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

Proceso y sistema para obtener gas natural licuado.

Objeto de la invención

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.

Antecedentes de la invención

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.

Descripción de la invención

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 NH₃, hidrofluorocarbonos (HFC), hidroclorofluorocarbonos (HCFC), CO₂, 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, CO₂, H₂S y H₂O, 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.

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 CO₂ 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... [Seguir leyendo]

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).

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: NH₃, hidrofluorocarbonos (HFC), hidroclorofluorocarbonos (HCFC), CO₂, 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: CO₂, H₂S, H₂O 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).

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 CO₂ 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).

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: CO₂, H₂S, H₂O 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 CO₂ de la corriente de aire (19').