma corrente de líquido sãoexpandidos para a pressão inferior e fornecidos à coluna de destilação emuma terceira posição de alimentação a meia coluna;(4) de 100% a 0% de pelo menos uma corrente de líquido sãoexpandidos para a pressão inferior e combinados com a corrente de destila-ção de vapor para formar uma corrente combinada;(5) a corrente combinada é resfriada suficientemente para con-densar pelo menos uma parte da mesma, pelo que formando a corrente con-densada e a corrente de vapor residual contendo qualquer vapor não con-densado remanescente após a corrente combinada ser resfriada; e(6) a corrente de vapor combinada é dirigida em relação de trocade calor, com pelo menos a corrente combinada e aquecida, pelo que parafornecer pelo menos uma porção de resfriamento da etapa (5).
7. Processo para a separação de uma corrente gasosa contendometano, componentes de C2, componentes de C3, e componentes de hidro-carboneto mais pesados em uma fração gasosa, residual, volátil e uma fra-ção relativamente menos volátil contendo uma parte maior dos componentesde C2, componentes de C3, e componentes de hidrocarboneto mais pesadosou os componentes de C3 e componentes de hidrocarboneto mais pesados,no qual processo(a) a corrente de gás é resfriada sob pressão, para prover umacorrente resfriada;(b) a corrente resfriada é expandida para uma pressão mais bai-xa pelo que ela é adicionalmente resfriada; e(c) a corrente expandida resfriada adicional é direcionada para acoluna de destilação e fracionada na pressão inferior, pelo que os compo-nentes da fração relativamente menos volátil são recuperados;o aperfeiçoamento em que(1) a corrente expandida resfriada adicional é fornecida em umaprimeira posição de alimentação inferior a um dispositivo de contato e sepa-ração que produz uma corrente de vapor aérea e uma corrente de líquidoinferior, pelo qual a corrente de líquido inferior é fornecida a uma coluna dedestilação;(2) uma corrente de destilação de vapor é retirada de uma regiãosuperior da coluna de destilação, para formar pelo menos uma primeira cor-rente de destilação;(3) a primeira corrente de destilação é resfriada suficientementepara condensar, pelo menos uma parte da mesma, pelo que formando umacorrente condensada e a corrente de vapor residual contendo qualquer va-por não condensado remanescente após a primeira corrente de destilaçãoser resfriada;(4) pelo menos uma porção da corrente condensada é fornecidaao dispositivo de contato e separação na posição de alimentação a meiacoluna;(5) a corrente de vapor aérea é direcionada em relação de trocatérmica com pelo menos a primeira corrente de destilação e aquecida, peloque para fornecer pelo menos uma porção de resfriamento da etapa (3);(6) a corrente de vapor aérea aquecida é combinada com qual-quer corrente de vapor residual para formar uma corrente de vapor combi-nada aquecida;(7) a corrente de vapor combinada aquecida é-comprimida parapressão mais alta e após isso, dividida na fração de gás residual volátil euma corrente de reciclo comprimida;(8) a corrente de reciclo comprimida é suficientemente resfriadade modo a ser substancialmente condensada;(9) a corrente de reciclo comprimida, substancialmente conden-sada é expandida para a pressão inferior e fornecida ao dispositivo de conta-to e separação na posição de alimentação superior;(10) qualquer porção remanescente da corrente de destilação devapor é dirigida para o dispositivo de contato e separação, em uma segundaposição de alimentação inferior; e(11) as quantidades e temperaturas das correntes de alimenta-ção para o dispositivo de contato e separação são eficazes de modo a man-ter a temperatura da parte aérea do dispositivo de contato e separação auma temperatura, pelo que as porções maiores dos componentes na fraçãorelativamente menos volátil são recuperadas.
8. Aperfeiçoamento de acordo com a reivindicação 7, onde acorrente de gás é resfriada suficientemente de modo a condensar; e(1) a corrente de gás parcialmente condensada é separada peloque para prover uma corrente de vapor e pelo menos uma corrente de líqui-do;(2) a corrente de vapor é expandida para a pressão inferior peloque ela é adicionalmente resfriada, e após isso fornecida ao dispositivo decontato e separação na primeira posição de alimentação de coluna inferior;(3) de 0% a 100% de pelo menos uma corrente de líquido sãoexpandidos para a pressão inferior e fornecidos à coluna de destilação naposição de alimentação a meia coluna;(4) de 100% a 0% de pelo menos uma corrente de líquido sãoexpandidos para a pressão inferior e combinados com a primeira corrente dedestilação para formar uma corrente combinada;(5) a corrente combinada é resfriada suficientemente, para con-densar pelo menos uma parte da mesma, pelo que formando a corrente con-densada e a corrente de vapor residual contendo qualquer vapor não con-densado remanescente, após a corrente combinada ser resfriada; e(6) a corrente de vapor aérea é direcionada em relação de trocatérmica com pelo menos a corrente combinada e aquecida, pelo que parafornecer pelo menos uma porção de resfriamento da etapa (5).
9. Processo para a separação de uma corrente gasosa contendometano, componentes de C2, componentes de C3, e componentes de hidro-carboneto mais pesados em uma fração gasosa, residual, volátil e uma fra-ção relativamente menos volátil contendo uma parte maior dos componentesde C2, componentes de C3, e componentes de hidrocarboneto mais pesadosou os componentes de C3 e componentes de hidrocarboneto mais pesados,no qual processo(a) a corrente de gás é resfriada sob pressão para prover umacorrente resfriada;(b) a corrente resfriada é expandida para uma pressão mais bai-xa pelo que ela é adicionalmente resfriada; e(c) a corrente expandida resfriada, adicional é direcionada para acoluna de destilação e fracionada na pressão inferior pelo que os componen-tes da fração relativamente menos volátil são recuperados;o aperfeiçoamento em que a corrente resfriada é expandida para uma pres-são intermediária, pelo que ela é adicionalmente resfriada; e(1) a corrente expandida resfriada adicional é fornecida em umaprimeira posição de alimentação inferior, a um dispositivo de contato e sepa-ração que produz uma corrente de vapor aérea e uma corrente de líquidoinferior, pelo qual a corrente de líquido inferior é expandida para a pressãoinferior e após isso fornecida à coluna de destilação;(2) uma corrente de destilação de vapor é retirada de uma regiãosuperior da coluna de destilação para formar pelo menos uma primeira cor-rente de destilação;(3) a primeira corrente de destilação é resfriada suficientementepara condensar pelo menos uma parte da mesma, pelo que formando umacorrente condensada e a corrente de vaporTesidual contendo qualquer va-por não condensado remanescente após a primeira corrente de destilaçãoser resfriada;(4) pelo menos uma porção da corrente condensada é fornecidaao dispositivo de contato e separação em uma posição de alimentação ameia coluna;(5) a corrente de vapor aérea é direcionada em relação de trocatérmica com pelo menos a primeira corrente de destilação e aquecida, peloque para fornecer pelo menos uma porção de resfriamento da etapa (3);(6) a corrente de vapor aérea aquecida é combinada com qual-quer corrente de vapor residual para formar uma corrente de vapor combi-nada, aquecida;(7) a corrente de vapor combinada aquecida é comprimida parapressão mais alta e após isso, dividida na fração de gás residual volátil euma corrente de reciclo comprimida;(8) a corrente de reciclo comprimida é suficientemente resfriadade modo a ser substancialmente condensada;(9) a corrente de reciclo comprimida, substancialmente conden-sada é expandida à pressão intermediária e fornecida ao dispositivo de con-tato e separação na posição de alimentação superior;(10) qualquer porção remanescente da corrente de destilação devapor é comprimida à pressão intermediária e após isso direcionada ao dis-positivo de contato e separação em uma segunda posição de alimentaçãoinferior; e(11) as quantidades e temperaturas das correntes de alimenta-ção para o dispositivo de contato e separação são eficazes de modo a man-ter a temperatura da parte aérea do dispositivo de contato e separação auma temperatura pelo que as porções maiores dos componentes na fraçãorelativamente menos volátil são recuperados.
10. Aperfeiçoamento como definido na reivindicação 9, no qual acorrente de gás é resfriada suficientemente de modo a condensar; e(1) a corrente de gás parcialmente condensada é separada peloque para prover uma corrente de vapor e pelo menos uma corrente de líqui-do;(2) a corrente de vapor é expandida à pressão intermediária peloque ela é adicionalmente resfriada, e após isso fornecida ao dispositivo decontato e separação na primeira posição de alimentação de coluna inferior;(3) de 0% a 100% de pelo menos uma corrente de líquido é ex-pandida para a pressão inferior e fornecida à coluna de destilação em umaposição de alimentação a meia coluna;(4) de 100% a 0% de pelo menos uma corrente de líquido sãoexpandidos para a pressão inferior e combinada com a primeira corrente dedestilação para formar uma corrente combinada;(5) a corrente combinada é resfriada suficientemente para con-densar pelo menos uma parte da mesma, pelo que formando a corrente con-densada e a corrente de vapor residual contendo qualquer vapor não con-densado, remanescente após a corrente combinada ser resfriada; e(6) a corrente de vapor aérea é direcionada em relação de trocatérmica com pelo menos a corrente combinada e aquecida, pelo que parafornecer pelo menos uma porção de resfriamento da etapa (5).
11. Processo para a separação de uma corrente gasosa conten-do metano, componentes de C2, componentes de C3, e componentes de hi-drocarboneto mais pesados em uma fração gasosa, residual, volátil e umafração relativamente menos volátil contendo uma parte maior dos compo-nentes de C2, componentes de C3, e componentes de hidrocarboneto maispesados ou os componentes de C3 e componentes de hidrocarboneto maispesados, processo no qual(а) a corrente de gás é resfriada sob pressão para prover umacorrente resfriada;(b) a corrente resfriada é expandida para uma pressão mais bai-xa pelo que ela é adicionalmente resfriada; e(c) a corrente expandida resfriada adicional é direcionada para acoluna de destilação e fracionada na pressão inferior, pelo que os compo-nentes da fração relativamente menos volátil são recuperados;- aperfeiçoamento no qual a corrente resfriada é expandida para uma pressãointermediária, pelo que ela é adicionalmente resfriada; e ?(1) a corrente expandida resfriada adicional é fornecida em umaprimeira posição de alimentação, inferior a um dispositivo de contato e sepa-ração que produz uma corrente de vapor aérea e uma corrente de líquidoinferior, pelo qual a corrente de líquido inferior é expandida para a pressãoinferior e após isso fornecida à coluna de destilação;(2) uma corrente de destilação de vapor é retirada de uma regiãosuperior da coluna de destilação, comprimida na pressão intermediária, edividida para formar uma primeira corrente de destilação comprimida e umasegunda corrente de destilação comprimida;(3) a primeira corrente de destilação comprimida é resfriada sufi-cientemente para condensar pelo menos uma parte da mesma, pelo queformando uma corrente condensada;(4) pelo menos uma porção da corrente condensada é fornecidaao dispositivo de contato e separação em uma posição de alimentação ameia coluna;(5) a corrente de vapor aérea é direcionada em relação de trocatérmica com pelo menos a primeira corrente de destilação comprimida e a-quecida, pelo que para fornecer pelo menos uma porção de resfriamento daetapa (3);(6) a corrente de vapor aérea aquecida é comprimida para pres-são mais alta e após isso, dividida na fração de gás residual volátil e umacorrente de reciclo comprimida;(7) a corrente de reciclo comprimida é suficientemente resfriadade modo a ser substancialmente condensada;(8) a corrente de reciclo comprimida, substancialmente conden-sada é expandida à pressão intermediária e fornecida ao dispositivo de con-tato e separação na posição de alimentação superior;(9) a segunda corrente de destilação de vapor comprimida é diri-gida para o dispositivo de contato e separação em uma segunda posição dealimentação inferior; e(10) as quantidades e temperaturas das correntes de alimenta-ção para o dispositivo de contato e separação são eficazes de modo a man-ter a temperatura da parte aérea do dispositivo de contato e separação auma temperatura, pelo que as porções maiores dos componentes na fraçãorelativamente menos volátil são recuperados.
12. Aperfeiçoamento como definido na reivindicação 11, em quea corrente de gás é resfriada suficientemente de modo a condensar; e(1) a corrente de gás parcialmente condensada é separada peloque para prover uma corrente de vapor e pelo menos uma corrente de líqui-do;(2) a corrente de vapor é expandida à pressão intermediária peloque ela é adicionalmente resfriada, e após isso fornecida ao dispositivo decontato e separação na primeira posição de alimentação de coluna inferior;(3) de 0% a 100% de pelo menos uma corrente de líquido sãoexpandidas para a pressão inferior e fornecida à coluna de destilação a umaposição de alimentação a meia coluna;(4) de 100% a 0% de pelo menos uma corrente de líquido sãoexpandidos à pressão intermediária e combinados com a primeira correntede destilação comprimida para formar uma corrente combinada;(5) a corrente combinada é resfriada suficientemente para con-densar pelo menos uma parte da mesma, pelo que formando a corrente con-densada; e(6) a corrente de vapor aérea é direcionada em relação de trocatérmica com pelo menos a corrente combinada e aquecida, pelo que parafornecer pelo menos uma porção de resfriamento da etapa (5).
13. Aparelho para a separação de uma corrente gasosa conten-do metano, componentes de C2, componentes de C3, e componentes de hi-drocarboneto mais pesados em uma fração gasosa, residual, volátil e umafração relativamente menos volátil contendo uma parte maior dos compo-nentes de C2, componentes de C3, e componentes de hidrocarboneto maispesados ou os componentes de C3 e componentes de hidrocarboneto maispesados, o aparelho possuindo:(a) um primeiro dispositivo de resfriamento para resfriar o gássob pressão conectado para prover uma corrente resfriada sob pressão;(b) um primeiro dispositivo de expansão conectado para receberpelo menos uma porção da corrente resfriada sob pressão e expandir amesma para uma pressão inferior, pelo que a corrente é adicionalmente res-tríada; e(c) uma coluna de destilação conectada para receber a correnteexpandida resfriada adicional, a coluna de destilação sendo adaptada paraseparar a corrente expandida resfriada adicional em uma corrente de vaporaérea e a fração relativamente menos volátil;o aperfeiçoamento no qual o aparelho inclui:(1) a coluna de destilação conectada ão primeiro dispositivo deexpansão para receber a corrente expandida resfriada adicional em umaprimeira posição de alimentação a meia coluna na coluna de destilação;(2) dispositivo de retirada de vapor conectado a coluna de desti-lação para receber uma corrente de destilação de vapor da região da colunade destilação, abaixo da primeira posição de alimentação a meia coluna;(3) dispositivo de troca de calor conectado ao dispositivo de reti-rada de vapor para receber a corrente de destilação de vapor e resfriar amesma suficientemente, para condensar pelo menos uma parte da mesma;(4) primeiro dispositivo de separação conectado ao dispositivode troca de calor para receber, pelo menos, a corrente de valor parcialmentecondensada e separar a mesma, pelo que formando uma corrente conden-sada e a corrente de vapor residual contendo qualquer vapor não condensa-do, remanescente após a corrente de destilação de vapor ser resfriada, oprimeiro dispositivo de separação sendo adicionalmente conectado à colunade destilação para fornecer, pelo menos, uma porção da corrente condensa-da à coluna de destilação em uma segunda posição de alimentação a meiacoluna acima da primeira posição de alimentação a meia coluna;(5) a coluna de destilação sendo adicionalmente conectada aodispositivo de troca de calor, para direcionar pelo menos uma porção da cor-rente de vapor aérea separada do mesmo em relação de troca de calor compelo menos a corrente de destilação de vapor e aquecimento da corrente devapor aérea, pelo que, para fornecer pelo menos uma porção do resfriamen-to do elemento (3);(6) primeiro dispositivo de combinação conectado para combinara corrente de vapor aérea aquecida e qualquer a corrente de vapor residualem uma corrente de vapor combinada aquecida;(7) dispositivo de compressão conectado ao primeiro dispositivode combinação para receber a corrente de vapor combinada, aquecida ecomprimir a mesma a uma pressão mais alta;(8) dispositivo de divisão conectado ao dispositivos de compres-são para receber a corrente de vapor combinada, aquecida, comprimida edividir a mesma na fração de gás residual volátil e uma corrente de reciclocomprimida;(9) segundo dispositivo de resfriamento conectado ao dispositivode divisão para receber a corrente de reciclo comprimida e resfriar a mesma,suficientemente, de modo a ser substancialmente condensada;(10) segundo dispositivo de expansão conectado ao segundodispositivo de resfriamento para receber a corrente de reciclo comprimida,substancialmente condensada e expandir a mesma para pressão mais bai-xa, o segundo dispositivo de expansão sendo adicionalmente conectado àcoluna de destilação, para fornecer a corrente de reciclo condensada, ex-pandida à coluna de destilação na posição de alimentação superior; e(11) dispositivo de controle adaptado para regular as quantida-des e temperaturas das correntes de alimentação para a coluna de destila-ção de modo a manter a temperatura da parte aérea da coluna de destilaçãoa uma temperatura pelo que as porções maiores dos componentes na fraçãorelativamente menos volátil são recuperados.
14. Aperfeiçoamento como definido na reivindicação 13, no qualo aparelho inclui:(1) o primeiro dispositivo de resfriamento sendo adaptado pararesfriar a corrente de gás sob pressão suficiente de modo a condensar amesma parcialmente;(2) segundo dispositivo de separação conectado ao primeiro dis-positivo de resfriamento para receber a corrente de gás parcialmente con-densada e separar a mesma em uma corrente de vapor e pelo menos umacorrente de líquido;(3) o primeiro dispositivo de expansão conectado ao segundodispositivo de separação para receber a corrente de vapor e expandir amesma para pressão mais baixa, o primeiro dispositivo de expansão sendoadicionalmente conectado à coluna de destilação para fornecer a corrente devapor expandida à coluna de destilação na primeira posição de alimentaçãoa meia coluna;(4) terceiro dispositivo de expansão conectado ao segundo dis-positivo de separação para receber de 0% a 100% de pelo menos uma cor-rente de líquido e expandir a mesma para pressão mais baixa, o terceiro dis-positivo de expansão sendo adicionalmente conectado à coluna de destila-ção para fornecer a corrente de líquido expandida à coluna de destilação emuma terceira posição de alimentação a meia coluna;(5) quarto dispositivo de expansão conectado ao segundo dispo-sitivo de separação para receber de 100% a 0% de pelo menos uma corren-te de líquido e expandir a mesma para pressão mais baixa;(6) segundo dispositivo de combinação conectado ao quarto dis-positivo de expansão para receber a porção expandida, o segundo dispositi-vo de combinação sendo adicionalmente conectado ao dispositivo de retira-da de vapor, para receber a corrente de destilação de vapor e por este com-binar as correntes para formar uma corrente combinada;(7) o dispositivo de troca de calor conectado ao segundo disposi-tivo de combinação para receber a corrente combinada e resfriar a mesmasuficientemente, para condensar pelo menos uma parte da mesma, o dispo-sitivo de troca de calor sendo adicionalmente conectado para fornecer a cor-rente combinada, parcialmente condensada ao primeiro dispositivo de sepa-ração; e(8) o dispositivo de troca de calor sendo adicionalmente conec-tado à coluna de destilação, para direcionar pelo menos uma porção da cor-rente" de vapor aérea separada do mesmo em relação de troca de calor compelo menos a corrente combinada e aquecimento da corrente de vapor aé-rea, pelo que para fornecer pelo menos uma porção do resfriamento do ele-mento (7).
15. Aparelho para a separação de uma corrente gasosa conten-do metano, componentes de C2, componentes de C3, e componentes de hi-drocarboneto mais pesados em uma fração gasosa, residual, volátil e umafração relativamente menos volátil contendo uma parte maior dos compo-nentes de C2, componentes de C3, e componentes de hidrocarboneto maispesados ou os componentes de C3 e componentes de hidrocarboneto maispesados, o aparelho possuindo:(a) um primeiro dispositivo de resfriamento para resfriar o gássob pressão conectado para prover uma corrente resfriada sob pressão;(b) um primeiro dispositivo de expansão conectado para receberpelo menos uma porção da corrente resfriada sob pressão e expandir, amesma para uma pressão inferior, pelo que a corrente é adicionalmente res-friada; e(c) uma coluna de destilação conectada para receber a correnteexpandida resfriada adicional, a coluna de destilação sendo adaptada paraseparar a corrente expandida resfriada adicional em uma corrente de vapora érea e a fração relativamente menos volátil;o aperfeiçoamento na qual o aparelho inclui:(1) a coluna de destilação conectada ao primeiro dispositivo deexpansão, para receber a corrente expandida resfriada adicional em umaprimeira posição de alimentação a meia coluna na coluna de destilação;(2) dispositivo de retirada de vapor conectado a coluna de desti-lação, para receber uma corrente de destilação de vapor da região da colunade destilação abaixo da primeira posição de alimentação a meia coluna;(3) primeiro dispositivo de compressão conectado ao dispositivode retirada de vapor para receber a corrente de destilação de vapor e com-primir a mesma a pressão intermediária;(4) dispositivo de troca de calor conectado ao primeiro dispositi-vo de compressão, para receber a corrente de destilação de vapor compri-mida e resfriar a mesma, suficientemente, para condensar pelo menos umaparte da mesma, formando uma corrente condensada, o dispositivo de trocade calor sendo adicionalmente conectado à coluna de destilação para forne-cer, pelo menos, uma porção da corrente condensada à coluna de destilaçãoem uma segunda posição de alimentação a meia coluna acima da primeiraposição de alimentação a meia coluna;(5) a coluna de destilação sendo adicionalmente conectada aodispositivo de troca de calor para direcionar pelo menos uma porção da cor-rente de vapor aérea separada do mesmo, em relação de troca de calor,com pelo menos a corrente de destilação de vapor comprimida e aquecimen-to da corrente de vapor aérea, pelo que para fornecer pelo menos uma por-ção do resfriamento do elemento (4);(6) segundo dispositivo de compressão conectado ao dispositivode troca de calor para receber a corrente de vapor aérea aquecida e com-primir a mesma a uma pressão mais alta;(7) dispositivo de divisão conectado ao segundo dispositivo decompressão para receber a corrente de vapor aérea aquecida, comprimida edividir a mesma na fração de gás residual volátil e uma corrente de reciclocomprimida;(8) segundo dispositivo de resfriamento conectado ao dispositivode divisão para receber a corrente de reciclo comprimida e resfriar a mesmasuficientemente, de modo a ser substancialmente condensada;(9) segundo dispositivo de expansão conectado ao segundo dis-positivo de resfriamento para receber a corrente de reciclo comprimida,substancialmente condensada e expandir a mesma para pressão mais bai-xa, o segundo dispositivo de expansão sendo adicionalmente conectado àcoluna de destilação para fornecer a corrente de reciclo condensada, expan-dida à coluna de destilação na posição de alimentação superior; e(10) dispositivo de controle adaptado para regular as quantida-des e temperaturas das correntes de alimentação para a coluna de destila-ção, de modo a manter a temperatura da parte aérea da coluna de destila-ção a uma temperatura nas porções maiores dos componentes na fraçãorelativamente menos volátil sejam recuperados.
16. Aperfeiçoamento como definido na reivindicação 15, no qualo aparelho inclui:(1) o primeiro dispositivo de resfriamento sendo adaptado pararesfriar a corrente de gás sob pressão suficiente, de modo a condensar amesma parcialmente;(2) dispositivo de separação conectado ao primeiro dispositivode resfriamento para receber a corrente de gás parcialmente condensada eseparar a mesma em uma corrente de vapor e pelo menos uma corrente delíquido;(3) o primeiro dispositivo de expansão conectado ao dispositivode separação para receber a corrente de vapor e expandir a mesma parapressão mais baixa, o primeiro dispositivo de expansão sendo adicionalmen-te conectado à coluna de destilação, para fornecer a corrente de vapor ex-pandida à coluna de destilação na primeira posição de alimentação a meiacoluna;(4) terceiro dispositivo de expansão conectado ao dispositivo deseparação para receber de 0% a 100% de pelo menos uma corrente de lí-quido e expandir a mesma para pressão mais baixa, o terceiro dispositivo deexpansão sendo adicionalmente conectado à coluna de destilação, para for-necer a corrente de líquido expandida à coluna de destilação em uma tercei-ra posição de alimentação a meia coluna;(5) quarto dispositivo de expansão conectado ao dispositivo deseparação para receber de 100% a 0% de pelo menos uma corrente de lí-quido e expandir a mesma para a pressão intermediária;(6) dispositivo de combinação conectado ao quarto dispositivode expansão para receber a porção expandida, o dispositivo de combinaçãosendo adicionalmente conectado ao primeiro dispositivo de compressão parareceber a corrente de destilação de vapor comprimida e pelo que combinaras correntes para formar uma corrente combinada;(7) o dispositivo de troca de calor conectado ao dispositivo decombinação para receber a corrente combinada e resfriar a mesma suficien-temente para condensar, pelo menos, uma parte da mesma, pelo que for-mando uma corrente condensada, o dispositivo de troca de calor sendo adi-cionalmente conectado à coluna de destilação para fornecer pelo menosuma porção da corrente condensada à coluna de destilação na segunda po-sição de alimentação a meia coluna acima da primeira posição de alimenta-ção a meia coluna; e(8) os dispositivo de troca de calor sendo adicionalmente conec-tados à coluna de destilação para direcionar pelo menos uma porção da cor-rente de vapor aérea separada do mesmo, em relação de troca de calor compelo menos a corrente combinada e aquecimento da corrente de vapor aé-rea, pelo que para fornecer pelo menos uma porção do resfriamento do ele-mento (7).
17. Aparelho para a separação de uma corrente gasosa conten-do metano, componentes de C2, componentes de C3, e componentes de hi-drocarboneto mais pesados em uma fração gasosa, residual, volátil e umafração relativamente menos volátil contendo uma parte maior dos compo-nentes de C2 , componentes de C3, e componentes de hidrocarboneto maispesados ou os componentes de C3 e componentes de hidrocarboneto maispesados, o aparelho possuindo:(a) um primeiro dispositivo de resfriamento para resfriar o gássob pressão conectado para prover uma corrente resfriada sob pressão;(b) um primeiro dispositivo de expansão conectado para receberpelo menos uma porção da corrente resfriada sob pressão e expandir amesma para uma pressão inferior, pelo que a corrente é adicionalmente res-friada; e(c) uma coluna de destilação conectada para receber a correnteexpandida resfriada adicional, a coluna de destilação sendo adaptada paraseparar a corrente expandida resfriada adicional, em uma corrente de vaporaérea e a fração relativamente menos volátil;o aperfeiçoamento no qual o aparelho inclui(1) a coluna de destilação conectada ao primeiro dispositivo deexpansão para receber a corrente expandida resfriada adicional em uma"primeira posição de alimentação a meia coluna na coluna de destilação;(2) dispositivo de retirada de vapor conectado a coluna de desti-lação para receber uma corrente de destilação de vapor da região da colunade destilação, abaixo da primeira posição de alimentação a meia coluna;(3) dispositivo de troca de calor conectado ao dispositivo de reti-rada de vapor para receber a corrente de destilação de vapor e resfriar amesma suficientemente para condensar pelo menos uma parte da mesma;(4) primeiro dispositivo de separação conectado ao dispositivode troca de calor para receber, pelo menos, a corrente de valor parcialmentecondensada e separar a mesma, pelo que formando uma corrente conden-sada e a corrente de vapor residual contendo qualquer vapor não condensa-do remanescente após a corrente de destilação de vapor ser resfriada, oprimeiro dispositivo de separação sendo adicionalmente conectado à colunade destilação para fornecer pelo menos uma porção da corrente condensadaà coluna de destilação em uma segunda posição de alimentação a meia co-luna acima da primeira posição de alimentação a meia coluna;(5) primeiro dispositivo de combinação conectado para combinara corrente de vapor aérea e qualquer a corrente de vapor residual em umacorrente de vapor combinada;(6) o primeiro dispositivo de combinação sendo adicionalmenteconectado ao dispositivo de troca de calor para direcionar pelo menos umaporção da corrente de vapor combinada para a relação de troca de calor,com pelo menos a corrente de destilação de vapor e aquecimento da corren-te de vapor combinada, pelo que para fornecer pelo menos uma porção doresfriamento do elemento (3);(7) dispositivo de compressão conectado ao dispositivo de trocade calor para receber a corrente de vapor combinada, aquecida e comprimira mesma a uma pressão mais alta;(8) dispositivo de divisão conectado ao dispositivo de compres-são para receber a corrente de vapor combinada, aquecida, comprimida edividir a mesma na fração de gás residual volátil e uma corrente de reciclocomprimida;(9) segundo dispositivo de resfriamento conectado ao dispositivode divisão, para receber a corrente de reciclo comprimida e resfriar a mesmasuficientemente de modo a ser substancialmente condensada;(10) segundo dispositivo de expansão conectado ao segundodispositivo de resfriamento para receber a corrente de reciclo comprimida,substancialmente condensada e expandir a mesma para pressão mais bai-xa, o segundo dispositivo de expansão sendo adicionalmente conectado àcoluna de destilação para fornecer a corrente de reciclo condensada, expan-dida à coluna de destilação na posição de alimentação superior; e(11) dispositivo de controle adaptado para regular as quantida-des e temperaturas das correntes de alimentação para a coluna de destila-ção, de modo a manter a temperatura da parte aérea da coluna de destila-ção a uma temperatura pelo que as porções maiores dos componentes nafração relativamente menos volátil sejam recuperadas.
18. Aperfeiçoamento como definido na reivindicação 17, na qualo aparelho inclui:(1) o primeiro dispositivo de resfriamento sendo adaptado pararesfriar a corrente de gás sob pressão suficiente, de modo a condensar amesma parcialmente;(2) segundo dispositivo de separação conectado ao primeiro dis-positivo de resfriamento, para receber a corrente de gás parcialmente con-densada e separar a mesma em uma corrente de vapor e, pelo menos, umacorrente de líquido;(3) o primeiro dispositivo de expansão conectado ao segundodispositivo de separação para receber a corrente de vapor e expandir amesma para pressão mais baixa, o primeiro dispositivo de expansão sendoadicionalmente conectado à coluna de destilação para fornecer a corrente devapor expandida à coluna de destilação na primeira posição de alimentaçãoa meia coluna;(4) terceiro dispositivo de expansão conectado ao segundo dis-positivo de separação para receber de 0% a 100% de pelo menos uma cor-rente de líquido e expandir a mesma para pressão mais baixa, o terceiro dis-positivo de expansão sendo adicionalmente conectado à coluna de destila-ção para fornecer a corrente de líquido expandida à coluna de destilação emuma terceira posição de alimentação a meia coluna;(5) quarto dispositivo de expansão conectado ao segundo dispo-sitivo de separação para receber de 100% a 0% de pelo menos uma corren-te de líquido e expandir a mesma para pressão mais baixa;(6) segundo dispositivo de combinação conectado ao quarto dis-positivo de expansão para receber a porção expandida, o segundo dispositi-vo de combinação sendo adicionalmente conectado ao dispositivo de retira-da de vapor, para receber a corrente de destilação de vapor e pelo quecombinar as correntes para formar uma corrente combinada;(7) o dispositivo de troca de calor conectado ao segundo disposi-tivo de combinação para receber a corrente combinada e resfriar a mesmasuficientemente para condensar pelo menos uma parte da mesma, o disposi-tivo de troca de calor sendo adicionalmente conectado para fornecer a cor-rente combinada parcialmente condensada ao primeiro dispositivo de sepa-ração; e(8) o dispositivo de troca de calor sendo adicionalmente conec-tado à coluna de destilação para direcionar pelo menos uma porção da cor-rente de vapor aérea separada do mesmo, em relação de troca de calor compelo menos a corrente combinada e aquecimento da corrente de vapor aé-rea, pelo que para fornecer pelo menos uma porção do resfriamento do ele-mento (7).
19. Aparelho para a separação de uma corrente gasosa conten-do metano, componentes de C2, componentes de C3, e componentes de hi-drocarboneto mais pesados em uma fração gasosa, residual, volátil e umafração relativamente menos volátil contendo uma parte maior dos compo-nentes de C2, componentes de C3, e componentes de hidrocarboneto maispesados ou os componentes de C3 e componentes de hidrocarboneto maispesados, o aparelho possuindo:(a) um primeiro dispositivo de resfriamento para resfriar o gássob pressão conectado para prover uma corrente resfriada sob pressão;(b) um primeiro dispositivo de expansão conectado para receberpelo menos uma porção da corrente resfriada sob pressão e expandir amesma para uma pressão inferior, pelo que a corrente é adicionalmente res-friada; e(c) uma coluna de destilação conectada para receber a correnteexpandida resfriada adicional, a coluna de destilação sendo adaptada paraseparar a corrente expandida resfriada adicional em uma corrente de vaporaérea e a fração relativamente menos volátil;o aperfeiçoamento no qual o aparelho inclui:(1) dispositivo de contato e separação conectado ao primeirodispositivo de expansão para receber a corrente expandida resfriada adicio-nal em uma primeira posição de alimentação de coluna inferior nos dispositi-vo de contato e separação, o dispositivo de contato e separação sendo a-daptado para produzir uma corrente de vapor aérea e uma corrente de líqui-do inferior;(2) o dispositivo de contato e separação sendo adicionalmenteconectado à coluna de destilação para fornecer a corrente de líquido inferiorà coluna de destilação;(3) dispositivo de retirada de vapor conectado a coluna de desti-lação para receber uma corrente de destilação de vapor de uma região su-perior da coluna de destilação, de modo a formar pelo menos uma primeiracorrente de destilação;(4) dispositivo de troca de calor conectado ao dispositivo de reti-rada de vapor, para receber a primeira corrente de destilação e resfriar amesma suficientemente para condensar pelo menos uma parte da mesma;(5) primeiro dispositivo de separação conectado ao dispositivode troca de calor para receber primeira corrente de destilação pelo menosparcialmente condensada e separar a mesma, pelo que formando uma cor-rente condensada e a corrente de vapor residual contendo qualquer vapornão condensado remanescente após a corrente de destilação de vapor serresfriada, o primeiro dispositivo de separação sendo adicionalmente conec-tado ao dispositivo de contato e separação para fornecer pelo menos umaporção da corrente condensada ao dispositivo de contato e separação naposição de alimentação a meia coluna;(6) o dispositivo de contato e separação sendo adicionalmenteconectado ao dispositivo de troca de calor para direcionar pelo menos umaporção da corrente de vapor aérea separada do mesmo, em relação de trocade calor com pelo menos a primeira corrente de destilação e aquecimento dacorrente de vapor aérea, pelo que para fornecer pelo menos uma porção doresfriamento do elemento (4);(7) primeiro dispositivo de combinação conectado para combinara corrente de vapor aérea aquecida e qualquer a corrente de vapor residualem uma corrente de vapor combinada aquecida;(8) dispositivo de compressão conectado ao primeiro dispositivode combinação para receber a corrente de vapor combinada, aquecida ecomprimir a mesma a uma pressão mais alta;(9) dispositivo de divisão conectado ao dispositivo de compres-são para receber a corrente de vapor combinada, aquecida, comprimida edividir a mesma na fração de gás residual volátil e uma corrente de reciclocomprimida;(10) segundo dispositivo de resfriamento conectado ao dispositi-vo de divisão para receber a corrente de reciclo comprimida e resfriar amesma suficientemente de modo a ser substancialmente condensada;(11) segundo dispositivo de expansão conectado ao segundodispositivo de resfriamento para receber a corrente de reciclo comprimida,substancialmente condensada e expandir a mesma para pressão mais bai-xa, o segundo dispositivo de expansão sendo adicionalmente conectado aodispositivo de contato e separação para fornecer a corrente de reciclo con-densada, expandida ao dispositivo de contato e separação na posição dealimentação superior;(12) os dispositivo de contato e separação sendo adicionalmenteconectado ao dispositivo de retirada de vapor, para receber qualquer porçãorestante da corrente de destilação de vapor em uma segunda posição dealimentação da coluna inferior; e(13) dispositivo de controle adaptado para regular as quantida-des e temperaturas das correntes de alimentação para o dispositivo de con-tato e separação, de modo a manter a temperatura da parte aérea do dispo-sitivo de contato e separação a uma temperatura, pelo que as porções maio-res dos componentes na fração relativamente menos volátil são recupera-dos.
20. Aperfeiçoamento como definido na reivindicação 19, na qualo aparelho inclui(1) o primeiro dispositivo de resfriamento sendo adaptado pararesfriar a corrente de gás sob pressão suficiente, de modo a condensar amesma parcialmente;(2) segundo dispositivo de separação conectado ao primeiro dis-positivo de resfriamento para receber a corrente de gás parcialmente con-densada e separar a mesma em uma corrente de vapor e pelo menos umacorrente de líquido;(3) o primeiro dispositivo de expansão conectado ao segundodispositivo de separação para receber a corrente de vapor e expandir amesma para pressão mais baixa, o primeiro dispositivo de expansão sendoadicionalmente conectado ao dispositivo de contato e separação para forne-cer a corrente de vapor expandida ao dispositivo de contato e separação naprimeira posição de alimentação da coluna inferior;(4) terceiro dispositivo de expansão conectado ao segundo dis-positivo de separação para receber de 0% a 100% de pelo menos uma cor-rente de líquido e expandir a mesma para pressão mais baixa, o terceiro dis-positivo de expansão sendo adicionalmente conectado à coluna de destila-ção para fornecer a corrente de líquido expandida à coluna de destilação auma posição de alimentação a meia coluna;(5) quarto dispositivo de expansão conectado ao segundo dispo-sitivo de separação para receber de 100% a 0% de pelo menos uma corren-te de líquido e expandir a mesma para pressão mais baixa;(6) segundo dispositivo de combinação conectado ao quarto dis-positivo de expansão para receber a porção expandida, o segundo dispositi-vo de combinação sendo adicionalmente conectado ao dispositivo de retira-da de vapor para receber a primeira corrente de destilação e pelo que, com-binar as correntes para formar uma corrente combinada;(7) o dispositivo de troca de calor conectado ao segundo disposi-tivo de combinação para receber a corrente combinada e resfriar a mesmasuficientemente para condensar pelo menos uma parte da mesma, o disposi-tivo de troca de calor sendo adicionalmente conectado para fornecer a cor-rente combinada pelo menos parcialmente combinada ao primeiro dispositi-vo de separação; e(8) o dispositivo de troca de calor sendo adicionalmente conec-tado ao dispositivo de contato e separação para direcionar, pelo menos umaporção da corrente de vapor para a aérea separada do mesmo, em relaçãode troca de calor com pelo menos a corrente combinada e aquecimento dacorrente de vapor aérea, pelo que para fornecer pelo menos uma porção doresfriamento do elemento (7).
21. Aparelho para a separação de uma corrente gasosa conten-do metano, componentes de C2, componentes de C3, e componentes de hi-drocarboneto mais pesados em uma fração gasosa, residual, volátil e umafração relativamente menos volátil contendo uma parte maior dos compo-nentes de C2, componentes de C3, e componentes de hidrocarboneto maispesados ou os componentes de C3 e componentes de hidrocarboneto maispesados, o aparelho possuindo:(a) um primeiro dispositivo de resfriamento para resfriar o gássob pressão conectado para prover uma corrente resfriada sob pressão;(b) um primeiro dispositivo de expansão conectado para receberpelo menos uma porção da corrente resfriada sob pressão e expandir amesma para uma pressão inferior, pelo que a corrente é adicionalmente res-friada; e(c) uma coluna de destilação conectada para receber a correnteexpandida resfriada adicional, a coluna de destilação sendo adaptada paraseparar a corrente expandida resfriada adicional em uma corrente de vaporaérea e a fração relativamente menos volátil;o aperfeiçoamento no qual o aparelho inclui: =(1) o primeiro dispositivo de expansão sendo adaptado para ex-pandir pelo menos uma porção da corrente resfriada a uma pressão inter-mediária, pelo que a corrente é adicionalmente resfriada;(2) dispositivo de contato e separação conectado ao primeirodispositivo de expansão para receber a corrente expandida resfriada adicio-nal em uma primeira posição de alimentação da coluna inferior no dispositivode contato e separação, o dispositivo de contato e separação sendo adapta-dos para produzir uma corrente de vapor aérea e uma corrente de líquidoinferior;(3) segundo dispositivo de expansão conectado ao dispositivo decontato e separação para receber a corrente de líquido inferior e expandir amesma para pressão mais baixa;(4) o segundo dispositivo de expansão sendo adicionalmenteconectados à coluna de destilação para fornecer a corrente de líquido inferi-or à coluna de destilação;(5) dispositivo de retirada de vapor conectado a coluna de desti-lação para receber uma corrente de destilação de vapor de uma região su-perior da coluna de destilação para formar pelo menos uma primeira corren-te de destilação;(6) dispositivo de troca de calor conectado ao dispositivo de reti-rada de vapor para receber a primeira corrente de destilação e resfriar amesma suficientemente para condensar pelo menos uma parte da mesma;(7) primeiro dispositivo de separação conectado ao dispositivode troca de calor para receber a primeira corrente de destilação, pelo menosparcialmente condensada e separar a mesma, pelo que formando uma cor-rente condensada e a corrente de vapor residual contendo qualquer vapornão condensado remanescente após a primeira corrente de destilação serresfriada, o primeiro dispositivo de separação sendo adicionalmente conec-tado ao dispositivo de contato e separação para fornecer pelo menos umaporção da corrente condensada ao dispositivo de contato e separação naposição de alimentação a meia coluna;(8) o dispositivo de contato e separação sendo adicionalmenteconectado ao dispositivo de troca de calor para direcionar pelo menos umaporção da corrente de vapor aérea separada do mesmo em relação de trocade calor com pelo menos a primeira corrente de destilação e aquecimento dacorrente de vapor aérea, pelo que para fornecer pelo menos uma porção doresfriamento do elemento (6);(9) primeiro dispositivo de combinação conectado para combinara corrente de vapor aérea aquecida e qualquer a corrente de vapor residualem uma corrente de vapor combinada aquecida;(10) primeiro dispositivo de compressão conectado ao primeirodispositivo de combinação para receber a corrente de vapor combinada, a-quecida e comprimir a mesma a uma pressão mais alta;(11) dispositivo de divisão conectados ao primeiro dispositivo decompressão para receber a corrente de vapor combinada, aquecida, com-primida e dividir a mesma na fração de gás residual volátil e uma corrente dereciclo comprimida;(12) segundo dispositivo de resfriamento conectado ao dispositi-vo de divisão para receber a corrente de reciclo comprimida e resfriar amesma suficientemente de modo a ser substancialmente condensada;(13) terceiro dispositivo de expansão conectado ao segundo dis-positivo de resfriamento para receber a corrente de reciclo comprimida,substancialmente condensada e expandir a mesma para a pressão interme-diária, o terceiro dispositivo de expansão sendo adicionalmente conectadoao dispositivo de contato e separação para fornecer a corrente de reciclocondensada, expandida ao dispositivo de contato e separação na posição dealimentação superior;(14) segundo dispositivo de compressão conectado ao dispositi-vo de retirada de vapor para receber qualquer porção restante da correntede destilação de vapor e comprimir a mesma para pressão intermediária;(15) o dispositivo de contato e separação sendo adicionalmenteconectado ao segundo dispositivo de compressão para receber em com-pressão, qualquer porção remanescente da corrente de destilação de vaporem uma segunda posição de alimentação da coluna inferior^ e(16) dispositivo de controle adaptado para regular as quantida-des e temperaturas das correntes de alimentação para o dispositivo de con-tato e separação de modo a manter a temperatura da parte aérea do disposi-tivo de contato e separação a uma temperatura, pelo que as porções maio-res dos componentes na fração relativamente menos volátil são recupera-das.
22. Aperfeiçoamento como definido na reivindicação 21, no qualo aparelho inclui:(1)o primeiro dispositivo de resfriamento sendo adaptado pararesfriar a corrente de gás sob pressão suficiente, de modo a condensar amesma parcialmente;(2) segundo dispositivo de separação conectado ao primeiro dis-positivo de resfriamento, para receber a corrente de gás parcialmente con-densada e separar a mesma em uma corrente de vapor e pelo menos umacorrente de líquido;(3) o primeiro dispositivo de expansão conectado ao segundodispositivo de separação para receber a corrente de vapor e expandir amesma para a pressão intermediária, o primeiro dispositivo de expansãosendo adicionalmente conectado ao dispositivo de contato e separação parafornecer a corrente de vapor expandida ao dispositivo de contato e separa-ção na primeira posição de alimentação de coluna inferior;(4) quarto dispositivo de expansão conectado ao segundo dispo-sitivo de separação para receber de 0% a 100% de pelo menos uma corren-te de líquido e expandir a mesma para pressão mais baixa, o quarto disposi-tivo de expansão sendo adicionalmente conectado à coluna de destilaçãopara fornecer a corrente de líquido expandida à coluna de destilação emuma posição de alimentação a meia coluna;(5) quinto dispositivo de expansão conectado ao segundo dispo-sitivo de separação para receber de 100% a 0% de pelo menos uma corren-te de líquido e expandir a mesma para pressão mais baixa;(6) segundo dispositivo de combinação conectado ao quinto dis-positivo de expansão para receber a porção expandida, o segundo dispositi-vo de combinação sendo adicionalmente conectado ao dispositivo de retira-da de vapor para receber a primeira corrente de destilação e pelo que com-binar as correntes para formar uma corrente combinada;(7) o dispositivo de troca de calor conectado ao segundo disposi-tivo de combinação para receber a corrente combinada e resfriar a mesmasuficientemente, para condensar pelo menos uma parte da mesma, o dispo-sitivo de troca de calor sendo adicionalmente conectado para fornecer a cor-rente combinada pelo menos parcialmente combinada para o primeiro dispo-sitivo de separação; e(8) o dispositivo de troca de calor sendo adicionalmente conec-tado ao dispositivo de contato e separação para direcionar pelo menos umaporção da corrente de vapor aérea separada do mesmo em relação de trocade calor com pelo menos a corrente combinada e aquecimento da correntede vapor aérea, pelo que para fornecer pelo menos uma porção do resfria-mento do elemento (7).
23. Aparelho para a separação de uma corrente gasosa conten-do metano, componentes de C2, componentes de C3, e componentes de hi-drocarboneto mais pesados em uma fração gasosa, residual, volátil e umafração relativamente menos volátil contendo uma parte maior dos compo-nentes de C2, componentes de C3, e componentes de hidrocarboneto maispesados ou os componentes de C3 e componentes de hidrocarboneto maispesados, o aparelho possuindo:(a) um primeiro dispositivo de resfriamento para resfriar o gássob pressão conectado para prover uma corrente resfriada sob pressão;(b) um primeiro dispositivo de expansão conectado para receberpelo menos uma porção da corrente resfriada sob pressão e expandir amesma para uma pressão inferior, pelo que a corrente é adicionalmente res-friada; e(c) uma coluna de destilação conectada para receber a correnteexpandida resfriada adicional, a coluna de destilação sendo adaptada paraseparar a corrente expandida resfriada adicional em uma corrente de vaporaérea e a fração relativamente menos volátil;o aperfeiçoamento no qual o aparelho inclui:(1) o primeiro dispositivo de expansão sendo adaptado para ex-pandir pelo menos uma porção da corrente resfriada para uma pressão in-termediária, pelo que a corrente é adicionalmente resfriada;(2) dispositivo de contato e separação conectado ao primeirodispositivo de expansão para receber a corrente expandida resfriada adicio-nal na primeira posição de alimentação da coluna inferior nos dispositivos decontato e separação, os dispositivos de contato e separação sendo adapta-dos para produzir uma corrente de vapor aérea e uma corrente de líquidoinferior;(3) segundo dispositivo de expansão conectado aos dispositivosde contato e separação para receber a corrente de líquido inferior e expandira mesma para pressão mais baixa;(4) o segundo dispositivo de expansão sendo adicionalmenteconectado à coluna de destilação para fornecer a corrente de líquido inferiorà coluna de destilação;(5) dispositivo de retirada de vapor conectado a coluna de desti-lação para receber uma corrente de destilação de vapor de uma região su-perior da coluna de destilação;(6) primeiro dispositivo de compressão conectado ao dispositivode retirada de vapor para receber a corrente de destilação de vapor e com-primir a mesma a uma pressão intermediária, pelo que formando uma cor-rente de destilação comprimida;(7) primeiro dispositivo de divisão conectado ao primeiro disposi-tivo de compressão para receber a corrente de destilação comprimida e divi-dir a mesma em uma primeira corrente de destilação comprimida e uma se-gunda corrente de destilação comprimida;(8) dispositivo de troca de calor conectado ao primeiro dispositi-vo de divisão para receber a primeira corrente de destilação comprimida eresfriar a mesma, suficientemente, de modo a condensar pelo menos umaparte da mesma, pelo que formando uma corrente condensada, o dispositivode troca de calor sendo adicionalmente conectado ao dispositivo de contatoe separação para fornecer pelo menos uma porção da corrente condensadaao dispositivo de contato e separação na posição de alimentação a meiacoluna;(g) o dispositivo de contato e separação sendo adicionalmenteconectado ao dispositivo de troca de calor para direcionar pelo menos umaporção da corrente de vapor aérea separada do mesmo, em relação de trocade calor com pelo menos a primeira corrente de destilação comprimida eaquecimento da corrente de vapor aérea, pelo que para fornecer pelo menosuma porção do resfriamento do elemento (8);(10) segundo dispositivo de compressão conectado ao dispositi-vo de troca de calor, para receber a corrente de vapor aérea aquecida ecomprimir a mesma a uma pressão mais alta;(11) segundo dispositivo de divisão conectado ao segundo dis-positivo de compressão para receber a corrente de vapor aérea aquecida edividir a mesma na fração de gás residual volátil e uma corrente de reciclocomprimida;(12) segundo dispositivo de resfriamento conectado ao dispositi-vo de divisão para receber a corrente de reciclo comprimida e resfriar amesma suficientemente, de modo a ser substancialmente condensada;(13) terceiro dispositivo de expansão conectado ao segundo dis-positivo de resfriamento, para receber a corrente de reciclo comprimida,substancialmente condensada e expandir a mesma para a pressão interme-diária, o terceiro dispositivo de expansão sendo adicionalmente conectadoao dispositivo de contato e separação para fornecer a corrente de reciclocondensada e expandida ao dispositivo de contato e separação na posiçãode alimentação superior;(14) o dispositivo de contato e separação sendo adicionalmenteconectado ao primeiro dispositivo de divisão para receber a segunda corren-te de destilação de vapor comprimida em uma segunda posição de alimen-tação da coluna inferior; e(15) dispositivo de controle adaptado para regiHar as quantida-des e temperaturas das correntes de alimentação para o dispositivo de con-tato e separação, de modo a manter a temperatura da parte aérea do dispo-sitivo de contato e separação a uma temperatura, pelo que as porções maio-res dos componentes na fração relativamente menos volátil são recupera-das.
24. Aperfeiçoamento como definido na reivindicação 23, no qualo aparelho inclui:(1) o primeiro dispositivo de resfriamento sendo adaptado pararesfriar a corrente de gás sob pressão suficiente, de modo a condensar amesma parcialmente;(2) dispositivo de separação conectado ao primeiro dispositivode resfriamento para receber a corrente de gás parcialmente condensada eseparar a mesma em uma corrente de vapor e pelo menos uma corrente delíquido;(3) o primeiro dispositivo de expansão conectado ao dispositivode separação para receber a corrente de vapor e expandir a mesma a umapressão intermediária, o primeiro dispositivo de expansão sendo adicional-mente conectado aos dispositivos de contato e separação para fornecer acorrente de vapor expandida aos dispositivos de contato e separação naprimeira posição de alimentação de coluna inferior;(4) quarto dispositivo de expansão conectado aos dispositivos deseparação para receber de 0% a 100% de pelo menos uma corrente de Ii-quido e expandir a mesma para pressão mais baixa, o quarto dispositivo deexpansão sendo adicionalmente conectado à coluna de destilação para for-necer a corrente de líquido expandida à coluna de destilação a uma posiçãode alimentação a meia coluna;(5) quinto dispositivo de expansão conectado aos dispositivos deseparação para receber de 100% a 0% de pelo menos uma corrente de lí-quido e expandir a mesma a pressão intermediária;(6) dispositivo de combinação conectado ao quinto dispositivo deexpansão para receber a porção expandida, o dispositivo de combinaçãosendo adicionalmente conectado ao primeiro dispositivo de compressão parareceber a primeira corrente de destilação comprimida e para, combinar ascorrentes para formarem uma corrente combinada;(7) o dispositivo de troca de calor conectado ao dispositivo decombinação para receber a corrente combinada e resfriar a mesma suficien-temente, de modo a condensar pelo menos uma parte da mesma, pelo queformando uma corrente condensada, o dispositivo de troca de calor sendoadicionalmente conectado aos dispositivos de contato e separação para for-necer, pelo menos uma porção da corrente condensada aos dispositivos decontato e separação na posição de alimentação a meia coluna; e(8) o dispositivo de troca de calor sendo adicionalmente conec-tado aos dispositivos de contato e separação para direcionar pelo menosuma porção da corrente de vapor aérea separada do mesmo, em relação detroca de calor com pelo menos a corrente combinada e aquecimento da cor-rente de vapor aérea, pelo que para fornecer pelo menos uma porção doelemento de resfriamento (7).
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