BRPI0720811A2

BRPI0720811A2 - mÉtodo de produÇço do gÁs hidrato

Info

Publication number: BRPI0720811A2
Application number: BRPI0720811-1A
Authority: BR
Inventors: Masataka Hiraide; Kae Serizawa; Kikuo Nakamura; Makoto Nakaoka
Original assignee: Mitsui Shipbuilding Eng
Priority date: 2007-03-13
Filing date: 2007-03-13
Publication date: 2013-01-15
Also published as: US20100000254A1; MY164866A; EP2119758A4; EP2119758A1; NO20093116L; WO2008111174A1

Abstract

MÉTODO DE PRODUÇçO DO GÁS HIDRATO. Método pelo qual o gás hidrato é produzido com um baixo custo. Um gás ácido (3) é removido do gás natural (1) e após da desidratação da água acompanhante (5), parte dos componentes pesados (7) que não produzem o gás hidrato (10) é (5), parte dos componentes pesados (7) que não produzem o gás hidrato (10) é separada/removida em uma relativa alta temperatura, e o remanescente componente pesado é extraído na etapa de produção do gás hidrato (9) juntamente com uma excessiva parte de componentes leves que não contruibuem para a produção do gás hidrato (10), com um gás combustível (11) que é usado como uma fonte de resfriamento ou uma fontes de energia para um ssistema de resfriamento na etapa de produção do gás hidrato (9).

Description

"MÉTODO DE PRODUÇÃO DO GÁS HIDRATO"

A presente invenção relata um método de produção do gás hidrato de um gás matéria prima no qual o gás natural é refinado.

Nos anos recentes, como meio para segurança e economia no transporte e armazenamento do gás natural, um método usando hidrato formado por componentes de hidratação deste gás natural em um estado sólido (doravante referido como gás hidrato) tem sido delineado atenção. De acordo com isso, vários métodos de produção de gás hidrato tem sido propostos (ver Documento Patente 1, por exemplo).

Entretanto, incluindo o acima mencionado Documento Patente 1, os métodos de produção do gás hidrato proposto até então são estabelecidos como premissa ou inteiramente hidratando um gás (doravante referido como um "gás matéria prima") que é suprido a uma etapa de produção do gás hidrato.

Por esta razão, será necessário suprir um gás matéria prima à etapa de produção do gás hidrato após o seguinte refinamento. Especificamente, os componentes que não formam gás hidrato ou forma gás hidrato com extrema dificuldade (doravante referenciados como "componentes pesados"), e butano são quase completamente removidos do gás natural para então obter o gás

matéria prima principalmente contendo componentes, como metano e etano, que formam o gás hidrato (doravante referidos como "componentes leves"). Aqui, típicos exemplos dos referidos componentes pesados incluem pentano, e componentes tendo números de carbono igual ou superior do que o pentano, como o haxano.

Um processo relativo à um convencional método de produção do gás hidrato é mostrado na Figura 5.

Neste processo, gases ácidos n73 como H2S ou CO2 são removidos do gás natural 71 em uma etapa de remoção do gás ácido 72, então a desidratação 75 da água contida naquele tempo é realizada em uma etapa de desidratação 74, e

assim substancial parte dos componentes pesados 77 é removida em uma etapa de separação do componente pesado 76 para então refinar o gás natural em 71 gás matéria prima 78. Dessa forma, o gás hidrato 81 é produzido do gás matéria prima refinado 78. Uma parte do gás matéria prima refinado 78 no excesso da quantidade requerida para a produção do gás hidrato 81 é retirada como um gás combustível 79 antes do gás matéria prima refinado 78 sendo enviado a uma etapa de produção do gás hidrato 80, e sendo usado como um combustível para uma caldeira ou similar.

Entretanto, neste processo de produção, será necessário para quase completamente remover os componentes pesados e o butano nas etapas relativas ao refinamento do gás matéria prima 71 como a etapa de separação do componente pesado 76. De acordo com isso, há um problema do aumento nos custos de produção dão gás hidrato 81 e despesas em equipamentos para aparelhagem de usina e similares. Este ponto será descrito a seguir em detalhes.

A Figura 6 mostra um diagrama do sistema de uma usina para realizar as etapas relativas ao refinamento do gás matéria prima no acima descrito processo de produção do gás hidrato. Notar que os constituintes que forem os mesmos daqueles mostrados na Figura 5 serão denotados pelas mesmas referências numéricas.

Esta usina principalmente inclui: uma torre de absorção 90 para a remoção dos gases ácidos 73 tirados do gás natural 71; um torre de desidratação 91 para a realização da desidratação; e um torre de destilação 93 para a remoção dos componentes pesados 77.

O gás natural 71 é lavado com uma solução de uma amina ou similar na torre de absorção 90 para remover os gases ácidos 73, então desidratados pela admissão de um absorvente 92 como uma peneira molecular no interior da torre de desidratação 91 para absorver a água acompanhante, então sujeita à separação dos componentes pesados 77 na torre de destilação 93, Iiquidificados com uma unidade de condensação 94, e então pressurizados à uma predeterminada pressão com um compressor 96, para serem então produzidos no gás matéria prima 78. No sentido de refinar o gás natural 71 em gás matéria prima 78 por quase a completa separação e remoção dos componentes pesados e butano à partir do gás natural 51, com em uma usina, será necessário estabelecer a temperatura para -60° C à -70° C em uma saída da unidade de condensação 94 no caso onde uma pressão de operação da torre de destilação 93 será ajustada para 3.6 MpaG, por exemplo. De acordo com isso, será necessário manter um fluxo de refrigeração externa através da unidade de condensação 94 à -70° C ou menos. Entretanto, sob as presentes circunstâncias, será impossível atingir uma baixa temperatura com somente um tipo de refrigerante, sendo assim necessário para separadamente prover um complicado e imenso sistema de resfriamento que inclua dois tipos de refrigerantes de etano e propano, por exemplo. Assim, existe o problema de um aumento nos custos de produção do gás hidrato 81. Em adição, será também necessário para fabricar os instrumentos da usina como a torre de destilação 93 e a torre de condensação 94 pelo uso de um material oneroso que poderá resistir a baixa temperatura, como um alto níquel de aço inoxidável. De acordo com isso, haverá ainda um problema do aumento das despesas com equipamentos.

Documento Patente 1: Pedido de Patente Japonês Kokai Publicação No. 2004- 10686

A presente invenção foi realizada em vista desses problemas. Um objetivo da invenção é prover um método de produção do gás hidrato que seja habilitado para a produção de gás hidrato à baixo custo.

Para alcançar este objetivo, a presente invenção de acordo com a reivindicação 1, provê um método de produção do gás hidrato no qual o gás hidrato é produzido à partir do gás matéria prima, caracterizado por incluir: o refinamento de um gás natural em gás matéria prima pela separação de parte dos componentes pesados do mesmo, e produzindo a gás hidrato enquanto o restante dos componentes pesados são separados do gás matéria prima juntamente com parte dos componentes leves como um gás combustível.

Aqui, os componentes pesados significam componentes que não formam nenhum gás hidrato ou que formam gás hidrato com extrema dificuldade. Ao mesmo tempo os componentes leves significam componentes que poderão formar o gás hidrato.

A invenção de acordo com a reivindicação 2 provê o método de produção do gás hidrato de acordo com a reivindicação 1, que é caracterizado por o gás matéria prima ser produzido através do refinamento de acordo com um método de refinamento e conseqüentemente pressurização usando um compressor até uma segunda pressão, o método de refinamento incluindo as etapas de: separação de um primeiro componente pesado por ao menos parcial liquefação do gás natural através de resfriamento à uma predeterminada temperatura pelo uso de um refrigerador; separação do gás natural através de um decréscimo na pressão em uma primeira pressão pelo uso de um dilatador; e coleta do primeiro componente pesado e do segundo componente pesado, os componentes leves acompanhados com eles pela utilização de uma diferença na pressão do vapor em uma torre de destilação.

A invenção de acordo com a reivindicação 3 provê o método de produção do gás hidrato de acordo com a reivindicação 2, que é caracterizado por a energia motiva recuperada pelo dilatador ser usada como parte da energia de rotação para o compressor.

A invenção de acordo com a reivindicação 4 provê o método de produção do gás hidrato de acordo com as reivindicações 1 ou 2 ou 3, usando meios de resfriamento incluindo: um compressor para a pressurização de um primeiro refrigerante; uma unidade de condensação para a liquefação do pressurizado primeiro refrigerante; um refrigerador para resfriar o Iiquidificado primeiro refrigerante por um permutador de calor com um segundo refrigerante; um permutador de calor para realizar o resfriamento pelo uso do primeiro refrigerante resfriado; e um separador de líquido-gás para separar os componentes do gás do primeiro refrigerante aquecido pelo permutador de calor. No método, o segundo refrigerador é resfriado por uma absorção do refrigerador que usa vapor como uma fonte de calor, o vapor sendo gerado por uma caldeira usando o gás combustível como combustível.

A invenção de acordo com a reivindicação 5 provê o método de produção do gás hidrato de acordo com a reivindicação 4, que é caracterizado por o vapor ser usado como parte da energia de rotação para o compressor. De acordo com a presente invenção, no processo de produção do gás hidrato, parte dos componentes pesados que não formam o gás hidrato são extraídos do gás matéria prima juntamente com os componentes leves que produzem o gás hidrato. Como um resultado, o refinamento do gás matéria prima poderá ser realizado sob uma relativa alta temperatura. Assim sendo, será possível reduzir custos relativos à produção do gás hidrato. Além disso, pelo uso dos componentes leves extraídos no processo de produção do gás hidrato como uma fonte de resfriamento e uma fonte de energia para os meios de resfriamento no processo de produção do gás hidrato, será possível reduzir a energia de força motiva para o compressor relativo aos meios de resfriamento. Assim sendo será possível ainda reduzir custos para a produção do gás hidrato.

Para uma melhor compreensão da presente invenção será feita uma explanação detalhada da mesma com relação aos desenhos em anexo, apresentados em caráter exemplificativo e não limitativo, nos quais: -A Figura 1 é um diagrama de bloco de um processo relativo à um método de produção do gás hidrato de acordo com a presente invenção;

- A Figura 2 é um diagrama de um sistema de uma usina para realizar uma etapa de refinamento de um gás matéria prima no método de produção do gás hidrato de acordo com a presente invenção;

-A Figura 3 é um diagrama de um sistema de um convencional sistema de resfriamento em um processo de produção do gás hidrato;

- A Figura 4 é um diagrama de um sistema de um sistema de resfriamento utilizado na presente invenção no processo de produção do gás hidrato;

- A Figura n5 é um diagrama de bloco de um processo relativo à um método convencional de produção do gás hidrato;

- A Figura 6 é um digrama de um sistema de uma usina para a realização de uma etapa relativa ao refinamento de um gás matéria prima em um método convencional de produção do gás hidrato.

EXPLANAÇÃO DAS REFERÊNCIAS NUMÉRICAS

1, 71 GÁS NATURAL 2, 72 ETAPA DE REMOÇÃO DO GÁS ÁCIDO 3, 73 GÁS ÁCIDO 4, 74 ETAPA DE DESIDRATAÇÃO 5, 75 ÁGUA 6, 76 ETAPA DE SEPARAÇÃO DO COMPONENTE PESADO 7, 77 COMPONENTES PESADOS 8, 78 GÁS MATÉRIA PRIMA 9, 80 ETAPA DE PRODUÇÃO DO GÁS HIDRATO 10, 81 GÁS HIDRATO

11 GÁS COMBUSTÍVEL (CONTENDO COMPONENTES PESADOS SEPARADOS NA ETAPA DE PRODUÇÃO DO GÁS HIDRATO)

20, 90 TORRE DE ABSORÇÃO

21, 91 TORRE DE DESIDRATAÇÃO

22, 92 ABSORVENTE

23 PRIMEIRO REFRIGERADOR

24 PRIMEIRO SEPARADOR DE LÍQUIDO-GÁS

SEGUNDO REFRIGERADOR

26 SEGUNDO SEPARADOR DE LÍQUIDO-GÁS

27 TERCEIRO REFRIGERADOR

28 TERCEIRO SEPARADOR DE LÍQUIDO-GÁS

29 DlLATADOR DO GÁS

QUARTO SEPARADOD DE LÍQUIDO-GÁS 31 TUBULAÇÃO PARA A FASE LÍQUIDA

32 AQUECEDOR

33, 93 TORRE DE DESTILAÇÃO

34 TUBULAÇÃO PARA COMPONENTES LEVES

51, 96 COMPRESSOR 36, 50, 95 MOTOR ELÉTRICO

37 ENERGIA DE ROTAÇÃO

38 CONDENSADOR

52, 94 UNIDADE DE CONDENSAÇÃO

53 VÁLVULA

54 PERMUTADOR DE CALOR

55 SISTEMA DE RESFRIAMENTO DA USINA

56 REFRIGERANTE

57 SEPARADOR DE LÍQUIDO-GÁS

58 GÁS PROPANO 60 REFRIGERADOR

61 CALDEIRA

62a VAPOR PARA O REFRIGERADOR

62B VAPOR PARA A FONTE DE ENERGIA 63 REFRIGERADOR DE ABSORÇÃO 64 ÁGUA RESFRIADA 79 GÁS COMBUSTÍVEL A ETAPAS DE REFINAMENTO DO GÁS MATÉRIA PRIMA B ÁGUA MARINHA X CASO NÃO REAGENTE -Y- CASO REAGENTE

Uma configuração da presente invenção será descrita com referência aos desenhos. Notar que o equipamento e outros similares comuns aos desenhos serão denotados pelas mesmas referências numéricas.

Um processo pertinente à um método de produção do gás hidrato de acordo com a presente invenção é mostrado na Figura 1.

Este método de produção do gás hidrato é caracterizado pela remoção dos componentes pesados 7 sendo realizada não somente na etapa relativa ao refinamento do gás matéria prima 8 mas também na etapa de produção do gás hidrato 9.

Especificamente, pela admissão dos componentes pesados juntamente com os componentes leves a serem removidos como um gás combustível 11 na etapa de produção do gás hidrato 9, um gás matéria prima 8 a ser suprido na etapa de produção do gás hidrato 9 poderá ser acompanhado com uma mais alta proporção de componentes pesados do que em um caso convencional. Como um resultado, será possível modificar as condições de operação nas etapas relativas ao refinamento do gás matéria prima 8 como uma etapa de separação do componente pesado 6. Entretanto, a concentração dos componentes pesados acompanhando o gás matéria prima 8 necessita ser controlado à uma concentração de modo a não causar a condensação do gás matéria prima 8 na etapa de produção do gás hidrato 9.

Um diagrama de sistema de uma usina para realizar uma etapa relativa ao refinamento do gás matéria prima na acima mencionada etapa de produção do gás hidrato é mostrada na Figura 2.

Esta usina principalmente inclui uma torre de absorção 20 para a remoção dos gases ácidos 3 de um gás natural 1, uma torre de desidratação 21 para desidratar o gás após a remoção dos gases ácidos 3, três refrigeradores (23, 25 e 27) e quatro separadores de líquido-gás (24, 26, 28 e 30) para a separação dos componentes pesados 7 do gás desidratado, e uma torre de destilação 33 às quais as partes da fase líquida dos separadores de líquido-gás são conectadas.

A seguir, um método de refinamento do gás matéria prima do gás hidrato usando este sistema da usina será descrito abaixo.

Aqui, um caso de ajuste da pressão do gás natural 1 a ser processado por esta usina igual à 9.4 MpaG e estabelecendo a temperatura do mesmo igual à 30° C

é dada como exemplo. Primeiramente, os gazes ácidos 3 são removidos à partir do gás natural 1 na torre de absorção 20 e da água acompanhante sendo desidratada na torre de desidratação 21 por meio de absorção com um absorvente 22 como uma peneira molecular 22.

Após isso, o gás suprido é resfriado em três estágios pelo uso de um primeiro refrigerador 23, um segundo refrigerador 25, e um terceiro refrigerador 27, e assim Iiquidificando e separando os componentes pesados pelo uso de um primeiro separador de líquido-gás 24, um segundo separador de líquido-gás 26, e um terceiro separador de líquido-gás 28 seqüencialmente deles com pontos de ebulição inferiores.

Além disso, um componente do gás do separador do líquido-gás28 é expandido à 3.6 MpaG com um dilatador de gás 29 de modo a ainda resfriar com a frigidez gerada naquela expansão, e dessa forma liqüefazendo e separando os componentes pesados pelo uso de um quarto separador de líquido-gás 30. As temperaturas de operação nas séries desta etapa de separação dos componentes pesados serão de O0 C para o primeiro refrigerador 23, -8o C para o segundo refrigerador 25, -20° C para o terceiro refrigerador 27, e -46° C no interior do quarto separador de líquido-gás 30, por exemplo. Ao mesmo tempo, pentano, butano, propano e outros similares são citados como os componentes a serem liquidificados. Assim sendo, o componente do gás no quarto separador de líquido-gás 30 se torna um gás contendo metano como um componente principal e uma pequena quantidade de componentes pesados, e sendo suprido como parte do gás matéria prima 8 na etapa de produção do gás hidrato 9. Como acima descrito, enquanto é necessário resfriar o gás matéria prima inferior à -60° C à -70° C pelo uso de um refrigerante externo na etapa convencional relativa ao refinamento do gás matéria prima, será somente necessário resfriar o gás matéria-prima em aproximadamente inferior à -20° C na presente invenção.

Dessa forma será aparente que a usina poderá ser operada em uma superior temperatura do que em um caso convencional.

Notar que isto será possível para usar propano, propileno, ou uma mistura de propano e etano como refrigerante externo.

Isto significa que a quantidade de calor requerida para o refinamento da mesma quantidade de gás matéria prima 8 se torna próxima da metade quando muito da quantidade de calor usada em uma convencional etapa de refinamento como mostrado na Figura 6.

Por esta razão, será possível simplificar o sistema de resfriamento relativo à separação dos componentes pesados e para fabricar os instrumentos da usina como os refrigeradores e os separadores de líquido-gás pelo uso de um material não oneroso como aço de carbono. De acordo com isso, será possível reduzir os custos de fabricação relativos ao gás hidrato 10 bem como despesas com o equipamento.

Aqui, uma vez que os componentes leves como metano são incluídos nos líquidos separados pelos respectivos separadores de líquido-gás (24, 16, 28 e 30), os líquidos são enviados para a torre de destilação 33 através de tubulação 31 para a fase líquida e um aquecedor 32 de modo a separar e coletar os componentes leves pela utilização de uma diferença na pressão do vapor entre os componentes do gás.

Desta forma, será possível para ainda ressaltar a eficiência d separação dos componentes leves do gás natural 1.

Notar que os componentes pesados 7 separados na torre de destilação 33 poderão ser usados como gasolina natural (NGL).

Os componentes leves separados pela torre de destilação 33 são enviados a um compressor 35 juntamente com os componentes do gás retirados de uma parte superior do quarto separador de líquido-gás 30 através de um compressor 38. Assim, a pressão desses componentes será então elevada par 5.6 MpaH que é uma condição para a produção do gás hidrato 10. Dessa forma, o gás hidrato 1 é refinado no gás matéria prima 8.

Enquanto o compressor 35 é direcionado por um motor elétrico 36, será possível ainda reduzir os custos relativos à produção do gás hidrato 10 pela redução da energia de força motiva para o motor elétrico 36 por meio de uma energia motiva de transmissão 37 gerada como energia rotativa de uma turbina pelo acima

mencionado dilatador do gás 29.---------------------------------------------------------------

Ao mesmo tempo, na etapa de produção do gás hidrato 9, os componentes pesados que não contribuam para a para a produção do gás hidrato 10 são retirados com os componentes leves do gás matéria prima 8 como o gás combustível 11. Aqui, será possível alcançar ainda a redução nos custos relativos à produção do gás hidrato 10 pelo efetivo uso do gás combustível 11 como uma fonte de resfriamento e uma fonte de energia para os meios de resfriamento na etapa de produção do gás hidrato 9. Um diagrama de sistema de um convencional sistema de resfriamento em um processo de produção do gás hidrato é mostrado na Figura 3. O sistema de resfriamento emprega propano como um refrigerante. O propano que é pressurizado com um compressor 51 é Iiquidificado em uma unidade de condensação 52 através do permutador de calor com água do mar. Assim, após a temperatura ser reduzida por meio de uma válvula de utilização de expansão Joule-Thomson 52, um refrigerante 55 em um sistema de resfriamento 55 de uma usina de produção do gás hidrato será resfriado em um permutador de calor 54.

O propano que é aquecido por meio do permutador de calor com o refrigerante 56 no permutador de calor 54 é sujeito à coleta dos componentes do gás 58 em um separador de líquido-gás 57. O componente do gás coletado 58 é enviado de volta ao compressor 51 e novamente pressurizado.

A energia motiva para o compressor 51 é o maior fator nos custos de operação do referido sistema de resfriamento. Enquanto a energia motiva para este compressor 51 altera-se significantemente dependendo da quantidade de entrada do componente do gás 58 e o nível do aumento da pressão do componente do gás, será necessário reduzir a quantidade de entrada do componente do gás 58 no sentido de reduzir a energia motiva para o compressor face o nível da pressão ser determinado pela liquidificação da pressão na unidade de condensação 52 na temperatura da água do mar.

Um diagrama de sistema do sistema de resfriamento usando o método de produção do gás hidrato de acordo com a presente invenção é mostrado na Figura 4.

Neste sistema de resfriamento, um refrigerador 60 é disposto em uma última etapa da unidade de condensação 52 super resfriar o propano, que conduz à redução na taxa de brilho. Assim, a quantidade dos componentes do gás 58 a serem extraídos pelo compressor 51 é reduzida. Água fria 64 usada como um refrigerante no refrigerador 60 é resfriada por um refrigerador de absorção 63 que utiliza vapor 62a gerado por uma caldeira 61, que usa o gás combustível 11 extraído na etapa de produção do gás hidrato como combustível.

Aqui, será possível ainda atingir a redução na energia motiva para o compressor usando parte 62b do vapor gerado pela caldeira 61 como parta da energia rotacional para o compressor 51.

Por exemplo, quando aproximadamente 1.8% do gás matéria prima refinado na usina como mostrado na Figura 2 for usado como gás combustível 11 neste sistema de resfriamento, será possível reduzir a energia motiva para um motor elétrico 50 do compressor 51 para aproximadamente 18%.

Claims

1. "MÉTODO DE PRODUÇÃO DO GÁS HIDRATO" no qual o gás hidrato é produzido à partir de um gás matéria prima, caracterizado por compreender: o refinamento de um gás natural em gás matéria prima pela separação de parte dos componentes pesados do mesmo; e pela produção do gás hidrato enquanto o restante dos componentes pesados são separados do gás matéria prima juntamente com parte dos componentes leves como um gás combustível---------------

2. "MÉTODO DE PRODUÇÃO DO GÁS HIDRATO", de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o gás matéria prima ser produzido através do refinamento de acordo com um método de refinamento e após pressurização usar um compressor até uma segunda pressão, o método de refinamento incluindo as etapas de: separação de um primeiro componente pesado ao menos parcialmente Iiquidificando o gás natural através de um resfriamento à uma predeterminada temperatura pelo uso de um refrigerador; separação de um segundo componente pesado por ao menos parcialmente Iiquidificando o gás natural através de um decréscimo na pressão para a primeira pressão pelo uso de um dilatador; e coleta, do primeiro componente pesado e do segundo componente pesado, os componentes leves acompanhando-os pela utilização de uma diferença na pressão do vapor em um torre de destilação.

3. "MÉTODO DE PRODUÇÃO DO GÁS HIDRATO", de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por a energia motiva recuperada pelo dilatador ser usada como parte da energia rotacional para o compressor.

4. "MÉTODO DE PRODUÇÃO DO GÁS HIDRATO", de acordo com as reivindicações 1 ou 2, ou 3, usando o meio de resfriamento compreendendo: um compressor para a pressurização de um primeiro refrigerante; uma unidade de condensação para Iiquidificar o primeiro refrigerante pressurizado; um refrigerador para resfriar o primeiro refrigerante Iiquidificado pelo permutador de calor com um segundo refrigerante; um permutador de calor para realizar o resfriamento pelo uso do primeiro refrigerante resfriado; e um separador de líquido-gás para separar os componentes do primeiro refrigerante aquecido pelo permutador de calor, caracterizado por o segundo refrigerante ser resfriado por um refrigerador de absorção que usa vapor como fonte de calor, o vapor sendo gerado por uma caldeira usando o gás combustível como um combustível.