ES2355467A1 - Proceso y sistema para obtener gas natural licuado. - Google Patents
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Abstract
Proceso y sistema para obtener gas natural licuado.La presente invención describe un proceso para obtener gas natural licuado (GNL) empleando aire como refrigerante principal, y donde el gas natural pasa previamente por un ciclo de preenfriamiento con otro refrigerante distinto del aire.
Description
Proceso y sistema para obtener gas natural
licuado.
El objeto principal de la presente invención es
un proceso para obtener gas natural licuado (GNL) empleando aire
como refrigerante principal, y donde el gas natural pasa previamente
por un ciclo de preenfriamiento con otro refrigerante distinto del
aire.
Los yacimientos de gas natural con frecuencia se
encuentran en lugares muy alejados de los puntos de consumo, como
por ejemplo en alta mar. El gas natural se puede transportar desde
el yacimiento utilizando gasoductos, aunque grandes distancias o
impedimentos geográficos han hecho que se desarrollen alternativas
para facilitar dicho transporte. Una de las más habituales es su
licuación para el transporte en forma líquida en barcos denominados
metaneros, a presión atmosférica y a -161ºC; la licuación reduce en
600 veces el volumen de gas transportado.
Sin embargo, la localización "offshore"
(costa afuera) dificulta el empleo de una planta de licuación para
la monetización de dichos yacimientos por la complejidad que llevan
asociadas este tipo de plantas y el reducido espacio disponible.
Entre los inconvenientes presentes en la licuación "offshore"
se situarían las dificultades logísticas provocadas por la necesidad
de transportar el fluido refrigerante empleado para conseguir la
licuación del gas. La falta de espacio en estas instalaciones
provoca que los refrigerantes habitualmente empleados en las plantas
de licuación no sean adecuados.
La presente invención se refiere a un nuevo
proceso y sistema capaz de licuar gas natural para producir gas
natural licuado (GNL), donde un primer ciclo de refrigeración que
utiliza un refrigerante distinto de aire realiza un preenfriamiento
de la corriente de gas natural, y un segundo ciclo de refrigeración
que utiliza fundamentalmente aire como refrigerante realiza el
enfriamiento y la licuación del gas natural.
La presente invención tiene una mejor eficiencia
térmica que un proceso de licuación basado en el uso de aire como
único refrigerante. Además, este sistema es fácilmente reproducible
en cualquier localización, incluyendo campos de gas natural pequeños
o medianos situados mar adentro (offshore), para los que el proceso
se desarrollaría encima de una o varias estructuras fijas (como
plataformas), estructuras flotantes en el mar (como barcos o
barcazas), o combinación de las anteriores. En el presente
documento, por tanto, el término "estructura" hace referencia
todas estas opciones. La invención es particularmente ventajosa en
estos casos por el menor espacio requerido encima de la plataforma
respecto a otros procesos alternativos basados únicamente en el uso
de mezclas de hidrocarburos.
Así, un primer aspecto de esta invención se
refiere a un proceso realizado sobre al menos una estructura en alta
mar para obtener gas natural licuado que comprende un primer ciclo
de preenfriamiento del gas natural con un refrigerante distinto de
aire y un segundo ciclo de refrigeración con aire como refrigerante
para el enfriamiento y la licuación del gas natural.
En una realización preferente de la invención,
el ciclo de refrigeración con un refrigerante distinto del aire
comprende realizar al menos una etapa de compresión del refrigerante
distinto de aire seguida de una expansión para conseguir su
enfriamiento, y el empleo de la corriente de refrigerante distinto
de aire así enfriada para preenfriar el gas natural en un primer
intercambiador de calor.
Particularmente, el refrigerante distinto de
aire puede ser NH_{3}, hidrofluorocarbonos (HFC),
hidroclorofluorocarbonos (HCFC), CO_{2}, nitrógeno, o
hidrocarburos, entre otros, ya sea como compuestos puros o en
mezclas.
Además, en otra realización de la presente
invención, el gas natural puede ser pretratado antes del ciclo de
preenfriamiento. Son conocidas varias configuraciones de
pretratamiento en el estado del arte dependiendo de la localización
y del tipo y composición del contaminante, aunque típicamente
comprende la eliminación Hg, CO_{2}, H_{2}S y H_{2}O, entre
otros.
Opcionalmente, el proceso puede además
comprender la etapa de separar el gas natural de sus líquidos de gas
natural, antes de la licuación. El término "Líquidos del Gas
Natural (LGN)" usado aquí se refiere a los componentes menos
volátiles del gas natural, desde el etano a hidrocarburos superiores
(propano, butano, isobutano y gasolina, la última a veces denominada
condensado), con un contenido menor en metano.
En otra realización particular de la invención,
el segundo ciclo de refrigeración empleando aire como refrigerante
comprende las siguientes operaciones:
- realizar al menos una etapa de compresión de
una corriente de aire;
- enfriar dicha corriente de aire comprimido en
un segundo intercambiador de calor, en el que el gas natural
preenfriado sufre también un enfriamiento adicional, gracias a la
corriente de aire refrigerante a baja presión que circula en
contracorriente;
- expandir la corriente de aire a alta presión
que sale de dicho intercambiador de calor para reducir su presión y
conseguir un mayor enfriamiento; y
- emplear dicha corriente de aire después de la
expansión para enfriar aún más la corriente de gas natural en un
tercer intercambiador de calor, pasando dicha corriente de aire a
baja presión, a la salida del tercer intercambiador, por el segundo
intercambiador. Por otro lado, la corriente de gas natural a la
salida del tercer intercambiador se expande antes de pasar a un
separador donde se separa el gas natural licuado (GNL) del gas de
end-flash.
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En otra realización de la invención, la
corriente de gas de end-flash final obtenida como
subproducto de la licuación se hace pasar respectivamente por el
tercer intercambiador y por el segundo intercambiador para ayudar a
enfriar las corrientes de gas natural y de aire, aprovechándose así
su energía criogénica. A la salida de los intercambiadores, se puede
emplear como combustible, por ejemplo para las turbinas de gas del
proceso, entre otros posibles usos.
El segundo ciclo de refrigeración con aire puede
ser abierto o cerrado. Cuando el ciclo es abierto, el aire se toma
de forma continua del ambiente, en condiciones atmosféricas, se
trata para eliminar CO_{2} y agua, se usa para enfriar gas natural
de acuerdo a los pasos anteriores, y se devuelve a la atmósfera.
Cuando el ciclo es cerrado, el aire usado para enfriar el gas
natural se recircula, siendo únicamente necesario aportar una
pequeña cantidad de aire tratado para compensar pérdidas
(make-up).
En una realización de la presente invención,
particularmente adecuada cuando el gas natural es rico en
componentes pesados, el gas natural se preenfría en un primer
intercambiador de calor hasta una temperatura situada en un rango
entre -10ºC y -50ºC. A continuación, el gas natural entra en un
segundo intercambiador, donde se enfría hasta una temperatura que
permite la condensación de los líquidos de gas natural (LGN) en la
proporción requerida. Esta temperatura depende de la composición del
gas de alimentación, de las especificaciones del GNL, y de los
requerimientos particulares de recuperación y/o pureza de los
componentes pesados extraídos, siendo típicamente superior a -100ºC.
El resultado de la etapa anterior es una corriente gaseosa
típicamente compuesta por todo el metano y nitrógeno de la
alimentación inicial, la cantidad deseada de etano, y cantidades
residuales de los componentes más pesados (propano y
superiores).
A continuación, esta corriente de gas natural
pasa a un tercer intercambiador de calor donde se enfría con aire
hasta que es total o casi totalmente licuada. La temperatura a la
cual el gas natural sale de este intercambiador no es inferior a
-170ºC.
En una realización alternativa, el
preenfriamiento y la licuación pueden llevarse a cabo utilizando
únicamente dos intercambiadores, uno para cada etapa. En este caso,
la extracción de los LGN se efectúa tras llevar a cabo el
preenfriamiento del gas natural en el primer intercambiador de
calor.
Un segundo aspecto de la presente invención se
refiere a un sistema para llevar a cabo el proceso previamente
descrito que comprende los siguientes equipos:
- al menos un compresor y un enfriador para
comprimir y enfriar la corriente de refrigerante distinto de
aire;
- un primer intercambiador de calor para
preenfriar la corriente de gas natural con la corriente de
refrigerante distinto de aire;
- al menos un compresor y un enfriador para
comprimir y enfriar una corriente de aire;
- un segundo intercambiador de calor para
realizar un enfriamiento de la corriente de gas natural preenfriada
y de la corriente de aire comprimida utilizando la corriente de aire
refrigerante a baja presión;
- al menos un dispositivo de expansión para
permitir la expansión de la corriente de aire a alta presión que
sale del segundo intercambiador de calor;
- un tercer intercambiador de calor para
realizar un enfriamiento de la corriente de gas natural con la
corriente de aire tras su expansión;
- un dispositivo de expansión para permitir la
expansión de la corriente de gas natural; y
- un separador que separa la corriente de gas
natural en gas natural licuado y gas de
end-flash.
\newpage
A continuación, se realiza una breve descripción
de cada uno de estos elementos, así como de algunos otros no
mencionados explícitamente en la lista anterior.
- Intercambiadores de calor. En la presente
invención se puede utilizar cualquier tipo de intercambiador de
calor. Para el ciclo de preenfriamiento, los intercambiadores pueden
ser preferentemente de carcasa y tubos o de placas y aletas,
mientras que para el ciclo de aire, se prefieren intercambiadores de
placas y aletas. El número mínimo de intercambiadores en el lado del
gas natural es uno.
- Expansores. Ejemplos de expansores adecuados
son las válvulas Joule Thompson (J-T) y los
turboexpansores. En el lado del aire, se necesita al menos un
expansor para expandir el aire; si se requiere, pueden utilizarse
varios expansores en paralelo. Los expansores de aire pueden
acoplarse a uno o más compresores para recuperar la potencia.
Alternativamente, esa potencia puede utilizarse para otros
propósitos, como generación eléctrica. En el lado del refrigerante
distinto del aire, se necesita al menos un expansor para expandir el
refrigerante distinto de aire antes de usarlo en el preenfriamiento
del gas natural. En el lado del gas natural, se necesita al menos un
expansor para expandir el líquido obtenido en la sección de
intercambio de calor.
- Compresores. Se requiere al menos uno para
comprimir el refrigerante aire. Si el preenfriamiento se realiza con
un ciclo de compresión, entonces como mínimo se requerirán dos
compresores, uno para el ciclo de preenfriamiento y otro para el
ciclo de aire. El número de etapas de compresión de los ciclos
depende de la optimización del proceso. Las zonas de compresión
comprenden preferiblemente uno o más intercambiadores de calor entre
los compresores (intercoolers), en el caso en que se utilice más de
un compresor, y uno o más intercambiadores después del último
compresor (aftercoolers). Todos estos intercambiadores utilizan
preferentemente agua como medio refrigerante. Otro compresor
adicional junto con su sistema de refrigeración puede ser requerido
para alimentar el gas del flash final a las turbinas.
- Accionadores de los compresores para todas las
etapas de compresión, excepto si están directamente acopladas al
expansor de aire. Pueden ser turbinas de gas, turbinas de vapor o
motores eléctricos.
- Columna para extracción de LGN. Si se requiere
fraccionamiento de LGN, más de una columna puede ser necesaria.
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A menos que se defina de otra manera, todos los
términos técnicos y científicos utilizados aquí tienen el mismo
significado entendido comúnmente por aquellos expertos en la materia
a la que esta invención pertenece. Los métodos y materiales
similares o equivalentes a los descritos aquí pueden utilizarse en
la práctica de la presente invención.
En la descripción y reivindicaciones, la palabra
"comprende" y sus variaciones no pretenden excluir otras
características técnicas, aditivos, componentes o pasos. Objetivos,
ventajas y características adicionales de la invención serán
evidentes a los expertos en la materia tras el examen de la
descripción, o pueden deducirse de la práctica de la invención.
Los siguientes ejemplos y dibujos se
proporcionan a efectos ilustrativos y no tienen intención de limitar
el alcance de la presente invención. Diversos subsistemas requeridos
como válvulas, sistemas de control, sensores, y estructuras de
soporte han sido suprimidos de las figuras para mejorar la
simplicidad y claridad de la presentación.
Para complementar la descripción que se está
realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las
características de la invención, de acuerdo con un ejemplo
preferente de realización práctica de la misma, se acompaña como
parte integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde
con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo
siguiente:
Figura 1.- muestra un ejemplo de la presente
invención aplicada a la licuación de una corriente de gas natural.
El esquema mostrado en la Fig. 1 consta de una primera etapa de
preenfriamiento del gas natural y una segunda etapa de licuación. La
licuación se consigue mediante un ciclo cerrado en el que se usa
aire como refrigerante.
Figura 2.- muestra una modificación del esquema
mostrado en la Fig. 1 donde el aire usado como refrigerante para la
licuación del gas natural fluye en un ciclo abierto.
El Ejemplo 1 se basa en el esquema mostrado en
la Fig. 1 en el que el refrigerante utilizado en la etapa de
preenfriamiento del gas natural es propano. En este ejemplo, la
corriente de gas natural de alimentación (corriente 1) se trata en
una planta de pretratamiento A convencional para eliminar el
CO_{2}, H_{2}S, agua y mercurio. El gas tratado, corriente 2, se
corresponde con una corriente dulce y seca de gas natural a 15ºC y
30,1 bar. La corriente 2 tiene la composición molar indicada en la
Tabla 1.
La corriente 2 entra en la etapa de
preenfriamiento, pasando a través del intercambiador de calor 100,
hasta obtener una corriente 3 a -30ºC. La corriente de gas natural
pre-enfriado (corriente 3) entra en la etapa de
licuación, pasando a través de los intercambiadores de calor 101,
102 para obtener un líquido subenfriado a alta presión, corriente 7.
En el primer intercambiador de calor 101, el gas natural es enfriado
hasta una temperatura intermedia de aproximadamente -69ºC (corriente
4), para condensar los líquidos del gas natural. La corriente 4
entra en una columna B donde los líquidos del gas natural se extraen
como corriente 5 por el fondo, mientras que el gas pobre, corriente
6, sale de la columna por la cabeza. La corriente 5 se dirige a la
zona de fraccionamiento si se requiere productos específicos como
propano y butano.
El gas natural pobre (corriente 6) entra en el
intercambiador de calor 102 y se enfría hasta una temperatura
aproximada de -130ºC, obteniendo una corriente líquida subenfriada a
alta presión (corriente 7), que se dirige a una válvula
J-T 103, a través de la cual la corriente 7 se
expande adiabáticamente a 1,1 bar (corriente 8) y se dirige
finalmente a un recipiente 104, en el que se produce una separación
de la fase líquida y la fase vapor, produciendo GNL a almacenamiento
(corriente 9) y una corriente de gas de end-flash
(corriente 10), ambos aproximadamente a -160ºC y 1,1 bar.
La corriente 10 se recircula a los
intercambiadores de calor 102 y 101, respectivamente, donde se
recupera la energía criogénica de esta corriente. Así, la corriente
11 sale del intercambiador de calor 102 a -90,8ºC, que es calentada
aún más en el intercambiador de calor 101 hasta la temperatura de
15ºC (corriente 12). Esta corriente 12 puede usarse como combustible
dentro de la planta. En caso de que este combustible vaya a turbinas
de gas, la corriente 12 típicamente necesitará aumentar su presión
por medio de un compresor antes de ser introducido en ellas.
En este ejemplo, los intercambiadores de calor
usados en el lado del gas natural son: intercambiador de calor de
tipo carcasa y tubo para el pre-enfriamiento con
propano e intercambiadores de calor de placas y aletas para la
licuación con aire.
A continuación se describe el ciclo de propano
que convierte la corriente de gas natural 2 en la corriente de gas
natural preenfriado (corriente 3), empezando por la corriente de
propano 13 que ha hecho uso de todas o la mayoría de sus propiedades
refrigerantes absorbiendo calor del gas de alimentación. La
corriente 13, aproximadamente a 10ºC, que está a la menor presión
del ciclo (alrededor de 1,4 bar), entra y se recomprime en una
unidad de compresión multietapa 105, que cuenta con etapas de
enfriado intermedio y post-enfriado, para producir
la corriente comprimida 17. La zona de compresión comprende dos
compresores 106 y 108, con un intercambiador de calor 107 entre
ellos y un intercambiador de calor 109 después del compresor 108.
Los intercambiadores de calor 107 y 109 usan agua como medio
refrigerante. La corriente comprimida 17 sale de la unidad de
compresión 105 a 40ºC y 17,5 bar y pasa por una válvula 110 que
reduce su presión y temperatura, hasta obtener la corriente 18, a
-32,6ºC y 1,5 bar. Esta corriente pasa por el intercambiador de
calor 100, donde proporciona el frío necesario para
pre-enfriar la corriente de gas natural 2, sale como
corriente 13 y empieza el ciclo de nuevo.
A continuación se describe el ciclo de
refrigeración de aire que convierte la corriente de gas natural
preenfriado 3 en la corriente líquida 7, empezando por la corriente
de aire 19 que ha hecho uso de todas o la mayoría de sus propiedades
refrigerantes absorbiendo calor del gas natural. La corriente 19,
aproximadamente a 37ºC, está a la menor presión del ciclo (alrededor
de 2 bar) y entra y se recomprime en una unidad de compresión
multietapa 111, que cuenta con etapas de enfriamiento intermedio y
postenfriamiento, para producir la corriente comprimida 25. La zona
de compresión comprende tres compresores 112, 114 y 116, con un
intercambiador de calor 113 entre los compresores 112 y 114, un
intercambiador de calor 115 entre los compresores 114 y 116 y un
intercambiador de calor 117 después del compresor 116. Los
intercambiadores de calor 113, 115 y 117 usan agua como medio
refrigerante. La corriente comprimida 25 sale de la unidad de
compresión 111 a 40ºC y 30 bar y se dirige al intercambiador de
calor 101, donde se enfría a -37,8ºC por el paso a contracorriente
de la corriente de aire refrigerante 32 y la corriente 11 de gas de
end-flash. La corriente 25 sale como corriente 26
del intercambiador de calor 101 y pasa a la zona de expansión 118,
donde reduce la presión y temperatura de la corriente de aire 26,
dando lugar a la corriente 31. La zona de expansión comprende dos
turboexpansores 119 y 120 en paralelo y se usa para proporcionar
parte de la potencia para los compresores de la unidad de compresión
111. La corriente de aire 31 (que ha sido expandida en la zona de
expansión 118) está a 2,15 bar y una temperatura de -143ºC. Esta
corriente pasa a través de los intercambiadores de calor 102 y 101,
respectivamente. En el intercambiador de calor 102, la corriente 31
proporciona suficiente frío para licuar la corriente de gas natural
6 y formar gas natural licuado (corriente 7). La corriente 31 sale
del intercambiador de calor 102 como corriente 32 a una temperatura
de -71ºC y entra en el intercambiador de calor 101, donde enfría
tanto al gas natural (corriente 3) como al aire comprimido
(corriente 25). La corriente 32 abandona el intercambiador de calor
101 como corriente 19 y empieza el ciclo de nuevo.
El ciclo de aire tendrá un punto de
make-up para compensar las pérdidas de aire en el
ciclo. El aire de make-up (compensación) tendrá que
ser tratado en instalaciones de tratamiento para eliminar el
CO_{2} y el agua que contenga.
Asimismo, el ciclo de propano tendrá también un
punto de make-up que compense las pérdidas de
propano en el ciclo.
La Tabla 2 muestra las condiciones de operación
de las principales corrientes de la Fig. 1 aplicada al Ejemplo
1.
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La Fig. 1 sirve asimismo para ilustrar un
segundo ejemplo de la presente invención, aplicada en este caso a la
licuación de una corriente de gas natural usando CO_{2} como
refrigerante en la primera etapa de preenfriamiento y aire como
refrigerante en la segunda etapa en la que se consigue la licuación
final del gas natural. El aire refrigerante circula en un ciclo
cerrado.
La descripción del proceso es análoga a la
indicada en el Ejemplo 1, con la salvedad de que en este caso el
ciclo de preenfriamiento del gas natural contiene CO_{2} y toma
las mismas hipótesis en cuanto a composición del gas natural de
entrada. Las condiciones de operación de las principales corrientes
de la Fig.1 aplicada al Ejemplo 2 se muestran en la Tabla 3.
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La Fig. 2 muestra otro ejemplo de la presente
invención. El ejemplo mostrado en la Fig.2 tiene, como modificación
al esquema mostrado por la Fig. 1, que el aire usado como
refrigerante para la licuación del gas natural fluye en un ciclo
abierto.
El Ejemplo 3, basado en la Fig. 2, muestra un
ejemplo de la presente invención aplicada a la licuación de una
corriente de gas natural usando propano como refrigerante en una
primera etapa de preenfriamiento y aire como refrigerante en una
segunda etapa en la que se consigue la licuación final del gas
natural, circulando el aire en ciclo abierto.
La corriente de gas natural de alimentación
(corriente 1) se trata en una planta de pretratamiento A
convencional para eliminar el CO_{2}, H_{2}S, agua y mercurio.
El gas tratado, corriente 2, se corresponde con una corriente dulce
y seca de gas natural a 15ºC y 30,1 bar. La corriente 2 tiene la
composición molar indicada en la Tabla 1.
La corriente 2 entra en la etapa de
preenfriamiento, pasando a través del intercambiador de calor 100,
hasta obtener una corriente 3 a -30ºC. La corriente de gas natural
preenfriado (corriente 3) entra en la etapa de licuación, pasando a
través de los intercambiadores de calor 101, 102 para obtener un
líquido subenfriado a alta presión, corriente 7. En el primer
intercambiador de calor 101, el gas natural es enfriado hasta una
temperatura intermedia de aproximadamente -69ºC (corriente 4), para
condensar los líquidos del gas natural. La corriente 4 entra en una
columna B donde los líquidos del gas natural se extraen como
corriente 5 por el fondo, mientras que el gas pobre, corriente 6,
sale de la columna por la cabeza. La corriente 5 se dirige a la zona
de fraccionamiento si se requiere productos específicos como propano
y butano.
El gas natural pobre (corriente 6) entra en el
intercambiador de calor 102 y se enfría hasta una temperatura
aproximada de -130ºC, obteniendo una corriente líquida subenfriada a
alta presión (corriente 7), que se dirige a una válvula
J-T 103, a través de la cual la corriente 7 se
expande adiabáticamente a 1,1 bar (corriente 8) y se dirige
finalmente a un recipiente 104, en el que se produce una separación
de la fase líquida y la fase vapor, produciendo GNL a almacenamiento
(corriente 9) y una corriente de gas de end-flash
(corriente 10), ambos aproximadamente a -160ºC y 1,1 bar.
La corriente 10 se recircula a los
intercambiadores de calor 102 y 101, respectivamente, donde se
recupera la energía criogénica de esta corriente. Así, la corriente
11 sale del intercambiador de calor 102 a -90,8ºC, y es calentada
aún más en el intercambiador de calor 101 hasta la temperatura de
15ºC (corriente 12). Esta corriente 12 puede usarse como combustible
dentro de la planta.
A continuación se describe el ciclo de propano
que convierte la corriente de gas natural 2 en la corriente de gas
natural preenfriado (corriente 3), empezando por la corriente de
propano 13 que ha hecho uso de todas o la mayoría de sus propiedades
refrigerantes absorbiendo calor del gas de alimentación. La
corriente 13, aproximadamente a 10ºC, que está a la menor presión
del ciclo (alrededor de 1,4 bar), entra y se recomprime en una
unidad de compresión multietapa 105, que cuenta con etapas de
enfriado intermedio y post-enfriado, para producir
la corriente comprimida 17. La zona de compresión comprende dos
compresores 106 y 108, con un intercambiador de calor 107 entre
ellos y un intercambiador de calor 109 después del compresor 108.
Los intercambiadores de calor 107 y 109 usan agua como medio
refrigerante. La corriente comprimida 17 sale de la unidad de
compresión 105 a 40ºC y 17,5 bar, y pasa por una válvula 110 que
reduce su presión y temperatura hasta obtener la corriente 18, a
-32,6ºC y 1,5 bar. Esta corriente pasa por el intercambiador de
calor 100, donde proporciona el frío necesario para
pre-enfriar la corriente de gas natural 2. La
corriente 18 sale del intercambiador de calor 100 como corriente 13
y empieza el ciclo de nuevo.
El ciclo de refrigeración de aire, en la Fig. 2,
es un ciclo abierto. En este ciclo, el aire es tomado de forma
continua de la atmósfera a condiciones ambientales (corriente 19*).
La corriente 19* entra en la planta de tratamiento C, que se encarga
de eliminar el CO_{2} y el agua que contenga el aire y sale de la
planta como corriente 19 (15ºC y 1 bar). La corriente 19 se comprime
en una unidad de compresión multietapa 111, que cuenta con etapas de
enfriado intermedio y post-enfriado, para producir
la corriente comprimida 25, que sale de la unidad de compresión 111
a 40ºC y 16 bar. Esta corriente se dirige al intercambiador de calor
101, donde se enfría a -33,5ºC (corriente 26) por el paso a
contracorriente de la corriente de aire refrigerante 32 y la
corriente 11 de gas de end-flash. La corriente 26
pasa a la zona de expansión 118, donde la presión y la temperatura
se reducen hasta 1,2 bar y -137,2ºC, respectivamente (corriente 31).
La corriente 31 pasa a través de los intercambiadores de calor 102 y
101, respectivamente. En el intercambiador de calor 102, la
corriente 31 proporciona suficiente frío para licuar la corriente de
gas natural 6 y formar gas natural licuado (corriente 7). La
corriente 31 sale del intercambiador de calor 102 como corriente 32
a una temperatura de -78,1ºC y entra en el intercambiador de calor
101, donde enfría tanto al gas natural (corriente 3) como al aire
comprimido (corriente 25). La corriente 33 sale del intercambiador
de calor 101 a aproximadamente 19ºC y 1 bar, y es liberada
directamente a la atmósfera.
La Tabla 4 muestra las condiciones de operación
de las corrientes principales de la Fig. 2 aplicada al Ejemplo
3.
La Fig. 2 sirve asimismo para ilustrar un cuarto
ejemplo de la presente invención, aplicada en este caso a la
licuación de una corriente de gas natural usando CO_{2} como
refrigerante en la primera etapa de preenfriamiento y aire como
refrigerante en la segunda etapa en la que se consigue la licuación
final del gas natural. El aire refrigerante circula en un ciclo
abierto.
La descripción del proceso es análoga a la
indicada en el Ejemplo 3, con la salvedad de que en este caso el
ciclo de preenfriamiento del gas natural contiene CO_{2} y toma
las mismas hipótesis en cuanto a composición del gas natural de
entrada. Las condiciones de operación de las principales corrientes
de la Fig. 2 aplicada al Ejemplo 4 se muestran en la Tabla 5.
Claims (19)
1. Proceso para obtener gas natural licuado
(GNL), caracterizado porque comprende realizar las siguientes
operaciones sobre al menos una estructura situada en alta mar:
- realizar un primer ciclo de refrigeración con
un refrigerante distinto de aire para el preenfriamiento de una
corriente de gas natural (1, 2), y
- realizar un segundo ciclo de refrigeración con
aire para el enfriamiento y licuación del gas natural preenfriado
(3).
\vskip1.000000\baselineskip
2. Proceso de acuerdo con la reivindicación 1
donde el primer ciclo de refrigeración comprende al menos una etapa
de compresión de la corriente de refrigerante (13) distinto de aire
seguida de una expansión para conseguir su enfriamiento, y el empleo
de la corriente de refrigerante enfriada (18) para preenfriar una
corriente de gas natural (1) en un primer intercambiador de calor
(100), obteniéndose gas natural preenfriado (3).
3. El proceso de acuerdo con la reivindicación
2, donde el refrigerante se elige de la siguiente lista: NH_{3},
hidrofluorocarbonos (HFC), hidroclorofluorocarbonos (HCFC),
CO_{2}, nitrógeno, hidrocarburos puros y mezclas de
hidrocarburos.
4. El proceso de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones 1-3, que además comprende la
operación previa de extraer de la corriente de gas natural (1) al
menos uno de los siguientes compuestos: CO_{2}, H_{2}S, H_{2}O
y Hg, obteniéndose la corriente de gas natural (2).
5. El proceso de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones 1-4, que además comprende la
operación de extraer los líquidos de la corriente de gas natural (3
ó 4) después del primer ciclo de refrigeración.
6. El proceso de cualquiera de las
reivindicaciones 1-5, donde la compresión de la
corriente de refrigerante (13) distinto de aire se lleva a cabo en
al menos dos etapas de compresión.
7. El proceso de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones 1 -6, donde la corriente de gas natural (2) tiene
una presión de al menos 1 bar.
8. Proceso para obtener gas natural licuado de
acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-7,
donde el segundo ciclo de refrigeración con aire comprende las
siguientes operaciones:
- realizar al menos una etapa de compresión de
una corriente de aire (19);
- enfriar dicha corriente de aire comprimido
(25) en un segundo intercambiador de calor (101), en el que la
corriente de gas natural preenfriado (3) sufre también un
enfriamiento adicional, gracias a una corriente de aire refrigerante
a baja presión que circula en contracorriente (32);
- expandir la corriente de aire a alta presión
(26) para reducir su presión y conseguir un mayor enfriamiento;
y
- emplear dicha corriente de aire (31) para
enfriar la corriente de gas natural (6) en un tercer intercambiador
de calor (102), pasando a continuación dicha corriente de aire (32)
a baja presión por el segundo intercambiador (101),
- expandir la corriente de gas natural (7) a la
salida del tercer intercambiador de calor (102) antes de pasar a un
separador (104) donde se separa el gas natural licuado (9) de un gas
de end-flash (10).
\vskip1.000000\baselineskip
9. El proceso de acuerdo con la reivindicación
8, donde el gas de end-flash (10) pasa por el tercer
intercambiador de calor (102) y por el segundo intercambiador de
calor (101) para recuperar su energía criogénica.
10. El proceso de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones 8-9, donde la compresión de la
corriente de aire (19) se lleva a cabo en al menos dos etapas de
compresión.
11. El proceso de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones 8-10, donde la corriente de aire
(32), tras pasar por el segundo intercambiador (101), vuelve al
inicio de la etapa de compresión.
12. El proceso de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones 8-10, donde la corriente de aire
(32), tras pasar por el segundo intercambiador (101), es devuelto a
la atmósfera.
13. El proceso de acuerdo con la reivindicación
12, que además comprende una etapa previa de extracción del agua y
CO_{2} de la corriente de aire (19*) previa a la compresión de
dicha corriente.
14. Un sistema para obtener gas natural licuado
desde una plataforma situada en alta mar, caracterizado
porque comprende los siguientes componentes:
- al menos un compresor (106, 108) y un
enfriador (107, 109) para comprimir una corriente de refrigerante
(13) distinto de aire;
- un primer intercambiador de calor (100) para
preenfriar una corriente de gas natural (2) con la corriente de
refrigerante (18) distinto de aire;
- al menos un compresor (112, 114, 116) y un
enfriador (113, 115, 117) para comprimir una corriente de aire
(19);
- un segundo intercambiador de calor (101) para
realizar un enfriamiento de la corriente de gas natural (3)
preenfriada y de la corriente de aire comprimido (25) con la
corriente de aire a baja presión (32), que circula en
contracorriente;
- al menos un dispositivo de expansión (119,
120) para permitir la expansión de la corriente de aire a alta
presión (26);
- un tercer intercambiador de calor (102) para
realizar un enfriamiento de la corriente de gas natural (6) con la
corriente de aire (31) obtenida tras la expansión;
- un dispositivo de expansión (103) para
permitir la expansión de la corriente de gas natural (7); y
- un separador (104) que separa la corriente de
gas natural (8) en gas natural licuado (9) y gas de
end-flash (10).
\vskip1.000000\baselineskip
15. El sistema de acuerdo con la reivindicación
14, donde el tercer intercambiador (102) además admite la entrada de
la corriente de gas de end-flash (10).
16. El sistema de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones 14-15, donde el segundo
intercambiador (101) además admite la entrada de la corriente de gas
de end-flash (11).
17. El sistema de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones 14-16, que además comprende una
planta de pretratamiento (A) para la extracción de al menos uno de
los compuestos de la siguiente lista: CO_{2}, H_{2}S, H_{2}O y
Hg.
18. El sistema de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones 14-17 que además comprende una
columna (B) para la extracción de los líquidos del gas natural.
19. El sistema de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones 14-18, que además comprende una
planta de pretratamiento (C) para extraer el agua y el CO_{2} de
la corriente de aire (19').
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| ES200930684A ES2355467B1 (es) | 2009-09-11 | 2009-09-11 | Proceso y sistema para obtener gas natural licuado. |
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| MCINTOSH, A. et al "Moving Natural Gas Across Oceans" Oilfield Review, Summer 2008, páginas 50-63, [en linea] [recuperado el 10/02/2011]. Recuperado de internet: URL: http://www.slb.com/~/media/Files/resources/oilfield_review/ors08/sum08/04_moving_naturalgas.ashx * |
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