BRPI0804258B1 - processo para liqüefação de uma fração rica em hidrocarbonetos - Google Patents

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Martin Kamann
Matthias Schmidt
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Abstract

processo para liqüefação de uma fração rica em hidrocarbonetos. a presente invenção refere-se a processo é descrito para liqüefação de uma fração rica em hidrocarbonetos, em particular gás natural. o processo tem de acordo com a invenção as seguintes etapas de processo: a) remoção (10) dos componentes que são indesejados na iiqüefação subseqüente (11), tais como gases ácidos, água e/ou mercúrio, da fração rica em hidrocarbonetos (1), que vai ser liqüefeita, em que essa etapa de processo é apenas implementada quando a fração rica em hidrocarbonetos, que vão ser liqüefeita, contém componentes indesejados; b) liqüefação (11) da fração rica em hidrocarbonetos pré-tratada (2) com o uso de pelo menos um ciclo misto (8, 9); c) separação (12) da fração rica em hidrocarbonetos (3) em uma fração rica em metano (lng) (4) e uma fração de gás de combustão (5) contendo essencialmente nitrogênio e metano; e d) geração de vapor (13) com uso da fração de gás de combustão (5); e) em que o vapor (6), que é gerado, é usado em pelo menos uma turbina de vapor de condensação; e f) em que por meio da ou das turbinas de vapor condensação, o compressor ou pelo menos um dos compressores (14) do ciclo misto ou de pelo menos um ciclo misto (8, 9) é acionado.

Description

[001] A presente invenção se refere a um processo paraliquefação de uma fração rica em hidrocarbonetos, em particular, gás natural.
[002] Na liquefação de gás natural, ou LNG, as usinas sãoconstruídas convencionalmente em terra firme. As usinas de liquefação de gás natural flutuantes ou LNG, também chamadas usinas LNG ou usinas FLGN, que, em todos os casos, até o momento não passaram da fase de planejamento, são projetadas e otimizadas de acordo com outros aspectos do que é o caso para as usinas de liquefação de gás natural implementadas em terra firme. No caso de usinas de liquefação de gás natural flutuantes, em particular, alta confiabilidade, um pequeno número de sistemas - esse aspecto considerado como significando a unidade de separação para componentes indesejados, a unidade de liquefação, a unidade de expansão, etc. - e compactação estão em primeiro plano, enquanto que minimização do consumo específico de energia - esse aspecto está cada vez mais ganhando importância em usinas de liquefação de gás natural implementadas em terra firme - não é o objeto mais importante.
[003] Para a implementação de usinas FLNG, como os processosde liquefação, os processos de expansão de nitrogênio (vide, por exemplo, a US 5,768,912), os processos de expansão de nitrogênio / metano (vide, por exemplo, a US 6,412,302) e os processos usando ciclos a frio mistos (vide, por exemplo, a US 6,658,891) já foram propostos.
[004] No entanto, nos processos de liquefação mencionadosacima, ocorrem problemas diferentes. Os processos de expansão têm uma eficiência comparativamente baixa e, além do mais, devido à disponibilidade limitada de grandes turbinas de expansão, são limitados a uma capacidade de menos do que 1 mtpa (milhão de tonelada por ano) por trem. A solução proposta na US 6,658,891 propaga os motores elétricos como unidades de acionamento de compressores, mas isso vai tornar mais complexa a geração e a distribuição de energia necessárias.
[005] É um objetivo da presente invenção especificar umprocesso do tipo em questão para liquefação de uma fração rica em hidrocarbonetos, cujo processo evita as desvantagens mencionadas acima.
[006] Para a solução desse objeto, um processo do tipo emquestão para a liquefação de uma fração rica em hidrocarbonetos é proposto, que tem as seguintes etapas de processo: a) remoção dos componentes que são indesejados na liquefação subsequente, tais como gases ácidos, água e/ou mercúrio, da fração rica em hidrocarbonetos, que vai ser liquefeita, em que essa etapa de processo é apenas implementada quando a fração rica em hidrocarbonetos, que vão ser liquefeita, contém componentes indesejados; b) liquefação da fração rica em hidrocarbonetos pré-tratada com o uso de pelo menos um ciclo misto; c) separação da fração rica em hidrocarbonetos em uma fração rica em metano (LNG) e uma fração de gás de combustão contendo essencialmente nitrogênio e metano; e d) geração de vapor com uso da fração de gás de combustão; e) em que o vapor, que é gerado, é usado em pelo menos uma turbina de vapor de condensação; e f) em que por meio da ou das turbinas de vapor condensação, o compressor ou pelo menos um dos compressores do ciclo misto ou de pelo menos um ciclo misto é acionado.
[007] O processo de acordo com a invenção para liquefação deuma fração rica em hidrocarbonetos é um conceito seguro e eficiente para uma usina de liquefação de gás natural flutuante. Em comparação com as usinas FLNG planejadas até hoje, o processo de acordo com a invenção possui um número comparativamente baixo de sistemas e pode, portanto, ser considerado como mais compacto, comparado com as usinas de liquefação de gás natural planejadas.
[008] O uso de turbinas a vapor para acionamento do compressorou dos compressores torna os motores elétricos, propostos na US 6,658,891, supérfluos. A geração e a distribuição de energia complexas não são, portanto, necessárias.
[009] O uso a ser proporcionado com a invenção de turbinas devapor de condensação, em particular, as turbinas de vapor de condensação, tendo saída lateral de vapor de baixa pressão, têm a vantagem de que o aquecimento de dispositivos consumidores de baixa temperatura, tais como, por exemplo, refervedores na regeneração do depurador de gás ácido ou no fracionamento de hidrocarbonetos relativamente pesados - ambos os processos ou sistemas são, se adequado, implementados na unidade de pré- tratamento que vai ser ainda descrita - pode ser integrada de forma simples e barata no sistema de vapor. As turbinas do vapor de condensação, comparadas com as turbinas a vapor de contrapressão, têm uma queda de pressão útil maior e, desse modo, propiciam uma melhor utilização da energia primária, obtida na fração de gás de combustão, na geração de trabalho mecânico para acionamento do compressor do ciclo ou compressores dos ciclos do ciclo misto ou dos ciclos mistos.
[0010] Outras concretizações vantajosas do processo de acordo com a invenção para liquefação de uma fração rica em hidrocarbonetos, que são temas das reivindicações dependentes, são caracterizas pelo fato de que: - o processo de liquefação é implementado em um navio ou uma plataforma (suporte) flutuante; - a geração de vapor é implementada em pelo menos duas caldeiras de vapor, que podem ser operadas independentemente entre si; - o compressor ou compressores do ciclo misto ou dosciclos mistos são prjojetados com redundância; - o compressor ou compressores do ciclo misto ou dosciclos mistos têm apenas um alojamento em cada caso; e - o valor gerado é usado em pelo menos uma turbina de vapor de condensação, tendo saída lateral de vapor de baixa pressão.
[0011] O processo de acordo com a invenção para liquefação deuma fração rica em hidrocarbonetos e também para outras concretizações do mesmo, que são temas das reivindicações dependentes, vai ser descrito em mais detalhes a seguir com referência à concretização exemplificativa mostrada na figura.
[0012] Na figura, os sistemas ou componentes individuais doprocesso de acordo com a invenção para liquefação de uma fração rica em hidrocarbonetos são apenas apresentados como caixas- pretas.
[0013] A fração rica em hidrocarbonetos a ser liquefeita, que é, porexemplo, uma corrente de gás natural, é alimentada pela linha 1 a uma unidade de pré-tratamento 10. Nessa, aqueles componentes que são indesejados na unidade de liquefação subsequente 11 são separados. Esses são, em particular, gases ácidos, água e mercúrio. A separação desses componentes é feita por meio de processos da técnica anterior, que são considerados seguros.
[0014] A fração rica em hidrocarbonetos pré-tratada ésubsequentemente alimentada pela linha 2 para a unidade de liquefação 11. Usando pelo menos um ciclo misto - representado pelas linhas 8 e 9, e também o a unidade de compressão do ciclo 14, que vão ser considerados em mais detalhes a seguir - a liquefação da fração rica em hidrocarbonetos pré-tratada é conduzida.
[0015] A fração rica em hidrocarbonetos agora liquefeita éalimentada pela linha 3 para uma unidade separação ou de expulsão de gases final 12, e é, nessa, separada em uma fração líquida rica em metano e também uma fração de gás de combustão contendo essencialmente nitrogênio e metano. A fração rica em metano que, no caso de liquefação de gás natural, é o que se denomina a fração de produto LNG, é alimentada pela linha 4 para uso posterior ou armazenamento intermediário.
[0016] No DE-A 10 2007 010 032, que ainda não tinha sidopublicado quando da publicação do presente pedido de patente, uma disposição preferida da separação implementada na unidade de separação e de expulsão de gases final 12 em uma fração rica em metano, e também uma fração de gás de combustão, contendo essencialmente nitrogênio e metano, é descrita. Com a citação desse documento, o seu conteúdo é inteiramente integrado no conteúdo da descrição do presente pedido de patente. De acordo com o procedimento reivindicado no DE-A 10 2007 010 032, a fração rica em hidrocarbonetos, após sua liquefação e sub-resfriamento, é alimentada a uma coluna de extração, que age para separação da fração rica em nitrogênio. Nesse caso, uma subcorrente da própria fração rica em hidrocarbonetos liquefeita age como o meio de aquecimento de fundo para a coluna de extração. Isso torna supérflua a provisão de um trocador de calor ou refervedor adicional.
[0017] A fração de gás de combustão, contendo essencialmente nitrogênio e metano, é alimentada pela linha 5 à unidade de geração de vapor 13. Em uma maneira vantajosa, a unidade de geração de vapor 13 tem pelo menos duas caldeiras de vapor, que podem ser operadas independentemente entre si. Isso aumenta significativamente a confiabilidade operacional do processo de acordo com a invenção e da usina FLNG.
[0018] A unidade de compressão de ciclo 14 mencionada acima,além do compressor ou compressores, tem uma ou mais turbinas de vapor de condensação com saída lateral de vapor de baixa pressão. O vapor gerado na unidade de geração de vapor 13 é alimentado pela linha 6 para a unidade de compressão de ciclo e usado na turbina de condensação de vapor ou turbinas de condensação de vapor. Pela linha 7, a fração de vapor condensado é recirculada para a unidade de geração de vapor 13. O compressor ou os compressores da unidade de compressão de ciclo 14 é/são acionado(s) por meio da ou das turbina(s) de vapor de condensação.
[0019] Em um desenvolvimento do processo de acordo com ainvenção, propõe-se que o compressor ou os compressores do ou dos ciclo(s) misto(s) é/são projetado(s) com redundância. Esse projeto do processo de acordo com a invenção leva igualmente a um aumento na confiabilidade operacional. E particularmente vantajoso se cada trem de compressor, que, além do compressor efetivo, tem o dispositivo de acionamento do compressor e também as unidades intermediária e pós-resfriamento, juntamente com os separadores, contiver exatamente um alojamento de compressor.
[0020] A implementação dos compressores de ciclos, dispostosem paralelo, aumenta a disponibilidade do processo de liquefação de acordo com a invenção, uma vez que os trens de compressores podem ser operados independentemente entre si. O uso, em cada caso, de apenas um alojamento de compressor por trem de compressor, além do mais, reduz o número do que é denominado equipamento rotativo, isto é, partes de equipamento rotativas e móveis, e diminui, desse modo, os requisitos de espaço e manutenção do processo de liquefação.
[0021] A compressão da mistura ou das misturas refrigerantes dociclo ou dos ciclos mistos se passa por meio do que se denomina por compressores de vaso ou compressores do tipo barril.
[0022] Como o processo de liquefação, pode-se usar, emprincípio, qualquer processo que utiliza pelo menos um ciclo misto. Uma vantagem particular da presente invenção é a implementação de um processo de liquefação, como é descrito no DE-A 197 22 490. O uso de refrigerantes mistos, que têm, comparativamente, uma alta densidade, é também lógico no processo de acordo com a invenção. Esse processo de liquefação é descrito, por exemplo, pelo DE-A 10 2007 029 882, que não foi publicado antes da data de prioridade de presente pedido de patente. Com a citação desses documentos, os seus conteúdos são integrados nas suas totalidades no conteúdo da descrição do presente pedido de patente.
[0023] A troca térmica entre a mistura refrigerante, ou as misturasrefrigerantes, e a fração rica em hidrocarbonetos, que vai ser liquefeita, se passa em um ou mais trocadores de calor espiralados helicoidalmente. Nesse caso, ambos o feixe de tubos e o casco do trocador de calor espiralado helicoidalmente consistem, de preferência, de aço inoxidável.

Claims (7)

1. Processo para liquefação de uma fração rica em hidrocarbonetos, em particular gás natural, compreendendo as seguintes etapas de processo: (a) remoção (10) dos componentes que são indesejados na liquefação subsequente (11), tais como gases ácidos, água e/ou mercúrio, da fração rica em hidrocarbonetos (1), que vai ser liquefeita, em que essa etapa de processo é apenas implementada quando a fração rica em hidrocarbonetos (1), que vão ser liquefeita, contém componentes indesejados; (b) liquefação (11) da fração rica em hidrocarbonetos pré- tratada (2) com o uso de pelo menos um ciclo misto (8, 9); (c) separação (12) da fração rica em hidrocarbonetos (3) em uma fração rica em metano (LNG) (4) e uma fração de gás de combustão (5) contendo essencialmente nitrogênio e metano;o referido processo sendo caracterizado pelo fato de que compreende as seguintes etapas processuais: (d) geração de vapor (13) com uso da fração de gás de combustão (5); (e) sendo que o vapor (6), que é gerado, é usado em pelo menos uma turbina de vapor de condensação; e (f) sendo que por meio da ou das turbinas de vapor condensação, o compressor ou pelo menos um dos compressores (14) do ciclo misto ou de pelo menos um ciclo misto (8,9) é acionado.
2. Processo, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que o processo de liquefação éimplementado em um navio ou em uma plataforma (suporte) flutuante.
3. Processo, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que a geração de vapor (13) é implementada em pelo menos duas caldeiras de vapor, que podem ser operadas independentemente entre si.
4. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que o compressor ou compressores do ciclo misto ou dos ciclos mistos (8,9) são projetados com redundância.
5. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que o compressor ou compressores do ciclo misto ou dos ciclos mistos (8,9) apresentam apenas um alojamento em cada caso.
6. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que o vapor gerado (6) é usado em pelo menos uma turbina de vapor de condensação tendo saída lateral de vapor de baixa pressão.
7. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que a troca térmica, entre a mistura refrigerante ou as misturas refrigerantes do ciclo misto ou dos ciclos mistos (8,9) e a fração rica em hidrocarbonetos, que vai ser liquefeita, é implementada em ou mais trocadores de calor espiralados helicoidalmente, em que o feixe de tubos e o casco do trocador de calor espiralado helicoidalmente ou dos trocadores de calor espiralados helicoidalmente consistem de aço inoxidável.
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