SISTEMA Y PROCEDIMIENTO DE PRODUCCION DE GAS NATURAL LICUADO.
Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/EP2007/063792.
Solicitante: REPSOL YPF, S.A..
Nacionalidad solicitante: España.
Provincia: MADRID.
Inventor/es: SOAVE, GIORGIO, PEREZ DIAZ,SILVIA, MIGLIORE,CALOGERO.
Fecha de Solicitud: 12 de Diciembre de 2007.
Fecha de Publicación: .
Fecha de Concesión: 29 de Julio de 2011.
Clasificación Internacional de Patentes:
- F25J1/02 MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION; ARMAMENTO; VOLADURA. › F25 REFRIGERACION O ENFRIAMIENTO; SISTEMAS COMBINADOS DE CALEFACCION Y DE REFRIGERACION; SISTEMAS DE BOMBA DE CALOR; FABRICACION O ALMACENAMIENTO DEL HIELO; LICUEFACCION O SOLIDIFICACION DE GASES. › F25J LICUEFACCION, SOLIDIFICACION O SEPARACION DE GASES O MEZCLAS GASEOSAS POR PRESION Y ENFRIAMIENTO (bombas criogénicas F04B 37/08; recipientes para almacenamiento de gas, gasómetros F17; llenado o descarga de recipientes con gases comprimidos, licuados o solidificados F17C; máquinas, instalaciones o sistemas de refrigeración F25B). › F25J 1/00 Procedimientos o aparatos de licuefacción o de solidificación de los gases o de las mezclas gaseosas. › requiriendo el empleo de refrigeración, p. ej. de helio, o hidrógeno.
Clasificación PCT:
- F25J1/02 F25J 1/00 […] › requiriendo el empleo de refrigeración, p. ej. de helio, o hidrógeno.
Fragmento de la descripción:
Sistema y procedimiento de producción de gas natural licuado.
La invención se refiere a un procedimiento para obtener Gas Natural Licuado (GNL) usando aire como refrigerante. Este procedimiento se puede llevar a cabo usando un ciclo refrigerante de aire abierto o cerrado.
Antecedentes de la técnica
El gas natural a menudo está disponible en áreas remotas de donde finalmente se usará. Cuando se transporta, el gas natural se enfría a una temperatura de aproximadamente -160ºC a presión atmosférica, de modo que condensa a un líquido llamado gas natural licuado (GNL). Este GNL normalmente es transportado al extranjero en recipientes de transporte adecuados.
Se han desarrollado numerosos ciclos de procedimiento para la producción de GNL para proporcionar los grandes requisitos de refrigeración. Dichos ciclos normalmente usan un refrigerante mezclado que comprende hidrocarburos ligeros y opcionalmente nitrógeno. Por ejemplo, la patente US 4.274.849 describe una mezcla de hidrocarburos, al menos dos, como fluido refrigerante en un procedimiento para licuar un gas natural.
Resumen de la invención
La presente invención se refiere a un procedimiento, sistema o instalación nuevos capaz de licuar gas natural de cualquier tipo de yacimiento de gas natural, y en particular de yacimientos "marinos", y más en particular de yacimientos de gas natural difíciles, en el que este procedimiento comprende aire usado como refrigerante.
El sistema de la presente invención comprende un procedimiento sencilla y fácilmente reproducible en todas las posibles localizaciones, preferiblemente los yacimientos de gas natural "marinos". Este sistema es particularmente ventajoso cuando se encuentra en barcos para licuar gas de yacimientos de gas natural pequeños situados en zonas distantes, lejanas de la costa.
Por lo tanto, un primer aspecto de esta invención, se refiere a un procedimiento para obtener gas natural licuado que comprende aire usado como refrigerante. Este procedimiento se puede desarrollar como un ciclo de refrigeración por aire independiente de la corriente de gas natural.
De acuerdo con el procedimiento de la presente invención, se proporciona un ciclo de refrigeración por aire que comprende las siguientes etapas:
a. comprimir el aire
b. enfriar dicho aire comprimido de la etapa (a)
c. expandir dicho aire comprimido una vez enfriado en la etapa (b); y
d. usar dicho aire expandido (etapa (c)) para enfriar el gas natural
En una realización de la presente invención, el procedimiento también puede comprender la etapa adicional:
e. añadir un aire de reposición con el fin de compensar las probables pérdidas de aire.
El aire de reposición se puede tratar para separar el CO2 y el agua, que se puede llevar a cabo usando instalaciones de tratamiento conocidas en la técnica.
En una realización más preferida, la etapa (a) del procedimiento se lleva a cabo en al menos una etapa, preferiblemente más de una.
El ciclo de refrigeración por aire de la invención puede ser abierto o cerrado. Cuando el ciclo de refrigeración por aire es abierto, el aire se toma continuamente del entorno, en condiciones atmosféricas, se trata para separar el CO2 y agua, se usa para enfriar gas natural de acuerdo con las etapas anteriores y se devuelve a la atmósfera.
Cuando el ciclo de refrigeración por aire es cerrado, el aire usado para enfriar el gas natural vuelve al principio del procedimiento (etapa (a)).
De acuerdo con el procedimiento de la presente invención, la corriente de gas natural pasa por las siguientes etapas:
a. enfriamiento del gas natural.
b. expansión de dicho gas natural una vez enfriado en la etapa (a), obteniéndose el GNL o GNL y una fase de vapor (gas final de evaporación).
Por lo tanto, el gas natural se puede licuar completamente (GNL), sin dejar ninguna fase de vapor, o no completamente, obteniéndose dos fases, líquido y vapor.
En otra realización de la presente invención, si en la etapa (b) se obtienen dos fases, la corriente de gas natural comprende la etapa adicional de:
c. separar dichas fases: líquida (GNL) y vapor (gas final de evaporación).
Opcionalmente, la corriente de gas natural puede comprender la etapa adicional de separar los líquidos del gas natural (LGN), antes de la licuación.
La expresión "líquidos del gas natural (LGN)" tal como se usa en el presente documento se refiere a componentes menos volátiles del gas natural, desde etano a hidrocarburos superiores (etano, propano, butano, isobutano y gasolina natural, esta última llamada a veces condensado), con un contenido minoritario de metano.
En otra realización de la presente invención, la corriente de gas natural se puede tratar previamente, si se requiere, antes de enfriarla. Se conocen diferentes disposiciones de pretratamiento en la técnica. El pretratamiento adecuado depende de la localización, el tipo, la composición exacta y el nivel y naturaleza de los contaminantes o impurezas indeseados presentes en la alimentación del gas natural. Normalmente comprende la separación de, pero no limitado a Hg, H2O, CO2 o H2S.
La corriente de gas natural a menudo pasa al procedimiento con una presión de al menos 1 bar, y preferiblemente más de 10 bar; y también depende de la localización y el tipo de gas natural en el yacimiento de gas.
La alimentación de gas natural puede ser pobre en hidrocarburos más pesados y no necesita separación de los líquidos del gas natural; alternativamente, si el gas natural es parcialmente rico en hidrocarburos más pesados, los líquidos del gas natural se pueden mantener en el GNL final y separarlos por fraccionamiento después de su transporte al destino final. En ambos casos, el gas natural se licua como tal, y esto se realiza usando un solo intercambiador de calor.
En una realización más preferida, una corriente de gas natural particularmente rica en hidrocarburos más pesados se enfría en dos etapas:
Primero, el gas natural se enfría con aire, hasta una temperatura adecuada que permite la condensación como un líquido de la cantidad necesaria de líquidos del gas natural (LGN). Esta etapa se lleva a cabo por un primer intercambiador de calor. Esta temperatura podría depender de la composición de la alimentación de gas natural, especificaciones del GNL, o de requisitos particulares de las recuperaciones y/o purezas de los componentes más pesados. Esta temperatura no será inferior a -100ºC.
El resultado de la etapa previa es una corriente gaseosa de hidrocarburo ligero llamada gas natural de bajo poder calorífico. La expresión "gas natural de bajo poder calorífico" se refiere a una corriente que contiene casi todo el metano y el nitrógeno de la alimentación inicial, la cantidad deseada de etano y cantidades residuales pequeñas de los componentes menos volátiles (propano y superiores).
Segundo, el natural de bajo poder calorífico pasa por un segundo intercambiador de calor donde se enfría con el aire, hasta que es gas está casi totalmente o completamente licuado. La temperatura a la que el GN sale del intercambiador de calor no será menor de -163ºC.
Como una realización alternativa, el enfriamiento y la licuación de una corriente de gas natural particularmente rica en hidrocarburos más pesados, se puede llevar a cabo en solo un intercambiador de calor. En este caso, la extracción de los LGN se hace después del pretratamiento del gas y antes del enfriamiento y licuación.
En otra realización de la invención, la corriente de gas final de evaporación, obtenida como subproducto en la licuación del gas natural, se usa para enfriar las corrientes de gas natural y aire en el procedimiento con el fin de recuperar su energía criogénica, y como gas combustible. Este combustible podría alimentar las turbinas de gas y normalmente será necesario presurizarlo mediante un compresor antes de introducirlo en las mismas. La cantidad de gas final de evaporación obtenido puede corresponderse con la cantidad de gas combustible necesaria o puede ser parte del mismo o puede estar en exceso y usarlo en parte para otros propósitos.
Un segundo aspecto de la presente invención se refiere a un sistema para llevar a cabo el procedimiento previamente descrito, que comprende una corriente continua de gas...
Reivindicaciones:
1. Un sistema de producción de gas natural licuado (GNL) que comprende:
- una estructura móvil, y
- una instalación de licuación de gas natural instalada en la estructura móvil, que comprende:
al menos un compresor (105, 107, 109) en el que se comprime el aire (12) para obtener el aire comprimido (18),
al menos un expansor (112, 113) en el que se expande un aire comprimido enfriado (19) para obtener un aire expandido (24, 25) en fase gaseosa,
al menos un intercambiador de calor (100, 120, 101) en el que solo se enfría el gas natural (2, 5)
mediante el aire expandido (24, 25) y
mediante el gas final de evaporación (9, 10) para obtener un gas natural enfriado (3, 6),
un dispositivo de expansión (102) en el que se expande el gas natural enfriado (6) para obtener un gas natural enfriado expandido (7), y
un recipiente de evaporación final (103) en el que se separa el gas natural enfriado expandido (7) en gas natural licuado GNL (8) y en gas final de evaporación (9).
2. Un sistema de producción de gas natural licuado (GNL) de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el intercambiador de calor (100) además comprende:
una entrada para el aire comprimido (18),
una salida para el aire comprimido enfriado (19), y
una salida para el aire (12) que además está conectada al compresor (105, 107, 109) en un ciclo de refrigeración cerrado o con la atmósfera (26) en un ciclo de refrigeración abierto.
3. Un sistema de producción de gas natural licuado (GNL) de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende un intercambiador de calor (114) adicional, en el que el aire comprimido (18) se enfría con el aire expandido (121) que viene del intercambiador de calor (120) para obtener el aire comprimido enfriado (19).
4. Un sistema de producción de gas natural licuado (GNL) de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende además una unidad de fraccionamiento B, situada después del intercambiador de calor (100, 120), en la que entra el gas natural enfriado (3), se separa una corriente enriquecida en líquidos del gas natural (4), y se separa un gas natural de bajo poder calorífico (5).
5. Un sistema de producción de gas natural licuado (GNL) de acuerdo con la reivindicación 4, en el que un intercambiador de calor (101) está situado después de la unidad de fraccionamiento B, en el que se enfría el gas natural de bajo poder calorífico (5) con el aire expandido (24) y con el gas final de evaporación (9) para obtener el gas natural enfriado (6).
6. Un sistema de producción de gas natural licuado (GNL) de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende además una instalación de pretratamiento A situada antes del intercambiador de calor (100, 120), en la que se separan los contaminantes o impurezas no deseados presentes en la alimentación de gas natural (1).
7. Un sistema de producción de gas natural licuado (GNL) de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende además una instalación de tratamiento C en la que se separan el CO2 y el agua del aire (12') tomado de la atmósfera, obteniéndose el aire (12) que se dirige al compresor (105, 107, 109).
8. Un sistema de producción de gas natural licuado (GNL) de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la estructura móvil consiste en una barcaza.
9. Un sistema de producción de gas natural licuado (GNL) de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la estructura móvil consiste en un buque.
10. Un procedimiento de producción de gas natural licuado (GNL), que comprende las siguientes etapas:
a. comprimir aire (12) para obtener un aire comprimido (18),
b. enfriar el aire comprimido (18) para obtener un aire comprimido enfriado (19),
c. expandir dicho aire comprimido enfriado (19) para obtener un aire expandido (24, 25) en fase gaseosa,
d. enfriar una corriente de gas natural (2, 5) para obtener un gas natural enfriado (6),
e. expandir el gas natural enfriado (6) para obtener un gas natural expandido (7) y separar dicho gas natural expandido (7) en gas natural líquido (GNL) (8) y un gas final de evaporación (9),
en el que dicha etapa de enfriamiento d) solo se realiza por el aire expandido (24, 25) y por el gas final de evaporación (9).
11. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 10, que además comprende la etapa de:
f. añadir corriente de aire de reposición al circuito de aire con el fin de compensar las pérdidas de aire.
12. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 10, en el que la etapa de comprimir el aire (12) se lleva a cabo en más de una etapa.
13. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 10, en el que el aire expandido (25) una vez usado para enfriar el gas natural se vuelve a circular al inicio del procedimiento como aire (12) donde se comprime otra vez.
14. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 10, en el que el aire expandido (25) una vez usado para enfriar el gas natural se libera a la atmósfera (26).
15. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 10, que comprende la etapa adicional de:
g. separar la corriente de gas natural (3) en una corriente enriquecida con líquidos del gas natural (LGN) (4) y una corriente de gas de bajo poder calorífico (5) antes de la licuación del gas natural.
16. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 10, en el que la corriente de gas natural entra en el procedimiento a una presión de al menos 1 bar.
17. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 10, en el que el gas natural se enfría para la licuación en dos etapas.
18. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 17, en el que la corriente de gas natural se enfría, en la primera etapa de enfriamiento, a una temperatura que permite la extracción de la corriente enriquecida con líquidos del gas natural (LGN) (4).
19. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 17, en el que la corriente de gas natural se enfría, en la segunda etapa de enfriamiento, a una temperatura que permite la licuación del mismo.
20. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 10, en el que el gas natural se trata previamente antes de enfriarlo.
21. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 20, en el que el tratamiento previo del gas natural comprende la separación de CO2, H2S, H2O o Hg.
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