ES2630362T3 - Procedimiento de licuefacción de gas natural - Google Patents

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Abstract

Un procedimiento para licuar un flujo de gas natural presurizado que comprende: (a) proporcionar un flujo de gas natural presurizado (10) a una primera presión y una primera temperatura; (b enfriar el flujo de gas natural presurizado mediante intercambio de calor indirecto con un flujo de refrigerante frío (120) para producir un flujo de gas natural presurizado y enfriado (20) a una segunda temperatura más fría que la primera temperatura; y (c) expandir el flujo de gas natural presurizado frío en un dispositivo de expansión (30), en el que el trabajo de expansión a partir del dispositivo de expansión (30) se utiliza para accionar un compresor (40) que comprime un flujo de refrigerante (50) para producir un flujo de refrigerante presurizado (60), produciéndose la expansión antes de la licuefacción, dando como resultado un flujo de alimentación de gas natural helado (140) dirigido a una zona de licuefacción de gas natural; (d) enfriar el flujo de refrigerante presurizado para producir un flujo de refrigerante presurizado (80) al menos parcialmente condensado y frío; (e) expandir (90) el flujo de refrigerante presurizado, al menos parcialmente condensado, para producir el flujo de refrigerante frío empleado en (b); y (f) licuar el flujo de alimentación de gas natural helado en la zona de licuefacción de gas natural.

Description

DESCRIPCION
Procedimiento de licuefaccion de gas natural 5 Campo tecnico de la invencion
[0001] La presente invencion se refiere a un procedimiento para licuar flujos de gas ricos en metano, tales como gas natural, y a la produccion mas eficaz de dichos flujos licuados.
10 Antecedentes de la invencion
[0002] El gas natural en general se refiere a hidrocarburos enrarecidos o gaseosos (compuestos de metano e hidrocarburos ligeros como etano, propano, butano y similares) que se encuentran en la tierra. Los gases no combustibles que se producen en la tierra, como el dioxido de carbono, el helio y el nitrogeno, se conocen en
15 general por sus nombres qulmicos propios. A menudo, sin embargo, se encuentran gases no combustibles en combinacion con gases combustibles y la mezcla se denomina, en general, "gas natural" sin intentar distinguir entre gases combustibles y gases no combustibles. Vease Pruitt, "Mineral Terms-Some Problems in Their Use and Definition", Rocky Mt. Min. L. Rev. 1, 16 (1966).
20 [0003] El gas natural suele ser abundante en regiones donde no es economico desarrollar esas reservas
debido a la falta de un mercado local para el gas o al alto coste de procesar y transportar el gas a mercados lejanos.
[0004] Es una practica comun licuar criogenicamente gas natural para producir un producto de gas natural licuado ("GNL") para un almacenamiento y transporte mas comodo. Una razon fundamental para la licuefaccion del
25 gas natural es que la licuefaccion da como resultado una reduccion de volumen de aproximadamente 1/600, permitiendo de este modo almacenar y transportar el gas licuado en contenedores a baja presion o incluso a presion atmosferica. La licuefaccion del gas natural es aun mas importante ya que permite el transporte de gas de una fuente de suministro al mercado, donde la fuente y el mercado estan separados por grandes distancias y el transporte por tuberla no es practico ni economicamente viable. En algunos casos, el procedimiento de transporte es
30 en buques oceanicos. No es economico transportar materiales gaseosos en barco a menos que los materiales gaseosos esten altamente comprimidos. Incluso entonces el transporte no serla economico debido a la necesidad de proporcionar contenedores de resistencia y capacidad adecuadas.
[0005] Con el fin de almacenar y transportar gas natural en estado llquido, el gas natural se enfrla
35 normalmente a -240 °F (-151 °C) hasta -260 °F (-162 °C) donde puede existir como un llquido cerca de la presion
atmosferica. Muchas plantas de licuefaccion de GNL utilizan un ciclo de refrigeracion mecanica para el enfriamiento del flujo de gas de entrada, tal como los tipos de refrigerantes en cascada o mixtos, como en general se describe en la patente de EE.UU. n° 3.548.606. Existen varios otros procedimientos y/o sistemas para licuar gas natural por lo que el gas se licua pasando secuencialmente el gas a una presion elevada a traves de una pluralidad de etapas de
40 enfriamiento y enfriando el gas a temperaturas sucesivamente mas bajas hasta que se logra la licuefaccion. El enfriamiento se consigue en general por intercambio de calor con uno o mas refrigerantes tales como propano, propileno, etano, etileno, nitrogeno y metano, o mezclas de los mismos, en una configuracion de bucle cerrado o bucle abierto. Los refrigerantes pueden ser dispuestos en cascada, en orden de disminucion del punto de ebullicion del refrigerante. Por ejemplo, los procedimientos para la preparacion de GNL en general se describen en las
45 patentes de EE.UU. 4.445.917; 5.537.827; 6.023.942; 6.041.619; 6.062.041; 6.248.794, y la solicitud de patente del Reino Unido GB 2.357.140 A.
[0006] Adicionalmente, el gas natural licuado se puede expandir a presion atmosferica haciendo pasar el gas licuado a traves de una o mas etapas de expansion. Durante el curso de la expansion, el gas se enfrla
50 adicionalmente a una temperatura de almacenamiento o transporte adecuada y se reduce la presion hasta aproximadamente la presion atmosferica. En esta expansion a presion atmosferica, puede haber destellos de volumenes significativos de gas natural. Los destellos emanados pueden recogerse de las etapas de expansion y reciclarse o quemarse para generar energla para la planta de produccion de gas natural llquido.
55 [0007] Las plantas con un tipo ciclo de refrigeracion en cascada son normalmente relativamente caras de
construir y operar, y las plantas con un tipo de ciclo de refrigerante mixto tambien pueden requerir una estrecha atencion de las composiciones del flujo durante el funcionamiento. El equipo de refrigeracion es particularmente caro debido a los requisitos metalurgicos de baja temperatura de los componentes. Sin embargo, la licuefaccion del gas natural es una tecnologla cada vez mas importante y ampliamente practicada para convertir el gas en una forma que
puede ser transportada y almacenada facilmente y economicamente. Los costes y la energla gastada para licuar el gas se deben minimizar para producir un medio rentable de production y transporte del gas desde el campo de gas al usuario final. La tecnologla del procedimiento que reduce el coste de la licuefaccion a su vez reduce el coste del producto de gas para el usuario final.
5
[0008] Los ciclos del procedimiento para la licuefaccion del gas natural historicamente han utilizado valvulas de expansion isentropicas, o valvulas Joule Thomson (JT), para producir la refrigeration necesaria para licuar el gas. Los ciclos de procedimientos tlpicos que utilizan valvulas de expansion para este proposito se describen por ejemplo en las patentes de EE.UU. n° 3.763.658, 4.404.008, 4.445.916, 4.445.917 y 4.504.296.
10
[0009] El trabajo de expansion que se produce cuando los fluidos del procedimiento fluyen a traves de dichas valvulas se pierde esencialmente. Con el fin de recuperar al menos una parte del trabajo producido por la expansion de estos fluidos del procedimiento, pueden utilizarse maquinas de expansion tales como expansores alternativos o turboexpansores. Por ejemplo, las patentes de Estados Unidos 4.970.867 y 5.755.114 describen el uso de
15 turboexpansores en relation con la produccion de GNL.
[0010] La patente US 3.348.384 describe un procedimiento para la licuefaccion parcial de una mezcla de componentes gaseosos, preferentemente gas natural que contiene nitrogeno, cuyo procedimiento comprende enfriar un flujo de alimentation presurizado a temperatura subambiente mediante intercambio de calor indirecto con un
20 refrigerante separado antes de expandir el flujo de alimentacion en una maquina de expansion y el trabajo obtenido de este modo se utiliza preferentemente para accionar los compresores necesarios en el procedimiento. El flujo de alimentacion expandido posteriormente se hace destellar para producir una parte llquida mas rica en componente con punto de ebullition mas alto y una parte de gas mas pobre en componente con punto de ebullition mas alto.
25 [0011] El termino "expansor" o "dispositivo de expansion/compresion", tal como se usa en este documento,
se refiere en general a dichos turboexpansores o expansores alternativos. En el campo de la licuefaccion de gas natural, el termino "expansor" se usa habitualmente para designar un turboexpansor y se utiliza de esta manera en la presente descripcion.
30 [0012] En esta solicitud se utiliza la unidad de presion barg que se va a convertir en bar absoluto de la
siguiente manera: bar absoluto = barg + 1 bar.
[0013] Los solicitantes no conocen ningun intento previo de utilizar el exceso de presion de un flujo de alimentacion de gas rico en metano, tal como un flujo de gas natural, como una fuente de refrigeracion para un
35 procedimiento de GNL, tal como para proporcionar compresion en un ciclo de refrigeracion usado para preenfriar el gas natural antes de dirigirlo a una zona de licuefaccion o compresion en uno o mas ciclos de refrigeracion utilizados para licuar el gas natural en la zona de licuefaccion. Aunque la mayorla de los procedimientos de licuefaccion utilizan una alimentacion rica en metano que normalmente se suministra a una presion de 650 psig (44,8 barg) a 1000 psig (69,0 barg), hay muchos casos en los que el gas natural suministrado puede estar disponible a presiones mas altas, 40 desde aproximadamente 1000 psig (69,0 barg) y hasta 2500 psig (172,4 barg) o mas. Este gas puede producirse a dichas presiones desde una formation geologica subterranea; o puede ser comprimido a dicha presion despues de que se produzca por cualquier numero de razones asociadas con los requisitos del campo de produccion; o puede ser comprimido debido a los requerimientos de tuberlas locales o sistemas de transmision de gas adyacentes al campo de produccion. El uso de dicha etapa preliminar antes de la licuefaccion podrla dar como resultado una planta 45 de licuefaccion que es menos costosa de construir y/u operar, y/o permitir una mayor cantidad de produccion de GNL para un diseno de planta dado. Como alternativa, el exceso de presion puede convertirse en trabajo mecanico que puede utilizarse para generar energla electrica, lo cual tambien podrla producir un procedimiento mas eficaz.
[0014] Como puede verse, serla deseable utilizar el exceso de energla residente dentro de dichos flujos de 50 gas disponibles de una manera que de como resultado un procedimiento de licuefaccion de GNL mas eficaz y/o
potencialmente menos costoso.
Resumen de la invencion
55 [0015] Los objetivos y ventajas anteriores pueden alcanzarse de acuerdo con la invencion, lo que en un
aspecto se refiere a un procedimiento para licuar un flujo de gas natural presurizado. El procedimiento comprende las etapas de:
(a) proporcionar el flujo de gas natural presurizado a una primera presion y una primera temperatura;
(b) enfriar el flujo de gas natural presurizado por intercambio de calor indirecto con un flujo de refrigerante frlo para producir un flujo de gas natural presurizado y enfriado a una segunda temperatura mas frla que la primera temperatura;
5
(c) expandir el flujo de gas natural presurizado y enfriado en un dispositivo de expansion, en el que el trabajo de expansion desde el dispositivo de expansion se utiliza para accionar un compresor que comprime un flujo de refrigerante para producir un flujo de refrigerante presurizado, la expansion dando como resultado un flujo de alimentacion helada que es dirigido a una zona de licuefaccion de gas natural;
10
(d) enfriar el flujo de refrigerante presurizado para producir un flujo de refrigerante presurizado, enfriado, y al menos parcialmente condensado;
(e) expandir el flujo de refrigerante presurizado, enfriado, y al menos parcialmente condensado, para producir el flujo 15 de refrigerante frlo empleado en (b); y
(f) licuar el flujo de alimentacion helada en la zona de licuefaccion de gas natural.
[0016] En realizaciones, la invencion se refiere a un procedimiento para licuar un flujo de gas natural 20 presurizado que comprende las etapas de:
(a) proporcionar el flujo de gas natural presurizado a una primera presion y una primera temperatura;
(b) enfriar el flujo de gas natural presurizado por intercambio de calor indirecto con un flujo de refrigerante frlo para
25 producir un flujo de gas natural presurizado y enfriado a una segunda temperatura mas frla que la primera
temperatura;
(c) expandir el flujo de gas natural presurizado y enfriado en un dispositivo de expansion para producir un flujo de alimentacion enfriada, en el que el trabajo de expansion desde el dispositivo de expansion se utiliza para
30 proporcionar refrigeracion para producir el flujo de refrigerante frlo; y
(d) licuar el flujo de alimentacion helada en una zona de licuefaccion.
[0017] En otros aspectos, la invencion se refiere a un procedimiento para preparar un flujo de alimentacion de 35 gas natural helado que comprende:
(a) proporcionar un flujo de gas natural presurizado a una primera presion y una primera temperatura;
(b) enfriar el flujo de gas natural presurizado por intercambio de calor indirecto con un flujo de refrigerante frlo para
40 producir un flujo de gas natural presurizado y enfriado a una segunda temperatura mas frla que la primera
temperatura; y
(c) expandir el flujo de gas natural presurizado y enfriado en un dispositivo de expansion para producir el flujo de alimentacion helada, en el que se utiliza el trabajo de expansion desde el dispositivo de expansion para producir el
45 flujo de refrigerante frlo.
[0018] En otro aspecto, la invencion se refiere a un procedimiento para licuar un flujo de gas natural presurizado que comprende:
50 (a) proporcionar el flujo de gas natural presurizado a una primera presion y una primera temperatura;
(b) expandir el flujo de gas natural presurizado en un dispositivo de expansion para producir un flujo de alimentacion helada, en el que el trabajo de expansion desde el dispositivo de expansion se utiliza para proporcionar refrigeracion para la produccion de GNL; y
55
(c) licuar el flujo de alimentacion helada en una zona de licuefaccion.
[0019] En otro aspecto, la invencion se refiere a un procedimiento para licuar un flujo de gas natural presurizado. El procedimiento comprende las etapas de:
(a) proporcionar el flujo de gas natural presurizado a una primera presion y una primera temperatura;
(b) expandir el flujo de gas natural presurizado en un dispositivo de expansion para producir un flujo de alimentacion 5 helada y un trabajo de expansion; y
(c) licuar el flujo de alimentacion helada en una zona de licuefaccion.
Breve descripcion de los dibujos
10
[0020] La Figura 1 es un diagrama de flujo de un procedimiento simplificado de una realizacion de la invencion, en el que el exceso de presion de un flujo de gas natural presurizado se expande en un dispositivo expansor/ compresor para producir trabajo mecanico que (1) acciona el compresor del dispositivo y de este modo proporciona compresion para un ciclo de refrigeracion de propano en bucle cerrado para preenfriar el flujo de gas
15 natural y (2) produce una alimentacion de gas natural expandido y helado para un procedimiento de licuefaccion.
Descripcion detallada de la invencion
[0021] La presente invencion se refiere a un procedimiento para producir GNL a partir de flujos de gas ricos 20 en metano, tales como gas natural tal como este termino se define anteriormente. El gas natural contemplado en
este documento comprende en general al menos el 50 por ciento en moles de metano, preferentemente, por lo menos el 75 por ciento en moles de metano y, mas preferentemente, por lo menos el 90 por ciento en moles de metano. El resto de gas natural en general comprende otros hidrocarburos combustibles tales como, entre otros, cantidades menores de etano, propano, butano, pentano e hidrocarburos mas pesados y componentes no 25 combustibles tales como dioxido de carbono, sulfuro de hidrogeno, helio y nitrogeno.
[0022] La presencia de hidrocarburos mas pesados tales como etano, propano, butano, pentano e hidrocarburo que hierven a un punto de ebullicion por encima del propano se reduce, en general, en el gas natural a traves de etapas de separacion gas-llquido. El hidrocarburo que hierve a una temperatura por encima del punto de
30 ebullicion del pentano o hexano se dirige, en general, al aceite crudo. El hidrocarburo que hierve sustancialmente a una temperatura por encima del punto de ebullicion del etano y por debajo del punto de ebullicion del pentano o hexano, en general, se elimina y se considera que son llquidos de gas natural o "LGN" para los propositos de la presente invencion. Dichos LGN pueden recuperarse del flujo de alimentacion de gas natural empleado en la invencion, tanto aguas arriba como aguas abajo del procedimiento descrito en la presente memoria.
35
[0023] Para la mayorla de los mercados, tambien es deseable minimizar la presencia de no combustibles y contaminantes en GNL tales como dioxido de carbono, helio y nitrogeno y sulfuro de hidrogeno. En funcion de la calidad de un determinado deposito de gas natural (que puede contener tanto como del 50 % a 70 % de dioxido de carbono), el gas natural puede ser preprocesado en una planta de gas natural para la preeliminacion de dichos
40 componentes o puede ser transportado directamente a la planta para el preprocesamiento antes de la fabricacion de GNL.
[0024] En general, el gas natural se pone a disposicion o se transporta a presiones elevadas tan altas como 2800 psig (193,1 barg) o mas. De acuerdo con la presente invencion, las alimentaciones de gas natural adecuadas
45 tendran presiones, en general, superiores a las normalmente proporcionadas en una instalacion de GNL, tal como una presion de al menos aproximadamente 13,8 bar (200 psig) mas que la presion de diseno de los procedimientos de licuefaccion de GNL normales, que se han disenado normalmente para una presion de alimentacion de aproximadamente 650 psig (44,8 barg) a 1000 psig (69,0 barg). Deseablemente, la presion de alimentacion empleada en el procedimiento de la presente invencion es de aproximadamente 1000 psig (69.0 barg), o mas, tal 50 como de aproximadamente 1300 psig (89.6 barg) a aproximadamente 2500 psig (172.4 barg), o mas. La temperatura del gas natural depende de su fuente de origen. Cuando el gas natural es gasoducto, su temperatura puede aproximarse a condiciones ambientales tales como, por ejemplo, 0 °F (-17,8 °C) a 120 °F (48,9 °C), mas normalmente de 50 °F (10 °C) a 100 °F (37,8 °C). Si las condiciones de gas natural se miden en la proximidad de un dispositivo de transporte tal como un compresor de gas natural, el equipo de salida y poscompresion puede dictar o 55 afectar la temperatura y presion de la alimentacion de gas natural.
[0025] Las etapas de pretratamiento adecuadas para su uso con la presente invencion, en general, comienzan con etapas comunmente identificadas y conocidas en relacion con la produccion de LNG, incluidas, entre otras, la elimination de gases acidos (tales como H2S y CO2), mercaptanos, mercurio y la humedad del flujo de gas
natural. Los gases acidos y los mercaptanos se eliminan comunmente mediante un procedimiento de sorcion que emplea una solucion acuosa que contiene amina u otros tipos de disolventes fisicos o quimicos conocidos. Esta etapa se realiza, en general, aguas arriba de la zona de licuefaccion de gas natural. Una parte sustancial del agua se elimina, en general, como un liquido a traves de una separacion de gas-liquido de dos fases, antes o despues de un 5 enfriamiento de bajo nivel, seguido por un procesamiento de tamiz molecular para la eliminacion de trazas de agua. Las etapas de eliminacion de agua se producen, en general, aguas arriba de cualquier expansion como se contempla en la presente memoria. El mercurio se elimina mediante el uso de lechos de sorbente de mercurio. Las cantidades residuales de agua y gases acidos se eliminan mas frecuentemente mediante el uso de lechos sorbentes particularmente seleccionados, tales como tamices moleculares regenerables. Dichos lechos de sorbente
10 particularmente seleccionados estan situados, en general, aguas arriba de la mayoria de las etapas de licuefaccion de gas natural.
[0026] La presente invencion se describe haciendo referencia a la Fig. 1, que representa una realizacion de la invention, en la que el exceso de presion de un flujo de gas natural presurizado se utiliza mediante la expansion del
15 flujo de gas en un dispositivo expansor/compresor para producir un trabajo mecanico que por ejemplo (1) acciona el compresor del dispositivo y, de este modo, proporciona compresion para un ciclo de refrigeration de propano en bucle cerrado para preenfriar el flujo de gas natural y (2) produce una alimentation de gas natural expandido y helado para un procedimiento de licuefaccion. El ciclo de refrigeracion tambien puede utilizar cualquier otro refrigerante conocido en la tecnica, tal como un refrigerante mixto dual.
20
[0027] Con referencia a la Fig. 1, se introduce en el procedimiento a traves de la linea 10 una alimentacion de gas natural a una presion relativamente alta, tal como de aproximadamente 1000 psig (69,0 barg) a 2500 psig (172,4 barg) y, mas deseablemente, de 1300 psig (89,6 barg) a 2500 psig (172,4 barg). Dicha alimentacion puede estar a temperaturas ambiente, de aproximadamente 50 °F (10 °C) a 100 °F (37,8 °C), como se ha mencionado
25 anteriormente. La linea 10 dirige la alimentacion de gas natural a una maquina refrigeradora 15 en la que la alimentacion se enfria mediante intercambio de calor indirecto con un refrigerante, por ejemplo, propano, transportado mediante un sistema de bucle cerrado. El refrigerante puede introducirse en la maquina refrigeradora 15 en forma de dos fases (vapor y liquido), pero se prefiere que la cantidad de vapor se minimice de tal manera que el refrigerante este sustancialmente en la fase liquida. El refrigerante se introduce en la maquina refrigeradora 15 por
30 la tuberia 120. En la maquina refrigeradora 15, el refrigerante es vaporizado y sale de la maquina refrigeradora 15 por la tuberia 50. La alimentacion de gas natural se enfria en la maquina refrigeradora 15 y sale por la tuberia 20. La alimentacion de gas natural enfriada sale esencialmente a la misma presion que se carga en la maquina refrigeradora 15 y a una temperatura que puede estar entre -34,4 °C (-30 °F) y 50 °F (10 °C) si la alimentacion es Introducida en el procedimiento de la invencion a los intervalos de temperatura y presion anteriormente descritos.
35
[0028] La alimentacion de gas natural enfriado se transporta entonces por la linea 20 al turboexpansor 25, en el que se introduce en la parte expansora 30 del mismo. En la parte expansora 30, la alimentacion de gas natural puede expandirse para ajustar su presion a esencialmente la presion de diseno del procedimiento de licuefaccion que se va a emplear en la production de GNL. Normalmente, la presion del gas natural se expande hasta
40 aproximadamente 650 psig (44,8 barg) a 1000 psig (69,0 barg). La temperatura de la alimentacion de gas natural helado que sale de la parte expansora 30 a traves de la tuberia 140 puede estar a temperaturas relativamente bajas que se pueden emplear ventajosamente como alimentacion a una unidad de recuperation de GNL (si se desea) y/o a una zona de licuefaccion, tal como una temperatura de -100°F (-73,3 °C) hasta -60 °F (-51,1 °C). Si se desea, tambien es posible dirigir la alimentacion de gas natural enfriado a las unidades del procedimiento para la
45 eliminacion de gases acidos o contaminantes de mercurio, aunque puede ser mas ventajoso eliminar dichos contaminantes antes de la etapa de preenfriamiento previamente descrita.
[0029] El vapor de refrigerante transportado por la tuberia 50 desde la maquina refrigeradora 15 se comprime en la parte de compresor 40 del turboexpansor 25. Despues de la compresion en la parte de compresor 40 el vapor
50 refrigerante presurizado es transportado por la tuberia 60 al condensador 70. El condensador 70 puede ser un intercambiador de calor enfriado por aire, pero tambien se puede utilizar cualquier aparato de intercambio de calor conocido en la tecnica. El condensador 70 se usa para condensar, al menos parcialmente, el refrigerante en la fase liquida y, preferentemente, para condensar sustancialmente la mayor parte y, mas preferentemente, todo el refrigerante en la fase liquida. Ademas, aunque no se muestra en la Fig. 1, se prefiere emplear un refrigerador
55 adicional aguas abajo del condensador 70 para subenfriar el flujo de refrigerante liquido condensado, al menos parcialmente (y preferentemente todo), de manera que despues de que el refrigerante salga de un dispositivo de reduction de la presion 90, como se describe mas adelante, la fraction de vapor del flujo de refrigerante se minimiza, es decir, es, preferentemente, menor que 0,5 y, mas preferentemente, menor que 0,35. A continuation, el refrigerante enfriado se dirige a traves del dispositivo de reduccion de la presion 90, tal como una valvula Joule-
Thompson, en el que el refrigerante se enfrla adicionalmente. El refrigerante enfriado se puede entonces dirigir opcionalmente por la llnea 100 al recipiente separador 110, que separa y recupera el refrigerante en forma de vapor y dirige el mismo a traves de las llneas 130 y 50 de vuelta a la parte de compresor 40. El refrigerante se dirige a continuacion desde el recipiente separador 110 al refrigerador 15 a traves de la llnea 120. Ventajosamente, en 5 general es mas conveniente omitir simplemente la llnea 100, el recipiente separador 110 y la llnea 130, como se ilustra en el ejemplo descrito a continuacion, de manera que despues de dirigirse al dispositivo de reduccion de la presion 90, el flujo de refrigerante resultante se envla directamente a la maquina refrigeradora 15 a traves de la llnea 120. De esta manera, en la maquina refrigeradora 15 se utiliza sustancialmente todo el flujo de refrigerante helado que en este punto puede ser de dos fases (vapor y llquido).
10
[0030] La alimentacion de gas natural refrigerada se dirige a una zona de licuefaccion para la produccion de GNL, cuya zona de licuefaccion puede comprender cualquier procedimiento de licuefaccion conocido en la tecnica. Ejemplos de un procedimiento de licuefaccion en cascada se describen en las patentes de Estados Unidos 4.172.711, 5.537.827, 5.669.234 y 6.158.240. Ejemplos de procedimientos de licuefaccion por tipo refrigerante mixto
15 se describen en la patente de Estados Unidos 4.901.533 (ciclo de refrigerante mixto unico); patentes de EE.UU. 4.545.795 y 6.119.479 (ciclos de refrigerante mixto dual); y la patente de Estados Unidos 6.253.574 (ciclos de refrigerante mixto triple).
[0031] Mediante el uso del exceso de presion disponible en dichas alimentaciones de gas natural, como se 20 ha descrito anteriormente, solo se necesita proporcionar la refrigeracion necesaria para disminuir la temperatura de
la alimentacion helada a aquella en la que se produce la licuefaccion, tal como desde -90 °F (-67,8 °C) a -260 °F (162,2 °C), en lugar de a partir de temperaturas ambiente, tales como 75 °F (23,9 °C) a -260 °F (-162,2 °C). Como resultado, se pueden producir volumenes aumentados de GNL para la misma cantidad de potencia de planta instalada (refrigeracion) en un procedimiento convencional de GNL. Este aumento de la produccion puede ser del 25 orden del 15% al 20% para la misma potencia instalada. Como alternativa, el uso de tal exceso de presion puede utilizarse para reducir el coste de capital y/o los costes operativos del procedimiento mediante la reduccion de la potencia instalada necesaria para producir una cantidad dada de GNL.
[0032] Ademas, se puede utilizar el trabajo de expansion obtenido expandiendo el flujo de alimentacion de 30 gas natural presurizado en un dispositivo de expansion, tal como un turboexpansor, para proporcionar compresion
para otros flujos de refrigerante empleados en la zona de licuefaccion, como compresion para los flujos de refrigerante en cascada utilizados en un procedimiento de licuefaccion del tipo en cascada como se ha mencionado anteriormente e incorporado en este documento como referencia, o un procedimiento de tipo refrigerante mixto (que puede emplear uno o mas ciclos de refrigerante mixtos), como se ha mencionado anteriormente e incorporado en 35 este documento como referencia. El trabajo de expansion tambien podrla utilizarse para impulsar un generador electrico para la produccion de electricidad, ya sea para su uso en el procedimiento de licuefaccion o para la exportacion a una red electrica local.
[0033] La presente invencion se describe adicionalmente mediante el siguiente ejemplo, que debe 40 entenderse como un ejemplo proporcionado solo con fines ilustrativos y no para limitar el alcance de las
reivindicaciones adjuntas en este documento.
Formas especificas de realizacion de la invencion
45 [0034] En este ejemplo, el procedimiento y el aparato empleados en la practica de la invencion se utilizan
para refrigerar un flujo de alimentacion de gas natural antes de la recuperacion de los componentes GNL en el mismo y su uso adicional en la fabricacion de GNL en una planta de licuefaccion de gas natural, como un procedimiento de refrigerante mixto dual, o tipo cascada, disenado para producir alrededor de 5 millones de toneladas metricas al ano de GNL.
50
[0035] La alimentacion de gas natural empleada se trata primero para eliminar los contaminantes, el agua y los componentes de gas acido, tales como CO2 y compuestos que contienen azufre, y despues de dicho pretratamiento tiene la siguiente composicion en una base de porcentaje en moles: metano (94,12%), etano (3,34%), propano (1,23%), i-butano (0,31%), n-butano (0,38%), i-pentano (0,20%) y n-pentano (0,20%) y hexano (0,22%). La
55 alimentacion de gas natural, en el punto dentro de la llnea 10 de la Fig. 1, tiene una temperatura de 23,9 °C y una presion de 137,9 barg. La tasa de flujo molar y de masa de la alimentacion de gas natural en la llnea 10 es como se muestra en la Tabla I a continuacion.
[0036] El aparato utilizado es el que se describe en referencia a la Fig. 1 (los numeros de referencia para el
equipo y la tuberla se conservan en el presente documento para una mejor comprension), excepto como se describe de otra manera en lo sucesivo. El propano se utiliza como refrigerante. En el bucle de refrigerante de propano y aguas abajo del condensador 70, se utiliza un refrigerador adicional, tal como un intercambiador de calor enfriado por aire (no se muestra en la Fig. 1) para subenfriar el refrigerante de propano llquido despues de condensarlo en el 5 condensador 70, de manera que despues de que el refrigerante salga de la valvula Joule-Thompson 90, el flujo de refrigerante este todavla sustancialmente en la fase llquida. Las condiciones del refrigerante de propano despues de ser enfriado en el condensador 70, pero antes de ser subenfriado, se indican en la Tabla I en la columna para el flujo de procedimiento 75 (cuyo flujo no se muestra en la Fig. 1) y las condiciones del refrigerante despues de haber sido subenfriado, pero antes de introducirse en la valvula Joule-Thompson 90, se muestran en la Tabla I en la columna
10 para el flujo de procedimiento 80. Ademas, el aparato empleado no utiliza la llnea 100, el separador 110 o la llnea 130 como se muestra en la Fig. 1. Mas bien, despues de salir de la valvula Joule-Thompson 90, el flujo de refrigerante de propano frlo resultante (ahora dos fases de flujo-fraccion de vapor de 0,305) es transportado por la llnea 120 directamente a la maquina refrigeradora 15. Las condiciones del flujo de refrigerante que sale de la valvula Joule-Thompson 90 se muestran en la Tabla I en la columna para el flujo de procedimiento 120.
15
[0037] Otros flujos de procedimiento empleados en el aparato de este ejemplo, que de otro modo corresponden a los de la Fig. 1, son como se muestran en la Tabla I. Ademas, la expansion de la alimentacion de gas natural enfriado en la parte expansora 30 del turboexpansor 25 da como resultado la generacion de 10.430 kilovatios (kw) de potencia mecanica, que se utiliza para comprimir el refrigerante de propano en la parte de
20 compresor 40 del turboexpansor 25.
[0038] La alimentacion de gas natural helada resultante en la tuberla 140 se produce a una tasa de flujo molar de 49.807 kmol/hora y una tasa de flujo de masa de 872.832 kg/h, que a continuation se dirige a un aparato convencional para la recuperation de una parte de los GNL que se condensan despues de la expansion del flujo de
25 gas natural enfriado 20 en la parte expansora 30 del turboexpansor 25. Despues de la recuperacion de GNL, la parte restante del flujo de alimentacion de gas natural refrigerado se envla a la planta de licuefaccion para su preparation
Tabla I
N°. de flujo
10 20 50 60 75 80 120 140
Fraction de vapor
1 1 1 1 0 0 0,305 0,938
Temp. (°C)
23,9 -11,5 -17,0 49 6 32,2 29,4 -17,0 -56,8
Presion (barg)
137,9 137,9 2.7 11,5 11,4 11,3 2.7 55,2
Tasa de flujo molar (kmol/h)
49.807 49.807 9.464 9.464 9.464 9.464 9.464 49.807
Tasa de flujo de masa JMh____
872.832 872.832 417.341 417.341 417.341 417.341 417.831 872.832
30
[0039] Otras realizaciones y ventajas de la invention seran evidentes para los expertos en la tecnica a partir
de una consideration de esta memoria descriptiva o de la practica de la invencion descrita en este documento. Se pretende que esta memoria descriptiva sea considerada como ejemplar solamente con el alcance de la invencion indicado por las siguientes reivindicaciones.

Claims (8)

  1. REIVINDICACIONES
    I. Un procedimiento para licuar un flujo de gas natural presurizado que comprende:
    5 (a) proporcionar un flujo de gas natural presurizado (10) a una primera presion y una primera temperatura;
    (b enfriar el flujo de gas natural presurizado mediante intercambio de calor indirecto con un flujo de refrigerante frlo (120) para producir un flujo de gas natural presurizado y enfriado (20) a una segunda temperatura mas frla que la primera temperatura; y
    10
    (c) expandir el flujo de gas natural presurizado frlo en un dispositivo de expansion (30), en el que el trabajo de expansion a partir del dispositivo de expansion (30) se utiliza para accionar un compresor (40) que comprime un flujo de refrigerante (50) para producir un flujo de refrigerante presurizado (60), produciendose la expansion antes de la licuefaccion, dando como resultado un flujo de alimentacion de gas natural helado (140) dirigido a una zona de
    15 licuefaccion de gas natural;
    (d) enfriar el flujo de refrigerante presurizado para parcialmente condensado y frlo;
    20 (e) expandir (90) el flujo de refrigerante presurizado refrigerante frlo empleado en (b); y
    (f) licuar el flujo de alimentacion de gas natural helado en la zona de licuefaccion de gas natural.
    25 2. El procedimiento de la reivindicacion 1, en el que la zona de licuefaccion comprende un procedimiento
    de licuefaccion en cascada.
  2. 3. El procedimiento de la reivindicacion 1, en el que la zona de licuefaccion comprende un procedimiento de licuefaccion de tipo refrigerante mixto.
    30
  3. 4. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que la primera presion es 70,0 bar absolutos (1000 psig), o mas.
  4. 5. El procedimiento de la reivindicacion 4, en el que la primera presion es 90,6 bar absolutos (1300 psig), 35 o mas.
  5. 6. El procedimiento la reivindicacion 5, en el que la primera presion es de 90,6 bar absolutos (1300 psig) hasta 173,4 bar absolutos (2500 psig).
    40 7. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en el que la primera temperatura es de
    10 °C (50 °F) a 37,8 °C (100 °F).
  6. 8. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en el que el flujo de refrigerante comprende propano.
    45
  7. 9. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en el que la segunda temperatura es de - 34,4 °C (-30 °F) a 10 °C (50 °F).
  8. 10. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, en el que el dispositivo de expansion (30) 50 es un turboexpansor (25).
    II. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, en el que el flujo de alimentacion de gas natural helado tiene una presion de 45,8 bar absolutos (650 psig) a 70,0 bar absolutos (1000 psig).
    55 12. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, en el que el flujo de alimentacion de gas
    natural helado tiene una temperatura de -73,3 °C (-100 °F) a -51,1 °C (-60 °F).
    producir un flujo de refrigerante presurizado (80) al menos , al menos parcialmente condensado, para producir el flujo de
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