BRPI0613903B1 - Processo para recuperar hidrocarbonetos mais pesados que metano a partir de gás natural liquefeito - Google Patents

Processo para recuperar hidrocarbonetos mais pesados que metano a partir de gás natural liquefeito Download PDF

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Kenneth Reddick
Noureddine Belhateche
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Howe-Baker Engineers, Ltd.
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Abstract

processo para recuperar hidrocarbonetos mais pesados que metano a partir de gás natural liquefeito. é divulgado um processo para a recuperação de líquido de gás natural, a partir de gás natural liquefeito gnl. a corrente de alimentação de gnl é submetida a um processo de separação de dois estágios onde o produto de fundo do primeiro estágio de separação que contém hidrocarbonetos c2+é dividido em duas porções, com uma porção sendo aquecida e utilizada como um refluxo durante o segundo estágio de separação para recuperar o produto lgn.

Description

“PROCESSO PARA RECUPERAR HIDROCARBONETOS MAIS PESADOS QUE METANO A PARTIR DE GÁS NATURAL LIQUEFEITO”
PEDIDOS RELACIONADOS [001]. Este Pedido é um Pedido de continuação parcial do pedido também pendente de Número de Série 10/115.150, depositado em 3 de abril de 2002.
CAMPO DA INVENÇÃO [002]. A presente invenção é direcionada no sentido da recuperação de hidrocarbonetos mais pesados do que metano a partir de gás natural liquefeito GNL e, em particular, a um processo de separação em duas etapas no qual os hidrocarbonetos C2+ recuperados no primeiro estágio de separação são divididos, e uma porção é aquecida antes de penetrar no segundo estágio de separação para auxiliar na recuperação dos hidrocarbonetos mais pesados que metano.
FUNDAMENTO DA INVENÇÃO [003]. Gás natural contém tipicamente até 15% em um volume de hidrocarbonetos mais pesados do que metano. Assim, gás natural é tipicamente de separado para fornecer uma fração gasosa de qualidade de oleoduto e uma fração de hidrocarboneto líquido menos volátil. Estes líquidos de gás natural valiosos (LGN) são constituídos de etano, propano, butano e quantidades menores de outros hidrocarbonetos pesados. Em algumas circunstâncias, como uma alternativa a transporte em oleodutos, gás natural em localizações remotas é liquefeito e transportado em navios tanque especiais para GNL para terminais apropriados de manipulação e armazenagem de GNL. O GNL pode então ser revaporizado e utilizado como um combustível gasoso da mesma maneira que gás natural. Uma vez que o GNL é constituído de no mínimo 80% em moles de metano, é muitas vezes necessário separar o metano dos hidrocarbonetos gasosos naturais mais pesados para estar de acordo com especificações de oleodutos quanto a poder
Petição 870180136158, de 28/09/2018, pág. 11/20 / 7 calorífico. Em adição, é desejável recuperar os líquidos de gás natural (LGN) uma vez que seus componentes têm um valor mais elevado como produtos líquidos, onde eles são utilizados como matérias-primas petroquímicas, comparado a seu valor como gás combustível.
[004]. O LNG é tipicamente recuperado a partir de correntes de GNL por meio de diversos processos bem conhecidos que incluem “adsorção em óleo pobre” (lean oil adsorption), “adsorção refrigerada”em óleo pobre”, e condensação em temperaturas criogênicas. Embora existam diversos processos conhecidos, existe sempre um compromisso entre recuperação elevada e simplicidade de processo (isto é, baixo investimento em capital). O processo o mais comum para recuperar LGN de GNL é bombear e vaporizar o GNL, e então redirecionar o fluido gasoso resultante para um processo de recuperação industrial padrão típico do tipo criogênico de turbo-expansão. Tal processo requer uma grande queda de pressão através do turbo-expansor ou válvula J.T para gerar temperaturas criogênicas. Em adição, tais processos precedentes tipicamente requerem que o fluido gasoso resultante depois da extração do PGL seja comprimido para alcançar a pressão da etapa de préexpansão. Alternativas para este processo padrão são conhecidas e dois de tais processos estão divulgados nas Patentes U.S. Números 5.588.308 e 5.114.451. O processo de recuperação de LNG descrito na Patente 308 utiliza autorefrigeração e troca de calor integradas ao invés de refrigeração externa ou alimentação de turbo-expansores. Este processo, contudo, requer que a alimentação de GNL esteja à temperatura ambiente e seja pré-tratada para remover água gases ácidos e outras impurezas. O processo descrito na Patente 451 recupera LGN a partir de uma alimentação de GNL que foi aquecida por meio de troca de calor com uma porção de reciclo comprimida da saída de topo do fracionamento. O saldo da saída de topo constituído de gás residual rico em metano, é comprimido e aquecido para introdução em sistemas de oleodutos de distribuição.
Petição 870180136158, de 28/09/2018, pág. 12/20 / 7 [005]. A presente invenção proporciona um outro processo alternativo de recuperação de LGN que produz uma corrente de líquido rica em metano de baixa pressão, que pode ser direcionada para as bombas principais de exportação de GNL onde ela pode ser bombeada para pressões do oleoduto e eventualmente encaminhada para os vaporizadores principais de GNL. Além disto, nossa invenção utiliza um processo de separação em duas etapas no qual os hidrocarbonetos C2+ recuperados no primeiro estágio de separação são divididos e uma porção é aquecida antes de penetrar no segundo estágio de separação, para auxiliar na recuperação dos hidrocarbonetos mais pesados que metano, como descrito na especificação abaixo e definido nas reivindicações a seguir.
SUMÁRIO DA INVENÇÃO [006]. Como descrito, nossa invenção é orientada para um processo melhorado para a recuperação de LGN a partir de GNL que evita a necessidade por desidratação, a remoção de gases ácidos e outras impurezas. Uma outra vantagem de nosso processo é que ele reduz de maneira significativa a energia global e requisitos de combustível, uma vez que os requisitos de compressão de gás residual associados com uma instalação típica de recuperação de LGN são virtualmente eliminados. Nosso processo também não requer uma grande queda de pressão através de um turboexpansor ou de válvula J.T. para gerar temperaturas criogênicas. Isto reduz o investimento em capital para construir nosso processo de 30 a 50% comparado a uma instalação típica de recuperação criogênica de LGN.
[007]. Em geral, nosso processo recupera hidrocarbonetos mais pesados que metano utilizando gás natural liquefeito em baixa pressão (por exemplo, diretamente a partir de um sistema de armazenagem de GNL) ou utilizando um processo de separação em duas etapas, no qual os hidrocarbonetos C2+ recuperados no primeiro estágio de separação (recuperação) são divididos e uma porção é aquecida antes de penetrar no segundo estágio de separação e a
Petição 870180136158, de 28/09/2018, pág. 13/20 / 7 outra porção é utilizada como uma corrente de refluxo no segundo estágio de separação. Isto auxilia na recuperação dos hidrocarbonetos mais pesados que metano, produzindo assim produções elevadas de LGN. A corrente rica em C1-C2 recuperada na corrente de topo na segunda etapa de separação é reciclada para a primeira etapa de separação para produzir uma corrente rica em metano. Esta corrente rica em metano a partir da primeira etapa de separação é encaminhada para o lado de aspiração de um compressor de baixa pressão de baixa temperatura para reliquefazer a corrente rica em metano. Este GNL reliquefeito é então dividido, com uma porção sendo utilizada como o segundo refluxo no primeiro estágio de separação e a porção restante é direcionada para bombas principais de exportação de GNL.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS [008]. A Figura 1 é um fluxograma esquemático de uma configuração da presente invenção.
DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO [009]. Líquidos de gás natural (LGN) são recuperados a partir de gás natural liquefeito (GNL) em baixa pressão sem a necessidade por refrigeração externa ou alimentação de turbo-expansores como utilizado em processos precedentes. Fazendo referência à Figura 1, o processo 100 mostra a corrente de alimentação de GNL 1 que entra na bomba 2 em pressões muito baixas, tipicamente na faixa de 0 - 5 psig (0 a 0,3515 kg/cm2) e a uma temperatura de menos que 200°F (93,3°C). A bomba 2 pode ter qualquer projeto de bomba tipicamente utilizado para bombear GNL desde que seja capaz de aumentar a pressão do GNL diversas centenas de libras até aproximadamente 100 a 500 psig (7,03 a 35,15 kg/cm2), preferivelmente na faixa de processo de 300 a 350 psig (21,09 a 24,61 kg/cm2). A corrente resultante 3 a partir da bomba 2 é fisicamente alimentada para a caixa fria 4 onde faz troca cruzada com gás residual substancialmente livre de LNG na linha 9 obtido a partir da descarga do compressor 8. Nestas circunstâncias, onde resfriamento adicional é
Petição 870180136158, de 28/09/2018, pág. 14/20 / 7 necessário na caixa fria 4, uma linha de refrigerante externo 32 pode ser empregada para aumentar a capacidade de resfriamento. Embora a natureza exata do refrigerante externo não seja crítica para a invenção, uma corrente de GNL em alta pressão pode ser a mais conveniente para utilizar. A corrente aquecida da alimentação de GNL é removida da caixa fria 4 como corrente 5. [0010]. Depois de ser aquecido e parcialmente vaporizado, o GNL na corrente 5 pode ser ainda aquecido, se necessário, durante a partida do processo com um trocador de calor opcional (não mostrado) e então alimentado para o primeiro separador ou torre de recuperação 6. O separador 6 pode ser constituído de um único processo de separação ou um arranjo de escoamento em série de diversas operações unitárias utilizadas de maneira rotineira para separar frações de matérias-primas de GNL. A configuração interna do(s) separador(es) utilizado(s) é um tema de projeto de engenharia de rotina que não é crítico para a nossa invenção. A corrente 5 é separada no separador 6 em uma corrente de fundo rica em LGN 11 que é removida através da bomba 12 e corrente 13. A corrente 13 é dividida em duas porções para criar correntes 14 e 15. As porções relativas de correntes 14 e 15 são dependentes da quantidade de recuperação de etano desejada e da composição da alimentação de GNL. Uma divisão preferida poderia ser 15 a 85% na corrente 14 e 15 a 85% (SIC) na corrente 15. A corrente 14 é eventualmente aquecida antes de ser encaminhada através da linha 31 como alimentação para o deetanizador 16. Um método preferido de aquecer a corrente 14 é retorná-la para a caixa fria 4 onde ela faz troca de calor cruzada com GNL comprimido a partir da corrente 9. A corrente 15 é utilizada diretamente como o uma corrente de refluxo no deetanizador 16 para aumentar a recuperação desejada dos componentes pesados. O deetanizador 16 pode ser aquecido por um refervedor de fundo ou um refervedor lateral 27.
[0011]. Uma corrente de topo rica em metano 17 é removida do deetanizador 16 e encaminhada para a torre de recuperação 6. Encaminhar
Petição 870180136158, de 28/09/2018, pág. 15/20 / 7 esta corrente de volta para a torre de recuperação permite que qualquer etano e componentes pesados nesta corrente sejam recuperados. Uma corrente de produto LGN recuperado 19 é removida do deetanizador 16 e encaminhada para a armazenagem de LGN ou bombeada para um oleoduto de LGN ou fracionador (não mostrado). Uma corrente de topo rica em metano 7, substancialmente livre de LGN, é removida do separador 6 e alimentada para um compressor de baixa pressão, baixa temperatura 8, onde ele forma a corrente de GNL comprimido 9. O compressor 8 é necessário para fornecer reforço suficiente na pressão, de modo que a corrente de saída 9 mantenha uma diferença de temperatura adequada no trocador de calor principal de gás (caixa fria) 4 para formar uma corrente de saída de gás rico em metano reliquefeito (GNL) 10. O compressor 8 é projetado para alcançar um aumento de pressão marginal de cerca de 75 até 115 psi (5,25 até 80,5 kg/cm2), preferivelmente aumentando a pressão de cerca de 300 psig até cerca de 350425 psig (21,09 ate 24,61-29,9 kg/cm2). O GNL reliquefeito rico em metano na corrente 10 é dividido em duas porções que formam as correntes 30 e 33. A corrente 30 é utilizada como um refluxo externo para o separador 6. Este refluxo é necessário para alcançar níveis muito elevados de recuperação de etano. As porções relativas das correntes 30 e 33 são dependentes da composição da alimentação de GNL e da quantidade de recuperação requerida de etano. Uma divisão preferida seria 2 a 10% na corrente 30 e 90 a 98% na corrente 33. O GNL rico em metano reliquefeito na corrente 33 é direcionado para as bombas principais de exportação de GNL (não mostrado) onde o líquido será bombeado para pressões de oleoduto e eventualmente encaminhado para os vaporizadores principais de GNL.
[0012]. Como conhecido nesta área de tecnologia, o projeto particular de trocadores de calor, bombas, compressores e separadores não é crítico para a nossa invenção. Aliás, é um tema de prática de engenharia de rotina selecionar e dimensionar as operações unitárias específicas para alcançar um
Petição 870180136158, de 28/09/2018, pág. 16/20 / 7 desempenho desejado. Nossa invenção se situa na combinação exclusiva de operações unitárias e na descoberta de utilizar GNL não tratado como refluxo externo para alcançar níveis elevados de rendimento de separação para recuperar LGN.
[0013]. Embora tenhamos descrito o que acreditamos serem as configurações preferenciais da invenção, aqueles com conhecimento nesta área de tecnologia irão reconhecer que outras modificações adicionais podem ser feitas a ela, por exemplo, para adaptar a invenção a diversas condições, tipos de alimentações ou outros requisitos, sem se afastar do espírito de nossa invenção como definida pelas reivindicações a seguir.

Claims (3)

REIVINDICAÇÕES
1. Processo para recuperar hidrocarbonetos mais pesados que metano a partir de gás natural liquefeito (GNL) que compreende:
a) bombear GNL líquido em baixa pressão para uma pressão de mais do que 100 psia (7,03 kg/cm2);
b) direcionar o GNL liquido pressurizado (3) da etapa a) para uma caixa fria (4) onde ele faz troca de calor para aumentar sua temperatura;
c) direcionar o GNL líquido pressurizado que sofreu troca de calor (5) na etapa b) para um separador (6) onde, em combinação com um primeiro (30) e segundo refluxo (18), uma corrente de topo do separador (7) é produzida juntamente com um produto de fundo do separador (11);
d) pressurizar o produto de fundo do separador (11) e então dividir o produto de fundo pressurizado do separador (13) em primeira (15) e segunda (14) porções;
e) direcionar a primeira porção (15) de produto de fundo pressurizado do separador (13) para um deetanizador (16) como uma corrente de refluxo;
f) aquecer a segunda porção (14) do produto de fundo pressurizado do separador (13) direcionando a segunda porção para a caixa fria (4);
g) direcionar a segunda porção aquecida (31) de produto de fundo pressurizado do separador (13) para o deetanizador (16);
h) remover hidrocarbonetos mais pesados que etano como produto de fundo do deetanizador (19);
i) direcionar uma corrente de topo do deetanizador (17) como o segundo refluxo (18) para o separador (6);
j) remover a corrente de topo do separador (7) a partir do separador (6) e comprimir a corrente de topo do separador para formar uma corrente de topo do separador comprimida (9) antes da introdução na caixa
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2. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de ainda compreender fornecer um refrigerante externo (32) para a caixa fria (4).
2 / 2 fria (4) e de troca de calor com o GNL líquido pressurizado (3) para produzir um GNL pressurizado reliquefeito (10); e
k) separar uma porção do GNL pressurizado reliquefeito (10) para utilização como o primeiro refluxo (30), caracterizado pelo fato de o aquecimento da segunda porção (14) do produto de fundo pressurizado do separador (13) ser realizado pela troca de calor cruzada da segunda porção (14) direcionada para a caixa fria (4) com a corrente de topo do separador comprimida (9).
3. Processo de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de ainda compreender fornecer uma corrente de alta pressão de GNL como o refrigerante externo para a caixa fria (4).
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