ES2711564T3 - Planta para la licuación de nitrógeno utilizando la recuperación de las frigorías derivadas de la evaporación de gas natural licuado - Google Patents

Planta para la licuación de nitrógeno utilizando la recuperación de las frigorías derivadas de la evaporación de gas natural licuado Download PDF

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Abstract

Procedimiento para la licuación de nitrógeno utilizando la recuperación de las frigorías derivadas de la evaporación de gas natural licuado que comprende las etapas siguientes: enviar un flujo de gas nitrógeno a un primer (115) y un segundo (117) estadio del compresor de recirculación de alta presión; enviar el flujo (120) de nitrógeno que sale de dicho segundo estadio (117) del compresor a un intercambiador de calor de licuación (121); enviar a dicho intercambiador de calor de licuación (121) un flujo (123) de gas natural licuado, a contracorriente con respecto al flujo (120) de nitrógeno que sale de dicho compresor; enviar una parte (130) del flujo (126) de nitrógeno líquido que sale de dicho intercambiador de calor de licuación (121) a un expansor (131); enviar el flujo de nitrógeno que sale de dicho expansor (131) a un separador a media presión (112) que suministra un flujo de salida (132) de nitrógeno licuado; caracterizado por que el flujo de nitrógeno (100) que va a licuarse es enviado a un preenfriador (101); el flujo (102) que sale de dicho preenfriador (101) es enviado a un colector (106) que suministra el flujo (107) de gas nitrógeno que es enviado al primer (115) y segundo (117) estadio del compresor; en el que el envío del flujo (107) de gas nitrógeno al primer (115) y segundo (117) estadio del compresor comprende: enviar el flujo (107) de gas nitrógeno a un intercambiador de calor (108) del compresor de recirculación de alta presión; enviar el flujo (110) de nitrógeno que sale de dicho intercambiador de calor (108) del compresor de recirculación de alta presión al primer estadio (115) del compresor de recirculación de alta presión; el flujo comprimido (116) que sale de dicho primer estadio (115) es enviado al intercambiador de calor (108) del compresor de recirculación de alta presión y el flujo que sale de este intercambiador de calor (108) es enviado al segundo estadio (117) del compresor de recirculación de alta presión (117) a -150ºC; y por que la parte restante (150) del flujo (126) de nitrógeno líquido que sale de dicho intercambiador de calor de licuación (121) es enviada en primer lugar a dicho intercambiador de calor (108) del compresor de recirculación de alta presión a contracorriente con respecto a dicho flujo (107) de gas nitrógeno y a dicho flujo comprimido (116) de nitrógeno que sale de dicho primer estadio (115) del compresor; a continuación (152) a dicho preenfriador (101) a contracorriente con respecto a dicho flujo (100) de nitrógeno que va a licuarse y a continuación, a una turbina (104); enviar el flujo (103) que sale de dicha turbina (104) a dicho colector (106) que combina el flujo que sale de la turbina (104) y el flujo (102) que sale del preenfriador (101) para producir dicho flujo (107) de nitrógeno enviado al primer (115) y segundo (117) estadio del compresor.

Description

DESCRIPCION
Planta para la licuacion de nitrogeno utilizando la recuperacion de las frigonas derivadas de la evaporacion de gas natural licuado.
La presente invencion se refiere a una planta y a un procedimiento para la licuacion de nitrogeno utilizando la recuperacion de las frigonas derivadas de la evaporacion de gas natural licuado.
Para poder transportar la cantidad maxima de gas natural, el gas natural se transporta en forma lfquida, manteniendolo a temperatures criogenicas.
Para volver a la forma gaseosa, el gas natural debe vaporizarse y calentarse, y por tanto debe transferir sus frigonas a otro fluido.
La patente EP 1469265, del mismo solicitante, describe un procedimiento de esta clase. La patente US n° 2010/251763 A1 divulga un procedimiento para la licuacion de nitrogeno utilizando la recuperacion de las frigonas derivadas de la evaporacion de gas natural licuado.
El objetivo de la presente invencion es recuperar las frigonas derivadas de la evaporacion de gas natural licuado para utilizarlas en la licuacion de nitrogeno, al tiempo que se reduce el consumo de electricidad en el procedimiento de licuacion de nitrogeno lfquido, explotando las frigonas obtenidas a partir de la evaporacion de gas natural lfquido.
Un objetivo adicional es recuperar las frigonas derivadas de la evaporacion de gas natural licuado para utilizarlas en la licuacion de nitrogeno, lo que es mas ventajoso que los procedimientos adoptados actualmente.
Segun la presente invencion, estos y aun otros objetivos se alcanzan mediante un procedimiento segun la reivindicacion 1.
En las reivindicaciones dependientes, se describen unas caractensticas adicionales de la invencion.
Las ventajas de esta solucion con respecto a soluciones conocidas en la tecnica son diversas.
La presente planta presenta un consumo espedfico de menos de 0.1 kW/Nm3 de LIN para un licuefactor con una capacidad de 400 TPD, y por tanto, se obtiene una reduccion del consumo espedfico para licuacion de nitrogeno de alrededor del 80% con respecto al ciclo de licuacion clasico que no utiliza la recuperacion de las frigonas a partir de LNG, que normalmente presenta un consumo espedfico de 0.52 kW/Nm3 de LlN.
Asimismo, se obtiene una reduccion del consumo de electricidad considerable con respecto a la patente EP 1469265 anteriormente mencionada, de hecho, la presente solucion utiliza un compresor menos, ya que el nitrogeno que se licua (procesado por el compresor de recirculacion de alta presion) actua como refrigerante y como producto de licuacion. Como resultado de esto, el recirculador de alta presion de la patente anterior esta integrado en el compresor que lleva el nitrogeno a la presion de licuacion.
Ademas, esta sinergia deja intacta la condicion de que el gas natural licuado no se utiliza nunca directamente para enfriar el gas procesado por los compresores.
Las caractensticas y las ventajas de la presente invencion se pondran de manifiesto a partir de la siguiente descripcion detallada de una forma de realizacion practica de la misma, ilustrada a modo de ejemplo no limitativo en el dibujo adjunto, en el que:
la figura 1 muestra una forma de realizacion para la licuacion de nitrogeno utilizando la recuperacion de las frigonas derivadas de la evaporacion de gas natural licuado segun la presente invencion.
Haciendo referencia a la figura adjunta, una planta para la licuacion de nitrogeno que utiliza la recuperacion de las frigonas derivadas de la evaporacion de gas natural licuado segun la presente invencion recibe el nitrogeno gaseoso que va a licuarse a una presion de 10 bar y a la temperatura ambiental de 15°C, mientras que el gas natural esta a la temperatura de -156°C.
El flujo de nitrogeno 100 que va a licuarse se suministra a un preenfriador 101.
El flujo 102 de nitrogeno preenfriado se combina con el flujo 103 de gas recirculante que viene de la turbina 104 y con el flujo 105 de gas fno recuperado de la recirculacion a baja presion que se combinan en el colector de nitrogeno fno 106 a una presion de 10 bar y a una temperatura de -110°C.
El flujo 107 que sale del colector 106 es enviado al intercambiador de calor 108 del compresor de recirculacion de alta presion para enfriarse adicionalmente a -145°C.
El flujo 110 que sale del intercambiador de calor 108 se combina, en el colector 113, con el flujo 111 de gas instantaneo (-165°C) que viene del separador a media presion 112.
El flujo 114 que sale del colector 113 es comprimido en el primer estadio 115 del compresor de recirculacion de alta presion.
El flujo 116 que sale del primer estadio 115 es enfriado en el intercambiador de calor 108 y enviado al segundo estadio 117 del compresor de recirculacion de alta presion, retirando el calor de compresion, de forma que la succion de la maquina tiene lugar a la temperatura mas baja posible (-150°C). De esta manera, el consumo de electricidad se reduce considerablemente a medida que la velocidad del flujo volumetrica que va a comprimirse es menor.
El flujo 120 de nitrogeno que sale del segundo estadio 117 del compresor de recirculacion de alta presion esta a una presion de alrededor de 40 bar tal como para licuar el nitrogeno (-154°C) como resultado del gas natural disponible (-156°C).
El flujo 120 que sale del segundo estadio 117 es enviado al intercambiador de calor de licuacion 121.
El flujo 123 de gas natural entra, a contracorriente con respecto al nitrogeno, en el intercambiador de calor 121, a partir del cual sale el flujo 124. El gas natural es gasificado (hasta -125°C) y el nitrogeno es licuado a una temperatura unos pocos grados por encima de la temperatura del gas natural que entra.
El flujo 126 de nitrogeno lfquido producido se divide en dos flujos.
Un primer flujo 127 (alrededor del 10% del total) es enviado al intercambiador de calor 128 del compresor de recirculacion a baja presion para retirar el calor de compresion aguas abajo de cada estadio de compresion. El nitrogeno, aun fno, vease el flujo 157, es inmediatamente recirculado a la turbina 104.
El segundo flujo 129 (el 90% restante) se divide de nuevo (aproximadamente por la mitad) en dos flujos 130 y 150.
Un flujo 130 es adicionalmente enfriado mediante una reduccion de presion, mediante un expansor 131, hasta el valor de la presion de succion del compresor de recirculacion de alta presion (alrededor de 10 bar), y alcanza el separador de presion media 112.
La fase lfquida 132 es separada de la fase vapor 111 en el separador a media presion 112, recuperando el gas instantaneo fno 111 (alrededor del 25% de la velocidad de flujo que se expande a -165°C) directamente en el lado de succion del primer estadio (-150°C) del compresor de recirculacion de alta presion 115.
El flujo 132 de nitrogeno lfquido a una presion de equilibrio a 10 bar es adicionalmente enfriado mediante una reduccion de presion, mediante un expansor 133, hasta el valor de presion de almacenamiento (la presion aguas abajo del expansor es la presion ambiental mas la de la altura piezometrica de carga del tanque, provocando la gasificacion del 25% del flujo 132 a una temperatura de equilibrio de -193°C).
El flujo que sale del expansor 133 es enviado a un separador de baja presion 136 en el que la fase lfquida 134 se separa de la fase vapor 135.
La fase lfquida 134 es enviada a almacenamiento, mientras que la fase vapor 135 es enviada al primer estadio 140 del compresor de recirculacion a baja presion. El flujo 141 que sale del primer estadio 140 es enfriado en el intercambiador de calor 128 y enviado al segundo estadio 142 del compresor de recirculacion a baja presion. Los compresores de recirculacion de baja presion y de alta presion presentan dos estadios y comprenden los intercambiadores de calor intermedios, respectivamente 128 y 108. El intercambiador de calor 128 debe considerarse opcional; de esta manera, el consumo de electricidad del compresor de recirculacion a baja presion puede reducirse adicionalmente, dado que la velocidad de flujo volumetrica que va a comprimirse es mas baja. El flujo 143 que sale del segundo estadio 142 del compresor de recirculacion a baja presion es enviado una vez mas al intercambiador de calor 128. El flujo 105 que sale del intercambiador de calor 128 se envfa al colector 106.
El otro flujo 150, que viene del segundo flujo 129, es enviado al intercambiador de calor 108 del compresor de recirculacion de alta presion.
El flujo 151 que sale del intercambiador de calor 108, se divide en los dos flujos 152 y 153.
El flujo 152 es enviado al preenfriador 101, cuyo flujo 155 de salida se combina con el flujo 153 y con el flujo 157 que sale del intercambiador de calor 128, en relacion con el flujo 127.
El flujo resultante 158 es adicionalmente enfriado por medio de una reduccion de presion, mediante una turbina 104, que expande el flujo de entrada hasta la presion del gas preenfriado que va a licuarse (10 bar y -110°C). La planta se ha dividido en bloques para facilitar la comprension de la misma.
El bloque 200 recibe el nitrogeno que va a licuarse, y lleva a cabo el preenfriamiento.
El bloque 201 recibe el gas natural y lleva a cabo la licuacion del nitrogeno.
El bloque 202 se utiliza para la produccion de nitrogeno lfquido.
El bloque 203 se utiliza para el subrenfriamiento.
El bloque 204 se utiliza para la compresion y para recuperacion de frigonas (temperatura).
El bloque 205 se utiliza para la recuperacion de trabajo (presion).
El bloque 203 es opcional, ya que, si se requiere el almacenamiento de nitrogeno lfquido a la misma presion que el flujo 100 (gas nitrogeno de entrada), no estan instalados el separador de baja presion 136, el compresor de recirculacion a baja presion 140 y 142, ni el intercambiador de calor 128, ya que no se requiere subenfriamiento. Cuando entra en el bloque 203 el nitrogeno lfquido esta a la presion igual al flujo 100 (gas nitrogeno de entrada) y por tanto, el flujo 132 es directamente enviado a almacenamiento.
Aunque se mantenga el bloque 203 en la planta, el intercambiador de calor 128 del compresor de recirculacion a baja presion tambien es opcional: este intercambiador de calor 128 se instala solo si el compresor de recirculacion a baja presion 140, 142 presenta una capacidad lo suficientemente grande para compensar el coste de instalacion del intercambiador de calor 128 con la ganancia de energfa que se deriva del interenfriamiento de las estadios de compresion.
El bloque 200 tambien es opcional, ya que si el nitrogeno no se preenfna se pierde la carga calonfica mas fna en la entrada del intercambiador de calor de recirculacion de alta presion 108 con un aumento consecuente del consumo espedfico debido al aumento de la velocidad de flujo de recirculacion que debe enfriar el intercambiador de calor y a la disminucion de la eficacia de la turbina 104, ya que la velocidad de flujo volumetrica en el lado de succion de la turbina es mas baja.
El gas nitrogeno producido mediante el separador a media presion 112 se reintegra directamente en el lado de succion del primer estadio del compresor de recirculacion de alta presion 115.
Ademas, existe la opcion de recuperar este gas directamente en el colector 106 (junto con el nitrogeno preenfriado 102 y con la recuperacion 105 del nitrogeno del compresor de recirculacion a baja presion 140, 142) antes de que el gas nitrogeno entre en el intercambiador de calor de recirculacion de alta presion 128. Cualquier recuperacion en el colector 106 (y no en el lado de succion de la maquina) afecta solo a la eficacia del ciclo, debido a un ligero aumento del consumo espedfico del compresor de recirculacion de alta presion.
Los ejes de las maquinas 104, 117, 115, 140, 142, total o parcialmente, pueden ser conectables mecanicamente de forma que puedan reducir adicionalmente los consumos de electricidad. En particular, para plantas pequenas pueden estar todos separados, mientras que en plantas mas grandes es ventajoso conectarlos.
Segun la presente invencion, se han intentado utilizar grandes cantidades de gas disponibles en el area de regasificacion para mantener la temperatura de compresion en el punto mas bajo posible para permitir la compresion de grandes cantidades de nitrogeno gaseoso con bajo consumo de energfa.
Ademas, utilizando un expansor 104, es posible expandir el nitrogeno lfquido gasificado mediante el intercambiador de calor 108 y calentado 152, 155 en el expansor 104 para producir una gran cantidad de energfa mecanica o electrica, que puede utilizarse por el compresor 117 y/o 115 para comprimir de nuevo el nitrogeno recirculante 107.
La funcion del preenfriador 101 es hacer descender la temperatura de funcionamiento (lado caliente) del intercambiador de calor 108 hasta temperaturas criogenicas para permitir un consumo de potencia espedfico mejorado del compresor de recirculacion de alta presion 115/117.
El flujo 114 de nitrogeno que sale del intercambiador de calor 108 es enviado al compresor de recuperacion de alta presion 115, 117, a la temperatura mas baja posible utilizando nitrogeno lfquido que viene del intercambiador de calor 121, mejorando adicionalmente la eficiencia energetica.
El flujo 126 que sale del intercambiador de calor de licuacion 121 es nitrogeno lfquido para poder enfriar los elementos aguas abajo hasta la temperatura mas baja posible. De esta manera, la utilizacion de nitrogeno lfquido, por tanto a una temperatura por debajo de -155°C, permite una reduccion adicional en el consumo de potencia de la planta.
El flujo 151, 152 de nitrogeno que sale del intercambiador de calor 108 es enviado al preenfriador 101 a contracorriente con respecto al flujo de nitrogeno 100 que va a licuarse, para calentar tanto como sea posible el nitrogeno gasificado en 108 para expandirse en la turbina 104 con recuperacion de energfa mecanica/electrica superior tal como para reducir el consumo de energfa de la planta.
La utilizacion de un expansor 131 para producir nitrogeno lfquido 132, y el separador 112 que separa el nitrogeno que viene del expansor 131 permite obtener un flujo de gas nitrogeno frio 111, que no es enviado a un intercambiador de calor tal como 128, sino directamente al lado de succion del compresor de recirculacion de alta presion 115/117 tal como para bajar la temperatura de compresion para consumo de potencia espedfico mejorado.
La utilizacion de un compresor de recirculacion 115/117 no solo procesa el nitrogeno que va a licuarse 132/134, como producto final que se deriva del flujo de nitrogeno 100 que va a licuarse, sino que tambien trata una velocidad de flujo mucho mayor 107/110/114/120 tal como para recoger mas frigonas a partir del metano lfquido 123 tal como para transferirlas por medio del nitrogeno lfquido 150 al intercambiador de calor 128 para obtener enfriamiento entre estadios mejorado del compresor 115/117 (en eficacia energetica). Esta nueva disposicion del compresor 115/117 con respecto a los intercambiadores de calor 128 y 121 hace posible obtener un consumo espedfico de la produccion de nitrogeno lfquido << 0.1 kW/Nm3, consumo de electricidad que de otra manera no es posible.
En formas de realizacion alternativas de la presente planta, quiza con un menor rendimiento, pero igualmente funcionales, puede implementarse lo siguiente.
El nitrogeno que va a licuarse es enviado a los siguientes elementos situados en serie: el intercambiador de calor 108 del compresor de recirculacion de alta presion; el compresor de recuperacion de alta presion 115, 117; el intercambiador de calor de licuacion 121 que tambien recibe el flujo a contracorriente 123 de gas natural; el expansor 131; el separador a media presion 112 que suministra el flujo 132 de nitrogeno.
En particular, el compresor 115, 117 comprende en serie el primer estadio 115 del compresor de recirculacion de alta presion; el intercambiador de calor 108 y el segundo estadio 117 del compresor de recirculacion de alta presion.
El preenfriador 101 tambien puede anadirse a la entrada de la planta descrita anteriormente, antes de enviar el flujo 102 al colector 106.
El expansor 133, en el que el flujo es adicionalmente enfriado mediante una reduccion de presion y el otro separador de baja presion 136 en el que la fase lfquida 134 se separa de la fase vapor 135 tambien puede anadirse a la salida.
Por tanto, puede anadirse el bloque 205.
Tambien puede anadirse el bloque 203.
Las plantas concebidas de este modo son susceptibles de numerosas modificaciones y variantes conocidas por los expertos en la materia despues de que la presente descripcion haya llegado a su conocimiento, encontrandose todas dentro del alcance del presente concepto inventivo: ademas, todos los elementos utilizados pueden reemplazarse por elementos tecnicamente equivalentes.

Claims (3)

REIVINDICACIONES
1. Procedimiento para la licuacion de nitrogeno utilizando la recuperacion de las frigonas derivadas de la evaporacion de gas natural licuado que comprende las etapas siguientes:
enviar un flujo de gas nitrogeno a un primer (115) y un segundo (117) estadio del compresor de recirculacion de alta presion;
enviar el flujo (120) de nitrogeno que sale de dicho segundo estadio (117) del compresor a un intercambiador de calor de licuacion (121);
enviar a dicho intercambiador de calor de licuacion (121) un flujo (123) de gas natural licuado, a contracorriente con respecto al flujo (120) de nitrogeno que sale de dicho compresor;
enviar una parte (130) del flujo (126) de nitrogeno lfquido que sale de dicho intercambiador de calor de licuacion (121) a un expansor (131);
enviar el flujo de nitrogeno que sale de dicho expansor (131) a un separador a media presion (112) que suministra un flujo de salida (132) de nitrogeno licuado;
caracterizado por que
el flujo de nitrogeno (100) que va a licuarse es enviado a un preenfriador (101);
el flujo (102) que sale de dicho preenfriador (101) es enviado a un colector (106) que suministra el flujo (107) de gas nitrogeno que es enviado al primer (115) y segundo (117) estadio del compresor;
en el que el envfo del flujo (107) de gas nitrogeno al primer (115) y segundo (117) estadio del compresor comprende:
enviar el flujo (107) de gas nitrogeno a un intercambiador de calor (108) del compresor de recirculacion de alta presion;
enviar el flujo (110) de nitrogeno que sale de dicho intercambiador de calor (108) del compresor de recirculacion de alta presion al primer estadio (115) del compresor de recirculacion de alta presion; el flujo comprimido (116) que sale de dicho primer estadio (115) es enviado al intercambiador de calor (108) del compresor de recirculacion de alta presion y el flujo que sale de este intercambiador de calor (108) es enviado al segundo estadio (117) del compresor de recirculacion de alta presion (117) a -150°C; y por que la parte restante (150) del flujo (126) de nitrogeno lfquido que sale de dicho intercambiador de calor de licuacion (121) es enviada en primer lugar a dicho intercambiador de calor (108) del compresor de recirculacion de alta presion a contracorriente con respecto a dicho flujo (107) de gas nitrogeno y a dicho flujo comprimido (116) de nitrogeno que sale de dicho primer estadio (115) del compresor;
a continuacion (152) a dicho preenfriador (101) a contracorriente con respecto a dicho flujo (100) de nitrogeno que va a licuarse y a continuacion, a una turbina (104);
enviar el flujo (103) que sale de dicha turbina (104) a dicho colector (106) que combina el flujo que sale de la turbina (104) y el flujo (102) que sale del preenfriador (101) para producir dicho flujo (107) de nitrogeno enviado al primer (115) y segundo (117) estadio del compresor.
2. Procedimiento segun la reivindicacion 1, caracterizado por que ademas comprende las etapas siguientes: enviar el flujo (132) de nitrogeno que sale del separador a media presion (112) a un expansor (133) donde es adicionalmente enfriado mediante una reduccion de presion; enviar el flujo que sale del expansor (133) a un separador de baja presion (136) donde la fase lfquida (134) es separada de la fase vapor (135).
3. Procedimiento segun la reivindicacion 1, caracterizado por que ademas comprende las etapas siguientes: enviar el flujo (126, 127) de nitrogeno lfquido que sale de dicho intercambiador de calor de licuacion (121) a un intercambiador de calor (128) del compresor de recirculacion a baja presion;
enviar el flujo (157) que sale de dicho intercambiador de calor (128) a dicha turbina (104); enviar el flujo (135) de nitrogeno en fase vapor que sale de dicho separador de baja presion (136) al primer estadio (140) del compresor de recirculacion a baja presion;
el flujo (141) que sale de dicho primer estadio (140) es enviado a dicho intercambiador de calor (128); el flujo que sale de dicho intercambiador de calor (128) es enviado al segundo estadio (142) del compresor de recirculacion a baja presion; el flujo (143) que sale de dicho segundo estadio (142) es enviado a dicho colector (106).
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