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ES2983357A1 - System and method for producing liquefied natural gas (LNG) with CO2 capture - Google Patents

System and method for producing liquefied natural gas (LNG) with CO2 capture Download PDF

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ES2983357A1
ES2983357A1 ES202430434A ES202430434A ES2983357A1 ES 2983357 A1 ES2983357 A1 ES 2983357A1 ES 202430434 A ES202430434 A ES 202430434A ES 202430434 A ES202430434 A ES 202430434A ES 2983357 A1 ES2983357 A1 ES 2983357A1
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ES
Spain
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stage
natural gas
liquefaction
capture
lng
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ES202430434A
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Spanish (es)
Inventor
Del Pozo Carlos Rafael Arnaiz
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Universidad Politecnica de Madrid
Original Assignee
Universidad Politecnica de Madrid
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Publication date
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Abstract

Sistema y método de producción de gas natural licuado GNL con captura de CO2 que comprenden: - una caldera de generación de vapor (300) para la combustión con aire (4) del gas natural vaporizado (3) generado en una etapa de expansión y separación (106), - unos medios de captura del CO2 (200) contenido en los gases de escape (5) de la caldera de generación de vapor (300) que comprenden etapas de absorción (201) y de compresión (202). La etapa de licuación y subenfriamiento comprenden un compresor de refrigerante (103, 105) y una turbina de vapor a contrapresión (501, 502). La etapa de absorción (201) comprende una alimentación de vapor de agua a baja presión (10, 11) procedente de las turbinas de vapor a contrapresión (501, 502). La caldera de generación de vapor (300) genera de vapor de alta presión (6) que alimenta las turbinas de vapor a contrapresión (501, 502).1. System and method for producing liquefied natural gas (LNG) with CO2 capture comprising: - a steam generating boiler (300) for the combustion with air (4) of the vaporized natural gas (3) generated in an expansion and separation stage (106), - means for capturing the CO2 (200) contained in the exhaust gases (5) of the steam generating boiler (300) comprising absorption (201) and compression (202) stages. The liquefaction and subcooling stage comprises a refrigerant compressor (103, 105) and a back pressure steam turbine (501, 502). The absorption stage (201) comprises a low pressure steam feed (10, 11) from the back pressure steam turbines (501, 502). The steam generating boiler (300) generates high pressure steam (6) which feeds the back pressure steam turbines (501, 502).

Description

DESCRIPCIÓNDESCRIPTION

Sistema y método de producción de gas natural licuado GNL con captura de CO<2>System and method of producing liquefied natural gas (LNG) with CO2 capture

Sector de la técnicaTechnical sector

La presente invención pertenece al sector de la técnica relativo a los sistemas de producción de gas natural licuado GNL. Más específicamente la invención tiene como objeto un sistema y método para la licuación de una corriente de gas natural que además integra una unidad de captura de CO<2>. The present invention belongs to the technical sector relating to liquefied natural gas (LNG) production systems. More specifically, the invention relates to a system and method for liquefying a natural gas stream that also includes a CO<2> capture unit.

Antecedentes de la invenciónBackground of the invention

El gas natural licuado GNL es gas natural que ha sido procesado para su transporte en estado líquido. El gas natural es transportado en dicho estado líquido a presión atmosférica y en un rango de temperatura de aproximadamente entre -150 °C y - 170 °C. Liquefied natural gas (LNG) is natural gas that has been processed for transport in a liquid state. Natural gas is transported in this liquid state at atmospheric pressure and in a temperature range of approximately -150 °C to - 170 °C.

Para convertir el gas natural en líquido, se enfría el gas tratado hasta aproximadamente -162°C, que es la temperatura a la cual el metano, su componente principal, cambia de fase a estado líquido a presión atmosférica. To convert natural gas into a liquid, the treated gas is cooled to approximately -162°C, which is the temperature at which methane, its main component, changes phase to a liquid state at atmospheric pressure.

En el proceso de licuación se comprimen gases refrigerantes produciendo líquidos fríos, tales como propano, etano/etileno, metano, nitrógeno o mezclas de ellos, que luego se evaporan a medida que intercambian calor con la corriente de gas natural. De este modo, el gas natural se enfría hasta el punto en que se convierte en líquido. Una vez que el gas ha sido licuado se somete a una expansión para poder almacenarlo a presión atmosférica. El gas natural licuado GNL producido se almacena en tanques especiales para ser luego transferido a buques tanques especiales de transporte. In the liquefaction process, refrigerant gases are compressed to produce cold liquids, such as propane, ethane/ethylene, methane, nitrogen or mixtures of these, which are then evaporated as they exchange heat with the natural gas stream. In this way, the natural gas is cooled to the point where it becomes a liquid. Once the gas has been liquefied, it undergoes expansion so that it can be stored at atmospheric pressure. The liquefied natural gas (LNG) produced is stored in special tanks to be later transferred to special transport tankers.

Es un aspecto relevante de este tipo de plantas disminuir su huella medioambiental e incrementar la competitividad y sostenibilidad de las mismas. A relevant aspect of this type of plants is to reduce their environmental footprint and increase their competitiveness and sustainability.

Sumario de la invenciónSummary of the invention

Es objeto de la presente invención un sistema de producción de gas natural licuado GNL con captura de CO<2>. El sistema comprende una corriente adaptada para la circulación de gas natural, estando el sistema adaptado para el enfriamiento y/o expansión de la corriente de gas natural a bajas temperaturas de -140 °C a -170°C en etapas de enfriamiento y/o expansión para producir gas natural licuado GNL a presión atmosférica. El sistema comprende medios para una etapa de licuación que comprenden a su vez: The present invention relates to a liquefied natural gas (LNG) production system with CO<2> capture. The system comprises a stream adapted for the circulation of natural gas, the system being adapted for cooling and/or expanding the natural gas stream at low temperatures of -140°C to -170°C in cooling and/or expansion stages to produce liquefied natural gas (LNG) at atmospheric pressure. The system comprises means for a liquefaction stage which in turn comprise:

- medios para una etapa de preenfriamiento de la corriente de gas natural, - means for a pre-cooling stage of the natural gas stream,

- medios para una etapa de licuación y subenfriamiento de la corriente de gas natural localizados a continuación de los medios para la etapa de preenfriamiento, y - means for a stage of liquefaction and subcooling of the natural gas stream located downstream of the means for the precooling stage, and

- medios para una etapa de expansión y separación del producto gas natural licuado GNL localizada a continuación de los medios para la etapa de licuación y subenfriamiento que resulta en el producto gas natural licuado GNL y gas natural vaporizado. - means for an expansion and separation stage of the liquefied natural gas (LNG) product located downstream of the means for the liquefaction and subcooling stage resulting in the liquefied natural gas (LNG) product and vaporized natural gas.

El sistema de la invención comprende, además: The system of the invention further comprises:

- una caldera de generación de vapor configurada para la combustión con aire del gas natural vaporizado generado en los medios para la etapa de expansión y separación, - a steam generating boiler configured for combustion with air of the vaporized natural gas generated in the media for the expansion and separation stage,

- unos medios de captura del CO<2>contenido en los gases de escape de la caldera de generación de vapor que comprenden a su vez: - means for capturing the CO<2> contained in the exhaust gases from the steam generating boiler, which in turn comprise:

<o>unos medios para una etapa de absorción para la extracción del CO<2>de dichos gases de escape, y <o>means for an absorption stage for the extraction of CO<2>from said exhaust gases, and

<o>unos medios para una etapa de compresión localizados a continuación de los medios para la etapa de absorción. <o>means for a compression stage located downstream of the means for the absorption stage.

Los medios para la etapa de licuación y subenfriamiento comprenden al menos un compresor de refrigerante y una turbina de vapor a contrapresión acoplada mecánicamente al compresor y los medios para la etapa de preenfriamiento y los medios para la etapa de absorción comprenden una alimentación de vapor de agua a baja presión procedente de las turbinas de vapor a contrapresión. Además, la caldera de generación de vapor está configurada para la generación de vapor de alta presión que alimenta a las turbinas de vapor a contrapresión. The means for the liquefaction and subcooling stage comprise at least one refrigerant compressor and a back-pressure steam turbine mechanically coupled to the compressor and the means for the pre-cooling stage and the means for the absorption stage comprise a low-pressure steam feed from the back-pressure steam turbines. In addition, the steam generating boiler is configured for the generation of high-pressure steam feeding the back-pressure steam turbines.

La presente invención tiene, por lo tanto, como objeto la licuación de una corriente de gas natural, más específicamente presurizada y desprovista de contaminantes tales como el CO<2>, H<2>O, H<2>S, en una unidad de licuación, integrando además una unidad de captura del CO<2>generado mediante la combustión con aire en una caldera de vapor del gas natural vaporizado producido en la unidad de licuación. The present invention therefore has as its object the liquefaction of a natural gas stream, more specifically pressurized and free of contaminants such as CO<2>, H<2>O, H<2>S, in a liquefaction unit, also integrating a unit for capturing the CO<2> generated by combustion with air in a steam boiler of the vaporized natural gas produced in the liquefaction unit.

Según lo anteriormente comentado, la corriente de gas natural tras la etapa de subenfriamiento es expandida hasta presión ambiente e introducida en una cámara de separación "flash", separándose una cierta cantidad de gas natural vaporizado que se emplea como combustible de la planta y un producto gas natural licuado. As previously mentioned, the natural gas stream after the subcooling stage is expanded to ambient pressure and introduced into a "flash" separation chamber, separating a certain quantity of vaporized natural gas that is used as fuel for the plant and a liquefied natural gas product.

El sistema propuesto presenta diversas ventajas cuando se considera la integración de captura de CO<2>en plantas de licuación de gas natural, un aspecto crítico para disminuir la huella medioambiental de la planta e incrementar la competitividad y sostenibilidad de este vector energético en décadas venideras. The proposed system presents several advantages when considering the integration of CO2 capture in natural gas liquefaction plants, a critical aspect to reduce the environmental footprint of the plant and increase the competitiveness and sustainability of this energy vector in the coming decades.

Es también objeto de la presente invención un método de producción de gas natural licuado GNL con captura de CO<2>. El método comprende una corriente adaptada para la circulación de gas natural, estando el sistema adaptado para el enfriamiento y/o expansión de la corriente de gas natural a bajas temperaturas de -140°C a -170°C en etapas de enfriamiento y/o expansión para producir gas natural licuado GNL a presión atmosférica, donde el método comprende una etapa de licuación que comprende las siguientes etapas: The present invention also relates to a method for producing liquefied natural gas (LNG) with CO<2> capture. The method comprises a stream adapted for the circulation of natural gas, the system being adapted for cooling and/or expanding the natural gas stream at low temperatures of -140°C to -170°C in cooling and/or expansion stages to produce liquefied natural gas (LNG) at atmospheric pressure, where the method comprises a liquefaction stage comprising the following stages:

- una etapa de preenfriamiento de la corriente de gas natural, - a pre-cooling stage of the natural gas stream,

- una etapa de licuación y subenfriamiento de la corriente de gas natural localizados a continuación de la etapa de preenfriamiento, - una etapa de expansión y separación del producto gas natural licuado GNL localizada a continuación de la etapa de licuación y subenfriamiento que resulta en el producto gas natural licuado GNL y gas natural vaporizado. - a natural gas stream liquefaction and subcooling stage located downstream of the pre-cooling stage, - a liquefied natural gas (LNG) product expansion and separation stage located downstream of the liquefaction and subcooling stage resulting in the liquefied natural gas (LNG) product and vaporized natural gas.

El método comprende: The method comprises:

- una etapa de generación de vapor mediante una caldera para la combustión con aire del gas natural vaporizado generado en la etapa de expansión y separación, - a steam generation stage using a boiler for combustion with air of the vaporized natural gas generated in the expansion and separation stage,

- una etapa de captura del CO<2>contenido en los gases de escape de la etapa de generación de vapor, que comprenden a su vez: - a stage of capturing the CO<2> contained in the exhaust gases from the steam generation stage, which in turn comprises:

<o>una etapa de absorción para la extracción del CO<2>de dichos gases de escape, y <o>an absorption stage for the extraction of CO<2>from said exhaust gases, and

<o>una etapa de compresión localizada a continuación de la etapa de absorción. <o>a compression stage located after the absorption stage.

La etapa de licuación y subenfriamiento comprende al menos un compresor de refrigerante y una turbina de vapor a contrapresión acoplada mecánicamente al compresor y la etapa de preenfriamiento y la etapa de absorción comprenden una alimentación de vapor de agua a baja presión procedente de las turbinas de vapor a contrapresión, la etapa de generación de vapor generando vapor de alta presión que alimenta a las turbinas de vapor a contrapresión. The liquefaction and subcooling stage comprises at least one refrigerant compressor and a back-pressure steam turbine mechanically coupled to the compressor and the pre-cooling stage and the absorption stage comprise a low-pressure steam feed from the back-pressure steam turbines, the steam generation stage generating high-pressure steam which feeds the back-pressure steam turbines.

Breve descripción de los dibujosBrief description of the drawings

Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención, se acompaña como parte integrante de dicha descripción un dibujo en donde, con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente: To complement the description being made and in order to assist in a better understanding of the characteristics of the invention, a drawing is included as an integral part of said description, in which, for illustrative and non-limiting purposes, the following has been represented:

Figura 1. Muestra un esquema de un primer ejemplo de realización del sistema de producción de gas natural licuado objeto de la invención. Figure 1. Shows a diagram of a first embodiment of the liquefied natural gas production system object of the invention.

Figura 2. Muestra un esquema de un segundo ejemplo de realización del sistema de producción de gas natural licuado objeto de la invención. Figure 2. Shows a diagram of a second embodiment of the liquefied natural gas production system object of the invention.

Ejemplos de realización de la invenciónExamples of embodiments of the invention

La presente invención tiene como objeto la licuación de una corriente de gas natural (1), particularmente presurizada y desprovista de contaminantes tales como el CO<2>, H<2>O y H<2>S en una unidad de licuación (100) según, por ejemplo, la figura 1, integrando también una unidad de captura del CO<2>(200) generado mediante la combustión con aire (4) en una caldera de vapor (300) del gas natural vaporizado (3) producido en la unidad de licuación (100). The present invention relates to the liquefaction of a natural gas stream (1), particularly pressurized and free of contaminants such as CO<2>, H<2>O and H<2>S in a liquefaction unit (100) according to, for example, figure 1, also integrating a capture unit for the CO<2>(200) generated by combustion with air (4) in a steam boiler (300) of the vaporized natural gas (3) produced in the liquefaction unit (100).

En las figuras 1 y 2 se representan sendos ejemplos de realización que divulgan un sistema de producción de gas natural licuado GNL con captura de CO<2>, que comprende una corriente adaptada para la circulación de gas natural (1). El sistema está adaptado para el enfriamiento y/o expansión de la corriente de gas natural a bajas temperaturas de -140 °C a -170°C en etapas de enfriamiento y/o expansión para producir gas natural licuado GNL a presión atmosférica. El sistema comprende medios para una etapa de licuación (100) que comprenden a su vez: Figures 1 and 2 show two embodiments that disclose a liquefied natural gas LNG production system with CO<2> capture, comprising a stream adapted for the circulation of natural gas (1). The system is adapted for cooling and/or expanding the natural gas stream at low temperatures of -140°C to -170°C in cooling and/or expansion stages to produce liquefied natural gas LNG at atmospheric pressure. The system comprises means for a liquefaction stage (100) that in turn comprise:

- Medios para una etapa de preenfriamiento (101) de la corriente de gas natural (1). - Means for a pre-cooling stage (101) of the natural gas stream (1).

- Medios para una etapa de licuación y subenfriamiento de la corriente de gas natural (1) localizados a continuación de los medios para la etapa de preenfriamiento (101). Los medios para una etapa de licuación y subenfriamiento pueden constar de etapas diferenciadas para la licuación (102) y subenfriamiento (104) o se integran en una sola etapa de licuación y subenfriamiento (107, 108) duplicadas y operando en paralelo. - Means for a stage of liquefaction and subcooling of the natural gas stream (1) located downstream of the means for the pre-cooling stage (101). The means for a stage of liquefaction and subcooling may consist of separate stages for liquefaction (102) and subcooling (104) or may be integrated into a single stage of liquefaction and subcooling (107, 108) duplicated and operating in parallel.

- Medios para una etapa de expansión y separación (106) del producto gas natural licuado GNL localizada a continuación de los medios para la etapa de licuación y subenfriamiento que resulta en el producto gas natural licuado GNL (2) y gas natural vaporizado (3). - Means for an expansion and separation stage (106) of the liquefied natural gas product LNG located downstream of the means for the liquefaction and subcooling stage resulting in the liquefied natural gas product LNG (2) and vaporized natural gas (3).

El sistema comprende también: The system also includes:

- una caldera de generación de vapor (300) configurada para la combustión con aire (4) del gas natural vaporizado (3) generado en los medios para la etapa de expansión y separación (106), - a steam generating boiler (300) configured for combustion with air (4) of the vaporized natural gas (3) generated in the means for the expansion and separation stage (106),

- unos medios de captura del CO<2>(200) contenido en los gases de escape (5) de la caldera de generación de vapor (300) que comprenden a su vez: - means for capturing the CO<2>(200) contained in the exhaust gases (5) of the steam generating boiler (300) which in turn comprise:

<o>unos medios para una etapa de absorción (201) para la extracción del CO<2>de dichos gases de escape (5), y <o>means for an absorption stage (201) for extracting CO<2> from said exhaust gases (5), and

<o>unos medios para una etapa de compresión (202) localizados a continuación de los medios para la etapa de absorción (201). <o>means for a compression stage (202) located downstream of the means for the absorption stage (201).

En un ejemplo de realización la concentración de CO<2>en los gases de escape (5) alimentados a los medios para la etapa de absorción (201), previamente a su extracción en los medios de la etapa de absorción (201), es de aproximadamente 10%mol, alcanzando una captura del CO<2>contenido en los gases de escape (5) de aproximadamente el 90%. El aire (4) empleado en la combustión en la caldera de generación de vapor (300) es aproximadamente entre un 5% y un 10% en exceso del estequiométrico. In one embodiment, the concentration of CO<2> in the exhaust gases (5) fed to the means for the absorption stage (201), prior to their extraction in the means of the absorption stage (201), is approximately 10% mol, achieving a capture of the CO<2> contained in the exhaust gases (5) of approximately 90%. The air (4) used in the combustion in the steam generation boiler (300) is approximately between 5% and 10% in excess of the stoichiometric.

En un ejemplo de realización en los medios para una etapa de compresión (202) se produce una corriente de CO<2>purificada (9) a elevada presión, comprendida entre 110 y 150 bar. En otro ejemplo de realización se alimenta también una corriente de CO<2>(8) eliminado de la corriente de gas natural (1) previamente a la unidad de licuación (100), no mostrada en la figura, que pudiera estar presente en dicha corriente de gas natural (1). In an exemplary embodiment, a stream of purified CO (9) is produced at a high pressure of between 110 and 150 bar in the means for a compression stage (202). In another exemplary embodiment, a stream of CO (8) removed from the natural gas stream (1) is also fed to the liquefaction unit (100), not shown in the figure, which could be present in said natural gas stream (1).

La unidad de licuación (100) consta de unos medios para la licuación y subenfriamiento de la corriente de gas natural (1), que se componen de ciclos de refrigeración por compresión y expansión de un refrigerante. The liquefaction unit (100) consists of means for liquefying and subcooling the natural gas stream (1), which consist of compression and expansion refrigeration cycles of a refrigerant.

En los ejemplos de realización mostrados, los medios para la licuación y subenfriamiento comprenden al menos un compresor de refrigerante (103, 105) y una turbina de vapor a contrapresión (501, 502). La turbina de vapor a contrapresión (501, 502) está acoplada mecánicamente al compresor (103, 105). Además, los medios para la etapa de preenfriamiento (101) de la unidad de licuación (100) y los medios para la etapa de absorción (201) de la unidad de captura (200) comprenden una alimentación de vapor de agua a baja presión (10, 11) procedente de las turbinas de vapor a contrapresión (501, 502). Además, la caldera de generación de vapor (300) está configurada para la generación de vapor de alta presión (6) que alimenta a las turbinas de vapor a contrapresión (501, 502). In the exemplary embodiments shown, the means for liquefaction and subcooling comprise at least one refrigerant compressor (103, 105) and a back-pressure steam turbine (501, 502). The back-pressure steam turbine (501, 502) is mechanically coupled to the compressor (103, 105). Furthermore, the means for the pre-cooling stage (101) of the liquefaction unit (100) and the means for the absorption stage (201) of the capture unit (200) comprise a low-pressure steam feed (10, 11) from the back-pressure steam turbines (501, 502). Furthermore, the steam generating boiler (300) is configured for the generation of high-pressure steam (6) feeding the back-pressure steam turbines (501, 502).

Cuando se indica que la turbina opera a contrapresión se refiere a que la presión de salida del vapor es superior a la atmosférica, en contraposición a las turbinas de condensación, que expanden el vapor hasta presiones de vacío. When it is indicated that the turbine operates at back pressure, it refers to the fact that the steam outlet pressure is higher than atmospheric pressure, as opposed to condensation turbines, which expand the steam to vacuum pressures.

Según lo anterior, la potencia suministrada a los compresores de refrigeración (103, 105) se lleva a cabo mediante acoplamiento mecánico con turbinas de vapor a contrapresión (501, 502), por ejemplo, con una presión de salida para el vapor expandido comprendida entre los valores empleados en el vapor alimentado a la etapa de preenfriamiento (101). According to the above, the power supplied to the refrigeration compressors (103, 105) is carried out by mechanical coupling with counter-pressure steam turbines (501, 502), for example, with an outlet pressure for the expanded steam between the values used in the steam fed to the pre-cooling stage (101).

En un ejemplo de realización, la potencia de los medios de la etapa de preenfriamiento (101) para generar el refrigerante es proporcionada por una corriente de vapor de agua a baja presión (10) comprendida entre 1 bar y 6 bar. In an exemplary embodiment, the power of the pre-cooling stage means (101) for generating the coolant is provided by a low-pressure water vapor stream (10) between 1 bar and 6 bar.

Por lo tanto, el vapor de baja presión (10) alimentado a la etapa de preenfriamiento (101) proporciona la potencia de refrigeración de esa etapa. El vapor de baja presión (11) alimentado a la etapa de absorción (201) permite regenerar el disolvente empleado para capturar el CO<2>. Therefore, the low pressure steam (10) fed to the pre-cooling stage (101) provides the cooling power of that stage. The low pressure steam (11) fed to the absorption stage (201) allows to regenerate the solvent used to capture the CO<2>.

En un ejemplo de realización, el sistema comprende medios para la selección del nivel de alta presión y de la temperatura del vapor a la entrada de las turbinas de vapor a contrapresión (501, 502) para alcanzar condiciones de vapor saturado o ligeramente sobrecalentado tras las expansión en dichas turbinas de vapor a contrapresión (501, 502). Esto indica que la caldera que genera vapor (300) de alta presión tiene un diseño muy flexible, y que la presión de salida de la turbina de vapor a contrapresión (501, 502) es tal que el vapor de baja presión se pueda integrar eficazmente en los medios de la etapa de preenfriamiento (101) y los medios para la etapa de absorción (201). In one exemplary embodiment, the system comprises means for selecting the high pressure level and the temperature of the steam at the inlet to the back pressure steam turbines (501, 502) to achieve saturated or slightly superheated steam conditions after expansion in said back pressure steam turbines (501, 502). This indicates that the high pressure steam generating boiler (300) has a very flexible design, and that the outlet pressure of the back pressure steam turbine (501, 502) is such that the low pressure steam can be efficiently integrated into the pre-cooling stage means (101) and the absorption stage means (201).

Tanto la etapa de preenfriamiento (101) como la unidad de absorción (201) presentan una elevada demanda térmica en forma de vapor de agua de baja presión (10, 11). Esta demanda de vapor de baja presión puede ser satisfecha mediante las turbinas de vapor a contrapresión (501, 502), empleadas en lugar de turbinas de gas habituales para accionar los compresores de refrigeración de las etapas de licuación/subenfriamiento. Both the pre-cooling stage (101) and the absorption unit (201) have a high thermal demand in the form of low-pressure steam (10, 11). This low-pressure steam demand can be met by means of counter-pressure steam turbines (501, 502), which are used instead of conventional gas turbines to drive the refrigeration compressors of the liquefaction/subcooling stages.

En ambos ejemplos de realización mostrados en las figuras 1 y 2, los medios para la etapa de preenfriamiento (101) emplean amoniaco como refrigerante para reducir la temperatura de la corriente de gas natural (1) hasta aproximadamente -30°C. Por lo tanto, la unidad de licuación (100) consta de la etapa de preenfriamiento (101) que emplea amoniaco para reducir la temperatura de la corriente de gas natural (1) hasta, según lo indicado anteriormente, aproximadamente -30°C. La potencia de la etapa de preenfriamiento (101) para generar el refrigerante amoniaco es proporcionada por la corriente de vapor de agua a baja presión (10) comprendida entre 1 bar y 6 bar. In both embodiments shown in Figures 1 and 2, the means for the pre-cooling stage (101) employ ammonia as a refrigerant to reduce the temperature of the natural gas stream (1) to about -30°C. Therefore, the liquefaction unit (100) comprises the pre-cooling stage (101) employing ammonia to reduce the temperature of the natural gas stream (1) to, as indicated above, about -30°C. The power of the pre-cooling stage (101) to generate the ammonia refrigerant is provided by the low pressure steam stream (10) comprised between 1 bar and 6 bar.

Adicionalmente, cuando se integra captura de CO<2>, la producción de potencia en turbinas de vapor a contrapresión (501, 502) a través de la combustión de gas natural vaporizado (3) en la caldera de vapor (300) con una cantidad de aire (4) cercana a la estequiométrica, en contraposición a varias turbinas de gas en la unidad de licuación (100) y en una central eléctrica auxiliar que emplee a su vez más turbinas de gas, permite obtener una única corriente de gases de escape (5) con todo el CO<2>generado presente a una elevada concentración, de aproximadamente 10 %mol. previamente a la columna de absorción, evitando los numerosos conductos, canalizaciones y conexiones de los gases de escape de cada turbina de gas, así como calderas de recuperación de calor específicas para cada turbina de gas a través de las cuales generar el vapor para la regeneración del absorbente de la unidad de captura de CO<2>, cuya pérdida de carga disminuiría además la potencia proporcionada por la turbina de gas, reduciendo la producción de gas natural licuado GNL. Additionally, when CO<2> capture is integrated, the production of power in back-pressure steam turbines (501, 502) through the combustion of vaporized natural gas (3) in the steam boiler (300) with a quantity of air (4) close to stoichiometric, as opposed to several gas turbines in the liquefaction unit (100) and in an auxiliary power plant that in turn employs more gas turbines, allows to obtain a single stream of exhaust gases (5) with all the generated CO<2> present at a high concentration, of approximately 10% mol. prior to the absorption column, avoiding the numerous ducts, pipes and connections of the exhaust gases of each gas turbine, as well as heat recovery boilers specific for each gas turbine through which to generate the steam for the regeneration of the absorbent of the CO<2> capture unit, whose pressure loss would also decrease the power provided by the gas turbine, reducing the production of liquefied natural gas LNG.

En un ejemplo de realización, la caldera de generación de vapor (300) está configurada para la combustión con aire (4) de la fracción de gas natural vaporizada (3) en una cantidad entre un 5 % y un 10 % superior a la estequiométrica. Esto permite que el CO<2>se encuentre más concentrado en los gases de escape (5) de la caldera de vapor (300), en contraposición a las turbinas de gas, que operan con grandes excesos de aire. Por lo tanto, los gases de escape de las turbinas de gas, con una concentración de CO<2>más diluida, aproximadamente del 3.0 al 3.5%mol, precisan una unidad de absorción de mayor tamaño para una misma cantidad de CO<2>secuestrado: cambiadores de mezcla directa más grandes y mayor diámetro y altura de la columna de absorción al tener que tratar un flujo volumétrico mayor y con el CO<2>menos concentrado. Estos elementos adicionales introducidos cuando se implementa la captura de CO<2>ocasionan un aumento sustancial de la superficie requerida por la planta, que puede verse reducida con el esquema propuesto por los motivos descritos. Todo ello redunda en un coste de evitación del CO<2>inferior frente a tecnologías que implementen captura de CO<2>de los gases de escape de turbinas de gas, permitiendo una mayor producción de GNL en la unidad de licuación (100), antes de alcanzar los límites constructivos de la unidad de absorción (200). In one embodiment, the steam generating boiler (300) is configured for combustion with air (4) of the vaporized natural gas fraction (3) in an amount between 5% and 10% higher than the stoichiometric. This allows the CO<2> to be more concentrated in the exhaust gases (5) of the steam boiler (300), as opposed to gas turbines, which operate with large excesses of air. Therefore, the exhaust gases of gas turbines, with a more diluted CO<2> concentration, approximately 3.0 to 3.5% mol, require a larger absorption unit for the same amount of sequestered CO<2>: larger direct mixing exchangers and greater diameter and height of the absorption column due to having to treat a greater volumetric flow and with less concentrated CO<2>. These additional elements introduced when implementing CO<2> capture cause a substantial increase in the surface area required by the plant, which can be reduced with the proposed scheme for the reasons described. All this results in a lower cost of avoiding CO<2> compared to technologies that implement CO<2> capture from gas turbine exhaust gases, allowing greater LNG production in the liquefaction unit (100), before reaching the construction limits of the absorption unit (200).

Las tecnologías que utilizan propano o refrigerantes mixtos para el preenfriamiento emplean potencia eléctrica suministrada a los compresores de refrigeración, en lugar de potencia térmica. El accionamiento de los compresores de refrigeración con turbinas de vapor en plantas de tecnologías convencionales sin captura se realizaba en la antigüedad, pero la baja eficiencia de conversión a electricidad, los costosos sistemas de tratamiento del agua, calderas y condensadores de vapor, ya que las turbinas expanden hasta presiones de vacío para alcanzar eficiencias aceptables requiriéndose equipos muy voluminosos, motivaron que fueran paulatinamente remplazadas por turbinas de gas, industriales y más recientemente aeroderivadas, más eficientes. No obstante, los ciclos de vapor presentan ciertas ventajas: Technologies using propane or mixed refrigerants for pre-cooling use electrical power supplied to refrigeration compressors, rather than thermal power. Steam turbines were used to drive refrigeration compressors in conventional technology plants without capture in the past, but the low efficiency of conversion to electricity, the expensive water treatment systems, boilers and steam condensers, since the turbines expand to vacuum pressures to reach acceptable efficiencies, requiring very bulky equipment, led to their gradual replacement by more efficient gas turbines, industrial turbines and, more recently, aeroderivative turbines. Nevertheless, steam cycles have certain advantages:

• Las turbinas de vapor a contrapresión (501, 502) pueden diseñarse en cualquier tamaño de potencia, en contraposición a las turbinas de gas que están disponibles para potencias fijas discretas, lo que permite una mayor flexibilidad para diseñar y seleccionar el tamaño de la unidad de licuación (100), así como distribuir las potencias entre las etapas de licuación y subenfriamiento. Análogamente, la caldera de vapor (300) puede construirse para cualquier potencia y presiones/temperaturas del vapor, siendo habituales tamaños superiores a los 800 MW de potencia térmica en plantas de generación de potencia que emplean carbón como combustible. • Back pressure steam turbines (501, 502) can be designed in any power size, as opposed to gas turbines which are available for discrete fixed powers, allowing greater flexibility in designing and selecting the size of the liquefaction unit (100) as well as allocating the powers between the liquefaction and subcooling stages. Similarly, the steam boiler (300) can be built for any power and steam pressures/temperatures, with sizes greater than 800 MW of thermal power being common in coal-fired power plants.

• El gas natural vaporizado (3) alimentado a la caldera de vapor (300) no es preciso presurizarlo, evitando un costoso compresor del combustible gaseoso, la generación de potencia auxiliar y un motor eléctrico asociado. En las plantas que emplean turbinas de gas, se requiere comprimir el combustible hasta el ratio de presión de operación de la turbina, que puede llegar a ser del orden de 50. Por otra parte, emplear ciclos de vapor con el calor generado en la caldera, es decir, un motor de combustión externa, elimina prácticamente la influencia de las condiciones ambiente, temperatura de aire, humedad, presión atmosférica etc., en la producción de gas natural licuado GNL de la planta, haciendo que ésta sea estable en el tiempo. Las turbinas de vapor (501, 502) constan de menos equipos rotativos que las turbinas de gas, no hay compresor, y operan a menor temperatura, permitiendo una elevada disponibilidad, fiabilidad y fácil mantenimiento. • The vaporized natural gas (3) fed to the steam boiler (300) does not need to be pressurized, avoiding an expensive gaseous fuel compressor, auxiliary power generation and an associated electric motor. In plants that use gas turbines, the fuel must be compressed to the operating pressure ratio of the turbine, which can be around 50. On the other hand, using steam cycles with the heat generated in the boiler, i.e., an external combustion engine, practically eliminates the influence of ambient conditions, air temperature, humidity, atmospheric pressure, etc., on the production of liquefied natural gas (LNG) in the plant, making it stable over time. Steam turbines (501, 502) consist of less rotating equipment than gas turbines, there is no compressor, and they operate at a lower temperature, allowing high availability, reliability and easy maintenance.

• Adicionalmente, con la tecnología de licuación propuesta, se evitan voluminosos y costosos condensadores de vacío para condensar el vapor expandido del ciclo de potencia, además de permitir una menor sección de salida de la turbina de vapor a contrapresión (501, 502) al eliminar las etapas de baja presión, con un menor número de componentes y reducción del coste capital. El rechazo de calor del ciclo de potencia se realiza en la etapa de preenfriamiento (101) del gas natural y en la etapa de absorción (201) del CO<2>a una presión comprendida entre 1 y 6 bar, reduciendo el coste de inversión del ciclo. Puesto que la tecnología de la etapa de preenfriamiento (101) permite reducir sustancialmente la demanda de potencia eléctrica incrementando la demanda térmica, no resulta crítico que el ciclo de vapor presente una baja eficiencia de conversión del combustible a energía eléctrica, ya que el calor residual está eficazmente integrado para diversos usos en la planta, alcanzándose una elevada eficiencia térmica neta, definida como la relación del producto de caudal por el poder calorífico de producto gas natural licuado GNL entre el del gas alimentado a la planta. Asimismo, la caldera de vapor (300) presenta gran flexibilidad de regulación para satisfacer las demandas de vapor según se precise. Se hace notar que, si el sistema de acoplamiento de turbinas de vapor a contrapresión (501, 502) fuera utilizado en tecnologías de licuación convencional, sin la etapa de preenfriamiento (101), existiría un gran remanente de vapor que se desperdiciaría. Esto conllevaría a una menor eficiencia térmica neta, resultando en un sistema que no sería competitivo. • Additionally, with the proposed liquefaction technology, bulky and expensive vacuum condensers for condensing the expanded steam of the power cycle are avoided, in addition to allowing a smaller outlet section of the backpressure steam turbine (501, 502) by eliminating the low pressure stages, with a lower number of components and a reduction in capital cost. Heat rejection from the power cycle is carried out in the natural gas pre-cooling stage (101) and in the CO<2> absorption stage (201) at a pressure between 1 and 6 bar, reducing the investment cost of the cycle. Since the technology of the pre-cooling stage (101) allows to substantially reduce the demand for electrical power by increasing the thermal demand, it is not critical that the steam cycle has a low efficiency of conversion of fuel to electrical energy, since the waste heat is effectively integrated for various uses in the plant, achieving a high net thermal efficiency, defined as the ratio of the product of flow by the calorific value of the liquefied natural gas (LNG) product between that of the gas fed to the plant. Also, the steam boiler (300) has great flexibility of regulation to satisfy the demands of steam as required. It is noted that, if the back-pressure steam turbine coupling system (501, 502) were used in conventional liquefaction technologies, without the pre-cooling stage (101), there would be a large remainder of steam that would be wasted. This would lead to a lower net thermal efficiency, resulting in a system that would not be competitive.

La corriente de gas natural vaporizado (3) se envía a la caldera de generación de vapor (300) previa recuperación de frío, no mostrado en las figuras, donde se produce el vapor de alta presión (6) alimentado a las turbinas de vapor a contrapresión (501, 502), al llevar a cabo la combustión con una cantidad de aire (4) cercana a la estequiométrica requerida. Tanto la corriente de aire (4) como el combustible gas natural vaporizado (3) pueden contar con una soplante para vencer las pérdidas de carga aguas bajo, respectivamente. Adicionalmente, también se produce vapor de alta presión (6) para ser suministrado a otras turbinas de vapor a contrapresión que generan la potencia auxiliar requerida por la planta de licuación en una unidad de potencia auxiliar (400), y de esta unidad de potencia auxiliar (400) se proporciona vapor de baja presión adicional a la etapa de preenfriamiento (101) y a la etapa de absorción (201), además de potencia eléctrica para otros usos de la planta, por ejemplo, la etapa de compresión (202) de CO<2>. The vaporized natural gas stream (3) is sent to the steam generation boiler (300) after cold recovery, not shown in the figures, where high pressure steam (6) is produced and fed to the back pressure steam turbines (501, 502), by carrying out the combustion with a quantity of air (4) close to the stoichiometric amount required. Both the air stream (4) and the vaporized natural gas fuel (3) can have a blower to overcome the pressure losses downstream, respectively. Additionally, high pressure steam (6) is also produced to be supplied to other back pressure steam turbines that generate the auxiliary power required by the liquefaction plant in an auxiliary power unit (400), and from this auxiliary power unit (400) additional low pressure steam is provided to the pre-cooling stage (101) and the absorption stage (201), in addition to electrical power for other uses of the plant, for example, the CO<2> compression stage (202).

Los gases de escape (5) a baja temperatura, aproximadamente 130°C, salientes de la caldera de vapor (300) se llevan a la unidad de captura del CO<2>(200), que consta de una primera etapa de absorción (201) donde el gas se enfría mediante cambiadores de contacto directo con agua de refrigeración, hasta una temperatura cercana a la ambiente, o menor, si se proporciona refrigeración auxiliar, condensando parte del agua presente como producto de la combustión, y se eleva la presión ligeramente mediante una soplante para vencer las pérdidas de carga del absorbedor aguas abajo. El gas, con una concentración molar de CO<2>cercana al 10%, se introduce en una columna de absorción o absorbedor. Es decir, primero hay un cambiador de mezcla directa para bajar la temperatura y condensar parte del agua presente en los gases de escape (5) y luego una columna de absorción. The low temperature exhaust gases (5), approximately 130°C, leaving the steam boiler (300) are taken to the CO<2> capture unit (200), which consists of a first absorption stage (201) where the gas is cooled by direct contact exchangers with cooling water, to a temperature close to ambient, or lower, if auxiliary cooling is provided, condensing part of the water present as a combustion product, and the pressure is raised slightly by means of a blower to overcome the pressure losses of the downstream absorber. The gas, with a molar concentration of CO<2> close to 10%, is introduced into an absorption column or absorber. That is, first there is a direct mixture exchanger to lower the temperature and condense part of the water present in the exhaust gases (5) and then an absorption column.

La concentración de CO<2>en los gases de escape de turbinas de gas industriales es en este punto del proceso de en torno al 3.0-3.5%mol, lo que implica una reducción del flujo volumétrico de entrada al absorbedor de aproximadamente 2/3, según el esquema propuesto. The concentration of CO<2> in the exhaust gases of industrial gas turbines is at this point in the process around 3.0-3.5% mol, which implies a reduction of the volumetric flow entering the absorber by approximately 2/3, according to the proposed scheme.

En un ejemplo de realización, los medios de la etapa de absorción (201) para la extracción del CO<2>de los gases de escape (5) emplean un disolvente y vapor de baja presión (11) proveniente de las turbinas de vapor a contrapresión (501, 502) para la regeneración de dicho disolvente. In one exemplary embodiment, the means of the absorption stage (201) for the extraction of CO<2> from the exhaust gases (5) use a solvent and low pressure steam (11) from the counter-pressure steam turbines (501, 502) for the regeneration of said solvent.

La absorción puede llevarse a cabo con monoetanolamina (MEA) o con otros disolventes/ sistemas de absorción comerciales. Por ejemplo, la absorción de CO<2>puede realizarse con una disolución acuosa de amoniaco, que es el refrigerante empleado en la etapa de preenfriamiento (101). Los gases salientes (7) de los medios para la etapa de absorción (201) a presión ambiente se ventean a la atmósfera, alcanzándose aproximadamente una captura del 90% de CO<2>presente en la corriente de alimentación, es decir, en los gases de escape (5) de la caldera de generación de vapor (300). El absorbente es regenerado en un "stripper" a través de la potencia térmica suministrada por una corriente de vapor de baja presión (11) proveniente de las turbinas de vapor a contrapresión (501, 502) que accionan los compresores de refrigeración (103, 105) y/o de la unidad de potencia auxiliar (400). Para el absorbente consistente en una disolución MEA con un 30% en peso se requiere una potencia térmica de 3.7 MJ/kg CO<2>capturado, según la literatura científica. El agua de alimentación (12) a la caldera de generación de vapor (300) proveniente de la etapa de preenfriamiento (101) y de la etapa de absorción (201), tras la condensación de las corrientes de vapor de agua de baja presión (10, 11), se reintroduce en la caldera de generación de vapor (300) para repetir el ciclo. Si fuera preciso, la caldera de generación de vapor (300) podría contar con producción de vapor de baja presión directamente para suministrar parcialmente a las etapas de pre enfriamiento (101) y de absorción (201). Absorption may be carried out with monoethanolamine (MEA) or with other commercial absorption solvents/systems. For example, CO<2> absorption may be carried out with an aqueous solution of ammonia, which is the refrigerant used in the pre-cooling stage (101). The exhaust gases (7) from the absorption stage media (201) at ambient pressure are vented to the atmosphere, achieving approximately 90% capture of CO<2> present in the feed stream, i.e. in the exhaust gases (5) of the steam generating boiler (300). The absorbent is regenerated in a stripper through the thermal power supplied by a low pressure steam stream (11) coming from the back pressure steam turbines (501, 502) driving the refrigeration compressors (103, 105) and/or the auxiliary power unit (400). For the absorbent consisting of a 30% by weight MEA solution, a thermal power of 3.7 MJ/kg CO<2> captured is required, according to scientific literature. The feed water (12) to the steam generation boiler (300) coming from the pre-cooling stage (101) and the absorption stage (201), after condensation of the low pressure steam streams (10, 11), is reintroduced into the steam generation boiler (300) to repeat the cycle. If necessary, the steam generation boiler (300) could have low pressure steam production directly to partially supply the pre-cooling (101) and absorption stages (201).

El CO<2>producido en el condensador de la columna de desorción o "stripper" de la etapa de absorción (201) se envía a la etapa de compresión (202) donde se eliminan las trazas de agua y se comprime hasta alcanzar presiones supercríticas en la corriente de CO<2>purificada (9), de entre 110 a 150 bar, para su posterior transporte y almacenamiento. En la unidad de compresión se alimenta también una corriente de CO<2>(8) eliminado de la corriente de gas natural (1) en una etapa de tratamiento previa, no mostrada en la figura, que pudiera estar presente en el gas natural. The CO<2> produced in the condenser of the desorption column or "stripper" of the absorption stage (201) is sent to the compression stage (202) where traces of water are eliminated and it is compressed until reaching supercritical pressures in the purified CO<2> stream (9), of between 110 and 150 bar, for its subsequent transport and storage. A stream of CO<2>(8) removed from the natural gas stream (1) in a previous treatment stage, not shown in the figure, which could be present in the natural gas, is also fed into the compression unit.

Actualmente, el tamaño de la unidad de captura postcombustión que precisaría un tren de licuación de ~4.6 mtpa se corresponde con los tamaños de las plantas comerciales de captura actualmente operativas, para generación de potencia eléctrica, que rozan los límites de construcción alcanzables, en particular para la sección transversal del absorbedor, por lo que la presente invención elimina un cuello de botella crítico para implementar captura de CO<2>en plantas de gas natural licuado GNL, al reducir el flujo volumétrico de gases que es preciso tratar, haciendo que dicha captura resulte competitiva para precios del CO<2>comparativamente más bajos, pudiendo asimismo alcanzar producciones mayores en cada tren de licuación que integre captura. Currently, the size of the post-combustion capture unit that would be required by a ~4.6 mtpa liquefaction train corresponds to the sizes of currently operating commercial capture plants for electric power generation, which are close to the achievable construction limits, particularly for the absorber cross section, so the present invention eliminates a critical bottleneck for implementing CO<2> capture in liquefied natural gas (LNG) plants by reducing the volumetric flow of gases to be treated, making said capture competitive for comparatively lower CO<2> prices, and also being able to achieve higher productions in each liquefaction train that integrates capture.

Alternativamente al esquema propuesto con captura de CO<2>, se podría plantear una planta con el mismo sistema de acoplamiento de compresores de refrigerante (103, 105) y turbinas de vapor a contrapresión (501, 502), alimentando con el vapor de agua a la salida de éstas la etapa de preenfriamiento (101), pero que careciese de la unidad de captura del CO<2>(200). Dicha planta alcanzaría emisiones específicas de CO<2>comparables a las que se producen en plantas que emplean tecnologías convencionales y turbinas de gas industriales sin captura de CO<2>. As an alternative to the proposed scheme with CO<2> capture, a plant could be proposed with the same coupling system of refrigerant compressors (103, 105) and back-pressure steam turbines (501, 502), feeding the steam at the outlet of these to the pre-cooling stage (101), but lacking the CO<2> capture unit (200). Such a plant would achieve specific CO<2> emissions comparable to those produced in plants that use conventional technologies and industrial gas turbines without CO<2> capture.

En el primer ejemplo de realización mostrado en la figura 1 los medios para la etapa de licuación (102) de la corriente de gas natural (1) están localizados a continuación de la etapa de preenfriamiento (101) y los medios para la etapa de subenfriamiento (104) de la corriente de gas natural (1) están localizados a continuación de la etapa de licuación (102). Tanto los medios para la etapa de licuación (102) como los medios para la etapa de subenfriamiento (104) comprenden al menos un compresor de refrigerante (103, 105) y una turbina de vapor a contrapresión (501, 502) acoplada mecánicamente al compresor (103, 105). In the first exemplary embodiment shown in Figure 1 the means for the liquefaction stage (102) of the natural gas stream (1) are located downstream of the pre-cooling stage (101) and the means for the sub-cooling stage (104) of the natural gas stream (1) are located downstream of the liquefaction stage (102). Both the means for the liquefaction stage (102) and the means for the sub-cooling stage (104) comprise at least one refrigerant compressor (103, 105) and a back-pressure steam turbine (501, 502) mechanically coupled to the compressor (103, 105).

Las etapas de licuación (102) y subenfriamiento (104) pueden estar térmicamente acopladas a la etapa de preenfriamiento (101), entendiendo como térmicamente acopladas que corrientes de materia pertenecientes a cada etapa intercambian calor respectivamente entre sí. The liquefaction (102) and subcooling (104) stages may be thermally coupled to the precooling stage (101), thermally coupled being understood as the fact that streams of matter belonging to each stage exchange heat with each other respectively.

En el ejemplo de realización de la figura 1, cuando el refrigerante empleado en la etapa de licuación (102) es etileno o etano puro, que es condensado en la etapa de preenfriamiento (101), y un refrigerante mixto, mezcla de nitrógeno, metano y etileno, o nitrógeno, metano y etano, se utiliza en la etapa de subenfriamiento (104), la demanda eléctrica de la etapa de licuación (100) es de en torno a 140 kWh/ton GNL, excluyendo consumos auxiliares de la planta, mientras que la demanda térmica, consumo de vapor de baja presión, de la etapa de preenfriamiento (101) y de la etapa de absorción de CO<2>(201) es de aproximadamente 570 kWh/ton GNL, cuando se emplea una disolución MEA de 30% en peso para captura de CO<2>, alcanzándose una eficiencia térmica superior al 94%, para una temperatura de rechazo de calor de 20°C. Alternativamente, según el primer ejemplo de realización, tanto la etapa de licuación (102) como la etapa de subenfriamiento (104) pueden emplear cada una un refrigerante mixto, mezcla de hidrocarburos, operando en serie. In the exemplary embodiment of Figure 1, when the refrigerant used in the liquefaction stage (102) is pure ethylene or ethane, which is condensed in the pre-cooling stage (101), and a mixed refrigerant, a mixture of nitrogen, methane and ethylene, or nitrogen, methane and ethane, is used in the subcooling stage (104), the electrical demand of the liquefaction stage (100) is around 140 kWh/tonne LNG, excluding auxiliary consumption of the plant, while the thermal demand, low pressure steam consumption, of the pre-cooling stage (101) and the CO<2> absorption stage (201) is approximately 570 kWh/tonne LNG, when a 30% by weight MEA solution is used for CO<2> capture, achieving a thermal efficiency greater than 94%, for a heat rejection temperature of 20°C. Alternatively, according to the first exemplary embodiment, both the liquefaction stage (102) and the subcooling stage (104) may each employ a mixed refrigerant, hydrocarbon mixture, operating in series.

El ejemplo de realización correspondiente a la figura 1 puede tener un refrigerante mixto para la etapa de licuación (102) y otro refrigerante de distinta composición para la etapa de subenfriamiento (104). O, alternativamente, como se indica para los resultados numéricos aportados en este ejemplo de realización, un refrigerante puro para la etapa de licuación (102) y un refrigerante mixto para la etapa de subenfriamiento (104). The embodiment corresponding to Figure 1 may have a mixed refrigerant for the liquefaction stage (102) and another refrigerant of different composition for the subcooling stage (104). Or, alternatively, as indicated for the numerical results provided in this embodiment, a pure refrigerant for the liquefaction stage (102) and a mixed refrigerant for the subcooling stage (104).

En el segundo ejemplo de realización correspondiente a la figura 2, tanto los medios para la licuación como los medios para el subenfriamiento de la corriente de gas natural (1) están integrados en una sola etapa de licuación y subenfriamiento (107, 108), que está duplicada, y ambas están localizadas a continuación de la etapa de preenfriamiento (101), operando en paralelo entre sí. Cada etapa (107, 108) duplicada comprende al menos un compresor de refrigerante (103, 105) y una turbina de vapor a contrapresión (501, 502), acoplada mecánicamente al compresor (103, 105). Asimismo, los compresores de refrigeración (103, 105) correspondientes a cada etapa que integra licuación y subenfriamiento son idénticos. In the second embodiment corresponding to Figure 2, both the means for liquefying and the means for subcooling the natural gas stream (1) are integrated into a single liquefaction and subcooling stage (107, 108), which is duplicated, and both are located downstream of the precooling stage (101), operating in parallel to each other. Each duplicated stage (107, 108) comprises at least one refrigerant compressor (103, 105) and a back-pressure steam turbine (501, 502), mechanically coupled to the compressor (103, 105). Furthermore, the refrigeration compressors (103, 105) corresponding to each stage integrating liquefaction and subcooling are identical.

Por lo tanto, la licuación y el subenfriamiento de la corriente de gas natural (1) pueden estar integrados en una sola etapa de licuación y subenfriamiento (107, 108) duplicada operando en paralelo de forma que compartan los mismos medios de la unidad de preenfriamiento (101), con sendos compresores de refrigeración (103, 105) accionadas a su vez por las turbinas de vapor a contrapresión (501, 502). Therefore, the liquefaction and subcooling of the natural gas stream (1) can be integrated into a single liquefaction and subcooling stage (107, 108) duplicated by operating in parallel so that they share the same means of the pre-cooling unit (101), with respective refrigeration compressors (103, 105) driven in turn by the back-pressure steam turbines (501, 502).

La etapa de expansión y separación (106) del producto gas natural licuado GNL (2) y gas natural vaporizado (3) de la planta puede ser común. Las etapas de licuación y subenfriamiento (107, 108), están térmicamente acopladas, es decir, el refrigerante empleado para la licuación y subenfriamiento de la corriente de gas natural (1) es enfriado condensándolo total o parcialmente en la etapa de preenfriamiento (101), mediante el refrigerante amoniaco. Dicho refrigerante, que lleva a cabo la licuación y el subenfriamiento en las etapas de licuación y subenfriamiento (107, 108) duplicadas, puede ser un refrigerante mixto consistente en una mezcla de hidrocarburos tales como el butano, propano, etano, metano y nitrógeno, corriente no indicada en la figura 2, tal como el refrigerante mixto empleado en la tecnología de licuación C3MR. The expansion and separation stage (106) of the liquefied natural gas product LNG (2) and vaporized natural gas (3) of the plant may be common. The liquefaction and subcooling stages (107, 108) are thermally coupled, i.e. the refrigerant used for the liquefaction and subcooling of the natural gas stream (1) is cooled by condensing it totally or partially in the precooling stage (101), by means of the ammonia refrigerant. Said refrigerant, which carries out the liquefaction and subcooling in the duplicated liquefaction and subcooling stages (107, 108), may be a mixed refrigerant consisting of a mixture of hydrocarbons such as butane, propane, ethane, methane and nitrogen, a stream not indicated in Figure 2, such as the mixed refrigerant used in the C3MR liquefaction technology.

El segundo ejemplo de realización plantea la posibilidad de integrar dos trenes de licuación de gas natural que comparten una misma etapa de preenfriamiento (101). En el ejemplo de realización de la figura 2 en la que se emplea un refrigerante mixto como el anteriormente descrito, que es condensado parcialmente con amoniaco en la unidad de preenfriamiento (101) y es subsecuentemente empleado para la licuación y subenfriamiento de la corriente de gas natural (1) en dos etapas dispuestas en paralelo, el consumo eléctrico específico para la unidad de licuación (100) es de aproximadamente 150 kWh/ton de GNL, mientras que la demanda térmica alcanzada en de la etapa de preenfriamiento (101) y de la etapa de absorción (201) de CO<2>es de aproximadamente 470 KWh/ton de GNL, cuando se emplea una disolución 30% en peso de MEA como absorbente en la etapa de absorción (201) de CO<2>, y una temperatura de 20°C, tras el rechazo de calor. The second implementation example raises the possibility of integrating two natural gas liquefaction trains that share the same pre-cooling stage (101). In the exemplary embodiment of Figure 2 where a mixed refrigerant as described above is used, which is partially condensed with ammonia in the pre-cooling unit (101) and is subsequently used for the liquefaction and sub-cooling of the natural gas stream (1) in two stages arranged in parallel, the specific electrical consumption for the liquefaction unit (100) is approximately 150 kWh/tonne of LNG, while the thermal demand reached in the pre-cooling stage (101) and the CO<2> absorption stage (201) is approximately 470 kWh/tonne of LNG, when a 30% by weight MEA solution is used as an absorbent in the CO<2> absorption stage (201), and a temperature of 20°C, after heat rejection.

Esta disposición permite, de forma similar al ejemplo de realización de la figura 1, satisfacer simultáneamente las demandas térmicas y eléctricas de la etapa de licuación (100) y etapa de captura de CO<2>(200), mediante el ciclo de vapor con generación de vapor de alta presión (6) en la caldera (300), alcanzando una elevada eficiencia térmica neta, definida como la relación del producto del caudal de producto gas natural licuado GNL (2) por su poder calorífico con respecto al del gas de alimentación, similar a la de plantas de licuación con turbinas industriales sin captura de CO<2>, que resulta ser aproximadamente del 95% cuando se considera una temperatura de rechazo de calor de 20°C para el fluido de proceso. This arrangement allows, in a similar way to the exemplary embodiment of figure 1, to simultaneously satisfy the thermal and electrical demands of the liquefaction stage (100) and the CO<2> capture stage (200), by means of the steam cycle with generation of high pressure steam (6) in the boiler (300), achieving a high net thermal efficiency, defined as the ratio of the product of the flow rate of liquefied natural gas product LNG (2) by its calorific value with respect to that of the feed gas, similar to that of liquefaction plants with industrial turbines without CO<2> capture, which turns out to be approximately 95% when considering a heat rejection temperature of 20°C for the process fluid.

Según el segundo ejemplo de realización se consigue disminuir la demanda térmica, por tanto aumentar la eficiencia térmica global y aumentar la disponibilidad de la planta al operar en paralelo con respecto al primer ejemplo de realización, pero a costa de incrementar el número de equipos: cambiador de calor criogénico en la etapa integrada de licuación y subenfriamiento (107, 108), requiriendo además la presencia de hidrocarburos más pesados e inflamables como el propano y el butano en el refrigerante mixto, lo que redunda en coste de inversión mayor y una operación más compleja, respectivamente. Por último, el empleo de dos trenes en paralelo para la licuación y subenfriamiento podría permitir alcanzar producciones superiores a esquemas en serie correspondiente al ejemplo de realización de la figura 1, maximizando los beneficios por economías de escala. According to the second embodiment, the thermal demand is reduced, thus increasing the overall thermal efficiency and increasing the availability of the plant by operating in parallel with respect to the first embodiment, but at the cost of increasing the number of equipment: cryogenic heat exchanger in the integrated liquefaction and subcooling stage (107, 108), also requiring the presence of heavier and more flammable hydrocarbons such as propane and butane in the mixed refrigerant, which results in higher investment costs and a more complex operation, respectively. Finally, the use of two trains in parallel for liquefaction and subcooling could allow higher productions to be achieved than series schemes corresponding to the embodiment in figure 1, maximizing the benefits from economies of scale.

Claims (12)

REIVINDICACIONES 1.- Sistema de producción de gas natural licuado GNL con captura de CO<2>, que comprende una corriente adaptada para la circulación de gas natural (1), estando el sistema adaptado para el enfriamiento y/o expansión de la corriente de gas natural (1) a bajas temperaturas de -140 °C a -170 °C en etapas de enfriamiento y/o expansión para producir gas natural licuado GNL a presión atmosférica, donde el sistema comprende medios para una etapa de licuación (100) que comprenden a su vez:1.- Liquefied natural gas LNG production system with CO<2> capture, comprising a stream adapted for the circulation of natural gas (1), the system being adapted for the cooling and/or expansion of the natural gas stream (1) at low temperatures of -140 °C to -170 °C in cooling and/or expansion stages to produce liquefied natural gas LNG at atmospheric pressure, where the system comprises means for a liquefaction stage (100) which in turn comprise: - medios para una etapa de preenfriamiento (101) de la corriente de gas natural (1),- means for a pre-cooling stage (101) of the natural gas stream (1), - medios para una etapa de licuación y subenfriamiento de la corriente de gas natural (1) localizados a continuación de los medios para la etapa de preenfriamiento (101),- means for a stage of liquefaction and subcooling of the natural gas stream (1) located downstream of the means for the pre-cooling stage (101), - medios para una etapa de expansión y separación (106) del producto gas natural licuado GNL localizada a continuación de los medios para la etapa de licuación y subenfriamiento que resulta en el producto gas natural licuado GNL (2) y gas natural vaporizado (3),- means for an expansion and separation stage (106) of the liquefied natural gas product LNG located downstream of the means for the liquefaction and subcooling stage resulting in the liquefied natural gas product LNG (2) and vaporized natural gas (3), caracterizado porque el sistema comprende:characterized in that the system comprises: - una caldera de generación de vapor (300) configurada para la combustión con aire (4) del gas natural vaporizado (3) generado en los medios para la etapa de expansión y separación (106),- a steam generating boiler (300) configured for combustion with air (4) of the vaporized natural gas (3) generated in the means for the expansion and separation stage (106), - unos medios de captura del CO<2>(200) contenido en los gases de escape (5) de la caldera de generación de vapor (300) que comprenden a su vez:- means for capturing the CO<2>(200) contained in the exhaust gases (5) of the steam generating boiler (300) which in turn comprise: <o>unos medios para una etapa de absorción (201) para la extracción del CO<2>de dichos gases de escape (5), y<o>means for an absorption stage (201) for extracting CO<2> from said exhaust gases (5), and <o>unos medios para una etapa de compresión (202) localizados a continuación de los medios para la etapa de absorción (201), donde los medios para la etapa de licuación y subenfriamiento comprenden al menos un compresor de refrigerante (103, 105) y una turbina de vapor a contrapresión (501, 502) acoplada mecánicamente al compresor (103, 105) y los medios para la etapa de preenfriamiento (101) y los medios para la etapa de absorción (201) comprenden una alimentación de vapor de agua a baja presión (10, 11) procedente de las turbinas de vapor a contrapresión (501, 502), estando configurada la caldera de generación de vapor (300) para la generación de vapor de alta presión (6) que alimenta a las turbinas de vapor a contrapresión (501, 502).<o>means for a compression stage (202) located downstream of the means for the absorption stage (201), where the means for the liquefaction and subcooling stage comprise at least one refrigerant compressor (103, 105) and a back-pressure steam turbine (501, 502) mechanically coupled to the compressor (103, 105) and the means for the pre-cooling stage (101) and the means for the absorption stage (201) comprise a low-pressure steam feed (10, 11) from the back-pressure steam turbines (501, 502), the steam generating boiler (300) being configured for the generation of high-pressure steam (6) feeding the back-pressure steam turbines (501, 502). 2. - Sistema de producción de gas natural licuado GNL con captura de CO<2>, según la reivindicación 1, caracterizado porque los medios para una etapa de licuación y subenfriamiento de la corriente de gas natural (1) comprenden unos medios para una etapa de licuación (102) de la corriente de gas natural (1) y unos medios para una etapa de subenfriamiento (104) de la corriente de gas natural (1) donde los medios para la etapa de licuación (102) de la corriente de gas natural (1) están localizados a continuación de los medios de la etapa de preenfriamiento (101) y los medios para la etapa de subenfriamiento (104) de la corriente de gas natural (1) están localizados a continuación de los medios para la etapa de licuación (102) donde tanto los medios para la etapa de licuación (102) como los medios para la etapa de subenfriamiento (104) comprenden al menos un compresor de refrigerante (103, 105) y una turbina de vapor a contrapresión (501, 502) acoplada mecánicamente al compresor (103, 105).2. - Liquefied natural gas LNG production system with CO<2> capture, according to claim 1, characterized in that the means for a liquefaction and subcooling stage of the natural gas stream (1) comprise means for a liquefaction stage (102) of the natural gas stream (1) and means for a subcooling stage (104) of the natural gas stream (1) where the means for the liquefaction stage (102) of the natural gas stream (1) are located downstream of the means for the precooling stage (101) and the means for the subcooling stage (104) of the natural gas stream (1) are located downstream of the means for the liquefaction stage (102) where both the means for the liquefaction stage (102) and the means for the subcooling stage (104) comprise at least one refrigerant compressor (103, 105) and a back pressure steam turbine (501, 502) mechanically coupled to the compressor (103, 105). 3. - Sistema de producción de gas natural licuado GNL con captura de CO<2>, según la reivindicación 1, caracterizado porque los medios para una etapa de licuación y subenfriamiento de la corriente de gas natural (1) se integran en una sola etapa de licuación y subenfriamiento (107, 108), duplicada operando en paralelo entre sí, localizadas ambas a continuación de los medios para la etapa de preenfriamiento (101), donde cada etapa (107, 108) duplicada comprende al menos un compresor de refrigerante (103, 105) y una turbina de vapor a contrapresión (501, 502), acoplada mecánicamente al compresor (103, 105).3. - Liquefied natural gas production system LNG with CO<2> capture, according to claim 1, characterized in that the means for a stage of liquefaction and subcooling of the natural gas stream (1) are integrated in a single stage of liquefaction and subcooling (107, 108), duplicated operating in parallel to each other, both located after the means for the precooling stage (101), where each duplicated stage (107, 108) comprises at least one refrigerant compressor (103, 105) and a backpressure steam turbine (501, 502), mechanically coupled to the compressor (103, 105). 4. - Sistema de producción de gas natural licuado GNL con captura de CO<2>, según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los medios de la etapa de absorción (201) para la extracción del CO<2>de los gases de escape (5) emplean un disolvente y vapor de baja presión (11) proveniente de las turbinas de vapor a contrapresión (501, 502) para la regeneración de dicho disolvente.4. - Liquefied natural gas LNG production system with CO<2> capture, according to any one of the preceding claims, characterized in that the means of the absorption stage (201) for the extraction of CO<2> from the exhaust gases (5) use a solvent and low pressure steam (11) from the counter-pressure steam turbines (501, 502) for the regeneration of said solvent. 5. - Sistema de producción de gas natural licuado GNL con captura de CO<2>, según la reivindicación 4, caracterizado porque el disolvente es monoetanolamina (MEA) o una disolución acuosa de amoniaco.5. - Liquefied natural gas LNG production system with CO<2> capture, according to claim 4, characterized in that the solvent is monoethanolamine (MEA) or an aqueous solution of ammonia. 6. - Sistema de producción de gas natural licuado GNL con captura de CO2, según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la concentración de CO2 en los gases de escape (5) es de aproximadamente el 10%mol previamente a su extracción en los medios de la etapa de absorción (201), alcanzando una captura del CO<2>contenido en los gases de escape (5) de aproximadamente el 90%.6. - Liquefied natural gas LNG production system with CO2 capture, according to any one of the preceding claims, characterized in that the concentration of CO2 in the exhaust gases (5) is approximately 10% mol prior to its extraction in the means of the absorption stage (201), achieving a capture of the CO<2> contained in the exhaust gases (5) of approximately 90%. 7. - Sistema de producción de gas natural licuado GNL con captura de CO<2>, según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los medios para la etapa de preenfriamiento (101) emplean amoniaco como refrigerante para reducir la temperatura de la corriente de gas natural (1) hasta aproximadamente -30°C.7. - Liquefied natural gas LNG production system with CO<2> capture, according to any one of the preceding claims, characterized in that the means for the pre-cooling stage (101) use ammonia as a refrigerant to reduce the temperature of the natural gas stream (1) to approximately -30°C. 8. - Sistema de producción de gas natural licuado GNL con captura de CO<2>, según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la potencia de los medios de la etapa de preenfriamiento (101) para generar el refrigerante es proporcionada por una corriente de vapor de agua a baja presión (10) comprendida entre 1 bar y 6 bar.8. - Liquefied natural gas (LNG) production system with CO<2> capture, according to any one of the preceding claims, characterized in that the power of the means of the pre-cooling stage (101) to generate the refrigerant is provided by a low pressure water vapor stream (10) between 1 bar and 6 bar. 9. - Sistema de producción de gas natural licuado GNL con captura de CO<2>, según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la caldera de generación de vapor (300) está configurada para la combustión con aire (4) de la fracción de gas natural vaporizada (3) en una cantidad entre un 5 % y un 10 % superior a la estequiométrica.9. - Liquefied natural gas LNG production system with CO<2> capture, according to any one of the preceding claims, characterized in that the steam generation boiler (300) is configured for combustion with air (4) of the vaporized natural gas fraction (3) in an amount between 5% and 10% higher than the stoichiometric amount. 10. - Sistema de producción de gas natural licuado GNL con captura de CO<2>, según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los medios para una etapa de compresión (202) están configurados para la producción de una corriente de CO2 purificada (9) a presión comprendida entre 110 y 150 bar.10. - Liquefied natural gas LNG production system with CO<2> capture, according to any one of the preceding claims, characterized in that the means for a compression stage (202) are configured for the production of a purified CO2 stream (9) at a pressure between 110 and 150 bar. 11. - Sistema de producción de gas natural licuado GNL con captura de CO<2>, según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los medios para una etapa de compresión (202) se alimenta también de una corriente de CO<2>(8) eliminado de la corriente de gas natural (1) previamente a la unidad de licuación (100).11. - Liquefied natural gas LNG production system with CO<2> capture, according to any one of the preceding claims, characterized in that the means for a compression stage (202) are also fed with a stream of CO<2>(8) removed from the natural gas stream (1) prior to the liquefaction unit (100). 12. - Método de producción de gas natural licuado GNL con captura de CO<2>, que comprende una corriente adaptada para la circulación de gas natural (1), estando el sistema adaptado para el enfriamiento y/o expansión de la corriente de gas natural (1) a bajas temperaturas de -140 °C a -170°C en etapas de enfriamiento y/o expansión para producir gas natural licuado GNL a presión atmosférica, donde el método comprende una etapa de licuación (100) que comprende las siguientes etapas:12. - Method for producing liquefied natural gas LNG with CO<2> capture, comprising a stream adapted for the circulation of natural gas (1), the system being adapted for cooling and/or expanding the natural gas stream (1) at low temperatures of -140 °C to -170 °C in cooling and/or expansion stages to produce liquefied natural gas LNG at atmospheric pressure, where the method comprises a liquefaction stage (100) comprising the following stages: - una etapa de preenfriamiento (101) de la corriente de gas natural (1),- a pre-cooling stage (101) of the natural gas stream (1), - una etapa de licuación y subenfriamiento de la corriente de gas natural (1) localizados a continuación de la etapa de preenfriamiento (101),- a stage of liquefaction and subcooling of the natural gas stream (1) located after the pre-cooling stage (101), - una etapa de expansión y separación (106) del producto gas natural licuado GNL localizada a continuación de la etapa de licuación y subenfriamiento que resulta en el producto gas natural licuado GNL (2) y gas natural vaporizado (3),- an expansion and separation stage (106) of the liquefied natural gas product LNG located following the liquefaction and subcooling stage resulting in the liquefied natural gas product LNG (2) and vaporized natural gas (3), caracterizado porque el método comprende:characterized in that the method comprises: - una etapa de generación de vapor (300) mediante una caldera para la combustión con aire (4) del gas natural vaporizado (3) generado en la etapa de expansión y separación (106),- a steam generation stage (300) by means of a boiler for the combustion with air (4) of the vaporized natural gas (3) generated in the expansion and separation stage (106), - una etapa de captura del CO<2>(200) contenido en los gases de escape (5) de la etapa de generación de vapor (300), que comprenden a su vez:- a stage of capturing the CO<2>(200) contained in the exhaust gases (5) of the steam generation stage (300), which in turn comprise: <o>una etapa de absorción (201) para la extracción del CO<2>de dichos gases de escape (5), y<o>an absorption stage (201) for extracting CO<2>from said exhaust gases (5), and <o>una etapa de compresión (202) localizada a continuación de la etapa de absorción (201),<o>a compression stage (202) located after the absorption stage (201), donde la etapa de licuación y subenfriamiento comprende al menos un compresor de refrigerante (103, 105) y una turbina de vapor a contrapresión (501, 502) acoplada mecánicamente al compresor (103, 105) y la etapa de preenfriamiento (101) y la etapa de absorción (201) comprenden una alimentación de vapor de agua a baja presión (10, 11) procedente de las turbinas de vapor a contrapresión (501, 502), la etapa de generación de vapor (300) generando vapor de alta presión (6) que alimenta a las turbinas de vapor a contrapresión (501, 502).wherein the liquefaction and subcooling stage comprises at least one refrigerant compressor (103, 105) and a back pressure steam turbine (501, 502) mechanically coupled to the compressor (103, 105) and the pre-cooling stage (101) and the absorption stage (201) comprise a low pressure steam feed (10, 11) from the back pressure steam turbines (501, 502), the steam generation stage (300) generating high pressure steam (6) which feeds the back pressure steam turbines (501, 502).
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