BR112017004105B1

BR112017004105B1 - Métodos para liquefazer e purificar um fluxo de suprimento de etano e um fluxo de etano de alta pressão, e método para refrigerar um fluxo de suprimento de etano

Info

Publication number: BR112017004105B1
Application number: BR112017004105-7A
Authority: BR
Inventors: David Allen Kennedy; Thomas Lyons; Christopher YOUNT
Original assignee: Ge Oil & Gas, Inc
Priority date: 2014-09-02
Filing date: 2014-09-02
Publication date: 2022-10-25
Also published as: US20170307291A1; WO2016036344A1; BR112017004105A2; CN107208963A; SA517381006B1; AR101514A1; US11598578B2; CA2959152C; AU2014405606A1; AU2014405606B2; CA2959152A1

Abstract

MÉTODOS PARA LIQUEFAZER E PURIFICAR UM FLUXO DE SUPRIMENTO DE ETANO E UM FLUXO DE ETANO E MÉTODO PARA REFRIGERAR UM FLUXO DE SUPRIMENTO DE ETANO. Trata-se de uma usina e um processo usados para liquefazer e purificar um fluxo de suprimento de etano de alta pressão. A usina inclui um sistema de refrigeração em cascata que refrigera o fluxo de suprimento de etano. O sistema de refrigeração inclui um circuito de propileno, um circuito de etileno e um circuito de refrigerante misturado. O circuito de refrigerante misturado inclui um refrigerante que inclui etano e metano. A usina inclui um desmetanizador que é configurado para remover metano e outros líquidos de gás natural do fluxo de etano refrigerado.

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

[001] Esta invenção refere-se, de modo geral, ao processamento de etano e, mais particularmente, porém, sem limitação a um processo de regime permanente para liquefazer e purificar um fluxo de etano de alta pressão.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[002] Etano é um líquido de gás natural (ngl) que é usado, principalmente, como matéria-prima para produção petroquímica e para fabricação de plástico de etileno. Etano e outros líquidos de gás natural são, tipicamente, removidos de gás natural em uma usina de processamento e transferidos para compradores em tubulações. Devido ao etano ferver a cerca de -88,33 °C (-127 °F) em pressão atmosférica, é necessário pressurizar o etano para envio por tubulação em temperaturas práticas (por exemplo, 5.515,81 kPa (800 psig) a 21,11 °C (70 °F)).

[003] Recentemente, se tornou desejável transferir etano por navio para mercados estrangeiros. Devido às complexidades para se transferir líquidos sob elevadas pressões, se deseja transferir o etano a pressões próximas à atmosférica sob condições de refrigeração. As realizações preferenciais da presente invenção são direcionadas aos métodos aperfeiçoados para um processo eficiente para produzir um fluxo de etano liquefeito a pressões próximas à atmosférica e abaixo das temperaturas de ponto de ebulição.

DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

[004] Em uma realização preferencial, a presente invenção inclui uma usina e método de operação para liquefazer e purificar um fluxo de etano de alta pressão. Em uma realização preferencial, o método inclui as etapas de desidratar o fluxo de etano, refrigerar o fluxo de etano desidratado para produzir um fluxo de etano liquefeito próximo à pressão atmosférica e transportar o vapor de etano liquefeito para uma instalação de armazenamento de etano. A etapa de refrigerar o fluxo de etano desidratado inclui as etapas de passar um refrigerante de propileno através de um primeiro circuito de refrigeração, passar o fluxo de suprimento de etano desidratado através do primeiro circuito de refrigeração, passar um refrigerante de etileno através de um segundo circuito de refrigeração, passar o fluxo de suprimento de etano desidratado através do segundo circuito de refrigeração, passar um refrigerante misturado através de um terceiro circuito de refrigeração e passar o fluxo de suprimento de etano desidratado através do terceiro circuito de refrigeração. O processo inclui, opcionalmente, as etapas adicionais de capturar gases de evaporação a partir da instalação de armazenamento de etano e transportar os gases de evaporação para uma tubulação de gás.

[005] Em outro aspecto, a usina e método de operação incluem um método para refrigerar um fluxo de suprimento de etano através de uma pluralidade de circuitos de refrigeração em cascata. O método inclui passar um refrigerante de propileno através de um primeiro circuito de refrigeração, passar o fluxo de suprimento de etano através do primeiro circuito de refrigeração, passar um refrigerante de etileno através de um segundo circuito de refrigeração, passar o fluxo de suprimento de etano através do segundo circuito de refrigeração, passar um refrigerante misturado através de um terceiro circuito de refrigeração e passar o fluxo de suprimento de etano através do terceiro circuito de refrigeração.

[006] Em ainda outro aspecto, as realizações preferenciais incluem um método para liquefazer e purificar um fluxo de suprimento de etano de alta pressão que inclui as etapas de desidratar o fluxo de suprimento de etano, refrigerar o fluxo de suprimento de etano desidratado e desmetanizar uma porção do fluxo de suprimento de etano refrigerado. A etapa de refrigerar o fluxo de suprimento de etano desidratado inclui adicionalmente passar o fluxo de suprimento de etano desidratado através de uma pluralidade de circuitos de refrigeração em cascata.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

[007] A Figura 1 fornece um fluxograma de processo de uma realização preferencial do processo de liquefação e purificação de etano.

[008] A Figura 2 fornece um fluxograma de processo de uma unidade de desidratação construída em conformidade com uma realização preferencial.

[009] A Figura 3 fornece um fluxograma de processo de um esquema de refrigeração preferencial do processo da Figura 1.

[010] A Figura 4 é um diagrama de tubulação e instrumento para realizações preferenciais do processo de liquefação e purificação da Figura 1.

DESCRIÇÃO DE REALIZAÇÕES DA INVENÇÃO

[011] As realizações preferenciais da presente invenção incluem usina e método aperfeiçoados de operação para liquefazer e purificar um fluxo de etano de alta pressão. A usina e o processo são bem adequados para criar etano líquido refrigerado próximo à pressão atmosférica a partir de um suprimento abastecido de tubulação de alta pressão de líquido de gás natural (ngl).

[012] Com referência, primeiro, à Figura 1, é mostrado na mesma um fluxograma funcional que representa uma realização preferencial de uma usina de processamento 100 configurada para liquefazer e purificar um fluxo de suprimento 102 de etano de tubulação de alta pressão. Em realizações particularmente preferenciais, o fluxo de suprimento de etano 102 é de cerca de 95% de etano puro a uma pressão de cerca de 5.515,81 kPa (800 psig) e a uma temperatura de cerca de 21,11 °C (70 °F). A usina 100 inclui, de modo geral, uma unidade de desidratação 104, um complexo de refrigeração 106, armazenamento de etano 108 e um módulo de desmetanizador 110. Após a refrigeração, fluxos de etano líquido a partir do armazenamento de etano 108 e do módulo de desmetanizador 110 são alimentados a um terminal de etano liquefeito 112 ou metano gasoso e de armazenamento a jusante a partir do módulo de desmetanizador 110 é alimentado a uma tubulação de gás natural 114. Adicionalmente ao fluxo de suprimento de etano 102, a usina 100 também exige, preferencialmente, uma fonte de água resfriada, óleo resfriado, potência elétrica e gás combustível. Em uma realização particularmente preferencial, a usina 100 é configurada para operar de uma maneira de regime permanente para produzir etano liquefeito substancialmente puro a uma temperatura de cerca de -103,88 °C (-155 °F) e a uma pressão de cerca de 3,44 kPa (0,5 psig). O metano recuperado da usina 100 é comprimido e transferido para a tubulação de gás natural 114.

[013] Com referência à Figura 2, é mostrada na mesma uma representação funcional da unidade de desidratação 104. O fluxo de suprimento de etano 102 na tubulação de fonte pode ser saturado com água e conter metano e pequenas quantidades de outros líquidos de gás natural, que incluem propano, etileno e propileno. Deseja-se remover água, metano e outros líquidos de gás natural do fluxo de suprimento de etano 102.

[014] A unidade de desidratação 104 inclui, preferencialmente, um separador líquido-líquido 116 e um ou mais filtros moleculares de desidratante 118. O fluxo de suprimento 102 passa, primeiramente, através do separador líquido-líquido 116 para remover qualquer água livre e, então, através de um medidor de fluxo 120 antes de entrar no um ou mais filtros 118. Os filtros 118 removem qualquer água restante do fluxo de suprimento 102 para criar um fluxo de etano líquido desidratado 122.

[015] Na realização particularmente preferencial representada na Figura 2, a unidade de desidratação 104 emprega três filtros moleculares 118a, 118b e 118c com dessecantes sólidos em cada filtro 118. O fluxo de suprimento 102 é girado sequencialmente através dos filtros 118, de modo que o fluxo de suprimento 102 é fornecido a um primeiro filtro 118a enquanto um segundo filtro 118b é aquecido para regenerar o dessecante e um terceiro filtro 118c é resfriado após a regeneração em preparação para um ciclo em linha subsequente. No fim de um ciclo, o filtro regenerado e resfriado 118c é colocado de volta em linha e o líquido é drenado a partir do filtro fora de linha 118a. Após o filtro exaurido 118a ter sido drenado e despressurizado, o mesmo é regenerado aquecendo-se com um gás de regeneração. Após regeneração, permite-se que o filtro 118a se resfrie e, então, seja pressurizado em preparação para um ciclo de carregamento subsequente. Em uma realização particularmente preferencial, o gás de regeneração é composto pelo abastecimento de gás de combustível de compressor que é aquecido, usado na unidade de desidratação 104 e, então, resfriado. A água é eliminada do gás combustível antes que a mesma seja encaminhada para uso como combustível em compressores localizados na usina 100.

[016] Com referência à Figura 3, o fluxo de etano líquido desidratado 122 é encaminhado ao complexo de refrigeração 106 a partir da unidade de desidratação 104. De modo geral, o complexo de refrigeração 106 inclui um sistema de refrigeração em cascata que inclui uma pluralidade de circuitos de refrigeração. Com referência à Figura 3, é mostrado na mesma um diagrama funcional do complexo de refrigeração 106. Na realização particularmente preferencial representada na Figura 3, o complexo de refrigeração 106 inclui três circuitos de refrigeração em cascata que reduzem a temperatura do fluxo de etano líquido desidratado 122 de cerca de 21,11 °C (70 °F) para cerca de -103,88 °C (-155 °F). Mais especificamente, o complexo de refrigeração 106 inclui um primeiro circuito de refrigeração 124 que utiliza propileno como um refrigerante primário, um segundo circuito de refrigeração 126 que utiliza etileno como um refrigerante primário e um terceiro circuito de refrigeração 128 que utiliza um refrigerante misturado. Em uma realização particularmente preferencial, o refrigerante misturado inclui cerca de 75% em volume de metano e cerca de 25% em volume de metano.

[017] O propileno é preferencial como o refrigerante para o primeiro circuito de refrigeração 124 porque o propileno condensa a 45,55 °C (105 °F) e 1.565,11 kPa (227 psig) e o propileno líquido ferve a -40,55 °C (-41 °F) a 34,47 kPa (5 psig). O etileno é preferencial como o refrigerante para o segundo circuito de refrigerante 126 porque o etileno condensa a -10 °C (14 °F) e 1.268,64 kPa (184 psig) e o etileno líquido ferve a -98,88 °C (-146 °F) a 34,47 kPa (5 psig). Quando em cascata em um circuito de refrigeração de dois estágios, o propileno e o etileno são eficazes em resfriar o fluxo de suprimento de etano desidratado 122 para cerca de -97,22 °C (-143 °F). No entanto, devido ao fluxo de suprimento de etano desidratado 122 poder incluir metano e outros líquidos de gás natural, é necessário resfriar o fluxo de suprimento de etano desidratado 122 para cerca de -103,88 °C (-155 °F) para alcançar liquefação próxima à total em pressão próxima à atmosférica. Consequentemente, o terceiro circuito de refrigeração 128 é usado com o refrigerante misturado de etano/metano para reduzir a temperatura do fluxo de etano líquido desidratado 122 para cerca de -103,88 °C (-155 °F). Notavelmente, o refrigerante de etileno usado no segundo circuito de refrigeração 126 é passado através do primeiro circuito de refrigeração 124 e o refrigerante misturado usado no terceiro circuito de refrigeração 128 é passado através de ambos o primeiro e o segundo circuitos de refrigeração 124, 126.

[018] Com referência à Figura 4, é mostrado na mesma um diagrama de tubulação e instrumento de uma realização particularmente preferencial da usina 100. Após secagem, o fluxo de etano líquido desidratado 122 é resfriado para aproximadamente -42,77 °C (-45 oF) pelo primeiro circuito de refrigeração 124. O primeiro circuito de refrigeração 124 inclui, preferencialmente, um par de trens de resfriamento substancialmente equivalentes que são, cada um, configurados para resfriar cerca de metade do vapor de etano desidratado 122. Cada trem dentro do primeiro circuito de refrigeração 124 inclui, preferencialmente, um compressor de propileno 130, três trocadores de calor de propileno 132a 132b e 132c, três recipientes de termossifão de propileno 134a, 134b e 134c, e três válvulas de expansão de propileno 136a, 136b e 136c.

[019] Cada compressor 130 comprime o refrigerante de propileno 138 usado em cada respectivo trem. Em uma realização altamente preferencial, cada compressor de propileno 130 é um compressor de três estágios que é alimentado por uma turbina a gás. Turbinas a gás adequadas incluem as turbinas a gás de modelo LM6000 fabricada pela General Electric. No estágio final de compressão, o propileno será comprimido para cerca de 910,10 kPa (132 psig) e resfriado para cerca de 40,55 °C (105 oF) através de um banco de invólucro de água resfriada e trocadores de calor de tubo 140. Uma torre de resfriamento (não mostrada) será usada para resfriar o abastecimento de água para a usina 100. A 40,55 °C (105 oF) o propileno será condensado e esse líquido alimentará a primeira válvula de expansão de propileno 136a para produzir propileno a aproximadamente 0 °C (32 oF) e 475,73 kPa (69 psig). Esse fluxo de fase misturada, com uma fração de vapor de cerca de 0,285, alimenta o primeiro recipiente de termossifão 134a e fornece a refrigeração necessária através do primeiro trocador de calor de propileno 132a. O primeiro trocador de calor de propileno 132a resfria o suprimento de etano desidratado 122 para aproximadamente 1,66 °C (35 oF). O primeiro trocador de calor de propileno 132a também fornece o primeiro resfriamento ao refrigerante misturado 142 a partir do terceiro circuito de refrigeração 128. O primeiro trocador de calor de propileno 132a é, preferencialmente, um trocador de calor de alumínio soldado. Será verificado que os trocadores de calor de propileno 132 podem ser unidades separadas ou uma única unidade com seções separadas.

[020] O vapor a partir do primeiro recipiente de termossifão de propileno 134a é combinado com a segunda descarga de estágio do compressor de propileno 130. O líquido a 475,73 kPa (69 psig) e 0 °C (32 oF) do primeiro recipiente de termossifão de propileno 134a alimenta a segunda válvula de expansão de propileno 136b para produzir propileno a aproximadamente -22,22 (-8 oF) e 179,26 kPa (26 psig). Esse fluxo de propileno de fase misturada, com uma fração de vapor de cerca de 0,125, alimenta o segundo recipiente de termossifão de propileno 134b e fornece a refrigeração necessária através do segundo trocador de calor de propileno 132b. O segundo trocador de calor de propileno 132b é, preferencialmente, um trocador de calor de alumínio soldado.

[021] O segundo trocador de calor de propileno 132b resfria o fluxo de etano desidratado 122, o fluxo de refrigerante misturado 142 e um fluxo de refrigerante de etileno 144 para aproximadamente -15 °C (5 oF). O fluxo de refrigerante de etileno 144 do segundo circuito de refrigeração 126 entra no segundo trocador de calor de propileno 132b a aproximadamente -10 °C (14 oF) e 1.268,64 kPa (184 psig).

[022] O vapor do segundo recipiente de termossifão de propileno 134b é combinado com a descarga do primeiro estágio do compressor de propileno 130. O propileno líquido 138 a 179,26 kPa (26 psig) e -13,33 °C (8 oF) do segundo recipiente de termossifão de propileno 134b alimenta uma terceira válvula de expansão de propileno 136c para produzir propileno a aproximadamente 13,78 kPa (2 psig) e -44,44 °C (-48 oF). Esse fluxo de propileno de fase misturada, com uma fração de vapor de 0,108, alimenta o terceiro recipiente de termossifão de propileno 134c e o terceiro trocador de calor de propileno 132c. O terceiro trocador de calor de propileno 132c é configurado, preferencialmente, como dois trocadores de calor de núcleo e caldeira duplos. O líquido do terceiro recipiente de termossifão de propileno 134c fornece o banho no qual esses dois trocadores de calor de núcleo duplo e de alumínio soldado 132c são imersos. Através de um conjunto de trocadores de núcleo duplo 132c passa o fluxo de refrigerante misturado 142 a partir do terceiro circuito de refrigeração 128 e é resfriado para 7,22 °C (45 oF). Através de um núcleo do segundo trocado de núcleo e caldeira duplos 132c o fluxo de etano desidratado 122 é resfriado para -42,77 °C (-45 oF) e através do outro núcleo o fluxo de etileno líquido 144 a partir do segundo circuito de refrigeração 126 é resfriado para -42,77 °C (-45 oF). A ebulição de vapor a partir do banho dentro do trocador de calor de núcleo e caldeira 132c constitui a sucção de primeiro estágio do compressor de propileno 130.

[023] Após o resfriamento para -42,77 °C (-45 oF) no primeiro circuito de refrigeração 124, o fluxo de etano líquido desidratado 122 e o fluxo de refrigerante misturado 142 são resfriados adicionalmente para -73,88 °C (101 oF) com o segundo circuito de refrigeração 126, o sistema de refrigeração de etileno. O segundo circuito de refrigeração 126 inclui, preferencialmente, dois trens de refrigeração que operam em paralelo para resfriar metade do fluxo de etano desidratado 122. Cada trem dentro do segundo circuito de refrigeração 126 inclui, preferencialmente, um compressor de etileno 146, um par de recipientes de termossifão de etileno 148a, 148b, um par de trocadores de calor de etileno 150a, 150b e um par de válvulas de expansão de etileno 152a, 152b. Será verificado que os trocadores de calor de etileno 150 podem ser unidades separadas ou uma única unidade com seções separadas.

[024] Em uma realização particularmente preferencial, cada compressor de etileno 146 é acionado por um motor elétrico. Motores elétricos adequados produzem cerca de 4.400 de potência e estão disponíveis junto à General Electric. O compressor de etileno 146 inclui dois estágios e fornecerá dois níveis de refrigeração. No estágio final de compressão, o fluxo de refrigerante de etileno 144 será comprimido para 1.268,64 kPa (184 psig) e 10 °C (14 oF). O fluxo de etileno 144 é resfriado para cerca de -42,77 °C (-45 oF) no primeiro circuito de refrigeração 124 com o sistema de refrigeração de propileno.

[025] A -42,77 °C (-45 oF) o fluxo de refrigerante de etileno 144 será condensado e esse líquido alimentará a primeira válvula de expansão de etileno 152a para produzir etileno a aproximadamente -62,22 °C (-80 oF) e 592,94 kPa (86 psig). Esse fluxo de fase misturada, com uma fração de vapor de 0,134, alimenta o primeiro recipiente de termossifão de etileno 148a e fornece a refrigeração necessária através da primeira seção do trocador de calor de alumínio soldado 150a para resfriar o suprimento de etano desidratado 122 de -42,77 °C (-45 oF) a aproximadamente -60,55 °C (-77 oF). O primeiro trocador de calor de etileno 150a também resfriará o fluxo de refrigerante misturado 142 que deixa o primeiro circuito de refrigeração 124 de cerca de - 42,77 °C (-45 oF) a aproximadamente -60,55 °C (-77 oF).

[026] O vapor a partir do primeiro recipiente de termossifão de etileno 148a é combinado com a primeira descarga de estágio do compressor de etileno 146. O etileno líquido a 592,94 kPa (86 psig) e -62,22 °C (-80 oF) do primeiro recipiente de termossifão de etileno 148a alimenta uma segunda válvula de expansão de etileno 152b para produzir um fluxo de etileno 144 a aproximadamente -75,55 °C (-104 oF) e 310,26 kPa (45 psig). Esse fluxo de fase misturada, com uma fração de vapor de 0,079, alimenta o segundo recipiente de termossifão de etileno 148b e fornece a refrigeração necessária através da segunda seção do trocador de calor de alumínio soldado 150b para resfriar o suprimento de etano desidratado 122 e o fluxo de refrigerante misturado 142 a aproximadamente -73,88 °C (-101 oF).

[027] Após resfriamento a -73,88 °C (-101 oF) com etileno no segundo circuito de refrigeração 126, os dois fluxos de etano desidratado líquido 122 e dois fluxos de refrigerante misturado 142 dos trens de refrigeração separados são, cada um, combinados de modo que a refrigeração final no terceiro circuito de refrigeração 126 seja realizada com um único trocador de calor de refrigerante misturado 154. Adicionalmente ao trocador de calor de refrigerante misturado 154, o terceiro circuito de refrigeração 126 inclui uma válvula de expansão de refrigerante misturado 156, um recipiente de termossifão de refrigerante misturado 158 e um par de compressores de refrigerante misturado 160.

[028] O trocador de calor de refrigerante misturado 152 é, preferencialmente, um projeto de núcleo e caldeira duplo. O refrigerante misturado sub-resfriado 142 a -73,88 °C (-101 oF) alimenta a válvula de expansão de refrigerante misturado 156 para produzir refrigerante misturado a aproximadamente 41,36 kPa (6 psig) e -107,77 °C (-162 oF). Esse fluxo de fase misturada, com uma fração de vapor de 0,269, alimenta o trocador de calor de refrigerante misturado de núcleo e caldeira duplo 154. O líquido a partir desse fluxo de refrigerante misturado 142 compreende o banho no qual esses trocadores de calor de alumínio soldado de núcleo duplo 154 são imersos. Através desses trocadores de calor 154, o fluxo de etano líquido desidratado 122 é resfriado para -102,22 °C (-152 oF).

[029] As saídas combinadas de etano líquido 122 alimentam uma válvula de expansão de etano 162 para produzir etano a 3,44 kPa (0,5 psig) e - 103,88 °C (-155 oF). Esse fluxo de fase misturada, com uma fração de vapor de 0,031, é transferido para o recipiente separador s 164. Os líquidos a partir do recipiente separador 164 são enviados ao armazenamento de etano 108 (não representado na Figura 4) e gases são encaminhados para o módulo de desmetanizador 110. O etano liquefeito do armazenamento de etano 108 pode ser, então, transferido ao terminal de etano liquefeito 112, onde o mesmo será carregado em navios para transporte. Devido à temperatura de armazenamento não ser projetada para ser inferior à -103,88 °C (-155 oF) e a concentração de metano ser muito alta para permitir liquefação total, o módulo de desmetanizador 110 é utilizado para remover metano e outros gases do etano no armazenamento de etano 108.

[030] O módulo de desmetanizador 110 inclui, de modo geral, uma coluna desmetanizadora 166, um trocador de calor desmetanizador 168 e uma pluralidade de compressores desmetanizadores 170. O gás instantâneo combinado a partir do recipiente separador 164 e o gás de evaporação a partir do armazenamento de etano 108 a aproximadamente 3,44 kPa (0,5 psig) e - 103,88 °C (-155 oF) são aquecidos a aproximadamente -1,66 °C (29 oF) através de uma passagem através do trocador de calor desmetanizador 168. O trocador de calor desmetanizador 168 é, preferencialmente, um trocador de calor de evaporação de alumínio soldado de três passagens. O gás de evaporação é comprimido posteriormente com os compressores desmetanizadores 170 para cerca de 3.275,01 kPa (475 psig) para satisfazer a exigência de pressão mínima para gás combustível para as turbinas na usina 100. Os compressores desmetanizadores 170 são divididos, preferencialmente, em três trens para encaixar nas maiores embalagens de compressor de parafuso disponíveis. Cada trem consistirá em um intensificador e um compressor de alto estágio. O compressor de intensificador comprimirá o gás de evaporação para aproximadamente 655 kPa (95 psig) e por meio de resfriadores de injeção de óleo 172 que mantêm a temperatura de descarga em aproximadamente 93,33 °C (200 oF). O gás de evaporação será resfriado adicionalmente para 40,55 °C (105 oF) com um invólucro de água resfriada e trocadores de calor de tubo 174. O resfriamento de óleo também será por meio de um trocador de calor de tubo e de invólucro de água resfriada. O compressor de alto estágio será resfriado de maneira similar com as descargas combinadas finais a 3.275,01 kPa (475 psig) e 40,55 °C (105 oF).

[031] A partir dessa linha de descarga o gás combustível exigido será primeiramente usado para regeneração da unidade de desidratação de etano 104 antes de abastecer gás combustível para as turbinas na usina 100. O saldo do gás de evaporação percorrerá através de uma segunda passagem do trocador de calor desmetanizador 166 e será resfriado a aproximadamente - 55,55 °C (-68 oF) para alimentar a coluna desmetanizadora 168.

[032] A função de condensador para a coluna desmetanizadora 168 é fornecida pelo retorno de vapor de refrigerante misturado 142 a partir do banho de núcleo e caldeira do trocador de calor de refrigerante misturado 154. A temperatura desse fluxo é de aproximadamente -88,33 °C (-127 oF) e será aquecida até -87,22 °C (-125 oF) para alimentar os compressores de refrigerante misturado 160. O calor para o refervedor na coluna desmetanizadora 168 será fornecido pelas descargas dos compressores de refrigerante misturado 160. O líquido a partir do fundo da coluna desmetanizadora 168 será aproximadamente 99% de etano puro que será misturado com a linha de etano para armazenamento de etano 108. O vapor superior a partir da coluna desmetanizadora irá conter menos que 6% de etano a aproximadamente 3.206,06 kPa (465 psig) e -75 °C (-103 oF). O fluxo superior passará através da terceira passagem do trocador de calor desmetanizador 166. O fluxo superior, agora a 38,88 °C (102 oF), será comprimido a 5.515,81 kPa (800 psig) com um compressor de tubulação 176 para inserção na tubulação de gás 114. Um trocador de calor de tubo e de invólucro de água resfriada 178 é instalado na descarga do compressor de tubulação 176 para diminuir a temperatura de descarga para 40,55 °C (105 oF).

[033] O refrigerante misturado a 5,24 kPa (0,76 psig) e -87,22 °C (-125 oF) a partir do condensador da coluna desmetanizadora 168 é dividido em dois fluxos e comprimido a 1.441 kPa (209 psig) com os compressores de refrigerante misturado 160. Os fluxos de descarga de refrigerante misturado 142 são primeiramente resfriados de 71,11 °C (160 oF) para 40,55 °C (105 oF) através de um trocador de calor de tubo e de invólucro de água resfriada 180. Esse fluxo é resfriado posteriormente a aproximadamente (73 oF) com um segundo trocador de calor 182 conforme o mesmo é usado como fonte de calor para o refervedor na coluna desmetanizadora 168. O fluxo de refrigerante misturado é usado, então, no primeiro circuito de refrigeração 124, conforme descrito acima.

[034] Portanto, a usina 100 é configurada para converter um suprimento de etano de alta pressão 122 em etano purificado, refrigerado e liquefeito que é bem adequado para transporte por navio. A usina 100 emprega um sistema de refrigeração em cascata de três circuitos que reduz de maneira eficiente a temperatura do suprimento de etano. Notavelmente, o circuito de refrigeração em cascata usa propileno com o refrigerante no primeiro circuito 124, etileno como o refrigerante no segundo circuito 126 e um refrigerante misturado que inclui etano e metano no terceiro circuito 128. O refrigerante de etileno é passado através do primeiro circuito de refrigeração 124 e o refrigerante de etano-metano misturado é passado através do primeiro e do segundo circuitos de refrigeração 124, 126. Uma vez refrigerado e armazenado em pressões próximas à atmosférica, o metano é removido do gás de evaporação e usado como gás combustível para turbinas dentro da usina 100 ou transferido para uma tubulação de gás natural. A usina 100 é altamente escalonável e pode ser configurada para processar uma ampla variedade de matéria-prima de etano e para produzir etano liquefeito e purificado sob uma gama de condições.

[035] Deve ser compreendido que, apesar de inúmeras características e vantagens de várias realizações da presente invenção terem sido estabelecidas na descrição anterior, junto com detalhes da estrutura e funções de várias realizações da invenção, essa revelação é ilustrativa apenas e mudanças podem ser feitas em detalhes, especialmente em matérias de estrutura e disposição de partes dentro do escopo da presente invenção em uma extensão global indicada pelo significado geral amplo dos termos em que as reivindicações anexas são expressas. Será observado por técnicos no assunto que os ensinamentos da presente invenção podem ser aplicados a outros sistemas sem que se afaste do escopo da presente invenção.

Claims

1. MÉTODO PARA LIQUEFAZER E PURIFICAR UM FLUXO DE SUPRIMENTO DE ETANO (102) DE ALTA PRESSÃO, compreendendo as etapas de: desidratar o fluxo de suprimento de etano (102); refrigerar o fluxo de suprimento de etano desidratado (122), sendo que a etapa de refrigerar o fluxo de suprimento de etano (122) desidratado compreende adicionalmente: passar o fluxo de suprimento de etano desidratado (122) através de uma pluralidade de circuitos de refrigeração (124, 126, 128) em cascata que usam uma pluralidade de refrigerantes (138, 144, 142); em que a etapa de refrigerar o fluxo de suprimento de etano desidratado (122) compreende adicionalmente: passar um refrigerante de propileno (138) através de um primeiro circuito de refrigeração (124); passar o fluxo de suprimento de etano desidratado (122) através do primeiro circuito de refrigeração (124); passar um refrigerante de etileno (144) através de um segundo circuito de refrigeração (126); passar o fluxo de suprimento de etano desidratado (122) através do segundo circuito de refrigeração (126); o método caracterizado por compreender adicionalmente as etapas de: passar um refrigerante misturado (142) através de um terceiro circuito de refrigeração (128); e passar o fluxo de suprimento de etano desidratado através do terceiro circuito de refrigeração (128); e desmetanizar uma porção do fluxo de suprimento de etano refrigerado.

2. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela etapa de: passar o refrigerante misturado (142) compreende adicionalmente passar um refrigerante misturado que inclui metano e etano através do terceiro circuito de refrigeração (128); passar o refrigerante de etileno (144) através do primeiro circuito de refrigeração (124); ou passar o refrigerante misturado (142) através do segundo circuito de refrigeração (126).

3. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pela etapa de passar o refrigerante misturado (142) compreender adicionalmente passar um refrigerante misturado que inclui 75% de etano e 25% de metano através do terceiro circuito de refrigeração (128).

4. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por compreender adicionalmente a etapa de passar o refrigerante misturado (142) através do primeiro circuito de refrigeração (124).

5. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pela etapa de desmetanizar uma porção do fluxo de suprimento de etano refrigerado compreender adicionalmente: passar o fluxo de suprimento de etano refrigerado através de um recipiente separador (164); transportar etano liquefeito do recipiente separador (164) para uma instalação de armazenamento de etano (108); passar gases instantâneos do recipiente separador (164) para uma coluna desmetanizadora (166).

6. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pela etapa de desmetanizar uma porção do fluxo de suprimento de etano refrigerado compreender adicionalmente passar o refrigerante misturado (142) para um condensador na coluna desmetanizadora (166).

7. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pela etapa de desmetanizar uma porção do fluxo de suprimento de etano refrigerado compreender adicionalmente: separar etano liquefeito de metano e outros gases na coluna desmetanizadora (166); e transportar o etano liquefeito da coluna desmetanizadora (166) para a instalação de armazenamento de etano (108).

8. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pela etapa de desidratar o fluxo de suprimento de etano compreender adicionalmente a etapa de passar o fluxo de suprimento de etano através de um separador líquido-líquido (116) ou de um ou mais filtros moleculares (118) e ainda compreender regenerar o um ou mais filtros moleculares (118) pela passagem dos gases produzidos pela coluna desmetanizadora (166) através do um ou mais filtros moleculares (118).

9. MÉTODO PARA REFRIGERAR UM FLUXO DE SUPRIMENTO DE ETANO, através de uma pluralidade de circuitos de refrigeração (124, 126, 128) em cascata, compreendendo as etapas de: passar um refrigerante de propileno (138) através de um primeiro circuito de refrigeração (124); passar o fluxo de suprimento de etano através do primeiro circuito de refrigeração (124); passar um refrigerante de etileno (144) através de um segundo circuito de refrigeração (126); passar o fluxo de suprimento de etano através do segundo circuito de refrigeração (126); o método caracterizado por compreender adicionalmente as etapas de: passar um refrigerante misturado (142) através de um terceiro circuito de refrigeração (128); e passar o fluxo de suprimento de etano através do terceiro circuito de refrigeração (128).

10. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pela etapa de passar o refrigerante misturado (142) compreender adicionalmente passar um refrigerante misturado que inclui metano e etano através do terceiro circuito de refrigeração (128).

11. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pela etapa de passar o refrigerante misturado compreender adicionalmente passar um refrigerante misturado que inclui 75% de etano e 25% de metano através do terceiro circuito de refrigeração (128).

12. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado por compreender adicionalmente a etapa de passar o refrigerante de etileno (144) através do primeiro circuito de refrigeração (124) ou passar o refrigerante misturado (142) através do primeiro circuito de refrigeração (124) e do segundo circuito de refrigeração (126).

13. MÉTODO PARA LIQUEFAZER E PURIFICAR UM FLUXO DE ETANO (102) DE ALTA PRESSÃO, compreendendo as etapas de: desidratar o fluxo de etano (102); refrigerar o fluxo de etano desidratado (122) para produzir um fluxo de etano liquefeito próximo à pressão atmosférica, sendo que a etapa de refrigerar o fluxo de etano desidratado (122) compreende adicionalmente: passar um refrigerante de propileno (138) através de um primeiro circuito de refrigeração (124); passar o fluxo de suprimento de etano desidratado (122) através do primeiro circuito de refrigeração (124); passar um refrigerante de etileno (144) através de um segundo circuito de refrigeração (126); passar o fluxo de suprimento de etano desidratado (122) através do segundo circuito de refrigeração (126); o método caracterizado por compreender adicionalmente as etapas de: passar um refrigerante misturado (142) através de um terceiro circuito de refrigeração (128); e passar o fluxo de suprimento de etano desidratado através do terceiro circuito de refrigeração (128); e transportar o vapor de etano liquefeito para uma instalação de armazenamento de etano (108); capturar gases de evaporação da instalação de armazenamento de etano (108); e transportar os gases de evaporação para uma tubulação de gás (114).